ITCS20100011A1

ITCS20100011A1 - BALANCING SYSTEM OF THE FORCES D ROTARY INERTIA GENERATED BY THE MALDISTRIBUTION OF THE CLOTHS IN A WASHING MACHINE

Info

Publication number: ITCS20100011A1
Application number: IT000011A
Authority: IT
Inventors: Guido Danieli
Original assignee: Calabrian High Tech Cht S R L
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-26
Also published as: IT1400669B1

Description

Sistema di bilanciamento delle forze dâ€™inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of clothes in a washing machine

Campo della tecnica Field of technique

Eâ€™ noto che le lavatrici durante la fase di centrifugazione spesso vibrano anche in maniera pesante, e ciÃ² a causa della non uniforme disposizione della biancheria allâ€™interno del cestello, da parte della massaia di turno, il che produce una forza centrifuga rotante. Tale forza perÃ² diminuisce man mano che la biancheria espelle lâ€™acqua a causa della centrifugazione stessa. It is known that washing machines during the spinning phase often vibrate even heavily, and this is due to the non-uniform arrangement of the laundry inside the drum by the housewife on duty, which produces a rotating centrifugal force . However, this force decreases as the laundry expels the water due to spinning itself.

Ora tali vibrazioni costringono da una parte ad appesantire la lavatrice stessa con delle masse aggiuntive, dallâ€™altra costringono a ridurre il diametro del cestello in modo che questo non urti la struttura esterna, essendo a questa collegata tramite un sistema mollaammortizzatore. Ma proprio la limitazione del diametro del cestello Ã ̈ considerato un elemento negativo, in quanto riduce la quantitÃ di biancheria lavabile per ciclo. Now these vibrations force on the one hand to weigh down the washing machine itself with additional masses, on the other they force to reduce the diameter of the drum so that it does not hit the external structure, being connected to it by a spring-shock absorber system. But the limitation of the diameter of the drum is considered a negative element, as it reduces the amount of washable laundry per cycle.

A parte ciÃ², le nuove tariffe agevolate per lâ€™utilizzo notturno degli elettrodomestici fornisce un ulteriore stimolo nella riduzione/annullamento delle vibrazioni stesse. Apart from this, the new discounted rates for the night use of household appliances provide a further stimulus in reducing / canceling the vibrations themselves.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ dunque un sistema che consenta di ridurre al minimo se non annullare completamente le vibrazioni stesse. Vari possono essere i metodi, dallâ€™utilizzo di masse collegate tramite appositi attuatori al gruppo vasca/cestello che, muovendosi su due piani perpendicolari in moto armonico sfalsato di 90° possano generare un opportuno vettore rotante, o appositi alberi dotati di masse eccentriche, che, sempre connessi al cestello, ruotino insieme a questo. Tuttavia si badi che la fasatura delle masse eccentriche cosÃ¬ come il raggio a cui sono poste le masse eccentriche devono essere controllabili per via elettronica, a partire dalla misura delle accelerazioni agenti sul sistema. The purpose of the present invention is therefore a system that allows to reduce to a minimum if not completely cancel the vibrations themselves. There are various methods, from the use of masses connected by means of special actuators to the tank / basket group which, moving on two perpendicular planes in harmonic motion offset by 90 °, can generate an appropriate rotating vector, or special shafts equipped with eccentric masses, which, always connected to the basket, rotate together with it. However, it should be noted that the phasing of the eccentric masses as well as the radius to which the eccentric masses are placed must be electronically controlled, starting from the measurement of the accelerations acting on the system.

Descrizione della realizzazione preferita. Description of the preferred embodiment.

Come precedentemente anticipato, due sono fondamentalmente gli schemi per abbattere le vibrazioni, il generare una forza rotante antagonista agente sul gruppo vasca-cestello tramite lâ€™attuazione di moti sinusoidali di masse in due direzioni perpendicolari, o lâ€™utilizzo di alberi rotanti alla stessa velocitÃ del cestello, ma opportunamente sfasati di 180° rispetto alla posizione in cui si trova lâ€™eccesso di biancheria, e in cui possa essere controllato dallâ€™esterno il valore del raggio a cui Ã ̈ posta la massa sbilanciante. As previously anticipated, there are basically two schemes for reducing vibrations, the generation of an antagonistic rotating force acting on the tank-basket group through the implementation of sinusoidal motions of masses in two perpendicular directions, or the use of rotating shafts at the same speed as the drum, but suitably out of phase by 180 ° with respect to the position in which the excess laundry is, and in which the value of the radius at which the unbalancing mass is placed can be controlled from the outside.

