CN109253100B - 风扇及其转速控制方法 - Google Patents

Abstract

一种风扇及其转速控制方法，用以解决现有的风扇转速控制需参考马达工作电流值进行演算的问题。该方法包括：一个初始化步骤，由一个控制单元依一个工作周期值启动马达；一个第一定速步骤，比较马达转速与一个第一目标转速，改变该工作周期值使该转速与该第一目标转速相同，比较该工作周期值及一个第一目标工作周期值；及一个第二定速步骤，若该工作周期值与该第一目标工作周期值满足一个第一关系式，比较该转速与一个第二目标转速，改变该工作周期值使该转速与该第二目标转速相同，若该工作周期值与一个第二目标工作周期值满足一个第二关系式，进行该第一定速步骤，该转速控制方法可用于一个风扇。

Description

风扇及其转速控制方法

技术领域

本发明关于一种风扇及其转速控制方法，尤其是一种不需参考马达工作电流值即能自动调整转速的风扇及其转速控制方法。

背景技术

现有的换气扇，或称通风机，可由多个风管连接至多个空间或机台，通过一个马达带动风扇旋转推动空气流动，以用于换气或排气。而需要排气的空间大小、数量及风管长度、径宽等因素，皆会影响风扇所承受的静压，当马达驱动风扇旋转的功率固定时，静压升高使风扇的风量减少，反之，静压降低使风扇的风量增加，当风扇的风量小于需求的总排气量，会造成废气排放效率低而使机台损坏或使密闭空间内缺氧，当风扇的风量大于需求的总排气量，会使空间内外压力失衡且造成能源浪费。因风量正比于通过该风扇口的风速，故可通过风扇转速控制方法调节风速，进而达到风量控管的功效。现有的风扇转速控制方法，需测量该风扇的马达的工作电流值及风扇的转速，再通过演算使不同的排风需求下能够维持稳定的风扇转速，或判断切换至更恰当的转速。

但是，读取电流值必须将电流计串接待测电路，因此安装或更换电流计需要先截止该马达线路，这就造成使用及维护的困难，且电流信号需经过放大器增强，易产生噪声，故需额外连接滤波器等组件以去除噪声，因此回路复杂，增加电路设置成本，且演算结果的准确度影响转速的稳定性。

有鉴于此，现有的风扇及其转速控制方法确实仍有加以改善的必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种风扇转速控制方法，参考一个可改变的工作周期值与马达转速的对应关系，而不需测量马达的工作电流值。

本发明提供一种风扇转速控制方法，可配合环境压力变化，自动调整适当的高低转速，避免换气量不足或浪费能源。

本发明的风扇转速控制方法，包括：一个初始化步骤，由一个控制单元依一个初始工作周期值启动一个风扇的的一个马达；一个第一定速步骤，该控制单元用于比较该马达的转速与预存的的一个第一目标转速，若该转速与该第一目标转速不同，则改变该控制单元输出的工作周期值，使该转速与该第一目标转速相同，若该转速与该第一目标转速相同，比较此时该工作周期值与预存的一个第一目标工作周期值是否满足一个第一关系式，若否，重复进行该第一定速步骤；及一个第二定速步骤，若该第一定速步骤中该工作周期值与该第一目标工作周期值满足该第一关系式，则该控制单元用于比较该转速与预存的一个第二目标转速，若该转速与该第二目标转速不同，则改变该控制单元输出的该工作周期值，使该转速与该第二目标转速相同，若该转速与该第二目标转速相同，比较此时该工作周期值与预存的一个第二目标工作周期值是否满足一个第二关系式，若否，重复进行该第二定速步骤，若是，则进行该第一定速步骤。

因此，本发明的风扇转速控制方法，不需要参考马达工作电流值进行演算，而是通过比较转速及调整工作周期值的步骤，使风扇所在环境静压高低变化时，仍维持相同的转速以提供稳定的风量输出。

其中，该工作周期值与该转速为正相关，该第一关系式为该工作周期值小于该第一目标工作周期值，该第二关系式为该工作周期值大于该第二目标工作周期值，其中，该第一目标工作周期值大于该第二目标工作周期值。如此，可依工作周期值控制风扇以高速或低速运转，满足换气需求并节省能量浪费。

