CN112253494B - 风机系统、应用有该风机系统的吸油烟机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机系统，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述蜗壳上形成有进风口，其特征在于：所述蜗壳外并且与进风口相邻处设置有用于将气流引导入进风口的导流装置，所述蜗壳的出风口朝上时，取过叶轮轴线上的一点为第一中心，并以第一中心为原点建立坐标系，在该坐标系中，以通过第一中心的水平线为X轴，以通过第一中心的竖直线为Y轴，并且X轴以与蜗壳的出风口相反一侧为正向，Y轴以第一中心向上为正向，所述导流装置位于该坐标系的第二象限中。还公开了一种应用有上述风机系统的吸油烟机，以及该吸油烟机的控制方法。

Description

风机系统、应用有该风机系统的吸油烟机及其控制方法

技术领域

本发明涉及油烟净化装置，尤其是一种风机系统，应用有该风机系统的吸油烟机，以及该吸油烟机的控制方法。

背景技术

吸油烟机已成为现代家庭中不可或缺的厨房家电设备之一。吸油烟机是利用流体动力学原理进行工作，通过安装在吸油烟机内部的离心式风机吸排油烟，并使用滤网过滤部分油脂颗粒。离心式风机包括蜗壳、安装在蜗壳中叶轮及带动叶轮转动的电机。当叶轮旋转时，在风机中心产生负压吸力，将吸油烟机下方的油烟吸入风机，经过风机加速后被蜗壳收集、引导排出室外。

现有的吸油烟机，如申请号为201610283257.1的中国专利公开的，包括：机体、集烟罩、风机及吸盘；吸盘包括底座和整流罩，底座固定于集烟罩上，位于进风口外缘，整流罩转动设置于底座上，整流罩罩设于进风口处；整流罩的侧壁上设置有多个流通孔，流通孔斜向上贯穿整流罩的侧壁。

吸油烟机在运行时，气动性能和噪声不仅与多翼离心风机本身的性能相关，还受到风机进口前段空间的约束和影响，如图9所示。吸油烟机整机风机架内部的气流以一个非定常的漩涡流入风机进口，漩涡的状态和强度是影响整机的性能和噪声的因素，在小流量和大流量工况下，漩涡的位置和强度不同，吸油烟机整机表现出的气动性能和噪声也不同。进气风道中的气流存在旋绕现象，不能有效流入风机进口，并且在不同工况下，气流旋绕的状态和强度表现不一。参见图10，在风道截面左上方出现漩涡，中右方出现气流冲，气流速度减小至小于1m/s。风机进口存在一非定常漩涡，漩涡的状态和位置随着油烟机的不同工况发生变化，但是总体形状呈与叶轮旋转方向相同的漩涡，坐标系XOY中，在θ＝30°的方位，气流汇聚流入风机进口。

目前本领域多采用以下几种措施进行内部稳流及降噪：

(1)合理放置风机系统，单吸、双吸及倾斜放置；如申请号为201810909458.7的中国专利公开的一种吸油烟机，包括：机架；风机，风机包括蜗壳和驱动件，蜗壳的第一端面设有第一进气口且第二端面设有第二进气口，蜗壳内具有连通第一进气口和第二进气口的过气腔，蜗壳相对于机架的竖向中心线倾斜设置以使蜗壳的第一端面与机架的第一内壁共同限定出扩张流道，扩张流道连通第一进气口和吸气口且流通面积沿从吸气口至过气腔的进气方向增大。

气流从吸入口到风机架产生扩散损失及不稳定气流冲击，这种不稳定湍流对叶轮产生周期性的冲击，电机转速波动较大，从而导致吸油烟机在不同楼层用户背压系统条件下产生跳档的情况。因此采用优化风机系统不能完全解决其异音及电机转速不稳定问题。

(2)在风机架内部放置导流装置；如申请号为201610738828.6的中国专利公开的一种油烟机的导流吸音立体降噪系统，它包括主机壳体、设置在主机壳体内的风道系统，所述风道系统包括风机外壳、设置在风机外壳上的风机进风口，与所述风机进风口相对的主机壳体的内侧面上设有上下延伸的主导流降噪体，所述主导流降噪体上具有左、右两个主导流斜面，且左、右两个主导流斜面之间的间距由主导流降噪体所在的主机壳体内侧面往风机进风口方向逐渐减小。

