Perfectionnement aux moyens de détection de balourds dans les lave-linge

Abstract

 Machine à laver le linge comprenant un asservissement de la vitesse du moteur d'entraînement (11) du tambour à une consigne fournie par un programmateur (10) tel qu'un microprocesseur.
Le signal d'erreur de l'asservissement est également utilisé pour détecter les balourds dans le tambour afin de ralentir ce dernier lorsque ce signal d'erreur dépasse une valeur limite.
Le signal d'erreur utilisé pour la détection des balourds, ou la valeur limite, présente une valeur qui est fonction de l'inertie du linge dans le tambour avant l'essorage.

Description

[0001] L'invention est relative à des moyens de détection de balourds dans le tambour d'un lave-linge.

[0002] Dans le brevet européen n° 91 336 au nom de la demanderesse on a décrit un lave-linge présentant un asservissement de la vitesse du moteur d'entraînement du tambour à une consigne fournie par un programmateur dans lequel les balourds sont détectés par le signal d'erreur de l'asservissement. Par signal d'erreur on entend l'écart entre la vitesse réelle de rotation du tambour et la vitesse de consigne. La détection des balourds s'effectue par exemple lors de l'accélération du tambour avant l'essorage.

[0003] Un tel moyen de détection de balourds est bon marché car on utilise le même signal pour cette détection et pour la régulation de vitesse.

[0004] Le signal d'erreur est comparé à une valeur limite et s'il dépasse cette limite on ralentit le tambour afin d'empêcher que les balourds ainsi détectés n'entraînent de conséquences néfastes pour les divers organes de la machine lorsque le tambour tourne à grande vitesse.

[0005] Du fait de la gravité des risques encourus par la machine en cas de balourds on comprend que le mode de détection des balourds doit être particulièrement fiable.

[0006] Bien que la fiabilité de la détection de balourds décrite dans le brevet antérieur soit satisfaisante on a cependant constaté que dans certains cas, peu fréquents, la détection pouvait être mise en défaut.

[0007] L'invention remédie à cet inconvénient.

[0008] Elle est basée sur la découverte que les défauts de détection intervenaient quand la charge de linge introduite dans le tambour présente une grande inertie de rotation. Une telle situation intervient par exemple pour une importante charge de linge, par exemple 3,5 kg de coton avec des serviettes éponge de masse 2,5 kg (absorbant beaucoup d'eau) qui peuvent provoquer le balourd.

[0009] On a ainsi constaté que le signal d'erreur est d'autant plus faible que l'inertie est importante.

[0010] Le lave-linge selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure de l'inertie du linge dont on fait dépendre le signal d'erreur et/ou la valeur limite. Si on fait varier la valeur limite, cette dernière sera d'autant plus faible que l'inertie est élevée; si la valeur limite reste constante on augmente le signal d'erreur mesuré, comparé à cette limite, en fonction de l'inertie.

[0011] La mesure de l'inertie peut s'effectuer par exemple comme décrit dans le brevet français n° 85 02969 également au nom de la demanderesse, c'est-à-dire par mesure du couple d'entraînement du tambour à accélération déterminée, notamment constante, de ce dernier. Quand le moteur électrique d'entraînement du tambour est du type universel le couple d'entraînement est mesuré par détermination de l'intensité du courant électrique traversant ce moteur.

[0012] La mesure de l'inertie utilisée pour modifier le signal d'erreur ou la valeur limite ε _M s'effectue en général juste avant l'essorage. Pour cette mesure il est préférable que la vitesse de rotation du tambour soit limitée de façon à ne pas atteindre les vitesses pour lesquelles la machine entre en résonnance. Une vitesse limite de 150 tours par minute s'est révélée acceptable pour cette mesure pour une machine dont la vitesse critique principale est de 180 t/minute.

[0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels :

- la figure 1 est un schéma montrant un moteur d'entraînement de tambour et son circuit de commande,

- les figures 2_a et 2_b sont des diagrammes de variation de la vitesse de rotation du tambour d'un lave-linge en cas de balourds, et

- les figures 3 et 4 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du moyen de mesure du moment d'inertie du linge contenu dans le tambour.

