JP2618529B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は送風装置に係り，より詳細には送風方向が可
変である送風機構を備えた送風装置，例えば空気調和機
や扇風機等に関する。

〔従来技術〕

従来の送風装置，例えば扇風機では，使用者が送風可
能な範囲である首振り角度と送風風量とを設定すること
ができる機能を備えたものがあり，その扇風機は首振り
角度と送風風量とが設定されると，設定された一定の送
風風量で，首振り角度の範囲内で連続的に送風方向を一
定速度で変化させながら送風運転するようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら，上記従来の扇風機では，設定された首
振り角度の範囲内を一定の風量で連続的に送風方向を変
えつつ送風することができても，複数の人間がこの１台
の扇風機の風にあたって快適感を得ようとする場合に，
各人のいる方向だけに多くの風量を送風して，人がいな
い方向には送風しないといった効率の良い送風を行うこ
とができないという課題があった。

そこで，上記したような課題に対処するべく案出され
た送風装置が特願平２−177139号として出願されてい
る。

この送風装置は，送風可能な範囲を予め複数の送風方
向区分に分割し，上記送風可能な範囲内にいる人の存在
方向の情報を出力する人体センサを備え，上記情報を基
に各送風方向区分における送風時間をファジィ推論によ
り決定し，これにより上記送風方向区分内の人の多くい
る区分に比較的長い時間送風するようになっている。

上記送風装置によれば，人の多少に応じて人の多くい
る送風方向区分に多くの風量の送風を行うことができる
点で効率良く送風することができるが，全ての送風方向
区分における人の多少が同時に考慮されるため，例えば
全ての区分に亘って送風が行われている間に，人が他の
区分又は送風可能な範囲外に移動して各区分の人の量が
変動した場合にこれらの人の量の変化に対応することが
できなかった。

本発明はこれらの課題に鑑がみて発明されたものであ
って，人の多くいる方向には比較的多い風量を送風し
て，人が比較的少ない方向には比較的少ない風量を送風
するといった効率の良い送風を行うとともに人の量の変
化にも迅速に対応することのできる送風装置を提供する
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記した課題を解決するために，本発明による送風装
置は，送風方向が可変である送風機構を備えた送風装置
において、送風可能な範囲内にいる人体から放出される
熱を検知して人の存在方向の情報を出力する人体センサ
を備え，上記送風可能な範囲をいくつかの送風方向区分
に分割し，前記人体センサからの出力情報に基づいて上
記送風方向区分ごとの人の多少を判断するとともに，各
送風方向区分ごとの送風風量を当該送風方向区分の直前
の送風方向区分における送風中に上記当該送風方向区分
内の人の多少に応じてファジィ推論により決定すること
を特徴として主に構成されている。

尚，上記送風風量は各送風方向区分ごとの送風時間或
いは上記送風機構が具備する送風ファンの回転数により
決定されてもよい。

〔作用〕

人体センサからの出力情報に基づいて判断された送風
方向区分ごとの人の多少に応じて，各送風方向区分ごと
の送風風量がファジィ推論により決定されるので，例え
ば人の多い送風方向区分には多くの風量で送風され，人
の少ない送風方向区分には少ない風量で送風される。
又，ある送風方向区分の送風風量が当該送風方向区分の
直前の送風方向区分における送風中に決定されるので，
送風方向区分ごとの人の多少の変化に対応することがで
きる。

〔実施例〕

以下添付図面を参照して，本発明を具体化した実施例
につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施
例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術
的範囲を限定する性格のものではない。

ここに，第１図は本発明による送風装置の一実施例に
係る扇風機の制御系統を示す基本ブロック図，第２図は
人体センサの検出特性を示すグラフ図，第３図は第２図
の検出特性を波形整形処理して得たパルス信号を示す波
形図，第４図（ａ）及び同図（ｂ）はファジィ制御則の
条件部に適用されるファジィラベル及びそのメンバシッ
プ関数を示すグラフ図，第４図（ｃ）はファジィ制御則
の結論部に適用されるファジィラベル及びそのメンバシ
ップ関数を示すグラフ図，第５図は上記ファジィ制御則
を表現するマトリクス図，第６図は上記扇風機の制御に
係る処理手順を示すフローチャート，第７図（ａ）及び
同図（ｂ）は上記ファジィ制御則の条件部満足度を演算
するときの演算手法を示す説明図，第７図（ｃ）は上記
ファジィ制御則の結論部におけるメンバシップ関数の補
正手法を示す説明図，第８図は本発明の別の実施例に係
る扇風機を制御するためのファジィ制御則を表現するマ
トリクス図，第９図は第８図に示すファジィ制御則の結
論部に設定されたメンバシップ関数を示すグラフ，第10
図は第８図のファジィ制御則の結論部におけるメンバシ
ップ関係の補正手法を示す説明図である。

