EP1461487B1 - Procede servant a determiner une charge non equilibree - Google Patents

Procede servant a determiner une charge non equilibree Download PDF

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EP1461487B1
EP1461487B1 EP02795472A EP02795472A EP1461487B1 EP 1461487 B1 EP1461487 B1 EP 1461487B1 EP 02795472 A EP02795472 A EP 02795472A EP 02795472 A EP02795472 A EP 02795472A EP 1461487 B1 EP1461487 B1 EP 1461487B1
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spinning
speed
load
unbalanced load
deviation
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Ibrahim Yildirim
Tahsin I. SÜMER
Orhan Diril
Yusuf Yildirim
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Arcelik AS
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Arcelik AS
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    • D06F34/14—Arrangements for detecting or measuring specific parameters
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D06F33/30—Control of washing machines characterised by the purpose or target of the control 
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    • D06F33/32—Control of operational steps, e.g. optimisation or improvement of operational steps depending on the condition of the laundry
    • D06F33/40—Control of operational steps, e.g. optimisation or improvement of operational steps depending on the condition of the laundry of centrifugal separation of water from the laundry

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining unbalanced load, which provides an efficient operation of the washing machine by determining the unbalanced load created by the uneven distribution of the laundry being washed in the tub, during the spinning cycle.
  • the rotational axis and the center of gravity do not match with each other when the clothes in the drum which are stuck to the inner walls of said drum by the centrifugal force, are not distributed stably.
  • the dangerous centrifugal forces that occur in this case may cause an overstrain of the washing machine strength, formation of harmful vibrations and even the moving of the washing machine itself.
  • the unbalanced load occurred due to the distribution of the laundry in the rotating drum during the spinning cycle is determined according to the unloaded drum reference.
  • the unbalanced load accumulated at a certain area in the drum looses its potential energy due to the gravitational force, during the downward movement of the drum and produces a moment, which is directly proportional with the distance of the unbalanced load from the center of rotation.
  • the unbalanced load is raised upwards, it gains potential energy and the motor generates additional moment that is proportional with the distance between the unbalanced load and the center of rotation, in addition to the torque required to drive a balanced system.
  • the measurement can be made at low rpm drum speed values such as 100 rpm at which drum speed, the sticking of the laundries to the inner peripheral wall of the drum is ensured; and the principle of calculating the variation of speed oscillations in direct proportion with the amount of unbalanced load, is evaluated by waiting for a certain time and inputting an error band, and then estimating the amount of the unbalanced load. As each unbalanced load creates a different standard deviation, this serves for determining whether spinning cycle will be started or at which maximum speed the spinning can be performed.
  • load is estimated by raising the laundry to a certain angle and by reading the maximum current drawn at that moment in a direct drive structure in a direct drive structure or by applying voltage until a certain current is attained, then observing the angle reached at that current.
  • total load and unbalanced load are determined by signals obtained from the motor.
  • German Patent Application No. 4336349 the inertia of the amount of wet laundry is determined by means of a spinning procedure.
  • the object of the present invention is to develop a method for determining an unbalanced load depending on the amount of laundry loaded in washing machines, which ensure a safe operation of the washing machine particularly during the spinning cycle.
  • the domestic appliances preferably washing machines of a front loading type
  • a drum in which the clothes to be washed defined as "the load” are placed and which performs the washing and spinning procedures by rotating about an axis
  • an electronic control card that provides control.
  • Said control card comprises at least one micro controller and at least one internal/external data storage unit.
  • the data storage unit may be an external unit on said control card or may be an internal unit within the micro controller, such as RAM; ROM; EEPROM. In the preferred embodiment, data is recorded on a ROM included in the micro controller.
  • TK double pole noof the tachogenerator
  • P1 controller arranges data with determined periods or frequencies for calculating the firing angle and dutycycle and then the motor is driven. In this manner, the motor rotates at desired cycles and the data obtained from the motor can be interpreted in a time-dependent manner in order to be used.
  • the microcontroller is also provided with a memory containing the experimental data determined in the production or design stages entered by the manufacturer, so that the data received can be compared and interpreted.
  • the unbalanced load determining method detects the unbalanced load in relation with the balanced load present in the washing machine. Said method, by determining correctly the balanced and unbalanced loads during spinning, enables the spinning cycle to be performed at spinning rates wherein the centrifugal forces and vibrational amplitudes to be created by the balanced and unbalanced loads are within acceptable ranges, and/or provides a more efficient spinning performance.
