CN212482413U - 检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，由信号开关和信号触发器组成，信号开关安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号触发器相对摇头转轴处于固定位置，或者信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号开关相对于摇头转轴处于固定位置，使信号开关与信号触发器的相对位置随机头的转动而变化，信号触发器在‑α_max/2区域内控制信号开关导通或关断，在α_max/2区域内控制信号开关关断或导通；上电时，通过检测信号开关的状态来判定机头所处的区域，以确定直流风扇的摇头方向；启动后、在摇头过程中，通过信号开关出现由高到低或由低到高的跳变时的机头位置来检测风扇的摇头对称中心。

Description

检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器

技术领域

本实用新型属于直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心检测技术领域，涉及检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器。

背景技术

用无刷直流电机驱动扇叶旋转的摇头电风扇(以下简称“直流风扇”)运行平稳、噪声低、可方便地模拟自然风、可在极宽的范围内调节风量及摇头角度，具有传统交流电机风扇无法比拟的性能优势，因此得到了快速发展。风扇的摇头角度是风扇活动参考面相对风扇固定参考面的正摆角和负摆角之和、且正负摆角相等，摇头角度的大小可以任意设定是直流风扇有别于传统交流风扇的优点之一。由于风扇是轻便的可移动设备，其活动参考面易受移动时外力的干预而改变位置，因此，在上电开机时活动参考面的位置具有不确定性。为了准确地基于风扇摇头角度的定义按设置的摇头参数来控制风扇的摇头角度，在风扇上电开机时必须先检测风扇活动参考面相对于风扇固定参考面的位置，才能在正摆角和负摆角相等的前提下按设置参数实现摇头。

直流风扇摇头传动机构如图1所示。为了控制直流风扇机头的摇摆，在风扇立柱1-1的上端安装有一个固定的从动齿轮1-2；安装并支撑风扇机头的底座(下称机头支撑座)1-3上装有一个与从动齿轮啮合的、受步进电机驱动的主动齿轮1-4；机头支撑座1-3上有一个与立柱作滑动配合的孔，整个机头通过这个带孔的机头支撑座配合安装到立柱上，在步进电机1-5驱动主动齿轮1-4旋转时，机头支撑座1-3绕立柱1-1的轴心转动；通过控制步进电机1-5的正传与反转的运行步数来控制风扇机头的摇摆角度。

直流风扇机头的摆角与步进电机运行步数的关系是已知的，设机头每度转角对应步进电机的运行步数为n，设期望的摇头角度为α，则步进电机驱动机头摆动α角的总步数N＝n×α，据此即可方便地通过控制步进电机的正传与反转的运行步数来控制风扇的摇头角度；然而仅能控制风扇机头的绝对摆角的大小是不够的，在摇头过程中还必须保证风扇活动参考面相对于风扇固定参考面的正负摆角相等。由于目前尚无一种能在风扇上电时检测出风扇活动参考面与风扇固定参考面相对位置关系的位置传感器，因而目前的直流风扇在上电时均采用以下方法来确定风扇的摇头参考零点：

设风扇机头的最大摇头角度为α_max，上电开机时，先让步进电机沿一个固定的方向运行n×α_max步，以确保机头能向这个固定方向摆动到极限位置并被堵转，从这个位置算起，机头再反向运行n×α_max/2步即为风扇摇头的参考零点，找到参考零点后，即可控制风扇摇头的对称性。这种控制方法的缺陷如下：

1.开机后不能立即进入正常摇头状态，寻找参考零点的过程较长，堵转时机头会产生较大的抖动，这些缺陷将降低客户体验；

2.在完成上电检测并进入正常摇头状态后，如果受外力干预导致机头的活动参考面被强制改变位置，因在正常工作过程中系统无法监测到这种改变而将进入到错误的摇头状态，经上电检测而得到的摇头对称性被破坏，摇头角度将减小，在极端情况下，风扇只能从一个极限堵转位置以α/2的角度摇头，在另外α/2的区间内，驱动摇头系统的步进电机将处于堵转状态；