其中，该工作周期值与该转速为负相关，该第一关系式为该工作周期值大于该第一目标工作周期值，该第二关系式为该工作周期值小于该第二目标工作周期值，其中，该第一目标工作周期值小于该第二目标工作周期值。如此，可依工作周期值控制风扇以高速或低速运转，满足换气需求并节省能量浪费。

其中，该风扇是一个换气扇，并连接至多个开闭空间。如此，具有由单一风扇提供多个开闭空间换气的功效。

其中，该第一目标转速、该第二目标转速、该第一目标工作周期值、该第二目标工作周期值、该第一关系式及该第二关系式均储存于该控制单元。如此，控制单元依据实验数据，通过工作周期值控制转速，而不需量测电流值或使用复杂算法，具有提升精确度及降低维修成本的功效。

其中，该控制单元储存多个风扇特性曲线，各代表不同工作周期值。如此，定速步骤中，可通过工作周期值控制转速，而不需量测电流值或使用复杂算法，具有提升精确度及降低维修成本的功效。

其中，由该第一定速步骤进入该第二定速步骤时，是依照一个第一迟滞曲线进行，由该第二定速步骤进入该第一定速步骤时，是依照一个第二迟滞曲线进行。如此，该第一及第二迟滞曲线的设定可避免当该控制单元的工作周期值趋近于该第一目标工作周期值或该第二目标工作周期值时，该马达转速于短时间内多次重复高低变换导致马达损坏或换气量不稳定，具有提升精确度及稳定风量的功效。

其中，该控制单元是一个微控制器。如此，该控制单元可储存该风扇的相关实验数据，并进行运算处理，具有控制并稳定该马达转速的功效。

其中，该控制单元包括一个驱动电路，该驱动电路电性连接并驱动该马达。如此，该控制单元可输出具有该工作周期值的脉冲宽度调变驱动信号使该马达运转，具有控制该马达转速的功效。

其中，该马达具有一个测速单元，该测速单元电性连接该控制单元。如此，该测速单元可检测并传输一个转速信号至该控制单元以进行比较，具有监控及协助稳定该马达转速的功效。

其中，该控制单元及该测速单元整合于一个电路板，该电路板设置于该风扇或该马达内部。如此，可简化硬件架构，具有降低制造成本的功效。

其中，该测速单元是一个霍尔传感器。如此，该测速单元可在不影响该马达旋转的情况下测量该马达的转速，具有监控及协助稳定该马达转速的功效。

本发明另外提供一种风扇，可包括：一个扇轮；一个马达，用以带动该扇轮以一个转速旋转；及一个控制单元，电性连接该马达，该控制单元输出具有一个工作周期值的一驱动信号，该驱动信号驱动该马达旋转，该控制单元判断该工作周期值与预存的目标工作周期值的关系，以控制该马达以一个第一目标转速或一个第二目标转速作定转速旋转。

因此，本发明的风扇不需要参考马达工作电流值进行演算，而是通过调整工作周期值，使风扇所在环境静压高低变化时，仍维持相同的转速以提供稳定的风量输出。

其中，该风扇是一个换气扇，具有多个入风口及一个出风口。如此，具有由单一风扇以两段定转速分别提供多个开闭空间换气的功效。

其中，该入风口为三个。如此，具有由单一风扇以两段定转速分别提供多个开闭空间换气的功效。

本发明的有益效果是：

本发明的风扇转速控制方法，不需要参考马达工作电流值进行演算，而是通过预先进行实验测得欲切换转速的目标工作周期值，再通过比较转速及调整工作周期值，使风扇不论环境静压的高低变化，仍维持相同的转速，提供闸门开启的开闭空间稳定的换气量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：本发明一实施例的系统方块图；

图2：本发明一实施例的实际应用图；

图3：本发明中工作周期值与马达转速成正相关的一实施例的运作流程图；

图4：本发明一实施例的转速切换的迟滞曲线示意图。

附图标记说明

F 风扇 1 控制单元

2 马达 21 测速单元

3 扇轮

T 风管 G 闸门

I 入风口 O 出风口

S0 初始化步骤 S1 第一定速步骤

S2 第二定速步骤

D 工作周期值 D1 第一目标工作周期值

D2 第二目标工作周期值

R 马达转速 R1 第一目标转速

R2 第二目标转速

H1 第一迟滞曲线 H2 第二迟滞曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据本发明的较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

