專利名稱：帶預(yù)定時電動式二維自動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬家用電器中的二維自動控制技術(shù)家用電器中的二維自動控制常以電子化形式出現(xiàn)，在很多情況下電子式的二維自動控制，限制和影響家用電器整機(jī)的機(jī)電一體化設(shè)計水平，使得非電子式二維自動控制技術(shù)的發(fā)展成為必然。尚未看到電動式二維自動控制裝置在家用電器中的應(yīng)用。
本實用新型的目的是提出具有一維選擇功能的電動式二維自動控制裝置，來滿足電熱器具、電動器具等家用電器的包括精確的預(yù)定時在內(nèi)的二維自動控制與家用電器整機(jī)機(jī)電一體化設(shè)計的需求。
本實用新型以同步電機(jī)和減速齒輪控制的主軸實現(xiàn)時間與主軸轉(zhuǎn)動角度的時間控制，以主軸上特設(shè)的曲線輪來控制一函數(shù)隨時間的變量，這一隨時間變化的物理量與另一物理量的控制同時以“或”邏輯的方式輸入到二維器件中，由二維器件對家用電器主機(jī)形成閉環(huán)式二維物理量的自動控制。顯然本實用新型是通過對主軸角度的一維選擇來實現(xiàn)一個隨時間變化的物理量與另一物理量的二維自動控制的。
應(yīng)該指出在家用電器的自動控制中，很多情況下需要對二維物理量實施自動控制，如時間與溫度、時間與轉(zhuǎn)速等，而為方便使用又需將這二維物理量的選擇和搭配簡化成一維選擇。
本實用新型的附圖中

圖1～圖5，其圖面說明如下圖1是原理方框示意圖在圖1中1是主機(jī)、2是傳感器、3是二維器件、4是模擬量選擇、5是手動、6是時間控制、7是放大預(yù)定時。圖2是二維器件3的功能結(jié)構(gòu)示意圖，在圖2中8是集成件、9是懸臂、10是中心臂、11是儲能彈簧、12是動觸點、13是定觸點。圖2中V1處向下箭頭示意在V1處向下施力于中心臂10即可令動觸點12與定觸點13斷開。而圖2中V2處向上箭頭示意在V2處向上施力于懸臂9的遠(yuǎn)端也可令動觸點12與定觸點13斷開。圖3是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖3中14是電機(jī)、15是時間減速器、16是時間軸、17是一維器件、18是小時減速器、19是小時軸、20是分針放大器。圖4是電機(jī)14向時間減速器15和小時減速器18轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)示意圖，在圖4中21是電機(jī)主軸齒輪、22是滑架、23是動齒輪、24是彈簧。圖5是分針放大器20的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖5a示意分針放大器20的齒輪放大轉(zhuǎn)動、圖5b示意分針放大器20的旋鈕表盤部局。在圖5中25是時分齒輪、26是分針軸、27是時針、28是分針、29是表盤。
圖1中主機(jī)1是指家用電器主機(jī)即被控制對象。從圖1看到由主機(jī)1的輸出到傳感器2再經(jīng)二維器件3控制主機(jī)1形成反饋式閉環(huán)控制。時間控制6是由同步電機(jī)和減速齒輪組成的轉(zhuǎn)軸角度模擬量與時間呈穩(wěn)定函數(shù)關(guān)系的定時軸。顯然這個定時軸的轉(zhuǎn)角與時間的關(guān)系可根據(jù)被控家用電器的需要，由電機(jī)轉(zhuǎn)速和齒輪減速來精確設(shè)定。而模擬量選擇4就是設(shè)在這個定時軸即時間控制6上的半徑R與角度呈所需函數(shù)關(guān)系的曲線輪，以此曲線輪對二維器件3進(jìn)行控制，實現(xiàn)對主機(jī)1的二維自動控制。本發(fā)明通過手動5對時間控制6進(jìn)行一維選擇預(yù)置，由于時間控制6是通過所需函數(shù)的曲線輪(如隨時間的衰減函數(shù))實現(xiàn)模擬量選擇4后，輸入到二維器件3的，故二維器件3的另一輸入(即家用電器主機(jī)原有閉環(huán)控制的輸入)端物理量控制的選擇，就通過二維器件3一并由手動5預(yù)置實現(xiàn)。