JP5932961B2 - 送風機及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、送風機及び制御方法に関するものである。本発明は、特に、自然の風にあたっている感覚をユーザに与える空気調和機に関するものである。

従来、風を吹き出す際に、上下風向板を揺動させて風に揺らぎを与える空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。上下風向板のスイング角度、スイング速度、スイング範囲を１／ｆ揺らぎに制御する空気調和機がある（例えば、特許文献２参照）。上下風向板が水平方向に３分割され、中央の上下風向板と左右の上下風向板との角度の位相が異なるように、上下風向板を揺動させる空気調和機がある（例えば、特許文献３参照）。上下風向板が水平方向に２分割され、左右の上下風向板を独立に揺動させる空気調和機がある（例えば、特許文献４参照）。

また、送風機の送風量を１／ｆ揺らぎに制御する空気調和機がある（例えば、特許文献５，６参照）。

また、ファジィ推論に基づいてファンの回転数を制御する送風機がある（例えば、特許文献７参照）。

特開平６−２６５１６８号公報 特開平１０−１１０９９７号公報 特開２００１−１０８２８０号公報 特開２００７−１３２６０８号公報 特開平９−１０１８０７号公報 特開平１０−１１１００４号公報 特開平７−１５１０９６号公報 特開平７−１７６９５６号公報 実開昭５５−１１３６１７号公報 特開昭５７−３０６１０号公報 特開平６−４２７９２号公報 特開平７−１８０８９５号公報 特開２０１２−３７１７２号公報

特許文献１〜４に記載のように上下風向板を揺動させる方法では、ユーザ位置で無風状態が繰り返し発生する。また、風速が変化しにくい。よって、後述するような自然の風を再現することはできない。

特許文献５，６に記載のように送風機の送風量を１／ｆ揺らぎに制御する方法では、制御が細かすぎてファンモータが制御に追従できないおそれがある。ユーザに届く風が実際には風速の変化のないものになるおそれもある。

特許文献７に記載のようにファジィ推論に基づいてファンの回転数を制御する方法でも、後述するような自然の風を再現することはできない。

本発明は、例えば、送風機から送風する際に、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えることを目的とする。

本発明の一の態様に係る送風機は、
ユーザに風を送るために使用される送風機であって、
送風するファンと、
前記ファンを駆動するファンモータと、
前記ファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、正弦波を構成することなく前記波形パターンの周期ごとに不連続に発生し前記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち前記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、前記ファンモータを制御する制御部とを備える。

本発明の一の態様によれば、送風機のファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、上記波形パターンの周期ごとに上記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち上記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、送風機の制御部が、送風機のファンモータを制御することにより、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えることができる。

実施の形態１及び２に係る空気調和機の斜視図。 実施の形態１及び２に係る空気調和機の縦断面図。 実施の形態１及び２に係る空気調和機の上下風向板及び左右風向板の駆動機構を示す図。 実施の形態１及び２に係る空気調和機のファン、上下風向板、左右風向板の制御系の構成を示すブロック図。 実施の形態１及び２に係る空気調和機のファンの回転数波形の基準となる正弦波を示すグラフ。 実施の形態１に係る空気調和機のファンの回転数波形を示すグラフ。 実施の形態２に係る空気調和機のファンの回転数波形を示すグラフ。 図７の一部を拡大したグラフ。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る空気調和機１００の斜視図である。図２は、空気調和機１００の縦断面図である。

図１及び図２に示すように、空気調和機１００は、室内機の本体１０１、ファン１０２、プレフィルタ１０３、前面パネル１０４、第１熱交換器１０５ａ、第２熱交換器１０５ｂ、第３熱交換器１０５ｃ、第４熱交換器１０５ｄ、ドレンパン１０６、上下風向板１０７、左右風向板１０８、センサ１０９を備える。

本体１０１は、横長の略直方体状に形成されている。本体１０１の内部には、ファン１０２、プレフィルタ１０３、第１熱交換器１０５ａ、第２熱交換器１０５ｂ、第３熱交換器１０５ｃ、第４熱交換器１０５ｄが収納されている。本体１０１の上面には、吸い込み口１１０が設けられている。本体１０１の前面下部には、吹き出し口１１１が設けられている。吹き出し口１１１には、上下風向板１０７及び左右風向板１０８が取り付けられている。本体１０１の前面、吹き出し口１１１のやや上方には、センサ１０９が装着されている。本体１０１の前面には、前面パネル１０４が開閉自在に取り付けられている。前面パネル１０４のセンサ１０９に対応する部分には、前面パネル１０４が閉じられてもセンサ１０９が覆われないように、開口部が形成されている。第１熱交換器１０５ａ、第２熱交換器１０５ｂ、第３熱交換器１０５ｃ、第４熱交換器１０５ｄの下方には、ドレンパン１０６が設けられている。

ファン１０２は、室内の空気を吸い込み口１１０から本体１０１の内部に吸い込む。プレフィルタ１０３は、吸い込まれた空気に含まれている粉塵等を取り除く。第１熱交換器１０５ａ、第２熱交換器１０５ｂ、第３熱交換器１０５ｃ、第４熱交換器１０５ｄは、その空気と、内部を通過する冷媒との間で熱交換を行う。ファン１０２は、熱交換が行われた空気を吹き出し口１１１から本体１０１の外部（即ち、室内）に吹き出す。つまり、ファン１０２は、室内に送風する。吹き出し口１１１から吹き出される空気の風向きは、上下風向板１０７及び左右風向板１０８によって調節される。

