专利名称:电风扇的制作方法
本发明涉及的是一部电风扇，特别是一种使用直流无刷电动机来驱动扇叶的新型电风扇。
在美国专利3，446，429、3，481，533等文献中公开了一种电风扇，由于这些电风扇都是使用感应电动机，所以起动扭矩小，低速起动困难。
例如，在日本实用新型公告46164/1975中，当在低速下起动时，需要一个起动补偿电路，使电动机在高速运转之后，再变换到低速。这样，使用感应电动机的传统电风扇就要应用复杂的电路，才能使电动机以低速起动。
传统的使用感应电动机的电风扇，由于低速时扭矩小，可正常运转的速度的低限较高，不可能实现所谓低速运转。
此外，感应电动机的使用增大了电动机的外部尺寸，并使得电动机的外部直径相对于扇叶的外部直径来说比例过大，因而会挡住一部分风，降低了风扇效率。
因此，本发明的主要目的是提供一种能够克服使用传统的感应电动机的电风扇固有的缺陷的新型电风扇。
本发明进一步的目的是提供一种使用直流无刷电动机驱动扇叶的新型电风扇。
本发明再进一步的目的是提供一种具有优良的低速起动特性并且没有复杂的起动补偿电路的电风扇。
本发明的另一个目的是提供一种可超低速运转的电风扇。
本发明的再一个目的是提供一种其扇叶可提高风扇效率的电风扇。
简单地说，本发明是一种电风扇，其包括通过旋转产生风的扇叶;具有旋转轴的直流无刷电动机，扇叶连接在旋转轴上，电动机包括线圈和磁铁;将驱动电压作用在直流无刷电动机的线圈上的装置;一些相对于直流无刷电动机的磁铁配置的磁感元件;根据磁感元件的信号控制驱动电压的外加相位的相位控制装置;指示运转状态的指示装置以及一个电压控制装置，它根据指示装置的指示信号来控制施加装置所施加的电压。
通过指示装置来控制运转状态，例如“强风”或“和风”状态，这样从指示装置输出速度控制信号。根据这个信号，电压控制装置靠驱动电路来控制施加在直流无刷电动机上的电压。当直流无刷电动机旋转时，磁感元件输出表示电动机旋转位置的信号，根据此信号，相位控制装置控制上述电压的作用相位。因而直流无刷电动机以所施加的电压相对应的转数旋转，并以其指示的速度驱动扇叶。
根据本发明，由于使用了直流无刷电动机代替传统的感应电动机来驱动扇叶，电动机占据的体积可显著减少。因此根据本发明的电风扇，直流无刷电动机本身阻挡的空气量减至最小，与传统使用的感应电动机比较，扇叶的风扇效率可以得到提高。此外，直流无刷电动机具有较大的低速起动扭矩，这样根据本发明的电风扇可以直接在低速起动而无需起动补偿电路。另外，由于直流无刷电动机即使在低速范围也有较大的扭矩，根据本发明的电风扇与使用感应电动机的传统电风扇比较，可在低速运转，这样就可以实现“微风”和“超微风”等平缓的工作状态。
以下参照附图对本发明的实施例进行详细描述中就更清楚本发明的这些目的和其它目的、特点、状况和优点。
图1是根据本发明的一个实施例的外部视图。
图2是表明实施例细节的剖视图。
图3是表明实施例电路的方框图。
图4是详细表明图3的方框图的电路图。
图5是解释图3和图4的实施例中控制电动机运转的程序框图。
图6和图7分别是解释图5中运转状况的时间图。
图8是解释实施例效果的图，在此图中每分钟转数沿横坐标绘制，扭矩和效率沿纵坐标绘制。
图9是表明稳压电路的不同实例的主要部分电路图。
图10是根据本发明的电路的其它实例的方框图。
图11是根据本发明的进一步实施例的主要部分结构示意图。
图12是根据本发明的又一步实施例的结构示意图。
图13是表明本发明的另一个实施例的结构示意图。
图1和图2表明了根据本发明的一个实施例。电风扇10包括底座12，底座12包括与底座连接在一起的底座装饰物14和底板16，从底座装饰物14向上延伸形成中空的支柱18，支撑件20插入支柱18，并可垂直运动。支撑件20的上端支撑有颈状构件22，颈状构件22可俯仰运动。
如图2所示，在颈状构件22上安装有电动机罩24，具有L形断面的安装基板26配置在电动机罩24内。在本实施例中，安装基板26是压铸铝铸造的，在其一侧边部由颈状构件22进行支撑。
