Устройство автоматической балансировки
Изобретение направлено на устройство автоматической балансировки, предназначенное для уравновешивания несбалансированной массы вращающегося тела. Устройство (50) автоматической балансировки содержит камеру (56), имеющую внешнюю стенку (54) и ось (18), первую и вторую уравновешивающие массы (80а, 80b), свобода движения которых ограничена круговой траекторией вокруг оси (18) и внутри камеры (56), и вязкую жидкость (60), расположенную в камере (56), которая обеспечивает вязкую связь между внешней стенкой (54) камеры (56)и каждой из уравновешивающих масс (80а, 80b). Уравновешивающие массы (80а, 80b) выполнены и/или расположены так, что при использовании первая уравновешивающая масса (80а) опережает вторую уравновешивающую массу (80b). Средство (94а, 94b) ограничения установлено так, что оно предотвращает опережение первой уравновешивающей массой (80а) второй уравновешивающей массы (80b) более чем, по существу, на 180° при использовании устройства. Достигается минимизация степени отклонения вращающегося тела от оси на критической скорости. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству автоматической балансировки, предназначенному для уравновешивания несбалансированной массы вращающегося тела. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к устройству автоматической балансировки, предназначенному для использования в стиральных машинах и для уравновешивания несбалансированных масс в стиральной машине во время цикла отжима.
Уровень техники
Устройства автоматической балансировки, предназначенные для уравновешивания несбалансированных масс, известны во множестве различных вариантов применения. Однако самая сложная ситуация с несбалансированной массой возникает, когда положение и размер несбалансированной массы одновременно являются непредсказуемыми, и при этом изменяется скорость вращения, как в случае стиральной машины. Множество различных автоматических устройств балансировки были предложены и используются в стиральных машинах, и многие из них являются эффективными для уравновешивания несбалансированных масс при скоростях выше критической скорости, (то есть скорости резонанса системы). Примеры устройств автоматической балансировки такого типа представлены в публикациях GB1, 035, 033; GB1, 092,188; WO 93/23687; WO 95/32372; US 5,813,253; US 5,862,553; DE 1912481. Во всех устройствах, раскрытых в этих документах, используется явление, благодаря которому на скоростях выше критической скорости свободно вращающиеся балансирующие массы автоматически устанавливаются в положения, в которых обеспечивается уравновешивание несбалансированных масс. Однако в некоторых из вышеуказанных документов признается, что при скоростях ниже критической скорости свободно вращающиеся массы противовеса действуют так, что они усиливают отклонение вращающегося тела от оси из-за наличия несбалансированной массы. В этих случаях предложено фиксировать массы противовеса в определенном положении по отношению к камере, в которой они установлены, при вращении тела со скоростью ниже критической скорости. Как описано в US 5,813,253, ролик установлен в выемке для предотвращения выхода балансирующих масс из угловой траектории, по которой они движутся. Ролик выходит из выемки, когда скорость тела превышает критическую скорость. В GB 1,092,188, уравновешивающие массы установлены на шарнирах с возможностью поворота вокруг оси, с фиксирующими элементами, установленными для фиксации масс в фиксированном положении по отношению к камере, в которой они находятся, при скорости вращения ниже критической. Средство фиксации освобождается при скорости выше критической. В этом документе известного уровня техники также предусмотрена возможность совместного фиксирования уравновешивающих элементов, и при этом они имеют нулевой суммарный эффект несбалансированности до тех пор, пока не будет превышена критическая скорость.
Известные механизмы, с помощью которых уравновешивающие массы могут быть зафиксированы в определенном положении, в котором они имеют нулевой суммарный эффект несбалансированности, обычно являются сложными и дорогостоящими при производстве. Они подвержены повреждениям из-за движения уравновешивающих масс, которое иногда может быть достаточно интенсивным. Однако в компоновках, в которых не предусмотрена фиксация уравновешивающих масс, ускорение барабана стиральной машины от скорости ниже критической скорости до скорости выше критической скорости может привести к чрезвычайно большому отклонению от центра вращения, в частности, на критической скорости.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на устройство автоматической балансировки, предназначенное для уравновешивания несбалансированной массы во вращающемся теле, в котором при разгоне с переходом через критическую скорость величина отклонения от оси вращения тела минимизируется. Кроме того, настоящее изобретение направлено на устройство автоматической балансировки, которое является экономным при производстве и в меньшей степени подвержено повреждениям, чем известные компоновки. Настоящее изобретение также направлено на способ работы стиральной машины, в которой вращение барабана может быть ускорено при переходе через критическую скорость с минимальным отклонением от оси вращения.
Настоящее изобретение направлено на устройство автоматической балансировки, предназначенное для уравновешивания несбалансированной массы во вращающемся теле, причем устройство автоматической балансировки содержит камеру, имеющую внешнюю стенку и ось, первую и вторую уравновешивающие массы, свобода движения которых ограничена круговой траекторией вокруг оси и внутри камеры, и вязкую жидкость, заполняющую камеру, для обеспечения вязкой связи между внешней стенкой камеры и каждой из уравновешивающих масс, при использовании устройства, отличающееся тем, что уравновешивающие массы выполнены и/или установлены так, что при их использовании первая уравновешивающая масса опережает вторую уравновешивающую массу, и при этом установлено средство ограничения, которое предотвращает отставание по фазе второй уравновешивающей массы от первой уравновешивающей массы более чем, по существу, на 180° при использовании устройства.
Предпочтительно первая уравновешивающая масса имеет меньший момент инерции, чем вторая уравновешивающая масса. Более предпочтительно вязкая связь между первой уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры выше, чем вязкая связь между второй уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры.