[0014] L'exemple de réalisation de l'invention se rapporte à un lave-linge d'usage domestique à tambour tournant d'axe horizontal. Ce tambour, de façon classique, est de forme cylindrique avec des parois perforées pour permettre que l'eau ou le mélange d'eau et de produit lessiviel se trouvant dans la cuve, imbibe le linge. Le fonctionnement est entièrement automatique, c'est-à-dire que l'utilisateur n'a pas à intervenir entre le début et la fin du fonctionnement. Les diverses opérations, commandées par un programmateur, sont, en général, un prélavage, un lavage, un ou plusieurs rinçages, et l'essorage.

[0015] La commande est assurée par un microprocesseur 10 (figure 1). Ce dernier impose au moteur universel 11 d'entraînement du tambour une vitesse de consigne. A cet effet le microprocesseur 10 agit sur un circuit 12 de commande de la durée de conduction d'un interrupteur 13, tel qu'un triac, en série avec le moteur universel 11 et la source d'alimentation 14 en courant alternatif. Ce montage à interrupteur 13 est du type à découpage de phase, c'est-à-dire qu'à chaque alternance du courant alternatif produit par le générateur 14 l'interrupteur 13 est ouvert pendant un temps qui est fonction de la vitesse désirée pour le moteur 11.

[0016] De l'arbre du moteur 11 est solidaire une génératrice tachymétrique 15 qui fournit un signal représentant la vitesse réelle de ce moteur. Ce signal est appliqué sur une entrée 10₁ du microprocesseur 10 pour être comparée à la vitesse de consigne. L'écart, appelé signal d'erreur ε , entre la vitesse réelle et la vitesse de consigne sert à réguler la vitesse. La régulation de vitesse est dite en boucle fermée.

[0017] Comme décrit dans le brevet européen 91 336, le signal d'erreur ε est également utilisé pour détecter les balourds et pour ralentir la rotation du tambour si ce signal d'erreur, et donc le balourd, dépasse une valeur limite prédéterminée.

[0018] A cet effet, le microprocesseur 10 est programmé pour commander une diminution de la vitesse du tambour quand le signal d'erreur dépasse une valeur limite ε _M. Cette détection du balourd n'est utilisée que lorsqu'on démarre l'essorage, c'est-à-dire quand on commence à augmenter la vitesse de rotation du tambour. Si, dans ce cas, le signal d'erreur ε dépasse la valeur limite ε _M on ramène la vitesse de rotation du tambour à une vitesse correspondant à celle pour le lavage et on laisse tourner pendant quelques secondes le tambour à cette vitesse de façon que le linge subisse un "défoulage". A l'issue de cette opération on recommence l'accélération du tambour, le balourd ayant une forte probabilité d'avoir disparu. Dans le cas contraire on ralentit de nouveau le tambour. Si au bout de plusieurs tentatives (par exemple trois) d'accélération le balourd subsiste on commande l'arrêt complet de la rotation.

[0019] Comme déjà indiqué ci-dessus, on a observé que dans certains cas, malgré la présence d'un balourd gênant, le signal d'erreur ne dépasse pas la valeur limite prescrite. Les inventeurs ont découvert que ce mauvais fonctionnement intervient surtout quand le linge dans le tambour présente une grande inertie de rotation par rapport à l'axe de ce tambour.

[0020] L'invention consiste donc à modifier le signal ε ou la valeur limite ε _M en fonction de cette inertie.

[0021] La dépendance du signal ε à l'égard du moment d'inertie de rotation du linge par rapport à l'axe de rotation du tambour peut s'expliquer de la façon suivante :

[0022] Lors de l'accélération, quand la vitesse de rotation du tambour passe d'une valeur ω₁ à une valeur légèrement supérieure ω₂, l'énergie cinétique fournie compense le couple résistant dû au balourd. On peut donc écrire :
(1)      ½ J(ω ₂² - ω ₁²) = C Δ ϑ

[0023] Dans cette formule J est le moment d'inertie de rotation du linge, C le couple dû au balourd et Δϑ l'angle dont a tourné le tambour durant la période au cours de laquelle la vitesse a augmenté de ω ₁ à ω ₂.

[0024] L'écart entre ω₂ et ω₁ étant, par hypothèse, faible on peut écrire :
(2)      J ω_m Δω = CΔϑ

[0025] Dans cette formule Δω = ω₂ -ω₁ , et ω_m est la valeur moyenne de ω entre ω₁ et ω₂.

