风扇或泵布置和操作方法与流程

本发明涉及例如电扇或电泵等流体移动装置，且更确切地说涉及(但不仅仅涉及)出于清洁目的操作电扇或电泵的方法并且涉及并有用于实施此类方法的控制器的电扇或电泵。

背景技术：

电扇和电泵用于广泛范围的现代机械中以提供有益的流体(常常为空气)流。并有电扇的此类机械中的流体流可(例如)用于除去来自例如电子装置的机械的部件的热以将机械维持在可接受的温度下。在其它应用中，例如在冰箱、空气调节或热泵单元中，流体流可用以在热源与目的地之间传递热以便在目的地处提供加热或冷却。众所周知，电扇的叶片(vane/blade)，确切地说是用于移动空气的叶片，在操作一段时间之后将灰尘或其它空气夹带粒子积聚在其叶片上。扇叶上的此类物质积聚在风扇电动机上产生不必要或甚至过量的机械负载，减小所产生的空气流速和/或体积，可能成为健康问题或清洁问题，并且还可能产生不必要的可听噪声。举例来说，尽管通常在通过装置的空气流路径中存在空气过滤器，但空气调节单元或热泵中的电扇的叶片在相对长的操作时间段之后最终将会在其上积聚一层灰尘或污垢。

可能需要由经过训练的技术员来定期对风扇进行手动清洁，通常需要至少部分地拆卸并有风扇的单元，且常常涉及应用压缩空气或高压水来除去污染物。从扇叶除去积聚的污染物的其它先前尝试已包含间或以与风扇的正常操作方向相反的旋转方向操作风扇。此技术可以从叶片除去一些松散地附着的灰尘，但对粘附到扇叶的大部分灰尘或污垢通常几乎没有或完全没有效果。此外，至少对于切向流动(也称为“交叉流动”)叶轮，单独叶片的物理布置几乎不产生或完全不产生穿过叶片的气流，以使得反转风扇的旋转方向并不有助于从叶片除去污垢或灰尘。

us20130263894a中公开另一种已知风扇清洁技术，其中，取决于指示电动机电流、电压或功率的控制信号的值，可控制风扇以使得其在“预定”(但非限定)时间段内跨越指定的旋转角度以正向方向和反向方向交替地旋转。选择较小旋转角度以从叶片除去较小尘粒，而选择较大旋转角度以从叶片除去较大尘粒。任一方向上的旋转角度范围在5°与270°之间。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目的在于提供电扇或电泵和/或操作电扇或电泵的方法，所述方法将至少在一定程度上克服上述缺点，或所述方法将至少为公众提供有用的选择。

在第一方面中，本发明可被广泛地认为在于电扇或电泵，包括：

包含在正向和反向两个旋转方向上可选择地驱动的转子的电动机，

与所述转子处于驱动关系且布置成响应于至少正向旋转方向上的旋转而产生流体流的至少一个可旋转叶片，以及

能以自洁模式操作以激励转子以使至少一个叶片在正向方向和反向上交替旋转从而产生振动的电动机控制器。

优选地，振动处于至少一个叶片中或连接到风扇或泵的组件中。

在第二方面中，本发明可被广泛地认为在于以自洁模式操作电扇或电泵的电动机的方法，所述电动机包含在正向和反向两个旋转方向上可选择地驱动的转子，所述转子与布置成响应于至少正向旋转方向上的旋转而产生流体流的至少一个可旋转叶片处于驱动关系，所述方法包括：

激励转子以使至少一个叶片在正向方向和反向方向上交替旋转从而产生振动。

在第三方面中，本发明可被广泛地认为在于风扇或泵组合件，包括：

包含在正向和反向两个旋转方向上可选择地驱动的转子的电动机，

与所述转子处于驱动关系且布置成响应于至少正向旋转方向上的旋转而产生流体流的至少一个可旋转叶片，

至少一个叶片以可旋转方式安装于其中的底盘，

能够检测风扇或泵组合件中或其紧邻处的振动运动且提供指示此类振动运动幅度的输出信号的运动检测装置，以及

能以振动确定模式操作以激励转子以使至少一个叶片以至少一个转速旋转并且根据运动检测装置的输出信号确定由于所述转子激励振动运动是否在风扇或泵组合件紧邻处或在风扇或泵组合件的至少一个组件中产生的电动机控制器。

