JP6299316B2 - ファン装置およびファン装置を用いた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、ファンの重心が偏心したことを検出するファン装置およびそのファン装置を用いた空気調和機に関する。

従来のファン装置は、ファンをファンモータにより回転させることで、流体を所定の方向へ送り出すことができる。この種のファン装置では、ファンの一部に異物が付着したり、ファンが欠損あるいは変形したりすると、ファンの重心が偏心し、ファンの回転に異常を引き起こす。このため、ファンモータは、この状態でファンを回転し続けると、振動が発生して、ファンの羽根が折れたり、またはファンモータ自体やファンモータの取付け台が破損するなどの虞があった。

そこで、特許文献１では、ファンモータに対してコントローラからの回転指令に基づく要求回転数よりも実回転数の方が所定回転数以下であって、その状態が設定時間以上続く場合をファンモータの回転異常として検知している。また、特許文献２では、駆動電流値の変化によってファンモータの異常を検知している。

特開２０１０−２７３５１３号公報 特開平１１−２４８３００号公報

このように、上記特許文献１や特許文献２では、ファンモータの回転異常をファンモータの回転数やモータの駆動電流を監視することで検知している。しかしながら、ファンに異物が付着したり、ファンの一部が欠損、あるいは変形することによりファンの重心が偏心し、ファンが１回転する間に回転ムラが生じる。このため、特許文献１や特許文献２のようにファンモータの回転数や駆動電流を監視していても、ファンの重心が偏心し１回転する間に発生する回転ムラを検出することができないという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ファンモータにより回転中のファンの重心が偏心したことを検出した時に、モータの回転を停止させる。これにより、ファンの重心が偏心し、ファンモータが１回転する間に発生する回転ムラによる振動でファンやファンモータの破損を未然に防止できるファン装置およびそのファン装置を用いた空気調和機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明にかかるファン装置は、ファンを回転させるモータと、前記モータが１回転中において所定の機械角毎に回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から出力される位置検出信号に基づいて、前記位置検出信号が出力される時間間隔である区間時間を算出する区間時間算出手段と、前記区間時間算出手段で算出した区間時間で１回転中の最大区間時間に対応する最大区間と最小区間時間に対応する最小区間とのそれぞれが所定の時間または所定の回転回数継続して同じ区間か否か監視する監視手段と、前記区間時間算出手段で算出した区間時間で１回転中の最大区間時間と最小区間時間との区間時間差が所定値以上になるとともに、前記監視手段により監視される該最大区間時間に対応する最大区間と該最小区間時間に対応する最小区間とのそれぞれが前記所定の時間または前記所定の回転回数継続して常に同じ区間であると前記モータを停止するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる空気調和機は、上記ファン装置を用いたことを特徴とする。

本発明のファン装置によれば、回転中のファンに異物が付着したり、ファンの欠損や変形によってファンの重心が偏心すると、これを検出してモータを停止することでファン装置の破損が防止できるという効果を奏する。

本発明の空気調和機によれば、室外機の室外熱交換器用のファンの重心が偏心すると、これを検出してファンモータを停止させることで、室外機の破損が防止できるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るファン装置の外観図である。 図２は、図１のファン装置の機能ブロック図である。 図３は、ファン装置のファンの重心が偏心したと判定されない状態でのモータの区間時間差を示す図である。 図４は、ファン装置のファンの重心が偏心したと判定される状態でのモータの区間時間差を示す図である。 図５は、ファン装置を用いた空気調和機の動作を説明するフローチャートである。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の室外機の外観図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかるファン装置およびそれを用いた空気調和機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るファン装置の外観図である。第１の実施形態にかかるファン装置１００は、図１に示すように、ここでは送風機用のファンとしてのプロペラファンであるファン１４と、ファン１４を回転駆動させるファンモータ１２と、ファンモータ１２を制御する制御部１０（図２参照）とを備えている。ファン１４は、同一形状の３枚の羽根で構成され、その重心が回転軸と一致しているため、回転中に回転ムラによる振動を発生させずに送風を行なうことができる。しかし、ファン１４の羽根の一部に着霜などの異物が付着したり、ファンの一部が欠損、あるいは変形したりすることでファン１４の重心が偏心すると、１回転する間に回転ムラが生じ、回転中に振動が発生するようになる。この振動が軽微なうちは良いが、大きい振動が継続するとファン１４の羽根が折れたり、またはモータ１２自体やファンモータ１２を取付けている台などが破損したりすることがある。