[0026] D'où :

[0027] De la formule (3) ci-dessus on déduit que les variations de vitesse Δω dûes au balourd diminuent quand l'inertie augmente. Autrement dit plus l'inertie est élevée moins les variations Δω de vitesse sont importantes, ce qui explique le défaut observé, c'est-à-dire : malgré la présence de très forts balourds pour les fortes inerties le signal d'erreur ε ne dépasse pas la limite prescrite ε_M.

[0028] On notera aussi que, compte tenu de la formule (3) ci-dessus, le signal d'erreur ε diminue quand la vitesse augmente. Il est donc préférable de mesurer le balourd pour les vitesses qui ne sont pas trop élevées, c'est-à-dire au début de l'accélération, entre la vitesse pour laquelle le linge est plaqué contre la paroi du tambour et la vitesse critique.

[0029] Dans la formule (1) ci-dessus on n'a tenu compte ni de l'énergie apportée au tambour par le moteur, ni des frottements, ni de l'effet de la régulation du moteur d'entraînement. Cependant on a constaté que, malgré celà, les écarts de vitesses dépendent, comme dans la formule (3) ci-dessus, de l'inertie et de la vitesse moyenne.

[0030] On rappelle aussi que l'amplitude du signal d'erreur dépend, comme décrit dans le brevet européen 91 336, de la précision de la régulation. Mais l'effet de lissage qu'apporte l'augmentation de l'inertie et/ou de la vitesse moyenne se constate sur le signal d'erreur quelle que soit la précision de la régulation.

[0031] La variation de la vitesse de rotation V (ou ω) du tambour en fonction du temps t est représentée sur les figures 2_a et 2_b. Sur ces figures la vitesse V₁ est la vitesse de rotation du tambour pour le lavage, et V₂la vitesse d'essorage. La courbe 20 de la figure 2_a correspond à une inertie de linge plus importante que dans le cas de la courbe 24 de la figure 2_b, les balourds étant identiques. Dans les deux cas on voit qu'au début de l'accélération les oscillations 22 ont une amplitude plus importante que les oscillations 23 en fin d'accélération.

[0032] Pour tenir compte de l'inertie, le microprocesseur est programmé pour diviser la valeur limite ε _M par une quantité qui croît avec la valeur J de l'inertie. En variante on multiplie le signal ε utilisé pour la détection de balourds par la valeur J de l'inertie ou par une quantité qui varie comme cette inertie.

[0033] Dans une réalisation simplifiée on affecte à ε_M deux valeurs distinctes : une première valeur lorsque l'inertie de rotation du linge est inférieure à une valeur J₁ et une seconde valeur, inférieure à la première, quand l'inertie du linge dépasse la valeur J₁. On peut également affecter à ε _M plusieurs valeurs selon que l'inertie est inférieure à une première valeur J₁, comprise entre cette première valeur et une seconde valeur J₂, etc...

[0034] Si la valeur limite ε_M est constante, de façon analogue il n'est pas indispensable que le coefficient multiplicateur du signal ε varie de façon continue en fonction de l'inertie. Par exemple le coefficient multiplicateur peut présenter une première valeur pour les inerties inférieures à J₁ et une seconde valeur pour les inerties supérieures à J₁.

[0035] Dans le mode de réalisation préféré le microprocesseur comporte, pour la détection des balourds prohibitifs, un tableau de conversion du signal ε en fonction de l'inertie J ou un tableau de conversion de la limite ε _M en fonction de cette inertie J.

[0036] Le moment d'inertie J du linge humide est mesuré avant que le tambour ne tourne à sa vitesse critique, c'est-à-dire 180 t/min dans l'exemple. Pour cette mesure on peut utiliser les moyens décrits dans le brevet français 85 02969 publié sous le n° 2 577 949. On peut aussi partir de la formule suivante : (4)      C_e = (J + J₀)

+ C_f + C_b sinωt

[0037] Dans cette formule C_e est le couple d'entraînement du tambour, c'est-à-dire le couple que fournit le moteur universel, C_f est le couple de frottement dû à la rotation du tambour, J₀ le moment d'inertie du tambour par rapport à son axe de rotation, ω la vitesse de rotation de ce tambour,

l'accélération et C_b le couple dû au balourd.

