ITCS20100017A1 - VIBRATION CONTROL SYSTEM DURING CENTRIFUGATION IN A HOME WASHING MACHINE - Google Patents

VIBRATION CONTROL SYSTEM DURING CENTRIFUGATION IN A HOME WASHING MACHINE Download PDF

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ITCS20100017A1
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Guido Danieli
Carlo Innocenti
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Calabrian High Tech Cht S R L
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Description

Sistema per il controllo delle vibrazioni durante la centrifugazione in una lavatrice domestica Vibration control system during spinning in a domestic washing machine

Descrizione generale del campo di intervento dell’invenzione. General description of the field of intervention of the invention.

E’ noto che le lavatrici durante la fase di centrifugazione spesso vibrano anche in maniera pesante, e ciò a causa della non uniforme disposizione della biancheria all’interno del cestello, il che produce un sistema di forze rotante. Tale sistema rotante di forze però diminuisce di intensità man mano che la biancheria espelle l’acqua a causa della centrifugazione stessa, possibilmente modificandosi a causa delle diverse caratteristiche di assorbimento dei singoli capi. It is known that washing machines during the spinning phase often vibrate even heavily, and this is due to the uneven arrangement of the laundry inside the drum, which produces a rotating force system. This rotating system of forces, however, decreases in intensity as the laundry expels the water due to the centrifugation itself, possibly changing due to the different absorption characteristics of the individual items.

Ora tali vibrazioni costringono da una parte ad appesantire la lavatrice stessa con delle masse aggiuntive, dall’altra costringono a ridurre il diametro del cestello in modo che la vasca che lo contiene non urti la struttura esterna, essendo a questa collegata tramite un sistema molla-ammortizzatore. Ma proprio la limitazione del diametro del cestello à ̈ considerato un elemento negativo, in quanto riduce la quantità 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 basket so that the tub that contains it does not hit the external structure, being connected to this through a spring system. - shock absorber. 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 ciò, le nuove tariffe agevolate per l’utilizzo notturno degli elettrodomestici forniscono un ulteriore stimolo nella riduzione/annullamento delle vibrazioni stesse. Scopo della presente invenzione à ̈ dunque un sistema che consenta di ridurre al minimo se non annullare completamente le vibrazioni stesse. In particolare una precedente domanda di brevetto CS2010A000011 del primo autore era relativo a un sistema basato sull’utilizzo di alberi con masse eccentriche il cui raggio poteva essere variato. Tale sistema però aveva il difetto di esigere una troppa estensiva variazione dell’architettura attuale di una lavatrice, e si à ̈ deciso di proporne uno nuovo che ottenga lo stesso effetto con minori modifiche strutturali. Apart from this, the new discounted rates for the night use of household appliances provide a further stimulus in reducing / canceling the vibrations themselves. The purpose of the present invention is therefore a system that allows to reduce to a minimum if not completely cancel the vibrations themselves. In particular, a previous patent application CS2010A000011 by the first author related to a system based on the use of shafts with eccentric masses whose radius could be varied. This system, however, had the defect of requiring too extensive a variation of the current architecture of a washing machine, and it was decided to propose a new one that achieves the same effect with minor structural changes.

Descrizione della realizzazione preferita. Description of the preferred embodiment.