図２は、図１のファン装置の機能ブロック図である。第１の実施形態に係るファン装置１００は、図２に示すように、制御手段としての制御部１０によってファンモータ１２の回転制御を行うことでファン１４を回転させている。ファンモータ１２は、ここではブラシレスＤＣモータからなるモータ１２ａと、モータ１２ａに対して駆動電圧を印加することでモータ１２ａを回転駆動させる駆動回路１２ｂと、モータ１２ａのロータの回転位置を検出する位置検出手段としての位置検出回路１２ｃとを備えている。位置検出回路１２ｃは、例えばファンモータ１２に内蔵されたホール素子を用いることができ、既存の構成を利用しての本発明の実施が可能である。また、制御部１０は、モータ１２ａが１回転中において所定の機械角毎に回転位置を検出する位置検出回路１２ｃから出力される位置検出信号に基づいて、前記位置検出信号が出力される時間間隔である区間時間を算出する区間時間算出部１０ａと、算出した各区間時間を記憶し、記憶した各区間時間の中で最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との差を演算する区間時間差演算部１０ｂと、算出された区間時間差が所定値以上になるとファン１４の重心が偏心したと判定を行う偏心判定部１０ｃと、偏心判定部１０ｃによりファン１４の重心が偏心したと判定されるまでは通常のモータの駆動制御を行うが、ファン１４の重心が偏心したと判定されるとモータを停止させる制御を行うモータ制御部１０ｄとを備えている。

図３は、ファン装置のファン１４の重心が偏心したと判定されない状態でのモータの区間時間差を示す図であり、横軸はファンモータ１２の１回転の機械角３６０°を３０°毎に分割した区間を表し、縦軸は区間時間を表している。ここではモータ１２ａの極数が４極として１回転を１２区間に等分したが、モータ１２ａの極数に応じて区間数は変わる。モータ１２ａの回転中に位置検出回路１２ｃから出力される位置検出信号は、区間時間算出部１０ａによって区間毎に要する区間時間を算出し、図３に示すように、最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との区間時間差ｄ１（ＭＡＸ−ＭＩＮ）を区間時間差演算部１０ｂで演算する。偏心判定部１０ｃは、予め定めておいた所定値Ｓｖと区間時間差ｄ１とを比較し、Ｓｖ＞ｄ１であればファン１４の重心が偏心したと判定しない。このため、モータ制御部１０ｄは、通常のモータ駆動制御を継続する。

図４は、ファン装置のファン１４の重心が偏心したと判定される状態でのモータの区間時間差を示す図である。図３と図４の区間時間の変動幅の差が生じる理由は、ファン１４に異物が付着したり、ファンの一部が欠損、あるいは変形したりすることでファン１４の重心が偏心するためである。ファン１４の重心が偏心すると、モータ１２ａが１回転する間に回転ムラが生じ、区間時間の最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との区間時間の差が大きくなる。特に、ファン１４の偏心の度合いが大きくなるに従って区間時間差も大きくなる傾向にある。このため、図２に示す区間時間差演算部１０ｂが図４に示す区間時間差ｄ２を算出すると、偏心判定部１０ｃは、所定値Ｓｖと区間時間差ｄ２とを比較し、Ｓｖ≦ｄ２になるとファン１４の重心が偏心したと判定する。この場合、モータ制御部１０ｄは、モータ１２ａを停止するように駆動回路１２ｂを制御する。なお、所定値Ｓｖは、個々のファン１４のサイズや形状、材質、あるいはファン１４の回転速度などに応じて、許容できない振動が生じるか否かを判断する基準となるため、固定の値ではなく、状況に応じて適宜設定するとよい。また、誤判定を防止するために、区間時間差が所定値Ｓｖ以上である状態が、所定の回転回数または所定の時間を継続した時にファン１４の重心が偏心したと判定してもよい。

