专利名称：滚筒洗衣机用位移传感器检测不平衡的方法
技术领域：
本发明涉及一种滚筒洗衣机检测不平衡的方法，尤其涉及滚筒洗衣机通过检测工 作时滚筒的位移来检测负载的不平衡量的方法。
背景技术：
滚筒洗衣机在洗涤结束或漂洗结束之后、进入由电机带动内滚筒以脱水转速转动 的脱水程序之前，需要对筒内衣物进行尽量均勻的分布，防止因筒内衣物缠绕、扭结形成的 团块造成整个滚筒负载的质量存在过大的不平衡，否则在电机带动滚筒以脱水转速转动 时，可能造成机器的剧烈振动或滚筒与机壳的碰撞甚至整机发生移位。这就需要在进入脱 水程序之前，对滚筒负载的不平衡量进行检测。目前常见的检测不平衡量的方法是由电机带动内滚筒以分布速度转动，在此过 程中分别检测在筒内衣物贴附于筒内壁而随筒的转动上升时和下降时内滚筒的转速(或 由转速换算出的单位时间里内滚筒的转数)，并将这两个速度与设定速度进行比较，从而根 据差异值的大小来判定不平衡量的大小；其中所谓的分布速度是保证筒内衣物随筒转动到 最高点时能够贴附于筒壁继续随筒转动而不掉落的最低速度或较之略高的速度，所有能够 实现上述功能的分布速度值可以形成一个分布速度范围，常见的洗衣机的分布速度范围通 常为93rpm至105rpm左右。采用类似原理检测不平衡的技术可参见中国专利申请公开说 明书 CNl240848。在现有技术中，由于作为判定标准的设定速度是程序设计初期针对所设计机型的 对应结构进行大量试验标定出来的定值，故当后期对外筒上安装的任意结构件进行改变 时，或是生产过程中的零部件与最初设计外筒上安装的某零部件发生差异时，都需要对整 个不平衡量的判断程序进行重新调试并对设定速度进行重新标定；这将浪费大量时间。而 且上述常规的检测不平衡的方法为间接测量方法，它受洗衣机的传动系统技术参数影响较 大，尤其当机器使用一段时间后，传动系统的性能参数必然会有一定变化，造成当时电机的 转速和滚筒的转速之间的关系相对于洗衣机刚刚投入使用时产生较大的差异，这种差异亦 会影响电机及滚筒的转速，即此时造成转速变化的因素除了滚筒负载的不平衡量之外，还 有其他重要的因素，则此时无论是安装在电机处还是滚筒处的测速传感器测定的数值都不 能再真实地反映洗衣机滚筒负载的不平衡量；故当传动系统技术参数的一致性逐渐降低 时，不平衡检测的一致性会变差。这就可能导致机器在负载不超过额定不平衡量的条件下 错误地不进入脱水程序，或在负载超出额定不平衡量的条件下错误地进入脱水程序，并可 能造成机器在启动和停机过程中通过共振频率段时的振动和扭动过大，对机器结构和使用 寿命产生不利影响。在现有技术通过检测滚筒转速间接检测不平衡的方法中，多是用洗衣机设计生产 阶段预先标定的转速定值作为比对基准，这样造成了实际使用中检测不平衡量时的机器性 能参数条件与标定比对基准时不一致；洗衣机在设计、生产、使用的整个寿命周期中，其性 能参数可能发生不断的改变，这种性能参数的改变也会影响实际检测时的滚筒转速，而用作比对基准的转速值是在洗衣机出厂前的性能参数条件下标定后就一成不变的，这样就可 能导致同样的不平衡量在不同的检测过程中被检测为不同的结果，即机器性能参数条件的 改变影响了不平衡检测结果的一致性。中国发明申请公开说明书CN1690291A公开了一种滚筒洗衣机的称重方法。将位移传感器与弹性支撑减振器合二为一，并装设在洗衣机外筒底部与机壳底座之间。位移传 感器也被称作称重传感器，它之前用于滚筒洗衣机多是作称重之用，当洗衣机滚筒内放入 衣物时，可通过从位移传感器读取由弹性支撑减振器的压缩量体现的滚筒负载的位移量而 实现对滚筒负载称重。CN1690291A公开了位移传感器的工作原理、由程序控制器从位移传 感器读取负载的位移量的技术原理以及应用所述位移传感器的洗衣机。本发明将该文件全 文引用于此以做参考。
