ESTIMACIÓN DE ACCIÓN MECÁNICA PARA MÁQUINAS LAVADORAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para controlar la operación de una lavadora de ropa automática. Las lavadoras de ropa automáticas se encuentran en cualquier parte. Tales aparatos limpian artículos de tela en forma eficaz, permitiendo que el propietario complete otras tareas o se ocupe en actividades más satisfactorias mientras lavan la ropa. Las lavadoras de ropa modernas proporcionan una gran cantidad de opciones para ajustar una operación de limpieza seleccionada para el tipo de tela que comprende la carga de ropa y el grado de suciedad de la carga de ropa. En una lavadora de ropa automática convencional, la limpieza de los artículos de tela puede atribuirse principalmente a tres factores: energía química, energía térmica y energía mecánica. Estos tres factores pueden variarse dentro de los límites de una lavadora de ropa automática particular para obtener el grado deseado de limpieza . La energía química se refiere a los tipos de auxiliares de lavado, p<- ejemplo, detergente y blanqueador, aplicados a los artícu ">s de tela. En condiciones normales, entre más auxiliares de lavado se utilicen, mayor será el efecto de limpieza. La energía térmica se refiere a la temperatura de
los artículos de tela. La temperatura del líquido de lavado típicamente constituye la fuente de energía térmica. Sin embargo, se pueden utilizar otras fuentes de calentamiento. Por ejemplo, una forma conocida utiliza vapor para calentar los artículos de tela. En condiciones normales, entre mayor sea la energía térmica, mayor será el efecto de limpieza. La energía mecánica puede atribuirse al contacto entre el agitador de ropa y los artículos de tela, el contacto entre los artículos de tela en sí, y 'el paso del líquido de lavado a través de los artículos de tela. En máquinas de lavado con un agitador de telas, el agitador tiende a ocasionar que los artículos de tela hagan contacto entre sí, y que el líquido de lavado pase a través de los artículos de tela. En condiciones normales, entre mayor sea la cantidad de energía mecánica, mayor será el efecto de limpieza. Entre mayor sea el tiempo durante el cual los artículos de tela hacen contacto con el agitador de ropa, mayor será la cantidad de energía mecánica que se distribuya a la carga de ropa. Aún no ha sido posible determinar la energía mecánica impartida a una carga de ropa particular. Típicamente, la energía mecánica impartida a la carga se estima con base en datos determinados en forma empírica desde un laboratorio de desarrollo que después se almacenan dentro del controlador para su utilización en lavadoras de ropa en
los hogares de los clientes. Los datos empíricos normalmente se determinan para condiciones de operación predeterminadas tales como: peso de carga, tipo de tela y nivel del líquido. Sin embargo, no se prueba o almacena cada combinación posible en la máquina, ya que es poco práctico. Tampoco es posible realizar tal cosa debido a que no se pueden anticipar las acciones del usuario. Por ejemplo, un usuario puede mezclar tipos de tela, es decir, normal y delicada, y después elegir un ciclo de lavado delicado. Por lo tanto, los datos empíricos son, hasta cierto grado, una mejor suposición de la energía mecánica impartida a la carga de ropa. El uso de datos empíricos puede conducir a demasiada o a muy poca energía mecánica que se imparte a la carga de ropa. Muy poca energía mecánica típicamente significará que la carga de ropa no se limpia hasta el estándar deseado, particularmente para ciertas suciedades que requieren que se elimine por fuerza mecánica. Demasiada energía mecánica limpiará la ropa hasta el estándar deseado, pero gasta recursos (consumo de energía extra) al realizar tal cosa y agrega desgaste adicional o daño de la tela a los artículos de tela. Sería ventajoso para el rendimiento general de limpieza si la energía mecánica impartida a los artículos de tela pudiera determinarse durante el proceso de lavado. Un método para controlar la operación de una
lavadora de ropa automática con base en el trabajo impartido a los artículos de tela mediante un agitador de artículos y un sensor para detectar la cantidad de trabajo impartido a los artículos de tela. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La Figura 1 es una vista en elevación parcialmente en corte de una lavadora de ropa automática de acuerdo con la invención que ilustra los componentes internos relevantes de la misma, incluyendo una canastilla para ropa y un agitador de ropa . La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente en corte de la canastilla para ropa y del agitador de ropa ilustrados en la Figura 1. La Figura 3 es una vista agrandada parcialmente en corte de la canastilla para ropa y del agitador de ropa ilustrados en la Figura 2, que muestra un artículo de ropa en una primera configuración en relación con el agitador de ropa . La Figura 4 es una vista de la canastilla para ropa y del agitador de ropa ilustrados en la Figura 3, que muestra el artículo de ropa en una segunda configuración en relación con el agitador de ropa. La Figura 5 es una vista de la canastilla para ropa y del agitador de ropa ilustrados en la Figura 3, que muestra
