FR2587378A1 - METHOD FOR DETECTING THE LEVEL OF WATER IN A WASHING MACHINE AND WASHING MACHINE USING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE DETECTION DU NIVEAU D'EAU DANS UNE CUVEMETHOD FOR DETECTING THE LEVEL OF WATER IN A TANK
DE LAVE-LINGE ET LAVE-LINGE METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE WASHING MACHINE AND WASHING MACHINE IMPLEMENTING THIS PROCESS
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 The invention relates to a method for detecting the level of water in a washing machine tank as well as to a washing machine using
oeuvre ce procédé.this process.
Un lave-linge comporte habituellement une cuve destinée à contenir l'eau de lavage ou de rinçage, ainsi qu'un tambour perforé A washing machine usually has a tub to hold the washing or rinsing water, as well as a perforated drum
contenant le linge et tournant dans la cuve. containing the laundry and turning in the tank.
Dans les lave-linge à fonctionnement automatique, notamment les lavelinge d'usage domestique, l'eau est introduite dans la cuve In automatic washing machines, in particular domestic washing machines, water is introduced into the tank
par l'intermédiaire d'une électrovanne dont l'ouverture et la ferme- through a solenoid valve whose opening and closing
ture 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 ture are controlled according to the signal provided by a water level detector in the tank. Usually this detection is carried out using a component placed in the tank, most often a pressure switch. This component, which has a chamber closed by a membrane, is expensive and its installation complicated
la fabrication de la machine. Ces inconvénients sont particu- the manufacture of the machine. These disadvantages are particularly
lièrement gênants pour une fabrication en grande série. particularly troublesome for mass production.
L'invention remédie à ces inconvénients. The invention overcomes these drawbacks.
Elle est caractérisée en ce qu'on détermine la hauteur d'eau dans la cuve par détermination des variations du couple s'opposant à It is characterized in that the height of water in the tank is determined by determining variations in the torque opposing
la rotation du tambour lorsque ce dernier tourne à vitesse constante. the rotation of the drum when the latter rotates at constant speed.
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 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.
dans l'eau.in water.
Les variations du couple résistant sont déterminées à vitesse The variations of the resistive torque are determined at speed
constante de rotation du tambour pour que l'inertie, qui est propor- constant of rotation of the drum so that the inertia, which is propor-
tionnelle à l'accélération, n'intervienne pas dans la mesure du couple résistant. Afin d'éviter, dans la mesure du possible des variations brusques de couple does au déplacement périodique du linge dans le acceleration, does not intervene in the measurement of the resistive torque. In order to avoid, as far as possible sudden variations in torque, does the periodic movement of the laundry in the
tambour, de préférence la vitesse constante est telle que l'accélé- drum, preferably the constant speed is such that the acceleration
ration centrifuge aux alentours de la périphérie du panier soit supérieure à l'accélération de la pesanteur. Autrement dit: L > \2r9 formule dans laquelle w est la vitesse angulaire du tambour, r le rayon de ce dernier et g l'accélération de la pesanteur. Dans le cas le plus simple les variations du couple résistant centrifugal ration around the periphery of the basket is greater than the acceleration of gravity. In other words: L> \ 2r9 formula in which w is the angular speed of the drum, r the radius of the latter and g the acceleration of gravity. In the simplest case, the variations of the resisting torque
sont déterminées par les variations du couple moteur. are determined by variations in engine torque.
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, 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,
directement de cette intensité.directly from that intensity.
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 When the motor is in series with a controlled switch and this motor is controlled by a phase angle type regulation the resistive torque is determined by this phase angle
d'allumage de l'interrupteur.switch on.
Dans ces dernières réalisations, on ne prévoit aucun composant spécifique pour la mesure, car l'intensité ou l'angle de phase est In these latter embodiments, no specific component is provided for the measurement, since the intensity or the phase angle is
obligatoirement déterminé par le circuit de régulation. obligatorily determined by the regulation circuit.
