CN103334255B - 一种洗衣机的智能脱水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一洗衣机的智能脱水控制方法，涉及洗衣机的智能控制技术。现有的洗衣机脱水过程存在电机转速和衣物不匹配，脱水时间长，电机损耗大的问题。本发明由控制系统将脱水过程分为若干阶段，同一阶段以电机转速恒定或电机电流恒定控制电机运行，当一阶段运行至满足设定条件后，控制系统控制定量提高电机转速或电机电流，使电机进入下一阶段运行，当达到控制系统设定的脱水结束条件时结束脱水。以分阶段定量方式调整电机的电流或者转速，防止开始脱水时，电机转速过大，也可以在保证衣物脱水量达到极限时及时对电机作出调整，从而减少不必要的运行时间和避免过高的脱水转速，减少了脱水时间和电机的损耗，节约了用电量。

Description

一种洗衣机的智能脱水控制方法

技术领域

本发明涉及洗衣机的脱水技术，具体是指一种根据洗衣机电机转矩智能调整电机转速和脱水时间的控制方法。

背景技术

洗衣机脱水方法是利用了滚筒在高速转动时产生的离心力将水分从衣物中分离并甩出。洗衣机在脱水过程中，每次脱水的衣物材质和衣物量往往是不同的，为了保证各种材质的衣物和不同的衣物量都有较好的脱水效果，在洗衣机出厂之前需要在洗衣机的控制芯片上载入控制程序固定脱水转速和脱水时间，而这个脱水转速和脱水时间则是经过实验得出的，能够使得脱水最困难的衣物材质和最大衣物量都能达到合格的脱水效果，因此在用户实际使用洗衣机的过程中由于衣物较少或衣物材质容易脱水等情况往往会造成电量的浪费、电机的不必要损耗或者和脱水的时间过长。而且如果在开始脱水时，电机转速过大会导致洗衣机的排水速度跟不上水分脱离衣物的速度导致滚筒内积水过多阻碍整个脱水进程。

发明内容

本发明提供了一种洗衣机的智能脱水控制方法，可以实现在脱水过程中，能够防止脱水初期由于转速过快，造成盛水筒内积水，阻碍脱水过程，另外可以根据实际衣物水分脱离的速度和含水量，智能调整电机的转速和脱水的时间，减少了不必要的运行时间，从而减少了电机的损耗，节约了用电量和脱水时间。

为说明本发明涉及的技术方案，首先对于洗衣机电机涉及的物理公式以及相关知识做一下介绍：

公式1：T=F×R

其中F为电机输出的驱动力，其和洗衣机桶内衣物重量成正比关系，T为电机输出的转矩，R为电机负载的转动半径。根据上述公式，随着脱水的进行，衣物含水量下降，所需要电机输出的驱动力下降，因此电机输出的转矩下降，得出电机输出转矩和衣物所含水量的正比例关系。

公式2：电机功率公式P=U×I=n×K×T

其中U为电机工作电压，I为电机工作时流经的电流，n为电机转速，K为常数，T是电机输出的转矩。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种洗衣机的智能脱水控制方法，控制系统将脱水过程分为若干阶段，实时检测电机的电流和转速，同一阶段以电机转速恒定运行，当电机的电流变化量趋于零时，控制系统定量提高电机转速，使电机进入下一阶段运行，当达到控制系统设定的脱水结束条件时结束脱水。电机转速是影响脱水性能的直接因素，本发明以分阶段递增方式从小到大调整电机转速可以防止在开始脱水时电机转速过大会导致洗衣机的排水速度跟不上水分脱离衣物的速度导致的洗衣机筒内积水的问题。

根据上述公式1和公式2，当电机转速保持恒定时，电机电流和电机输出转矩成正比例关系，也就是和衣物的含水量成正比例关系，通过检测电机电流即可得出电机的输出转矩，也就可以得出衣物的含水量情况，当电机的电流变化量趋于零时，意味着在当前电机转速下，脱水量已经接近最大，含水率已经接近最小，因此以电机的电流变化量趋于零作为提高电机转速的设定条件，同时配合采用通过分阶段定量递增电机转速的方式，不仅可以保证脱水过程中有合适的电机转速并适时的调整电机转速，满足脱水效果并节约脱水时间。

作为优选，所述电机的电流变化量采用如下方法获得：控制系统定时测量电机电流大小，间隔相同次数的测量点，并以连续的若干个测量点为一个单元计算该单元的电流平均值，并逐步获得两个相邻单元电流平均值的差值，该差值即为电机的电流变化量。根据上述的公式，在恒定电机转速的情况下，电机的电流变化量直接反映出衣物脱水的情况，以变频电机为例，由于检测到的电机电流本身的波动比较大，为得出比较精确的数据，需要采用多次测量取平均值的方式减少测量误差，而间隔相同次数的测量点取的平均值则保证平均值相减得到的变化量具有可比性。

