EP0219387B1 - Procédé de détection du niveau d'eau dans une cuve de lave-linge, et lave-linge mettant en oeuvre ce procédé - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for detecting the level of water in a washing machine tank as well as to a washing machine implementing this method.
- a washing machine usually has a tub intended to hold the washing or rinsing water, as well as a perforated drum containing the laundry and rotating in the tub.
- the invention overcomes these drawbacks.
- the height of water in the tank is determined by determining variations in the torque opposing the rotation of the drum when the latter rotates at constant speed.
- the invention is based on the observation that, during the rotation of the drum, the friction of this drum and of the laundry against water causes a non-negligible resistant torque and that, in addition, this resistant couple varies with the depth of penetration of the drum. in water.
- the inertia which is proportional to the acceleration, does not intervene in the measurement of the resisting torque.
- the constant speed is such that the centrifugal acceleration around the periphery of the basket is greater than the acceleration gravity.
- the variations in the resistive torque are determined by the variations in the motor torque.
- the motor torque When the drum is rotated by a universal electric motor, the motor torque, and therefore the resistive torque, can be determined by measuring the intensity of the electric current passing through the motor, the motor torque depending, in this case, directly on this intensity.
- the resistive torque is determined by this ignition phase angle of the switch.
- the water introduction solenoid valve is closed, for example, when the increase in resistive torque, from its value before the increase, exceeds a predetermined limit; it is also possible to leave the solenoid valve open for a fixed time after the variation of the friction torque has exceeded this predetermined limit.
- the latter can be used to determine the water level and control the solenoid valve d 'admission.
- the program is such that periodically measure the phase angle e, store this angle in memory and compare it with the measurement that was taken at the very start of filling with water, i.e. before the water reaches the bottom of the drum. If the difference exceeds a predetermined value, the solenoid valve is closed or is kept open but only for a determined time.
- the drum is first rotated, the diameter of which is 40 cm in one embodiment, at a first speed Vi, for example 80 revolutions per minute, and the resistive torque Cr 1 is determined which is stored in memory; then the drum is rotated at a higher speed V 2 , for example 120 revolutions per minute, and I am also on the resistive torque Cr 2 , the time interval separating the second from the first measurement being short enough so that the water height has practically not varied.
- V 2 for example 120 revolutions per minute
- I am also on the resistive torque Cr 2 the time interval separating the second from the first measurement being short enough so that the water height has practically not varied.
- the difference Cr 2 - Cri is only a function of the speed-dependent friction couples, namely the resistance opposed by water and the resistance opposed by air.
- the difference Cr 2 - Cn represents in practice only the friction of the linen in the water.
- this difference Cr 2 - Cr 1 is also a function of the water height.
- the washing machine has a microprocessor it is possible to incorporate in the memory of the latter a table of correspondence between the Cr 2 - Cn values and the water heights.
- This table can also be incorporated into a memory specially provided for this purpose.
- the washing machine is for domestic use with a tank 10 (FIG. 3) intended to contain the washing or rinsing water 11 and inside which rotates a perforated drum 12 containing the laundry 13 introduced. before starting the automatic operation of the machine.
- the motor intended to rotate the drum 12, for example around a horizontal axis 14, is of the universal type with a rotor 15 (FIG. 1) in series with its stator 16 as well as with a triac 17.
- This motor drives a tachometer generator 18 which delivers a signal representing the real speed of rotation of the motor on an input of a microprocessor 19 which compares this real speed with a reference speed in order to deliver an error signal ⁇ .
- the latter is used to provide a duration ⁇ , or phase angle, of opening of the triac 17 at each period of the power signal, in general the 220 Volts, 50 Hz sector.
- the comparison between the actual speed and the speed setpoint has been symbolized by a comparator 20 with an input receiving the signal from the tachometric generator and another input receiving the signal from a memory 21 of speed reference value .
- the error signal e at the output of comparator 20 acts on the phase angle ⁇ supplied by a generator 22.
- the output signal ⁇ from the generator 22 is applied to the trigger 23 of the triac 17 via an interface 24.
- the motor torque Cm being equal to the resistive torque Cr, we can write:
- the term is the resistant couple due to inertia, which, as we can see (by the term ), is proportional to the acceleration;
- C f is the part of the resisting torque which is due to friction.
- the values that periodically takes e, for example every second, and the value e is stored in the memory of the microprocessor 19, which is compared with the value ⁇ 0 previously measured at the start of filling with water, when the level is below the bottom of the drum.
- the difference between these two measured values e and ⁇ 0 increases with the difference ⁇ C f between the corresponding values of the friction torque Cr.
- the water supply solenoid valve can be closed as soon as this difference exceeds a predetermined limit; it is also possible to close this solenoid valve only after a time t following the time when the limit is exceeded.
