专利名称：在装置中确定不平衡状况的设备及方法
技术领域：
本发明总的涉及在装置中检测不平衡状况的设备及方法。
背景技术：
如自动洗衣机等装置通常包括用来容纳物品或衣物并且是已知的 转筒。转筒容纳在外壳内并被穿孔。孔使水注入转筒内以洗涤转筒内的 物品并将污水冲出转筒。洗衣机通常包括主控制面板，主控制面板控制 各种循环，通常包括洗涤循环、旋转循环、漂洗循环以及随后的另一个 旋转循环。在洗涤循环和漂洗循环过程水注入转筒，而在旋转循环过程 中由于转筒旋转或自转，水通过离心力分离出去。此外，洗衣机通常包 括振动器，在转筒围绕垂直轴旋转时，该振动器振荡以有利于洗涤。在 包括围绕水平轴旋转的转筒的机器中，由于在洗涤过程中衣物能够被翻 滚而不是振动以有利于洗涤，因此通常不包括振动器。
包括转筒的装置会经历例如负载不平衡的运行状况。当装在转筒内 的物品在转筒中分布不均时，例如洗衣机的装置中的负栽不平衡就会发 生。当向转筒内加栽时物品可能会分布不均，或者由于转筒旋转而会使 物品变得不均匀分布。例如，在垂直轴洗衣机中，当洗涤或漂洗循环完 成后水被排出转筒时，衣物聚在转筒的底部，而不会在转筒内均匀地分 布。当电机逐渐提高速度以进行下一个循环时，衣物会移到转筒的侧面 而变得不平衡。
类似地，在水平轴洗衣机中，当在机器的分配循环过程中衣物没有 被均匀分布时，就会发生负载不平衡。负栽不平衡会引起例如装置的剧 烈振动和移动等各种不便。当由于转筒的重心不再与转筒的几何轴一致 而引起负栽不平衡或失衡时，就会发生剧烈振动。剧烈振动会引起装置 沿其支撑面移动，例如，洗衣机在地面上横移。此外，剧烈振动会使转 筒从其底托上脱离。负载不平衡状况的另一个缺点是电机动力浪费在振 动和移动上而没有完全用于旋转转筒。用来防止不平衡的现有技术方案通常是机械的，包括增加装置的转 筒的质量，以平衡不平衡状况。
用来检测不平衡状况的另一个方案总的来说是复杂的，包括将转筒 的实际用电量与预计用电量相比并测量波紋。这个方案的一个示例描述
在美国专利No. 6640374中，其中电机旋转转筒的电流量与界限值相比。 因此，有必要提供一种改进的检测装置中负栽不平衡状况的设备及 方法，以达到简化设计和制造的目的。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了可以确定负载不平衡或失衡状况 的装置和方法。通常应用负载不平衡检测的装置为洗衣机。不平衡检测 的方法包括在预定样本周期内识别(identify)随负载不平衡波动的参 数值和根据识别的参数值确定目标参数值。该方法还包括通过将参数值 与目标参数值比较，从而计算参数值的参数值扩展。该方法还包括将所 述参数值扩展转换为反映不平衡状况的重量值。
在本发明的另 一个实施例中，包含在计算机可读媒介上的计算机程
的参数值确定目标参数值。该方法还包括通过将参数值与目标参数值比 较，从而计算参数值的参数值扩展。该方法还包括将所述参数值扩展转 换为反映不平衡状况的重量值。
在本发明的另一个实施例中，装置包括转筒，安装成围绕轴线线旋 转；电机，用于使所述转筒围绕轴线旋转；处理器，构造成确定负栽不 平衡;以及存储器，用于接收并存储参数数据和确定负载不平衡的指令。 负栽不平衡这样确定在预定样本周期内识别随负载不平衡波动的参数 值和根据识别的参数值确定目标参数值。该方法还包括通过将参数值与 目标参数值比较，从而计算参数值的参数值扩展。该方法进一步包括将 所述参数值扩展转换为反映不平衡状况的重量值。
图la为水平轴洗衣机的示图lb为表示水平轴洗衣机的图示；
图2为本发明的一个实施例中检测负载不平衡的系统的方框图； 图3为检测负载不平衡状况的方法的流程图； 图4为包括负栽不平衡数据的表格；图5为图4的负载不平衡数据的曲线图。
具体实施例方式
本发明的一个实施例涉及易于实现的在装置中检测负载不平衡的 电路及方法。
现在参见图la，本发明的一个实施例的水平轴洗衣机总的表示为 10。水平轴洗衣机包括在壳体内围绕水平轴旋转的转筒。本发明的另一 个实施例包括垂直轴洗衣机，其中转筒在壳体内围绕垂直轴旋转。本领 域的技术人员可以利用任一结构实现此处所述的本发明的示例性实施 例。洗衣机10包括电机12和电机控制单元14 (见图lb)，其可以被集 成在一个单元内。洗衣机IO包括支撑固定筒22的外壳或壳体20、转筒 或活动筒("转筒")25、电机12和电机控制单元14,其中以已知方式 设有处理器102。还示出了转筒驱动轴30。转筒25构造成容纳要洗的 衣物等物品(未示出)。