上下風向板１０７は、略円弧状の断面を有し、揺動自在に設けられている。上下風向板１０７は、吹き出し口１１１から吹き出される空気（即ち、ファン１０２からの風）の上下方向の向きを調節する。上下風向板１０７は、本体１０１の長手方向（即ち、吹き出し口１１１の左右方向）の略中央部において、左側の上下風向板１０７ａと右側の上下風向板１０７ｂとに分割されている。左側の上下風向板１０７ａと右側の上下風向板１０７ｂは、僅かな隙間を空けて吹き出し口１１１に配置されている。

左右風向板１０８は、略平板状であり、揺動自在に設けられている。左右風向板１０８は、吹き出し口１１１から吹き出される空気（即ち、ファン１０２からの風）の左右方向の向きを調節する。左右風向板１０８は、本体１０１の長手方向（即ち、吹き出し口１１１の左右方向）の略中央部より左側の左右風向板１０８ａと、右側の左右風向板１０８ｂとで構成されている。左側の左右風向板１０８ａと右側の左右風向板１０８ｂは、それぞれ複数枚に分割されて吹き出し口１１１に配置されている。

センサ１０９は、室内の人体が存在する位置を検知する。センサ１０９は、例えば、縦方向に複数のサーモパイルが並べられた赤外線センサである。複数のサーモパイルを横方向に動かして室内をスキャンすることにより、室内の熱画像が取得できる。熱画像において、背景との温度差から、人体が存在する横方向及び奥行き方向の位置を検知することができる。熱画像の画素数が多いほど、人体の位置をより正確に検知することができる。画素数は、人体の位置を十分正確に検知可能な７００画素以上であることが望ましい。なお、センサ１０９は、赤外線センサに限らず、カメラ、フレネルレンズを用いた焦電センサ等であってもよい。また、センサ１０９は、本体１０１の前面ではなく、本体１０１の左端又は右端に装着されていてもよい。

図３は、上下風向板１０７及び左右風向板１０８の駆動機構を示す図である。

図３に示すように、上下風向板１０７は、１枚の左側の上下風向板１０７ａと１枚の右側の上下風向板１０７ｂとで構成されている。左側の上下風向板１０７ａは、リンク棒１１２ａによりステッピングモータ１１３ａと連結されている。ステッピングモータ１１３ａは、リンク棒１１２ａを回転することにより左側の上下風向板１０７ａの角度を変える。同様に、右側の上下風向板１０７ｂは、リンク棒１１２ｂによりステッピングモータ１１３ｂと連結されている。ステッピングモータ１１３ｂは、リンク棒１１２ｂを回転することにより右側の上下風向板１０７ｂの角度を変える。

左右風向板１０８は、８枚の左側の左右風向板１０８ａと８枚の右側の左右風向板１０８ｂとで構成されている。左側の左右風向板１０８ａは、略等間隔で配置されている。左側の左右風向板１０８ａは、全てがリンク棒１１４ａによりステッピングモータ１１５ａと連結されている。ステッピングモータ１１５ａは、リンク棒１１４ａを回転することにより左側の左右風向板１０８ａの角度を一括で変える。同様に、右側の左右風向板１０８ｂは、略等間隔で配置されている。右側の左右風向板１０８ｂは、全てがリンク棒１１４ｂによりステッピングモータ１１５ｂと連結されている。ステッピングモータ１１５ｂは、リンク棒１１４ｂを回転することにより右側の左右風向板１０８ｂの角度を一括で変える。

図４は、ファン１０２、上下風向板１０７、左右風向板１０８の制御系の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、空気調和機１００は、さらに、ファンモータ１１６、通信部１１７、制御部１１８を備える。

ファンモータ１１６は、本体１０１の内部に収納されており、ファン１０２を駆動する。

通信部１１７は、例えば本体１０１の前面下部に設けられており、外部のリモートコントローラ１２０からの信号を受信する。

制御部１１８は、本体１０１の内部に収納されており、例えばマイクロコンピュータで実装される。制御部１１８は、信号線を介して、センサ１０９、ステッピングモータ１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂ、ファンモータ１１６、通信部１１７、その他の各種ユニットと接続されている。制御部１１８は、信号線を介して各種情報を受信し、受信した情報に基づいて空気調和機１００の運転を制御する。

本実施の形態において、制御部１１８は、吹き出し口１１１から自然の風と同じような風がファン１０２によって吹き出されるように、ファンモータ１１６を制御する。

自然の風を観測したところ、自然の風には以下のような特徴があることがわかった。
（特徴１）自然の風は、従来の上下風向板を揺動させる空気調和機が吹き出すような間欠な風ではない。いわゆる無風状態でも、自然の風速は、人が風を感じることのできる０．２ｍ／ｓ（メートル毎秒）前後を行ったり来たりする。つまり、完全な無風状態はない。（特徴２）自然の風速の移動平均は、一定の周期性をもつ正弦波である。具体的には、周期が１００〜２００秒程度の正弦波である。
（特徴３）自然の風速波形では、幅が広く高さが高い波が１０〜６０秒程度に１回又は数回ある。この波は、高さが少し低くなることがある。つまり、少し高い波と高い波とが混在する。
（特徴４）自然の風速波形では、幅が狭く高さが低い波が頻繁にある。この波は、高さが毎回同程度である。

