专利名称：家用电器防止不平衡装载的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种家用电器的控制系统，更准确地说是涉及一种系统，用于检测和调整洗衣机装载出现不平衡，及该不平衡状态不能调整时中断洗衣机的工作阶段。
洗衣机的不平衡装载会导致过大的机械和电力负荷。因此，当不平衡装载状态存在时能够对它进行检测和调整是重要的。对装载平衡的检测，不论是采用机械的还是固态传感器(例如测力传感器)都会提高成本并降低系统可靠性。装载平衡也可以通过直接检测洗衣机的电动机/转筒速度测定出来，但这就需要价格昂贵的测速发电机。此外，绝大多数检测方法都需要对电动机或者对该系统的其余部分增加额外的电气引线，这就不仅降低了系统的可靠性也降低了其成本效益。
本发明的数个目的和特征之一是提供一种检测电动机驱动的转筒式洗衣机装载不平衡的经过改进的系统和方法。
本发明的目的之二是提供一种在脱水阶段开始之前设法调整不平衡状态的系统和方法。
本发明的目的之三是提供一种在脱水阶段中用来检测不平衡状态，并调整脱水阶段的各参数以便进行平衡的系统和方法。
本发明的目的之四是提供一种只有当其检测结果不存在不平衡状态或者检测出的不平衡已被调整时才进入洗衣机的脱水阶段，否则就中断洗衣机工作的系统和方法。
本发明的目的之五是提供一种用于在脱水阶段检测电动机频率作为装载不平衡标志的系统和方法。
本发明的目的之六是提供一种用于设定脱水阶段的长短作为所检测到的装载不平衡的函数的系统和方法。
本发明的目的之七是提供一种用于当检测到的装载不平衡太大时就中断脱水阶段的系统和方法。
本发明的目的之八是提供一种利用洗衣机的现有各种构件以便不增加设备的成本和复杂性的条件下实现装载不平衡检测的系统和方法。
其它目的和特点在下文中部分是显而易见的，部分将被指出。
简单地说，本发明的方法用于检测和调整家用电器，例如洗衣机中的不平衡装载，该电器的工作阶段至少分成一个使装载相对于一轴线进行分配的装载分配部分和一个装载绕着转动轴线以较高速度转动的分配后部分。该装载是通过一个直流逆变器驱动装置提供动力的感应电动机进行驱动的。该方法包括一个在洗衣机的工作阶段的装载分配部分中的一预置点上以一预定的频率激励电动机，以便在预定的额定速度下驱动该装载的步骤。在电动机以预定的频率被激励的同时，通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动被检测出来并与预定的基准进行比较。只有在电流脉动值低于预定的基准时，工作阶段的分配后部分才开始起动。
本发明的洗衣机能够检测和调整不平衡装载。该洗衣机的工作阶段包括一个分配阶段和一个脱水阶段。洗衣机包括一个将待洗的衣服放入其中的转筒，该转筒具有一个可以绕着它进行转动的转动轴线。一感应电动机可操作地连接在转筒上以便驱动该转筒绕着其转动轴线转动，一个直流逆变器驱动装置为该电动机提供电能。一个控制电路借助逆变器驱动装置控制着该电动机。更准确地说，该控制电路控制着电动机在洗衣机的工作阶段使洗衣机运转，该工作阶段包括一个将待洗涤的衣服绕着转筒进行分配的分配阶段和一个将洗涤衣服中的水份甩掉的脱水阶段。该控制电路响应洗衣机达到工作阶段的预定点，以一预定的频率激励电动机，从而驱动转筒在一预定的额定速度下转动。当电动机以一预定频率被激励时，该控制电路就对通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动进行检测并将该脉动值与一预定基准进行比较。只有当该脉动低于预定的基准时，该控制电路才响应该脉动与预定基准的比较，开始脱水阶段。
根据本发明的洗衣机控制系统能够对装载不平衡进行检测和调整。洗衣机本身具有包括一个分配阶段和一个脱水阶段在内的工作阶段。该洗衣机还具有一个将被洗的衣服置于其内的转筒，该转筒具有一个可使该转筒绕着它转动的旋转轴线。一个感应电动机可操作地连接在该转筒上以便驱动转筒绕着其旋转轴线转动。一个直流逆变器驱动装置对该电动机提供电功率。该控制系统响应洗衣机达到工作阶段的一预定点，以一预定的频率激励电动机，从而以一预定的额定速度驱动转筒转动。当该电动机以一预定频率通电时，该控制系统就对通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动进行检测并将该脉动值与一预定的基准进行比较。只有当该脉动低于预定的基准时，该控制系统才响应脉动与预定基准的比较，开始脱水阶段。