el artículo de ropa en una tercera configuración en relación con el agitador de ropa. La Figura 6 es una primera representación gráfica de una velocidad del motor y una corriente del motor para la lavadora de ropa automática ilustrada en la Figura 1 durante un solo ciclo de oscilación del agitador de ropa que consiste de una carrera giratoria hacia adelante seguida de una carrera giratoria hacia atrás. La Figura 7 es una segunda representación gráfica de la velocidad del motor y la corriente del motor para la lavadora de ropa automática ilustrada en la Figura 1 durante un solo ciclo de oscilación del agitador de ropa que consiste de una carrera giratoria hacia adelante seguida de una carrera giratoria hacia atrás. La invención se refiere a un método y sensor para determinar la acción mecánica impartida mediante un agitador de ropa a una carga de ropa en una lavadora de ropa automática, la cual puede utilizarse después al establecer la duración de un ciclo de lavado seleccionado. El método y sensor utilizan características operativas de un motor de accionamiento, tal como la corriente y la velocidad, para determinar la acción mecánica impartida a la carga de ropa. La cuantificación de la acción mecánica puede utilizarse entonces para determinar la duración del ciclo de lavado. Las lavadoras de ropa automáticas convencionales
permiten que un usuario seleccione una o varias opciones de lavado con base en el tipo de carga de ropa que se coloca en la lavadora de ropa. Por ejemplo, las opciones elegibles pueden incluir "normal", "delicado", "de lana" y similares. Estos son típicamente referidos como "ciclos" . Como se utiliza en la presente, "el ciclo de lavado" se referirá a un ciclo específico, tal como "normal", que se extiende desde el inicio del ciclo hasta su finalización. Un ciclo de lavado por lo general consistirá de por lo menos un ciclo de lavado, un ciclo de enjuagado y un ciclo de centrifugación. El ciclo de lavado, el ciclo de enjuagado y el ciclo de centrifugación pueden consistir de varias etapas, tal como una etapa de llenado, una etapa de desagüe, una etapa de pausa, una etapa de agitación y similares. Debido a que es el ciclo de lavado el que es el responsable de la eficacia de la limpieza, la invención se utiliza en un ciclo de lavado para cualquier ciclo de lavado independientemente de los tipos y la combinación de etapas. La Figura 1 ilustra una modalidad de la invención que consiste de una lavadora 10 de ropa automática de eje vertical que comprende un gabinete 12 que tiene un panel 14 de control, y que encierra una tina 16 hermética a líquidos que define una cámara de lavado en la que se localiza una canastilla 18 perforada. De este modo, los artículos de tela colocados en la canastilla 18 se colocan en la cámara de
lavado. Un agitador 20 de ropa adaptado para impartir energía mecánica a una carga de ropa contenida dentro de la canastilla 18 puede disponerse en la parte inferior de la canastilla 18. El agitador 20 de ropa se ilustra como un impulsor de eje vertical de bajo perfil. Sin embargo, el agitador 20 de ropa también puede ser un agitador de eje vertical, con o sin un tornillo sinfín, o una canastilla adaptada con paletas periféricas. El agitador 20 de ropa y la canastilla 18 también pueden alinearse coaxialmente con respecto a un eje 22 de oscilación orientado verticalmente . Aunque la invención se ilustrará con respecto a un impulsor de bajo perfil, se pueden utilizar otros agitadores de ropa sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se contempla que la invención tiene aplicabilidad para lavadoras de eje horizontal así como para lavadoras de eje vertical. Para propósitos de esta aplicación, lavadora de eje horizontal se refiere a aquellos tipos de lavadoras que mueven los artículos de tela principalmente al elevar los artículos de tela y dejarlos caer por gravedad, independientemente de si el eje de rotación es principalmente horizontal, y lavadora de eje vertical se refiere a aquellos tipos de lavadoras que mueven artículos de tela mediante un agitador de ropa, independientemente de si el eje de rotación es principalmente vertical. El agitador 20 de ropa puede conectarse en forma
