ЭЛЕКТРОБЫТОВОЙ ПРИБОР ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ, КОТОРЫЙ МОЖЕТ НАХОДИТЬСЯ В РЕЖИМЕ ОЖИДАНИЯ, А ЗАТЕМ ВНОВЬ ВКЛЮЧАТЬСЯ
FOOD ARTICLE PRODUCTION APPLIANCE WHICH CAN SWITCH TO STANDBY MODE AND THEN POWER UP AGAIN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электробытовой технике, а именно к электробытовым приборам, которые используются для приготовления продуктов. К ним, в частности, относятся кухонные комбайны моно или многофункциональные универсальные кухонные комбайны, например, миксеры, называемые также блендерами, сбивалки, мясорубки, соковыжималки, центрифуги, электрические ножи.
Изобретение относится, в частности, к устройству контроля-управления электропривода, установленного на указанной электробытовой технике. Если говорить более конкретно, то оно направлено на управление скоростным режимом привода с учетом испытываемой им нагрузки.
Предшествующий уровень техники
В целом кухонные комбайны снабжены одним или несколькими различного типа электрическими приводами, например универсальными приводами с питанием от постоянного тока или «бесщеточными». Часто на эти приводы подается электропитание, которое в зависимости от типа приборов определяет различную скорость вращения.
В процессе работы на привод подается электропитание, обеспечивающее достаточный для выполнения соответствующих операций вращающий момент. При уменьшении величины момента сопротивления на привод, например, когда продукты хорошо измельчены или порезаны, скорость привода возрастает в зависимости от характеристик привода. Такое увеличение скорости холостого хода характерно для некоторых типов приводов, в частности, для универсальных приводов.
Увеличение скорости неизбежно приводит к чрезмерному потреблению электроэнергии и возникновению акустических шумов. Если прибор снабжен устройством регулирования скорости, то пользователь может вносить изменения в заданные скоростные параметры привода. Понятно, что было бы желательно устранить вмешательство пользователя и обеспечить автоматическую регулировку скорости.
Ранее уже предлагались решения по изменению момента сопротивления, прикладываемого к приводу.
В патенте US 4691870 прибор содержит устройство управления, которое обеспечивает автоматическую стабилизацию скорости привода в случае незначительных колебаний нагрузки или момента сопротивления, прикладываемого к приводу. Компенсирующие системы позволяют поддерживать скорость привода на заданном уровне, несмотря на изменения вращающего момента. Однако в случае, когда нагрузка отсутствует, в системе сохраняется большая скорость, что приводит к возникновению сложностей с потреблением электроэнергии и указанного шумового эффекта. В патенте раскрыт классический способ регулировки, при котором в случае уменьшения или увеличения нагрузки рабочая скорость прибора стремится оставаться величиной постоянной. Уменьшение или увеличение рабочей скорости прибора не носит постоянного характера.
В патенте ЕР 0480309 раскрыто другое решение по ограничению акустических шумов, возникающих в приборах типа кухонных комбайнов. Такое устройство снабжено средствами, ограничивающими максимальную скоростью привода. Однако такая скорость не соответствует нагрузкам, испытываемым приводом. В связи с этим уровень шумов при малых нагрузках остается высоким.
В заявке JP 11-225891 раскрыт миксер, который по достижении необходимой степени измельчения продуктов автоматически прекращает их перемешивание. Для этого миксер снабжен устройством, позволяющим определять состояние продукта в чаше для перемешивания и прекращать работу привода, когда степень перемешивания признана достаточной. Степень перемешивания может определяться различными способами, в том числе путем анализа светового сигнала, проходящего через содержащийся в чаше продукт, измерения силы тока, который подается на привод. Недостатком данного типа приборов является то, что они позволяют выполнять только разовые операции, поскольку после выполнения каждой операции привод выключается. В связи с этим пользователь вынужден каждый раз вновь включать привод.
Понятно, что данный тип прибора не может использоваться при решении таких задач, когда продукты поступают в прибор порционно, с перерывами, как, например, в случае натирания овощей или сыра.
