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12 美美 国国 专专 利利 Petronilho et al 54 用于确定衣物洗涤机中用于确定衣物洗涤机中 的负载的方法的负载的方法 76 发明人 Andre Petronilho Sao Carlos BR Marcelo Andrade Dias Rio Claro BR 注 意 根据任何免责声明 本专利 的期限根据 35 U S C 延长或调整 154 b 59 天 21 App1 No 12 964 328 22 提交日期 2010 年年 12 月月 9 日日 65 以前的出版物数据以前的出版物数据 US 2011 0202303A1 2011 年 8 月 18 日 30 外国应用优先级数据外国应用优先级数据 2009 12 19 BR 0905317 51 Int Cl G01P 15 00 2006 01 G01P 3 00 2006 01 G01P 11 00 2006 01 D06F 33 00 2006 01 D06F 33 02 2006 01 52 US Cl USPC 702 145 702 141 702 146 68 1202 68 12 04 58 分类领域搜索分类领域搜索 USPC 702 33 34 142 145 146 68 1201 68 1202 12 04 12 06 12 16 查看申请表完整的搜索历史 56 参考文献参考文献 美国专利文献 5 241 845 A 9 1993 Ishibashi et 31 6 038 724 A 3 2000 Chbat et a1 6 505 369B1 l 2003 Weinmann 8 159 7 162 759 B2 l 2007 Weinmann 8 158 7 296 445B2 11 2007Zhang et a1 68 12 06 7 739 764 B2 6 2010 Zhang et a1 8 159 8 186 227B2 5 2012 Ashrafzadeh 73 760 10 专利号专利号 US 8 489 358 B2 45 专利日期 专利日期 2013 年年 7 月月 16 日日 审查员引用 初级考官 Michael Nghiem 助理考官 Ricky Ngon 74 律师 代理或公司 Brian Colandreo Jeffrey T Placker Holland E3 减速 E4 移动组件的加速度和发动机电 流的测量 E5 测量 由此测量关于 发动机的参数 E6 关闭发动机和测 量减速时间 E7 重复 其中在执行 第八步骤 E8 之前 将第四步 E4 第五步 E5 和第六步 E6 重复至 少一次 E8 计算在第四 第五 第 六和第七步骤中测量的每个参数的平 均值 和 E9 衣物负荷值的获得 用于确定衣物洗涤用于确定衣物洗涤 机中的负载的方法机中的负载的方法 技术领域 本发明涉及一种用于确定衣物洗 涤机中的负载的方法 其基于所述洗 衣机的电子引擎的操作参数来确定衣 物负载 背景技术 在现有技术中经常发现用于测量 或估计衣物洗涤机中的负载的方法 这些方法是至关重要的 因为通过测 量衣物负载 可以更精确地编程用于 洗衣机的操作的洗涤时间和水量 因 此 还可以节省水和电能 这是许多 技术发展中常见和共同关注的问题 而不仅仅是属于本发明相同领域的问 题 除了从经济视点引入优点之外 现有技术的负载测量的方法已经与控 制系统一起使用 以使洗衣机的操作 自动化 给用户带来实际优点 作为洗衣机的负载测量方法的现 有技术的示例 可以引用美国专利 Pat No 5 241 845 该文献描述了一 种根据发动机电流相位和其电压相位 之间的相位角的差的测量来估计洗衣 机中的衣物负载的方法 因此 该文 献保持相位角的差的减小与发动机的 效能成比例 因此 考虑到发动机效 率与待洗涤的衣物的体积成比例 相 