CN201666270U - 一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置 - Google Patents

Abstract

一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置属于通风设备领域。该装置依次含有导流罩、直流无刷电机、电机转速控制电路板、送风风口、操作面板和支架；电机转速控制电路板包括单片机、电压转换电路、驱动电路、相位检测电路等；单片机含有一个储存有动态风样本风速信号的存储器、执行器和D/A转换模块；通过对装置中直流无刷电机转速的控制，能够产生包括仿自然风在内的动态化气流。该装置产生的动态风，特别是具有自然风紊动特征的仿自然风，能有效的改善使用者对环境沉闷、单调的抱怨，显著提高室内人员对气流的可接受程度。由于装置个体轻小，易于和较高密度的办公环境结合，实现个体分别调控，使用十分方便。

Description

一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置 

技术领域

本实用新型属于通风设备领域，具体涉及一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置，该装置能够产生包括仿自然风在内的动态化气流。 

背景技术

已有的大量现场实测和研究表明，自然通风环境与传统的稳态空调环境下人体热舒适情况有着较大区别：其一是在偏热的条件下自然通风环境TSV(人体热感觉实际投票值)要明显小于PMV(人体热感觉预测估计值)；其二是在自然通风环境中，人们可接受的气流速度要远高于稳态空调环境，同时可接受的环境温度也要高于稳态空调环境。因此，以提高送风速度来补偿温度的提高，应用动态化气流来改善人体的吹风舒适度是可行的。提高背景温度后，空调能耗能有效降低，室内设定温度从24℃上升到28℃时，也就是室内温度不超过28℃就不开空调，那么模拟计算得到的室内最大冷负荷可以降低15％，而整个供冷时间也将会缩短22％。因此，如果能够在建筑室内形成近似自然风的动态气流，对节能降耗和营造健康舒适的室内环境将具有重要意义。 

于是，有不少研究者便试图研制各种形式的动态送风装置，期望用人工的方法做出模拟自然风。现有研究自然风的特性，主要从自然风的频谱特性分析，表1列出了在不同地点实际采样得到的真实自然风的频谱参数，其中β值为气流频谱分析双对数功率谱曲线的负斜率值，Tu为气流的湍流度值。 

表1各种自然风的平均β值和Tu值 

经过研究已经得出，自然风的频谱特征具有相似之处，而且自然风的不同环境、不同建筑和不同平均风速对其β值的影响都非常小。 

现在市场上已出现了多种宣称有自然风功能的产品，但实际测试分析这些仿自然风风扇的特性，我们发现大多数这类产品所形成的仿自然风的频谱分析结果与真实自然风存在较大差别。以“X型”摇头扇为例简单说明一下，从β值来看，实际产品的β值为1.1，比一般的稳态机械风高出了很多，但与真实自然风相比差距仍较远，从两者的双对数功率谱来看，我们可以很容易发现，实际产品的仿自然风谱分析图中存在一个明显的主频。正是因为这个主频的存在，使得仿自然风在某一频率的功率得到增强，从而提高了它的β值，而这一主频的存在正好说明仿自然风具有明显的周期性。其所谓的“自然风”只是在一个较短的周期内将风速动态化，而后不断地重复这一动态化过程以此来产生仿自然风，我们在测试实验的过程中也能明显地观察到这个简单的重复过程。因此我们说此产品的仿自然风与典型自然风还存在较大差距。 

另外，传统的仿自然风风扇较难应用在办公环境中，在办公密度较高的办公空间，风扇如靠近用户放置，则使用人员附近风速会过大且吹风区域覆盖不均匀，容易产生强烈的吹风不适感；如采用天花或侧墙布置(如吊扇形式)，很难做到个体化控制，在人员对吹风产生不同需求时，难以满足需求。所以，工位型个体化送风是一种很好的克服以上不足，并实现人员舒适性的方式。若能将风机转速控制技术应用到个体化送风中，结合个体化送风的特点，开发适用于桌面布置的 装置，同时利用风机小、扇叶轻、响应快的特点，能够较容易的在局部环境中产生动态化气流，有效改善人体对局部送风的可接受性，所设计的动态送风装置将具备体积小、噪声低、使用方便、吹风舒适等优点。 

发明内容

本实用新型的目的是为办公环境中人体局部环境提供近似自然风的动态气流，从而提出了一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置。 

本实用新型采用如下技术方案：该装置包括导流罩、直流无刷电机、电机转速控制电路板、送风风口、操作面板和支架。其中，所述电机转速控制电路板集成了单片机、电压转换电路、驱动电路、相位检测电路；所述单片机含有一个储存有多种不同类型的包括自然风、周期风在内的动态风样本风速信号的存储器，一个从存储器中读取动态风样本风速信号并将其转为数字量信号的执行器，以及将数字量转化为模拟量信号的D/A转换模块；所述驱动电路的输入端与所述的D/A转换模块的输出端相连，所述的驱动电路的输出端与所述的直流无刷电机相连。 

