CN112098834A - 一种空压机用散热机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空压机用散热机构及其控制方法，旨在提供一种具有电机内部和壳体双向散热以及具有效果控制叶轮状态的散热机构，其技术方案要点是在安装筒体上设有用于保护电机的电机保护系统，并将该电机保护系统设置为包括用于控制电机启、停的控制器、角度检测单元、转速检测单元以及电机电流检测单元，角度及转速检测单元、电机电流检测单元分别与控制器电性连接，通过设置的控制器，将角度检测、转速以及电机电流检测三者对电机状态的检测，对风机的具有实时准确的监测效果，如存在逆风的状态时，电机负载电流增加，转速降低，便可以通过增大电流的方式进行维持风机的正常运转，本发明适用于空压机设备技术领域。

Description

一种空压机用散热机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空压机设备技术领域,更具体地说，它涉及一种空压机用散热机构及其控制方法。

背景技术

空压机即空气压缩机，是工业现代化的基础产品。它是将电动机的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机是属于微型往复式活塞式压缩机，其工作原理为：电机单轴驱动压缩机曲轴旋转时，通过连杆的传动，具有自润滑而不添加任何润滑剂的活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。随着市场需求的多样性增强，为了迎合家庭用户的使用，空压机小型化是未来产品的发展方向。

空压机在运转过程中，电机中的转子、定子会产生大量的热能，释放的热量主要集中于空压机的电机内部和空压机的外壳表面，相应的，配套于空压机上的散热机构正是用于对上述部位进行有效散热，因此需要使空压机的电机内部和壳体表面均得到有效的散热，若干采用大风扇，则占有的体积较大，而且还会因为存在“吃风”的现象，尤其是在逆风的情况下，更加影响电机的散热，因此需要提高对风机的有效控制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有电机内部和壳体双向散热以及具有效果控制叶轮状态的散热机构。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种空压机用散热机构，包括安装筒体，所述安装筒体内设有叶轮以及设置于安装筒体内且与叶轮传动连接的电机，所述叶轮包括主叶片部分以及与各主叶片部分一体连接的支叶部分，所述支叶部分的延伸外径大于安装筒体的外径，安装筒体上设有用于保护电机的电机保护系统，该电机保护系统包括用于控制电机启、停的控制器、角度检测单元、转速检测单元、电机电流检测单元以及电机内温度检测单元，所述角度及转速检测单元、电机电流检测单元分别与控制器电性连接，所述角度及转速检测单元、电机电流检测单元和电机内温度检测单元集成在一块电路板上。

本发明进一步设置为：所述角度检测单元包括设置于叶轮上相邻两个叶片侧面的电机端面上的两个金属探头，所述两个金属探头与所述叶轮的侧面之间具有间隙。

本发明进一步设置为：所述电机电流检测单元包括输出电流的电源；与电源电性连接且分别与电机电性连接的电流输入端和电流检测端；与电流检测端电连接，检测该检测端传输电流的电流监测单元；与所述电流监测单元电连接，记录所述电流监测单元检测电流的储存单元；与所述电流监测单元和储存单元分别连接的电流比较器。

本发明进一步设置为：两个金属探头一一对应地固定安装在设置于电机上两个安装孔中，所述角度检测单元还包括与两个金属探头相电气连接的分析模块，该模块设置与电路板上。

本发明进一步设置为：所述支叶部分的宽度和主叶片部分的宽度之间比值在1/4-1/3之间，且支叶部分的长度和主叶片部分的长度之间的比值在0.28-0.3之间。

本发明进一步设置为：所述支叶部分下沿迎风处的直角改为圆角；在支叶部分和主叶片部分之间设有导流板，所述导流板为圆弧形板；所述导流板为四分之一圆弧形，弧形面迎着风流行进面。

通过采用上述技术方案，有益效果，1.通过在安装筒体上设有用于保护电机的电机保护系统，并将该电机保护系统设置为包括用于控制电机启、停的控制器、角度检测单元、转速检测单元以及电机电流检测单元，角度及转速检测单元、电机电流检测单元分别与控制器电性连接，通过设置的控制器，将角度检测、转速以及电机电流检测三者对电机状态的检测，对风机的具有实时准确的监测效果，如存在逆风的状态时，电机负载电流增加，转速降低，便可以通过增大电流的方式进行维持风机的正常运转；

