专利名称：食物垃圾处理器的去阻塞设备和方法
技术领域：
本发明公开涉及旋转设备，比如食物垃圾处理器研磨机构的旋转部分。
背景技术：
存在许多电动机应用，其中电动机的旋转构件容易阻塞。这在例如水泵、洗碗机、食物处理装置、食物垃圾处理器等应用中是特别常见的。
例如，食物垃圾处理器用于将食物废料粉碎成足够小的颗粒以便安全地穿过住户的排水管道。传统处理器包括食物传送部分、电动机部分和位于食物传送部分和电动机部分之间的研磨机构。食物传送部分包括外壳，其形成入口以便接收食物垃圾和水。食物传送部分将食物垃圾传送到研磨机构，并且电动机部分包括将旋转运动传给电动机轴以便操作研磨机构的电动机。
实现粉碎的研磨机构通常由具有突缘的旋转撕碎机组件和静止研磨环构成。电动机转动撕碎机板并且突缘把食物垃圾压入研磨环，在研磨环中食物垃圾被分解成小片。一旦颗粒足够得小以至于穿过研磨机构，那么它们被冲刷到住户管道中。
当研磨坚硬的食物垃圾，比如牛骨头时，使用旋转撕碎机组件上固定突缘的研磨机构通常容易被阻塞。由于感应电动机相对较小的失速转矩使用其有助于遭受阻塞的概率。为了减少阻塞的发生，应用在阻塞发生之前移动到旁边的回转或可旋转的突缘。但是，利用回转突缘，移动到食物垃圾的能量较少，因此可导致损害研磨性能并仍导致阻塞。
为了释放阻塞，一些已知的系统使用当处理器变为“阻塞”时从电动机产生脉动转矩的技术。这样的现有技术在美国专利No.3,970,907中描述，其通过引用合并在此。该技术将二极管并联连接到电容器启动发动机的启动绕线两端，以产生脉动转矩。但是，并联二极管不能在启动的时候使用。如果这样，电动机将不能加速到全速，并且处理器的能力也将大大降低。其只有可能在研磨机构的阻塞发生后才能被应用。由于该启动问题，并联二极管只能在消费者按下位于处理器组件上的按钮时才被连接。进而，这种用于释放阻塞的已知系统要求用户干预——当操作员发现处理器阻塞了，必须由用户激活脉动转矩。
本申请解决了与现有技术有关的这些缺点。
发明内容
尤其，本公开提供了清除旋转构件的阻塞的自动方法而不用消费者的任何人工干预，所述旋转构件比如是食物垃圾处理器的旋转研磨板。诸如自动生成脉动转矩和颠倒旋转方向的动作清除很高百分比的阻塞，在系统的寿命中要求最小的手工干预来清除阻塞。
存在与现有技术相比的若干优点。例如，利用这里公开的设备和方法，电路自动感测电动机何时停止或者阻塞发生。电动机自动颠倒，并且如果这没有清除阻塞，那么自动生成脉动转矩。由于，所有动作都是自动的，因此不要求单元操作员的手工动作并且也不干扰电动机的正常启动。
根据本公开的特定教导，提供了一种操作由电动机驱动的设备的方法，所述设备比如是食物垃圾处理器。该方法包括确定食物垃圾处理器的撕碎机板是否阻塞。如果撕碎机板阻塞，那么向撕碎机板施加脉动转矩。对于预定时间周期可施加脉动转矩。此外在特定实施例中，颠倒撕碎机板的旋转方向。
为了确定旋转的撕碎机板是否阻塞，监控撕碎机板的速度。如果在预定时间周期期间没有达到预定的速度或者如果降低到预定速度以下，那么指明阻塞。在一些实施例中，监控处理器电动机的运行绕线和/或启动绕线。
根据本公开的进一步教导，诸如食物垃圾处理器的系统包括驱动轴的电动机，所述轴旋转撕碎机板以便研磨食物垃圾。控制器耦合到电动机并确定撕碎机板是否阻塞。响应于阻塞，控制器将脉动转矩施加到撕碎机板。在一些实施例中，对于预定时间周期施加脉动转矩。控制器还可颠倒撕碎机板的旋转方向。
在特定示例实施例中，控制器监控撕碎机板的速度以确定撕碎机板是否阻塞。例如，控制器可确定旋转的撕碎机板在预定时间周期期间是否达到预定的速度，或者旋转的撕碎机板是否降低到预定速度以下。
在进一步的示例实施例中，控制器监控电动机的运行绕线和/或启动绕线，以确定旋转的撕碎机板是否阻塞。为了施加脉动转矩，例如，控制器可激活与电动机启动绕线并联的SCR。启动电容器可与启动绕线串联。在再进一步的实施例中，振荡器连接到SCR的栅极端。
阅读下述详细描述并参考附图，本发明的其它目的和优点将变得清楚，在附图中图1是说明根据本公开的特定教导的食物垃圾处理器的附图。
