ITTO970610A1 - Macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, comprendente un programmatore elettromeccanico ed un modulo elettronico di controll - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, del tipo comprendente un programmatore elettromeccanico che, per mezzo di suoi contatti determina stati di connessione e sconnessione di un motore della macchina di lavaggio da una tensione di rete, e un modulo elettronico di controllo digitale, che concorrono alla regolazione della velocità del motore, il modulo elettronico di controllo digitale essendo provvisto di un microcontrollore e di un interruttore elettronico allo stato solido atto a parzializzare la corrente elettrica fornita al motore.

Le macchine di lavaggio, quali ad esempio le macchine lavabiancheria, tipicamente comprendono un motore universale, per la rotazione del cestello contenente i panni da lavare, detto motore essendo costituito da un rotore e uno statore.

Il motore viene solitamente controllato a mezzo di due commutatori elettromeccanici, utilizzati per realizzarne l'inversione del senso di rotazione, un commutatore elettromeccanico per selezionare una presa intermedia dello statore ed un regolatore elettronico costituito principalmente da un interruttore elettronico a semiconduttore, quale ad esempio un triac, ed un circuito elettronico basato su un microcontrollore.

Il corretto funzionamento di questa configurazione richiede la corretta coordinazione di questi distinti elementi elettromeccanici ed elettronici.

La funzione dell’interruttore elettronico è quella di regolare la tensione efficace applicata al motore, in questo modo ottenendo una velocità sostanzialmente proporzionale alla tensione applicata; si richiede anche una connessione in serie del rotore e dello statore di adeguata configurazione e polarità, per ciascun modo di funzionamento della macchina lavabiancheria (rotazione a destra, rotazione a sinistra, centrifuga d'alta velocità, centrifuga di bassa velocità), il tutto secondo la tecnica nota.

I contatti elettromeccanici richiedono per la loro stessa sicurezza che l'interruttore elettronico sia completamente disattivato all'atto della loro commutazione, cioè che non vi sia tensione applicata ai contatti; in caso contrario si produrrebbero archi voltaici che danneggerebbero la superficie dei contatti.

Al fine di conseguire la sopra descritta corretta sincronizzazione fra la parte elettromeccanica e quella elettronica, è noto ad esempio impiegare commutatori elettromeccanici come i relè, i quali sono pilotati dallo stesso microcontrollore che pilota il triac. Ciò presuppone un microcontrollore in grado di pilotare le due categorie di dispositivi nella corretta sequenza.

E’ anche noto fare uso di contatti elettromeccanici incorporati in un programmatore elettromeccanico a camme, che è azionato da un motore sincrono di piccola potenza. In tal caso, normalmente vengono impiegati contatti ausiliari nel programmatore, sincronizzati con i commutatori citati; i primi specificamente dedicati a informare l'unità elettronica della corretta posizione dei secondi.

Questa soluzione può essere semplificata se si trova modo di conoscere lo stato dei commutatori elettromeccanici in ogni momento, senza necessità dei citati contatti ausiliari.

Ciò è possibile, in particolare se si considera che il movimento dei commutatori che azionano il motore, essendo provocato da un albero a camme con le camme disposte su una circonferenza, trascinato da un motoriduttore sincrono alimentato a frequenza di rete costante, segue una legge ciclica periodica, dunque perfettamente prevedibile nel tempo. Teoricamente è quindi sufficiente conoscere la posizione della camma a un dato istante, per prevedere in quale istante si produrrà un'apertura o una chiusura di ognuno dei contatti azionati da detta camma. Tuttavia soluzioni pratiche sufficientemente adeguate non sono state individuate.

Per risolvere tali problemi sono stati allora proposti circuiti elettronici atti a individuare lo stato di apertura o di chiusura dei commutatori elettromeccanici che alimentano il motore, basati sul far circolare una corrente rilevabile dagli stessi circuiti, mediante carichi posti in parallelo con il triac, o attivando il triac con il più basso angolo di conduzione.

