CN1148553C - 用于冰箱的气幕生成器 - Google Patents

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Abstract

气幕生成器(20)在冰箱的冷藏室(112)产生气幕。在气幕生成器中，传感器(302)感知冷藏室门(118)的打开和关闭状态。为了在冷藏室中产生气幕，无刷直流气幕风扇(304)根据传感器的感知结果将冷空气吹到冷藏室。直流电源(306)将直流驱动电流提供给无刷直流气幕风扇(304)。驱动器(308)驱动无刷直流气幕风扇。微处理器(310)根据传感器(302)的感知结果控制驱动器(308)的工作。气幕生成器通过使用具有低噪声水平、低功率消耗和高功效的无刷直流气幕风扇而使气幕生成器的性能达到最佳。气幕生成器还根据冷藏室的状态控制无刷直流气幕风扇的转速，从而调整空气速度。

Description

用于冰箱的气幕生成器
技术领域
本发明涉及冰箱，具体涉及用来在冰箱的冷藏室中产生气幕的气幕生成器。
背景技术
气幕生成器是将由冰箱蒸发器产生的冷空气吹进冷藏室或冷冻室，从而在冷藏室或冷冻室产生气幕的设备。
美国专利No.5,765,388(1998年6月16日Yong-Deok Jeon发布)展示了带有气幕产生设备的冰箱，它用来在冷冻室门或冷藏室门打开时有选择地在冷冻室或冷藏室中产生气幕。
图1显示了现有的使用交流(AC)气幕风扇的冰箱气幕生成器10。冰箱的气幕生成器10包括微处理器102、驱动器104、继电器106、交流电源108和交流气幕风扇110。微处理器102感知冷藏室门的打开和关闭状态，并根据感知结果产生感知结果信号。微处理器102的感知结果被提供给驱动器104。驱动器104输出响应于来自微处理器102的感知结果信号的继电器开/关信号。继电器106根据来自驱动器104的继电器开/关信号而打开或关闭。交流电源110给交流气幕风扇110提供交流驱动电流。当继电器106位于打开状态，交流气幕风扇110旋转，并给冷藏室产生和提供气幕。当冷藏室门打开时，为了防止冷空气流到外部或防止外部空气流进冰箱，布置在冷藏室的后侧的交流气幕风扇110给冷藏室产生并提供气幕。
由于现有的用于冰箱的气幕生成器使用具有高噪声水平、高功率消耗和低功效的交流气幕风扇，因此气幕工作的性能降低。
发明概述
因此，为了解决上面提到的问题，本发明的第一目的是提供一种用于冰箱的气幕生成器，其使用具有低噪声水平、低功率消耗和高功效的BLDC气幕风扇。
本发明的第二目的是提供一种用于冰箱的气幕生成器，它能根据冷藏室的状态控制BLDC气幕风扇的转速。
为了达到第一目的，本发明提供了一种用于冰箱的气幕生成器，所述生成器包括：
用来感知冷藏室门的打开和关闭状态的传感器；
用来根据传感器的感知结果将冷空气吹进冷藏室，以在冷藏室中产生气幕的无刷直流气幕风扇；
用来给无刷直流气幕风扇提供直流驱动电流的直流电源；
用来驱动无刷直流气幕风扇的驱动器；和
用来根据传感器的感知结果控制驱动器的工作的微处理器。
为了达到第二目的，本发明提供了一种用于冰箱的气幕生成器，所述生成器包括：
用来将冷空气吹进冷藏室，以在冷藏室中产生气幕的无刷直流气幕风扇；
用来驱动无刷直流气幕风扇的驱动器；
用来控制驱动器的工作和判断冷藏室门的状态，并根据判断结果产生具有不同脉冲宽度的脉冲宽度调制信号的微处理器；和
用来产生电压的变压发电机，该电压用来控制无刷直流气幕风扇的转速，该转速根据来自微处理器的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度是可变的。
本发明通过使用具有低噪声水平、低功率消耗和高功效的BLDC气幕风扇而使气幕生成器的性能最佳。本发明根据冷藏室的状态控制BLDC气幕风扇的转速，从而调整气流速度。