Il primo metodo perÃ² ha lo svantaggio di richiedere abbastanza energia per ottenere la generazione delle necessarie forze antagoniste, senza contare la maggior complessitÃ software del controllo. The first method, however, has the disadvantage of requiring enough energy to generate the necessary antagonistic forces, not to mention the greater software complexity of the control.

Il secondo invece puÃ² essere realizzato con due o quattro alberi posti parallelamente allâ€™asse del cestello e ad eguale distanza da questo, su ciascuno dei quali siano poste due masse di uguale valore, poste a coppie sullo stesso piano assiale, di una delle quali sia possibile variare il raggio di rotazione agendo dallâ€™esterno, e la cui fasatura possa essere parimenti variata rispetto a quella del cestello, tramite un opportuno meccanismo. In particolare, nel caso di due alberi, i baricentri delle masse rotanti devono ruotare nello stesso piano perpendicolare allâ€™asse del cestello, coincidente con il piano medio del volume interno del cestello. Nel caso invece di quattro alberi, le masse dovranno essere poste a coppie su due piani opposti rispetto al piano medio (due alberi generano in piano di equilibratura, gli altri due un diverso piano di equilibratura), in modo da generare due coppie di forze rotanti che potranno anche differire tra lâ€™una e lâ€™altra coppia sia in entitÃ che in fase. The second, on the other hand, can be made with two or four shafts placed parallel to the axis of the basket and at equal distance from it, on each of which two masses of equal value are placed, placed in pairs on the same axial plane, one of which it is possible to vary the rotation radius by acting from the outside, and whose timing can also be varied with respect to that of the basket, by means of an appropriate mechanism. In particular, in the case of two shafts, the center of gravity of the rotating masses must rotate in the same plane perpendicular to the axis of the basket, coinciding with the average plane of the internal volume of the basket. In the case of four shafts, on the other hand, the masses must be placed in pairs on two opposite planes with respect to the average plane (two shafts generate in the balancing plane, the other two a different balancing plane), so as to generate two pairs of rotating forces which may also differ between one pair and the other in both entity and phase.

Naturalmente il tutto deve poi essere controllato tramite un micro o DSP che analizzi i dati provenienti da almeno un vibrometro o un accelerometro (due posti lungo un asse parallelo alla direzione dellâ€™asse del cestello, nel caso di utilizzo del sistema a quattro alberi) che rilevi le vibrazioni della vasca. Naturally, everything must then be controlled by means of a micro or DSP that analyzes the data from at least one vibrometer or an accelerometer (two placed along an axis parallel to the direction of the basket axis, in the case of using the four-shaft system) that detects the vibrations of the tank.

Il sistema deve quindi funzionare nel seguente modo: la partenza della fase di centrifugazione deve essere a bassa velocitÃ , in modo da generare basse sollecitazioni. Note le caratteristiche del sistema di sospensione della vaschetta, si rileva la posizione angolare in cui si trova lo sbilanciamento. Nel caso di un accelerometro e due alberi, tutte le masse devono essere poste sullo stesso piano baricentrale rispetto al cestello. Nel caso di due accelerometri e quattro alberi si determina anche la posizione lungo lâ€™asse in cui si trova il baricentro della massa sbilanciante. Fatto ciÃ² si portano le masse degli alberi in opposizione di fase rispetto a quelle del cestello, e si allontanano in modo da generare quattro forze rotanti ognuna delle quali deve essere pari alla metÃ della forza centrifuga che deve essere posta su quel piano per controbilanciare lo sbilanciamento generato dalla biancheria, come fanno i gommisti per equilibrare le gomme. The system must therefore work in the following way: the start of the centrifugation phase must be at low speed, in order to generate low stresses. Once the characteristics of the suspension system of the tray are known, the angular position in which the imbalance is found is detected. In the case of an accelerometer and two shafts, all the masses must be placed on the same barycentral plane with respect to the basket. In the case of two accelerometers and four shafts, the position along the axis in which the center of gravity of the unbalancing mass is found is also determined. Once this is done, the masses of the shafts are brought into phase opposition with respect to those of the basket, and move away so as to generate four rotating forces, each of which must be equal to half the centrifugal force that must be placed on that plane to counterbalance the imbalance generated by laundry, as tire dealers do to balance tires.

Passando ad una descrizione piÃ¹ dettagliata, vediamo in Fig. 1 uno schema che rappresenta la prima soluzione, quella delle masse movimentate da opportuni attuatori lineari, ove con 1 si Ã ̈ indicato il cestello e relativa vasca, con 2 le masse dedicate alla generazione di forze di inerzia sinusoidali in direzione orizzontale, con 3 i relativi attuatori, e con 4 e 5 i le masse e gli attuatori dedicati alla generazione di forze in direzione verticale. Moving on to a more detailed description, we see in Fig. 1 a diagram that represents the first solution, that of the masses moved by appropriate linear actuators, where 1 indicates the basket and relative tank, with 2 the masses dedicated to the generation of sinusoidal forces of inertia in the horizontal direction, with 3 the relative actuators, and with 4 and 5 the masses and actuators dedicated to the generation of forces in the vertical direction.