2.通过将角度检测单元设置为包括设置于叶轮上相邻两个叶片侧面的电机端面上的两个金属探头，两个金属探头与叶轮的侧面之间具有间隙，两个金属探头一一对应地固定安装在设置于电机上两个安装孔中，角度检测单元还包括与两个金属探头相电气连接的分析模块，该模块设置与电路板上，通过设置的两个金属探头，作为风机是否存在逆转的可能，并且对两金属探头进行安装，稳定性更强，提高了对叶轮的监测精度，在通过分析模块进行对电机是否存在逆转，实用性强；

3.电机电流检测单元包括输出电流的电源；与电源电性连接且分别与电机电性连接的电流输入端和电流检测端；与电流检测端电连接，检测该检测端传输电流的电流监测单元；与电流监测单元电连接，记录电流监测单元检测电流的储存单元；与电流监测单元和储存单元分别连接的电流比较器，通过设置的电机电流检测单元，对电流进行分时段的采集，通过先通过采集，对采集后的电流与电流储存单元通过设置电流比较器进行对比，由此判断电流的变化，则提高了对电机良好的控制效果；

4.支叶部分的宽度和主叶片部分的宽度之间比值在1/4-1/3之间，且支叶部分的长度和主叶片部分的长度之间的比值在0.28-0.3之间，支叶部分下沿迎风处的直角改为圆角；在支叶部分和主叶片部分之间设有导流板，导流板为圆弧形板；导流板为四分之一圆弧形，弧形面迎着风流行进面，支叶部分下沿迎风处的直角改为圆角则线型变化平缓，则在叶轮周侧形成的压力场变化和缓，在支叶部分和主叶片部分之间设有圆弧形导流板，在风向变化时，压力场变化的和缓而性状不发生改变，减少流动到间隙处的水流量，使风流平稳滑过，降低噪音。

一种适用于上述空压机用散热机构的控制方法，所述控制器由用于接收电流信号的电流接收单元、用于接受电机转速信号的电机转速接收单元、用于接收电机温度信号的电机温度接受单元以及用于启、停并调整电机转速及扭矩的PLC中控单元组成，所述控制器还连接有用于控制空压机过温停机的过温保护器，过温保护器由设置控制器内的空压机启停单元以及与空压机启停单元电性连接且设置于空压机电机内的温度检测器组成，并录入在无风状态下电机运行时的电流I以及转速V，包括如下步骤：S1、在第一时间段（T1）启动电机，散热机构开始运行；

S2、在第一时间段（T1）期间，所述电流感测装置监测电机的负载电流为I1以及电机的转速V1；

S3、在持续运行期间，当负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出；

S4、在第二时间段（T2）期间，所述电流感测装置监测电机的负载电流为I2，电机的转速V2；

S5、在持续运行期间，当负载电流I2＞I,转速V2＜V；则判断此时处于逆风状态，PLC中控单元降低转速，并增大扭矩，运行时间为Ts；

S6、经过时间Ts之后，测得电机的负载电流为Is，负载电流Is＞I2,且金属探头检测到叶轮反向转动角度大于两个相邻叶片间距距离时，则PLC中控单元控制电机停止转动；

S7、经过散热机构停止工作的时间Tp时间之后，温度检测器检测到空压机电机内温度升高，则通过空压机启停单元控制空压机停止工作。

本发明进一步设置为：还包括启动模式选择单元，所述启动模式选择单元包括逆风启动模式，当处于逆风启动模式时，实时检测电机是否反转，若反转则风机倒转，根据电机反转速度和加速度计算所需电机附加防反转扭矩，增加电机扭矩至电机不再反转，在通过大于上述电机扭矩及电流所需的电机电流及扭矩进行启动；

无风启动模式，当处于无风启动模式时，不进行电机正、反转判断，正常输出电流及扭矩驱动；

顺风启动模式，当处于顺风启动模式时，根据顺风启动最高稳定转速，根据设置的风速传感器计算风速产生的驱动力，计算当前状态下电机转动速度，风机按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算制动扭矩和电机需求转动扭矩，直至达到最高稳定转速。

通过采用上述技术方案，有益效果，采用上述控制方法，通过当负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出；当负载电流I2＞I,转速V2＜V；则判断此时处于逆风状态，PLC中控单元降低转速，并增大扭矩；负载电流Is＞I2,且金属探头检测到叶轮反向转动角度大于两个相邻叶片间距距离时，则PLC中控单元控制电机停止转动，以电流以及转速判断电机所处环境，并且本发明还包括三种启动模式，针对顺风、无风以及逆风状态下的三种模式，便于提高风机在运行时的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例叶轮立体结构图。

