JP6349102B2 - 空調装置用送風ユニット - Google Patents

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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、ファンの被加熱面積(誘導加熱コイルと対向する部分の面積)が小さく、さらに通風路を確保するためファンと誘導加熱コイルとの間にある程度の距離が設けられているため、ファンに供給される電力量が少なくなるという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、ファンに電力エネルギー供給を効率よく行う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、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)には、回転軸を中心とする円形の溝部(12b、12c)が設けられ、前記溝部(12b、12c)の内部に前記溝部(12b、12c)と非接触に配置された誘導加熱コイル(21、22)と、前記誘導加熱コイル(21、22)に所定周波数の交流電流を供給する交流供給回路(23、24)とを備え、前記誘導加熱コイル(21、22)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いることを特徴としている。
本発明によれば、ファン(12)に設けられた溝部(12b、12c)の内部に誘導加熱コイル(21、22)を配置することで、ファン(12)における誘導加熱コイル(21、22)に対向する面積を大きくすることができる。このため、誘導加熱コイル(21、22)の周囲に発生する磁界によって誘導加熱で加熱されるファン(12)の被加熱面積を大きくすることができる。また、ファン(12)に設けられた溝部(12b、12c)の内部に誘導加熱コイル(21、22)を配置することで、ファン(12)の被加熱部位と誘導加熱コイル(21、22)の距離をできるだけ小さくすることができる。
このように、ファン(12)に設けられた溝部(12b、12c)の内部に誘導加熱コイル(21、22)を配置することで、誘導加熱コイル(21、22)からファン(12)に供給される電力量を大きくすることができる。これにより、ファン(12)で発生するジュール熱を大きくすることができ、ファン(12)を効率よく加熱することができる。
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。 遠心式ファンの底面図である。 送電回路の等価回路を示す図である。 第2実施形態の送風ユニットの構成を示す図である。 第2実施形態の送電回路の等価回路を示す図である。 (a)は誘導加熱コイルの磁界方向が同一方向の磁界分布を示す図であり、(b)は誘導加熱コイルの磁界方向が反対方向の磁界分布を示す図である。 第3実施形態の送風ユニットの構成を示す図である。 第3実施形態の送電回路の等価回路を示す図である。 第4実施形態の送風ユニットの構成を示す図である。 第5実施形態の送受電システムの構成を示す図である。 送風ユニットの変形例の構成を示す図である。 送風ユニットの変形例の構成を示す図である。 図13の送電回路の等価回路を示す図である。
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、電源回路21、共振回路22、第1コイル23、第2コイル24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。
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。
図1、図3に示すように、遠心式ファン12の底面(吸気口側と反対側の面、図1における下側に位置する面)には、所定の深さを有する溝部12b、12cが形成されている。溝部12b、12cは、遠心式ファン12の回転軸を中心とした円形となっている。本実施形態では、大きさが異なる2つの溝部12b、12cが設けられている。これらの溝部12b、12cは、回転軸を中心とする同心円として構成されている。
遠心式ファン12に設けられた溝部12b、12cの内部には、誘電加熱コイル21、22が配置されている。つまり、誘電加熱コイル21、22は、溝部12b、12cの内壁面に対向するように配置されている。遠心式ファン12の溝部12b、12cと誘導加熱コイル21、22との間には所定間隔が設けられており、遠心式ファン12の溝部12b、12cと誘導加熱コイル21、22は非接触となっている。
誘電加熱コイル21、22は、それぞれ配置される溝部12b、12c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、外側の第1溝部12bに設けられた第1誘導加熱コイル21を直径10cmとし、内側の第2溝部12cに設けられた第2誘導加熱コイル22を直径8cmとしている。
また、誘導加熱コイル21、22は、遠心式ファン12の軸方向に積層して巻回されており、円筒状のコイルとして構成されている。本実施形態の誘導加熱コイル21、22は、巻き数を10としている。
誘導加熱コイル21、22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、溝部12b、12cに誘導加熱コイル21、22が配置された状態で、誘導加熱コイル21、22に接触することなく、回転可能となっている。