也就是說，通過手動5的一維選擇，一是對主機(jī)1進(jìn)行時間控制選擇，二是將另一物理量(如溫度)的控制選擇在某一所需函數(shù)的范圍。這樣，在對家用電器的二個物理量的自動控制中，通過對時間這一物理量的預(yù)置選擇，也實現(xiàn)了對另一物理量隨時間按所需函數(shù)控制的選擇。顯然，在家用電器的二維自動控制中，將一物理量的自動控制按所需函數(shù)進(jìn)行編程后，僅需一維選擇就實現(xiàn)對二維自動控制的選擇，這給家用電器的使用帶來很大的方便。家用電器的自動控制中預(yù)選時間開啟即預(yù)定時，在非電子式計時控制中，具有定時選擇精度差的缺陷。本發(fā)明中加設(shè)放大預(yù)定時7，實際上是將預(yù)定時軸設(shè)計成小時軸和分針套軸，來實現(xiàn)將預(yù)定時選擇和計量的精度提高到以分鐘為單位的量級，從而彌補(bǔ)電動式預(yù)定時的精度不足。
圖2是二維器件3的結(jié)構(gòu)原理示意圖，可以看到將常見懸臂式閃動開關(guān)(如電飯鍋用保溫器)的懸臂及定觸點注塑在集成件8上就構(gòu)成了二維器件3，在這里利用了懸臂式閃動開關(guān)的懸臂9上的兩個控制點，V1是在懸臂9上的中心臂10的中段，V2是在懸臂9的遠(yuǎn)端，V1處向下的位移和V2處向上的位移(如圖2箭頭所示)，都能令動觸點12跳離定觸點13實現(xiàn)對電路的斷路控制，當(dāng)在V1處或V2處向反向施力時，又可令動觸點12跳至動觸點13實現(xiàn)對電路的通路控制。在二維器件3中，設(shè)置中心臂10的目的是增加V1的控制點，儲能彈簧11的設(shè)置是為了實現(xiàn)動觸點12與定觸點13的跳變(即閃動)。這里利用常見的懸臂式閃動開關(guān)的懸臂9上的V1和V2兩個控制點，形成二維器件3對兩個物理量的“或”邏輯控制，其中V2用來作家用電器主機(jī)1閉環(huán)式控制的輸入端，主機(jī)1的被控物理量輸出(如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速)在圖2中的V2處，由傳感器2轉(zhuǎn)換成向上的力，控制動觸點12和定觸點13的通或斷，來實現(xiàn)對家用電器主機(jī)1的一維自動控制。二維器件3的中心臂10上的V1處則接收時間控制6上的模擬量選擇4曲線輪外緣的力，來實現(xiàn)隨時間按所需函數(shù)變化的另一物理量對家用電器主機(jī)1的二維自動控制。顯然，通過手動5對時間控制6的預(yù)置選擇的同時，也將主機(jī)1的閉環(huán)式反饋控制的物理量選擇在所需函數(shù)變化范圍。
圖3給出本裝置的機(jī)電結(jié)構(gòu)示意。電機(jī)14是以市電為動力的同步電機(jī)，其穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速用以作為時間計量的基礎(chǔ)。電機(jī)14經(jīng)由齒輪組構(gòu)成的時間減速器15帶動時間軸16。顯然，時間軸16時間與角度的函數(shù)類系，可根據(jù)被控家用電器主機(jī)1的所需函數(shù)關(guān)系，由時間減速器15的技術(shù)參數(shù)確定。圖3中時間軸16的左端固接著手動5、它實際上是通過時間軸6伸出主機(jī)1的控制部分的選擇旋鈕。時間軸16的另一端固接著模擬量選擇4、它實際上是與時間軸16同軸的曲線輪，曲線輪沿園周半徑的變量函數(shù)值，可根據(jù)主機(jī)1整機(jī)控制參數(shù)的需要來確定，曲線輪的曲率半徑的變化，按整機(jī)控制程序編設(shè)，成為本實用新型自動控制中的關(guān)鍵零件。將時間軸16、手動5、模擬量選擇4緊固成一體，在通過手動5預(yù)置時間軸16的同時也就預(yù)置選擇了模擬量選擇4的模擬量，完成二維自動控制的一維選擇。模擬量選擇4是通過精密設(shè)計確保與二維器件3的中心臂10的V1處可靠耦合，實現(xiàn)對主機(jī)1的二維自動控制。