本发明全文所述的“风量”（flow rate），是指风扇通风面积与通过该面积的风速的乘积，单位是立方米/秒(m³/s)，本发明所属技术领域中普通技术人员可以理解。

本发明全文所述的“静压”（static pressure），是指气体对物的表面作用的压力，由管壁上一测压孔所测量垂直于气流方向的压力，单位是帕（Pa），本发明所属技术领域中普通技术人员可以理解。

本发明全文所述的“转速相同”，指两个转速的差在一个可容许的误差范围内，本发明所属技术领域中普通技术人员可以理解。

请参照图1，其是本发明风扇转速控制方法的一个实施例的系统架构图，该风扇F包括一个控制单元1、一个马达2及一个扇轮3，该控制单元1可为一个微控制器，该控制单元1可包括一个驱动电路，该驱动电路电性连接该马达2，该控制单元1传送一个脉冲宽度调变（Pulse width modulation, PWM）驱动信号以驱使该马达2旋转，该PWM驱动信号具有可调整的工作周期值（Duty cycle）D，该马达2可带动一个扇轮3以一个马达转速R旋转(本发明中该马达转速R等同于该扇轮3的转速，以下不再赘述)；该马达2具有一个测速单元21，该测速单元21电性连接该控制单元1，该测速单元21可检测该马达转速R并传输一个转速信号至该控制单元1，该测速单元21可为一个霍尔传感器（Hall sensor）。

在本实施例中，该控制单元1及该测速单元21可整合于一个电路板（PCB），该电路板可设置于该风扇F或该马达2内部以简化硬件架构，有利于降低制造成本。

该控制单元1可预先储存用于控制马达转速R的参数，如：代表不同工作周期值D的多个风扇特性曲线(静压-风量曲线，P-Q curve)、特定静压状态下不同工作周期值D与马达转速R的对应关系、默认的目标工作周期值及默认的目标转速等数据，以上参数数据是针对该马达2的功率及风扇构件进行实验分析所得，用以控制该马达转速R，使系统趋近于目标设定值。

请参照图2，其是使用本发明的风扇实际应用示意图，该风扇F可以是一个换气扇，并具有多个入风口I及一个出风口O，且该多个入风口I分别连接多个风管T，该多个风管T可分别连接至多个开闭空间，各风管T与该多个开闭空间之间可设有闸门G，通过各闸门G的开阖可选择需进行换气的开闭空间，并形成各高低不同的静压值影响该风扇F(换气扇)运转时的风量及转速。于本实施例中，该入风口I数量较佳为三个或三个以上，以实现两段定转速控制功能，但是不以此为限。

请参照图1及3，其是本发明风扇转速控制方法实施例的运作流程图，该方法包括一个初始化步骤S0、一个第一定速步骤S1、一个第二定速步骤S2。该初始化步骤S0由该控制单元1发出一个PWM驱动信号启动该马达2，该PWM驱动信号具有一个初始的工作周期值D，该马达2驱使该扇轮3以一个初始转速旋转，该测速单元21检测该马达转速R并传输至该控制单元1。于本实施例中，该工作周期值D可以是100%，该初始转速可以是1600转／分钟（Revolutions per minute, rpm），但是不以此为限。

该第一定速步骤S1是通过该控制单元1比较当前测得的该马达转速R与预存于该控制单元1的一个第一目标转速R1，若该马达转速R与该第一目标转速R1不同，则改变该控制单元1输出的工作周期值D，使该马达转速R趋近该第一目标转速R1，并重复比较该马达转速R及调整该工作周期值D的过程，直到使该马达转速R与该第一目标转速R1相同；之后比较此时的工作周期值D与预存于该控制单元1的一个第一目标工作周期值D1，若该工作周期值D与该第一目标工作周期值D1不满足第一关系式，则重复进行该第一定速步骤S1，使该马达转速R可保持以默认的该第一目标转速R1运转；若此时的工作周期值D与该第一目标工作周期值D1满足该第一关系式，则进行该第二定速步骤S2。于本实施例中，该第一目标转速R1可以是1300rpm，该第一目标工作周期值D1可以是70%，且于本实施例中该工作周期值D与该马达转速R成正相关，故该第一关系式为D<D1，但是不以此为限。

