自动平衡装置的制作方法

专利名称：自动平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于平衡围绕轴线旋转的物体中存在的不平衡质量的自动平衡装置。特别地，但非排他地，本发明涉及一种适于用在洗衣机中的自动平衡装置，用于在洗衣和脱水循环中平衡洗衣机中的不平衡质量。
用于平衡旋转体中的不平衡质量的自动平衡装置是已知的。很多以为人们所熟知的原理工作，即，在高于物体旋转的系统的临界速度的速度下，自由旋转的平衡质量将自动占据一定的位置，在这些位置中不平衡质量被平衡。并且人们还已经认识到，如果这些平衡质量在低于临界速度的速度下保持不受约束，则它们会加剧旋转体的偏移，而这是非常不期望的。为了解决该问题，已经提供了这样的装置，其中在低于临界速度的速度下，平衡质量被锁定在围绕轴线的平衡位置中，从而代替对系统有不利影响，平衡质量根本就不起作用。这种系统的例子如US 5,813,253和GB 1,092,188中所示。
GB 2,388,849公开了一种适于用在洗衣机中的改进的自动平衡系统，其中约束装置永久地设置在两个平衡质量上，从而在高于和低于临界速度的速度下限制这些质量的分离。可以通过该系统在低于临界速度下获得一定量的平衡。该系统具有优点但也存在缺点，即低于临界速度下获得的平衡量随时间而变化，从而为了实现最好的结果，转动速度升高至并通过临界速度的点需要仔细地控制。在高于和低于临界速度的速度下对平衡质量施加相同的约束的事实在某些情况下也会抑制这些质量的作用。
本发明的一个目的是提供一种自动平衡系统，其中平衡质量能够在亚临界速度下提供至少部分平衡，而在高于临界速度的速度下也能自由地提供完全的平衡作用。本发明的另一个目的是提供一种自动平衡系统，通过该系统，旋转体的最大偏移被可靠和简单地最小化。
本发明提供一种自动平衡装置，用于平衡一个物体中存在的不平衡质量，该物体可围绕具有临界转动速度的动态系统的轴线旋转，该自动平衡装置包括多个平衡质量，每一平衡质量可围绕该轴线在圆形路径中运动，从而产生平衡力，该平衡力在使用中组合，以产生可在最小值和最大值之间变化的平衡合力，其特征在于该自动平衡装置构造成使得，在低于临界速度的该物体第一转动速度下，至少一个平衡质量的运动受约束从而产生基本上恒定的、非零的平衡合力，所述平衡合力可围绕该轴线自由运动，而在高于临界速度的该物体第二转动速度下，平衡质量自由地采取一定位置，在该位置中不平衡质量被平衡。
作为至少一个平衡质量的约束的结果，非零平衡合力的产生，允许该物体中不平衡质量在低于临界的速度下被部分平衡。确保平衡合力基本上恒定消除或减小平衡能力随着时间的变化量。这意味着，当该物体的转动速度需要升高至并通过临界速度时，为了使最大偏移保持最小，不需要实行控制级别，否则需要实行控制级别。使最大偏移保持最小的益处是为人们所熟知的。
优选地，第二转动速度是高于预定速度的任意速度，该预定速度高于所述系统的临界速度。这减小了不期望的振动的可能性，如果平衡质量在高于临界速度的全部速度下自由运动，则会发生这种不期望的振动。
优选地平衡合力的最小值为零，以当该物体中没有不平衡质量时，允许产生完全平衡。
优选地，在第一转动速度下，平衡合力小于合力最大值的一半，更优选地处于5％至35％之间，且更加优选地处于15％至20％之间。已经发现这些值在洗衣机的实际应用中，为一定范围的不平衡值可靠地提供适当量的平衡。
优选地，该自动平衡装置还包括约束装置，该约束装置在第一转动速度下起作用，而在第二转动速度下不起作用。这种布置允许不同的运转模式用于低于临界和高于临界的速度，从而确保能够享有每一运转模式的优点，而不会在每一模式中损害该装置的运转。
在一个优选实施例中，两个平衡质量可枢转地围绕该轴线安装。当约束装置起作用时，由平衡质量产生的平衡力之间的角度处于140°至175°之间，优选地处于155°至165°之间。此外，已经发现这些值在实际应用中，尤其是洗衣机的情况下，为一定范围的不平衡值提供了适当量的平衡。
在一个替代实施例中，提供至少三个平衡质量，且当约束装置起作用时，防止除了一个平衡质量以外的全部平衡质量相对于彼此运动，从而不产生平衡合力，剩下的这个平衡质量自由地围绕该轴线枢转。这种布置具有结构相对简单的优点。
在另一个替代实施例中，其主要适于使用垂直轴布置，平衡质量支撑在支撑表面上，该支撑表面具有中间部分、布置在中间部分轴向外部的环形座圈、和在中间部分和环形座圈之间延伸的向上倾斜部分，约束装置包括布置在中间部分和向上倾斜部分之间的圆柱形唇状物。平衡质量形成为球形滚珠，其尺寸设定成使得紧邻在圆柱形唇状物内部形成连续圆形，且至少一个球形滚珠与剩余滚珠的质量相比，具有减小的质量。优选地，滚珠的数量至少为两个且不是滚珠总数的因数。这种类型的布置具有这样的优点，即，除了滚珠之外，不需要运动部件，且当滚珠布置在唇状物内部时，质量减小的滚珠的存在将确保产生固定的平衡合力。
本发明还提供一种机构，用于平衡一个物体中存在的不平衡质量，该物体可围绕轴线旋转，该机构包括如上所述的第一自动平衡装置和如上所述的第二自动平衡装置，第一和第二自动平衡装置同轴排列，但沿着所述轴线彼此隔开。
本发明还提供一种平衡一个物体中存在的不平衡质量的方法，该物体可围绕轴线旋转，该物体设置有平衡装置，该平衡装置具有多个平衡质量，每一平衡质量可围绕该轴线在圆形路径中运动，该方法包括下列步骤(a)使该物体在低于系统临界速度的速度下旋转，该物体形成该系统的一部分，使得每一平衡质量产生平衡力；