发明内容
为了解决背景技术中所述的现有技术通过检测滚筒转速变化来检测不平衡的方 法的弊端，本发明旨在提供一种滚筒洗衣机通过利用位移传感器检测滚筒转动时上下振动 的位移量来检测不平衡的方法。所述的位移传感器的工作原理以及由程序控制器从位移传感器读取负载的位移 量的技术原理以及应用所述位移传感器的洗衣机，均可参见背景技术中所述的中国发明专 利申请公开说明书CN1690291A。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为提供一种滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其中所述的滚筒洗衣机包括程序控制 器、机壳、电机、外筒、安装在所述外筒中的内滚筒以及装设在外筒底部与机壳底座之间的 第一弹性支撑减振器和第二弹性支撑减振器，其中的第二弹性支撑减振器带有位移传感 器，所述的方法包括如下步骤1)将洗衣机中的水排空；2)在静止状态下，由程序控制器从位移传感器读取并记录负载的静态位移量Ls， 其中所述的负载是包括外筒、内滚筒和内滚筒中所放物品的总负载；3)由电机带动洗衣机的内滚筒以分布速度转动；4)在洗衣机的内滚筒转动一周的过程中，由程序控制器从位移传感器读取负载在 第二弹性支撑减振器被拉伸至最长时的位移量Lm和负载在第二弹性支撑减振器被压缩至 最短时的位移量Ln，计算并记录负载在内滚筒转动一周的过程中的动态平均位移量La = (Lm+Ln)/2 ；6)由程序控制器计算出体现负载的不平衡量的检测结果ALa = La-Ls ；7)将所述步骤6)中得到的ALa与预设在程序控制器中的判定标准AL进行比 较，如果ALa > AL，则所述的洗衣机进入重新抖散、分布程序，待所述内滚筒中的所洗衣 物重新分布后，再次执行所述的步骤3)至步骤7)；如果ALa≤AL，则所述的洗衣机进入 由所述的电机带动所述的内滚筒以脱水转速转动的脱水程序。为了排除检测过程中由于各种偶然干扰或误差带来的无意义的实验野值，优选 地，可以在上述步骤4)和6)之间设置如下的步骤5) 5)将步骤4)反复执行至少2次，得 到相应的至少2个La值，然后算出所有La值的算术平均值"^;并且在步骤6)中，用步骤5)中得到的 替换La，得到检测结果Δ La= I -Ls I。为了达到进一步滤除干扰值的效果，更优选地，所述的步骤5)还可以如下地设置5)将步骤4)反复执行至少4次，得到相应的至少 4个La值，然后采用均值滤波算法，算出所有有效La值的算术平均值[^;并且在步骤6)中， 用步骤5)中得到的己替换La，得到检测结果Δ La=IU-Ls |。其中所述的均值滤波算法是指 本技术领域中通用的在多个采样值中滤除最大值和最小值，并求取其余采样值的算术平均 值的算法。在上述采用均值滤波算法的步骤5)中，将得到的相应的至少4个La值中的最 大值和最小值滤除后，保留下来的其余La值即是所谓的“有效La值”。上述步骤7)中的判定标准AL可以如下的方法确定在洗衣机出厂前，向滚筒内放入重量不超过设计容许的能保证洗衣机以脱水转速 正常执行脱水程序的最大不平衡量的不平衡块。然后按照上述用位移传感器检测不平衡的 方法(可包括各种不同的求取La的步骤的优选方法)，执行其中的步骤2)——6)，检测得到 该不平衡块的特征差值△ La，将测得的ALa作为判定标准△ L预设到所述洗衣机的程序控 制器中。应用本发明所述的检测方法的洗衣机应该至少包括机壳、外筒、安装在机壳和外 筒之间的机械支承装置、安装在外筒中的内滚筒、安装在机壳和外筒之间的电机及其传动 装置、安装在机壳上的进排水机构以及具有程序控制器的电气控制系统。