Questa soluzione presenta però innanzitutto l'inconveniente di causare un consumo di corrente per il solo atto della rilevazione. Inoltre, poiché il metodo di rilevazione implica di far circolare corrente nel motore e nei contatti, al fine di conoscerne lo stato, si provocano delle interferenze radioelettriche dovute al fenomeno di sovratensione di apertura dei contatti in serie con carichi induttivi. Lo stesso fenomeno infine genera delle variazioni di tensione nel tempo molto rapide ed elevate in valore, cioè dell’ordine di centinaia di volt al μ≤: ciò può condurre ad un’attivazione intempestiva dell’interruttore elettronico.

La presente invenzione si propone di risolvere gli inconvenienti sopra citati e di indicare una macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, di realizzazione migliorata e più efficiente rispetto alle soluzioni note.

In tale ambito, scopo principale della presente invenzione è quello di indicare una macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, dotata di un modulo elettronico di controllo in grado di conoscere lo stato dei commutatori elettromeccanici di un timer, senza prelevare una corrente di prova attraverso il motore ed i contatti, e in grado di generare conseguentemente cicli di attivazione dell'interruttore elettronico sincronizzati automaticamente con lo stato del programmatore elettromeccanico, o timer.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un modulo elettronico di controllo di tipo perfezionato.

Per raggiungere tali scopi, formano oggetto della presente invenzione una macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, un modulo elettronico di controllo ed un metodo di gestione della rotazione di un motore di una macchina di lavaggio incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, che formano parte integrante della presente descrizione.

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui:

- la figura 1 rappresenta una parte del circuito di controllo di una macchina di lavaggio, in accordo ad una prima possibile forma realizzativa dell’invenzione;

- la figura 2 rappresenta una parte del circuito di controllo di una macchina di lavaggio, in accordo ad una seconda possibile forma realizzativa dell’invenzione.

In Fig. 1, con M è indicato un motore di lavaggio, del tipo a collettore, utilizzato in una lavabiancheria secondo l’invenzione.

Ai capi 1 e 2 dei motore M sono connessi dei contatti a e b, azionati da rispettive camme 3 e 4 di un timer elettromeccanico T; le camme 3 e 4 sono in particolare delle camme cosiddette "veloci” del timer T.

I contatti a e b possono chiudersi, in funzione della posizione raggiunta dalle camme 3 e 4, su dei contatti al o a2 e b1 o b2 rispettivamente, ovvero assumere una posizione di apertura, che è intermedia tra al e a2 e b1 e b2 rispettivamente.

I contatti al e b2 sono elettricamente connessi in un nodo 5, mentre i contatti a2 e b1 sono elettricamente connessi in un nodo 6, a sua volta elettricamente connesso in un nodo 7, al quale perviene la tensione di rete VR attraverso una linea 8.

Con DIG viene indicato un modulo elettronico di controllo digitale, del tipo comprendente un microcontrollore MP cui sono associati opportuni mezzi di memoria.

Il modulo DIG presenta una prima serie di terminali P1-P3 (contatti di potenza), che collegano il modulo stesso ai capi 1 e 2 del motore M attraverso i contatti a e b. In generale, su di un modulo elettronico di controllo digitale, i terminali di potenza sono in numero maggiore rispetto a quello indicato in Fig. 1 , ma in questa sede vengono rappresentati solo alcuni terminali utili alla comprensione del funzionamento dell’invenzione.

Fra i terminali P2 e P3 é presente un dispositivo interruttore elettronico di potenza 9, rappresentato nel caso specifico da un triac, interno al modulo digitale DIG e pilotato dal microcontrollore MP, il quale effettua la regolazione della velocità di rotazione del motore M.

Il terminale P3 é connesso, attraverso una linea 10, alla fase neutra dell’alimentazione N; il terminale P2 è connesso al nodo 5.

