KR20000029155A - 일시적 쉬프팅 불균형을 가지는 회전 드럼을 미리균형잡는 방법 - Google Patents

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Abstract

세탁조와, 상기 세탁조에 내장되고 세탁과 탈수 과정 중 실린더의 축에 대해 세탁조 내부에서 회전할 수 있는 실린더형 다공 드럼과, 상기 드럼을 다양한 속도로 회전 구동할 수 있고 상기 세탁조에 단단하게 결합된 부속 수단을 구비한 모터로 구성되고, 상기 드럼은 봉합된 밀폐 형상을 이루고 상기 다공 드럼의 회전축과 일치하는 축을 갖는 상기 원통형 드럼에 일체로 장착된, 적어도 하나의 환상형 중공 몸체에 의해 형성된 자동 균형 장치에 연결되며, 다수의 운동 매스는 상기 중공 몸체에서 자유 운동을 할 수 있는, 현수 진동 세탁 조립체와 외부 케이싱을 갖는 특히 의류 세탁기와 같은, 회전 시스템에서 자동 균형 장치가 불균형 조건을 균형잡게 하고, 적어도 탈수 과정 전에 드럼은 단일하고 동일한 회전 방향으로 여러 상대적인 저속도에서 연속적으로 회전 구동되며, 상기 회전의 주파수는 상기 진동 세탁 조립체의 드럼축에 수직인 병진 고유모드(eigenmode)의 주파수보다 낮으나, 세탁물이 드럼의 내부 원주면에 부착 유지되기에 충분하고, 균형잡기 효과에 완전한 반복성을 제공하기 위해 분배 속도 주위의 실제 속도 변화의 범위내에서 현수 조립체의 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.

Description

일시적 쉬프팅 불균형을 가지는 회전 드럼을 미리 균형잡는 방법{A method for pre-balancing a rotating drum having a temporarily shifting unbalance}
본 발명은 세탁기 드럼과 같은 회전 드럼을, 상기 드럼에 고정된 적어도 하나의 환상형 중공 몸체와 상기 중공 몸체내에서 자유롭게 변위될 수 있는 다수의 균형 몸체로 구성된 자동 균형 장치에 의해 동적으로 균형잡는 방법에 관한 것이다. 회전 드럼의 회전 중, 이들 균형 몸체는 불균형력을 상쇄시키는 위치에 이들을 배열함으로써 시스템의 불균형을 보상하기 위해 이동된다.
이러한 배열에 의해 회전 드럼이 회전 드럼의 초임계(supercritical) 회전 속도에 도달되었을 때 유효한 균형 기능을 달성할 수 있지만, 기동과 가속 중에, 즉 아임계(subcritical) 속도에서는 여전히 이러한 진폭의 불균형이 존재하고, 이는 많은 응용에서 바람직하지 않다.
이는 특히 의류 세탁기의 경우 특별하고, 이러한 자동 균형 장치는 정상 세탁 과정 중이 아닌 탈수(spin-extraction) 과정 중에만 균형잡기 효과를 제공한다.
이 문제는 외부 케이싱과 현수(suspended) 진동 세탁 조립체를 가진 의류 세탁기를 설명하는 EP-A-0 810 316의 기본이 되고,
세탁조와, 상기 세탁조에 내장되고 세탁과 탈수 과정 중 원통축에 대해 내부에서 회전 가능한 원통형 다공 드럼과, 상기 드럼을 다양한 속도로 회전 구동하고 상기 세탁조에 단단하게 결합된 부속 수단을 구비한 모터로 구성되고,
상기 드럼은 선호적으로 직사각형 단면을 갖는 다수의 환상형 중공 몸체에 의해 형성된 동적 균형 장치를 구비하고, 상기 몸체는 봉합된 밀폐 형상을 이루고 상기 다공 드럼축과 일치하는 축을 갖는 원통형 드럼에 일체로 장착되며, 다수의 이동 매스(mass)는 상기 중공 몸체에 채워진 일정 점도의 액체에서 자유 이동하고, 적어도 탈수 과정 전에, 드럼이 비교적 낮은 여러 속도에서 단일하고 동일한 회전 방향으로 연속 회전되고, 상기 회전 주파수는 상기 진동 세탁 조립체의 공진 주파수에 비해 낮으나, 드럼내의 세탁물을 드럼의 내부 원주면에 부착 유지하기에 충분한 특징이 있다.
