CN105910226A - 一种空调室外机、空调及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空调室外机、空调及其控制方法，涉及空调技术领域，用于减小空调的能耗。该空调室外机包括：电源开关、功率模块、风扇电机、风扇、反电动势检测模块、脉冲宽度调制驱动模块以及控制模块；风扇用于在空调室外机为待机状态时在自然风的作用下旋转并带动风扇电机产生反电动势；反电动势检测模块用于检测风扇电机产生的反电动势，并将反电动势发送至控制模块；控制模块用于判断反电动势是否大于或等于阈值电动势；若是，控制电源开关打开以及控制脉冲宽度调制驱动模块输出驱动信号；功率模块用于在驱动信号的驱动下通过风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能。本发明用于空调的制造。

Description

一种空调室外机、空调及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调室外机、空调及其控制方法。

背景技术

室内环境是人们最重要的环境之一，而空调设备可有效地改变室内环境的热环境状况，因此，在现代室内环境中被广泛采用。

随着近年低碳环保意识的普及，空调功耗越来越引起空调行业内部和用户的关注。经调查发现，空调的能耗很大，一般空调的能耗占生产工厂用能的三分之一以上、综合大楼用能的将近一半，住宅用能的一半以上，空调的节能成为节能减排的重要内容。在空调使用中不但工作过程中会因为压缩机、风扇电机等消耗大量电能，其在待机过程也会因为压缩机辅助电加热带、开关电源等消耗大量的电能。因此如何减小空调的能耗是本领域技术人员不断研究的一个问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种空调室外机、空调及其控制方法，用于减小空调的能耗。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种空调室外机，包括：电源开关、功率模块、风扇电机、风扇、反电动势检测模块、脉冲宽度调制驱动模块以及控制模块；

所述风扇用于在所述空调室外机为待机状态时在自然风的作用下旋转并带动所述风扇电机产生反电动势；

所述反电动势检测模块用于检测所述风扇电机产生的反电动势，并将所述反电动势发送至控制模块；

所述控制模块用于判断所述反电动势是否大于或等于阈值电动势；

所述控制模块还用于在所述反电动势大于或等于阈值电动势时，控制所述电源开关打开以及控制所述脉冲宽度调制驱动模块输出驱动信号；

所述功率模块用于在所述驱动信号的驱动下通过所述风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能。

第二方面，提供一种空调的控制方法，用于对权利要求10所述的空调进行控制，所述方法包括：

当所述空调处于工作状态时，闭合所述电源开关，通过所述电网电源向所述空调提供工作电能；

当所述空调处于待机状态时，判断所述风扇电机产生的反电动势是否大于或等于阈值电动势；

若是，打开电源开关并输出驱动信号，在驱动信号的控制下通过所述风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能；

若否，闭合所述电源开关，通过电网电源向所述空调提供待机电能。

本发明实施例提供的空调室外机包括：电源开关、功率模块、风扇电机、风扇、反电动势检测模块、脉冲宽度调制驱动模块以及控制模块；其中，风扇能够在待机状态时在自然风的作用下旋转并带动风扇电机产生反电动势，反电动势检测模块检测风扇电机产生的反电动势，并将反电动势发送至控制模块，控制模块判断反电动势是否大于或等于阈值电动势，当反电动势大于或等于阈值电动势时，电源开关打开以及控制脉冲宽度调制驱动模块输出驱动信号，功率模块在驱动信号的驱动下通过风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能，所以上述实施例提供的空调室外机能够在待机时检测自然风带来的反电动势，且在自然风带来的反电动势满足待机功耗时，断开电网电源通过自身形成的风力发电机提供待机电能，所以本发明实施例提供的空调室外机可以减小空调的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之一；

图2为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之二；

图3为本发明实施例提供的功率模块的示意性结构图；

图4为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之三；

图5为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之四；

图6为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之五；

图7为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之六；

图8为本发明实施例提供的空调室外机的示意性结构图之七；

图9为本发明实施例提供的升压电路的电路图；

图10为本发明实施例提供的空调控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种空调室外机，参照图1所示，该空调室外机包括：电源开关11、功率模块(英文全称：Intelligent Power Module，简称：IPM)12、风扇电机13、风扇14、反电动势检测模块15、脉冲宽度调制(英文全称：Pulse Width Modulation,简称：PMW)驱动模块16以及控制模块17。