位角的改变与洗衣机的筐中的衣物量 相关联 超过该测量特性 该美国文献中 描述的方法使用其他变量来自动配合 洗衣机的操作 诸如 衣服类型 洗 涤剂体积 洗涤剂类型 水的透明度 和水的温度 存在与这些变量中的每 一个相关联的至少一个传感器和至少 一个电路 因此 该方法通过神经网 络组合这些变量 以实现控制洗衣机 的洗涤操作的目的 正如你可以看到的 该专利中描 述的方法美国专利Pat No 5 241 845 考 虑了超过衣物负载的许多变量以使洗 衣机的操作自动化 虽然这些其他变 量给消费者带来了好处 但是这种方 法的实现成本很高 考虑到测量和处 理变量所必需的组件数量 现有技术的另一示例包含在专利 文献美国专利号 6 038 724 该文献描 述了一种根据位置和速度的变量估计 洗衣机中的衣物负载的方法 更具体 地 该方法基于移动组件 在这种情 况下为搅拌器 的加速度和发动机相 位角来计算衣物负载的转动惯量 贯穿文件 US 的文本 据说所描述 的方法需要简单的传感器系统和用于 其可行性的控制器 然而 尽管该方 法能够通过低成本组件来实现 但是 应当注意 力矩的计算本惯例提出的 惯性不考虑移动装置内的载荷分布影 响该数量所采用的值 除此之外 还 没有考虑其他因素可影响可移动组件 的加速度 例如发动机的温度 的事 实 因此 不考虑惯性力矩的这些特 性的负载估计是不精确的 因此 需 要改进以便由本领域技术人员完全采 用成功 在这种意义上 应当注意 现有 技术仍然不包括用于估计效率高的衣 物负荷的方法 并且同时具有低的实 施成本 实施的目的因此 提供一种 在洗衣机中测量衣物负荷的方法 该 方法效率高 可靠且耐用 同时成本 低是本发明的目的 发明内容 本发明的目的通过一种在洗衣机 中的负载测量的方法来实现 该方法 包括以下步骤 加速洗衣机的移动组 件 直到移动组件达到低的旋转速度 加速所述移动组件 直到所述移动组 件达到比所述第一步骤的速度更快的 中等旋转速度 关闭所述发动机 从而 使所述移动组件转动的发动机关闭 加速度 直到其达到低速 由此使可 移动组件转动的发动机的速度增加到 预定的转速极限 测量 由此测量相对 于发动机的参数 加速度 直到其达到 中速 由此测量发动机电流 切断所述 发动机并测量所述减速时间 由此测 量所述发动机关闭并通过惯性转动并 且从达到所述预定最小速度限度所花 费的时间 重复 由此 下面的步骤被 重复至少一次 加速可移动组件 直 到其达到低的旋转速度 测量 移动组 件的加速度 直到其达到发动机的中 速和关闭 并测量减速时间 计算在 前一步骤中测量的每个参数的平均值 以及基于在前一步骤中获得的值获得 衣物负荷值 附图说明 附图如下 FIG 1 图 2 示出了本发明的方法 的第一优选实施例 FIG 2 图 2 是示出本发明的方法 的第二优选实施例的图 FIG 3 可以实施本发明的方法 的洗衣机的类型 FIG 4 是具有垂直轴的洗衣机 的剖视图 FIG 5 其表示在本发明的方法 的第五和第六步骤中关于时间的转速 方面的发动机的行为 FIG 6 图 6 是在本发明的实施例 之一中使用的神经网络的基本架构的 图 具体实施方式 从图中可以看出 在图 3 中 示 出了可以应用本发明的洗衣机的类型 优选但非排他地 本发明的方法应用 于具有垂直轴 6 的洗衣机 以及具有 搅拌器 2 或叶轮 3 的洗衣机 在这方面 为了支持本发明的方 法的描述发明内容 基于图 1 简要描 述传统的洗衣机 可从本发明的用于 确定负载的方法中获益的常规洗衣机 基本上包括移动组件 发动机 5 用于 发动机的动力源和控制模块 为了本发明的目的 移动组件可 以由篮子 1 和在具有竖直轴线 6 的机 器上由位于罐4内的搅拌器2或叶轮3 组成 篮子是洗衣机的部件 其中衣 服被安排为洗涤的实现 除此之外 筐可以与电动机 5 相关联 以便角度 地移动 以便离开内部的衣物 并且 因此通过存在于其侧壁上的孔从衣物 去除过量的水 这加速了干燥过程 