负荷不平衡预测方法及在设备中使用的装置制造方法及图纸

为带有接收大量物品并绕轴旋转的容器的设备提供预测设备中负荷不平衡的方法及设备。安装和配置控制器，以便迅速加速容器旋转，测量容器与相对固定部件接合所用的能量，将该能量的量与预定值进行比较，如果该能量的量超过预定值，则送出表示不平衡状态的信号。使用如控制感应马达之类的电动机，可使容器旋转，控制器可用于测量马达引入的电流，通过电流的操纵，测量容器与设备的固定部件接合所用的能量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于预测设备中大量材料的不平衡状态，更特别地，用于预测在设备的旋转容器中大量材料不平衡状态的方法和装置。各种设备，如自动洗衣机、自动干衣机、离心脱水机等，使用旋转桶、篮或装载大量材料的其他容器，这些材料可能或不能均匀分布在容器内。负荷不均匀分布或不平衡状态，产生旋转容器的质量中心与容器的几何轴不一致的情况。这导致产生高负荷和容器剧烈振动。在设备中，这种剧烈振动可能造成设备在地板上或其他支撑面上移动的现象。这种现象既能发生在垂直轴旋转容器和水平轴容器中，也可能发生在轴位于垂直与水平之间的设备中。在现有的技术中采用了多种方法，试图提供机械安排，以限制或减少可能发生的不平衡负荷，这些方法典型地包括向容器加入各种或者固定或者可移动的块，这样，旋转容器的马达需要额外的动力。在现有技术中还公开了检测负荷平衡的方法，例如，在如美国专利5 070565所公开的那样，在洗衣机中使用倒相器驱动的马达。该专利公开了检查直流倒相器总线电流的波动，波动值超过预定水平表示负荷不平衡。如果检测到负荷不平衡，那么洗衣机控制器要重新开始再分布循环，试着使衣服再次达到平衡。如果负荷还是不平衡，那么这种行为要尝试预定次数，旋转循环将中止。如果波动值在达到最多尝试次数之前降到预定水平之下，旋转循环就会开始。一旦旋转循环启动，旋转循环的长度就根据任何遗留的负荷不平衡大小确定。旋转速度和旋转时间可根据检测的负荷不平衡程度进行调整。如果提供一种方法和装置，其中，能在可能严重不平衡实际发生前预测到，以致采取适当的步骤来避免这种情况的有害影响，这会是一个进展。本专利技术提供了在如自动洗衣机设备的以较低旋转速度旋转的旋转装置中，预测严重不平衡状态的方法和装置，这些旋转装置如旋转篮、桶或其他可旋转容器。该方法和装置通过监测马达电流信号进行预测。当估算到低速旋转的不平衡量时，为了不平衡状态变成问题之前，可以循环尝试再分布的方法。如果不平衡状态依旧不变，则旋转速度可以适当地加以限制，或者可以中止循环，并且警告使用者。马达驱动旋转部件，例如可旋转容器中的不平衡负荷作用，转换成马达扭矩摆动，它与马达定子电流成比例。而且，某些设备中增加的振动可引起无源部件，如悬挂系统中的能量损耗，造成平均马达电流增加。在控制感应马达(CIM)的情况中，通过直接测量倒相器的直流总线电流，估计定子电流。在本专利技术中，以低速监测马达扭矩摆动，在严重不平衡状态发展成有问题的状态之前就可预测其严重状态。为了得到有关负荷的信息，控制系统可向马达发出特殊速度曲线指令。当在低速急剧加速时，如在约1秒内从60转/分增加到100转/分，在容器内存在严重不平衡会使容器碰撞外壳，造成马达扭矩和电流的扰动(“撞击”)。在实验中观察到了这种现象，这些扰动与容器中存在的不平衡负荷的量成比例，与设备在更高旋转速度时极端不平衡振动行为有关。可以这样排列和选择装置，使得容器本身不会碰撞外壳，但是某些随容器一起移动的部件应该优选地与某些相对于外壳不动的部件接合起来。在这种方式中，能够监测和测量该容器相对于外壳的移动(不是旋转)。因此，如这里所使用的，并包括在权利要求书中，容器碰撞外壳的概念试图包括这样容器组件与这样外壳组件的接合。较快的马达频率和较慢的撞击频率是电流信号的特征。更确切地，马达电流有三个组分，其中两个是谐波。第一个组分是标称马达电流。第二个组分是输入马达，以决定其基本速度的频率。马达试图保持匀速时，随着克服容器碰撞壁产生的回转作用所需马达扭矩的增加，马达响应时由其产生了第三个组分。标称马达电流和马达频率进入马达，它使马达匀速运转。当容器碰到外壳时，它试图使容器慢下来，马达增加扭矩，防止这种现象发生。