專利名稱：用于電動機(jī)風(fēng)扇流量控制的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對由電動機(jī)驅(qū)動的風(fēng)扇流量的控制，并且特別地涉及維持一部風(fēng)扇的恒定流量，上述風(fēng)扇在吸氣一側(cè)安置了一個過濾器。
背景技術(shù)：
可能有必要在對健康有害的環(huán)境中進(jìn)行某種工作，對健康有害是環(huán)繞著必須從事此項(xiàng)工作的人員的煙霧或有毒氣體產(chǎn)生的結(jié)果。焊接工作就是這種工作的一個實(shí)例。已經(jīng)設(shè)計(jì)了通風(fēng)單元，以便在不危及健康的條件下進(jìn)行這樣的工作。這些方法使用電氣驅(qū)動的風(fēng)扇將新鮮空氣吹到正在從事此項(xiàng)工作的人員所佩戴的防護(hù)頭盔里面。該單元可以裝上一個過濾器，例如位于風(fēng)扇的吸氣一側(cè)，以便從準(zhǔn)備吸入的空氣中濾除顆粒和/或不需要的氣體。該單元可以是便攜式的并且用電池供電。
為了安全地使用這樣一個單元，必須保證新鮮空氣的流量，該流量不得低于例如由健康保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)所確定的一定的水平。即使由于使用日久，使得過濾器日益堵塞，也必須維持這樣的水平。人們還希望，為了使這個單元用得舒服，氣流的體積/功率不會引起氣流形式的不舒服，并且該單元應(yīng)當(dāng)能夠長期使用，例如在整個工作時間內(nèi)，不需要任何手動調(diào)整或維護(hù)。特別是在使用電池的單元中，人們希望該單元能夠在更大程度上不依賴于電池電壓的條件下進(jìn)行工作。
本發(fā)明基于這樣的知識，即，若將流量穩(wěn)定在所設(shè)置的預(yù)定的水平上，就能滿足這些要求和愿望，以及可以利用已知的關(guān)系來調(diào)節(jié)流量。每一部風(fēng)扇都有一種特定的風(fēng)扇特性，它描述在不同壓降下介于轉(zhuǎn)速、流量和空氣輸出之間的關(guān)系。因此，就能在一定的壓降下獲得所需的流量，或者通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和/或空氣輸出，使壓降發(fā)生改變，從而使流量保持恒定。此外，每一部風(fēng)扇都有一定的效率水平，它給出介于空氣輸出與軸功率之間的關(guān)系。輸出是轉(zhuǎn)數(shù)和力矩的乘積，對每一種電動機(jī)來說，力矩與功率消耗之間存在一定的關(guān)系。這意味著有可能為每一個風(fēng)扇/電動機(jī)組合畫出一組圖形，其中，在每一種狀態(tài)下，針對不同的壓降的一個給定的流量，以及一組圖形，其中，在每一種狀態(tài)下，針對不同的流量的一個給定的壓降。通過測量電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和功率消耗二者，就有可能確定實(shí)際的流量，并且若這不符合所需的流量，則例如通過改變施加到電動機(jī)上的電壓，就能進(jìn)行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，特別是恒定流量的維持，二者都是可靠的和經(jīng)濟(jì)的。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種方法和一種配置來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它們表明了在各項(xiàng)獨(dú)立權(quán)利要求中已陳述的各項(xiàng)特性。


下面，將參照諸附圖，對本發(fā)明的一個實(shí)例進(jìn)行更詳細(xì)的說明，其中，圖1以方框圖的形式圖解用于電風(fēng)扇的一個調(diào)節(jié)裝置，圖2表示針對電動機(jī)的一份轉(zhuǎn)數(shù)/功率消耗圖。
具體實(shí)施例方式
一個無刷直流電動機(jī)(2)，最好是一個三相雙極電動機(jī)，驅(qū)動一個輻射狀的風(fēng)扇(3)，后者處于一個便攜式新鮮空氣單元之中，用于供焊接用的焊接頭盔，同時用作呼吸保護(hù)器。一個過濾器(5)，它可能是一個顆粒過濾器和/或一個氣體過濾器，被安置在風(fēng)扇(3)的吸入一側(cè)。新鮮空氣單元以及焊接頭盔例如可以根據(jù)例如現(xiàn)有技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，它們沒有被示出，也不進(jìn)行詳細(xì)說明。
