JP4441661B2

JP4441661B2 - Air conditioner

Info

Publication number: JP4441661B2
Application number: JP2002367005A
Authority: JP
Inventors: 克章長橋; 良次佐藤; 裕康米山; 哲志岸谷; 秀司尾原; 明洋市川
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004198029A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルに送風するファンを備えた空気調和機に係り、特に、ファンの騒音を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機は、冷媒が封入された環状の流路に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と室内の空気とを熱交換させる熱交換器と、冷媒を減圧する膨張弁と、冷媒と室外の空気とを熱交換させる熱交換器とを順次配設してなる冷凍サイクルを備えている。このような空気調和機は、例えばプロペラなどの送風羽根と、送風羽根を回転させる直流モータとで形成されたファンが設けられ、周囲の空気を熱交換器に通風させる構造になっている。
【０００３】
これらのファンは、空気が通過する流体騒音、ファンの回転数とファンブレードの枚数に起因する羽根音、及びファンモータの振動により発生する電磁音などの騒音が発生する。特に、電磁音は、ファンモータの振動が送風羽根に伝播し、送風羽根が共振すると非常に耳障りな騒音となる。この共振は、送風羽根の固有振動数とファンモータの加振周波数とが合致することで発生することが知られており、従来では、加振周波数と固有振動数との間に一定の差を生じさせるように設計して共振を避ける工夫がなされている。
【０００４】
ところで、加振周波数は、コギング周波数とも呼ばれ、例えば、ファンモータのステータの極数とロータのスロット数との最小公倍数にファンモータの回転数を積算して求められる。このファンモータの回転数は、温度の変化による例えば、潤滑油の粘性や巻き線温度の変化によって変動し、所望の回転数が得られない場合がある。したがって、たとえ共振を避けるために固有振動数と加振周波数とが合致しないように設計をしても、温度の変化に応じて加振周波数が変化して固有振動数と合致することがある。そこで、従来では、温度の変化に対するファンモータの回転数のズレ量を予め求めておき、検出した温度に応じてズレを補正して回転数を一定に保つことで、加振周波数を一定にし、送風羽根との避共振化を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
【０００６】
特開２０００−１５４９６２号公報（第２頁、第１図）
【発明が解決しようとする課題】
空気調和機に備えられるファンの送風羽根は、送風効率の向上させるため自由曲面を多様した３次元翼形状が主流であり、一般に、成形の容易な樹脂材料が用いられている。しかし、樹脂材料は、温度に応じて弾性率が比較的大きく変化するという特性があり、この樹脂材料を用いた送風羽根の固有振動数もまた温度に応じて変化してしまう。特に、送風羽根の周囲温度は、冷房時と暖房時とで大きく異なるので固有振動数の変化も非常に大きい。したがって、いくらファンモータの回転数を一定に保って加振周波数の変動を抑えても、運転条件によっては共振を回避できないという問題がある。
【０００７】
また、送風羽根とファンモータとを、例えばゴムなどの柔かい材質で柔軟に連結することで、ファンモータから送風羽根への振動の伝播を抑制して電磁音を抑える方法が考えられるが、この方法はゴムの強度や経年劣化などの問題があり信頼性に劣る。
【０００８】
本発明の課題は、送風羽根とファンモータとの共振を回避することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気調和機は、上記課題を解決するために、冷凍サイクルの熱交換器に通風させる樹脂製の送風羽根と、この送風羽根を回転させるファンモータと、このファンモータの回転数を制御する制御装置と、送風羽根の周囲の温度または周囲の温度に相関する物理量を検出する検出器とを備え、制御装置は、回転数に基づいて求められるファンモータの加振周波数と、検出器の検出値に基づいて求められる送風羽根の固有振動数との差が設定差未満であるとき、その差が設定差以上になるまでファンモータの回転数を増加または減少させることを特徴とする。
【００１０】
これにより、加振周波数と固有振動数との差が設定差より小さい場合に、ファンモータの回転数を増加または減少させて加振周波数と固有振動数とを設定差以上遠ざけることができる。この設定差を、送風羽根とファンモータとが共振する加振周波数と固有振動数との差よりも大きく、具体的には、固有振動数に加振周波数をだんだん近づけて、電磁音が許容できる大きさを超え始めるときの差より大きく設定する。これにより、送風羽根とファンモータとの共振を回避し、共振による騒音を許容できる程度にまで抑えることができる。
【００１１】
ここで、加振周波数は、例えば、ファンモータのステータの極数とロータのスロット数との最小公倍数にファンモータの回転数を積算して求めることができ、例えば、図３に示すような加振周波数とファンモータの回転数との関係から、実際の回転数に基づいて算出することができる。また、固有振動数は、事前試験やシミュレーションなどにより求めた、例えば、図４に示すような固有振動数と送風羽根の周囲の温度との関係から、送風羽根の周囲の温度または送風羽根の周囲の温度に相関する例えば圧力や気温などの物理量に基づいて算出することができる。また、ここでは送風羽根の周囲の温度を基準としているが、計測が容易であるならば送風羽根自体の温度を基準にすることもできる。なお、図３は、縦軸に加振周波数を、横軸に回転数を表したグラフである。図４は、縦軸に固有振動数を、横軸に温度を表し、その温度における固有振動数を求めるグラフであり、一例として、加振周波数が１００Ｈｚのときに共振するポイントを示している。
【００１２】