이러한 특징으로써 균형 장치는 세탁물을 포함한 회전 드럼에 의해 수행되는 모든 회전 과정 중 균형을 이룰 수 있도록 한다.
단지 회전 속도 변화에 의한 힘만을 고려한 EP-A-0 810 316에 나타낸 해법은 특정 환경에서만 맞는데, 이는 매 시간 모든 속도 범위에 걸쳐 균형 효과가 얻어짐을 확인하기 위해 다른 조건이 만족되어야 함을 의미한다.
본 발명의 목적은 현수 조립체의 아임계 운동의 결과로 발생하는 반작용력도 고려한 방법을 제공하는 것이고, 상기 원리가 작동되도록 이 힘은 회전 속도의 원하는 변화에 의해 발생된 힘보다 작아야 하고, 이는 청구항에 정의된 단계에 의해 이루어진다.
따라서 균형잡기(outbalancing) 효과에 반복성을 제공하기 위해 분배 속도(distribution speed) 주위의 실제 속도 변화 범위내에서 현수 조립체의 강체 운동을 최소화함으로써 만족할만한 미리 균형잡는 결과가 달성된다.
만약 다른 조건이 상기 EP-A-0 810 316에 기술된 조건과 함께 만족된다면 균형 효과는 매 시간과 임의의 아임계 속도에서도 이루어질 수 있다.
EP-A-0 810 316의 청구항에 기술된 균형 과정은 본 출원에 기술된 조건하에서 완전히 반복적이지는 않다.
세탁기에서 균형 몸체(통상 볼(ball))에 의한 미리 균형잡기는 균형잡기가 자동 균형 장치에서 정상적으로 작동되지 않는 속도 범위에서 볼에 균형 위치를 제공함을 의미한다.
회전 시스템은 자동 균형 기능이 실행될 수 있도록 회전 시스템의 제 1 공진 주파수를 지나간다. 초임계 범위에서 작동되는 이유는 불균형과 시스템의 기하학적 중심 사이의 위상각이 회전축에 대해 180o에 가깝기 때문이다. 이 경우 위상각은 불균형에 의해 발생된 힘이 회전 시스템의 운동 방향에 관련되는 방법의 정의이다.
세탁기 드럼을 연구할 때,
- 공진 이전에 0°에 가까운 위상각이 있고, 이는 불균형이 드럼의 기저부(bottom)에 위치할 때 현수 조립체는 현수 조립체의 최저 위치에 있고, 불균형이 최상부에 있을 때 현수 조립체는 현수 조립체의 최고 위치에 있게됨을 뜻하며,
- 공진시 위상각은 90°이고, 불균형이 기저부에 있을 때 현수 조립체는 오른손(또는 왼손) 방향을 향해 위치되고, 불균형이 오른손 방향에 위치될 때 현수 조립체는 현수 조립체의 최고(최저) 위치에 있으며,
- 공진 후 위상각은 180°에 가깝고, 불균형이 기저부에 있을 때 현수 조립체는 최고 위치에 있고, 불균형이 최상부에 있을 때 현수 조립체는 최저 위치에 있는다.
자동 균형 장치의 볼은 드럼과 함께 움직이고, 이는 만약 불균형이 기저부에 있을 때 드럼은 최고 위치에 있고 볼은 상승하려함을 즉, 볼이 불균형을 균형잡음을 의미한다.
미리 균형잡기에서 위상각과 전혀 관계가 없는 다른 물리적 현상이 이용된다. 미리 균형잡기 작업을 이루는 물리적 현상은 세탁기를 다시 연구할 때 세탁물(불균형을 나타내는)과 함께 회전하는 드럼을 가진다는 사실에서 발견된다. 불균형이 기저부에 위치하고 드럼의 최상부로 상승될 때, 소요 위치 에너지는 드럼의 회전 속도로부터 제공된다. 확장된 수의 회전에 걸친 주치(main value)로서, 드럼의 회전 속도를 일정치로 유지하기 위해, 다수의 사이클에 걸친 평균으로 모터로부터 제공된 토오크는 손실과 같다. 이는 세탁물(불균형)이 위로 움직일 때 드럼의 회전 속도가 감소되고 세탁물이 아래로 움직일 때 드럼의 회전 속도가 가속됨을 의미한다.
