专利名称：在高速脱水循环期间减少洗衣桶位移的方法和悬挂系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及洗衣机，具体涉及减少洗衣桶位移的方法和装置，该位移是正常脱水循环开始时提速期间出现的。
无论水平轴、竖直轴或倾斜轴洗衣机，其常见问题是，洗衣循环中，洗衣机的洗衣桶或旋转洗衣元件要经历影响旋转的单失衡或单不平衡负载状态。单不平衡负载状态一般是转动的洗衣桶内衣物分布不均匀造成的。当洗衣桶中的衣物浸湿后，其更沉重，这加剧了任何失衡状态。携带不平衡或不均匀分布衣物负载的洗衣桶，其旋转引起横向位移和摆动。不希望脱水循环期间出现横向位移，其原因包括，洗衣机移动、噪音以及过早地损耗洗衣机组件。
许多洗衣机包括一个安装到洗衣桶上的环形平衡环，目的是使脱水循环期间的位移量减少。在加速或提升到高速的脱水速度期间，桶的大部件发生位移。平衡环一般仅被设计用于脱水循环期间当洗衣桶达到全速之后帮助校正洗衣机中的失衡状态。
常规平衡环的一个问题是，在旋转速度达到比出现振动频率的旋转速度更大之前，提供重量分布校正的平衡物实际上增加洗衣桶的失衡。为了降低脱水循环期间速度提升的这种先期失衡阶段的作用，已经进行了各种尝试。
Noguchi等人的欧洲专利申请EPO 787847A2公开了在洗衣机水平轴上使用流体平衡环，其中该流体平衡器的旋转速度从第一相对低速步进到第二相对高速，以便减少初始失衡的影响。Noguchi等人揭示，采用第一相对低的旋转速度工作固定时间，然后使该速度提升到正常的脱水速度。以高于流体平衡器的临界或谐振旋转速度但低于洗衣桶悬挂系统临界或谐振旋转速度的速度执行该第一相对低速。Noguchi等人未提示采用球珠平衡器，而且未提示经过该悬挂系统临界速度范围时的洗衣桶速度。
Haberl等人的美国专利US 5862553公开了一种水平轴洗衣机，该洗衣机的旋转洗衣桶中使用了校正失衡的球珠平衡环。Haberl等人还公开了提升旋转速度并具体提示了水平轴洗衣机中负载重力的影响。Haberl等人试图补偿重力的影响。为此，Haberl等人最初以连续、较低但可变的速度驱动滚筒或洗衣桶，其中速度变化(variations)用于补偿重力对洗衣桶失衡的影响。在水平轴洗衣机中，洗衣桶失衡或重的一侧在其下落时受重力作用加速，而在其升高时受重力作用减速。Haberl等人试图以低速改变速度而对此现象做出补偿。
Haberl等人还公开，以低于洗衣桶出现谐振频率的速度运行最初的较低起始速度。Haberl等人未公开提示洗衣桶悬挂系统的具体谐振频率。
本发明的目的之一是，在提升到高速脱水循环过程中，提供一种减少带平衡装置洗衣桶中单失衡或单不平衡负载状态影响的方法。本发明的另一目的是，在洗衣机脱水循环启动期间，提供减少洗衣桶位移的方法。本发明进一步的目的是，在速度提升期间，为减少该位移提供一种方法，该方法对水平轴、竖直轴和倾斜轴洗衣机同样有效。
本发明再一目的是，提供一种方法，该方法在高速脱水循环的提速期间减少洗衣桶的位移，其尤其针对由悬挂系统谐振引起的洗衣桶大位移。本发明的另一目的是，提供一种减少洗衣桶位移的方法，该洗衣桶经过调整，以便减少从洗衣桶悬挂系统的临界谐振频率达到之前的某一速度到高于这些临界谐振频率的某一速度的过程中的影响。本发明的进一步目的是，提供悬挂系统，其将临界谐振频率调整到与马达转动速度重合，以便减少临界……位移。
通过本文公开的方法和装置，提供本发明的这些及其它目的、特征和优势。在一个实施方案中，提供一种减少洗衣机中洗衣桶位移的方法，该洗衣机可绕洗衣机中的转动轴转动。该洗衣机具有一个转动该洗衣桶的驱动马达。该方法包括，将平衡环连接到洗衣桶上通常垂直于该转动轴的平面内。该平衡环具有相对该环可移动的平衡物。然后，用悬挂结构将洗衣桶支撑到该洗衣机上。为两个位于平衡环平面中的平动自由度的每一个确定谐振临界频率。然后，为该悬挂结构的三个转动自由度确定另外三个谐振频率。调整该悬挂结构，使得平动的两个临界谐振频率各自在马达的临界第一速度或低于该速度出现。还调整该悬挂结构，使得转动自由度的另外三个频率在高于临界第一速度的第二马达速度时出现。最初将该马达提速到让洗衣桶转动的初始脱水速度，其中该初始脱水速度逐渐高于第一临界马达速度并低于第二马达速度。然后，在保持初始脱水速度一段时间，直到平衡物相对该环移动到和洗衣桶的任何失衡相对的正确位置。然后将该马达最终提速到最终的脱水速度，以该最终脱水速度转动洗衣桶，该速度高于第二马达速度。