図５は、ファン装置を用いた空気調和機の動作を説明するフローチャートである。第１の実施形態にかかるファン装置の動作は、図５のステップＳ２〜ステップＳ８の間の動作となる。ファンモータ１２のモータ１２ａによりファン１４の回転を開始すると、図５に示すように、モータ１２ａが１回転中において所定の機械角毎に回転位置を検出する位置検出回路１２ｃから出力される位置検出信号に基づいて、位置検出信号が出力される時間間隔である区間時間を区間時間算出部１０ａで１回転中全ての区間の算出が行われる（ステップＳ２）。

続いて、区間時間差演算部１０ｂは、区間時間の最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との区間時間の差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）を算出する処理を行い（ステップＳ３）、算出された区間時間差が所定値Ｓｖ以上か否かを偏心判定部１０ｃで判定する（ステップＳ４）。区間時間差が所定値Ｓｖ未満であれば（ステップＳ４でＮｏ）、区間時間差が所定値Ｓｖ以上の状態での回転回数Ｎをクリアにして（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４において、区間時間差が所定値Ｓｖ以上であった場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、区間時間差が所定値Ｓｖ以上の状態での回転回数Ｎをインクリメント、即ち、前回までの回転回数Ｎに１を加算して（ステップＳ６）、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、区間時間差が所定値Ｓｖ以上である状態での回転回数Ｎが所定の回転回数Ｒｓに達したか否かを偏心判定部１０ｃで判定する。回転回数Ｎが所定の回転回数Ｒｓに達していない場合は（ステップＳ７でＮｏ）、ステップＳ２に戻る。所定値Ｓｖ以上の区間時間差が所定の回転回数Ｒｓに達した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、偏心判定部１０ｃは、ファン１４の重心が偏心したと判定し、モータ制御部１０ｄを介してファンモータ１２を停止させる（ステップＳ８）。

なお、上記のファン１４の重心が偏心した判定は、誤判定を防止するために、回転回数Ｎが所定の回転回数Ｒｓに達したか否かでファン１４の重心が偏心したか判定しているが、回転回数でなく区間時間差が所定値Ｓｖ以上である状態が所定時間以上継続したかで判定してもよい。

また、上記のファン１４の重心が偏心した判定は、区間時間差が所定値Ｓｖ以上である状態が所定の回転回数、あるいは所定時間継続したか否かで判定しているが、更に、判定の精度を上げるために区間時間差を算出する最大区間と最小区間が常にそれぞれ同じ区間か否か監視し、同じ区間であれば、風などの気流による回転ムラでなく、ファン１４の重心が偏心したと判断してもよい。

このように、第１の実施形態にかかるファン装置１００は、回転中のファンに異物が付着したり、ファンの一部の欠損や変形したりしてファンの重心が偏心して回転ムラを起こし、振動が発生する状況の中で、ファンモータ１２の破損につながる振動が生じる虞がある場合、モータ１２ａの回転の区間時間差に基づいてこれを直ちに検知してファンモータ１２を停止させるので、ファンモータ１２やその取付け台等の破損を未然に防ぐことができる。また、ハードウェア構成は、既存のものがそのまま利用できるため、コスト増加を招くことなく実現できるという利点がある。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の室外機の外観図であり、図７は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の概略構成を示すブロック図である。上記第１の実施形態のファン装置を用いた第２の実施形態にかかる空気調和機２０は、図７に示すように、室外機３０と、室内機４０と、空気調和機２０の運転を操作するリモコン５０とを備えている。

リモコン５０は、ユーザが空気調和機の運転開始・停止や運転モードの切り換え、温度設定などの操作を行うものである。室内機４０内には、室内熱交換器４２および室内ファン４２ａが組み込まれている。室内ファン４２ａは、ここではクロスフローファンが用いられ、これが回転することによって気流を生成する。室内機４０には、室内ファン４２ａの働きにより室内空気が吸い込まれ、吸い込まれた室内空気は室内熱交換器４２を通過することで冷媒と熱交換され、冷気または暖気が生成される。この室内熱交換器４２を通り抜けた後の冷気または暖気の気流は、不図示の吹出口から室内に吹き出される。

