洗衣機平衡環專利技術分析

李森 李會會 閆淑敏

摘要：洗衣機是生活中常見的家用電器，其脫水時會產生劇烈的振動，而平衡環可以有效地降低洗衣機的振動。本文介紹了目前洗衣機平衡環技術的幾大主要技術和發展脈絡，分析了平衡環技術專利申請現狀以及發展趨勢，并在此基礎上提出若干研究方向，最后對該領域的專利申請情況作了總結并展望了其發展前景。

關鍵詞：洗衣機;平衡環;振動

中圖分類號：TM925.33文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）09-0127-05

1 引言

隨著社會經濟的發展，洗衣機早已走進了尋常百姓家。洗衣機給人們帶來生活便利的同時，在使用過程中也會出現各種問題，在洗衣機脫水時脫水內桶高速旋轉會產生劇烈的振動。在構成洗衣機的眾多配件中，平衡環組件是影響洗衣機振動和噪音的一個極其重要的零件。一個好的平衡環組件不僅可以減少洗衣機的振動性能，有效改善噪音水平，確保洗衣機長期運行的可靠性，還可以通過優化設計，提高產品的維修便利性。整體而言，洗衣機的平衡環設計既可以提升產品的基本性能，又可以提升維修的便利性[1]。

為了減少脫水過程中的噪聲及碰撞外桶現象，波輪洗衣機常采用動態平衡的方法來解決脫水振動問題。平衡環技術在減小內筒旋轉不平衡，以及有效降低驅動總成振動方面發揮著重要作用，突破了洗衣機高速運轉時振動過大的瓶頸，使洗衣機朝著大容量、輕量化、更高轉速及節能環保方面進一步發展[2]。

2 洗衣機平衡環的結構及工作原理

洗衣機脫水過程分為啟動調整階段、動態平衡（高速運轉）階段、減速停止階段。脫水啟動階段實際是洗衣機自身進行平衡調整和高速平衡脫水的過程，洗衣機自身的結構及平衡方式對洗衣機能不能正常脫水起著決定性的作用。脫水過程啟動后脫水桶轉速逐漸加快，脫水桶晃動幅度也逐步增大，脫水桶的動態重心也逐步遠離轉動軸線，這個時候洗衣機抖動加劇。能不能進入高速平穩的脫水狀態就要看洗衣機偏心負載調整能力，重心偏離距離越大，晃動偏心量也越大，脫水過程就無法進入正常平穩脫水狀態，脫水桶也就會在脫水過程中一直撞擊外桶，洗衣機因此產生劇烈抖動甚至移動[3]。

3 家用洗衣機平衡環技術的發展情況分析

為了研究家用洗衣機平衡環技術的發展，本文對該領域的專利進行統計分析，采用的數據在外文專利文摘數據庫DWPI和中文專利文摘數據庫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，全球專利申請中涉及家用洗衣機平衡環技術的專利申請總量為780項，并以此作為分析的數據樣本，其申請的年代分析如圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，國內外家用洗衣機平衡環的發展趨勢基本相同;且在2000—2010年，全球的專利申請不多，年均申請量在20件左右;該技術的相關申請在2010年后進入快速增長期，年均申請量在50件左右，家用洗衣機的平衡環技術目前還處于發展期。從圖中可以看出在2000—2011年這11年之間，平衡環的申請量處于比較低的水平，而在2011年以后，申請量一直保持較高的申請量。一方面是由于國內洗衣機行業起步較晚，家電企業比較少，其申請的重點不在于這個領域，另一方面是隨著人民生活水平提高，用戶對于洗滌設備的要求也在提高，用戶不僅僅需要其簡單完成洗滌作業，同樣需要其保持安靜和平穩的運行。因此，能夠減少洗衣機筒體晃動的平衡環的技術隨之快速發展，申請量也隨之提高。

根據圖3可知，全球洗衣機平衡環領域的主要申請人包括中國的海爾、小天鵝，韓國的LG、三星、大宇，日本的松下、三洋、日立，尤其以海爾集團為主，專利申請量突破90件，遠遠領先于其他公司。從數量上說與國外申請相較具有明顯優勢，一方面是由于國內的海爾、小天鵝作為洗衣機行業規模較大的企業，其具有較強的研發能力，另外也與近年國人專利保護意識的增強、注重企業的專利布局有關。

圖4顯示了世界各國在洗衣機平衡環領域的申請占比分布，其中以中國、日本和韓國為第一梯隊，這三個地區占了世界范圍內多于一半的平衡環技術的專利申請量。這不僅揭示了洗衣機平衡環技術創新最為前沿的國家，也從另一側面反映了當今世界上洗衣機消費市場最活躍的地區。而美國和歐洲作為第二梯隊位列第四位和第五位，其余例如加拿大、澳大利亞這些國家的申請量較為接近，處于第三梯隊。