在一个实施方案中，该方法进一步包括，以某一速率提速该马达，该速率在提速期间和达到稳态最终脱水速度之后，使平衡物保持在平衡环上相同的校正位置。
在本发明的另一个实施方案中，一种洗衣机包括围绕关于该机器的某轴转动的洗衣桶。配置到该洗衣机上的一台驱动马达，其用于转动洗衣桶。在通常垂直该转动轴的平面中配置的环形平衡环，其用于随洗衣桶转动并具有可相对该平衡环移动的平衡物。配置到洗衣机上并支撑该洗衣桶的悬挂结构。该悬挂结构具有两个临界谐振频率，每个针对置于平衡环平面内的悬挂结构的两个平动自由度中的一个。这两个临界谐振频率各出现在马达的第一临界速度或低于该速度。该悬挂结构还具有另外三个谐振频率，每个针对该悬挂结构的三个转动自由度中一个。这另外三个谐振频率在第二马达速度或高于该速度时出现，该第二马达速度高于该第一临界速度。该洗衣机具有马达控制器，其能够最初将马达提速到逐渐高于马达第一临界速度并低于马达第二速度的初始脱水速度。该控制器能将该马达恒定在初始脱水速度至少到平衡环的平衡物被重新定位并稳定化修正洗衣桶的任何失衡时。然后该马达控制器能将马达提速到高于该第二速度的最终脱水速度。
在一个实施方案中，在提速时和达到稳态最终脱水速度以后，洗衣机的马达控制器能以某一速率将该马达提速，该速率使平衡物保持在平衡环上相同的校正位置。
在该方法和该装置的每个实施方案中，转动轴可为竖直轴洗衣机中的竖直轴、可为水平轴洗衣机中的水平轴，或者可为倾斜轴洗衣机中的倾斜轴。
本发明涉及专门调整的洗衣桶用悬挂结构，其中处于平衡环平面中的两个平动自由度的平动谐振频率出现在较低的马达速度下，该马达速度低于针对该系统三个转动自由度的所有三个谐振频率。本发明还包括将洗涤桶的速度提升到某一速度，该速度逐渐(incrementally)高于两平动谐振频率最高出现的马达速度，却低于所有三个转动谐振频率出现的马达速度。通过这样做，平衡物将从被置于转动轴同侧如同不平衡或洗衣桶重侧——该状态增加了洗衣桶的不稳定，转变到该重侧关于转动轴的对侧——该状态减少失衡。此过渡一般发生在两个位于平衡环平面中自由度的两个平动谐振频率以上。因此，本发明减少桶的位移量、震动、噪音和振动，其由于大多数洗衣机初始低rpm失衡引起。
在回顾以下说明书及其附图的基础上，本发明的这些及其它目的、特征和优点会变得显而易见。本发明的前述和其它目标将通过在此描述的方法和装置而实现，其提供减小的位移，该位移因洗衣机脱水循环中洗衣桶启动期间的不平衡负载造成。
图1为示例的竖直轴自动洗衣机的主透视图，洗衣机被部分切除以便举例说明各种内部组件。
图2为图1自动洗衣机的侧截面视图。
图3为示例的水平轴洗衣机侧面剖视图。
图4为图3洗衣机部分剖面的主视图。
图5A为表示洗衣机的洗衣桶中单不平衡的草图，其中，重的一侧和不平衡(Off-balance)旋转轴相对。
图5B为表示洗衣机的洗衣桶中单不平衡的草图，其中，洗衣桶重的一侧和不平衡(Off-balance)旋转轴处在同侧。
图6A-6D均为表示洗衣机的洗衣桶中不同类型不平衡(Off-balance)的草图。
图7是表示图5和图6中举例说明的洗衣桶平衡环平衡物上受力的草图。
图8是表示不包括本发明各方面的洗衣机，在某一桶速范围里洗衣桶位移的曲线图。
图9是表示利用本发明各方面的洗衣机，在某一桶速范围里洗衣桶位移的曲线图。
图10是曲线图，表示一段时间范围里洗衣桶旋转速度，并表示具体的马达速度提升曲线。
图11是曲线图，表示在某一马达速度范围内洗衣桶的位置，其没有结合本发明的各方面并和图10的速度提升曲线相联系。
图12是另一种提速曲线，其描述的是根据本发明的洗衣桶马达速度。
图13是曲线图，表示在某一马达速度范围内洗衣桶的位置，其没有采用本发明的调整悬挂结构和方法，并和图12的速度提升曲线相联系。
图14是曲线图，表示在某一马达速度范围内洗衣桶的位置，速度提升曲线举例说明于图10，且其中该洗衣桶结合了本发明的悬挂结构和方法。
图15是曲线图，表示采用本发明马达提速曲线(如图12所示)，在某一速度范围内洗衣吊桶的位置，并且其中洗衣桶结合了本发明的悬挂结构和方法。
现参考图1和2举例说明竖直轴自动洗衣机构造，本发明方法和装置有利地用于该构造。自动洗衣机20一般是指有可预设控制的洗衣机，该预设控制用于操作洗衣机经预先选择的洗涤循环程序，该程序包括洗涤、水洗和干燥操作等。至少在干燥作业期间，洗衣机20以较高旋转速度作业，以便从已经由该机洗涤的物品例如衣物中脱出水。洗涤循环周期的这一部分一般称做脱水循环(spin cycle)。