- This process is based on the observation that the friction torque opposing the rotation of the drum is higher when the drum and the laundry are bathed in water than in the opposite case. In addition, this friction torque increases with the height of water in which the drum plunges.
- the value e which is taken into account for each measurement is preferably an average of these values for several periods.
- each measurement corresponds to the average of four successive periods and the average value measurement is repeated every second.
- the drum is rotated successively at two speeds. For example, the drum spins for five seconds at 80 revolutions per minute, then the next five seconds it spins at 120 revolutions per minute and then repeats the same cycle.
- a preliminary calibration is carried out which is entered into the memory of the microprocessor in the form of a table of correspondence between the differences ⁇ 1 - 0 2 and the water levels.
- This process allows, for example, to close the solenoid valve when a desired water height is reached, depending on the load of laundry previously measured by a process such as that described in French Patent 83 16997 in the name of the applicant.
- Each measurement of the control angle 6 of the switch 17 is preferably equal to the average value over a number of periods T which corresponds to the duration of a complete revolution of the drum or of an entire number of revolutions of this drum.
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Description
- L'invention est relative à un procédé de détection du niveau de l'eau dans une cuve de lave-linge ainsi qu'à un lave-linge mettant en oeuvre ce procédé.
- Un lave-linge comporte habituellement une cuve destinée à contenir l'eau de lavage ou de rinçage, ainsi qu'un tambour perforé contenant le linge et tournant dans la cuve.
- Dans les lave-linge à fonctionnement automatique, notamment les lave-linge d'usage domestique, l'eau est introduite dans la cuve par l'intermédiaire d'une électrovanne dont l'ouverture et la fermeture sont commandées en fonction du signal fourni par un détecteur du niveau de l'eau dans la cuve. Habituellement cette détection est effectuée à l'aide d'un composant disposé dans la cuve, le plus souvent un pressostat. Ce composant, qui comporte une chambre fermée par une membrane, est onéreux et son installation complique la fabrication de la machine. Ces inconvénients sont particulièrement gênants pour une fabrication en grande série.
- L'invention remédie à ces inconvénients.
- Elle est caractérisée en ce qu'on détermine la hauteur d'eau dans la cuve par détermination des variations du couple s'opposant à la rotation du tambour lorsque ce dernier tourne à vitesse constante.
- L'invention repose sur la constatation que, lors de la rotation du tambour, le frottement de ce tambour et du linge contre l'eau provoque un couple résistant non négligeable et qu'en outre ce couple résistant varie avec la profondeur de pénétration du tambour dans l'eau.
- Il est connu par le brevet US 3 497 884 que le couple s'exerçant sur l'agitateur d'un lave-linge dépend du niveau d'eau et de la quantité de linge dans l'appareil. L'invention se distingue de cet état de la technique par le fait qu'on fait tourner le tambour à vitesse constante et qu'ainsi la variation de couple s'opposant à la rotation du tambour dépend uniquement de la hauteur d'eau, et non de la charge de linge.
- En effet les variations du couple résistant étant déterminées à vitesse constante de rotation du tambour, l'inertie, qui est proportionnelle à l'accélération, n'intervient pas dans la mesure du couple résistant.
- Afin d'éviter, dans la mesure du possible des variations brusques de couple dues au déplacement périodique du linge dans le tambour, de préférence la vitesse constante est telle que l'accélération centrifuge aux alentours de la périphérie du panier soit supérieure à l'accélération de la pesanteur. Autrement dit:
- Dans le cas le plus simple les variations du couple résistant sont déterminées par les variations du couple moteur.
- Lorsque le tambour est entraîné en rotation par un moteur électrique universel le couple moteur, et donc le couple résistant, peut être déterminé par mesure de l'intensité du courant électrique traversant le moteur, le couple moteur dépendant, dans ce cas, directement de cette intensité.
- Lorsque le moteur est en série avec un interrupteur commandé et que ce moteur est commandé par une régulation du type à angle de phase le couple résistant est déterminé par cet angle de phase d'allumage de l'interrupteur.
- Dans ces dernières réalisations on ne prévoit aucun composant spécifique pour la mesure, car l'intensité ou l'angle de phase est obligatoirement déterminé par le circuit de régulation.
- Quand, au cours du remplissage en eau de la cuve du lave-linge, le niveau de l'eau atteint le fond du tambour le frottement du tambour et du linge dans l'eau commence à intervenir et ainsi le couple résistant à vitesse constante commence à augmenter. L'électrovanne d'introduction d'eau est par exemple fermée quand l'augmentation de couple résistant, à partir de sa valeur avant l'augmentation, dépasse une limite prédéterminée ; il est aussi possible de laisser l'électrovanne ouverte pendant un temps fixé après que la variation du couple de frottement ait dépassé cette limite prédéterminée.