また、本発明は、樹脂製の送風羽根とファンモータの組を複数備えた空気調和機に適用することができる。この場合、制御装置は各ファンモータの回転数を制御し、検出器は各送風羽根の周囲の温度または周囲の温度に相関する物理量を検出し、各回転数に基づいて各ファンモータの加振周波数を求め、各検出値に基づいて各送風羽根の固有振動数を求める。そして、各ファンモータの加振周波数とこの各ファンモータに対応する送風羽根の固有振動数との差を求め、その差が設定差未満のファンモータの回転数を差が設定差以上になるまで増加または減少させる制御を行う。この制御とともに、回転数の総和が増加するとき全部または一部のファンモータの回転数を減少させ、減少するとき全部または一部のファンモータの回転数を増加させる制御を行うことができる。
【００１３】
このような制御を行うことで、共振を起こしうる特定のファンモータの回転数を増加または減少させて共振を回避できるという効果に加え、全部または一部のファンモータの回転数を増減させて各ファンモータの回転数の総和を保つことができるので、全体としての送風能力を維持することができる。
【００１４】
ここで、回転数の総和を維持するための回転数の制御は、例えば、回転数の総和が設定回転数から上回ったとき上回った分だけ、全部または一部のファンモータの回転数を下げるようにする。このときの回転数は、全部のファンモータから均等に下げてもよいし、一部の、例えば、固有振動数と加振周波数が近いために回転数が制御されているファンモータ以外のファンモータから下げてもよい。回転数の総和が設定回転数から下回った場合も同様に全部または一部のファンモータの回転数を上げるようにできる。
【００１５】
また、上述した制御では加振周波数と固有振動数との差が設定差未満であるときに回転数を制御するようにしたが、これに代えて、事前試験などにより、図５に示すように、その温度において共振を起こす回転数を共振回転数として設定しておき、実際の回転数と検出値から求めた共振回転数との差が設定差未満であるとき、その差が設定差以上になるまでファンモータの回転数を増加または減少させるように制御することができる。ここで、共振回転数は、図４で求めた固有振動数から逆算により求めることもできる。
【００１６】
さらに、上記空気調和機において、送風羽根を加熱する加熱器と、この加熱器の発熱量を制御する加熱制御装置とを設け、この加熱制御装置は、その差が設定差未満であるとき、その差が設定差以上になるまで加熱器の発熱量を増加または減少させることができる。この加熱器は、除霜用のヒータを用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の全体構成を示す。
【００１８】
本発明の空気調和機は、図１に示すように、室内機１と室外機３とで形成され、室内機１と室外機３は、冷媒が封入された環状の循環流路５で連結されている。循環流路５には、室外機３内に配置された冷媒を圧縮する圧縮機７、冷媒と室外の空気とを熱交換させる室外熱交換器９、室内機１内に配置された冷媒を減圧する膨張弁１１、及び冷媒と室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器１３が順次配設され、冷凍サイクルが形成されている。圧縮機７は四方弁１５を介して循環流路５に連結され、冷媒の吐出方向を切り替えられるようになっている。
【００１９】
室内機１には、ファン１６が備えられている。ファン１６は、送風側に室内熱交換器１３が位置するように配置され、ファン１６から吹出した空気は室内熱交換器１３を介して符号１８の矢印方向に流れて室内に流入するようになっている。
【００２０】
室外機３には、ファン１７が備えられている。ファン１７は、樹脂製のプロペラ型の送風羽根１９と、送風羽根１９に連結されたブラシレス直流ファンモータ２１とで形成されている。ファン１７は、吸引側に室外熱交換器９が位置するように配置され、送風羽根１９が回転することで、外気は符号２０の矢印方向に流れて室外熱交換器９を通流し、送風羽根１９の吸引側に流入するようになっている。また、ファンモータ２１は、制御装置２３から回転数を制御する制御信号が入力されるようになっている。送風羽根１９の吹出側には、温度を検出する温度センサ２５が設けられ、温度センサ２５は、検出した温度を制御装置２３に入力するようになっている。制御装置２３は、入力された回転数及び温度からコギング周波数と固有振動数を求め、コギング周波数が固有振動数から外れるように回転数を制御するようになっている。
【００２１】
このように構成される空気調和機の動作について説明する。まず、四方弁１５は、冷房の場合は実線の状態に、暖房の場合は破線の状態に制御される。ここでは、冷房の場合を例示して説明する。空気調和機の運転が開始されると、圧縮機７は冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は四方弁１５を介して室外熱交換器９に流入し、ファン１７により流入する外気と熱交換して凝縮されて膨張弁１１に導かれる。冷媒は、膨張弁１１で減圧されて室内熱交換器１３に流入され、室内熱交換器１３内でファン１６により通流する室内の空気と熱交換して蒸発する。蒸発した冷媒は、四方弁１５を介して圧縮機７の吸引側に流入される。なお、冷房の場合、冷媒は符号２７の矢印方向に循環するが、暖房の場合は逆となる。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴部である制御装置２３による避共振制御について図２を用いて説明する。図２は、制御装置２３の制御手順を示したフローチャートである。まず、制御装置２３は、温度センサ２５から温度ｔを取り込むとともに（ステップＳ１）、ファンモータ２１から現在の回転数Ｎを取り込む（ステップＳ２）。次に、予め求めておいたファンモータ２１のステータの極数とロータのスロット数との最小公倍数に、ステップＳ２で求めた回転数Ｎを積算してコギング周波数ｆ’を求める（ステップＳ３）。さらに、事前に求めておいた図４に示す固有振動数ｆｎ（ｎ＝１，２，３．．．）と送風羽根の周囲の温度ｔとの関係から、ステップＳ１で求めた温度ｔに基づいて固有振動数ｆｎを算出する（ステップＳ４）。
【００２３】
ここで、ステップＳ４における図４に示す固有振動数ｆｎと温度ｔとの関係の求め方について説明する。まず、固有振動数ｆの一般式は、次式（１）で表せる。
【００２４】
ｆ＝1/(2π)×（Ｋ/ｍ）¹ ^／２（ｆ：固有振動数 K:ばね定数 m：質量）（１）