得到的结果就是标称马达电流、马达频率和容器碰撞外壳所用的频率的总和。为了提取不平衡信息，用分组平均值计算法，用计数法滤出马达频率。这样做留下了撞击频率部分和标称马达电流。然后再滤出撞击频率，留下标称马达电流曲线。标称马达电流曲线与撞击频率曲线之差的积分，用来测量容器碰撞外壳时为保持匀速马达所使用的能量。这叫做撞击能量。为了确定是否应该继续进行更高速度的旋转循环，或者是否应该采取某个修正措施，撞击能量应累积固定的时间，例如几秒钟，然后与临界值相比。附图说明图1是本专利技术可能采用的自动洗衣机透视图。图2是旋转容器速度的图示说明。图3是容器旋转所需马达电流的图示说明图4是旋转容器与外壳之间撞击能量的确定方法的示意图。图5是实施本专利技术的装置示意图。本专利技术涉及测量旋转容器非平衡状态的方法和装置，并且其方法和装置在各种各样的设备中有适用性，材料放置于该设备的旋转容器中，这些材料在容器内可能会不平衡分布。为了用优选实施方案解释本专利技术，确定自动洗衣机为本专利技术使用的设备。应该理解，正如所说明的，本专利技术不仅能应用在垂直轴洗衣机中，而且还能应用于水平或倾斜轴洗衣机、干衣机、离心提取器和分离器，以及其他设备和装置，在这些设备和装置中，可旋转容器装有材料，而这些材料易于以不平衡状态放置。在图1中20为自动洗衣机，即一台具有预先设定的连续控制装置的机器，用于通过预先选择的自动洗涤、漂洗和干燥操作的程序来操作洗衣机，用该装置具体实施本专利技术。机器20包括带有垂直板24的框架22，垂直板24构成了洗衣机20外壳25侧板24a、顶板24b、前面板24c和后面板24d。以通常的方法，装上带合页的盖26，提供了通往洗衣机20内部或处理区27的入口。洗衣机20有一个控制台28，它包括计时器标度盘30或其他计时装置，温度选择器32以及循环选择器33和其他所要求的选择器。在这里举例说明机器20内部，装有一个无孔液体装载桶，在它内部有一个带孔或洞35的旋转清洗篮36，而泵38在桶34下面。旋转篮36限定了清洗室，它包括由基本平的底部向上延伸的内壁表面。马达100通过动力传送装置与篮36有效相连，使篮36相对于固定的桶34旋转。外壳25内部所有部件都由支柱39支撑，还可装有各种无源部件，如减震器或弹簧，来吸收篮和桶相对于洗衣机20框架和外壳的震动和移动。篮36包括容器，如织物之类的物品可以放入其中。在操作如自动洗衣机之类的设备时，为了从衣物中抽取水或其他洗涤液体，清洗篮36以较高速度旋转。如果衣物没有在清洗篮中均匀分布，就会出现不平衡状态，这将造成旋转篮围绕着旋转轴摆动。因此，篮会在垂直于旋转轴的方向上有一些移动。取决于不平衡的程度和旋转速度，摆动可以较小，或者可以大到足以真正造成篮36(和桶34)与清洗室25接合，或与设备的某些其他相对固定的部件接合。以这种方式进行连续操作可能对洗衣机造成严重损害，可能造成整部设备从其固定位置移动，这可能造成在该设备附近的其他损害或可能危险情况。不平衡负荷的作用还造成马达扭矩摆动，它与马达定子电流成比例。还有，增加的震动造成悬挂系统中无源部件的能量损耗，反过来造成平均马达电流增加。在如控制感应马达之类的马达中，通过直接测量倒相器直流总线电流来估计定子电流。本专利技术还提供了一种在发生严重不平衡状态之前，预测不平衡状态的方法和装置。如前所述，典型地，当旋转速度增加时，不平衡状态变得更加严重。但是，为了预测不平衡状态，当旋转容器以较低速度，如60转/分钟绕轴旋转时，旋转容器急剧升降或迅速加速，加速度升得略本文档来自技高网...

【技术保护点】
在带有相对固定部件和用于装大量物品的旋转容器中，一种方法包括：所述大量物品装入所述容器中；绕着轴旋转所述容器；迅速加速所述容器的所述旋转；测量能量的量，该量是在所述迅速加速之后所述容器与所述相对固定部件接合所用的量；所述 能量的量与预定值的比较；和如果所述能量的量超过所述预定值，那么送出表示不平衡状态的信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗萨里奥钱奇米诺，布伦纳马丁夏普，热拉尔德C斯滕德，
申请(专利权)人：惠尔普尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]