Сущность изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является попытка разрешить проблему чрезмерного потребления электроэнергии и возникновения посторонних акустических шумов при работе прибора в, так называемом, «холостом» режиме, т.е. в условиях незначительной нагрузки или ее отсутствия.
Другой задачей изобретения является обеспечение выполнения операций с временным интервалом без обязательного участия пользователя.
Поставленная задача согласно изобретению решена путем создания электробытового прибора, который используются для приготовления продуктов. Указанный прибор содержит электропривод, обеспечивающий вращение с различной скоростью, и устройство контроля-управления, содержащее средства, которые обеспечивают функционирование привода согласно по меньшей мере первому и второму рабочим режимам.
Указанный прибор также снабжен средствами, позволяющими измерять нагрузку или момент сопротивления, прикладываемый к приводу, а также средствами, обеспечивающими автоматическое переключение прибора с первого рабочего режима на второй рабочий режим, если величина указанной нагрузки становится меньше первого заданного уровня; при этом в случае, если величина нагрузки, которая ранее превышала первый уровень, становится меньше величины первого уровня, то скорость работы прибора всегда уменьшается.
Согласно изобретению указанный прибор характеризуется тем, что в случае, если нагрузка, которая превышала первый уровень, становится меньше первого уровня, то рабочая скорость прибора уменьшается в течение продолжительного времени, но не достигает нулевого уровня; устройство контроля-управления дополнительно снабжено средствами, которые автоматически осуществляют переключение прибора со второго рабочего режима на первый рабочий режим в случае, если показатель нагрузки становится больше заданного второго уровня; а в случае, если величина нагрузки, которая была меньше величины второго уровня, начинает превышать величину второго уровня, то скорость прибора увеличивается в течение продолжительного времени.
Иначе говоря, сущность изобретения состоит в обеспечении контроля нагрузки, прикладываемой к приводу. Это позволяет автоматически уменьшать скорость последнего, если нет необходимости сохранять большой крутящий момент, а также увеличивать скорость, если подается новая порция продуктов, предназначенных для переработки.
Другими словами, система может автоматически переводиться в режим ожидания (второй рабочий режим) с одновременным, в случае работы прибора на холостом ходу, уменьшением скорости; при этом система находится в готовности обеспечить, при необходимости, высокую скорость работы привода (первый рабочий режим). Такой процесс управления осуществляется полностью в автоматическом режиме без участия пользователя.
Скорость привода оптимально сочетается с потребляемой им электроэнергией. Кроме того, удается избежать внезапного возникновения акустических шумов во время работы привода на холостом ходу.
Возможность снижения скорости привода не до нулевого значения, т.е. когда величина нагрузки становится меньше величины первого заданного уровня, облегчает определение момента возрастания нагрузки на детали выше второго заданного уровня. Это также позволяет доводить до пользователя информацию, что прибор не остановился, а находится в режиме ожидания.
Предпочтительно, чтобы в случае, если нагрузка, превышавшая первый уровень, становится меньше величины первого уровня, скорость прибора уменьшалась бы, по меньшей мере, на 5%, а если нагрузка, величина которой была ниже второго уровня, становится больше величины второго уровня, то скорость привода увеличивалась бы, по меньшей мере, также на 5%.
Первый рабочий режим может быть определен как первая заданная скорость, а второй рабочий режим - как вторая заданная скорость.
Скорость привода может быть определена в соответствии с командой регулятора, если прибор снабжен датчиком скорости, интегрированным в устройство управления. Увеличение или уменьшение скорости заключается в изменении скоростных параметров привода.
Скорость привода может также зависеть от характеристик кривой зависимости момент вращения - скорость привода, когда скорость привода не регулируется. В последнем случае скорость зависит от нагрузки на привод. В частности, подаваемое на универсальный привод рабочее напряжение позволяет определить характеристики кривой момента вращения - скорость привода. Средства, обеспечивающие увеличение или уменьшение скорости, могут быть представлены средствами, обеспечивающими изменение рабочего напряжения привода.
