[发明专利]设备中负荷不平衡的检测方法及其装置

说明书

本发明涉及用于检测设备中大量材料不平衡状态，更特别地，用于检测在设备的可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，使用装载大量材料的旋转桶、篮或其他容器，这些材料可能或不能均匀分布在容器内。负荷不均匀分布或失衡的状态，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的剧烈振动。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表面上移动的现象。这种现象既能发生在垂直轴的旋转容器和水平轴的容器中，也可能发生在轴位于垂直与水平之间的设备中。

在现有技术中采用了多种方法，试图提供机械排布，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不平衡的方法，例如，在如美国专利5 070565所公开的那样，在洗衣机中使用倒向器驱动马达。该专利公开了在直流倒相器总线电流中检查波动，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中的旋转装置中，检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电机电流信号进行检测。当以高速旋转检测严重不平衡状态时，旋转速度可能适应性地降低到安全水平，在这一水平，设备振动和机械应力都是可以承受的。可连续地检测设备系统，以致在如自动洗衣机、干衣机或离心脱水机之类的设备情况下，当水从织物中抽提时，负荷变得不那么重了，旋转速度能够逐渐地提高到所期望的水平。如果严重的不平衡状态依然持续，则旋转速度能够适应性地加以限制，或者中止循环，警告使用者。

马达驱动的旋转部件，例如可旋转容器，其不平衡负荷的作用，转化成马达扭矩摆动，它与马达定子电流成比例。而且，某些设备中增加的振动在无源部件，如在悬挂系统中引起能量损耗，造成平均电机电流增加。在控制感应马达(CM)的情况中，通过直接测量倒相器的直流总线电流，估算出定子电流。

在本发明中，当在一系列步骤中增加容器旋转速度时，监测马达扭矩摆动，严重的不平衡状态一旦发生，就可检测到。

为了得到有关负荷的信息，控制系统向马达发出分级速度曲线。通过计算马达定子电流的平均值，可监测使容器旋转的设备所需要的平均能量。在正常情况下，由于以下几种情况，电机电流增加：由于系统中速度分布、机械阻力造成的加速扭矩(即轴承磨擦力、粘性力等)或者由悬挂系统中的减震器造成的能量损耗(即存在严重不平衡状态时)。通过严格选择速度分布的加速度和使用自参考(self-referencing)技术，把系统中的惯性和机械阻力的作用减到最小是可能的。因此，可能的把马达平均电流与减震器的机械损耗、与负荷不平衡联系起来。在典型的旋转循环速度曲线中，能够识别几个区域，每个区域的特征是增加速度期间的速度斜面和保持速度不变的平台。为了避免屏蔽因加速扭矩和惯性(即负荷大小)所招致的不平衡负荷对电机电流的影响，应该严格地选择速度斜面。在这些区域的每一个区域开始，都动态地建立起电机电流的临界值。当电机电流超过这些临界值时，就会发生严重的负荷不平衡情况。为了使机械阻力的影响减到最小，在每个区域开始(前一速度平台终点)都达到电机电流基线。在这种情况下，不存在惯性造成的影响(速度恒定)，基线反映了系统中存在的机械阻力。电机电流的临界值作为基线以上的固定偏移(实验测定)确定下来。为了提高计算的精确度，在速度斜面中偏移较高(由于加速扭矩造成更高的电流)，在速度平台中偏移较低(没有加速，只有机械阻力)。然后，动态地产生一个与速度曲线密切匹配并说明系统机械阻力(基线)的临界值曲线是可能的。旋转速度曲线的斜面部分和平台部分分别确定其临界值。