CN1187553A - 具有采用活动球的平衡装置的洗衣机 - Google Patents

Abstract

一种洗衣机,包括可旋转的脱水桶以及设置在该脱水桶顶部的平衡装置。平衡装置包括至少一个环形腔,其内部可活动地设置有球。环形腔中的沿径向朝内的靠外侧的立面向上向外倾斜,从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时,球可沿倾斜表面上升。可设置多个腔,它们相互叠置,其中腔的底部相对旋转轴线倾斜,各腔的底部彼此错开一角度,该角度为360°被腔数的等分角。

Description

具有采用活动球的 平衡装置的洗衣机

本发明涉及洗衣机用的平衡装置，它用于对在初始脱水阶段所产生的脱水桶的振动进行早期衰减，本发明特别涉及下述洗衣机用的平衡装置，该装置包括多个球，该球用作平衡件，该平衡件用于对脱水桶的非平衡旋转进行补偿。

图1表示普通的全自动洗衣机，其结构为，脱水桶12设置于洗衣桶11内部。洗衣桶11和脱水桶12借助悬吊杆15与驱动部13一起悬挂于主体14上，从而在洗衣和脱水操作过程中上述桶的振动不会传递给主体14。在上述结构中，如果位于脱水桶12内部的衣物聚集到一侧，则在脱水桶12旋转运动过程中，其会从一侧朝向另一侧来回剧烈地振摇，而不能保持直立状态。因此，为了补偿上述脱水桶12的非平衡旋转，在脱水桶12的顶部设置有平衡装置16。

一般设置的平衡装置具有中空的环形腔体，腔体的约40％～70％为液体(比如盐水)所填充。但是近年来，上述腔体中设置多个实心球，或液体和球的组合。该平衡装置的作用是，当因衣物聚集到一侧而使脱水桶在非平衡状态下旋转时，对该脱水桶的振动早期衰减。上述平衡作用是基于下述的原理，即位于腔体内部的液体和/或球沿补偿非平衡造成的离心力产生的偏差的方向运动。

图1表示普通的平衡装置21。该装置的腔体22内部包括有多个实心球23，没有液体。参照图2，平衡装置21的腔体22的截面基本呈正方形。在平衡装置21中，一旦脱水桶产生旋转，球23便产生滚动，同时与腔体22的底部表面22a和沿径向靠外侧的侧壁表面22b相接触，以便使脱水桶保持平衡。

但是，按照上述的普通平衡装置21，由于球23产生滚动而同时与腔体22的底部表面22a和靠外侧的侧壁表面22b相接触，球23与腔体22的摩擦力较大，从而使脱水桶保持平衡所需要的时间加长。

此外，按照上述普通的平衡装置21，当衣物因非均匀分布而使脱水桶产生倾斜时，位于腔体22内部的球23在重力作用下朝向底侧分布，这样会增加脱水桶的质量不平衡，从而在洗衣机脱水过程中的初始阶段，脱水桶会产生强烈的振动。

因此，本发明的目的在于提供一种洗衣机用的平衡装置，该平衡装置可通过减小球与腔体的摩擦力的方式缩短使脱水桶达到平衡所需要的时间。

本发明的另一目的在于提供一种洗衣机用的平衡装置，当衣物因非均匀分布而使脱水桶产生倾斜时，该平衡装置可通过防止球因重力作用而移向腔体的底侧来保持平衡。

本发明涉及一种洗衣机，该洗衣机包括可旋转的脱水桶和设置于该脱水桶顶部的平衡装置。该洗衣机设置有使脱水桶旋转的驱动机构。本发明的一个方面在于提供具有下述结构的平衡装置，该平衡装置包括环形腔，其轴线与脱水桶的竖向中心轴线相重合，可活动地设置于上述腔内部的多个球。上述环形腔的沿径向朝内的靠外侧的立面以与垂直于上述轴线的径向平面所成的内角为钝角的方式向上向外倾斜，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，可使球沿上述倾斜表面上升。

按照本发明的另一个方面，设置有多个环形腔，这些腔的轴线与上述竖向中心轴线相重合，这些腔上下相互叠置，每个环形腔的底部具有球压靠于其上。该底部相对上述轴线倾斜，并且各腔的倾斜的底部彼此错开一角度，该角度为360°被腔数的等分角。