Viceversa nel caso della Fig. 2 vediamo lo schema globale del sistema ad alberi di bilanciamento. Anche in questo caso si Ã ̈ indicato con 6 il cestello e relativa vasca, con 7 la massa di panni sbilancianti, e con 8 gli alberi rotanti che presentano le masse equilibranti esattamente in opposizione di fase. Vice versa in the case of Fig. 2 we see the global scheme of the balancing tree system. Also in this case 6 the basket and relative tank are indicated, with 7 the mass of unbalancing cloths, and with 8 the rotating shafts which have the balancing masses exactly in phase opposition.

Per quanto riguarda invece la regolazione della fase, si puÃ² ricorrere ad esempio allo schema a sei pulegge presentato in Fig. 3, in tre diverse posizioni di regolazione di fase (a, b e c), in cui le quattro pulegge esterne, dentate, sono poste ai vertici di un parallelogramma, possibilmente ma non necessariamente rettangolo, ove si consideri che la puleggia in alto a sinistra (9, a) sia collegata direttamente al motore che comanda il cestello, mentre quella in alto a destra (10, a) sia dedicata al comando degli alberi di equilibratura, valendo ovviamente anche il contrario. Variando la posizione delle due pulegge centrali, poste su di un supporto ausiliario la cui posizione puÃ² essere variata con un gruppo motore-riduttore e vite senza fine in direzione parallela a quella che unisce i centri delle pulegge di sinistra a quelle di destra, si varia la fase della puleggia condotta (10, a). CiÃ² si comprende facilmente osservando che, se si tiene ferma la puleggia in alto a destra e si spostano le pulegge centrali, le pulegge di destra ruotano. Passando invece a come possono essere realizzati gli alberi che recano le masse posizionabili a raggio variabile, la Fig. 4 ne mostra una possibile soluzione, ma non lâ€™unica possibile. Nellâ€™immagine superiore la posizione di massimo sbilanciamento, in quella inferiore, quella di equilibrio (forze di inerzia nulle). Notiamo che con 11 sono identificati i supporti degli alberi, che devono essere resi solidali alla vasca, poichÃ© su di questa si devono esplicare le forze generate dagli alberi, in modo che non escano sollecitazioni verso lâ€™esterno, mentre con 12 Ã ̈ indicato il gruppo motore-riduttore vite senza fine, che controlla la posizione radiale della massa equilibrante, con 13 Ã ̈ indicata la puleggia che, collegata alla puleggia di destra del sistema di controllo, produce la rotazione dellâ€™albero, con 14 il cuscinetto reggispinta a doppia azione che serve a collegare la parte non rotante del sistema coassiale di controllo della posizione con quella rotante, con 15 Ã ̈ indicata la massa di cui puÃ² essere variata la posizione, in modo da generare la forza centrifuga rotante, ed infine con 16 la contro-massa, che serve a rendere equilibrato lâ€™albero quando non vi Ã ̈ maldistribuzione dei panni nel cestello. Naturalmente sarebbe anche possibile realizzare lo stesso tipo di controllo utilizzando un gruppo motore riduttore rotante con lâ€™albero anzichÃ© stazionario, utilizzando contatti striscianti posti sullâ€™albero stesso, anche se non si ritiene che uno schema simile sia particolarmente conveniente, se non per superare il presente brevetto. As far as the phase adjustment is concerned, for example, one can resort to the six pulley scheme presented in Fig. 3, in three different phase adjustment positions (a, b and c), in which the four external toothed pulleys are placed at the vertices of a parallelogram, possibly but not necessarily a rectangle, where we consider that the upper left pulley (9, a) is connected directly to the motor that controls the basket, while the upper right pulley (10, a) is dedicated driving the balancing shafts, obviously the opposite also applies. By varying the position of the two central pulleys, placed on an auxiliary support whose position can be varied with a motor-reduction unit and worm screw in a direction parallel to that which joins the centers of the left and right pulleys, the the phase of the driven pulley (10, a). This is easily understood by observing that if the upper right pulley is held steady and the center pulleys are moved, the right pulleys rotate. Turning instead to how shafts can be made that carry the masses that can be positioned with variable radius, Fig. 4 shows a possible solution, but not the only one possible. In the upper image the position of maximum imbalance, in the lower one, that of equilibrium (zero inertia forces). We note that with 11 the supports of the trees are identified, which must be made integral with the tank, since the forces generated by the trees must be exerted on this, so that no external stresses are released, while with 12 it is indicated the motor-worm gear reducer unit, which controls the radial position of the balancing mass, 13 indicates the pulley which, connected to the right pulley of the control system, produces the rotation of the shaft, with 14 the bearing double action thrust bearing which serves to connect the non-rotating part of the coaxial position control system with the rotating one, with 15 indicates the mass of which the position can be varied, in order to generate the rotating centrifugal force, and finally with 16 the counter-mass, which serves to make the tree balanced when there is no maldistribution of the clothes in the basket. Of course it would also be possible to carry out the same type of control using a rotating reduction gear motor unit with the shaft instead of a stationary one, using sliding contacts placed on the shaft itself, even if it is not believed that a similar scheme is particularly convenient, if not to overcome this patent.

