JP2001309692A

JP2001309692A - 冷凍システムの制御装置

Info

Publication number: JP2001309692A
Application number: JP2000120795A
Authority: JP
Inventors: Koji Hamaoka; 孝二浜岡; Tomonori Ouchiyama; 智則大内山; Tomonori Nakano; 智紀中野
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍システムの制御装置において、小型で安
価に圧縮機の能力制御を行い、省エネルギーが可能な制
御装置を提供する。【解決手段】主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を
持つインダクションモータ７を倍電圧整流回路２と、４
つのスイッチング素子をブリッジ結線したインバータ３
とにより、任意の周波数で運転できるようにすることに
より、小型で安価なインバータを提供し、冷凍システム
の省エネルギーを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷蔵庫などの冷凍
システムの制御装置に関するものであり、特に圧縮機の
回転数をインバータを用いて変化させて冷凍システムの
冷凍能力を変化させることができるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫などの冷凍システムにおいて、そ
の冷凍システムの心臓部である圧縮機は従来からインダ
クションモータが広く使われていた。インダクションモ
ータは一般的にはその効率を上げるためにランニングコ
ンデンサ式の主巻線／補助巻線の２相巻線を持ったイン
ダクションモータが使用されている。

【０００３】しかしながら、この方法ではモータの回転
数が常に一定であるため、冷凍負荷が少ない時に大きな
冷凍能力を出しているために非常に無駄が多かった。

【０００４】そこで近年、パワーエレクトロニクスの進
歩に伴い、冷蔵庫などの冷凍システムの分野において省
エネルギー等の目的でその圧縮機をインバータで制御
し、可変速運転することにより冷凍能力を負荷状態に合
わせて変化させることにより、機器の省エネルギーに大
きく貢献している。

【０００５】特にブラシレスモータは、回転子に永久磁
石を用いているため、高効率であるという特徴が有り、
特に省エネルギーのために近年盛んに使用されるように
なってきた。

【０００６】このような従来の冷凍システムの制御装置
としては、例えば特開平９−１５２２００号公報に示さ
れているとおりである。

【０００７】以下、従来の冷凍システムの制御装置を図
７を用いて説明する。図７は従来の冷凍システムの制御
装置のブロック図を示す。

【０００８】図７において、１００は商用電源であり、
日本の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは１００Ｖ６０Ｈｚ
の単相の交流電源が使用されている。１０１はコンバー
タであり、商用電源１００の交流電圧を直流電圧に変換
する。具体的には例えば図８に示している様な倍電圧整
流回路等を用いる。

【０００９】１０２はインバータであり、６個のスイッ
チング素子を３相ブリッジ接続することにより、コンバ
ータ１０２の直流電圧出力から３相交流電圧に変換す
る。１０３は圧縮機に内蔵されているブラシレスモータ
であり、ブラシレスモータ１０３は３相巻線１０４を有
するステータと、永久磁石を配置したロータ１０５とか
らなる。

【００１０】１０６はインバータ制御手段であり、イン
バータ１０２の６個のスイッチング素子を制御すること
により、ブラシレスモータ１０３の回転数制御を行う。
また、１０７は冷凍システム制御手段であり、庫内の温
度や外気温度などを検出して、最適な回転数をインバー
タ制御手段１０６に指示する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、スイッチング素子が６個必要なため回
路が大型化すると共に工数が増加し、コストも高くなる
という課題を有していた。また、モータにもブラシレス
モータというロータに永久磁石を必要とするモータが必
要であり、その圧縮機自体の新規開発が必要であるた
め、特に小ロットの商品には搭載できないという課題を
有していた。

【００１２】本発明は、一般的に広く使用されているコ
ンデンサラン方式の２相インダクションモータをインバ
ータで使用できるようにし、回路が小型で低コストで実
現でき、一般的な圧縮機が使用できることにより、圧縮
機のコストを上げることなく小ロットの商品でも簡単に
省エネルギーが可能になる冷凍システムの制御装置を提
供することを目的とする。

【００１３】また、省エネルギーの効果を最大限に活か
すためにあらゆる周波数で最大の省エネ効果が得られる
ようになる冷凍システムの制御装置を提供することを目
的とする。

【００１４】また、省エネルギーの効果を最大限に活か
すためにあらゆる運転状態で最大の省エネ効果が得られ
るようになる冷凍システムの制御装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、２相インダクションモータを駆動できるイ
ンバータをスイッチング素子を減らして駆動できるよう
に構成したものである。

【００１６】これにより、回路のスイッチング素子が従
来より少なくなり、小型で低コストで実現できる。ま
た、一般的な２相インダクションモータを用いた圧縮機
が使用できるので、圧縮機のコストを上げることなく、
冷凍負荷に合わせた冷凍能力で運転することが可能とな
るため、冷凍システムの省エネルギーが可能となる。