Заявленная компоновка оказалась эффективной для снижения величины отклонения вращающегося тела от оси вращения по сравнению с компоновками, в которых не используют уравновешивающее средство, по меньшей мере, при использовании в стиральной машине. Действительно, заявленная компоновка позволяет уменьшить степень максимального отклонения от оси вращения вращающегося барабана стиральной машины до уровня существенно ниже, чем достигается в настоящее время в коммерчески доступных стиральных машинах, в которых используют известные устройства балансировки. Уменьшение отклонения от оси, в частности, является важным, когда тело вращения проходит через критическую скорость, поскольку на этой скорости возникает наибольшее отклонение от оси вращения. Уменьшение отклонения от оси вращения, в частности, на критической скорости позволяет изготавливать стиральные машины и другие аналогичные устройства с барабанами больших размеров, поскольку при этом возможно в меньшей степени учитывать отклонение от оси вращения. При этом также требуется устанавливать меньший балласт.
Заявленная компоновка также является очень простой при производстве и надежной в работе. Вместо известных фиксирующих компоновок, описанных в представленных выше документах известного уровня техники, средство ограничения может быть выполнено в очень простой форме, в результате чего обеспечивается высокая надежность и более низкий уровень отказов, чем при использовании более сложных компоновок. Стоимость производства заявленной компоновки также ниже, чем стоимость компоновок известного уровня техники.
Считается что заявленная компоновка работает следующим образом. Когда вращающееся тело вращается со скоростью ниже критической, но достаточной для обеспечения вращения уравновешивающих масс в камере, уравновешивающие массы расходятся друг от друга, поскольку первая уравновешивающая масса опережает вторую уравновешивающую массу. По мере повышения скорости устройства расхождение масс увеличивается до тех пор, пока они не разойдутся на угол, близкий к 180°, при этом большее расхождение предотвращается с помощью средства ограничения. В этом положении, то есть когда массы разошлись приблизительно на 180°, они составляют незначительную массу несбалансированности или не составляют несбалансированность вообще в отношении вращающегося тела, и отклонение вращающегося тела от оси не увеличивается. Однако при этом отклонение вращающегося тела от оси приводит к тому, что массы сближаются друг с другом. Поскольку массы могут свободно перемещаться по отношению к камере (в пределах ограничений, накладываемых средством ограничения), они перемещаются по направлению друг к другу, обеспечивая таким образом частичную балансировку несбалансированной массы вращающегося тела. Такое движение масс влияет на фазу и степень отклонения вращающегося тела от оси, что, в свою очередь, снова приводит к дальнейшему перемещению масс. Следовательно, массы находятся в постоянном движении по отношению к камере, постоянно перемещаясь в положении, в котором несбалансированная масса является частично сбалансированной. Это приводит к снижению степени отклонения вращающегося тела от оси вращения.
Также считается, что по мере того, как скорость вращения вращающегося тела приближается к резонансу (критической скорости), уравновешивающие массы проявляют тенденцию перемещения в положение, в котором несбалансированная масса будет полностью сбалансирована. Таким образом, степень отклонения вращающегося тела от оси вращения уменьшается по мере того, как скорость вращающегося тела приближается к резонансу.
Настоящее изобретение также направлено на способ работы стиральной машины, содержащей барабан и включающей автоматическое устройство балансировки, описанное выше, содержащий следующие этапы:
(a) вращение барабана и устройства автоматической балансировки со скоростью ниже критической скорости стиральной машины, что обеспечивает возможность свободного вращения каждой из уравновешивающих масс вокруг оси;
(b) обеспечение возможности опережения первой уравновешивающей массой второй и любой другой уравновешивающей массы;
(c) предотвращение опережения первой уравновешивающей массы второй и любой другой уравновешивающей массы более чем, по существу, на 180°; и
(d) повышение скорости вращения барабана до скорости выше критической скорости стиральной машины.
Предпочтительно способ содержит следующие дополнительные этапы:
(e) детектирование изменений амплитуды отклонения барабана от оси вращения из-за наличия в нем несбалансированной нагрузки и уравновешивающих масс;
(f) детектирование минимальной амплитуды отклонения от оси вращения; и
(g) продолжение увеличения скорости вращения барабана до скорости выше критической скорости стиральной машины, при этом увеличение скорости начинают в момент, когда амплитуда отклонения минимальна или близка к минимальной.
Предпочтительно скорость вращения барабана повышают от скорости ниже критической скорости стиральной машины до скорости, превышающей критическую скорость стиральной машины с ускорением от 5 оборотов в минуту/с до 50 оборотов в минуту/с, более предпочтительно от 5 оборотов в минуту/с до 15 оборотов в минуту/с.
Считается, что величина ускорения барабана может влиять на величину снижения степени отклонения от оси вращения вращающегося тела. Было определено, что меньшая величина ускорения улучшает этот эффект. Считается, что это происходит из-за того, что при меньшем ускорении для уравновешивающих масс обеспечивается время, требуемое для адаптации к новым, преимущественным положениям, что позволяет минимизировать степень отклонения тела вращения от оси вращения при проходе через резонанс.