作为优选，所述的脱水结束条件为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、和设定的电机转速的递增次数。在保证脱水效果的情况下，可以选择多种脱水条件中的一个。

作为进一步改进，脱水之前，用户设定脱水之后的衣物含水率并保存在控制系统中，当含水率降到设定值时，停止脱水，衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定转速下的电机电流I1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同转速下的电机电流I2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同转速下的电机电流I3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，S2和S1的比值即为衣物含水率。所述的含水率为含水衣物重量与干衣物重量的比值，而衣物的含水量又反应在电机输出转矩上，所以只要将干衣物产生的转矩和湿衣物产生的转矩相比即可，根据上述的两个公式，在相同的电机转速下，电机电流跟输出转矩存在正比例关系，因此只要测量电机电流就可以计算得出转矩。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了另一种洗衣机的智能脱水控制方法，控制系统将脱水过程分为若干阶段，实时检测电机的电流和转速，同一阶段以电机电流恒定运行，当电机的转速变化量趋于零时，控制系统定量提高电机电流，使电机进入下一阶段运行，当达到控制系统设定的脱水结束条件时结束脱水。本方案与上述的恒定电机转速测量电机电流方案所利用的原理相同，但是控制方式是不同的，同样能够达到上述的方案中所能达到的技术效果。本方案是在同一阶段内稳定电机电流，根据上述的公式1和公式2，电机转速在整个脱水过程中始终是增大的，在一定的电机电流下，意味着电机输出的功率也是恒定的，所以电机转速在该电机电流下达到一定值时变化量会趋于零，意味着该电流条件下脱水量已接近最大，含水率已接近最小，定量增加电机电流以加大电机转速进一步脱水。

作为本方案的进一步改进优化，采取如下措施，但是工作原理和技术效果与前述的上一个方案类似，有不同之处进行说明，相同处则不再赘述。

所述电机的转速变化量采用如下方法获得：控制系统定时测量电机转速大小，间隔相同次数的测量点，并以连续的若干个测量点为一个单元计算该单元的转速平均值，并逐步获得两个相邻单元转速平均值的差值，该差值即为电机的转速变化量。测量转速的变化量也要考虑到数值精确，但是由于电机转速相比较电机电流波动较小，从理论上可以仅仅在一个单元取一个测量点，但是精度同样是不够的。

所述的脱水结束条件为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、和设定的电机电流的递增次数。

脱水之前，用户设定脱水之后的衣物含水率并保存在控制系统中，当含水率降到设定值时，停止脱水，衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定电流下的电机转速N1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同电流下的电机转速N2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同电流下的电机转速N3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，S4和S3的比值即为衣物含水率。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

利用洗衣机现有的控制系统，检测洗衣机电机在脱水过程中的电流和转速，所述的洗衣机脱水控制方法根据洗衣机中衣物在脱水过程中电机电流变化量或者电机转速变化量判断衣物脱水状况，以分阶段定量方式调整电机的电流或者转速，防止出现洗衣机盛水筒内出现积水过多的情况，保证衣物脱水量达到极限时及时对电机作出调整，脱水量达到目标后及时停止脱水，从而减少不必要的运行时间和避免过高的脱水转速，减少了脱水时间和电机的损耗，节约了用电量。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为本发明的控制方法流程图；