Il modulo elettronico digitale DIG presenta altresì una seconda serie di terminali S2-S5 (contatti di segnale), collegati ad opportuni ingressi del microcontrollore MP (non mostrati in figura per semplicità). Anche in questo caso, i terminali per l'ingresso di segnali presenti sul controllore digitale DIG sono solitamente in numero maggiore; nel caso di Fig. 1 ne vengono tuttavia rappresentati solo alcuni, a scopo esemplificativo del funzionamento dell'invenzione.

I terminali S2-S5 sono connessi a dei contatti C2-C5 azionati da rispettive camme "lente" del timer T. Detti contatti, a seconda del programma di lavaggio, inviano dei codici ai terminali S2-S5 (e quindi al microcontrollore MP), in modo tale che il microcontrollore MP controlli la velocità di rotazione del motore M in accordo alla fase del programma in corso; ciò si ottiene regolando l’alimentazione fornita al motore M attraverso un opportuno pilotaggio del triac 9 ed un segnale di ritorno proveniente da una dinamo tachimetrica (non rappresentata), o simile dispositivo atto a generare un segnale rappresentativo della velocità raggiunta dal motore.

Il microcontrollore MP presenta un piedino di alimentazione anch’esso connesso alla fase neutra N, configurazione per altro di per sé ben nota. Inoltre, il microcontrollore MP è, sempre secondo una tecnica nota, in grado di ricevere un segnale della tensione di fase, al fine di riconoscere se questa si trovi al suo semiciclo negativo o positivo.

Secondo l'invenzione, un terminale S1 , ovvero una qualsiasi porta configurabile come ingresso o uscita del microcontrollore MP, risulta connessa attraverso una resistenza R al terminale P2. Il terminale S1 è altresì connesso attraverso un condensatore Calla fase neutra N.

Il tempo di carica del condensatore C segue una legge esponenziale e dipende dal prodotto del valore della resistenza R e del condensatore C, nonché dal valore di una impedenza Z che si manifesta fra il capo P2 dell’interruttore elettronico e la fase neutra N. Nel caso in cui la tensione della fonte di alimentazione applicata sia molto superiore alla soglia logica del microcontrollore, tale carica esponenziale si approssima ad una carica lineare con corrente costante uguale al quoziente della tensione applicata ed il valore della resistenza serie, ottenendosi che il tempo di scarica è inversamente proporzionale alla resistenza totale.

Si ottiene in definitiva che il tempo di carica è funzione del valore di impedenza Z visto fra i morsetti P2 e P3.

Il funzionamento del circuito di Fig. 1 é il seguente.

a) durante il semiciclo negativo della tensione di rete, il microcontrollore MP configura la sua porta S1 come uscita e applica una tensione logica VL di valore alto, caricando il condensatore C, che , ad esempio ha un valore di 10 nF;

b) durante il successivo semiciclo negativo, in un istante determinato TD, dopo il passaggio per lo zero della tensione di rete, il microcontrollore MP configura la porta S1 come ingresso logico;

c) dopo un periodo di tempo TP viene misurato il valore logico presente alla porta S1 del microcontrollore MP. Detto passo può essere ripetuto ad ogni ciclo della tensione di rete, oppure ad intervalli di tempo determinati in base al consumo ammissibile di corrente e dalla risoluzione di misura richiesta. In questo modo, se all’ingresso logico S1 è rilevato un livello logico basso, questo viene interpretato come bassa impedenza Z, che corrisponde ad avere i contatti a e b chiusi. Viceversa, se all'ingresso logico S1 è rilevato un livello logico alto, questo viene interpretato come alta impedenza Z, che corrisponde ad avere i contatti a e b aperti.

La ragione di tali interpretazioni è da ricercarsi nel fatto che, durante il passo b), il condensatore C tende a scaricarsi attraverso la resistenza R, i contatti a e b e il motore M, verso la tensione di rete VR, che ha un valore negativo molto pronunciato, ad esempio -100V. Il condensatore C si scarica quindi molto rapidamente.

