СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ВЛАЖНОГО БЕЛЬЯ В БАРАБАНЕ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК D06F35/00 D06F33/02 

Изобретение касается способа определения массы влажного белья в бельевом барабане стиральной машины, приводимом в движение посредством универсального двигателя с регулируемым числом оборотов, с привлечением регулируемых параметров.

Такого рода способ известен из европейской патентной заявки N 410 827 30.01.91. Этим способом массу белья определяют во время фазы разгона, которая проходит с постоянным ускорением. В этой фазе измеряют фазовый угол и величину питающего напряжения, и с учетом констант двигателя и режима ускорения пустого барабана используют их при расчете инерции массы белья. Так как размеры барабана и ускорение известны, то из рассчитанной инерции массы можно определить саму массу.

Поскольку белье во время процесса разгона в барабане еще активно разбрасывается, пока не распределится в виде прочного кольца по внутренней стороне поверхности барабана, стабилизировать ускорение по фазам чрезвычайно трудно. Поэтому отклонения ускорения от заданной величины не исключены.

Равномерное кольцо белья иногда не может образоваться, так как, например, более крупное белье, содержащееся в партии, не поддается однородному распределению в кольце белья, поскольку его центр тяжести частично располагается чересчур близко к оси барабана и необходимая центробежная сила не действует на него. В таких случаях измерение фазового угла питающего напряжения оказывается неточным, поскольку даже минимальные отклонения в числе оборотов барабана в фазе разгона вызывают большие неточности.

Кроме того, для измерения величины питающего напряжения и фазового угла нужно специальное оборудование, которое не требуется непосредственно для регулирования числа оборотов универсального двигателя.

Задачей изобретения является повышение точности вышеописанного способа и упрощение его осуществления за счет отказа от дополнительных узлов.

Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что перед и/или в течение программы отжима барабан стиральной машины приводят во вращение на участке измерения массы в три фазы, причем первая фаза состоит в медленном увеличении числа оборотов до некоторой конечной величины, которая лежит выше числа оборотов, при котором белье прилегает к поверхности барабана, и которая приближается, но не доходит до резонансного числа оборотов системы привода; во второй фазе число оборотов доводится до постоянного заданного числа, равного конечному числу оборотов платформы, а в третьей фазе отключенный от привода барабан замедляется до минимального числа оборотов, которое еще достаточно высоко, чтобы ранее образованное кольцо белья на барабане не опало или опала лишь его незначительная часть, а также за счет того, что измеряется промежуток времени с момента отключения привода до момента достижения минимального числа оборотов, который и является критерием для определения массы белья.

При числе оборотов, ниже резонансного числа оборотов системы привода, при котором инициированное несбалансированным барабаном отклонение имеет частоты ниже резонансной частоты подвешенной с возможностью колебания системы привода, барабан работает еще сравнительно спокойно и с минимальными отклонениями.

Поскольку белье в период медленного нарастания скорости вращения в фазе разгона в общем-то в известной мере равномерно распределяется по внутренней поверхности барабана, то в течение второй фазы возникает возможность по колебанию числа оборотов определить предельно допустимое неравномерное распределение белья и на основании определения среднего угла начала фазы регулируемого напряжения двигателя судить о типичной для данной машины работе деформации приводного ремня, трении в подшипниках и, при необходимости, о потерях на трение в амортизаторе при неравномерном распределении белья. Знание этих величин имеет значение для оценки промежутка времени от момента отключения привода до момента достижения минимального числа оборотов в течение третьей фазы для определения массы белья.

В предпочтительном варианте способа в течение второй фазы определяется средняя мощность приводного двигателя, являющаяся критерием для определения тормозного момента барабана, который учитывается как переменная при определении массы. Как показано выше, тормозной момент может возникать на барабане за счет работы деформации приводного ремня, трения в подшипниках и потерь на трение в амортизаторах.

Последний параметр является заслуживающей внимание величиной тогда, когда барабан работает несбалансированно и созданное этим отклонение вызывает противодействие в амортизаторах.