按照本发明的再一个方面，设置有多个球形腔，这些腔的轴线与脱水桶的竖向中心轴线相重合。每个环形腔中的沿径向朝内的靠外侧的倾斜表面以与垂直于上述轴线的径向平面成钝角的方式向上向外倾斜，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，可使球沿上述倾斜表面上升。每个环形腔的底部具有球压靠于其上。上述环形腔的底部相对上述轴线倾斜，并且各腔的倾斜的底部彼此错开一角度，该角度为360°被腔数的等分角。

通过参照附图对优选实施例的具体描述，容易得出本发明的上述目的和其它的优点。

图1为表示设置有平衡装置的普通全自动洗衣机内部的局部剖开的侧面图；

图2为普通的平衡装置的局部剖开的侧面图；

图3为作为本发明的第1实施例的平衡装置的局部剖开的侧面图；

图3a为图3所示的平衡装置处于操作状态的放大剖面图；

图4为作为本发明的第2实施例的平衡装置的竖向剖面图；

图4a为沿图4中III-III线的水平剖面图；

图5为作为本发明的第3实施例的平衡装置的局部竖向剖面图；

图6和6a～6h分别为用于说明本发明的第4实施例的状态的局部竖向剖面图；

图7为作为本发明的第5实施例的平衡装置的剖面展开示意图；

图8和9分别为作为本发明的第6和第7优选实施例的平衡装置的竖向剖面图；

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

图3表示本发明的平衡装置，该平衡装置31包括环形件32，盖33以及设置于环形件32内部的多个球34，环形件32可设置于图1所示的洗衣机的脱水桶的顶部。

上述环形件32具有内腔，该腔的轴线与脱水桶35的中心轴线相重合，从而可使球34在其内自由旋转。上述腔中的沿径向朝内的靠外侧的侧壁表面37以与径向平面RP，即与垂直于脱水桶的轴线的平面所成预定的内角为钝角α的方式向上向外倾斜。表面37与径向平面RP之间所成的外角为锐角为θ。当脱水桶以超过规定的速度旋转时，设置于环形件32内部的球34可沿侧壁表面37上升。满足上述运动的条件如下所述。

假定球34上作用有离心力，并且该球压靠于上述倾斜侧壁表面37上，如图3a所示，若用P表示作用于球34的离心力，F表示重力，则垂直于上述表面37的作用力N与离心力P和重力F的关系式为：

N＝Psinθ+Fcosθ

因为N的作用而在侧壁表面37上产生的摩擦力N＇可表示为：

N′＝μN＝μ(Psinθ+Fcosθ)

在这里，符号μ表示侧壁表面37的摩擦系数。

另一方面，为了按照图3所示的方式使球升至底部表面36的上方，作用于侧壁表面37上的离心力P的竖向分力应当大于上述的摩擦力N′。上述两个力的关系按照下述公式(1)确定：

Pcosθ＞N′

mrω²cosθ＞μ(mrω²sinθ+mgcosθ)

rω²＞μrω²sinθ/cosθ+gμ

l/μ-g/rω²＞tanθ

θ＜tan^-1(l/μ-g/rω²)             (1)

在这里，m表示球34的质量；r表示球34的中心与平衡装置31的旋转中心之间的间距；ω表示旋转角速度；g表示重力加速度。

也就是说，如图3所示，环形件32中靠外侧的侧壁表面37是倾斜的，其倾斜的预定角度与球的旋转半径、平衡装置31的转速、侧壁表面37的摩擦系数等因素有关，从而在上述角速度超过规定值时，使球34沿表面37上升。

在洗衣机进行脱水操作的过程中，会有因衣物的不均匀分布而造成的初始侧间来回振动，以及按照正常速度进行的旋转运动。由于在侧间来回振动期间，本发明的平衡装置中的球34同时与底部表面36和侧壁表面37相接触，这样摩擦力较大，从而球34不会沿使非平衡加剧的方向沿上述两个表面产生滚动。

