吸油烟机自动活动部件及其控制电路的设计与安全

陈常山　吕惠政　王悦　祝贺　岳洪霞

山东省计量科学研究院　山东济南　250014

1　引言

随着人们对洁净电动器具的美观化、与家居环境一体化的追求，家电企业开始研发一些结构多样带有自动活动部件的吸油烟机产品，并逐渐进入家庭和餐饮行业。

带有自动活动部件的吸油烟机产品通常有这样的结构：当打开吸油烟电源或排风扇开始工作前，器具会首先自动打开位于器具外壳上的自动门（或电动板），露出进风口及风扇护网等功能部件；反之，当关闭吸油烟电源或排风扇结束工作后，器具会自动关闭位于器具外壳上的自动门（或电动板），隐藏进风口及风扇护网等功能部件，达到器具与环境整洁、一体的效果，并在一定程度上防止因室内外压差造成的污染空气回流。

虽然在现行的吸油烟机安全标准GB 4706.28-2008《家用和类似用途电器的安全 吸油烟机的特殊要求》中并无规定这种易触及自动活动部件的相关条款，但在IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）（家用和类似用途电器的安全 第2-31部分：吸油烟机及其他烹饪烟气吸排装置的特殊要求）中已有相关条款的规定，在研发这类产品时，应满足其相关条款的安全要求。

2　一例吸油烟机自动活动部件的结构

图1中所示的吸油机自动活动部件是一种翻转板结构，主要由活动部件、直流电机驱动机构、驱动电路组成。当活动部件向上翻转时，打开吸油烟机进风口，吸油烟机开始工作；反之，当活动部件向下翻转时，关闭吸油烟机进风口，吸油烟机停止工作。

IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101条要求：如果吸油烟机或下排式系统的一部分可以自动移动，应没有夹住或受伤的危险。器具在额定电压下工作并打开和关闭运动部件,运动部件应：

（1）当接近可能发生夹住的任何位置的最后50mm行程应降速至低于15mm/s；或

（2）将IEC 61032的32号试验探棒放在任何可能造成潜在夹住的点，覆盖开口的宽和高：

——在接触试验探棒之前停止并向相反方向运动；或

——如果运动部件接触试验探棒：

不在试验探棒上产生超过100N的力；或不在试验探棒上产生剪切力。

3　自动活动部件的安全控制方法

图1中所示结构的活动部件部件，经常见到的设计是使用一个直流电机、减速机构、开关电路来驱动活动部件打开或关闭。但为了防止其周围边缘夹伤使用人员的手，还应对其驱动机构的控制进行合理设计，并满足上述安全标准IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101条款的要求。

图1　一例吸油烟机自动活动部件的结构

图2　自动活动部件直流电机驱动机构的控制电路图

其中一个较易实现的方法是使用较高减速比的直流电机驱动机构，使活动部件周围边缘打开和关闭的速度低于15mm/s，但当活动部件行程较大时（例如为了使吸油烟机有较好的通风量），其过慢的开关速度会降低使用效率。

为了较好地控制图1所示的活动部件，图2给出了一种控制电路（图中略去了控制器、电源等电路），主要包括一个直流电机、4个MOSFET三极管、电流检测电阻及其他控制和检测电路等，安全控制原理如下：

当活动部件关闭过程中受到手或其它外力阻挡时，直流电机受到的阻力增大或堵转，从而流过电阻R的电流迅速增大，导致TS端的电压信号变大，控制器检测到TS端的电压信号达到预设定的安全限值时，立即停止施加在DH、DL端的控制信号，直流电机驱动机构立即停止关闭动作，或活动部件停止关闭动作后，立即在UH、UL端施加信号使直流电机驱动机构反向动作从而防止夹手的危险。反之亦然，在活动部件打开过程中，除了施加控制信号端不同、安全限值可能不同外，控制原理与活动部件关闭过程相同。

TS端电压的安全限值整定方法：首先使用IEC 61032的32号试验探棒确定活动部件关闭或打开时可能发生夹手的部位，再使用拉/压力计检测活动部件这些可能夹手部位对试验探棒产生的作用力，同时测量TS端的电压，当试验探棒受到的作用力达到小于100N的某个安全值时（这个安全值应充分考虑到电机驱动活动部件需要克服阻力的变化以及控制器、控制电路产生的时间延迟的影响），记录TS端的电压作为安全限值。

根据活动部件及其驱动机构的结构，活动部件打开与关闭的安全限值可能不相同，注意这时控制器需要分别使用不同的安全限值进行控制。

4　电子线路单一故障时控制电路的安全性分析

分析图2所示的控制电路可以看出，其安全控制依赖于电子线路，对此IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101条要求：……，如果符合性依赖于电子电路的动作，该试验分别在下述条件下重复进行：