Se i contatti a e b non sono chiusi, il tempo di scarica del condensatore C è affetto dalla resistenza R e dal fatto che al posto del motore M vi è un circuito aperto; il tempo di scarica è quindi molto lento, mantenendo in pratica il livello logico immagazzinato durante il passo a).

Pertanto è evidente come, nel modo sopra descritto, il microcontrollore MP sia in grado di rilevare, attraverso il tempo di scarica del condensatore C e la tensione ai suoi capi, la condizione di apertura o di chiusura dei contatti a e b, così da generare conseguentemente i cicli di attivazione dell’interruttore elettronico 9 sincronizzati automaticamente con il programmatore elettromeccanico T.

In Fig. 2 è rappresentata una possibile variante rispetto al circuito di Fig. 1; in Fig. 2 vengono utilizzati i medesimi numeri di riferimento di Fig. 1, per indicare elementi tecnicamente equivalenti.

Nel caso di Fig. 2, il microcontrollore MP fa uso di due porte S1 e S 1 rispettivamente configurate come uscita e come ingresso.

La porta S1 genera un treno continuo o discontinuo di impulsi TI a bassa frequenza e bassa tensione, il quale è riportato, attraverso una resistenza RR, al terminale P2:

La porta S1, che è configurata come ingresso, è connessa alla porta S1 attraverso una rete RC, che è appunto un filtro RC di tipo passabasso, in cui i valori di resistenza e capacità sono dimensionati per lasciare passare la frequenza del treno d'impulsi TI.

La resistenza RR e la frequenza del treno di impulsi TI sono invece dimensionate in modo che l'attenuazione che ne deriva, in combinazione con la capacità parassita del triac 9, sia trascurabile. Per esempio, facendo uso di una resistenza RR di 500 Kohm a avendo una capacità parassita del triac 9 di 10 nF, si può fare uso di un treno di impulsi TI con frequenza inferiore a 66 Hz. Nel caso che uno dei contatti a o b sia aperto, il treno di impulsi TI sarà ricevuto con un determinato livello di tensione, sufficiente perché la porta S1 ’ lo possa rilevare.

Nel caso che i contatti a e b siano chiusi, il terminale P2 avrà ai suoi estremi una bassa impedenza costituita sostanzialmente dal motore M, determinando una netta diminuzione dell’ampiezza del treno d'impulsi TI, che non sarà perciò più rilevabile dalla porta S1'

Più specificamente il metodo di misura dell’impedenza Z in questo caso prevede di:

a) generare un treno di impulsi TI di ampiezza A e frequenza F alla porta S1; b) attivare il microcontrollore MP a riconoscere la presenza del treno di impulsi TI alla frequenza F alla sua porta S1’;

c) se, dopo un dato tempo TA, il treno di impulsi TI non è rilevato alla porta ST il microcontrollore MP identifica questo stato come stato di chiusura dei contatti a e b;

d) se, entro il tempo TA, viene rilevato il treno di impulsi TI, il microcontrollore MP identifica questo stato come stato di apertura dei contatti a e b.

Come si nota, quindi, anche in accordo alla forma realizzativa di Fig. 2, il microcontrollore MP è perfettamente in grado di rilevare la condizione di sconnessione o connessione dei contatti a e b, così da generare conseguentemente i cicli di attivazione dell'interruttore elettronico 9 sincronizzati automaticamente con lo stato del programmatore elettromeccanico T (timer).

Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi.

Nella macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, descritta come esempio, il microcontrollore provvede ad analizzare la risposta della rete a uno stimolo di tensione o corrente, inviato dal microcontrollore stesso, in virtù della possibilità di poter considerare, grazie al teorema della sovrapposizione degli effetti, il circuito del motore e dei contatti come una impedenza che varia secondo la tensione di rete e la posizione dei contatti.

La macchina di lavaggio descritta come esempio, dunque, può vantaggiosamente conoscere lo stato dei commutatori elettromeccanici senza far circolare corrente attraverso il motore e i contatti, ed è in grado di generare conseguentemente cicli di attivazione dell'interruttore elettronico sincronizzati automaticamente con il programmatore elettromeccanico.