最后，在旋转运动期间，球沿靠外侧的侧壁表面37上升，从而球34仅仅与其中一个表面相接触，因此可减小摩擦力。这就是说，球34可很容易地沿对衣物的非均匀分布进行补偿的方向运动。另外，因为随着球34沿表面37的上升(即，上升球远离脱水桶的旋转轴线)，该球34的旋转半径(即与脱水桶轴线的间距)增加，由于离心力与半径有关，所以会产生较大的离心力。另外，上述球会更快地对非平衡旋转作出反应，这样可快速平稳地实现平衡力矩，于是可获得较好的平衡性能。

根据本发明的第2实施例，图4所示的平衡装置包括两个环形流体腔42a和42b，它们在平衡装置主体41中沿上下设置。两个环形流体腔42a和42b分别具有平底表面43a和43b。各环形流体腔42a和42b内部容纳的球44a和44b的数量相同。在这里，表面43a和43b相对轴线倾斜，并且位于彼此相差180°(即360°被腔数等分)的不同相位内。在上述结构中，在图4所示的正常操作状态下，球44a和44b在重力作用下移动到相应的表面43a和43b的较低位置。

图4a表示位于上环形流体腔42a内部的球44a以及位于下环形流体腔42b内部的球44b按照相差180°的相位错开分布。按照本发明的平衡装置的结构，当脱水桶朝向任何一侧倾斜时，由于表面43a和43b倾斜，可防止球朝向顶侧运动。这样，可限制初始旋转期间的侧间来回振动。球44a和44b最好占其相应的环形腔的体积的50％，从而使所分布的球的质量沿图4中的任何方向都相等。

下面参照图5对本发明的第3实施例进行描述。这里，本发明的平衡装置主体包括顶部51a，设置于顶部51a下面的下部51b，设置于顶部51a的顶端的盖56。上述下部51b通过螺钉59紧固于洗衣机的脱水桶58的顶端。参照图5，环形流体腔52a和52b中的相应底部由用于支承球54a和54b的一对肋55a和55b形成。这对肋分别相对表面53a和53b向上伸出。肋55a和55b分别与图4中的平底表面43a和43b一样是倾斜的。在上述结构中，底部表面53a和53b的厚度均匀一致，从而可防止在注塑成形过程中表面产生变形。另外，如果在环形流体腔52a和52b内部保持有液体和球54a和54b，则该液体可平稳地实现流动，而不会妨碍球54a和54b的运动。

同时，与前述实施例相同，在形成倾斜肋时应当考虑下述的条件。

首先，如图6所示，符号a表示环形流体腔52中的内侧顶部表面56与肋55的顶端的间距；b表示相邻的直立侧壁表面57与每个肋55之间的间距；c表示肋55之间的间距，上述肋构成腔的底部；h表示肋55的高度；r表示球54的半径；t表示肋55的厚度；H表示腔的高度。腔的宽度W等于c+2b+2t。

如图6a所示，为了确保在倾斜肋55(便于球54运动(滚动))的最小高度处球54不与表面53相接触，应当满足下列的公式(2)： $c<2\sqrt{h(2r-h)}---\left(2\right)$

图6b表示球54与一个侧壁表面57和一个肋55相接触的不希望的状态。如满足关系式(3)则可避免上述状态。

r＞b+t                (3)

也就是说，球的重心位于可使球位于两个肋上的位置。

图6c和6e表示下述的不希望的状态，在该状态中，一个球的最底部不低于位于球45A的相对侧的球54B的球心之间的假想圆周线CL。在这种状态下，球的***受到限制。为了避免上述情况，并且确保每个球的最底部始终位于图6f所示的线CL下面，应满足下述关系式： $r>\frac{a+h}{3}----\left(4\right)$

同样，图6g表示不希望的状态，在该状态中，球54C中的沿径向靠最外侧的部分54′设置于沿径向向外不超过假想圆周线CL的位置，该假想线CL位于设置于球54的相对侧的球54D的球心之间，在这种状态下，球的***受到限制。为了避免上述情况，并且确保沿径向靠最外侧的部分54′始终位于沿径向向外超过线CL的位置，如图6h所示，应满足下述关系式： $r>\frac{c+2(t+b)}{3}----\left(5\right)$

