JP2011133173A - 空調機の制御方法及び空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】同一の送風機を備えた送風機において、送風機の回転数に応じて、ピッチ音の共鳴が大きい回転数ではピッチ音を防止し、コギング音の共振が大きい回転数ではコギング音の共振を防止することである。
【解決手段】室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機の室内機に用いられる送風機の騒音を低減するように制御する方法に関するもので、さらに詳しくは、２台以上の送風機を備えた室内機において、送風機の回転数に起因するファンのピッチ音の共鳴及びモータのコギング音の共振を防止して騒音を低減することができる方法及び空調機に関するものである。

空調機の室内機には、熱交換器により熱交換した暖気や冷気を室内に放出するために、その規模や構成、形状に従って１台又は２台以上の送風機が内蔵されている。この送風機は、ファンの種類に関わらず回転数×羽数の整数倍で決まる固有の周波数のピッチ音（周期性騒音）を生ずる。例えば、羽数が３０枚のファンの場合は、８００ｒｐｍで４００Ｈｚの風切り音とその高調波を発生し、２台以上の送風機を備えた場合には、共鳴によってピッチ音が増大するという問題が生じてくる。

ちなみに、シロッコファンやクロスフローファンでは、このピッチ音を低減するために、羽の間隔を均等に配置しない不等ピッチ翼や、羽を傾斜させたスキュー翼などがある。これらの不等ピッチ翼やスキュー翼であっても、個々の送風機のピッチ音が低減されるだけであって消滅させることはできず、２台以上の送風機を稼動させれば、依然として共鳴によってピッチ音が増大するという問題は解消されない。

特許文献１には、シロッコファンを用いた２台の送風機を備えた室内機において、２台の送風機を同一の回転数で運転した場合、ファンのピッチ音の振幅が、１台の送風機を運転した場合に比べて２倍になることが記載されている。

この問題点を解消するために、特許文献１には、複数の送風機の回転数を互いに所定値以上の差をつけて駆動制御すること、具体的には、一方のファンの回転数をＮ_１ｒｐｍとし、他方のファンの回転数をＮ_２ｒｐｍとするとき、Ｎ_１≧Ｎ_２＋３０となるように制御することが記載されている。

コギング音は、磁界の変化によるロータの脈動に起因するモータの振動音であり、モータの次数（ステータの極数とロータの極数の最小公倍数）×回転数の周波数とその整数倍の高調波となる。例えば、ステータの極数が４、ロータの局数が３のモータの場合は、次数が１２次となり、８００ｒｐｍで１６０Ｈｚの振動音とその高調波を発生する。このコギング音についてもピッチ音と同様に、２台以上の送風機を備えた場合には、共振によってコギング音が増大するという問題点がある

特開２０００−３５６３６２号公報

特許文献１に記載された空調機では、ファンのピッチ音の共鳴を低減することはできるが、モータのコギングによる騒音については全く考慮されていない。
ピッチ音はファンの風切り音であり、コギング音は磁界の変化によるロータの脈動に起因するモータの振動音であり、発生形態が相違し、発生箇所、周波数や振幅が相違するため、ピッチ音の共鳴とコギング音の共振を同じように防止することはできない。特許文献１のように、ピッチ音の共鳴が生じないように２台の送風機の回転数を３０ｒｐｍ程度変えても、コギング音の共振を防止することまではできないという問題点があった。

また、特性の相違するモータとファンを用いることで、同一回転数での運転時に共鳴や共振が生じないようにすることもできる可能性はあるが、２種類以上のモータとファンを用意しなければならない。このことは、保守用部品としてモータやファンの保管や管理を行う上でのコスト増大を招き、メンテナンスまでを含めた製品の価格を上昇させるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、同一の送風機を備えた空調機において、送風機の回転数に応じて、相対的にピッチ音の共鳴が大きい回転数ではピッチ音を防止し、相対的にコギング音の共振が大きい回転数ではコギング音の共振を防止するようにしたものである。

本発明の請求項１は、室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法である。

本発明の請求項２は、請求項１記載の空調機の制御方法において、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／羽数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／モータの次数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法である。

本発明の請求項３は、室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、前記送風機を、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行う制御装置に駆動回路を介して接続したことを特徴とする空調機である。

本発明の請求項４は、請求項３記載の空調機において、制御装置は、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／羽数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／モータの次数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行うことを特徴とする空調機である。