operativa a un motor 28 de accionamiento a través de una transmisión 26 opcional y una banda 30 de transmisión. De manera alterna, el motor 28 de accionamiento puede conectarse directamente al agitador 20 de ropa. Uno o más sensores 31 conocidos para monitorear la velocidad angular, corriente, voltaje y similares pueden conectarse en forma operativa al motor 28. Los sensores 31 pueden ser una combinación de uno o más sensores físicos, tal como un tacómetro, un sensor de efecto Hall y similares, con sensores virtuales que comprenden algoritmos que estiman los parámetros físicos deseados, tal como la velocidad o la posición, en una forma indirecta al medir algunas otras variables, tal como la corriente, el voltaje y similares. Los resultados de los sensores 31 pueden enviarse a un controlador 32 de la máquina en el panel 14 de control. El tipo y configuración del controlador del motor, sensores 31, y controlador 32 de la máquina no son relevantes para la invención. Se puede utilizar cualquier sistema de control adecuado que pueda producir los datos del motor, tal como la velocidad y la corriente. En muchas aplicaciones, los sensores 31 forman parte de un controlador del motor acoplado con el controlador 32 de la máquina. El controlador 32 de la máquina puede adaptarse para enviar y recibir señales para controlar la operación de la lavadora 10 de ropa, recibir datos de los sensores 31, procesar los datos, desplegar
información de interés a un usuario y similares. La lavadora 10 de ropa también puede conectarse a una fuente de agua 34 que puede distribuirse a la tina 16 a través de una tobera 36 controlada mediante una válvula 38 conectada en forma operativa al controlador 32 de la máquina. La válvula 38 y el controlador 32 de la máquina pueden permitir que un volumen preciso de agua sea distribuido a la tina 16 para lavado y enjuagado. La Figura 2 ilustra la canastilla 18 para ropa y el agitador 20 de ropa en una alineación coaxial con el eje 22 de oscilación. El agitador 20 de ropa puede ser un cuerpo similar a una lámina, de alguna forma circular, que tiene una pluralidad de paletas 40 dispuestas radialmente que se extienden en forma ascendente a partir del mismo. Las paletas 40 pueden adaptarse para hacer contacto e interactuar con los artículos de tela y el líquido en la canastilla 18 para agitar los artículos de tela y el líquido. Durante un ciclo de lavado y un ciclo de enjuagado, el agitador 20 de ropa puede propulsarse mediante el motor 28 de accionamiento para su movimiento dentro de la cámara de lavado. La canastilla 18 puede sujetarse para que permanezca estacionaria durante el movimiento del agitador 20 de ropa, o la canastilla 18 puede girar libremente durante el movimiento del agitador 20 de ropa . El motor 28 de accionamiento puede propulsar el
agitador 20 de ropa en una manera oscilante, primero en una dirección hacia adelante, referida en la presente como una carrera hacia adelante, después en una dirección hacia atrás, referida en la presente como una carrera hacia atrás. El agitador 20 de ropa puede moverse en una dirección hacia delante a través de un desplazamiento angular preseleccionado , por ejemplo, que va desde 180° hasta 720°. El agitador 20 de ropa puede moverse en una dirección hacia atrás a través de un desplazamiento angular preseleccionado. Una carrera hacia delante y una carrera hacia atrás completas son referidas en la presente como un ciclo de oscilación. En un ciclo de lavado típico, múltiples artículos de tela, los cuales colectivamente forman una carga de ropa, se colocan en la canastilla en la parte superior del agitador 20 de ropa. Algunos de los artículos de tela estarán en contacto directo con el agitador 20 de ropa y algunos no. A medida que el agitador 20 de ropa se mueve, los artículos de tela individuales serán movidos directa o indirectamente mediante el agitador 20 de ropa para impartir energía mecánica a los artículos, la cual moverá los artículos de tela alrededor del interior de la cámara de lavado. Las Figuras 3-5 ilustran el movimiento de un solo artículo 50 de tela que se encuentra en contacto con el agitador 20 de ropa. No se ilustra ningún líquido para claridad en las Figuras 3-5. Sin embargo, debe entenderse que
el líquido está presente y que puede encontrarse en cualquier nivel desde sólo humedecer los artículos de tela hasta sumergir totalmente los artículos de tela. Como se ilustra en la Figura 3, el artículo 50 de tela en una porción inferior de una carga de ropa estará en contacto con el agitador 20 de ropa. Las paletas 40 terminan en un borde 54 de paleta superior. Toda o parte de la paleta 40 puede hacer contacto con el artículo 50 de tela durante las carreras hacia adelante y hacia atrás del agitador 20 de ropa. A medida que el agitador 20 de ropa gira en una carrera hacia adelante, representada mediante el vector 42 de movimiento, una paleta 40 puede entrar en contacto con el artículo 50 de tela. Con referencia ahora a la Figura 4, el contacto de la paleta 40 con el artículo 50 de tela tiende a mover el artículo 50 de tela en la dirección de rotación del agitador 20 de ropa, representada mediante el vector 56 de tracción. Debido al peso del artículo 50 de tela, al peso de los artículos de tela subyacentes, a la relación de fricción entre el artículo 50 de tela y al borde 54 de paleta, al grado de humedecimiento del artículo 50 de tela, y a otros factores, puede existir un contacto y deslizamiento intermitentes mediante la paleta 40 en relación con el artículo 50 de tela, los cuales se reflejarán en el movimiento del artículo 50 de tela que puede no ser la misma
