[發明專利]負荷不平衡預測方法及在設備中使用的裝置

無效

• 申請號: 01124324.4
• 申請日: 2001-06-25
• 公開（公告）號: CN1331411A
• 公開（公告）日: 2002-01-16
• 發明（設計）人: 羅薩里奧·錢奇米諾;布倫納·馬丁·夏普;熱拉爾德·C·斯滕德
• 申請（專利權）人: 惠爾普爾公司
• 主分類號: G01M1/16
• 分類號: G01M1/16;D06F33/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 張民華

本發明涉及用于預測設備中大量材料的不平衡狀態，更特別地，用于預測在設備的旋轉容器中大量材料不平衡狀態的方法和裝置。

各種設備，如自動洗衣機、自動干衣機、離心脫水機等，使用旋轉桶、籃或裝載大量材料的其他容器，這些材料可能或不能均勻分布在容器內。負荷不均勻分布或不平衡狀態，產生旋轉容器的質量中心與容器的幾何軸不一致的情況。這導致產生高負荷和容器劇烈振動。在設備中，這種劇烈振動可能造成設備在地板上或其他支撐面上移動的現象。這種現象既能發生在垂直軸旋轉容器和水平軸容器中，也可能發生在軸位于垂直與水平之間的設備中。

在現有的技術中采用了多種方法，試圖提供機械安排，以限制或減少可能發生的不平衡負荷，這些方法典型地包括向容器加入各種或者固定或者可移動的塊，這樣，旋轉容器的馬達需要額外的動力。

在現有技術中還公開了檢測負荷平衡的方法，例如，在如美國專利5?070565所公開的那樣，在洗衣機中使用倒相器驅動的馬達。該專利公開了檢查直流倒相器總線電流的波動，波動值超過預定水平表示負荷不平衡。如果檢測到負荷不平衡，那么洗衣機控制器要重新開始再分布循環，試著使衣服再次達到平衡。如果負荷還是不平衡，那么這種行為要嘗試預定次數，旋轉循環將中止。如果波動值在達到最多嘗試次數之前降到預定水平之下，旋轉循環就會開始。一旦旋轉循環啟動，旋轉循環的長度就根據任何遺留的負荷不平衡大小確定。旋轉速度和旋轉時間可根據檢測的負荷不平衡程度進行調整。

如果提供一種方法和裝置，其中，能在可能嚴重不平衡實際發生前預測到，以致采取適當的步驟來避免這種情況的有害影響，這會是一個進展。

本發明提供了在如自動洗衣機設備的以較低旋轉速度旋轉的旋轉裝置中，預測嚴重不平衡狀態的方法和裝置，這些旋轉裝置如旋轉籃、桶或其他可旋轉容器。該方法和裝置通過監測馬達電流信號進行預測。當估算到低速旋轉的不平衡量時，為了不平衡狀態變成問題之前，可以循環嘗試再分布的方法。如果不平衡狀態依舊不變，則旋轉速度可以適當地加以限制，或者可以中止循環，并且警告使用者。

馬達驅動旋轉部件，例如可旋轉容器中的不平衡負荷作用，轉換成馬達扭矩擺動，它與馬達定子電流成比例。而且，某些設備中增加的振動可引起無源部件，如懸掛系統中的能量損耗，造成平均馬達電流增加。在控制感應馬達(CIM)的情況中，通過直接測量倒相器的直流總線電流，估計定子電流。

在本發明中，以低速監測馬達扭矩擺動，在嚴重不平衡狀態發展成有問題的狀態之前就可預測其嚴重狀態。

為了得到有關負荷的信息，控制系統可向馬達發出特殊速度曲線指令。當在低速急劇加速時，如在約1秒內從60轉/分增加到100轉/分，在容器內存在嚴重不平衡會使容器碰撞外殼，造成馬達扭矩和電流的擾動(“撞擊”)。在實驗中觀察到了這種現象，這些擾動與容器中存在的不平衡負荷的量成比例，與設備在更高旋轉速度時極端不平衡振動行為有關。

可以這樣排列和選擇裝置，使得容器本身不會碰撞外殼，但是某些隨容器一起移動的部件應該優選地與某些相對于外殼不動的部件接合起來。在這種方式中，能夠監測和測量該容器相對于外殼的移動(不是旋轉)。因此，如這里所使用的，并包括在權利要求書中，容器碰撞外殼的概念試圖包括這樣容器組件與這樣外殼組件的接合。

較快的馬達頻率和較慢的撞擊頻率是電流信號的特征。更確切地，馬達電流有三個組分，其中兩個是諧波。第一個組分是標稱馬達電流。第二個組分是輸入馬達，以決定其基本速度的頻率。馬達試圖保持勻速時，隨著克服容器碰撞壁產生的回轉作用所需馬達扭矩的增加，馬達響應時由其產生了第三個組分。標稱馬達電流和馬達頻率進入馬達，它使馬達勻速運轉。當容器碰到外殼時，它試圖使容器慢下來，馬達增加扭矩，防止這種現象發生。得到的結果就是標稱馬達電流、馬達頻率和容器碰撞外殼所用的頻率的總和。為了提取不平衡信息，用分組平均值計算法，用計數法濾出馬達頻率。這樣做留下了撞擊頻率部分和標稱馬達電流。然后再濾出撞擊頻率，留下標稱馬達電流曲線。標稱馬達電流曲線與撞擊頻率曲線之差的積分，用來測量容器碰撞外殼時為保持勻速馬達所使用的能量。這叫做撞擊能量。為了確定是否應該繼續進行更高速度的旋轉循環，或者是否應該采取某個修正措施，撞擊能量應累積固定的時間，例如幾秒鐘，然后與臨界值相比。

圖1是本發明可能采用的自動洗衣機透視圖。

圖2是旋轉容器速度的圖示說明。

圖3是容器旋轉所需馬達電流的圖示說明

圖4是旋轉容器與外殼之間撞擊能量的確定方法的示意圖。

圖5是實施本發明的裝置示意圖。