만약 드럼이 최상부 위치에서 세탁물을 가지고 회전하지 않는다면, 볼은 아래로 구르고 드럼의 기저부에 위치하고, 이는 불균형의 원하는 감소를 제공한다. 여기서 문제는 만약 드럼이 정지한다면 세탁물도 떨어지고, 이는 불균형이 증가됨을 의미한다. 따라서 세탁물이 기저부보다 "더 자주" 최상부에 있어서 볼이 "아래로" 구르는 시간을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 구심 가속도(centripetal acceleration)가 중력 가속도보다 클 때 세탁물은 드럼에 대해 현 위치에 정지하고, 만약 드럼과 세탁물 사이의 마찰이 세탁물의 미끄러져 내려감을 막기에 충분하다면 이 구분점(break point)은 가정용에 대해 대략 50rpm 주위에서 대부분 발생할 것이다.
본 논의에 따라 세탁물(불균형)이 최상부에 있을 때 드럼은 최저 속도로 운동할 것이고, 이는 불균형이 기저 위치보다 최상 위치에서 더 장시간 위치됨을 의미하며, 볼은 더 장시간동안 아래로 구르고 불균형을 상쇄시키게 된다. 이 시간차가 상기의 "더 자주"이고, 즉, 목표 효과가 이 방법으로 달성된다.
만약 드럼이 단단하게 압축된다면 미리 균형잡기는 최상의 방법으로 기능할 것이고, 볼과 불균형은 외란(disturbance)없이 작동이 가능하게 된다. 그러나 세탁기의 경우에 드럼을 단단하게 압축시키는 것은 불가능하고, 볼이 자동 균형잡기 이론에 따라 발생된 힘에 의해 영향을 받게되는 드럼에서 언제나 운동이 발생하게 되고, 볼은 드럼의 운동을 따르게 된다. 드럼이 가능한 한 적게 움직이는 것을 확인하기 위해(자동 균형잡기 이론에 따라 발생된 힘을 최소화하기 위해), 미리 균형잡기가 운동으로부터 영향을 받는 회전 속도 영역을 제거하는 것이 필요하거나-그렇지 않으면 운동을 증가시킨다-임의의 운동을 감쇠하는 것이 필요하다.
수직 방향으로의 강체 운동은 세탁기에서 양호하게 감쇠되는 반면, 수평 방향으로의 운동은 덜 양호하게 감쇠되고, 동적 운동의 감쇠는 덜 두드러진다. 동적 운동은 동적 불균형에 의해 발생된 변위 형태로 이해된다.
목적은 세탁기가 요구된 회전 속도 변화와 최소화된 강체 운동 형성을 위해 작동할 수 있는 주파수 범위(회전 속도)를 생성하고, 함께 원하는 효과를 제공하며, 비록 공진 회전 속도에 도달하지 않았지만 불균형이 감소하고, 이는 현수 조립체로부터 외부 케이싱으로 힘 전달을 증가시킴으로써 얻어진다. 이는 다른 방법, 즉 감쇠 효과의 증가에 의해, 마찰 증가층이나 점성 감쇠 시스템에 의해 발생될 수 있다. 또한 증가된 힘 전달은 강화 스프링이나 이러한 강화 스프링이나 유사 탄성 시스템을 구비하기 위해, 현수 조립체와 외부 케이싱 사이에 하나 이상의 스프링이나 탄성 시스템을 대체함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어 무게를 추가로 가함으로써 현수 조립체의 무게를 증가시켜 유사 결과를 얻을 수도 있다. 기하학적 중심과 진동 세탁 조립체의 무게 중심 사이 거리의 1.5배의 최고 변위 진폭을 시스템에 제공함으로써 양호한 결과가 얻어진다. 이는 세트 한계는 아니다.
