滚筒洗衣机柔性复合驱动技术研究.pdf

992023中国家电科技年会论文集0 引言随着人们对洗衣机洗衣品质的要求不断提高，洗净性能成为消费者评价其品质的重要衡量指标之一1。但是，目前滚筒洗衣机洗涤衣物存在以下问题：（1）内筒对衣物只有提升摔打作用，没有模拟双手搓洗、揉洗等扭动衣物的作用，衣物洗干净需花较长时间；（2）洗涤转速提高有利于增加洗涤效果，但是现有的滚筒洗衣机内筒转速还未达100转/分时，衣物就会贴在洗衣机内筒侧壁上，失去了摔打作用，使得摔打洗涤效果下降；（3）硬性传动强制驱动的最原始机械传动技术洗涤衣物，正反转时撞击声、冲击声很大，易磨损衣物。而且如果衣物不能被带动产生堵转，离合器里面的齿轮系统承受不了传输动力，容易崩齿，造成传动系统崩溃。有的洗衣机产品专利2,3提出可通过在内筒后部增加一套搅拌装置，实现滚筒洗衣机在纵向摔打力和横向揉搓力的双重作用下洗涤衣物。但是此种样品机器存在以下问题：（1）内筒和搅拌装置一快一慢同向转动，无法实现逆向转动带来的强力揉搓效果；（2）扭矩分配不当：电机转子直接连接驱动搅拌装置的中心细轴，通作者简介：林修鹏，专科学历，研究方向：洗衣机结构设计。地址：山东省青岛市崂山区松岭路399号。E-mail：。滚筒洗衣机柔性复合驱动技术研究林修鹏 王莹莹 曹明磊 刘振华 刘玉春 石伟泽海信冰箱有限公司 洗衣机研发部 山东青岛 266100摘 要：介绍了适用于滚筒洗衣机的柔性复合驱动技术，分析了柔性复合驱动技术的结构支撑以及洗涤、脱水原理。具体方法为：在内筒后部端面上增加一套辅助动力搅拌装置，搅拌器与内筒旋转方向相反，使内筒洗涤的衣物在搅拌器的作用下，产生一个逆向的反转力，增加洗涤效果。关键点在于：增加的这套辅助洗涤采用柔性驱动，在搅拌装置承受的反作用力大于一定的扭矩时，辅助洗涤装置会自动停止转动，并非强制驱动，有效的防止辅助洗涤装置在承受大扭矩时的损伤，也有效的保护了衣物，防止其被强制洗涤扭矩破损。该技术可提高滚筒洗衣机的洗净比，并可通过冷水洗涤方式洗干净衣物，同时，采用柔性驱动，具有过载保护功能。关键词：滚筒洗衣机；柔性复合驱动；柔性制动系统Research on flexible composite drive technology of drum washing machineLIN Xiupeng WANG Yingying CAO Minglei LIU Zhenhua LIU Yuchun SHI WeizeHisense Refrigerator Co.,Ltd.Washing Machine R&D Qingdao 266100Abstract:Introduces the flexible composite drive technology suitable for drum washing machines,and analyzes the structure support,washing and dehydration principles of the flexible composite drive technology.The specific method is to add a set of auxiliary power mixing device on the end face of the inner cylinder,and the direction of rotation of the agitator is opposite to that of the inner cylinder,so that the clothes washed in the inner cylinder under the action of the agitator produce a reverse reversal force and increase the washing effect.The key point is that the added set of auxiliary washing adopts a flexible drive.When the reaction force of the mixing device is greater than a certain torque,the auxiliary washing device will automatically stop rotating instead of being forced to drive,which