また、図4に示すように、誘導加熱コイル21、22は、共振回路23や電源回路24とともに、送電回路20を構成している。本実施形態では、第1誘導加熱コイル21と第2誘導加熱コイル22は直列接続されている。
電源回路23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、22と遠心式ファン12の溝部12b、12cとをはめ合わせ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、22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。また、本実施形態では、2つの誘導加熱コイル21、22は同一方向の磁束を形成するようになっている。
誘導加熱コイル21、22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、22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、22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、22と遠心式ファン12の距離を、遠心式ファン12の軸方向で3mm、遠心式ファン12の径方向で2mmとしている。
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24から発生される交流信号によって誘導加熱コイル21、22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、22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、22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。
以上説明した本実施形態の送風ユニット10では、遠心式ファン12に設けられた溝部12b、12cの内部に誘導加熱コイル21、22を配置することで、遠心式ファン12における誘導加熱コイル21、22に対向する面積を大きくすることができる。このため、誘導加熱コイル21、22の周囲に発生する磁界によって誘導加熱で加熱される遠心式ファン12の被加熱面積を大きくすることができる。また、遠心式ファン12に設けられた溝部12b、12cの内部に誘導加熱コイル21、22を配置することで、遠心式ファン12の被加熱部位と誘導加熱コイル21、22の距離をできるだけ小さくすることができる。
このように、遠心式ファン12に設けられた溝部12b、12cの内部に誘導加熱コイル21、22を配置することで、単に遠心式ファン12の近傍に誘導加熱コイル21、22を配置する場合に比較して、誘導加熱コイル21、22から遠心式ファン12に供給される電力量を大きくすることができる。これにより、遠心式ファン12で発生するジュール熱を大きくすることができ、遠心式ファン12を効率よく加熱することができる。この結果、車載空調装置の始動直後から速やかに空気を加熱することができる。
また、本実施形態では、遠心式ファン12に設けられた溝部12b、12cを遠心式ファン12の回転軸を中心とする同心円としている。このため、遠心式ファン12を、溝部12b、12cに配置された誘導加熱コイル21、22との間で非接触状態を保持したまま回転させることができる。
(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5、図6に示すように、本第2実施形態では、第1誘導加熱コイル21と第2誘導加熱コイル22のそれぞれ個別に共振回路24、24bが設けられている。また、第1誘導加熱コイル21と第2誘導加熱コイル22に流れる交流電流の位相を制御する位相制御回路25が設けられている。本第2実施形態では、位相制御回路25によって2つの誘導加熱コイル21、22に流れる交流電流の位相を制御することで、2つの誘導加熱コイル21、22で発生する磁界の向きを、同一方向または反対方向に切り替えることができるようになっている。
図7(a)に示すように、2つの誘導加熱コイル21、22で発生する磁界の向きを同一方向とした場合は、個々の誘導加熱コイル21、22の周囲に磁力線が発生する。また、図7(b)に示すように、2つの誘導加熱コイル21、22で発生する磁界の向きを反対方向とした場合は、2つの誘導加熱コイル21、22を跨がるように磁力線が発生する。
このため、2つの誘導加熱コイル21、22で発生する磁界の向きを同一方向とした場合には、遠心式ファン12の各誘導加熱コイル21、22の近傍に位置する部位が狭い範囲で集中的に加熱される。これに対し、2つの誘導加熱コイル21、22で発生する磁界の向きを反対方向とした場合には、2つの誘導加熱コイル21、22の周囲が広範囲に加熱される。つまり、本第2実施形態の構成によれば、2つの誘導加熱コイル21、22の交流電流の位相を制御して磁界の方向を変化させることで、遠心式ファン12のおける被加熱面の場所を変化させることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態において、上記各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8に示すように、本第3実施形態では、遠心式ファン12の溝部12b、12cに配置された2つの誘導加熱コイル21、22に加え、遠心式ファン12の底面に第3誘導加熱コイル26を設けている。第3誘導加熱コイル26は、スパイラル状に巻回されており、遠心式ファン12の底面と平行に配置されている。
