专利名称：一种节水型洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种节水型洗衣机，尤其是节水型洗衣机的排水方法及使用该方法的节水型全自动洗衣机，分类属于国际专利分类表中D06F39/08。
背景技术：
对于现有技术波轮式或搅拌式全自动洗衣机，节水型洗衣机是指洗衣时外桶(又称盛水桶)不贮水，仅内桶(又称旋转桶、脱水桶)贮水进行洗涤的洗衣机；它比传统洗衣机节水(20～30)％。
该洗衣机较早的技术方案可见日本东芝公司的中国发明专利95117171.2《全自动洗衣机》和本申请人的中国实用新型专利ZL97231435.0《节水型全自动洗衣机》。其结构特点见图1，和传统洗衣机类似，由电动机经皮带轮传动的减速离合器18的上壳轴固定部套密封圈17固定于外桶1的中心孔1a，外桶1中的内桶2通过托盘5和旋转挡圈6一起固定在脱水轴(又称外轴)18a上，18a内为连接波轮(又称搅拌轮)3同轴旋转的洗涤轴(又称内轴)18b，内桶2有向下的排水通道。其相对于传统洗衣机的改变是内桶中下部侧壁无孔而上部有一圈脱水出水孔；内桶2向下的排水通道设有与外桶1隔离的密封结构，使外桶不贮水。该密封结构主要是内桶底部中央环状设置的穿透托盘5和旋转挡圈6的排水孔7及在外桶1底部内侧设置的台锥形的密封罩11与外桶1底面形成的排水腔16。该排水腔经主排水口15连通主排水管13、排水阀14和排水管47，并开有连接孔92，用于连接检测水位的压力传感器。密封间隙分布于内桶2和托盘5之间、旋转挡圈6和托盘5之间、密封罩11和外桶1之间以及旋转挡圈6和密封罩上端中央所具有的容纳旋转挡圈6的上端口之间。其中，内桶2相对于外桶1可由脱水轴18a带动转动，实现脱水动作，旋转挡圈6也会随内桶2转动而转动。因此，旋转挡圈6相对于密封罩11存在相对运动，其间的密封属于轴类旋转密封结构。旋转挡圈外柱面6a与密封罩上口圈11b之间的间隙由密封圈10密封，该密封圈10由位于内、外侧的筒形外缘及将两外缘联成一体的环形上缘构成，在内缘的上、下两端分别具有向内倾斜延伸与旋转挡圈外柱面6a过盈配合的上唇齿和下唇齿。洗衣时，向内桶2注水，内桶依靠所述密封使水不流到外桶1；同时由于排水阀14关闭，水只能贮存在内桶2和排水腔16内。脱水前，排水阀14首先打开，内桶2里的水经所述的排水通道排出；接着，内桶高速旋转，衣物的水在离心力作用下沿内桶壁上升，从上部的脱水出水孔甩出，由外桶1收集，然后经过副排水口4、副排水管19接到排水管47排出。该现有技术的不足在于密封圈10的唇齿始终抱紧旋转挡圈外柱面6a，在内桶高速旋转时摩擦，存在明显的寿命、噪音和额外功率消耗(甚至影响启动)问题，需要相当的结构设计、工艺和材料改善，因而导致成本的增加。此外，存在于内桶外底部与外桶内底部之间的密封结构相对于传统洗衣机增加了体积(高度)，设计修改较大；所形成的存水腔的水显然浪费和增加漏水的机会。由于以上原因，该种节水型全自动洗衣机虽然已见上市，但发展缓慢。
中国实用新型专利ZL02227545.2《一种节水型全自动洗衣机浮体式密封装置》提出以浮体式密封装置代替上述密封结构。该技术方案的不足是浮力的密封压力难以较大，尤其是注水速度较慢时容易泄露；波轮转动时底部筋板的抽吸作用会破坏浮力的密封作用。对后者，该专利申请人在其中国实用新型专利ZL02249536.3《一种节水型全自动波轮洗衣机的内桶排水止回结构》提出于排水孔设置止回结构的改进措施，结构因而复杂化。该方案仍未见实际用于产品。