(b)以这样的方式约束至少一部分平衡质量的运动，即产生基本上恒定的、非零的平衡合力，所述平衡合力可围绕该轴线自由运动；(c)将该物体的转动速度增大到高于系统临界速度的速度，该物体形成该系统的一部分；和(d)从平衡质量中去除该约束。
根据本发明的方法的优点与根据本发明的装置的优点类似。
优选地，约束至少一部分平衡质量的运动的步骤包括将全部平衡质量彼此相连，以防止它们之间的相对运动，同时仍然允许这些相连的平衡质量围绕轴线的旋转。更优选地，由此所产生的平衡合力处于最大可能的平衡合力的5％至35％之间，优选地处于15％至20％之间。如以前，这些值为一定范围的不平衡值提供适当量的平衡。
其它优点和优选特征在从属权利要求中描述。
下面将参考


本发明的实施例，附图中图1是结合了根据本发明第一实施例的自动平衡装置的洗衣机示意性剖视侧视图；图2是通过形成图1洗衣机一部分的自动平衡装置的放大比例的示意性侧视剖视图；图3是图2自动平衡装置的基本部件的前视图，表示平衡质量锁定在一起；图4是图2自动平衡装置锁闩成形部分的前视图，锁闩以很大放大的比例示出；图5是与图3类似的前视图，表示平衡质量解锁并处于中间位置中；图6是与图3类似的前视图，以缩小的比例表示平衡质量解锁并处于平衡合力为最小值的位置中；图7是与图3类似的前视图，以类似缩小的比例表示平衡质量解锁并处于平衡合力为最大值的位置中；图8是根据本发明第二实施例的自动平衡装置的前视图，表示两个平衡质量保持在约束位置中；
图9a和9b是图8装置掣制成形部分的四分之三侧视图，掣制(catch)分别以放大的比例表示在约束和未约束的位置中；图10a和10b是图8装置的剖视侧视图，掣制分别表示在约束和未约束的位置中；图11是根据本发明第三实施例的自动平衡装置的前视图，表示两个平衡质量保持在限制位置中；图12是根据本发明第四实施例的自动平衡装置的前视图，表示除了一个平衡质量以外全部平衡质量保持在平衡位置中；图13a和13b分别是根据本发明的自动平衡装置第五实施例的平面图和侧视图，表示平衡质量在第二转动速度下的位置；图14a和14b分别是图13a和13b的自动平衡装置平面图和侧视图，表示平衡质量在第一转动速度下的位置；图15a和15b分别是根据本发明的自动平衡装置第六实施例的平面图和侧视图，表示平衡质量在第一转动速度下的位置；以及图15c是图15a和15b中所示掣制(catch)的放大视图。
图1表示一种自动平衡装置使用和期望的典型环境。图1示出了具有外壳12的洗衣机10，和通过弹簧和减振器系统15安装在外壳12内部的桶14。穿孔的滚筒16安装在桶14内部，从而可围绕轴线18旋转。在该实施例中，轴线18水平延伸，虽然这不是必需的，而轴线18可相对于水平线倾斜。实际上，整个布置可以旋转90°，使得轴线垂直或者基本上垂直布置。铰接门20以这样的方式位于外壳12的前表面中，即当门20处于关闭位置(如图所示)中时，桶14以水密方式密封。门20可开启以允许要洗的物品在由洗衣机10执行的洗衣循环开始以前，被置于滚筒16中。柔性密封22也布置在滚筒16和门20之间，使得能够允许滚筒16相对于外壳12作适度运动。
滚筒16通过轴24以可转动的方式安装，轴24支撑在桶14上并由电动机26驱动。轴24穿过桶14并穿入其内部，从而支撑滚筒16。滚筒16固定连接至轴24，从而与其一起围绕轴线18旋转。应该理解，轴24以这样的方式穿过桶14的壁，即不造成桶14的旋转。这样的安装布置在现有技术中是为人们所熟知的。洗衣机10还包括用于导入洗涤剂的皂盘28，一个或多个通过皂盘28通向桶14的进水管30，和与桶14底部相通的排水管32。
迄今所述关于洗衣机10的全部特征本质上是已知的，且不形成本发明的基本部分。从而如果需要，任何或全部这些特征的普通变化可以包括在能够结合或利用根据本发明的自动平衡装置的洗衣机中。
图1中所示的洗衣机10结合根据本发明的自动平衡装置50。该自动平衡装置50位于滚筒16的后壁16a上，远离门20，且布置成与滚筒16一起旋转。自动平衡装置50在图2中更清楚地表示。其由限定圆柱形腔54的壁52组成。部分壁52可以由滚筒16的后壁16a形成。轴56延伸穿过腔54，轴56与轴线18重合地布置，滚筒16围绕轴线18旋转。两个平衡质量60、70支撑在轴56上。平衡质量60、70沿着轴56轴向间隔开并通过轴承(图中未表示)安装在轴上，从而可自由地围绕轴线18在腔54中旋转。
在腔54中提供粘性流体58(例如，油)。油58的量选择成确保，当腔54的壁52与滚筒16一起旋转时，在壁52和平衡质量60、70之间提供充足的粘性接合，以使平衡质量60、70围绕轴56旋转。该技术是为人们所熟知的。
平衡质量60、70在图3中以前视图表示。两个平衡质量60、70形状基本上相同，虽然这不是必须的。每一平衡质量60、70成形为使其质心62、72与轴线18间隔开。可以理解，随着平衡质量60、70围绕轴线18的旋转，将产生穿过各自质心62、72的平衡力FB。每一平衡质量60、70具有轴56从其穿过的相对较小的内部部分64、74，且其具有相对靠近轴56的径向外缘65，75。每一平衡质量60、70还具有相对较大的外部部分66、76，外部部分66、76具有相对靠近腔54的壁52的径向外缘67、77。出于下文中将解释的原因，每一平衡质量60、70在内部部分64、74的一侧上还具有加大部分68、78。
