散热风扇扇叶正反安装方向快速切换与双向气流均衡自动调节方法及风扇与流程

本发明涉及智能调节，特别涉及一种散热风扇扇叶正反安装方向快速切换与双向气流均衡自动调节方法及风扇。

背景技术：

1、散热风扇在出厂安装时扇叶方向固定，进出风方向单一，当设备内部热源布局发生变化或安装场景切换时，现有风扇无法根据实际散热需求调整气流方向，导致气流方向与热源分布长期失配，散热效率持续低下。

2、现有技术采用螺钉锁紧或压入式固定结构，扇叶与轮毂之间的拆装需借助专用工具，切换操作繁琐且耗时，无法在设备运行维护场景中快速完成扇叶正反安装方向的切换，既无法预测正反安装两种工况下的气流压差分布与散热特性差异，也无法对散热腔体各区域气流分配不均衡问题进行主动调节，导致散热风扇的散热效率低。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为提供一种散热风扇扇叶正反安装方向快速切换与双向气流均衡自动调节方法及风扇，解决了现有技术中散热风扇的散热效率低的技术问题，实现了散热腔体各象限气流压差的主动均衡，有效消除局部热点，使双向气流在正反安装两种工况下均能维持均衡分配。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种散热风扇扇叶正反安装方向快速切换与双向气流均衡自动调节方法，包括以下步骤：

3、对扇叶正向安装工况下的散热风扇进行仿真，得到第一工况数据；对扇叶反向安装工况的散热风扇进行仿真，得到第二工况数据；

4、基于所述第一工况数据和所述第二工况数据，生成扇叶换向指令；

5、响应所述扇叶换向指令驱动快拆切换机构对扇叶进行电磁同步解锁，翻转安装后由霍尔传感器阵列对扇叶安装方向进行识别，得到安装方向标志位；

6、根据所述安装方向标志位，对所述第一工况数据或所述第二工况数据进行工况查表并调节电机转速与气流分配阀开度。

7、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述对扇叶正向安装工况下的散热风扇进行仿真，得到第一工况数据；对扇叶反向安装工况的散热风扇进行仿真，得到第二工况数据，包括：

8、基于扇叶正向安装角在comsol中激活k-ε湍流流场、固体力学与共轭传热三场瞬态耦合，对多转速、多进口温度及多热源功率组合工况进行瞬态求解，提取各工况下进出风截面压差、散热目标区域平均温度与气流质量流量，得到第一工况数据；

9、基于扇叶反向安装角在comsol中激活k-ε湍流流场、固体力学与共轭传热三场瞬态耦合，对多转速、多进口温度及多热源功率组合工况进行瞬态求解，提取各工况下进出风截面压差、散热目标区域平均温度与气流质量流量，得到第二工况数据。

10、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述基于所述第一工况数据和所述第二工况数据，生成扇叶换向指令，包括：

11、根据所述第一工况数据计算正向安装预测散热温度；根据所述第二工况数据计算反向安装预测散热温度；

12、计算所述正向安装预测散热温度与所述反向安装预测散热温度之间的散热温度差值，并结合所述散热温度差值与实时进出风压差确定扇叶换向指令。

13、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述计算所述正向安装预测散热温度与所述反向安装预测散热温度之间的散热温度差值，并结合所述散热温度差值与实时进出风压差确定扇叶换向指令，包括：

14、计算所述正向安装预测散热温度与所述反向安装预测散热温度之间的散热温度差值；

15、根据所述散热温度差值与温度切换阈值、实时进出风压差在连续预设判决周期内的符号方向，确定扇叶换向指令。

16、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述响应所述扇叶换向指令驱动快拆切换机构对扇叶进行电磁同步解锁，翻转安装后由霍尔传感器阵列对扇叶安装方向进行识别，得到安装方向标志位，包括：

17、响应所述扇叶换向指令，对轮毂各卡槽内的电磁推杆进行同步通电驱动，将各卡槽内弹性锁片压入轮毂壁面凹槽，解除全部扇叶锁定；

18、在扇叶解锁完成扇叶翻转安装后，由霍尔传感器阵列对扇叶安装方向进行识别，得到安装方向标志位。

19、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述响应所述扇叶换向指令，对轮毂各卡槽内的电磁推杆进行同步通电驱动，将各卡槽内弹性锁片压入轮毂壁面凹槽，解除全部扇叶锁定，包括：

