Brevet FR2587378A1 — publié le 19870320

PROCEDE DE DETECTION DU NIVEAU D'EAU DANS UNE CUVE DE LAVE-LINGE ET LAVE-LINGE METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE 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 lavelinge d'usage domestique, l'eau est introduite dans la cuve par l'intermédiaire d'une électrovanne dont l'ouverture et la ferme- 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 la fabrication de la machine. Ces inconvénients sont particu- lièrement 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. Les variations du couple résistant sont déterminées à vitesse constante de rotation du tambour pour que l'inertie, qui est 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 tambour, de préférence la vitesse constante est telle que l'accélé- 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 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'élec- trovanne d'introduction d'eau est par exemple fermée quand l'aug- mentation de couple résistant, à partir de sa valeur avant l'augmen- tation, 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 prédé- terminée. Lorsque la commande de l'alimentation du moteur est ef- fectuée par un circuit de régulation, notamment du type à com- 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 du tambour. Si l'écart dépasse une valeur prédéterminée, l'électro- vanne 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 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 étant suffisamment court pour que la hauteur d'eau n'ait pratique- 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 négligeable par rapport au frottement dans l'eau, la différence Cr2 - Cr, ne représente en pratique que le frottement du linge dans l'eau. De plus, comme déjà mentionné, cette différence Cr2 - Cr, 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 - Cr1 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 apparaT- tront 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'entrai- 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 - 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 rin- çage 11 et à l'intérieur de laquelle tourne un tambour perforé 12 contenant le linge 13 introduit avant le démarrage du fonction- nement 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 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 effectuées grâce à une programmation préalable du 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 consigne de vitesse. Le signal d'erreur e à la sortie du compara- teur 20 agit sur l'angle de phase O fourni par un générateur 22. Le signal 0 de sortie du générateur 22 est appliqué sur la gachette 23 du triac 17 par l'intermédiaire d'un 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 et moins l'intensité du courant fourni au moteur 15, 16 est impor- 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) Dans cette formule K et Io sont des constantes. Par ailleurs, le couple moteur Cm étant égal au couple résis- 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 résistant qui est due aux frottements. Si la vitesse de rotation du tambour est constante l'accé- lération est nulle et le couple résistant n'est dû qu'au frottement. 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. Ainsi le couple Cf varie dans le même sens que 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 l'écart 4 Cf entre les valeurs correspondantes du couple de frot- tement Cf. L'électrovanne d'alimentation en eau peut être fermée dès que cet écart dépasse une limite prédéterminée; il est égale- ment 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 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 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 prati- 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 couples de frottement. Ainsi, pour éliminer de la mesure les contributions indépen- 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 tours par minute et recommence ensuite le même cycle. Lorsque le tambour tourne à la première vitesse V1 on déter- 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 intervenant d'une part à la vitesse V1 et d'autre part à la vitesse V2. Cette différence est notéeACf; 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 corres- pondance entre les différences 0 1 ' 0 2 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 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 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. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour déterminer la hauteur d'eau dans la cuve (10) d'un lavelinge à tambour perforé (12) contenant le linge et tournant à l'intérieur de cette cuve caractérisé en ce qu'on détermine les variations du couple de frottement s'opposant à la rotation du tambour (12) lorsque ce dernier tourne à vitesse constante. 2. Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse constante est au moins égale à celle pour laquelle l'accélé- ration centrifuge à la périphérie du tambour est égale à l'accélé- ration de la pesanteur. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, pour la détermination de la hauteur d'eau dans la cuve d'un lave-linge dont le tambour est entraîné par un moteur (15) commandé par une régulation, carac- térisé en ce qu'on détermine le couple de frottement à partir du signal d'erreur (E.) de la régulation, c'est-à-dire de la différence entre la vitesse réelle de rotation du moteur et la vitesse de consigne. 4. Procédé selon la revendication 3, pour la commande d'un lave-linge dont le moteur d'entraînement du tambour est en série avec l'interrupteur (17) tel qu'un triac, d'une commande par angle de phase, caractérisé en ce que le signal d'erreur (i) agit (22) sur l'angle de phase (0) et en ce que les variations du couple de frottement sont déterminées à partir des variations de l'angle de phase (0) de commande de l'interrupteur (17). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'on détermine les variations du couple de frottement à partir des variations de la puissance fournie au moteur (15) d'entraînement du tambour (12). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tension étant constante et le moteur étant de préférence du type universel on détermine les variations de l'intensité du courant traversant ce moteur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, pour la détermination de la hauteur d'eau dans la cuve d'un lavelinge dont le tambour est entraîné par un moteur dont la vitesse est déterminée par un circuit de régulation à micropro- cesseur (19), caractérisé en ce qu'on détermine périodiquement une grandeur fonction du couple de frottement que l'on met en mémoire et qu'on compare à la valeur stockée au début de la mesure, une variation de cette valeur indiquant une variation de la hauteur d'eau dans la -cuve. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alimentation en eau est interrompue quand l'écart entre les deux valeurs dépasse une limite prédéterminée, ou est interrompue apres un temps déterminé suivant la détection du dépassement de la limite. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on détermine périodiquement la valeur moyenne, sur plusieurs périodes d'un signal de découpage, de la grandeur représentant le couple de frottement. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'on fait tourner le tambour du lave-linge à une première vitesse (V1) pendant un temps déterminé, on déter- mine une grandeur représentant le couple de frottement s'opposant à la rotation du tambour pendant ce temps, puis on fait tourner le tambour à une vitesse supérieure (V2) et on détermine pendant ce temps ledit couple de frottement, la différence entre ces couples de frottement à la seconde et à la première vitesse représentant la hauteur d'eau dans la cuve du lave-linge. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on effectue un étalonnage préalable de façon à mettre en mémoire un tableau de correspondance entre, d'une part, la différence entre les couples de frottement aux deux vitesses différentes et d'autre part les hauteurs d'eau. 12. Lave-linge mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.