陳常山　呂惠政　王悅　祝賀　岳洪霞

山東省計(jì)量科學(xué)研究院　山東濟(jì)南　250014

1　引言

隨著人們對(duì)潔凈電動(dòng)器具的美觀化、與家居環(huán)境一體化的追求，家電企業(yè)開始研發(fā)一些結(jié)構(gòu)多樣帶有自動(dòng)活動(dòng)部件的吸油煙機(jī)產(chǎn)品，并逐漸進(jìn)入家庭和餐飲行業(yè)。

帶有自動(dòng)活動(dòng)部件的吸油煙機(jī)產(chǎn)品通常有這樣的結(jié)構(gòu)：當(dāng)打開吸油煙電源或排風(fēng)扇開始工作前，器具會(huì)首先自動(dòng)打開位于器具外殼上的自動(dòng)門（或電動(dòng)板），露出進(jìn)風(fēng)口及風(fēng)扇護(hù)網(wǎng)等功能部件；反之，當(dāng)關(guān)閉吸油煙電源或排風(fēng)扇結(jié)束工作后，器具會(huì)自動(dòng)關(guān)閉位于器具外殼上的自動(dòng)門（或電動(dòng)板），隱藏進(jìn)風(fēng)口及風(fēng)扇護(hù)網(wǎng)等功能部件，達(dá)到器具與環(huán)境整潔、一體的效果，并在一定程度上防止因室內(nèi)外壓差造成的污染空氣回流。

雖然在現(xiàn)行的吸油煙機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.28-2008《家用和類似用途電器的安全 吸油煙機(jī)的特殊要求》中并無規(guī)定這種易觸及自動(dòng)活動(dòng)部件的相關(guān)條款，但在IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）（家用和類似用途電器的安全 第2-31部分：吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置的特殊要求）中已有相關(guān)條款的規(guī)定，在研發(fā)這類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)滿足其相關(guān)條款的安全要求。

2　一例吸油煙機(jī)自動(dòng)活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)

圖1中所示的吸油機(jī)自動(dòng)活動(dòng)部件是一種翻轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu)，主要由活動(dòng)部件、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路組成。當(dāng)活動(dòng)部件向上翻轉(zhuǎn)時(shí)，打開吸油煙機(jī)進(jìn)風(fēng)口，吸油煙機(jī)開始工作；反之，當(dāng)活動(dòng)部件向下翻轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉吸油煙機(jī)進(jìn)風(fēng)口，吸油煙機(jī)停止工作。

IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101條要求：如果吸油煙機(jī)或下排式系統(tǒng)的一部分可以自動(dòng)移動(dòng)，應(yīng)沒有夾住或受傷的危險(xiǎn)。器具在額定電壓下工作并打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)部件,運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)：

（1）當(dāng)接近可能發(fā)生夾住的任何位置的最后50mm行程應(yīng)降速至低于15mm/s；或

（2）將IEC 61032的32號(hào)試驗(yàn)探棒放在任何可能造成潛在夾住的點(diǎn)，覆蓋開口的寬和高：

——在接觸試驗(yàn)探棒之前停止并向相反方向運(yùn)動(dòng)；或

——如果運(yùn)動(dòng)部件接觸試驗(yàn)探棒：

不在試驗(yàn)探棒上產(chǎn)生超過100N的力；或不在試驗(yàn)探棒上產(chǎn)生剪切力。

3　自動(dòng)活動(dòng)部件的安全控制方法

圖1中所示結(jié)構(gòu)的活動(dòng)部件部件，經(jīng)常見到的設(shè)計(jì)是使用一個(gè)直流電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、開關(guān)電路來驅(qū)動(dòng)活動(dòng)部件打開或關(guān)閉。但為了防止其周圍邊緣夾傷使用人員的手，還應(yīng)對(duì)其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并滿足上述安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101條款的要求。

圖1　一例吸油煙機(jī)自動(dòng)活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)

圖2　自動(dòng)活動(dòng)部件直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制電路圖

其中一個(gè)較易實(shí)現(xiàn)的方法是使用較高減速比的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使活動(dòng)部件周圍邊緣打開和關(guān)閉的速度低于15mm/s，但當(dāng)活動(dòng)部件行程較大時(shí)（例如為了使吸油煙機(jī)有較好的通風(fēng)量），其過慢的開關(guān)速度會(huì)降低使用效率。

為了較好地控制圖1所示的活動(dòng)部件，圖2給出了一種控制電路（圖中略去了控制器、電源等電路），主要包括一個(gè)直流電機(jī)、4個(gè)MOSFET三極管、電流檢測(cè)電阻及其他控制和檢測(cè)電路等，安全控制原理如下：

