JP2010270956A - 空気調和機および空間認識装置 - Google Patents

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Akihiko Shimizu
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昭彦 清水
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Abstract

【課題】空気調和機への搭載を容易にするとともに、塵埃などの影響による空間認識装置の認識性能や動作信頼性の低下を回避して、近距離から遠距離まで高精度の検知が可能な空気調和機を提供すること。
【解決手段】センサ部32とセンサケーシング36を有し、センサ部32はセンサ40と、センサ40を支持する支持体42と、センサ40の前面方向に位置し支持体42に一体的に形成されたホーン44とで構成され、センサケーシング36は開口部37を有し、開口部37に臨むように支持体42が配設されるとともに、センサケーシング36で支持体42を回転自在に保持した空間認識装置30を室内機に備え、空調空間の状態に応じて風向変更羽根12,14を制御して空調運転を行うようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、空調空間の状態に応じて前記風向変更羽根を制御して空調運転を行う空気調和機および、空間の状態を認識するための空間認識装置に関する。
従来の空気調和機は、本体に設けた測距部で、空気調和機本体と部屋の壁や障害物との間の距離を把握したり、画像センサを用いて部屋の様子を撮影し空調空間の状況を認識したりして、空調空間の状況に応じて風向変更ベーンを制御して最適送風を行うようにしている(例えば、特許文献1参照)。
また、障害物を検知する手段として超音波センサを使用し、センサの前面側にホーンを設けることで、センサの指向性や感度の向上を図るようにしたものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2001−355898号公報 特開平8−220216号公報
特許文献1に記載の空気調和機には、測距部および画像センサが室内機本体の上部に露出した状態で取り付けられているので、測距部および画像センサが塵埃またはタバコの煙などの影響を受ける。その結果、測距部および画像センサの検知性能や信頼性が低下するという問題点があった。
一方、特許文献2に記載の超音波センサは、自動車等の検知に適したもので、限られたスペースでホーンと一体化したセンサを上下左右に広範囲に回動させることが難しいという問題点があった。
それ故に、本発明は、塵埃等の影響による認識性能や信頼性の低下を回避して、広範囲にわたって空間を認識可能な空気調和機および空間認識装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、室内機に、空気を吸い込む吸入口と、該吸入口から吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された空気を吹き出すための吹出口と、該吹出口に設けられ吹き出される空気の向きを変更する風向変更羽根と、空調空間内の状態を認識するための空間認識装置とを備え、該空間認識装置が認識した空調空間の状態に応じて風向変更羽根を制御して空調運転を行う空気調和機であって、空間認識装置は、センサ部とセンサケーシングとを備え、センサ部は、センサと、該センサを支持する支持体と、センサの前面方向に位置し支持体に一体的に形成されたホーンとを含み、センサケーシングには、支持体および該支持体に一体化されたセンサおよびホーンが臨む開口が形成されており、センサケーシングにより支持体が少なくとも2軸を中心として回転自在に保持されることを特徴とする空気調和機。
本発明によれば、センサおよびホーンが一体化された支持体を、センサケーシングに2軸を中心として回転自在に保持させることにより、広範囲にわたり空間を認識可能な空気調和機を提供することが可能となる。
