一种小功率双向式换气扇制造技术

一种小功率双向式换气扇，轴流式注塑叶轮直径250mm以内，电动机定子和永磁转子间的气隙于每一极下沿设定圆周方向收窄，定子绕组经开关接往交流电源并控制为：电动机转向取决于换气方向，接通开关使电源各极性至少1个半波电压按规定导通角施加绕组并检测各半波电流，在各半波电流呈现明显的大小之分后，电动机转向与设定圆周方向若相同，对与产生较小电流的电压极性相同的半波以规定移相角导通；若相反，对与产生较大电流的电压极性相同的半波以规定移相角导通，测量绕组电流为零时的电压达规定值后，所有电源半波在电源电压、绕组电流为零时的电压及其对时间变化率三者极性相同时导通；该导通达规定次数后进入同步运行。因而实现换气扇双向工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小功率双向式换气扇，在国际专利分类表中，分类可属于F04D27/00。
技术介绍
换气扇使用量大面广，运行时间长，亟需制造低成本和运行节能。大多数换气扇通常无需调速，现有技术探讨过改用永磁同步电动机驱动，可明显节能节材。但是，传统的永磁同步电动机，采用复杂结构则制造成本较高，采用简易结构则旋转方向不确定，因而未能用于小功率双向式换气扇。小功率双向式换气扇目前仍普遍使用异步电动机驱动，以达到双向受控。国家标准GB/T 14806-2003《家用和类似用途的交流换气扇及调速器》给出了双向式换气扇的技术要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种小功率双向式换气扇，其由永磁同步电动机驱动，可达到双向受控，但结构比较简单和成本较低。本专利技术解决技术问题的技术方案是一种小功率双向式换气扇，包括电动机及其驱动的叶轮，其特征在于：叶轮为轴流式和注塑成型，直径不大于250mm；所述电动机包括：——同样极数的定子和永磁转子；所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的圆周方向收窄，因而在自由状态下，转子各极轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿设定的圆周方向偏转一锐角角度；——开关；所述定子的绕组具有规定绕向，经该开关接往交流电源；——控制电路；包括检测电路和内置程序，该内置程序含按检测到的信号驱动所述开关以控制所述交流电源输入所述绕组的电流的起动控制步骤；所述步骤包括：a)接收换气扇工作方向的主令信号，并按照该信号确定电动机的旋转方向；b)接通所述开关，使所述交流电源至少极性相反的各1个半波电压按规定导通角施加于所述绕组，所述各个半波电压间隔一足以使所述转子停止的时间，检测因此在所述绕组产生的各个电流；c)在所述各个电流的数值呈现明显的大小之分后，若所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相同时，对接着到来的与产生较小电流的电压极性相同的电源半波以规定移相角导通，且移相角逐个半波依次减小；若所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相反时，对接着到来的与产生较大电流的电压极性相同的电源半波以规定移相角导通，且移相角逐个半波依次减小；d)测量绕组电流为零时的电压，当该电压达到规定值后，对其后所有极性的电源半波均在所述电源电压的极性、绕组电流为零时的电压的极性和该电压对时间的变化率的极性相同的时刻随即导通；累计该导通达到规定次数，电动机进入同步运行控制。对该电动机的起动，可设计在主磁通轴线的相反方向与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度时接通此时的交流电源半波，转子磁极即被与其最靠近的定子磁极沿设定旋转方向推斥，因而使电动机按设定的旋转方向起动，使换气扇按相应的气流输送方向工作。若此时改为接通相反极性的交流电源半波，主磁通轴线的方向即调反，直接与永磁磁通轴线相交为所述锐角角度，转子磁极即改为被与其最靠近的定子磁极沿设定旋转方向的相反方向吸引，因而使电动机按设定的旋转方向的相反方向起动，使换气扇按相反的气流输送方向工作。对上述情况，本技术方案基于铁磁饱和原理，巧妙地发现和利用永磁磁通与主磁通方向相同时对铁磁路增磁使电动机电感下降以至电流增加和反之则电流减少该现象，以此电流差异判断、调整电动机牵入同步运行的准备状态，达到换气扇双向受控的定向起动。本技术方案无需使用现有技术的有传感器控制方法和无传感器反电动势检测控制法，降低了起动控制程序的复杂性和对元器件的快速响应性能及电路布置的电磁兼容要求，因而成本降低且产品性能更稳定。尤其是可更充分利用定子磁场对永磁转子的驱动力矩和避免阻力矩，满足对该电动机的可控双向旋转的要求。上述技术方案的进一步设计之一是：所述换气扇按排气方向工作时，所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相同；所述换气扇按进气方向工作时，所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相反。理论和实验表明，该电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相同时的启动力矩较方向相反时大，更适合换气扇按排气状态工作负载较大的情况。上述技术方案的进一步设计之二是，所述步骤b)项中对每个电压的要求包括：——每个电压施加前，转子仍位于所述锐角位置；——所施加的每个电压的能量小至使转子转离所述锐角位置在规定的角度以内；——所施加的每个电压的波形相同。该设计有利于保持对铁磁路饱和以至电流差异的影响，且可以有更快的响应，更好地实施定向起动控制。本专利技术的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。