동적 운동이 가능한 한 많이 최소화하는 것도 중요하다. 동적 운동의 이러한 최소화는 현재 세탁기에서 완료되었지만, 양호한 결과를 얻기 위해 이 운동은 현재 세탁기보다 더 최소화되어야 하고, 이는 상기의 힘 전달을 증가시키는 방법으로 발생된다. 또한 이 동적 운동은 병진 변위 모드와 동적 변위 모드 사이에 낮은 등급의 모드 연결을 확인함으로써 최소화될 수 있다.
위치와 값에 대한 감쇠기와 스프링을 재설계함으로써 미리 균형잡기가 수행되는 회전 속도 범위로부터 외부로 공진을 이동시키고, 회전 운동과 수평 운동을 감소시켜 이는 얻어진다.
본 발명은 기술된 실시예에 한정되지 않고 청구 범위내에서 변경되고 수정될 수 있다.
본 발명의 효과는 세탁기가 요구된 회전 속도 변화와 최소화된 강체 운동 형성을 위해 작동할 수 있는 주파수 범위(회전 속도)를 생성하고, 함께 원하는 효과를 제공하며, 비록 공진 회전 속도에 도달하지 않았지만 불균형이 감소하고, 이는 현수 조립체로부터 외부 케이싱으로 힘 전달을 증가시킴으로써 얻어진다. 이는 다른 방법, 즉 감쇠 효과의 증가에 의해, 마찰 증가층이나 점성 감쇠 시스템에 의해 발생될 수 있다. 또한 증가된 힘 전달은 강화 스프링이나 이러한 강화 스프링이나 유사 탄성 시스템을 구비하기 위해 현수 조립체와 외부 케이싱 사이에 하나 이상의 스프링이나 탄성 시스템을 대체함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어 무게를 추가로 가함으로써 현수 조립체의 무게를 증가시켜 유사 결과를 얻을 수도 있다.

Claims (6)

  1. 세탁조와, 상기 세탁조에 내장되고 세탁과 탈수 과정 중 실린더의 축에 대해 세탁조 내부에서 회전할 수 있는 실린더형 다공 드럼과, 상기 드럼을 다양한 속도로 회전 구동할 수 있고 상기 세탁조에 단단하게 결합된 부속 수단을 구비한 모터로 구성되고, 상기 드럼은 봉합된 밀폐 형상을 이루고 상기 다공 드럼의 회전축과 일치하는 축을 갖는 상기 원통형 드럼에 일체로 장착된, 적어도 하나의 환상형 중공 몸체에 의해 형성된 자동 균형 장치에 연결되며, 다수의 운동 매스는 상기 중공 몸체에서 자유 운동을 할 수 있는, 현수 진동 세탁 조립체와 외부 케이싱을 갖는 특히 의류 세탁기와 같은, 회전 시스템에서 자동 균형 장치가 불균형 조건을 균형잡게 하고, 적어도 탈수 과정 전에 드럼은 단일하고 동일한 회전 방향으로 비교적 낮은 여러 속도에서 연속적으로 회전 구동되며, 상기 회전의 주파수는 상기 진동 세탁 조립체의 드럼축에 수직인 병진 고유모드(eigenmode)의 주파수보다 낮으나, 세탁물이 드럼의 내부 원주면에 부착 유지되기에 충분한 과정에 있어서,
    균형잡기 효과에 완전한 반복성을 제공하기 위해 분배 속도 주위의 실제 속도 변화의 범위내에서 현수 조립체의 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
  2. 제 1 항에 있어서, 주어진 변위 진폭에 대해, 외부 케이싱에 전달되는 힘을 증가시킴으로써 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 현수 조립체와 외부 케이싱 사이에 증가된 감쇠장치를 구비함으로써 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 현수 조립체와 외부 케이싱 사이에 강성 스프링을 구비함으로써 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 현수 조립체의 무게를 증가시킴으로써 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 현수 조립체와 외부 케이싱 사이에 증가된 감쇠장치와 강성 스프링을 구비함으로써, 그리고/또는 현수 조립체의 무게를 증가시킴으로써 강체 운동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 과정.
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