また、センサケーシングの開口には、センサおよびホーンが一体化された支持体が臨むように配される。言い換えれば、支持体により開口が実質的に塞がれる。これによって、開口から塵埃等がセンサケーシング内に進入することを防止できる。これによって、認識性能および信頼性を高くすることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る空気調和機の室内機を示す正面図 図1の線A−Aに沿う室内機の断面図 図1に示す可動前面パネルおよび上下風向変更羽根が開放した場合における、図1の線A−Aに沿う室内機の断面図 図1の室内機に設けられた空間認識装置の正面図 図4の線B−Bに沿う空間認識装置の断面図 図4の空間認識装置に設けられたホーンの正面図 図6の線C−Cに沿うホーンの断面図 本発明の変形例に係る空気調和機の室内機を示す断面図
本発明は、室内機に、空気を吸い込む吸入口と、該吸入口から吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された空気を吹き出すための吹出口と、該吹出口に設けられ吹き出される空気の向きを変更する風向変更羽根と、空調空間内の状態を認識するための空間認識装置とを備え、該空間認識装置が認識した空調空間の状態に応じて風向変更羽根を制御して空調運転を行う空気調和機であって、空間認識装置は、センサ部とセンサケーシングとを備え、センサ部は、センサと、該センサを支持する支持体と、センサの前面方向に位置するホーンとを含み、センサケーシングには、支持体および該支持体に設けられたセンサおよびホーンが臨む開口が形成されており、センサケーシングにより支持体が少なくとも2軸を中心として回転自在に保持されることを特徴とする。上記のように、センサおよびホーンを支持する支持体を、センサケーシングに2軸を中心として回転自在に保持させることにより、広範囲にわたり空間を認識可能な空気調和機を提供することが可能となる。また、センサケーシングの開口にセンサおよびホーンが臨むように支持体はセンサケーシングに配される。言い換えれば、支持体により開口が実質的に塞がれる。これによって、開口から塵埃等がセンサケーシング内に進入することを防止できる。これによって、認識性能および信頼性を高くすることが可能となる。
具体的には、空間認識装置が、室内機を基準として上下方向にセンサ部を回動させる第1の回転軸と、該室内機を基準として左右方向にセンサ部を回動させる第2の回転軸とを含み、第1の回転軸の軸心上で第2の回転軸が第1の回転軸と直交する。これにより、センサ部の左右方向の回動半径を最小化できるため空間認識装置の小型化が可能となり、空気調和機への搭載が容易となる。
また、具体的には、空調空間には、上下方向および左右方向それぞれの角度で決定されるアドレスが設定され、空間認識装置は、アドレスを用いてセンサ部を走査することにより該空調空間内の状態を認識する。これにより、認識精度が向上し、きめ細かい空調運転が可能となる。
また、具体的には、センサ部が斜め下方に向くように配設される。これにより、室内機本体の直下近傍の視野を確保することができるとともに、一つのセンサを使用して広範囲
な検知視野を確保することができる。
また、具体的には、空間認識装置が、センサ部を上下方向に回動させる上下駆動モータをさらに備え、センサケーシングは、センサ部と上下駆動モータとがその長手方向に配列された状態で収納可能な縦長の筒状の形状を有し、空間認識装置は、センサケーシングを左右方向に回動させる左右駆動モータをさらに備える。これにより、上下方向及び左右方向ともに広い回動範囲を有する小型の認識装置を提供することができる。
また、本発明の他の態様は、空間認識装置であって、センサと、センサを支持する支持体と、センサの前面方向に位置し支持体に設けられたホーンと、支持体および該支持体に設けられたセンサおよびホーンが臨む開口が形成され、かつ支持体を少なくとも2軸を中心として回転自在に保持するセンサケーシングとを備える。上記のように、センサおよびホーンが設けられた支持体を、センサケーシングに2軸を中心として回転自在に保持させることにより、広範囲にわたり空間を認識可能な空間認識装置を提供することが可能となる。また、センサケーシングの開口にセンサおよびホーンが臨むように、支持体がセンサケーシングに配される。言い換えれば、支持体により開口が実質的に塞がれる。これによって、開口から塵埃等がセンサケーシング内に進入することを防止できる。これによって、認識性能および信頼性を高くすることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
一般家庭で使用される空気調和機は、通常冷媒配管で互いに接続された室外機と室内機とで構成されており、図1乃至図3は、本発明に係る空気調和機の室内機を示している。