图1是本发明的洗衣机控制系统的方框图;
图1A是图1所示控制系统中电流检测电路的电气图;
图2是表示洗衣机在其分配阶段中的工作情况的流程图;
图3是表示用检测装载不平衡的装置在逆变器驱动装置内检测的母线电流曲线;和图4是洗衣机脱水阶段中的工作流程图。
在各附图的几个视图中，以相同的标号表示相同的部件。
尽管本发明并非局限于哪种特定型式的洗衣机或哪种特定结构的洗衣机，本发明体现在一种顶部装料的洗衣机10(图1)中。洗衣机10是一种带有外壳16的立轴搅动式洗衣机。一个铰接盖18以普通采用的方法安装在洗衣机的顶部以便于进入洗衣机的内部。
控制板或操纵台20位于洗衣机10的顶部后半部分。在操纵台20上设置有包括定时器22和温度选择器24在内的各种可供使用者选择的控制器。其它控制器，如控制开关25也可以设置在其上。应当理解，操纵台20为使用者提供了多个可进行旋转的洗衣机的执行功能或选择功能。这些控制器可以借助按钮开关，触觉按钮或其它适合使用者操纵的开关来实现。
洗衣机10内设有一液体筒26。一个多孔篮或转筒28安装在筒体26内，以便绕着一垂直轴进行转动。一感应电动机32可操作地连接至转筒28上，以便在洗衣机的工作阶段中通过必要的传动机构来驱动该转筒转动。应当理解，该工作阶段包括一个将筒体内的被洗衣服进行分配的分配阶段和一个紧接着分配阶段将转筒内的衣服中的水份甩掉的脱水阶段。对于熟习本专业的人员应当知道，各式各样的传动装置可以应用于电动机32。甚至可以将电动机32直接安装在洗衣机的搅动器上或脱水篮筒上。正如熟习本专业的人员应理解到的，此处所描述的洗衣机仅仅是示范性的。实际上洗衣机10可以是市场上能够买到的各种型式的洗衣机中任何一种。
电动机32最好是市场上能够买到的任何一种感应电动机。例如电动机32可以是一种设计成具有500瓦额定功率，在0至500赫兹范围内工作的单相交流感应电动机。
本发明的驱动系统控制着包括电动机的功能在内的洗衣机10的各种功能。洗衣机的使用者从设备的各种执行功能进行选择，而且该设备由驱动系统进行控制，以便使该电器根据选定的选择功能进行工作。供使用者从各种性能选择功能中进行选择的选择装置，包括操纵台20。如上面所提到的，操纵台20包括多个开关，诸如开关24和25，使用者可以通过这些开关来选择那些使用者要求洗衣机完成的工作阶段。
驱动系统包括第一控制装置102，该装置在此实施例中是一个控制器或控制线路104。应当理解，该控制线路既可以包括分立的装置也可以包括集成的装置，从本发明所公开的内容来看对于本专业的普通技术人员来说，这应当是显而易见的。该控制线路是响应使用者所选定的开关位置或选择功能工作的。该控制线路是通过来自各种常规的传感器(未示出)，如门位置传感器，表示筒体28内水位的传感器，和表示筒体28内水温的传感器的输入信号来监控洗衣机的工作状态的。控制线路104响应使用者和传感器的各种输入信号控制着洗衣机的各种部件，如致动器，阀门，泵和加热器的工作，从而控制洗衣机的工作。正是通过这种控制功能，该控制线路保证了所选定的选择程序得以进行。
感应电动机32的电力是通过一个电源装置106提供的。如图1所示，电源装置106包括一个与230V主电源相连的AC-DC转换器108和一个DC-AC逆变器110。转换器和逆变器都属于常规结构。
逆变器110是一个六级逆变器，其结构是本专业范围内人们熟知的。该逆变器包括一个用以对控制线路提供电压或电流信息的电流检测电阻器R1(见图1A)。控制线路104又反过来向转换器和逆变器提供控制信号。
在洗衣机的工作阶段中，电动机32是在不同速度下工作的。此外，该电动机需要在电动机的加速率和减速率变化的条件下进行多次起动和停车。电动机32的驱动是由逆变器110的输出提供的。
