一种洗衣机及洗衣方法与流程

本发明涉及家用电器领域，尤其是一种洗衣机及洗衣方法。

背景技术：

目前，从全国范围来看，目前我国洗衣机市场普及程度已经超过了76％，其中城镇市场已经超过了96％，农村市场也已经超过了53％；随着国家开展家电下乡、扩大内需的政策，洗衣机企业将目光均投向了拥有较大消费潜力的农村市场。未来几年，我国洗衣机市场需求增长空间将主要来自于：以城镇化和农村市场为主的首次需求，以及以城镇市场消费升级为主的更新需求；整个洗衣机市场需求在未来几年将继续保持温和增长态势。但是现有的洗衣机存在耗电大、耗水多的缺点。目前已有的洗涤和漂洗方式由于原理限制，优化方案的局限性较大。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种洗衣机及洗衣方法，通过利用活塞挤压的洗涤模式和冲刷漂洗方式来降低洗衣机所需的水量和电耗。

为了实现上述目的，本发明提供的一种洗衣机包括底盘、滑轨、外筒、内筒、主控制器、水位检测装置和浊度检测装置；所述滑轨和外筒分别与所述底盘相连，所述内筒同圆心设置于所述外筒内，所述内筒中设置有搓衣板和活塞头，所述活塞头通过第一连接部与第一电机相连，所述外筒通过第二连接部与第二电机相连；所述主控制器的信号输出端分别与所述第一电机和第二电机的信号输入端相连，所述控制器的信号输入端与所述水位检测装的信号输出端相连，所述主控制器的信号输入端与所述浊度检测装置的信号输出端相连。

进一步地，所述内筒的内壁设置有凸纹。

进一步地，所述内筒底部设置有出水口，所述出水口一侧安装有离心闭合组件。

进一步地，所述内筒与外筒之间安装有4个弹簧。

进一步地，所述主控制器获取内筒的水量信号，根据所述水量信号验证内筒的水量，若内筒的水量达到初始水量，则控制活塞头停止注水，然后控制活塞头做直线往复运动；主控制器控制所述外筒和内筒顺时针或逆时针转动，进而带动搓衣板与外筒和内筒同步顺时针或逆时针转动；当所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度大于阈值，所述主控制器获取出水口的排出水流量，并根据所述排出水流量控制活塞头继续注水的水量；主控制器获取内筒里水的浑浊度，若所述浑浊度小于预设值，则控制活塞头停止注水，待脱水完毕后结束清洗过程。

一种洗衣方法，所述洗衣方法适用于所述的洗衣机，所述洗衣机包括底盘、滑轨、外筒、内筒、主控制器、水位检测装置和浊度检测装置；所述洗衣方法包括如下步骤：

主控制器获取内筒的水量信号，根据所述水量信号验证内筒的水量，若内筒的水量达到初始水量，则控制活塞头停止注水，然后控制活塞头做直线往复运动；

主控制器控制所述外筒和内筒顺时针或逆时针转动，进而带动搓衣板与外筒和内筒同步顺时针或逆时针转动；当所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度大于阈值，所述主控制器获取出水口的排出水流量，并根据所述排出水流量控制活塞头继续注水的水量；

主控制器获取内筒里水的浑浊度，若所述浑浊度小于预设值，则控制活塞头停止注水，待脱水完毕后结束清洗过程。

进一步地，所述洗衣方法还包括：主控制器获取衣物的数量，并根据所述衣物的数量得到内筒第一次注入的初始水量。

进一步地，所述洗衣方法还包括：主控制器根据所述初始水量控制活塞头开始注水，并接收来自压力传感器的水量检测信号，若内筒的水量达到初始水量，则控制活塞头停止注水。

进一步地，所述洗衣方法还包括：主控制器获取衣物耐磨程度，并根据所述衣物的耐磨程度获取活塞头做直线往复运动的行程。

进一步地，所述洗衣方法还包括：主控制器获取固定在内筒和外筒之间的弹簧的形变量，根据所述弹簧的形变量获取活塞头做直线往复运动的行程。

本发明的有益效果是：本发明提高了洗衣机的节水节电的性能，并采用主控制器和小功率电机等耗费电能较少的器件，巧妙的结合利用机械机构来实现低能耗且清洁效果优良的功能，从而节约所耗水量和电能。