  • the unbalanced load determining system comprises the steps of; water discharge (100), distribution (200), pre-spinning (300) and spinning (400). Said method brings the unbalanced state of the load in the machine to a balanced state, in the distribution step (200), then starts the spinning operation, determines the unbalanced load by checking the speed variations and motor potential profiles obtained during the pre-spinning step (300) and provides a safe spinning during the spinning step (400) according to the unbalanced load values obtained.
  • the initial values of the number of distributing cycles (m) and the number of pre spinning cycles (n) are defined as "0" by the control card.
  • water in the drum of the washing machine is drained before each spinning, until it falls below a certain level (100) (A).
  • a spinning test speed that is much lower than the resonance spinning speed but able to provide the sticking of the laundry to the peripheral walls of the drum is attained (204) from the washing speed with a low acceleration, in a long time range; and a distribution step (200) is performed at this test speed that is kept constant for a certain time range (205), during which step, the change in the speed values measured sequentially is compared to the data obtained in the experiments made during design and production stages, in order to make the first decision about the amount of the unbalanced load.
  • the discharge pump operates continuously and evacuates water when required.
  • the value of deviation from the test speed obtained (h dev(205) ) is compared to the values obtained in the reference measurement found during the production stage and recorded to the microprocessor, and the unbalanced load values in the unloaded drum are found. These values correspond to the smallest amount of unbalanced load with respect to other balanced load positions. In case this value is not sufficient to allow topass to the rinsing cycle, the drum is stopped before passing to the algorithm of determining balanced load, and the distribution step (A) is restarted after increasing the number (m) of distribution revolutions by one more revolution. If the level is still above the limit determined by the manufacturer, said distribution step (200) is repeated "m max " times as defined by the manufacturer. In case of a failure, the procedure is terminated. If such a restriction is not seen, pre-spinning step (300) starts after the distribution step (200), (B).
  • a prespinning speed rate which is almost 2 fold the resonance spinning speed, is attained in a short time, with a high acceleration rate (301).
  • This high acceleration which is also referred to as the ramp, serves to avoid the moment of the washing machine or the crashing of the components in the machine by passing the resonance frequencies rapidly.
  • Spinning is performed for a certain period at the prespinning speed (t settling (302) ) (302). This period (t settling (302) ) ensures both the running of the drum in the prespinning speed, and that water has been evacuated in such an amount that an excessive impact between the tank and the drum is avoided.
  • an environment with the laundry closely stuck on the inner peripheral wall of the drum, and with a minimum friction between water-drum-tank and laundry-glass cabin door, will be available.
  • V rms root mean square voltage
  • V rms-input a certain firing angle ( ⁇ ) used for adjusting the motor voltage AC-motor phase angle controlled drive systems or to the dutycycle ( ⁇ ) in systems with DC chopper
  • test speed measurement value (h deviation (304) ) time of entry to the test speed band during the controlled decrease of speed from the prespinning speed to the test speed (t fall ) is transferred to the equations with more that one undefined constant values (S 1 ,S 2 ,S 3 ,S 4 ,.,S 1,1 ,S 1,2 ,S 1,3 ,S 1,4 ..), which determines the load, by means of the firing angle ( ⁇ ) or of dutycycle ( ⁇ ) that determine the voltage applied to the motor at the prespinning speed; and the load (Y), unbalanced load (DY) values are obtained.
  • the average (h deviation(304) ) and ((h deviation(205) ) test speed measurement values is used instead of using only the test speed measurement value (h deviation(304) ).
  • the load (Y) value is determined after the equation 6.1 or 6.2 is solved by means of the constant values (S1, S2, S3, S4 .%) to which the data received are entered end which is recorded in the data storage unit after being found by the experimental data.
  • the load value (Y) and other data collected, are placed in the equation 7.1 or 7.2 and solved by means of the constant values (S1, S2, S3, S4 .%) to which the data received are entered and which are obtained by the experimental data and recorded in the data storage unit, and thus the unbalanced load value (DY) is obtained.
  • the unbalanced load (DY) value is found by using the equation 6.1 and 7.1 in systems with DC chopper, and by using the equation 6.2 and 7.2 in systems with AC phase control.
  • the microcontroller determines the spinning profiles, including such parameters as the speed, time etc. to define the speed rates and durations of the spinning according to the state of the unbalanced load (C).