Следующий предпочтительный вариант способа по изобретению состоит - при использовании постоянного сетевого напряжения - в том, что для определения мощности приводного двигателя определяется средний угол начала фазы его устройства регулирования числа оборотов. При пренебрежении незначительными колебаниями напряжения в сети определение среднего угла начала фазы гарантирует достаточное точное определение мощности приводного двигателя.

На основании этого определения мощности можно опять же сделать заключение о тормозном моменте барабана. Для этого не требуется никаких дополнительных узлов, так как значение угла начала фазы устройства регулирования числа оборотов и так уже определено.

Если принять, что напряжение в сети непостоянно, то для учета этого условия следующий предпочтительный вариант способа по изобретению предусматривает наряду с определением угла начала фаз дополнительное измерение сетевого напряжения, при этом результаты этих измерений учитываются при определении тормозного момента как поправки. В результате происходит еще одно определение тормозного момента и с большей точностью. Дополнительные затраты малы и состоят лишь в установке дополнительного потенциометра в плате устройства регулирования числа оборотов и обычно имеющегося в микропроцессоре аналого-цифрового преобразователя.

Если же согласно предпочтительному варианту способа по изобретению во время осуществления программы отжима провести по меньшей мере еще одно измерение массы, то по результатам отдельных измерений массы можно обнаружить прогресс в осуществлении программы отжима.

В следующем варианте способа по изобретению следующее определенное значение массы сопоставляется со значением массы сухого белья, уже полученным перед процессом стирки или в начале его, с целью определения эффективности отжима в форме значения остаточной влажности. В зависимости от данных этого сравнения процесс отжима может быть закончен. Особое преимущество данного факта, в частности, состоит в том, что до сих пор при стирке белья, прежде всего белья с различной впитывающей способностью, не существовало возможности предусмотреть эффект программы отжима как критерий окончания стирки.

Для случая, когда в начале предшествующего процесса стирки не была определена масса, остаточная влажность может быть тем не менее успешно определена из сопоставления значения последующего определения массы со значением предыдущего определения массы, и при использовании значения, полученного при определении впитывающей способности белья перед началом или в начале процесса стирки, делается заключение об остаточной влажности, присутствующей при последующем определении массы.

Так как в современных стиральных машинах в начале стирки производят прямое или косвенное определение впитывающей способности белья, на чем основывается автоматический забор воды, то результаты этого определения могут служить в качестве критерия для нахождения остаточной влажности по результату определения массы влажного белья.

Ниже изобретение поясняется на примере исполнения способа по изобретению, представленного на диаграмме, изображенной на чертеже.

Диаграмма показывает график изменения скорости вращения барабана, используемой в начале процесса отжима. На диаграмме число оборотов показано в зависимости от времени. Барабан стиральной машины медленно ускоряется от нерабочего момента до момента времени t₀ и достигает конечного числа оборотов. Это число оборотов n₁ лежит выше начального числа оборотов n_A, при котором находящееся в барабане белье прилегает к внутренней поверхности барабана и в большинстве своем распределяется таким образом, что равномерно занимает всю поверхность бельевого барабана.

В результате несбалансированность барабана остается внутри допустимых предельных значений. Эти допустимые предельные значения могут контролироваться в течение фазы разгона A до момента времени t₀ посредством наблюдения за равномерностью нарастания скорости, осуществляемого по тахометрическому сигналу или по регулируемой величине угла начала фазы устройства регулирования приводного двигателя. Если допустимые значения будут превышены, то фаза разгона A может быть сразу прервана и начата заново.

Конечное число оборотов n₁ находится ниже резонансного числа оборотов n_R, которое определяется системой подпружиненного и демпфированного подвесного агрегата, содержащего щелочной раствор. Колебательная система всегда имеет резонансную частоту, с которой в данном случае колебался бы агрегат, содержащий щелочной раствор, если бы барабан стиральной машины был загружен несбалансированно и приводился бы во вращение с угловой скоростью, соответствующей резонансу.

В этом случае амплитуды колебания достигли бы максимального значения, при котором стали бы невозможными достаточно точные измерения тормозного момента бельевого барабана.