本発明の請求項５は、請求項３又は４記載の空調機において、予め送風機の回転数を送風量別に設定したテーブルを記憶したメモリを設け、このメモリに記憶したテーブルに設定された回転数に基づいて送風機を制御することを特徴とする空調機である。

本発明の請求項６は、請求項３、４又は５記載の騒音を低減した空調機において、送風機のモータは、ＤＣモータからなり、このＤＣモータの回転数を検出する回転数センサを設け、この回転数センサで検出した回転数を制御回路にフィードバックして、テーブルに設定された回転数に送風機を制御することを特徴とする空調機である。

請求項１、２、３及び４記載の発明によれば、同一の送風機を備えた空調機において、送風機の回転数に応じて、相対的にピッチ音の共鳴が大きい回転数ではピッチ音を防止し、相対的にコギング音の共振が大きい回転数ではコギング音の共振を防止して騒音を低減することができるという効果を有する。

請求項５記載の発明によれば、予め送風機の回転数を送風量別に設定したテーブルを記憶したメモリを設け、このテーブルに設定された回転数に基づいて送風機を制御するので、複雑な回路や演算などを必要とせずに確実に所望の回転数に制御することができるという効果を有する。

請求項６記載の発明によれば、送風機のモータはＤＣモータからなり、このＤＣモータの回転数を検出する回転数センサを設け、この回転数センサで検出した回転数を制御回路にフィードバックして、テーブルに設定された回転数に送風機を制御するので、低回転数域から高回転数域まで広く制御することができ、空調機において、室温の検出のために最低の回転数に無理なく制御することができるという効果を有する。

本発明による空調機の室内機の構成を示すブロック図である。 本発明による空調機の室内機の筐体の斜視図である。 本発明による空調機の室内機の筐体の蓋を取り外した状態の斜視図である。 本発明による空調機に使用する送風機の斜視図である。

室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行うものである。

次に図面に基づいて、本発明の実施例１として、羽の数が３０枚のシロッコファンを用いた送風機を備えた空調機の室内機について説明する。
図２及び図３は、室内機の筐体１の斜視図であり、筐体１の一方（図３の左上側）の側面に冷媒が流通する熱交換器２が設けられ、他方の側面に送風口３が設けられている。筐体１の内部には、２台の同一仕様の送風機４ａ、４ｂが備えられており、この送風機４ａ、４ｂの吹出口が前記筐体１の送風口３に臨むように配置されている。送風機４ａ、４ｂは、ＤＣモータ５とシロッコ型のファン６とからなり、ＤＣモータ５には回転数センサ（図２〜４には図示せず）が臨設されている。

次に、図１のブロック図に基づいて回路の接続構成について説明する。
図１において７は制御装置であり、この制御装置７には、前記２台の送風機４ａ、４ｂがそれぞれの駆動回路８ａ、８ｂを介して接続され、さらに前記ＤＣモータ５に臨設された前記回転数センサ１０が接続されている。また、制御装置７には、要求される風量を送出する回転数（以下、指定回転数と称する）に従って送風機４ａ、４ｂの回転数を設定するため、次の表１に示すテーブル１１が記憶されたメモリ９が設けられている。

この表１に示す回転数は一例を示すもので、モータ５の大きさや出力、及びファン６の大きさや羽の数などのによって決まる送風機４ａ、４ｂの特性に従ってこの数値は相違する。また、モータ５には、ロータの重量などに起因して大きく振動を起こす固有の回転数があり、この回転数付近を禁止回転数域とする。この実施例では、６５０ｒｐｍ〜７５０ｒｐｍの範囲を禁止回転数域とする。

この表１に示すように、送風機４ａ、４ｂの回転数は、４つのファンモード［強、中、弱及び待機］（風量）ごとに予め決められており、相対的に送風機のピッチ音の共鳴による騒音が大きい通常運転の回転数域では、回転数に順次２０(Hz)／羽数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけるように、相対的にコギング音による騒音が大きい低回転数域では、回転数に順次２０(Hz)／モータの次数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけるように設定されている。
具体的には、下記のように設定した回転数がテーブル１１に記憶されている。

ファンモード［強、中、弱］は、冷房にあっては冷風を送出し、暖房にあっては温風を送出する通常の運転状態にあるモードである。また、ファンモード［待機］は、室温が冷房又は暖房の設定温度付近にあり、運転を待機した状態（非運転状態）にあって、空気を吸引して室内機内に設けられている温度センサで室温を監視したり、暖房の運転開始時に熱交換器２が温まるまで冷風が強く送出されるのを防止したりするモードである。

