JP2015212597A - 空調装置用送風ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを用いることなく、誘導加熱によって空調風を適切な温度にすることが可能な空調装置用送風ユニットを提供する。【解決手段】電動モータ１３と、ファン１２とを備え、ファン１２は回転することで、空気を吸入してこの吸入された空気を吹き出す空調装置用送風ユニットにおいて、ファン１２に対向するように配置された誘導加熱コイル２１と、誘導加熱コイル２１に交流電流を供給する交流供給手段２２、２３と、誘導加熱コイル２１のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段２４と、交流供給手段２２、２３による交流電力の供給を制御する制御手段２５とを設ける。制御手段２５は、インピーダンス検出手段２４によって検出された誘導加熱コイル２１のインピーダンスに基づいて取得したファン１２の温度に基づいて交流供給手段２２、２３による誘導加熱コイル２１への交流電力の供給を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置に適用される空調装置用送風ユニットに関するものである。

ヒートポンプ式空調装置において、暖房運転の開始から温風が供給されるまでの時間の短縮を目的として、誘導加熱コイルに高周波数の交流電流を供給して導電性を有するファンを電磁誘導加熱し、電磁誘導加熱されたファンによって空調風を暖めることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２０３６９９号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、誘導加熱されたファンによって加熱される空調風の温度を適切な温度にするために温度センサが必要となり、コストアップにつながるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、温度センサを用いることなく、誘導加熱によって加熱される空調風を適切な温度にすることが可能な空調装置用送風ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明では、電動モータ（１３）と、ファン（１２）とを備え、ファン（１２）は回転することで、空気を吸入してこの吸入された空気を吹き出すように構成されている空調装置用送風ユニットであって、
ファン（１２）に対向するように非接触で配置された誘導加熱コイル（２１）と、誘導加熱コイル（２１）に所定周波数の交流電流を供給する交流供給手段（２２、２３）と、誘導加熱コイル（２１）のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段（２４）と、交流供給手段（２２、２３）による交流電力の供給を制御する制御手段（２５）とを備え、
誘導加熱コイル（２１）に所定周波数の交流電流を供給することで、ファン（１２）は誘導加熱によって発熱し、この熱を吸入した空気に伝えるように構成されており、制御手段（２５）は、インピーダンス検出手段（２４）によって検出された誘導加熱コイル（２１）のインピーダンスに基づいてファン（１２）の温度を取得し、ファン（１２）の温度に基づいて交流供給手段（２２、２３）による誘導加熱コイル（２１）への交流電力の供給を制御することを特徴としている。

これにより、温度センサを用いることなく、ファン（１２）の温度を把握することができる。そして、ファン（１２）の温度に基づいて誘導加熱コイル（２１）に供給される電力の制御を適切に行うことができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態の送風ユニットの構成を示す図である。 図１に示す送風ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図である。 誘導加熱コイルのインピーダンスと遠心式ファンの温度との関係を示す図である。 遠心式ファンの回転時に伴う誘導加熱コイルのインピーダンスの変化を示す図である。 第１実施形態の送風ユニット制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の送風ユニット制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。さらに、以下に説明する実施形態には、特許請求の範囲の請求項に記載された発明の前提となる形態および参考となる形態も含まれている。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る車載空調装置用の送風ユニット１０は、スクロールケーシング１１、遠心式ファン１２、電動モータ１３、モータ駆動回路１４、コイル２１、電源回路２２、共振回路２３、インピーダンス検出回路２４、制御回路２５を備えている。

スクロールケーシング１１は、吸気口から吸い込んだ空気を吹出口に導く空気通路を形成している。図１に示す例では、吸気口はスクロールケーシング１１の上側に設けられ、吹出口はスクロールケーシング１１の右側に設けられている。

図２に示すように、スクロールケーシング１１の内部には、空気を送出する遠心式ファン１２が設けられている。遠心式ファン１２としては、ターボファンやシロッコファンを用いることができる。本実施形態の遠心式ファン１２は、比透磁率が高い鉄（Ｓ４５Ｃ）によって構成されている。また、遠心式ファン１２は、複数枚のブレード１２ａを備えている。

