СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ДВИГАТЕЛЯ
WASHING MACHINE WITH DEVICE FOR MEASURING MOTOR TORQUE

Изобретение относится к усовершенствованным стиральным машинам, предпочтительно бытовым стиральным машинам, которые позволяют наиболее эффективно и надежно измерить вес загрузки и условия ее разбалансировки.
При работе известных стиральных машин с фронтальной или вертикальной загрузкой, содержащих вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан, проявляется их главный недостаток, в основном связанный с особенностями и конструкцией указанных стиральных машин. Фактически, во время завершающего цикла высокоскоростного центрифугированного отжима загрузка обычно располагается неравномерно по внутренним стенкам вращающегося барабана, что приводит к проблемам разбалансировки, хорошо известным специалистам в данной области техники.
Для устранения или по меньшей мере минимизации этого недостатка предложено множество решений. Например, следует упомянуть заявку на европейский патент №04102927.3 того же самого заявителя.
В вышеуказанном документе описан способ измерения момента инерции барабана, включающий этап, на котором с помощью средств управления машины загрузку снова приводят в сбалансированное состояние.
Однако для осуществления такого способа измерения момента инерции барабана, помимо вращающего момента двигателя, необходимо предварительно измерить также число оборотов барабана как до указанного этапа, так и во время его осуществления.
Известно множество способов измерения вращающего момента. Один из них заключается в измерении потребляемого двигателем тока при сопоставлении его с напряжением. Однако осуществление этого способа является довольно сложным, так как он должен соответствовать требованиям высокой точности и практичности.
Более того, серьезный недостаток способа, в котором измеряют ток двигателя, заключается в том, что измерение тока может быть выполнено только на схеме, связанной с сетевым напряжением, и поэтому не изолированной. Однако, если генерируемый сигнал необходимо дополнительно обрабатывать, желательно, чтобы она была изолирована.
Кроме того, в дешевых бытовых стиральных машинах обычно используются, так называемые, универсальные двигатели, которые являются дешевыми и не требуют сложной системы управления. Однако такие машины имеют ограниченные рабочие возможности. Даже если они снабжены средствами измерения вращающего момента двигателя, это измерение выполняется известными средствами, которые имеют вышеописанные недостатки.
Из документа JP 03040744 А2 известен другой способ, в котором используется универсальный двигатель, внутри статора которого установлен управляющий виток или контур, перехватывающий часть потокосцепления в статоре. На основе генерируемого в напряжения управляющий виток или контур определяет мгновенный вращающий момент двигателя.
Однако это решение не подходит для стиральных машин, поскольку не известно, как полученная таким образом информация может быть использована практически, даже при наличии неконтролируемых переменных, таких как, в частности, изменение мгновенного значения напряжения питания, изменение температуры, износ щеток и т.д.
Поэтому основная задача изобретения заключается в создании стиральной машины, содержащей универсальный двигатель и соответствующие устройства для измерения и обработки сигналов, характеризующих мгновенный вращающий момент двигателя.
Согласно изобретению эта задача решена в стиральной машине с изложенными в формуле изобретения признаками.
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего описания неограничивающего примера осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 схематично показаны статор и ротор универсального двигателя, снабженного щетками, и катушка согласно изобретению;
на фиг.2 - электрическая схема двигателя, изображенного на фиг.1;
на фиг.3 - первый вариант выполнения схемы согласно изобретению;
на фиг.4 - усовершенствованный вариант выполнения схемы, изображенной на фиг.3;
на фиг.5 показан график, иллюстрирующий характер выходного напряжения в схеме, изображенной на фиг.4.
Стиральная машина согласно изобретению, как показано на фиг.1 и 2, содержит универсальный двигатель 1, выполненный с возможностью приведения во вращение барабана машины. Универсальный двигатель 1 содержит корпус 2, обмотку 3 статора и соединенную последовательно с ней обмотку 4 ротора.
Кроме того, стиральная машина содержит средства управления двигателем, включающие в себя регуляторы напряжения, выполненные в виде обычных симисторов, которые широко известны в данной области техники и не будут описаны подробно.
Стиральная машина также содержит дополнительную измерительную катушку 5, которая, как показано на фиг.1, связана с полюсами на корпусе 2.