本发明的方法，利用了这些现有的部件在洗衣机的工作阶段中来检测装载不平衡状态，并调整该不平衡状态。为此目的，在一装载分配阶段中的一预定的点上(见图2)将转筒的转速提高到额定工作速度。该速度由逆变器的频率进行控制。在进行这一步骤期间，控制器102保持此逆变器频率不变。在加速阶段，装入转筒口内的衣服在该转筒内进行分配。一旦转筒“定速”转动时，就对装载进行平衡性检查，以防止不平衡的产生。
在本发明中不平衡度是通过监控由逆变器提供的母线电流IDC进行检测的。如图1A所示，逆变器中的电流检测电阻器R1、比较器CM1和比较器COMP供给一个代表信号。比较器COMP就将此输入信号与装载平衡的电流代表值IBAL进行比较。
图3中示出母线电流IDC的曲线。如图中所示，任何装载不平衡将在母线电流上出现一个脉动的△IDC。装载不平衡度愈大则脉动值就愈大。比较器COMP的输出是对控制器的其余部分的输入。如果在母线电流中存在极小或不存在检测到的脉动，就提供一个表示基本上平衡的装载“如同连续的”信号，从而使洗衣机保持其工作阶段并在随后可以进入脱水阶段。如果检测到一个表示不平衡装载的很大的脉动时，该控制逻辑线路将试图重新分配装载。该控制器是通过重新起动如图2所示的装载分配阶段来完成这一重新分配装载阶段。经过另一时间间隔之后，将再次对母线电流进行检测以观察装载是否已重新分配而且已经平衡。
在每次试图将装载重新分配的过程中，该控制系统将重复此过程多达三次。如果在三次终了时，在逆变器电流的脉动通过与一个可以和△IBAL相等也可以和它不相等的基准△TMAX进行比较后表示装载还没有得到平衡，则洗衣机的工作阶段，尤其是随后的脱水阶段就会中断。
另一方面，如果在这些分配阶段的任何一次的终了时其脉动降低到基准值以下，则洗衣机就进入脱水阶段，如图2所示。
参看图4，一旦脱水阶段已经开始，则脱水阶段的长短取决于剩余的装载不平衡量的大小。为此目的，由逆变器提供给电动机的信号频率在脱水阶段中至少要检测一次。此频率很容易从标准逆变器中得到，而且不再需要外加的部件。该频率代表信号FACT与频率基准信号FBAL相比较，如果载荷已经平衡，电动机就进行工作。由于该控制器是设计成能自动降低电动机频率的，所以当电动机的电流和功率达到其极限值时，只有当装载已基本上平衡时，电动机才达到其特定的或额定的工作频率FBAL值。
如图2所示，并按照本发明的方法，如果电动机的实际频率FACT等于或超过预定的额定平衡频率FBAL，则脱水阶段就以其预置的标准时间进行。但是，如果频率信号小于额定值但又大于该额定值的一预定百分比XFBAL(表示在一定程度上是不理想的但是可以接受的装载不平衡量)，则控制逻辑电路将调整脱水阶段的长短来补偿降低的脱水转速。
在最后的情况下，如果电动机频率小于额定频率的预定百分比，即表示具有较大的装载不平衡，即脱水阶段将进行紧急中断，洗衣机停止工作。
应当理解，本发明的方法是利用洗衣机上的现有设置来实现的，因而不会过多地增加洗衣机的复杂性和成本。
权利要求
1.一种用于检测和调整家用电器如洗衣机的装载不平衡的方法，该洗衣机所具有的工作阶段至少分成一个装载绕着一个轴线进行分配的装载分配部分和一个装载绕着该旋转轴线以较高速度进行旋转的分配后部分，上述装载是由一个直流逆交器驱动装置提供动力的感应电动机进行驱动的，该方法包括在洗衣机工作阶段的装载分配部分中的一预定点上，以一预定的频率激励电动机，以便以一预定的额定速度驱动该装载；在电动机以一预定频率激励的同时，检测通过逆交器驱动装置的直流电流中的脉冲，并将该脉动值与一预定基准值进行比较；和只有当该脉动降低到预定基准值以下时才起动工作阶段的分配后部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括当该脉动值超过预定的基准值时试图重新分配装载的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于其中所述试图重新分配装载步骤包括至少部分地重新起动洗衣机的工作阶段的装载分配部分，以便试图重新分配装载的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于它还包括在完成试图重新分配装载步骤之后，重新检查脉动的步骤，以便确定在经过试图重新分配装载之后，脉动是否降低到预定基准值以下。