當(dāng)活動(dòng)部件關(guān)閉過程中受到手或其它外力阻擋時(shí)，直流電機(jī)受到的阻力增大或堵轉(zhuǎn)，從而流過電阻R的電流迅速增大，導(dǎo)致TS端的電壓信號(hào)變大，控制器檢測(cè)到TS端的電壓信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)定的安全限值時(shí)，立即停止施加在DH、DL端的控制信號(hào)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)立即停止關(guān)閉動(dòng)作，或活動(dòng)部件停止關(guān)閉動(dòng)作后，立即在UH、UL端施加信號(hào)使直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)反向動(dòng)作從而防止夾手的危險(xiǎn)。反之亦然，在活動(dòng)部件打開過程中，除了施加控制信號(hào)端不同、安全限值可能不同外，控制原理與活動(dòng)部件關(guān)閉過程相同。

TS端電壓的安全限值整定方法：首先使用IEC 61032的32號(hào)試驗(yàn)探棒確定活動(dòng)部件關(guān)閉或打開時(shí)可能發(fā)生夾手的部位，再使用拉/壓力計(jì)檢測(cè)活動(dòng)部件這些可能夾手部位對(duì)試驗(yàn)探棒產(chǎn)生的作用力，同時(shí)測(cè)量TS端的電壓，當(dāng)試驗(yàn)探棒受到的作用力達(dá)到小于100N的某個(gè)安全值時(shí)（這個(gè)安全值應(yīng)充分考慮到電機(jī)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)部件需要克服阻力的變化以及控制器、控制電路產(chǎn)生的時(shí)間延遲的影響），記錄TS端的電壓作為安全限值。

根據(jù)活動(dòng)部件及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，活動(dòng)部件打開與關(guān)閉的安全限值可能不相同，注意這時(shí)控制器需要分別使用不同的安全限值進(jìn)行控制。

4　電子線路單一故障時(shí)控制電路的安全性分析

分析圖2所示的控制電路可以看出，其安全控制依賴于電子線路，對(duì)此IEC 60335-2-31:2012（Ed5.0）第20.101條要求：……，如果符合性依賴于電子電路的動(dòng)作，該試驗(yàn)分別在下述條件下重復(fù)進(jìn)行：

—— 每次施加一個(gè)19.11.2 的a）到g）中的故障情況到

電子線路上；

——19.11.4.1到19.11.4.7的電磁現(xiàn)象試驗(yàn)施加到器具上。運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)：

（1）當(dāng)接近可能發(fā)生夾住的任何位置的最后50mm行程應(yīng)降速至低于15mm/s；或

（2）將IEC 61032的32號(hào)試驗(yàn)探棒橫跨在運(yùn)動(dòng)部件的任何可能造成潛在夾住的點(diǎn)，覆蓋開口的寬和高：

——在接觸試驗(yàn)探棒之前停止并向相反方向運(yùn)動(dòng)；或

——如果運(yùn)動(dòng)部件接觸試驗(yàn)探棒：不在試驗(yàn)探棒上產(chǎn)生超過100N的力；或不在試驗(yàn)探棒上產(chǎn)生剪切力。

在圖2所示的控制電路中，因活動(dòng)部件的打開或關(guān)閉動(dòng)作都是由兩路獨(dú)立的電子線路完成的，所以當(dāng)Q1、Q2、Q3、Q4及其驅(qū)動(dòng)電路的任何一個(gè)電子元件發(fā)生故障時(shí)，都可以不影響直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全控制。例如，當(dāng)Q1發(fā)生擊穿導(dǎo)通時(shí)，活動(dòng)部件的打開或停止動(dòng)作，仍可由Q4完成，而在執(zhí)行活動(dòng)部件的關(guān)閉動(dòng)作時(shí)，在DH、DL端施加信號(hào)使Q2、Q3導(dǎo)通，由于Q1擊穿導(dǎo)通，導(dǎo)致TS端電壓信號(hào)超過安全設(shè)定值，控制器可立即停止關(guān)閉動(dòng)作。同理，當(dāng)Q2、Q3、Q4中的任一個(gè)電子元件發(fā)生擊穿導(dǎo)通時(shí)情況也是這樣；另外當(dāng)控制器發(fā)出打開或關(guān)閉活動(dòng)部件控制的信號(hào)時(shí)，如果沒有同時(shí)檢測(cè)到TS端對(duì)應(yīng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓信號(hào)時(shí)，也立即停止輸出控制信號(hào)，以防止因檢測(cè)電路或TS輸入端口故障導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)。

圖3所示是一種簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的直流電機(jī)控制電路，跟圖2的控制電路比較，使用了2個(gè)繼電器取代了4個(gè)MOSFET三極管，輸入控制信號(hào)也由4個(gè)簡(jiǎn)化為2個(gè)。

當(dāng)使用圖3所示的控制電路時(shí)，在安全控制方法上應(yīng)有別于圖2的電路。原因是在圖3所示的電路中，當(dāng)發(fā)生單一電子元件故障時(shí)，例如，當(dāng)發(fā)生三極管P1或P2擊穿故障或控制器UH或DH信號(hào)故障時(shí)（例如類似集成電路端口持續(xù)輸出高電平故障），繼電器K1或K2持續(xù)得電吸合，直流電機(jī)會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致活動(dòng)部件控制失效。此時(shí)只有在另一信號(hào)輸入端（例如DH端或UH端）輸入高電平控制信號(hào)，使繼電器K2或K1同時(shí)吸合，才能切斷直流電機(jī)電源，使活動(dòng)部件停止運(yùn)動(dòng)。