室内機は、本体2と、本体2の前面吸入口2aを開閉自在の可動前面パネル(以下、単に前面パネルという)4を有しており、空気調和機停止時は、前面パネル4は本体2に密着して前面吸入口2aを閉じているのに対し、空気調和機運転時は、前面パネル4は本体2から離反する方向に移動して前面吸入口2aを開放する。なお、図1及び図2は前面パネル4が前面吸入口2aを閉じた状態を示しており、図3は前面パネル4が前面吸入口2aを開放した状態を示している。
図1乃至図3に示されるように、本体2の内部には、熱交換器6と、熱交換器6の下流側に設けられ前面吸入口2a及び上面吸入口2bから取り入れられた室内空気を熱交換器6で熱交換して室内に吹き出すための室内ファン8と、熱交換した空気を室内に吹き出す吹出口10を開閉するとともに空気の吹き出し方向を上下に変更する上下風向変更羽根12と、空気の吹き出し方向を左右に変更する左右風向変更羽根14とを備えており、前面吸入口2a及び上面吸入口2bと熱交換器6との間には、前面吸入口2a及び上面吸入口2bから取り入れられた室内空気に含まれる塵埃を除去するためのフィルタ16が設けられている。
また、室内ファン8の下流側には吹出グリル18が設けられており、この吹出グリル18により室内ファン8の下流側の送風通路20と吹出口10が形成されている。
前面パネル4上部は、その両端部に設けられた2本のアーム22,24を介して本体2上部に連結されており、アーム22に連結された駆動モータ(図示せず)を駆動制御することで、空気調和機運転時、前面パネル4は空気調和機停止時の位置(前面吸入口2aの閉塞位置)から前方斜め上方に向かって移動する。
上下風向変更羽根12は、本体2下部に揺動自在に取り付けられ、駆動モータ(例えば、ステッピングモータ)に連結されて、室内機に内蔵された制御装置(図示せず)により
角度制御される。
一方、左右風向変更羽根14は、本体2の下部に揺動自在に取り付けられた複数枚の羽根で構成され、駆動モータ(例えば、ステッピングモータ)に連結されて、室内機に内蔵された制御装置により角度制御される。
また、本体2の片側(正面から見て左側)の下部における前面パネル4と上下風向変更羽根12の背面側には、空調する部屋の壁や床までの距離あるいは障害物の有無を検知して空調空間内の状態を認識する空間認識装置30が設けられており、この空間認識装置30について図4及び図5を参照しながら説明する。なお、本明細書で使用する「障害物」という用語は、室内機の吹出口10から吹き出され居住者に快適空間を提供するための空気の流れを妨げる物全般を指しており、例えばテーブルやソファー等の家具、テレビ、オーディオ等の居住者以外の物を総称したものである。
また、図1においては、空間認識装置30は本体2の左側に設けられているが、本体2の右側に設けることもできる。
空間認識装置30は、センサ部32と、センサ部32を上下方向に回動させる上下駆動モータ34と、センサ部32と上下駆動モータ34とを長手方向に配列して収納する縦長の筒状のセンサケーシング36と、センサケーシング36を左右方向に回動させる左右駆動モータ38とを有するセンサユニットとして構成されている。また、センサ部32は、超音波センサ40と、超音波センサ40を回転自在に支承する部分球状の支持体42と、超音波センサ40の音波出口方向に位置する支持体42に一体的に形成されたホーン44とで構成されている。ホーン44は、超音波センサ40が発信した超音波の感度を向上させるとともに指向性を強くして空調空間認識精度を向上させるためのものである。
また、センサケーシング36には開口部37が設けてあり、支持体42は開口部37に臨むように配設されている。開口部37は、超音波センサ40が発信した超音波の感度の低下を回避するためのものである。具体的には、もし開口部37が設けられなかった場合には、超音波センサ40からの超音波がセンサケーシング36により乱反射等し、これによって感度の低下を招いてしまう。
また、支持体42は上下回転用回転軸46を有し、センサケーシング36は、上下回転用回転軸46と直交する方向に延びる左右回転用回転軸48を有しており、上下回転用回転軸46はセンサケーシング36に回動自在に取り付けられ、左右回転用回転軸48は、左右駆動モータ38が取り付けられたハウジング50に回動自在に取り付けられている。さらに、支持体42は、ギヤ等の駆動力伝達手段52を介して上下駆動モータ34に連結されて上下方向に回動するように駆動され、センサケーシング36は、左右駆動モータ38に連結されて左右方向に回動するように駆動される。