（１）式のばね定数Kは材料の弾性率E(t)に比例し、さらに、温度変化に対して質量ｍは不変である。また、送風羽根１９の弾性率E(t)は図６に示すように温度tに関する近似式で表すことができることから、定数項をαとしてまとめると、最終的に固有振動数ｆｎの温度ｔとの関係は、次式（２）のようになる。なお、図６は送風羽根１９の材料である樹脂の弾性率E(t)と温度ｔとの一般的な関係を示す。
【００２５】
ｆ_ｎ=α_ｎ×{E(t)}^１／２（ｎ=1,2,3・・・）（２）
nは固有振動数の次数、α_nは送風羽根１９の形状や材料により固有であり、事前試験またはシミュレーションなどで求めることができる。この（２）式から図４に示すグラフを求めることができる。
【００２６】
そして、ステップＳ４で求めた固有振動数ｆｎとコギング周波数ｆ’とが合致するか判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５における合致の判断は、コギング周波数ｆ’と固有振動数ｆｎとの差Δｆが設定差Δｆ＊より小さい場合に合致、大きい場合に合致していないとする。ステップＳ５で合致となる場合は、ファンモータ２１の回転数ＮにΔＮを加えて（ステップＳ６）ステップＳ１に戻り、合致でない場合はステップＳ１へ戻る。ここで、ステップＳ５の設定差Δｆ＊の設定は、例えば、事前試験においてファンモータ２１の回転数Ｎをだんだん上げて、固有振動数ｆｎにコギング周波数ｆ’をだんだん近づけていき電磁音を計測する。そして、図７に示すように、電磁音の大きさが許容値を超える回転数Ｎの範囲を求め、図３などから逆算して回転数Ｎの範囲に対応するｆｎとｆ’との差Δｆを求め、求めたΔｆより大きな値に設定差Δｆ＊を設定する。
【００２７】
これにより、コギング周波数ｆ’を変化させて固有振動数ｆｎからずらすことができ、送風羽根１９とファンモータ２１との共振を避けることができ、共振による騒音を許容できる程度に抑えることができる。
（第２の実施形態）
図８は、本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の全体構成図である。本実施形態は、第１の実施形態において、共振を避けるためにファンモータの回転数を増減することで、送風性能が阻害されるという問題を解決するためになされたものである。本実施形態は、複数の（本実施形態では２つ）ファン１７を備え、２つの回転数の総和を維持することにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図８に示すように、ファン１７１、１７２は、樹脂製のプロペラ型の送風羽根１９１、１９２と、ブラシレス直流ファンモータ２１１、２１２とでそれぞれ形成されている。ファン１７１、１７２は、吸引側に室外熱交換器９が位置するように並べて配置されている。また、ファンモータ２１１、２１２は、制御装置４３から回転数を制御する制御信号が入力されるようになっている。送風羽根１９１、１９２の吹出側には、温度を検出する温度センサ２５が設けられ、温度センサ２５は、検出した温度を制御装置４３に入力するようになっている。
【００２９】
本実施形態の特徴部である制御装置４３による避共振制御について図９を用いて説明する。図９は、制御装置４３の制御手順を示したフローチャートである。まず、制御装置４３は、温度センサ２５から温度ｔを取り込むとともに（ステップＳ１１）、ファンモータ２１１、２１２から回転数Ｎ１、Ｎ２を取り込む（ステップＳ１２）。次に、予め求めておいたファンモータ２１１、２１２のステータの極数とロータのスロット数との最小公倍数に、ステップＳ２で求めた回転数Ｎ１、Ｎ２をそれぞれ積算してコギング周波数ｆ’１、ｆ’２を求める（ステップＳ１３）。さらに、事前試験により求めておいた図４に示す固有振動数ｆと送風羽根の周囲の温度ｔとの関係から、ステップＳ１で求めた温度ｔに基づいて固有振動数ｆｎ（ｎ＝１，２，３．．．）を算出する（ステップＳ１４）。そして、コギング周波数ｆ’１、ｆ’２と固有振動数ｆとが合致するか判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における合致の判断は、コギング周波数ｆ’１、ｆ’２と固有振動数ｆｎとの差Δｆ１、Δｆ２が設定差Δｆ＊より小さい場合に合致、大きい場合に合致していないとする。ステップＳ１５において合致となる場合は、ファンモータ２１１、２１２の回転数Ｎ１、Ｎ２の総和を求め（ステップＳ１６）ステップＳ１７に進み、合致しない場合はステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１７において、Ｎ１にΔＮ１を、Ｎ２にΔＮ２を加えるとともに、Ｎ１とＮ２の総和と、回転数変更後のＮ１＋ΔＮ１とＮ２＋ΔＮ２の総和とを比較して、変更前の総和が変更後の総和より大きい場合大きい分だけ回転数Ｎ１、Ｎ２を減少させ、小さい場合小さい分だけ回転数Ｎ１、Ｎ２を増加させて（ステップＳ１７）、ステップＳ１１に戻る。これにより、固有振動数ｆとコギング周波数ｆ’１、ｆ’２とをずらすことができ、送風羽根１９１、１９２とファンモータ２１１、２１２との共振を避けることができるとともに、回転数Ｎ１、Ｎ２の総和を保つことができるので、ファンの送風能力を低下させることもない。なお、ステップＳ１５の合致の判断、及び設定差Δｆ＊の設定は、第１の実施形態のステップＳ５と同様である。
（第３の実施形態）
図１０は、本発明を適用してなる空気調和機の第３の実施形態の全体構成図である。本実施形態は、第１の実施形態のようにファンモータの回転数を増減して共振を避けるという方法に代えて、送風羽根１９の温度を変えることで共振を避けるようにしたものである。本実施形態は、室内機１に加熱器５５を（本実施形態では２つ）備え、共振しうる場合にファンの温度を変化させて固有振動数ｆを変化させることにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図１０に示すように、室内機１のファン１６周囲には、発熱量を調整可能な加熱器５５が２つ設けられている。加熱基５５は、制御装置５３から発熱量を制御する制御信号が入力されるようになっている。
【００３１】