平衡质量60、70通过图3和4中所示的装置，被约束在低于它们所用于的系统临界速度的速度下，这些装置即安装在洗衣机10中的桶14。约束装置包括可运动锁闩80，其安装在一个平衡质量60上。锁闩80位于平衡质量60的加大部分68上，且位于其与另一个平衡质量70相邻的侧面上，使得锁闩80与另一个平衡质量70位于相同平面上。锁闩80围绕轴线82可旋转地安装，且具有头部84，该头部84沿逆时针方向被扭转弹簧86推动，如图4中的箭头A所示。弹簧86的一端86a位于锁闩中的凹槽里，而另一端86b位于平衡质量60的侧面中。另一个平衡质量70包括凹槽88，其形成在靠近加大部分78的内部部分74中。凹槽88成型为容纳锁闩80的头部84。出于下文中将解释的理由，加大部分78径向向外延伸超过内部部分74的径向外缘75。
锁闩80的形状和质量以及弹簧86的特性选择成，使得在平衡质量60、70的预定转动速度下，锁闩80的头部84将克服弹簧86的偏压围绕轴线82径向向外运动。这种情况发生的预定转动速度选择成高于系统的临界速度。
下面将在洗衣机的范围内说明自动平衡装置50的操作。当洗衣机10的滚筒16在低于系统临界速度的速度下旋转，从而处于正常洗涤或漂洗模式时，腔54的壁52将围绕轴线18以相对较低的速度旋转。如果平衡质量60、70没有已经固定在一起，则平衡质量60、70将相对于彼此轻轻地振动，直到锁闩80的头部84与凹槽88对齐。然后头部84将在弹簧86的作用下落入凹槽88中。然后平衡质量60、70锁定在一起，使得它们不能相对于彼此运动，虽然锁定的质量60、70仍然能围绕轴线18一起旋转。
当平衡质量60、70锁定在一起时，如图3中所示，它们各自的质心62、72保持彼此相隔固定距离，使得由平衡质量60、70围绕轴线18的旋转而产生的平衡力FB在彼此处于固定角度α的方向作用。在该实施例中，该角度α大致为160°，但该角度可以在最小为140°和最大为175°之间变化。重要的是由平衡质量60、70的旋转产生的平衡力FB结合成产生大小不为零的平衡合力FR。平衡合力FR具有小于每一平衡力FB大小的恒定大小。但是，虽然平衡质量60、70锁定在一起，但它们仍然能够围绕轴线18旋转。因此平衡合力FR也能够围绕轴线18旋转。
已经发现平衡合力FR对在低于洗衣机系统临界速度的速度下，部分地平衡滚筒16中存在的不平衡质量有效。然而完全平衡在很多情况中是不可能的，首先是因为不平衡质量过大，无法由相对较小的平衡合力FR平衡，但仍然可能实现部分平衡，这减小了当滚筒16转动速度上升时，桶14的最大偏移(excursion)。实际上，随着滚筒14的转动速度接近临界速度，平衡合力FR的作用增大，从而所具有的益处也增大。
这种部分平衡的益处是，如果桶14的最大偏移保持为最小值，则桶14和外壳12之间的间距(其中容纳桶14的偏移)可以减小。这意味着，对于给定尺寸的壳体，可以提供更大的桶14和滚筒16。这导致在脱水循环中能实现更高的圆周速度，且洗衣机能够处理更大的不平衡负载。
当平衡质量60、70如图3中所示锁定在一起时，滚筒16的转动速度可以升高至经过系统临界速度。通过在锁定构造中约束平衡质量60、70，桶14的最大偏移保持为最小值。当滚筒16已经被加速经过临界速度到达高于临界速度的速度时，平衡质量60、70必须被释放，使得在滚筒16中能实现不平衡质量的完全平衡。如上所述，锁闩80的形状和质量，以及弹簧86的特性，已经选择成使得，在高于系统临界转动速度的速度下，头部84将在离心力的作用下克服弹簧86的偏压径向向外运动。从而头部84与凹槽88分离，这样平衡质量60、70可相对于彼此自由旋转。
在图5中所示的构造中，锁闩80的头部84从凹槽88上完全分离。平衡质量60、70自由地占据一定位置，在该位置中，以与很多现有技术装置中已经实现的方式相同的方式，滚筒16中的不平衡质量被完全平衡。平衡质量60(锁闩80安装在其上)加大部分68的位置使得平衡质量70的内部部分74不与锁闩80的任何部分接触。但是，平衡质量70的剩余形状对平衡质量60、70之间的相对运动不提供限制，且运动极限如图6和7中所示。
在图6中，平衡质量60、70在直径上彼此相对地布置。平衡力FB作用在相反方向，从而不产生平衡合力。由此在该实施例中最小平衡合力为零。在该位置中，锁闩80靠着平衡质量70的加大部分78。在图7中，锁闩80靠着外部部分76的边缘，而平衡质量60、70基本上并排布置。由平衡质量60、70的旋转产生的平衡力FB基本上对齐，从而平衡合力处于最大的可能值2×FB。
在这些旋转运动的极限上，平衡合力FR分别处于其最小值和最大值。本发明的概念在于，在亚临界的速度下，平衡质量60、70相对于彼此保持固定，使得平衡合力FR不为零(与所有的现有技术情况中相同)，但不允许在大小上显著地变化。允许平衡合力FR围绕轴线18旋转，从而可以实现滚筒16中存在的不平衡质量的部分平衡。理想地，平衡合力FR保持在固定值，该固定值处于由可自由旋转的平衡质量60、70可实现的最小值(如图6中所示)与可实现的最大值(如图7中所示)之间。理想地，平衡合力FR保持在可实现的最大值的5％至35％之间，且实验已经表明将平衡合力FR保持在15％至20％之间在洗衣机的范围内特别有利。在图2至7中详细说明的实施例中，角度α可以根据装置50所应用的场合选择。确信角度α应该选择成使得平衡合力FR的大小应当大约是旋转体中存在的最大预期不平衡质量的三分之一。处于140°至175°之间的角度预期会在大多数应用中获得良好的结果。在洗衣机的情况下，处于155°至165°之间的角度表现为有利，而已经发现160°特别有效。