また、図9に示すように、3つの誘導加熱コイル21、22、26は、直列接続されている。第3誘導加熱コイル26においても、第1誘導加熱コイル21および第2誘導加熱コイル22と同様、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。
本第3実施形態の構成によれば、遠心式ファン12における第3誘導加熱コイル26に対向する部位でも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加熱される。これにより、第1誘導加熱コイル21および第2誘導加熱コイル22によって加熱される遠心式ファン12の溝部12b、12cから離れた部位においても、遠心式ファン12を加熱することができ、遠心式ファン12を効率よく加熱することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本第4実施形態において、上記各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1に示す上記第1実施形態では、誘導加熱コイル21、22を遠心式ファン12の軸方向において一方向にのみ積層しており、誘導加熱コイル21、22の遠心式ファン12の径方向の厚みはコイル1本分となっている。これに対し、本第4実施形態では、図10に示すように、誘導加熱コイル21、22は上端(空気口側端部)で折り返して積層され、誘導加熱コイル21、22の遠心式ファン12の径方向の厚みはコイル2本分となっている。つまり、本第4実施形態の誘導加熱コイル21、22は、遠心式ファン12の径方向に二重になっている。
図1に示す第1実施形態のように、誘導加熱コイル21、22を遠心式ファン12の軸方向に積層した場合には、誘導加熱コイル21、22の一端側(図1の右側)は、遠心式ファン12の溝部21b、21cの出口側に位置するが、誘導加熱コイル21、22の他端側(図1の左側)は、遠心式ファン12の溝部21b、21cの奥側に位置することとなる。このため、誘導加熱コイル21、22の他端側に接続される配線を遠心式ファン12の溝部21b、21cの奥側から引き出すために、遠心式ファン12の溝部21b、21cと誘導加熱コイル21、22との間にある程度の隙間が必要となる。
これに対し、図10に示す本第4実施形態の構成では、誘導加熱コイル21、22の一端側および他端側に両方が遠心式ファン12の溝部21b、21cの出口側に位置することとなる。このため、遠心式ファン12の溝部21b、21cと誘導加熱コイル21、22との間の隙間をできるだけ小さくすることができる。この結果、誘導加熱コイル21、22から遠心式ファン12に供給される電力量を大きくすることができる。これにより、遠心式ファン12で発生するジュール熱を大きくすることができ、遠心式ファン12を効率よく加熱することができる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本第5実施形態において、上記各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11に示すように、本第5実施形態では、車両1に搭載された車両側送受電装置100と、車両1の外部に配置された外部送受電装置200とからなる送受電システムが設けられている。車両側送受電装置100と外部送受電装置200の間で、電力を送受電可能となっている。
車両側送受電装置100には、二次電池101、車両側送受電コイル102、車両側送受電回路103が設けられている。車両側送受電回路103には、整流回路も含まれている。外部送受電装置200は、車両外部の駐車場等に設置されており、外部送受電回路201、外部送受電コイル202が設けられている。
車両側送受電コイル102が外部送受電コイル202の上に位置するように車両1を駐車し、外部送受電コイル202に所定周波数(本実施形態では25kHz)の交流電流を流すことで、外部送受電コイル202から車両側送受電コイル102に対して、磁界共鳴方式の無線給電によって電力を送電することができる。車両側送受電コイル102で受電した交流電流は、送受電回路103で直流電流に変換されて二次電池101に充電される。また、本第5実施形態では、送受電回路103が二次電池101から供給された電力を車両側送受電コイル102に所定周波数(本実施形態では25kHz)の交流電流として流すことで、車両側送受電コイル102から外部送受電コイル202に対して、磁界共鳴方式の無線給電によって電力が送電することも可能となっている。
車両側送受電回路103は、送風ユニット10の電源回路としても機能し、誘導加熱コイル21、22に交流電流を供給するように構成されている。車両側送受電回路103は、車両側送受電コイル102に供給される交流電流と同一周波数(本実施形態では25kHz)の交流電流を誘導加熱コイル21、22に供給可能となっている。このような構成によって、車両側送受電コイル102から外部送受電コイル202に対して送電していない場合に、誘導加熱コイル21、22に所定周波数(本実施形態では25kHz)の交流電流を流すことができ、誘導加熱によって遠心式ファン12を加熱することが可能となっている。
以上説明した本第5実施形態では、車両1と外部送受電装置200との間で電力を送受電可能な構成において、車両1から外部送受電装置200に送電する際に車両側送受電コイル102に流す交流電流の周波数と、誘導加熱によって遠心式ファン12を加熱する際に誘導加熱コイル21、22に流す交流電流の周波数を同一としている。これにより、車両1から外部送受電装置200に電力を送電する構成を利用して、誘導加熱コイル21、22に交流電流を供給することができ、誘導加熱コイル21、22に交流電流を供給する専用の電源回路を設ける必要がなくなる。