在水平轴洗衣机结构中，直带驱动(direct belt drive)构造成 通过驱动带29将由电机12施加到电机轴36上的转动传递到转筒25。 图lb表示本发明的示例性洗衣机的侧视图。
在旋转循环中，物品中的水通过自转的转筒施加的离心力去除，并 且通过孔(未示出)排出筒。在旋转循环中，物品或衣物以第一速度或 紧贴速度紧贴到转筒25的壁上。紧贴(plaster)是指旋转循环的离心 力将衣物推到筒体的壁或结构上。在第一速度或紧贴速度到第二速度或 自转的筒的最大速度的时间周期中衣物由于离心力保持定位。本领域的 技术人员可以确定紧贴速度和最大速度。当衣物在整个转筒中不均匀紧 贴时，就会发生负载不平衡状况。
图2描述了本发明的实施例中检测负栽不平衡的装置的方框图。可 以是自动洗衣机10的装置包括外壳20、转筒25、电机12和电机控制 单元14，电机控制单元14包括存储器101、处理器102和传感器103。 外壳20容纳可装有例如衣物等物品的转筒25。电机12驱动转筒，电机 可通过带、联动器或直接轴联节等直接连接于转筒。电机可以是包括感 应电机等的任何类型。传感器103可以检测电机轴的转速，以及由于负 栽不平衡而波动的其它参数，例如电压振幅、扭矩和电机电流。可以使 用任何类型的传感器，包括霍尔传感器，以检测电机轴的转速。存储器 101存储控制装置功能的可执行指令。处理器102执行存储在存储器101中的指令。相对于处理器，存储器可是外置的或内置的。处理器可是包
括微控制器或微处理器的任何类型处理器。根据图3所示的方法，处理 器102执行指令以确定不平衡状况出现的时间，并且如果检测到足够高 的不平衡或失衡(OOB)状况，就采取补救措施。当检测到足够高的不 平衡状况时采取的措施包括停止电机、尽量重新平衡转筒中的衣物或减 小允许的最高速度。
图3为表示检测负载不平衡状况的方法的流程图。该方法包括选
择由于负栽不平衡波动的参数，在本例中，是要求保持不变速度的电压 振幅。该方法还包括在预定样本周期内识别参数值201，确定目标参数 值202，在本例中为参数值的平均值。在一个示例的实施例中，测量的 参数是电压振幅，要求保持不变速度，该电压振幅以预定样本周期的固 定时间间隔(即每隔50ms)进行测量。样本周期表示预定的样本周期， 即在该时间内读取参数值的时期。参数值被存储在存储器中预定长度的 数据緩冲器中。如果緩冲器满了，就返回到数据緩冲器的起始处，以便 参数数据能覆盖最旧的参数数据。该方法的效果是具有运动数据窗或运 动样本周期(moving sample period)的效果。
在一个实施例中，保持当前速度(current speed)所需的振幅由 微处理器软件计算。软件根据来自速度传感器103的输入量增加或减少 电压振幅以保持不变速度。速度传感器103可以用于检测电机轴36的 速度波动。
该方法还进一步提供了计算上面的203所述的参数值的参数值扩展 (parameter spread )。例如每当緩冲器窗充满参数值时，或者在另一 实施例中，每当在给定样本周期中达到了参数值的总量，则计算参数值 扩展。而且，几个样本周期可以取代构成运动样本周期的时间。在本发 明的一个实施例中，参数值扩展包括基于样本周期的参数值的平均值与 特定参数值之差的平均偏差，虽然可以使用其它确定参数值扩展的方 法。
根据本发明，处理器102将各个参数值与目标参数值相比，以获得 如下所示的参数值扩展的平均偏差。上面的公式所示的参数值扩展需要计算样本周期的参数值总量的
平均值X，将各参数值Xi减去平均值X的绝对值求和，然后再用参数值
的预定数量除该求和，各参数值可以是波动参数的实时读取值。处理器 可以通过按预定时间间隔从存储器重新得到参数值数据来计算平均参 数误差。
此外，参数值扩展可以被转换为实际重量值(Lbs or Kg) 204，该 实际重量值可以用于通过下列公式确定不平衡状况的存在205: 00B Lbs =参数值扩展/负载常数
其中，负栽常数通过将预定线性公式应用于洗衣机转筒的当前负载 大小来计算。当前负栽大小可以通过本领域技术人员确定的各种方法确 定，并存储在存储器中作为重量值(lbs或kg)。斜率(slope)和偏 差(offset)包括预定值，这些预定值是利用已知的或预定的不平衡负 栽校准的常数。
负载常数=(负载大小)(斜率)+偏差
校准的示例包括计算各已知不平衡负栽的选定参数的平均偏差，该 已知不平衡负载是具有重量值(lbs或kg)的已知的实际不平衡。当 电压是测定参数时，电压偏差计算为A/D值，其中1 VDC = 2.0277 A/D 单位。
在实际的实施例中，负栽常数可以通过以表格形式存储在存储器 101中的经验数据来确定。为此，负栽常数可以利用下面的公式通过使 用例如图4提供的经验数据产生，其中参数值扩展为提供在图4中的平 均偏差。
负载常数=参数值扩展/实际00B
当电压振幅为测定参数时，负载常数的公式可以如下所示进行修
正
负载常数-参数值扩展x速度/实际00B
公式的修正包括将参数值扩展乘以电机速度，以使电压振幅扩展标 准化。上面对公式的修正虽然是希望的但不是必须的，这是由于当速度 增加时，振幅扩展下降。如果振幅扩展乘以速度，所得的负栽常数曲线 更平坦，并提供了改进的不平衡计算。在当前的实施中，00B计算在90 转筒RPM (或紧贴速度)和大约150转筒RPM之间被优化。这个范围基 于机械动态可以略有变化。现在参见图5，示出斜率300的根据图4表格的数据线状图给出了 公式
负载常数=-7. 2623 x负载大小+ 152.46 其中，负载大小为转筒中衣物的实际重量。 不平衡重量值(00B Lbs)可以利用下列公式确定 00B-参数值扩展/负栽常数
当00B值超过预定值时，就会检测到不平衡状况。
由于本发明可以以不同但是本领域的技术人员显而易见的等同方 式来实现，所以上述本发明的具体实施例仅是示例性的。类似地，要求 保护的范围可以在权利要求中找到，而不限于上述实施例的描述。因此， 上述具体实施例可以变化或修改，而且这些变型在本发明的范围之内。
权利要求
1. 一种确定装置中不平衡状况的方法，包括在预定样本周期内识别随负载不平衡波动的参数值(201)；根据识别的参数值确定目标参数值(202)；通过将参数值与目标参数值比较，从而计算参数值的参数值扩展(203)；将所述参数值扩展转换为反映不平衡状况的重量值。
2. 权利要求1的方法，其中，所述预定样本周期包括运动样本周期， 所述目标参数值包括平均值。
3. 权利要求l的方法，还包括，周期地重新计算所述目标参数值并 识别另外的参数值。
4. 权利要求l的方法，其中，计算所述参数值扩展包括 根据所述参数值计算平均参数值(203 );以及 将所述平均参数值与每个所述参数值比较以获得平均偏差值。
5. 权利要求1的方法，其中，将所述参数值扩展转换为重量值包括 用负载常数值除所述参数值扩展。
6. —种装置，包括转筒(25)，安装成围绕轴线线旋转；电机(12)，用于使所述转筒围绕轴线旋转；处理器(102)，构造成确定负载不平衡；以及存储器(101),用于接收并存储参数数据和确定负载不平衡的指令；其中，所述负栽不平衡这样确定在预定样本周期内识别随负载不平衡波动的参数值(201); 根据识别的参数值确定目标参数值(202 );通过将参数值与目标参数值比较，从而计算参数值的参数值扩展 (203 );将所述参数值扩展转换为反映不平衡状况的重量值。
7. 权利要求6的装置，其中，所述预定样本周期包括运动样本周期， 所述目标参数值包括平均值。
8. 权利要求6的装置，其中，所述负栽不平衡进一步通过周期地重 新计算所述目标参数值并识别另外的参数值来确定。
9. 权利要求6的装置，其中计算所述参数值扩展包括 根据所述参数值计算平均参数值；以及将所述平均参数值与每个所述参数值比较以获得平均偏差值。
10. 权利要求6的装置，其中，将所述参数值扩展转换为重量值包括用负载常数值除所述参数值扩展，所述负载常数值基于洗衣机内负 载的重量。
全文摘要
在装置中确定不平衡状况的设备及方法在本发明的一个实施例中，提供了可以确定负载不平衡或失衡状况的装置和方法。通常应用负载不平衡检测的装置为洗衣机。不平衡检测的方法包括在预定样本周期内识别随负载不平衡波动的参数值(201)和根据识别的参数值确定目标参数值(202)。该方法还包括通过将参数值与目标参数值比较，从而计算参数值的参数值扩展(203)。该方法还包括将所述参数值扩展转换为反映不平衡状况的重量值。
文档编号D06F39/12GK101419112SQ200810149999
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月24日
发明者E·哈特菲尔德, M·菲利帕, R·D·叙埃尔二世 申请人:通用电气公司