室外機３０は、図７に示すように、四方弁３４、圧縮機３２、室外熱交換器３６、および膨張弁３８、などが組み込まれ、四方弁３４、圧縮機３２、室外熱交換器３６、膨張弁３８、および室内熱交換器４２が冷媒管６０で順次接続され冷凍サイクル３９を構成している。冷媒管６０の中を流れる冷媒は、圧縮機３２によって圧縮された後、四方弁３４の切り換えによって室外熱交換器３６あるいは、室内熱交換器４２に流入し冷媒と熱交換を行うことで、空気調和機２０を冷房運転あるいは暖房運転することができる。

図７に示す空気調和機２０に用いられるファン装置は、室外機３０の室外熱交換器３６に送風を行なうファン１４と、ファン１４を回転するファンモータ１２と、ファンモータ１２を制御する制御部１０とで構成され、図６に示す空気調和機の室外機３０内に配置されている。制御部１０は、ここでは室外機３０全体を制御する手段としての駆動制御装置１８の一部を構成しているが、駆動制御装置１８とは別に設けても良い。そして、駆動制御装置１８には、室外熱交換器３６が着霜したことを検知する着霜検知手段としての室外熱交換器温度センサ１５および外気温度センサ１６がそれぞれ接続されている。

まず、空気調和機２０が暖房運転に設定されると、図７に示すように、四方弁３４が実線で接続されるように切り換えられ、圧縮機３２によって生成された高温高圧の冷媒が圧縮機３２の吐出管３２ａから室内熱交換器４２に供給される。冷媒は、室内熱交換器４２、膨張弁３８および室外熱交換器３６を順番に流通する。室内熱交換器４２では、冷媒の熱エネルギーが周囲の空気に放出され、暖気が生成される。暖気は、室内ファン４２ａの働きで室内空間に吹き出される。冷媒は、膨張弁３８で低圧まで減圧され、室外熱交換器３６において室外の空気から吸熱する。その後、冷媒は、四方弁３４を介して圧縮機３２の吸入管３２ｂから圧縮機３２に戻される。この暖房運転中に外気の温度が下がると室外熱交換器３６に霜が付きやすくなり、霜が付くと熱交換効率（暖房効率）が著しく低下するため除霜する必要がある。このような条件下では、室外熱交換器３６に送風するファン１４にも着霜の可能性があるため、着霜によりファン１４の重心が偏心し、振動が発生した場合はこれを検出して振動の発生を防止する必要がある。

そこで、第２の実施形態にかかる空気調和機２０の動作を図５のフローチャートで説明する。なお、ステップＳ１からステップＳ８までは、第１の実施形態の説明と同じため省絡し、ステップＳ９から説明する。

ここで、図７に示す室外機３０の駆動制御装置１８は、現在の運転モードが暖房運転中か否かを判定し（ステップＳ９）、暖房運転中であれば（ステップＳ９でＹｅｓ）、室外機３０のファン１４の重心が着霜により偏心した可能性があるため、着霜する可能性があるか否かを検知する（ステップＳ１０）。例えば、駆動制御装置１８は、通常の除霜運転を開始する条件として、暖房運転時間が３０分経過したのち、室外熱交換器温度センサ１５で検出した冷媒温度が−５℃、外気温度センサ１６で検出した外気温度が０℃以下の低い状態が１０分以上継続した場合に、室外熱交換器３６が着霜したと判断し、除霜運転を開始するが、ここでは、除霜運転の開始する条件を満たす前にファン１４の重心が偏心したと判定されファンモータ１２が停止するが、このファンモータ１２の停止が、着霜によるものの可能性があるため、除霜運転を開始する条件を緩和して、室外熱交換器温度センサ１５で検出した冷媒温度が０℃以下、外気温度センサ１６で検出した外気温度が０℃以下の場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）、駆動制御装置１８は、除霜運転を開始する（ステップＳ１１）。なお、上記した除霜運転開始条件やファン１４に着霜している可能性があると判断する条件は、一例を示したに過ぎず、種々の条件が採用可能である。