本実施の形態において、制御部１１８は、空気調和機１００の冷房運転時又は送風運転時に、ファン１０２から少なくとも上記（特徴１）〜（特徴３）の特徴をもつ風を送るために、ファン１０２の回転数を連続的に変化させる。

図５は、ファン１０２の回転数波形の基準となる正弦波１３１を示すグラフである。

前述したように、自然の風速の移動平均は、周期が１００〜２００秒程度の正弦波である。図５に示すように、制御部１１８は、周期が１２０秒の緩やかな正弦波１３１がファン１０２の回転数波形の基準となるように、ファンモータ１１６を制御する。

前述したように、いわゆる無風状態でも、自然の風速は０．２ｍ／ｓ前後を行ったり来たりする。ファン１０２の回転数が８００ｒｐｍ（回転毎分）のときに、空気調和機１００の前方３ｍ（メートル）の位置で測定される風速が約０．２ｍ／ｓとなる。この位置は、標準的なユーザ位置であると考えられる。本実施の形態において、制御部１１８は、１周期におけるファン１０２の平均回転数が８００ｒｐｍとなり、かつ、この平均回転数よりも１周期におけるファン１０２の回転数の変動幅が小さい正弦波１３１が基準となるように、ファンモータ１１６を制御する。１周期におけるファン１０２の最大回転数は９００ｒｐｍ、最小回転数は７００ｒｐｍであり、最大回転数と最小回転数との差である変動幅は２００ｒｐｍとなっている。

本実施の形態では、正弦波１３１の１周期におけるファン１０２の回転数の変動幅が小さい。そのため、後述するように、幅が広く高さが高い波成分が正弦波１３１に合成されたときに、その波成分に相当する風をユーザがはっきりと感じることができる。

なお、正弦波１３１の周期が１２０秒であることは必須ではない。周期は１００〜２００秒程度であればよい。

ファン１０２の平均回転数が８００ｒｐｍであることも必須ではない。ファン１０２の平均回転数は固定でなく、可変でもよい。

ファン１０２の回転数の変動幅が２００ｒｐｍであることも必須ではない。変動幅はファン１０２の平均回転数よりも小さければよい。

図６は、ファン１０２の回転数波形を示すグラフである。

前述したように、自然の風速波形では、幅が広く高さが高い波が１０〜６０秒程度に１回又は数回ある。この波は、高さが少し低くなることがある。図６に示すように、制御部１１８は、幅が５〜１０秒程度で高さ（即ち、ピーク値）が２００ｒｐｍ程度の第１ピーク波１４１と、幅が１０〜２０秒程度で高さ（即ち、ピーク値）が１００ｒｐｍ程度の第２ピーク波１４２とが正弦波１３１に合成されるように、ファンモータ１１６を制御する。第１ピーク波１４１は、正弦波１３１の１周期における約３０秒、約７０秒、約１１０秒の時点に合成されている。第２ピーク波１４２は、正弦波１３１の１周期における約６０秒、約９０秒の時点に合成されている。

第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２の高さが正弦波１３１の振幅より低いと、風速の変化が乏しくなり、自然の風にあたっている感覚をユーザが得にくい。本実施の形態では、第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２の高さが、それぞれ２００ｒｐｍ程度、１００ｒｐｍ程度であり、正弦波１３１の振幅（即ち、ファン１０２の回転数の変動幅／２）が１００ｒｐｍである。つまり、第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２の高さが正弦波１３１の振幅以上である。そのため、ユーザが明確に感じられる瞬間的な風速変化がファン１０２からの風に与えられて、快適性が向上する。

制御部１１８は、内蔵するメモリに、ファン１０２の目標回転数を指定するテーブルを予め記憶している。制御部１１８は、テーブルを基に、ファンモータ１１６に指令電圧を与えてファン１０２の回転数を連続的に変化させる。

テーブルには、単位時間ごとに、ファン１０２の目標回転数を指定するデータが格納される。テーブル全体で、正弦波１３１の１周期分のデータが格納される。１周期は１２０秒なので、０．２５秒ごとに目標回転数が指定されるとすると、データ数は４８０個となる。あるいは、０．５秒ごとに目標回転数が指定されるとすると、データ数は２４０個となる。単位時間が短すぎると、ファンモータ１１６が制御に追従できず、意図した風をユーザに送ることができない。また、格納するデータ量が増えて、メモリの容量が圧迫されたり、コストが増加したりする。そのため、単位時間は、ファンモータ１１６が確実に制御に追従できると考えられる０．１秒以上とすることが望ましい。

本実施の形態では、正弦波１３１がファン１０２の回転数波形の基準となり、幅が広く高さが高い第１ピーク波１４１と、幅が広く高さが少し高い第２ピーク波１４２とが正弦波１３１に合成されている。ファン１０２の風速の移動平均を、自然の風速と同様に正弦波１３１とするか、あるいは、正弦波１３１に近づけるためには、正弦波１３１の１周期に対して、第１ピーク波１４１と第２ピーク波１４２との幅をなるべく短くすることが望ましい。第１ピーク波１４１と第２ピーク波１４２とのいずれかであるピーク波は、１０〜６０秒程度に少なくとも１回あるので、ピーク波の幅は、正弦波１３１の１／４周期未満、より好ましくは１／８周期未満とする。