上述公式(2)和(3)确定了为防止出现下述情况必须满足的条件，该情况指：如果球54同时与底部表面53和侧壁表面57相接触，摩擦力会增加，这样会使肋55上的球54的运动不稳定。另外，上述公式(4)和(5)确定了防止出现下述情况的必须满足的条件，该情况指：球54受到限制从而不可能进行滚动。换言之，对肋进行设计时，最好上述所有公式的条件都能满足以便使球54实现平稳地运动。但是，如果象图4所示那样设置倾斜底部表面43a和43b(即没有肋)，仅仅满足公式(4)和(5)即可。

图7表示本发明的另一个实施例，它为通过沿圆周方向延伸的剖视线将平衡装置沿竖向剖开后而获得的展开示意图。上述平衡装置中的主体51具有沿轴向分隔开的三个环形流体腔52a、52b和52c，肋55a、55b和55c，这些肋分别在相应的表面53a，53b和53c上均按120°的相位差成倾斜状态。球54a、54b和54c容纳于相应的环形流体腔52a、52b和52c中。这就是说，当实施本发明时，可形成至少两个环形流体腔。作为替换方式，可使底部表面53a、53b和53c按照类似图4所示的方式倾斜，而不带有肋55a、55b和55c。

图8为本发明的一个优选实施例的示意图，在该实施例中，平衡装置包括多个单独设置的中空环形腔61a和61b，该环形腔设置于洗衣机的脱水桶的顶端，以及设置于上述腔61a和61b内部的多个球64a和64b。环形腔61a和61b中靠外侧的侧壁表面62a和62b分别相对径向平面向上向外倾斜预定角度，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，上述球64a和64b可沿上述靠外侧的侧壁表面62a和62b上升。另外，与球64a和64b相接触的平底表面63a和63b按照一定的相位差(比如，两个腔时为180°，三个腔时为120°，四个腔时为90°)倾斜。

图9表示本发明的又一个实施例，在该实施例中，平衡装置包括多个单独设置的中空环形腔71a和71b，该环形腔设置于洗衣机中的脱水桶的顶端，以及设置于上述腔71a和71b内部的多个球74a和74b。环形腔71a和71b中靠外侧的侧壁且面72a和72b分别相对径向平面倾斜预定角度，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，球74a和74b沿靠外侧的侧壁表面72a和72b上升。在环形腔71a和71b中的底部平面73a和73b上分别形成有一对肋75a和75b，该对肋按照一定的相位差倾斜从而可对球74a和74b提供支承。

在如上所述的本发明的平衡装置中，根据需要至少可形成两个单独设置的环形流体腔。另外，虽然未具体示出，也可沿直径方向分隔为多个环形流体腔。

同时，本发明的平衡装置中，和球一起还可包括油，它为用于保持一定粘度的流体。此外，本发明可适用于洗衣机中的多数的旋转体以及脱水桶。

如上所述，采用本发明的平衡装置，可防止由于在初始旋转运动期间所产生的振动，球朝向一侧不均匀地分布，并使球可均匀地分布于整个外缘，从而有利于平衡操作。由于上述原因，采用本发明的洗衣机，可防止在初始脱水操作时产生的强烈的振动，同时可通过平稳的平衡操作而缩短脱水桶的振动时间，从而可减少洗衣机产生的噪音，大大提高了产品的可靠性。

另外，由于本发明设有多个环形腔，这些腔可容纳更多的流体(球)，从而提高平衡性能。本发明特别适合于尺寸较大的洗衣机。

虽然上面针对特定的优选实施例对本发明进行了具体的描述，但是本领域的普通技术人员可知道，在不离开后附的权利要求所限定的本发明的保护范围和实质的情况下，可对形状和具体结构进行多种变换。

Claims (14)

1.一种洗衣机，它包括可旋转的脱水桶，设置于该脱水桶顶部的平衡装置，使脱水桶产生旋转的驱动机构，所述平衡装置包括环形腔，其轴线与脱水桶的竖向中心轴线相重合，可活动地设置于所述腔内部的多个球，所述环形腔中的沿径向朝内的靠外侧的立面以与垂直于所述轴线的径向平面所成的内角为钝角的方式向上向外倾斜，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，球可沿倾斜表面上升。