  • Options for spinning profiles comprises the spinning stages (400) such as:
  • a test speed rate of 100 rpm and a prespinning speed rate of 400 rpm are applied for a domestic appliance having a resonance frequency of approximately 200 rpms ( Fig. 2 ).
  • the balanced and unbalanced loads at the beginning of spinning will be determined accurately and suitable distribution or spinning algorithms can be employed. It will be possible to develop washing machines with higher load capacities at smaller volumes. As reliable and efficient spinning profiles are provided, such problems that may arise due to spinning, as opening of the drum, bearing fractures, wearing of the damper, etc. are avoided and the service load can be decreased. Furthermore, by virtue of the reliable and efficient spinning profiles provided by the method according to the invention, a reduction in uses for testing purposes under design or production conditions as well as strength is provided.

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  • Testing Of Balance (AREA)
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Claims (14)

  1. Une méthode pour déterminer le chargement déséquilibré dans une machine à laver, de préférence du type à chargement frontal, d'un tambour dans lequel les vêtements à laver, qui se définit comme « la charge » sont placés, comportant les étapes suivantes :
    • drainage de l'eau résiduelle dans la machine à laver à tambour après l'achèvement du cycle de lavage, avant chaque filature, jusqu'à ce qu'il atteigne un certain point au-dessous d'un certain niveau (100),
    • distribution de la charge dans le tambour, par rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, dans le sens contraire et en l'arrêtant (200),
    et caractérisée par les étapes suivantes :
    • accélération à partir d'un taux de filature d'essai qui est inférieur à celui de la vitesse de résonance mais capable de fournir l'adhérence de la lessive sur le périphérique intérieur des murs du tambour à un taux de vitesse de filature préalable qui est supérieur au taux de vitesse de résonance, par un haut taux d'accélération permettant de passer rapidement la fréquence de résonance (301),
    • calcul du voltage rms (Vrms) appliqué sur le moteur afin d'activer la performance de filature aux vitesses de filature préalable à l'aide du voltage d'entrée rms (Vrms-input), et de la valeur d'angle de tir (α) dans les systèmes de contrôle du moteur AC avec la phase de contrôle d'angle ou le ratio de travail (ψ) dans les systèmes de transmission utilisant des hachoirs DC (302),
    • fourniture d'une baisse du taux de filature d'essai et mesure de la durée de la baisse (tfall) (303),
    • mesure de la vitesse atteinte et calcul de la valeur de l'écart (hdeviation (304)) par rapport à la vitesse d'essai (304),
    • calcul des charges équilibrées (Y) et des charges déséquilibrées (DY) en faisant usage de l'angle de tir (α) ou le ratio de travail (ψ), calcul de la baisse du temps (tfall), de la valeur d'écart par rapport à la vitesse d'essai (hdeviation (304)), et d'un ou de plusieurs valeurs constantes obtenues expérimentalement (S1, S2, S3, S4..., S1,1, S1,2, S1,3, S1,4...), qui sont déjà enregistrées dans la mémoire de données (C),
    • comparaison de la valeur de la charge déséquilibrée (DY) avec les paramètres obtenus expérimentalement et détermination du profil de la filature qui devrait être appliqué au moment (C) où une filature efficace et fiable est effectué.