所以當(dāng)使用圖3所示或類似的控制電路時(shí)，器具一旦上電，TS端的電壓信號(hào)就應(yīng)被控制器持續(xù)檢測(cè)，如果控制器在即沒有發(fā)出UH信號(hào)也沒有發(fā)出DH信號(hào)的狀態(tài)下，卻仍檢測(cè)到TS端對(duì)應(yīng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓信號(hào)時(shí)，控制器應(yīng)立即同時(shí)輸出UH和DH信號(hào)，以切斷電機(jī)電源，防止危險(xiǎn)發(fā)生；另外，同圖2的控制電路一樣，當(dāng)控制器發(fā)出打開或關(guān)閉活動(dòng)部件控制信號(hào)時(shí)，未同時(shí)檢測(cè)到TS端對(duì)應(yīng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓信號(hào)時(shí)，也應(yīng)立即停止輸出控制信號(hào)，以防止因檢測(cè)電路或TS輸入端口故障而發(fā)生危險(xiǎn)。

當(dāng)然也可以在圖3所示控制電路的基礎(chǔ)上增加一路VC（電源）開關(guān)控制電路，在活動(dòng)部件不工作的狀態(tài)下或發(fā)生電子線路故障時(shí)，切斷電機(jī)電源。上述電子線路故障也可以由控制器以故障代碼的方式顯示出來，以便于故障檢查和排除。

5　另一類吸油煙機(jī)自動(dòng)活動(dòng)部件結(jié)構(gòu)

圖4中所示的吸油機(jī)自動(dòng)活動(dòng)部件，是一種伸縮式進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口組件下降時(shí)打開進(jìn)風(fēng)口，吸油煙機(jī)開始工作；反之當(dāng)進(jìn)風(fēng)口組件提升時(shí)關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口，吸油煙機(jī)停止工作。其電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用了皮帶傳動(dòng)，以較易實(shí)現(xiàn)較大的開、關(guān)行程。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路仍可采用圖2或圖3所示的控制電路，但在進(jìn)風(fēng)口提升過程中需要克服進(jìn)風(fēng)口組件自身的重力，而當(dāng)進(jìn)風(fēng)口下降時(shí)，進(jìn)風(fēng)口組件的重力連同電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同提供向下的作用力，所以使用圖2或圖3所示的控制電路時(shí)，TS端電壓的安全限值在打開和關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口時(shí)應(yīng)有較大的區(qū)別。

僅從圖4所示吸油煙機(jī)結(jié)構(gòu)自身來說，容易被認(rèn)為當(dāng)打開進(jìn)風(fēng)口時(shí)不會(huì)發(fā)生夾手等傷害，因而不需要考慮打開進(jìn)風(fēng)口時(shí)的安全問題，但實(shí)際上在日常使用環(huán)境中，進(jìn)風(fēng)口打開時(shí)，存在因觸碰到其下方的灶臺(tái)、灶具等物體而產(chǎn)生傷害的危險(xiǎn)，所以仍要考慮打開進(jìn)風(fēng)口時(shí)的安全限值，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少進(jìn)風(fēng)口組件自身的重量。必要時(shí)在進(jìn)風(fēng)口組件的底部設(shè)計(jì)擋板和開關(guān)觸發(fā)裝置，以防止因與外部環(huán)境物體發(fā)生觸碰產(chǎn)生的危險(xiǎn)。

圖3　簡(jiǎn)化的控制電路圖

圖4　一例吸油煙機(jī)伸縮式進(jìn)風(fēng)口自動(dòng)活動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)

在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，還應(yīng)考慮皮帶傳動(dòng)斷裂時(shí)活動(dòng)部件（進(jìn)風(fēng)口組件）因重力突然砸落的危險(xiǎn)，可以設(shè)置下降的機(jī)械阻尼來克服進(jìn)風(fēng)口組件的重力，或者使用機(jī)械減速推桿傳動(dòng)取代皮帶傳動(dòng)。

6　小結(jié)

市場(chǎng)需求推動(dòng)著廚衛(wèi)家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷變化，相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)隨之更新。當(dāng)我們研發(fā)帶有自動(dòng)活動(dòng)部件的吸油煙機(jī)產(chǎn)品時(shí)，即要符合安全標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求又需要充分考慮到不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中可能發(fā)生的不安全因素，在投入到市場(chǎng)應(yīng)用前進(jìn)行全面的考慮，使新產(chǎn)品更安全可靠。

[1] GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》.

[2] GB 4706.28-2008《家用和類似用途電器的安全 吸油煙機(jī)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 家用和類似用途電器的安全第2-31部分：吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置的特殊要求.