图2为本发明实施例1中的控制方法流程图；

图3为本发明实施例1中涉及的电机转速变化的示意图

图4为本发明实施例1中涉及的电机电流变化的示意图；

图5为本发明实施例1中一个阶段内电机电流变化量测量取点图；

图6为本发明实施例2中的控制方法流程图

图7为本发明实施例2中涉及的电机电流变化的示意图；

图8为本发明实施例2中涉及的电机转速变化的示意图。

具体实施方式

为方便对各实施例进行解释和说明，首先对于各实施例中涉及的洗衣机电机的转速、电流、输出转矩以及电机负载之间的关系作一下介绍，首先给出两个公式，

公式1：T=F×R

其中F为电机输出的驱动力和洗衣机桶内衣物重量成正比关系，T为电机输出的转矩，R为电机负载的转动半径。

公式2：电机功率公式P=U×I=n×K×T

其中U为电机工作电压，I为电机工作时流经的电流，n为电机转速，K为常数，T是电机输出的转矩。

根据公式1，随着脱水的进行，衣物含水量下降，所需要电机输出的驱动力下降，因此电机输出的转矩下降，得出电机输出转矩和衣物重量也就是含水量成正比例关系。

根据公式2，电机电流跟电机转速和输出转矩的乘积成正比例关系，当转速恒定，则电机电流和输出转矩成正比例关系，当电机电流恒定，则电机转速和输出转矩成反比例关系。

本发明由洗衣机的控制系统控制电机，其原理是采用计算电机输出转矩判断洗衣机脱水进程，进而控制脱水过程，运用了分段阶段递增的控制方式，可以参见图1所示的控制方法流程图，开始脱水之后，控制系统实时检测电机的电流和转速，并保持电机转速恒定或电机电流恒定运行，根据上述的公式，通过检测到的电机的电流或者转速换算电机输出转矩，当达到控制系统设定条件时，控制系统控制定量提高电机转速或电机电流并保持恒定运行，当达到脱水结束条件时结束脱水。

由于电机转速是影响脱水性能的直接因素，采用分阶段递增方式调整电机转速可以防止开始脱水时电机转速过大，从而导致的洗衣机盛水筒内积水的问题。根据上述公式2，电机电流跟电机转速存在正比例关系，通过分阶段递增电流的方式调整电机电流方式同样可以控制电机转速防止在开始脱水时的洗衣机筒内积水问题。

实施例1

参见图2，脱水控制方法的流程图，对于分阶段递增电机转速作了进一步的详细说明，在脱水开始后，首先由控制系统实时检测电机的电流和转速，然后保持电机转速恒定，在电机转速恒定的条件下计算电机电流的变化量，当电机电流的变化趋于零时，定量递增电机转速进入下一阶段，其中以是否达到设定的衣物脱水率作为脱水结束条件。在保证脱水效果的情况下，所述的脱水结束条件可以为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、设定的电机电流递增次数、设定的电机转速的递增次数。在列举的脱水结束条件中，其中设定衣物含水率最能直接的保证脱水量达到目标值，作为本实施方式的优选，脱水之前，用户设定脱水之后的衣物含水率并保存在控制系统中，当含水率降到设定值时，停止脱水。

衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定转速下的电机电流I1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同转速下的电机电流I2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同转速下的电机电流I3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，S2和S1的比值即为含水率。所述的含水率为含水衣物重量与干衣物重量的比值，而衣物的含水量又反应在电机输出转矩上，所以只要将干衣物产生的转矩和湿衣物产生的转矩相比即可，根据上述的两个公式，在相同的电机转速下，电机电流跟输出转矩存在正比例关系，因此只要测量电机电流就可以计算得出转矩。在不同电机速度情况下，则需要换算在不同转速下相同衣物量所需电机转矩的比例。

结合上述的公式1和公式2，如图3和图4所示，在同一阶段内，当电机转速保持恒定时，电机电流和电机输出转矩成正比例关系，也就是和衣物的含水量成正比例关系，含水量下降过程中，电机电流也随之下降，通过检测电机电流即可得出电机的输出转矩，也就可以得出衣物的含水量情况，当电机的电流变化量趋于零时，意味着在当前电机转速下，衣物脱水量已经接近最大，衣物含水率接近最小，所以需要进入到下一阶段，也就是提高电机转速继续保持恒定，这种分阶段定量递增电机转速的方式，不仅可以保证脱水过程中有合适的电机转速满足脱水效果并且适时调整电机转速，节约脱水时间，而且防止由于开始脱水时电机转速较大导致洗衣机的排水速度跟不上水分脱离衣物的速度出现盛水筒过多积水情况。

参见图5，在同一阶段内，测量电机的电流变化量，其具体方法：在恒定转速的同一阶段内，定时测量电机电流大小，间隔相同次数的测量点，以连续N个电流值为一个单元，计算计算该单元的电流平均值，其中N为大于等于1的自然数。如图5所示，分别在t1、t2、t3、t4…t（n-3）、t（n-2）、t（n-1）、tn的时间点上测得电机电流值，计算连续N个电流值的平均值，例如间隔一个测量点计算三个连续电流值的平均值情况下，先计算t1、t2和t3三个时间点的平均电流值I1，然后再计算t2、t3和t4的平均电流值I2，I2减去I1即为电机的电流变化量，也可以间隔多个测量点计算平均值，例如间隔3个测量点的情况下，先计算t1、t2和t3三个时间点的平均电流值I3，然后再t4、t5和t6的计算平均电流值I4，I4减去I3即为电机的电流变化量。在计算电流变化量时，检测得到的电流值本身存在较大的波动，需要采用取平均值的方法减少测量误差，而间隔相同次数的测量点取的平均值则保证平均值相减得到的变化量具有可比性。