К моменту времени t₀ привод бельевого барабана запитан таким напряжением, которое соответствует заданному постоянному количеству оборотов n₁. В течение второй фазы B до момента времени t₁ посредством наблюдения за средним углом начала фаз устройства регулирования числа оборотов можно определить мощность, которую передает приводной двигатель на бельевой барабан.

Эта мощность может, правда, восприниматься постоянной внутри определенных границ и заранее быть учтена при дальнейшем определении массы белья в третьей фазе C. Для повышения точности определения массы целесообразно определять тормозной момент бельевого барабана во второй фазе B по входной мощности приводного двигателя, чтобы этот тормозной момент использовать в качестве переменной расчетной величины при определении массы белья в третьей фазе C.

Причиной возникновения тормозных моментов на бельевом барабане может быть трение в подшипниках, а также деформация приводных ремней. При номинальной величине отклонения агрегата с емкостью для щелочного раствора из-за неравномерного распределения белья внутри барабана стиральной машины, вызывающего его дисбаланс, возникает торможение барабана, так как в результате отклонения энергия поглощается амортизирующими элементами агрегата с емкостью для щелочного раствора.

Все эти воздействующие на бельевой барабан тормозные моменты фиксируются суммарно с помощью наблюдения за углом начала фазы устройства регулирования числа оборотов и сводятся к средней величине, которая учитывается при определении массы белья в третьей фазе C.

Третья фаза C начинается с момента времени t₁ и заканчивается в момент времени t₂. К моменту времени t₁ приводной двигатель отключается. Для бельевого барабана сразу же начинается фаза постепенной остановки, в течение которой его число оборотов уменьшается к моменту времени t₂ до величины n₂.

Скорость вращения n₂ еще достаточно велика, чтобы белье держалось на внутренней поверхности барабана сплошным кольцом или только начало опадать. Промежуток времени T_C между моментами времени t₁ и t₂ в течение фазы постепенной остановки C измеряется и вместе с полученным ранее значением тормозного момента может использоваться для расчета количества белья (массы), содержащегося в бельевом барабане.

Момент времени t₁ в случае неравномерно распределенного белья должен быть выбран таким образом, чтобы центр тяжести несбалансированной массы имел одну и ту же позицию угла поворота. Момент времени t₁ может быть особенно легко определен в какой-то фиксированной точке за счет того, что отключение всегда будет происходить в момент экстремального значения колеблющейся угловой скорости (минимума или максимума) или всегда в момент прохода через заданное число оборотов в одном и то же направлении.

Если число оборотов останавливающегося барабана достигнет нижней границы скорости вращения n₂, то снова включится двигатель, и начнется процесс отжима.

При этом измеряется промежуток времени T_C между моментом выключения t₁ и моментом повторного включения t₂. Используя заранее определенную или определенную в течение предшествующей фазы B величину тормозного момента барабана, по продолжительности отрезка времени T_C путем расчета момента инерции партии белья определяют массу белья.

Для повышения точности расчета массы партии белья в течение фазы В можно более точно определить переданную мощность приводного двигателя по углу начала фазы. Сначала для описанного определения мощности допускалось наличие постоянного рабочего напряжения. Однако выяснилось, что рабочее напряжение может значительно колебаться от процесса к процессу. Однако с помощью другого варианта исполнения способа по изобретению можно в течение фазы B более точно рассчитать входную мощность приводного двигателя с учетом колебаний напряжения.

Для этого требуется устройство для определения величины рабочего напряжения, которое, например, представлено в форме делителя напряжения, который установлен перед определенным входом микропроцессора, необходимого для определения массы.

Преимущество способа по изобретению заключается также в возможности оценки, сохранившейся в партии белья остаточной влажности. Для этой цели можно еще раз использовать настоящий способ по изобретению во время процесса отжима и/или в конце этого процесса и сравнить полученные данные с предыдущими.

Для определения остаточной влажности в процессе отжима могут использоваться результаты, на основании которых происходит управление процессом отжима, например, после достижения заранее определенного значения остаточной влажности процесс отжима прекращается. И, наоборот, значение остаточной влажности, определенное в конце происшедшего процесса отжима, может быть представлено в форме непосредственного указания или рекомендации для дальнейшей обработки партии белья.