図１に示すように、遠心式ファン１２には、遠心式ファン１２を回転させるための電動モータ１３が設けられており、電動モータ１３の回転軸は遠心式ファン１２に接続されている。また、スクロールケーシング１１には、電動モータ１３を駆動させるためのモータ駆動回路１４が設けられている。

遠心式ファン１２の下方には、誘電加熱コイル２１が配置されている。誘導加熱コイル２１は、電源回路２２、共振回路２３、インピーダンス検出回路２４とともに、送電回路２０を構成している。

誘電加熱コイル２１は、遠心式ファン１２の底面に対向するように配置されている。遠心式ファン１２の底面と誘導加熱コイル２１との間には所定間隔が設けられており、遠心式ファン１２と誘導加熱コイル２１は非接触となっている。

誘電加熱コイル２１は、遠心式ファン１２の底面に対応した大きさの円形に構成されている。本実施形態では、遠心式ファン１２の直径を１２ｃｍとし、誘導加熱コイル２１の直径（外径）を１２ｃｍとし、誘導加熱コイル２１の巻き数を１６としている。

誘導加熱コイル２１は、スクロールケーシング１１側に固定されており、遠心式ファン１２は、誘導加熱コイル２１に接触することなく、回転可能となっている。

電源回路２２は、交流信号発生源として構成されている。共振回路２４は、誘導加熱コイル２１が遠心式ファン１２の下部に配置された状態で磁界共鳴するように調整されている。本実施形態では、誘導加熱コイル２１に所定周波数（本実施形態では２５ｋＨｚ）の交流電流が流れるようになっている。

誘導加熱コイル２１にて磁界が発生することで、誘導加熱によって遠心式ファン１２が加熱される。誘導加熱コイル２１と遠心式ファン１２の距離が近いほど、誘導加熱の効率が高くなる。このため、誘導加熱コイル２１と遠心式ファン１２は、できるだけ近接して配置することが望ましい。本実施形態では、誘導加熱コイル２１と遠心式ファン１２の距離を３ｍｍとしている。

本実施形態の送電回路２０には、インピーダンス検出回路２４が設けられている。インピーダンス検出回路２４は、誘導加熱コイル２３と並列接続されており、誘導加熱コイル２３のインピーダンスを検出可能となっている。インピーダンス検出回路２４は、検出力信号を制御回路２５に出力するようになっている。

制御回路２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御回路２５は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算処理を行い、出力側に接続されたモータ駆動回路１４、電源回路２２等の作動を制御する制御手段として構成されている。

ここで、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺと遠心式ファン１２の温度Ｔとの関係を図３、図４に基づいて説明する。

図３に示すように、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺと遠心式ファン１２の温度Ｔは相関関係があり、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺが大きくなるにしたがって遠心式ファン１２の温度Ｔが上昇している。具体的には、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺと遠心式ファン１２の温度Ｔとの関係は、下記の数式１で表すことができる。

（数１）
Ｔ（推定値）＝（Ｚ−５６１．２）×０．９４
この数式１を用いることで、遠心式ファン１２の温度Ｔは誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺから間接的に求めることができる。

また、図４は、２５℃において遠心式ファン１２が１０００ｒｐｍで回転している際の誘導加熱コイル２１のインピーダンスの変化を示している。図４に示すように、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺは、遠心式ファン１２の回転によって若干変動するが、変化率は０．３％以内に抑えられている。一方、図３に示すように、ファン温度Ｔが１０℃変化する際のインピーダンスＺの変化率は１．５％となっている。つまり、遠心式ファン１２が回転することによるインピーダンス変化は、遠心式ファン１２の温度の変化に伴うインピーダンス変化の１／５倍程度であり、誘導加熱コイル２１のインピーダンスＺから遠心式ファン１２の温度Ｔを求める際に影響しないと考えられる。