- Lorsque la commande de l'alimentation du moteur est effectuée par un circuit de régulation, notamment du type à commande par angle de phase, qui comporte un microprocesseur on peut utiliser ce dernier pour déterminer le niveau de l'eau et commander l'électrovanne d'admission. Par exemple le programme est tel qu'on mesure périodiquement l'angle de phase e , on met en mémoire cet angle et on le compare à la mesure qui a été effectuée au tout début du remplissage en eau, c'est-à-dire avant que l'eau n'atteigne le fond du tambour. Si l'écart dépasse une valeur prédéterminée, l'électrovanne est fermée ou est maintenue ouverte mais seulement pendant un temps déterminé.
- Pour obtenir une détermination encore plus précise de la hauteur d'eau dans la cuve du lave-linge on fait d'abord tourner le tambour, dont le diamètre est de 40 cm dans une réalisation, à une première vitesse Vi, par exemple 80 tours par minute, et on détermine le couple résistant Cr1 qu'on met en mémoire ; ensuite on fait tourner le tambour à une vitesse supérieure V2, par exemple 120 tours par minute, et on mesure aussi le couple résistant Cr2, l'intervalle de temps séparant la seconde de la première mesure étant suffisamment court pour que la hauteur d'eau n'ait pratiquement pas varié. Dans ces conditions, la différence Cr2 - Cri est seulement fonction des couples de frottement dépendant de la vitesse, à savoir la résistance opposée par l'eau et la résistance opposée par l'air. Comme le frottement dans l'air a une valeur négligeable par rapport au frottement dans l'eau, la différence Cr2 - Cn ne représente en pratique que le frottement du linge dans l'eau. De plus, comme déjà mentionné, cette différence Cr2 - Cr1 est également fonction de la hauteur d'eau.
- Lorsque le lave-linge comporte un microprocesseur il est possible d'incorporer dans la mémoire de ce dernier un tableau de correspondance entre les valeurs Cr2 - Cn et les hauteurs d'eau. Ce tableau peut aussi être incorporé dans une mémoire spécialement prévue à cet effet.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels :
- - la figure 1 est un schéma d'un moteur universel d'entraînement de tambour de lave-linge avec son alimentation en énergie électrique et sa commande par angle de phase,
- - la figure 2 est un diagramme montrant les signaux appliqués par la commande par angle de phase du moteur de la figure 1, et
- - la figure 3 est un schéma de cuve et de tambour de lave-linge.
- Dans l'exemple le lave-linge est d'usage domestique avec une cuve 10 (figure 3) destinée à contenir l'eau de lavage ou de rinçage 11 et à l'intérieur de laquelle tourne un tambour perforé 12 contenant le linge 13 introduit avant le démarrage du fonctionnement automatique de la machine.
- Le moteur destiné à faire tourner le tambour 12, par exemple autour d'un axe horizontal 14, est du type universel avec un rotor 15 (figure 1) en série avec son stator 16 ainsi qu'avec un triac 17. Ce moteur entraîne une génératrice tachymétrique 18 qui délivre un signal représentant la vitesse réelle de rotation du moteur sur une entrée d'un microprocesseur 19 qui compare cette vitesse réelle à une vitesse de consigne afin de délivrer un signal d'erreur ε. Ce dernier est utilisé pour fournir une durée θ, ou angle de phase, d'ouverture du triac 17 à chaque période du signal d'alimentation, en général le secteur 220 Volts, 50 Hz. Ces diverses opérations sont effectuées grâce à une programmation préalable du microprocesseur 19 ; sur la figure 1 la comparaison entre la vitesse réelle et la vitesse de consigne a été symbolisée par un comparateur 20 avec une entrée recevant le signal de la génératrice tachymétrique et une autre entrée recevant le signal d'une mémoire 21 de valeur de consigne de vitesse. Le signal d'erreur e à la sortie du comparateur 20 agit sur l'angle de phase θ fourni par un générateur 22.
- Le signal θ de sortie du générateur 22 est appliqué sur la gachette 23 du triac 17 par l'intermédiaire d'un interface 24.
- Au début de chaque demi période du signal d'alimentation (figure 2) le triac 17 est bloqué ; ce n'est qu'au bout du temps e qu'un signal de déclenchement est appliqué sur la gachette 23. Le triac 17 reste alors conducteur jusqu'au passage par zéro du courant, c'est-à-dire jusqu'à la fin de la demi période. Plus l'angle e est grand et moins l'intensité du courant fourni au moteur 15 , 16 est impor tante. Cet angle e est fonction du signal d'erreur ε. Cet angle e représente le couple moteur d'entraînement du tambour 12. En effet on sait que le couple moteur Cm fourni par un moteur universel est lié à l'intensité I du courant qui le traverse par la relation suivante:
- Cm=K(I-lo) (1)
- Dans cette formule K et Io sont des constantes.