3.堵转会导致步进电机驱动环节过载，对驱动环节的寿命及可靠性不利。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，以便在直流风扇上电启动时，能准确判断上电时直流风扇的摇头方向，直流风扇启动后，能准确确定风扇的摇头对称中心并避免驱动摇头系统的步进电机处于堵转状态。

为了方便对本实用新型技术方案的描述和理解，在给出本实用新型技术方案之前，给出以下定义及说明：

1.水平摇头转轴和俯仰摇头转轴

直流风扇中，支撑机头作水平转动的轴(即风扇的立柱)为水平摇头转轴，支撑机头作俯仰转动的轴为俯仰摇头转轴，水平摇头转轴和俯仰摇头转轴统称为摇头转轴。

2.风扇固定参考面与风扇活动参考面

风扇固定参考面是相关标准或制造商规定的，用于定义水平和俯仰摇头角度的、过摇头转轴轴线的固定平面，它也是风扇摇头对称中心(或直流风扇摇头角度的参考零点)；风扇活动参考面是过摇头转轴轴线且垂直于风扇扇叶旋转面的、随机头摆动的平面，风扇的摇头角度就是风扇活动参考面相对于风扇固定参考面的正负摆角的和，正摆角和负摆角相等。

3.安装固定参考面与安装活动参考面

这是本实用新型为便于描述信号开关和信号触发器相对安装位置关系而定义的一对参考平面。如果信号开关相对于转轴固定，安装固定参考面是过转轴轴线及信号敏感中心的固定平面，如果信号开关安装在机头支撑座上，安装固定参考面是在风扇活动参考面与风扇固定参考面重合时过转轴轴线和信号敏感中心的固定平面，安装固定参考面可以与风扇固定参考面重合，也可以不重合，取决于信号开关和(或)信号触发器的安装位置的选择；安装活动参考面是一个过转轴轴线随机头摆动的平面，安装活动参考面相对于安装固定参考面的动态夹角与风扇活动参考面相对于风扇固定参考面的动态夹角相等。

4.正负极限摆角-α_max/2和α_max/2

-α_max/2和α_max/2分别表示风扇活动参考面(或安装活动参考面)从与风扇固定参考面(或安装固定参考面)重合的位置分别向一个方向和另一个方向转到极限位置所转过的角度；把0到-α_max/2之间的区域简称为-α_max/2区，把0到α_max/2之间的区域简称为α_max/2区。如果信号触发器在-α_max/2(或α_max/2)区域内控制信号开关处于导通状态，则信号触发器应在α_max/2(或-α_max/2)区域内控制信号开关处于关断状态。

5.关于R和L的说明

5-1.R

R是信号开关的信号敏感中心到转轴轴线的距离。

5-2.L

L是半径为R、圆心角为α_max/2的弧线长度。

进一步说明：

若信号开关安装在机头支撑座上并随之摆动，L是信号敏感中心摆过α_max/2角所对应的弧线长度；若信号开关相对于转轴固定，L是信号敏感中心在垂直于转轴轴线且随机头摆动的平面上的投影所形成的与α_max/2摆角相对应的弧线长度。

6.信号开关的信号敏感中心、信号敏感区及信号开关的通断控制方法

控制信号开关通断的信号触发器可以是一个独立部件，也可以是像实施例那样在直流风扇已有部件中加工出来的一个区域。无论哪种情况，对信号开关起实际触发作用的只是具有特定结构的区域中的某些平面或弧面，有鉴于此、特引入“信号触发区”的概念以方便描述信号触发器与信号开关的相对关系。

6-1.霍尔开关及对应的信号触发区

霍尔开关的信号敏感区是霍尔开关芯片内直径为d的磁敏面，磁敏面的中心为霍尔开关的信号敏感中心。在磁极靠近磁敏面的过程中，当磁感应强度大于等于霍尔开关的导通磁感应强度B_OP时，其输出为导通状态，在磁极离开磁敏面的过程中，当磁感应强度小于等于霍尔开关的关断磁感应强度B_RP时，其输出为关断状态，B_OP＞B_RP。控制霍尔开关导通或关断的方法就是让磁钢的对应磁极接近或离开霍尔开关的磁敏面。