洗衣机20包括，机架22承载的竖直板24，形成机柜25的侧板24a，顶板24b，前板24c和背板24d。以常规方式提供的铰链连接盖子26为进入洗衣机20的内部或处理区27提供入口。洗衣机20还包括控制台28，其具有时间刻度盘30或其它计时机构，及温度选择器32和循环选择器33，以及其它需要的选择器。
在内部，示例洗衣机还包括无孔桶盆34，其中容纳了洗衣桶36。洗衣桶36开孔，其包括许多可使流体在洗衣桶和该桶盆之间通过的孔35。在桶盆34下方提供泵38。洗衣桶36确定一个顶部开放的洗涤室并具有直立的侧壁37。在侧壁37内侧或在直立的轴向突出部分上，可如本领域公知的提供折流板，其在洗涤循环期间如公知地起搅拌洗衣桶内水和物品的作用。马达100经传动装置101和洗衣桶36有效连接，以便相对静止的桶盆34旋转洗衣桶36。机柜25中的所有组件受到悬挂结构或多重支柱104的支撑。
经热水和冷水入口40和42将水加入无孔桶盆34中。将热水阀44和冷水阀46与多支管导管48连接。多支管导管48与多个洗涤添加物分配器50、52和54互连，这些分配器布置在刚好在盖26之下且高于桶盆34的顶部开口56周围。如图1所示，当打开盖26时，可达到这些分配器。在自动洗涤循环中，在适当时间，分配器50和52可用于向洗涤液中分配添加物例如漂白剂或织物柔软剂，而分配器54可用于向其中分配液状或颗粒状洗涤剂。一般经过分开的专用导管(未示出)向分配器50、52和54中的每一个提供液体，该液体通常为新鲜水。这些导管中，每一个都能与流体源按常规方式连接，例如经各自受阀门的螺线管(也未示出)，它们包括内置流动装置控制流速，各导管连接到多支管导管48上。
污水槽部分72布置在桶盆34的底部，用于接纳经洗涤添加剂分配器50、52和54供入该桶盆的洗涤液。压力传感器(未示出)布置在污水槽72中用于控制添加到洗涤桶盆34中的洗涤液量。泵38与污水槽72可流动地互连并可操作地用于从污水槽72排出洗涤液，并将该液经再循环管线74移动。该管线具有第一部分74a和第二部分74b。在再循环管线74中提供双向排泄阀76，用于择向导引洗涤液流向排水管77或流向再循环管线74的第二部分74b。
喷嘴78与再循环管线74可流动地连接。该喷嘴78伸出桶盆34的顶部开口56之外，并位于洗衣桶36的上方，以致流经再循环管线74的洗涤液被喷洒到桶36中并喷洒到处在该桶中喷嘴78下方的衣物上。因此，洗涤液能贯穿洗衣桶36中的衣物而再循环。
以上竖直轴洗衣机20的概述仅作为举例说明。本领域技术人员显而易见地是，不背离本发明的精神和范围，洗衣机20的一般构造能有很大改变。然而，洗衣桶36包括配置于该桶直立侧壁37顶端103的平衡环102。以下详述该平衡环102。
图3中，举例说明一例顶端装洗涤物的水平轴或滚筒自动洗衣机，本发明的方法和装置能很好地等效适用于该机器。洗衣机106具有带可开盖子110的外机柜108，示出的是打开的位置，其封装了接纳供入洗涤液的无孔洗涤桶112。该洗涤桶112具有向上开放的进入部分116和配置在进入部分116顶部的洗涤桶盖114，该盖以打开位置示出。提供一锁定机构118，其在洗涤期间保持洗涤桶盖114处于关闭和闭锁位置。
位于洗涤桶112中的是可旋转、开孔的滚筒或桶140，其具有与进入部分116对准的可开通道门142。以打开位置示出的通道门142提供开口141，使该洗涤滚筒140可以进入，使得可向该洗涤滚筒或桶140中装入或从中取出衣物。洗涤滚筒140这里定义为洗衣桶以便简化本发明的描述。这里无论竖直或水平轴洗衣机，把洗衣机中开孔、可旋转的部分确定为这里的桶。
图4显示该顶部装物自动洗衣机的前视图。其显示马达124与皮带轮122经皮带126可驱动地连接。提供受到第一轴承装置130可旋转支撑与洗涤桶112互连的驱动轴137，其具有驱动性连接于皮带轮122的第一末端和驱动性连接于第一轮毂组件132的第二末端。第一轮毂组件132与可旋转洗衣桶140的第一平衡环144刚性连接，使得马达124与洗衣桶140可驱动地互连。与洗衣桶140的第二平衡环148刚性连接的第二轮毂组件134与支撑轴138驱动性连接。支撑轴138被与洗涤桶112互连的第二轴承128可旋转地支撑。因此，该系统以可旋转的桶140与马达124驱动性连接，并使该桶140在该无孔洗涤桶112内自由旋转。