中国实用新型专利ZL03215552.2节水洗衣机排水装置》提出以传统的排水阀控制排水的同时，也作为内桶向下排水通道与外桶的隔离结构，因而实施动力操纵。该技术方案会改善前述二技术方案密封结构的缺点，但和它们一样，内桶外底部与外桶内底部之间的密封结构仍然存在占据体积、耗水和增加漏水机会等问题，也未见实际用于产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种节水型洗衣机，其比现有技术产品结构简单和减少体积，且更可靠和更节约水。
本发明解决技术问题的技术方案是一种节水型洗衣机，该洗衣机包括外桶，位于外桶内且开口向上的内桶，驱动该内桶旋转的电动机及其传动装置，连接所述电动机执行洗涤、排水和脱水程序的控制器；其特征是所述排水程序接通所述电动机旋转。
理论和实验表明，旋转的内桶驱动洗涤液形成的环流，由于离心力作用升高液面，以至可从上方排出。显然，本技术方案的排水方法巧妙地利用了内桶旋转时具有提升液体的泵作用，以及其由于开口向上还具有从上方进入外桶排出的通道，意想不到地可避开传统的从内桶下方排水的通道，从而消除如背景技术所述由于从内桶下方排水的设计的种种弊病。其进一步的有益效果是由于排水过程兼由该电动机控制，可以省去现有技术的排水阀结构；脱水程序可紧接在排水程序之后，使洗涤物在旋转的内桶中从多水到少水直至脱干合为一连续的过程，可以形成和保持相当均匀的旋转质量分布，大大改善传统洗衣机的脱水振动和噪声问题。
该技术方案最好设计所述排水程序包括对所述电动机的转速设定控制，并且该设定首先是较低转速，在规定时间后为较高转速。该设计主要是控制旋转环流的液面，使其不致过高溢出外桶和减少不必要的能耗，并可减轻对电动机的性能要求。为有更好的效果，其进一步设计是所述设定首先是较低转速，然后随时间逐渐增大为较高转速；所述设定转速随时间按照一段或多段连续的基本初等函数增大。通常应设计所述较高转速为所述电动机的额定转速，较低转速为零或所述电动机的额定转速的1/15～1/10，使电动机的容量得到比较充分的利用。
按照本技术方案排水方法的节水型洗衣机，其内桶壁上部开有通往外桶的脱水出水孔，之下的部分为全封闭；对自动洗衣机，需设置电磁注水阀和注水量检测单元，所述控制器具有接通电磁注水阀并当注水量检测单元的输出达到规定值后切断该阀的控制回路。由于取消从内桶下方向外桶排水的通道，注水量检测单元与内桶的水需作分离式设计；其一是，注水量检测单元包括于所述电磁注水阀水路设置的节流装置，该节流装置的输出连接一差压传感器；所述控制器包括一设定限值的积算单元，其检测差压传感器的输出，计时积算至设定限值时切断所述电磁注水阀控制回路。另一设计是，该洗衣机还包括外箱体，所述外桶悬吊于外箱体；注水量检测单元包括于悬挂点设置的荷重传感器；所述控制器包括一设定限值的电量检测单元，其检测荷重传感器的输出，至设定限值时切断所述电磁注水阀控制回路。
按照本技术方案排水方法的节水型洗衣机，还设计所述内桶侧壁设有与所述旋转方向相迎的过滤装置，且内桶侧壁的最下部成型与所述过滤装置进口弧接的导流道，以便水流导引沉降于桶底的泥沙和杂物至过滤装置。排除这些泥沙和杂物是向上排水的特殊问题。
按照本技术方案排水方法的节水型洗衣机，设计所述内桶上部于脱水出水孔之上覆盖一弧形凹向下的圆环形档板，以便旋转环流的液面过高时由该档板导引向下返回，以防溢出外桶。
如下附图用于结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是现有技术一种节水型全自动波轮式洗衣机内桶排水结构示意图。
图2是一种传统的全自动波轮式洗衣机结构示意图。
图3是本发明第1实施例全自动波轮式洗衣机结构示意图。