与霍尔开关相对应的信号触发区是一个如图2所示的弧形体磁钢。当弧形体磁钢沿径向充磁时，两个磁极分别位于图2中半径为Ri的内弧面和半径为Ro的外弧面，用于触发霍尔开关的弧面投影弧线的长度应大于L+d；当弧形体磁钢沿轴向充磁时，两个磁极分别位于图2中弧形体磁钢的上表面和下表面，过霍尔开关信号敏感中心的弧面半径为Rc，夹在两端面之间半径为Rc处的弧线长度应大于L+d。

6-2.透射式光电开关及对应的信号触发区

透射式光电开关的发射管和接收管的光轴共线，发射光直接射向接收管，在发射管和接收管之间有一个槽口，信号敏感区近似为以光轴为中心，以接收管外径d为直径的位于槽口中的圆形区域，该区域的中心为透射式光电开关的信号敏感中心。槽口处于开放状态时，透射式光电开关处于导通状态，控制透射式光电开关关断和导通的方法是在槽口中插入或移出一个可阻断发射光被接收管接收的挡光片；当透射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，挡光片为如图3所示的弧形平面挡光片，挡光片在半径为Rc处的弧线长度大于L+d；信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，挡光片为如图4所示的弧形弧面挡光片，弧面挡光片的弧线长度大于L+d。

6-3.反射式光电开关及对应的信号触发区

反射式光电开关的信号敏感中心为发射管和接收管光轴的交点，信号敏感区是来自发射管的发射光投射到垂直于两光轴的角平分线且过两光轴交点的平面上的直径为d的光斑覆盖区域，反射式光电开关在通光孔方向的外壳表面称为反射式光电开关的通光面。

控制反射式光电开关导通的方法是通过相应的反光面引导发射光被接收管接收。基于反射式光电开关的结构特征，当反光面与反射式光电开关的信号敏感区重合时，接收管接收到的发射光信号最强；反光面越靠近通光面，接收管接收到的发射光信号越弱，靠近到一定程度后，发射光将被阻断而不能到达接收管，反光面就变成了挡光面。

控制反射式光电开关关断的方法是阻止发射光被接收管接收，当与关断区间相对应的背景状态不同时，阻止发射光被接收管接收的方法不同，信号触发区的结构也不同。

如果对应的关断区存在背景光或反光背景，则需要采取措施阻止背景光或反光背景对期望的关断状态产生干扰，以保证反射式光电开关在对应区域可靠关断，此时的信号触发区应包含与导通和关断区域相对应的反光面和挡光面。

当信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，与导通和关断区相对应的反光平面和挡光平面的结构关系如图5所示，反光平面和挡光平面在半径为Rc处的弧线长度均应大于L+d；当反射式光电开关安装在机头支撑座上且信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，与导通和关断区相对应的反光弧面和挡光弧面的结构关系如图6所示，反光弧面和挡光弧面的弧线长度均应大于L+d；当反射式光电开关相对于转轴固定且信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，与导通和关断区相对应的反光弧面和挡光弧面的结构关系如图7所示，反光弧面和挡光弧面的弧线长度均应大于L+d。

当反射式光电开关处于没有背景光和反光背景的区域时，其接收管在该区域接收不到光信号而处于关断状态，在这种情况下、不需要采取挡光措施即可确保反射式光电开关的关断。如果能找到在对应的关断区域没有背景光和反光背景的安装位置，对应的信号触发区只需要去掉图5、图6和图7中的挡光面部分，保留反光面部分即可。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，由信号开关和信号触发器组成，信号触发器用于控制信号开关的导通或关断，信号开关安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号触发器相对摇头转轴处于固定位置，或者信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号开关相对于摇头转轴处于固定位置，使信号开关与信号触发器的相对位置随机头的转动而变化，从而将直流风扇的机头位置与信号触发器的输出状态相关联；信号触发器在-α_max/2区域内控制信号开关导通或关断，在α_max/2区域内控制信号开关关断或导通；直流风扇上电启动时，通过检测信号开关的状态来判定机头所处的区域，以确定上电时直流风扇的摇头方向；直流风扇启动后，信号触发器在与信号开关相对运动的过程中实现对信号开关的通断控制，通过信号开关出现由高到低或由低到高的跳变时的机头位置来检测风扇的摇头对称中心。