请参照图1、2及图3，具体而言，由于本发明的风扇F是通过多个风管T连接至多个开闭空间进行换气，该风扇F的转速可能因为多个风管T的闸门G的开阖而有所增减。因此，于本实施例中，当有部分闸门G打开或阖起时，该风扇F的转速会因为系统静压变化而改变，此时，该控制单元1需通过调整该工作周期值D稳定该马达转速R，以提供稳定的风量输出。另外地，于本实施例中，当有多数闸门G阖起时，该风扇F可能仅需接收具有小于该第一目标工作周期值D1的工作周期值D的PWM驱动信号（例如仅具有65%工作周期值的PWM驱动信号）即可维持以该第一目标转速R1运转，此时，控制单元判断应切换至该第二定速步骤S2以低速运转避免能量浪费。

该第二定速步骤S2是通过该控制单元1比较当前测得的该马达转速R与预存于该控制单元1的一个第二目标转速R2，若该马达转速R与该第二目标转速R2不同，则改变该控制单元1输出的工作周期值D，使该马达转速R趋近该第二目标转速R2，并重复比较该马达转速R及调整该工作周期值D的过程，直到使该马达转速R与该第二目标转速R2相同；之后比较此时的工作周期值D与预存于该控制单元1的一个第二目标工作周期值D2，若该工作周期值D与该第二目标工作周期值D2不满足第二关系式，则重复进行该第二定速步骤S2，使该马达转速R可保持以默认的该第二目标转速R2运转；若此时的工作周期值D与该第二目标工作周期值D2满足该第二关系式，则进行该第一定速步骤S1。于本实施例中，该第二目标转速R2可以是1100rpm，该第二目标工作周期值D2可以是50%，且于本实施例中该工作周期值D与该马达转速R成正相关，故该第二关系式为D>D2，但是不以此为限。

具体而言，当有多数闸门G开启时，该风扇F可能需接收具有大于该第二目标工作周期值D2的工作周期值D的PWM驱动信号（例如具有55%工作周期值的PWM驱动信号）才能维持以该第二目标转速R2运转，此时，该控制单元1判断应切换至该第一定速步骤S1以高速运转方能满足换气需求。

于上述实施例中，该工作周期值D与该马达转速R为正相关，因此该工作周期值D与该第一目标工作周期值D1应满足的第一关系式为D<D1，该工作周期值D与该第二目标工作周期值D2应满足的第二关系式为D>D2，且此实施例中D1>D2。于另一实施例中，该工作周期值D可与该马达转速R为负相关，因此该工作周期值D与该第一目标工作周期值D1应满足的第一关系式为D>D1，该工作周期值D与该第二目标工作周期值D2应满足的第二关系式为D<D2，此实施例中D1<D2。

于另一实施例中，本发明的风扇转速控制方法依实施状况可另外包括一个第三定速步骤，使风扇维持以介于该第一目标转速R1及该第二目标转速R2间的一个第三目标转速R3运转，并依照一个第三目标工作周期值D3判断是否切换该马达转速R。因此，根据实施状况也可增设第四、第五定速步骤，分别使风扇维持以第四、第五目标转速运转，并以对应的目标工作周期值设定适用范围，但是不以此为限。

请参照图1、3及图4，其是本发明风扇转速控制方法一实施例的转速切换的迟滞曲线示意图，该第一定速步骤S1对应至风扇特性曲线的1300rpm定转速区间，该第二定速步骤S2对应至风扇特性曲线的1100rpm定转速区间，而由该第一定速步骤S1进入该第二定速步骤S2时，依照第一迟滞曲线H1进行，由该第二定速步骤S2进入该第一定速步骤S1时，依照第二迟滞曲线H2进行，该第一及第二迟滞曲线H1、H2的设定可避免当该控制单元1的工作周期值D趋近于该第一目标工作周期值D1或该第二目标工作周期值D2时，该马达转速R于短时间内多次重复高低变换导致该马达2损坏或换气量不稳定。

综上所述，本发明的风扇转速控制方法，不需要参考马达工作电流值进行演算，而是通过预先进行实验测得欲切换转速的目标工作周期值，再通过比较转速及调整工作周期值，使风扇不论环境静压的高低变化，仍维持相同的转速，提供闸门开启的开闭空间稳定的换气量。

Claims (22)