—— 每次施加一个19.11.2 的a）到g）中的故障情况到

电子线路上；

——19.11.4.1到19.11.4.7的电磁现象试验施加到器具上。运动部件应：

（1）当接近可能发生夹住的任何位置的最后50mm行程应降速至低于15mm/s；或

（2）将IEC 61032的32号试验探棒横跨在运动部件的任何可能造成潜在夹住的点，覆盖开口的宽和高：

——在接触试验探棒之前停止并向相反方向运动；或

——如果运动部件接触试验探棒：不在试验探棒上产生超过100N的力；或不在试验探棒上产生剪切力。

在图2所示的控制电路中，因活动部件的打开或关闭动作都是由两路独立的电子线路完成的，所以当Q1、Q2、Q3、Q4及其驱动电路的任何一个电子元件发生故障时，都可以不影响直流电机驱动机构的安全控制。例如，当Q1发生击穿导通时，活动部件的打开或停止动作，仍可由Q4完成，而在执行活动部件的关闭动作时，在DH、DL端施加信号使Q2、Q3导通，由于Q1击穿导通，导致TS端电压信号超过安全设定值，控制器可立即停止关闭动作。同理，当Q2、Q3、Q4中的任一个电子元件发生击穿导通时情况也是这样；另外当控制器发出打开或关闭活动部件控制的信号时，如果没有同时检测到TS端对应电机运转的电压信号时，也立即停止输出控制信号，以防止因检测电路或TS输入端口故障导致发生危险。

图3所示是一种简化设计的直流电机控制电路，跟图2的控制电路比较，使用了2个继电器取代了4个MOSFET三极管，输入控制信号也由4个简化为2个。

当使用图3所示的控制电路时，在安全控制方法上应有别于图2的电路。原因是在图3所示的电路中，当发生单一电子元件故障时，例如，当发生三极管P1或P2击穿故障或控制器UH或DH信号故障时（例如类似集成电路端口持续输出高电平故障），继电器K1或K2持续得电吸合，直流电机会持续运转导致活动部件控制失效。此时只有在另一信号输入端（例如DH端或UH端）输入高电平控制信号，使继电器K2或K1同时吸合，才能切断直流电机电源，使活动部件停止运动。

所以当使用图3所示或类似的控制电路时，器具一旦上电，TS端的电压信号就应被控制器持续检测，如果控制器在即没有发出UH信号也没有发出DH信号的状态下，却仍检测到TS端对应电机运转的电压信号时，控制器应立即同时输出UH和DH信号，以切断电机电源，防止危险发生；另外，同图2的控制电路一样，当控制器发出打开或关闭活动部件控制信号时，未同时检测到TS端对应电机运转的电压信号时，也应立即停止输出控制信号，以防止因检测电路或TS输入端口故障而发生危险。

当然也可以在图3所示控制电路的基础上增加一路VC（电源）开关控制电路，在活动部件不工作的状态下或发生电子线路故障时，切断电机电源。上述电子线路故障也可以由控制器以故障代码的方式显示出来，以便于故障检查和排除。

5　另一类吸油烟机自动活动部件结构

图4中所示的吸油机自动活动部件，是一种伸缩式进风口结构，当进风口组件下降时打开进风口，吸油烟机开始工作；反之当进风口组件提升时关闭进风口，吸油烟机停止工作。其电机驱动机构中使用了皮带传动，以较易实现较大的开、关行程。电机驱动电路仍可采用图2或图3所示的控制电路，但在进风口提升过程中需要克服进风口组件自身的重力，而当进风口下降时，进风口组件的重力连同电机驱动机构共同提供向下的作用力，所以使用图2或图3所示的控制电路时，TS端电压的安全限值在打开和关闭进风口时应有较大的区别。

仅从图4所示吸油烟机结构自身来说，容易被认为当打开进风口时不会发生夹手等伤害，因而不需要考虑打开进风口时的安全问题，但实际上在日常使用环境中，进风口打开时，存在因触碰到其下方的灶台、灶具等物体而产生伤害的危险，所以仍要考虑打开进风口时的安全限值，同时在设计时要尽量减少进风口组件自身的重量。必要时在进风口组件的底部设计挡板和开关触发装置，以防止因与外部环境物体发生触碰产生的危险。

图3　简化的控制电路图

图4　一例吸油烟机伸缩式进风口自动活动部件的结构

在图3所示的结构中，还应考虑皮带传动断裂时活动部件（进风口组件）因重力突然砸落的危险，可以设置下降的机械阻尼来克服进风口组件的重力，或者使用机械减速推杆传动取代皮带传动。

6　小结

市场需求推动着厨卫家电产品结构的不断变化，相关的安全标准将会随之更新。当我们研发带有自动活动部件的吸油烟机产品时，即要符合安全标准的相关要求又需要充分考虑到不同的产品结构在实际应用中可能发生的不安全因素，在投入到市场应用前进行全面的考虑，使新产品更安全可靠。

[1] GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》.

[2] GB 4706.28-2008《家用和类似用途电器的安全 吸油烟机的特殊要求》.

[3] IEC 60335-2-31：2012（Ed5.0）Household and similar electrical appliances–Safety–Part 2-31： Particular requirements for range hoods and other cooking fume Extractors 家用和类似用途电器的安全第2-31部分：吸油烟机及其他烹饪烟气吸排装置的特殊要求.