本実施形態の特徴部である制御装置５３による避共振制御について図１１を用いて説明する。図１１は、制御装置５３の制御手順を示したフローチャートである。まず、制御装置５３は、温度センサ２５から温度ｔを取り込むとともに（ステップＳ２１）、ファンモータ２１から現在の回転数Ｎを取り込む（ステップＳ２２）。次に、予め求めておいたファンモータ２１のステータの極数とロータのスロット数との最小公倍数に、ステップＳ２２で求めた回転数Ｎを積算してコギング周波数ｆ’を求める（ステップＳ２３）。さらに、事前に求めておいた図４に示す固有振動数ｆｎ（ｎ＝１，２，３．．．）と送風羽根の周囲の温度ｔとの関係から、ステップＳ２１で求めた温度ｔに基づいて固有振動数ｆｎを算出する（ステップＳ２４）。そして、コギング周波数ｆ’と固有振動数ｆｎとが合致するか判断する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５における合致の判断は、コギング周波数ｆ’と固有振動数ｆｎとの差Δｆが設定差Δｆ＊より小さい場合に合致、大きい場合に合致していないとする。ステップＳ２５で合致となる場合は、加熱器５５の発熱量ＱにΔＱを加えて（ステップＳ２６）ステップＳ１に戻り、合致でない場合はステップＳ１へ戻る。これにより、コギング周波数ｆ’を変化させて固有振動数ｆｎからずらすことができ、送風羽根１９とファンモータ２１との共振を避けることができ、共振による騒音を許容できる程度に抑えることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、コギング周波数ｆ’と固有振動数ｆｎとの差Δｆが設定差Δｆ＊未満であるときに回転数Ｎを制御するようにしたが、これに代えて、事前試験などにより、図５に示すように、その温度ｔにおいて共振を起こす回転数を共振回転数として設定しておき、実際の回転数と検出値から求めた共振回転数との差が設定差未満であるとき、その差が設定差以上になるまでファンモータの回転数を増加または減少させるように制御することができる。ここで、共振回転数は、（２）式から求めることもできる。
【００３３】
さらに、上記実施の形態では、送風羽根１９の温度を温度センサ２５により検出する構成としたが、これに代えて、室外の外気温度や、圧縮機７の吐出ガス圧力、圧縮機７の吐出ガス温度、室外熱交換器９の温度、または、内部の冷媒圧力などを検出して送風羽根１９の温度を推定する構成とすることもできる。これらの情報で温度ｔを推定すれば、新たに温度センサ２５を設ける必要がなくなり、コストの面で都合がよい。また、上記実施の形態では室外機３のファンの共振を抑える構成としたが、室内機１のファンの制御にも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、送風羽根とファンモータとの共振を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の全体構成を示す。
【図２】本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の制御手順を示したフローチャートである。
【図３】縦軸に加振周波数を、横軸に回転数を表し、加振周波数と回転数の関係を示したグラフである。
【図４】縦軸に固有振動数を、横軸に温度を表し、その温度における固有振動数を求めるグラフであり、一例として、加振周波数が１００Ｈｚのときに共振するポイントを示したグラフである。
【図５】縦軸に回転数を、横軸に温度を表し、その温度における共振回転数を求めるグラフである。
【図６】縦軸に樹脂の弾性率を、横軸に温度を表し、樹脂の弾性率と温度との一般的な関係を示したグラフである。
【図７】縦軸に電磁音の大きさを、横軸に回転数を表し、電磁音と回転数との関係を示したグラフである。
【図８】本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の全体構成図である。
【図９】本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の制御手順を示したフローチャートである。
【図１０】本発明を適用してなる空気調和機の第３の実施形態の全体構成図である。
【図１１】本発明を適用してなる空気調和機の第３の実施形態の制御手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
３室外機
９室外熱交換器
１７ファン
１９送風羽根
２１ファンモータ
２３制御装置
２５温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner including a fan that blows air to a refrigeration cycle, and more particularly to a technique for reducing fan noise.
[0002]
[Prior art]
An air conditioner includes a compressor that compresses a refrigerant in an annular flow path in which the refrigerant is sealed, a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and indoor air, an expansion valve that depressurizes the refrigerant, the refrigerant and the outdoor A refrigeration cycle in which heat exchangers for exchanging heat with the air are sequentially arranged. Such an air conditioner has a structure in which, for example, a fan formed of a blowing blade such as a propeller and a direct current motor that rotates the blowing blade is provided, and ambient air is passed through the heat exchanger.