20、响应所述扇叶换向指令，对电机转速进行线性降速驱动至零转速，并施加反向制动脉冲以消除轮毂残余角动量；

21、在电机制动完成之后，对轮毂各卡槽内全部电磁推杆同步施加驱动电压脉冲，将各卡槽内弹性锁片压入轮毂壁面凹槽，解除全部扇叶与轮毂之间的锁定。

22、可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述在扇叶解锁完成扇叶翻转安装后，由霍尔传感器阵列对扇叶安装方向进行识别，得到安装方向标志位，包括：

23、在扇叶解锁完成扇叶翻转安装后，对霍尔传感器阵列中各霍尔传感器的输出电压与传感器静态的输出电压阈值进行比较；

24、若所述输出电压高于所述输出电压阈值，则确定单次判断结果为正向安装；若所述输出电压小于或者等于所述输出电压阈值，则确定单次判断结果为反向安装；

25、对全部所述单次判断结果进行多数表决，当所述单次判断结果一致的传感器数量超过所述霍尔传感器阵列的总数的二分之一时，将对应的正向安装或者反向安装确认为安装方向标志位。

26、可选的，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述根据所述安装方向标志位，对所述第一工况数据或所述第二工况数据进行工况查表并调节电机转速与气流分配阀开度，包括：

27、当所述安装方向标志位为正向安装时，将实时进口温度与实时热源功率输入所述第一工况数据进行双线性插值查表，得到正向安装目标进出风压差与正向安装参考电机转速；

28、当所述安装方向标志位为反向安装时，将实时进口温度与实时热源功率输入所述第二工况数据进行双线性插值查表，得到反向安装目标进出风压差与反向安装参考电机转速；

29、基于所述正向安装目标进出风压差与所述正向安装参考电机转速或反向安装目标进出风压差与所述反向安装参考电机转速，调节对应的电机转速与气流分配阀开度。

30、可选的，在本发明第一方面的第八种实现方式中，所述基于所述正向安装目标进出风压差与所述正向安装参考电机转速或反向安装目标进出风压差与所述反向安装参考电机转速，调节对应的电机转速与气流分配阀开度，包括：

31、获取实时进出风压差；

32、计算所述正向安装目标进出风压差与所述实时进出风压差之间的第一风压差，将所述第一风压差输入压差外环pid控制器，得到第一转速修正量；或者计算所述反向安装目标进出风压差与所述实时进出风压差之间的第二风压差，将所述第二风压差输入压差外环pid控制器，得到第二转速修正量；

33、将所述第一转速修正量叠加至所述正向安装参考电机转速，得到第一电机转速，将所述第一电机转速与实测电机转速输入转速内环pid控制器，得到电机pwm驱动指令；或者将所述第二转速修正量叠加至所述反向安装参考电机转速，得到第二电机转速，将所述第二电机转速与实测电机转速输入转速内环pid控制器，得到电机pwm驱动指令；

34、根据实时进出风压差与所述正向安装目标进出风压差或所述反向安装目标进出风压差生成气流分配阀开度指令。

35、本发明还提供了一种风扇，用于实现上述任一项所述的方法的步骤。

36、综上所述，本发明通过对扇叶正反安装双工况分别在comsol中进行k-ε湍流流场、固体力学与共轭传热三场瞬态耦合仿真，独立建立第一工况数据与第二工况数据，使正反安装两种工况下的进出风截面压差、散热目标区域平均温度与气流质量流量的预测结果均具备完整的仿真依据，通过将实时工况参数分别输入第一工况数据与第二工况数据进行查表，对正向安装预测散热温度与反向安装预测散热温度之差结合实时进出风压差进行联合换向触发判决，使扇叶换向时机由仿真预测数据驱动，换向决策的准确性与及时性得到保障。通过电磁推杆同步通电驱动与弹性锁片快拆结构的配合，实现全部扇叶同步解锁与快速翻转安装，并经霍尔传感器阵列多数表决逻辑对安装方向进行自动识别确认，消除了人工拆装误差与安装方向误判风险。本发明通过将安装方向标志位输入对应工况数据进行双线性插值查表，以压差外环与转速内环串级pid控制器驱动电机转速，同时对各象限气流分配阀开度按压差偏差幅值进行调节，实现了散热腔体各象限气流压差的主动均衡，有效消除局部热点，使双向气流在正反安装两种工况下均能维持均衡分配。