[发明专利]负荷不平衡预测方法及在设备中使用的装置

说明书

本发明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。

本发明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。

在本发明中，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。

图1是本发明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是实施本发明的装置示意图。