[0003]
These fans generate noise such as fluid noise through which air passes, blade noise caused by the rotation speed of the fan and the number of fan blades, and electromagnetic noise generated by vibration of the fan motor. In particular, the electromagnetic noise becomes very annoying noise when the vibration of the fan motor propagates to the blower blades and the blower blades resonate. This resonance is known to occur when the natural frequency of the blower blades matches the excitation frequency of the fan motor. Conventionally, there is a certain difference between the excitation frequency and the natural frequency. The device is designed to generate resonance to avoid resonance.
[0004]
By the way, the excitation frequency is also called a cogging frequency, and is obtained, for example, by adding the rotation speed of the fan motor to the least common multiple of the number of poles of the stator of the fan motor and the number of slots of the rotor. The rotational speed of the fan motor varies depending on, for example, the viscosity of the lubricating oil and the winding temperature due to a change in temperature, and a desired rotational speed may not be obtained. Therefore, even if the natural frequency and the excitation frequency are designed so as not to coincide with each other in order to avoid resonance, the excitation frequency may change in accordance with a change in temperature and may coincide with the natural frequency. Therefore, conventionally, the amount of deviation of the rotational speed of the fan motor with respect to the change in temperature is obtained in advance, and the excitation frequency is made constant by correcting the deviation according to the detected temperature and keeping the rotational speed constant, Some have been proposed to avoid resonance with the blower blades (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-155492 (page 2, FIG. 1)
[Problems to be solved by the invention]
The fan blades provided in the air conditioner have a three-dimensional blade shape with a variety of free-form surfaces in order to improve the blowing efficiency, and resin materials that are easy to mold are generally used. However, the resin material has a characteristic that the elastic modulus changes relatively depending on the temperature, and the natural frequency of the blower blade using the resin material also changes depending on the temperature. In particular, since the ambient temperature of the blower blades is greatly different between the cooling time and the heating time, the natural frequency changes greatly. Therefore, no matter how much the rotation frequency of the fan motor is kept constant and fluctuations in the excitation frequency are suppressed, there is a problem that resonance cannot be avoided depending on operating conditions.
[0007]
In addition, there is a method of suppressing electromagnetic noise by suppressing the propagation of vibration from the fan motor to the blower blades by flexibly connecting the blower blades and the fan motor with a soft material such as rubber. Is inferior in reliability due to problems such as rubber strength and aging.
[0008]
An object of the present invention is to avoid resonance between the blower blades and the fan motor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an air conditioner of the present invention controls a resin-made air blowing blade that is passed through a heat exchanger of a refrigeration cycle, a fan motor that rotates the air blowing blade, and the rotational speed of the fan motor. And a detector that detects the ambient temperature of the blower blades or a physical quantity that correlates to the ambient temperature, and the control device includes the excitation frequency of the fan motor that is obtained based on the rotational speed, and the detector When the difference from the natural frequency of the blower blades obtained based on the detected value is less than the set difference, the rotational speed of the fan motor is increased or decreased until the difference becomes equal to or greater than the set difference.
[0010]
Accordingly, when the difference between the excitation frequency and the natural frequency is smaller than the set difference, the rotation frequency of the fan motor can be increased or decreased to keep the excitation frequency and the natural frequency more than the set difference. This setting difference is larger than the difference between the vibration frequency and the natural frequency at which the blower blades and the fan motor resonate. Specifically, the electromagnetic frequency can be allowed by making the vibration frequency closer to the natural frequency. Set larger than the difference when starting to exceed the size. As a result, resonance between the blower blades and the fan motor can be avoided and noise due to resonance can be suppressed to an acceptable level.
[0011]
Here, the excitation frequency can be obtained, for example, by adding the rotation speed of the fan motor to the least common multiple of the number of poles of the fan motor stator and the number of slots of the rotor. From the relationship between the vibration frequency and the rotation speed of the fan motor, it can be calculated based on the actual rotation speed. In addition, the natural frequency is obtained by a preliminary test or simulation, for example, from the relationship between the natural frequency and the temperature around the blower blade as shown in FIG. For example, it can be calculated based on a physical quantity such as pressure or temperature that correlates with the temperature of Here, the temperature around the blower blade is used as a reference, but if the measurement is easy, the temperature of the blower blade itself can be used as a reference. FIG. 3 is a graph in which the vertical axis represents the excitation frequency and the horizontal axis represents the rotational speed. FIG. 4 is a graph in which the vertical axis represents the natural frequency, the horizontal axis represents the temperature, and the natural frequency at the temperature is obtained. As an example, the graph shows a point that resonates when the excitation frequency is 100 Hz.
[0012]
In addition, the present invention can be applied to an air conditioner including a plurality of pairs of resin blow blades and fan motors. In this case, the control device controls the rotational speed of each fan motor, the detector detects the ambient temperature of each fan blade or a physical quantity correlated with the ambient temperature, and the vibration of each fan motor is based on each rotational speed. The frequency is obtained, and the natural frequency of each blower blade is obtained based on each detected value. Then, the difference between the excitation frequency of each fan motor and the natural frequency of the blower blade corresponding to each fan motor is obtained, and the difference is less than the set difference until the difference exceeds the set difference. Control to increase or decrease. Along with this control, it is possible to perform control to decrease the rotational speed of all or part of the fan motors when the total rotational speed increases, and to increase the rotational speed of all or part of the fan motors when it decreases.