在第四方面中，本发明可被广泛地认为在于以振动确定模式操作电扇或电泵组合件的电动机的方法，所述电动机包含在正向和反向两个旋转方向上可选择地驱动的转子，所述转子与以可旋转方式安装于底盘中的至少一个可旋转叶片处于驱动关系，所述至少一个叶片布置成响应于至少正向旋转方向上的旋转而产生流体流，并且所述风扇或泵组合件进一步包含能够检测风扇或泵组合件中或其紧邻处的振动运动且提供指示此类振动运动幅度的输出信号的运动检测装置，所述方法包括：

激励转子以使至少一个叶片以至少一个转速旋转，以及

根据运动检测装置的输出信号确定由于所述转子激励振动运动是否在风扇或泵组合件紧邻处或在风扇或泵组合件的至少一个组件中产生。

本发明在于前文并且还设想多个构造，下文仅给出这些构造的实例。具体来说，主要根据本发明在空气调节或热泵单元中的实施来描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，下文所描述的电扇和其操作方法适用于各种应用，例如冰箱或冷冻机风扇、计算机冷却风扇、空间排气扇、个人冷却风扇、烤箱/灶具电子装置冷却风扇、吊扇、洗衣干衣机风扇等等。如先前所提及，本发明同样适用于通常移动液体而非空气的泵，例如洗碗机或洗衣机的泵。此外，下文中所公开的电扇/电泵和操作方法不仅适用于切向(或交叉)流动型风扇并且还适用于其它风扇类型，例如径向流动风扇和离心式风扇。

附图说明

现将参看附图描述本发明的优选形式，其中：

图1是根据本发明的一实施例的空气调节单元风扇组合件的横截面视图，

图2是图1的风扇的叶轮的透视图，并且

图3是图2的风扇叶轮的区域的放大局部视图。

具体实施方式

图1图示本发明的电扇或电泵和风扇或泵控制系统用于从风扇/泵的叶片除去例如灰尘或污垢(或在洗衣干衣机风扇的情况下为棉绒)等污染物的例示性应用。在图1中，包含风扇叶轮5和电动机10的风扇示出为并有空气调节或热泵风扇组合件1在内，其中风扇属于切向流动型。如上文所提及，本发明同样适用于安装于例如各种家用电器的多种机器中任一种中的具有不同的旋转的流体移动叶片布置(包含风扇轮、叶轮或螺旋桨布置)的其它类型的风扇或泵。先前已在我们之前的国际专利公开案wo2014098625a中描述图1中示出的例示性空气调节单元风扇组合件1或叶轮和电动机布置，所述公开案的公开内容在此以引用的方式并入，但在下文中提供其概述。

电动机10是无刷或永磁转子电子换向电动机(ecm)且在此纯粹例示性形式中包含内部定子20和外部转子50。如根据以下描述将显而易见的是，电动机(无关于其类型)应能够快速反转旋转，但特定类型的电动机以及转子和定子的特定配置和布置不是本发明的必需方面。所属领域的普通技术人员将理解，下文所描述的设备和方法同样适用于例如内部转子/外部定子电动机、轴向磁通电动机、爪极电动机或开关磁阻电动机。

定子20具有磁导性芯21，所述磁导性芯具有环圈部分和从环圈部分的外部径向向外延伸的多个极。导电绕组23围绕所述极卷绕。转子50可包含具有永磁极52的转子框架51，所述永磁极形成于略大于由定子极的末端形成的圆圈的环中，以使得所述磁极可以在围绕于其间具有较小气隙的定子组装转子时面向定子极的末端。所图示的转子框架51包括在电动机10和风扇叶轮5的旋转轴线6处的轮毂53。轮毂53支撑转子极52围绕所述轴线旋转。轮毂53通过轴承元件57以旋转方式安装到定子。在所图示的例示性风扇组合件中，转子框架51还包括用于将磁极52定位于定子20外部的圆周侧壁54和延伸于轮毂53与圆周侧壁54之间的至少一个部件55(例如，盘片或端壁)。圆周壁54通常可为圆柱形。