本実施例に係る扇風機１は，第１図に示すように，送
風ファン（図示しない）を駆動するファンモータ12と上
記送風ファンの送風方向を可変にさせるべく駆動する首
振りモータ13とよりなる送風機構と，この送風機構の首
振り運動による送風可能な範囲内にいる人の存在方向の
情報を出力する人体センサ10とを具備してなっている。

上記人体センサ10はマイクロコンピュータ（以下マイ
コンと記す）及びメモリＭから構成される制御部11の入
力側に接続されており，上記ファンモータ12及び首振り
モータ13は制御部11の出力側に連結されている。

人体センサ10は，人体から放射される熱線を効率よく
検知するように10μｍ付近の波長の赤外光透過フィルタ
を備え，内部のサーモパイルユニット（図示せず）をセ
ンサ用モータ（図示せず）で水平方向に揺動させて上記
送風機構の首振り角度と同じ範囲を走査して，入射熱エ
ネルギーに応じた直流電圧を連続的に出力するように構
成されている。

例えば全走査角度が180度の人体センサ10を用い，人
が走査角度15度方向に１人,65度と75度方向に１人ずつ,
125度と135度と145度方向に１人ずついる状態を検出し
た場合の，上記人体センサ10の検出電圧特性を第２図に
示した。人体センサ10は上記センサ用モータによって０
度から180度の範囲を揺動しながら人の存在方向の情報
を出力してゆき，このときの出力信号が制御部11のマイ
コンに短時間の一定周期毎に入力されて人体センサ10の
時間情報が検出角度情報に変換される。なお，第２図に
示す出力電圧に係る信号のレベルＡは暗ノイズレベル，
レベルＣは人体検知レベル，レベルＢはスレッシュレベ
ルである。この信号を制御部11の入力側に設けられたフ
ィルタ回路（図示せず）において，スレッシュレベルＢ
で波形整形すると，第３図に示すようなパルス信号が得
られ，このパルス信号がマイコンに入力される。

第３図に示したように，本実施例においては，扇風機
１の送風可能な範囲が送風角度30度きざみで６つのゾー
ン（送風方向区分）に分割されている。尚，上記人体セ
ンサ10は，上記送風機構が１つのゾーンを首振り運動す
る間に上記６つゾーンの全てを走査するようになってい
る。

そこで，上記扇風機１に適用されるファジィ推論の内
容について以下説明する。第３図に示すパルス信号の高
レベルのパルス幅，つまり人体検知角度幅Ｋは，人体の
重なり具合やセンサのバラツキ等の影響をうけながら
も，ゾーンごとの人数の多少を判断するための「あいま
い情報」であり，上記送風可能な範囲である全ゾーンの
人体検知角度幅の総和Ｔもまた，全ゾーンの人数和を示
している「あいまい情報」である。

そこで，上記各ゾーンの人体検知角度幅Ｋと全ゾーン
の人体検知角度幅の総和Ｔを条件部のファジィ変数と
し，各ゾーンの送風風量に係るファンモータ12のモータ
回転数ｆの制御量を結論部のファジィ変数とするファジ
ィ制御則（以下，制御則という）が設定されている。
又，上記各ファジィ変数を定性表現するための各ファジ
ィラベルのメンバシップ関数も第４図（ａ）乃至同図
（ｃ）に示すように設定されている。上記制御則及びメ
ンバシップ関数は制御部11のメモリＭに予め格納されて
いる。

第４図（ａ）はあるゾーンに対応する０度から30度の
範囲の送風角度を横軸とした人体検知角度幅Ｋのメンバ
シップ関数を示す。第４図（ａ）中において，各ファジ
ィラベルは,KZ:ほとんどゼロ,KS:少ない,KM:中くらい,K
B:多い，である。

第４図（ｂ）は，全ゾーンの人体検知角度幅の総和Ｔ
のメンバーシップ関数を示しており，横軸には首振り角
度である０度から180度の範囲をとった。同図中の各フ
ァジィラベルは,TZ:ほとんどゼロ,TS:少ない,TM:中くら
い,TB:多い，である。