在滚筒16在高于临界速度的速度下旋转的同时(即，在脱水(spinning)循环过程中)，锁闩80保持在图5至7中所示的位置中。滚筒16中不平衡质量的平衡正常实现。当滚筒16的转动速度下降至低于预定速度时，在该预定速度下锁闩80从凹槽88上分离，头部84在弹簧86的作用下向内运动直到其接触平衡质量70内部部分74的径向外缘75。如果平衡质量60、70相对于彼此旋转，则头部84将滑过平衡质量70内部部分74的径向外缘75，直到头部84与凹槽88对齐。然后头部84落入凹槽88中，在哪里平衡质量60、70在图3中所示的位置中重新锁定。从而平衡质量60、70将在该位置中保持锁定，直到滚筒16的转动速度超过锁闩80设计的从凹槽88上释放的速度。但是，平衡质量60、70在洗涤和漂洗循环中锁定在一起并不重要随着滚筒16转动速度朝着系统临界速度增大，平衡质量60、70锁定在一起，使得随着滚筒16加速通过临界速度，使最大偏移最小化，这仅仅是基本的。
本发明的第二实施例如图8至10b中所示。在该第二实施例中，自动平衡装置150同样包括限定圆柱形腔154的壁152。粘性流体(图中未表示)在腔154中提供，以在壁152和平衡质量160、170、190之间提供粘性接合。这些平衡质量160、170同样一个挨着一个地支撑在轴156上，从而可围绕轴线118自由旋转，轴线118同样与使用装置150的洗衣机的滚筒同心。
平衡质量160、170在前视图中基本上为半圆形，从图8中可以看出。如前述一样，它们的质心162、172位于距离轴线118一定距离处。当每一平衡质量160、170围绕轴线118旋转时，产生平衡力FB1，平衡力FB1在通过相应质心162、172的方向作用。
在腔154中还设置第三平衡质量190。该第三平衡质量190也围绕轴线156可自由旋转地安装。第三平衡质量190比平衡质量160、170小且质量轻，但当其围绕轴线118旋转时同样产生平衡力Fb1。当由每一平衡质量160、170、190产生的平衡力FB1、Fb1对齐时，将产生最大平衡合力。平衡质量160、170、190也能够相对彼此采取位置，使得不产生平衡合力。
当全部三个平衡质量160、170、190不受约束且装置150以高于系统临界速度的速度旋转时，它们将占据围绕轴线118的位置，这将以公知的方式平衡洗衣机滚筒中存在的任何不平衡质量。
但是，在低于临界速度的速度下，至少一个平衡质量160、170、190需要约束，从而产生能够围绕轴线118旋转的非零平衡合力。这通过在平衡质量160、170上提供锁闩180而实现，在低于临界的速度下，平衡质量160、170防止它们之间的相对旋转，使得这两个较大的平衡质量160、170不产生平衡合力。在图中所示实施例中，一个锁闩180设置在平衡质量160、170的每一个上，如图8中所示。锁闩180本身在图9a和9b中更详细地表示，而其操作在图10a和10b中表示。
每一锁闩180位于各平衡质量160、170靠近其径向最外侧边缘166、176的边缘面164、174上。锁闩180通过偏心地布置在锁闩180中的销182可转动地安装在平衡质量160、170上。该锁闩180的尺寸确定为使得锁闩180的宽度b不大于平衡质量160、170的轴向厚度d。其尺寸还设定且布置成，使得当锁闩180位于沿着各个平衡质量160、170的边缘面164、174时，锁闩180的末端184不突出超过平衡质量160、170的最外侧边缘166、176。
每一锁闩180在类似于图3和4中所示的弹簧(图中未表示)作用下偏置。偏置方向在图9a中由箭头B表示。在低于系统临界速度的转动速度下，弹簧的作用沿图示方向推动锁闩180，使得锁闩180突出超过各平衡质量160、170的前或后表面。但是，锁闩180的形状和质量以及弹簧的特性选择成，使得在预定转动速度下，该转动速度不小于系统的临界转动速度，作用在锁闩180上的离心力将使其克服弹簧的作用，在图9b中箭头C所示方向中围绕销182运动。这将使锁闩180进入其与平衡质量160、170的边缘面164、174平齐且不突出超过其表面的位置。每一锁闩180决不会干涉第三平衡质量190的自由旋转运动。
锁闩180以下列方式操作。在低于系统临界速度的转动速度下，锁闩180将在弹簧的作用下朝着图9a中所示的位置推动。如果平衡质量160、170处于重叠位置，则每一锁闩180的末端184将靠在相对的平衡质量160、170的相对面上并滑过该面。一旦平衡质量160、170进入图8中所示的位置，则锁闩180将运动进入图10a中所示的位置，使得可以防止平衡质量160、170之间的相对旋转。在该位置中，由平衡质量160、170的旋转产生的平衡力FB1将相等并相反，从而没有由这两个平衡质量160、170产生的平衡合力。
但是，第三平衡质量190保持不受约束且能够围绕轴线118旋转。从而当锁闩180起作用时产生的总平衡合力等于上述平衡力Fb1，且可围绕轴线118自由旋转。通过选择第三平衡质量190的形状和质量，该平衡力可以被选择成小于由平衡质量160、170产生的任何一个平衡力FB1。理想地，其选择成具有小于其中使用装置150的洗衣机的滚筒中的最大预期不平衡质量的一半的大小，优选地基本上为三分之一。这确保不平衡质量在低于系统临界速度的速度下至少被部分平衡。当滚筒接近系统临界速度时，使滚筒的最大偏移保持为最小值是非常有利的。