图2为本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例图1中A处结构放大示意图。

图3为本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例散热机构立体图。

图4为本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例散热机构及空压机控制框图。

图5为本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例的流程图。

图中附图标记，1、安装筒体；2、叶轮；3、电机；20、主叶片部分；21、支叶部分；210、迎风处；22、导流板；41、控制器；42、角度检测单元；420、金属探头；421、分析模块；43、转速检测单元；44、电机电流检测单元；441、电源；442、电流监测单元；443、电流储存单元；444、电流比较器。

具体实施方式

参照图1至图5对本发明一种空压机用散热机构及其控制方法实施例做进一步说明。

为了易于说明，实施例中如若使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

一种空压机用散热机构，包括安装筒体1，安装筒体1内设有叶轮2以及设置于安装筒体1内且与叶轮2传动连接的电机3，叶轮2包括主叶片部分20以及与各主叶片部分20一体连接的支叶部分21，支叶部分21的延伸外径大于安装筒体1的外径，采用上述结构设置，通过设置在主叶片部分20上的支叶部分21，支叶部分21为延伸部分，在电机旋转时，支叶部分21则可以提供对壳体部分的散热，则确保了良好散热效果，实用性强，为了确保在面对不同的风况状态下电机3的状态，通过在安装筒体1上设有用于保护电机3的电机保护系统，该电机保护系统包括用于控制电机启、停的控制器41、角度检测单元42、转速检测单元43以及电机电流检测单元44，角度42及转速检测单元43、电机电流检测单元44分别与控制器电性连接，角度42及转速检测单元42、电机电流检测单元44集成在一块电路板上，通过在安装筒体1上设有用于保护电机3的电机保护系统，并将该电机保护系统设置为包括用于控制电机启、停的控制器41、角度检测单元42，用于检测叶轮2在逆风状态下存在的逆转角度；转速检测单元43，用于检测电机3的转速；电机电流检测单元44，用于检测在不同时间段内电机3的电流变化；角度42及转速检测单元43、电机电流检测单元44分别与控制器41电性连接，通过设置的控制器41，将角度检测、转速以及电机电流检测三者对电机状态的检测，对风机的具有实时准确的监测效果，如存在逆风的状态时，电机负载电流增加，转速降低，便可以通过增大电流的方式进行维持风机的正常运转；

本发明进一步设置为，角度检测单元42包括设置于叶轮2上相邻两个叶片侧面的电机3端面上的两个金属探头420，两个金属探头420与叶轮2的侧面之间具有间隙，两个金属探头420一一对应地固定安装在设置于电机4上两个安装孔中，角度检测单元42还包括与两个金属探头420相电气连接的分析模块421，该模块设置与电路板上，通过将角度检测单元42设置为包括设置于叶轮2上相邻两个叶片侧面的电机3端面上的两个金属探头420，两个金属探头420与叶轮2的侧面之间具有间隙，两个金属探头420一一对应地固定安装在设置于电机3上两个安装孔中，角度检测单元42还包括与两个金属探头420相电气连接的分析模块421，该模块设置与电路板上，通过设置的两个金属探头420，作为风机是否存在逆转的可能，并且对两金属探头420进行安装至电机上两个安装孔内，稳定性更强，提高了对叶轮的监测精度，在通过分析模块421进行对电机3是否存在逆转，实用性强。

本发明进一步设置为，电机电流检测单元44包括输出电流的电源441；与电源441电性连接且分别与电机3电性连接的电流输入端和电流检测端；与电流检测端电连接，检测该检测端传输电流的电流监测单元442；与电流监测单元442电连接，记录电流检测单元442检测电流的储存单元443；与电流监测单元442和储存单元443分别连接的电流比较器444，通过设置的电机电流检测单元44，对电流进行分时段的采集，通过先通过采集，对采集后的电流与电流储存单元443通过设置电流比较器444进行对比，由此判断电流的变化，则提高了对电机3良好的控制效果。

本发明进一步设置为，支叶部分21的宽度和主叶片部分20的宽度之间比值在1/4-1/3之间，且支叶部分21的长度和主叶片部分20的长度之间的比值在0.28-0.3之间，支叶部分21下沿迎风处210的直角改为圆角；在支叶部分21和主叶片部分20之间设有导流板22，导流板21为圆弧形板；导流板21为四分之一圆弧形，弧形面迎着风流行进面，支叶部分21下沿迎风处的直角改为圆角则线型变化平缓，则在叶轮2周侧形成的压力场变化和缓，在支叶部分21和主叶片部分20之间设有圆弧形导流板21，在风向变化时，压力场变化的和缓而性状不发生改变，减少流动到间隙处的水流量，使风流平稳滑过，降低噪音。