顯然，可根據(jù)主機(jī)1自動控制的需要，在時間控制軸16上設(shè)置多個所需參數(shù)的模擬量選擇4(即曲線輪)，或再配以多組二維器件(包括一維器件)組成更復(fù)雜的自動控制程序來滿足主機(jī)1的需求。一維器件17是指只有一個輸入端的開關(guān)器件，它工作時只接收一個控制力。二維器件3、一維器件17通過注塑成型的方法集成在一起制成集成件8。在圖3中的上部是預(yù)定時結(jié)構(gòu)示意，由電機(jī)14通過小時減速器18帶動小時軸19，小時軸19的轉(zhuǎn)角與時間關(guān)系與時鐘的時針一致。應(yīng)當(dāng)指出目前市售有關(guān)電動式、機(jī)械式定時器的產(chǎn)品中尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角與時針一致的產(chǎn)品。在小時軸19上加設(shè)一分針放大器20實現(xiàn)預(yù)定時的精確預(yù)置與指示。圖3中電機(jī)14、時間減速器15、時間軸16、小時減速器18、小時軸19以及集成件8都固定在同一個基座上，組成了本裝置。它與主機(jī)1、傳感器2有良好的機(jī)電一體化設(shè)計條件。
從圖3中看到本裝置是通過電機(jī)14帶動減速輪系至?xí)r間軸16和小時軸19。其中電機(jī)14到兩個減速輪系的轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)特征示意于圖4。在圖4中，滑架22是套裝在電機(jī)14的主軸上可自由轉(zhuǎn)動，動齒輪23的轉(zhuǎn)軸固定在滑架22上并與電機(jī)主軸齒輪21嚙合。顯然，當(dāng)滑架22以電機(jī)的主軸為中心旋轉(zhuǎn)，都能保證電機(jī)主軸齒輪21與動齒輪23的嚙合。在圖4中示出了將時間減速器15的第一個齒輪設(shè)置在下方與動齒輪23嚙合的位置，而將小時減速器18的第一個齒輪，設(shè)在動齒輪23與時間減速器15脫離嚙合而只和動齒輪23嚙合的上方位置?？梢娀?2向下與上兩個位置轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)電機(jī)14帶動時間軸16與小時軸19的轉(zhuǎn)換。本裝置的初始位置是令動齒輪23在下方，滑架22的一角置于小時軸19上的缺口輪的缺口內(nèi)。這樣，電機(jī)14是帶動時間軸16，而當(dāng)需要預(yù)定時僅需轉(zhuǎn)動小時軸19，令滑架22的一角滑出缺口，將滑架22頂向上方，實現(xiàn)動齒輪23與小時減速器18的第一個齒輪嚙合，完成電機(jī)14由時間軸16到小時軸19的轉(zhuǎn)換。顯然，要使滑架22處于穩(wěn)定的兩個位置，還應(yīng)加設(shè)穩(wěn)定用的彈簧24。
由圖5示出的分針放大器20的結(jié)構(gòu)示意，圖5a中小時軸19經(jīng)時分齒輪25變速換向后，帶動分針軸26，分針軸26的角度與時間關(guān)系按每圈60分設(shè)計。為方便家用電器的使用和外觀設(shè)計需要，這里將分針軸26作成內(nèi)齒輪，分針軸26也就作成了旋鈕形式，轉(zhuǎn)動它就是相當(dāng)撥動鐘表分針，立意創(chuàng)新的同時還大大提高了預(yù)定時的精度。圖5b中是將分針放大器20設(shè)計成表盤的形式，其中時針27是固定在小時軸19頂端，用以指示小時軸19的轉(zhuǎn)角數(shù)值。分針28是固定在分針軸26的透明頂部。以時、分刻度的表盤29則是通過一不動的支點固定在基座或基座蓋上，商品化時表盤29上可印制上商標(biāo)銘牌等。