包含电动机控制电路和用于定子绕组23的电气换向的电子组件的印刷电路板或pcb25包含于定子组合件20内。因此，pcb25可包含电动机控制器，其可与用于存储软件代码的相关存储器一起实施于微控制器中用于进行电动机速度/方向/扭矩等控制以及当前风扇自洁程序。电动机控制电路还可以包括供电动机控制器使用的传感器。在一些配置中，传感器可包含用于感测转子位置且用于将所感测的转子位置反馈到电动机控制器的霍尔效应传感器(hall-effectsensor)。根据所感测的转子位置，接着电动机控制器能够通过激励一或多个适当定子绕组来适当地对电动机进行换向以得到所要转子(且因此得到永磁)旋转位置/速度。

如图2中最清晰可见，例示性切向流动风扇叶轮5具有大体上圆柱形形式，由围绕与其旋转轴线6同轴的圆的外周沿圆周布置的多个(例如30个)单独叶片元件20组成，且在轴向间隔开的叶轮端板3、4之间纵向延伸。叶轮5的内部可以是大体上空的。叶片20可以是大体上平坦的或略弯曲的以形成朝向叶轮的旋转方向的略微“杯”形开口以便更有效地捕集和移动流体。仅仅提供一些观点，风扇叶轮可为例如约70cm长且在叶片20的外边缘处的外径约为9cm。

风扇叶轮5优选地由例如苯乙烯丙烯腈(styrene-acrylonitrile；san)等塑料材料注塑成型的。如在图3中最佳地可见，可以沿着叶轮的轴长每隔一定间隔提供与旋转轴线6同轴的支撑环21，从而为叶轮结构增加刚度，可要求所述叶轮结构在正常操作期间以高达1200rpm的速度旋转。支撑环21的提供有效地将叶片20分隔成多个串联连接的较短叶片元件。端板3具有从其伸出的短叶轮轴2。如图1和2中可见，转子50可方便地直接安装到叶轮的端板4。在制造转子之后或在建构风扇组合件之后，可以适当高的速度测试风扇叶轮5以通过已知方式来模拟其预期可操作范围和在适当位置处施加的平衡重量。可使用取决于所使用的材料的替代技术来形成所述叶轮而非将叶轮注塑成型。此类替代材料可包含其它聚合材料、轻质金属或金属合金物质或聚合物增强碳纤维。应了解，替代叶轮形成为单式结构，其可由连接、粘合、焊接或以其它方式固定在一起的的单独组件制造，其中单独组件可由以上中的任一种或任何其它合适的材料制成。

如图1所示，通过将风扇叶轮5和电动机10安装到底盘90来形成风扇组合件。风扇、风扇组合件和/或叶轮可替代地安装在外壳(未示出)内或包含所述外壳。在所说明的实施例中，定子的环形轮缘37定位于底盘的一端处的夹具91内，且叶轮轴2支撑在底盘90的轴向相对端处的另一轴承元件7内。因此组合的风扇组合件1可以容易地安装在空气调节或热泵单元中的适当大小的空间内，其中在操作期间风扇叶轮在操作方向a上旋转(图2)。叶轮在操作方向上的旋转产生通过所述单元的气流，在空气调节单元的情况下致使所述气流穿过冷却蒸发器(未示出)以使得所述单元可产生并引导冷却气流。

如上文所提及，在风扇的长时间操作期间，灰尘/污垢和其它此类污染物粒子会自然地积聚在叶片20的表面(确切地说是前导表面)上。根据本发明的一实施例的电风扇和控制方法并入有使用振动效应以从一个或多个风扇叶片的表面振荡灰尘或污垢粒子的自洁模式。转子和叶轮的振动确切地说是围绕叶轮结构的旋转轴线的旋转振动和/或穿过叶轮结构的径向振动。所述振动效应通过以相对较高反转频率(例如在约1khz与约5khz或10khz之间的频率)交替或往复转子激励的方向或风扇叶轮旋转的方向来实现。也就是说，在自洁模式中，电动机控制器在了解相对于定子极的实际转子位置的情况下首先激励一个或多个定子绕组，以便使得转子和风扇叶轮开始/继续在第一旋转方向上移动，并且随后在几分之一秒后，电动机控制器在进一步了解实际转子位置的情况下激励一个或多个定子绕组，以便使得转子和风扇叶轮在相反旋转方向上换向。