图4示出本发明可旋转桶140的一般构造，其中可看到洗衣桶140由圆筒形外壁146、第一平衡环144和第二平衡环148构成。该圆筒形外壁确定出洗衣桶140的水平纵轴，并包括多个通孔或孔147。第一平衡环144与圆筒形外壁146的第一末端刚性互连，以便形成洗衣桶140的第一端壁。在该第一末端的对侧，第二平衡环148与圆筒形外壁146的第二末端刚性互连，以便形成洗衣桶140的第二端壁。洗衣桶140的这一构造使洗衣桶140脱水自旋期间，洗涤液能充分排出。另外，沿开孔圆筒形外壁146末端配置的平衡环144和148不会阻止或妨碍水穿过圆筒形外壁146上的多个通孔147排出。优选地，通道门142可成比例地跨过圆筒形外壁146的基本上整个宽度，以便使进入洗衣桶内的通路最大化。
图3和图4中例示的水平轴洗衣机106结合了悬挂结构150，其包含多个用于支撑机器内组件的支柱。上述的水平轴洗衣机106仅作为举例提供。本领域技术人员将显而易见地是，不背离本发明的精神和范围，洗衣机20和106的一般构造能有很大改变。例如，许多水平轴机器是前部装载的，象商用和自助洗衣店用的装置。相反，洗衣机106为顶部装载的水平轴机器。而且，有些机器的自旋围绕一个对水平和竖直方向倾斜的轴。这些另外的机器构造能结合本发明的方法和装置。本发明涉及减少洗衣桶位移的方法和装置，其特征在于，适用于任何类型具有旋转洗衣桶的洗衣机，并特别适用于在开始高速脱水循环期间减少洗衣桶的位移。
图5A和5B以简图说明洗衣机20的洗衣桶36顶视时或洗衣机106的水平轴洗衣桶140侧视时的情景。不论哪种洗衣机，马达100或124各自会在各洗衣机工作期间驱动并使洗衣桶旋转。在各洗衣机的脱水循环期间，以较高的速率旋转洗衣桶，以便经过洗衣桶36或140各自的通孔35或147排出水，经过洗衣桶并进入各自围绕该洗衣桶的洗涤桶34或112，以便至少部分干燥装在该洗衣桶内的衣物或其它物品。
已经发现，当马达和受其驱动的洗衣桶提速到高速脱水循环的速度时，该洗衣桶经历造成洗衣桶大位移的过渡。该过渡由负载分布失衡引起，该分布失衡是洗衣桶中受洗衣物或其它物品不均匀分布造成的。图6A-6D例示了各种可能的失衡状态。图6A显示简化水平轴洗衣桶的3维或“动态”失衡状态。图6B显示简化竖直轴洗衣桶的3维或“动态”失衡状态。图6C和6D显示简化水平轴和竖直轴洗衣桶各自的2维或单失衡状态。本发明涉及与图6C和6D所示单失衡状态相关的水平轴或竖直轴洗衣机以及倾斜轴洗衣机。
当转动的洗衣桶中存在单失衡或不平衡负载时，任何当时的瞬间运动转动轴162与该洗衣桶的名义或几何中心164不一致。该洗衣桶中单失衡或不均匀负载的重侧160倾向于将洗衣桶“抛”离几何中心164，这引起转动期间的洗衣桶位移。
在速度非常低时，已经发现，相对单失衡负载的重侧160，瞬间转动轴162位于远离几何中心轴164或几何中心轴164的另一侧。此状态图示说明于图5A，且这里为了便于描述起见，将其表征为洗衣桶旋转“重侧朝外”。当速度较快时，已经发现，瞬间转动轴162与洗衣桶失衡负载的重侧160更接近，并因此位于几何中心轴164和失衡160之间。这里为了便于描述起见，将此状态表征为洗衣桶旋转“轻侧朝外”。取决于当时按给定运动转动的速度以及取决于洗衣桶中给定负载的失衡160的大小，几何中心164与瞬间转动轴162之间的瞬间距离确定为负载的偏心距(ε)。当马达速度从0提升到全速时，其中该洗衣桶从低速重侧朝外状态向高速轻侧朝外状态过渡，存在一个瞬时点。在该过渡点上，偏心距或ε等于0，其中瞬间转动轴162和几何中心164合二为一并共轴。
图1例示的竖直轴洗衣机20包括至少一个配置在洗衣桶36顶缘103处的平衡环102。本领域已知许多不同类型的平衡环，但可包括一种LeBlanc流体平衡环，其中该环包括中空的环形腔和腔体积，并且还包括定义为平衡物166装在该腔中的平衡流体。该流体一般占据该平衡环腔体积的约1/2。本领域公知的另一类平衡环称为球珠平衡器，且其包括一个含许多赋重球做平衡物的中空环形腔。该腔室中还装有粘性流体，其占据剩余的体积，该流体倾向于阻尼或缓和腔室中球的运动，却又不完全阻止它们的运动。这些球可替换为实际上任何类型的滚动或滑动物质，例如圆柱或盘片。当需要抵消不平衡或洗衣桶36内的重侧时，任何类型平衡环中的平衡物可在腔室内移动并重新分布。
为了对称，图3和图4的水平轴洗衣机106包括位于洗衣桶146相对两端上的一对平衡环144和148。平衡环144和148也可以是任何已知类型平衡环，这些已知平衡环包括LeBlanc流体平衡器或球珠平衡器。由于水平轴洗衣机中重力会影响负载分布，所以对这类洗衣机而言，采用了赋重球和粘性流体的球珠平衡器趋于作用更佳。
洗衣机20具有竖直轴，洗衣桶36围绕该轴转动。将平衡环102配置在桶36的顶缘103处，并通常在垂直该竖直轴A的平面中布置，且与几何中心164同心，而该几何中心也与竖直轴A一致。