机械支承装置包括装设在外筒底部与机壳的底座之间的第一弹性支撑减振器和 第二弹性支撑减振器。其中的第二弹性支撑减振器带有位移传感器，所述的位移传感器由 端部带有连接环的气缸体、固定在气缸体轴心线上的线圈架、安装在线圈架外周部的线圈、 制作在气缸体外面与线圈连接的线圈接口、套装在气缸体中且端部带有连接环的活塞杆、 套装在活塞杆另一端的活塞密封环所组成。活塞杆由铁磁材料制成，其端部带有可以使线 圈架及线圈进出的内孔。工作时，带有位移传感器的第二弹性支撑减振器的线圈架及安装在其上的线圈插 入活塞杆的内孔中。当内滚筒带动筒内衣物转动时，由于负载不平衡的存在，在筒内衣物贴 附于筒内壁而随筒的转动上升的阶段，第二弹性支撑减振器被拉伸，在筒内衣物贴附于筒 内壁而随筒的转动下降的阶段，第二弹性支撑减振器被压缩。第二弹性支撑减振器被拉伸 或被压缩时，线圈与铁磁材料活塞杆之间产生了相对位移，线圈的电感量必然改变；于是位 移量就通过线圈电感量的改变而被检测出来。同理，当电机不转而筒内有衣物等物品静置 时，加在倾斜安装的第二弹性支撑减振器上的重力相对于空筒无衣物时要大，迫使第二弹 性支撑减振器向下压缩；平衡稳定后，此压缩量作为电机不转时滚筒负载的静态位移量亦 能通过线圈电感量的改变而被检测出来。发明人就是利用位移传感器的上述特性，发明了滚筒洗衣机用位移传感器检测不 平衡的方法。这样便实现了滚筒洗衣机利用位移传感器检测不平衡，并进而根据不平衡量判断 洗衣机是否可以进入由电机带动内滚筒以脱水转速转动的脱水程序。由于本发明所公开的检测不平衡的方法，是用洗衣机实际使用的过程中，滚筒静 止时的静态位移量Ls作为求取不平衡特征差值的比对基准，该基准是在每次执行检测前、 与被比的动态平均位移量 在相同的机器性能参数的条件下标定的；这样就保证了即使洗衣机的设计结构、零部件装配发生变化，或者因为长期使用而使某些性能参数发生变化，也 能使这种变化的影响同时作用于Ls和 ,进而在求取Ls和La的差值ALa时，这种影响可 被最大程度地抵消，从而保证了不平衡检测结果的一致性。 本发明提供的滚筒洗衣机用位移传感器检测不平衡的方法，将位移传感器和弹性 支撑减振器合二为一，通过位移传感器测得的信号计算负载的位移变化量，再根据位移变 化量判断不平衡。实现所述方法的装置结构简单、生产成本低廉、测量精度高且位移测量结 果直接反映实际不平衡量。所述的方法可广泛适用于各类滚筒洗衣机中。可见本发明所公开的方法相对于现有技术中的常用方法具有明显的有益效果。
结合附图，本发明的优点将更明显地体现。下面所有附图中相同的标记代表相同 的部件。图1为洗衣机内滚筒中的衣物贴附于筒内壁而随筒的转动上升时的状态示意图； 其中的附图标记1、2所指示的是倔强系数相同或相近的挂簧，3是配重块，4是第一弹性支 撑减振器(普通的不带位移传感器的弹性支撑减振器)，5是第二弹性支撑减振器(带有位 移传感器的弹性支撑减振器)。图2为洗衣机内滚筒中的衣物贴附于筒内壁而随筒的转动下降时的状态示意图。图3为带有位移传感器的弹性支撑减振器的结构示意图。图4为洗衣机应用本发明所公开的检测不平衡的方法的一种优选方案的流程图。