ユーザが強い風を浴び続けると、ユーザが嫌悪感を抱いたり、ユーザの肌の乾燥が促進されたりする。しかし、ピーク波に相当する風は瞬間的にしか吹かないので、ユーザが強い風を浴び続けることはない。そのため、快適性が向上する。また、ユーザが自然の風にあたっている感覚を得られる。

ただし、ピーク波がピーク値を維持する時間が短すぎると、ピーク波に相当する風をユーザが感じにくくなる。そのため、ピーク波がピーク値を維持する時間は、ピーク波に相当する風をユーザがはっきりと感じることができると考えられる単位時間２つ分以上とすることが望ましい。

仮にピーク波がピーク値を維持する時間を単位時間１つ分のみとすると、メモリに記憶されているテーブルでは、ピーク前の目標回転数を指定するデータと、ピーク後の目標回転数を指定するデータとの間に、ピークの目標回転数を指定するデータが１つだけ格納される。制御部１１８は、ピーク前の目標回転数を指定するデータを読み取ると、ピーク前の目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。次に、制御部１１８は、ピークの目標回転数を指定するデータを読み取り、ピークの目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。しかし、ピーク前の目標回転数とピークの目標回転数との差が大きい場合、ファンモータ１１６が制御に追従できず、ファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達しない可能性がある。ファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達しなくても、次に、制御部１１８は、ピーク後の目標回転数を指定するデータを読み取り、ピーク後の目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。その結果、ファン１０２の回転数がピーク前の目標回転数から、そのままピーク後の目標回転数になり、ピークの風量が得られない可能性がある。ピークの風量が得られない場合、ユーザに届く風はピーク前及びピーク後の相対的に低速の風のみとなる。

一方、ピーク波がピーク値を維持する時間を単位時間２つ分以上とすると、メモリに記憶されているテーブルでは、ピーク前の目標回転数を指定するデータと、ピーク後の目標回転数を指定するデータとの間に、ピークの同じ目標回転数を指定するデータが２つ以上格納される。制御部１１８は、ピーク前の目標回転数を指定するデータを読み取ると、ピーク前の目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。次に、制御部１１８は、ピークの目標回転数を指定する１番目のデータを読み取り、ピークの目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。ファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達しなくても、次に、制御部１１８は、ピークの目標回転数を指定する２番目以降のデータを読み取り、ピークの目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御し続ける。その結果、ファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達し、ピークの風量が確実に得られる。

なお、ピーク波がピーク値を維持する時間を単位時間２つ分以上とする代わりに、０．５秒以上としてもよい。ピーク波がピーク値を維持する時間を０．５秒未満とすると、ファンモータ１１６が制御に追従できず、ピークの風量が得られない可能性がある。一方、ピーク波がピーク値を維持する時間を０．５秒以上とすれば、制御部１１８は、ピークの目標回転数とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を０．５秒以上制御し続ける。その結果、仮にファンモータ１１６が最初は制御に追従できなくても、最終的にはファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達し、ピークの風量が確実に得られる。ピーク波がピーク値を維持する時間を１．０秒以上とすれば、ピークの風量がより確実に得られる。

ピーク波がピーク値を維持する時間を単位時間２つ分以上かつ０．５秒以上とすれば、ピークの風量がなお一層確実に得られる。

ピーク波が１種類しかないと、ユーザがファン１０２からの風に慣れてしまって、快適性が失われる可能性がある。しかし、ピーク波が２種類以上あると、ユーザがたまにやってくる強い風に慣れることがなく、快適性が持続する。本実施の形態によれば、幅及び高さに差をつけた２種類のピーク波を導入することで、単調さを排除して、自然の風のような快適性を実現することができる。なお、幅のみ又は高さのみに差をつけた２種類のピーク波を正弦波１３１に合成してもよい。また、３種類以上のピーク波を正弦波１３１に合成してもよい。

本実施の形態では、ピーク回転数に到達するまでの時間が短くてピーク回転数が高い第１ピーク波１４１と、ピーク回転数に到達するまでの時間が長くてピーク回転数が低い第２ピーク波１４２とが混在している。その結果として、快適性が向上し、ユーザが自然の風にあたっている感覚を得られることは、実験及びアンケート評価によって確認することができた。

正弦波１３１には、１周期に数回現れる大きなピーク波として、幅が５〜１０秒程度でファン１０２の回転数を２００ｒｐｍ程度増加させる第１ピーク波１４１が加えられている。また、１周期に数回現れる中くらいのピーク波として、幅が１０〜２０秒程度でファン１０２の回転数を１００ｒｐｍ程度増加させる第２ピーク波１４２が加えられている。ピーク波があるとき、ユーザ位置の風速は０．４〜０．８ｍ／ｓ程度瞬間的に増加する。大きな波は２秒程度かけてピーク値に達し、ピーク値又はそれに近い値を１秒程度維持する。中くらいの波は５秒程度かけてピークに達し、ピーク値又はそれに近い値を５秒程度維持する。そのため、大きな波に相当する強い風と、中くらいの波に相当する中くらいの風とをユーザがはっきりと感じることができる。