在水平轴洗衣机106中，洗衣桶的转动轴146一般处在水平方向。平衡环144和148各自确定一单独平面，但它们通常彼此平行。平衡环144和148确定的每一平面通常也与洗衣桶的水平轴146垂直。对于倾斜轴洗衣机，各平衡环确定的平面相对水平和竖直参考方向倾斜，但是，该平面又通常垂直洗衣桶的倾斜自旋轴。
在任何一例洗衣机方案中，洗衣桶经历从较低马达速度时的重侧朝外状态向较高马达速度时的轻侧朝外状态的过渡，此时出现一瞬时运动。当马达获得与该洗衣机悬挂结构具体固有频率相关的某一速度时，出现该运动。在这些实例中，洗衣机20包括悬挂结构或支柱104，其支撑包括洗衣桶36的洗衣机组件。在洗衣机106中，支撑结构或支柱150支撑水平轴洗衣桶146。这些悬挂系统的两个临界固有频率是平动固有频率，在任一洗衣机构造中，它们与洗衣桶的转动轴垂直。任意地，将并肩通过洗衣机的一个水平轴定义为X-轴，垂直于X-轴并从前向后通过各洗衣机的水平轴定义为Y-轴，而各洗衣机的竖直轴作为Z-轴，这就能够为每种洗衣机构造中兴趣所在的平动自由度定义两个临界固有频率。对于图1和2中的竖直轴洗衣机，悬挂结构的两个临界固有频率是沿X-轴和Y-轴平动的。这些轴的每个与竖直的Z-轴垂直，并一般位于平衡环102的平面内。对洗衣机106，两个兴趣所在的平动自由度是Y-轴和Z-轴的平动运动。X-轴一般平行于洗衣桶146的水平轴。Y-轴和Z-轴一般各自与该水平轴垂直，并且一般各自平行于平衡环144和148的平面。
过渡点出现在洗衣桶由重侧朝外向轻侧朝外状态过渡时偏心距ε等于0的场合。在洗衣机马达速度达到使两个临界固有频率出现的速度时，出现该过渡点。而且，这些频率是垂直于洗衣桶转动轴的平动自由度的频率。该过渡点改变平衡环中平衡物166的定位，不论是环102、144和148的，这时平衡物从几何中心轴164的一侧转向另一侧。
该现象的解释是，作用在平衡物上的各力趋于将该平衡物“抛”离转动洗衣桶的瞬间真实转动轴。回顾图5A和5B，如图5A所示，对于低速重侧朝外状态而言显而易见的是，相对该瞬间转动轴，平衡物移向最远的外侧半径，从而与该洗衣桶中的重侧或不平衡一致。因此，低速时，平衡环中的平衡物叠加到该洗衣桶的不平衡上，由此增加了洗衣桶的位移，并增加洗衣机提升脱水循环速度时的振动和移动。当马达超过两个平动自由度的临界第一速度时，紧接着获得更快速度，洗衣桶转尔改变到轻侧朝外状态。这时该平衡物改变成如图5B所示和洗衣桶的失衡或不平衡160相对的位置。其原因是，瞬间转动轴已经移动到靠近该失衡的位置。平衡环中的平衡物由于作用在其上的力，总是想移动到能形成瞬间转动轴的最远距离。
本发明的目的是减少低速失衡的影响，该失衡的特征在于如图5A那样平衡物与洗衣桶重侧160一致而加强了失衡。本发明涉及当为洗衣机的马达提速到稳态最终脱水循环速度时，在这些低速期间显著减少洗衣桶位移的方法和装置。
图7例示相互作用在洗衣桶平衡环中平衡物上各力的简化情形，该洗衣桶带着不平衡或失衡负载转动。对于球珠平衡器实例，当该平衡环转动时，由于球珠和该环表面间摩擦以及流体与该环内腔表面及这些球珠表面的内摩擦相互作用，出现作用于各球珠上的驱动力。转动轴如上述的偏置或偏心距所造成的切向力也作用在各球珠上。如图7例示的，切向力Fφ作用在各球珠上相对该环移动该球珠，以致该球珠会移向相对瞬间转动轴的最远半径。该切向力由以下方程式确定Fφ＝FRsin(φ)本方程的已知要素是该瞬时时刻的偏心距ε、角速度ω、从该几何中心到该平衡物的半径R和平衡物的重量m。未知要素是作用在该平衡物上的实际力矢量FR和切向力Fφ。通过直接代换，Tan(φ)＝ε/R确定力因数FR可用以下方程FR＝((ε2＋R2)0.5)*ω2*m以及用下式直接代换作用在失衡物上的瞬间切向力＝((ε2＋R2)0.5)*ω2*m*[ε/((ε2＋R2)0.5)]本发明的目的是在洗衣机的高速脱水循环期间，在马达提速的低速部分中减少洗衣桶的位移。洗衣机20或106的洗衣桶速度提升过程对平衡环102和环144及148分别具有主要影响。平衡环中平衡物起作用时的速度取决于该平衡物在该环中的“拖动”。如果曳力高，平衡物将花更长时间对整个系统的固有频率作出响应，其将由此造成马达速度提升期间的大位移。如果作用在平衡物上的曳力小，则提速过程或加速到全速会很快，平衡物可滑过并相对系统固有频率过度响应，并再次附加到洗衣桶的全部失衡上。如果该曳力小并且提速到最大速度的过程缓慢，洗涤循环时间将增加，原因是总脱水时间大于适应缓慢提速的时间。