实施例2

相比实施例1，本实施例所采用的原理是相同，同样也要在脱水过程中，控制系统实时检测电机的电流和转速，也采用了分阶段递增的方式，但是如图6所示，在本实施例中，同一阶段内，电机电流保持恒定，电机电流递增的条件是在同一阶段内电机的转速变化量趋于零。公式1和公式2同样适用于本实施例，根据公式1和公式2，并参见图7和图8，电机转速在整个脱水过程中始终是增大的，由于在同一阶段内电机电流保持恒定，意味着电机输出的功率也是恒定的，所以电机转速在该电机电流下达到一定值时变化量会趋于零，意味着脱水效果在该电流下已经很差，定量增加电机电流以加大电机转速进行进一步脱水。相比实施例2，由于洗衣机的脱水效果直接跟电机的转速有关，因此，实施例1的控制方法比实施例2易于计算实现。

由于控制方法发生了变化，所以相应的也需要对电机的转速变化量作测量计算，其原理以及所起到的作用跟实施例1中所述的电流变化量的测量计算类似，因此不再赘述，仅说明具体的测量方法。

在同一阶段内，所述电机的转速变化量采用如下方法获得：控制系统定时测量电机转速大小，间隔相同次数的测量点，并以连续的若干个测量点为一个单元计算该单元的转速平均值，并逐步获得两个相邻单元转速平均值的差值，该差值即为电机的转速变化量。需要指出的是，由于电机转速相比较电机电流波动较小，从理论上可以仅仅在一个单元取一个测量点，但是精度同样是不够的。

同样的，在本实施例中，脱水结束条件可以为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、设定的电机电流递增次数、设定的电机电流的递增次数。作为优选，采用衣物含水率为结束条件，原理和实施例1相同，在本实例中说明衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定电流下的电机转速N1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同电流下的电机转速N2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同电流下的电机转速N3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，T3和T1的差值S4和T2和T1差值S3的比值即为含水率。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和调整，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (8)

1.一种洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：控制系统将脱水过程分为若干阶段，实时检测电机的电流和转速，同一阶段以电机转速恒定运行，当电机的电流变化量趋于零时，控制系统定量提高电机转速，使电机进入下一阶段运行，当达到控制系统设定的脱水结束条件时结束脱水。

2.根据权利要求1所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：所述电机的电流变化量采用如下方法获得：控制系统定时测量电机电流大小，间隔相同次数的测量点，并以连续的若干个测量点为一个单元计算该单元的电流平均值，并逐步获得两个相邻单元电流平均值的差值，该差值即为电机的电流变化量。

3.根据权利要求1所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：所述的脱水结束条件为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、和设定的电机转速的递增次数。

4.根据权利要求3所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：脱水之前，用户设定脱水之后的衣物含水率并保存在控制系统中，当含水率降到设定值时，停止脱水，衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定转速下的电机电流I1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同转速下的电机电流I2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同转速下的电机电流I3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，S2和S1的比值即为衣物含水率。

5.一种洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：控制系统将脱水过程分为若干阶段，实时检测电机的电流和转速，同一阶段以电机电流恒定运行，当电机的转速变化量趋于零时，控制系统定量提高电机电流，使电机进入下一阶段运行，当达到控制系统设定的脱水结束条件时结束脱水。

6.根据权利要求5所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：所述电机的转速变化量采用如下方法获得：控制系统定时测量电机转速大小，间隔相同次数的测量点，并以连续的若干个测量点为一个单元计算该单元的转速平均值，并逐步获得两个相邻单元转速平均值的差值，该差值即为电机的转速变化量。

7.根据权利要求5所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：所述的脱水结束条件为下列条件中的一个：设定的总脱水时间、设定的衣物含水率、和设定的电机电流的递增次数。

8.根据权利要求7所述的洗衣机的智能脱水控制方法，其特征在于：脱水之前，用户设定脱水之后的衣物含水率并保存在控制系统中，当含水率降到设定值时，停止脱水，衣物含水率的测量方法为：洗衣机出厂前，控制系统记录空桶在一恒定电流下的电机转速N1，并计算保存电机输出的转矩T1；用户投入干衣物后，控制系统记录含干衣物在相同电流下的电机转速N2，并计算保存电机输出的转矩T2；脱水开始时，记录含水衣物在相同电流下的电机转速N3，并计算保存电机输出的转矩T3；计算T2和T1差值S1为干衣物产生的转矩，计算T3和T1的差值S2为湿衣物产生的转矩，S4和S3的比值即为衣物含水率。