【００１７】また、運転する周波数に応じて最大の効果
が得られるように予め決められた電圧パターンを選択
し、インバータを運転するようにしたものである。

【００１８】これにより、あらゆる運転周波数の範囲で
効率が最も高くなる電圧パターンを選択できるので、常
に最大効率で運転することができる。

【００１９】また、インバータの運転状態を検出し、そ
の状態に合うようにパラメータ設定を変えることができ
るようにしたものである。

【００２０】これにより、冷凍負荷が変わりモータの発
生するトルクが変化しても、パラメータを変更すること
により、常に最大効率で運転することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、圧縮要素を動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子
巻線を持つインダクションモータと、倍電圧整流回路
と、４つのスイッチング素子をブリッジ結線したインバ
ータと、前記インダクションモータの各相の固定子巻線
を前記インバータの出力に接続し、前記インダクション
モータの固定子巻線の共通端子を前記倍電圧整流回路の
中点に接続し、冷凍システムの状態により周波数を変化
させる周波数設定手段と、前記周波数設定手段で設定さ
れた周波数で前記インバータを駆動するようにした波形
発生手段とからなる冷凍システムの制御装置としたもの
であり、モータを変えることなく一般的に広く用いられ
ている２相インダクションモータを用い４個のスイッチ
ング素子のみで回転数を変化させるインバータ運転がで
きるという作用を有する。

【００２２】請求項４に記載の発明は、前記圧縮要素を
動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つイン
ダクションモータと、倍電圧整流回路と、４つのスイッ
チング素子をブリッジ結線したインバータと、前記イン
ダクションモータの各相の固定子巻線を前記インバータ
の出力に接続し、前記インダクションモータの固定子巻
線の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続し、冷
凍システムの状態により周波数を変化させる周波数設定
手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数により
最適な出力電圧のパターンを選択する電圧パターン選択
手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数と前記
電圧パターン選択手段で選択された電圧パターンで前記
インバータを駆動するようにした波形発生手段とからな
る冷凍システムの制御装置としたものであり、あらゆる
周波数において最適な電圧パターンを選択し、その所定
の周波数，電圧で運転することができるという作用を有
する。

【００２３】請求項６に記載の発明は、前記圧縮要素を
動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つイン
ダクションモータと、倍電圧整流回路と、４つのスイッ
チング素子をブリッジ結線したインバータと、前記イン
ダクションモータの各相の固定子巻線を前記インバータ
の出力に接続し、前記インダクションモータの固定子巻
線の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続し、冷
凍システムの状態により周波数を変化させる周波数設定
手段と、インバータの状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段で検出された状態により主巻線電圧ま
たは補助巻線電圧または位相のいずれかを補正する補正
手段と、前記補正手段の補正により前記インバータを駆
動するようにした波形発生手段とからなる冷凍システム
の制御装置としたものであり、あらゆる周波数において
最適な電圧パターンを選択し、その所定の周波数，電圧
で運転することができるという作用を有する。

【００２４】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図７を用いて説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１の冷凍システムの制御装置のブロック図である。

【００２６】図１において、１は商用電源であり、日本
の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの
単相交流が一般的に使用されている。

【００２７】２はコンバータであり、商用電源１の交流
電圧を直流電圧に変換する。コンバータ２は倍電圧整流
回路となっており、ＡＣ１００ＶからＤＣ２８０Ｖを得
る。

【００２８】コンバータ２は４個の整流ダイオード２ａ
〜２１ｄをブリッジ接続している。また電解コンデンサ
２ｅの正端子はブリッジ接続された整流ダイオード２ａ
と整流ダイオード２ｃとの接続点に接続し、電解コンデ
ンサ２ｆの負端子はブリッジ接続された整流ダイオード
２ｂと整流ダイオード２ｄとの接続点に接続している。

【００２９】また、電解コンデンサ２ｅの負端子と電解
コンデンサ２ｆの正端子とを直接接続すると共に、整流
ダイオード２ｃと整流ダイオード２ｄとの接続点と接続
している。このように接続することにより商用電源１の
交流入力のうち正の半サイクルでは電解コンデンサ２ｅ
に充電され、負の半サイクルでは電解コンデンサ２ｆに
充電される。このように整流することにより電解コンデ
ンサ２ｆの負端子と電解コンデンサの正端子間に倍電圧
で整流されたＤＣ２８０Ｖが発生することになる。