安装基板26的另一基本上垂直的侧边部支承直流无刷电动机28的旋转轴34，直流无刷电动机28是外旋转型电动机，它包括内定子30，内定子30由绕磁性材料制成的园柱体周边形成的线圈组成，外转子32装有磁铁38，磁铁38固定在底部封闭的园柱(杯状)轭36的内壁上，轭36围绕定子30，也起定子30外壳的作用。一般转轴34设置得通过内定子30的中心延伸，在转轴34的顶部固定上述的轭36底部，实际上是在轭36的底部中央。因此在直流无刷电动机28中是外转子32旋转。
扇叶40固定在旋转轴34的头部，其轮毂盖住了构成外转子32的轭36的周边表面。尤其是旋转轴34头部放上螺纹，拧上整流罩，因而将扇叶40固定在旋转轴34上。
在直流无刷电动机28的后端(图2中的右边)，旋转轴34延伸板42固定地安装在它上面。在本实施例中，霍尔集成电路44安装在板42上，用于检测转子32的位置。
同时，底部封闭的园柱状轭36的开口侧周边形成向外隆起的环36a，这从图2看得更清楚。电动机罩24的开口侧的周边向内弯曲，形成环24a，它与环36a配合或围绕环36a。环24a和36a可有利地防止透入电动机罩24的灰尘。尤其是扇叶40的旋转，在两个环24a和36a之间产生向外流动的空气流，因而形成了所谓的空气幕，这样便阻止了灰尘进入环24a和36a之间。此外，还能带来直流无刷电动机28由环24a和36a之间的空气流进行冷却的优点。
在电动机罩24内设置有固定在上述L形安装基板26的一个侧边部的上表面上的振荡装置46，振荡装置46包括如图3所示的感应电动机，在两边通过曲柄机构(未在图中显示)振荡扇叶40，振荡式电动机可是直流电动机。
在电动机罩24前边，装有罩盖扇叶40的防护罩48。
如图1所示，在底座装饰物14的上表面上，装有开关50，开关50与设置在底座12内的板52相连接，用来设定运转状态，例如速度等等。利用适当的支撑物将板52安装在底座12内，板52上装有控制电路，下面将参照图3和图4加以特别解释。
参照图2，支撑件20穿过从底座12向上延伸的支柱18，支撑件20包括在其顶端装设的支撑部分54，用于安装前述的颈状构件22，安装在其底端的套筒导向件56引导套筒运动。支撑件20由管状金属支柱58和罩住金属支柱58的筒状装饰物60构成，两者由合成树脂铸成。筒状装饰物60安装在前述支撑部分54和套筒导向件56的上下端上形成的凸台上，金属支柱58的下端插入套筒导向件56上形成的插孔中，与之配合，其上端插入支撑部分54上形成的插口中与之配合。
套筒导向件56内的插孔下端设有肋条62，与金属支柱58下端的内表面嵌合。筒状装饰物60的下端、套筒导向件56和金属支柱58的下部用从侧边拧入的机械螺丝64固接为一体。
金属支柱58的上端只是插入上述的插口，不与支撑部分54和筒状装饰物60的上部固接在一起。这样，金属支柱58可以在支撑部54的插口内垂直地自由滑动。在支撑部54的插口中沿金属支柱58的插入方向形成予定间隙。
由于环境温度改变，支撑件20伸长/收缩的情况下，合成树脂制成的筒状装饰物60和金属支柱58的伸长/收缩程度不同，金属支柱58的伸长/收缩大于筒状装饰物60的伸长/收缩，因此在实施例中，如前面解释的那样，筒状装饰物60和金属支柱58的下端固定或结合在一起，而金属支柱58的上端在支撑部分54的插口内自由伸长或收缩，因而消除了由于温度改变而引起的伸长/收缩的差别。上述的间隙将有效地适用于这种消除作用。
参看图3和图4，为了驱动直流无刷电动机28而设置了驱动控制电路80，该电路包括有东京三洋公司制造的集成电路“LC6526”那样的微计算机或微处理机。在微计算82中设有如只读存储器或随机存取存储器那样的存储器及必要的输入和/或输出端(尽管在图中未显示出)。在微计算机82的存储区内，计时器84和计数器86用以测定把电压施加到直流无刷电动机28上的定时时间，这将在下面作详细介绍。
简单地说，根据检测电路88从相对于直流无刷电动机28设置的霍尔集成电路44接收的信号而发出的位置信号，微计算机82把控制信号输送到驱动电路90，并由电路90把需要的相位信号输入到能够相对于控制信号定时的直流无刷电动机28的线圈。