Quand, au cours du remplissage en eau de la cuve du lave- When, during the filling of the washer tank with water
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 laundry, the water level reaches the bottom of the drum the friction of the drum and the laundry in the water begins to intervene and thus the
couple résistant à vitesse constante commence à augmenter. L'élec- resisting torque at constant speed begins to increase. The elect
trovanne d'introduction d'eau est par exemple fermée quand l'aug- water introduction valve is closed for example when the aug-
mentation de couple résistant, à partir de sa valeur avant l'augmen- statement of resistant torque, from its value before the increase
tation, dépasse une limite prédéterminée; il est aussi possible de laisser l'électrovanne ouverte pendant un temps fixé après que la tation, exceeds a predetermined limit; it is also possible to leave the solenoid valve open for a fixed time after the
variation du couple de frottement ait dépassé cette limite prédé- variation in friction torque has exceeded this predefined limit
terminée.finished.
Lorsque la commande de l'alimentation du moteur est ef- When the motor supply control is effective
fectuée par un circuit de régulation, notamment du type à com- carried out by a regulation circuit, in particular of the type with
mande 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 0, 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 controlled by phase angle, which includes a microprocessor, it can be used to determine the water level and control the intake solenoid valve. For example, the program is such that periodically measure the phase angle 0, store this angle in memory and compare it to the measurement that was taken at the very start of filling with water, i.e. before the water reaches the bottom
du tambour. Si l'écart dépasse une valeur prédéterminée, l'électro- of the drum. If the difference exceeds a predetermined value, the electro-
vanne est fermée ou est maintenue ouverte mais seulement pendant valve is closed or is kept open but only during
un temps déterminé.a specific time.
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 Vl, par exemple 80 tours par minute, et on détermine le couple résistant Cr, 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 premiere mesure To obtain an even more precise determination of the height of water in the washing machine tank, the drum is first rotated, the diameter of which is 40 cm in one embodiment, at a first speed Vl, for example 80 revolutions per minute, and the resistive torque Cr is determined, which is stored in memory; then the drum is rotated at a higher speed V2, for example 120 revolutions per minute, and the resistance torque Cr2 is also measured, the time interval separating the second from the first measurement
étant suffisamment court pour que la hauteur d'eau n'ait pratique- being short enough that the water level is not practical
ment 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 not varied. Under these conditions, the difference Cr2 - CrI is only a function of the speed-dependent friction couples, namely the resistance opposed by water and the resistance opposed by air. How friction in air has value
négligeable par rapport au frottement dans l'eau, la différence Cr2 - negligible compared to the friction in water, the difference Cr2 -
Cr, ne représente en pratique que le frottement du linge dans l'eau. Cr, in practice only represents the friction of the linen in water.
De plus, comme déjà mentionné, cette différence Cr2 - Cr, est In addition, as already mentioned, this difference Cr2 - Cr, is
également fonction de la hauteur d'eau. also a function of the water level.
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 - Cr1 et les hauteurs d'eau. Ce tableau peut aussi être incorporé dans une mémoire spécialement When the washing machine has a microprocessor it is possible to incorporate in the memory of the latter a table of correspondence between the values Cr2 - Cr1 and the water heights. This table can also be incorporated in a special memory
prévue à cet effet.provided for this purpose.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaT- Other characteristics and advantages of the invention appear
tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, tront with the description of some of its embodiments,
celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: this being carried out with reference to the attached drawings in which:
- la figure 1 est un schéma d'un moteur universel d'entrai- - Figure 1 is a diagram of a universal drive motor
nement 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 washing machine drum with its electric power supply and its phase angle control, FIG. 2 is a diagram showing the signals applied by the phase angle control of the motor in FIG. 1, and
- la figure 3 est un schéma de cuve et de tambour de lave- - Figure 3 is a diagram of tank and washing drum
linge. Dans l'exemple le lave-linge est d'usage domestique avec une laundry. In the example the washing machine is for domestic use with a
cuve 10 (figure 3) destinée à contenir l'eau de lavage ou de rin- tank 10 (Figure 3) intended to contain the washing or rinsing water
çage 11 et à l'intérieur de laquelle tourne un tambour perforé 12 hole 11 and inside which a perforated drum 12 rotates
contenant le linge 13 introduit avant le démarrage du fonction- containing the laundry 13 introduced before the start of the function-
nement automatique de la machine.automatic machine operation.