常见的内部导流装置仅在某些运行工况点有流动控制效果，不能对整机的变工况产生作用。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种风机系统，能够控制风机进气风道中的气流旋绕现象，消除风道中的漩涡，减小风机进口阻力，降低湍流噪声。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述风机系统的吸油烟机。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述吸油烟机的控制方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种风机系统，包括蜗壳和设置在蜗壳内的叶轮，所述蜗壳上形成有进风口，其特征在于：所述蜗壳外并且与进风口相邻处设置有用于将气流引导入进风口的导流装置，所述蜗壳的出风口朝上时，取过叶轮轴线上的一点为第一中心，并以第一中心为原点建立坐标系，在该坐标系中，以通过第一中心的水平线为X轴，以通过第一中心的竖直线为Y轴，并且X轴以与蜗壳的出风口相反一侧为正向，Y轴以第一中心向上为正向，所述导流装置位于该坐标系的第二象限中。

进一步地，为对气流起到汇聚和约束作用，所述导流装置的型线包括第一曲线段，所述第一曲线段向远离进风口的方向弯曲。

优选的，所述第一中心和第一曲线段的终点的连线与X轴之间的夹角为30°。

进一步地，为消除风道中的绕流作用，引导更多气流进入风机系统的进风口，所述导流装置的型线还包括与第一曲线段圆滑过渡的第二曲线段以及与第二曲线段圆滑过渡的第三曲线段，所述第三曲线段向远离进风口的方向弯曲，所述第二曲线段向靠近进风口的方向弯曲，所述第一曲线段和第三曲线段相对凸起。

优选的，所述第一中心和第二曲线段的终点的连线与X轴之间的夹角为45°～58°。

优选的，所述导流装置在与第一曲线段、第二曲线段和第三曲线段对应的位置厚度均匀；所述导流装置的型线还包括第四曲线段，所述第四曲线段的起始点与第一曲线段的起始点相同，所述第四曲线段的终点相对所述第四曲线段的起始点更为靠近进风口；所述第一曲线段为圆弧并且半径为R₁，所述第二曲线段为圆弧并且半径R₂，所述第三曲线段为圆弧并且半径为R₃，所述第四曲线段呈向上凸起的圆弧并且半径为R₄；所述导流装置的型线方程为

所述导流装置与蜗壳转动连接，所述导流装置的转动轴与叶轮的轴线平行，所述风机系统还包括用于驱动导流装置转动的驱动机构。

所述风机系统还包括用于驱动叶轮转动的电机以及控制驱动机构的控制电路，所述控制电路包括用于检测风机系统的电机转速的转速监测电路、调节回路、反馈电路、判断电路和用于控制驱动机构的驱动机构控制电路，所述转速监测电路与反馈电路的输入端连接，所述调节回路与反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与判断电路的输入端连接，所述判断电路的输出端与驱动机构控制电路的输入端连接。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，其特征在于：包括如上所述的风机系统。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的吸油烟机的控制方法，其特征在于：

吸油烟机开始工作，转速监测电路测得电机当前的转速为Ni，并将检测值反馈到判断电路(64)中进行逻辑判断：

1)当Ni＜Npmin时，判断电路通过驱动机构控制电路，控制导流装置由初始位置向靠近进风口的方向转动角度15°～20°；

2)当Ni＞Npmax时，导流装置保持不动；

3)当Npmax≥Ni≥Npmin时，判断电路通过驱动机构控制电路，控制导流装置由初始位置向靠近进风口的方向转动角度7.5°～10°；

其中Npmin为预设的小流量工况运行的转速、Npmax为预设的大流量工况运行的转速。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置导流装置，控制风机进气风道中的气流旋绕现象，能够对风道中的漩涡进行整流及稳流作用，减小风机进口阻力，降低湍流噪声，引导风道中的气流均匀流入风机进风口，降低冲击噪声；减小气流速冲击损失，提升整机效率；能够针对不同工况下风机进风口的漩涡结构采取针对性的流动控制措施，较好适用于全工况。