其中，风扇14用于在空调室外机为待机状态时在自然风的作用下旋转并带动风扇电机13产生反电动势。

具体的，风扇电机13为永磁电机，自然风吹风扇14转动，带动风扇电机13的转子永磁体转动，进而磁力线切割风扇电机13线圈绕组，产生反电动势。

反电动势检测模块16用于检测风扇电机14产生的反电动势，并将反电动势发送至控制模块17。

示例性的，控制模块17可以为集成于空调室外机中的单片机(英文名称：Microcontrollers)。即，可以采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器、只读存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能的集成在一起形成集成电路芯片，并通过该集成电路芯片对空调室外机进行控制。

控制模块17用于判断反电动势是否大于或等于阈值电动势。

其中，阈值电动势为能够满足控制室外机待机功耗的最小电动势，即若反电动势大于或等于阈值电动势，则反电动势能够满足空调室外机的待机功耗，而若反电动势小于阈值电动势，则反电动势无法满足空调室外机的待机功耗。具体的，阈值电动势的获取可以通过对正常供电时空调的待机功耗进行测试，从而获取空调的待机功耗，得到待机功耗的要求。本发明的实施例中对阈值电动势的具体数值不做限定，本领域技术人员可以根据具体空调的待机功耗以及空调的使用环境等因素对阈值电动势进行设定。

控制模块15还用于在反电动势大于或等于阈值电动势时，控制电源开关11打开以及控制脉冲宽度调制驱动模块16输出驱动信号。

功率模块12用于在驱动信号的驱动下通过风扇电机13产生的反电动势向空调提供待机电能。

以下进一步对上述实施例中的空调室外机的工作原理进行说明：

当空调室外机处于工作状态时，空调功耗较大，需要电源开关闭合，通过电网电源向空调提供电能，风扇电机在电网电源提供电能的驱动下带动风扇转动，此外压缩机、加热带等部件也在电网电源提供电能的驱动正常工作。当空调室外机处于待机状态时，空调功耗减小，风扇电机在待机状态也不会通过电网电源提供的电能旋转，风扇在自然风的作用下进行旋转，若自然风的风力较大，则风扇旋转速度较快，风扇电机产生的发电动势也较大，相对的若自然风的风力较小，则风扇旋转速度较慢，风扇电机产生的发电动势也较小。此时，反电动势检测模块风扇电机产生的反电动势，并通过控制模块判断当前自然风风力产生的反电动势是否满足空调待机功耗的要求，若不满足，则仍然通过电网电源提供电极电能；若满足，则打开电源开关并在驱动信号的驱动下通过风扇电机13产生的反电动势向空调提供待机电能，即断开电网电源，并通过风扇、风扇电机、功率模块、脉冲宽度调制驱动模块形成风力发电机，并通过该风力发电机所发电能向空调提供电机电能。

本发明实施例提供的空调室外机包括：电源开关、功率模块、风扇电机、风扇、反电动势检测模块、脉冲宽度调制驱动模块以及控制模块；其中，风扇能够在待机状态时在自然风的作用下旋转并带动风扇电机产生反电动势，反电动势检测模块检测风扇电机产生的反电动势，并将反电动势发送至控制模块，控制模块判断反电动势是否大于或等于阈值电动势，当反电动势大于或等于阈值电动势时，电源开关打开以及控制脉冲宽度调制驱动模块输出驱动信号，功率模块在驱动信号的驱动下通过风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能，所以上述实施例提供的空调室外机能够在待机时检测自然风带来的反电动势，且在自然风带来的反电动势满足待机功耗时，断开电网电源通过自身形成的风力发电机提供待机电能，所以本发明实施例提供的空调室外机可以减小空调的能耗。

进一步的，参照图2所示，空调室外机还包括:整流器18；

整流器18连接电网电源AC和电源开关11，用于将电网电源AC输出的交流电压转换为直流电并在电源开关闭合11时通过直流母线L向空调提供电能。

电网电源AC输出的电能为交流电，所以需要通过整流器18将电网电源输出的交流电整流为直流电并将整流后的直流电输入直流母线L，从而向连接在直流母线L上的其他部件提供电能。

进一步的，由于在空调工作过程中风扇电机需要通过交流电进行驱动，而整流器18在空调工作过程中将电网电源AC提供的交流电转换为直流电向空调提供电能，所以功率模块12需要将直流母线L中的直流电逆变为交流电，从而驱动风扇电机。此外，在空调室外机处于待机状态且通过自然风发电提供电能时，由于风扇电机的转子永磁体切割磁感线输出的电能为交流电，所以此时功率模块12需要风扇电机输出的交流电转换为直流电，然后在输入直流母线中提供待机电能。所以上述实施例中的功率模块18还用于在脉冲宽度调制驱动模块16输出的驱动信号的控制将直流母线L中的直流电逆变为交流电输入风扇电机13以及将风扇电机13产生的反电动势逆变为直流电输入直流母线L。