distancia rotacional que la del agitador 20 de ropa, dando como resultado el movimiento relativo entre el artículo 50 de tela y el agitador 20 de ropa. Como se ilustra en la Figura 5, si existe suficiente deslizamiento, en algún punto durante la carrera hacia delante la paleta 40 puede separarse del artículo 50 de tela. El contacto y deslizamiento intermitentes de la paleta 40 con respecto al agitador 20 de ropa dan como resultado un acoplamiento intermitente del artículo de tela con el agitador 20 de ropa por la aplicación del peso del artículo 50 de tela hacia el agitador 20 de ropa, lo que equivale a una carga y descarga del agitador 20 de ropa. El acoplamiento y desacoplamiento asociados con la carga y la descarga se presentan como un cambio en la velocidad del agitador 20 de ropa, que puede detectarse mediante los sensores 31. En respuesta, el controlador 32, el cual típicamente trata de mover el motor 28 a una velocidad de ajuste predeterminado para el ciclo dado, aumentará o disminuirá la corriente hacia el motor 28 para intentar mantener la velocidad establecida. La magnitud y frecuencia de acoplamiento pueden verse afectadas por varios factores, de los cuales sólo algunos se describirán ahora. Si múltiples artículos de tela comprenden la carga, entonces cuando múltiples artículos de tela se soportan entre sí, su peso colectivo afectará al
agitador de ropa. De este modo, en condiciones normales, entre mayor sea el tamaño de la carga de ropa, mayor será la carga del agitador de ropa por los artículos de tela. El volumen incrementado de la carga de ropa mayor también tenderá a inhibir el movimiento libre de los artículos de tela dentro de la cámara de lavado, lo cual tenderá a mantener los artículos de tela en contacto con la canastilla 18 o con el agitador 20 de ropa, ya que existe menos espacio para que los artículos de tela se muevan y su movimiento libre individual se inhibe mediante los artículos de tela circundantes. Los artículos de tela húmedos tienden a crear una resistencia a la fricción mayor con el agitador de ropa que con los artículos de tela secos debido a la fuerza normal mayor . Sin embargo, a medida que aumenta el nivel de líquido en la cámara de lavado hasta el punto donde los artículos de tela se sumergen totalmente, el líquido adicional lleva a cabo la flotación de los artículos de tela, la cual tiene un efecto opuesto al de la fuerza de peso de los artículos de tela. En algunos casos, el líquido puede ser lo suficientemente grande y el agitador de ropa puede agitar suficientemente el líquido para que parte o todos los artículos de tela se suspendan en el líquido encima del agitador 20 de ropa, lo cual reducirá de manera importante la carga del agitador 20 de ropa mediante los artículos de tela.
En condiciones normales, cuando el nivel de líquido es alto, la carga debido a la carga de ropa es menor. De este modo, entre mayor sea la cantidad de líquido, más se reducirá el grado de carga y descarga. Observando escenarios particulares, si el agitador
de ropa contiene sólo líquido, es decir, sin artículos de tela, la carga/descarga del agitador 20 de ropa es mínima hasta inexistente durante el ciclo de oscilación, debido a que el agitador 20 de ropa se encuentra, en su mayor parte, en contacto con la misma cantidad de líquido a lo largo de cada carrera, la cual esencialmente coloca una carga generalmente constante sobre el agitador 20 de ropa. La Figura 6 ilustra gráficamente una forma de onda de la velocidad 70 del motor y de la corriente 72 del motor para una carga de ropa que se distribuye uniformemente a lo largo de la canastilla de lavado, es decir, existe poca o ninguna asimetría rotacional de la carga de ropa en relación con el agitador 20 de ropa. La corriente puede ser corriente de fase del motor o corriente de bus de cd o cualquier corriente en el controlador del motor que tenga una correlación con el par de torsión y corriente del motor producidos. La forma de onda de la velocidad 70 del motor y de la corriente 72 del motor ilustra una carrera hacia adelante, representada mediante una región 74 de dirección hacia delante seguida de una carrera hacia atrás,
representada mediante una región 76 de dirección hacia atrás. Las formas de onda de la Figura 6 se generan al muestrear la velocidad 70 del motor y la corriente 72 del motor a un intervalo predeterminado o proporción de muestreo, que en este caso es de 20 milisegundos . Como se ilustra, en la región 74 de dirección hacia delante el movimiento del agitador de ropa durante la carrera hacia delante puede dividirse en una etapa 74A de aceleración, donde el agitador 20 de ropa se acelera rápidamente hasta una velocidad de ajuste predeterminado, una etapa 74B de velocidad continua, donde la velocidad del motor se mantiene a una velocidad de ajuste predeterminado, y una etapa 74C de desaceleración, donde el agitador de ropa se desacelera rápidamente para su inversión, la cual puede incluir el frenado, antes de la inversión. La etapa 74B a menudo es referida como el estancamiento. La región 76 de dirección hacia atrás puede dividirse en forma similar en una etapa 76A de aceleración, un estancamiento 76B y una etapa 76C de desaceleración. De este modo, cuando el agitador 20 de ropa pase de la carrera hacia delante a la carrera hacia atrás, la corriente 72 del motor disminuye hasta un valor 94 de cero, y la velocidad 70 del motor en respuesta disminuye hasta un valor 96 de cero o casi cero. Aunque la disminución de la velocidad no se muestra que se dirige a cero en la Figura 6, esto es un