從電源控制裝置(8)經(jīng)由電纜(6)向電動機(jī)(2)供電，又從控制單元(12)經(jīng)由電纜(10)向電源控制裝置(8)供電并進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刂茊卧?12)含有一個存儲器裝置(14)，在其中，按照在過濾器(5)上的不同壓降，或者使用不同的過濾器(5)，以針對預(yù)定流量的特性曲線的形式，存儲著電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和功率消耗的數(shù)值。
圖2表示在風(fēng)扇電動機(jī)(2)中，介于轉(zhuǎn)速和功率消耗之間4種不同的關(guān)系。A和B兩條曲線分別顯示在160和200升/分鐘的恒定流量下、也就是在吸入一側(cè)改變阻力的條件下的關(guān)系。另外兩條曲線C和D表示在恒定約束和改變流量條件下，轉(zhuǎn)速和功率消耗之間的關(guān)系。例如，曲線C說明了使用一個干凈過濾器的關(guān)系，曲線D則表示同一過濾器被部分地阻塞時，或者使用一個較密的過濾器時的關(guān)系。
新鮮空氣單元有一塊控制面板(16)，焊工可以通過在其上的流量選擇標(biāo)度盤(18)來設(shè)置通往頭盔的所需新鮮空氣流量。與選定的流量相對應(yīng)的信號(q)通過電纜(20)被輸送到控制單元(12)?？刂茊卧?12)通過電纜(22)從電池組(24)接收電源電壓(V)。
電源供應(yīng)電纜(6)含有一個與電動機(jī)(2)串聯(lián)的測試電阻(26)。與電阻(26)上的電壓降相對應(yīng)的信號(e)在與電動機(jī)(2)相連接的電阻兩端被提取出來，并通過電纜(28)送往控制單元(12)。電壓降與電動機(jī)的功率損耗是成正比的，而且控制單元將信號(e)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流信號(I)。電動機(jī)(2)還有一個傳感器(30)，借助于傳感器可以測定實(shí)際轉(zhuǎn)速。在本例中，傳感器由一個或多個霍爾傳感器組成，用以測定轉(zhuǎn)子的位置。傳感器(30)發(fā)出的位置信號(p)通過電纜(32)被送往控制單元(12)。得到了電動機(jī)(2)上每轉(zhuǎn)一圈的位置指示數(shù)目之后，控制單元(12)就能將位置信號(p)轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(n)。由控制單元(12)和功率控制裝置(8)組成的控制裝置(34)最好全部地或部分地裝入電動機(jī)(2)之中。
控制裝置的功能如下。在開始實(shí)際工作之前，焊工在新鮮空氣單元中安裝一個合適的過濾器(5)，例如可以安裝一個與曲線C相對應(yīng)的過濾器。然后焊工使用流量選擇標(biāo)度盤(18)來設(shè)置通往焊接頭盔的所需新鮮空氣流量，例如160升/分鐘。指示該流量的信號(q)通過電纜(20)被送到控制單元(12)，后者在存儲器(14)中選定了相應(yīng)的曲線A。此時控制單元(12)將通過電纜(28)從電壓信號(e)中接收到的電流與轉(zhuǎn)速數(shù)值和經(jīng)由電纜(32)接收的位置信號(p)跟所選定的曲線進(jìn)行比較。當(dāng)在曲線A的一個點(diǎn)上再次找到這兩個數(shù)值時，風(fēng)扇所提供的就是所需的流量。然而，若只有一個數(shù)值在曲線上，而另一個數(shù)值偏離該曲線，則風(fēng)扇所提供的空氣流量不是太大就是太小，并且控制單元將通過比較來確定是哪一種情況。例如，若電流數(shù)值和轉(zhuǎn)速數(shù)值分別為160毫安和5300轉(zhuǎn)/分鐘，則轉(zhuǎn)速數(shù)值將高于曲線A，曲線A上對應(yīng)于160毫安的是5200轉(zhuǎn)/分鐘。這說明流量太小，可能是由于過濾器被部分地堵塞造成的。來自電動機(jī)的數(shù)值將改為與曲線D相對應(yīng)。
這樣就必須增加電動機(jī)功率以增加流量，這就是控制單元(12)通過電纜(10)向功率控制裝置(8)發(fā)送相應(yīng)信號的原因，功率控制裝置反過來又增加了經(jīng)由供電電纜(6)送往電動機(jī)(2)的電壓。從而使功率消耗增加。從新的電壓和位置信號(分別為e和p)中得到新的電流和轉(zhuǎn)速數(shù)值，再跟選定的流量曲線A進(jìn)行比較，該調(diào)節(jié)過程將一直重復(fù)進(jìn)行下去，直到兩個數(shù)值都落在該曲線上為止。這將發(fā)生在曲線A和D的交點(diǎn)上，約為185毫安和5600轉(zhuǎn)/分鐘。調(diào)節(jié)將圍繞該交點(diǎn)進(jìn)行，并且流量也將在設(shè)定值上基本上保持穩(wěn)定。若由于某種原因，焊工想得到另一種流量，例如在一定時間內(nèi)需要200升/分鐘的流量，則他必須將流量選擇標(biāo)度盤(18)設(shè)置到所需流量，這時控制單元(12)將選擇相應(yīng)的曲線，在本例中為曲線B，并經(jīng)由功率控制裝置(8)來控制電動機(jī)(2)，后者將風(fēng)扇(3)控制到該流量上，并使其保持在一個恒定的水平上。