附图说明

图1为本发明洗衣机第一实施例的正视图；

图2为本发明洗衣机第一实施例的俯视图；

图3为本发明搓衣板第一实施例的示意图；

图4为本发明内筒第一实施例的一个角度的示意图；

图5为本发明内筒第一实施例的另一个角度的示意图；

图6为本发明洗衣方法第一实施例的流程图；

图7为本发明洗衣方法第二实施例的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

洗衣机第一实施例：

一种洗衣机包括底盘1、滑轨2、外筒3、内筒5、主控制器、水位检测装置和浊度检测装置；如图1所示，所述滑轨2和外筒3分别与所述底盘1相连；如图2所示，所述内筒5同圆心设置于所述外筒3内，所述内筒5中设置有搓衣板6和活塞头7，所述活塞头7通过第一连接部与第一电机9相连，所述外筒3通过第二连接部与第二电机相连；所述主控制器的信号输出端分别与所述第一电机9和第二电机的信号输入端相连，所述控制器的信号输入端与所述水位检测装的信号输出端相连，所述主控制器的信号输入端与所述浊度检测装置的信号输出端相连。所述第一连接部分包括活塞杆4和曲柄，所述曲柄的一端与第一电机9相连，所述曲柄的另一端与活塞杆4相连；所述第二连接部包括齿轮，所述齿轮固定在外筒3底部，所第二电机与所述齿轮啮合。

本实施例中，根据本申请的要求，所述水位检测装置选择型号为MPXM2010的压力传感器；所述第一电机9和第二电机均为步进电机；所述浊度检测装置为TS浊度传感器，所述TS浊度传感器以光线的透过量来反映水的污浊程度，光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小并计算出水的污浊程度；所述主控制器为单片机，需要进一步说明的是所述MPXM2010型压力传感器、步进电机、TS浊度传感器和单片机并不是本申请的唯一实施方式，可以根据实际需要进行更换。

本实施例中，所述内筒5的内壁设置有凸纹；如图3所示，搓衣板6和活塞头7各自相邻的一侧也设置有凸纹61，此时活塞头7会对衣物起到搓洗的作用，同时，位于底座下方的第二电机通过齿轮传动带动内筒5、外筒3旋转，此时与内筒5固定连接的搓衣板6也会对衣物起到搓洗的作用，其中的内筒5内侧凸纹可对衣物进行辅助搓洗，此外搓衣板四周还设置有让水通过的半圆形通孔，所述搓衣板的中心也设置有圆形通孔62。所述活塞头7的内孔设置有控制阀，所述控制阀的信号输入端与所述控制器的信号输出端相连，在实际的应用过程中主控制器可以控制所述控制阀打开，使活塞头7的内孔与清水管路相连通将清水注入至内筒5中来。

如图4所示，所述内筒5与外筒3之间安装有4个弹簧8，内筒5上设置有一T形结构，内筒5的内壁设置有凸纹52，所述弹簧8的一端与所述T形结构51相连，所述弹簧8的另一端固定在外筒3的凹槽中。在实际的应用过程中，由于不同的衣物所需要的力不一样，本申请通过控制固定在内筒5和外筒3之间的4个弹簧8的压缩量来控制力的大小。需要洗涤的衣物数量较少时，控制第一电机9小范围旋转，让活塞头7做行程较小的直线往复运动，此时弹簧8的压缩量较小，从而降低了搓衣板6对衣物的作用力。本设计能够有效的避免衣物由于搓洗力过大而导致衣物损坏的现象。