示例性的，参照图3所示，图3中以风扇电机为三相电机，包括三个定子绕组(ea、eb、ec)；功率模块包括三个整流电路(31、32、33)为例进行说明。三个整流电路(31、32、33)均连接直流母线L以及母线回路L1，且三个整流电路(31、32、33)分别连接风扇电机的三个定子绕组(ea、eb、ec)。整流电路31包括：第一三极管T1、第二三极管T2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中，第一三极管T1的集电极连接直流母线L，第一三极管T1的发射极连接定子绕组ea，第一三极管T1的栅极连接脉冲宽度调制驱动模块16；第二三极管T2的集电极连接定子绕组ea，第为三极管T2的发射极连接母线回路L1第二三极管T1的栅极连接脉冲宽度调制驱动模块16，第一二极管D1阳极连接第一三极管T1的集电极，第一二极管D1阴极连接第一三极管T1的发射极，第二二极管D2阳极连接第二三极管T2的集电极，第二二极管D2阴极连接第二三极管T1的发射极。整流电路32与定子绕组eb以及整流电路33与定子绕组ec的结构以及连接关系与整流电路31与定子绕组ea的结构以及连接关系类似，参照上述结构以及连接关系，此处不再赘述。

可选的，参照图4所示，空调室外机还包括：电压检测模块19；

电压检测模块19连接直流母线L和控制模块17，用于检测直流母线L中的电压并将直流母线L中的电压反馈至控制模块17；

控制模块17还用于根据电压检测模19块反馈的电压调节脉冲宽度调制驱动模块15输出的驱动信号，从而调节功率模块12输入直流母线L的电压。

空调在工作或待机过程中，若直流母线中的电压过大或者过小均会影响空调的正常工作，甚至损坏空调中的元器件，所以需要在直流母线中的电压过大或者过小时进行保护，从而保证空调的正常运行。上述实施例中的电压检测模块19，能够检测直流母线L中的电压并将电压反馈至控制模块17，所以在空调室外机处于待机状态且通过自然风发电提供电能时，可以通过控制脉冲宽度调制驱动模块15输出的驱动信号，从而调节保证输入直流母线L中的电压符合待机要求。

此外，在空调通过电网电源提供电能时，若电压检测模块19检测到直流母线L中的电压过大或者过小，还可以通过控制模块17控制电源开关11打开，式整流器18不再向直流母线中输入电压，从而避免损坏空调中的元器件。

进一步优选的，参照图5所示，上述实施例中的空调室外机还包括：电流检测模块20；

电流检测模块20连接功率模块12与风扇电机13之间的输电线路以及控制模块17，用于检测功率模块12与风扇电机13之间的输电线路中的电流并将功率模块12与风扇电机13之间的输电线路中的电流反馈至控制模块17；

控制模块17还用于根据电流检测模块20反馈的电流调节脉冲宽度调制驱动模块16输出的驱动信号，从而调节功率模块12与风扇电机13之间的输电线路中的电流。

上述实施例中通过电流检测模块20检测功率模块12与风扇电机13之间的输电线路中的电流，即可以获取功率模块12输入风扇电机13的电流，从而通过控制模块17对功率模块12输入风扇电机13的电流进行控制，所以上述实施例提供空调室外机可以在功率模块12输入风扇电机13的电流过大时及时通过调节脉冲宽度调制驱动模块16输出的驱动信号，进而调节功率模块12输入风扇电机13的电流，对风扇电机13进行保护。此外控制模块17还可通过调节脉冲宽度调制驱动模块16输出的驱动信号，进而调节功率模块12输入风扇电机13的电流，进而实现对风扇转速的控制。

直流母线L向空调提供工作以及待机电压，因此直流母线L中的电压较大，而控制模块17的工作电压一般较小，因此需要将直流母线L中的电压转换为控制模块17需要的电压直流电压。所以参照图6所示，本发明实施例中的空调室外机还包括：开关电源21；

开关电源21连接直流母线L和控制模块17，用于将直流母线L中的电压转换为控制模块的工作电压以及向控制模块17提供电能。

开关电源17的将直流母线中的电压转换为控制模块17的工作电压的过程为：首先通过高频振荡发生器、开关晶体管、高频开关变压器的作用,把直流母线输出的直流电压转换成所需要的振幅高频脉冲电压，然后再通过对高频脉冲电压整流以及滤波输出所需要的直流电压。其转换过程以及控制原理与现有技术类似，本发明实施例中对开关电源的工作原理不再详细说明。