1.一种风扇转速控制方法，其特征在于，包括：

一个初始化步骤，由一个控制单元依一个初始工作周期值启动一个风扇的一个马达；

一个第一定速步骤，该控制单元用于比较该马达的转速与预存的一个第一目标转速，若该转速与该第一目标转速不同，则改变该控制单元输出的工作周期值，使该转速与该第一目标转速相同，若该转速与该第一目标转速相同，比较此时该工作周期值与预存的一个第一目标工作周期值是否满足一个第一关系式，若否，重复进行该第一定速步骤；及

一个第二定速步骤，若该第一定速步骤中该工作周期值与该第一目标工作周期值满足该第一关系式，则该控制单元用于比较该转速与预存的一个第二目标转速，若该转速与该第二目标转速不同，则改变该控制单元输出的该工作周期值，使该转速与该第二目标转速相同，若该转速与该第二目标转速相同，比较此时该工作周期值与预存的一个第二目标工作周期值是否满足一个第二关系式，若否，重复进行该第二定速步骤，若是，则进行该第一定速步骤。

2.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该工作周期值与该转速为正相关，该第一关系式为该工作周期值小于该第一目标工作周期值，该第二关系式为该工作周期值大于该第二目标工作周期值，其中，该第一目标工作周期值大于该第二目标工作周期值。

3.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该工作周期值与该转速为负相关，该第一关系式为该工作周期值大于该第一目标工作周期值，该第二关系式为该工作周期值小于该第二目标工作周期值，其中，该第一目标工作周期值小于该第二目标工作周期值。

4.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该风扇是一个换气扇，并连接至多个开闭空间。

5.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该第一目标转速、该第二目标转速、该第一目标工作周期值、该第二目标工作周期值、该第一关系式及该第二关系式均储存于该控制单元。

6.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该控制单元储存多个风扇特性曲线，各代表不同的工作周期值。

7.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，由该第一定速步骤进入该第二定速步骤时，是依照一个第一迟滞曲线进行，由该第二定速步骤进入该第一定速步骤时，是依照一个第二迟滞曲线进行。

8.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该控制单元是一个微控制器。

9.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该控制单元包括一个驱动电路，该驱动电路电性连接并驱动该马达。

10.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该马达具有一个测速单元，该测速单元电性连接该控制单元。

11.如权利要求10所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该控制单元及该测速单元整合于一个电路板，该电路板设置于该风扇或该马达内部。

12.如权利要求10所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该测速单元是一个霍尔传感器。

13.一种风扇，其特征在于，包括：

一个扇轮；

一个马达，用以带动该扇轮以一个转速旋转；及

一个控制单元，电性连接该马达，该控制单元输出具有一个工作周期值的一个驱动信号，该驱动信号驱动该马达旋转，该控制单元比较该转速与一个第一目标转速，及改变该工作周期值使该转速趋近该第一目标转速，当该转速与该第一目标转速相同时，该控制单元比较该工作周期值与一个第一目标工作周期值，当该工作周期值与该第一目标工作周期值满足一个第一关系式时，该控制单元比较该转速与一个第二目标转速，及改变该工作周期值使该转速趋近该第二目标转速，当该转速与该第二目标转速相同时，该控制单元比较该工作周期值与一个第二目标工作周期值，当该工作周期值与该第二目标工作周期值满足一个第二关系式时，该控制单元改变该工作周期值使该转速趋近该第一目标转速，该马达由该第一目标转速改变为该第二目标转速时，是依照一个第一迟滞曲线进行，由该第二目标转速改变为该第一目标转速时，是依照一个第二迟滞曲线进行。

14.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该风扇是一个换气扇，具有多个入风口及一个出风口。

15.如权利要求14所述的风扇，其特征在于，该入风口为三个。

16.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该第一目标转速、该第二目标转速及该目标工作周期值均储存于该控制单元。

17.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该控制单元储存多个风扇特性曲线，各代表不同工作周期值。

18.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该控制单元是一个微控制器。

19.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该控制单元包括一个驱动电路，该驱动电路电性连接并驱动该马达。

20.如权利要求13所述的风扇，其特征在于，该马达具有一个测速单元，该测速单元电性连接该控制单元。

21.如权利要求20所述的风扇，其特征在于，该控制单元及该测速单元整合于一个电路板，该电路板设置于该风扇或该马达内部。

22.如权利要求20所述的风扇，其特征在于，该测速单元是一个霍尔传感器。

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