resultado de la proporción de muestreo para los puntos de datos - la velocidad cero no se muestreó - no de una indicación de que la velocidad no se dirige a cero. En realidad, siempre que el agitador de ropa cambie de dirección, existe necesariamente un punto, que puede ser instantáneo, donde la velocidad es igual a cero. Durante las carreras hacia delante y hacia atrás que se ilustran en la Figura 6, el controlador 32 controla la velocidad del motor en un intento por mantener la velocidad del motor en una velocidad de ajuste predeterminado, la cual por ejemplo en la Figura 6 es de 120 RPM. De este modo, la velocidad del agitador 20 de ropa es esencialmente constante en aproximadamente la velocidad establecida de 120 RPM en el estancamiento 74B, 76B o la curva 70. Existen variaciones nominales o fluctuaciones en la corriente 72 del motor y en la velocidad 70 del motor en los estancamientos 74B, 76B debido a la carga y descarga nominal de la carga de ropa en el agitador 20 de ropa asociadas con el acoplamiento del agitador 20 de ropa con los artículos de tela a medida que el agitador 20 de ropa se mueve. Esta carga y descarga se transmite a través del agitador 20 de ropa y de la transmisión 26 hacia el motor 28 de accionamiento, donde pueden detectarse mediante los sensores 31 de velocidad. La carga y descarga ocasionan fluctuaciones temporales en la velocidad del agitador 20 de ropa en relación con la
velocidad establecida. En respuesta, el controlador 32 ajusta la corriente hacia el motor 28 en un intento por mantener la velocidad establecida, lo que da como resultado que la corriente del motor dirija la velocidad, como se ilustra en la Figura 6. El contacto y deslizamiento entre el agitador 20 de ropa y la carga de ropa se refleja en las fluctuaciones de frecuencia relativamente altas tanto en la velocidad 70 del motor como en la corriente 72 del motor. Como se ilustra en la Figura 6, la frecuencia de las fluctuaciones durante las carreras hacia delante y hacia atrás es esencialmente la misma . La frecuencia de cada fluctuación puede determinarse a partir del tiempo o periodo de cada fluctuación al utilizar puntos de referencia sucesivos, tal como un máximo 91, 93 de fluctuación o un mínimo 78, 80 de fluctuación. Observando con más atención las fluctuaciones de la forma de onda 70 de la velocidad del motor, las fluctuaciones pueden separarse en picos que comprenden tanto picos 81, 83 positivos como picos 82, 84 negativos. La frecuencia puede determinarse a partir de picos sucesivos. La amplitud o magnitud de las fluctuaciones también puede determinarse al comparar los picos con el punto establecido de la velocidad del motor. Por ejemplo, la diferencia entre la amplitud 81 de velocidad positiva y la velocidad de
rotación objetiva puede ser un primer valor de amplitud. De manera similar, la diferencia entre la amplitud 84 de velocidad negativa y la velocidad de rotación objetiva, expresada como un valor absoluto, puede ser un segundo valor de amplitud. La velocidad 70 del motor tiene una forma de onda casi sinusoidal para la cual se puede determinar una frecuencia utilizando los picos para el tiempo de estancamiento 74B, 76B. Al igual que con las oscilaciones en la velocidad y corriente del motor que ocurren durante una carrera hacia delante, la frecuencia de las oscilaciones durante una carrera hacia atrás también puede determinarse. Por ejemplo, la frecuencia puede determinarse a partir de un punto 86 de inicio de ciclo y de un punto 88 de finalización de ciclo para la corriente del motor, o a partir de un punto 90 de inicio de ciclo y un punto 92 de finalización de ciclo para la velocidad del motor. Los valores de frecuencia y de amplitud pueden almacenarse mediante el controlador 32 de la máquina. Con los valores de frecuencia asociados con la carrera hacia delante, se pueden realizar las operaciones matemáticas preseleccionadas mediante el controlador 32 de la máquina sobre los valores de frecuencia. La forma de onda de la corriente 72 del motor es similar a aquélla de la velocidad 70 del motor en que las