因此，在具体洗衣机的平衡环中，最好让一些曳力作用在平衡物上。另外，最好控制本发明洗衣机马达提速过程中的速度。优选可变速度控制器170与洗衣机的马达相通信，其中该控制器以受控的速率驱动马达，并能将马达速度保持或恒定在选定速度预定的一段时间。
本发明尤其重要的方面是，调整悬挂结构，即竖直轴洗衣机20的结构104或水平轴洗衣机106的结构150，以便转动自由度的三个固有频率出现在比平动自由度的至少两个临界固有频率更高的马达速度时，该平动自由度垂直洗衣桶的转动轴。通过以此方式调整悬挂结构，在达到脱水循环最终旋转速度之前，能以受控方式适应在洗衣桶转动速度提升期间引起不需要位移的临界固有频率。通过为两个临界平动固有频率控制提速于初始低速，能在控制下并在开动洗衣桶达全速之前，将平衡环中平衡物从重侧朝外状态过渡到轻侧朝外状态。在过渡到轻侧朝外状态之前或期间，以较低速运行马达并由此以较低速旋转洗衣桶，减少了重侧朝外状态的全部影响，并由此减少洗衣桶的位移。因此这里，洗衣机20或106各自的悬挂结构例如支柱104或150必须小心设计，以便系统六个自由度上每一个的固有频率均被了解，并且使得两个平动临界固有频率出现在较低马达速度时及剩余较小临界固有频率出现之前。
下一步将确定作用在平衡环内平衡物上的所有曳力。例如对于LeBlanc流体平衡器，可通过测定平衡环内腔体积、流体体积、流体质量和流体粘度确定这些曳力。例如对于对于球珠平衡器，可通过测定流体粘度、球珠的大小和质量、流体和球珠的体积、平衡环内腔体积及腔内表面与这些球珠之间的间隙，以及其它因素确定该曳力。取决于需要的马达速度提速曲线，这时可如下述调整平衡环，以致在给定系统中该平衡物未响应太慢，也未过度响应。可取的是，平衡物能够尽可能快地从重侧朝外状态过渡到轻侧朝外状态，然后在相对平衡环的恰当位置“锁定”该环，而没有行程不足或超程(overshooting)。在最初启动或提速期间，该平衡物必须能够锁定该洗衣桶，而且还能够在洗衣桶稳态旋转状态下按需要移动。
下一步将为马达控制器170开发一速度曲线，该控制器将提速该马达到初始脱水速度，该速度刚好高于马达的第一临界速度，而悬挂结构的两个临界固有频率出现在该第一临界速度时。然后，控制器的速度曲线应当在该初始速度恒定马达速度一段时间，以便平衡物能锁定在洗衣桶平衡环上失衡或重侧160的对面。由于这些，两个临界固有频率首先出现，由于以较低马达速度调整悬架，该平衡环将在该速度循环的早期获得该最初希望的平衡效果。这是由于，在低速时，作用在平衡物上的离心力及旋转轴的偏心距均较小。因此，正确地调整悬挂结构能在低马达速度时快速获得平衡环效力，减少洗衣桶因上述重侧朝外状态造成的位移。
最后一步将为马达开发进一步的提速曲线，其将尽可能快地且仍以某一速率把马达速度增加到最终旋转速度，该速率不会将该球珠从洗衣桶负载失衡160对面平衡状态的恰当定位移开。提速太慢无必要地增加了脱水循环的循环时间。提速太快会引起平衡环中平衡物不必要的移动并附加洗衣桶的瞬间失衡及其造成的位移。
图8例示表示洗衣桶位移的曲线图，该位移针对从静止状态提速到约1050转/分钟(RPM)的最终脱水速度过程中的转动速度范围绘制。在图8中，曲线代表常规洗衣机的位移，其未采用本发明调整的悬架以及马达控制曲线。如图示，在150RPM和300RPM之间的低速范围，洗衣桶位移明显。175RPM附近，从一个极端到另一个极端，洗衣桶的位移高达55-60毫米。图9例示结合本发明提速控制和调整悬架方法的洗衣机，将其表示为从静止到全速洗衣桶的位移曲线。通过本发明洗衣桶的位移显著减少。在150-300RPM范围，从一个极端到另一个极端，洗衣桶位移不大于10毫米。在从初始脱水速度提速到最终速度的过程中，洗衣桶的位移仅略微增加，直到约400RPM也仅达到总位移约10毫米。从图8和采用本发明调整悬架和提速的洗衣机所得图9的曲线对比可以看出，全速位移也略有减少。
图8和图9代表采用竖直轴的洗衣机实例，例如图1和图2所公开的洗衣机。
图8和图9还代表球珠平衡器形式的平衡环。
图10例示了洗衣机马达，例如洗衣机106的马达124或洗衣机20的马达100，的提速曲线实例。简要例示于图1和图3的控制器170能与洗衣机以电子方法结合。可将该控制器编程，以便为马达确定一组提速曲线。在图10中，该马达包括了较光滑的提速曲线，其在第一初始速度没有设置停留时间。图11代表在洗衣机从静止到约800RPM的速度范围上洗衣桶的位移曲线，其中马达按照图10曲线提速。图11曲线所代表的洗衣机不包括本发明的调整悬架。如图11所示，洗衣桶的显著位移出现在约100RPM量级在100-120毫米。这是垂直洗衣桶转动轴的临界平动固有频率开始起作用的点。对于该曲线，未调整悬架，因此这些临界固有频率高于悬挂结构的转动固有频率。