附图说明图1是本专利技术实施例换气扇基本机械结构主視图；图2是本专利技术实施例换气扇电动机电磁基本结构示意图；图3是本专利技术实施例换气扇电动机控制电路示意图；图4是本专利技术实施例换气扇排气工作时电动机的第1种起动情况信号波形示意图；图5是本专利技术实施例换气扇排气工作时电动机的第2种起动情况信号波形示意图；图6是本专利技术实施例换气扇进气工作时电动机的第1种起动情况信号波形示意图；图7是本专利技术实施例换气扇进气工作时电动机的第2种起动情况信号波形示意图。具体实施方式本专利技术实施例换气扇基本机械结构如图1所示，是在传统的家用双向式换气扇(可参见广东科技出版社1985年6月第1版《家用换气扇及其应用》)的基础上改进而成，主要包括：——固定于机壳的电动机2，由手拉绳31操纵的双回路三位式转换型拉线开关3及其所连接的电路板32；——直接连接于该电动机输出轴逆时针旋转的轴流式叶轮1，其具有4个叶片；按风压要求，叶片数也可以为3、5或6，但最好不要多于8片，且尽可能奇数片，以降低振动噪声。叶轮为注塑成型，直径100mm。叶轮最大不要超过直径250mm，转动惯量尽量小，以配合电动机2仍不太大的启动力矩；——电动机2为内转子电动机，包括定子100和永磁转子200。该电动机电磁基本结构如图2所示。可以看出：——转子200，是其截面以二条相互垂直的对称轴400分隔为4个对称的90°的扇形并各径向充磁为N、S、N、S的4极永磁转子；——定子100由具有4个凸极的圆形铁芯101和绕组102组成；绕组102是在4个凸极各绕一具有绝缘框架的线圈元件102，然后按绕向串联连接为4极，并因而在通电时产生4极的穿越定转子之间气隙的主磁通；——定子铁芯101各凸极与转子200间气隙的宽度沿逆时针方向渐变收窄；因此在自由状态即不通电和无外部气流以及旋转结构良好的情况下，转子200受定子铁芯吸引，各极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的永磁磁通轴线700、800分别以相邻定子凸极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的主磁通轴线500、600为参照，沿逆时针方向偏转一较小的锐角Ω。本实施例设计该机械角为5°(电角度10°)。该角度可随渐变收窄的比例而改变，并影响启动转矩和效率。该设计可避免在自由状态下转子停留于其轴线与定子凸极的轴线重合而使通电时启动转矩为零的所谓“死点”位置，所形成的磁阻转矩还有利于防止运转中的转子于交流电流过零时不产生转矩而停转；本专利技术实施例换气扇电动机控制电路如图3所示，主要由固定于换气扇底端的拉线开关3及其所连接的电路板32组成，该电路安装有：——双向晶闸管4，其主电极与绕组102串联后接往交流电源端子5；——单片机6，其输出电路63经常规的光电耦合电路或变压器隔离电路(图中未示出)接往双向晶闸管4的触发极41，若输出脉冲即触发晶闸管4导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小功率双向式换气扇，包括电动机及其驱动的叶轮，其特征在于：叶轮为轴流式和注塑成型，直径不大于250mm；所述电动机包括：——同样极数的定子和永磁转子；所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的圆周方向收窄，因而在自由状态下，转子各极轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿设定的圆周方向偏转一锐角角度；——开关；所述定子的绕组具有规定绕向，经该开关接往交流电源；——控制电路；包括检测电路和内置程序，该内置程序含按检测到的信号驱动所述开关以控制所述交流电源输入所述绕组的电流的起动控制步骤；所述步骤包括：a)接收换气扇气流方向的主令信号，并按照该信号确定电动机的旋转方向；b)接通所述开关，使所述交流电源至少极性相反的各1个半波电压按规定导通角施加于所述绕组，所述各个半波电压间隔一足以使所述转子停止的时间，检测因此在所述绕组产生的各个电流；c)在所述各个电流的数值呈现明显的大小之分后，若所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相同时，对接着到来的与产生较小电流的电压极性相同的电源半波以规定移相角导通，且移相角逐个半波依次减小；若所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相反时，对接着到来的与产生较大电流的电压极性相同的电源半波以规定移相角导通，且移相角逐个半波依次减小；d)测量绕组电流为零时的电压，当该电压达到规定值后，对其后所有极性的电源半波均在所述电源电压的极性、绕组电流为零时的电压的极性和该电压对时间的变化率的极性相同的时刻随即导通；累计该导通达到规定次数，电动机进入同步运行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种小功率双向式换气扇，包括电动机及其驱动的叶轮，其特征在于：叶轮为轴流式和注塑成型，直径不大于250mm；所述电动机包括：——同样极数的定子和永磁转子；所述定子与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的圆周方向收窄，因而在自由状态下，转子各极轴线以最靠近的定子一极的轴线为参照，沿设定的圆周方向偏转一锐角角度；——开关；所述定子的绕组具有规定绕向，经该开关接往交流电源；——控制电路；包括检测电路和内置程序，该内置程序含按检测到的信号驱动所述开关以控制所述交流电源输入所述绕组的电流的起动控制步骤；所述步骤包括：a)接收换气扇气流方向的主令信号，并按照该信号确定电动机的旋转方向；b)接通所述开关，使所述交流电源至少极性相反的各1个半波电压按规定导通角施加于所述绕组，所述各个半波电压间隔一足以使所述转子停止的时间，检测因此在所述绕组产生的各个电流；c)在所述各个电流的数值呈现明显的大小之分后，若所述确定的电动机的旋转方向与所述设定的圆周方向相同时，对接着到来的与产生较小电流的电压极性相同的电源半波以规定移相角导通，且移...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶露微，
申请(专利权)人：叶露微，
类型：发明
国别省市：广东;44