本發(fā)明在實施中，本裝置與現(xiàn)有電動式定時器相同部分，如電機(jī)、減速輪系、缺口輪、觸點等均可借鑒。本裝置中電機(jī)到兩個減速輪系的轉(zhuǎn)換部分，滑架22的設(shè)計應(yīng)作到能在電機(jī)14主軸上自由轉(zhuǎn)動、固定動齒輪23、滑板22的一角與小時軸19上的缺口輪轉(zhuǎn)動離合自如、復(fù)位穩(wěn)定用的彈簧24應(yīng)使動齒輪2 3向兩個齒輪系的轉(zhuǎn)換穩(wěn)定可靠。集成件8的目的是將本裝置中的電動部分與電控部分通過注塑模具集成后組成機(jī)電一體化的精密連接耦合，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，在條件充許的情況下可將集成件8與本裝置的基座設(shè)計成一體?？傊?，可通過精細(xì)設(shè)計及模具保證時間軸16、模擬量選擇4與集成件8、二維器件3、一維器件17的機(jī)電一體化的工裝質(zhì)量。二維器件3的設(shè)計和選配，目前確定使用最廣泛的雙金屬片閃動式溫控器中的彈性懸臂，該彈性懸臂可被原封不動地借用。以此制成的二維器件3，在V1和V2處的位移范圍分別為0-1mm和0-2mm的量級。與V1相配合的模擬量選擇4的曲線輪的最大半徑，可在時間軸16的半徑上加1mm左右即可，其半徑的曲率變化則是根據(jù)被控對象的具體要求而設(shè)計。為方便生產(chǎn)，一維器件17也可采用與二維器件3完全一樣的元件制作，不過在使用中應(yīng)選只取一個輸入端而將另一輸入端固定在某一定值上。本裝置加設(shè)的分針放大器20，其時分齒輪25不但要按時針與分針的轉(zhuǎn)速設(shè)計，還應(yīng)保證預(yù)定時工作時，時針與分針的旋轉(zhuǎn)方向一致，在分針軸26作成外緣是旋鈕里面作成內(nèi)齒輪時，應(yīng)將時分齒輪25作成偶然數(shù)個齒輪。
本裝置在家用電器中的實施要點現(xiàn)舉幾例說明如下電氣鍋電氣鍋是一種工作在全密封狀態(tài)下，以鍋內(nèi)氣壓為動力進(jìn)行自動控制的新型壓力烹飪器具，其自動控制特點是依靠鍋內(nèi)壓力使外鍋底部產(chǎn)生彈性位移來實現(xiàn)鍋內(nèi)壓力的自動控制。本裝置在電氣鍋上應(yīng)用要點是用小時軸19上的缺口輪帶動觸點接通主回路、用時間軸16上的缺口輪帶動觸點切斷主回路、用電氣鍋的烹飪參數(shù)確定模擬量選擇4的曲線輪的相關(guān)尺寸、用二維器件3的V2端接收外鍋的位移、用一維器件17接收初始小壓力信號接通電機(jī)14令時間軸16開始轉(zhuǎn)動等主要控制。不難看出這只需撥動手動5就能完成烹飪時間選擇、烹飪參數(shù)選擇(指模擬量選擇4的曲線輪的角度)并開始自動烹飪，其烹飪效果和自動控制、選擇水平，已超越目前市售電腦電飯鍋。
電飯鍋本裝置在電飯鍋上應(yīng)用要點是用小時軸19上的缺口輪帶動觸點接通主回路、用時間軸16上的缺口輪帶動觸點切斷主回路、用電飯鍋加熱溫度和多功能化的參數(shù)確定模擬量選擇4的曲線輪的相關(guān)尺寸、用二維器件3的V2處接受熱源溫度傳感器的位移力，用一維器件17接收電飯鍋的沸騰信號接通電機(jī)14令時間軸16開始轉(zhuǎn)動等主要控制。顯然，電飯鍋在增加預(yù)定時、沸騰后開始計時并隨時按所選程序控制加熱溫度等，再結(jié)合電飯鍋原有磁鋼傳感器的控制，使電飯鍋的功能大增，與市售同類產(chǎn)品相比更具競爭優(yōu)勢。
電烤箱、微波爐本裝置在電烤箱、微波爐上應(yīng)用要點是用小時軸19上的缺口輪帶動觸點接通主回路、用時間軸16上的缺口輪帶動觸點切斷主回路、用電烤箱或微波爐內(nèi)溫度的烹飪參數(shù)(如先大火烤后小火烘)確定模擬量選擇4的曲線輪的相關(guān)尺寸、用二維器件3的V2處接收烘烤溫度傳感器的位移力、用一維器件17接收電烤箱、微波爐內(nèi)溫度達(dá)到所需烘烤溫度信號接通電機(jī)14令時間軸開始轉(zhuǎn)動等主要控制。很明顯，本裝置使電烤箱、微波爐增加了隨時間變化的加熱溫度，并實現(xiàn)加熱溫度和加熱時間的控制的一維選擇。
電風(fēng)扇本裝置在電風(fēng)扇上的應(yīng)用要點是用小時軸19上的缺口輪帶動觸點接通主回路、用時間軸16上的缺口輪帶動觸點切斷主回路、用電風(fēng)扇自然風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)、中風(fēng)、弱風(fēng)等的參數(shù)確定模擬量選擇4的曲線輪的相關(guān)尺寸、用二維器件3的V2處接受風(fēng)量參數(shù)離心式傳感器的離心力等主要控制。這樣可使電風(fēng)扇具有風(fēng)量隨時間減弱的效果，為非電子式的電風(fēng)扇控制開創(chuàng)一條新路。