本実施の形態において、空気調和機１００は、リモートコントローラ１２０により、自然モードにおける風速変化のパターンを複数の選択肢から選択する機能を具備していてもよい。この場合、パターン間で、ファン１０２の回転数波形の基準となる正弦波１３１が異なっていてもよいし、正弦波１３１に合成されるピーク波が異なっていてもよいし、正弦波１３１とピーク波との両方が異なっていてもよい。あるいは、正弦波１３１のどの時点にピーク波を合成するかが異なっていてもよい。制御部１１８は、リモートコントローラ１２０により選択されたパターンを示す情報を通信部１１７から受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいてファン１０２の回転数を調節する。

空気調和機１００は、センサ１０９を用いてユーザ位置を判断し、ユーザまでの距離に応じて風量を自動的に調整する機能を具備していてもよい。この場合、制御部１１８は、センサ１０９から人体の位置を示す情報を受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいて、空気調和機１００からユーザまでの距離を推定する。制御部１１８は、推定した距離に応じてファン１０２の回転数を調節する。具体的には、制御部１１８は、単位時間ごとに、メモリに記憶されたテーブルからデータを読み取る。制御部１１８は、読み取ったデータで指定されている目標回転数に、推定した距離に応じた係数を乗算する。この係数は、例えば、距離に比例する。制御部１１８は、乗算結果とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。なお、制御部１１８は、距離を推定する代わりに、室内の複数の領域のうちどの領域にユーザがいるか判断してもよい。例えば、室内が奥行き方向に複数（例えば、３〜５）分割されているとする。制御部１１８は、ユーザが奥の領域にいる場合は、ファン１０２の回転数を上方に補正する。制御部１１８は、ユーザが手前の領域にいる場合は、ファン１０２の回転数を下方に補正する。

空気調和機１００は、リモートコントローラ１２０により風量を段階的に設定する機能を具備していてもよい。この場合、ファン１０２の平均回転数は固定ではなく、可変である。制御部１１８は、リモートコントローラ１２０により設定された風量を示す情報を通信部１１７から受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいてファン１０２の回転数を調節する。具体的には、制御部１１８は、単位時間ごとに、メモリに記憶されたテーブルからデータを読み取る。制御部１１８は、読み取ったデータで指定されている目標回転数に、設定された風量のレベルに応じた係数を乗算する。制御部１１８は、乗算結果とファン１０２の回転数とが一致するように、ファンモータ１１６を制御する。その結果、空気調和機１００の前方３ｍの位置で測定される風速が変化する。また、風速が０．２ｍ／ｓ前後になる位置が変化する。なお、風の強弱は変わるが、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えられる点は変わらない。

空気調和機１００は、リモートコントローラ１２０により、ファン１０２から自然の風と同じような風を送る自然モードのオン／オフを設定する機能を具備していてもよい。この場合、制御部１１８は、自然モードのオン／オフを示す情報を通信部１１７から受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいてファン１０２の回転数を調節する。自然モードと通常モードとにおける空気調和機１００の運転音の差が大きいと、ユーザに違和感を与えてしまう。そのため、正弦波１３１の１周期におけるファン１０２の回転数の変動幅は、通常モードにおいて風量が最大に設定された場合と風量が２番目に大きく設定された場合との回転数の差以下とすることが望ましい。

空気調和機１００は、リモートコントローラ１２０により、上下風向板１０７を自動的に揺動させる揺動モードのオン／オフを設定する機能を具備していてもよい。この場合、制御部１１８は、揺動モードのオン／オフを示す情報を通信部１１７から受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいて上下風向板１０７の揺動を開始又は停止する。具体的には、揺動モードがオンで自然モードがオフのときに、制御部１１８は、上下風向板１０７を揺動させる。つまり、制御部１１８は、上下風向板１０７の角度を連続的に変化させる。一方、揺動モードがオンで自然モードがオンか、あるいは、揺動モードがオフのときには、制御部１１８は、上下風向板１０７を揺動させない。つまり、制御部１１８は、上下風向板１０７の角度を固定する。制御部１１８がファン１０２の風量を連続的に変化させている間に、上下風向板１０７が揺動すると、ユーザ位置における風速の変化が意図したものとは異なることになる。そのため、制御部１１８は、自然モードがオンの場合、揺動モードのオン／オフに関わらず、上下風向板１０７の角度を固定する。

制御部１１８は、自然モードがオンの場合、左側の上下風向板１０７ａの角度と右側の上下風向板１０７ｂの角度とを互いに異なる角度で固定してもよい。左側の上下風向板１０７ａと右側の上下風向板１０７ｂとの角度をずらすことで、風速変化の位相が異なる２種類の風をユーザに届けることができる。２種類の風が混ざると、風の単調さがますます失われ、風の自然らしさが増す。また、左側の上下風向板１０７ａと右側の上下風向板１０７ｂとの角度をずらすことで、室内の壁面及び床面で風が到達する範囲が拡がる。風が広い範囲に到達すると、壁面及び床面で跳ね返る風が増え、より多くの風がユーザに届く。そのため、快適性が向上する。