可选的，参照图7所示，空调室外机还包括：压缩机控制模块22、压缩机23、加热带控制模块24以及加热带25；

压缩机控制模块22连接直流母线L和压缩机23，用于通过直流母线L提供的电能控制压缩机23工作；

加热带控制模块24连接直流母线L和加热带25，用于通过直流母线L提供的电能控制加热带25工作。

压缩机是在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。压缩机把制冷剂从低压区抽取出来压缩后送到高压区冷却凝结，通过散热片散发出热量到空气中。具体的，空调在制冷运行时，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体在室外换热器中放热变成中温高压的液体，中温高压的液体再经过节流部件降压后变成低温低压的液体，进入压缩机压缩，完成一次循环。此外，压缩机在空调待机时并不共作，所以压缩机控制模块用于在空调工作过程中通过直流母线中的电压驱动压缩机工作。

压缩机运转时依靠主传动轴将传动机油吸入进行润滑，然而在气温较低时，空调机内的传动机油会发生冷凝，影响机器的正常运转，长期下去会造成压缩机磨损或烧毁，而使用电加热带可起到稀释冷冻油作用。此外，在气温较高时，空调机内的制冷剂易发生蒸发不完全、泄露、堵塞，使用电加热带还可以减小或避免该问题发生。压缩机运转时，传动机油。

优选的，参照图8所示，上述实施例中的空调室外机还包括：用于对整流器18输出的直流电进行滤波的滤波电容C；

滤波电容C、功率模块12以及风扇电机13形成还升压电路，升压电路用于在脉冲宽度调制驱动模块15输出的驱动信号的控制下抬升直流母线L的电压。

具体的，参照图9所示，图9为升压电路的等效电路图，升压电路包括：风扇电机的定子绕组形成的电感L、功率模块12中的二极管D和三极管T以及滤波电容C；

电感L连接二极管D的阳极以及三极管T的集电极，二极管D的阴极通过直流母线L连接滤波电容C的第一极，三极管T的基极连接脉冲宽度调制驱动模块15，三级管T的发射极连接电容C的第二极。

以下，以三极管T为基极高电平时导通的P型三极管为例对上述实施例中的升压电路的工作原理进行说明。其中，升压电路的工作工程包括：充电阶段和放电阶段两个过程。

在充电阶段时，脉冲宽度调制驱动模块15向三极管T的基极输入高电平，三极管T导通，风扇电机产生的反电动势通过电感L以及三极管T向滤波电容C充电，电感中的电流增大，电感L将电路中的电能转换为磁能并存储。

放电阶段，脉冲宽度调制驱动模块15向三极管T的基极输入低电平，三极管T截止，所以升压电路中的电流无法继续通过T，而电感L将充电阶段中存储的磁能转换为电能从而阻碍电路中电流的变化，此时，输入直流母线中的电压为第一电平端风扇电机13产生的反电动势与电感L产生的电压的叠加，所以此阶段输入直流母线中的电压升高。

上述实施例中通过滤波电容C、功率模块12以及风扇电机13形成还升压电路能够抬升直流母线中的电压，所以可以在空调处于待机状态且通过自然风发电提供电能时保证待机电压的稳定。

本发明再一实施例提供一种空调，该空调包括上述任一实施例提供的空调室外机。

此外，本发明实施例提供的空调可以是小型家用空调，即一拖一；还可以是多联机空调系统，即一拖多。一拖一指的是一台室外机通过配管连接一台室内机的空调系统；一拖多指的是一台室外机通过配管连接两台以上(即至少两台)室内机的空调系统。本发明实施例中不限定空调的具体形式，只要包括本发明实施例中的空调室外机即可。

本发明再一实施例还提供了一种空调的控制方法，该空调控制方法用于对上述实施例提供的空调进行控制。具体的，参照图10所示，该空调方法包括如下步骤：

S11、当空调处于工作状态时，闭合电源开关，通过电网电源向空调提供工作电能。

S12、当空调处于待机状态时，判断风扇电机产生的反电动势是否大于或等于阈值电动势。

在步骤S12中，若风扇电机产生的反电动势大于或等于阈值电动势，则执行步骤S13，若风扇电机产生的反电动势小于阈值电动势，则执行步骤S14。

S13、打开电源开关并输出驱动信号，在驱动信号的控制下通过风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能；