Дополнительная катушка 5 сцеплена с электромагнитным потоком, проходящим через корпус двигателя, так что генерируемое ею напряжение характеризует интенсивность, т.е. напряженность и частоту указанного потока.
Далее рассмотрим следующие зависимости:
M
где V - напряжение сети;
c
V - напряжение катушки для измерения вращающего момента двигателя;
M
i - ток двигателя;
φ - магнитный поток двигателя;
М
ω - частота вращения двигателя;
τ - вращающий момент двигателя;
R - электрическое сопротивление;
L - индуктивность;
А
е - противодействующее электрическое напряжение.
Следует отметить, что в последней зависимости значение вращающего момента τ пропорционально квадрату интеграла напряжения - электродвижущей силы катушки по времени, при этом коэффициент пропорциональности равен .
Таким образом, решение указанной интегральной функции позволяет получить значение, которое однозначно характеризует желаемый вращающий момент двигателя.
c
Как показано на фиг.3, напряжение V, генерируемое дополнительной катушкой 5, подается на интегральную схему, содержащую:
- входные контакты 6, 7;
- операционный усилитель 10;
- конденсатор С1, подсоединенный между выходом 11 операционного усилителя 10 и через резистор R2 для регулирования подводимого тока к операционному усилителю 10 входным контактом 7;
- резистор R1, параллельно соединенный с конденсатором С1.
Указанная схема способна эффективно выполнять функцию интегрирования посылаемого на входные клеммы сигнала, причем результирующий сигнал, являющийся выходным на выходе 11, схематично показан на фиг.5.
Изобретение является особенно полезным и эффективным при вращении барабана со скоростью, при которой цикл высокоскоростного центрифугированного отжима только подготовлен, но фактически еще не начат. На этой предварительной фазе барабан обычно приводится во вращение с так называемой скоростью «распределения», т.е. со скоростью, при которой загрузка имеет возможность распределяться по внутренней цилиндрической поверхности барабана. Это распределение обычно происходит при частоте вращения около 120 оборотов в минуту.
C
out
Типичный характер выходного сигнала представлен на графике, показанном на фиг.5. Этот сигнал фактически модулирован в соответствии со скоростью, то есть частотой вращения барабана. Сигнал V очень быстро меняется, поскольку он соответствует частоте питания двигателя, т.е. частоте электропитания, в связи с чем, при численном интегрировании этого сигнала возникает необходимость его замера при значительно более высокой частоте. На практике это не является необходимым и полезным, поскольку значимый компонент такой функции изменяется медленно, поскольку является огибающей или кривой с двойной амплитудой V.
out
Поэтому для определения этой функции с выходом 11 операционного усилителя соединена соответствующая электрическая схема, которая выполнена с возможностью выпрямления и отображения двойной амплитуды напряжения V, поступающего на ее вход, т.е. с выхода 11.
Электрические схемы, способные выполнять такую функцию, известны и не будут здесь описаны. В качестве примера на фиг.4 приведена такая схема, простая и эффективная.
Эта схема, показанная внутри пунктирной линии А на фиг.4, имеет по существу симметричную конфигурацию и основана на первом выпрямительном элементе 20, соединенном своим контактом с выходом 11 операционного усилителя 10, а другим своим контактом 12 - с первым конденсатором 21. Конденсатор 21, в свою очередь, соединен другим своим контактом 22, возможно через гасящий резистор 23, с входом 6 интегральной схемы 10, который является отличным от входа 7 операционного усилителя, к которому присоединены конденсатор С1 и резистор R1.
Кроме того, вторая клемма 22 конденсатора соединена через второй конденсатор 24 и второй выпрямительный элемент 25 с тем же самым выходом 11 операционного усилителя 10. Причем второй выпрямительный элемент 25 и первый выпрямительный элемент 20 соединены с выходом 11 в противоположных полярностях.
out
Вследствие этого между контактом 12 и контактом 26, соединяющим второй конденсатор 24 со вторым выпрямительным элементом 25, возникает и выпрямляется сигнал двойной амплитуды V.
В соответствии с вышеописанным этот сигнал будет затем дополнительно обработан и приведен в определенное состояние, чтобы характеризовать величину вращающего момента двигателя в соответствии с вышеуказанными математическими зависимостями и функциями. Эти операции могут быть выполнены известными средствами и способами, которые не включены в объем настоящего изобретения, поэтому они подробно не рассмотрены.