水箱 其部分是储存器 在其中添加 与洗涤衣物相关的水 洗涤剂和其他 产品 除此之外 搅拌器通常是精密 的 并且叶轮具有带有突出部的板的 形式 其中 两个突出部都从篮状物 1 的底部沿向上方向突出 也可以与电 动机发动机 5 以便角度地移动并促进 篮内部的衣物之间的摩擦 因此 在这方面 应当理解 在 本发明的整个描述中使用的术语 移 动组件 是指衣服洗涤机的部件 其 移动并且可以取决于洗衣机的型号 篮和搅拌器 2 或叶轮 3 在其部分上 在电动发动机的情 况下 发动机 5 负责移动可移动组件 在本发明的上下文中 电动发动机 5 是传统的洗衣机发动机 发动机的动 力源优选地是电能网络 然而 其可 以由不是电能网络并且满足发动机规 格的其它动力装置包括 另一方面 发动机控制模块包括基于洗衣机的洗 涤功能来控制发动机的启动 操作和 停止的控制电路 除此之外 控制模 块包括用于存储用于执行过程和功能 的变量和参数的装置 所述过程和功 能涉及例如调节篮中存在的水量 或 甚至每个操作所需的时间那洗衣机 在本发明的情况下 附加地 控制模 块用于所提供的步骤的控制和执行 其包括超过操作本身的控制 计算的 执行 参数的获取和提供退出 即 存在于洗衣机中的衣物负载的可用性 传统的洗衣机还可包括将发动机 旋转 5 传递到移动组件的装置 这些 装置通常包括带 由于本发明已经在上下文中 因 此将基于附图解释其优选实施例 最 初 考虑到用户将给定量的衣物添加 到洗衣机的筐内部并选择洗衣机的洗 涤选项中的一个 则通过致动控制模 块来激活本发明的方法 在开始实际 洗涤衣服之前 同样地 考虑到由于 仅稍微湿润或仅被水轻微覆盖 一些 小的衣服可能从篮筐中流出 本发明 的方法在第一步骤 E1 中提供恒定的水 增加在衣服上 因此 第一步骤 E1 包 括可移动组件从暂停开始的加速度 直到其达到低的旋转速度 优选地在 25 和 50rpm 之间 随着移动组件正在 加速 给定量的水 大约 2 升 倒在 衣服上 因此 避免了最终从篮筐中出来 的任何小件衣物 尽管引用了优选的 转速值和水的体积 但应当认识到 这些值可以根据所使用的发动机的类 型或者根据其他项目变量而变化 在避免这个问题之后 本发明的 方法继续进行到第二步骤 E2 在该步 骤 E2 中 移动组件再次加速 然而此 时 直到中等旋转速度 优选在 150 和 200rpm 该中等速度比第一步骤 E1 的速度快 将可移动组件旋转到这种 中速的目的是将衣物分散在篮子周围 以便改善负载的分布 并因此最小化 该负载的惯性矩处的变化 负载惯性 矩的变化损害了在本发明中使用的参 数的精确测量 因为负载的转动惯量 影响发动机的旋转和 例如 大的惯 性矩导致较慢的加速度 由于负载被适当地浸没在水中 并以更均匀的方式分布 所以关闭转 动移动组件的发动机 使得移动组件 减速直到停止 该减速对应于本发明 的方法的第三步骤 E3 在本发明的方法的第四步骤 E4 中 移动组件再次被加速到低的旋转速度 优选地在 25 和 50rpm 之间 这样做使 得移动组件离开静止状态并忽略静摩 擦 可能在测量中产生更多的噪声 除此之外 为了将本发明的方法应用 于其中机构和发动机的轴线之间的耦 合由致动器实现的机器 移动组件的 加速的步骤 E4 直到达到低速度可以被 消除 在移动组件上施加低速的目的 是验证机构是否正确接合 图 图 2 示出了本发明的第二优选实施例 在 该方法的第五步骤 E5 中 测量与发动 机相关的参数 该测量在移动组件的 加速度 E4 期间以低速发生 这里描述 为单独的步骤 目的是解释本发明的 功能 在不使用移动组件的加速步骤 E4 到低速的本发明的实施例中 在发 动机停止的情况下进行测量 其在发 动机关闭步骤 E3 之后发生 如可以看到的 本发明不直接在 衣物负载的惯性矩的情况下执行测量 或计算 并且其实际上测量发动机所 消耗的能量的量 以加速移动组件 使内部的负载通过以恒定的采样速率 测量发动机电流并求和该电流 