第４図（ｃ）は、各ゾーンの送風風量に係るファンモ
ータ12のモータ回転数ｆのメンバーシップ関数を示して
おり，本実施例の場合，横軸は０〜1500rpmの回転数で
ある。同図中の各ファジィラベルは,fZ:ほとんどゼロ,f
S:弱,fM:中,fB:強，である。

本実施例では，扇風機１の制御に係るファジィ推論を
行うために，次の６つの制御則が設定されている。

（１）IF Ｋ＝KZ THEN ｆ＝fZ （２）IF Ｋ＝KS snd Ｔ＝TZ THEN ｆ＝fM （３）IF Ｋ＝KS and Ｔ＝TM THEN ｆ＝fS （４）IF Ｋ＝KM and Ｔ＝TB THEN ｆ＝fS （５）IF Ｋ＝KB snd Ｔ＝TZ THEN ｆ＝fB （６）IF Ｋ＝KB and Ｔ＝TB THEN ｆ＝fS 第５図は上記した６つの制御則をマトリックス表で示
したものである。埋められていない部分及び各ファジィ
変数の間の部分は，本実施例では,MIN−MAX重心法で推
論近似値を求めて補完される。

なお，本実施例ではメンバーシップ関数を三角形で定
義したが，人体センサの検知特性等に応じて台形や正弦
曲線等で定義しても構わない。

次に，本実施例で採用したファジィ推論の手順を第６
図に示したフローチャートに基づいて説明する。

先ず，ステップS1において人体センサ10からの入力情
報が演算される。人体センサ10からの検知出力が制御部
11で波形整形された後，マイコンに入力され，各ゾーン
の人体検知角度幅Ｋと全ゾーンの人体検知角度幅の総和
Ｔとが演算される。そして，次に送風するゾーンに関し
て制御則の数だけステップS3及びステップS4の処理が繰
り返され（S5），ステップS6及びS7の処理によって，次
に送風するゾーンにおけるファンモータ12のモータ回転
数の制御量ｆが決定される。上記したステップS1〜S7の
処理は，送風されるゾーンが変わるたびに繰り返され
る。引き続き，ステップS2以降について詳述する。

S2において，次に送風されるゾーンが判定される。

引き続き，ステップ３の詳細を第７図（ａ）及び
（ｂ）を用いて説明する。各制御則について，ステップ
S1において演算された，次に送風するゾーンの人体検知
角度幅Ｋ＝K0及び人体検知角度幅の総和Ｔ＝T0に基づい
てメンバーシップ値μｉ（K0），μｉ（T0）がそれぞれ
算出される。ここで,iは上記制御則の番号を表し，本実
施例では１から６までの整数値をとる。そして，各制御
則の条件部満足度Wiとしては上記算出されたメンバーシ
ップ値μｉ（K0），μｉ（T0）の小さい方の値が採用さ
れる。すなわち,i番目の制御則ｉの条件部満足度Wiは次
の（１）式のように示される。

制御則i: Wi＝min｛μｉ（K0），μｉ（T0）｝ …（１） 即ち， 制御則1: W1＝min｛μ１（K0），μ１（T0）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 制御則6: W6＝min｛μ６（K0），μ６（T0）｝ 例えば，第７図（ａ）及び同図（ｂ）に示したＫ＝K
0,及びＴ＝T0の場合は，μｉ（K0）よりも小さい値のμ
ｉ（T0）が制御則ｉの条件部満足度Wiとして採択される
（S3）。

そして，ステップS4では，各制御則の結論部のメンバ
ーシップ関数が補正される。第４図に示したファジィ変
数のメンバーシップ関数において，第４図（ａ）及び同
図（ｂ）は条件部に関するものであり，第７図（ａ）及
び同図（ｂ）に示した演算手法によって，この条件部の
あいまい情報に基づいて第４図（ｃ）の結論部のメンバ
シップ関数が引き出される。即ち，各制御則の結論部の
メンバーシップ関数μｉ（ｆ）は，ステップS3で求めた
条件部満足度Wiを境に，第７図（ｃ）に示すようないわ
ゆる「頭切り」がなされ，結論部のメンバーシップ関数
が補正される。補正後のメンバーシップ関数μｉ＊
（ｆ）は次の（２）式で示される。