图2是概念上说明图1所示系统各部分的示意图。
图3是概念上说明根据本公开各方面的自动释放阻塞的旋转构件的方法的简化流程图。
图4A和4B是示例电动机控制电路的电路图。
图5A和5B是感测和释放旋转构件中阻塞的方法的流程图。
图6是说明可替换的电动机控制电路的电路图。
尽管本发明可具有各种修改和替换形式，其特定的实施例已通过附图中且在这里详细描述的例子来示出。但是应当理解，这里特定实施例的描述不旨在限制本发明到所公开的特殊形式，而相反，本发明将覆盖所有落入本发明的精神和范围内的修改、等同或替换。
具体实施例方式
下面描述本发明的示例实施例。为清楚，不是所有的实际实施方式的特征都在本说明书中描述。当然可以理解的是，在开发任何这种实际的实施例中，必须作出各种实施方式特定的决定以实现开发者的特定目的，比如符合系统有关和商业有关的约束，这可从一种实施方式变化到另一种实施方式。此外，可以理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员这仍然是所要进行的惯例。
图1是概念上说明根据本公开的特定教导的食物垃圾处理器系统的附图。食物垃圾处理器100包括食物传送部分102和研磨机构110，其位于食物传送部分和电动机部分104之间。食物传送部分102包括用于接收食物垃圾和水的入口。食物垃圾被传送到研磨机构110，并且电动机部分104包括将旋转运动传给电动机轴118以便操作研磨机构110的电动机119。该电动机可以是任何适当类型的电动机，比如感应电动机、无刷永磁电动机(BLPM)、DC电动机，等等。
研磨结构110包括旋转的撕碎机板组件112，其相对于静止的研磨环由电动机轴118旋转以将由食物传送部分递送的食物垃圾减小为小片。撕碎机板包括从其延伸的突缘114，用于把食物垃圾压入研磨环。当食物垃圾被减小到足够小的颗粒物质时，其从上面穿过撕碎机板组件112，并连同水穿过食物传送部分，接着通过排放口120从处理器排放。控制器200连接到电动机以控制处理器100的操作。在图1中为了简洁，所示的控制器200在处理器外壳的外部，但是其还可位于处理器外壳的内部。
图2说明电动机119的部分，其包括运行绕线130和与启动电容器134连接的启动绕线132。响应于用户操作的通/断开关140，电动机119从电源136接收能量。所连接的控制器200控制向绕线供电以引起旋转部件(转子)相对于静止部件(定子)转动，从而转动连接到旋转撕碎机板112的轴118。此外，所连接的控制器200监控施加到绕线130、132的能量并按需要实现去阻塞操作。
图3是概念上说明自动释放阻塞的旋转构件的方法的简化流程图，所述旋转结构比如是处理器100的旋转的撕碎机板112。根据本公开的某些方面，控制器200监控电动机的操作以确定旋转的撕碎机板112是否已经变为阻塞(框10)。如果如判定框12中所确定的那样撕碎机板112被阻塞，那么在框14中，颠倒旋转方向并由电动机119施加脉动转矩到撕碎机板112。
如果旋转构件，比如食物垃圾处理器的研磨机构110的旋转的撕碎机板112在预定的时间周期期间没有达到期望的操作速度，或者如果操作构件的速度下降到期望的操作速度以下，那么可以假设旋转构件被阻塞。利用任何使用由电动机驱动的旋转构件的机构，存在引起旋转构件卡住或阻塞的很多情况。如在上面背景技术部分所讨论的，当食物颗粒或其它硬的对象楔入在突缘和研磨机构的静止部分之间时，阻塞可出现在食物垃圾处理器的旋转的研磨机构中。
响应于感测到阻塞，控制器200颠倒撕碎机板112的旋转方向并对于预定的时间周期施加脉动转矩到撕碎机板112以释放阻塞。在这里公开的示例实施例中，电动机的运行绕线130被监控以确定旋转构件是否正在以或高于所期望的速度操作。在其它实施例中，电动机的初始绕线132被监控以确定旋转构件是否正在以或高于所期望的速度操作。通常，一旦电动机119已经达到期望的速度，就从启动绕线132移除电流。在普通的情况下，电动机119应当在预定的时间周期内达到期望的速度。因此，如果电流或电压被施加到启动绕线132长于这个预定的时间周期，那么可以假设阻塞正阻止旋转构件112达到期望的速度。