此换向方向的反转当然会减缓叶轮在第一方向上的旋转且最终停止旋转并开始叶轮在相反方向上的旋转。换向方向的反转可以上文所提及的反向频率有规律地重复。在转子和叶轮在任何特定方向上旋转的时间段期间，取决于所要旋转方向反转速率，电动机控制器可改变应用于一个或多个定子绕组的换向模式，所述一个或多个定子绕组模式中的每一个产生相同方向上的转子扭矩，以便在换向方向的反转之前产生/维持在所述旋转方向上的旋转。当然，如果反向速率/频率使得每个换向周期不超过特定方向上的所要旋转周期，那么在每个反转期间仅单个换向模式可以应用于绕组。

在一替代实施例中，可以在叶轮中形成振动而不需要常规电动机换向，且因此不需要转子位置反馈。在此替代实施例中，来自信号产生器的循环电压信号(例如正弦信号)可以可能通过放大器施加于一个或多个定子绕组。

在自洁模式期间，叶轮在第一旋转方向与相反旋转方向之间往复或交替，同时在任一方向上旋转仅1°的一部分(即，小于1°)。举例来说，叶轮可在第一方向上旋转小于约0.5°，并且随后在相反方向上旋转小于约0.5°。

可采用各种反转频率来改进从叶片除去污垢/灰尘/污染物。还应注意，振动运动未必是平衡的。也就是说，一个方向上的旋转周期可以长于相反方向上的周期。此外，特定方向上的旋转周期可以在随后旋转中更改。举例来说，特定方向上的随后旋转可以长于或短于所述方向上的先前旋转。在另一实例中，第一方向上的旋转周期可以在相反方向上的旋转周期逐渐增大时逐渐减小。此模式可以根据预定模式(例如循环地)反向，以使得随后第一方向上的旋转在相反方向上的旋转周期逐渐减小时逐渐增大。

在另一替代实施例中，自洁模式中的一个或两个方向上的旋转周期可能会受限于预定时间周期范围内，但每个旋转周期的持续时间在预定范围内可大体上或完全随机或伪随机。上述技术的各种组合可以在自洁模式的任何特定出现期间进行，且可以在不同自洁模式出现期间利用不同技术，且/或可以基于使用历史或特定单元的环境参数(例如平均环境温度、工作/休息比率、预设模式等中的一个或多个)针对特定风扇组合件设备来启用特定技术。

在一修改的实施例中的，选择风扇叶轮的旋转方向反向的频率以大体上与叶轮和/或风扇旋转组合件的已知固有共振频率相对应。应了解，反转处于或接近叶轮/风扇组合件的共振频率的转子/叶轮的方向将使叶轮/组合件结构的所得振动移动的振幅最大化，从而改进污物除去。又另外，可以选择发动机的反转频率以大体上与风扇叶轮/组合件的多个固有共振频率中的一个或多个相对应，所述多个固有共振频率已知为激发特定共振模式的共振频率。

还可以选择反转频率以与引起风扇或泵安装于其中或附接到的电器的组件的振动和/或共振运动的已知或检测到的频率相对应。也就是说，振动/共振运动可以在机械互连到风扇/泵或互连到其旋转组件的电器或单元的组件中通过经互连结构传递此类振动来产生。举例来说，在空气调节单元中，空气流常常穿过例如空气过滤器和用于引导空气流的并非风扇自身的部分的轮叶等各种流体操控组件。灰尘或其它污染物可积聚在这些组件中的任一个中，且可由于从风扇/泵的转子或其它旋转组件发出的振动而使那些组件振动/共振。因此，在自洁模式中以产生一个或多个流体操控组件或(一般来说)灰尘或污染物很可能积聚于其上或其中的电器的组件的振动或共振从而从其振荡或移走那些污染物的频率而使转子的激励或旋转方向反转可以是有益的。