На практике величина момента сопротивления, приводящего к снижению скорости, может быть равной (почти как при явлении гистерезиса) величине, начиная с которой номинальная скорость привода автоматически восстанавливается. Однако эти две величины могут и отличаться друг от друга.
На практике желательно, чтобы величины заданных нагрузок, определяющих момент автоматического уменьшения и/или увеличения скорости привода, также могли меняться и находились в зависимости от величины начальной скорости. Другими словами, величина момента сопротивления, на уровне которой привод переводится в режим ожидания, может быть различной и зависит от того, большая ли номинальная скорость или нет.
Эта особенность позволяет использовать прибор в различных условиях, например, при переработке нескольких видов продуктов одним и тем же прибором.
Кроме того, определенный интерес может представлять тот факт, что величина скорости после ее уменьшения будет зависеть от измеренной величины нагрузки.
Иначе говоря, чем меньше измеренный или рассчитанный крутящий момент, тем меньше будет скорость привода.
На практике было бы предпочтительно, чтобы в приборе предусматривалась возможность дополнительного уменьшения скорости в течение определенного времени, даже когда величина нагрузки остается ниже предварительно заданного уровня, необходимого для его перевода в режим ожидания. Другими словами, скорость может быть еще больше снижена, даже доведена до нуля, когда прибор в течение продолжительного времени находится в режиме ожидания, информируя о завершении операции с продуктами.
На практике могут использоваться различные средства измерения нагрузки на привод. Крутящий момент, в частности, может определяться при помощи специально предусмотренного для этих целей датчика силы или путем замера непосредственно электрических параметров привода, например, потребляемого приводом тока или напряжения на клеммах. Изменения нагрузки можно также определять путем измерения разности между заданной и измеренной скоростями или замера уровня акустических шумов.
Колебания нагрузки также позволяют определить, работает привод или нет. Колебания нагрузки можно измерить и путем оценки крутящего момента, т.е., если отмечаются колебания нагрузки, то величина крутящего момента будет выше нормы. Точно также, если отмечается превышение уровня крутящего момента, то можно говорить о наличии колебаний нагрузки.
Если величина нагрузки становится меньше первого заданного уровня, то скорость привода уменьшается, но не до нулевого значения. Это позволяет облегчить определение увеличения нагрузки выше второго заданного уровня, а также информировать пользователя о том, что прибор находится в режиме ожидания. Для определения, вращается привод или нет, когда прибор находится в режиме ожидания, в качестве альтернативного варианта может рассматриваться индикаторное устройство, в частности, световой индикатор.
Когда нагрузка начинает превышать первый заданный уровень, предпочтительно, чтобы скорость привода была уменьшена, по меньшей мере, на 15%. Заданной скоростью является скорость работы привода при отсутствии нагрузки на устройство согласно изобретению, а не скорость привода при нагрузке, превышающей первый заданный уровень. Это позволяет добиться значительного снижения уровня шумов в приборе.
Когда нагрузка начинает превышать первый заданный уровень, предпочтительно, чтобы скорость привода была уменьшена, по меньшей мере, на 30%. Это позволяет добиться еще более значительного снижения уровня шумов в приборе.
Настоящее изобретение позволяет получить эффект, в частности, в случае использования универсального привода, поскольку оно позволяет избежать чрезмерного увеличения скорости, когда нагрузка существенно уменьшена, а скорость привода не контролируется.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид кухонного электробытового прибора;
фиг.2 - схему устройства контроля управления прибора согласно изобретению;
фиг.3а, b - временные диаграммы изменения заданной скорости в зависимости от нагрузки на привод прибора, снабженного устройством контроля-управления, согласно изобретению;
фиг.4 - блок-схему устройства контроля-управления, согласно изобретению;
фиг.5 - временные диаграммы изменения скорости в зависимости от нагрузки на привод прибора, снабженного устройством контроля-управления согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Изобретение может быть использовано в многочисленных электробытовых приборах, предназначенных для приготовления продуктов, в том числе в кухонном комбайне 1 (фиг.1). Комбайн 1 содержит основание 2 с интегрированным в нем приводом 3, который посредством вилки 4 подключается к электрической сети или другому автономному источнику питания. Управление прибором осуществляется при помощи электронного или электромеханического устройства контроля-управления.