Способ по изобретению обладает множеством преимуществ по сравнению с уровнем техники. Его можно легко реализовать без использования дополнительных конструктивных элементов. Результаты определенной массы позволяют во время процесса отжима получить более точное представление о дисбалансе, о котором можно судить по колебанию числа оборотов.

На основании этих данных можно принять более точное решение в части того, следует ли прервать текущий процесс отжима и/или повторить его.

Определение массы белья с помощью способа по изобретению не зависит от допускаемых отклонений, которые являются следствием воздействия устройств, входящих в комплектацию стиральной машины, на уровень воды, давление воды, величину притока, диапазон колебаний агрегата, содержащего емкость со щелочным раствором, скорость откачивания воды и продолжительность различных периодов процесса. Определение массы можно повторить в любое время до и/или во время процесса отжима, в результате чего может иметь место самое разностороннее применение результатов, получаемых в процессе реализации данного способа.

Перед и/или в течение программы отжима барабан стиральной машины приводят во вращение на участке измерения массы белья в три фазы. Первая фаза характеризуется медленным увеличением числа оборотов до некоторой конечной величины n₁, которая лежит выше числа оборотов, при котором белье прилегает к поверхности барабана, и которая приближается, но не доходит до резонансного числа оборотов системы привода. Вторая фаза имеет постоянное заданное число оборотов, равное конечному числу оборотов n₁ платформы. В третьей фазе отключенный от привода барабан замедляется до минимального числа оборотов n₂, которое еще достаточно высоко, чтобы кольцо белья на барабане не опало или опала лишь его незначительная часть. Замеряется промежуток времени с момента отключения привода до момента достижения минимального числа оборотов n₁ и этот промежуток является критерием для определения массы белья. Для проведения контроля за результатами отжима имеется возможность измерения остаточной влажности. Реализация данного способа обеспечит повышение точности определения массы влажного белья в барабане стиральной машины. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения массы влажного белья в барабане стиральной машины, приводимом в движение посредством универсального двигателя с регулируемым числом оборотов, с помощью использования регулируемых параметров, отличающийся тем, что перед и/или в течение программы отжима барабан стиральной машины приводят во вращение на участке измерения массы (М) в три фазы A, B и C, при этом первая фаза A состоит в медленном увеличении числа оборотов до некоторой конечной величины n₁, которая лежит выше числа оборотов n_A, при котором белье прилегает к поверхности барабана, и которая приближается, но не доходят до резонансного числа n_R оборотов системы привода, во второй фазе B число оборотов доводят до постоянного заданного числа, равного конечному числу оборотов n₁ платформы, а в третьей фазе C отключенный от привода барабан замедляют до минимального числа оборотов n₂, которое еще достаточно высоко, чтобы ранее образованное кольцо белья на барабане не опало или опала лишь его незначительная часть, при этом измеряют промежуток (Т_C) с момента t₁ отключения привода до момента t₂ достижения минимального числа оборотов n₂, являющийся критерием для определения массы белья. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение второй фазы B определяют среднюю мощность приводного двигателя как критерий тормозного момента барабана, который используют при определении массы как переменную. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что постоянном сетевом напряжении для определения мощности приводного двигателя определяют средний угол начала фазы его устройства регулирования числа оборотов. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при непостоянном сетевом напряжении для определения мощности приводного двигателя определяют средний угол начала фазы его устройства регулирования числа оборотов и одновременно дополнительно измеряют напряжение в сети, которое учитывают при определении тормозного момента как поправку. 5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что во время программы отжима осуществляют по меньшей мере еще одно определение массы. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что значение массы, полученное при последующем определении ее, сопоставляют со значением массы сухого белья, полученным в результате ее определения до или в начале предшествующего процесса стирки, и оценивают достигнутый эффект отжима по значению остаточной влажности. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что значение массы, полученное при последующем определении ее, сопоставляют со значением массы, полученным в результате ее предшествующего определения, и, используя величину, полученную при определении впитывающей способности белья, проведенном до начала или в начале предшествующего процесса стирки, делают вывод о наличии остаточной влажности при проведении следующего определения массы.