具体实施例方式本发明所公开的方法可以广泛应用于滚筒洗衣机。应用本发明所公开的方法的滚 筒洗衣机，除了包括常见的滚筒洗衣机通常具有的机壳、内滚筒、外筒、电机及其传动装置、 进排水机构以及具有程序控制器的电气控制系统外，还包括如图1和图2中示意性地显示 的挂簧1、挂簧2、配重块3、普通的不带位移传感器的第一弹性支撑减振器4以及带有位移 传感器的第二弹性支撑减振器5。其中所述的挂簧1和挂簧2的倔强系数相近或相等，普通 的弹性支撑减振器4以及带有位移传感器的弹性支撑减振器5的弹性支撑力相近或相等。 这样可使洗衣机的滚筒左右平衡、减少振动，并有益于位移量检测的准确。图3示意性地显示了带有位移传感器的第二弹性支撑减振器的结构。它由端部带 有连接环12的气缸体13、固定在气缸体13的轴心线上的线圈架14、安装在线圈架14外周 部的线圈15、制作在气缸体13外面与线圈15连接的线圈接口 16、套装在气缸体13中且端 部带有连接环17的活塞杆18、套装在活塞杆18另一端的活塞密封环19及嵌装在该端的环 形件21所组成。活塞杆18通常由铁磁材料制成，在活塞杆18的中心有一沿杆中心轴线的内孔20， 线圈架14及线圈15能够在内孔20中自如地移动，在内孔20的前端内嵌一个由铁磁材料 制成的环形件21。这样，就将位移传感器和弹性支撑减振器合二为一，成为带有位移传感器 的第二弹性支撑减振器，就不需再为了检测振动位移而在弹性支撑减振器的相邻处或其他 处另设传感器。 当第二弹性支撑减振器5被拉伸或压缩时，位移传感器即可将由拉伸量或压缩量体现的负载的位移量报告给程序控制器。位移传感器在此过程中的具体工作原理和读取数据的细节步骤参见中国发明专利申请公开说明书CN1690291A。该参考文件中提到的“微处 理器”即相当于本申请中的“程序控制器”。参考图4，在应用本发明所公开的检测方法时，首先应将洗衣机内滚筒内的水排 空，保持内滚筒和筒内衣物处于静止状态。此时由于筒内衣物重力的作用，带有位移传感器 的弹性支撑减振器5相对于空筒时的状态会产生压缩；由程序控制器通过位移传感器读取 这个压缩量作为静态位移量Ls。然后启动电机，带动内滚筒以93rpm至105rpm的分布速度范围内的某一速度转 动。在内滚筒每转动一周的过程中，都存在一个如图1所示的衣物贴附于筒内壁而随筒的 转动上升的过程和一个如图2所示的衣物贴附于筒内壁而随筒的转动下降的过程。由于 筒内衣物的重力和惯性的作用，在上升过程中，第二弹性支撑减振器5被拉伸；在下降过程 中，第二弹性支撑减振器5被压缩。这样，在滚筒每转动一周的过程中，都可以由程序控制 器通过位移传感器读取到一个第二弹性支撑减振器5被拉伸到最长时的位移量Lm和一个 第二弹性支撑减振器5被压缩到最短时的位移量Ln，接着，由程序控制器计算并记录滚筒 转动过程中的动态平均位移量La= (Lm+Ln)/2。为了防止在执行上述步骤的过程中，由于 偶然干扰或元器件工作误差等原因造成读取到的Lm和Ln值严重偏离实际而导致得到没有 实际意义的La值，可以令滚筒连续转动8至10周，在此过程中重复执行上述步骤，得到8 至10个La值；然后采用均值滤波算法，滤除其中的偶然误差较大、可能没有实际意义的La 值，此时保留下来的若干La值即为有效La值；再由程序控制器计算并记录所有有效La值 的算术平均值 。常见的均值滤波算法，是在所有采样值中滤除最大值和最小值，如本实施 例中采样的8至10个La值经如此过滤后，可得到6至8个有效La值，然后对保留下来的采 样值(即该6至8个有效La值)求取算术平均值，该6至8个有效La值的均值La能比仅 在滚筒转动一周的过程中得到的单独的La值更准确地反映动态平均位移量的实际情况。在获得Ls值和 值后，计算出特征差值Δ La= I La-Ls |。因为在最理想情况下，如果 洗衣机筒内衣物完全贴筒内壁分布均勻、完全不存在不平衡，则动态位移量的均值G应当 和静态位移量Ls相等；不平衡量越小，则La值与Ls的差值越小；不平衡量越大，则G值与 Ls的差值越大。因此本发明中的特征差值Δ La就是能逼真反映负载不平衡量的值。