本发明的其他目的和进一步的特征将随着参考附图进行的详细描述而明朗。
附图简要说明
本发明的其他特征和优点将通过参考附图进行的下述描述而变得更明显。
图1是使用交流气幕风扇的现有冰箱的气幕生成器的框图；
图2是根据本发明的带有气幕生成器的冰箱的侧面图；
图3是根据本发明的第一实施例的用于冰箱的气幕生成器的结构的框图；
图4是无刷直流气幕风扇的放大了的透视图；
图5A是图4显示的无刷直流(BLDC)电动机的正视图；
图5B是图5A显示的BLDC电动机的侧视图；
图6是图5B显示的印刷电路板(PCB)的结构的电路图；
图7是图6显示的PCB的工作的真值表；
图8是根据本发明的第二实施例的用于冰箱的气幕生成器的结构的框图；和
图9A到图9C是用来显示由图8所示的微处理器产生的脉冲宽度调制信号的波形图。
实现本发明的最佳方式
下面将参考附图详细介绍本发明的优选实施例。
图2显示了具有根据本发明的气幕生成器20的冰箱。循环管116沿着位于冷藏室112的上部的分布板114的下表面分布。气幕生成器20固定在循环管116的后端。当冷藏室门118打开时，气幕生成器20工作，将由蒸发器122产生的冷空气通过冷空气排出口120提供到冷藏室112，从而在那里产生气幕。
实施例1
图3显示了根据本发明的第一实施例的用于冰箱的气幕生成器的结构。用于冰箱的气幕生成器20包括传感器302、无刷直流(BLDC)气幕风扇304、直流(DC)电源306、驱动器308和微处理器310。
传感器302感知冷藏室门118的打开和关闭状态。传感器302包括开关S/W、光耦合器302a和输出设备302b 。
开关S/W连接到交流(AC)电源300。开关S/W根据冷藏室门118的打开或关闭状态打开或关闭，并切换来自交流电源300的电压供给。当冷藏室门118打开时，开关S/W打开，这样来自交流电源320的电压被供给到光耦合器302a。相反，当冷藏室门118关闭时，开关S/W关闭，这样来自交流电源320的电压就不供给到光耦合器302a。
光耦合器302a响应于从交流电源300通过开关S/W供给的电压发光。光耦合器302a包括发光二极管D1和光电晶体管Q1。当开关S/W关闭时，发光二极管D1导通并发光。光电晶体管Q1接收由发光二极管D1发出的光。
基于由光耦合器302a发出的光和来自直流(DC)电源312的+5V直流(DC)电压，输出设备302b感知冷藏室门118的打开或关闭状态，并输出感知结果信号。输出设备302b包括电阻器R1，它的一端连接到直流电源312，另一端连接到光电晶体管Q1的集电极。输出设备302b包括电阻器R2，它的一端连接到电阻器R1与光电晶体管Q1的集电极的接合点，另一端连接到微处理器310。输出设备302b包括电容器C1，它的一端连接到电阻器R2与微处理器310的接合点，另一端接地。
当开关S/W在预先确定的时间内处于关闭状态，也就是，当冷藏室门118在预先确定的时间内打开时，发光二极管D1和光电晶体管Q1都关闭，来自直流电源312的+5V直流电压供给到输出设备302b，这样输出设备302b的感知结果信号变成高电平。相反，当开关S/W处于打开状态，也就是，当冷藏室门118关闭时，光耦合器302a在10秒内给输出设备302b输出60次到120次高/低信号，这样输出设备302b的感知结果在10秒内位于高状态，此后位于低状态。
为了在冷藏室112中产生气幕，无刷直流气幕风扇304根据传感器的感知结果将冷空气吹进冷藏室112。图4是BLDC气幕风扇304的放大了的透视图。BLDC气幕风扇304包括横流风扇叶片402和BLDC电动机404。横流风扇叶片402将由蒸发器产生的冷空气吹进冷藏室112。BLDC电动机404与横流风扇叶片402相连，并旋转横流风扇叶片402。