图4是本发明第1实施例洗衣机电气框图。
图5是本发明第1实施例洗衣程序晶闸管通断状态图。
图6是本发明第1实施例洗衣机过滤装置侧视示意图。
图7是本发明第1实施例洗衣机过滤装置正视示意图。
图8是本发明第1实施例洗衣机过滤装置顺向液流俯视示意图。
图9是本发明第1实施例洗衣机过滤装置逆向液流俯视示意图。
图10是本发明第2实施例全自动波轮式洗衣机结构示意图。
具体实施例方式
本发明第1实施例全自动波轮式洗衣机机械结构如图3所示，基本电路结构如图4所示。该洗衣机是以一种传统的全自动波轮式洗衣机结构为基础改进而成。
该传统洗衣机机械结构参见图2外桶001借助吊杆046悬吊于外箱体047的支座048上；固定于外桶001外底部的离合器015的输出轴伸经密封圈穿越外桶001后，侧壁和底部均布孔与外桶001相通的内桶005首先安装于脱水轴，然后波轮016安装于洗涤轴；离合器015由外桶001外底部的电动机41经小皮带轮007、皮带018、大皮带轮011驱动，内桶005因此可于外桶001内旋转和波轮016于内桶005内同轴线旋转；电动牵引器42的拉索002牵引排水阀004的同时，联动由摆杆009和滑块019组成的离合器015的脱水/洗涤切换操纵机构；设置于洗衣机上部前沿的电子程序控制器20控制电动机41、电动牵引器42和位于洗衣机上后部的进水电磁阀41等电器部件；压力传感器51固定于洗衣机上后部，其输入气管连接位于外桶001底部的连接孔092，输出与桶内水量(或液位)对应的频率信号。
该传统洗衣机的基本电路结构也如图4所示电子程序控制器20由控制进水电磁阀41的双向晶闸管34、控制电动牵引器42的双向晶闸管33、控制单相电容运转电动机41的双向晶闸管32和31、控制上述晶闸管的单片机22及其驱动电路23和电源装置21组成；单片机22接受操纵面板的按键、压力传感器51和其它保护信号，经驱动电路23驱动所述双向晶闸管按其内存的程序通断，进而使电磁阀41、电动牵引器42和电动机41按常规的洗衣程序驱动洗衣机械系统运转，包括——首先双向晶闸管34导通，进水电磁阀41动作注水，压力传感器51输出信号的频率随桶内水量增加而升高，至高于单片机22内存程序对应于设定水量的限值时，双向晶闸管34截止，进水电磁阀41停止注水，双向晶闸管31和32开始交替导通，驱动单相电容运转电动机41，经复位状态下的离合器015传动波轮016可逆旋转；该段过程为洗涤程序；——洗涤程序至规定时间结束后，双向晶闸管31和32均截止，双向晶闸管33导通，电动牵引器42牵引排水阀004开启排水，内桶005内的洗涤液从下部流往外桶001，经排水阀004流往排水管014排出(见图2)；该段过程为排水程序；在该程序，离合器015同时受电动牵引器42牵引被切换至脱水状态，内桶005被偶合但不运转；——排水程序至规定时间结束后，双向晶闸管33仍导通，电动牵引器42继续牵引离合器015处于脱水状态，双向晶闸管31导通，驱动单相电容运转电动机41，经离合器015同时传动波轮016和内桶005单向旋转，衣物的水穿越内桶005侧壁孔甩往外桶001，经排水阀004流往排水管014排出(见图2)；该段过程为脱水程序。
以上描述的是传统的全自动波轮式洗衣机的典型情况，当然也适用于类似的搅拌式洗衣机。
本发明第1实施例全自动波轮式洗衣机相对于如图2传统的全自动波轮式洗衣机(图3中标号在文中未说明者，其意义和作用与图2的相同)的设计修改包括
a)类同于背景技术所述节水型全自动洗衣机，新内桶105相对于原内桶005，除上部保留一圈脱水出水孔104外(可适当增加孔径和孔数)，其余孔均封闭；b)取消原有排水阀004，所在管路直接贯通。
c)进水电磁阀41的出口插入节流管192；节流管192可参照流量测量节流装置标准设计，通常加工为文丘里管或孔板，其上游引出压力检测口193，根据压力传感器51的(频率/压力)常数和节流流量测量实验取得(流量/频率)系数；压力传感器51的输入不与外桶001外底部的连接孔092(封闭该孔)连接，改为与节流管192的压力检测口193连接。
d)修改单片机22内存的程序，包括——在原压力传感器51输出的频率与对应于设定水量的限值比较语句前，增加一段积算程序，使压力传感器51的输出频率与所述(流量/频率)系数的乘积对双向晶闸管34的导通(进水电磁阀41动作注水)时间积分，原压力传感器51输出的频率与对应于设定水量的限值比较，改为所述积分与对应于设定水量的限值比较；——在排水程序，双向晶闸管33改为按照图5所示通断状态图运行(图中黑条处表示导通，其余为截止)，对于额定负载，首先持续导通5s，电动机41速度自零逐步上升30r/m，然后依次以通断周期3s和通断比0.33运行21s(相当于电动机设定平均转速为45r/m)，以通断周期2s和通断比0.5运行20s(相当于电动机设定平均转速为70r/m)，以通断周期3s和通断比0.67运行21s(相当于电动机设定平均转速为90r/m)，以通断周期5s和通断比0.8运行20s(相当于电动机设定平均转速为120r/m)，最后10s持续导通，电动机41的转速逐步上升至其额定转速1380r/m，并维持该状态进入脱水程序。
实验可见，内桶105随时间逐渐增大为较高转速，桶内的洗涤液相当平稳地从上方穿越上部一圈脱水出水孔排往外桶，然后流至排水管014排出。单片机22内存的程序是设定转速随时间按照多段直线函数增大。当然，根据负载的情况或通过实验，也可以设计为按照一段或多段连续的直线函数或分指数或对数函数增大，并且这些函数可以有不同的常数。此外，通断周期可以电源频率的周波数为单位，例如以20～50个周波为一个周期，可以有更平稳的运转；通断比也可以连续地增大；电动机的调速不限于采用通断比控制，也可以引入现有技术的晶闸管移相调压实现，但需注意抑制电磁干扰和噪声。改用变频调速系统可以有更好的控制效果，但成本要高些。
本发明第1实施例全自动波轮式洗衣机机械结构的改进还包括增加了过滤装置180。其更细致的结构和工作原理如图6～9所示(图中标号在文中未说明者，其意义和作用与图3的相同)。该过滤装置的主体是常见于普通型(无外桶)洗衣机中以一垂直转轴附壁安装的可随顺逆水流摆动的过滤袋181，但靠桶底设置，并于顺流进口184(见图8)和逆流进口185(见图9)处各成型有图7所示向下和向内平滑过渡的弧形的导流道182，以便水流导引沉降于桶底的较重的泥沙和杂物183至过滤装置180；按照流体力学理论和通过实验，可获得该导流道形状的最佳设计；此外，发明第1实施例全自动波轮式洗衣机机械结构还保留了传统产品内桶005上方的平衡环049(见图2)底部的弧形凹向下的形状。该形状原仅考虑用于洗涤时减轻溅水，但在本发明的排水实验中，也显示了可以把液面过高的旋转环流导引向内向下返回内桶，以防溢出外桶。可以通过实验修改其形状，获得更好的效果。
本发明第2实施例全自动波轮式洗衣机结构如图10(图中标号在文中未说明者，其意义和作用与图3的相同)所示，其与第1实施例的差异仅在于——进水电磁阀41的出口相对于传统产品不变，即不设节流管192；——取消压力传感器51；——在外箱体047悬吊其中一条吊杆246的支座048上，卡入一个现有技术的荷重传感器251及其电压输出电路，其输出直接连接单片机22的接口，并且该接口的输入量由频率改为电压；根据荷重传感器251的(电压/重量)常数和实际注水实验确定相应于传统产品的(频率/水量)系数的(电压/水量)系数和相应于设定水量的限值；——单片机22内存的程序中相对于传统产品，仅把原压力传感器51输出的频率与对应于设定水量的限值比较，改为荷重传感器251输出的电压与对应于设定水量的限值比较；其余不变。
可以看到，本发明可以很方便地在传统产品的基础上改进而成，尤其是无需改变内、外桶和箱体等较大结构，大大减少了开发费用。
权利要求
1.一种节水型洗衣机，该洗衣机包括外桶，位于外桶内且开口向上的内桶，驱动该内桶旋转的电动机及其传动装置，连接所述电动机执行洗涤、排水和脱水程序的控制器；其特征是所述排水程序接通所述电动机旋转。
2.按照权利要求1所述节水型洗衣机，其特征在于所述排水程序包括对所述电动机的转速设定控制，并且该设定首先是较低转速，在规定时间后为较高转速。
3.按照权利要求2所述节水型洗衣机，其特征在于所述设定首先是较低转速，然后随时间逐渐增大为较高转速。
4.按照权利要求3所述节水型洗衣机，其特征在于所述设定转速随时间按照一段或多段连续的基本初等函数增大。
5.按照权利要求2或权利要求3或权利要求4所述节水型洗衣机，其特征在于所述较高转速为所述电动机的额定转速，较低转速为零或所述电动机的额定转速的1/15～1/10。
6.按照权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述节水型洗衣机，其特征在于所述内桶壁上部开有通往外桶的脱水出水孔，之下的部分为全封闭。
7.按照权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述节水型洗衣机，其特征在于还具有电磁注水阀和注水量检测单元，所述控制器具有接通电磁注水阀，并当注水量检测单元的输出达到规定值后切断该阀的控制回路。
8.按照权利要求7所述节水型洗衣机，其特征在于，注水量检测单元包括于所述电磁注水阀水路设置的节流装置，该节流装置的输出连接一差压传感器；所述控制器包括一设定限值的积算单元，其检测差压传感器的输出，记时积算至设定限值时切断所述电磁注水阀控制回路。
9.按照权利要求7所述节水型洗衣机，其特征在于还包括外箱体，所述外桶悬吊于外箱体；注水量检测单元包括于悬挂点设置的荷重传感器；所述控制器包括一设定限值的电量检测单元，其检测荷重传感器的输出，至设定限值时切断所述电磁注水阀控制回路。
10.按照权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述节水型洗衣机，其特征在于所述内桶侧壁设有与所述旋转方向相迎的过滤装置，且内桶侧壁的最下部成型与所述过滤装置进口弧接的导流道。
11.按照权利要求6所述节水型洗衣机，其特征在于所述内桶脱水出水孔上方覆盖凹向下的弧形档板。
全文摘要
一种节水型洗衣机，该洗衣机包括外桶，位于外桶内且开口向上的内桶，驱动该内桶旋转的电动机及其传动装置，连接所述电动机执行洗涤、排水和脱水程序的控制器；其特征是所述排水程序接通所述电动机旋转；并且最好设计所述排水程序包括对所述电动机的转速设定控制。该设计实现从内桶上方进入外桶排水，因而不使用传统洗衣机的从内桶下方排水的通道，消除现有技术节水洗衣机由于采用传统的从内桶下方排水的设计的种种弊病。
文档编号D06F39/08GK1727551SQ20041005094
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月30日 优先权日2004年7月30日
发明者伍卓铨 申请人:金羚电器有限公司