除霜運転は、冷凍サイクル３９を暖房運転から冷房運転に切換える。つまり、図７に示す四方弁３４を点線の如く切換えることにより、圧縮機３２によって生成された高温高圧の冷媒が圧縮機３２の吐出管３２ａから室外熱交換器３６に供給される。冷媒は、室外熱交換器３６、膨張弁３８および室内熱交換器４２を順番に流通する。室外熱交換器３６では、高温の冷媒によって温められる。冷媒は、膨張弁３８で低圧まで減圧され、室内熱交換器４２において周囲の空気から吸熱する。室内熱交換器４２で吸熱した冷媒は、四方弁３４を介して圧縮機３２の吸入管３２ｂから圧縮機３２に戻される。このように、除霜運転では、暖房運転における冷媒の流れを逆にすることで、高温の冷媒によって室外交換器３６を温め、室外熱交換器３６およびファン１４に着霜した霜を溶かすようにする。

また、ステップＳ９で暖房運転中でない場合（ステップＳ９でＮｏ）、あるいは、ステップＳ１０で着霜条件を満たさない場合（ステップＳ１０でＮｏ）は、着霜以外の原因でファン１４の重心が偏心になっていると考えられる。このため、駆動制御装置１８は、空気調和機２０の運転を停止させる（ステップＳ１２）。

以上説明したように、第２の実施形態にかかる空気調和機２０によれば、エアコン運転開始後に、ファン装置の回転中のファン１４の重心が偏心したか否かを１回転中の区間時間差に基づいてファン１４の重心が偏心していると判定し、その状態が所定の間継続した場合は、ファンモータ１２を停止させることで、振動の発生によるファン装置の破損を未然に防止することができる。

また、第２の実施形態にかかる空気調和機２０によれば、ファンモータ１２の停止後に、暖房運転中で着霜する可能のある環境下で上記ファン１４の重心が偏心した場合は、その偏心の原因が着霜によるものと考えられるため、除霜運転を開始してファン１４の着霜を溶かすことでファン１４の重心の偏心を解消することができる。

１０ 制御部
１０ａ 区間時間算出部
１０ｂ 区間時間差演算部
１０ｃ 偏心判定部
１０ｄ モータ制御部
１２ ファンモータ
１２ａ モータ（ブラシレスＤＣモータ）
１２ｂ 駆動回路
１２ｃ 位置検出回路
１４ ファン（プロペラファン）
１５ 室外熱交換器温度センサ
１６ 外気温度センサ
２０ 空気調和機
３０ 室外機
３２ 圧縮機
３２ａ 吐出管
３２ｂ 吸入管
３４ 四方弁
３６ 室外熱交換器
３６ａ 室外ファン
３８ 膨張弁
３９ 冷凍サイクル
４０ 室内機
４２ 室内熱交換器
４２ａ 室内ファン
５０ リモコン
６０ 冷媒管

Claims (2)

1. ファンを回転させるモータと、
   前記モータが１回転中において所定の機械角毎に回転位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段から出力される位置検出信号に基づいて、前記位置検出信号が出力される時間間隔である区間時間を算出する区間時間算出手段と、
   前記区間時間算出手段で算出した区間時間で１回転中の最大区間時間に対応する最大区間と最小区間時間に対応する最小区間とのそれぞれが所定の時間または所定の回転回数継続して同じ区間か否か監視する監視手段と、
   前記区間時間算出手段で算出した区間時間で１回転中の最大区間時間と最小区間時間との区間時間差が所定値以上になるとともに、前記監視手段により監視される該最大区間時間に対応する最大区間と該最小区間時間に対応する最小区間とのそれぞれが前記所定の時間または前記所定の回転回数継続して常に同じ区間であると前記モータを停止するように制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするファン装置。
2. 請求項１に記載のファン装置を用いたことを特徴とする空気調和機。

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