[0013]
By performing such control, in addition to the effect that resonance can be avoided by increasing or decreasing the number of rotations of a specific fan motor that can cause resonance, the number of rotations of all or some of the fan motors can be increased or decreased. Since the sum total of the rotation speed of a fan motor can be maintained, the ventilation capability as a whole can be maintained.
[0014]
Here, the control of the rotational speed to maintain the total rotational speed is performed by, for example, reducing the rotational speed of all or a part of the fan motors by an amount corresponding to an increase when the total rotational speed exceeds the set rotational speed. To. The rotational speed at this time may be evenly reduced from all the fan motors, or some fan motors other than the fan motor whose rotational speed is controlled because, for example, the natural frequency and the excitation frequency are close to each other. You may lower it. Similarly, when the total rotational speed falls below the set rotational speed, the rotational speeds of all or some of the fan motors can be increased.
[0015]
In the above-described control, the rotational speed is controlled when the difference between the excitation frequency and the natural frequency is less than the set difference. Instead, as shown in FIG. The rotation speed that causes resonance at that temperature is set as the resonance rotation speed, and when the difference between the actual rotation speed and the resonance rotation speed obtained from the detected value is less than the set difference, the difference is greater than or equal to the set difference. It is possible to control the rotational speed of the fan motor to be increased or decreased until it reaches. Here, the resonance rotational speed can also be obtained by back calculation from the natural frequency obtained in FIG.
[0016]
Further, in the air conditioner, a heater for heating the blower blades and a heating control device for controlling the amount of heat generated by the heater are provided, and when the difference is less than a set difference, The heating value of the heater can be increased or decreased until the difference is equal to or greater than the set difference. This heater can use a heater for defrosting.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the overall configuration of a first embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied.
[0018]
As shown in FIG. 1, the air conditioner of the present invention is formed by an indoor unit 1 and an outdoor unit 3, and the indoor unit 1 and the outdoor unit 3 are connected by an annular circulation channel 5 in which a refrigerant is enclosed. ing. In the circulation channel 5, a compressor 7 that compresses the refrigerant disposed in the outdoor unit 3, an outdoor heat exchanger 9 that exchanges heat between the refrigerant and the outdoor air, and a decompression of the refrigerant disposed in the indoor unit 1. The expansion valve 11 and the indoor heat exchanger 13 for exchanging heat between the refrigerant and the indoor air are sequentially arranged to form a refrigeration cycle. The compressor 7 is connected to the circulation flow path 5 via a four-way valve 15 so that the refrigerant discharge direction can be switched.
[0019]
The indoor unit 1 is provided with a fan 16. The fan 16 is arranged so that the indoor heat exchanger 13 is positioned on the air blowing side, and the air blown from the fan 16 flows in the direction of the arrow 18 through the indoor heat exchanger 13 and flows into the room. ing.
[0020]
The outdoor unit 3 is provided with a fan 17. The fan 17 is formed by a resin-made propeller-type blower blade 19 and a brushless DC fan motor 21 connected to the blower blade 19. The fan 17 is arranged so that the outdoor heat exchanger 9 is located on the suction side, and the blower blade 19 rotates so that the outside air flows in the direction of the arrow 20 and flows through the outdoor heat exchanger 9. 19 flows into the suction side. The fan motor 21 receives a control signal for controlling the rotational speed from the control device 23. A temperature sensor 25 for detecting the temperature is provided on the blowing side of the blower blade 19, and the temperature sensor 25 inputs the detected temperature to the control device 23. The control device 23 obtains the cogging frequency and the natural frequency from the input rotational speed and temperature, and controls the rotational speed so that the cogging frequency deviates from the natural frequency.
[0021]
The operation of the air conditioner configured as described above will be described. First, the four-way valve 15 is controlled in a solid line state in the case of cooling, and in a broken line state in the case of heating. Here, the case of cooling will be described as an example. When the operation of the air conditioner is started, the compressor 7 compresses the refrigerant. The compressed refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 9 through the four-way valve 15, exchanges heat with the outside air flowing in by the fan 17, is condensed, and is guided to the expansion valve 11. The refrigerant is decompressed by the expansion valve 11 and flows into the indoor heat exchanger 13, and evaporates by exchanging heat with the indoor air flowing through the fan 16 in the indoor heat exchanger 13. The evaporated refrigerant flows into the suction side of the compressor 7 through the four-way valve 15. In the case of cooling, the refrigerant circulates in the direction of the arrow 27, but in the case of heating, the reverse is true.
[0022]
Next, avoidance resonance control by the control device 23 which is a characteristic part of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of the control device 23. First, the control device 23 takes in the temperature t from the temperature sensor 25 (step S1) and takes in the current rotational speed N from the fan motor 21 (step S2). Next, the rotational frequency N obtained in step S2 is added to the least common multiple of the number of stator poles and the number of slots in the rotor of the fan motor 21 obtained in advance to obtain the cogging frequency f ′ (step S3). Further, based on the relationship between the natural frequency fn (n = 1, 2, 3...) Shown in FIG. 4 obtained in advance and the temperature t around the blower blade, based on the temperature t obtained in step S1. Thus, the natural frequency fn is calculated (step S4).
[0023]
Here, how to obtain the relationship between the natural frequency fn and the temperature t shown in FIG. 4 in step S4 will be described. First, the general formula of the natural frequency f can be expressed by the following formula (1).