所述动态风样本风速信号的时间长度超过一小时，能实现平滑无级调速，所产生的风谱具有1/f特性，有很高的舒适度。 

所述送风风口的角度可调，启停和风速都可由用户自行独立控制。。 

本实用新型与现有技术相比具有以下优点及突出性效果： 

(1)与常规的动态送风风扇相比，其仿自然风更加接近于真实自然风的频谱特征，而目前市场上已经出现的大多数仿自然风风扇产生的动态风与真实自然风还存在较大差距，很多只是在一个小周期内将风速简单地改变一下，然后再机械重复而已； 

(2)与常规的空调末端动态送风装置相比，本发明采用轻质扇叶，实现了 单片机控制，从而使装置具有体积小、放置方便、噪声低、响应快、可调性大等优点； 

(3)所述装置与空调系统既可结合使用，也可分开使用，利用装置送风从而可提高空调环境背景温度，仅在最需要气流的人员工作区实现环境的动态化，缩短空调使用时间，从而促进办公建筑的节能降耗，是一种节能高效的动态化控制策略。内置的单片机中存储有多种不同类型自然风的动态风样本，使用者可根据自身工作状态和需要选择工作、休息、睡眠等不同类型的仿自然法； 

(4)装置技术上易于实现，生产成本很低。本发明所产生的仿自然风气流，相比传统的稳态机械风具有更强的冷却作用，减少长时间吹风带给人的吹风疲劳感，显著提高室内人员的热舒适性，减小病态建筑综合症的发生；相比同类型动态风装置的仿自然风气流，其频谱紊动特性更接近于真实自然风。 

(5)经测试该装置产生的仿自然风符合自然风频谱紊动特征，而且能显著提高室内人员的热舒适性。装置具有广泛的应用前景，与中央空调系统结合使用，可在办公楼、学校、剧院等人员密度高、位置固定的场所应用，是一种健康、舒适、节能的新型空调手段。 

附图说明

图1为工位型个体化动态送风装置的外观结构示意图； 

图2为图1的A-A面剖视图； 

图3为各硬件连接示意图。 

图中标号： 

1-导流罩；2-直流无刷电机；3-电机转速控制电路板；4-送风风口；5-操作面板；6-支架。 

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。 

如图1-图3所示，该装置包括导流罩1、直流无刷电机2、电机转速控制电路板3、送风风口4、操作面板5和支架6。其中，所述电机转速控制电路板3集成了单片机、电压转换电路、驱动电路(又称直流-交流逆变电路)、相位检测电路；所述单片机含有一个储存有多种不同类型的包括自然风、周期风在内的动态风样本风速信号的存储器，一个从存储器中读取动态风样本风速信号并将其转为数字量信号的执行器，以及将数字量转化为模拟量信号的D/A转换模块；所述驱动电路的输入端与所述的D/A转换模块的输出端相连，所述的驱动电路的输出端与所述的直流无刷电机2相连。 

该装置的气流流向为导流罩1-直流无刷电机2-送风风口4，所有部件连接为一个整体器械，用户通过布置在下部的操作面板5或者遥控器直接对不同气流类型、风速、模式等进行选择，可以方便的启停装置。 

存储器储存有多种不同类型自然风、周期风等动态风样本的风速信号，执行器每间隔一定时间从存储器读取一个动态风样本的风速信号并转化为数字量信号，再通过D/A(数字量/模拟量)模块转化为模拟量信号，再通过驱动电路转换为电压信号和变频信号加载在直流无刷电机上，从而改变电机的转速。电机带动扇叶转动产生风速随时间变化的动态化气流，通过送风风口到达人体区域。 

Claims (2)

1.一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置，包括导流罩(1)、直流无刷电机(2)、电机转速控制电路板(3)、送风风口(4)、操作面板(5)和支架(6)，其特征在于：所述电机转速控制电路板(3)集成了单片机、电压转换电路、驱动电路、相位检测电路；所述单片机含有一个储存有多种不同类型的包括自然风、周期风在内的动态风样本风速信号的存储器，一个从存储器中读取动态风样本风速信号并将其转为数字量信号的执行器，以及将数字量转化为模拟量信号的D/A转换模块；所述驱动电路的输入端与所述的D/A转换模块的输出端相连，所述的驱动电路的输出端与所述的直流无刷电机(2)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于直流无刷电机控制的工位型个体化动态送风装置，其特征在于，所述送风风口(4)的角度可调。 

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