洗衣机平衡环专利技术分析

李森 李会会 闫淑敏

摘要：洗衣机是生活中常见的家用电器，其脱水时会产生剧烈的振动，而平衡环可以有效地降低洗衣机的振动。本文介绍了目前洗衣机平衡环技术的几大主要技术和发展脉络，分析了平衡环技术专利申请现状以及发展趋势，并在此基础上提出若干研究方向，最后对该领域的专利申请情况作了总结并展望了其发展前景。

关键词：洗衣机;平衡环;振动

中图分类号：TM925.33文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）09-0127-05

1 引言

随着社会经济的发展，洗衣机早已走进了寻常百姓家。洗衣机给人们带来生活便利的同时，在使用过程中也会出现各种问题，在洗衣机脱水时脱水内桶高速旋转会产生剧烈的振动。在构成洗衣机的众多配件中，平衡环组件是影响洗衣机振动和噪音的一个极其重要的零件。一个好的平衡环组件不仅可以减少洗衣机的振动性能，有效改善噪音水平，确保洗衣机长期运行的可靠性，还可以通过优化设计，提高产品的维修便利性。整体而言，洗衣机的平衡环设计既可以提升产品的基本性能，又可以提升维修的便利性[1]。

为了减少脱水过程中的噪声及碰撞外桶现象，波轮洗衣机常采用动態平衡的方法来解决脱水振动问题。平衡环技术在减小内筒旋转不平衡，以及有效降低驱动总成振动方面发挥着重要作用，突破了洗衣机高速运转时振动过大的瓶颈，使洗衣机朝着大容量、轻量化、更高转速及节能环保方面进一步发展[2]。

2 洗衣机平衡环的结构及工作原理

洗衣机脱水过程分为启动调整阶段、动态平衡（高速运转）阶段、减速停止阶段。脱水启动阶段实际是洗衣机自身进行平衡调整和高速平衡脱水的过程，洗衣机自身的结构及平衡方式对洗衣机能不能正常脱水起着决定性的作用。脱水过程启动后脱水桶转速逐渐加快，脱水桶晃动幅度也逐步增大，脱水桶的动态重心也逐步远离转动轴线，这个时候洗衣机抖动加剧。能不能进入高速平稳的脱水状态就要看洗衣机偏心负载调整能力，重心偏离距离越大，晃动偏心量也越大，脱水过程就无法进入正常平稳脱水状态，脱水桶也就会在脱水过程中一直撞击外桶，洗衣机因此产生剧烈抖动甚至移动[3]。

3 家用洗衣机平衡环技术的发展情况分析

为了研究家用洗衣机平衡环技术的发展，本文对该领域的专利进行统计分析，采用的数据在外文专利文摘数据库DWPI和中文专利文摘数据库CNABS中获取，本文检索的截止日期为2018年12月31日。

如图2所示，截止目前，全球专利申请中涉及家用洗衣机平衡环技术的专利申请总量为780项，并以此作为分析的数据样本，其申请的年代分析如图2所示。

从图1和图2可以看出，国内外家用洗衣机平衡环的发展趋势基本相同;且在2000—2010年，全球的专利申请不多，年均申请量在20件左右;该技术的相关申请在2010年后进入快速增长期，年均申请量在50件左右，家用洗衣机的平衡环技术目前还处于发展期。从图中可以看出在2000—2011年这11年之间，平衡环的申请量处于比较低的水平，而在2011年以后，申请量一直保持较高的申请量。一方面是由于国内洗衣机行业起步较晚，家电企业比较少，其申请的重点不在于这个领域，另一方面是随着人民生活水平提高，用户对于洗涤设备的要求也在提高，用户不仅仅需要其简单完成洗涤作业，同样需要其保持安静和平稳的运行。因此，能够减少洗衣机筒体晃动的平衡环的技术随之快速发展，申请量也随之提高。

根据图3可知，全球洗衣机平衡环领域的主要申请人包括中国的海尔、小天鹅，韩国的LG、三星、大宇，日本的松下、三洋、日立，尤其以海尔集团为主，专利申请量突破90件，远远领先于其他公司。从数量上说与国外申请相较具有明显优势，一方面是由于国内的海尔、小天鹅作为洗衣机行业规模较大的企业，其具有较强的研发能力，另外也与近年国人专利保护意识的增强、注重企业的专利布局有关。

图4显示了世界各国在洗衣机平衡环领域的申请占比分布，其中以中国、日本和韩国为第一梯队，这三个地区占了世界范围内多于一半的平衡环技术的专利申请量。这不仅揭示了洗衣机平衡环技术创新最为前沿的国家，也从另一侧面反映了当今世界上洗衣机消费市场最活跃的地区。而美国和欧洲作为第二梯队位列第四位和第五位，其余例如加拿大、澳大利亚这些国家的申请量较为接近，处于第三梯队。

图5显示了全球专利授权专利国家和地区分布，在洗衣机平衡环领域，虽然我国的申请量处于领先位置，但专利质量参差不齐，授权量不如韩国和日本，申请侧重于国内市场，在国外的专利布局欠缺。另外，国内的相关专利申请量集中在最近一段时期，平衡环技术起步较晚，技术积累略显不足。可以预测的是，随着市场需求的扩大以及国内企业研发能力的大幅提升，以及用户对于高产品力产品的迫切需求，国内的相关专利申请量在未来的一段时间内还将有进一步的升高。