一旦滚筒已经通过系统的临界速度，平衡质量160、170必须被释放，以使它们平衡滚筒中的不平衡质量。如前所述，这通过选择锁闩180的形状和质量以及弹簧的特性而实现，以允许锁闩180在高于临界速度的预定速度下围绕销182旋转。在该速度下，锁闩180运动至图10b中所示的位置，使得平衡质量160、170均不再受约束。从而这三个平衡质量160、170、190能够采取(adopt)在高速下实现期望平衡作用的位置。
与前述实施例相同，锁闩180在全部低转动速度下操作不是基本的。但是，当装置150的速度下降到低于锁闩180运动到图10b中所示位置中的速度时，平衡质量160、170将可能在某些阶段采取图8中所示的位置。这时，锁闩180将在弹簧的作用下运动回到图10a中所示的位置中，且平衡质量160、170将再次受约束。
第三实施例，其在图11中示出，是上述第二实施例的变化，且包括很多相同的特征。自动平衡装置150a具有腔154a，其中两个平衡质量160a和170a围绕轴线118a安装。布置与图8中所示相同，除了图11的布置中没有第三平衡质量。而且，第二平衡质量170a形成为具有从其穿过的三个大孔171。这意味着第二平衡质量170a的质量显著小于第一平衡质量160a的质量。
自动平衡装置150a以与图1至7中所示装置50操作的方式非常类似的方式操作。在低于临界速度的速度下，锁闩180a约束平衡质量160a、170a的相对彼此运动。在这些速度下，由于平衡质量160a，170a的质量不同，因而即使平衡质量160a、170a锁定在直径上相对的位置中，也将产生平衡合力。由于平衡质量160a、170a不能彼此相对运动，因此该平衡合力的大小将保持恒定，但由于平衡质量160a、170a还可以围绕轴线118a一起旋转，因而平衡质量自由地围绕轴线118a旋转。但是，孔171的尺寸和位置可以选择成满足上述标准，即，当平衡质量160a、170a锁定在一起时，平衡合力为所能达到的平衡合力最大值的5％至35％，优选地为15％至20％之间。
当该装置150a达到高于使用该装置的系统临界速度的速度，而锁闩180a运动至如上所述与第二实施例有关的不起作用的位置时，平衡质量160a、170a自由采取系统旋转体中不平衡质量被平衡的位置。与上述第一和第二实施例不同，平衡质量160a、170a的不同质量意味着，在旋转体中没有不平衡质量存在的情况下，一些平衡合力将始终保持。在洗衣机的应用中，滚筒中没有不平衡存在质量是极端不可能的，从而这种实施例在洗衣机中有应用。
本发明的第四实施例如图12中所示。在该实施例中，自动平衡装置250包括两个分离的环形滚珠座圈260、270，它们布置成与轴线218同心，滚筒或者要平衡的不平衡质量所处于的其它旋转体围绕该轴线旋转。第一滚珠座圈260是现有技术中已知的类型。其包括环形座圈262，其中多个相同的平衡滚珠264位于该座圈。诸如油的粘性流体(图中未表示)在圈262的壁和滚珠264之间提供粘性接合。滚珠264的尺寸设置为使得，当它们彼此相邻时，占据小于一半的座圈262，从而使它们的平衡效果最大化。一个机构(图中未表示)，其在低于使用该装置250的系统临界速度的速度下是有效的，提供成用于将滚珠264固定在围绕座圈262间隔相等的位置。当滚珠264保持在这些位置中时，它们围绕轴线218被平衡，且不产生平衡合力。一种用于将滚珠264保持在预定位置(如图12中所示)中的合适机构的例子如US 5 813253中所示和说明。其它合适机构对于本领域技术人员是显而易见的。
第二滚珠座圈270具有非常简单的结构。其由其中布置有单个滚珠274的简单的环形座圈272组成。在任何指定位置中不提供用于固定滚珠274的机构。此外，粘性接合由诸如油的粘性流体提供。
在操作中，且当装置250以高于该系统临界速度的速度旋转时，该装置不起作用，其中滚珠264通过该装置保持在它们围绕轴线218的固定位置。滚珠264，与滚珠274一样，能够自由地采取在它们各自的座圈262、272中的位置，其中滚筒中存在的不平衡质量或者其他旋转体以公知的方式被平衡。但是，当装置250下降到该机构变得起作用的速度时，外座圈262中的滚珠264将固定在它们预定的平衡位置中。在这些位置中，滚珠264不产生平衡合力。
由于滚珠274不以任何方式受限制，其保持能够围绕轴线218自由运动。平衡力FB2，其是由滚珠274单独产生的平衡力，现在是具有任何效果从而与该装置250平衡合力等同的唯一平衡力。该平衡合力通过滚珠274尺寸和质量的适当选择而可以选择成差不多等于当滚珠264全部彼此相邻布置时产生的最大平衡合力的一半。
由于滚珠座圈270中仅存在有一个滚珠274，当装置250旋转时必须有一个大小恒定的平衡合力产生。如果滚珠座圈270中存在超过一个滚珠，则对于那些滚珠可能采取会导致不产生合力的平衡布置，或者平衡合力可变化。本发明的概念是提供一种恒定的平衡合力，其可围绕轴线218运动，其通过图12中所示的布置实现。
在低于约束机构变得不起作用的速度下，平衡合力FB2用于部分平衡其中使用该装置250的旋转体中存在的不平衡质量。随着装置250的速度朝着该系统的临界速度增大，物体的最大偏移通过部分平衡保持为最小值。当旋转体已经加速到超过该系统临界速度的速度时，该机构被释放，以使滚珠264有助于平衡效果，从而提供不平衡质量宽广范围的有效平衡。