本裝置與現(xiàn)有電動式定時器相較其主要技術(shù)進(jìn)步在于它不僅能用于定時開啟和切斷電路，在對家用電器進(jìn)行時間控制的全過程中，通過新增設(shè)的模擬量選擇4、二維器件3進(jìn)行二維自動控制及一維選擇。集成件8是確保產(chǎn)品實現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件，也是產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，通常用塑料模具的合理設(shè)計來實現(xiàn)。集成件8的引入還能將主機(jī)1中需要進(jìn)行其它參數(shù)控制的器件一并集成，使現(xiàn)有定時器通過機(jī)電集成技術(shù)與被控家用電器的機(jī)電一體化水平提高一步。
本裝置在增設(shè)預(yù)定時后，采用滑架22、動齒輪23及穩(wěn)定用彈簧24來實現(xiàn)由一個電機(jī)帶動兩個減速輪系的目的，降低成本減少體積利于推廣。
本裝置的預(yù)定時采用分針式的調(diào)節(jié)旋鈕，既提高了預(yù)定時的定時指示選擇精度，又使旋鈕表盤化。表盤旋鈕除外觀新穎外，還改變了定時行業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品轉(zhuǎn)軸角度與公知的時針角度不一致的缺點，讓使用者習(xí)慣。
本發(fā)明提出的帶預(yù)定時電動式二維自動控裝置，著眼于部分家用電器主機(jī)與自動控制的機(jī)電一體化設(shè)計，為提高家用電器的功能技術(shù)指標(biāo)提供了一條新路，在某些家用電器的開發(fā)局限于電子化的狀況下尤其有意義。
權(quán)利要求1.一種帶預(yù)定時電動式二維自動控制裝置，其特征在于a.主機(jī)〔1〕的輸出接至傳感器〔2〕經(jīng)二維器件〔3〕的一個輸入端回到主機(jī)〔1〕的閉環(huán)式反饋控制，是用手動〔5〕選擇時間控制〔6〕上的模擬量選擇〔4〕輸入到集成件〔8〕上的二維自動控制和一維選擇的；還可通過多設(shè)模擬量選擇〔4〕上的曲線輪與集成件〔8〕上的多個二維器件〔3〕、一維器件〔17〕來組成更復(fù)雜的控制；b.集成件〔8〕上的二維器件〔3〕其懸臂〔9〕的遠(yuǎn)端接有主機(jī)〔1〕的一維自動控制，其中心臂〔10〕的中段接有時間控制〔6〕上的模擬量選擇〔4〕上經(jīng)控制編程的曲線輪的另一維自動控制；c.同步電機(jī)〔14〕是通過由安裝在電機(jī)〔14〕主軸上的滑架〔22〕上的動齒輪〔23〕經(jīng)小時軸〔19〕上的缺口輪與滑架〔22〕配合，實現(xiàn)電機(jī)〔14〕到時間軸〔16〕和小時軸〔19〕兩個輪系的轉(zhuǎn)換的；d.經(jīng)小時減速器〔18〕減速后的小時軸〔19〕與時分齒輪〔25〕嚙合至分針軸〔26〕，小時軸〔19〕上的時針〔27〕分針軸〔26〕上的分針〔28〕的轉(zhuǎn)角和表盤〔29〕與已知的模擬量式時鐘指示一致；分針軸〔26〕可制成旋鈕式的內(nèi)齒輪。
專利摘要本實用新型屬電動式自動控制領(lǐng)域，應(yīng)用于電熱器具，電動器具等家電中。本裝置以同步電機(jī)和減速齒輪驅(qū)動時間軸同時帶動一個隨時間變化的物理量輸入控制二維器件的一端，與家用電器原有控制形成二維自動控制，并由一維選擇實現(xiàn)。本實用新型提出的包括表盤式預(yù)定時在內(nèi)、采用機(jī)電集成技術(shù)提高與被控家用電器機(jī)電一體化設(shè)計水平，為適合電動式自動控制的家用電器開拓新市場。
文檔編號G05B11/01GK2257039SQ95224059
公開日1997年6月25日 申請日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月20日
發(fā)明者王永光 申請人:王永光