圖5顯示了全球專利授權專利國家和地區分布，在洗衣機平衡環領域，雖然我國的申請量處于領先位置，但專利質量參差不齊，授權量不如韓國和日本，申請側重于國內市場，在國外的專利布局欠缺。另外，國內的相關專利申請量集中在最近一段時期，平衡環技術起步較晚，技術積累略顯不足。可以預測的是，隨著市場需求的擴大以及國內企業研發能力的大幅提升，以及用戶對于高產品力產品的迫切需求，國內的相關專利申請量在未來的一段時間內還將有進一步的升高。

4 家用洗衣機平衡環主要技術分支及發展路線

針對洗衣機平衡環的技術分支，我們對家用洗衣機平衡環的技術演進進行了歸納和分析，平衡環從應用上劃分可分為波輪洗衣機平衡環和滾筒洗衣機平衡環，從結構上劃分則可以分為流體平衡環和滾珠平衡環。由于根據應用劃分的平衡環的技術發展路線具有很大重疊性，因此，只針對結構劃分的兩種平衡環，描繪其整體技術發展路線圖，具體參見圖6-7。

4.1 波輪洗衣機平衡環

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

4.2 滾筒式洗衣機平衡環

滾筒洗衣機使用平衡環的原理與波輪洗衣機相似，也是通過將平衡環中的液體搬運到衣物的對面來實現減少震動的目的，但是由于兩種洗衣機內桶的安裝方式不同，相對應的平衡環結構和控制方法也有不同[4]。

三星電子株式會社在2010年提出了滾筒式洗衣機平衡環裝置（CN101994230A），平衡器被安裝在桶體的與后表面板相對的前表面上。平衡器快速地減輕根據內桶的旋轉由內桶中的衣物的重量所導致的質量的偏心布置而產生的內桶的不平衡，從而在早期階段使內桶的旋轉穩定。

4.3 流體平衡器

所有的波輪洗衣機現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用在滾筒洗衣機上，并且成本較便宜[5]。流體平衡器呈環形并包括平衡器殼體，部分充有流體的環形流室設置在平衡器殼體中。根據滾筒的旋轉，流體運動到與滾筒中產生的不平衡質量的位置相反的位置，因此，使得滾筒的旋轉中心與滾筒的重心彼此重合，從而能快速地穩定滾筒的旋轉。

4.4 滾珠平衡器

滾珠平衡環是另外一種常見的平衡器，其主要由包括環形溝槽構件以及可旋轉地容納在該溝槽構件的空間中的多個滾珠。溝槽構件的空間由繞旋轉軸的圓管形式的內圓周壁和外圓周壁、以及使內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。另外油以及多個滾珠可以被容納在空白空間中。

從平衡環申請數量上分析，從平衡環技術演化路線圖以及申請數量分布，可以明顯看出申請量最大的申請人并沒有做出最大的貢獻，意味著申請人的專利申請數量和質量并沒有做到匹配。

從平衡環技術發展走向分析，滾珠平衡器的技術發展路線一直致力于減少噪音的改善，這方面的申請量也較多。從技術上考慮，首先，滾珠平衡器其具有平衡作用的平衡滾珠，其在平衡環中運動產生的碰撞是很難克服的，避免其碰撞帶來的噪音是本領域中得技術人員優先考慮的改進點，相比之下流體平衡器就不存在滾珠碰撞帶來的噪音問題，因此，在該方面的申請相比較少;其次，流體平衡器的技術發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境，這同時也會帶來成本的提高，因此，對于流體平衡器的發展傾向于成本控制以及消除不平衡方面。

5 總結

通過對國內外洗衣機平衡環領域的專利數據的分析，可以看出在洗衣機平衡環領域，雖然我國的申請量和發展趨勢處于領先位置，但是專利質量參差不齊，授權量不如韓國和日本。由于國內用戶對于更高產品力的洗滌設備需求不斷增大，相信國內相關廠商會有更高水平的專利技術涌現。申請側重于國內市場，在國外的專利布局欠缺。而美國、德國、日本等西方國家一直具備很強的競爭力，從技術演變路線來也可以看出，關于平衡環改進的核心技術手段，三星、LG等國外企要先于國內企業進行布局，因此，它們在保護本國市場的同時也注重對國外市場的專利布局。另外，簡單依靠提高申請量并不能提高企業的專利競爭力，在重視專利數量的同時，也要提高專利的含金量。總之，我國洗衣機等家電企業應當意識到知識產權保護工作的長遠意義，積極通過知識產權武器來維護自身的合法權益，通過技術創新提升企業的核心競爭力，從而在市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻：

[1] 厲華.波輪洗衣機平衡環的基本設計原理及優化設計[J].中小企業管理與科技，2017（05）：193-196.

[2] 梁樹民，趙耀安.塑料平衡環的摩擦焊接[J].焊接，1996（06）：24-25.

[3] 林浩，張秋菊，陳海衛.基于ADAMS的頂裝式波輪洗衣機平衡環的研究與仿真[J].機電一體化，2008（05）：80-82.

[4] 周立峰.平衡環技術在滾筒洗衣機中的應用[J].家電科技，2008（21）：42.

[5] 樓武雷，林一斌，全輝，鄭國浪.平衡環在滾筒洗衣機里的應用課題分析[J].家電科技，2016（11）：71-73.