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于其中所述试图重新分配装载步骤和随后的检验脉动步骤，如果有必要的话，可以按预定的次数重复进行多次，以便平衡该装载。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于其中所述洗衣机的工作阶段在试图重新分配装载和检验脉动的步骤已经按预定次数重复进行多次之后装载仍保持不平衡时，就要中断工作。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括在洗衣机的工作阶段的分配后部分期间对装载的旋转频率进行检测的步骤，以及如果该频率降低到一预定的基准频率以下时中断工作阶段的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述装载旋转频率是通过检验逆变器的工作频率来检测的。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于其中所述装载旋转频率是在洗衣机工作阶段的分配后部分开始之后，在一预定的时间进行检测的。
10.一种能够检测和调整不平衡装载的洗衣机，该洗衣机具有包括分配阶段和脱水阶段的工作阶段，该洗衣机包括一个将被洗涤的衣服置于其内的转筒，该转筒具有一个可使转筒绕着它转动的旋转轴线;一个可操作地连接在转筒上以便驱动转筒绕着其旋转轴线转动的感应电动机;一个用于对电动机提供电力的直流逆交器驱动装置;一个用于借助该逆交器驱动装置来控制电动机的控制装置，该控制装置在其操作阶段控制着电动机以便带动洗衣机工作，该操作阶段包括在其内将被洗的衣服绕着转筒进行分配的分配阶段和在其内将被洗衣服中的水份甩掉的脱水阶段;上述控制装置包括响应洗衣机已到达其工作阶段中的一预定点以便以一预定的频率对电动机激励，从而在一预定的额定速度驱动该转筒的装置;上述控制装置还包括用于当电动机以一预定频率激励时，检验通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动，并将该脉动值与一预定的基准值进行比较的装置;上述控制装置响应该脉动值与预定基准值的比较，只有在该脉动值低于预定的基准值时才起动脱水阶段。
11.如权利要求10所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置响应处于分配阶段中的一预定点上的洗衣机，来检验和比较通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动值。
12.如权利要求11所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置还包括一个当该脉动超过预定的基准值时控制电动机以试图对装载进行重新分配的装置。
13.如权利要求12所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置至少对载荷分配阶段的一部分进行重新起动，以试图对装载进行重新分配。
14.如权利要求12所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置包括一个用于在完成试图重新分配装载之后重复检验上述脉动值以便确定在试图重新分配装载之后该脉动值是否降低到预定基准值以下的装置。
15.如权利要求14所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置包括一个在需要时能按预定次数重复进行试图重新分配装载和随后的检验上述脉动值以便平衡该装载的装置。
16.如权利要求15所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置包括一个当试图对装载重新分配和随后的对上述脉动值进行检测工作按照上述预定次数多次重复进行之后仍然存在装载不平衡时，用于中断洗衣机的工作阶段的装置。