В описываемом варианте комбайн 1 снабжен регулятором 6 скорости, который позволяет пользователю изменять скорость привода 3. Возможны варианты, в которых пользователь не может выбирать скоростной режим.
Электрический привод 3 передает вращательное движение режущему инструменту 10, который представляет собой диск с теркой для сыра, расположенный в верхней части чаши 11. Механическое соединение электрического привода 3 с режущим инструментом 10 может осуществляться различными способами, не противореча при этом концепции изобретения.
Согласно изобретению устройство 5 контроля-управления позволяет изменять скорость электропривода 3 в зависимости от рассчитываемого или измеряемого момента сопротивления, прикладываемого к приводу.
Момент сопротивления может определяться путем измерения силы тока в электрическом приводе 3 при помощи датчика Шанта, методом Холла и другими способами. Однако, как уже упоминалось ранее, момент сопротивления может также измеряться и другими способами, в том числе путем измерения напряжения на клеммах электрического привода 3 или непосредственно датчиком силы.
Электрический привод 3 (фиг.2) подключен к силовой цепи 16, которая может быть или устройством размыкания фазы на базе триака, тиристора, диода, или устройством типа прерывателя тока с интегрированными статическими выключателями на базе биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), или другими транзисторами или силовыми тиристорами, соединенными известным способом с диодами механизма свободного хода.
Скоростью привода управляют путем подачи команд 17 на статические выключатели. Команды обрабатываются на уровне электронной карты 7 устройства 5 контроля-управления. Регулирование скорости с учетом заданных параметров может выполняться различными способами, в частности, при помощи ПИД-регуляторов.
Датчик 18 скорости привода состоит из оптической опорной вилки, которая реагирует на прохождение зубцов звездочки, установленной на оси электрического привода 3. В рамках данного изобретения могут использоваться и другие типы датчиков скорости. В некоторых случаях комбайн может и не иметь датчика скорости. В этих условиях скорость непосредственно не измеряется, а только рассчитывается. В этом случае скорость зависит от характеристики кривой момент вращения - скорость привода и величины нагрузки.
Согласно изобретению величина скорости может быть различной и зависеть от величины расчетной нагрузки. Таким образом, величина силы тока 19 в электрическом приводе 3, который представлен моментом сопротивления, прикладываемым к приводу, обрабатываются в анализирующем указанную нагрузку каскаде 20 для формирования сигнала 21 на переключение заданной величины.
Номинальная заданная скорость определяется переключателем 6 скорости, который доступен для пользователя. Другая заданная скорость (23) может быть или предварительно запрограммирована в электронной карте, или установлена с возможностью (в случае необходимости) ручной регулировки или приведения в соответствие с номинальной заданной скоростью.
B
H
Переключение с одной заданной скорости на другую, в соответствии с двумя рабочими режимами, осуществляется путем сравнения расчетной нагрузки с двумя (верхним и нижним) уровнями S,S в зависимости от направления изменения нагрузки 19.
1
H
0
После включения пользователем прибора и установки номинальной скорости вращения посредством переключателя 6 скорости устройство 5 контроля-управления определяет, что момент сопротивления С, приложенный к приводу, является слабым и находится ниже величины верхнего уровня S. Поэтому заданная скорость привода имеет малую величину V. Прибор находится в состоянии режима ожидания, т.е. во втором рабочем режиме.