Другие предпочтительные свойства настоящего изобретения приведены в дополнительных пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны ниже только для примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фигуре 1 схематично показан вид сбоку стиральной машины, в которой установлено устройство автоматической балансировки в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фигуре 2 показан вид сбоку в разрезе устройства автоматической балансировки, представленного на фигуре 1;
на фигуре 3а показан вид сверху одной из уравновешивающих масс, формирующих часть устройства автоматической балансировки, показанного на фигуре 2;
на фигуре 3b показан вид в перспективе уравновешивающей массы по фигуре 3а с противоположной стороны;
на фигуре 4а представлено взаимодействие двух уравновешивающих масс такого типа, как показаны на фигурах 3а и 3b, при использовании их в устройстве автоматической балансировки, по фигуре 2, в первом положении;
на фигуре 4b представлено взаимодействие тех же двух уравновешивающих масс во втором положении;
на фигуре 5 схематично показан вид спереди устройства автоматической балансировки в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фигуре 6 показан вид в перспективе части, формирующей муфту, устройства по фигуре 5;
на фигуре 7 представлено положение и работа муфты по фигуре 6 по отношению к двум уравновешивающим массам, формирующим часть устройства, представленного на фигуре 5;
на фигуре 8а изображено расположение масс по фигуре 5 внутри камеры;
на фигуре 8b показана поверхность одной из масс по фигуре 5;
на фигуре 9 представлен третий вариант выполнения настоящего изобретения; и
на фигурах 10а, 10b и 10с изображены альтернативные уравновешивающие массы, пригодные для использования в вариантах выполнения, представленных на фигурах 1-9.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображена типичная среда, в которой используется и в которой требуется устройство автоматической балансировки. На фигуре 1 показана стиральная машина 10, содержащая внешний корпус 12 и бак 14 установленный внутри внешнего корпуса 12 с использованием системы пружин и амортизаторов 15. Перфорированный барабан 16 установлен внутри бака 14 с возможностью вращения вокруг оси 18. В данном варианте выполнения ось 18 проходит горизонтально, хотя это не существенно. Шарнирная дверца 20 расположена на передней стороне внешнего корпуса 12 таким образом, что когда дверца 20 находится в закрытом положении (как показано на чертеже), бак 14 герметично закрывается и не пропускает воду. Дверцу 20 можно открывать, что обеспечивает возможность помещать стираемые вещи внутрь барабана 16 перед началом выполнения цикла стирки стиральной машины 10. Между барабаном 16 и дверцей 20 также расположены гибкие уплотнители 22, что обеспечивает возможность умеренного движения барабана 16 по отношению к внешнему корпусу 12.
Барабан 16 установлен с возможностью вращения на валу 24, который установлен на кронштейне в стиральной машине 10 и приводится во вращение с помощью двигателя 26. Вал 24 проходит через бак 14 внутрь него для удержания барабана 16. Барабан 16 жестко закреплен на валу 24 и вращается вместе с ним вокруг оси 18. Следует понимать, что вал 24 проходит через стенку бака 14 таким образом, что он не приводит во вращение бак 14. Такая компоновка хорошо известна в данной области техники. Стиральная машина 10 также включает лоток 28 для мыла, предназначенный для подачи стирального средства, одну или несколько трубок 30 подвода воды, проходящих в барабан 14 через лоток 28 для мыла, и сливной шланг 32 для воды, соединенный с нижней частью бака 14.
Все свойства, которые были описаны выше в отношении стиральной машины 10, по сути являются известными и не формируют существенную часть настоящего изобретения. Обычные варианты любого из этих свойств поэтому могут быть включены в стиральную машину, которая позволяет использовать или применять устройство автоматической балансировки в соответствии с настоящим изобретением, если это требуется.
Настоящее изобретение относится к устройству автоматической балансировки, которое пригодно для использования в стиральной машине общего типа, описанной выше. В представленном варианте выполнения устройство 50 автоматической балансировки расположено на дальнем конце вала 24, внутри барабана 16 и рядом с задней его стенкой 16а. Однако устройство 50 автоматической балансировки описанного ниже типа также может быть расположено снаружи барабана 16, также рядом с его задней стенкой 16а, но на стороне, обращенной к баку 14. Также возможна установка устройства автоматической балансировки в других положениях на валу 24, например, между баком 14 и внешним корпусом 12, хотя такая компоновка не представляет собой предпочтительное положение.
Устройство 50 автоматической балансировки представлено на фигуре 2 в состоянии покоя. Устройство 50 автоматической балансировки содержит чашеобразную крышку 52, которая вместе с круглой пластиной 53, расположенной рядом с задней стеной 16а барабана 16, формирует внешнюю стенку 54, ограничивающую камеру 56. Крышка 52 жестко закреплена на круглой пластине 53 так, что камера 56 выполнена герметичной по причинам, которые будут описаны ниже. Средство соединения между крышкой 52 и круглой пластиной 53 не представляет собой материал настоящего изобретения. Если требуется, круглая пластина 53 может быть присоединена к тыловой стенке 16а барабана 16. Крышка 52 жестко закреплена на дальнем конце 24а вала 24 и может вращаться вместе с ним так, что когда вал 24 вращается с помощью двигателя 26 вокруг оси 18, крышка 52 также вращается вместе с ним. Вал 24 проходит через камеру 56 от круглой пластины 53 к крышке 52.
Две уравновешивающие массы 80а, 80b установлены с возможностью вращения на валу 24. Массы 80а, 80b установлены на валу 24 с помощью подшипников 58 так, что массы 80а, 80b могут свободно вращаться вокруг оси. На валу 24 установлено средство (не показано), предотвращающее осевое перемещение масс 80а, 80b вдоль вала 24, при этом их положение поддерживается по отношению друг к другу и по отношению к крышке 52. Камера 56 содержит некоторое количество масла 60 (или другой вязкой жидкости), которое имеет достаточный уровень для обеспечения частичного погружения в него уравновешивающих масс 80а, 80b, как показано на фигуре 2. В действительности предпочтительно, чтобы в камере 56 было достаточное количество масла 60 для обеспечения частичного погружения в него уравновешивающих масс 80а, 80b или, по меньшей мере, контакта их с маслом 60, когда устройство 50 автоматической балансировки вращается со скоростью, достаточно высокой для распределения масла 60 вокруг окружности камеры 56.