制御部１１８は、自然モードがオンの場合、ファン１０２からの風が、センサ１０９により検知された人体の位置に向かうように、上下風向板１０７の角度と左右風向板１０８の角度とを制御してもよい。この場合、制御部１１８は、センサ１０９から人体の位置を示す情報を受信する。制御部１１８は、受信した情報に基づいて、室内の複数の領域のうちどの領域にユーザがいるか判断する。例えば、室内が横方向及び奥行き方向に複数（例えば、（３×３）〜（５×５））分割されているとする。制御部１１８は、判断した領域に向けて上下風向板１０７の角度と左右風向板１０８の角度とを調節する。

以上説明したように、本実施の形態において、制御部１１８は、ファン１０２の風速が、複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、ファンモータ１１６を制御する。上記複数のパターンには、正弦波状の波形パターン（例えば、図５の正弦波１３１）と、上記波形パターンの周期（例えば、１２０秒）ごとに上記波形パターンの１／４周期未満の幅（例えば、５〜２０秒程度）をもち上記波形パターンの振幅（例えば、１００ｒｐｍ）以上の高さ（例えば、１００ｒｐｍ又は２００ｒｐｍ程度）をもつ山状の変動パターン（例えば、図６の第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２）とが含まれる。そのため、ファン１０２から少なくとも前述した（特徴１）〜（特徴３）の特徴をもつ風を送ることができ、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えることができる。

上記変動パターンとしては、高さと上記波形パターンの１周期における発生時期とが互いに異なる２種類の変動パターン（例えば、図６の第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２）が含まれる。そのため、ユーザがたまにやってくる強い風に慣れることがなく、快適性が持続する。

上記２種類の変動パターンのうち高さが高い方の変動パターン（例えば、図６の第１ピーク波１４１）は、高さが低い方の変動パターン（例えば、図６の第２ピーク波１４２）よりも短時間で最大値に到達するパターンである。そのため、自然の風のような快適性を実現することができる。

上記変動パターンは、最大値を一定期間（例えば、１秒又は５秒程度）維持するパターンである。そのため、たまにやってくる強い風をユーザがはっきりと感じることができ、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えやすくなる。

制御部１１８は、上記合成パターンに応じて所定の単位時間（例えば、０．５秒）ごとのファン１０２の目標回転数を定めた制御パターン情報（例えば、テーブル）を予めメモリに記憶し、上記制御パターン情報に基づいて、上記単位時間ごとにファンモータ１１６を制御する。

上記変動パターンは、最大値を上記単位時間２つ分以上（例えば、１．０秒）維持するパターンである。そのため、仮にファンモータ１１６が最初は制御に追従できなくても、最終的にはファン１０２の回転数がピークの目標回転数に達し、ピークの風量が確実に得られる。

上記波形パターンは、１周期における最大値と最小値との差（例えば、２００ｒｐｍ）が１周期における平均値（例えば、８００ｒｐｍ）より小さいパターンである。

制御部１１８は、ファン１０２の風速が上記合成パターンで経時変化するようにファンモータ１１６を制御する動作（例えば、前述した自然モード）を開始する際に、上下風向板１０７が揺動している場合、上下風向板１０７の揺動を停止させてもよい。

本実施の形態は、空気調和機１００に限らず、扇風機等、他の送風機にも適用可能である。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態に係る空気調和機１００の構成は、図１〜図４に示した実施の形態１のものと同様である。

本実施の形態において、制御部１１８は、空気調和機１００の冷房運転時又は送風運転時に、ファン１０２から前述した（特徴１）〜（特徴４）全ての特徴をもつ風を送るために、ファン１０２の回転数を連続的に変化させる。

本実施の形態においても、制御部１１８は、実施の形態１と同様に、図５に示した正弦波１３１がファン１０２の回転数波形の基準となるように、ファンモータ１１６を制御する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様に、正弦波１３１の１周期におけるファン１０２の回転数の変動幅が小さい。そのため、後述するように、幅が狭く高さが低い波成分を、正弦波１３１の１周期における多数の時点に合成することができる。

図７は、ファン１０２の回転数波形を示すグラフである。

図７に示すように、制御部１１８は、実施の形態１と同様に、幅が５〜１０秒程度で高さ（即ち、ピーク値）が２００ｒｐｍ程度の第１ピーク波１４１と、幅が１０〜２０秒程度で高さ（即ち、ピーク値）が１００ｒｐｍ程度の第２ピーク波１４２とが正弦波１３１に合成されるように、ファンモータ１１６を制御する。第１ピーク波１４１は、正弦波１３１の１周期における約３０秒、約７０秒、約１１０秒の時点に合成されている。第２ピーク波１４２は、正弦波１３１の１周期における約６０秒、約９０秒の時点に合成されている。

前述したように、自然の風速波形では、幅が狭く高さが低い波が頻繁にある。この波は、高さが毎回同程度である。図７に示すように、制御部１１８は、高さが２０〜３０ｒｐｍ程度で正側に凸な第１ランダム波１５１と、高さが２０〜３０ｒｐｍ程度で負側に凸な第２ランダム波１５２とが正弦波１３１に合成されるように、ファンモータ１１６を制御する。第１ランダム波１５１は、合計の幅が正弦波１３１の１周期の１０％以上５０％未満となるように正弦波１３１に多数合成されている。第２ランダム波１５２も、合計の幅が正弦波１３１の１周期の１０％以上５０％未満となるように正弦波１３１に多数合成されている。ピーク波の効果を損なわないように、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２はピーク波がないタイミングで現れることが望ましい。また、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２は、正弦波１３１の１周期において同数現れることが望ましい。