举例来说，可以第一反转频率激发第一共振模式，从而叶轮中建立扭转模式，其中远离电动机的端相对于叶轮的电动机端4围绕轴6振荡。此扭转模式可以产生扭曲的单独叶片，其可清洁来自叶片的选择的灰尘/污垢颗粒大小，且/或可以使得单独叶片20通过沿着其轴向长度弯曲来振动且/或径向挠曲的第二反向频率来激发另一模式。此第二弯曲模式可以对除去一些污垢或灰尘更有效，且可(例如)在1800hz下或约1800hz产生。可操作电动机以通过在自洁模式期间以处于或接近共振频率中的一个操作来选择多个模式中的仅一个，或电动机控制器可以在不同时间以不同模式依次激励电动机，所述不同模式中的每一个使得叶轮快速交替其旋转方向以在不同时间以处于或接近不同共振频率引发叶轮中的旋转振动。在又另一实施例中，上文所描述的用于改变一个或两个方向上的旋转周期的技术可以共振频率或以大约共振频率实施，以进一步增大振动/振荡旋转的污垢/灰尘除去“能力”。

叶轮或风扇组合件的一个或多个共振频率的一个或多个值可以是实验上或理论上确定的平均值或代表值，并存储于电动机控制电路的存储器装置内。此类平均值或代表值可以指示典型叶轮/组合件。替代地，一个或多个共振频率可以在每个叶轮/组合件的制造期间确定，并存储于与相应叶轮/组合件相关联的电动机控制电路的存储器装置中。替代地，可在单元/电器已安装于其可操作位置中后通过以各种速度操作电动机、接收来自传感器的提供指示叶轮/组合件的所得物理平移移动的信号的反馈，以及识别产生移动振幅的峰值的一个或多个旋转速度来确定特定叶轮/组合件的共振频率值，作为单元/电器的软件控制操作的安装操作程序的部分。具体来说，这将识别组合件和组合件安装于其中的任何外壳或壳体的共振频率，而不是叶轮自身的共振频率，所述叶轮可以处于比电动机将通常操作的旋转速度高得多的旋转速度。

然而，任何识别的共振频率可表示将激发叶轮的特定共振模式的较高阶谐波频率，且因此可在自洁模式期间使用。以转每分钟为单位的每一识别的旋转速度可除以60以获得对应于上述反转频率的以赫兹为单位的等效旋转频率。对造成由定子极的“齿槽”所导致的循环机械激励的进一步调整可涉及将以hz为单位的所得频率乘以极数以获得在旋转期间机械激发结构的有效频率，以及在随后自洁操作中使用所述有效频率。

此类安装操作程序可以(例如)在预定时间段(例如，2分钟)内从初始速度(例如，0rpm)均匀地到达最大速度(例如，1200rpm)在单方向上操作电动机。为了提高准确度，一般可以第一步长(比如，10rpm)递增速度，直到检测到共振峰的起点为止，或直到刚好在预测共振峰之前为止，此时以第二更小步长(比如，2rpm)递增速度直到已经过峰值为止且步长再次恢复到第一步长。当可以在叶轮的正常操作旋转方向上进行旋转速度的此扫描时，确切地说在切向流动风扇的情况下，可以在与正常操作方向相反的旋转方向上进行旋转速度的扫描。因此，可以在几乎不产生可听噪声且不产生或产生最小气流时实现特定叶轮/组合件的共振频率的测绘以使得将用户不便降至最低。此外，在单元的正常操作期间，电动机控制器可避免以对应于确定的共振频率中的任一个的旋转速度旋转电动机/叶轮，或至少将以那些速度/频率中的任一个(例如通过所述速度或那些速度加速)产生旋转的时间周期降至最低。