接着，将ALa与预设在程序控制器中的判定标准AL进行比较如果ALa大于Δ L，则认为当前滚筒内的不平衡量过大，洗衣机不能进入由电机 带动内滚筒以脱水转速转动的脱水程序，此时程序控制器指令洗衣机进入重新抖散、分布 程序，该程序即通过电机带动滚筒以分布速度转动或在与分布速度相近的转速范围内做变 速转动，使衣物在滚筒内壁上贴附分布均勻，并将缠结的团块抖散，以尽量减小负载整体的 不平衡量。类似的抖散、分布的程序已经成熟地应用于常见的滚筒洗衣机中。经过重新抖 散、分布程序后，洗衣机再次如上所述地执行求取 及ALa的程序。如此往复，直至最新得 到的Δ La不大于判定标准Δ L为止。当ALa不大于Δ L时，则认为当前滚筒内的不平衡量满足由电机带动内滚筒以脱 水转速转动的脱水程序的要求，此时程序控制器指令洗衣机进入由电机带动内滚筒以脱水 转速转动的脱水程序。所述的脱水转速是一个大大高于洗衣机洗涤和漂洗衣物时内滚筒转速的旋转速度，它能够实现通过带动筒内衣物随内滚筒高速旋转而利用离心力将衣物上的 大部分水分甩干。常见的脱水转速例如有700rpm至1500rpm不等。优选地，可以在洗衣机出厂交付前，通过大量模拟实验标定适当的AL值，并将其 预设在程序控制器中。具体可采用如下方法向洗衣机内滚筒中放入重量为X的不平衡块，尝试由电机带动内滚筒以脱水转速 转动，如果此过程中洗衣机运行安全、平稳且一切技术指标正常，则说明由此时筒内不平衡 块代表的不平衡量是该型洗衣机在实际使用中所完全能够承受的，而且该型洗衣机有可能 还能承受更大的不平衡量，故可以逐渐适当增加不平衡块的重量X，然后重复上述实验；如 果实验过程中洗衣机发生诸如实际使用中用户不能接受的剧烈振动以及滚筒碰撞机壳甚 至整机移位等各种不正常情况，则说明由此时筒内的不平衡块所代表的不平衡量已经超过 了该型洗衣机的设计容许程度，此时逐渐适当减小不平衡块的重量X，再重复上述实验；直 至负载有该不平衡块的洗衣机恰能平稳、正常地以脱水转速执行脱水程序为止；此时筒内 的不平衡块的重量X就代表了该型洗衣机设计容许的高转速脱水时的最大不平衡量。当 然，在实验之初，也可以先通过对洗衣机各项结构参数和技术参数的计算，标定合适的X值 的可能范围，以减少重复实验的次数。用实验得到的重量为洗衣机设计容许的最大不平衡量X的不平衡块模拟代替洗 衣机实际使用时的筒内衣物的不平衡量，执行如上所述的用位移传感器检测不平衡的方 法，就可以检测出体现该型洗衣机设计容许的最大不平衡量X的特征差值ALa;此时的 ALa即是合适的判断洗衣机是否可以进入以脱水转速执行脱水程序的判定标准AL。再将 此ΔL值预设入洗衣机的程序控制器中。上述实施例对本发明所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法的展示是说明性的，而 非限定性的。对于本领域中的技术人员而言，可以做出各种不离开本发明的精神主旨的改 变和调整，类似的改变和调整的技术方案均在本发明权利要求所界定的保护范围内。
权利要求
一种滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其中所述的滚筒洗衣机包括程序控制器、机壳、电机、外筒、安装在所述外筒中的内滚筒以及装设在所述外筒底部与所述机壳底座之间的第一弹性支撑减振器和第二弹性支撑减振器，其中所述的第二弹性支撑减振器带有位移传感器，其特征在于，所述的方法包括如下步骤1)将所述洗衣机中的水排空；2)在静止状态下，由所述的程序控制器从所述的位移传感器读取并记录负载的静态位移量Ls，其中所述的负载是包括所述的外筒、内滚筒和内滚筒中所放物品的总负载；3)由所述的电机带动所述洗衣机的内滚筒以分布速度范围内的某一速度转动；4)在所述洗衣机的内滚筒转动一周的