Уравновешивающие массы 80а, 80b идентичны друг другу. Конфигурация одной из масс 80а подробно показана на фигурах 3а и 3b. По существу, масса 80а содержит участок 82а диска, выполненный относительно тонким по глубине и круглым в плане. Участок 84а массы установлен на участке 82а диска и жестко закреплен на нем. На практике, если это необходимо, участок 84а массы может быть сформирован как единая деталь с участком 82а диска. В показанном варианте выполнения участок 84а массы располагается над областью участка 82а диска, составляющей приблизительно одну четверть диска, но степень наложения не является важной. Важно, чтобы форма участка массы обеспечивала возможность расположения центра тяжести массы 80а на достаточном расстоянии от центра участка 82а диска. Центральное отверстие 86а расположено в геометрическом центре участка 82а диска и проходит через оба участка 82а диска и участка 84а массы. Отверстие 86а имеет размеры, позволяющие устанавливать в него подшипники 58, с помощью которых массу 80а устанавливают на валу 24. Функция участка 84а массы состоит в обеспечении уравновешивающей массы 80а с эксцентрично расположенным центром тяжести, и достаточной, чтобы обеспечивать возможность использования массы 80а в качестве уравновешивающей массы для несбалансированной нагрузки, присутствующей в барабане 16 стиральной машины 10 во время ее работы.
Участок 84а массы ограничен кромкой или ступенькой 88а. Кромка или ступенька 88а содержит поверхность, которая проходит в общем перпендикулярно круглым сторонам участка 82а диска. Кромка или ступенька 88а включает две поверхности 90а, 92а упора, функция которых будет описана ниже.
На массе 80а установлена шпилька 94а, которая продолжается за пределы поверхности участка 82а диска, но не выходит за пределы поверхности участка 84а массы. Шпилька 94а продолжается за пределы поверхности участка 82а диска перпендикулярно по отношению к ней на величину, которая тем больше, чем меньшее расстояние между уравновешивающими массами 80а, 80b, как показано на фигуре 2. Однако расстояние, на которое продолжается шпилька 94а, не настолько велико, как наибольшее расстояние А между двумя массами 80а, 80b, в соответствии с ниже идущим описанием.
Уравновешивающая масса 80b идентична уравновешивающей массе 80а, описанной выше. Части уравновешивающей массы 80b будут описаны ниже с использованием номеров ссылки, назначенных соответствующим частям массы 80а, но с буквой "b" вместо буквы "а".
Компоновка уравновешивающих масс 80а, 80b в устройстве 50 автоматической балансировки показана на фигуре 2. Первая уравновешивающая масса 80а расположена слева, как показано на чертеже, и вторая уравновешивающая масса 80b расположена справа. Как было указано выше, расстояние между массами 80а, 80b в области, где части 84а, 84b масс перекрывают друг друга, меньше, чем расстояние, на которое шпилька 94b продолжается за пределы части 82b диска массы 80b. Однако расстояние между частями 82а, 82b диска больше, чем степень продолжения шпильки 94b от части 82b диска. Таким образом, возможность перемещения дальнего конца шпильки 92b ограничивается поверхностями 90а, 92а упора при проходе через участок 82а диска, а не через участок 84а массы. В каждом конце возможного пути перемещения одной шпильки 94b по отношению к массе 80а шпилька 94b входит в контакт с одной из двух поверхностей 90а, 92а упора другой массы 80а.
Положение в состоянии покоя двух масс 80а, 80b показано на фигуре 4а. Тот факт, что массы 80а, 80b являются идентичными, означает, что при отсутствии шпильки 94b массы 80а, 80b будут располагаться рядом друг с другом, совмещаясь друг с другом. Однако поскольку шпилька 94b не может располагаться рядом с частью 84а массы 80а, она упирается в поверхность 90а упора массы 80а. При этом массы 80а, 80b с состоянии покоя располагаются несколько несовмещенными, как показано на фигуре 4а. При этом можно видеть, что в компоновке, показанной на фигуре 2, шпилька 92а массы 80а фактически является избыточной.
При работе устройство 50 автоматической балансировки работает следующим образом. В результате вращения вала 24 барабан 16 начинает вращаться. Устройство 50 автоматической балансировки вращается вместе с валом 24 и барабаном 16 так, что вся внешняя стенка 54 камеры 56 вращается с относительно высокой скоростью. При этом предполагается, что скорость вращения барабана 16 и таким образом камеры 56 достаточна для создания центробежных сил, которые преодолевают силы тяжести и поддерживают нагрузку, помещенную внутри барабана, прижатой к его стенкам, но находится ниже критической скорости стиральной машины. При этом уравновешивающие массы 80а, 80b не находятся в положении, когда они выполняют функцию автоматического уравновешивания.
Однако вязкая связь, обеспечиваемая маслом 60, между внешней стенкой 54 и камерой 56 и уравновешивающими массами 80а, 80b приводит к тому, что уравновешивающие массы 80а, 80b начинают вращаться вокруг вала 24. Благодаря динамике системы массы 80а, 80b будут вращаться вокруг вала 24 с более низкой скоростью вращения, чем скорость вращения вала 24 и барабана 16. Благодаря форме масс 80а, 80b и, в частности, ввиду того факта, что существенная пропорция поверхности массы 80b, обращенной к торцу круглой пластины 53, расположена дальше от круглой пластины 53, чем вся поверхность массы 80а, обращенной к торцу крышки 52, вязкая связь между внешней стенкой 54 и массой 80а будет более сильной, чем вязкая связь между внешней стенкой 54 и массой 80b. Следовательно, масса 80а будет вращаться со скоростью, более близкой к скорости вращения барабана 16 и камеры 56, чем масса 80b. В результате этого масса 80а становится опережающей массой, и масса 80b будет следовать за ней. Кроме того, масса 80а будет вращаться вокруг вала 24 с более высокой угловой скоростью, чем масса 80b. При этом упор шпильки 94b в поверхность 90а упора ограничивает возможность сдвига фазы вращения массы 80а от массы 80b. В показанном варианте выполнения расположение шпильки 94b и поверхности 90а упора фактически будет обеспечивать то, что масса 80а будет всегда следовать за массой 80b.