附图说明

图1为本发明实施例的吸油烟机的结构示意图；

图2为本发明实施例的吸油烟机的剖视图；

图3为本发明实施例的吸油烟机隐藏进风体和部分风机架的结构示意图；

图4为本发明实施例的吸油烟机隐藏进风体和部分风机架的初始状态正视图；

图5为本发明实施例的吸油烟机隐藏进风体和部分风机架的调整状态正视图；

图6为本发明实施例的吸油烟机的性能曲线图；

图7为本发明实施例的吸油烟机的控制电路框图；

图8为本发明实施例的吸油烟机的控制流程图。

图9为现有技术的风机进风口漩涡仿真示意图；

图10为现有技术的进气流道截面的仿真示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

参见图1和图2，一种吸油烟机，包括进风组件1、设置在进风组件1上方的风机架2以及设置在风机架2内的风机系统3，风机系统3工作时，将油烟从进风组件1吸入，并进入风机系统3内，然后排出到室外或净化后排出到室内。

风机系统3包括蜗壳31、设置在蜗壳31内的叶轮32以及用于驱动叶轮32转动的电机33，蜗壳31上形成有进风口311和出风口，进风口311相邻处设置有导流装置34，出风口处设置有出风罩4，以便于与排烟管连接。

参见图3和图4，导流装置34呈大致的V字型，可转动地设置在蜗壳31开设进风口311的一侧和相对的风机架2侧壁之间。风机系统3还包括用于驱动导流装置34转动的驱动机构35，在本实施例中，驱动机构35为伺服电机，其固定在蜗壳31上，驱动机构35的输出轴351与导流装置34朝向蜗壳31一侧连接，导流装置34远离蜗壳31的一侧则通过转轴341与风机架2转动连接。输出轴351和转轴341同轴，并且分别与蜗壳31(叶轮32)的轴线平行。

为便于描述，下文以蜗壳型线的出风口朝上、边缘呈水平状态的风机放置方式进行说明。

取过叶轮32轴线上的一点为第一中心O，并以该点为原点建立坐标系，通过第一中心O的水平线为X轴，通过第一中心O2的竖直线为Y轴，并且X轴向与出风口对应的相反一侧为正向，Y轴以第一中心O2向上为正向。导流装置34在过第一中心O的竖直平面上的投影即构成导流装置34的型线。导流装置34位于第二象限(X为正、Y为负)中。

导流装置34的型线包括首尾相连并且圆滑过渡的第一曲线段AB、第二曲线段BC和第三曲线段CD。其中，第一曲线段AB的起始点为A、终点为B，起始点A高于终点B，第一曲线段AB为向进风口311外周远离的方向弯曲(凸起)的圆弧曲线，也可以为其他流线型曲线。此段型线的作用是根据风道流场反设计所得，对θ＝30°(第一中心O和终点B的连线与X轴之间的夹角)的方位气流起到汇聚和约束作用。第二曲线段BC的起始点为B、终点为C，呈单圆弧，半径为R₂，第二曲线段BC的弯曲方向与第一曲线段AB相反，其方位在θ＝45°～58°(第一中心O和终点C的连线与X轴之间的夹角)，R₂＝8～12mm，其作用是消除风道中的绕流作用，引导更多气流进入风机进口。第三曲线段CD的起始点为C、终点为D，其为圆弧曲线，半径为R₃，其弯曲方向与第二曲线段BC相反，第一曲线段AB和第三曲线段CD相对凸起，第三曲线段CD也可为其它流线型曲线，其作用是消除进气风道尾部的漩涡区，与第二曲线段BC共同作用，起到消除气流在进气风道中的旋绕，保证气流均匀充满风机进口。

导流装置34的型线还包括第四曲线段AA’，起始点为A、终点为A’，终点A’相对起始点A更为远离进风口311，第四曲线段AA’呈向上凸起的圆弧，半径为R₄，其圆心为第二中心O’，也为导流装置34的转动中心。

导流装置34的型线方程

上述的第一曲线段AB、第二曲线段BC和第三曲线段CD为导流装置34靠近进风口311一侧的轮廓线。导流装置34在与上述三个曲线段对应的位置厚度(图4中所示左右方向上的尺寸)均匀。第三曲线段CD的终点D向下、导流装置34的厚度逐渐收缩，最终在最底端构成尖端m。