上述位置传感器中的信号开关为霍尔开关、透射式光电开关或反射式光电开关，三种信号开关既可以安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，也可以相对于摇头转轴处于固定位置，信号触发器的安装位置及形状和结构与信号开关的类型及安装位置相匹配，具体技术方案如下：

1.信号开关为霍尔开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使霍尔开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当霍尔开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上信号触发区是一个沿轴向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装固定参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其上表面或下表面，磁极表面到霍尔开关磁敏面的距离以能可靠触发霍尔开关为准，过霍尔开关信号敏感中心的弧面半径Rc＝R；当霍尔开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，信号触发区是一个沿径向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装固定参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其外弧面，外弧半径Ro＜R，R₀与R的差值以能可靠触发霍尔开关为准；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和霍尔开关信号敏感中心的平面，所述R为霍尔开关的信号敏感中心与摇头转轴轴线之间的距离。

2.信号开关为霍尔开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使霍尔开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当霍尔开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个沿轴向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装活动参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其上表面或下表面，磁极表面到霍尔开关磁敏面的距离以能可靠触发霍尔开关为准，过霍尔开关信号敏感中心的弧面半径Rc＝R；当霍尔开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，信号触发区是一个沿径向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装活动参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其内弧面，内弧半径Ri＞R，Ri与R的差值以能可靠触发霍尔开关为准；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及霍尔开关信号敏感中心的固定平面，所述R为霍尔开关的信号敏感中心与摇头转轴轴线之间的距离。

3.信号开关为透射式光电开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使透射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当透射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧形平面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，它的径向宽度应能阻断接收管对发射光的接收，它的一条边线与安装固定参考面重合；当透射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其轴向宽度应能阻断接收管对发射光的接收，其一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和透射式光电开关信号敏感中心的平面。

4.信号开关为透射式光电开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使透射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当透射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧形平面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其径向宽度应能阻断发射光被接收管接收，其一条边线与安装活动参考面重合；当透射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其轴向宽度应能阻断发射光被接收管接收，其一条边线与安装活动参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及透射式光电开关信号敏感中心的固定平面。

5.信号开关为反射式光电开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使反射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由相互平行的弧形反光平面和弧形挡光平面构成，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，弧形挡光平面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，弧形反光平面和弧形挡光平面的径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为弧形反光平面，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，其径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由同圆心外反光弧面和外挡光弧面构成，外反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，外挡光弧面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，外反光弧面和外挡光弧面的轴向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为外反光弧面，外反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，外反光弧面的轴向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和反射式光电开关信号敏感中心的平面。

6.信号开关为反射式光电开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使反射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由相互平行的弧形反光平面和弧形挡光平面构成，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，弧形挡光平面与反射式光电开关的通光面靠近，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，弧形反光平面和弧形挡光平面的径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装活动参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为弧形反光平面，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，其径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由同圆心的内反光弧面和内挡光弧面构成，内反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，内挡光弧面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，内反光弧面和内挡光弧面的轴向高度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装活动参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为内反光弧面，内反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，其轴向高度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及反射式光电开关信号敏感中心的固定平面。

本实用新型位置传感器的检测原理如下：

透射式光电开关和反射式光电开关均由光发射管和光接收管构成，流过光电开关接收管的电流与其接收到的光信号强度成正比，其输出电压则与流过接收管的电流成反比，其电原理图见图11(a)。与光电开关相对应的信号触发器，用于引导或阻挡发射光被接收管接收，应满足图3至图7的相应要求。当信号触发器与光电开关作相对运动时，这种“引导”和“阻挡”作用随二者的位置关系而变化。通过这种“引导”和“阻挡”，让光电开关的接收管在一个区域内接收到足以使输出进入逻辑电平为“0”的导通状态的光强，在另一个区域内接收不到光信号或只能接收到强度较弱的光信号，其输出处于逻辑电平为“1”的关断状态。