制御則i: μｉ＊（ｆ）＝min｛Wi,μｉ（ｆ）｝ …（２） （ｉ＝１〜６）となる。

そして，ステップS4で求めた各制御則の結論部のメン
バーシップ関数についての論理和関数μ＊（ｆ）が
（３）式により算出される（S6）。

μ＊（ｆ）＝μ１＊（ｆ） ∪μ２＊（ｆ）∪ ・・・∪μ６＊（ｆ） …（３） 続いて，ステップS7において，次に送風するゾーンの
上記モータ回転数ｆに係る推論結果が推論制御量ｆ＊と
して，論理和関数μ＊（ｆ）の重心をとることにより
（４）式から求められる。

ｆ＊＝∫ｆ・μ＊（ｆ） df/∫μ＊（ｆ） df …（４） そして，ここで算出されたｆ＊は，ファンモータ12の
速度制御回路の調整分解能に応じて丸められ決定制御量
Ｆとして得られる。本実施例では,100rpmきざみの離散
値に丸められた推論制御量ｆ＊を決定制御量Ｆとする。

こうして，各ゾーン毎の決定制御量Ｆを順次ファジィ
推論により決定することができる。

次に，上記の推論動作と扇風機１の首振り動作とのタ
イミングについて説明する。

まず，送風を開始する前に，人体センサ10からの検出
出力に基づいて，マイコンが次に送風するゾーンの人体
検知角度幅Ｋと全ゾーンの人体検知角度幅の総和Ｔとを
演算し，各ゾーンのモータ回転数の推論制御量ｆ＊をフ
ァジィ推論により求め，更に上記丸め作業によって決定
制御量Ｆを求める。そして，上記次のゾーンでは，上記
求められた決定制御量Ｆに基づいて送風し，この送風中
に送風予定の次のゾーンに対して人体センサ10により検
出された全ゾーンに対する当該ゾーンの人数の割合に応
じてファジィ推論により当該ゾーンの決定制御量Ｆが演
算される。これらの処理はゾーン毎に繰り返される 例えば第３図の例では，各ゾーン人体検知角度幅Kn
（ｎはゾーン番号:n＝１〜６）はK1＝10,K2＝0,K3＝20,
K4＝0,K5＝30,K6＝０で，またＴ＝60である。ここで，
現在の送風方向がゾーンにあるとすると，次に送風さ
れるゾーンはゾーンであるので，ゾーンにおけるモ
ータ回転数の決定制御量F₃は，ゾーンの人体検知角度
幅K3＝20と人体検知角度幅の総和Ｔ＝60に基づいて上記
ファジィ推論により演算され，その結果例えばF3＝1000
rpmと決まる。

上記したように，本実施例に係る扇風機１は，ファン
モータ12のモータ回転数をゾーン毎の人の多少に応じて
適切に制御することにより，例えば人がいないゾーンに
おいては弱い風量で静かに通過し，人がいるゾーンにお
いてはその人数の全体の人数に対する割合に応じた風量
で効率良く送風することができる。

また，あるゾーンの送風風量がそのゾーンの直前のゾ
ーンにおける送風中に決定されるので，運転中に人の移
動があった場合でも，この移動による人数の変化に応じ
た風量の送風を行うことができる。

なお，本実施例では特に扇風機に適用した例を述べた
が，スイングルーバー付きエアコンディショナ等の自動
可変送風機構付き空気調和機に適用すれば，同様の効果
を得ることができる。

また，本実施例では30度きざみの６つの送風方向のゾ
ーンについて説明したが，空気調和機等の機械的性能が
許せば，もっと広い首振り角度範囲にわたって，かつ，
もっと細かい角度きざみのゾーンに対しても，本発明を
適用することができる。

また，上記実施例では，制御部11のマイコンのソフト
ウエアにより，送風方向が各ゾーンに移動するごとに制
御量をMIN−MAX重心法で算出する，いわゆるリアルタイ
ム推論方式を示したが，あらかじめセンサ入力値に対す
る制御量を推論により算出しておいてマイコンのROMメ
モリ等に書き込んでおく，いわゆるルックアップ方式で
も，本発明を実施して同様の効果を得ることができる。

尚，上記した実施例では，各ゾーンの送風風量を決定
するための制御則結論部のファジィ変数として，ファン
モータ12のモータ回転数ｆを適用したが，これに替え
て，各ゾーンにおける送風時間，換言すれば上記送風機
構の首振り停止時間ｔ（秒）を適用することもできる。