第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さが正弦波１３１の振幅以上であると、風速の変化が激しくなり、自然の風にあたっている感覚をユーザが得にくい。本実施の形態では、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さが２０〜３０ｒｐｍ程度であり、正弦波１３１の振幅（即ち、ファン１０２の回転数の変動幅／２）が１００ｒｐｍである。つまり、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さが正弦波１３１の振幅未満である。そのため、自然の風のように細かく微妙な風速変化がファン１０２からの風に与えられて、快適性が向上する。

第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さが４０ｒｐｍを超えると、ユーザが風速の変化を頻繁に強く感じてしまう可能性がある。よって、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さは、好ましくは４０ｒｐｍ以下とする。ただし、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さが低すぎると、逆に第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の効果がなくなってしまう。そのため、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の高さは２０ｒｐｍ以上とすることが望ましい。

制御部１１８は、実施の形態１と同様に、内蔵するメモリに、ファン１０２の目標回転数を指定するテーブルを予め記憶している。制御部１１８は、テーブルを基に、ファンモータ１１６に指令電圧を与えてファン１０２の回転数を連続的に変化させる。

前述したように、テーブルには、単位時間ごとに、ファン１０２の目標回転数を指定するデータが格納される。単位時間は、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の幅を短くできる１．０秒以下とすることが望ましい。例えば、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の幅を単位時間１つ分とすれば、第１ランダム波１５１及び第２ランダム波１５２の幅が１．０秒以下となり、ファン１０２からの風に細かい風速変化を与えることができる。

本実施の形態によれば、ユーザが感じるか感じないか程度の微小な風速変化をファン１０２からの風に与えることができる。その結果、風が単調になることを回避できる。また、微小な風速変化が頻繁に入ることで、ファン１０２の加速時や減速時の騒音を低減できる。

図８は、図７の一部を拡大したグラフである。

図８に示すように、第１ピーク波１４１は、基準となる正弦波１３１から、２段階以上の値の上昇を経て最大値（即ち、ピーク値）に到達する。

仮にピーク波が１段階のみの値の上昇を経て最大値に到達すると、ファン１０２の加速音が大きくなり、快適性が損なわれる。例えば、ファン１０２の回転数を１秒間に１３０ｒｐｍ以上１段階で上昇させると、耳障りな音が発生する。また、風速が一気に上がってすぐに下がると、ユーザが風速の変化を感じにくいため、ピーク波の効果が得られないおそれがある。

一方、ピーク波が２段階以上の値の上昇を経て最大値に到達すると、ファン１０２の加速度が低減され、耳障りな音の発生を抑制できる。また、ユーザが風速の変化を感じやすいため、ピーク波の効果が確実に得られる。

１段階目の上昇と２段階目の上昇との間で風速が一瞬下がってもよいし、変化しなくてもよい。２段階目以降の上昇についても同様である。各段階の上昇にかかる時間は短くてよく、１０秒以下、より好ましくは５秒以下とする。また、各段階の上昇にかかる時間を単位時間２つ分以上、あるいは、０．５秒以上とすれば、各段階の風速の変化をユーザがはっきりと感じることができると考えられる。

以上説明したように、本実施の形態において、制御部１１８は、実施の形態１と同様に、ファン１０２の風速が、複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、ファンモータ１１６を制御する。上記複数のパターンには、正弦波状の波形パターン（例えば、図５の正弦波１３１）と山状の変動パターン（例えば、図７の第１ピーク波１４１及び第２ピーク波１４２）とに加え、上記波形パターンの周期（例えば、１２０秒）ごとに上記波形パターンの振幅（例えば、１００ｒｐｍ）未満の高さ（例えば、２０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍ）をもち上記波形パターンの１周期における発生時期が上記変動パターンと異なる山状の第１付加パターン（例えば、図７の第１ランダム波１５１）が含まれる。また、上記波形パターンの周期ごとに上記波形パターンの振幅未満の高さをもち上記波形パターンの１周期における発生時期が上記変動パターン及び上記第１付加パターンと異なる谷状の第２付加パターン（例えば、図７の第２ランダム波１５２）が含まれる。そのため、ファン１０２から前述した（特徴１）〜（特徴４）の特徴をもつ風を送ることができ、自然の風にあたっている感覚をユーザに与えることができる。

上記変動パターンは、２段階以上の値の上昇を経て最大値に到達するパターンである。そのため、ファン１０２の加速音を低減できる。また、ユーザが風速の変化を感じやすいため、上記変動パターンの効果が確実に得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

前述したように、本発明の実施の形態に係る送風機は、
送風するファンと、
前記ファンを駆動するファンモータと、
前記ファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、前記波形パターンの周期ごとに前記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち前記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、前記ファンモータを制御する制御部とを備える。