图11(b)是霍尔开关的电原理图。在霍尔开关中有一个对磁场敏感的磁敏面，在磁极靠近磁敏面的过程中，当磁感应强度大于等于霍尔开关的导通磁感应强度B_OP时，其输出进入逻辑电平为“0”的导通状态；在磁极离开磁敏面的过程中，当作用到磁敏面上的磁感应强度小于等于霍尔开关的关断磁感应强度B_RP时，其输出进入逻辑电平为“1”的关断状态；导通磁感应强度B_OP大于关断磁感应强度B_RP。与霍尔开关相对应的信号触发器是一个与霍尔开关作相对运动的弧形体磁钢(见图2)，这种相对运动使霍尔开关的磁敏面在一个区域内处于磁感应强度大于B_OP的磁场中，在另一个区域内处于0磁场或强度小于B_RP的磁场中。

在直流风扇摇头过程中，信号开关和信号触发器作相对运动，当机头摆动到-α_max/2区间时，信号触发器能控制信号开关导通(或关断)，当机头摆动到α_max/2区间时，信号触发器能控制信号开关关断(或导通)。

图11(c)为信号开关输出状态与机头位置对应关系的曲线，基于该曲线即可通过检测信号开关的输出状态来确定机头所处的区域，以决定上电时的机头运行方向；通过信号开关的输出跳变出现的位置来确定机头的摇头对称中心。

下面结合图8、图9、图10和图11对上述检测原理做进一步说明。

图8、图9、图10分别给出了信号开关相对于信号触发区的3个特殊位置。当信号开关被信号触发区覆盖时，输出为“0”，不被覆盖时输出为“1”。由图11(c)可见，基于信号开关的特性，无论是光电开关还是霍尔开关，它们的输出出现由“0”到“1”的跳变和由“1”到“0”的跳变所对应的机头位置是不重合的，但二者之间的差Δα是确定的，因此可以实时测出与Δα所对应的步进电机的运行步数，进而精确地测出风扇活动参考面运动时的“过零”位置(即风扇活动参考面与风扇固定参考面重合时的位置)，把±α/2换算成步进电机向“零点”左边和右边运行的步数即可精确到控制风扇的摇头角度。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

1.与现有技术用一个方向的极限位置作为参考零点不同，本实用新型的参考零点是风扇活动参考面和风扇固定参考面重合时的位置，因此本实用新型在上电后是基于信号开关的输出状态来确定机头所处的区间，进而确定机头的运动方向，因此可在上电开机时直接进入正常的摇头状态；通过信号开关的跳变来实时检测参考零点位置，因此在摇头过程中当风扇活动参考面相对于风扇固定参考面的摇摆对称性因外力干预而改变后能被实时矫正回来；由于本实用新型可实时检测直流风扇的对称中心，因此可方便的在运行过程中操控直流风扇停止到指定位置，大大方便了直流风扇的功能扩展。

2.使用本实用新型所述位置传感器，可避免驱动摇头系统的步进电机将处于堵转状态，提高驱动环节的可靠性和寿命。

附图说明

图1是直流风扇摇头传动机构的示意图；

图2是本实用新型所述位置传感器中，控制霍尔开关的信号触发器上信号触发区——弧形体磁钢的示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图；

图3是本实用新型所述位置传感器中，控制透射式光电开关的信号触发器上信号触发区——弧形平面挡光片的示意图及工作原理图，其中，(a)为投影图，(b)为立体图；

图4是本实用新型所述位置传感器中，控制透射式光电开关的信号触发器上信号触发区——弧面挡光片的示意图及工作原理图，其中，(a)为投影图，(b)为立体图；

图5是本实用新型所述位置传感器中，控制反射式光电开关的信号触发器上信号触发区——弧形反光平面和弧形挡光平面的示意图及工作原理图，其中，(a)为投影图，(b)为立体图；