2.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，所述平衡装置满足下列关系式：

θ＜tan^-1(l/μ-g/rω²)

式中，θ表示所述倾斜表面和径向平面之间所成的外角，它为锐角；μ表示所述倾斜表面的摩擦系数；g表示重力加速度；表示球的中心与平衡装置的旋转中心之间的间距；ω表示旋转角速度。

3.一种洗衣机，它包括可旋转的脱水桶，设置于所述脱水桶顶部的平衡装置，和使所述脱水桶产生旋转的驱动机构，所述平衡装置包括多个环形腔，其轴线与脱水桶的竖向中心轴线相重合，以及设置于每个腔内部的球，所述多个腔沿上下叠置，每个腔的底部上安放有多个球，每个腔的底部相对所述轴线倾斜，所述倾斜的底部彼此错开一角度，该角度为360°被腔数的等分角。

4.根据权利要求3所述的洗衣机，其特征在于，球的半径和每个腔的高度按照下述方式确定，即给定球的最底部始终位于假想线之下，该假想线位于设置于给定球的相对侧的各球的中心之间。

5.根据权利要求3所述的洗衣机，其特征在于，球的半径和每个腔的宽度按照下述方式确定，即给定球的沿径向靠外侧的部分始终沿径向向外超出假想线，该假想线位于设置于给定球的相对侧的各球的中心之间。

6.根据权利要求3所述的洗衣机，其特征在于，每个所述底部具有平直表面。

7.根据权利要求3所述的洗衣机，其特征在于，每个所述底部包括被球压靠于其上的一对沿径向间隔开的竖向肋。

8.根据权利要求7所述的洗衣机，其特征在于，每个腔包括顶面和一对直立侧壁，并且满足下列关系式： $c<2\sqrt{h(2r-h)}$ r＞b+t $r>\frac{a+h}{3}$ $r>\frac{c+2(t+d)}{3}$

式中，a表示顶面与肋的顶端的间距；b表示环形流体腔的肋与相邻的直立侧壁之间的水平间距；c表示肋之间的水平间距；h表示肋的高度；t表示每个肋的横向厚度。

9.一种洗衣机，它包括可旋转的脱水桶，设置于该脱水桶顶部的平衡装置，和使所述脱水桶产生旋转的驱动机构，该平衡装置包括多个环形腔，其轴线与脱水桶的竖向中心轴线相重合，以及可活动地设置于所述每个腔内部的球，所述环形腔沿上下设置，每个环形腔中的沿径向朝内的靠外侧的立面以与垂直于所述轴线的径向平面成钝角的方式向上向外倾斜，从而当脱水桶以大于规定的速度旋转时，可使球沿相应的腔的倾斜表面上升，所述腔的相应底部相对所述轴线倾斜，所述倾斜的底部彼此错开一角度，该角度为360°被腔数的等分角。

10.根据权利要求9所述的洗衣机，其特征在于，所述平衡装置满足下述的关系式：

θ＜tan/^-1(l/μ-g/rω²)

式中，θ表示所述倾斜表面和径向平面之间的外角，它为锐角；μ表示所述倾斜表面的摩擦系数；g表示重力加速度；r表示球的中心与平衡装置的旋转中心之间的间距；ω表示旋转角速度。

11.根据权利要求9所述的洗衣机，其特征在于，球的半径和每个腔的高度按照下述方式确定，即给定球的最底部始终位于假想线之下，该假想线位于设置于给定球的相对侧的各球的中心之间。

12.根据权利要求9所述的洗衣机，其特征在于，球的半径和每个腔的宽度按照下述方式确定，即给定球的沿径向靠外侧的部分始终沿径向向外超出假想线，该假想线位于设置于给定球的相对侧的各球的中心之间。

13.根据权利要求9所述的洗衣机，其特征在于，每个所述底部具有平直表面。

14.根据权利要求9所述的洗衣机，其特征在于，每个所述底部包括被球压靠于其上的一对沿径向间隔开的竖向肋。

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