前記複数のパターンには、前記変動パターンとして、高さと前記波形パターンの１周期における発生時期とが互いに異なる２種類の変動パターンが含まれる。

前記２種類の変動パターンのうち高さが高い方の変動パターンは、高さが低い方の変動パターンよりも短時間で最大値に到達するパターンである。

前記変動パターンは、２段階以上の値の上昇を経て最大値に到達するパターンである。

前記変動パターンは、最大値を一定期間維持するパターンである。

前記複数のパターンには、さらに、前記波形パターンの周期ごとに前記波形パターンの振幅未満の高さをもち前記波形パターンの１周期における発生時期が前記変動パターンと異なる山状の第１付加パターンと、前記波形パターンの周期ごとに前記波形パターンの振幅未満の高さをもち前記波形パターンの１周期における発生時期が前記変動パターン及び前記第１付加パターンと異なる谷状の第２付加パターンとが含まれる。

前記複数のパターンには、前記第１付加パターンと前記第２付加パターンとが同数含まれる。

前記制御部は、前記合成パターンに応じて所定の単位時間ごとの前記ファンの目標回転数を定めた制御パターン情報を予めメモリに記憶し、前記制御パターン情報に基づいて、前記単位時間ごとに前記ファンモータを制御する。

前記変動パターンは、最大値を前記単位時間２つ分以上維持するパターンである。

前記単位時間は、０．１秒以上１．０秒以下である。

前記波形パターンは、１周期における最大値と最小値との差が１周期における平均値より小さいパターンである。

前記送風機は、
揺動自在に設けられ、前記ファンからの風の上下方向の向きを調節する上下風向板を備え、
前記制御部は、前記ファンの風速が前記合成パターンで経時変化するように前記ファンモータを制御する動作を開始する際に、前記上下風向板が揺動している場合、前記上下風向板の揺動を停止させる。

前記上下風向板は、左側の上下風向板と右側の上下風向板とに分割され、
前記制御部は、前記動作を行う場合、前記左側の上下風向板の角度と前記右側の上下風向板の角度とを互いに異なる角度で固定する。

前記送風機は、
前記ファンからの風の左右方向の向きを調節する左右風向板と、
人体が存在する位置を検知するセンサとを備え、
前記制御部は、前記動作を行う場合、前記ファンからの風が、前記センサにより検知された位置に向かうように、前記上下風向板の角度と前記左右風向板の角度とを制御する。

また、本発明の実施の形態に係る制御方法は、
ファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、前記波形パターンの周期ごとに前記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち前記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、前記ファンを駆動するファンモータを制御する、というものである。

１００ 空気調和機、１０１ 本体、１０２ ファン、１０３ プレフィルタ、１０４ 前面パネル、１０５ａ 第１熱交換器、１０５ｂ 第２熱交換器、１０５ｃ 第３熱交換器、１０５ｄ 第４熱交換器、１０６ ドレンパン、１０７，１０７ａ，１０７ｂ 上下風向板、１０８，１０８ａ，１０８ｂ 左右風向板、１０９ センサ、１１０ 吸い込み口、１１１ 吹き出し口、１１２ａ，１１２ｂ，１１４ａ，１１４ｂ リンク棒、１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂ ステッピングモータ、１１６ ファンモータ、１１７ 通信部、１１８ 制御部、１２０ リモートコントローラ、１３１ 正弦波、１４１ 第１ピーク波、１４２ 第２ピーク波、１５１ 第１ランダム波、１５２ 第２ランダム波。

Claims (10)

1. ユーザに風を送るために使用される送風機であって、
   送風するファンと、
   前記ファンを駆動するファンモータと、
   前記ファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、正弦波を構成することなく前記波形パターンの周期ごとに不連続に発生し前記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち前記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、前記ファンモータを制御する制御部と
   を備えることを特徴とする送風機。
2. 前記複数のパターンには、前記変動パターンとして、高さと前記波形パターンの１周期における発生時期とが互いに異なる２種類の変動パターンが含まれることを特徴とする請求項１の送風機。
3. 前記２種類の変動パターンのうち高さが高い方の変動パターンは、高さが低い方の変動パターンよりも短時間で最大値に到達するパターンであることを特徴とする請求項２の送風機。
4. 前記変動パターンは、２段階以上の値の上昇を経て最大値に到達するパターンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかの送風機。
5. 前記変動パターンは、最大値を一定期間維持するパターンであることを特徴とする請求項１から４のいずれかの送風機。
6. 前記制御部は、前記合成パターンに応じて所定の単位時間ごとの前記ファンの目標回転数を定めた制御パターン情報を予めメモリに記憶し、前記制御パターン情報に基づいて、前記単位時間ごとに前記ファンモータを制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかの送風機。
7. 前記変動パターンは、最大値を前記単位時間２つ分以上維持するパターンであることを特徴とする請求項６の送風機。
8. 前記単位時間は、０．１秒以上１．０秒以下であることを特徴とする請求項６又は７の送風機。
9. 前記波形パターンは、１周期における最大値と最小値との差が１周期における平均値より小さいパターンであることを特徴とする請求項１から８のいずれかの送風機。
10. ユーザに風を送るために使用される送風機のファンの風速が、正弦波状の波形パターンと、正弦波を構成することなく前記波形パターンの周期ごとに不連続に発生し前記波形パターンの１／４周期未満の幅をもち前記波形パターンの振幅以上の高さをもつ山状の変動パターンとを含む複数のパターンを合わせた合成パターンで経時変化するように、前記ファンを駆動するファンモータを制御することを特徴とする制御方法。

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