次に、本実施形態の送風ユニット１０の作動について説明する。まず、送電回路２０では、周波数発生源としての電源回路２２から発生される交流信号によって誘導加熱コイル２１の周囲に磁界が発生する。これに伴って、遠心式ファン１２の誘導加熱コイル２１に対向する部位に誘導電流が励起して渦電流が発生し、ジュール熱によって遠心式ファン１２が加熱される。この結果、誘導加熱コイル２１から送電する電力によって、遠心式ファン１２を誘導加熱によって非接触で加熱される。

そして、電動モータ１３が回転すると、遠心式ファン１２が回転し、吸気口からスクロールケーシング１１の内部に空気が吸い込まれる。このとき、吸い込まれた空気が遠心式ファン１２によって加熱される。この加熱された空気が遠心式ファン１２の回転によって、ブレード１２ａの径方向外周側に吹き出される。遠心式ファン１２から吹き出された空気はスクロールケーシング１１の吹出口から車室内に向かって吹き出される。

次に、本実施形態の送風ユニット１０の送電制御について図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、インピーダンス検出回路２４にて誘導加熱コイル２１のインピーダンスを検出し（Ｓ１０）、誘導加熱コイル２１のインピーダンスに基づいて遠心式ファン１２の温度を取得する（Ｓ１１）。

次に、遠心式ファン１２の温度が所定の上限温度（本実施形態では２００℃）を上回っているか否かを判定する（Ｓ１２）。この結果、遠心式ファン１２の温度が上限温度（２００℃）を上回っていると判定された場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、遠心式ファン１２が過熱状態になっていると判断し、誘導加熱コイル２１への送電を停止する（Ｓ１３）。

一方、遠心式ファン１２の温度が上限温度（２００℃）を上回っていないと判定された場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、遠心式ファン１２の温度に基づいて誘導加熱コイル２１への送電電力を制御する（Ｓ１４）。具体的には、遠心式ファン１２の所定温度（例えば１５０℃）より高い場合は、送電電力を小さくし、遠心式ファン１２の温度が所定温度（１５０℃）より低い場合は、送電電力を大きくすればよい。

次に、遠心式ファン１２の温度に基づいて遠心式ファン１２の回転速度を制御する（Ｓ１５）。遠心式ファン１２の回転速度の制御は、吹出し空気温度が所望温度になるように電動モータ１３の回転速度を調整することによって行う。具体的には、目標とする吹出し空気温度が高い場合には、遠心式ファン１２の回転速度が低くなるように電動モータ１３の回転制御を行い、目標とする吹出し空気温度が低い場合には、遠心式ファン１２の回転速度が高くなるように電動モータ１３の回転制御を行えばよい。

以上説明した本実施形態の送風ユニット１０では、誘導加熱コイル２１のインピーダンスから遠心式ファン１２の温度を取得し、この遠心式ファン１２の温度に基づいて誘導加熱コイル２１に供給される電力を制御している。これにより、温度センサを用いることなく、遠心式ファン１２の温度を把握することができ、遠心式ファン１２の温度に基づいて誘導加熱コイル２１に供給される電力の制御を適切に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図６のフローチャートに示すように、本第２実施形態では、Ｓ１０の処理で誘導加熱コイル２１のインピーダンスを検出した後に、誘導加熱コイル２１のインピーダンスの変化率が所定値（例えば１％）を超えているか否かを判定する（Ｓ１６）。Ｓ１６の処理では、インピーダンスの変化率は、所定時間内に複数回検出したインピーダンスのバラツキが１％を超えているか否かを判定すればよい。

この結果、インピーダンスの変化率が所定値を超えていると判定された場合には（ＳＳ１６：ＹＥＳ）、遠心式ファン１２の軸ずれが発生してインピーダンスのバラツキが大きくなっていると判断し、電動モータ１３を停止し（Ｓ１７）、誘導加熱コイル２１への送電を停止する（Ｓ１３）。遠心式ファン１２の軸ずれは、ファン内部に異物が侵入すること等によって発生し、このような軸ずれは故障につながるので、電動モータ１３を停止して遠心式ファン１２の回転を停止させる。一方、インピーダンスの変化率が所定値を超えていないと判定された場合には（ＳＳ１６：ＮＯ）、Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を行う。