  2. Une méthode selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le voltage rms (Vrms) est calculé dans l'étape préalable de filature en utilisant la formule suivante : V rms = V rms - input × π - α / 2 + sin 2 ⁢ α / 4 / π
    Figure imgb0029
  3. Une méthode selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le voltage rms (Vrms) est calculé par la formule suivante : V rms = V rms - input × ψ
    Figure imgb0030
  4. Une méthode selon la Revendication 1, caractérisée en ce que,
    • une fois la vitesse d'essai atteinte, le nombre de tours constant est maintenu aussi longtemps que la période réglée (tsettling (304)) (304) et la valeur de vitesse est mesurée afin de calculer l'écart standard par rapport aux valeurs de vitesse d'essai en utilisant la formule suivante : h deviation 304 = ∑ i = 1 N k I ⁢ h i - h test ⁢ I
    Figure imgb0031
  5. Dans les systèmes de transmission ayant un contrôle de ratio de travail (ψ), qui utilisent des hachoirs DC, une méthode de détermination de la charge déséquilibrée telle que définie dans les revendications 1, 3 et 4, qui comprend les étapes suivantes tout en faisant les calculs de charge équilibrée (Y) et de charge déséquilibrée (DY) ;
    • calcul de la valeur de la charge (Y) en résolvant cette équation (6.1) : Y = S 1 + S 2 ⁢ t fall + S 3 ⁢ h deviation 304 + S 4 ⁢ ψ
    Figure imgb0032
    et
    • calcul de la valeur de la charge déséquilibrée (DY) en résolvant cette équation (7.1) : DY = S 1 , 1 + S 1 , 2 ⁢ Y + S 1 , 3 ⁢ h deviation 304 + S 1 , 4 ⁢ ψ
    Figure imgb0033
  6. Dans les systèmes de transmission ayant un contrôle d'angle de tir (α), qui utilisent un moteur AC, une méthode de détermination de la charge déséquilibrée telle que définie dans les revendications 1, 2 et 4, qui comprend les étapes suivantes tout en faisant les calculs de charge équilibrée (Y) et de charge déséquilibrée (DY) ;
    • calcul de la valeur de la charge (Y) en résolvant cette équation (6.2) : Y = S 1 + S 2 ⁢ t fall + S 3 ⁢ h deviation 304 + S 4 ⁢ α
    Figure imgb0034
    et
    • calcul de la valeur de la charge déséquilibrée (DY) en résolvant cette équation (7.2) : DY = S 1 , 1 + S 1 , 2 ⁢ L + S 1 , 3 ⁢ h deviation 304 + S 1 , 4 ⁢ α
    Figure imgb0035
  7. Une méthode selon les Revendications de 1 à 6 ; comprenant les étapes suivantes :
    • rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, à la vitesse de lavage (202),
    • arrêt et attente pendant un certain temps (203),
    • rotation dans le sens des aiguilles d'une montre à la vitesse de lavage (201),
    • atteinte d'une vitesse d'essai de filature qui est beaucoup plus faible que la vitesse de filature de résonance, ce qui provoquera la lessive de s'en tenir aux parois périphériques du tambour dans la longue plage de temps, à un faible taux d'accélération (204),
    • attente pendant un certain temps (en tournant (205)) (tsettling(205)), jusqu'à ce que la vitesse de rotation puisse être égale à la vitesse d'essai, lorsque la vitesse d'essai est atteinte (205),
    • prise des mesures de vitesse à la vitesse d'essai le long du nombre "k", nombre de tours suffisant pour obtenir des données statistiques et la décomposition de la charge déséquilibrée désirée en utilisant la fonction N(k) formée par le coefficient de la valeur de la dynamo tachymétrique et par le ratio de tours de la ceinture poulie (205),
    • calcul et ajout de la valeur absolue des écarts de valeurs de la vitesse mesurée (h;) à partir de la vitesse d'essai (htest) (Ihi - htestI), et donc calcul de la déviation (hdeviation(205)), créée au cours de la filature à la vitesse d'essai de base (205) ; h deviation 304 = ∑ i = 1 N k I ⁢ h i - h test ⁢ I
    Figure imgb0036
    • comparaison de la valeur de l'écart (hdeviation(205)) à partir de la vitesse d'essai obtenue avec les valeurs de référence obtenues dans les mesures prises aux étapes de conception et de production, et recherche de la quantité de charge équilibrée (DY) que lesdites mesures correspondent dans un tambour vide,
    • arrêt du tambour, dans le cas où cette valeur n'est pas suffisante pour permettre de passer au cycle de la filature et si le nombre de distribution de cycles (m) est plus petit que (mmax) qui est déterminé par le constructeur, redémarrage de l'étape de distribution (A) après accroître le nombre de tours de distribution (m) par plusieurs tours ;
    • terminaison du processus si le nombre de tours (m) est égal ou supérieur au nombre déterminé par le constructeur (mmax),
    • passage de l'étape de distribution (200) à l'étape de filature (300) (B) au cas où aucune restriction n'apparaîtrait ;
    ainsi le processus d'évacuation d'eau continue à divers moments et durées au cours de l'étape de distribution (200).
  8. Une méthode selon les Revendications de 1 à 6, comprenant une étape de filature (D) pendant laquelle la filature au de cycle de filature (400) atteint la vitesse ultime par rapport aux valeurs de la charge déséquilibrée (DY) trouvées au cours de l'étape préalable de filature.