在小流量和大流量工况，低吸式吸油烟机风机系统3的进风口311的漩涡强度和位置有差异，表现出的性能和噪声不同。为了对不同工况下吸油烟机的风机系统3的进风口311非定常漩涡采取针对性的流动控制措施，现根据吸油烟机的风机系统3的运行转速Ni，通过吸油烟机的性能曲线判断其运行工况范围，以控制风机系统3的进风口311处的导流装置34的位置，从而对风机系统3的漩涡起到稳流和导流作用。

参见图7，驱动机构35的控制电路包括转速监测电路61、调节回路62、反馈电路63和判断电路64。转速监测电路61可采用电磁传感器，其与反馈电路63的输入端连接，反馈电路63可为放大电路，起到加强原输入信号(转速信号)的作用，使输入信号增强或者减弱。电磁传感器结构简单，不受振动、温度和灰尘的影响，检测齿轮安装在风机系统3的电机33的输出轴上，传感器靠近与齿轮的齿尖，传感器与齿轮的间隙在0.5～1mm，取出与转速成比例的频率信号。采用电磁传感器的优点如下：1、构造简单、刚性好、耐环境好、不受振动、温度、油灰尘等影响；2、由于是非接触式地检测信号，对旋转体不加负荷，可以安全测量；3、由于是自身发电型，不要电源，最适于设置在现场。

调节回路62为电位器，与反馈电路63的输入端连接，使用前调零，以作为电磁传感器的参照。反馈电路63的输出端与判断电路64的输入端连接，判断电路64的输出端与用于控制旋转电机52的运动机构控制电路65的输入端连接。判断电路64即指逻辑电路，功能是完成逻辑运算的电路。

本实施中所示小流量工况Q_min＝8.5m³/min，大流量工况Q_max＝16m³/min，高效区工况8.5m³/min＜Q_bep＜16m³/min。参见图6所示的吸油烟机的性能曲线，根据线性差值得到吸油烟机在小流量、大流量、高效区工况运行的转速分别为

其中，Q_pbep表示吸油烟机运行在高效率流量范围区；N_pbep是对应Q_pbep流量范围内的线性差值的转速。上述的N_pmin和N_pmax为预设值。在性能曲线上取一点(Q₁，P₁，n₁)，根据相似定律换算吸油烟机在小流量、大流量、高效区工况运行的转速为

初始状态时，导流装置34的下端部尖端m与第二中心O’的连线为O’m，O’m与过第二中心O’的水平线之间的夹角θ₀＝86°，此时导流装置34的底部、第三曲线段CD下方的部分与风机架2贴紧；初始状态也可以是其他位置，但通常是导流装置34向远离进风口311的方向转动的极限位置(被风机架2阻挡)。导流装置34适应工况调整后的位置，大流量工况，O’m与过第二中心O’的水平线之间的夹角为θ₁；高效区工况，O’m与过第二中心O’的水平线之间的夹角θ₂，Δθ表示导流装置34位置变化量，参见图5。

参见图8，当吸油烟机开始工作时，转速监测电路61(电磁传感器)测得当前转速为Ni，并将检测值反馈到判断电路64中进行逻辑判断：

1)当Ni＜Npmin时，吸油烟机运行在大流量工况，进气风道中的漩涡中心和规模向风机系统3的进风口311中心移动，为了使导流装置34型线与风道中漩涡位置进行匹配，更好消除此工况风道中气流旋绕，导流装置34的位置发生变化，判断电路64通过驱动机构控制电路65，从而控制驱动机构35运行使得导流装置34向靠近进风口311的方向转动到位置θ₁＝θ₀+Δθ，Δθ＝15°～20°；

2)当Ni＞Npmax时，吸油烟机运行在小流量工况，进气风道中的漩涡中心和规模主要在风机系统3的进风口311右下区域，此时导流装置34位置不变，处于初始位置，导流装置34流道型线与风道漩涡规模相匹配，气流得到充分的整流及导流作用，能够消除此工况下风道中气流旋绕，引导更多气流进入风机内部，进而提升风机效率降低气动噪声；

3)当Npmax≥Ni≥Npmin时，吸油烟机运行在高效率工况区，进气风道中的漩涡位置处于大流量和小流量工况之间，为了使导流装置34型线与风道漩涡的位置和规模进行匹配，更好消除此工况风道中气流旋绕，导流装置34的位置发生变化，判断电路64通过驱动机构控制电路65，从而控制驱动机构35运行使得导流装置34向靠近进风口311的方向转动到位置θ₁＝θ₀+Δθ，Δθ＝7.5°～10°。