（ａ）ファンモード［強、中］での指定回転数の範囲では、コギング音の共振による騒音と比して、ファン６のピッチ音の共鳴によって発生する騒音が相対的に大きく、２つの送風機４ａ、４ｂの回転数にこのピッチ音の共鳴を防止するための４０ｒｐｍの差をつけるデータがテーブル１１に記憶されている。具体的には、指定回転数に対して、一方の送風機４ａの回転数を２０ｒｐｍ低くシフトし、他方の送風機４ｂを２０ｒｐｍ高くシフトしたデータがテーブル１１に記憶されている。

（ｂ）ファンモード［弱］では、指定回転数が６６０ｒｐｍであり、前記禁止回転数域となるため、その指定回転数を中心として禁止回転数域の範囲外にシフトさせたデータがテーブル１１に記憶されている。具体的には、指定回転数に対して、一方の送風機４ａを１００ｒｐｍ低くシフトして５６０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂを１００ｒｐｍ高くシフトして７６０ｒｐｍに設定したデータがテーブル１１に記憶されている。

（ｃ）ファンモード［待機］では、ピッチ音の共鳴による騒音と比して、モータ５のコギング音の共振によって発生する騒音が相対的に大きく、２つの送風機４ａ、４ｂの回転数にこのコギング音の共振を防止するための１００ｒｐｍの差をつけるデータがテーブル１１に記憶されている。具体的には、指定回転数に対して、一方の送風機４ａを５０ｒｐｍ低くシフトして２５０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂを５０ｒｐｍ高くシフトして３５０ｒｐｍに設定したデータがテーブル１１に記憶されている。

次に、以上の構成による送風機の作用について説明する。
空調機の制御に従ってファンモードが決定されると、制御装置７はそれに対応する送風機４ａ、４ｂの回転数をテーブル１１から読み出し、駆動回路８ａ、８ｂを介して送風機４ａ、４ｂに駆動信号を与える。ここで、送風機４ａ、４ｂの回転数は、回転数センサ１０によって検出され、この検出信号が制御回路７にフィードバックされて送風機４ａ、４ｂの回転数をテーブル１１から読み出した回転数に近づけるように駆動回路８ａ、８ｂの出力電圧を制御する。

ファンモード［強］の場合、一方の送風機４ａは８６０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは９００ｒｐｍに制御される。ファンモード［中］の場合、一方の送風機４ａは７６０ｒｐｍに他方の送風機４ｂは８００ｒｐｍに制御される。この２つのモードでは、指定回転数を中心として±２０ｒｐｍシフトされ、シロッコファンなどのピッチ音の共鳴が防止される。

ファンモード［弱］の場合、一方の送風機４ａが禁止回転数域外の下の５６０ｒｐｍに、他方の送風機置４ｂが禁止回転数域外の上の７６０ｒｐｍに制御される。このモードでは、指定回転数を中心として±５０ｒｐｍシフトされ、禁止回転数域の外に制御される。

ファンモード［待機］の場合、一方の送風機４ａは２５０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは３５０ｒｐｍに制御される。このモードでは、指定回転数３００ｒｐｍを中心として±５０ｒｐｍシフトされ、モータのコギング音の共振が防止される。
ここで、上記のいずれのファンモードの場合でも送風機４ａ、４ｂの平均回転数は指定回転数となるため、各々のファンモードに必要な所定の風量が室内機から送出される。

次に、本発明の実施例２としてプロペラファンを用いた送風機について説明する。実施例１の機械的構成は、送風機４ａ、４ｂとして２台のプロペラファンが備えられる以外は、特に実施例１と変わるところはなく、メモリ９に次の表２のテーブル１１が記憶されている。

この実施例では、６００ｒｐｍ〜７００ｒｐｍの範囲を禁止回転数域とする。

（ａ）ファンモード［強、中、弱］では、コギング音の共振による騒音と比して、ファン６のピッチ音の共鳴によって発生する騒音が相対的に大きく、２つの送風機４ａ、４ｂの回転数にこのピッチ音の共鳴を防止するため３００ｒｐｍの差をつけるデータがテーブル１１に記憶されている。具体的には、指定回転数に対して、一方の４ａの回転数を１５０ｒｐｍ低く設定し、他方の４ｂを１５０ｒｐｍ高く設定したデータがテーブル１１に記憶されている。
（ｂ）ファンモード［弱］では、指定回転数が６６０ｒｐｍであって、禁止回転数域にあり、禁止回転数域での使用を避ける回転数へのシフトを兼ねている。