effectively prevents the damage of the auxiliary washing device when it is subjected to large torque,and also effectively protects the clothes from being damaged by the forced washing torque.The technology can improve the washing ratio of the drum washing machine,and can wash clothes by cold water washing,at the same time,the flexible drive has overload protection function.Keywords:Drum washing machine;Flexible composite drive;Flexible braking system中图分类号：TM925.335 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.024100 2023中国家电科技年会论文集过中心细轴，将滚筒洗衣机的输入动力全部接受，一部分较小的动力直接传递给中心搅拌装置，另一部分主要动力，通过齿轮系统传递给内筒轴，通过内筒轴将主要动力传递给内筒；（3）齿轮崩齿：由于驱动搅拌装置的中心细轴承接了电机输入的全部动力（扭矩）且通过齿轮系统将主要的动力再次传递给内筒，因此中心细轴与齿轮系统承受了非常大的扭矩，特别是齿轮承接了非常大的扭矩（齿轮本身的强度低于中心细轴），遇到大负载，非常容易崩齿，从而损坏整个传动系统。有的洗衣机产品专利4提出可通过在滚筒洗衣机的主滚筒内侧安装副滚筒（相当于半个内筒），双马达定子电机的外轴用于旋转主滚筒、中空外轴内侧的内轴用于旋转副滚筒的方式来提高洗涤效果，但此种方式很容易导致衣物夹入主副滚筒之间，而且主滚筒中增加副滚筒的结构方式复杂，制造难度大，也会导致内筒容积大大减少。有的产品通过选择双电机分别驱动内筒和搅拌装置来实现5，但是双电机驱动的成本更高、控制系统更复杂、占用空间更大，而且脱水时内桶与搅拌器很难完全实现同步脱水。为了解决以上衣物揉搓效果不佳、洗净效果差、洗涤时间长以及强力洗涤传动系统容易损坏的问题，本方案的技术思路如下：（1）原内筒里增加一套搅拌装置，扭矩需求最大的内筒旋转轴由电机直接驱动，中心搅拌器用的中心输入轴设计为由齿轮系统传递力的被动轴，使得中间传输齿轮需要传递的扭矩非常低，提高传动系统强度。两套旋转装置按同向或逆向同时旋转，单电机驱动两套洗涤装置以揉搓、摔打两种洗涤方式可高转速洗涤衣物。（2）针对硬性传动，采用逆向思维进行设计：主动力输入轴为粗空心脱水轴，齿轮系统设置其中，可实现扭矩传递的合理分配，而且节约空间，提高强度；采用柔性制动控制系统：扭矩意外过载时，制动系统打滑，内部齿轮系统停止传动，控制电机转变转停比为小负载洗涤模式的转停比，保护了齿轮传动系统。最终可达成如下效果：（1）衣物以三种模式运动：中心搅拌器与内筒可反向旋转强力洗涤；同向同速脱水；同向同速温和洗涤（转速远低于脱水转速）。（2）即使提高内筒洗涤转速，衣物在中心搅拌器的作用下也不会贴在内筒侧壁上，增加了提升摔打洗涤效果。（3）齿轮传动系统稳定、安全运转，不会因崩齿造成系统崩溃。以下对柔性复合驱动技术的支撑结构、原理以及优势进行详细分析。1 整体技术方案及分解总体方案为电机的旋转动力直接传递给能承受最大传递扭矩的内筒轴，以及采用柔性制动系统。以下对所涉及的部件、模块及子系统的设计进行详细分析。1.1 柔性复合驱动整机结构及原理整机结构如图1所示。柔性复合驱动滚筒洗衣机整机结构除了传统滚筒洗衣机所具有的箱体、外筒、内筒、传动组件（电机、皮带、皮带轮）外，还包括了中心搅拌器、离合器组件（牵引器、制动带、制动轮、齿轮传动系统（内筒轴、齿轮架、行星齿轮、中心齿轮、中心搅拌器轴）等。其中，中心搅拌器可转动的设置在内筒内；内筒轴与皮带轮连接，电机将驱动力通过皮带轮输入到内筒轴上；牵引器用于拉动或者放开制动带，制动带用于限制或者放松制动轮；齿轮架与制动轮固定连接，可转动的行星齿轮设置在齿轮架上且位于内筒轴与中心搅拌器轴之间，用于将内筒的动力传递至中心搅拌器轴上。因电机旋转动力直接传递给能承受最大传递扭矩的内筒轴，为了加强内筒轴强度，采用加大内筒轴直径以及采用空心轴的形式，确保了内筒对大旋转扭矩传递动力的需要。