L’idea di base à ̈ quella di generare due cavità toroidali poste lateralmente all’interno del cestello, suddivise con setti in una serie di tasche che devono essere riempite di acqua, per poi essere selettivamente svuotate in modo da generare forze di inerzia atte a compensare quelle generate dalla maldistribuzione dei panni. Ora tali tasche possono essere costruite come elemento integrante del cestello e poste all’interno o all’esterno di questo, o anche costituite come elementi plastici aggiuntivi da installare nei cestelli stessi. Tali tasche possono essere aperte in corrispondenza del raggio minimo, o stagne e poste internamente, ma dotate di valvole di riempimento, poste alla sommità interna. Altre valvole, poste in periferia, devono comunque essere presenti ed essere utilizzate per lo svuotamento controllato delle tasche stesse. Naturalmente à ̈ chiaro che riempimento e svuotamento devono essere controllati con attenzione, utilizzando valvole la cui apertura e chiusura possa essere controllata dall’esterno, tramite ad esempio, ma non esclusivamente, l’attivazione di solenoidi posti all’esterno della vasca, che generino forze elettromagnetiche al passaggio delle valvole da attuare. Per l’apertura e chiusura delle valvole potranno essere presenti nei solenoidi ad esempio sistemi puramente meccanici a camma (peraltro sconsigliabili per il rumore prodotto dagli inevitabili urti), oppure otturatori in materiale ferromagnetico, o meglio magneti permanenti, che potranno essere attratti o respinti invertendo opportunamente la corrente nei solenoidi. Un encoder angolare potrebbe controllare la posizione del cestello, onde permettere di sapere quando una particolare valvola sarà in posizione giusta per essere attuata. Tuttavia, l’encoder potrebbe essere sostituito dall’analisi dell’andamento delle accelerazioni, con l’eventuale aggiunta di sensori di campo (effetto Hall o altro). The basic idea is to generate two toroidal cavities placed laterally inside the basket, divided with septa in a series of pockets that must be filled with water, to then be selectively emptied in order to generate inertia forces designed to compensate for those generated by the maldistribution of cloths. Now these pockets can be built as an integral element of the basket and placed inside or outside it, or even constituted as additional plastic elements to be installed in the baskets themselves. These pockets can be open at the minimum radius, or watertight and placed internally, but equipped with filling valves, placed at the internal top. Other valves, located in the periphery, must in any case be present and be used for controlled emptying of the pockets themselves. Of course, it is clear that filling and emptying must be carefully controlled, using valves whose opening and closing can be controlled from the outside, through, for example, but not exclusively, the activation of solenoids placed outside the tank. , which generate electromagnetic forces at the passage of the valves to be actuated. For the opening and closing of the valves there may be present in the solenoids, for example, purely mechanical cam systems (however not recommended due to the noise produced by the inevitable impacts), or shutters in ferromagnetic material, or rather permanent magnets, which can be attracted or rejected suitably inverting the current in the solenoids. An angle encoder could control the position of the basket, to let you know when a particular valve will be in the right position to be actuated. However, the encoder could be replaced by the analysis of the acceleration trend, with the possible addition of field sensors (Hall effect or other).

Si badi che, posizionando sui due lati del cestello le tasche, si ottiene con facilità anche la possibilità di annullare non solo il vettore risultante del sistema di forze centrifughe, ma anche il momento risultante, ottenendo lo stesso effetto dei quattro alberi citati dalla citata domanda di brevetto CS2010A000011, con l’ulteriore vantaggio di diminuire le sollecitazioni sui cuscinetti che reggono il cestello, dato che questo diverrebbe intrinsecamente equilibrato. It should be noted that, by placing the pockets on the two sides of the basket, it is also possible to easily cancel not only the resulting vector of the system of centrifugal forces, but also the resulting moment, obtaining the same effect as the four trees mentioned in the aforementioned question. patent CS2010A000011, with the further advantage of reducing the stresses on the bearings that hold the basket, since this would become intrinsically balanced.

Nel caso di utilizzo delle tasche poste ai lati esterni del cestello ed aperte al raggio minimo, verrà provvisto un piccolo condotto di adduzione dell’acqua in corrispondenza dell’apertura, che dovrà erogare l’acqua quando inizia la fase di centrifugazione, in modo che tutte le tasche ne contengano la stessa quantità. A questo punto gli accelerometri valutano la maldistribuzione e le stesse valvole di svuotamento possono essere aperte con i sistemi sopra accennati, ottenendo il bilanciamento. In case of use of the pockets placed on the external sides of the basket and open to the minimum radius, a small water supply duct will be provided at the opening, which will have to deliver the water when the centrifugation phase begins, so that all pockets contain the same amount. At this point the accelerometers evaluate the maldistribution and the same emptying valves can be opened with the systems mentioned above, obtaining the balance.

Nel caso invece di tasche stagne (che à ̈ di più complessa attuazione e quindi meno vantaggiosa della soluzione descritta precedentemente, ma che viene comunque elencata per evitare che il brevetto venga aggirato utilizzando una soluzione alternativa), il sistema deve quindi funzionare nel seguente modo: durante la fase di risciacquo il cestello viene portato in sequenza con ogni tasca centrata nel punto più basso, vengono quindi aperte le valvole di riempimento, fino al completo riempimento di ciascuna tasca, per poi passare alla tasca successiva. Quando poi parte la fase di centrifugazione, questa deve essere inizialmente a bassa velocità, in modo da generare basse sollecitazioni. Ma ciò permette di determinare le posizioni angolari in cui si trovano gli sbilanciamenti. Fatto ciò si può calcolare lo sbilanciamento utile e si inizia ad attivare l’uscita dell’acqua dalle tasche che non servono a bilanciare le masse degli alberi lasciando quanto basta per ottenere il risultato desiderato. Ciò sarà ottenuto attivando i solenoidi di svuotamento quando passano le corrispondenti valvoline, essendo il tutto controllato dal misuratore angolare comunque realizzato. Naturalmente poi si dovranno ulteriormente attuare le valvoline di svuotamento per compensare la perdita di peso dei panni in fase di centrifugazione. On the other hand, in the case of watertight pockets (which is more complex to implement and therefore less advantageous than the solution described above, but which is in any case listed to prevent the patent from being circumvented by using an alternative solution), the system must therefore work as follows: during the rinsing phase, the basket is brought in sequence with each pocket centered at the lowest point, the filling valves are then opened, until each pocket is completely filled, to then move on to the next pocket. When the centrifugation phase then starts, this must initially be at low speed, in order to generate low stresses. But this allows us to determine the angular positions in which the imbalances are located. Once this is done, you can calculate the useful unbalance and start activating the water outlet from the pockets that do not serve to balance the masses of the trees, leaving enough to obtain the desired result. This will be obtained by activating the emptying solenoids when the corresponding valves pass, all being controlled by the angle gauge, however realized. Naturally, the emptying valves will then have to be further implemented to compensate for the weight loss of the cloths during the spin cycle.