Claims (7)

1.一种风机系统，包括蜗壳(31)和设置在蜗壳(31)内的叶轮(32)，所述蜗壳(31)上形成有进风口(311)，其特征在于：所述蜗壳(31)外并且与进风口(311)相邻处设置有用于将气流引导入进风口(311)的导流装置(34)，所述蜗壳(31)的出风口朝上时，取过叶轮(32)轴线上的一点为第一中心(O)，并以第一中心(O)为原点建立坐标系，在该坐标系中，以通过第一中心(O)的水平线为X轴，以通过第一中心(O)的竖直线为Y轴，并且X轴以与蜗壳(31)的出风口相反一侧为正向，Y轴以第一中心(O)向上为正向，所述导流装置(34)位于该坐标系的第二象限中，所述导流装置(34)的型线包括第一曲线段(AB)，所述第一曲线段(AB)向远离进风口(311)的方向弯曲；

所述导流装置(34)的型线还包括与第一曲线段(AB)圆滑过渡的第二曲线段(BC)以及与第二曲线段(BC)圆滑过渡的第三曲线段(CD)，所述第三曲线段(CD)向远离进风口(311)的方向弯曲，所述第二曲线段(BC)向靠近进风口(311)的方向弯曲，所述第一曲线段(AB)和第三曲线段(CD)相对凸起；

所述导流装置(34)在与第一曲线段(AB)、第二曲线段(BC)和第三曲线段(CD)对应的位置厚度均匀；所述导流装置(34)的型线还包括第四曲线段(AA’)，所述第四曲线段(AA’)的起始点(A)与第一曲线段(AB)的起始点(A)相同，所述第四曲线段(AA’)的终点(A’)相对所述第四曲线段(AA’)的起始点(A)更为远离进风口(311)；所述第一曲线段(AB)为圆弧并且半径为R₁，所述第二曲线段(BC)为圆弧并且半径R₂，所述第三曲线段(CD)为圆弧并且半径为R₃，所述第四曲线段(AA’)呈向上凸起的圆弧并且半径为R₄；所述导流装置(34)的型线方程为

2.根据权利要求1所述的风机系统，其特征在于：所述第一中心(O)和第一曲线段(AB)的终点(B)的连线与X轴之间的夹角为30°。

3.根据权利要求1所述的风机系统，其特征在于：所述第一中心(O)和第二曲线段(BC)的终点(C)的连线与X轴之间的夹角为45°～58°。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的风机系统，其特征在于：所述导流装置(34)与蜗壳(31)转动连接，所述导流装置(34)的转动轴与叶轮(32)的轴线平行，所述风机系统还包括用于驱动导流装置(34)转动的驱动机构(35)。

5.根据权利要求4所述的风机系统，其特征在于：所述风机系统还包括用于驱动叶轮(32)转动的电机(33)以及控制驱动机构(35)的控制电路，所述控制电路包括用于检测风机系统(3)的电机(33)转速的转速监测电路(61)、调节回路(62)、反馈电路(63)、判断电路(64)和用于控制驱动机构(35)的驱动机构控制电路(65)，所述转速监测电路(61)与反馈电路(63)的输入端连接，所述调节回路(62)与反馈电路(63)的输入端连接，所述反馈电路(63)的输出端与判断电路(64)的输入端连接，所述判断电路(64)的输出端与驱动机构控制电路(65)的输入端连接。

6.一种吸油烟机，其特征在于：包括如权利要求5所述的风机系统。

7.一种如权利要求6所述的吸油烟机的控制方法，其特征在于：

吸油烟机开始工作，转速监测电路(61)测得电机(33)当前的转速为Ni，并将检测值反馈到判断电路(64)中进行逻辑判断：

1)当Ni＜Npmin时，判断电路(64)通过驱动机构控制电路(65)，控制导流装置(34)由初始位置向靠近进风口(311)的方向转动角度15°～20°；

2)当Ni＞Npmax时，导流装置(34)保持不动；

3)当Npmax≥Ni≥Npmin时，判断电路(64)通过驱动机构控制电路(65)，控制导流装置(34)由初始位置向靠近进风口(311)的方向转动角度7.5°～10°；

其中Npmin为预设的小流量工况运行的转速、Npmax为预设的大流量工况运行的转速。

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