（ｃ）ファンモード［待機］では、ピッチ音の共鳴による騒音と比して、モータ５のコギング音の共振によって発生する騒音が相対的に大きく、２つの送風機４ａ、４ｂの回転数にこのコギング音の共振を防止するための１００ｒｐｍの差をつけるデータがテーブル１１に記憶されている。具体的には、指定回転数に対して、一方の送風機４ａを５０ｒｐｍ低くシフトして２５０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂを５０ｒｐｍ高くシフトして３５０ｒｐｍに設定したデータがテーブル１１に記憶されている。

ファンモード［強］の場合、一方の送風機４ａは９３０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは１２３０ｒｐｍに制御される。ファンモード［中］の場合、一方の送風機４ａは７３０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは１０３０ｒｐｍに制御される。ファンモード［弱］の場合、一方の送風機４ａは５１０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは８１０ｒｐｍに制御される。この３つのモードでは、指定回転数を中心として±１５０ｒｐｍシフトされ、プロペラファンのピッチ音の共鳴が防止される。

ファンモード［待機］の場合、一方の送風機４ａは２５０ｒｐｍに、他方の送風機４ｂは３５０ｒｐｍに制御される。このモードでは、指定回転数３００ｒｐｍを中心として±５０ｒｐｍシフトされ、モータのコギング音の共振が防止される。
ここで、上記のいずれのファンモードの場合でも送風機４ａ、４ｂの平均回転数は指定回転数となるため、各々のファンモードに必要な所定の風量が室内機から送出される。

以上の実施例では、ＤＣモータを利用したが、本発明はこれに限られるものではなく、ＡＣモータを用いた送風機を利用した空調機でもよい。

以上の実施例では、メモリ９に記憶されたテーブル１１にファンモードごとに送風機４ａ、４ｂの回転数データを予め記憶させ、このデータに基づいて制御装置７で送風機４ａ、４ｂの回転数を制御するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、送風機４ａ、４ｂの回転数域に従って演算によって制御すべき回転数を求め、その求められた回転数に従って送風機４ａ、４ｂの回転数を制御するようにしてもよい。

以上の実施例１ではシロッコファンを、実施例２ではプロペラファン用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、クロスフローファンやターボファンなど、モータでファンを回転させるタイプの送風機を利用した空調機であればどのようなものでもよい。

以上の実施例では、２台の送風機４ａ、４ｂを備えた空調機の室内機について説明したが、３台以上の送風機を備えた空調機でも良い。

１…送風機、２…熱交換器、３…送風口、４ａ、４ｂ…送風機、５…ＤＣモータ、６…ファン、７…制御装置、８ａ、８ｂ…駆動回路、９…メモリ、１０…回転数センサ、１１…テーブル。

Claims (6)

1. 室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、
   相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、
   相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行うことを特徴とする空調機の制御方法。
2. 相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／羽数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行い、
   相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／モータの次数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の空調機の制御方法。
3. 室内機に複数の同一仕様の送風機を備えた空調機において、
   前記送風機を、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のピッチ音が共鳴しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間のコギング音が共振しない周波数となるように送風機の回転数に差をつけて制御を行う制御装置に駆動回路を介して接続したことを特徴とする空調機。
4. 前記制御装置は、相対的に前記送風機間のピッチ音の共鳴による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／羽数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行い、相対的に前記送風機間のコギング音の共振による騒音が大きい回転数域では、隣接する送風機間の回転数を２０(Hz)／モータの次数×６０(秒)ｒｐｍ以上の差をつけて各送風機の制御を行うことを特徴とする請求項３記載の空調機。
5. 予め送風機の回転数を送風量別に設定したテーブルを記憶したメモリを設け、
   このメモリに記憶したテーブルに設定された回転数に基づいて送風機を制御することを特徴とする請求項３又は４記載の空調機。
6. 送風機のモータは、ＤＣモータからなり、
   このＤＣモータの回転数を検出する回転数センサを設け、
   この回転数センサで検出した回転数を制御回路にフィードバックして、テーブルに設定された回転数に送風機を制御することを特徴とする請求項３、４又は５記載の空調機。

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