fluctuaciones pueden separarse en picos que comprenden picos 91, 93 positivos y picos 78, 80 negativos. Los picos de la forma de onda de la corriente también pueden utilizarse para calcular una frecuencia para la forma de onda. Como se ilustra en la Figura 6, la forma de onda de la corriente del motor por lo general es similar a la forma de onda de la velocidad del motor y la corriente tiende a dirigir la velocidad. La dirección de la corriente en relación con la velocidad del motor es un resultado del intento del controlador por mantener la velocidad del motor en la velocidad establecida. Debido a que la magnitud de la corriente se determina mediante el controlador, cuando sea necesario, para mantener la velocidad establecida, la corriente del motor no tiene un punto establecido correspondiente en la forma en que la velocidad del motor tiene un punto establecido. Los valores de frecuencia y de amplitud tanto para la velocidad del motor como para la corriente del motor pueden almacenarse mediante el controlador 32 de la máquina o mediante un controlador del motor como valores de datos individuales así como valores acumulativos. Los valores pueden promediarse, y se puede determinar y almacenar un promedio de funcionamiento mediante el controlador 32 de la máquina . Aunque formas de onda que contienen datos para la
velocidad del motor y la corriente del motor han estado disponibles para aquellos con experiencia en la técnica durante un largo tiempo, se ha determinado que la información incorporada puede utilizarse para determinar la cantidad de energía mecánica o de trabajo distribuido a la carga de ropa mediante el agitador 20 de ropa. De hecho, la amplitud de la forma de onda sobrepuesta indica la cantidad de fricción entre los artículos de tela y el agitador de ropa, y la frecuencia de esta forma de onda puede utilizarse para calcular la velocidad del motor. Adicionalmente , esta energía mecánica o trabajo se determina a partir de los datos de la velocidad del motor y datos de la corriente del motor en tiempo real. En este sentido, el método propuesto puede considerarse como un sensor en tiempo real colocado en la cámara de lavado para determinar la energía mecánica o trabajo. Tal sensor nunca antes había estado disponible. La habilidad para determinar o detectar la energía mecánica o trabajo es muy provechosa para mejorar el rendimiento de lavado. La interacción de las paletas 40 con la carga de ropa da como resultado la acción mecánica o trabajo que se distribuye a la carga de ropa, la cual puede tanto aportar un efecto de lavado a la carga como ocasionar la abrasión, fractura, y desgaste de los artículos de tela. Se necesita alto de energía mecánica para obtener la cantidad deseada de lavado.
No se requiere ni se desea acción mecánica más allá de la necesaria para lavar los artículos de tela, ya que desgasta los artículos de tela sin un beneficio de lavado adicional. Asimismo, para algunos artículos de tela, especialmente artículos de tela delicados, es conveniente mantener la acción mecánica por debajo de una magnitud predeterminada. Por lo tanto, es importante controlar la cantidad de energía mecánica o trabajo distribuida a la carga de ropa mediante el agitador 20 de ropa. Para controlar la energía mecánica es necesario conocer la energía mecánica distribuida a la carga de ropa. Una vez que alguien tiene la habilidad de determinar la cantidad de energía mecánica o trabajo, entonces es posible manipular el ciclo de lavado como corresponde para controlar la cantidad de energía mecánica o trabajo distribuida a la carga de ropa. En esencia, el ciclo de lavado se ajustará o finalizará después de que una cantidad preseleccionada de energía mecánica o trabajo se ha distribuido a la carga de ropa. La relación entre la velocidad del motor y la corriente del motor y la cantidad de energía mecánica o trabajo distribuida a la carga de ropa se considerará en mayor detalle. La frecuencia y la amplitud de la velocidad del motor o fluctuaciones de la corriente pueden proporcionar una estimación exacta de la cantidad de energía mecánica o
trabajo distribuida a la carga de ropa, permitiendo de este modo el ajuste de la duración del ciclo de lavado. Se ha determinado que el trabajo realizado mediante un agitador de ropa en una carga de ropa puede darse mediante la siguiente relación: MA=Fuerza*Desplazamiento=Par de torsión*Desplazamiento Angular Donde A=acción mecánica (o trabajo) que actúa sobre la carga de ropa, Fuerza=fuerza impuesta mediante los agitadores de ropa o sus paletas sobre la carga de ropa, Desplazawiento=desplazamiento relativo de la carga de ropa con respecto al agitador de ropa debido a la fuerza impuesta mediante las paletas. Par de torsión=par de torsión que la carga de ropa experimenta, generado por la interacción de las paletas y la carga de ropa, tomado alrededor del eje de rotación, y Desplazamiento Angular^ángulo relativo de rotación de la carga de ropa con respecto al agitador. El par de torsión puede igualarse con la fricción-par de torsión producido mediante la fuerza F de fricción, dado mediante la siguiente relación:
Donde F=fuerza de fricción,