图5A是图4显示的无刷直流(BLDC)电动机的正视图，图5B是图5A显示的BLDC电动机的侧视图。
BLDC电动机404包括轴502。滚珠轴承504环绕并支持轴502。第一和第二托架511和512调整滚珠轴承504的位置。磁转子506可旋转地固定在滚珠轴承504的外侧，并有磁北极N和磁南极S。
图6是图5B显示的印刷电路板(PCB)514的结构的电路图。
PCB 514包括霍尔传感器510和电流生成器602。霍尔传感器510感知磁转子506的位置并输出位置感知信号。电流生成器602产生驱动电流，以便根据来自霍尔传感器510的位置感知信号控制磁转于506的旋转。电流生成器602包括第一驱动线圈602a和602b以及第一和第二功率晶体管602c和602d。第一驱动线圈602a和602b各自连接到电源Vs。第一驱动线圈602a和602b并联连接，并控制磁转子506的旋转。
第一功率晶体管602c响应于来自霍尔传感器510的位置感知信号向第一线圈602a提供第一线圈电流i1。第一功率晶体管602c包括接地的发射极；用来接收来自霍尔传感器510的位置感知信号的基极；和连接到第一驱动线圈602a的集电极。第二功率晶体管602d响应于来自第一功率晶体管602c的第一线圈电流i1向第二线圈602b提供第二线圈电流i2。第二功率晶体管602d包括接地的发射极；连接到第一驱动线圈602a与第一功率晶体管602c的集电极的接合点的基极，用来接收第一线圈电流i1；以及连接到第二驱动线圈602b的集电极。在图6中，R61和R62是用来去除噪声的电阻器。C61和C62是用来去除噪声的电容器。D61是二极管。
直流电源306给BLDC电流气幕风扇304供给直流驱动电流。驱动器308驱动BLDC电流气幕风扇304。驱动器308包括npn晶体管Q2，它有接地的发射极；用来接收来自微处理器的控制信号(将在下面介绍)的基极；以及连接到BLDC电流气幕风扇304的集电极。npn晶体管Q2包括基极电阻器R3和连接在其基极和集电极之间的电阻器R4。
微处理器310根据传感器302的感知结果控制驱动器208的工作。在图3中，R5和R6是将来自交流电源314的电流调整为经过光耦合器202a的额定电流的电阻器。D2是防止发光二极管D1反向偏置的二极管。
在下文中，将介绍根据本发明的第一实施例的气幕生成器30的工作。
当冷藏室门118打开时，开关S/W关闭，这样来自交流电源300的电压没有供给到光耦合器302a。因此，发光二极管D1和光电晶体管Q1关闭，来自直流电源312的+5V直流电压被供给到输出设备302b，这样输出设备302b的感知结果信号是高电平。输出设备302b的高电平感知结果信号被提供给微处理器310。
根据来自输出设备302b的高电平感知结果信号，微处理器310将高电平的驱动控制信号经过基极电阻器R3输出到驱动器208的npn晶体管Q2的基极。
npn晶体管Q2打开并驱动BLDC气幕风扇304。同时，直流电源306给BLDC气幕风扇304供给直流驱动电流。因此，BLDC气幕风扇304的横流风扇叶片402工作，将由蒸发器122产生的冷空气吹进冷藏室112，在那里产生气幕。气幕排斥外部空气，并防止冰箱中的冷空气泄露出去。BLDC电动机404旋转横流风扇叶片402。
下面将参考图5A到图6介绍BLDC气幕风扇404的工作。
当磁转子506位于图6所示的位置时，霍尔传感器510离磁转子506的磁极非常近，并得到最大磁通量。
霍尔传感器510感知磁场北极N，给第一功率晶体管602a发送驱动信号，从而输出大霍尔输出电压VH+，并使第一功率晶体管602a导通，从而流经第一线圈电流i1，这样第一驱动线圈602c变为受激状态。
当第一线圈电流i1流过时，根据佛兰芒左手定则在第一驱动线圈604上产生磁北极，霍尔传感器510吸引磁转子506的南极。当磁转子506的磁北极由于转子的旋转而远离霍尔传感器510时，通过霍尔传感器510的磁通量消失，在任何情况下都不产生霍尔输出电压(VH+，VH-)。因此，第一和第二功率晶体管602a和602b同时关闭。
尽管第一驱动线圈604转变为非受激状态，由于惯性磁转子510持续旋转，并从磁南极经过180°移动到磁北极。此时，霍尔传感器510接收磁南极和第二功率晶体管602b的磁通量。因此，第二线圈电流i2流过，这样第二驱动线圈602d变为受激状态，从而产生磁南极。所产生的磁南极吸引磁转子406的磁北极，并产生旋转力。重复上面提到的工作过程，并继续持续旋转。图7是展示PCB 514的工作的真值表。
当冷藏室门118关闭时，开关S/W打开，这样来自交流电源300的电压被供给到光耦合器202a。因此，发光二极管D1变成导通并发光。光电晶体管Q1接收由发光二极管D1发出的光。也就是，光耦合器302a在10秒内将60次到120次高/低信号输出到输出设备302b。因此，输出设备302b响应于光耦合器302a的输出信号，在10秒内将高状态的感知结果信号输出到微处理器310。
微处理器310响应于来自输出设备302b的高电平感知结果信号，将高电平驱动控制信号经过基极电阻器R3输出到驱动器308的npn晶体管的基极。
npn晶体管Q2打开，并在10秒内驱动BLDC气幕风扇304，从而以固定温度对冷藏室112进行制冷。
实施例2
图8显示了根据本发明的第二实施例的用于冰箱的气幕生成器80的结构。用于冰箱的气幕生成器80包括无刷直流(BLDC)气幕风扇802、驱动器804、微处理器806和变压发电机808。
为了在冷藏室112中产生气幕，BLDC气幕风扇802将冷空气吹进冷藏室112。驱动器804驱动BLDC气幕风扇802。BLDC气幕风扇802具有和图3所示的BLDC气幕生成器302相同的结构和功能。
微处理器806控制驱动器704的工作。微处理器806判断冷藏室112的状态，并根据判断结果产生具有不同脉冲宽度的脉冲宽度调制信号PWM。图9A显示了当冷藏室门118打开或以高速制冷时微处理器806输出的具有第一脉冲宽度t1的第一脉冲宽度调制信号PWM1。图9B显示了当打开的冷藏室门118关闭时微处理器806输出的具有第二脉冲宽度t2的第二脉冲宽度调制信号PWM2。图9C显示了当冰箱正常工作时微处理器806输出的具有第三脉冲宽度t3的第三脉冲宽度调制信号PWM3。
变压发电机808产生用来控制BLDC气幕风扇802的转速的电压，它根据来自微处理器806的脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度是可变的。
下面将介绍根据本发明的第二实施例的气幕生成器80的工作。
微处理器806判断冷藏室112的状态，并根据判断结果产生具有不同脉冲宽度的脉冲宽度调制信号PWM。也就是，当冷藏室门118打开或以高速制冷时，或当打开的冷藏室门118关闭时，或者当冰箱正常工作时，微处理器806分别输出如图9A所示的具有第一脉冲宽度t1的第一脉冲宽度调制信号PWM1，如图9B所示的具有第二脉冲宽度t2的第二脉冲宽度调制信号PWM2，或者如图9C所示的具有第三脉冲宽度t3的第三脉冲宽度调制信号PWM3。第一、第二或第三脉冲宽度调制信号通过电阻器R3提供给变压发电机808。
变压发电机808产生用来控制BLDC气幕风扇802的转速的电压，它根据来自微处理器806的脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度是可变的。
参考表1，当冷藏室门118打开时，变压发电机808给BLDC气幕风扇802提供+15V的直流电压，并打开BLDC气幕风扇802持续70秒。由此时起，尽管冷藏室门118打开，BLDC气幕风扇802关闭。当以高速制冷时，变压发电机808给BLDC气幕风扇802供给+15V的直流电压，并以高速运转BLDC气幕风扇802。同时，压缩机(未显示)和冷却风扇(未显示)在40分钟内保持打开。其后当冷藏室112的温度低于-7℃时，取消高速制冷，从而关闭BLDC气幕风扇802。
                        表1
  提供的电压   BLDC风扇的转速
  冷藏室门打开或高速制冷     +15VDC     高速
    冷藏室门关闭     +12VDC     中速
    正常工作     +9VDC     低速
当打开的冷藏室门118关闭时，变压发电机808给BLDC气幕风扇802供给+12V的直流电压，并在10秒内以中速打开BLDC气幕风扇802。当冰箱进行正常工作时，变压发电机808给BLDC气幕风扇802供给+9V的直流电压，并在10秒内以中速打开BLDC气幕风扇802，一个小时内共打开30秒。其后，当冷藏室112的温度低于-3℃时，关闭BLDC气幕风扇802。
如上所述，通过提供具有低噪声水平、低功率消耗和高功效的BLDC气幕风扇，本发明使气幕生成器的性能达到最佳。本发明根据冷藏室的状态控制BLDC气幕风扇的转速，从而调整气流速度。
在不背离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明可以用其他特定形式体现。因此，这些实施例被认为是从各个方面说明，而不用于限制本发明。本发明的范围由附加权利要求限定，而不是前面的介绍。在权利要求的等价物的意义和范围内的任何变化都因此被认为由本发明所包含。

Claims (6)

1.一种用于冰箱的气幕生成器，其特征在于，所述生成器包括：
传感器，用来感知冷藏室门的打开和关闭状态；
无刷直流气幕风扇，它根据传感器的感知结果将冷空气吹进冷藏室，以便在冷藏室中产生气幕；
直流电源，用来给无刷直流气幕风扇供给直流驱动电流；
驱动器，用来驱动无刷直流气幕风扇；和
微处理器，用来根据传感器的感知结果控制驱动器的工作。
2.如权利要求1所述的气幕生成器，其特征在于，传感器包括：
和交流电源连接的开关，该开关根据冷藏室门的打开或关闭状态而打开或关闭，从而切换来自交流电源的电压供给；
光耦合器，它响应于来自交流电源并通过开关施加在其上的电压而发光；和
输出设备，其根据光耦合器发出的光和来自直流电源的直流电压来感知冷藏室门的打开或关闭状态，并输出感知结果信号。
3.一种用于冰箱的气幕生成器，其特征在于，所述生成器包括：
无刷直流气幕风扇，用于将冷空气吹进冷藏室，以便在冷藏室中产生气幕；
驱动器，用来驱动无刷直流气幕风扇；
微处理器，用来控制驱动器的工作以及判断冷藏室门的状态，并根据判断结果产生具有不同脉冲宽度的脉冲宽度调制信号；和
变压发电机，用来产生控制无刷直流气幕风扇转速的电压，该电压根据来自微处理器的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度是可变的。
4.如权利要求3所述的气幕生成器，其特征在于，当冷藏室门打开或高速制冷时，当打开的冷藏室门关闭时，以及当冰箱正常工作时，微处理器分别输出具有第一、第二和第三脉冲宽度的第一、第二和第三脉冲宽度调制信号。
5.如权利要求3所述的气幕生成器，其特征在于，当冷藏室门打开或高速制冷时，当打开的冷藏室门关闭时，以及当冰箱正常工作时，分别以低速、中速和高速旋转无刷直流气幕风扇。
6.如权利要求5所述的气幕生成器，其特征在于，当冷藏室门打开时，当打开的冷藏室门关闭时，以及当冰箱正常工作时，分别将无刷直流气幕风扇打开70秒，以中速运转10秒钟，和以中高速在每个小时内运转30秒钟。
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