同时 发动机加速可移动组件直到其达到期 望速度 获得能量 在该步骤中 由存在于机器中的 传感器测量的参数是 线电压 发动 机温度和发动机控制模块温度 在下 面的步骤中 将测量可移动组件的发 动机电流和减速时间 以构成对衣物 负载的测量所必需的输入变量 在测量了参数之后 在本发明的 第六步骤 E6 中再次加速移动组件 直 到达到中速 在该步骤中 使可移动 组件转动的发动机的速度增加到预定 的转速限制 优选地大约为 170rpm 但是根据应用的需要可以使用其它速 度 更确切地说 在第六步骤 E6 中 发动机从低转速加速 如图 6 所示 该低速的优先值为 35rpm 因此 通过 施加可变发动机供给电压 机器的控 制模块尝试保持恒定的加速率 因此 与机器中的小负载的情况相比 机器 的筐中的负载越大 具有相同的加速 率所需的能量越多 这使得发动机的 电流与筐中的负载量成比例 控制模 块维持所述电压源的施加 直到发动 机达到预定的转速 这优选为 165rpm 当达到该值时 本发明的方法进行到 第七步骤 E7 即使在该加速阶段 E6 期间 也测 量发动机电流 优选地 发动机电流 在 55 和 155rpm 之间测量 如图 5 所 示 然而 根据应用的需要和限制 可以采用其它值 考虑到更高的速度 有助于负载的区分 但放大了将小的 衣物从外部穿过的问题机器 在达到最大转速值之后 如已经 提到的 本发明的方法进行到第七步 骤 E7 在该第七步骤 E7 中 使得移动 组件转动的发动机被关闭 从而导致 移动组件由于惯性而转动 从关闭发 动机的时刻起 测量减速时间 即移 动组件达到预定最小速度限制所花费 的时间 该时间间隔也是用于确定筐 中的衣物负载的参数 重要的是注意 当第七步骤 E7 的 转速达到预定的最大速度限制 第六 步骤 E6 的结束 时 第七步骤 E7 中 的发动机的关闭不一定发生 在达到 最大极限的情况和发动机关闭的情况 之间可能存在时间间隔 使得移动组 件的速度可以稳定 在图 1 中示出的 优选情况 图 5 示出了直到发动机关 闭为止的所述时间间隔 应当理解 该特性不是限制本发明的范围的因素 在获得该参数之后 本发明的方 法继续到第八步骤 E8 其是在执行下 面的步骤之前至少一次重复第四 E4 第五 E5 第六 E6 和第七 E7 步骤 这 些重复的目的是为每个参数形成数据 的选择 因此 可以从这些参数中的 每一个的平均值的计算中获得用于确 定负载的可靠值 在这方面 所述重复可以不止一 次地发生 这取决于对精度的需要或 其它因素 这使得有必要从更大量的 样本组成平均值 因此 第九步骤 E9 仅包括计算通过执行前面的步骤测量 的每个参数的平均值 包括重复这些 步骤的时间 因此 获得了线路电压 控制模 块温度 发动机温度 发动机电流的 和和发动机达到最小转速值所花费的 时间的平均值 最后 作为最后一步 本发明的方法使用在前一步骤期间计 算的平均值来测量洗衣机中的衣物负 荷 对于该第十步骤 E10 本发明提供 至少两个可能的实施例 在优选的第 一实施例中 负载根据以下经验方程 的应用来确定 Load a v n 1 n b Tm n 1 n c Tc n 1 n d C n 1 n e Td n 1 n 其中 VILine 电压 Tm 发动机温 度 Tc 控制模块温度 Ci 发动机电 流 Td 减速时间 发动机在关闭之 后停止的时间 n 第七步的重复次数 和 a b c d e 是通过对所进行的 测试的分析而凭经验获得的常数 更 精确地 参数 a b c d e 是通过 统计方法 实验设计 D O E 指定的测试获得的重量 在第二 实施例中 通过使用神经网络中的平 均值来确定负载 图 6 本发明中使 用的神经网络具有输入层 该输入层 包括在前面的步骤中测量的以下参数 线路电压 发动机温度 发动机控制 模块温度 发动机电流和减速时间的 和 除此之外 所述神经网络包括至 少一个隐层和一个输出神经元 调整 权重和线性系数 对网络进行一组训 练数据 该训练数据通过在几个衣服 洗涤机中执行所描述的算法而获得 并且在每个机器中多次 因此 通过本发明的方法确定的 负载可以应用于洗衣机的控制系统以 调节水位 因此 如您所见 本发明的方法 简单且成本低 因此实现了其提出的 目的 最后 重要的是注意 这里用来 说明步骤顺序的序数的命名法可以根 据本发明的实施例而变化 例如 在 本发明的实施例的情况下 其不包括 加速移动组件 E4 的步骤 以下步骤将 由顺序一致的数字指定 在这方面 不应当理解 该指定是限制本发明的 范围的因素 因为它仅被用于便于描 述用于确定负载的方法的特性 通过已经描述的优选实施例的示 例 应当理解 本发明的范围覆盖其 它可能的变化 其仅由所附权利要求 的措辞限定 其中包括可能的等同物 本发明要求保护的是 1 一种用于确定衣物洗涤机中的 负载的方法 其特征在于包括以下步 骤 E1 加速洗衣机的移动组件 直到移动组件达到预定转速 E2 移动组件的加速 直到移 动组件达到比第一步骤 E1 中的旋 转速度快的旋转速度 E3 切断发动机 由此使移动 组件转动的发动机关闭 E4 可移动组件的加速度 直 到其达到预定转速 由此使可移动组 件转动的发动机的转速增加到预定转 速极限 E5 测量 其中测量关于发动 机的参数 E6 可移动组件的加速 直到 其达到比第四步骤 E4 中的旋转速 度更快的旋转速度 由此测量发动机 电流 E7 发动机的关闭和减速时间 的测量 其中所述发动机关闭并且通 过惯性转动 随着从关闭下降到达到 预定的最小转速极限所花费的时间被 测量 E8 重复 由此重复至少一次 以下步骤 移动组件的加速 直到其 达到预定旋转速度 由此使可移动组 件转动的发动机的旋转速度增加到预 定速度 确定的转速极限 E4 测量 由此测量关于发动机的参数 E5 加 速度 直到其达到比第四步骤 E4 中的旋转速度更快的旋转速度 由此 测量发动机电流 E6 以及测量所 述发动机和所述减速时间的测量 其 中所述发动机关闭并且通过惯性转动 随着从所述关闭到达到预定的最小转 速极限所花费的时间被测量 E7 E9 计算在前一步骤 E8 中 测量的每个参数的平均值 和 E10 基于在前一步骤 E9 中 获得的值获得衣物负荷的值 其中衣 物负荷的值通过等式 Load a v n 1 n b Tm n 1 n c Tc n 1 n d C n 1 n e Td n 1 n 其中 VILine 电压 Tm 发动机温 度 Tc 控制模块温度 Ci 发动机电 流 Td 减速时间 发动机在关闭之 后停止的时间 n 第七步的重复次数 和 a b c d e 是通过对所进行的 测试的分析而凭经验获得的常数 或 通过使用具有输入层的神经网络中的 平均值 所述输入层包括在先前步骤 中测量的以下参数 线电压 发动机 温度 发动机控制模块温度 发动机 电流和减速时间的总和 2 根据权利要求 1 所述的用于确 定衣物洗涤机中的负载的方法 其特 征在于 在第一步骤 E1 中 给定 量的水被释放到衣物上 3 根据权利要求 1 所述的衣服中 的负载测量方法 其特征在于 在第 五步骤 E5 期间 使所述移动组件 转动的发动机的速度通过所述应用增 加到预定的转速极限的可变电压电源 提供给发动机 4 根据权利要求 1 所述的用于确 定衣物洗涤机中的负载的方法 其特 征在于 在所述第五步骤 E5 中测 量的参数是在所述发动机以预定转速 下测量的 5 根据权利要求 1 所述的用于确 定衣物洗涤机中的负载的方法 其特 征在于 与在第五步骤 E5 中测量 的发动机相关的参数是 线路电压 发动机温度和发动机控制模块温度 6 一种用于确定衣物洗涤机中 的负载的方法 其特征在于包括以下 步骤 E1 洗衣机的移动组件的加速 度 直到移动组件达到预定转速 E2 移动组件的加速度直到移 动组件达到比第一步骤中的速度更快 的转速 E1 E3 切断发动机 由 此使移动组件转动的发动机关闭 E5 测量 其中测量