参看图4，对于微计算机82的三个输入端PA0到PA2，由包含在霍尔集成电路内的霍尔元件H1到H3所发出的信号分别地输出。从微计算机82的输出端PD0到PD2及PE0到PE2，向驱动器D1到D3及D4到D6输出驱动信号。驱动器D1到D3有NPN型晶体管，驱动器D4到D6有PNP型晶体管。另外，当它们的基极输入端获得高电平时，驱动器D1到D3处于接通状态，而在低电平时，则处于断开状态。驱动器D4到D6则相反。驱动器D1到D3各自的集电极与由PNP型晶体管组成的开关晶体管Q1到Q3的基极相连，驱动器D4到D6的集电极与由NPN型晶体管组成的开关晶体管Q4到Q6的基极相连。开关晶体管Q1到Q3的发射极共同地与平滑电路122输出的直流稳压相接，而开关晶体管Q4到Q6的发射极共同接地。与开关晶体管Q1到Q3和Q4到Q6各自对应的集电极一起与定子30的线圈30U、30V、30W相接。
另外，由于开关晶体管Q1和Q5处于ON(接通)的位置，电流从定子线圈30U流向30W。在图6中①表示在该方向上电流流动的时间间隔。由于开关晶体管Q1和Q6处于ON位置，电流就从定子线圈30U流到30V。而在图6中②表示在该方向上电流流动的时间间隔。由于开关晶体管Q2和Q6处于ON位置，电流从定子线圈30W流到30V。在图6中③表示在该流动方向上的电流流动的时间间隔。由于开关晶体管Q2和Q4处于ON位置，电流就从定子线圈的30W流到30U。在图6中④表示在该方向上电流流动的时间间隔。由于开关晶体管Q3和Q4处于ON位置，电流从定子线圈30V流到30U。在图6中⑤表示在该方向流动时电流流动的时间间隔。由于开关晶体管Q3和Q5处于ON位置，电流就从定子线圈30V流到30W。在图6中⑥表示在这个方向流动时电流流动的时间间隔。
在驱动控制电路80内，为了根据霍尔集成电路44发出的信号来检测不正常的旋转而设置了旋转偏差检测电路92。旋转偏差检测电路92利用电阻92c来检测流经直流无刷电动机28的电流值并利用比较器92a和92b对变量进行比较以达到控制的目的。故障检测电路92包括电路921和922两部分，前者被输入到第一电压控制电路118，而后者被输入到驱动控制器82。电路911用来防止某些情况下发生的过压，例如由于外力的影响(当窗帘或类似物被缠入风扇时)，扇叶40和转子32的转速被强制降低，例如以40V每分钟1500转旋转，这时电阻92c内的电流值就增加，并通过比较器92a的输出端，由第一电压控制电路118调节电压，迫使电压从40V降到10V。
电路922与电路921一样工作，可是它的整定值与电路921的整定值不同，即使在过压保护下也不熔化，因而当由于外力作用使转速减慢，如低于10伏特时设定的转速，这时比较器92b就输出信号，该信号被输入到驱动控制器82(终端PC1通常以高电平变到低电平)内的微计算机84的终端PC1，因此驱动器82受到控制而使直流无刷电动机停止运转。
另外，还设置一个运转控制电路94，该电路根据开关50(见图1)发出的信号来控制运转，如改变风速等。在运转控制电路94内，设置了一台如东京三洋公司制造的集成电路“LC6526C”那样的微型计算机或微处理机96。微处理机96上设有必须的输入端和输出端。前述的开关50发出的信号作为输入信号输入到微计算机96，而微计算机根据该输入信号来控制包含在电压控制器98内的第一电压控制电路118以控制加在直流无刷电动机28上的电压，即控制它的旋转速度。
同时，在运转控制电路94内，设有发声电路100，用来产生响应开关50动作的声音，还设有指示电路102，该电路包含一个指示开关50动作的发光二极管。因此，为了控制组成振荡设备46(图2)的振荡式电动机104而设置了振荡式电动机驱动电路106。
如感应电动机那样的振荡式电动机104接收交流电源108输出的电功率，滤波电路110接到电源108上。更确切地说，滤波电路110由几个线圈和一个电容器组成(如图4所示)，用来消除由直流无刷电动机28等所产生的噪音。在滤波电路110内，包含了吸收冲击电压的电路保护元件和一个变阻器。