【００３０】３はインバータであり、コンバータ２で整
流された直流電圧出力を入力として任意周波数，任意電
圧の２相交流に変換する。

【００３１】インバータ３はスイッチング素子３ａ〜３
ｄを各々ブリッジ接続している。本実施の形態ではスイ
ッチング素子としてＦＥＴを使用している。また各々の
スイッチング素子３ａ〜３ｄには並列に逆電流方向に高
速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高
速ダイオードはスイッチング素子３ａ〜３ｄがオフした
ときの環流電流を流す働きをする。

【００３２】４は圧縮機であり、冷凍システム内の冷媒
を循環させる。圧縮機４は密閉された密閉容器５内に圧
縮要素６と２相インダクションモータ７とを有してい
る。２相インダクションモータ７の発生する回転運動は
クランクを持つシャフト８を介して圧縮要素に往復運動
として伝えられ、シリンダ（図示せず）内をピストン
（図示せず）が往復することにより圧縮仕事に変換して
いる。

【００３３】インダクションモータ７は主巻線と補助巻
線とを持ち、一方の端子が共通端子となる２相巻線９を
有している固定子（図示せず）とかご型の回転子１０か
らなる。

【００３４】圧縮要素６の出入り口には圧縮された冷媒
ガスを吐出する吐出口１１と、圧縮される冷媒ガスを吸
入する吸入口１２とが設けられている。圧縮要素６の吐
出口１１から凝縮要素１３，減圧要素１４，蒸発要素１
５に接続され、吸入口１２から再度圧縮要素６に戻るよ
うに配管されている。

【００３５】圧縮要素６で圧縮された高温高圧の冷媒ガ
スは凝縮要素１３で放熱され液化する。この時凝縮用フ
ァン１６で送風することにより放熱を促進する。凝縮要
素１３で液化した冷媒は減圧要素１４で減圧される。一
般的にはこの減圧要素１４としてはキャピラリチューブ
や膨張弁が使用される。

【００３６】減圧要素１４で減圧された冷媒は蒸発器１
５で蒸発（気化）すると共に周囲にある熱を吸熱する。
この時凝縮要素１３と同様に蒸発用ファン１７で送風す
ることにより吸熱（冷却）を促進する。蒸発した冷媒ガ
スは再度吸入口１２を介して圧縮要素６に戻り、サイク
ルが繰り返されて、冷却動作を継続させる。

【００３７】１８は冷凍システム制御手段であり、前述
の冷凍システム全体を制御する。１９は温度検出手段で
あり、冷凍システムにおける各部の温度（例えば、庫内
温度，外気温度，凝縮温度，蒸発温度など）を検出す
る。

【００３８】２０は手動設定手段であり、マニュアルで
冷凍システムの冷却能力を変えることが可能であり、例
えば急速に冷却したい時などに操作（例えば押しボタン
スイッチオンなど）すれば、高回転数で圧縮機４を一定
時間連続動作をさせることができ急速冷却ができるよう
になる。

【００３９】冷凍システム制御手段１８は温度検出手段
１９，手動設定手段２０からの出力を入力して、周波数
設定手段で圧縮機４に加える周波数を周波数設定手段２
１で決定すると共に、負荷駆動手段２２で凝縮用ファン
１６や蒸発用ファン１７などの負荷を駆動する。

【００４０】２３は電圧パターン選択手段であり、周波
数設定手段２１で設定された設定周波数に応じて予め設
定された最適な電圧パターンを選択する。この選択され
た電圧パターンに従って、主巻線電圧設定手段２４で主
巻線に印加する電圧を設定し、補助巻線電圧設定手段２
５で補助巻線に印加する電圧を設定し、位相設定手段２
６で主巻線電圧（または電流）と補助巻線電圧（または
電流）との位相差を設定する。

【００４１】２７は波形発生手段であり、周波数設定手
段２１，主巻線電圧設定手段２４，補助巻線電圧設定手
段２５，位相設定手段２６で設定された各パラメータを
入力とし、それに対応したインバータ３のスイッチング
素子３ａ〜３ｄのオン／オフ信号をつくり出す。ここで
はＰＷＭ（パルス幅変調）制御により所望の出力波形を
得る様に信号を発生させる。

【００４２】２８はドライブ手段であり、波形発生手段
２７から発生したオン／オフ信号に従って、インバータ
３のスイッチング素子３ａ〜３ｄをオン／オフさせるも
のである。

【００４３】２９は電流センサであり、インダクション
モータ７の２相巻線９の共通端子と倍電圧整流回路２の
中点との間に流れる電流（即ちモータ電流）を検出する
ものであり、一般的にはカレントトランスや直流電流セ
ンサなどを使用する。

【００４４】３０は状態検出手段であり、電流センサ２
９の出力や倍電圧整流回路２の出力電圧（直流電圧）な
どを入力とし、圧縮機４の動作状態（負荷の状態）や商
用電源１の入力電圧の状態などを検出する。