  9. Une méthode selon les Revendications de 1 à 6, comprenant une étape de filature (E) pendant laquelle la filature au de cycle de filature (400) atteint la vitesse limite tolérée par les valeurs de la charge déséquilibrée (DY) trouvées au cours de l'étape préalable de filature du cycle de filature (400).
  10. Une méthode pour déterminer la charge déséquilibrée selon les Revendications de 1 à 6, comprenant une étape de filature (F) pendant laquelle la filature se réalise par la filature préalable à faible rpm et par la répétition de la phase de distribution, selon les valeurs de la charge déséquilibrée (DY) trouvées au cours de l'étape préalable de filature à la phase de filature (400).
  11. Une méthode pour déterminer la charge déséquilibrée selon les Revendications de 1 à 6, comprenant les étapes suivantes :
    • retour direct à l'étape de distribution (A) par l'accroissement d'un tour, entraîné par le nombre du cycle (n) qui définit le nombre de répétitions de la méthode de détermination appliquée pour voir si la charge déséquilibrée ne dépasse pas la valeur (nmax) déterminée par le constructeur,
    • aucune réalisation de filature, dans le cas où le nombre (n) du cycle qui définit le nombre de répétitions de la méthode de détermination de la charge déséquilibrée (n>nmax) lorsque la charge déséquilibrée (DY) montante trouvée avant de passer au cycle de la filature (400) est supérieure à la valeur définie par le constructeur.
  12. Une méthode pour déterminer la charge déséquilibrée selon les Revendications de 10 à 12, comprenant les étapes suivantes ;
    • utilisation des valeurs de mesure des vitesses d'essai (hdeviation(304)) et (hdeviation(205)) au lieu de l'utilisation seulement de la valeur de mesure de la vitesse d'essai (hdeviation(304)), lors du calcul de la charge (Y) et de la charge déséquilibrée (DY).
  13. Une méthode pour déterminer la charge déséquilibrée selon la Revendication 1, comprenant l'étape suivante ; atteinte d'une vitesse de filature préalable qui est environ deux fois la vitesse de résonance de filature (301).
  14. Une machine à laver pour la réalisation de la méthode définie dans les Revendications de 1 à 13, comprenant
    • un tambour dans lequel les vêtements à laver, qui se définit comme « la charge » (Y) sont placés ;
    • un moteur qui fait tourner le tambour pour effectuer les opérations de lavage et de filature par rotation autour d'un axe ;
    • une dynamo tachymétrique reliée audit moteur ;
    • Au moins un microcontrôleur qui transfère le voltage produit à partir de ladite dynamo tachymétrique, comme les données de vitesse après avoir été convertis en ondes carrées, qui contrôle la machine à laver, qui identifie les périodes de définissant le nombre de tours du tambour afin de permettre le calcul de l'angle de tir (α) ou le ratio de la durée moyenne du travail (ψ) arrangé par le biais du contrôleur PI, le dynamisme du moteur aux rpms désirés, l'utilisation et l'interprétation des données obtenues par le moteur dans un temps dépendant de l'interprétation et de la comparaison des données recueillies ; et
    • une carte de contrôle électronique, qui comprend à l'intérieur, à l'extérieur ou dans le microcontrôleur au moins une unité de stockage de données pour stocker les données expérimentales (S1, S2, S3, S4 ..., S1,1, S1,2, S1,3, S1,4 ...) saisies par le constructeur et déterminés lors de la fabrication ou des stades de la conception ;
    et caractérisée en ce que
    les charges équilibrées (Y) et déséquilibrées (DY) au cours de la filature sont déterminées de façon précise, dans le cas où la capacité totale de charge dans le tambour est réalisée et augmente lorsque le taux de filature dépasse la vitesse de résonance, par la mesure de charge déséquilibrée (DY) précise obtenue grâce à l'analyse des données recueillies au moyen de la carte de contrôle au cours de l'opération de la machine, en utilisant le microcontrôleur, dans le but de réaliser les opérations prévues dans l'une quelconque des revendications de 1 à 13, selon les données expérimentales enregistrées dans la mémoire de données, permettant ainsi à la filature d'être effectuée à des taux acceptables de forces centrifuges et d'amplitude de vibrations qui peuvent être créés par les charges équilibrées et déséquilibrées et/ou permettant à la filature d'être plus efficace, de sorte que la machine à laver puisse effectuer le processus de la filature d'une manière plus efficace, d'une manière plus fiable, sans aucun dommage.
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