(他の実施形態)
以上、本発明の実施携帯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の底面に回転軸と同心円の溝部12b、12cを設けたが、これに限らず、溝部12b、12cを遠心式ファン12の底面以外の場所に設けてもよい。
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24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、図12に示すように共振回路24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24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23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23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。
また、上記各実施形態では、複数の誘導加熱コイル21、22を直列接続した例について説明したが、これに限らず、図13、図14に示すように、複数の誘導加熱コイル21、22を並列接続するように構成してもよい。
また、上記各実施形態では、遠心式ファン12の溝部12b、12cおよび誘導加熱コイル21、22の数を2つとした例について説明したが、これに限らず、遠心式ファン12の溝部および誘導加熱コイルの数は1あるいは3以上でもよい。
また、3つの誘導加熱コイルを設ける場合には、これらの誘導加熱コイルをデルタ結線やY結線で接続することで、送電回路の配線を少なくすることができる。
また、上記各実施形態では、誘導加熱コイル21、22を巻き数を10としたが、これに限らず、誘導加熱コイル21、22の巻き数は1以上であればよい。
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
12b 溝部
12c 溝部
13 電動モータ
14 モータ駆動回路
20 送電回路
21 第1誘導加熱コイル
22 第2誘導加熱コイル
23 電源回路(交流供給回路)
24 共振回路(交流供給回路)
25 位相制御回路
26 第3誘導加熱コイル
101 二次電池
103 送受電回路
200 外部送受電装置

Claims (6)

  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)には、回転軸を中心とする円形の溝部(12b、12c)が設けられ、
    前記溝部(12b、12c)の内部に前記溝部(12b、12c)と非接触に配置された誘導加熱コイル(21、22)と、
    前記誘導加熱コイル(21、22)に所定周波数の交流電流を供給する交流供給回路(23、24)とを備え、
    前記誘導加熱コイル(21、22)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いることを特徴とする空調装置用送風ユニット。
  2. 前記溝部(12b、12c)は複数設けられ、前記複数の溝部(12b、12c)は前記ファン(12)の回転軸を中心とする同心円として構成されており、
    前記複数の溝部(12b、12c)のそれぞれに前記誘導加熱コイル(21、22)が設けられてい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. 前記複数の誘導加熱コイル(21、22)に供給する交流電流の位相を異ならせる位相制御手段(25)を備えることを特徴とする請求項2に記載の空調装置用送風ユニット。
  4. 前記ファン(12)における前記溝部(12b、12c)とは異なる部位の近傍に設けられ、前記交流供給回路(23、24)から所定周波数の交流電流が供給される外側誘導加熱コイル(26)を備え、
    前記外側誘導加熱コイル(26)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いることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1つに記載の空調装置用送風ユニット。
  5. 前記外部送受電装置(200)から無線給電によって受電した交流電流を直流電流に変換して二次電池(101)に充電し、前記二次電池(101)から供給される直流電流を交流電流に変換して前記外部送受電装置(200)に無線給電によって送電する送受電回路(103)を備え、
    前記送受電回路(103)は、前記交流供給回路を構成しており、前記外部送受電装置(200)に送電される交流電流の周波数と、前記誘導加熱コイル(21、22)に供給される交流電流の周波数が同一であることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1つに記載の車両用空調装置用送風ユニット。
  6. 前記ファン(12)が内部に設けられ、前記ファン(12)によって吸入された空気が通過する空気通路を構成するケーシング(11)を備え、
    前記交流供給回路(23、24)の少なくとも一部が前記ケーシング(11)の内部に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1つに記載の空調装置用送風ユニット。
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