[0038] De la formule (4) ci-dessus on déduit :

[0039] Dans cette formule J₀ et C_f sont en principe des constantes. C_f peut cependant varier d'une machine à une autre même si les machines proviennent de la même chaîne de fabrication. S'il en est ainsi on peut utiliser le procédé de mesure de C_f décrit plus loin. L'accélération

peut être imposée par l'asservissement; de préférence elle est égale à une constante connue non nulle. Dans ces conditions le moment d'inertie J du linge dépend alors seulement du couple C_e d'entraînement du tambour et de la composante oscillatoire C_bsin ω t dûe au balourd. Mais comme la valeur moyenne de cette composante oscillatoire est nulle, elle ne modifie pas la valeur moyenne du moment d'inertie. Ainsi J ne dépend que du seul paramètre C_e. Pour être certain que la valeur moyenne de la composante oscillatoire C_b sin ω t soit nulle il est préférable que la mesure soit effectuée pendant un nombre entier de tours du tambour.

[0040] Comme le moteur d'entraînement est du type universel et comme la tension d'alimentation est constante, le couple d'entraînement C_e est lié à l'intensité I du courant électrique traversant le moteur par la relation suivante :
(6)      C_e = K(I - I₀)

[0041] Dans cette formule K et I₀ sont des constantes.

[0042] Si l'accélération imposée au tambour est constante, le moment d'inertie J du linge ne dépend que de l'intensité du courant électrique traversant le moteur universel. On notera qu'en raison de la composante oscillatoire du balourd, le moment d'inertie J n'est pas directement fonction de l'intensité instantanée du courant électrique traversant le moteur, mais de la valeur moyenne de l'intensité efficace.

[0043] Dans ces conditions avant l'accélération pour atteindre la vitesse d'essorage on impose au tambour des variations de vitesse de consigne qui sont représentées par le diagramme de la figure 3 qui montre les variations en fonction du temps t de la vitesse de consigne de rotation V (ou ω ) du tambour. Entre les instants t₁ et t₂ on fait tourner le tambour à vitesse faiblement croissante pour qu'il atteigne, au temps t₂, une vitesse de rotation de l'ordre de 50 à 80 tours par minute. Cette première phase vise à répartir de façon uniforme le linge dans le tambour.

[0044] Entre les instants t₂ et t₃ le tambour tourne à la vitesse constante V₂₃ de l'ordre de 50 à 80 tours par minute. Les vitesses de 50 à 80 tours par minute qui sont données ci-dessus à titre d'exemple sont choisies de façon telle que la répartition du linge ne soit pas modifiée. Ces vitesses dépendent du diamètre du tambour; elles diminuent si le diamètre augmente.

[0045] Entre les instants t₂ et t₃, l'accélération étant nulle, le couple d'entraînement est égal au couple de frottement C_f1. Le courant absorbé par le moteur a ainsi une intensité efficace I_V23 relativement basse, comme montré sur la figure 4 qui représente les variations de l'intensité efficace I_eff en fonction du temps t.

[0046] Entre les instants t₃ et t₄ on accélère la rotation du tambour avec une valeur d'accélération constante et déterminée. Le couple d'entraînement a une valeur nettement plus élevée. Il en résulte bien entendu que l'intensité efficace I_V34 (figure 4) du courant absorbé par le moteur est plus élevée. Ensuite, entre les instants t₄ et t₅, la vitesse de rotation du tambour est maintenue constante à une valeur de l'ordre de 150 à 200 tours par minute. Dans cette dernière phase le couple d'entraînement est uniquement égal au couple nécessaire pour vaincre les frottements.

[0047] La vitesse V₄₅ doit être inférieure à la vitesse critique principale de la machine, en général aux environs de 200 tours par minute. Cette vitesse critique est celle pour laquelle se produit la résonance vibratoire la plus importante de l'ensemble suspendu formé par la cuve, le moteur d'entraînement et le tambour.