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 ú. Ce dernier est utilisé pour fournir une durée 0, 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 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 tachometric 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 set speed in order to deliver an error signal ú. The latter is used to provide a duration 0, or phase angle, of opening of the triac 17 at each period of the supply signal, in general the 220 Volts, 50 Hz sector. These various operations are
effectuées grâce à une programmation préalable du micro- carried out thanks to prior programming of the micro-
processeur 19; sur la figure I 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 processor 19; in FIG. 1, the comparison between the real speed and the set speed has been symbolized by a comparator 20 with an input receiving the signal from the tachometer generator and another input receiving the signal from a memory 21 with a value of
consigne de vitesse. Le signal d'erreur e à la sortie du compara- speed reference. The error signal e at the output of the comparison
teur 20 agit sur l'angle de phase O fourni par un générateur 22. tor 20 acts on the phase angle O supplied by a generator 22.
Le signal 0 de sortie du générateur 22 est appliqué sur la The output signal 0 from the generator 22 is applied to the
gachette 23 du triac 17 par l'intermédiaire d'un interface 24. trigger 23 of the triac 17 via an interface 24.
Reébut de-cnaque demni période du signal d'alimentation (figure 2) le triac 17 est bloqué; ce n'est qu'au bout du temps 0 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 0 est grand Re-start of each half-signal of the power signal (Figure 2) the triac 17 is blocked; it is only at the end of time 0 that a trigger signal is applied to the trigger 23. The triac 17 then remains conductive until the current crosses zero, that is to say until the end of the half period. The larger the angle 0
et moins l'intensité du courant fourni au moteur 15, 16 est impor- and less the intensity of the current supplied to the motor 15, 16 is important
tante. Cet angle 0 est fonction du signal d'erreur 6. Cet angle 0 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(l - Io) (1) aunt. This angle 0 is a function of the error signal 6. This angle 0 represents the driving torque of the drum 12. In fact, we know that the driving torque Cm supplied by a universal motor is related to the intensity I of the current which crosses it with the following relation: Cm = K (l - Io) (1)
Dans cette formule K et Io sont des constantes. In this formula K and Io are constants.
Par ailleurs, le couple moteur Cm étant égal au couple résis- Furthermore, the motor torque Cm being equal to the resistive torque
tant Cr, on peut écrire: 2 d2 Cr = Cm = K (I - Io) =i mi ri 2 + Cf (2) dt d20( Dans cette formule le terme mi ri2 d2 est le couple résistant dû à l'inertie, qui, comme on le voit (par le terme d-o), dt2 est proportionnel à l'accélération; Cf est la partie du couple as Cr, we can write: 2 d2 Cr = Cm = K (I - Io) = i mi ri 2 + Cf (2) dt d20 (In this formula the term mi ri2 d2 is the resistant couple due to inertia, which, as we can see (by the term do), dt2 is proportional to the acceleration; Cf is the part of the torque
résistant qui est due aux frottements. resistant which is due to friction.
Si la vitesse de rotation du tambour est constante l'accé- If the drum rotation speed is constant, access
lération est nulle et le couple résistant n'est dû qu'au frottement. leration is zero and the resisting torque is only due to friction.
Dans ces conditions Cf = K (I - Io) (3) Par ailleurs l'intensité I croît avec le complément à 180 (7E radians) de 0; on peut donc écrire: I =f ( 7r_) (4) Dans cette formule f est fonction croissante de C - Q. Under these conditions Cf = K (I - Io) (3) Furthermore, the intensity I increases with the complement to 180 (7E radians) of 0; we can therefore write: I = f (7r_) (4) In this formula f is an increasing function of C - Q.
Ainsi le couple Cf varie dans le même sens que 7-_ 0. Thus the torque Cf varies in the same direction as 7-_ 0.