4 家用洗衣机平衡环主要技术分支及发展路线

针对洗衣机平衡环的技术分支，我们对家用洗衣机平衡环的技术演进进行了归纳和分析，平衡环从应用上划分可分为波轮洗衣机平衡环和滚筒洗衣机平衡环，从结构上划分则可以分为流体平衡环和滚珠平衡环。由于根据应用划分的平衡环的技术发展路线具有很大重叠性，因此，只针对结构划分的两种平衡环，描绘其整体技术发展路线图，具体参见图6-7。

4.1 波轮洗衣机平衡环

平衡环是由上、下两半对合成一体。筒体和平衡环都是用聚丙烯塑料注制成独立的制件，然后通过焊接方法组成一个整体[2]。以青岛海尔洗衣机有限总公司在1997年提出的一种洗衣机平衡环（CN2322990Y）为例，波轮洗衣机平衡环固定在洗衣机脱水桶的顶部，该装置为一个密封的空心圆环，其内部注入一定量的盐溶液。在脱水过程中，衣物在洗涤桶内的不平衡分布使得桶体产生偏心，导致了桶体的偏心旋转，引起了振动，同时也产生了离心力，由于离心力的作用，平衡环腔内的流体会自动流向与脱水桶偏心相对的一侧，这样就起到了自动纠偏作用。

4.2 滚筒式洗衣机平衡环

滚筒洗衣机使用平衡环的原理与波轮洗衣机相似，也是通过将平衡环中的液体搬运到衣物的对面来实现减少震动的目的，但是由于两种洗衣机内桶的安装方式不同，相对应的平衡环结构和控制方法也有不同[4]。

三星电子株式会社在2010年提出了滚筒式洗衣机平衡环装置（CN101994230A），平衡器被安装在桶体的与后表面板相对的前表面上。平衡器快速地减轻根据内桶的旋转由内桶中的衣物的重量所导致的质量的偏心布置而产生的内桶的不平衡，从而在早期阶段使内桶的旋转稳定。

4.3 流体平衡器

所有的波轮洗衣机现在基本都采用流体平衡器方式，目前有部分厂家开始将其运用在滚筒洗衣机上，并且成本较便宜[5]。流体平衡器呈环形并包括平衡器壳体，部分充有流体的环形流室设置在平衡器壳体中。根据滚筒的旋转，流体运动到与滚筒中产生的不平衡质量的位置相反的位置，因此，使得滚筒的旋转中心与滚筒的重心彼此重合，从而能快速地稳定滚筒的旋转。

4.4 滚珠平衡器

滚珠平衡环是另外一种常见的平衡器，其主要由包括环形沟槽构件以及可旋转地容纳在该沟槽构件的空间中的多个滚珠。沟槽构件的空间由绕旋转轴的圆管形式的内圆周壁和外圆周壁、以及使内圆周壁和外圆周壁的上端和下端彼此连接的底壁和顶壁限定。另外油以及多个滚珠可以被容纳在空白空间中。

从平衡环申请数量上分析，从平衡环技术演化路线图以及申请数量分布，可以明显看出申请量最大的申请人并没有做出最大的贡献，意味着申请人的专利申请数量和质量并没有做到匹配。

从平衡环技术发展走向分析，滚珠平衡器的技术发展路线一直致力于减少噪音的改善，这方面的申请量也较多。从技术上考虑，首先，滚珠平衡器其具有平衡作用的平衡滚珠，其在平衡环中运动产生的碰撞是很难克服的，避免其碰撞带来的噪音是本领域中得技术人员优先考虑的改进点，相比之下流体平衡器就不存在滚珠碰撞带来的噪音问题，因此，在该方面的申请相比较少;其次，流体平衡器的技术发展路线与滚珠平衡器有所不同，流体平衡器虽然不像滚珠平衡器存在较为明显的噪音问题，但是其采用流体去平衡载荷，这就需要更加精确的控制以及更加封闭的工况环境，这同时也会带来成本的提高，因此，对于流体平衡器的发展倾向于成本控制以及消除不平衡方面。

5 总结

通过对国内外洗衣机平衡环领域的专利数据的分析，可以看出在洗衣机平衡环领域，虽然我国的申请量和发展趋势处于领先位置，但是专利质量参差不齐，授权量不如韩国和日本。由于国内用户对于更高产品力的洗涤设备需求不断增大，相信国内相关厂商会有更高水平的专利技术涌现。申请侧重于国内市场，在国外的专利布局欠缺。而美国、德国、日本等西方国家一直具备很强的竞争力，从技术演变路线来也可以看出，关于平衡环改进的核心技术手段，三星、LG等国外企要先于国内企业进行布局，因此，它们在保护本国市场的同时也注重对国外市场的专利布局。另外，简单依靠提高申请量并不能提高企业的专利竞争力，在重视专利数量的同时，也要提高专利的含金量。总之，我国洗衣机等家电企业应当意识到知识产权保护工作的长远意义，积极通过知识产权武器来维护自身的合法权益，通过技术创新提升企业的核心竞争力，从而在市场竞争中立于不败之地。

參考文献：

[1] 厉华.波轮洗衣机平衡环的基本设计原理及优化设计[J].中小企业管理与科技，2017（05）：193-196.

[2] 梁树民，赵耀安.塑料平衡环的摩擦焊接[J].焊接，1996（06）：24-25.

[3] 林浩，张秋菊，陈海卫.基于ADAMS的顶装式波轮洗衣机平衡环的研究与仿真[J].机电一体化，2008（05）：80-82.

[4] 周立峰.平衡环技术在滚筒洗衣机中的应用[J].家电科技，2008（21）：42.

[5] 楼武雷，林一斌，全辉，郑国浪.平衡环在滚筒洗衣机里的应用课题分析[J].家电科技，2016（11）：71-73.