图12例示另一个驱动洗衣机洗衣桶马达提速曲线。控制器170与该马达以电子方法结合，以便控制该速度曲线。在该具体实施方案中，最初马达从静止提速到约100RPM的初始脱水速度，并保持约30-35秒的时间，以便使平衡环中的平衡物安定下来并“锁定”。但图13例示代表洗衣机洗衣桶位移的曲线，其使用速度曲线但未结合本发明调整的悬挂结构。如图示，在达到第一临界速度，这里约100RPM之前或之后，对两个临界固有频率，受控的提速，其恒定在初始脱水速度，改进洗衣桶的位移。然而，初始固有频率下的位移仍然非常大，在约90-110毫米的量级。图14例示代表洗衣机洗衣桶相对一定马达速度范围的位移曲线，其中该洗衣机包括根据本发明的调整的悬挂结构。但是，图14代表的洗衣机实施方案，其马达的提速曲线由图10的曲线代表，该曲线相当光滑地提速到约800RPM的最大速度。可以看出，调整的悬挂结构显著减少了洗衣桶位移。在临界固有频率处，其现在已经低于悬挂结构的转动固有频率，该洗衣桶位移约40-45毫米或比图11代表的洗衣机改进了约50％。
图15表示在一定速度范围上洗衣机的洗衣桶位移，其中该洗衣机包括本发明控制的提速曲线和调整的悬挂结构。马达速度的提升曲线如图12所示，从图15可以看出，从0到约150RPM的低速时，洗衣桶位移实际上已经被忽略。位移在约5-10毫米的级别或者比图11代表的洗衣机改进了90-95％。在维持低初始脱水速度之后，马达在30-35秒的恒定期后开始提速到约800RPM的最大最终脱水速度。在低速时，位移状况大大改进，并且实际上与图14洗衣机实施方案在马达提速到全速后的情形一致。
因此，本发明的实施方案涉及调整悬挂结构例如洗衣机106的支柱150或洗衣机20的支柱104，以便垂直于转动轴的两平动自由度的临界固有振动频率均先于全部三个转动自由度频率出现。按照本发明结合调整的悬架显著改进并降低了洗衣桶的位移，这可通过比较图14和图11的洗衣桶位移看出。
本发明的另一实施方案涉及结合马达速度控制器170，能够对该控制器编程，以便将马达速度提升到初始低速并维持或恒定该马达于该速度，直到平衡物锁定到该环，然后，将马达提速到最终或稳态的脱水速度。如图12所示经简单合并此受控提速曲线，获得洗衣桶位移的一些改进和位移减少。本改进可通过比较图13和图11的结果表示。随后以某一速率将马达由初始低速提速到最终速度，在提速和以最终速度旋转时，该速率使平衡物保持位于相对该环的相同位置。
在本发明的另一实施方案中，洗衣机具有调整的悬挂结构，该结构为两个平动自由度提供临界固有频率，使得和关于该系统转动自由度的三个固有频率相比，它们出现在最低的马达速度。另外，该洗衣机具有受控的马达速度提升曲线，其如图12所示。通过将这些元素每一个都加以合并，在洗衣桶提速到全速状态期间，可达到显著的降低洗衣桶位移。通过比较图15和图11洗衣桶的位移特性，表示合并这些因素每一项的全部益处。
本发明的方法和装置可用于围绕水平轴、竖直轴或倾斜轴转动洗衣机。本发明还可用于结合了实际上任何构造平衡环的洗衣机。可采用球珠平衡器、液体平衡器或将它们结合，且通过结合本发明的各方面，可显著改进性能。
本发明公开的实施方案能进行改进和改变。这些改进和改变应落入本发明的精神和范围。因此本发明的范围仅受所附权利要求范围的限制。
权利要求
1.减少洗衣桶位移的方法，该洗衣桶可围绕洗衣机中的一旋转轴旋转，该洗衣机具有使该洗衣桶旋转的驱动马达，该方法包括将平衡环安装到洗衣桶上通常与旋转轴垂直的平面中，该平衡环具有可相对该平衡环移动的平衡物；用悬挂结构将该洗衣桶支撑在洗衣机中；为该悬挂结构的两个平动自由度确定两个谐振临界频率，其通常位于该平衡环平面内；为该悬挂结构的三个旋转自由度确定三个谐振转动频率；调整该悬挂结构，使得两平动临界频率均在或均低于临界第一马达速度时出现，并使得所述三个转动频率在或高于第二马达速度时出现，该第二马达速度高于第一马达速度。
2.根据权利要求1的减少位移方法，进一步包括步骤为了使洗衣桶旋转，最初让该马达提升到初始脱水速度，其中，该初始脱水速度增加地高于该第一马达速度并低于该第二速度；马达以初始脱水速度维持一段时间，直至该环中的平衡物移动到抵消该洗衣桶任何不平衡的校正位置；以及随后使该马达提速到稳态的最终脱水速度，该速度高于旋转该洗衣桶的第二速度。