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 0, par exemple toutes les secondes, et on met en mémoire du microprocesseur 19 cette valeur 0 que l'on compare à la valeur 00 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 0 et 00 croît In a first embodiment of the invention, the values which periodically take 0, for example every second, are determined at constant speed - at least equal to that which gives a centrifugal force equal to gravity - for example 80 revolutions per minute. the value 0 is stored in the memory of the microprocessor 19, which is compared with the value 00 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 0 and 00 increases
l'écart 4 Cf entre les valeurs correspondantes du couple de frot- the deviation 4 Cf between the corresponding values of the friction torque
tement Cf. L'électrovanne d'alimentation en eau peut être fermée Cf. The water supply solenoid valve can be closed
dès que cet écart dépasse une limite prédéterminée; il est égale- as soon as this difference exceeds a predetermined limit; it is also
ment possible de fermer cette électrovanne seulement après un It is possible to close this solenoid valve only after a
temps t suivant l'instant de détection du dépassement de la limite. time t following the detection time when the limit is exceeded.
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 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
hauteur d'eau dans laquelle plonge le tambour. height of water in which the drum plunges.
Pour limiter les risques d'erreur la valeur 0 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 To limit the risk of error, the value 0 which is taken into account for each measurement is preferably an average of these values for several periods. For example, each measurement corresponds to the average of four successive periods and the measurement
de valeur moyenne est répétée toutes les secondes. average value is repeated every second.
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 It is understood that with the control means of the solenoid valve which has just been described it is not necessary to provide a pressure switch or other means for detecting the water level in the washing machine, this
qui réduit sensiblement le coût de fabrication de cet appareil. which significantly reduces the manufacturing cost of this device.
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 To make an even more precise measurement of the height of water in the tank, we start from the observation that the friction torque of the laundry against the water depends on the speed while the
autres causes de frottement provoquent un couple résistant prati- other causes of friction cause a resistant torque practi-
quement 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 slightly independent of speed but variable with the load of laundry or variable from one machine to another. It is true, however, that air resistance is a function of speed, but the resulting resisting torque is negligible compared to the others.
couples de frottement.friction couples.
Ainsi, pour éliminer de la mesure les contributions indépen- Thus, to eliminate independent contributions from the measure
dantes 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 dantes of the friction of the linen in water, and therefore independent of the speed, 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
tours par minute et recommence ensuite le même cycle. revolutions per minute and then starts the same cycle again.
Lorsque le tambour tourne à la première vitesse V1 on déter- When the drum rotates at the first speed V1,
mine l'angle 01 correspondant (ou sa valeur moyenne sur plusieurs périodes) qui est une fonction du couple de frottement Cf. On effectue la même mesure de 02 (ou sa valeur moyenne) lorsqcue.le tambour tourne à la vitesse V2 et on met en mémoire la différence 01 - 0 2 qui croît avec la différence entre les couples de frottement mine the corresponding angle 01 (or its average value over several periods) which is a function of the friction torque Cf. The same measurement of 02 (or its average value) is made when the drum rotates at speed V2 and we set in memory the difference 01 - 0 2 which increases with the difference between the friction torques
intervenant d'une part à la vitesse V1 et d'autre part à la vitesse V2. intervening on the one hand at speed V1 and on the other hand at speed V2.
Cette différence est notéeACf; elle ne dépend pratiquement que de This difference is noted ACf; it practically depends only on
la hauteur d'eau au-dessus du fond du tambour. the height of water above the bottom of the drum.
On effectue un étalonnage préalable qui est introduit en A preliminary calibration is carried out which is introduced in
mémoire du microprocesseur sous forme d'un tableau de corres- microprocessor memory in the form of a table of corres-
pondance entre les différences 0 1 ' 0 2 et les niveaux d'eau. weighting between differences 0 1 '0 2 and water levels.
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 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
dans le Brevet Français 83 16997 au nom de la demanderesse. in French Patent 83 16997 in the name of the plaintiff.
Chaque mesure de l'angle 0 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 Each measurement of the control angle 0 of the switch 17 is preferably equal to the average value over a number of periods T which corresponds to the duration of one complete revolution of the drum
ou d'un nombre entier de tours de ce tambour. or a whole number of turns of this drum.
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 Whatever the embodiment adopted, it should be emphasized that with a washing machine whose drum drive motor is controlled using a microprocessor, a simple additional programming of the microprocessor 19 makes it possible to determine and
commander la hauteur d'eau dans la cuve. control the height of water in the tank.
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ATE47166T1 (en) | 1989-10-15 |
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