图6是本实用新型所述位置传感器中，控制反射式光电开关的信号触发器上信号触发区——外反光弧面和外挡光弧面的示意图及工作原理图，其中，(a)为投影图，(b)为立体图；

图7是本实用新型所述位置传感器中，控制反射式光电开关的信号触发器上信号触发区——内反光弧面和内挡光弧面的示意图及工作原理图，其中，(a)为投影图，(b)为立体图；

图8是直流风扇的机头处于左极限位置的示意图；

图9是直流风扇的机头处于对称中心位置的示意图；

图10是直流风扇的机头处于右极限位置的示意图；

图11是信号开关电原理图及信号开关输出状态与机头摆角的对应关系图，其中，(a)为透射式和反射式光电开关的电原理图，(b)为霍尔开关的电原理图，(c)为信号开关输出状态与机头摆角的对应关系图；

图12是实施例1中反射式光电开关与信号触发器在直流风扇上的布局及动态关系拆解图，其中，(a)为反射式光电开关与信号触发器在直流风扇上的安装位置图，(b)为由从动齿轮构成的信号触发器的示意图；(c)为反射式光电开关处于导通状态的示意图，(d)为反射式光电开关处于关断状态的示意图；

图13是实施例2中霍尔开关与信号触发器在直流风扇上的布局及动态关系拆解图，其中，(a)为霍尔开关与信号触发器在直流风扇上的安装位置图，(b)为由从动齿轮构成的信号触发器的示意图；(c)为霍尔开关处于导通状态的示意图，(d)为霍尔开关处于关断状态的示意图。

图中，1—直流风扇摇头传动机构，1-1—立柱，1-2—从动齿轮，1-3—机头支撑座，1-4—主动齿轮，1-5—步进电机，2—弧形体磁钢，2-1—左端面，2-2—右端面，2-3—下表面，2-4—上表面，2-5—内弧面，2-6—外弧面，3—透射式光电开关，4—弧形平面挡光片，4-1—左边线，4-2—右边线，5—弧面挡光片，5-1—左边线，5-2—右边线，6—反射式光电开关，7—弧形挡光平面，8—弧形反光平面，9—弧形挡光平面与弧形反光平面的衔接面，10—外挡光弧面，11—外反光弧面，12—外挡光弧面与外反光弧面的衔接面，13—内挡光弧面，14—内反光弧面，15—内挡光弧面与内反光弧面的衔接面，16—摇头转轴，17—信号开关，18—信号触发器，18-1—信号触发区，19—霍尔开关。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器作进一步说明。

实施例是本实用新型在最大摇头角α_max＝120度的成品直流风扇中的应用。实施例1采用反射式光电开关作为信号开关，实施例2采用霍尔开关作为信号开关。

实施例1

本实施例中的检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器如图12所示。信号开关是型号为ST178的反射式光电开关6，信号敏感中心到通光面的距离约为6mm，信号敏感区的直径约为2mm，原理电路及电路参数如图11(a)所示；该反射式光电开关6嵌入到机头支撑座上1-3上，其信号敏感区垂直于摇头转轴轴线，通光面与机头支撑座1-3下表面重合，信号敏感中心位于安装活动参考面上，为方便信号开关的安装及信号触发器中的信号触发区的加工，选取安装固定参考面与风扇固定参考面是夹角为70度，信号敏感中心到摇头转轴轴线的距离R＝18mm，如图12(a)所示。

本实施例在从动齿轮1-2上构建信号触发区形成信号触发器，该信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置。从动齿轮1-2的外径为42mm、厚度10mm，在从动齿轮的上端面以Rc＝18mm(以满足Rc＝R的要求)作为弧形中心线，加工一个深6mm(以满足反光平面与反射式光电开关的信号敏感区重合的要求)、宽2.4mm(以满足反光平面的径向宽度能覆盖反射式光电开关信号敏感区的要求)的弧形槽，槽底平整光滑，弧形槽的对应的圆心角为65度(大于120度最大摇头角的一半，满足Rc处的弧线长度大于L+d的要求)，平整光滑的槽底面构成信号触发区的弧形反光平面，从动齿轮1-2上端面除弧形槽以外的弧形面构成信号触发区的弧形挡光平面，如图12(b)所示。

直流风扇上电后，基于反射式光电开关的输出状态可确定机头所处的区域，因此可直接确定步进电机的运行方向；在摇头过程中、机头支撑座1-3绕摇头转轴转动，并带着嵌入到机头支撑座上1-3上的反射式光电开关6绕摇头转轴转动，而从动齿轮1-2固定在立柱(即摇头转轴)1-1上，相对于摇头转轴处于固定位置，因而反射式光电开关与信号触发器的相对位置随机头的转动而变化，从而将直流风扇的机头位置与信号触发器的输出状态相关联。图12(c)表示反射式光电开关6随机头支撑座1-3摆动到被从动齿轮1-2上的弧形反光平面覆盖的区域，其输为导通状态；图12(d)表示反射式光电开关6随机头支撑座1-3摆动到被从动齿轮1-2上的弧形挡光平面覆盖的区域，其输出为关断状态。

实施例2

本实施例中的检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器如图13所示。信号开关是型号为A3144的霍尔开关，其原理电路及电路参数如图11(b)所示；霍尔开关19安装到机头支撑座1-3的上表面，其信号敏感区垂直于摇头转轴轴线，信号敏感中心位于安装活动参考面上，为方便信号开关的安装及信号触发器中的信号触发区的加工，选取安装固定参考面与风扇固定参考面是夹角为70度，信号敏感中心到摇头转轴轴线的距离R＝18mm；信号触发器的结构是将中心弧线半径Rc＝18mm、径向宽度＝3mm、轴向高度＝3mm且沿轴向充磁的弧形体磁钢2以与从动齿轮同心的方式嵌入到从动齿轮1-2中，弧形体磁钢上表面与从动齿轮上表面平齐，如图13(b)所示。

对本实施例所选用的霍尔开关和弧形体磁钢的实测表明、弧形体磁钢上表面到霍尔开关磁敏面的垂直距离在0-6mm的范围内、霍尔开关都能可靠地被弧形体磁钢触发，机头支承座底板的厚度为2mm，为方便安装，选择把霍尔开关安装到机头支承座1-3的上表面。

直流风扇上电后，基于霍尔开关的输出状态可确定机头所处的区域，因此可直接确定步进电机的运行方向；在摇头过程中、机头支撑座1-3带着霍尔开关19绕摇头转轴转动，而从动齿轮1-2固定在立柱(即摇头转轴)1-1上，相对于摇头转轴处于固定位置，因而使霍尔开关19与信号触发器的相对位置随机头的转动而变化，从而将直流风扇的机头位置与信号触发器的输出状态相关联。图13(c)表示霍尔开关19随机头支撑座1-3摆动到从动齿轮1-2上的弧形体磁钢上表面区域，其输为导通状态；图13(d)表示霍尔开关19随机头支撑座1-3摆动到从动齿轮1-2上的非弧形体磁钢上表面区域，其输出为关断状态。

Claims (7)

1.检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，由信号开关和信号触发器组成，信号触发器用于控制信号开关的导通或关断，其特征在于信号开关安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号触发器相对摇头转轴处于固定位置，或者信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，信号开关相对于摇头转轴处于固定位置，使信号开关与信号触发器的相对位置随机头的转动而变化，从而将直流风扇的机头位置与信号触发器的输出状态相关联；信号触发器在-α_max/2区域内控制信号开关导通或关断，在α_max/2区域内控制信号开关关断或导通；直流风扇上电启动时，通过检测信号开关的状态来判定机头所处的区域，以确定上电时直流风扇的摇头方向；直流风扇启动后，信号触发器在与信号开关相对运动的过程中实现对信号开关的通断控制，通过信号开关出现由高到低或由低到高的跳变时的机头位置来检测风扇的摇头对称中心。

2.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为霍尔开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使霍尔开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当霍尔开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上信号触发区是一个沿轴向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装固定参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其上表面或下表面，磁极表面到霍尔开关磁敏面的距离以能可靠触发霍尔开关为准，过霍尔开关信号敏感中心的弧面半径Rc＝R；当霍尔开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，信号触发区是一个沿径向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装固定参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其外弧面，外弧半径Ro＜R，R₀与R的差值以能可靠触发霍尔开关为准；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和霍尔开关信号敏感中心的平面，所述R为霍尔开关的信号敏感中心与摇头转轴轴线之间的距离。

3.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为霍尔开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使霍尔开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当霍尔开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个沿轴向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装活动参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其上表面或下表面，磁极表面到霍尔开关磁敏面的距离以能可靠触发霍尔开关为准，过霍尔开关信号敏感中心的弧面半径Rc＝R；当霍尔开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，信号触发区是一个沿径向充磁的弧形体磁钢，弧形体磁钢的一个端面与安装活动参考面重合，触发霍尔开关的磁极为其内弧面，内弧半径Ri＞R，Ri与R的差值以能可靠触发霍尔开关为准；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及霍尔开关信号敏感中心的固定平面，所述R为霍尔开关的信号敏感中心与摇头转轴轴线之间的距离。

4.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为透射式光电开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使透射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当透射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧形平面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，它的径向宽度应能阻断接收管对发射光的接收，它的一条边线与安装固定参考面重合；当透射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其轴向宽度应能阻断接收管对发射光的接收，其一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和透射式光电开关信号敏感中心的平面。

5.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为透射式光电开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使透射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当透射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧形平面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其径向宽度应能阻断发射光被接收管接收，其一条边线与安装活动参考面重合；当透射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线时，位于信号触发器上的信号触发区是一个能在透射式光电开关的槽口中自由运动的不透光的弧面挡光片，当它进入透射式光电开关的槽口后，其轴向宽度应能阻断发射光被接收管接收，其一条边线与安装活动参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及透射式光电开关信号敏感中心的固定平面。

6.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为反射式光电开关，安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上，安装位置应使反射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装活动参考面上；

所述信号触发器相对于摇头转轴处于固定位置；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由相互平行的弧形反光平面和弧形挡光平面构成，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，弧形挡光平面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，弧形反光平面和弧形挡光平面的径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为弧形反光平面，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，其径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由同圆心的外反光弧面和外挡光弧面构成，外反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，外挡光弧面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，外反光弧面和外挡光弧面的轴向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为外反光弧面，外反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，外反光弧面的轴向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是在直流风扇活动参考面与直流风扇固定参考面重合时过摇头转轴轴线和反射式光电开关信号敏感中心的平面。

7.根据权利要求1所述检测直流风扇起始摇头方向及摇头对称中心的位置传感器，其特征在于所述信号开关为反射式光电开关，相对于摇头转轴处于固定位置，该固定位置应使反射式光电开关的信号敏感区垂直于或平行于摇头转轴轴线，且信号敏感中心位于安装固定参考面上；

所述信号触发器安装在绕摇头转轴转动的机头支撑座上；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由相互平行的弧形反光平面和弧形挡光平面构成，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，弧形挡光平面与反射式光电开关的通光面靠近，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，弧形反光平面和弧形挡光平面的径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装活动参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区垂直于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为弧形反光平面，弧形反光平面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面重合，其径向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域有背景光和/或反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区由同圆心的内反光弧面和内挡光弧面构成，内反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，内挡光弧面靠近反射式光电开关的通光面，其靠近程度以能阻挡发射光被接收管接收为准，内反光弧面和内挡光弧面的轴向宽度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它们的衔接面与安装活动参考面重合；当反射式光电开关的信号敏感区平行于摇头转轴轴线且对应的关断区域没有背景光和反光背景时，位于信号触发器上的信号触发区为内反光弧面，内反光弧面与反射式光电开关的信号敏感区所在平面相切，其轴向高度应能覆盖反射式光电开关的信号敏感区，它的一条边线与安装固定参考面重合；

所述安装活动参考面是一个过摇头转轴轴线随机头摆动的平面，安装固定参考面是过摇头转轴轴线及反射式光电开关信号敏感中心的固定平面。

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