洗衣機(jī)平衡環(huán)專利技術(shù)分析

李森 李會(huì)會(huì) 閆淑敏

摘要：洗衣機(jī)是生活中常見的家用電器，其脫水時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，而平衡環(huán)可以有效地降低洗衣機(jī)的振動(dòng)。本文介紹了目前洗衣機(jī)平衡環(huán)技術(shù)的幾大主要技術(shù)和發(fā)展脈絡(luò)，分析了平衡環(huán)技術(shù)專利申請(qǐng)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上提出若干研究方向，最后對(duì)該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)情況作了總結(jié)并展望了其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：洗衣機(jī);平衡環(huán);振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM925.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）09-0127-05

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，洗衣機(jī)早已走進(jìn)了尋常百姓家。洗衣機(jī)給人們帶來(lái)生活便利的同時(shí)，在使用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，在洗衣機(jī)脫水時(shí)脫水內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。在構(gòu)成洗衣機(jī)的眾多配件中，平衡環(huán)組件是影響洗衣機(jī)振動(dòng)和噪音的一個(gè)極其重要的零件。一個(gè)好的平衡環(huán)組件不僅可以減少洗衣機(jī)的振動(dòng)性能，有效改善噪音水平，確保洗衣機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，還可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的維修便利性。整體而言，洗衣機(jī)的平衡環(huán)設(shè)計(jì)既可以提升產(chǎn)品的基本性能，又可以提升維修的便利性[1]。

為了減少脫水過(guò)程中的噪聲及碰撞外桶現(xiàn)象，波輪洗衣機(jī)常采用動(dòng)態(tài)平衡的方法來(lái)解決脫水振動(dòng)問(wèn)題。平衡環(huán)技術(shù)在減小內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)不平衡，以及有效降低驅(qū)動(dòng)總成振動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用，突破了洗衣機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)過(guò)大的瓶頸，使洗衣機(jī)朝著大容量、輕量化、更高轉(zhuǎn)速及節(jié)能環(huán)保方面進(jìn)一步發(fā)展[2]。

2 洗衣機(jī)平衡環(huán)的結(jié)構(gòu)及工作原理

洗衣機(jī)脫水過(guò)程分為啟動(dòng)調(diào)整階段、動(dòng)態(tài)平衡（高速運(yùn)轉(zhuǎn)）階段、減速停止階段。脫水啟動(dòng)階段實(shí)際是洗衣機(jī)自身進(jìn)行平衡調(diào)整和高速平衡脫水的過(guò)程，洗衣機(jī)自身的結(jié)構(gòu)及平衡方式對(duì)洗衣機(jī)能不能正常脫水起著決定性的作用。脫水過(guò)程啟動(dòng)后脫水桶轉(zhuǎn)速逐漸加快，脫水桶晃動(dòng)幅度也逐步增大，脫水桶的動(dòng)態(tài)重心也逐步遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，這個(gè)時(shí)候洗衣機(jī)抖動(dòng)加劇。能不能進(jìn)入高速平穩(wěn)的脫水狀態(tài)就要看洗衣機(jī)偏心負(fù)載調(diào)整能力，重心偏離距離越大，晃動(dòng)偏心量也越大，脫水過(guò)程就無(wú)法進(jìn)入正常平穩(wěn)脫水狀態(tài)，脫水桶也就會(huì)在脫水過(guò)程中一直撞擊外桶，洗衣機(jī)因此產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)甚至移動(dòng)[3]。

3 家用洗衣機(jī)平衡環(huán)技術(shù)的發(fā)展情況分析

為了研究家用洗衣機(jī)平衡環(huán)技術(shù)的發(fā)展，本文對(duì)該領(lǐng)域的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用的數(shù)據(jù)在外文專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)DWPI和中文專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS中獲取，本文檢索的截止日期為2018年12月31日。

如圖2所示，截止目前，全球?qū)＠暾?qǐng)中涉及家用洗衣機(jī)平衡環(huán)技術(shù)的專利申請(qǐng)總量為780項(xiàng)，并以此作為分析的數(shù)據(jù)樣本，其申請(qǐng)的年代分析如圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，國(guó)內(nèi)外家用洗衣機(jī)平衡環(huán)的發(fā)展趨勢(shì)基本相同;且在2000—2010年，全球的專利申請(qǐng)不多，年均申請(qǐng)量在20件左右;該技術(shù)的相關(guān)申請(qǐng)?jiān)?010年后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，年均申請(qǐng)量在50件左右，家用洗衣機(jī)的平衡環(huán)技術(shù)目前還處于發(fā)展期。從圖中可以看出在2000—2011年這11年之間，平衡環(huán)的申請(qǐng)量處于比較低的水平，而在2011年以后，申請(qǐng)量一直保持較高的申請(qǐng)量。一方面是由于國(guó)內(nèi)洗衣機(jī)行業(yè)起步較晚，家電企業(yè)比較少，其申請(qǐng)的重點(diǎn)不在于這個(gè)領(lǐng)域，另一方面是隨著人民生活水平提高，用戶對(duì)于洗滌設(shè)備的要求也在提高，用戶不僅僅需要其簡(jiǎn)單完成洗滌作業(yè)，同樣需要其保持安靜和平穩(wěn)的運(yùn)行。因此，能夠減少洗衣機(jī)筒體晃動(dòng)的平衡環(huán)的技術(shù)隨之快速發(fā)展，申請(qǐng)量也隨之提高。