如圖2所示，在低轉(zhuǎn)速和低功率消耗時，介于兩曲線之間的交點(diǎn)不能精確地加以定義。尤其是較低的曲線C將會搖擺不定，因?yàn)橹灰^濾器是干凈的，就會有一個低的壓降。電動機(jī)在空轉(zhuǎn)，此時功率消耗在很大程度上對應(yīng)于電動機(jī)的空轉(zhuǎn)電流，并且將在較小的程度上受到過濾器阻力的影響。為了使控制動作不至于在振蕩中結(jié)束，在控制單元中設(shè)有最低轉(zhuǎn)速保護(hù)裝置，從而就不允許速度下降到一定的水平以下，例如可以試驗(yàn)性地將其設(shè)置在空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速之上。在所示的例子中分別是，流量為160升/分鐘時，轉(zhuǎn)速不允許低于4300轉(zhuǎn)/分鐘，流量為200升/分鐘時，轉(zhuǎn)速不允許低于4900轉(zhuǎn)/分鐘。
為了使損耗盡可能地低，對電動機(jī)(2)的功率調(diào)節(jié)將通過使用脈沖技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這對于一個用電池供電的單元來說是很重要的。作為安全措施，若電池電壓過低，則將出現(xiàn)一個報警信號。為了達(dá)到此目的，控制單元(12)檢測輸入的電池電壓V。若電壓下降到預(yù)定的最低水平以下，則控制單元(12)通過電纜(36)向新鮮空氣單元中的報警單元(38)發(fā)出報警信號Vs。報警信號使報警單元(38)中采取發(fā)光二極管形式的報警燈(40)發(fā)光并且激活報警蜂鳴器(42)，從而使焊工意識到該單元不能繼續(xù)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
控制單元有一個附加的安全裝置?？刂茊卧?12)的存儲器(14)還有另外一條曲線，它表示符合應(yīng)用保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的最小流量。控制單元將按照固定的時間間隔或連續(xù)地將電動機(jī)(2)的功率消耗和轉(zhuǎn)速的實(shí)際數(shù)值跟最小流量曲線進(jìn)行比較。若比較結(jié)果表明實(shí)際流量太小，則控制單元(12)將通過電纜(44)向報警單元(38)發(fā)出一個報警信號(qs)，并激活報警燈(40)和報警蜂鳴器(42)。
權(quán)利要求
1.用于在一部由電動機(jī)(2)驅(qū)動的風(fēng)扇(3)中進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的方法，特別是用于在風(fēng)扇的吸入一側(cè)具有一個過濾器(5)的風(fēng)扇中將流量維持在一個恒定的水平上，其特征在于表示電動機(jī)(2)的實(shí)際的功率消耗以及轉(zhuǎn)速的各項(xiàng)數(shù)值已被確定，一個控制單元(12)將這些數(shù)值跟存儲在存儲器(14)之中的曲線或表格進(jìn)行比較，上述曲線或表格表示對于來自風(fēng)扇的一個給定流量介于功率消耗以及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，若數(shù)值之一處于曲線上或表格之中的一個點(diǎn)上，但其他數(shù)值偏離了這個點(diǎn)，則控制單元(12)確定偏離的數(shù)值是太高還是太低；控制單元(12)按照旨在減少偏離的方向，來控制被施加到電動機(jī)的電功率的改變；還在于，各項(xiàng)新的數(shù)值被確定，并且重復(fù)執(zhí)行這個過程，直到不出現(xiàn)偏離為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，選擇一個無刷直流電動機(jī)(2)作為上述電動機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，在電動機(jī)(2)中，生成一個脈沖信號(p)，該脈沖信號表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，所述脈沖信號被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速指示信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述方法，其特征在于，通過從被存儲在存儲器(14)之中的多個曲線(A，B)中選擇與此相對應(yīng)的一個曲線來設(shè)置所需的恒定流量，其中每一個曲線都涉及一個流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