由交流电源108产生的交源电压通过滤波电路110加到整流电路112上。整流电路112是包含有桥式连接的二极管的全波整流电路，它输出的直流电压加到含有齐纳二极管的第一稳压电路114以及属于电压控制器98的第二电压控制电路116。第二电压控制电路116根据第一电压控制电路118的控制起作用，电路118利用振荡电路120发出的信号将施加的直流电压斩波。从而，从第二电压控制电路116把斩波后的直流电压输出，通过平滑电路122使电路116的输出电压变平滑，电路122的直流电压施加到电动机驱动控制电路80的驱动电路90上。
从整流电路112，输出有平均值为100V和峰值约为141V的直流电压，并由组成电压控制器98的第二电压控制电路116(和第一电压控制电路118)对直流电压斩波并施加到平滑电路122上。平滑电路122含有一个电容器和一个线圈，在线圈上感应出锯齿形电压LI2·t/2并由电容器滤波，然后通过驱动电路90施加到直流无刷电动机28上。
这时，由组成驱动控制器94的微计算机96控制第一电压控制电路118，电路118改变加在直流无刷电动机28上的电压或将平滑电路122输出的输出电压从大约5V变到40V。因此，直流无刷电动机28的转速可以从每分钟250转变到每分钟1500转。
同时，平滑电路122输出的直流电压也输入到第二稳压电路124。
由于驱动控制器80内的微计算机82和运转控制器94内的微计算机96都装在板52上(图2)，因此时钟脉冲源126发出的800Hz的时钟脉冲通常输入到上述两微机，复位电路128共同与两微计算机相接。然而，假如当这些微计算机82和96装在各自分开的板上时，时钟脉冲源126和复位电路128就要单独设置。
对于微计算机82，也与导电角调节电路130相接，该电路130包括图4所示的两个开关130a和130b，通过把这些开关分别接在ON和OFF的位置，这样就确定了不同的导电角。导电角调节电路130将在下面作更详细的描述。
微计算机82连有正/反转选择电路132，在本实施例中，电路132有图4所示的电阻器，因此仅设定正转。但是可以与一个合适的开关相连以设定正转或反转。
如图4所示，直流无刷电动机28，包括星形连接的定子线圈30U、30V和30W，它们的中性点并不接地。图2中，固定在轭36上的转子磁铁38为各向异性的磁铁并在它的圆周方向交替地变换极性而磁化。霍尔集成电路44(如图4所示)包括霍尔元件H1、H2和H3，并以各自不同的角度分别与定子线圈30U、30V和30W相接设置。把由这些霍尔元件H1、H2和H3所发出的信号输送到如前所述的驱动控制器80。
驱动电路90包括开关晶体管Q1到Q6，在预定的时间内连续地把电压加到如前所述的定子线圈30U、30V和30W上，从而形成三相双极型驱动电路。然而，可以不局限于这种型式，还可以形成三相单极型的驱动电路，或者可以利用其他已知的驱动方法。
与微计算机82连于一起的计时器84在固定了的时间过去之后输出一个时间已到信号，计数器86用来测定由霍尔元件H1、H2和H3的位置信号的时间间隔。
在本实施例中，为了使定子线圈30U、30V和30W的导通时间部分地重合而使用前述的导电角调节电路130，因此，选择了四种预定的重合角(10°、30°、35°和40°)来确定它的重合比。导电角如下表所示置位开关导电角 导通时间Ton计算公式130a 130bOFF OFF 0° Ton＝0ON OFF 30° Ton＝ 30/60 Td＝ 1/2 TdOFF ON 35° Ton＝ 35/60 Td＝ 7/12 TdON ON 40° Ton＝ 40/60 Td＝ 2/3 Td靠操作包含在导电角调节电路130内的开关130a和130b来设定这种不同的导电角。虽然这些导电角的数值是根据电风扇运转期间振动和噪声最小时设定的，但由于产品的各种性能上的差异，所以实际上设定的这一数值不是恒定的，应该通过实验确定合理的最佳值。现在参看图5到图7，将对控制导电角的微计算机28的操作作一介绍。
当按下包含在开关50内的起动开关(图1)，微计算机82开始程序的第一步骤S1，即切断驱动器D1到D6的控制信号并使计时器84和计数器86恢复到初始值。接着是步骤S2，微计算机82利用包含在导电角调节电路130内的开关130a和130b来检测调节信号的状况并读入数值。然后是步骤S3，微计算机28在计时器84上设定置位时间“0”。