上述实施例全部主要地适用于围绕水平(或基本上平行)轴线旋转的物体，虽然它们也可以用在具有基本上垂直轴线的机器中。第五实施例，其在图13a、13b、14a和14b中示出，但是非常适于与围绕垂直(或基本上垂直)轴线旋转的物体一起使用。在该实施例中，装置350包括支撑面360，该支撑面360与轴线318同心安装，其中具有要平衡的不平衡质量的物体围绕该轴线。支撑面360包括由圆筒形唇状物364包围的圆形中间部分362。倾斜部分366从唇状物364的上缘向上并向外延伸至圆筒形壁368和悬垂唇状物370。倾斜部分的最上部、圆筒形壁368、和悬垂唇状物370结合成形成环形座圈372。
多个平衡滚珠374设置在支撑面360的上表面上。在图示实施例中，设置有十六个滚珠374。所有的滚珠374具有相同的直径。滚珠374的直径选择成使得，当滚珠374位于中间部分362的最外端上，即，邻接着唇状物362部分时，滚珠374围绕中间部分的圆周安装而没有间隙，如图14a中所示。滚珠374的尺寸还确定成使得它们将以允许它们在其中滚动的方式装入环形座圈372。唇状物364的高度选择成使得由于下面将解释的原因，略小于滚珠374的半径。
三个滚珠374由显著轻于其它滚珠374的制造材料的材料制成。这样制造的滚珠的数量可以在一定限制范围内变化。可接受的是仅有一个滚珠374重量轻，但如果超过一个滚珠是重量轻的滚珠，则重量轻的滚珠的数量必须不是滚珠总数的因数。这样做的原因将在说明装置350的操作时变得显而易见。
当装置350在低速下旋转时，滚珠在重力影响下下降并落入中间部分362中，如图14a和14b中所示。如前所述，滚珠374合适地围绕中间部分362的外部安装，从而当装置350旋转时防止彼此相对运动。如果全部滚珠374质量相同，则由于单个平衡力将间隔相等地围绕轴线，因而不产生平衡合力。但是，由于三个滚珠374显著轻于其它滚珠，因而产生平衡合力。其大小将取决于重量轻的滚珠的位置，这不受控制。当这三个重量轻的滚珠彼此一个挨一个地布置，则平衡合力最大，而当它们接近于布置的几何外形所能允许的均匀间隔时，平衡合力最小。
如果轻重量的滚珠数量大于一个且是滚珠374总数的因数，则存在轻重量的滚珠将自定位从而围绕轴线318均匀间隔的可能性。这会不产生平衡合力从而不被允许(除非每一轻重量的滚珠与其它轻重量的滚珠不同)。
在该构造中，在低于临界速度的速度下，平衡合力用于部分平衡旋转体中的不平衡质量。随着转动速度增大并接近临界速度，装置350的平衡效果增大。旋转体的最大偏移在最关键的点上最小化。
随着该物体通过临界速度，作用在滚珠374上的离心力增大到这样的程度，使得滚珠374跨过唇状物364并跨到倾斜部分366上。这仅在唇状物364的高度小于滚珠374的半径时是可能的，尽管唇状物364的高度必须足以在速度低于临界速度时将滚珠374维持在中间部分362。然后滚珠374向上运动越过倾斜部分366到环形座圈372，其中对任何滚珠374均没有约束。在这些高速下，滚珠自由地采取旋转体中的不平衡质量被平衡的位置。
应该理解，随着旋转体的速度降低至低于临界速度的速度，滚珠374下降越过倾斜部分366，并落回中间部分362。当滚珠回到中间部分362时出现轻重量滚珠的位置可以与上次滚珠374位于中间部分而出现的位置不同，但这没关系。只要滚珠374不围绕轴线318均匀间隔，则仍然会产生恒定的平衡合力。
本发明的第六实施例如图15a至15c中所示。在该实施例中，自动平衡装置450仍然包括限定圆柱形腔454的壁452。在腔454中提供粘性流体(图中未表示)，以在壁452和平衡质量460、470之间提供粘性接合。平衡质量460、470在轴456上一个挨一个地支撑，从而可围绕轴线458自由旋转，其与洗衣机滚筒或其中使用装置450的其它动态系统同心。
在低于临界速度的速度下，平衡质量460、470受约束，使得产生非零平衡合力FR，其可围绕轴线458自由运动。这通过在平衡质量470上提供掣制474而实现，其在低于临界速度的速度下，通过其它平衡质量460上的凹槽464被接受。掣制(catch)474显示为位于图15a至15c中的凹槽464中。
掣制474位于靠近平衡质量470的外圆周边缘476。这允许掣制474在所有转动速度下至少部分浸在粘性流体中。这降低了掣制474和平衡质量460、470上的噪音和磨损。掣制474可旋转地安装在销474a上，其在基本上圆周方向上从平衡质量470的端面478延伸。弹簧474b连接至销474a。弹簧474b向掣制474施加偏置力，掣制474朝着轴线458推动掣制474。
掣制474以下列方式操作。在低于系统临界速度的转动速度下，掣制474将被朝着轴线458推动，如上所述。当平衡质量460相对于平衡质量470在逆时针方向中运动时(见图15a中所示的箭头480)，平衡质量460、470将定向成使得平衡平衡质量460的斜面部分466与掣制474相邻。掣制474将由斜面部分466在离开轴线458的方向移动。随着平衡质量460、470持续相对于彼此运动，掣制474将接触相邻表面468并被限制在凹槽464中。在该位置中，平衡质量460、470之间的相对旋转将被阻止，而由平衡质量460、470的旋转产生的平衡力FB3将组合成产生固定平衡合力FR。
如上所述，如果平衡质量460相对于平衡质量470在逆时针方向中运动，则掣制474能够与凹槽464接合。但是，当平衡质量460相对于平衡质量470在顺时针方向中运动时，掣制474也能够与凹槽464接合，只要平衡质量460、470之间的相对转动速度较低。在更高的速度下，掣制474将不与凹槽464接合，而平衡质量460、470将继续彼此相对运动直到相对速度更低。