Passando a una descrizione più dettagliata, vediamo in Tavola 1 uno schema che rappresenta il cestello in semisezione frontale e laterale nel caso di tasche aperte al raggio minimo, in cui si notano le suddivisioni dei toroidi in tasche (1), l’otturatore delle valvole di svuotamento ad azionamento assiale (2), le relative aperture al raggio minimo (3), e, nella semisezione laterale, i condotti di adduzione dell’acqua (4) che fanno parte della vasca contenente il cestello (5), ed i solenoidi di attuazione delle valvole di svuotamento (6). Moving on to a more detailed description, we see in Table 1 a diagram that represents the basket in front and side half-section in the case of pockets open to the minimum radius, in which the subdivisions of the toroids into pockets (1), the obturator of the axially operated drain valves (2), the relative openings at the minimum radius (3), and, in the lateral half section, the water supply ducts (4) which are part of the tank containing the basket (5), and the solenoids for actuating the emptying valves (6).

Nel caso invece di tasche chiuse, Tavola 2, si notano in vista frontale sia i solenoidi che comandano l’apertura delle valvole di riempimento, inferiori, (7) per il riempimento, e superiori (8) per permettere l’uscita dell’aria, poste sulla sommità interna delle tasche, che quelli di comando delle valvole di svuotamento in caso di comando radiale (9), mentre nel lato sinistro della semisezione si notano gli otturatori delle valvole di riempimento (10), e sul lato destro à ̈ rappresentato l’esterno del cestello, con le valvole radiali di svuotamento visibili (11). On the other hand, in the case of closed pockets, Table 2, the solenoids that control the opening of the filling valves, lower (7) for filling, and upper (8) to allow the exit of the € ™ air, placed on the internal top of the pockets, and those controlling the emptying valves in the case of radial control (9), while on the left side of the half section you can see the shutters of the filling valves (10), and on the right side The outside of the basket is shown, with the radial emptying valves visible (11).

Si noti che ovviamente le valvole di svuotamento possono essere sia ad azionamento radiale che assiale, ed applicate sia alle tasche aperte che a quelle chiuse, si à ̈ semplicemente deciso di rappresentare le possibili posizioni dei solenoidi nelle due tavole, senza che questo obblighi ad usare l’uno o l’altro tipo di attuazione a seconda del tipo di tasca prescelto. Note that obviously the drain valves can be both radial and axial operated, and applied to both open and closed pockets, it was simply decided to represent the possible positions of the solenoids in the two tables, without this obliging to use one or the other type of actuation depending on the type of pocket chosen.