1
2
N
2
Как только пользователь поместит в прибор какой-либо ингредиент, например, кусок сыра t, момент сопротивления С, прикладываемый к приводу, увеличится, и устройство 5 контроля-управления осуществит переключение заданной номинальной скорости V и приведет ее в соответствие с первым рабочим режимом. Момент С сопротивления на приводе возрастает и создает механическое усилие, направленное на разрезание куска сыра.
3
B
0
Как только целый кусок сыра разрезан на мелкие кусочки, момент С сопротивления на приводе уменьшается и становится меньше нижнего уровня S. В этот момент, возможно, с определенной временной задержкой, устройство 5 контроля-управления подводит заданную скорость к нижнему уровню V, соответствующему режиму перехода в режим ожидания, т.е. второму рабочему режиму.
После закладки в прибор нового куска сыра скорость может вновь увеличиться.
Если прибор находится в режиме ожидания в течение достаточно продолжительного времени Т (фиг.3), датчик 26 скорости может осуществить дополнительное уменьшение скорости, вплоть до полной остановки привода.
Пользователь имеет также возможность ускорить процесс выхода из режима ожидания без увеличения момента сопротивления, а нажимая на находящиеся в его распоряжении кнопки управления различных регуляторов прибора.
Изобретение также относится к более экономичным системам питания привода, в которых диод 33 (фиг.4) соединен последовательно с электрическим приводом 3, например, с универсальным приводом. В этом случае диод 33 может быть соединен параллельно с контактом 34 управляемого реле 35.
После того как диод 33 будет соединен параллельно (или шунтирован), то на привод 3 подается полное напряжение, которое обеспечивает максимальную скорость вращения с учетом заданной нагрузки.
Когда контакт 34 реле 35 разомкнут, то диод 33 соединен последовательно с электрическим приводом 3, в этом случае падение напряжения на его клеммах уменьшает подаваемое на привод напряжение, в связи с чем последний вращается с меньшей скоростью для указанной нагрузки.
Управление работой реле 35 осуществляется при помощи каскада 36 электронной карты 32, которая комбинирует информацию, поступающую от переключателя 6 (в случае его наличия) скорости, и сигнал 21, определяющий отношение величины момента сопротивления к заданному уровню, формируемый каскадом 20 устройства контроля-управления.
Таким образом, прибор позволяет избежать излишнего увеличения скорости электрического привода, не регулируемого посредством датчика скорости, в случае уменьшения нагрузки на режущий инструмент по завершении процесса переработки продуктов.
1
H
Устройство контроля-управления после включения пользователем прибора устанавливает, что величина момента С сопротивления (фиг.5), прикладываемого к приводу, является слабой и меньше величины верхнего уровня S. Поэтому на привод подается меньшее напряжение. Прибор находится в режиме ожидания согласно второму рабочему режиму.
1
H
Как только пользователь поместит в комбайн какой-либо продукт питания, например, кусок сыра t, величина момента сопротивления, прикладываемого к приводу, возрастет. Скорость привода начнет уменьшаться, поскольку она не контролируется. После того как величина момента сопротивления достигнет значения верхнего уровня S, устройство 5 контроля-управления произведет переключение питания привода. Если диод 33 соединен параллельно, то на привод 3 подается полное напряжение. Скорость привода увеличивается, затем уменьшается в результате увеличения нагрузки, что обусловлено приложением механических усилий, необходимых для разрезания куска сыра.
3
B
Когда кусок сыра разрезан на мелкие кусочки, момент сопротивления С, приложенный к приводу, уменьшается до тех пор, пока не станет меньше значения нижнего уровня S. В этот момент возможно с определенной задержкой по времени устройство 5 контроля-управления произведет переключение питания привода на первый рабочий режим. Диод 33 подсоединен последовательно с приводом 3. На привод подается уменьшенное напряжение. Прибор переведен в режим ожидания.