Vantaggiosamente la macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, secondo l’invenzione dunque non crea problemi legati al consumo di corrente e, particolarmente, di interferenze associate a un metodo di misura siffatto.

E' chiaro che numerose varianti sono possibili, per l'uomo del ramo, alla macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria, descritta come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che nella sua pratica attuazione le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti.

In particolare il metodo di misura del livello di impedenza associato al circuito del motore potrà essere di diverso tipo, essendo vasta la gamma dei metodi di misura adatti a rilevare un mutamento di impedenza siffatto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina di lavaggio, in particolare lavabiancheria, del tipo comprendente un programmatore elettromeccanico che, per mezzo di suoi contatti (a, b) determina stati di connessione e sconnessione di un motore (M) della macchina da una tensione di rete (VR), e un modulo elettronico di controllo digitale (DIG), che concorrono alla regolazione della velocità del motore (M) della macchina di lavaggio, il modulo elettronico di controllo digitale (DIG) essendo provvisto di un microcontrollore (MP) e di un interruttore elettronico allo stato solido (9) atto a parzializzare la corrente elettrica fornita al motore (M), caratterizzata dal fatto che il modulo elettronico di controllo digitale (DIG) prevede mezzi di misura (MP,R;C;MP,RR,RC) di un'impedenza (Z) vista ai capi di detto modulo (P2,P3), in particolare vista ai capi (P2, 10) dell’interruttore elettronico (9), al fine di identificare lo stato di connessione del motore (M), la misura di detta impedenza (Z) essendo utilizzata dal microcontrollore per controllare il funzionamento di detto interruttore elettronico (9), generando periodi predeterminati di arresto e di funzionamento, sincronizzati con il rilevamento delio stato di sconnessione o connessione.
2. 2. Macchina di lavaggio, in particolare lavabiancheria, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i mezzi di misura dell’impedenza (Z) sono costituiti da una rete RC (R,C) connessa fra una porta (S1 ) del microcontrollore (MP) e un capo (P2) dell'interruttore elettronico (9), la porta (S1 ) essendo alternativamente configurata come ingresso e come uscita.
3. 3. Macchina di lavaggio, in particolare lavabiancheria, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i mezzi di misura dell’impedenza (Z) sono costituiti da una rete resistiva (RR) fra un capo (P2) dell'interruttore elettronico (9) e una prima porta (S1 ) del microcontrollore (MP), configurata come uscita, e da un filtro passabasso (RC) compreso fra detta rete resistiva (RR) e una seconda porta (SV) del microcontrollore (MP) configurata come ingresso.
4. 4. Macchina di lavaggio, in particolare lavabiancheria, secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la prima porta (S1 ) è atta a generare un treno d'impulsi (TI) di frequenza determinata (F), mentre la seconda porta (ST) è atta a riconoscere la presenza di un segnale ottenuto da detto tempo treno di impulsi (TI).
5. 5. Macchina di lavaggio, in particolare lavabiancheria, del tipo comprendente un programmatore elettromeccanico che, per mezzo di suoi contatti (a, b) determina stati di connessione e sconnessione di un motore (M) della macchina da una tensione di rete (VR), e un modulo elettronico di controllo digitale (DIG), che concorrono alla regolazione della velocità del motore (M), il modulo elettronico di controllo digitale (DIG) essendo provvisto di un microcontrollore (MP) e di un interruttore elettronico allo stato solido (9) atto a parzializzare la corrente elettrica fornita al motore (M), caratterizzata dal fatto che il modulo elettronico di controllo digitale (DIG) prevede mezzi a tempo (R;C;RR,RC) che si caricano e si scaricano periodicamente con una costante di tempo funzione dello stato di connessione e sconnessione del motore (M) e che sono previsti mezzi (MP) che, misurando il valore della carica di detti mezzi a tempo (R;C;RR,RC), sono in grado di identificare lo stato di connessione o sconnessione del motore (M).