[0024]
f = 1 / (2π) × (K / m) 1/2 (f: natural frequency K: spring constant m: mass) (1)
The spring constant K in the equation (1) is proportional to the elastic modulus E (t) of the material, and the mass m is invariant with respect to temperature change. Further, since the elastic modulus E (t) of the blower blade 19 can be expressed by an approximate expression related to the temperature t as shown in FIG. 6, when the constant term is summarized as α, the temperature t at the natural frequency fn is finally obtained. Is expressed by the following equation (2). FIG. 6 shows a general relationship between the elastic modulus E (t) of the resin that is the material of the blower blade 19 and the temperature t.
[0025]
f _n = α _n × {E (t)} ^1/2 (n = 1, 2, 3...) (2)
n is the order of the natural frequency, and α _n is specific to the shape and material of the blower blade 19 and can be obtained by a preliminary test or simulation. The graph shown in FIG. 4 can be obtained from this equation (2).
[0026]
Then, it is determined whether or not the natural frequency fn obtained in step S4 matches the cogging frequency f ′ (step S5). In step S5, it is assumed that the match is matched when the difference Δf between the cogging frequency f ′ and the natural frequency fn is smaller than the set difference Δf *, and not matched when it is larger. If it matches in step S5, ΔN is added to the rotational speed N of the fan motor 21 (step S6), and the process returns to step S1, and if it does not match, the process returns to step S1. Here, the setting difference Δf * in step S5 is set, for example, by increasing the rotational speed N of the fan motor 21 in the preliminary test, and measuring the electromagnetic sound by gradually bringing the cogging frequency f ′ closer to the natural frequency fn. . Then, as shown in FIG. 7, the range of the rotational speed N in which the magnitude of the electromagnetic sound exceeds the allowable value is obtained, and the difference Δf between fn and f ′ corresponding to the rotational speed N range is calculated backward from FIG. And a setting difference Δf * is set to a value larger than the obtained Δf.
[0027]
Thereby, the cogging frequency f ′ can be changed and shifted from the natural frequency fn, resonance between the blower blades 19 and the fan motor 21 can be avoided, and noise due to resonance can be suppressed to an acceptable level.
(Second Embodiment)
FIG. 8 is an overall configuration diagram of a second embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied. This embodiment is made in order to solve the problem that the air blowing performance is hindered by increasing or decreasing the rotation speed of the fan motor in order to avoid resonance in the first embodiment. The present embodiment is provided with a plurality of (two in this embodiment) fans 17 to maintain the sum of the two rotational speeds. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0028]
As shown in FIG. 8, the fans 171 and 172 are formed of resin-made propeller type blower blades 191 and 192 and brushless DC fan motors 211 and 212, respectively. The fans 171 and 172 are arranged side by side so that the outdoor heat exchanger 9 is positioned on the suction side. The fan motors 211 and 212 are configured to receive a control signal for controlling the rotation speed from the control device 43. A temperature sensor 25 that detects the temperature is provided on the blowing side of the blower blades 191 and 192, and the temperature sensor 25 inputs the detected temperature to the control device 43.
[0029]
The avoidance resonance control by the control device 43, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure of the control device 43. First, the control device 43 takes in the temperature t from the temperature sensor 25 (step S11) and takes in the rotational speeds N1 and N2 from the fan motors 211 and 212 (step S12). Next, the rotational speeds N1 and N2 obtained in step S2 are added to the least common multiple of the stator pole number and the rotor slot number of the fan motors 211 and 212 obtained in advance, respectively, and the cogging frequency f′1, f′2 is obtained (step S13). Furthermore, the natural frequency fn (n = 1, 2) based on the temperature t obtained in step S1 from the relationship between the natural frequency f shown in FIG. , 3 ....) is calculated (step S14). And it is judged whether cogging frequency f'1, f'2 and the natural frequency f correspond (step S15). In step S15, it is assumed that the match is matched when the differences Δf1 and Δf2 between the cogging frequencies f′1 and f′2 and the natural frequency fn are smaller than the set difference Δf *, and not matched when larger. If the result is coincident in step S15, the sum of the rotational speeds N1 and N2 of the fan motors 211 and 212 is obtained (step S16), and the process proceeds to step S17. If not, the process returns to step S11. In step S17, ΔN1 is added to N1, ΔN2 is added to N2, and the sum of N1 and N2 is compared with the sum of N1 + ΔN1 and N2 + ΔN2 after changing the rotational speed, and the sum before change is larger than the sum after change. If so, the rotational speeds N1 and N2 are decreased by a large amount, and if small, the rotational speeds N1 and N2 are increased by a small amount (step S17), and the process returns to step S11. Accordingly, the natural frequency f and the cogging frequencies f′1 and f′2 can be shifted, resonance between the air blowing blades 191 and 192 and the fan motors 211 and 212 can be avoided, and the rotational speeds N1 and N2 can be avoided. Therefore, the fan's blowing ability is not reduced. Note that the determination of the match in step S15 and the setting of the setting difference Δf * are the same as in step S5 of the first embodiment.
(Third embodiment)
FIG. 10 is an overall configuration diagram of a third embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied. In the present embodiment, resonance is avoided by changing the temperature of the blower blade 19 instead of the method of avoiding resonance by increasing or decreasing the rotation speed of the fan motor as in the first embodiment. The present embodiment is to provide the indoor unit 1 with two heaters 55 (two in the present embodiment) and change the natural frequency f by changing the temperature of the fan when it can resonate. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0030]
As shown in FIG. 10, two heaters 55 capable of adjusting the heat generation amount are provided around the fan 16 of the indoor unit 1. The heating base 55 receives a control signal for controlling the amount of heat generated from the control device 53.