Passando invece a come possono essere realizzate le valvole di svuotamento, si potrebbe usare come metodo di attuazione un sistema puramente magnetico, illustrato in Tavola 3, disponendo nella rappresentazione i solenoidi (12) allineati lungo una retta anziché lungo una circonferenza come sarà nella realtà, in cui l’otturatore (13) della valvola inglobi un magnete permanente, che venga respinto da un forte campo magnetico generato da una serie di solenoidi posti in parallelo lungo la superficie della vasca e provvisti di anima in ferro dolce (14), in modo che le superfici non entrino in contatto diretto, ma si limitino a respingere gli otturatori in modo da aprire le valvoline, attivando solo i solenoidi posti in corrispondenza del passaggio della valvola da aprire. Ovviamente tali valvole potrebbero essere azionate sia in direzione radiale (ma in questo caso le forze necessarie all’attuazione dovrebbero essere molto maggiori per vincere la forza centrifuga) che in direzione parallela all’asse del cestello. Altrettanto ovviamente l’otturatore potrebbe semplicemente inglobare un elemento in materiale ferromagnetico, aprendosi quindi verso l’esterno perché attratto, anziché verso l’interno, perché respinto, ma nel primo caso sarebbe richiesta una maggior intensità di corrente. Nel caso poi di valvole di svuotamento poste in direzione assiale anziché radiale, ciò comporterebbe la necessità di ospitare i solenoidi all’esterno della vasca, ma per attuarli sarebbe richiesta una corrente molto inferiore. Tutto ciò e rappresentato in Tavola 4, ove con (15) indica il cestello aperto al raggio inferiore, (16) il solenoide, (17) l’otturatore e relativo magnete permanente, (18) un bilanciere, (19) una molla inox, (20) il supporto valvola e (21) la vasca. L’asse del cestello non à ̈ mostrato in quanto orizzontale ma molto lontano. Qualora non si desiderasse utilizzare il magnete permanente, che comunque non rischia di perdere le loro caratteristiche di magnetizzazione poiché le temperature massime raggiunte da una lavatrice durante il lavaggio sono molto inferiori alla temperatura di Curie, l’apertura dovrebbe avvenire attraendo l’otturatore anziché respingendolo, con maggior complessità, a meno di non far scaricare l’acqua verso l’interno del cestello anziché verso l’esterno, ed in questo caso il solenoide potrebbe agire unicamente attraendo la molla inox in materiale ferromagnetico, in maniera però meno efficiente dal punto di vista del consumo energetico. Turning instead to how the drain valves can be made, a purely magnetic system could be used as an actuation method, illustrated in Table 3, arranging in the representation the solenoids (12) aligned along a straight line instead of along a circumference as it will be in reality , in which the shutter (13) of the valve incorporates a permanent magnet, which is rejected by a strong magnetic field generated by a series of solenoids placed in parallel along the surface of the tank and equipped with a soft iron core (14), so that the surfaces do not come into direct contact, but merely reject the shutters in order to open the valves, activating only the solenoids placed in correspondence with the passage of the valve to be opened. Obviously, these valves could be operated both in a radial direction (but in this case the forces necessary for their actuation should be much greater to overcome the centrifugal force) and in a direction parallel to the basket axis. Equally obviously, the shutter could simply incorporate an element in ferromagnetic material, thus opening towards the outside because it is attracted, rather than towards the inside, because it is rejected, but in the first case a greater current intensity would be required. In the case of drain valves placed in an axial rather than radial direction, this would entail the need to house the solenoids outside the tank, but a much lower current would be required to implement them. All this is represented in Table 4, where with (15) indicates the basket open to the lower spoke, (16) the solenoid, (17) the shutter and relative permanent magnet, (18) a rocker, (19) a spring stainless steel, (20) the valve support and (21) the tank. The basket axis is not shown as horizontal but very far away. If you do not wish to use the permanent magnet, which in any case does not risk losing their magnetization characteristics since the maximum temperatures reached by a washing machine during washing are much lower than the Curie temperature, the opening should take place by attracting the shutter instead of rejecting it, with greater complexity, unless the water is discharged towards the inside of the basket instead of towards the outside, and in this case the solenoid could only act by attracting the stainless steel spring made of ferromagnetic material , but in a less efficient way from the point of view of energy consumption.

Per quanto riguarda invece le valvole di riempimento, queste possono essere realizzate ad esempio come in Tavola 5, anche se si tratta solo di un esempio che non esclude la possibilità di realizzazione in altro modo. A sinistra la valvola chiusa, a destra aperta. Si noti che in questo caso l’apertura à ̈ comandata dal solenoide (22) posto sulla vasca (23), che agisce dall’esterno del cestello (24), premendo direttamente sullo stelo della valvola (25), essendo in questo caso il cestello fermo, mentre la valvola si apre sulla superficie interna della sacca (26). Tavola 6 mostra una valvola di carico ad azionamento magnetico, quindi senza contatto, ove si nota la presenza di un magnete permanente (27). As regards the filling valves, on the other hand, these can be realized for example as in Table 5, even if it is only an example that does not exclude the possibility of realization in another way. On the left the valve closed, on the right open. Note that in this case the opening is controlled by the solenoid (22) placed on the tank (23), which acts from the outside of the basket (24), pressing directly on the valve stem (25), being in this the basket is stopped, while the valve opens on the inner surface of the bag (26). Table 6 shows a loading valve with magnetic drive, therefore without contact, where the presence of a permanent magnet (27) is noted.