ただし，その場合には，第８図に示す制御則を用い，
これらの制御則の結論部のメンバーシップ関数を第９図
のように設定する必要がある。又，上記結論部のメンバ
ーシップ関数は，第７図（ａ）及び同図（ｂ）に示す条
件と同条件の場合について補正されるときには，第７図
（ｃ）に対応した第10図に示す手法により補正される。
このとき，（２）式〜（４）式中の変数には，モータ回
転数ｆに替えて上記首振り停止時間ｔが用いられる。

上記首振り停止時間ｔを適用して各ゾーンの送風風量
をファジィ推論により決定する場合でも，上記したよう
なモータ回転数ｆを用いた場合と同等の効果を得ること
ができる。

更に，上記した各実施例では，あるゾーンの送風風量
が送風機構の首振り方向の１つの前のゾーンにおける送
風中に決定されたが，上記送風風量の決定は上記首振り
方向の２つ以上前のゾーンで行われても構わない。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように，本発明によれば，
送風方向が可変である送風機構を備えた送風装置におい
て，送風可能な範囲内にいる人体から放出される熱を検
知して人の存在方向の情報を出力する人体センサを備
え，上記送風可能な範囲をいくつかの送風方向区分に分
割し，前記人体センサからの出力情報に基づいて上記送
風方向区分ごとの人の多少を判断するとともに，各送風
方向区分ごとの送風風量を当該送風方向区分の直前の送
風方向区分における送風中に上記当該送風方向区分内の
人の多少に応じてファジィ推論により決定することを特
徴とする送風装置が提供される。それにより，上記送風
方向区分ごとの人の多少に応じた風量で各送風方向区分
の送風を行うことができる。従って,1台の送風装置で複
数の人が快適感を得ようとする場合，非常に効率の良い
送風運転を行うことができる。

また，ある送風方向区分の直前の送風方向区分におけ
る送風中に上記ある送風方向区分の送風風量が決定され
るため，全送風方向区分に対する送風が終了する前に人
の量が変化しても，その変化に迅速に対応することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による送風装置の一実施例に係る扇風機
の制御系統を示す基本ブロック図，第２図は人体センサ
の検出特性を示すグラフ図，第３図は第２図の検出特性
を波形整形処理して得たパルス信号を示す波形図，第４
図（ａ）及び同図（ｂ）はファジィ制御則の条件部に適
用されるファジィラベル及びそのメンバシップ関数を示
すグラフ図，第４図（ｃ）はファジィ制御則の結論部に
適用されるファジィラベル及びそのメンバシップ関数を
示すグラフ図，第５図は上記ファジィ制御則を表現する
マトリクス図，第６図は上記扇風機の制御に係る処理手
順を示すフローチャート，第７図（ａ）及び同図（ｂ）
は上記ファジィ制御則の条件部満足度を演算するときの
演算手法を示す説明図，第７図（ｃ）は上記ファジィ制
御則の結論部におけるメンバシップ関数の補正手法を示
す説明図，第８図は本発明の別の実施例に係る扇風機を
制御するためのファジィ制御則を表現するマトリクス
図，第９図は第８図に示すファジィ制御則の結論部に設
定されたメンバシップ関数を示すグラフ，第10図は第８
図のファジィ制御則の結論部におけるメンバシップ関数
の補正手法を示す説明図である。 〔符号の説明〕 １……扇風機 10……人体センサ 11……制御部 12……ファンモータ 13……首振りモータ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送風方向が可変である送風機構を備えた送
   風装置において、 送風可能な範囲内にいる人体から放出される熱を検知し
   て人の存在方向の情報を出力する人体センサを備え，上
   記送風可能な範囲をいくつかの送風方向区分に分割し，
   前記人体センサからの出力情報に基づいて上記送風方向
   区分ごとの人の多少を判断するとともに，各送風方向区
   分ごとの送風風量を当該送風方向区分の直前の送風方向
   区分における送風中に上記当該送風方向区分内の人の多
   少に応じてファジィ推論により決定することを特徴とす
   る送風装置。
2. 【請求項２】上記送風風量が上記送風機構が具備する送
   風ファンの回転数により決められてなる請求項（１）記
   載の送風装置。
3. 【請求項３】上記送風風量が各送風方向区分ごとの送風
   時間により決められてなる請求項（１）記載の送風装
   置。