[0031]
The avoidance resonance control by the control device 53, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing a control procedure of the control device 53. First, the control device 53 takes in the temperature t from the temperature sensor 25 (step S21) and takes in the current rotational speed N from the fan motor 21 (step S22). Next, the rotation number N obtained in step S22 is added to the least common multiple of the number of stator poles of the fan motor 21 and the number of slots of the rotor obtained in advance to obtain the cogging frequency f ′ (step S23). Further, based on the relationship between the natural frequency fn (n = 1, 2, 3...) Shown in FIG. 4 and the temperature t around the blower blades obtained in advance, based on the temperature t obtained in step S21. Thus, the natural frequency fn is calculated (step S24). Then, it is determined whether the cogging frequency f ′ matches the natural frequency fn (step S25). In step S25, it is assumed that the match is matched when the difference Δf between the cogging frequency f ′ and the natural frequency fn is smaller than the set difference Δf *, and not matched when it is larger. If it matches in step S25, ΔQ is added to the calorific value Q of the heater 55 (step S26), and the process returns to step S1, and if it does not match, the process returns to step S1. As a result, the cogging frequency f ′ can be changed and shifted from the natural frequency fn, resonance between the blower blades 19 and the fan motor 21 can be avoided, and noise due to resonance can be suppressed to an acceptable level.
[0032]
In the above embodiment, the rotational speed N is controlled when the difference Δf between the cogging frequency f ′ and the natural frequency fn is less than the set difference Δf *. Instead, a preliminary test or the like is performed. Thus, as shown in FIG. 5, the number of revolutions causing resonance at the temperature t is set as the resonance number of revolutions, and the difference between the actual number of revolutions and the resonance number of revolutions obtained from the detected value is less than the set difference. At this time, it is possible to control to increase or decrease the rotational speed of the fan motor until the difference becomes equal to or larger than the set difference. Here, the resonance rotational speed can also be obtained from equation (2).
[0033]
Furthermore, in the said embodiment, although it was set as the structure which detects the temperature of the ventilation blade 19 with the temperature sensor 25, it replaces with this, outdoor outdoor temperature, the discharge gas pressure of the compressor 7, the discharge gas of the compressor 7 The temperature, the temperature of the outdoor heat exchanger 9, the internal refrigerant pressure, or the like may be detected to estimate the temperature of the blower blade 19. If the temperature t is estimated from these pieces of information, there is no need to newly provide the temperature sensor 25, which is convenient in terms of cost. Moreover, although it was set as the structure which suppresses the resonance of the fan of the outdoor unit 3 in the said embodiment, it is applicable also to control of the fan of the indoor unit 1.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, resonance between the blower blades and the fan motor can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the overall configuration of a first embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of the first embodiment of the air conditioner to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the excitation frequency and the rotation speed, with the vertical axis representing the excitation frequency and the horizontal axis representing the rotation speed.
FIG. 4 is a graph showing the natural frequency on the vertical axis and the temperature on the horizontal axis, and obtaining the natural frequency at that temperature. As an example, the graph shows the point that resonates when the excitation frequency is 100 Hz. is there.
FIG. 5 is a graph showing the rotational speed on the vertical axis and the temperature on the horizontal axis, and obtaining the resonant rotational speed at that temperature.
FIG. 6 is a graph showing the general relationship between the elastic modulus of resin and the temperature, with the vertical axis representing the elastic modulus of the resin and the horizontal axis representing the temperature.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between electromagnetic sound and rotation speed, with the vertical axis representing the magnitude of the electromagnetic sound and the horizontal axis representing the rotation speed.
FIG. 8 is an overall configuration diagram of a second embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied.
FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure of the second embodiment of the air conditioner to which the present invention is applied.
FIG. 10 is an overall configuration diagram of a third embodiment of an air conditioner to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a flowchart showing a control procedure of the third embodiment of the air conditioner to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
3 Outdoor Unit 9 Outdoor Heat Exchanger 17 Fan 19 Blower 21 Fan Motor 23 Controller 25 Temperature Sensor

Claims

Two resin blower blades for ventilation to one heat exchanger of the refrigeration cycle, and two fan motors for rotating the respective blower blades respectively connected the respective blower blades respectively, the rotation of the respective fan motor A control device that controls the number, and a detector that detects the ambient temperature of each of the air blowing blades or a physical quantity that correlates to the ambient temperature,
The control device obtains an excitation frequency of each fan motor based on each rotation number, obtains a natural frequency of each blower blade based on each detection value of the detector,
The difference between the excitation frequency of each fan motor and the natural frequency of the blower blade corresponding to each fan motor is obtained, and the difference is equal to or greater than the set difference when the fan motor speed is less than the set difference. shall increase or decrease until,
An air conditioner that decreases the number of rotations of one of the fan motors and increases the number of rotations of the other fan motor so as to maintain the total number of rotations of the two fan motors when increasing or decreasing the number of rotations.

Two resin blower blades for ventilation to one heat exchanger of the refrigeration cycle, and two fan motors for rotating the respective blower blades respectively connected the respective blower blades respectively, the rotation of the respective fan motor A control device that controls the number, and a detector that detects the ambient temperature of each of the air blowing blades or a physical quantity that correlates to the ambient temperature,
Said control device, the difference between the resonance rotational speed of the blower blades obtained based the on the detected value of the rotational speed and the previous Symbol detector and said fan motor, the fan motor to a higher setting constant-differential Increase or decrease the speed ,
An air conditioner that decreases the number of rotations of one of the fan motors and increases the number of rotations of the other fan motor so as to maintain the total number of rotations of the two fan motors when increasing or decreasing the number of rotations.