平衡质量460、470的解锁以下列方式实现。掣制474的形状和质量以及弹簧474b的特征选择成，使得在大于临界速度的预定速度或更高的速度下，作用在掣制474上的离心力足以克服弹簧474b的偏置力。这允许掣制474围绕销474a枢转并从凹槽464开始向不处于其中的位置径向向外运动。从而平衡质量460、470能够自由占据围绕轴线458的位置，这将以与前述实施例类似的方式平衡洗衣机滚筒(或其它动态系统)中存在的任何不平衡质量。
本领域技术人员显然可以理解，本发明不限于上述实施例的具体细节。变化和修改包括在权利要求的保护范围中。例如，在图示实施例中，约束装置(第一实施例的锁闩80，第二和第三实施例的锁闩180、180a，第四实施例图中未表示的约束装置，第五实施例的圆柱形唇状物364和第六实施例的掣制474)设计成将有关平衡质量相对于彼此保持在固定位置中。但是，可以理解约束装置和平衡质量之间可以允许一些间隙(play)，同时仍然维持有益效果。在第一实施例中，凹槽88可以在圆周方向中被制成大于头部84的厚度。这将在平衡质量60、70之间允许一些相对运动，同时约束装置(锁闩80)起作用。这种运动可以差不多是几度。类似地，在第二和第三实施例中，锁闩180、180a与有关平衡质量160、170；160a、170a端面164、174之间可以允许一定量的间隙，而在第五实施例中，当它们布置在中间部分362的最外侧部分且对着圆柱形唇状物364时，滚珠364之间可以允许一些间隙。在每一这种情况中，虽然所产生平衡合力的大小和位置同时约束装置起作用可以有一些变化，但该变化不足以降低本发明实现的益处。
其它落入本发明范围内的变化包括提供额外的平衡质量及与第一和第二实施例中形状不同的平衡质量，第一、第二和第三实施例中替代的锁定机构，第四实施例中额外的滚珠座圈，第四实施例中轴向而不是径向间隔的滚珠座圈，和第五实施例中不同数量和不同尺寸的滚珠。
上述两个或多个装置能够结合产生一种机构，其中第一个装置布置在旋转体的一侧上，而第二个装置布置在旋转体的另一侧上。从而这些装置沿着该物体旋转的轴线间隔布置。这些装置同轴。这些装置优选地相同但这不是必须的。这在平衡旋转体中存在的范围较宽的不平衡质量时有利，可以在高于和低于临界速度下有效地平衡，而无需任何特别是大尺寸或质量的自动平衡装置。
权利要求
1.一种自动平衡装置，用于平衡物体中存在的不平衡质量，该物体可围绕具有临界速度的动态系统的轴线旋转，该自动平衡装置包括多个平衡质量，每一平衡质量可围绕该轴线在圆形路径中运动，从而产生平衡力，该平衡力在使用中组合，以产生可在最小值和最大值之间变化的平衡合力，其特征在于该自动平衡装置构造成使得，在低于临界速度的该物体第一转动速度下，平衡质量中的至少一个的运动受到约束从而产生基本上恒定的、非零的平衡合力，所述平衡合力可围绕该轴线自由运动，而在高于临界速度的该物体第二转动速度下，这些平衡质量自由地采取一定位置，在该位置中不平衡质量被平衡。
2.根据权利要求1所述的自动平衡装置，其中所述第二转动速度为任何高于预定速度的速度，所述预定速度高于临界速度。
3.根据权利要求1，2或3中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述平衡合力的最小值为零。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的自动平衡装置，其中，在该第一转动速度下，所述平衡合力小于合力最大值的一半。
5.根据权利要求4所述的自动平衡装置，其中，在该第一转动速度下，所述平衡合力处于合力最大值的5％至35％的范围。
6.根据权利要求5所述的自动平衡装置，其中，在该第一转动速度下，所述平衡合力处于合力最大值的15％至20％的范围。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的自动平衡装置，还包括约束装置，所述约束装置在第一转动速度下起作用而在第二转动速度下不起作用。
8.根据权利要求7所述的自动平衡装置，其中所述约束装置可在起作用的位置和不起作用的位置之间运动。
9.根据权利要求7或8所述的自动平衡装置，其中所述约束装置包括互相接合的装置，其在起作用时，设置成限制至少一个平衡质量相对于至少一个其它平衡质量的运动。
10.根据权利要求9中所述的自动平衡装置，其中所述平衡质量可枢转动地围绕该轴线安装，且所述互相接合的装置，在起作用时，防止至少两个平衡质量之间的相对运动，同时允许围绕该轴线的枢转运动。
11.根据权利要求10中所述的自动平衡装置，其中设置两个平衡质量，且当互相接合装置起作用时，由此所产生的平衡力之间的角度处于140°至175°之间。
12.根据权利要求11中所述的自动平衡装置，其中所述平衡力之间的角度处于155°至165°之间。
13.根据权利要求10中所述的自动平衡装置，其中设置至少三个平衡质量，且当互相接合装置起作用时，防止除了一个平衡质量以外的全部平衡质量相对彼此运动，从而不产生平衡合力，剩下的平衡质量可自由地围绕该轴线旋转。
14.根据权利要求13中所述的自动平衡装置，其中所述剩下的平衡质量产生平衡力，所述平衡力小于由任一其它平衡质量产生的平衡力。