以上説明した本第２実施形態によれば、誘導加熱コイル２１のインピーダンスの変化に基づいて遠心式ファン１２の軸ずれを検出することが可能となる。遠心式ファン１２の軸ずれを検出した場合には、電動モータ１３を停止させることで、故障を未然に防ぐことができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。

例えば、上記各実施形態では、本発明の送風ユニットを車載空調装置用の送風ユニット１０として用いた例について説明したが、これに限らず、本発明に係る送風ユニットを車載空調装置以外の他の空調装置（例えば、家庭用空調装置、業務用空調装置）に適用してもよい。

また、上記各実施形態では、遠心式ファン１２の底面に対向するように誘導加熱コイル２３を設けたが、これに限らず、遠心式ファン１２の底面以外の場所に対向するように誘導加熱コイル２３を設けてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明の送風ユニット１０に用いられるファンとして遠心式ファン１０を用いる例について説明したが、これに限らず、クロスフローファン、軸流ファン等の各種のファンを用いてもよい。

また、上記各実施形態では、共振回路２２をスクロールケーシング１１の外部に配置したが、これに限らず、共振回路２２をスクロールケーシング１１の内部に配置してもよい。これにより、共振回路２２で発生する熱を利用して空調風を加熱することができる。さらに電源回路２１をスクロールケーシング１１の内部に配置してもよく、この場合には電源回路２１で発生する熱を利用して空調風を加熱することができる。

１０ 送風ユニット
１１ スクロールケーシング
１２ 遠心式ファン
１３ 電動モータ
１４ モータ駆動回路
２０ 送電回路
２１ 誘導加熱コイル
２２ 電源回路（交流供給手段）
２３ 共振回路（交流供給手段）
２４ インピーダンス検出回路（インピーダンス検出手段）
２５ 制御回路（制御手段）

Claims (4)

1. 電動モータ（１３）と、前記電動モータ（１３）によって回転駆動されるファン（１２）とを備え、前記ファン（１２）は回転することで、空気を吸入してこの吸入された空気を吹き出すように構成されている空調装置用送風ユニットであって、
   前記ファン（１２）に対向するように非接触で配置された誘導加熱コイル（２１）と、
   前記誘導加熱コイル（２１）に所定周波数の交流電流を供給する交流供給手段（２２、２３）と、
   前記誘導加熱コイル（２１）のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段（２４）と、
   前記交流供給手段（２２、２３）による交流電力の供給を制御する制御手段（２５）とを備え、
   前記誘導加熱コイル（２１）に所定周波数の交流電流を供給することで、前記ファン（１２）は誘導加熱によって発熱し、この熱を吸入した空気に伝えるように構成されており、
   前記制御手段（２５）は、前記インピーダンス検出手段（２４）によって検出された前記誘導加熱コイル（２１）のインピーダンスに基づいて前記ファン（１２）の温度を取得し、前記ファン（１２）の温度に基づいて前記交流供給手段（２２、２３）による前記誘導加熱コイル（２１）への交流電力の供給を制御することを特徴とする空調装置用送風ユニット。
2. 前記制御手段（２５）は、前記ファン（１２）の温度が所定温度を超えている場合に、前記交流供給手段（２２、２３）による前記誘導加熱コイル（２１）への交流電力の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の空調装置用送風ユニット。
3. 前記制御手段（２５）は、前記ファン（１２）の温度に基づいて前記電動モータ（１３）の回転制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の空調装置用送風ユニット。
4. 前記制御手段（２５）は、前記インピーダンス検出手段（２４）によって検出された前記誘導加熱コイル（２１）のインピーダンスに基づいて、前記電動モータ（１３）の軸がずれているか否かを判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調装置用送風ユニット。

Images