また、空間認識装置30は、金属板と、金属板の片側に貼着されたセラミック振動素子と、金属板の反対側に固着された超音波送受信用のコーンとで構成されており、空気調和機の運転時、空間認識装置30は外部に露出するため、ホーン44に人の指等が浸入すると、コーン等が破壊される虞がある。そこで、コーン等の破壊を防止するため、あるいは、金属板と指先間の絶縁距離確保のため、ホーン44には、外部からの侵入物を防止するための複数のリブが設けられている。
さらに、図6及び図7を参照して詳述すると、ホーン44は、超音波センサ40が取り付けられる小径ののど部54と、のど部54より大径の開口部56とを有し、のど部54から開口部56まで徐々に拡開する略円錐状を呈している。また、のど部54の近傍には
、ホーン44の軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる薄板状の複数のリブ58が等間隔で一体的に形成されており、各リブ58の内縁はホーン44の軸方向中心線と略平行に延在している。
なお、上述したように、ホーン44は超音波の感度を向上させ指向性を強めることであるが、リブ58のある方向は指向性が弱まる傾向がある。本発明に係る空気調和機の場合、空間認識装置30の上方近傍には前面パネル4の下端部が配置されており、超音波センサ40から発信された超音波が、リブ58と前面パネル4の下端部で乱反射し、乱反射により虚像を障害物と誤検知する可能性がある。
そこで、リブ58は真上を除いた位置に設けるのが好ましく、二つのリブ58を設けた構成では、リブ58は水平に配置され、三つのリブ58を設けた構成では、二つのリブ58が斜め上方に配置されるとともに他の一つが真下に配置され、四つのリブ58を設けた構成では、図6に示されるように配置される。
なお、リブ58の数は2〜4に限定されるわけではなく、五つ以上設けることもできる。
また、超音波センサ40の前方にネット状部材(図示せず)を配置すると、人の指より細い物の浸入を防止することができるので、さらに好ましい。ただし、ネット状部材は、粒子速度の節位置に配置する必要があり、節位置に配置しないと、超音波センサ40より発信された超音波の減衰が大きくなる。なお、粒子速度の節位置とは、超音波の波長をλとすると、コーンから(2n−1)/4×λの距離の近傍に相当する位置である。
空間認識装置30は上述した構成を採用したことで、小型化が可能となり、かつ、上下方向及び左右方向ともに広い回動範囲を有している。
また、空間認識装置30は、図2あるいは図3に示されるように、左右回転用回転軸48が前方に向かって上向きに傾斜するように吹出グリル18に固定されており、センサ部32は斜め下方に向くように配設される。このような配置を採用することで、空気調和機の直下近傍の視野を確保することができ、上下方向においては、略水平方向から直下近傍まで広範囲にわたる検知視野を確保することができる。
前面パネル4のアーム22を駆動する駆動モータ、上下風向変更羽根12を駆動する上下駆動モータ34、左右風向変更羽根14を駆動する左右駆動モータ38、空間認識装置30の上下駆動モータ34及び左右駆動モータ38等は、室内機に設けられた制御部(図示せず)に電気的に接続されており、これらの駆動手段が制御部により制御されることで、前面パネル4、上下風向変更羽根12、左右風向変更羽根14、空間認識装置30等の動作が制御される。
また、空間認識装置30で検知した信号も制御部で処理されて空気調和機の運転制御が行われる。
次に、図2乃至図5を参照しながら本発明に係る空気調和機の動作を説明する。
図2は、空気調和機の停止状態を示しており、前面吸入口2a及び吹出口10は、前面パネル4及び上下風向変更羽根12によりそれぞれ閉塞されている。
リモコン(遠隔操作装置、図示せず)を使用して空気調和機の運転を開始すると、図3に示されるように、駆動モータによりアーム22が駆動され、前面パネル4は、前面吸入
口2aから前方に離間動作して任意の位置で停止する。同時に、上下風向変更羽根12が別の駆動モータにより駆動され、回動して任意の位置で停止し、空間認識装置30のセンサ部32が本体2から露出する。この状態で、空間認識装置30は空調空間である部屋の壁や床までの距離や、障害物の有無を検知して空調空間を認識する。
対象物までの距離の検知は、超音波センサ40から発信された超音波が対象物に当たると、反射して、この反射波を超音波センサ40で受信することにより行われる。この送信から受信までの時間をt、音速をCとすると、超音波センサ40から対象物までの距離DはD=Ct/2で表される。