下一步骤，微计算机82读入由霍尔元件H1到H3发出的信号Ui、Vi和Wi的极性位置信号。这时如图6所示，如果在起动时间极性位置测定信号分别是Ui＝“1”、Vi＝“0”和Wi＝“0”，这在图中步骤S4上测定。微计算机82在步骤S5中，把高电平信号输到驱动器D1，而低电平信号输到驱动器D6，因而驱动器D1和D6处于ON位置，开关晶体管Q1和Q2也处于ON位置。
接着在步骤S6中，微计算机82把起动信号输到计时器84，因而计时器84在这时开始计时。当上述设定的经过时间到时后，计时器84便输出时间已到信号。假如设定的值为“0”时，就给计时器发出起动指令，同时计时器84输出时间已到信号。
在步骤S7中，当微计算机检测到了步骤S6中的计时器S4发出的时间已到信号时，为了断开开关晶体管Q6而把高电平信号输送到驱动器D5，但是晶体管Q5在初态与其他开关管同样处于OFF位置，因而它保持不变。
在图6所示的②表明了定子线圈30U、30V和30W的导通方向，所以在步骤S5的状态下，电流从定子线圈30U流到30W。这样在直流无刷电动机28内，根据定子线圈30U到30W的电流形成的极性，转子磁铁38或轭36开始旋转。
另一方面，根据步骤S8，微计算机82读入由计数器86计算的时间数据Td，计算器计算从极性位置信号Ui的上升沿到极性位置信号Wi的下降沿的时间。因而在初态时，还不对极性位置信号Ui和Wi进行检测，这时Td＝0。
在步骤S9中，微计算机82根据计数的时间数据Td和前表所示的计算公式，计算与表中所列的导电角相对应的导通时间。当Td＝0时，当然Ton＝0。
接着在步骤S10中，微计算机82设定了从计时器84中获得的导通时间。但是在初态，由于计时器84为“0”，当设定Ton＝0时，计数器84的数值可以保持不变。
当转子磁铁开始旋转时(见图6)，各极性位置信号Ui、Vi和Wi将发生变化。当微计算机82检测步骤S11中的变化时，它又回复到前面的步骤S4。
在图6的实例中，当按图5的步骤S12检测到极性位置信号Ui＝“1”，Vi＝“1”和Wi＝“0”时，微计算机82就在步骤S13把高电平信号输送到驱动器D2，把低电平信号输送到驱动器D6，从而开关晶体管Q2和Q6转换到ON。当在步骤S14中检测到时间已到信号时，微计算机82在步骤S15中把低电平信号输送到驱动器D1。这样，开关晶体管Q1变成OFF，开关晶体管Q2和Q6则变成ON。
在起动时间尽管开关晶体管Q6已在ON位置，但是又把高电平接通信号输送到那里，目的是不管极性位置信号处于何种状态，都能实现正常起动。
当开关晶体管Q2和Q6在步骤S13中处于ON时，电流从定子线圈30W流到30V(图6所示的方向③)，转子磁铁38旋转，从而极性位置信号Vi到Wi进一步变化。因此，微计算机82的程序又回到步骤S4。
这时如图6所示，极性位置信号分别成为Vi＝“0”，Vi＝“1”和Wi＝“0”。于是，微计算机82检测步骤S16的状态，并顺序检测步骤S17到S19的状态，然后接通开关晶体管Q2和Q4并断开开关晶体管Q6。
这样极性位置信号Ui、Vi和Wi无论什么时候变化，定子线圈30U、30V和30W的导通方向都可以顺序地换向，而转子磁铁立即转过半圈。
当转子磁铁38转过半圈时，极性位置信号变换一个周期后，它从Ui到Wi回复到第一信号状态，这样使导通控制再次重复并使转子磁铁38再转过半圈，从而使转子磁铁38连续旋转，旋转轴34，也就是使扇叶40连续旋转。
在这过程中，当极性位置信号Ui到Wi从步骤S20的“101”变到步骤S4的“100”时，计数器86计算间隔的时间并输出时间数据Td，该数据Td在图5中的步骤S8由微计算机82(如前所述)在极性位置信号已变到“100”时读入。