По мере того, как барабан 16 и камера 56 вращаются вокруг вала 24 в направлении, показанном стрелкой В на фигуре 4b, отстающая масса 80b будет во все большей степени идти следом за опережающей массой 80а. Массы 80а, 80b при этом расходятся друг от друга, при этом масса 80а остается опережающей и масса 80b во все большей степени следует за ней. Однако когда угол расхождения массы 80b, следующей за массой 80а, приближается к 180° (см. фигуру 4b), шпилька 94b упирается в поверхность 90а упора, предотвращая таким образом сдвиг по фазе между массой 80b, следующей за массой 80а, больше чем 180°. В представленном варианте выполнения сдвиг фазы отставания массы 80b ограничен величиной, по крайней мере, меньшей, чем на 180°. Даже в этом случае комбинированный эффект уравновешивающих масс 80а, 80b на тело вращения в этом положении будет малым.
Было определено, что благодаря обеспечению возможности свободного вращения уравновешивающих масс 80а, 80b в пределах ограничений, описанных выше, максимальная степень отклонения от оси вращения барабана 16 может при ускорении барабана 16 поддерживаться минимальной, от скорости, описанной выше, через критическую скорость, до достаточно высокой скорости для отжима воды из загруженного в барабан 16 белья. Скорости вращения барабана в настоящее время обычно составляют 1400-1600 оборотов в минуту. Предпочтительно при поддержании ускорения барабана 16 на умеренном уровне: ускорение от приблизительно 5 до 50 оборотов в минуту за секунду обычно считается предпочтительным, и более предпочтительным ускорение от 5 до 15 оборотов в минуту за секунду. Следовательно, при работе скорость вращения барабана 16 повышается с ускорением от приблизительно 5 до 50 оборотов в минуту за секунду (предпочтительно от 5 до 15 оборотов в минуту за секунду) от относительно высокой скорости, указанной выше, до соответствующей скорости отжима (обычно 1400-1600 оборотов в минуту), без ограничения движения или какой-либо фиксации уравновешивающих масс 80а, 80b по отношению друг к другу, или по отношению к внешней стенке 54 камеры 56. Таким образом, степень отклонения барабана 16 до критической скорости уменьшается по сравнению с другими системами. Это позволяет обеспечить максимальные размеры барабана 16 для любого заданного размера стиральной машины и/или свести к минимуму риск повреждения при возникновении большой нагрузки в ходе отжима на высоких скоростях. На скоростях выше критической, как хорошо известно, массы 80а, 80b автоматически принимают положение, в котором они будут уравновешивать любую несбалансированность барабана 16.
В случае необходимости устройство 27 датчика (которое показано пунктиром на фигуре 1) может быть подключено к двигателю 26. Устройство 27 датчика определяет ток, потребляемый двигателем 26, и/или скорость вращения двигателя 26. Когда массы 80а, 80b занимают различные положения по отношению друг к другу и таким образом обеспечивают больший или меньший уравновешивающий эффект как по минимальному току, потребляемому двигателем 26, так по максимальной скорости вращения двигателя 26, с течением времени можно определять положения наибольшего уравновешивающего эффекта. В этих положениях степень отклонения барабана 16 от оси вращения будет минимальной для данной скорости. Считается предпочтительным определять такие периоды минимальной степени отклонения от оси вращения и начинать ускорение барабана 16 до требуемой скорости вращения в момент, когда степень отклонения от оси минимальна или близка к минимуму. Экспериментальные результаты показали, что начало ускорения в этот момент времени во многих случаях является предпочтительным.
В способе работы стиральной машины по фигуре 1, когда требуется обеспечить вращение барабана с достаточно высокой скоростью для удаления жидкости и полоскания белья во время отжима, барабан вначале вращается со скоростью, достаточной для того, чтобы загруженное белье прижалось к стенке барабана, но ниже критической скорости. Массы 80а, 80b при этом свободно вращаются вокруг вала 24, хотя зацепление шпильки 94b за поверхности упора 90а, 92а предотвращает ситуацию, когда масса 80b опережает массу 80а вообще, или возникает слишком большая фаза между массами, превышающая 180°. Разность вязкой связи между внешней стенкой 54 камеры 56 и каждой из масс 80а, 80b приводит к тому, что массы первоначально расходятся друг от друга. После этого массы 80а, 80b самостоятельно перераспределяются под влиянием различных сил и периодически принимают положения, в которых возникает максимальная и минимальная степень отклонения барабана 16 от оси вращения и вала 24. Если двигатель 26 соединен с устройством 27 датчика, как описано выше, отслеживаются скорость и/или ток, потребляемый двигателем 26, и определяется минимальное значение одной из характеристик. Барабан 16 затем ускоряют до требуемой скорости вращения. Это неизбежно приводит к проходу скорости вращения барабана через критическую скорость, при которой возникает наибольшая степень отклонения барабана 16 от оси вращения. Величина ускорения составляет от 5 до 15 оборотов в минуту за секунду, но может достигать 50 оборотов в минуту за секунду. Благодаря возможности свободного вращения масс 80а, 80b вокруг вала 24 вращения на этапе ускорения максимальная степень отклонения поддерживается на как можно более низком уровне. Кроме того, благодаря началу ускорения барабана 16 от более низкой скорости в момент, когда степень отклонения минимальна или близка к минимуму (что определяется с помощью датчика 27), степень отклонения барабана 16 от оси вращения на критической скорости будет минимальной. На скорости, превышающей критическую скорость, массы 80а, 80b, как известно, располагаются самостоятельно, обеспечивая противовес несбалансированной нагрузке внутри барабана 16 так, что при этом степень отклонения барабана 16 от оси вращения на скоростях, превышающих критическую скорость, существенно уменьшается и в некоторых случаях устраняется.