なお、図4及び図5は、超音波送信部と受信部が一体型の超音波センサ40を示しているが、超音波送信部と受信部が別体の場合も、原理的あるいは機能的にはなんの変わりもなく、本実施の形態においても採用できる。
また、空調空間の認識は、上下駆動モータ34によりセンサ部32を上下方向に所定の角度間隔で回転させるとともに、左右駆動モータ38によりセンサ部32を収容したセンサケーシング36を左右方向に所定の角度間隔で回転させながら、各角度において超音波を発信及び受信し、その信号を記録、処理することにより行われる。
その1例を挙げると、空調空間に、センサ部32の上下方向の角度及び左右方向の角度で決定されるアドレスを設定し、超音波センサ40が各アドレスを計測して居住空間を走査することで、空調空間の認識が行われる。上下方向の角度範囲は、例えば5度〜80度に設定され、左右方向の角度は、例えば10度〜170度に設定される。
このようにして空調空間を認識した後、空調空間の大きさに応じた能力で空調運転は行われる。また、障害物を認識した場合は、左右風向変更羽根14あるいは上下風向変更羽根12により吹出口10から吹き出される風の方向を制御したり、室内ファン8により風速を制御したりして障害物を回避した空調運転を行うことで、効率の良い運転を行うことができるとともに省エネを達成している。
なお、空間認識装置30による空調空間の認識動作は、空気調和機の運転開始時に行うことができる。あるいは、空調空間の状態は時間の経過に伴って大きく変化するものではないことから、空調空間の認識動作は、空調運転の終了後や、一定周期毎に行うようにしてもよい。
上述した実施の形態においては、空間認識装置30のセンサ部32を構成する支持体42を部分球状に形成することで、ホーン44がセンサケーシング36から突出することなくセンサユニット内へ収納することができ、センサ部32の回動半径の最小化が図れ、空間認識装置30を小型化できるものである。また、ホーン44の出口形状が真円で形成されるため上下左右対象の理想的な指向性が得られるとともに、センサ部32の回動に関わらず、支持体42とセンサケーシング36間の隙間を常に一定に保つことができるためセンサケーシング36内部への塵埃などの進入を防ぐことが可能となり、認識性能および信頼性の高い空間認識装置30を得ることができる。
また、空間認識装置30の上下回転用回転軸46の軸芯を左右回転用回転軸48の軸芯上で直交するように構成することにより、センサ部32の左右方向の回動半径を最小化することができるため、空間認識装置30の更なる小型化が図れるものである。
さらに、空間認識装置30を前面パネル4と上下風向変更羽根12との背面側に配設し、空気調和機の運転停止時にセンサ部32を前面パネル4と上下風向変更羽根12で覆い
隠すようにしている。この構成により、空気調和機の運転停止時に超音波センサ40は塵埃やタバコの煙などの影響を受けにくくなり、認識性能の低下を抑制することができる。
しかしながら、図8に示されるように、前面パネル4の上下方向の長さを短くする一方、上下風向変更羽根12の上下方向の長さを長くして、空間認識装置30の全てを上下風向変更羽根12の背面側に配置することもできる。
すなわち、図2の構成においては、空間認識装置30の一部を上下風向変更羽根12の背面側に配置し、残りの部分を前面パネル4の背面側に配置したが、図8の構成においては、空間認識装置30の全てが上下風向変更羽根12の背面側に配置されて吹出グリル18に固定されており、空気調和機の運転停止時には空間認識装置30を上下風向変更羽根12のみで覆い隠すようにしている。この構成は、前面パネル4が固定式の空気調和機において特に有効で、空間認識装置30を上下風向変更羽根12の背面側に配置することで、空間認識装置30の認識性能の低下を抑制することができる。
また、図8の構成においても、図2の構成と同様、空間認識装置30は、左右回転用回転軸48が前方に向かって上向きに傾斜するように吹出グリル18に固定されており、センサ部32は斜め下方に向くように配設されている。したがって、空気調和機の直下近傍の視野を確保することができ、一つの超音波センサ40を使用して、略水平方向から直下近傍まで広範囲にわたる検知視野を確保することができる。