На привод, когда в прибор будет введен новый кусок сыра, может вновь подаваться полное напряжение.
m
1
m
n
m
n
Скорость V, достигнутая в условиях отсутствия нагрузки на прибор согласно изобретению, может быть больше минимальной скорости V, достигнутой под нагрузкой. Вместе с тем скорость V, достигнутая в условиях отсутствия нагрузки на прибор согласно изобретению, меньше, чем скорость V, достигнутая в условиях отсутствия нагрузки без прибора согласно изобретению. Разность скоростей (∆V) между скоростью V и скоростью Vпозволяет уменьшить шум, создаваемый прибором, работающим без нагрузки.
На практике уменьшение скорости приблизительно на 15% позволяет уменьшить шумовой фон на 3 децибела. Таким образом, если переводить все на язык цифр, то для уменьшения уровня шума на 50% скорость привода на холостом ходу следует довести с 10500 оборотов в минуту (tr/min) до 8800 оборотов в минуту. Дополнительное уменьшение еще на 15% (при этом скорость холостого хода будет составлять 70% максимальной скорости) позволит дополнительно понизить уровень звукового фона.
Таким образом, электробытовой прибор 1, предназначенный для приготовления продуктов, содержит электрический привод 3, способный передать режущему инструменту 10 различную скорость вращения, устройство 5 контроля-управления, содержащее средства, которые позволяют обеспечить работу привода согласно, по меньшей мере, первому рабочему режиму и второму рабочему режиму.
1
2
3
B
Этот прибор также содержит средства измерения нагрузки или момента сопротивления С, С, С, прикладываемого к приводу, а также средства для обеспечения автоматического переключения прибора с первого рабочего режима на второй рабочий режим, когда величина нагрузки становится меньше величины первого заданного уровня (S).
H
Согласно изобретению прибор характеризуется тем, что устройство 5 контроля-управления также содержит средства для обеспечения автоматического переключения прибора со второго рабочего режима на первый рабочий режим, когда величина нагрузки становится больше величины второго заданного уровня S.
Когда прибор переключается с первого рабочего режима (так называемого «активного») на второй рабочий режим (так называемый «режим ожидания»), скорость вращения уменьшается в течение продолжительного времени.
B
B
Выражение «уменьшение в течение продолжительного времени», относящееся к скорости вращения, означает, что, если величина нагрузки стабилизируется, не достигнув первого уровня S, то уменьшение скорости продолжается, пока величина нагрузки не будет больше величины первого уровня S.
H
H
Выражение «увеличение в течение продолжительного времени», относящееся к скорости вращения, означает, что, если нагрузка стабилизируется выше второго уровня S, то увеличение скорости продолжается пока величина нагрузки не станет меньше величины второго уровня S.
B
Однако такое уменьшение или увеличение может иметь локальное значение. Другими словами, скорость вращения на холостом ходу на втором режиме может быть выше, чем скорость вращения при нагрузке, превышающей величину уровня S первого режима.
B
B
H
H
Преимущественно, когда величина нагрузки, превышающая значение первого уровня S, становится меньше, чем величина первого уровня S, то скорость работы прибора уменьшается, по меньшей мере, на 5%; когда величина нагрузки, которая была меньше, чем величина второго уровня S, становится больше величины второго уровня S, то скорость работы прибора увеличивается, по меньшей мере, на 5%.
Конечно, расчет момента сопротивления, прикладываемого к приводу, может выполняться путем комбинирования упоминавшихся ранее различных параметров, в том числе измерения электрических, механических, акустических параметров привода и, возможно, их изменений по времени.
Из вышесказанного следует, что прибор согласно изобретению имеет много преимуществ, в частности позволяет уменьшить акустические шумы, формируемые в приборе на этапах, когда отсутствует необходимость использования большой мощности.
На этапах, когда отмечается меньшее количество механических операций, потребление прибором электрической энергии также сокращается. Следует отметить, что совокупность этих преимуществ проявляется автоматически, без необходимости принятия каких-либо особых мер со стороны пользователя.
Кроме того, управление рабочими режимами не требует установки дорогостоящего электрического или электронного оборудования, в частности, когда регулировка скорости осуществляется при помощи микрорегулятора.