结合附图4-5，对空压机用散热机构的控制方法进行进一步说明，控制器41由用于接收电流信号的电流接收单元、用于接受电机转速信号的电机转速接收单元、用于接收电机温度信号的电机温度接受单元以及用于启、停并调整电机转速及扭矩的PLC中控单元组成，控制器还连接有用于控制空压机过温停机的过温保护器，过温保护器由设置控制器内的空压机启停单元以及与空压机启停单元电性连接且设置于空压机电机内的温度检测器组成，并录入在无风状态下电机运行时的电流I以及转速V，包括如下步骤：S1、在第一时间段（T1）启动电机，散热机构开始运行；

S2、在第一时间段（T1）期间，所述电流感测装置监测电机的负载电流为I1以及电机的转速V1；

S3、在持续运行期间，当负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出；

在顺风状态下，叶轮得到风力作用下，负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出，则可以降低消耗，以及保证叶轮的运行稳定；

S4、在第二时间段（T2）期间，所述电流感测装置监测电机的负载电流为I2，电机的转速V2；

S5、在持续运行期间，当负载电流I2＞I,转速V2＜V；则判断此时处于逆风状态，PLC中控单元降低转速，并增大扭矩，运行时间为Ts；

在负载电流增加时，以及转速降低时，则可以通过增加扭矩对逆风作用进行抵消，需要注意的是，若经过时间Ts之后，负载电流降低，转速存在上升的状态，则判断逆风状态消失，则可以降低扭矩，保证转速；

S6、经过时间Ts之后，测得电机的负载电流为Is，负载电流Is＞I2,且金属探头检测到叶轮反向转动角度大于两个相邻叶片间距距离时，则PLC中控单元控制电机停止转动；

若在增大扭矩的状态，依然存在叶轮反转，且反转的角度大于两个相邻叶片间距距离时，则可以控制电机停止转动，避免继续增加的扭矩的同时增大电机的负载，导致电机烧坏；

S7、经过散热机构停止工作的时间Tp时间之后，温度检测器检测到空压机电机内温度升高，则通过空压机启停单元控制空压机停止工作，

在散热机构停止工作时，空压机电机部分的温度会上升，此时需要停止空压机的工作。

本发明进一步设置为：还包括启动模式选择单元，所述启动模式选择单元包括逆风启动模式，当处于逆风启动模式时，实时检测电机是否反转，若反转则风机倒转，根据电机反转速度和加速度计算所需电机附加防反转扭矩，增加电机扭矩至电机不再反转，在通过大于上述电机扭矩及电流所需的电机电流及扭矩进行启动；

无风启动模式，当处于无风启动模式时，不进行电机正、反转判断，正常输出电流及扭矩驱动；

顺风启动模式，当处于顺风启动模式时，根据顺风启动最高稳定转速，根据设置的风速传感器计算风速产生的驱动力，计算当前状态下电机转动速度，风机按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算制动扭矩和电机需求转动扭矩，直至达到最高稳定转速。

通过采用上述技术方案，有益效果，采用上述控制方法，通过当负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出；当负载电流I2＞I,转速V2＜V；则判断此时处于逆风状态，PLC中控单元降低转速，并增大扭矩；负载电流Is＞I2,且金属探头检测到叶轮反向转动角度大于两个相邻叶片间距距离时，则PLC中控单元控制电机停止转动，以电流以及转速判断电机所处环境，并且本发明还包括三种启动模式，针对顺风、无风以及逆风状态下的三种启动模式，便于提高风机在运行时的稳定性，实用性强，结构简单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种空压机用散热机构，包括安装筒体(1)，其特征在于，所述安装筒体(1)内设有叶轮(2)以及设置于安装筒体(1)内且与叶轮(2)传动连接的电机(3)，所述叶轮(2)包括主叶片部分(20)以及与各主叶片部分(20)一体连接的支叶部分(21)，所述支叶部分(21)的延伸外径大于安装筒体(1)的外径，安装筒体(1)上设有用于保护电机(3)的电机(3)保护系统，该电机(3)保护系统包括用于控制电机(3)启、停的控制器(41)、角度检测单元(42)、转速检测单元(43)以及电机(3)电流检测单元，所述角度及转速检测单元(43)、电机(3)电流检测单元集成在一块电路板上。