なお、本実施の形態においては、空間認識装置30として、空調空間内の壁や床、あるいは障害物までの距離を検知する超音波センサを用いたが、人の位置や体温など人の状態を検知するセンサを用いて最適空調を行うこともできる。また、風向変更羽根は上下あるいは左右のいずれか一方のみであってもよいものである。
また、本実施の形態では、支持体42を部分球状にして開口37に臨ませていた。しかし、支持体42の形状は何らかの曲面であれば構わない。
本発明に係る空気調和機は、小型で、塵埃などの影響を受け難く、近距離から遠距離まで高精度の検知が可能な空間認識装置を搭載したものであり、室内機本体の正面から本体直下まで広い検知範囲が確保でき、きめ細かい空調運転が可能となるので、一般家庭用の空気調和機を含む様々な空気調和機として有用である。また、本発明に係る空間認識装置は、塵埃などの影響を受け難く、広範囲にわたり高精度で空間を認識可能であり、例えば空気調和機への搭載に好適である。
2 室内機本体、 2a 前面吸入口、 2b 上面吸入口、 4 可動前面パネル、
6 熱交換器、 8 室内ファン、 10 吹出口、 12 上下風向変更羽根、
14 左右風向変更羽根、 16 フィルタ、 18 吹出グリル、 20 送風通路、22,24 前面パネル用アーム、 30 空間認識装置、 32 センサ部、
34 上下駆動モータ、 36 センサケーシング、 37 開口部、 38 左右駆動モータ、 40 超音波センサ、 42 支持体、 44 ホーン、 46 上下回転用回転軸、 48 左右回転用回転軸、 50 ハウジング、 52 駆動力伝達手段、 54 のど部、 56 開口部、 58 リブ。

Claims (6)

  1. 室内機に、空気を吸い込む吸入口と、該吸入口から吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された空気を吹き出すための吹出口と、該吹出口に設けられ吹き出される空気の向きを変更する風向変更羽根と、空調空間内の状態を認識するための空間認識装置とを備え、該空間認識装置が認識した空調空間の状態に応じて前記風向変更羽根を制御して空調運転を行う空気調和機であって、
    前記空間認識装置は、センサ部とセンサケーシングとを備え、前記センサ部は、センサと、該センサを支持する支持体と、前記センサの前面方向に位置するホーンとを含み、前記センサケーシングには、前記支持体および該支持体に設けられたセンサおよびホーンが臨む開口が形成されており、前記センサケーシングにより前記支持体が少なくとも2軸を中心として回転自在に保持されることを特徴とする空気調和機。
  2. 前記空間認識装置が、前記室内機を基準として上下方向に前記センサ部を回動させる第1の回転軸と、該室内機を基準として左右方向に前記センサ部を回動させる第2の回転軸とを含み、前記第1の回転軸の軸心上で前記第2の回転軸が前記第1の回転軸と直交することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  3. 空調空間には、前記上下方向および前記左右方向それぞれの角度で決定されるアドレスが設定され、前記空間認識装置は、アドレスを用いて前記センサ部を走査することにより該空調空間内の状態を認識することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の空気調和機。
  4. 前記センサ部が斜め下方に向くように配設したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の空気調和機。
  5. 前記空間認識装置が、前記センサ部を前記上下方向に回動させる上下駆動モータをさらに備え、前記センサケーシングは、前記センサ部と前記上下駆動モータとがその長手方向に配列された状態で収納可能な縦長の筒状の形状を有し、前記空間認識装置は、前記センサケーシングを前記左右方向に回動させる左右駆動モータをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の空気調和機。
  6. 空間認識装置であって、
    センサと、
    前記センサを支持する支持体と、
    前記センサの前面方向に位置し前記支持体に設けられたホーンと、
    前記支持体および該支持体に設けられたセンサおよびホーンが臨む開口が形成され、かつ前記支持体を少なくとも2軸を中心として回転自在に保持するセンサケーシングとを備える空間認識装置。
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