专利名称：用于检测自动洗衣机中衣物载荷的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自动洗衣机的系统，其可以检测放入洗衣机中的衣物载荷和根据用户选择的洗衣程序自动选择供给洗衣机的洗涤水水位。
本发明还涉及一种用于检测放入洗衣机中衣物载荷的方法以及自动选择供给洗衣机的洗涤水水位的方法，所述水位是检测到的衣物载荷的函数。
背景技术：
已有公知的各种系统用于检测放入洗衣机中的衣物载荷并由此自动确定和控制供给洗衣机的洗涤水量，洗涤水通常是水，具体而言是被供送给桶，被设计用于容纳衣物载荷的转筒位于该桶中，脱水运转时电动机旋转驱动转筒，所述电动机还驱动设置在转筒内部的搅拌器。专利US 5,515,565中描述了这些公知检测系统中的一种，其使用高度传感装置以检测放置在转筒中衣物载荷的高度。与衣物载荷高度传感装置可操作连接的电子控制单元处理来自高度传感装置并表征衣物载荷高度的信号，由此确定允许流入桶的洗涤水适合水位和控制洗涤水入口设备的运转，以便使后者保持开放，直到水位传感装置检测到已达到控制单元确定的洗涤水水位。
在优选形态中，高度传感装置包括用于发射和接收作用于旋转转筒中衣物载荷的声波脉冲的装置。正常操作时，这种现有技术系统需要复杂昂贵的装置和结构。
专利US6,460,381中公开了另一种公知的系统。在这种方案中，设置压力传感器，其安装成与桶的悬吊器相连，而且构建为具有作为传感器所受应力的函数而变化的磁特性。磁特性的变化转换为线圈中的电感变化值，产生频率而作为电感的函数变化的振荡信号，使得可以检测传感器上的载荷。由此，能确定置于转筒中的衣物载荷，以及随后供给洗衣机桶的洗涤水量，衣物-洗涤水总量转化成相应的适合足够的洗涤水水位。达到预期水位时，电子控制单元的致动器自动中断洗涤水供应。
这种现有技术系统可能存在制造期间产生的机械误差或者重量传感器位于不适当位置，降低了检测衣物和洗涤水重量的精确性，导致洗涤操作中的水量超出预定标准。
专利US4,862,710中还公开了另一种公知现有技术的系统。这种现有系统将载荷检测装置用于电动机中以检测表征电动机上升特性的电气值，其根据作用在驱动洗衣机的可动洗涤装置的电动机上的载荷而变化。在洗衣机脱水循环期间，测量该载荷检测器所检测的值从第一基准值达到第二基准值的时间。
所测得的时间转换成洗衣机的桶中衣物-洗涤水总载荷的值。在这种方案中，第一和第二基准值是载荷检测器中测得的电压值，电动机在脱水循环中引起电压和所述基准值上升所需的时间与转筒中衣物载荷的一定水平相关。
现有技术的这种方案用电压在两基准值之间上升的时间确定转筒中的衣物载荷和后续操作中相应的洗衣机操作参数，所述基准值修正为电源电压的函数。
虽然这种现有技术的方案在衣物载荷载荷检测中具有一定精确性，但是它存在不利之处，即，需要比较复杂电路和没有考虑洗衣机可动部分摩擦产生的载荷，所述载荷作为不同构件的公差和制造及组装方法的函数而变化。
除了上述不利之处，上面引证的现有技术方案受测量偏差的影响，这是因为作为电压变化的函数的电源中产生噪声，其可以很强烈和很频繁。这种现有技术的系统在检测衣物载荷方面不能产生令人满意的精确度，尤其是洗衣机安装在受到高噪声电平影响的电源中时。
发明内容
由于检测衣物载荷的现有技术系统中的不利和不足，本发明的目的在于提供一种用于在自动洗衣机中检测衣物载荷的系统，其具有比较低成本的简单结构，和检测置于洗衣机转筒内衣物载荷的高精确度。
本发明的另一个目的是提供一种如上所述用于检测衣物载荷的系统，其可以自动确定供给洗衣机桶的洗涤水水位，洗涤水水位是所测得的衣物载荷的函数。
此外本发明的另一目的是提供一种在自动洗衣机中检测衣物载荷的方法，其允许通过比较低成本的简单装置精确获得表征放入洗衣机转筒中衣物载荷的信号，其确定供给洗衣机的洗涤水水位。
本发明用于检测衣物载荷的系统设计为用于这种类型的自动洗衣机，其包括桶；安装在所述桶内的转筒，转筒的尺寸被确定为用于容纳待洗衣物载荷；和在洗衣机执行的脱水循环中旋转驱动所述转筒的电动机。
根据本发明，本系统包括电压传感器，其用于检测供给电动机的电压；转速传感器，其与电动机可操作地关联以检测电动机转速(rotation of the electric motor)，和控制单元，可操作的关联定时器、连接电压传感器和连接转速传感器，在洗衣机预定步骤中，向控制单元提供表征电动机在不同电压范围内的平均扭矩的数据，和提供表征转筒无载荷状态下在两个不同预定电动机的转速值之间的电动机加速及减速基准时间的数据，从而计算转筒在无载荷状态下的基准惯性力矩，所述控制单元在洗衣机各操作开始时有选择地接收表征转筒容纳衣物载荷时在电动机的所述转速值之间的电动机加速及减速操作时间的数据，处理表征在电压传感器测得的电压范围内电动机的平均扭矩的数据，处理基准和操作时间的数据，从而确定有衣物载荷时转筒的惯性力矩和转筒的所述惯性力矩之差，由此产生表征衣物载荷质量的信号。
上述系统，允许通过设置电压和转速传感器以及通过设置具有定时器的控制单元，建立在制造阶段为各洗衣机进行调节的基准数据，和与放入转筒中的各衣物载荷相关操作数据，所述数据的处理使得可以比较各自的惯性力矩，然后产生信号，其高精确性地表征转筒中放入的待洗衣物载荷，其与电动机电源电压变化无关。
本发明的具体应用中，表征衣物载荷的信号与洗涤水水位相关，达到洗涤水水位时，所述信号使控制单元向入口阀装置产生阻断信号，中断洗涤水向洗衣机的供给。
本发明还涉及一种用于检测自动洗衣机中衣物载荷的方法，所述洗衣机具有上述类型，其包括以下步骤-在转筒无载荷状态下旋转驱动电动机，保持其通电直到达到最大转速，然后作为可移动部件之间摩擦力的函数，电动机断电和减速到下降后的转速值；-在加速阶段和减速阶段中，检测两个不同预定转速值之间的电动机转速，其低于最大转速值；-测量所述不同预定转速值之间的电动机加速和减速基准时间；-在为洗衣机设定后续操作的步骤中，通过在控制单元中处理表征加速和减速基准时间的数据和表征针对设定电压的电动机已知平均扭矩的数据，计算无载荷状态下转筒的基准惯性力矩；-洗衣机各洗涤操作之前，测量供给电动机的电压，和在转筒包含衣物载荷时旋转驱动电动机，保持电动机的通电直到达到所述最大转速，断电并通过可动部件之间摩擦力作用使电动机减速；-在有衣物载荷的加速和减速阶段中检测两个不同预定转速值中的所述电动机的转速；-测量电动机的在所述不同预定转速值之间的加速和减速操作时间；-通过处理表征加速和减速操作时间的数据和表征对应于检测到的电源电压的电动机扭矩，计算有衣物载荷时转筒的惯性力矩；-计算转筒的所述惯性力矩之差和产生表征衣物载荷质量的信号。
在本发明具体应用中，所述方法可以进一步包括一个附加步骤，即将表征衣物载荷质量的信号与转筒内的适合洗涤水水位相关联，从而在达到所述水位后中断洗涤水向所述洗衣机的供给。
达到计算为被测衣物载荷质量的函数的洗涤水水位时，控制单元指示入口阀装置中断洗涤水的供给。
以下将结合作为示例给出的附图来说明本发明，在附图中图1是本发明的系统结合自动洗衣机的结构图；图2是曲线图，示出电动机在加速和减速期间达到基准和操作时间的转速变化。
具体实施例方式
如上所述并在附图1中所图解的，用于检测衣物载荷的本系统适用于这种类型的自动洗衣机，即，其具有基本由棱柱箱体限定的结构外壳1，在外壳中通过未图示的悬吊装置安装有桶2，所述悬吊系统可以有属于或不属于现有技术的任何适合结构；基本圆筒形的桶2，在桶2中轴向可旋转地安装转筒3；该转筒3基本采用圆筒形滚筒形式，并具有带通孔的侧壁和底壁，该转筒3上方开口并将尺寸定为容纳要洗的衣物载荷。在具有垂直轴的洗衣机中，例如附图所示的，转筒3具有居中固定到从桶2垂直向下和向外突出的空心轴4上的底壁3a，由此通过安装在与桶2底壁2a固定的轴承座6上的轴承5支撑。这种装配允许转筒3在桶2内部安装在空心轴线4上绕其轴线自由旋转。
中心轴8基本通过轴套7可选转地支撑到空心轴4，位于转筒3底壁3a上的搅拌器9固定到中心轴8上端。
中心轴8的下端从空心轴4向外突出，为了接收通过皮带12可操作连接到驱动带轮11上的传动皮带轮13，驱动皮带轮11与安装到洗衣机结构外壳1上的电动机10的轴固定，电动机10通常直接或间接与桶2的底壁2a接合。
尽管在图1中未示出，但是应当理解的是，洗衣机通常还包括锁定装置，电动机10仅以相反方向驱动搅拌器9以产生浸在转筒3内洗涤水中衣物载荷的运动时，锁定装置在洗衣机执行的洗涤循环期间相对于结构外壳1锁定空心轴4。
还应理解的是，自动洗衣机可以具有不同的结构，只要它们具有设置在桶中的转筒以及电动机可选择地旋转驱动转筒。
为了自动控制洗衣机的操作，设置用于数据电子处理并且可操作地与电压传感器30、转速传感器40、水位计50关联的控制单元20，和用于控制洗涤水(通常是水)供给到转筒3内部的入口阀装置60。
电压传感器30通常定为安装在洗衣机中的电压计，用于检测供给电动机10的电压值和将表征检测到的电压值的信号传送到控制单元20。由此，设置电压传感器30使控制单元20可以判断任何被执行的处理操作中的电动机10的电源电压值。
转速传感器40采用转速计的形式，其可操作地与电动机10关联以向控制单元20提供信号，所述信号被转换成表征电动机10转速的数据。
在实施本发明的具体方式中，设有通常采用压力开关形式的水位传感器50，其将表征填充转筒3的洗涤水水位的不同水位信号(通常是三个)传送到控制单元20。
在这种结构中，只要洗涤水达到洗衣程序预定的任何水位，水位计50就将相应信号传送到控制单元20，其处理此信号并向入口阀装置60发送一个信号，从而入口阀关闭并中断洗涤水向洗衣机的供给。
入口阀装置60可以采用电动阀的形式，例如由控制单元20控制其通电。
控制单元20构建为处理从与之可操作关联的各构件接收的信号，从而产生表征放入转筒3中的衣物载荷的信号。
控制单元20在洗衣机预设阶段提供表征不同电源电压值下电动机10的平均扭矩的数据，电源通常在约5V的不同电压范围。
由此控制单元20能处理从电压传感器30的接收电压信号，从而确定对应于电源被测得电压的电动机10的平均扭矩值。
根据本发明，在通常存在于制造期间的洗衣机预设阶段中，电动机10通电时可旋转地驱动转筒3，电动机被激励从静止状态开始加速到约1300rpm的电动机预定转速，电动机被切断电源从而和滚筒一起减速到下降后的转速，包括静止零值。
在转筒加速和减速期间，控制单元20通过转速传感器40检测转筒3加速和减速阶段的电动机10的轴转速达到两个不同预定转速值的瞬间。电动机10的这些不同预定转速值可以是例如约660rpm和1120rpm，所述值之间具有约460rpm的差值。
除了检测电动机10的所述转速值，控制单元20还通过与其接合的定时器21接收表征所述不同预定转速值之间的电动机10的加速基准时间Ta1和减速基准时间Td1的数据。
一旦获得表征转筒在无载荷状态和电动机10在确定电压下通电时加速和减速基准时间Ta1和Td1的数据，控制单元20确定对于所述电压值的电动机平均扭矩Mmot，然后计算转筒3无载荷状态下的惯性力矩Jv，建立旋转组件的阻力力矩Mres(摩擦力矩)的初始零值，使用以下公式(1)Ta1=2πΔrpm60×JvMmot-Mres]]>(2)Ta1=2πΔrpm60×JvMres]]>其中Mmot＝电动机的平均扭矩Mres＝阻力力矩(摩擦力矩)Jv＝转筒无载荷时的基准惯性力矩Jc＝转筒有衣物载荷时的惯性力矩在公式(1)中将阻力力矩Mres作为初始为零进行考虑，控制单元20处理已经收到的数据，由此计算转筒3在无载荷时的惯性力矩Jv的第一值。借助无载荷状态下惯性力矩Jv的初始值，控制单元20通过公式(2)计算阻力力矩Mres，随后利用所述值通过公式(1)重新计算无载荷状态下的惯性力矩Jv，重复这种过程直到多个Jv值之间的差值达到接近或等于零的设定值。由此，各台洗衣机的无载荷状态下惯性力矩值Jv安装时记录在各自的控制单元20中。仍然根据本系统，洗衣机各洗涤操作之前，控制单元20借助电压传感器30记录该供给电动机10的电压，由此选择平均扭矩Mmot的相应值，给电动机通电，从而使之与已经容纳待检测衣物载荷的转筒3一起加速，直到达到预定最大转速，加速时经过所述不同预定转速值，然后，电动机断电后，减速时允许控制单元20记录表征有衣物载荷的操作期间加速和减速时间Ta2和Td2数据。
利用表征平均扭矩Mmot和表征有衣物载荷的加速及减速时间Ta2和Td2的数据，控制单元20通过使用与确定空载(即无载荷)转筒3惯性力矩Jv所描述的相同程序计算包含待检测衣物载荷的转筒3的惯性力矩Jc。
一旦确定了有衣物载荷的转筒3的惯性力矩Jc，控制单元20就开始通过负载状态下的惯性力矩Jc和无载荷状态下的惯性力矩Jv之差计算衣物载荷，产生相应信号以用于洗衣机后续操作中，所述后续操作利用至少一个取决于置于转筒3中衣物载荷值的参数来执行。
在适用本系统的一种具体形态中，控制单元20将表征衣物载荷的数据与转筒3内洗涤水的设定水位相关联。当水位计50检测到被控制单元20判断为适合的这种水位时，控制单元20指示入口阀装置60关闭，中断洗涤水向洗衣机的供给。
接下来的操作可以作为与控制单元关联的操作程序的函数进行变化，操作程序通常由用户选择。
权利要求
1.一种用于检测自动洗衣机中衣物载荷的系统，所述洗衣机包括桶(2)；安装在所述桶(2)内的转筒(3)，转筒(3)的尺寸被确定为用于接受衣物载荷；和在洗衣机运转中可选择地旋转驱动所述转筒(3)的电动机(10)，其特征在于，该系统包括电压传感器(30)，用于检测供给电动机(10)的电压；转速传感器(40)，用于检测电动机(10)的转速；和控制单元(20)，可操作的与定时器(21)、电压传感器(30)以及转速传感器(40)相关联，在洗衣机预定步骤中，向控制单元(20)提供表征电动机(10)在不同电压范围内的平均扭矩Mmot的数据，和提供表征当转筒(3)处于无载荷状态下在两个不同预定电动机(10)的转速值之间的电动机(10)加速及减速基准时间(Ta1、Td1)的数据，从而计算转筒在无载荷状态下的基准惯性力矩(Jv)，所述控制单元(20)在洗衣机各操作开始时有选择地接收表征当转筒包含衣物载荷时在电动机(10)的所述转速值之间的电动机(10)加速及减速操作时间(Ta2、Td2)的数据，对表征在电压传感器(30)测得的电压范围内的电动机(10)的平均扭矩Mmot的数据进行处理，对加速及减速基准时间(Ta1、Td1)的数据和加速及减速操作时间(Ta2，Td2)的数据进行处理，从而确定有衣物载荷时转筒(3)的惯性力矩(Jc)和转筒(3)的所述惯性力矩(Jc和Jv)之差，由此产生表征衣物载荷质量的信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于转速传感器(40)是可操作地与电动机(10)关联的转速计。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于控制单元(20)计算无载荷状态下转筒(3)的基准惯性力矩(Jv)，通过从加速基准时间(Ta1)的数据、以及随后从减速基准时间(Td1)的数据逐次计算转筒(3)的惯性力矩，在第一次计算时，将转筒(3)旋转时在相对移动部件之间由摩擦产生的转筒(3)的阻力力矩确定为零值。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于基准惯性力矩(Jv)的计算由控制单元(20)利用以下公式实现(1)---Ta1=2πΔrpm60×JvMmot-Mres]]>(2)---Td1=2πΔrpm60×JvMres]]>
5.根据权利要求1-4任何一项所述的系统，其特征在于该系统进一步包括与控制单元(20)可操作地关联的入口阀装置(60)，以便控制洗涤水向洗衣机的供给，以及设置以检测转筒(3)中洗涤水的设定水位的水位计(50)，所述控制单元(20)将表征衣物载荷质量的信号与转筒(3)中的洗涤水的足够水位相关联，由此向入口阀装置(60)产生阻断信号，当水位计(50)检测到已经达到洗涤水的所述足够水位时中断洗涤水向洗衣机的供给。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于入口阀装置(60)是常闭电动阀。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于水位计(50)是安装到桶(2)上的压力开关。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于对控制单元(20)编程从而在预设步骤中和洗衣机各操作开始时，控制电动机(10)的通电，使之加速直到达到高于所述不同预定转速值的最大转速，然后给电动机(10)断电，由此其转速下降到低于所述不同预定转速值的值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述最大转速约为1300rpm。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于所述不同预定转速值保持彼此之间的差值约为460rpm。
11.一种用于检测自动洗衣机中衣物载荷的方法，所述洗衣机包括桶(2)；安装在所述桶(2)内的转筒(3)，转筒(3)的尺寸被确定为用于接受衣物载荷；和在洗衣机运转中可选择地旋转驱动所述转筒(3)的电动机(10)，其特征在于，所述方法包括以下步骤-在转筒(3)处于无载荷状态下旋转驱动电动机(10)，保持其通电直到达到最大转速，然后作为可移动部件之间摩擦力的函数，电动机(10)断电并减速到下降后的转速值；-在加速阶段和减速阶段中，检测两个低于最大转速值的不同预定转速值之间的电动机(10)的转速；-测量所述不同预定转速值之间的电动机(10)的加速和减速基准时间(Ta1和Td1)；-在为洗衣机设定后续操作的步骤中，通过处理表征加速和减速基准时间(Ta1和Td1)的数据和表征针对设定电压的电动机(10)的已知平均扭矩(Mmot)的数据，来计算无载荷状态下转筒(3)的基准惯性力矩(Jv)；-洗衣机各洗涤操作之前，测量供给电动机(10)的电压，和在转筒(3)包含衣物载荷时旋转驱动电动机(10)，保持电动机(10)的通电直到达到所述最大转速，断电并通过可动部件之间摩擦力作用使电动机(10)减速；-在有衣物载荷的加速和减速阶段中检测两个不同预定转速值中的所述电动机(10)的转速；-测量电动机(10)在所述不同预定转速值之间的加速和减速操作时间(Ta2和Td2)；-通过处理表征加速和减速操作时间(Ta2，Td1)的数据和表征对应于检测到的电源电压的电动机(10)的平均扭矩(Mmot)，计算有衣物载荷时转筒的惯性力矩(Jc)；-计算转筒(3)的所述惯性力矩(Jc、Jv)之差并产生表征衣物载荷质量的信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于通过从加速基准时间(Ta1)的数据和减速基准时间(Td1)的数据逐次计算转筒(3)的惯性力矩，来实现无载荷状态下转筒(3)的基准惯性力矩的计算在第一次计算时，由转筒(3)旋转时相对移动部件之间的摩擦产生的转筒(3)的阻力力矩(Mres)给定为零值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于根据以下公式实现基准惯性力矩(Jv)的计算，所述公式为(1)---Ta1=2πΔrpm60×JvMmot-Mres]]>(2)---Td1=2πΔrpm60×JvMres]]>
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于利用可操作地与压力传感器(30)、定时器(21)和连接到电动机(10)上的转速传感器(40)关联的控制单元(20)来实现处理用于计算基准惯性力矩(Jv)和惯性力矩(Jc)和用于产生表征衣物载荷的信号的数据。
15.根据权利要求11-14任何一项所述的方法，其特征在于该方法包括将表征衣物载荷的信号与转筒(3)中洗涤水的设定水位相关联的步骤，和达到洗涤水设定水位时，产生阻断信号以中断洗涤水向洗衣机的供给的步骤。
全文摘要
一种用于自动洗衣机中检测衣物载荷的系统和方法，其包括电压传感器(30)、转速传感器(40)、和与定时器(21)、电压传感器(30)、和转速传感器(40)相关联的控制单元(20)，向控制单元提供表征不同电压范围中的电动机(10)的平均扭矩Mmot的数据，和提供表征转筒(3)处于无载荷状态和容纳衣物载荷时的电动机(10)在电动机(10)的两个不同预定转速值之间的加速和减速基准时间(Ta1和Td1)的数据，由此计算无载荷状态和负载状态的转筒(3)的惯性力矩(Jv、Jc)，所述控制单元(20)计算转筒(3)的所述惯性力矩(Jc和Jv)之差，产生表征衣物载荷质量的信号。
文档编号D06F33/02GK1795300SQ200480010381
公开日2006年6月28日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月13日
发明者安德烈·L·马丁斯, 若热·L·B·彭特亚多 申请人:穆尔蒂布拉斯家电公司