如图7所示，如果延长开关晶体管接通周期，如延长到导通时间Ton时，这时在流到定子线圈30U、30V和30W的导通电流中，一种流向是从定子线圈30U到30V，用②表示;一种流向是从定子线圈30W流到30U，用③表示，它们在导通时间Ton是趋于重合的。因而，如果各开关晶体管(Q1到Q6)导通周期延长到导通时间Ton，则各个导通状态将部分重合。
另一方面，由计数器86计算的时间数据Td是与图6所示的电流角60°相对应的时间(见前表)，与所要求的导电角相对应的接通时间可以通过计算时间Td来算出。
尤其是当微计算机82读入时间数据时，图5的步骤S8就计算与导电角对应的导通时间Ton(如表所示)，该导电角由开关130a和130b在步骤S9根据它的计算公式而选择的。接着在步骤S10，微计算机82在计时器84中设定了计算后的导通时间。
如前所述，由于导通时间是设定在计数器84内，所以导通时间Ton就延长了开关晶体管Q1到Q6的断开时间。例如在图6中，计数器86必须计算出时间Td1，微计算机82在步骤S13中接通了开关晶体管Q2和Q6，然后当计数器86测定出导通时间Ton的时间间隔后，微计算机82断开了开关晶体管Q1。因此，开关晶体管Q1的导通时间被计算出的时间Ton延长了。
参见图6，尽管在图示中极性位置信号Ui、Vi和Wi为恒定值，而实际上，起动时间的旋转速度逐渐增加到恒速，以便使这个周期缓慢地缩短到预定值。但由于磁铁转子每隔半圈测定一次时间数据Td并设定导通时间Ton，所以这时总是设定一个与旋转速度相对应的不变的导电角，并以设定的不变的导电角运行，即使在达到稳定的转速之后也是如此。
如上所述，流到定子线圈30U、30V和30W各相电流部分重合地连续流动，以便减少定子线圈或驱动线圈的波动。因此，直流无刷电动机28的振动和噪音受到限制。这样总的来看，电风扇10(图1)的振动和噪音大大地减少了。
另一方面，从开关50把信号加到驱动控制器94上。假如开关50设定了“强风”，微计算机96就在它的输出端PE0到PE2输出高电平信号。根据输出端PE0到PE2输出的信号，包含在电压控制器98内的电压控制电路118中的比较器118a的(一)输入端电压将发生变化。同样，输出端PE0到PE2应该是高电平，它的电压增加到最大值并利用第二电压控制电路116获得最长的斩波时间。因而平滑电路122输出的直流电压就近似为40V，该电压由驱动电路90传导和控制并加到直流无刷电动机28的定子线圈30U、30V和30W。所以，直流无刷电动机28以最大转速旋转，例如以每分钟1450转旋转，这时扇叶40输出的风量最大。相反，输出端PE0到PE2是低电平，它的电压减小到最小值并利用第二电压控制电路116获得最短的斩波时间。因而，平滑电路122输出的直流电压就近似为5V，该电压由驱动电路90传导和控制并加到直流无刷电动机28的定子线圈30U、30V和30W上，因而直流无刷电动机28以最低速旋转，例如以每分钟250转旋转，这时扇叶40输出的风量最少。
本发明的电风扇，由于采用直流无刷电动机代替传统的感应电动机，因此，可以得到如前所述的极重要的优越性。参考图8，图中的横坐标表示转速而纵坐标表示转扭和效率。图8中的A1线代表本发明实施例的效率，B1线表示转矩。线A2和B2分别表示使用感应电动机的传统电风扇的效率和转矩特性。因为从图8上可以明显地看到，本发明的电风扇在低速范围时其转矩比传统的风扇要大得多，因而在低速、吹和风或超和风运转时起动平稳，例如可以每分钟250转旋转。这对于使用感应电动机的传统电风扇是不可能的。
本发明的电风扇，最大转矩为3.80公斤/厘米，而传统电风扇上使用的感应电动机，其转矩在频率为50Hz时是1.20公斤/厘米，60Hz时是1.15公斤/厘米。况且，本发明中使用直流无刷电动机的电风扇，其效率可提高到59.1%。而传统的电风扇在50Hz时只有28.5%，60H2时只有31.0%。
图9为本发明的另一个实施例的主要部分的电路图。这个实施例与图3的实施例相比它的特征是使用了一个稳压电路134，形成两个独立的第一和第二稳压电路114和124。稳压电路134把次级线圈连接到滤波电路110的线圈上，因此获得的稳压交流电在整流后输出稳压直流电压。