17.如权利要求10所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置包括一个在洗衣机的脱水阶段中用以检测装载的旋转频率和当该频率降低到低于一预定的基准频率时用以中断洗衣机工作阶段的装置。
18.如权利要求17所述的洗衣机，其特征在于其中所述控制装置包括一个借助检验逆变器的工作频率来检测装载旋转频率的装置。
19.如权利要求18所述的洗衣机，其特征在于其中所述装载旋转频率是在脱水阶段开始之后在一预定时间进行检测的。
20.一种用于能够检测和调整装载不平衡的洗衣机的控制系统，该洗衣机具有一个包括分配阶段和脱水阶段的工作阶段，该洗衣机还具有一个装被洗的衣服置于其内的转筒，该转筒具有一个使该转筒可以绕着它转动的旋转轴线，一个可操作地与转筒连接，驱动转筒绕其轴线旋转的感应电动机，和一个用于为电动机提供电力的直流逆变器驱动装置，该控制系统包括一个响应洗衣机达到工作阶段的某一预定点以预定的频率给电动机激励以便以一预定的额定速度驱动该转筒的装置;一个当电动机以该预定的频率激励时，用来检验通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动值和用来将该脉冲值与一预定的基准值进行比较的装置;上述控制系统响应该脉动值与预定的基准值的比较，只有当该脉动值降低到低于预定的基准值时才起动脱水阶段。
21.如权利要求22所述的洗衣机的控制系统，其特征在于其中所述检验和比较装置是响应洗衣机位于分配阶段中某一预定点，来检验和比较通过逆变器驱动装置的直流电流中的脉动值的。
22.如权利要求21所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个控制电动机，当该脉动值超过预定的基准值时，试图重新分配装载的装置。
23.如权利要求22所述的洗衣机的控制系统，其特征在于其中该控制系统至少部分地重新起动分配阶段以试图重新分配该装载。
24.如权利要求22所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个用于在完成试图重新分配装载之后对上述脉动进行重复检验以便确定在重新分配装载之后，该脉动值是否已降低到低于预定的基准值的装置。
25.如权利要求24所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个如有必要可按预定次数多次重复进行重新分配装载和随后的检验该脉动值，以平衡该装载的装置。
26.如权利要求25所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个当试图重新分配装载和随后的检验该脉动值按照预定次数重复进行多次之后，如果载荷仍保持不平衡时，用来中断洗衣机的工作阶段的装置。
27.如权利要求20所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个在洗衣机的脱水阶段中用来检测装载旋转频率，并当该频率降低到低于一预定的基准频率时用来中断其工作阶段的装置。
28.如权利要求27所述的洗衣机的控制系统，其特征在于它还包括一个用以通过检验逆变器的工作频率来检测装载旋转频率的装置。
29.如权利要求28所述的洗衣机的控制系统，其特征在于其中所述装载旋转频率是在脱水阶段开始之后在一预定时间进行检测的。
全文摘要
在逆变器驱动的洗衣机中，装载不平衡是通过检验直流逆变器母线电流的脉动值进行检测的。当脉动值高于一预定水平时就表示装载不平衡，则洗衣机就会重新分配装载使衣服达到更接近平衡。在经几次尝试之后，如果载荷仍然不能平衡则中断脱水阶段。如果在到达这种尝试的最大次数之前该脉动已降低到低于一预定的水平，就起动脱水阶段。在脱水阶段中要检查工作频率以便为某一达到的装载平衡调整工作时间。
文档编号D06F37/20GK1046571SQ9010190
公开日1990年10月31日 申请日期1990年4月2日 优先权日1989年4月17日
发明者普拉迪普·库马·苏德, 道格拉斯·迈尔斯·佩蒂 申请人:埃默森电气公司