根據(jù)圖3可知，全球洗衣機(jī)平衡環(huán)領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人包括中國(guó)的海爾、小天鵝，韓國(guó)的LG、三星、大宇，日本的松下、三洋、日立，尤其以海爾集團(tuán)為主，專利申請(qǐng)量突破90件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他公司。從數(shù)量上說(shuō)與國(guó)外申請(qǐng)相較具有明顯優(yōu)勢(shì)，一方面是由于國(guó)內(nèi)的海爾、小天鵝作為洗衣機(jī)行業(yè)規(guī)模較大的企業(yè)，其具有較強(qiáng)的研發(fā)能力，另外也與近年國(guó)人專利保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)、注重企業(yè)的專利布局有關(guān)。

圖4顯示了世界各國(guó)在洗衣機(jī)平衡環(huán)領(lǐng)域的申請(qǐng)占比分布，其中以中國(guó)、日本和韓國(guó)為第一梯隊(duì)，這三個(gè)地區(qū)占了世界范圍內(nèi)多于一半的平衡環(huán)技術(shù)的專利申請(qǐng)量。這不僅揭示了洗衣機(jī)平衡環(huán)技術(shù)創(chuàng)新最為前沿的國(guó)家，也從另一側(cè)面反映了當(dāng)今世界上洗衣機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)最活躍的地區(qū)。而美國(guó)和歐洲作為第二梯隊(duì)位列第四位和第五位，其余例如加拿大、澳大利亞這些國(guó)家的申請(qǐng)量較為接近，處于第三梯隊(duì)。

圖5顯示了全球?qū)＠跈?quán)專利國(guó)家和地區(qū)分布，在洗衣機(jī)平衡環(huán)領(lǐng)域，雖然我國(guó)的申請(qǐng)量處于領(lǐng)先位置，但專利質(zhì)量參差不齊，授權(quán)量不如韓國(guó)和日本，申請(qǐng)側(cè)重于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，在國(guó)外的專利布局欠缺。另外，國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利申請(qǐng)量集中在最近一段時(shí)期，平衡環(huán)技術(shù)起步較晚，技術(shù)積累略顯不足。可以預(yù)測(cè)的是，隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大以及國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)能力的大幅提升，以及用戶對(duì)于高產(chǎn)品力產(chǎn)品的迫切需求，國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利申請(qǐng)量在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)還將有進(jìn)一步的升高。

4 家用洗衣機(jī)平衡環(huán)主要技術(shù)分支及發(fā)展路線

針對(duì)洗衣機(jī)平衡環(huán)的技術(shù)分支，我們對(duì)家用洗衣機(jī)平衡環(huán)的技術(shù)演進(jìn)進(jìn)行了歸納和分析，平衡環(huán)從應(yīng)用上劃分可分為波輪洗衣機(jī)平衡環(huán)和滾筒洗衣機(jī)平衡環(huán)，從結(jié)構(gòu)上劃分則可以分為流體平衡環(huán)和滾珠平衡環(huán)。由于根據(jù)應(yīng)用劃分的平衡環(huán)的技術(shù)發(fā)展路線具有很大重疊性，因此，只針對(duì)結(jié)構(gòu)劃分的兩種平衡環(huán)，描繪其整體技術(shù)發(fā)展路線圖，具體參見圖6-7。

4.1 波輪洗衣機(jī)平衡環(huán)

平衡環(huán)是由上、下兩半對(duì)合成一體。筒體和平衡環(huán)都是用聚丙烯塑料注制成獨(dú)立的制件，然后通過(guò)焊接方法組成一個(gè)整體[2]。以青島海爾洗衣機(jī)有限總公司在1997年提出的一種洗衣機(jī)平衡環(huán)（CN2322990Y）為例，波輪洗衣機(jī)平衡環(huán)固定在洗衣機(jī)脫水桶的頂部，該裝置為一個(gè)密封的空心圓環(huán)，其內(nèi)部注入一定量的鹽溶液。在脫水過(guò)程中，衣物在洗滌桶內(nèi)的不平衡分布使得桶體產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致了桶體的偏心旋轉(zhuǎn)，引起了振動(dòng)，同時(shí)也產(chǎn)生了離心力，由于離心力的作用，平衡環(huán)腔內(nèi)的流體會(huì)自動(dòng)流向與脫水桶偏心相對(duì)的一側(cè)，這樣就起到了自動(dòng)糾偏作用。

4.2 滾筒式洗衣機(jī)平衡環(huán)

滾筒洗衣機(jī)使用平衡環(huán)的原理與波輪洗衣機(jī)相似，也是通過(guò)將平衡環(huán)中的液體搬運(yùn)到衣物的對(duì)面來(lái)實(shí)現(xiàn)減少震動(dòng)的目的，但是由于兩種洗衣機(jī)內(nèi)桶的安裝方式不同，相對(duì)應(yīng)的平衡環(huán)結(jié)構(gòu)和控制方法也有不同[4]。