[0048] Compte tenu des formules (5) et (6) ci-dessus on déduit la valeur du moment d'inertie :

[0049] Dans cette formule I₃₄ est l'intensité efficace du courant électrique traversant le moteur d'entraînement du tambour entre les instants t₃ et t₄ et C_f34 est le couple de frottement également entre les instants t₃ et t₄. K, I₀, J₀ et l'accélération

sont des constantes imposées lors de la construction de la machine. I₃₄ est mesuré par exemple en déterminant la tension aux bornes d'une résistance en série avec le moteur. On peut aussi mesurer l'intensité I₃₄ en déterminant l'angle de phase moyen de conduction d'un interrupteur commandé quand (comme dans l'exemple) on a affaire à une régulation à découpage de phase. C_f34 n'est pas mesurable directement; dans le cas présent on estime que C_f34 est la moyenne arithmétique entre le couple de frottement C_f23, entre les instants t₂ et t₃, et le couple de frottement C_f45 entre les instants t₄ et t₅.

[0050] C_f23 et C_f45 sont aisément mesurables par les intensités I₂₃ et I₄₅ des courants parcourant le moteur universel entre les instants respectivement t₂ et t₃ et t₄ et t₅.

[0051] Comme déjà décrit dans le brevet européen 91 336 il est préférable que la précision de l'asservissement soit limitée afin que le signal d'erreur ait une valeur mesurable. Par exemple la précision de la mesure de vitesse est de l'ordre de 3 tours par minute.

[0052] Pour la valeur limite, à titre d'exemple : quand l'inertie du linge mouillé correspond à une masse de 3 kg ramenée (par calcul) à la périphérie du panier, la valeur limite ε _M est de 20 tours par minute environ. Quand cette inertie de linge correspond à une masse de 9 kg ramenée à la périphérie du panier, la valeur limite est de l'ordre de 7 tours par minute.

Revendications

1. Machine à laver le linge comprenant un asservissement de la vitesse du moteur d'entraînement du tambour à une consigne fournie par un programmateur, le signal d'erreur ( ε ) de l'asservissement étant également utilisé pour détecter les balourds dans le tambour, afin de ralentir le tambour lorsque le signal d'erreur ( ε ) dépasse une valeur limite ( ε _M), caractérisée en ce que le signal d'erreur utilisé pour la détection des balourds et/ou la valeur limite ( ε _M) présente une valeur qui est fonction de l'inertie (J) du linge dans le tambour avant l'essorage.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on fait diminuer la valeur limite ( ε _M) quand l'inertie du linge augmente.

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le signal d'erreur utilisé pour la détection de balourds est augmenté quand l'inertie du linge augmente.

4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un microprocesseur (10) avec en mémoire un tableau de correspondance entre, d'une part, le signal d'erreur utilisé pour la détection de balourds et/ou la valeur limite ( ε _M) et, d'autre part, les valeurs de moment d'inertie du linge.

5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que pour mesurer le moment d'inertie du linge par rapport à l'axe de rotation du tambour, elle comprend un moyen pour mesurer le couple d'entraînement du tambour à accélération déterminée, de préférence constante et non nulle, de ce tambour.

6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'on mesure ledit couple d'entraînement du tambour pendant un nombre entier de tours de ce dernier.

7. Machine selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que, pour la mesure du moment d'inertie, le tambour est entraîné à une vitesse inférieure à celle pour laquelle se produisent des résonances.

8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que pour la mesure du moment d'inertie la vitesse d'entraînement du tambour est au maximum 150 à 200 tours par minute.

9. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que, le tambour étant entraîné par un moteur électrique du type universel, pour mesurer le couple d'entraînement elle comporte un moyen pour mesurer l'intensité du courant électrique traversant le moteur.

10. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen pour faire tourner le tambour, avant la rotation à accélération constante, à vitesse faiblement croissante afin de répartir de façon uniforme le linge dans le tambour.

11. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen pour faire tourner le tambour, avant sa rotation à accélération constante, à vitesse constante, ce tambour étant également entraîné à une autre vitesse constante après la rotation à accélération constante, les couples d'entraînement étant déterminés au cours de ces deux rotations à vitesse constante, et un moyen de calcul étant prévu pour effectuer une moyenne entre ces deux couples, cette moyenne représentant le couple de frottement.

12. Machine à laver le linge comprenant un asservissement de la vitesse du moteur d'entraînement du tambour à une consigne fournie par un programmateur, le signal d'erreur de l'asservissement étant également utilisé pour la détection de balourds, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen pour faire dépendre le signal d'erreur utilisé pour la détection de balourds du moment d'inertie du linge dans le tambour.

13. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moment d'inertie du linge est mesuré après le lavage et juste avant l'essorage.

Dessins