^=coeficiente de fricción entre la carga de ropa y las paletas, y iV=fuerza normal perpendicular a la dirección de la fuerza de fricción. El coeficiente de fricción µ es una función del tipo de tela, el tipo de detergente y la cantidad, la temperatura de la carga de ropa y del líquido, y el material del cual está fabricado el agitador de ropa. Si embargo, el coeficiente de fricción µ es principalmente una función del tipo de tela. La fuerza F de fricción es una función del tamaño de la carga de ropa y del tipo de tela, y se refleja en la amplitud de las oscilaciones en la velocidad del motor o corriente del motor que se observan durante una carrera del agitador de ropa. El par de fricción, es decir, el par de torsión desarrollado como resultado de la fricción entre la carga de ropa y el agitador 20 de ropa, puede estar dado mediante la siguiente relación: ?=µ*?* Agitador de Ropa de Radio Promedio =Amplitud*k donde T = par de fricción, Impulsor de Radio Promedio =el radio promedio del agitador 20 de ropa, Amplitud = Amplitud (pico) de oscilaciones casi sinusoidales en la corriente o velocidad del motor, y
k = constante de proporcionalidad, la cual es una función del radio de impulsor promedio y es una constante para modelos de lavadora de ropa automática específicos. Con referencia ahora a la Figura 7, la forma de onda de fluctuación casi sinusoidal puede determinarse al sustraer una forma de onda 98 de tendencia de la forma de onda de la corriente o velocidad en la región de estancamiento, es decir, la región que presenta una velocidad del motor idealmente constante igual a la velocidad objetivo establecida. Estas regiones de estancamiento se identifican como las regiones A y B en la Figura 7. La forma de onda de tendencia puede calcularse utilizando métodos alternos. Por ejemplo, la forma de onda 98 de tendencia puede trazarse al determinar los puntos medios de los segmentos de forma de onda de tendencia ascendente y de tendencia descendente alternos, tales como los segmentos 100A-102A, 102C-100D, o 100F-102F, y al establecer una línea a lo largo de los puntos. La forma de onda de tendencia de preferencia se determina utilizando un cálculo de promedio de movimiento, también referido como un filtro promedio de movimiento. El promedio de movimiento se calcula utilizando conjuntos o "ventanas" de 8 muestras de datos sucesivas sobre la región de estancamiento de interés. Por ejemplo, los puntos de datos para la región B de estancamiento en la Figura 7 incluiría el número de muestra 59 hasta el número de muestra 95. La
primera repetición del cálculo de promedio de movimiento implicaría las muestras 59-66. Después se avanza la ventana, por lo tanto el nombre "movimiento" , un punto de datos de tal modo que la segunda repetición implicaría las muestras 60-67. La ventana se avanza un punto de datos a la vez hasta la última ventana, la cual implica las muestras 88-95. El promedio de los 8 puntos de datos que comprende cada conjunto o ventana se calcula y se utiliza para establecer la línea de tendencia . El margen de frecuencia de las fluctuaciones casi sinusoidales, o componente de "CA" de la forma de onda, se encuentra típicamente dentro del margen de 4HZ a 16 HZ . Se ha encontrado que el uso de los 8 puntos de datos en el cálculo de promedio de movimiento aporta resultados aceptables para este margen de frecuencia. Aunque un número preferido de muestras para el cálculo de promedio de movimiento es 8, el número de muestras puede ser cualquier otro número seleccionado con base en la exactitud deseada de la línea de tendencia, capacidades computacionales , tamaño de componente y restricciones de costos del sistema operacional de la lavadora automática. La diferencia entre cada valor de amplitud máxima o mínima y el valor de la línea de tendencia se calcula entonces, con todos los valores tratados como valores absolutos para propósitos del término Amplitud. La amplitud
de la forma de onda casi sinusoidal puede estimarse utilizando métodos alternos. En lugar de utilizar el valor pico de la forma de onda de fluctuación, se puede utilizar cualquier medida que sea una función de la amplitud de la frecuencia de fluctuación. Por ejemplo, el área conforme al valor absoluto de la forma de onda de fluctuación es proporcional a la amplitud de la forma de onda de fluctuación. De este modo, se puede utilizar el área como representativa de la Amplitud para propósitos del algoritmo anterior. El Desplazamiento Angular se determina a partir de la frecuencia de fluctuación. La frecuencia principal de las fluctuaciones en la velocidad del motor o en la corriente del motor durante el mavo par de carreras hacia delante y hacia atrás puede estar dado por FrecF(m) Promedio y FrecB(m) Promedio, respectivamente, y es simplemente la suma de los valores ( de frecuencia ' individuales durante la mava carrera hacia delante dividida entre el número de valores de frecuencia durante la mava carrera hacia delante, y la suma de los valores de frecuencia individuales durante la mava carrera hacia atrás dividida entre el número de valores de frecuencia durante la mav carrera hacia atrás. Por ejemplo, el número de valores de frecuencia durante la carrera hacia delante en la Figura 6 es 5, y el número de valores de frecuencia durante la carrera hacia atrás en la Figura 6 es .