过程中，由所述的程序控制器从所述的位移传感器读取所述的负载在所述的第二弹性支撑减振器被拉伸至最长时的位移量Lm和所述的负载在所述的第二弹性支撑减振器被压缩至最短时的位移量Ln，计算并记录所述负载在所述内滚筒转动一周的过程中的动态平均位移量La＝(Lm+Ln)/2；6)由所述的程序控制器计算出体现所述负载的不平衡量的检测结果ΔLa＝|La-Ls|；7)将所述步骤6)中得到的ΔLa与预设在程序控制器中的判定标准ΔL进行比较，如果ΔLa＞ΔL，则所述的洗衣机进入重新抖散、分布程序，待所述内滚筒中的所洗衣物重新分布后，再次执行所述的步骤3)至步骤7)；如果ΔLa≤ΔL，则所述的洗衣机进入由所述的电机带动所述的内滚筒以脱水转速转动的脱水程序。
2.如权利要求1所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其特征在于在所述的步骤4)和6)之间，还设置如下的步骤5) 5)将步骤4)反复执行至少2次， 得到相应的至少2个La值，然后算出所有La值的算术平均值并且在所述的步骤6)中，用所述的步骤5)中得到的 替换La，得到检测结果 Δ La= I La-Ls|。
3.如权利要求1所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其特征在于在所述的步骤4)和6)之间，还设置如下的步骤5) 5)将步骤4)反复执行至少4次， 得到相应的至少4个La值，然后采用均值滤波算法，算出所有有效La值的算术平均值1^;并且在所述的步骤6)中，用所述的步骤5)中得到的 替换La，得到检测结果ALa = I La-Ls I ο
4.如权利要求3所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其特征在于在所述的步骤5) 中，反复执行所述的步骤4)的次数为8至10次，得到相应的8至10个La值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其特征在于其 中所述的分布速度范围为93rpm至105rpm。
6.如权利要求1至4中任一项所述的滚筒洗衣机检测不平衡的方法，其特征在于，其中 的步骤7)中所述的判定标准AL是依如下的方法确定在所述的洗衣机出厂前，在所述洗 衣机的内滚筒中放置重量为X的不平衡块，然后执行所述的步骤2)至6)，并将所述步骤6) 中得到的检测结果ALa作为所述的判定标准AL预设到所述洗衣机的程序控制器中；其中 所述的不平衡块的重量X不超过所述的洗衣机以脱水转速正常执行脱水程序时设计容许 的最大不平衡量。
全文摘要
本发明提供了一种滚筒洗衣机用位移传感器检测不平衡的方法。实现所述方法的洗衣机包括第一弹性支撑减振器和第二弹性支撑减振器，其中所述的第二弹性支撑减振器带有位移传感器。在洗衣机洗涤和漂洗后排完水、进入脱水程序前静止的时候，从位移传感器读取滚筒的位移量，标定为基准值；然后在电机带动滚筒以分布速度转动过程中，从位移传感器读取滚筒在所述的第二弹性支撑减振器拉伸至最长时和压缩至最短时的位移量，然后求取其平均值；将此平均值与静态时标定的基准值做差，即可得到体现筒内不平衡量的特征差值，检测出筒内不平衡的程度；进而可根据筒内不平衡程度是否超过设计容许值决定洗衣机是否进入由电机带动滚筒以脱水转速转动的脱水程序。
文档编号G01M1/18GK101813543SQ20091000916
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者吕佩师, 李泽恒, 许升, 陈玉玲 申请人:海尔集团公司;青岛海尔洗衣机有限公司