三星電子株式會(huì)社在2010年提出了滾筒式洗衣機(jī)平衡環(huán)裝置（CN101994230A），平衡器被安裝在桶體的與后表面板相對(duì)的前表面上。平衡器快速地減輕根據(jù)內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)由內(nèi)桶中的衣物的重量所導(dǎo)致的質(zhì)量的偏心布置而產(chǎn)生的內(nèi)桶的不平衡，從而在早期階段使內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

4.3 流體平衡器

所有的波輪洗衣機(jī)現(xiàn)在基本都采用流體平衡器方式，目前有部分廠家開始將其運(yùn)用在滾筒洗衣機(jī)上，并且成本較便宜[5]。流體平衡器呈環(huán)形并包括平衡器殼體，部分充有流體的環(huán)形流室設(shè)置在平衡器殼體中。根據(jù)滾筒的旋轉(zhuǎn)，流體運(yùn)動(dòng)到與滾筒中產(chǎn)生的不平衡質(zhì)量的位置相反的位置，因此，使得滾筒的旋轉(zhuǎn)中心與滾筒的重心彼此重合，從而能快速地穩(wěn)定滾筒的旋轉(zhuǎn)。

4.4 滾珠平衡器

滾珠平衡環(huán)是另外一種常見的平衡器，其主要由包括環(huán)形溝槽構(gòu)件以及可旋轉(zhuǎn)地容納在該溝槽構(gòu)件的空間中的多個(gè)滾珠。溝槽構(gòu)件的空間由繞旋轉(zhuǎn)軸的圓管形式的內(nèi)圓周壁和外圓周壁、以及使內(nèi)圓周壁和外圓周壁的上端和下端彼此連接的底壁和頂壁限定。另外油以及多個(gè)滾珠可以被容納在空白空間中。

從平衡環(huán)申請(qǐng)數(shù)量上分析，從平衡環(huán)技術(shù)演化路線圖以及申請(qǐng)數(shù)量分布，可以明顯看出申請(qǐng)量最大的申請(qǐng)人并沒(méi)有做出最大的貢獻(xiàn)，意味著申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)數(shù)量和質(zhì)量并沒(méi)有做到匹配。

從平衡環(huán)技術(shù)發(fā)展走向分析，滾珠平衡器的技術(shù)發(fā)展路線一直致力于減少噪音的改善，這方面的申請(qǐng)量也較多。從技術(shù)上考慮，首先，滾珠平衡器其具有平衡作用的平衡滾珠，其在平衡環(huán)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的碰撞是很難克服的，避免其碰撞帶來(lái)的噪音是本領(lǐng)域中得技術(shù)人員優(yōu)先考慮的改進(jìn)點(diǎn)，相比之下流體平衡器就不存在滾珠碰撞帶來(lái)的噪音問(wèn)題，因此，在該方面的申請(qǐng)相比較少;其次，流體平衡器的技術(shù)發(fā)展路線與滾珠平衡器有所不同，流體平衡器雖然不像滾珠平衡器存在較為明顯的噪音問(wèn)題，但是其采用流體去平衡載荷，這就需要更加精確的控制以及更加封閉的工況環(huán)境，這同時(shí)也會(huì)帶來(lái)成本的提高，因此，對(duì)于流體平衡器的發(fā)展傾向于成本控制以及消除不平衡方面。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外洗衣機(jī)平衡環(huán)領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)的分析，可以看出在洗衣機(jī)平衡環(huán)領(lǐng)域，雖然我國(guó)的申請(qǐng)量和發(fā)展趨勢(shì)處于領(lǐng)先位置，但是專利質(zhì)量參差不齊，授權(quán)量不如韓國(guó)和日本。由于國(guó)內(nèi)用戶對(duì)于更高產(chǎn)品力的洗滌設(shè)備需求不斷增大，相信國(guó)內(nèi)相關(guān)廠商會(huì)有更高水平的專利技術(shù)涌現(xiàn)。申請(qǐng)側(cè)重于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，在國(guó)外的專利布局欠缺。而美國(guó)、德國(guó)、日本等西方國(guó)家一直具備很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，從技術(shù)演變路線來(lái)也可以看出，關(guān)于平衡環(huán)改進(jìn)的核心技術(shù)手段，三星、LG等國(guó)外企要先于國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行布局，因此，它們?cè)诒Ｗo(hù)本國(guó)市場(chǎng)的同時(shí)也注重對(duì)國(guó)外市場(chǎng)的專利布局。另外，簡(jiǎn)單依靠提高申請(qǐng)量并不能提高企業(yè)的專利競(jìng)爭(zhēng)力，在重視專利數(shù)量的同時(shí)，也要提高專利的含金量。總之，我國(guó)洗衣機(jī)等家電企業(yè)應(yīng)當(dāng)意識(shí)到知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作的長(zhǎng)遠(yuǎn)意義，積極通過(guò)知識(shí)產(chǎn)權(quán)武器來(lái)維護(hù)自身的合法權(quán)益，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

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