Поддержание максимальной степени отклонения барабана 16 от оси вращения на минимальном значении является предпочтительным, поскольку при этом требуется устанавливать в машину меньшее количество средств, поглощающих отклонение барабана от оси вращения, и таким образом размер барабана 16 может быть увеличен по сравнению с другими машинами. Кроме того, снижается риск повреждения из-за чрезмерной степени отклонения барабана 16.
Второй вариант выполнения настоящего изобретения представлен на фигурах 5, 6 и 7. На фигуре 5 показан вид спереди в разрезе устройства 150 автоматической балансировки, имеющего внешнюю стенку 154, ограничивающую цилиндрическую камеру 156. Вал 124, который вращается вокруг оси 118, проходит через камеру 156. Две уравновешивающие массы 180а, 180b установлены на валу 124 через подшипники 158 так, что они могут свободно вращаться вокруг вала 124. Уравновешивающие массы 180а, 180b имеют такую форму, которая увеличивается по ширине при удалении от вала 124. Как и при использовании масс 80а, 80b, представленных на фигурах 2, 3 и 4, в результате центр тяжести каждой из уравновешивающих масс 180а, 180b располагается дальше от оси 118.
Между уравновешивающими массами 180а, 180b установлена муфта 190, форма и размеры которой обеспечивают возможность ее установки и свободного вращения вокруг вала 124. Наружу от первой кольцевой стороны 192а муфты 190 продолжаются две шпильки 194а, расположенные напротив друг друга по диаметру. Одиночная шпилька 194b продолжается наружу от второй кольцевой стороны 192b муфты 190, причем шпилька 194b выровнена с одной из шпилек 194а. Шпильки 194а, 194b продолжаются на достаточное расстояние от соответствующих кольцевых поверхностей 192а, 192b для зацепления с уравновешивающими массами 180а, 180b при их вращении вокруг вала 124.
Размеры муфты 190 и расположение шпилек 194а, 194b на ней таковы, что шпильки 194а упираются в кромки уравновешивающей массы 180а с незначительным зазором или без зазора, как показано на фигуре 5. При этом муфта удерживается, по существу, в фиксированном положении по отношению к уравновешивающей массе 180а. Однако поскольку на уравновешивающую массу 180b действует только одиночная шпилька 194b, она может перемещаться по отношению к уравновешивающей массе 180а между первым положением, в котором массы 180а, 180b совмещены, и вторым положением, в котором массы 180а, 180b расположены диаметрально по отношению друг к другу. Расположение шпильки 194b выбрано так, что масса 180а не может смещаться по фазе, располагаясь позади от массы 180b. Как и в предыдущем варианте выполнения, вязкая связь между внешней стенкой 154 и массой 180а выше, чем между внешней стенкой 154 и массой 180b. Это может быть обеспечено соответствующим образом.
Один из способов изменения величины вязкой связи между внешней стенкой 154 и соответствующими массами 180а, 180b представлен на фигуре 8а. Здесь масса 180а расположена так, что она располагается ближе к внешней стенке 154, чем масса 180b. Альтернативный способ обеспечения более сильной вязкой связи между внешней стенкой 154 и массой 180а, чем между внешней стенкой 154 и массой 180b, состоит в формировании неравномерной или тисненой поверхности массы 180а, как показано на фигуре 8b. Такая обработка поверхности требуется только на части поверхности массы 180а, обращенной к внешней стенке, хотя, если необходимо, большая часть поверхности может быть обработана таким способом. Другие альтернативные средства обеспечения более сильной вязкой связи между внешней стенкой 154 и массой 180а, чем между внешней стенкой 154 и массой 180b, будут очевидны для специалистов в данной области техники.
В вариантах выполнения, описанных выше, были рассмотрены только две уравновешивающие массы. Возможно устанавливать больше двух масс, и компоновка, представляющая использование трех масс, показана на фигуре 9. Каждая масса 280а, 280b, 280с установлена в камере 256 на валу 224 так, что она может свободно вращаться вокруг него. Муфты 290а, 290b установлены между каждой парой масс 280а, 280b и 280b, 280с, как показано на чертеже. Муфты 290а, 290b аналогичны муфте 190, показанной на фигуре 6 и описанной выше, и работают таким же образом. Однако следует отметить, что сторона каждой муфты 290а, 290b, от которой продолжаются две, расположенные диаметрально напротив друг друга шпильки, расположена так, что она обращена к центральной массе 280b. Это обеспечивает то, что другие массы 280а, 280с не могут опережать центральную массу 280b и не могут отставать по фазе от центральной массы 280b более чем на 180°. Для обеспечения более сильной вязкой связи между внешней стенкой 254 камеры 256 и центральной массой 280b, чем вязкая связь между внешней стенкой 254 камеры 256 и внешними массами 280а, 280с, на внешней кромке массы 280b установлены ребра 281. Дальние концы ребер 281 располагаются очень близко к внешней стенке 254 камеры 256 и обеспечивают сильную вязкую связь для центральной массы 280b.
В каждом из вариантов выполнения, описанных выше, используют множество уравновешивающих масс, идентичных друг другу. Под этим подразумевается, что массы выполнены идентичными по форме и изготовлены из материала с одинаковой плотностью, при этом центры тяжести каждой массы располагаются в одной точке. Различные компоновки, в которых первая (опережающая масса) имеет отличающуюся силу вязкой связи со стенкой камеры по сравнению с каждой другой массой, были описаны выше. Однако для первой массы возможно обеспечить то, что она всегда будет опережающей по отношению к другим массам другими способами. Один из таких способов состоит в использовании первой массы с меньшим моментом инерции, чем другая или каждая другая масса. Это обеспечивается путем расположения центра тяжести первой уравновешивающей массы ближе к оси камеры, чем центр тяжести другой или каждой другой массы. Один из способов обеспечения этого состоит в использовании первой уравновешивающей массы меньшей, чем другой или каждой другой уравновешивающей массы. Такая возможность обеспечивается путем изготовления первой уравновешивающей массы (или ее части) из материала, имеющего меньшую плотность, чем материал уравновешивающей массы или масс; путем формирования части 382а массы первой уравновешивающей массы 380а с одной или больше полостями 383а (см. фигуру 10а); или путем формирования первой уравновешивающей массы 480а с множеством уменьшающих массу сквозных отверстий 481а (см. фигуру 10b). В качестве альтернативы часть 582а первой уравновешивающей массы 580а может иметь форму и конфигурацию, при которой по отношению к другой или каждой другой уравновешивающей массе центр ее тяжести располагается ближе к оси 518, чем у любой другой уравновешивающей массы, используемой в этой системе (см. фигуру 10с, на которой форма части 582b массы другой уравновешивающей массы показана пунктирным контуром). При такой компоновке предусматривается, что масса каждой уравновешивающей массы будет той же, что и у других уравновешивающих масс.
Таким образом, можно видеть, что первая уравновешивающая масса может быть установлена так, что она будет опережать другую или каждую другую уравновешивающую массу благодаря обеспечению для нее либо более сильной вязкой связи со стенкой камеры или с более низкого момента инерции при сравнении с другой или каждой другой уравновешивающей массой. Другие средства обеспечения для первой уравновешивающей массы для возможности опережения другой или каждой другой уравновешивающей массы будут очевидны для специалистов в данной области техники.
Для специалистов в данной области техники также будет очевидно, что работа устройства может быть основана исключительно на использовании средства обеспечения опережения первой уравновешивающей массы другой или каждой из остальных уравновешивающих масс, без использования каких-либо других ограничивающих средств, которые физически предотвращают отставание другой уравновешивающей массы или любой другой уравновешивающей массы от первой уравновешивающей массы. Как показано в варианте выполнения, представленном на фигурах 1-4, упор шпильки 94b о поверхность 90а упора предотвращает отставание первой уравновешивающей массы 80а по фазе от второй уравновешивающей массы 80b. Однако работа устройства может быть основана на использовании возможно более сильной вязкой связи между первой уравновешивающей массой 80а и стенкой 54 камеры для обеспечения опережения первой уравновешивающей массы 80а второй уравновешивающей массы 80b, и при этом упорная поверхность 90а может быть исключена. Аналогичное изменение можно выполнить в отношении вариантов выполнения, представленных на фигурах 5-10.
Объем настоящего изобретения не ограничивается описанными выше вариантами его выполнения. Следует понимать, что форма уравновешивающих масс может изменяться практически бесконечно, если только при этом будет обеспечена достаточная функция балансировки. Действительно, уравновешивающие массы, установленные в одном автоматическом устройстве балансировки, как описано выше, могут отличаться по форме друг от друга и не обязательно должны быть идентичными. Может быть установлено различное количество масс, и может быть предусмотрено альтернативное средство ограничения относительного положения масс. Другая альтернативная компоновка, рассматриваемая в пределах объема настоящего изобретения, состоит в использовании задней стенки барабана для формирования части внешней стенки камеры устройства автоматической балансировки. Другие варианты будут очевидны для специалистов в данной области техники.
1. Устройство автоматической балансировки, предназначенное для уравновешивания несбалансированной массы во вращающемся теле, причем устройство автоматической балансировки содержит камеру, имеющую внешнюю стенку и ось, первую и вторую уравновешивающие массы, свобода движения которых ограничена круговой траекторией вокруг оси и внутри камеры, и вязкую жидкость, заполняющую камеру, для обеспечения вязкой связи между внешней стенкой камеры и каждой из уравновешивающих масс при использовании устройства, отличающееся тем, что уравновешивающие массы выполнены и/или установлены так, что при использовании первая уравновешивающая масса опережает вторую уравновешивающую массу, и при этом установлено средство ограничения, которое предотвращает отставание по фазе второй уравновешивающей массы от первой уравновешивающей массы более чем, по существу, на 180° при использовании устройства.
2. Устройство по п.1, в котором средство ограничения обеспечивает угол отставания второй уравновешивающей массы от первой уравновешивающей массы всегда меньший чем, по существу, 180°.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором средство ограничения установлено так, что оно предотвращает отставание первой уравновешивающей массы от второй уравновешивающей массы.
4. Устройство по п.3, в котором средство ограничения обеспечивает постоянное опережение первой уравновешивающей массы по отношению ко второй уравновешивающей массе.
5. Устройство автоматической балансировки по п.1, в котором первая уравновешивающая масса имеет меньший момент инерции, чем вторая уравновешивающая масса.
6. Устройство по п.5, в котором центр масс первой уравновешивающей массы расположен ближе к оси, чем центр масс второй уравновешивающей массы.
7. Устройство по п.1, в котором вязкая связь между первой уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры выше, чем вязкая связь между второй уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры.
8. Устройство по п.7, в котором используют такую конфигурацию первой и второй уравновешивающих масс, что между первой уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры образуется более сильная вязкая связь, чем вязкая связь между второй уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры.
9. Устройство по п.8, в котором при использовании вязкая жидкость находится в контакте с большей площадью поверхностности первой уравновешивающей массы, чем второй уравновешивающей массы.
10. Устройство по п.8, в котором поверхность первой уравновешивающей массы имеет фасонный или тисненый участок, который обращен к внешней стенке камеры.
11. Устройство по п.8, в котором первая уравновешивающая масса расположена ближе к внешней стенке камеры, чем вторая уравновешивающая масса.
12. Устройство по п.1, в котором уравновешивающие массы установлены в камере на валу, проходящем концентрично оси.
13. Устройство по п.12, в котором первая и вторая уравновешивающие массы расположены на некотором расстоянии друг от друга вдоль оси.
14. Устройство по п.1, в котором средство ограничения установлено на первой и второй уравновешивающих массах.
15. Устройство по п.14, в котором средство ограничения содержит, по меньшей мере, один выступ, продолжающийся от поверхности одной из уравновешивающих масс в направлении к другой уравновешивающей массе так, что он зацепляется, по меньшей мере, с одной поверхностью упора другой уравновешивающей массы.
16. Устройство по п.15, в котором другая уравновешивающая масса имеет первую поверхность упора, установленную и расположенную так, что, когда выступ зацепляется с нею, первая уравновешивающая масса не может опережать вторую уравновешивающую массу со сдвигом более чем, по существу, на 180°.
17. Устройство по п.16, в котором другое уравновешивающее средство имеет вторую поверхность упора, установленную и расположенную так, что, когда выступ зацепляется с нею, первая уравновешивающая масса не может отставать по фазе от второй уравновешивающей массы.
18. Устройство по п.16 или 17, в котором поверхности упора расположены на первой уравновешивающей массе и другой или каждый другой выступ расположен на второй уравновешивающей массе.
19. Устройство по п.1, в котором средство ограничения установлено на муфте, расположенной между первой и второй уравновешивающими массами.
20. Устройство по п.19, в котором средство ограничения содержит первый и второй выступы, продолжающиеся наружу от муфты так, что они зацепляются с определенной формой первой и второй уравновешивающих масс и таким образом предотвращают возможность опережения первой уравновешивающей массой второй уравновешивающей массы со сдвигом по фазе более чем на 180°.
21. Устройство по п.20, в котором средство ограничения включает первый и второй выступы, продолжающиеся наружу от муфты, и зацепляющиеся с определенным профилем первой и второй уравновешивающих масс и таким образом предотвращает отставание первой уравновешивающей массы от второй уравновешивающей массы.
22. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна дополнительная уравновешивающая масса установлена в камере, при этом используется такая компоновка, что при работе первая уравновешивающая масса опережает другую или каждую другую уравновешивающую массу, и средство ограничения выполнено так, что оно предотвращает опережение первой уравновешивающей массой другой или каждой другой уравновешивающей массы со сдвигом более чем, по существу, на 180° при использовании устройства.
23. Устройство по п.22, в котором вязкая связь между другой или каждой дополнительной уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры меньше, чем вязкая связь между первой уравновешивающей массой и внешней стенкой камеры.
24. Устройство по п.22, в котором момент инерции другой или каждой дополнительной уравновешивающей массы выше, чем момент инерции первой уравновешивающей массы.
25. Устройство по п.22, в котором средство ограничения выполнено так, что позволяет предотвращать отставание первой уравновешивающей массы от другой или любой другой уравновешивающей массы.
26. Устройство по п.22, в котором одна дополнительная уравновешивающая масса установлена в камере.
27. Устройство по п.1, в котором вязкая жидкость представляет собой масло.
28. Стиральная машина, содержащая барабан, вращающийся вокруг оси, и устройство автоматической балансировки по любому из предыдущих пунктов, причем камера и барабан установлены так, что их оси находятся на одной линии.
29. Способ работы стиральной машины по п.28, содержащий следующие этапы:
(а) вращение барабана и устройства автоматической балансировки со скоростью ниже критической скорости стиральной машины, что обеспечивает возможность свободного вращения каждой из уравновешивающих масс вокруг оси;
(b) обеспечение возможности опережения первой уравновешивающей массой второй и любой другой уравновешивающей массы;
(c) предотвращение опережения первой уравновешивающей массы второй и любой другой уравновешивающей массы более чем, по существу, на 180°; и
(d) повышение скорости вращения барабана до скорости выше критической скорости стиральной машины.
30. Способ по п.29, в котором первая уравновешивающая масса опережает вторую и любую дополнительную уравновешивающую массу, заставляя первую уравновешивающую массу вращаться с более высокой скоростью, чем вторая и любая другая дополнительная уравновешивающая масса.
31. Способ по п.29 или 30, содержащий следующие дополнительные этапы:
(e) детектирование изменений амплитуды отклонения барабана от оси вращения, из-за наличия в нем несбалансированной нагрузки и уравновешивающих масс;
(f) детектирование минимальной амплитуды отклонения от оси вращения; и
(g) продолжение увеличения скорости вращения барабана до скорости выше критической скорости стиральной машины, при этом увеличение скорости начинают в момент, когда амплитуда отклонения минимальна или близка к минимальной.
32. Способ по п.31, в котором для вращения барабана используют двигатель, формирующий часть стиральной машины, и амплитуду отклонения от оси определяют путем измерения скорости вращения двигателя.
33. Способ по п.31, в котором часть, формирующую двигатель стиральной машины, используют для вращения барабана, и амплитуду отклонения от оси определяют по измерению тока, потребляемому двигателем.
34. Способ по п.29, в котором скорость вращения барабана повышают от скорости ниже критической скорости стиральной машины до скорости выше критической скорости стиральной машины с ускорением от 5 оборотов в минуту за секунду до 50 оборотов в минуту за секунду.
35. Способ по п.30, в котором скорость вращения барабана увеличивают от скорости ниже критической скорости стиральной машины до скорости выше критической скорости стиральной машины с ускорением от 5 оборотов в минуту за секунду до 15 оборотов в минуту за секунду.