此种直接将旋转扭矩传递给内筒轴的力传递方式，传输效率高、无能量损耗、不会增加电机的动力输出。内筒轴输入的动力，通过齿轮系统传递给旋转扭矩比较小的中心搅拌器，中间传输齿轮需传递的扭矩比较低，不会崩齿。为了防止意外出现过大扭矩破坏齿轮系统，采用柔性制动控制图1 柔性复合驱动滚筒洗衣机整机结构图 1012023中国家电科技年会论文集系统控制齿轮系发挥作用与否，即在传动系统后部，增加一套扭矩过载保护装置，在意外过载扭矩大于制动带抱紧力矩时，制动带与制动轮打滑，齿轮系统内部零部件形成一体，内部齿轮（行星齿轮、中心齿轮）停止相对传动，保护了内部齿轮系统。此时电机温升过高，控制电路检测到过载电流，控制电机转变转停比为小负载洗涤模式的转停比。另外，电机输入给传动系统的动力（扭矩），通过柔性的皮带传递给大皮带轮，避免了竞品采用的直接传动（电机转子直接连接中心输入轴）或者通过齿轮的刚性传动带来的崩齿现象。1.2 柔性复合驱动洗涤原理洗涤状态下，各部件的连接状态如图2所示。此时，制动带抱紧制动轮，制动轮与齿轮架紧固一体（处于静止状态）。此时行星齿轮原地转动，因行星齿轮的外侧与空心内筒轴内部的内齿圈啮合，可被内齿圈带动同向转动；行星齿轮的内侧与中心齿轮啮合，带动中心齿轮逆向转动。洗涤状态下，各部件的运行状态为：电机通过皮带带动空心内筒轴转动，空心内筒轴转动时，其内壁上的内齿圈带动行星齿轮原地（因为齿轮架被制动带抱住）同向转动，行星齿轮又带动中心齿轮逆向转动。以上传动，实现了内筒与中心搅拌器的逆向转动。（备注：内筒轴的齿轮是内齿轮，所以传递给行星齿轮也是正转；行星齿轮与中心齿轮都是外齿轮，两者之间是逆向转动关系）。图2 柔性复合驱动洗涤状态各部件连接状态图1.3 柔性复合驱动脱水原理脱水状态下，牵引器拉动制动带，制动带松开制动轮，制动轮没有外力的制约，可以被其他动力带动跟随转。此时，内筒轴与其内部的任何零件（包括齿轮系统）相当于一个整体，当电机带动内筒轴转动的同时，内筒轴内部的任何零件也跟随内筒轴一起转动。实现了内筒与中心搅拌器的同向转动，同向转动既可脱水，也可温和洗涤衣物。2 创新性柔性复合驱动技术的优势体现在以下三方面：（1）将主动力的输入轴设计成空心粗脱水轴，扭矩需求较小的中心搅拌器用的中心输入轴设计成被动轴。此种设计使得主动力轴可以承受等同于目前滚筒洗衣机粗输入轴的大扭矩，带动扭矩需求最大的内筒。（2）利用柔性制动控制装置保护齿轮系统。即，将齿轮架引出到后端，利用制动带用设定的扭矩将制动轮抱紧的同时，齿轮架也被抱紧。当内筒中的负载带来的转动扭矩大于设定扭矩时，制动带打滑，放松制动轮、齿轮架，使得制动轮、齿轮架及内部传动齿轮与内筒轴相对静止不转，从而避免了齿轮系统被破坏。（3）空心内筒轴通过行星齿轮机构，将一部分动力传递给扭矩需求较小的中心搅拌器轴，即中心搅拌器。而齿轮架引出到空心内筒轴外面与制动轮固定连接，对齿轮的驱动力矩进行过载保护控制。由于合理匹配两根动力轴的扭矩，齿轮系传递的动力很小，避免了齿轮崩齿。3 结论本文介绍了用于滚筒洗衣机的柔性复合驱动技术，该技术可实现内筒与中心搅拌器逆向或者同向转动，来洗涤衣物或者脱水。逆向转动可使滚筒洗衣机实现以摔打、模拟双手揉搓的方式洗涤衣物，防止衣物在高转速时因贴壁而降低摔打洗涤作用，减少洗涤时间，提高洗净效果。而且柔性制动控制系统有效地保护了内部齿轮系统，防止内筒中的负载带来的扭矩过大造成齿轮系统因崩齿而崩溃，保障洗涤过程稳定、安全运行。总之，柔性复合驱动技术应用于滚筒洗衣机，可达到如下效果。（1）衣物以三种模式运动：中心搅拌器与内筒可反向旋转强力洗涤；同向同速脱水；同向同速温和洗涤（转速远低于脱水转速）。（2）即使提高内筒洗涤转速，衣物在中心搅拌器的作用下也不会贴在内筒侧壁上，增加了提升摔打洗涤效果。（3）缩短洗涤时间，提高洗净比。（4）齿轮传动系统结构合理、成本低、稳定可靠、安全运转，不会因崩齿造成系统崩溃。参考文献1 许升,吕艳芬,梁泉,等.一种带激荡水流的滚筒洗衣机J.家电科技,2020(05):46-49.2 田中启之,竹中卓雄.滚筒洗衣机:中国,201480002630.0P.2014-08-04.3 田中启之,竹中卓雄.滚筒洗衣机:中国,201480002635.3P.2014-08-04.4 田且承,崔炳杰,等.洗衣机:中国,201280063100.8P.2012-10-24.5 释洗衣服那点事 篇十四：滚筒波轮这种黑科技是噱头还是真实用？三星智慕多维双驱滚筒洗衣机评测OL.知乎,2018-05-25.https:/