如图5所示，所述内筒5底部设置有出水口53，所述出水口53一侧安装有离心闭合组件。具体的所述离心闭合组件包括活动块56、活动块59、弹簧55、弹簧58、固定块54和固定块57；所述固定块54通过弹簧55和活动块56相连，所述固定块57通过弹簧58和活动块59相连，所述固定块54和固定块57分别固定设置在内筒5底部。在实际的工作过程中，当内筒5和外筒3转速较低的时候，内筒5底部的排水口是近似于关闭的；在内外筒3转速较高的时候，内筒5底部的排水口是打开的。内筒5在低速旋转的过程中，弹簧的挤压力大于此时所需的向心力，因此底部闭合口的活动块56和活动块59由于有弹簧的挤压力仍紧密闭合；内筒5以较高速度旋转的过程中，初始位置的弹簧挤压力小于离心力时，弹簧55、弹簧58会被继续压缩，因此内筒5底部的排水口会被打开。

洗衣方法第一实施例：

一种洗衣方法，所述洗衣方法适用于所述的洗衣机第一实施例，所述洗衣机包括底盘、滑轨、外筒、内筒、主控制器、水位检测装置和浊度检测装置；所述洗衣方法中涉及的具体步骤：：

S1，主控制器获取衣物的数量，并根据所述衣物的数量得到内筒第一次注入的初始水量。

具体的，用户可以利用本申请文件所提供的洗衣机进行洗衣时，可以将衣物的件数输入至主控制器，所述主控制器通过所述衣物的件数匹配相应的内筒第一次注入的初始水量；需要进行说明的是，不同的衣物件数其对应的初始水量是不同的，用户只需要键入衣物的件数主控制器即可自行选择。

S2，主控制器根据所述初始水量控制活塞头开始注水，并接收来自压力传感器的水量检测信号。

具体的，当主控制器获取衣物的数量选择初始水量后，发出一个控制指令让置于活塞头内孔中的控制阀打开，使活塞头的内孔与清水管路想连通将清水注入至内筒中来，并且还利用压力传感器实施检测内筒中的水量，并将其检测到的水量信号上传至主控制器便于进一步验证和判断。

S3，验证内筒的水量是否达到初始水量，若内筒的水量达到初始水量，则执行步骤S4，若内筒的水量未达到初始水量，则返回步骤S2。

具体的，所述压力传感器的水量检测信号通过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，并由主控制器接之后与所述主控制器预存的初始水量数据进行对比。

S4，主控制器控制活塞头停止注水；并获取衣物耐磨程度，以及根据所述衣物的耐磨程度得到活塞头做直线往复运动的行程。

具体的，用户可以将衣物的耐磨程度输入至主控制器，所述主控制器通过所述衣物的耐磨程度选择相应的做直线往复运动的行程；需要进行说明的是，衣物的耐磨程度是通过衣物的材质进行分类的大体可以包括棉衣、丝织品，所述棉衣、丝织品所对应的活塞头做直线往复运动的行程是不同的，从而实现了对衣物的分类清洗进一步降低清洗过程中衣物损坏的概率。

S5，主控制器根据所述直线往复运动的行程，控制活塞头在时间T做直线往复运动。

具体的，当主控制器选择相应的做直线往复运动的行程后，输出给第一电机一控制信号，所述第一电机在接收到该控制信号之后根据所述控制信号开始工作，进一步带动曲柄和活塞杆，让活塞头时间T内在内筒中做直线往复运动，实现洗衣机的洗涤过程。

S6，主控制器控制所述外筒和内筒在时间T-t内顺时针或逆时针转动，进而带动搓衣板与外筒和内筒同步顺时针或逆时针转动。

具体的，主控制器在T-t内控制第二电机转动，并带动设置与外同底部的齿轮同步转动，由于该齿轮与第二电机进行啮合，此时外筒和内筒也会进行顺时针或逆时针转动，需要进行说明的是在外筒和内筒转动的同时所述活塞头也在做直线往复运动。

S7，验证外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度，若所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度大于阈值，则执行步骤S8，反之若所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度小于或等于阈值则返回步骤S6。

具体的，当外筒和内筒的速度大于阈值的时候，位于内筒底部的离心闭合组件将会被打开，此时内筒里面的水将会通过位于内筒底部的出水口排出至洗衣机外部，而外筒和内筒的速度阈值是通过离心闭合组建进行确定的，选用不同的弹簧会改变外筒和内筒的速度阈值，因此在本实施例中不做限定。

S8，主控制器获取出水口的排出水流量，并根据所述排出水流量控制活塞头继续注水的水量。

具体的，当出水口的离心闭合组件打开之后，通过流量传感器来检测其通过该出水口所排出的水量进而控制控制活塞头继续注水的水量，假设初始水量x₀、注入水流量为Q₁、排出水流量为Q₂、衣物漂洗的用水程度h(每次漂洗之后的衣物含水量都为A、漂洗过程中总的用水量为C，h＝C/A)则他们之间的关系为：实现洗衣机的漂洗过程。

S9，主控制器获取并验证内筒里水的浑浊度，若所述浑浊度小于预设值，则执行步骤S10，若所述浑浊度小于预设值，则重复本步骤。

具体的，设置于洗衣机内筒里的浊度传感器会实时检测清洗过程中水的污渍变化程度并将检测信号上传至主控制器以便对浊度进行判断；此外，在清洗过程中通过透光信号自动检测，能精准感知内筒中水质的浑浊程度，并自动设定科学的漂洗次数，直至达到理想洗净效果。

S10，主控制器控制活塞头停止注水，待脱水完毕后结束清洗过程。

具体的，当主控制器接收到浊度传感器的上传的浊度信号若浊度小于预设值控制第一电机停止工作，进而让曲柄和活塞杆不再带动活塞头在内筒中做直线往复运动；此时第二电机会继续工作，直至内筒里面的水位检测装置所检测到的残余水量低于一预设值，则控制第二电机停止工作完成脱水，并结束整个清洗过程。

需要进行说明的是，本方案中的漂洗方式与传统的漂洗方式的节水优势具体通过下面对比过程进行表示：

1.传统漂洗方式的耗水量

假设衣物中的污渍完全溶解于水中，衣物每次漂洗前只有含污渍量不同。其初始的污渍量为a，经过每次漂洗之后的衣物含水量都为A，且衣物中浸渍浓度等于漂洗后排出污水的污渍浓度，衣物中剩余污渍与初始污渍之间的比设为b，漂洗过程中总的用水量为C，第i次漂洗衣物的用水量为x_i，定义变量h表示衣物漂洗的用水程度h＝C/A。

漂洗方式的耗水量计算模型如表1所示。

表1漂洗方式的耗水量计算模型

同理可推知，第n次漂洗后残留在衣物上的污渍量为：

式中，x₁+x₂+x₃+…+x_n＝C。由拉格朗日条件极值乘数法则易得：

解得x₁＝A+(C-A)/n。且x₂＝x₃＝…＝x_n＝(C-A)/n。由式(2)得：

由于其中包含递增级数，得到

剩余污渍与初始污渍之比即污渍残余率≤0.0001时，衣物被定义为洗净。

漂洗效果确定，可得又由lim_n→∞h₁＝1+4ln 10＝10.21可得：无论漂洗次数增加到多少，用与漂洗衣物的用水的水倍数不能低于初始衣物中污水的10.21倍。

2.本申请中冲刷漂洗方式的耗水量：

假设衣物每次漂洗前只有含污渍量不同，初始的污渍量为a，初始水量x₀，且衣物中的污渍完全溶解于水中，经过每次漂洗之后的含水量都为A，洗衣机内筒的液体体积为m，而衣物中剩余污渍与初始污渍之间的比为b，漂洗衣物过程中总用水量为C，注入水流量为Q₁、排出水流量为Q₂，第i次漂洗衣物的用水量为x_i(i＝1,2,3...)，其中把流水视为一次注水即x₀。假设排出水流量Q₂为单位1不变。

设在开始后t分钟内，洗衣机内的污渍含量为a_n，则此时的洗衣机内的溶液量为x₀+(Q₁-Q₂)t，因而此时洗衣机内水的污渍含量为a/(x₀+(Q₁-Q₂)t)。

t到t+dt的时间内，溶液中的污渍量改变了da，污渍以浓度a/(x₀+(Q₁-Q₂)t)排去。

分离变量积分得到通解：

结果分析，由漂洗衣物漂洗干净的决定条件得：

又x₂＝Q₂t,x₁＝Q₁t,x₀+x₁＝C＝x₂，最终解得

假设注入水流量和排出水流量相等，注入水量x₁＝x₂，通过求a的常微分，化简上式得：

同理利用将x_n赋值为x₀，得到x₂≥0.9999(x₀+A)。

可以得到C≤3x₀+2A，进一步得到下式：

由此可见，该方式的漂洗效果与排出水流量有关。但在实际漂洗过程中，注入水流量和排出水流量之比不会超过1:1.2。得到h_2max≈5.7。如果注入水流量和排出水流量相等的时候，则不会产生x_n。并且x₂＝x₁+x₀,那么C≤1.9999x₀+0.9999A≈2x₀+A。得到h₂≈3，即h₂≈h_1min/3。

下面讨论在该模型在实际洗涤过程中的应用：

对(9)式进行处理得到：

由Q₂Δt＝Δx₂,Q₁Δt＝Δx₁知

在实际洗衣过程中。如果通过流量传感器检测离心闭出水口的极短时间的排水量Δx₂，就能够确定此时入水口应注入的水量。通过对(11)式进行处理得。

由(12)式得到由该式子，用水量则能满足洗净要求。

由控制极短时间的注入量十分困难，令Δt→0，此时有该式得意义在于通过测量排出水流量进行计算后控制注入水流量。

洗衣方法第二实施例：

一种洗衣方法，所述洗衣方法适用于所述的洗衣机第二实施例，所述洗衣机包括底盘、滑轨、外筒、内筒、主控制器、水位检测装置和浊度检测装置；其特征在于，所述洗衣方法包括如下步骤：

S001，主控制器获取衣物的数量，并根据所述衣物的数量得到内筒第一次注入的初始水量。

S002，主控制器根据所述初始水量控制活塞头开始注水，并接收来自压力传感器的水量检测信号。

S003，验证内筒的水量是否达到初始水量，若内筒的水量达到初始水量，则执行步骤S004，若内筒的水量未达到初始水量，则返回步骤S002。

S004，主控制器控制活塞头停止注水；并获取固定在内筒和外筒之间的弹簧的形变量，根据所述弹簧的形变量得到活塞头做直线往复运动的行程。

S005，主控制器根据所述直线往复运动的行程，控制活塞头在时间T做直线往复运动。

S006，主控制器控制所述外筒和内筒在时间T-t内顺时针或逆时针转动，进而带动搓衣板与外筒和内筒同步顺时针或逆时针转动。

S007，验证外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度，若所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度大于阈值，则执行步骤S008，反之若所述外筒和内筒逆时针或顺时针转动的速度小于或等于阈值则返回步骤S006。

S008，主控制器获取出水口的排出水流量，并根据所述排出水流量控制活塞头继续注水的水量。

S009，主控制器获取并验证内筒里水的浑浊度，若所述浑浊度小于预设值，则执行步骤S010，若所述浑浊度小于预设值，则重复本步骤。

S010，主控制器控制活塞头停止注水，待脱水完毕后结束清洗过程。

本实施与洗衣方法第一实施例的区别在于：主控制器控制活塞头停止注水；并获取固定在内筒和外筒之间的弹簧的形变量，以及根据所述弹簧的形变量得到活塞头做直线往复运动的行程。通过检测内筒和外筒之间的弹簧的形变量换算出内筒内的衣物的数量，让洗衣机的操作更加简便。此外，本实施例中其余步骤的具体实现过程以及效果与洗衣方法第一实施例中基本类似，在此不再累述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。