6. 6. Metodo di gestione della rotazione di un motore di una macchina di lavaggio, particolarmente una macchina lavabiancheria, del tipo che fa uso di un programmatore elettromeccanico il quale, per mezzo di suoi contatti (a, b) determina stati di connessione e sconnessione di un motore (M) della macchina da una tensione di rete (VR), e di un modulo elettronico di controllo digitale (DIG), che concorrono alla gestione della rotazione del motore (M), il modulo elettronico di controllo digitale (DIG) essendo provvisto di un microcontrollore (MP) e di un interruttore elettronico allo stato solido (9) atto a parzializzare la corrente elettrica fornita al motore (M), caratterizzato dal fatto di prevedere i seguenti passi: a) misura dell’impedenza (Z) vista ai capi di detto modulo, in particolare vista ai capi (P2,10) dell'interruttore elettronico allo stato solido (9); b) associazione del valore della misura di detta impedenza (Z) allo stato di connessione o sconnessione dei contatti (a,b); c) inibizione del funzionamento dell’interruttore elettronico allo stato solido (9) da parte del microcontrollore (MP) nel caso di stato di sconnessione dei contatti (a,b) ovvero abilitazione al funzionamento dell'interruttore elettronico allo stato solido (9) da parte del microcontrollore (MP) nel caso di stato di connessione dei contatti (a,b).
7. 7. Metodo di gestione della rotazione di un motore di una macchina di lavaggio, particolarmente macchina lavabiancheria, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di attuare la misura di impedenza (Z) secondo i seguenti passi: i) configurazione di una porta (S1 ) del microcontrollore (MP) durante un semiciclo negativo della tensione di rete (VR) come uscita e applicazione di una tensione positiva a un elemento capacitivo (C) appartenente a una rete RC (R,C) connessa fra detta porta (S1 ) e un capo (P2) dell'interruttore elettronico (9); ii) configurazione della porta (S1 ) del microcontrollore (MP) in un istante determinato (TD) del seguente semiciclo negativo della tensione di rete (VR), come ingresso logico; iii) rilevazione, dopo un tempo prefissato (TP), del valore logico presentato alla porta (S1) dalla rete RC (R,C); iv) ripetizione ciclica dei passi i), ii) e iii).
8. 8. Metodo di gestione della rotazione di un motore di una macchina di lavaggio, particolarmente una macchina lavabiancheria, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di attuare la misura di impedenza (Z) secondo i seguenti passi: a) configurazione di una prima porta (S1 ) del microcontrollore (MP) come uscita di un treno di impulsi (TI) di ampiezza (A) e frequenza determinata (F); b) configurazione di una seconda porta (ST) del microcontrollore (MP) come ingresso atto a rilevare detto treno di impulsi (TI), che raggiunge la seconda porta (ST) attraverso un filtro passabasso (RC), il quale è connesso attraverso una rete resistiva (RR) ad un capo (P2) dell'interruttore elettronico (9); c) misura per un tempo prefissato (TA) della frequenza alla seconda porta (ST) del microcontrollore (MP), ove: c’) se viene rilevata la frequenza determinata (F) del treno d’impulsi (TI), il microcontrollore (MP) identifica lo stato di sconnessione dei contatti (a,b); c") se non viene rilevata la frequenza determinata (F) del treno d’impulsi (TI), il microcontrollore (MP) identifica lo stato di connessione dei contatti (a.b); d) ripetizione ciclica del passo c).
9. 9. Modulo elettronico di controllo digitale, atto a controllare la rotazione di un motore (M) per una macchina di lavaggio, in particolare una macchina lavabiancheria, comprendente un microcontrollore (MP), che utilizza gli insegnamenti di una o più delle rivendicazioni precedenti.
10. 10. Macchina di lavaggio, in particolare una lavabiancheria e/o modulo elettronico di controllo digitale e/o metodo di gestione delia rotazione di un motore di una macchina di lavaggio, secondo gli insegnamenti della presente descrizione e dei disegni annessi.