图10表示本发明进一步的实施例的程序框图。图3的实施例中，它根据运转控制器94发出的信号来控制施加到直流无刷电动机28的直流电压的大小。在实施例中，在驱动控制器80内的驱动电路90的前面，设有斩波电路136，该电路由运转控制器94内的微计算机96控制。此外，在实施例中，从平滑电路122中只获得大小恒定的直流电压，并由斩波控制电路136斩波，因而控制了施加到直流无刷电动机28上的直流电压。
通过斩波控制电路136使前实施例在100%负荷时以强风运转，即从平滑电路122输出近似为40V的直流电压。如果负荷是100%，就输出40V电压以使直流无刷电动机28以每分钟1450转旋转。
此外，图10的实施例中，振荡式电动机104可选用直流电动机。为此，把第一稳压电路114输出的直流电压施加到振荡式电动机104上。这里，振荡式电动机104也可以选用直流无刷电动机。
图11是表明根据本发明的另一实施例的主要部分结构示意图。在此实施例中，构成转子32的轭36和扇叶40的毂形外壳40′都从板42向后进一步延伸(图中右侧)，霍尔集成电路44安装在板42上，在板42上不仅装有霍尔集成电路44，还装有驱动控制器80、电压控制器98和稳压电路114、124(或图9的134)，因此在此实施例中，将驱动控制器94、滤波电路110和整流电路112等一起装配在底座12(图2)内的板52上，与微计算机82和86有关的基准时钟脉冲源和复位电路分开设置。
在此实施例中，由于辐射热的电路元件装设在板42上，扇叶40旋转产生的空气流用于间接地冷却这些电路元件。
如果需要较高的冷却效果，在其它部分例如转子轭36和毂形外壳40′上可形成通风道。
图11的实施例中，转子轭36的后缘遮住了板42，因而起到屏蔽作用，即虽然直流无刷电动机28和板42上的电路可能产生噪音，但靠轭36的屏蔽作用可使噪音减小。
此外图11的实施例中，由于转子36长，扇叶40的毂形外壳40′和转子轭36本身之间的接触表面可以增加，这样就可减少扇叶40的振动。
同时，在此实施例中，虽然驱动控制器80和运转控制器94设置在分开的板42和52上，由于运转控制器94的输出仅加在第一电压控制电路118上，两块板42和52之间的连接导线不会加长。
图12是表示根据本发明的另一个进一步的实施例的结构示意图。在此实施例中，一个包含有上述板42的盒子138安装在构成防护罩48的后防护罩上，而板52包含在与前述实施例相同的底座12内。此实施例中，如果板42或盒子138安装在防护罩48的后防护罩上，板42可获得如图12的前述的实施例同样的冷却效果，即盒子138由扇叶40产生的空气流冷却，于是间接冷却了装在盒子内的板42。盒子138阻挡的空气量是微不足道的，实践中不会产生问题。
图13是表示根据本发明的另一实施例的主要部分结构示意图，在此实施例中，直流无刷电动机28安装在防护罩48的前防护罩的中央装饰物140上，用来安装与直流无刷电动机28有关联的霍尔集成电路的板42以及用来安装控制电路的板52设置在装饰物140限定的区域空间内。即使防护罩48的中央固定有支承件142，在其上装设有筒状安装件144，上述板42和52固定在筒状安装件144上，为了遮盖住板42和52，此处安设了一个筒状罩146，散热板148与筒状罩146相连接，这样，安装在板52上的电路元件产生的热能有效地散发出去。筒状罩146也适用作屏蔽来防止板42和52产生噪音。
装饰物140安装在防护罩48的前防护罩中央，遮盖住筒状罩146，直流无刷电动机28的外转子32包括轭36以及安装在其内的转子磁铁38。在防护罩48上从其中央向下延伸的地方安装有加强件150，加强件150用管子等制成，并用安装在其上端的连接件152支承前述支撑件142的下端，因此，即使直流无刷电动机28或电路板42和52等安装在如此实施例那样中等强度的防护罩48中央，也能稳固地支撑它们。
在上述实施例中，直流无刷电动机都解释为外旋转型，然而也可以是内旋转型，在此种型式中扇叶40固定在旋转的内转子(转轴)上。
虽然本发明已详细描述和说明，但应该清楚地理解到这种描述和说明仅作为说明和例子，不应该作为对发明的限制，本发明的精神和范围仅由权利要求
书中的语言所限制。