Si noti che queste sono solo possibili soluzioni al problema, che si possono usare anche quattro alberi, che abbiano le masse i cui baricentri non siano poste in mezzeria ma lateralmente, in luogo di due, per ottenere il bilanciamento anche di eventuali momenti sbilancianti, cosÃ¬ come si fa con le ruote delle automobili, che il sistema di comando della posizione radiale puÃ² essere diverso, cosÃ¬ come puÃ² essere diverso il sistema di variazione di fase, ma in tutti i casi queste soluzioni sono previste nella parte generale del presente brevetto. Note that these are only possible solutions to the problem, that even four shafts can be used, which have the masses whose centers of gravity are not placed in the middle but laterally, instead of two, to obtain the balance even of any unbalancing moments, so ¬ as is done with car wheels, that the radial position control system may be different, just as the phase variation system may be different, but in all cases these solutions are provided in the general part of this patent .

Claims

Claims: 1. Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of clothes in a washing machine, based on the use of three fundamental elements, a vibration measurement system, a control system and a system for generating antagonistic forces able to adjust the intensity, in order to take into account the progressive drying of the clothes during the spin cycle, since the measurement system is made up of any method, such as the use of a vibrometer, an accelerometer or even a simple solenoid system that allows to detect the motion either directly of the drum or even on the structure of the washing machine itself, while the control system consists of an electronic circuit and relative processor, and the system for generating the opposing forces of variable intensity, can be made in two different ways, or through the use of a double system of masses moved by linear actuators acting in two d mutually perpendicular directions, in order to create two sinusoidal motions out of phase by 90 ° between them, in order to generate a rotating force of an intensity equal to that produced by the cloths, but exactly opposite to this, and of variable intensity, or by a system composed of two o four rotating shafts at the same speed as the basket, but whose phases can be varied in pairs by suitable phase variators with respect to that of the basket or through the use of independent motors, and whose intensity can also be varied, by varying the rotation radius of suitable masses that can be made eccentric.

2. Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of the clothes in a washing machine, as per claim 1, in which the system with two or four rotating shafts is controlled directly by the drum motor by means of one or two suitable speed variators. phase, one for each pair of shafts placed symmetrically with respect to the basket.

3. Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of the clothes in a washing machine, as per claims 1 and 2 in which the phase variator, which allows to vary the phase of the inertia forces generated by the eccentric masses with respect to a position taken as a reference on the drum, so as to oppose those generated by the mis-distribution of the clothes in a washing machine, which can be in any position, is achieved by means of a system with six pulleys, four of which are toothed and placed at the vertices of a parallelogram, and two non-toothed, integral with each other, and placed inside the quadrilateral and movable on an axis parallel to the fixed pairs, so as to vary the phase of the pair of pulleys placed on one side of the central pulleys with respect to those placed on the ™ other side.

4. Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of the clothes in a washing machine, as per claim 1, in which the balancing shafts can vary the radius to which appropriate balancing masses are fixed by means of a reduction motor unit, stationary or rotating, which produces radial motion to the rotating mass, thus being able to vary the radius in a controlled manner, and a further mass being placed on the shaft itself such as to make the shaft balanced when the presence is not required of the balancing force.

5. Balancing system of the rotating inertia forces generated by the maldistribution of the clothes in a washing machine, as per claim 1, in which the balancing shafts can vary the radius to which appropriate balancing masses are fixed by means of a reduction motor unit and worm screw, stationary but fixed to the basket structure, which acts by means of an appropriate transmission on a coaxial axis to the shaft which transmits, via a thrust bearing and again an appropriate transmission, the radial motion to the rotating mass, thus being able to vary it the radius is controlled in a controlled manner, and a further mass being placed on the shaft itself to make the shaft balanced when the presence of the balancing force is not required.