-
- Si la vitesse de rotation du tambour est constante l'accélération est nulle et le couple résistant n'est dû qu'au frottement. Dans ces conditions :
- Cf = K (1 - lo) (3)
- Par ailleurs l'intensité I croît avec le complément à 180° (π radians) de θ; on peut donc écrire :
- I = f (π- θ) (4)
- Dans cette formule f est fonction croissante de x - θ.
- Ainsi le couple Cf varie dans le même sens que n - 9.
- Dans une première réalisation de l'invention on détermine à vitesse constante - au moins égale à celle qui confère une force centrifuge égale à la pesanteur - par exemple 80 tours par minute, les valeurs que prend périodiquement e, par exemple toutes les secondes, et on met en mémoire du microprocesseur 19 cette valeur e que l'on compare à la valeur θ0 précédemment mesurée au début du remplissage en eau, quand le niveau est au-dessous du fond du tambour. L'écart entre ces deux valeurs mesurées e et θ0 croît avec l'écart ΔCf entre les valeurs correspondantes du couple de frottement Cr. L'électrovanne d'alimentation en eau peut être fermée dès que cet écart dépasse une limite prédéterminée; il est également possible de fermer cette électrovanne seulement après un temps t suivant l'instant de détection du dépassement de la limite.
- Ce procédé est basé sur la constatation que le couple de frottement s'opposant à la rotation du tambour est plus élevé lorsque le tambour et le linge baignent dans l'eau que dans le cas contraire. En outre, ce couple de frottement augmente avec la hauteur d'eau dans laquelle plonge le tambour.
- Pour limiter les risques d'erreur la valeur e qui est prise en considération à chaque mesure est de préférence une moyenne de ces valeurs pour plusieurs périodes. A titre d'exemple chaque mesure correspond à la moyenne de quatre périodes successives et la mesure de valeur moyenne est répétée toutes les secondes.
- On conçoit qu'avec le moyen de commande de l'électrovanne qui vient d'être décrit il n'est pas nécessaire de prévoir de pressostat ou d'autre moyen de détection du niveau d'eau dans le lave-linge, ce qui réduit sensiblement le coût de fabrication de cet appareil.
- Pour effectuer une mesure encore plus précise de la hauteur d'eau dans la cuve on part de la constatation que le couple de frottement du linge contre l'eau dépend de la vitesse alors que les autres causes de frottement provoquent un couple résistant pratiquement indépendant de la vitesse mais variable avec la charge de linge ou variable d'une machine à une autre. Il est vrai cependant que la résistance de l'air est fonction de la vitesse mais le couple résistant qui en résulte est négligeable par rapport aux autres couples de frottement.
- Ainsi, pour éliminer de la mesure les contributions indépendantes du frottement du linge dans l'eau, et donc indépendantes de la vitesse, on fait tourner le tambour successivement à deux vitesses. Par exemple, le tambour tourne pendant cinq secondes à 80 tours par minute, puis les cinq secondes suivantes il tourne à 120 tours par minute et recommence ensuite le même cycle.
- Lorsque le tambour tourne à la première vitesse Vi on détermine l'angle θ1 correspondant (ou sa valeur moyenne sur plusieurs périodes) qui est une fonction du couple de frottement Cfi. On effectue la même mesure de 02 (ou sa valeur moyenne) lorsque le tambour tourne à la vitesse V2 et on met en mémoire la différence θ1 - θ2 qui croît avec la différence entre les couples de frottement intervenant d'une part à la vitesse Vi et d'autre part à la vitesse V2. Cette différence est notée ACf ; elle ne dépend pratiquement que de la hauteur d'eau au-dessus du fond du tambour.
- On effectue un étalonnage préalable qui est introduit en mémoire du microprocesseur sous forme d'un tableau de correspondance entre les différences θ1- 02 et les niveaux d'eau.
- Ce procédé permet, par exemple, de fermer l'électrovanne lorsqu'est atteinte une hauteur d'eau désirée, fonction de la charge de linge mesurée préalablement par un procédé tel que celui décrit dans le Brevet Français 83 16997 au nom de la demanderesse.
- Chaque mesure de l'angle 6 de commande de l'interrupteur 17 est de préférence égale à la valeur moyenne sur un nombre de périodes T qui correspond à la durée d'un tour complet du tambour ou d'un nombre entier de tours de ce tambour.
- Quel que soit le mode de réalisation adopté il est à souligner qu'avec un lave-linge dont le moteur d'entraînement du tambour est commandé à l'aide d'un microprocesseur une simple programmation supplémentaire du microprocesseur 19 permet de déterminer et commander la hauteur d'eau dans la cuve.
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