La distancia angular recorrida por los artículos 50 de tela en relación con el agitador 20 de ropa puede estar dada mediante las siguientes relaciones: DespF (m) Angular=kl*Frec? (m) Promedio, y DespB (m) Angular =kl*FrecB (m) Promedio . La constante de proporcionalidad kl es independiente del tamaño de carga de ropa y del tipo de tela, y es estrictamente una función de la geometría del agitador de ropa . La acción mecánica para el mavo par MA (m) de carreras puede estar dada mediante las siguientes relaciones: MA(m)a{Par de TorsiónF(m)*DespF(m) Angular+Par de TorsiónB(m) *DespB(m) Angular} , y MA(m)=k2*{AmplF(m)*Frec (m) Promedio +AmplB(m)*FrecB(m) Promedio}. La constante de proporcionalidad k2 es una función de tipo de tela. AmplF(m) es el valor de amplitud total de las oscilaciones durante la mava carrera hacia delante, y AmplB (m) es el valor de amplitud total de las oscilaciones durante la mava carrera hacia atrás. La acción TMA mecánica debido a un total de M pares de carreras o ciclos de oscilación puede estar dada mediante la siguiente relación: M
TMA=k2 MA (m) m=l Durante un ciclo de lavado, por ejemplo, el controlador 32 de la máquina muestrea el resultado de un
sensor, tal como un sensor de velocidad del motor, cada 20 milisegundos , y almacena los datos en la memoria. El controlador determina los valores de frecuencia y de amplitud descritos en lo anterior y calcula un total acumulado TMA de la acción mecánica. El total acumulado se compara con una valor de umbral preseleccionado de la acción mecánica total TMAT, la cual se establece con base en factores tales como tipo de tela, ciclo de lavado, configuración del agitador de ropa, tipo de motor, tipo de transmisión y similares. El valor TMAT de umbral predeterminado de preferencia representa una combinación óptima de esfuerzo de limpieza y protección de tela, pero puede ser cualquier valor predeterminado con base en un criterio seleccionado. Cuando el valor TMA calculado alcanza el valor TMAT de umbral predeterminado, el controlador puede iniciar una etapa en el ciclo de lavado, tal como establecer una duración de ciclo, ajustar una duración de ciclo, finalizar un ciclo, agregar un ciclo, agregar una etapa, pasar a un ciclo, agregar agua, agregar un químico de lavado, iniciar una pausa y drenar, obtener una medición de turbiedad y similares. La invención descrita en la presente proporciona un ciclo de lavado optimizado al reducir la duración total de ciclo a un periodo suficiente para limpiar satisfactoriamente una carga de ropa, reduciendo así el uso de energía. Al mismo tiempo, optimizar el ciclo de lavado reduce el desgaste
progresivo de la carga de ropa ocasionado por la sobre agitación de los artículos. De este modo, los artículos de tela que se lavan tienen una duración de vida mejorada, ahorrando así costos al consumidor relacionados con la sustitución de tales artículos. Finalmente, la utilización de la velocidad del motor o de la corriente del motor al determinar un proceso de lavado óptimo no requiere instrumentación adicional, reduciendo así costos adicionales. La invención simplemente utiliza información disponible fácilmente en una nueva forma para controlar una operación con el fin de optimizar el rendimiento de lavado de una lavadora de ropa, es decir, para optimizar la eficacia de lavado al mismo tiempo que se conserva el cuidado de la tela. Aunque la invención se ha descrito específicamente en relación con ciertas modalidades específicas de la misma, se entenderá que esto es a modo de ilustración y no de limitación. La variación y modificación razonables son posibles dentro del alcance de la descripción y los dibujos anteriores sin apartarse del espíritu de la invención, la cual se define en las reivindicaciones anexas.
LISTA DE PARTES
lavadora de ropa 12 gabinete 14 panel de control 16 tina 18 canastilla 20 agitador de ropa 22 eje de oscilación 24 eje de transmisión 26 transmisión 28 motor de accionamiento 30 banda de transmisión 31 sensor 32 controlador de la máqu: 34 suministro de agua 36 válvula 38 controlador de válvula 40 paleta 42 vector de movimiento 44 46 48 50 artículo de tela 52 vector de ponderación 54 borde de paleta
56 vector de tracción 58 60 62 64 66 68 70 curva de velocidad del motor 72 curva de corriente del motor 74 región de dirección hacia delante 76 región de dirección hacia atrás 78 punto de inicio del ciclo 80 punto de finalización del ciclo 81 pico positivo 82 pico negativo 83 pico positivo 84 pico negativo 86 punto de inicio del ciclo 88 punto de finalización del ciclo 90 punto de inicio del ciclo 92 punto de finalización del ciclo 94 punto de cambio de dirección 96 punto de cambio de dirección 98 forma de onda de tendencia 100 punto de pico positivo de corriente del motor
102 104 106 108 110