15.根据权利要求10-14中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述互相接合装置包括至少一个锁闩或者掣制，其安装在所述平衡质量中的第一平衡质量上，且其与所述平衡质量中的第二平衡质量互相接合。
16.根据权利要求15中所述的自动平衡装置，其中所述锁闩或者掣制构造成在所述物体围绕轴线的第二转动速度下释放所述第二平衡质量。
17.根据权利要求15或16所述的自动平衡装置，其中所述锁闩位于第一平衡质量的外部圆周边缘上。
18.根据权利要求9中所述的自动平衡装置，其中所述平衡质量包括多个物体，所述物体中的第一物体位于第一环形座圈中，而剩下的物体位于第二环形座圈中，所述互相接合装置，在起作用时，作用成将位于第二环形座圈中的物体固定在适当位置中，从而不产生合力，所述第一物体可在第一环形座圈中自由运动。
19.根据权利要求18中所述的自动平衡装置，其中所述物体为球形滚珠。
20.根据权利要求19中所述的自动平衡装置，其中所述第二环形座圈中的滚珠尺寸和质量全部相同。
21.根据权利要求20中所述的自动平衡装置，其中，当互相接合装置起作用时，第二环形座圈中的滚珠围绕轴线均匀间隔。
22.根据权利要求7中所述的自动平衡装置，其中所述平衡质量支撑在支撑面上，所述支撑面具有中间部分、布置在中间部分轴向外部的环形座圈、和在中间部分和环形座圈之间延伸的向上倾斜部分，所述约束装置包括布置在中间部分和向上倾斜部分之间的圆柱形唇状物。
23.根据权利要求22中所述的自动平衡装置，其中所述平衡质量包括多个球形滚珠。
24.根据权利要求23中所述的自动平衡装置，其中所述球形滚珠中至少一个具有减小的质量，该质量显著小于剩余的滚珠的质量。
25.根据权利要求24中所述的自动平衡装置，其中所述球形滚珠中至少两个具有减小的质量，该质量显著小于剩余的滚珠的质量。
26.根据权利要求25中所述的自动平衡装置，其中所述具有减小的质量的滚珠的数量不是滚珠总数的因数。
27.根据权利要求23-26中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述圆柱形唇状物的高度小于最小的球形滚珠的半径。
28.根据权利要求23-27中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述所有的球形滚珠具有相同直径。
29.根据权利要求22-28中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述平衡质量的尺寸设置为，使得当紧邻在圆柱形唇状物的内部布置时，所述平衡质量围绕该轴线基本上没有间隙地形成连续的圆。
30.一种参考附图中所示任一实施例实际上如前所述的自动平衡装置。
31.一种机构，用于平衡物体中存在的不平衡质量，所述物体可围绕轴线旋转，所述机构包括如上述权利要求中任意一项中所述的第一自动平衡装置和如上述权利要求中任意一项中所述的第二自动平衡装置，所述第一和第二自动平衡装置同轴排列，但沿着所述轴线彼此隔开。
32.根据权利要求31中所述的机构，其中所述第一和第二自动平衡装置彼此基本上相同。
33.根据权利要求31或32中所述的机构，其中所述第一和第二自动平衡装置布置在该物体的每一侧上。
34.一种平衡物体中存在的不平衡质量的方法，所述物体可围绕轴线旋转，所述物体具有平衡装置，所述平衡装置设置有多个平衡质量，每一平衡质量可围绕所述轴线在圆形路径中运动，所述方法包括下列步骤(a)使所述物体在低于系统临界速度的速度下旋转，所述物体形成所述系统的一部分，使得每一平衡质量产生平衡力；(b)以一方式约束平衡质量中的至少一部分的运动，所述方式为产生实际上恒定的、非零的平衡合力，所述平衡合力围绕所述轴线自由运动；(c)将所述物体的转动速度增大到高于系统临界速度的速度，所述物体形成所述系统的一部分；和(d)从平衡质量中去除约束。
35.根据权利要求34中所述的方法，其中所述约束平衡质量中的至少一部分的运动的步骤包括将全部平衡质量彼此相连，以防止它们之间的相对运动，同时仍然允许这些被连接的平衡质量围绕所述轴线的旋转。
36.根据权利要求35中所述的方法，其中所述平衡质量连接在一位置中，在该位置产生处于最大可能的平衡合力的5％至35％之间的平衡合力。
37.根据权利要求36中所述的方法，其中所述平衡质量连接在一位置中，在该位置产生处于最大可能的平衡合力的15％至20％之间的平衡合力。
38.根据权利要求34-37中任意一项所述的自动平衡装置，其中所述平衡装置根据权利要求1-30中任意一项所述。
39.一种平衡物体中存在的不平衡质量的方法，所述物体可围绕轴线旋转，所述方法实际上参考附图中所示任一实施例如前所述。
全文摘要
本发明提供一种自动平衡装置(50；150；150a；250；350)，用于平衡物体(12)中存在的不平衡质量，所述物体可围绕轴线(18；118；118a；218；318)旋转，所述自动平衡装置(50；150；150a；250；350)包括多个平衡质量(60、70；160、170、190；160a、170a；264，274；374)，每一平衡质量可围绕所述轴线(18；118；118a；218；318)在圆形路径中运动，从而产生平衡力(F
文档编号D06F37/24GK101061270SQ200580039404
公开日2007年10月24日 申请日期2005年11月7日 优先权日2004年11月17日
发明者D·M·琼斯, M·C·E·威尔逊, M·D·哈里森 申请人:戴森技术有限公司