Claims (6)

Rivendicazioni: 1. Sistema di bilanciamento delle forze d’inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, basato sull’utilizzo di tre elementi fondamentali, un sistema di misura delle vibrazioni, un sistema di controllo e un sistema di generazione delle forze antagoniste in grado di regolarne l’intensità, onde tener conto del progressivo asciugamento dei panni durante la centrifugazione, essendo il sistema di misura costituito con qualsiasi metodo, quale l’utilizzo di almeno un vibrometro, o accelerometro o anche un semplice solenoide che consenta di rilevare il moto o direttamente della vasca o addirittura sulla struttura stessa della lavatrice, mentre il sistema di controllo à ̈ costituito da un circuito elettronico e relativo processore, ed il sistema di generazione delle forze antagoniste di intensità variabile, può essere realizzato con un sistema di tasche aperte verso il raggio minimo o stagne, poste intorno o entro il cestello, che devono essere riempite di acqua tramite opportuni condotti se aperte o valvole a controllo elettronico comandate dall’esterno delle tasche stesse ad inizio della fase di lavaggio, se chiuse, per poi essere svuotate selettivamente, tramite una seconda serie di valvole, la cui apertura viene anche comandata dall’esterno della vasca, in modo da generare una forza rotante di intensità pari a quella prodotta dai panni, ma esattamente opposta a questa, e di intensità variabile. 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 at least one vibrometer, or accelerometer or even a simple solenoid that allows to detect the motion either directly of the tub or even on the structure of the washing machine itself, while the control system is made up of an electronic circuit and relative processor, and the system for generating the antagonistic forces of variable intensity, can be realized with a system of pockets open towards the minimum radius or watertight, placed around or within the basket, which must be filled of water through suitable ducts if open or electronically controlled valves controlled from the outside of the pockets themselves at the beginning of the washing phase, if closed, and then selectively emptied, through a second series of valves, whose opening is also controlled by the € ™ external of the tub, so as to generate a rotating force of an intensity equal to that produced by the cloths, but exactly opposite to this, and of variable intensity. 2. Sistema di bilanciamento delle forze in inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, come da rivendicazione 1, in cui il sistema di tasche può essere sia parte integrante del cestello che composti da elementi aggiuntivi. 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 pocket system can be either an integral part of the drum or composed of additional elements. 3. Sistema di bilanciamento delle forze in inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, come da rivendicazione 1, in cui le tasche aperte verso il raggio minimo e sono poste sui bordi esterni del cestello. 3. 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 pockets open towards the minimum radius and are placed on the outer edges of the drum. 4. Sistema di bilanciamento delle forze in inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, come da rivendicazione 1, in cui le tasche stagne sono poste sui bordi interni del cestello. 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 watertight pockets are placed on the inner edges of the drum. 5. Sistema di bilanciamento delle forze in inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, come da rivendicazione 1, in cui le valvole di riempimento, nel caso di tasche stagne, sono poste sulla superficie interna delle tasche a minor distanza dall’asse di rotazione, e la cui apertura viene comandata dall’esterno della vasca da appositi sistemi di attuazione a controllo elettronico, quali, ma non esclusivamente, i solenoidi, quando la tasca si trova nella posizione più bassa, in modo da permetterne il riempimento durante la fase di carico dell’acqua per il successivo lavaggio. 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 filling valves, in the case of watertight pockets, are placed on the inner surface of the pockets at a shorter distance from the rotation axis, and whose opening is controlled from the outside of the tank by special electronically controlled actuation systems, such as, but not limited to, the solenoids, when the pocket is in the lowest position, so as to allow it to be filled during the water filling phase for subsequent washing. 6. Sistema di bilanciamento delle forze in inerzia rotanti generate dalla maldistribuzione dei panni in una lavatrice, come da rivendicazione 1, in cui le valvole di svuotamento selettivo delle tasche sono azionate in modo temporaneo ed opportuno durante la rotazione del cestello, anche da appositi sistemi di attuazione a controllo elettronico, quali, ma non esclusivamente, i solenoidi, ed agiscono sull’otturatore delle valvole di scarico sia attraverso opportune camme, che per via puramente magnetica, e possono aprirsi sia in direzione radiale che assiale, essendo gli otturatori attratti nel caso di presenza di materiale ferromagnetico, o, più opportunamente respinti, se vengono utilizzati magneti permanenti.6. 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 valves for the selective emptying of the pockets are activated in a temporary and opportune way during the rotation of the drum, also by special systems actuation with electronic control, such as, but not exclusively, the solenoids, and act on the shutter of the exhaust valves both through appropriate cams, and purely magnetic, and can open both in radial and axial direction, being the shutters attracted in the case of the presence of ferromagnetic material, or, more appropriately rejected, if permanent magnets are used.
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