替代地，自洁模式可由从低到高或从高到低扫描反转频率的时间周期组成或包含所述时间周期，而不是存储一个或多个确定的或预定的共振频率。举例来说，可使用例如每1到3秒递增/递减100hz的步长在约1khz与约5khz或10khz之间逐渐增大或减小反转频率。以此方式，可激发叶轮的机械结构的一个或多个共振频率。在处于或接近特定共振频率后，反转频率可在前述逐渐增大/减小重新开始之前保持恒定较长时间周期，例如在5秒与30秒之间。反转频率可在扫描期间向上或向下调整，确切地说围绕潜在或已知共振频率调整，以搜寻那些共振频率。

任选地，无关于共振模式如何到达，紧接着可出现前述扭转共振模式的激励，转子的无动力或“空载运行”周期。无动力周期可持续约1与约20秒之间，在此期间扭转模式的振动强度将减小，但在无动力周期期间所产生的叶轮挠曲将潜在地仍具有有利地从叶片除去污垢或灰尘的强度。

在自洁模式的振动旋转部分完成后，随后在与叶轮的正常操作方向相反的旋转方向上进行一段时间的旋转可以是有益的。如上文所提及，确切地说在切向流动风扇的情况下，反向旋转相对安静且不会产生任何明显的气流且因此对单元的用户来说不是特别显著。此反向旋转周期可以至多约1200rpm的旋转速度持续比如30秒到5分钟，且可确保由于自洁程序已除去处于或接近叶片的前导边缘的任何污垢或尘粒。

自洁振动或振荡旋转反转技术中的一个或多个可在预定时间段内继续，或可在达到来自电动机控制电路的反馈信号的期望值后结束振动自洁程序。所述反馈信号可指示(例如)现在风扇叶轮和转子由于从其除去足够量的污垢或灰尘而更加响应于换向信号的改变。举例来说，通过测量使转子加速到预定旋转速度所花费的时间。

根据本发明的一实施例的电风扇操作的自洁模式的启动可仅仅基于预定时间段到期，或者从风扇或安装于其中的电器的初始操作开始，或从先前自洁模式发生开始。替代地，自洁模式可在由用户通过例如远端控制单元或内置控制面板等用户接口进行请求后启动。

在另一替代实施例中，如本文中所述的自洁模式的启动可响应于检测到转子上由于叶片上污染物空气夹带粒子的积聚的过度(即，超过预定阈值)或不正常负载而进行。举例而言，检测到电动机相位中电流(大体上与机械电动机负载成比例)的增大可指示叶片需要清洁的控制装置。可检测到以便开始自洁模式的其它条件可包含在风扇的正常操作期间的不平衡检测和共振行为检测。在已进行自洁操作之后，可进行指示需要另一自洁程序的条件的进一步检查，且如果需要，那么启动额外自洁模式程序。此类条件可以通过电动机控制电路和/或通过将控制信号提供到其上的额外传感器(例如陀螺仪传感器、加速计或麦克风中的一个或组合)来检测(以便触发初始或后续自洁模式程序)。举例来说，在来自麦克风的声级输入的情况下，可以检测并且优选地记录使得电风扇或风扇组合件的或风扇安装于其中的电器的内部或外部组件(包含螺丝钉、固定夹等)或甚至附接到风扇或受所述风扇产生的振动所影响的附近物品过度拍击的旋转速度。接着可在风扇的正常操作期间避免(或使其持续时间降至最低)引起检测到的噪声的旋转速度。

在一些情况下，检测到的表示负载、平衡或共振行为的值可超出指示(例如)风扇组合件的叶轮或组件可能已故障、破损或发出警告且因此需要替换的预定阈值。在此类情况下，可激活单元或电器的用户接口以向用户指示此类状态，且任选地，出于安全目的，电动机控制电路可以不允许电动机旋转。

还可以或替代地取决于每一风扇设备的特定环境因素而控制自洁模式的启动。举例来说，可在电器或风扇组合件内提供传感器以使得电动机控制器能够仅在首先确保没有人在同一房间中或紧邻电器，或在预定时间段内没有人之后开始自洁模式。这可以(例如)通过无源红外传感器、光传感器或微波运动传感器来实现，且此类检查将使可注意到从电器发出的可听噪声的改变的用户的不便最小化。还可以或替代地控制自洁模式的启动，以便仅在已知使用户干扰降至最低的一天的某些时段(例如凌晨或深夜)期间进行。