图4A和4B说明根据一个示例实施例的电路300，并且图5A和5B示出对应的流程图。电路300用于电启动电动机119并且在电动机119的旋转部分变为阻塞时自动颠倒和激活脉动转矩。一种电路中的新型感测技术允许电动机在通常情况下启动。
当处理器100不使用时，通/断开关140断开，电动机保护器关闭并且没有电流流经电路。当用户通过闭合通/断开关140而向电动机119和电路300供电时，电路300感测运行绕线130中的电流。当电流到达预定级别时，对于某预定时间周期——在示例实施例中为200ms，来激活起动继电器。电路300检查运行绕线130中的电流下降。如果电流下降到低于预定值，这将会在电动机119到达速度时发生，那么电路300进入运行模式并监控运行绕线130电流，直到通/断开关140由用户断开并且没有电流流经电路。一旦电路300没有感测到在运行绕线130中的电流，它就在存储器保存(大约1分钟)最后的旋转方向，并且如果再激活，则将触发继电器310以相反的方向启动电动机。如果在1分钟之后再激活，则旋转方向将是随机的。如果阻塞在初始启动期间或在电路进入运行模式的初始启动之后出现，那么在一个示例实施例中电路按如下工作。
如果在用户初始地通过闭合通/断开关140来向电动机119和电路300供电时，因为旋转构件112由于阻塞没有达到速度，所以运行绕线130中的电流不下降到预定级别之下，电路300进入去阻塞模式。电路300触发继电器310反转旋转方向，对于500ms激活启动绕线132，并在40ms后对于500ms中的200ms来激活去阻塞电路。去阻塞电路由并联在启动绕线132两端的简单SCR312构成。电路300接着检查运行绕线130中的电流级别。如果电流在300ms内没有下降到预定级别以下，则电流触发继电器310以颠倒旋转方向并且按如上所述那样激活去阻塞电路直到释放阻塞并且运行绕线130电流下降或者用户将通/断开关140切换到关断位置或者电动机保护器开关断开。
在脉动转矩模式期间，SCR312仅对于正或负半周期被触发接通。当SCR312接通时，启动绕线132不是活动的并且电动机启动电容器134被充电到施加的电压。在下一个半波期间，SCR312不是活动的。启动绕线132与电动机启动电容器134串联，电动机启动电容器134被充电到加上所施加电压的电压。启动和运行绕线130、132的该动作和相对相位关系生成了小的转矩，以瞬间颠倒电动机119并接着将大得多的正转矩施加到旋转构件。该正转矩可是电动机119的常规启动转矩的2到5倍。通过电动机绕线拉出的电流比旋转构件被阻塞时的电流值小些，因为启动绕线132只是活动的并且允许电流每隔交流电的半个周期而流动。在阻塞的情况期间，热保护器将打开大概7秒以防止电动机绕线过热。如果出现脉动转矩不能清除的阻塞，那么热保护器将移除能量并终止去阻塞模式大约7秒。此刻，用户必须重设保护器并手工移除阻塞。
如果当用户初始地通过闭合通/断开关140为电动机119和电路300供电，那么电路300进入运行模式，但接着由于阻塞，运行绕线130中的电流超过预定级别，电路300触发继电器310以颠倒旋转方向并监控运行电流，从而确定颠倒单元是否释放了阻塞。如果在颠倒后电流保持在设置点之上，那么电路对于500ms在相同的旋转方向重新激活启动绕线，并在40ms后对于500ms中的200ms(或某其它的预定时间周期)来激活去阻塞电路。电路接着检查运行绕线中的电流级别。如果电流没有在300ms内下降到预定级别以下，那么电路300触发继电器310以颠倒旋转方向并且按如上所述那样激活去阻塞电路直到释放阻塞并且运行绕线电流下降或者电动机保护器断开或者客户将通/断开关切换到关断位置。
在图6中说明的可替换实施例中，离心致动器410允许电动机119在普通条件下启动。参考图6，电路400按如下工作当处理器没有使用时，通/断开关140断开，并且保护器412和离心致动器(C/A)开关410的触点闭合。当用户通过闭合通/断开关140向电动机119供电时，启动绕线132通过启动电容器134被激励，并且电动机119启动。只要保护器412和C/A410保持闭合，启动绕线132就保持为被激励。在普通的启动条件下，C/A开关410在电动机轴的速度达到大概100RPM时断开。这平均在70毫秒内出现。同时，通/断开关140闭合，通过C/A开关410向去阻塞电路供电。去阻塞电路由简单的振荡器(555)420构成，其以50％的占空比产生2.5Hz方波，并且SCR422并联在启动绕线132两端。
振荡器420被如此配置使得对于第一个200毫秒，输出处于低状态，(或断开)，并且下一个200毫秒，输出被切换为高。这个序列将无限期地继续直到通过断开C/A开关410、通/断开关140或保护器412而从电路移除能量。当振荡器420处于低状态时，SCR422被选通为关断，并且允许启动绕线132以其普通模式操作。当振荡器420处于高状态时，SCR422选通为接通并且分路启动绕线132，因此产生脉动转矩模式。由于处于普通启动条件，C/A开关410平均在70毫秒内断开，振荡器420绝不应当具有到达高状态的时间，因为在200毫秒的转变点之前将移除能量。
但是，如果阻塞存在，电动机119将不能够加速，并且C/A开关410将不会在200毫秒内断开。此刻，振荡器420将转换到高状态并且将SCR422选通为接通，从而产生脉动转矩。为了清除阻塞，对于200毫秒(或某其它适当的预定时间周期)产生脉动转矩。如果在200毫秒后，清除了阻塞，那么电动机119将接着能够通常地加速，并且在后续的振荡器低状态期间断开C/A开关410。这将终止振荡器循环。如果没有清除阻塞，振荡器420将继续运行，并以200毫秒接通200毫秒断开的速率(2.5Hz)来产生脉动转矩。
如果在电动机119达到速度后出现阻塞，那么去阻塞电路将在电动机RPM下降到C/A开关410大约800RPM的闭合速度以下时激活。一旦发生这样的情况，将以上述的200毫秒接通200毫秒断开的速率来产生脉动转矩，直到清除阻塞或者热保护器412打开。
上述所公开的特殊实施例仅是示例性的，因为本发明可以不同但对于受益于这里的教导的本领域技术人员来说明显是等同的方式被修改和实现。此外，除了如下面权利要求所述之外，不试图去限制这里所示的构造或设计的细节。因此明显的是，上面公开的特殊实施例可以被改变或修改，并且所有的这种变化被认为是在本发明的范围和精神内。因此，这里所寻求的保护在下面的权利要求中叙述。
权利要求
1.一种操作食物垃圾处理器的方法，包括自动确定食物垃圾处理器的旋转的撕碎机板是否阻塞；如果撕碎机板阻塞，则施加脉动转矩到撕碎机板。
2.权利要求1的方法，还包括如果撕碎机板阻塞，则颠倒撕碎机板的旋转方向。
3.权利要求1的方法，其中自动确定旋转的撕碎机板是否阻塞包括确定在预定时间周期期间旋转的撕碎机板是否达到预定的速度。
4.权利要求1的方法，其中自动确定旋转的撕碎机板是否阻塞包括确定旋转的撕碎机板是否降低到预定旋转速度以下。
5.权利要求1的方法，其中对于预定时间周期施加脉动转矩。
6.权利要求1的方法，其中自动确定旋转的撕碎机板是否阻塞包括监控驱动旋转的撕碎机板的电动机的绕线。
7.权利要求6的方法，其中监控绕线包括监控绕线中的电流。
8.权利要求6的方法，其中监控绕线包括监控电动机的运行绕线。
9.权利要求6的方法，其中监控绕线包括监控电动机的启动绕线。
10.权利要求2的方法，其中如果在处理器的初始启动时确定了阻塞，那么颠倒撕碎机板的旋转方向包括激励电动机的启动绕线。
11.权利要求1的方法，其中施加脉动转矩包括激活SCR。
12.权利要求11的方法，其中在正或负的半周期之一期间激活SCR。
13.一种食物垃圾处理器，包括驱动轴的电动机；由所述轴旋转的撕碎机板，用于研磨食物垃圾；和耦合到电动机的控制器，该控制器确定撕碎机板是否阻塞，并且响应于阻塞，控制器施加脉动转矩到撕碎机板。
14.权利要求13的食物垃圾处理器，其中控制器响应于阻塞而颠倒撕碎机板的旋转方向。
15.权利要求13的食物垃圾处理器，其中控制器监控旋转的撕碎机板的速度，以确定撕碎机板是否阻塞。
16.权利要求15的食物垃圾处理器，其中控制器确定在预定时间周期期间旋转的撕碎机板是否达到预定的速度。
17.权利要求15的食物垃圾处理器，其中控制器确定旋转的撕碎机板是否降低到预定旋转速度以下。
18.权利要求13的食物垃圾处理器，其中控制器对于预定时间周期施加脉动转矩。
19.权利要求13的食物垃圾处理器，其中电动机包括运行绕线，并且其中控制器监控运行绕线以确定旋转的撕碎机板是否阻塞。
20，权利要求19的食物垃圾处理器，其中控制器监控运行绕线中的电流。
21.权利要求13的食物垃圾处理器，其中电动机包括启动绕线，并且其中控制器监控启动绕线以确定旋转的撕碎机板是否阻塞。
22.权利要求21的食物垃圾处理器，其中控制器监控启动绕线中的电流。
23.权利要求13的食物垃圾处理器，还包括SCR，其中控制器激活SCR以生成脉动转矩。
24.权利要求23的食物垃圾处理器，其中电动机包括启动绕线，所述SCR与启动绕线并联。
25.权利要求24的食物垃圾处理器，还包括与启动绕线串联的启动电容器。
26.权利要求23的食物垃圾处理器，还包括连接到SCR的栅极端的振荡器。
27.权利要求13的食物垃圾处理器，其中旋转的撕碎机板包括附着到其上的突缘。
28.权利要求13的食物垃圾处理器，其中电动机是感应电动机。
29.权利要求13的食物垃圾处理器，其中电动机是无刷的永磁电动机。
30.权利要求13的食物垃圾处理器，其中电动机是DC电动机。
31.一种释放由电动机驱动的受阻塞的旋转构件的方法，包括监控电动机的绕线以自动检测旋转构件是否阻塞；响应于检测的阻塞，施加脉动转矩到旋转构件。
32.权利要求31的方法，还包括响应于检测的阻塞，颠倒旋转构件的旋转方向。
33.权利要求31的方法，其中绕线被监控以确定旋转构件在预定时间周期期间是否达到预定的速度。
34.权利要求31的方法，其中绕线被监控以确定旋转构件是否降低到预定旋转速度以下。
35.权利要求31的方法，其中对于预定时间周期施加脉动转矩。
36.权利要求31的方法，其中监控绕线包括监控绕线中的电流。
37.权利要求31的方法，其中监控绕线包括监控运行绕线。
38.权利要求31的方法，其中监控绕线包括监控启动绕线。
39.权利要求32的方法，其中如果在旋转构件的初始启动时检测到阻塞，那么颠倒撕碎机板的旋转方向包括激励电动机的启动绕线。
40.权利要求31的方法，其中施加脉动转矩包括激活SCR。
41.权利要求40的方法，其中在正或负的半周期之一期间激活SCR。
42.一种电动机系统，包括驱动轴的电动机，该电动机包括可激励的绕线；耦合到电动机的控制器，该控制器监控绕线以检测连接到所述轴的旋转构件是否阻塞，并且响应于阻塞，控制器施加脉动转矩到所述轴。
43.权利要求1的系统，其中控制器响应于检测的阻塞，颠倒轴的旋转方向。
44.权利要求1的系统，其中控制器确定在预定时间周期期间所述轴是否达到预定的速度。
45.权利要求1的系统，其中控制器确定所述轴是否降低到预定的旋转速度以下。
46.权利要求1的系统，其中控制器对于预定施加周期施加脉动转矩。
47.权利要求1的系统，其中控制器监控线圈中的电流。
48.权利要求1的系统，其中绕线包括运行绕线，其中控制器监控运行绕线。
49.权利要求1的系统，其中绕线包括启动绕线，其中控制器监控启动绕线。
50.权利要求1的系统，其中控制器激活SCR以便施加脉动转矩。
51.权利要求50的系统，其中在正或负的半周期之一期间激活SCR。
52.权利要求1的系统，其中电动机是感应电动机。
53.权利要求1的系统，其中电动机是无刷的永磁电动机。
54.权利要求1的系统，其中电动机是DC电动机。
全文摘要
一种响应于受阻塞的旋转构件来自动施加去阻塞动作的系统和方法，包括响应于检测到的阻塞来施加脉动转矩，并且还可施加颠倒旋转方向。
文档编号E03C1/266GK1968755SQ200580020227
公开日2007年5月23日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者R·富尔马内克, A·伍德沃德, T·伯格, W·斯特拉茨, N·希尔施, G·彼得森 申请人:艾默生电气公司