S14、闭合电源开关，通过电网电源向空调提供待机电能。

本发明实施例提供的空调控制方法，在空调处于工作状态时，闭合电源开关，通过电网电源向空调提供工作电能，所以首先可以保证空调能够正常进行工作，其次，在空调处于待机状态时，判断风扇电机产生的反电动势是否大于或等于阈值电动，若风扇电机产生的反电动势小于阈值电动势，则保持电源开关闭合，保证空调待机正常，而在风扇电机产生的反电动势大于或等于阈值电动势时，打开电源开关并输出驱动信号，在驱动信号的控制下通过风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能，所以本发明实施例提供的空调可以减小空调的能耗。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种空调室外机，其特征在于，包括：电源开关、功率模块、风扇电机、风扇、反电动势检测模块、脉冲宽度调制驱动模块以及控制模块；

所述风扇用于在所述空调室外机为待机状态时在自然风的作用下旋转并带动所述风扇电机产生反电动势；

所述反电动势检测模块用于检测所述风扇电机产生的反电动势，并将所述反电动势发送至控制模块；

所述控制模块用于判断所述反电动势是否大于或等于阈值电动势；

所述控制模块还用于在所述反电动势大于或等于阈值电动势时，控制所述电源开关打开以及控制所述脉冲宽度调制驱动模块输出驱动信号；

所述功率模块用于在所述驱动信号的驱动下通过所述风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能。

2.根据权利要求1所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括:整流器；

所述整流器连接电网电源和所述电源开关，用于将所述电网电源输出的交流电压转换为直流电并在所述电源开关闭合时通过直流母线向所述空调提供电能。

3.根据权利要求2所述的空调室外机，其特征在于，所述功率模块用于在所述脉冲宽度调制驱动模块输出的驱动信号的驱动下将所述直流母线中的直流电逆变为交流电输入所述风扇电机以及将所述风扇电机产生的反电动势逆变为直流电输入直流母线。

4.根据权利要求3所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括：电压检测模块；

所述电压检测模块连接所述直流母线和控制模块，用于检测所述直流母线中的电压并将所述直流母线中的电压反馈至控制模块；

所述控制模块还用于根据所述电压检测模块反馈的电压调节所述脉冲宽度调制驱动模块输出的驱动信号，从而调节所述功率模块输入所述直流母线的电压。

5.根据权利要求3所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括：电流检测模块；

所述电流检测模块连接所述功率模块与所述风扇电机之间的输电线路以及所述控制模块，用于检测所述功率模块与所述风扇电机之间的输电线路中的电流并将所述功率模块与所述风扇电机之间的输电线路中的电流反馈至控制模块；

所述控制模块还用于根据所述电流检测模块反馈的电流调节所述脉冲宽度调制驱动模块输出的驱动信号，从而调节所述功率模块与所述风扇电机之间的输电线路中的电流。

6.根据权利要求3所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括：开关电源；

所述开关电源连接所述直流母线和所述控制模块，用于将所述直流母线中的电压转换为所述控制模块的工作电压以及向所述控制模块提供电能。

7.根据权利要求3所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括：压缩机控制模块、压缩机、加热带控制模块以及加热带；

所述压缩机控制模块连接所述直流母线和所述压缩机，用于通过所述直流母线提供的电能控制所述压缩机工作；

所述加热带控制模块连接所述直流母线和所述加热带，用于通过所述直流母线提供的电能控制所述加热带工作。

8.根据权利要求3所述的空调室外机，其特征在于，所述空调室外机还包括：用于对所述整流器输出的直流电进行滤波的所述滤波电容；

所述滤波电容、所述功率模块以及所述风扇电机形成还升压电路，所述升压电路用于在所述脉冲宽度调制驱动模块输出的驱动信号的控制下抬升所述直流母线的电压。

9.根据权利要求8所述的空调室外机，其特征在于，升压电路包括：所述风扇电机的定子绕组形成的电感、所述功率模块中的二极管和三极管以及所述滤波电容；

所述电感连接所述二极管的阳极以及所述三极管的集电极，所述二极管的阴极通过所述直流母线连接所述滤波电容的第一极，所述三极管的基极连接所述脉冲宽度调制驱动模块，所述三级管的发射极连接所述滤波电容的第二极。

10.一种空调，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的空调室外机。

11.一种空调的控制方法，其特征在于，用于对权利要求10所述的空调进行控制，所述方法包括：

当所述空调处于工作状态时，闭合所述电源开关，通过所述电网电源向所述空调提供工作电能；

当所述空调处于待机状态时，判断所述风扇电机产生的反电动势是否大于或等于阈值电动势；

若是，打开电源开关并输出驱动信号，在驱动信号的控制下通过所述风扇电机产生的反电动势向空调提供待机电能；

若否，闭合所述电源开关，通过电网电源向所述空调提供待机电能。