2.根据权利要求1所述的一种空压机用散热机构，其特征在于，所述角度检测单元(42)包括设置于叶轮(2)上相邻两个叶片侧面的电机(3)端面上的两个金属探头(420)，所述两个金属探头(420)与所述叶轮(2)的侧面之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的一种空压机用散热机构，其特征在于，所述电机(3)电流检测单元包括输出电流的电源(441)；与电源(441)电性连接且分别与电机(3)电性连接的电流输入端和电流检测端；与电流检测端电连接，检测该检测端传输电流的电流监测单元(442)；与电流监测单元(442)电连接，记录电流监测单元(442)检测电流的储存单元；与电流监测单元(442)和储存单元分别连接的电流比较器(444)。

4.根据权利要求2所述的一种空压机用散热机构，其特征在于，两个金属探头(420)一一对应地固定安装在设置于电机(3)上两个安装孔中，所述角度检测单元(42)还包括与两个金属探头(420)相电气连接的分析模块(421)，该模块设置与电路板上。

5.根据权利要求1所述的一种空压机用散热机构，其特征在于，所述支叶部分(21)的宽度和主叶片部分(20)的宽度之间比值在1/4-1/3之间，且支叶部分(21)的长度和主叶片部分(20)的长度之间的比值在0.28-0.3之间。

6.根据权利要求5所述的一种空压机用散热机构，其特征在于，所述支叶部分(21)下沿迎风处(210)的直角改为圆角；在支叶部分(21)和主叶片部分(20)之间设有导流板(22)，所述导流板(22)为圆弧形板；所述导流板(22)为四分之一圆弧形，弧形面迎着风流行进面。

7.一种适用于权利要求1所述的空压机用散热机构的控制方法，其特征在于，所述控制器(41)由用于接收电流信号的电流接收单元、用于接受电机(3)转速信号的电机(3)转速接收单元、用于接收电机(3)温度信号的电机(3)温度接受单元以及用于启、停并调整电机(3)转速及扭矩的PLC中控单元组成，所述控制器(41)还连接有用于控制空压机过温停机的过温保护器，过温保护器由设置控制器(41)内的空压机启停单元以及与空压机启停单元电性连接且设置于空压机电机(3)内的温度检测器组成，并录入在无风状态下电机(3)运行时的电流I、转速V以及温度状态T，包括如下步骤：S1、在第一时间段（T1）启动电机(3)，散热机构开始运行；

S2、在第一时间段（T1）期间，所述电流感测装置监测电机(3)的负载电流为I1以及电机(3)的转速V1；

S3、在持续运行期间，当负载电流I1＜I,转速V1＞V；则判断此时处于顺风状态，降低电流输出；

S4、在第二时间段（T2）期间，所述电流感测装置监测电机(3)的负载电流为I2，电机(3)的转速V2；

S5、在持续运行期间，当负载电流I2＞I,转速V2＜V；则判断此时处于逆风状态，PLC中控单元降低转速，并增大扭矩，运行时间为Ts；

S6、经过时间Ts之后，测得电机(3)的负载电流为Is，负载电流Is＞I2,且金属探头(420)检测到叶轮(2)反向转动角度大于两个相邻叶片间距距离时，则PLC中控单元控制电机(3)停止转动；

S7、经过散热机构停止工作的时间Tp时间之后，温度检测器检测到空压机电机(3)内温度升高，则通过空压机启停单元控制空压机停止工作。

8.根据权利要求7所述的一种空压机用散热机构的控制方法，其特征在于，还包括启动模式选择单元，所述启动模式选择单元包括逆风启动模式，当处于逆风启动模式时，实时检测电机(3)是否反转，若反转则风机倒转，根据电机(3)反转速度和加速度计算所需电机(3)附加防反转扭矩，增加电机(3)扭矩至电机(3)不再反转，在通过大于上述电机(3)扭矩及电流所需的电机(3)电流及扭矩进行启动；

无风启动模式，当处于无风启动模式时，不进行电机(3)正、反转判断，正常输出电流及扭矩驱动；

顺风启动模式，当处于顺风启动模式时，根据顺风启动最高稳定转速，根据设置的风速传感器计算风速产生的驱动力，计算当前状态下电机(3)转动速度，风机按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算制动扭矩和电机(3)需求转动扭矩，直至达到最高稳定转速。

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