权利要求
1.一种电风扇，其特征在于，该电风扇包括扇叶，靠其旋转产生风；直流无刷电动机，其转子与上述扇叶连接，该电动机包括线圈和磁铁；驱动装置，它将驱动电压作用在无刷电动机的线圈上；一些磁感元件，它相对于直流无刷电动机的磁铁设置；相位控制装置，它根据上述磁感元件的信号控制驱动电压的作用相位；指示装置，它指示运转状态；以及电压控制装置，它根据上述指示装置的指示控制驱动电路施加的电压。
2.如权利要求
1所述的电风扇，其特征在于所述的直流无刷电动机的线圈以多相设置，所述的驱动装置包括与每个相线圈相对应的开关元件，该相位控制装置根据来自磁感元件的信号依次接通一些开关元件，该风扇还包括时间限定装置，用来限定一个时间间隔，在此时间间隔期间，开关元件变换时，接通状态发生重合。
3.如权利要求
2所述的电风扇，其特征在于，该时间限定装置包括有相对于不同的导电角自动设定不同时间间隔的装置。
4.如权利要求
3所述的电风扇，其特征在于，该时间限定装置包括有开关。
5.如权利要求
2所述的电风扇，其特征在于，该相位控制装置包括有延迟断开在时间间隔期间处于接通状态的开关元件的装置。
6.如权利要求
1所述的电风扇，其特征在于，该相位控制装置包括有第一微计算机，来自磁感元件的信号输入该微计算机，该微计算机输出的控制信号施加到驱动装置上。
7.如权利要求
1所述的电风扇，其特征在于，指示装置包括有手动开关。
8.如权利要求
6所述的电风扇，其特征在于，相位控制装置包括有第一微计算机，来自该磁感元件的信号输入该微计算机，该微计算机的控制信号施加到驱动装置上，所述电压控制装置包括有第二微计算机，该微计算机接收指示装置的信号，输出控制信号。
9.如权利要求
8所述的电风扇，其特征在于驱动装置包括有直流电压电路，该电路由第二微计算机控制。
10.如权利要求
1所述的电风扇，其特征在于，直流无刷电动机是内旋转型的。
11.如权利要求
1所述的电风扇，其特征在于，直流无刷电动机是外旋转型的。
12.如权利要求
11所述的电风扇，其特征在于，直流无刷电动机包括有转子，该转子有线圈和罩住定子的转子轭，磁铁固定在转子轭内。
13.如权利要求
12所述的电风扇，其特征在于，磁感元件安装在第一块板上，该板设置在直流无刷电动机的附近。
14.如权利要求
13所述的电动机，其特征在于，第一块板由转子轭或其它外壳所罩盖。
15.如权利要求
13所述的电风扇，其特征在于，电风扇还包括有底座，该底座支承直流无刷电动机，第二块板设置在底座内并装有其它电路元件。
16.如权利要求
13所述的电风扇，其特征在于，在第一块板上装有除磁感元件之外的电路元件。
17.如权利要求
16所述的电风扇，其特征在于，其它电路元件包括产生热量的元件，第一块板设置在能受扇叶产生的空气流影响的位置。
18.如权利要求
17所述的电风扇，其特征在于，电风扇还包括有围绕扇叶的防护罩，第一块板由防护罩支承。
19.如权利要求
17所述的电风扇，其特征在于，电风扇还包括有围绕扇叶的防护罩，在该防护罩前部设有装饰物，直流无刷电动机和第一块板安装在该装饰物上。
20.如权利要求
19所述的电风扇，其特征在于，第二块板安装在所述的装饰物上。
专利摘要
电风扇包括有支承在安装基板上的旋转轴，旋转轴延伸过圆柱状定子，杯状转子轭的底部以及扇叶装在旋转轴的顶部，定子封闭在转子轭内，在转子轭内壁上装有各向异性的转子磁铁，以相反的极性交替地在其周边方向磁化。定子和转子构成直流无刷电动机，通过转子和旋转轴的旋转带动扇叶旋转。在转子磁铁附近，装有霍尔集成电路，通过该集成电路可检测转子的旋转位置。根据霍尔集成电路的旋转位置信号，微计算机以流经定子线圈的电流在每相之间将部分重合的方式控制电流流动时间。
文档编号H02P6/08GK86104851SQ86104851
公开日1987年2月25日 申请日期1986年5月30日
发明者出口泰, 桃原日出雄, 土田康元, 大谷利夫, 中西雄次 申请人:三洋电机株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan