单致动器多位置装置分流阀的制作方法

本申请要求2016年2月11日提交的美国临时申请62/293,988的权益，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本申请涉及洗衣机等，并且具体地涉及分流阀，其可以将流入的水引入装置内多个位置，用于活化特殊清洁材料等。

背景技术：

现代装置可以通过在循环的不同点设定清洁材料的引入时间而提高水用量和清洁材料用量方面的效率。通过将材料预加载入专门的室内，之后在特定时刻通过引导流过该室的流入洗涤水冲洗该材料，从而最方便地处理不同清洁材料，诸如肥皂、漂白剂和软化剂。出于此目的，可以通过分流阀阵列执行对多股洗涤水的控制，该分流阀阵列通常为多个螺线管驱动阀，其从共用管道接收水并引导水沿着多个不同通道流动。用于此目的的阀的螺线管通常采用线电压致动，这需要采取额外行动以确保与供水的高度电绝缘以及电隔绝。不同可独立操作螺线管的使用会引入多种可能的单点故障，这可能会单独地导致溢流。而且，这些阀系统巨大且成本相对高昂。

由于分流阀可用于释放清洁材料，因此重要的是，分流阀操作以完全阻挡未使用的出口之间的水流，进而阻止细微水流提前释放清洁材料。

技术实现要素：

本发明提供多通分流阀(例如，提供多个可选择的不同水流通道)，其使用单个致动器并且更具体地使用低功率、高能效的直流电机。阀由阀片提供，阀片具有可旋转从而对准多个出水端口之一的孔。通过提供阀片旋转运动和轴向运动的耦接件，从阀片获取负载泄漏，同时仍然允许使用低功率直流电机的操作。以此方式，阀片可以在转动之前移动以脱离与多个出水端口的接合出水端口，从而减少摩擦接触，并且之后可以旋转阀片，然后使其恢复与多个出水端口的压缩密封关系。

构建单个多通分流阀的能力消除了在歧管上使用多个螺线管阀时存在的多个单点故障点。

具体地，本发明提供了一种用于诸如洗衣机的装置中的水分流阀，并且提供了具有入水端口和多个出水端口的壳体。分流阀提供与阀片通信的直流电机，该阀片可绕轴线旋转并提供孔，该孔根据阀片的旋转位置允许水在入水端口和多个出水端口中的一个出水端口之间流动。直流电机和阀片耦接，从而随着直流电机的旋转而使旋阀片转地移动以将入水端口与不同的多个出水端口对准，并且随着直流电机沿着第一方向和第二方向的旋转而朝向和远离多个出水端口轴向地移动阀片。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供一种水分流阀，其给予良好的密封，同时提供较低的旋转摩擦，适于低功率、高能效直流电机的致动。通过阀片在各个位置之间移动时提供阀片单独的旋转运动和轴向移动，可以同时获得较小泄漏和较低致动力。

电机和阀片之间的耦接件可以包括轴向杆，其通过带螺纹的相互接合的轴向移位的杆部分而形成。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供了一种带螺纹的耦接杆，其允许用单个直流电机实现阀片的旋转运动和轴向运动两者。

阀片可以包括弹性垫圈，其位于阀片和多个出水端口之间，并且随着直流电机沿着第一方向的旋转而对出水端口进行密封。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：通过使用旋转阻力低的可压缩柔性材料提供良好的密封表面，如若不然，高的旋转阻力将会导致与垫圈在滑动表面之间的弹性挤压相关的摩擦。

电机可为操作功率小于25瓦特并且优选地小于10瓦特的次分马力直流电机。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供一种可利用高能效、小瓦数直流电机的分流阀。

水分流阀可以包括直流电机和阀片之间的减速齿轮组件。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供足够的机械优势，即，在正常保持扭矩下，直流电机可以将阀构件保持在其位置，甚至不需要向直流电机施加功率。

水分流阀可以包括编码器，其与阀片通信以提供指示阀片位置的电信号。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：允许对阀片进行复杂反馈控制，从而使用单个致动器实施对阀片的两级轴向旋转控制。本发明的至少一个实施例的另一特征为：在已知阀的实际位置的情况下实现更复杂的故障检测。

编码器可以在阀片的多个不同旋转位置上提供唯一的编码器信号，从而提供对阀片位置的绝对指示。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：在电源故障的情况下不需要执行“归位操作”，在“归位操作”中，通过遍历每个可能的阀片位置确定阀片位置。

编码器可附接到电机和阀片之间的耦接件的一侧，包括最靠近直流电机的相互接合的轴向带螺纹部分。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供对与阀片位置不同的电机位置的指示，其可以辅助用于阀片旋转运动和轴向运动的电机操作的复杂循环。

编码器可以提供与阀片一起旋转的一组可移动电触头，所述可移动电触头与壳体上的对应的不同的固定电触头通信并且相对于阀片是固定的，从而基于可移动电触头和固定电触头之间的电通信提供唯一的编码器系统。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供一种适于在装置中使用的简单、低成本编码器。

水分流阀的入水端口可以包括流量传感器。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：例如，允许监控水流，从而在水压变化时更好地控制水的体积。

流量传感器可以为涡轮机，其借助流过入水端口的水流而旋转，所述涡轮机与涡轮旋转传感器通信。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供适于装置的准确但成本低的流量传感器。

水分流阀可以进一步包括位于入水口和阀片之间的止回阀，其操作以使得止回阀随着进入入水口的水流向阀片而朝向关闭位置偏置。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供用于免受上游阀故障影响的备用装置。一旦需要水流，则止回阀可被阀片忽略。

在这一方面，阀片可以提供凸轮元件，该凸轮元件与止回阀相互作用，从而随着阀片旋转使孔对准多个出水端口之一而打开止回阀，并且随着阀片旋转使孔位于多个出水端口之间而允许止回阀关闭。

因此，本发明的至少一个实施例具有以下特征：提供对上游阀故障的免疫力，并且除用于阀片旋转的直流电机之外无需附加致动器。

阅读下面的详细说明、权利要求以及附图时，本发明的其它特征和优势对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，其中，相同的数字用来指代相同的部件。

附图说明

图1为容纳本发明的分流阀的洗衣机的透视图，该分流阀用于连接接收加压水的上游阀和包括分配室和洗衣机腔的多个水流点；

图2为图1的分流阀的主要构件的分解立体图，示出具有用于与上游断流阀相互作用的销的阀片；

图3为阀片移动时组装的分流阀的局部横截面图，示出用于免于受到上游阀故障影响的处于关闭位置上的断流阀；

图4为与图3的视图相似的局部横截面图，示出当阀片对准对应阀座时断流阀开启以在上游阀打开时允许水流过；

图5为备选断流阀的横截面图，其采用浮力而非重力或水压实现关闭偏置；

图6为使用旋转电开关的编码器的一个实施例的分解图；

图7为与图2相似的附图，其示出本发明的一个备选实施例，其在相对旋转时使用螺旋驱动机构撤回阀片，从而减少阀片与阀座之间的摩擦；

图8为沿着图7的剖切线8-8截取的横截面图，示出出水端口阀片相对于阀座呈密封状态，此时水被分流到不同于所示的出水端口；

图9为与图8相似的附图，示出将阀片拉离阀座从而使其旋转的螺旋致动器的运动；

图10为与图8和9相似的附图，示出阀片转动以使得阀开口对准用横截面图表示的出水端口；

图11为与图8、9和10相似的附图，示出用于抵靠阀座挤压阀片以实现密封的螺旋致动器的反转；

图12为由控制器执行的程序的流程图，该控制器与分流阀通信从而实施图8-11所示步骤；以及

图13为分流阀的入水端口的局部透视图，该分流阀包括用于监控水流的涡轮机。

在详细解释本发明实施例之前，应当理解，本发明没有将其应用限制在以下描述的或在附图中示出的具体结构和部件布置上。本发明能够具有其它的实施例并且能以各种方式进行实施。也应当理解，此处使用的措辞和术语是为了解释说明，不应该被看作限制本发明。“包括”和“包含”及其变形的使用意指包括其后所列项及其等同物，也包括附加的项及其等同物。

具体实施方式

现参照图1，装置10，诸如前装载式洗衣机可以提供可由门14(部分示出)关闭的洗涤桶12。例如，可通过混合阀18组件接收来自家用管道的热水和冷水源16，从而提供通向分流阀20的混合出水。

分流阀20可以将接收的水引导到多个终端，包括漂白剂隔室22、清洁剂隔室24、软化剂隔室26或桶12。可以通过装置控制器27控制混合阀18和分流阀20，例如，如下所述，装置控制器27包括执行存储器存储的程序23的计算机处理器25。装置控制器27可以从控制面板29接收输入，该控制面板29例如具有供用户激活的按钮，并且装置控制器27可以向面板提供输出，用于诸如错误码等的视觉显示。

现参照图2，分流器20可以提供歧管组件28，该歧管组件28具有与轴线32大致平行的四个不同分流出口管道30。每个出口管道30可以分别通往上述终端之一。

歧管组件28的后表面34提供阀座片，其通常为具有四个开口的平板片(图3所示阀座47)，该四个开口连接到对应出口管道30，所述出口管道30可与可旋转阀片38上的阀开口36对准或者不与之对准。阀片38可以具有与歧管组件28的后表面34大致平行的前表面从而抵靠配合在后表面34，并且阀片38提供面向前方的平坦表面，该平坦表面可以相对于歧管28的后表面34旋转地滑动。以此方式，阀开口36可以相继地对准每个出口管道30及其对应阀座47，并且水可以被引导通过该特定出口管道30。此外，阀开口36可以位于出口管道30之间，从而阻挡水流通过任何出口管道30。

由于阀片38通过杆39附接到直径大致与阀片38直径相同的驱动齿轮40以在转动阀片38时提供增强的转矩，因此阀片38安装为围绕轴线32旋转。如本领域技术人员理解的那样，可以通过多个减速齿轮42将驱动齿轮40附接到直流电机44，从而使得直流电机在12伏或更低的名义电压下操作时可以生成足够转矩以使阀片38旋转。可以通过转换电机引出线上的极性使直流电机44沿着两个方向中的任一方向操作。理想的是，直流电机44为分马力电机，其在使用期间用低于25瓦特且优选地低于10瓦特的电力，在空闲状态下不使用电力。

可以将编码器43附接到与驱动齿轮40和阀片38连接的同一杆39，从而使用电导体45提供旋转位置信号，所述旋转位置信号指示阀片38相对歧管组件28的后表面34的绝对旋转位置。这些位置信号可以传递给装置控制器27(图1所示)，从而提供关于阀开口36旋转位置的反馈。以此方式，可以由装置控制器27以闭环形式操作电机44，从而使阀开口36可靠地在任一出口管道30和其对应阀座47之间移动。此外，当通过装置控制器27给电机44通电一段预定时间后，由编码器43检测到的阀片38的移动故障可被装置控制器27检测为错误，例如，进而关闭混合阀18的水流并且在控制面板29上提供错误警告。

参照图2和图3，阀片38的后表面可以包括向后延伸的凸轮销46，其平行于轴线32延伸并且围绕轴线32规则地间隔开，其角度间隔与出口管道30的角度间隔匹配但与其错开。

上游水止回阀50可以与入水口52连通；后者大体上附接到分流阀20的壳体54，并且连接到混合阀18，从而从其接受水流。混合阀18可以包括单独的热和冷螺线管阀18a和18，其与控制器27通信从而被控制器27控制。

在一个实施例中，止回阀50提供管56，其下端开启(如所图示的)并且其上端附近的侧壁端口55也开启。侧壁端口55之上的管56的上端被闭合并附接到直径大于管56直径的弹性塞58，在没有其他力作用在管56上的情况下，弹性塞58大体相对于歧管组件28密封住入水口52和阀片38后的壳体54内部之间的开口。可以通过以所示方向作用在管56上的重力，或通过流过入水口52的水流的力，使得塞58压靠在入水口52的底部上的开口，并在之后被水压保持在那个位置，从而引起密封。塞58可以被理解为以与一个水流方向对应的止回阀的方式工作。在密封位置上，从壳体内部阻挡水压。

现参照图4，如下文将详细描述的那样，当期望改变水流过的出口管道30时，可以通过控制器27关闭入水口52上游的混合阀18，并且可以按照箭头60所示逆时针方向旋转阀片38。当阀开口36未对准阀座47时，凸轮销46不与管56的下表面接合，这使得其以图3所示止回阀方式操作，从而阻止水流入分流阀20。该位置可用于阻止流过分流阀20的所有水流，止回阀50与混合阀18一起操作以提供对水流的冗余控制。

相反，当阀开口36对准阀座47时，凸轮销46接合管56的下表面，将管56向上推动以使塞58移离入水口52的开口，从而在打开混合阀18以引导水流过与出口管道30相关的其中一个阀座47时允许进水流进入壳体54。水流流过阀片38，之后流出与开口36对准的分流管道37。

现参照图5，在备选实施例中，当入水口52面向下时，止回阀50可以采用与图2、图3和图4的塞58起相似作用的浮力弹性塞58'，从而在从塞58'向上延伸的柄62上没有抗衡力时密封入水口52中的开口，阻止水流入壳体54。当按照箭头60旋转阀片38时，柄62设置为以与图3和图4相关描述类似的方式与销46相互作用，以打开止回阀50。图4和图5的止回阀50之间的主要差别在于：塞58抵靠住入水口52中开口的关闭由浮力而非重力辅助实现。

现参照图6，在一个实施例中，编码器43可以提供印刷电路板66，其具有围绕轴线32的圆形轨道68，从而在如上所述附接到齿轮40和阀片38的编码器杆39旋转时通过金属弹簧接触指状件70相互连接。以此方式，可以将电导体45上的电信号发送到装置控制器27(图1所示)，使得装置控制器27感测杆39的位置并控制电机44，从而推进开口36的位置并随后将该开口36停在与其中一个阀座47对准的正确位置上。如此形成的编码器43为绝对编码器，其根据杆39的旋转位置向装置控制器27提供唯一信号。这使得控制器27以闭环形式控制分流阀20的操作，这限制了电机为了寻找归位位置所需的不必要的循环，例如在暂时断电擦除控制器27的存储器时。

现参照图7，在备选实施例中，可以通过阀片38围绕轴线32旋转和在两个方向中的一个方向上沿着轴线32平移的双重动作提供阀片38和歧管组件28的后表面34之间的增进的密封。该平移使得阀片38在旋转之前被拉离歧管组件28的后表面34，从而减少摩擦，并且在旋转之后，阀片38被压靠到歧管组件28的后表面34，从而提供增进的密封。通过从阀片38向后延伸的带内螺纹的杆72和从齿轮40向前延伸的带对应外螺纹的杆74之间的螺纹接合，在使用单个直流电机44的同时提供了双重动作。在该实施例中，编码器43可以直接附接到齿轮40，从而感测齿轮40的位置(并且仅间接地感测阀片38的位置)，以实现增强的控制。

现参照图8，在该实施例中，阀片38的前表面可以提供弹性垫圈76，其随着阀片38向歧管组件28的后表面34的运动而受压，从而实现改进的密封。如所示，阀片38相对于后表面34位于密封位置，并且从阀片38后的入水口52进入的水通过与附图中不可见的出口管道30之一对准的开口36排出。

当期望将开口36移动到新出口管道30'时，齿轮40如箭头80所示向前旋转，这使得杆74和72之间发生螺旋螺纹接合，从而将阀片38和垫圈76拉离歧管组件28的后表面34，从而在没有太大滑动力的情况下允许两者相对运动。图9示出这种缩回。

如图10所示，箭头80所示沿着向前方向的连续向前旋转使得阀片38和垫圈76旋转，直到开口36对准横截面图中所描绘的出口管道30'。在该点，如装置控制器27所感测的，装置控制器27逆转直流电机44上的极性，从而提供箭头82所示电机方向的轻微逆转。之后，该逆转使得阀片38、垫圈76和歧管组件28的后表面34再次接合，从而允许水流过出口管道30'，但阻挡水流过其他出口管道30。通过撤回并随后旋转阀片38，低功率的直流电机可以成功地提供高水压切换。可以通过阀片38和其他元件之间的轻微摩擦接触或通过棘轮或其他本领域技术人员理解的机构，阻止直流电机44上极性逆转期间阀片38的逆向旋转(例如，箭头82的方向)。

应当理解，当开口36未对准任何出口管道30时，也可以执行该密封操作，从而大致密封分流阀20，阻止水流过任何出口管道30。

现参照图12，在向多个位置移动时，阀片38的上述运动可受到执行所存储的程序23的控制器27的控制。在流程框90所示程序中，控制器27首先关闭混合阀18上游的阀，从而移除对分流阀20的多个构件的压力。如流程框92所示，直流电机44和齿轮40的向前运动将阀片38从后表面34缩回。可以通过控制器27确定将功率施加到电机44上的时间，或使用编码器43进行反馈控制，来控制向前移动量。

按照流程框94，例如，由于杆74和72的螺纹长度有限，直流电机44和齿轮40的连续向前运动使得阀片38停止缩回，并且开始向控制器27期望的下一位置旋转。如流程框96所示，例如，当到达如监视编码器43的控制器27所确定的那个位置时，使直流电机44的方向逆转，从而使得阀片38压靠住后表面34，这将垫圈76压在阀片38与后表面34之间，从而提供强力密封。由于齿轮42提供的高度机械优势，，当不再向电机44施加电力时，该密封位置得以保持，这从本质上放大了未被供电的直流电机44的保持转矩。

在流程框98，如果阀片38的新位置使得开口36与其中一个出口管道30对准，则可以再次打开混合阀18，从而提供预定时间段或预定体积的期望水流。

现参照图13，在一个实施例中，入水口52可包括安装在杆组件102上的入水口52内的涡轮元件100，其使得水由此流入壳体54。涡轮元件100可以具有螺旋盘绕叶片104，从而使其随着水流过入口52而旋转，并且可以在涡轮元件100上安装磁体或类似特征106，从而允许通过如固定地附接到入水口52上的霍尔效应传感器108测量其旋转。以此方式，例如，可以测量流入分流阀20的水流速，并将其传送到控制器27，从而提供流入分配器或类似装置的受控水流，其中受控水流足以分配来自漂白剂隔室22、洗涤剂隔室24或软化剂隔室26的材料而不会造成不必要的水浪费。

以下权利要求中阐述了本发明的多种特征。应当理解，本发明不将其应用限制于本文阐述的结构细节和构件布置。本发明能够具有其它的实施例并且能以各种方式进行实施。上述各种变化和改变在本发明的范围内。还应当理解，本文公开和确定的发明延伸到从正文和/或附图提到的或明显看出的两个或多个单独特征的所有备选组合。所有的这些不同组合构成本发明的多个备选方面。本文描述的实施方式解释了用来实施本发明的最好方式，并且可以使本领域的其他技术人员使用本发明。