3.根据权利要求2的减少位移方法，其中，提速步骤进一步包括以某一速率提速该马达，在提速时以及达到稳态的最终脱水速度后，该速率使该平衡物保持在相对该平衡环的校正位置。
4.根据权利要求2的减少位移方法，进一步包括步骤给马达连接一个能控制其速度的控制器，以便完成初始提升、维持以及随后提升该马达速度的步骤。
5.根据权利要求1的减少位移方法，其中，安装步骤进一步包括装配具有环形腔的流体平衡环以及盛入该腔中并可绕该腔移动的平衡流体。
6.根据权利要求1的减少位移方法，其中，安装步骤进一步包括装配具有环形腔的球珠平衡环以及盛入该腔中并可绕该腔移动的粘性流体及赋重球珠。
7.根据权利要求1的减少位移方法，其中该洗衣桶可绕通常竖直的轴旋转。
8.根据权利要求1的减少位移方法，其中该洗衣桶可绕通常水平的轴旋转。
9.一种洗衣机，包括(a)可绕关于洗衣机的轴旋转的洗衣桶；(b)旋转该洗衣桶的驱动马达；(c)装配在该洗衣桶上通常垂直该旋转轴的平面中的平衡环，该平衡环有可相对该平衡环移动的平衡物；以及(d)安装在洗衣机上并支撑该洗衣桶的悬挂结构，该悬挂结构具有，(i)该悬挂结构的两个平动自由度的两谐振临界频率，其通常与旋转轴垂直，这些频率各自在临界第一马达速度或低于该第一马达速度时出现，并且(ii)该悬挂结构的三个旋转自由度的其它三个谐振频率，其各自发生在第二马达速度或高于该第二马达速度，第二马达速度高于该第一速度。
10.根据权利要求9的洗衣机，进一步包括马达控制器，其(i)最初提升该马达到初始脱水速度，该速度增加地高于该第一马达速度并低于该第二马达速度，(ii)以初始脱水速度维持马达直至该环中的平衡物重新定位而抵消该洗衣桶中的任何不平衡；以及(iii)随后使该马达提速到稳态的最终脱水速度，该速度高于旋转该第二马达速度。
11.根据权利要求10的洗衣机，其中，该马达控制器以某一速率最终提升该马达速度，该速率使提速时以及达到稳态最终脱水速度后，该平衡物相对该平衡环保持相同的校正位置。
12.根据权利要求9的洗衣机，其中该平衡环包括流体平衡环，其具有环形腔以及盛入该腔中并可绕该腔移动的流体。
13.根据权利要求9的洗衣机，其中该平衡环包括球珠平衡环，其具有环形腔以及盛入该腔中并可绕该腔移动的粘性流体及赋重球珠。
14.根据权利要求9的洗衣机，其中该洗衣桶可绕通常竖直的轴旋转。
15.根据权利要求9的洗衣机，其中该洗衣桶可绕通常水平的轴旋转。
16.减少洗衣桶位移的方法，该洗衣桶可围绕洗衣机中的一旋转轴旋转，该洗衣机具有使该洗衣桶旋转的驱动马达，该方法包括将平衡环安装到洗衣桶上通常与旋转轴垂直的平面中，该平衡环具有可相对该平衡环移动的平衡物；最初提速该驱动马达达到初始脱水速度；使该驱动马达以初始脱水速度维持一段时间，这使平衡物相对该平衡环移动，并锁定该平衡环；并且随后以某一速率使该驱动马达提速到最终稳态的脱水速度，该速率在提速时以及达到稳态的最终脱水速度以后，使该平衡物相对该平衡环保持基本上静止。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括以下步骤用悬挂结构将该洗衣桶支撑在洗衣机上；为悬挂结构的两个平动自由度确定两个谐振频率，其一般位于该平衡环的平面内；并且最初将该驱动马达提速到初始脱水速度，该速度高于第一马达速度，第一马达速度时或者低于第一马达速度时，各临界频率出现。
18.根据权利要求16的方法，进一步包括以下步骤将可编程的马达控制器连接到该驱动马达上，以便控制该提速和恒速步骤。
全文摘要
减少洗衣机洗衣桶位移的方法和悬挂结构,包括首先给该洗衣桶提供平衡环。在通常与该桶旋转轴垂直的平面内该平衡环与该桶连接。平衡环有相对该环可移动的平衡物。该洗衣桶经调整的悬挂结构支撑到洗衣机上。为位于该平衡环平面内的两平动自由度确定两个谐振临界频率。还确定该悬挂结构三个旋转自由度的三个谐振转动频率。调整该悬挂结构,使平动的两临界频率各自出现在临界第一马达速度时或低于该速度时,而且使三个转动频率出现在作为上述临界转动速度的第二速度。控制该马达使洗衣桶的速度最初提升到初始脱水速度,该速度逐渐高于第一临界速度并低于第二速度。然后,该马达速度恒定在初始脱水速度一段时间。然后,将该马达提速到高于该第二速度的最终脱水速度。本发明的洗衣机结合了调整悬挂结构或所述的速度受控马达,或者结合两者。
文档编号D06F37/24GK1331358SQ0112332
公开日2002年1月16日 申请日期2001年6月21日 优先权日2000年6月23日
发明者格雷戈里·迈克尔·加斯特, 埃里克·肯尼思·法林顿, 蒂曼·范迪伦 申请人:惠尔普尔公司