述方法，其特征在于，控制單元(12)將這些用于轉(zhuǎn)速和功率消耗的數(shù)值跟代表預(yù)定的最小流量的一個最小曲線進(jìn)行比較，若該數(shù)值等于比最小流量還要低的流量，則發(fā)出報警信號(qs)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述方法，其特征在于，控制單元(12)將轉(zhuǎn)速數(shù)值跟存儲在存儲器之中的對于在不同功率消耗水平下的轉(zhuǎn)速的一個最小值進(jìn)行比較，并進(jìn)行電動機(jī)(2)的調(diào)節(jié)，以免電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到對應(yīng)于功率消耗的電流數(shù)值的最小值以下。
7.一種由電動機(jī)(2)驅(qū)動的風(fēng)扇(3)的流量控制的設(shè)備，特別是用于使在風(fēng)扇的吸入一側(cè)有一個過濾器(4)的風(fēng)扇維持恒定流量的流量控制的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括一個被連接到一部電動機(jī)的控制單元(12)，該單元控制著被施加到該電動機(jī)的電壓；一個被連接到控制單元(12)的第一傳感器(26)，借助于該傳感器就能控制該電動機(jī)的功率消耗；一個被連接到控制單元(12)的第二傳感器(30)，借助于該傳感器就能調(diào)節(jié)該電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；一個存儲器(14)，在其中至少存儲著一個曲線(A，B)或一個表格，它們說明風(fēng)扇(3)在一個給定流量下，介于電動機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速和功率消耗之間的關(guān)系；以及在控制單元中的一個比較裝置，它被設(shè)置用于將所述各數(shù)值跟來自存儲器的一個選定的流量曲線進(jìn)行比較，并在出現(xiàn)任何偏離時，控制被施加到該電動機(jī)的電壓，使偏離得以減少。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，該電動機(jī)是一部無刷直流電動機(jī)(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于，該風(fēng)扇是一部輻射狀的風(fēng)扇(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，第二傳感器是被納入到電動機(jī)之中、用以指示轉(zhuǎn)子位置的一個傳感器(30)，特別是一個霍爾傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，風(fēng)扇(3)是用于呼吸幫助的一個新鮮空氣單元，例如一個防護(hù)頭盔(4)，的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，控制單元(12)控制著一個最好是安裝在報警單元(38)里面的報警裝置(40，42)，用以指示來自風(fēng)扇(3)的流量是否降低到一個預(yù)定的最低水平以下。
全文摘要
在一個電池供電的新鮮空氣單元中，用于使從風(fēng)扇(3)進(jìn)入防護(hù)頭盔(4)的空氣保持恒定流量的方法與配置。風(fēng)扇(3)是一個輻射狀的風(fēng)扇，在該風(fēng)扇的吸入一側(cè)，安置了一個過濾器(5)，并且由無刷直流電動機(jī)(2)來驅(qū)動。借助于來自電動機(jī)(2)里面的位置傳感器(30)的信號，控制單元(12)就能確定風(fēng)扇(3)的轉(zhuǎn)速。控制單元還檢測該電動機(jī)的功率消耗，并將此功率消耗和轉(zhuǎn)速跟存儲在存儲器(14)之中的針對來自該風(fēng)扇的給定流量的電動機(jī)(2)的特性曲線進(jìn)行比較。在出現(xiàn)任何偏離時，控制單元(12)調(diào)節(jié)被施加到電動機(jī)(2)的電壓的改變，使得偏離得以減少。在這種情況下，流量被保持在與過濾器的堵塞和電池電壓無關(guān)的所需的、可調(diào)整的水平上。若電池電壓降低到一個預(yù)定的最低安全水平以下，則控制單元(12)向處于報警單元(38)之中的聲光報警器(40，42)發(fā)出信號qs和Vs。
文檔編號F04D27/02GK1459054SQ0181587
公開日2003年11月26日 申請日期2001年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月18日
發(fā)明者邦特·卡爾曼, 漢斯－奧羅夫·弗羅伊德 申請人:霍內(nèi)爾國際公司