【００４５】３１は補正手段であり、状態検出手段３０
で検出された状態によって、主巻線電圧、補助巻線電圧
や位相を補正し、各々主巻線電圧設定手段２４，補助巻
線電圧設定手段２５，位相設定手段２６などに信号を送
出し最適な状態になるようにパラメータを変化させる。

【００４６】ここで、モータ電流や直流電圧は状態を検
出するものとしているが、もちろん保護にしても良い。
例えば、モータ電流が大きくなった場合は過負荷状態で
あるし、入力電圧の低下，上昇は直流電圧で検出でき
る。しかしながらこれらの検出のみではインバータの上
下アーム短絡は検出できないので別途シャント抵抗など
を使用して直流母線電流を検出する必要はある。

【００４７】図１のように構成された冷凍システムの制
御装置についてその基本動作を図２を用いて説明する。
図２は本発明の実施の形態１の冷凍システムの制御装置
のタイミング図である。図２において、上の４つのタイ
ミング図はインバータ３のスイッチング素子３ａ〜３ｄ
のオン／オフのタイミングを示す。

【００４８】但し、ここでスイッチング素子３ａ，３ｂ
に接続されている巻線が主巻線、スイッチング素子３
ｃ，３ｄに接続されている巻線が補助巻線であるとす
る。図２における下２つのタイミング図は各々主巻線電
流Ｉｍと補助巻線電流Ｉａとする。また、横軸は出力波
形の１周期を３６０度とした位相を示す。

【００４９】スイッチング素子３ａは位相９０度から２
７０度の間でチョッピングしており、ＰＷＭ制御のパル
ス幅（すなわち面積）が正弦波に近付けるようにパルス
幅を制御している。９０度，２７０度付近ではパルス幅
は細く、１８０度付近で最大となるようにオン／オフし
ている。このパルス幅を調整することにより出力電圧が
制御できる。スイッチング素子３ｂはスイッチング素子
３ａが休止している区間、すなわち２７０度から９０度
の間でＰＷＭ制御を行っている。

【００５０】また、スイッチング素子３ｃはスイッチン
グ素子３ａから位相差φ（図２では９０度）だけ進んだ
スイッチングを行っており、０度から１８０度の区間で
ＰＷＭ制御を行う。また、スイッチング素子３ｄはスイ
ッチング素子３ｃが休止している区間、すなわち１８０
度から３６０度の間でＰＷＭ制御を行っている。

【００５１】インダクションモータ７の主巻線の電流Ｉ
ｍは９０度と２７０度でゼロクロスする正弦波波形とな
るが、実際にはＰＷＭ制御のキャリア周波数成分の高調
波を含む波形となる。一方補助巻線の電流Ｉａは主巻線
の電流Ｉｍから位相がφ（本実施例の場合は９０度）進
んだ波形となる。

【００５２】次にインバータ３からの出力について説明
を行う。図３は本発明の実施の形態１の周波数と電圧の
関係を示す特性図である。

【００５３】理想的にはインバータは電圧と周波数の比
を一定に保つと同一のトルクが得られる。しかしながら
実際には低周波数でのトルクを維持させるためにトルク
ブーストと呼ばれる低周波数で電圧を若干持ち上げた特
性カーブを使用する。これを一般的にはＶ／Ｆ特性と呼
ばれる。

【００５４】しかし、冷凍システムの運転においては低
周波数で駆動する場合は庫内の温度も安定しており、冷
凍負荷が非常に小さい時であるので、必要なトルクは非
常に小さい。従って前記の様な考え方のＶ／Ｆ特性では
低周波におけるトルク発生に大きな無駄が生じる。

【００５５】そこで図３に示すように異なるＶ／Ｆ特性
を持つ３本の電圧パターン４０，４１，４２を用意す
る。ここで示した電圧は主巻線電圧とする。電圧パター
ン４０は十分なトルクが得られる電圧パターンであり、
電圧パターン４１は通常のトルクが得られる電圧パター
ンであり、電圧パターン４２は小さなトルクを得るため
の電圧パターンである。

【００５６】この電圧パターンを設定周波数により電圧
パターン選択手段２３で選択する。周波数がＦｍｉｎか
らＦ１においては電圧パターン４２を選択し、周波数が
Ｆ１からＦ２においては電圧パターン４１を選択し、周
波数がＦ２からＦｍａｘにおいては電圧パターン４０を
選択する。

【００５７】この電圧パターンを選択することにより、
低周波数駆動から高周波数駆動まで広い運転範囲でモー
タの発生トルクを最適に制御し、効率的な運転ができる
ことになる。

【００５８】ここで通常のコンデンサランしている時に
６０Ｈｚ１００Ｖで設計されているインダクションモー
タに対してインバータでは１００Ｖ以下を出力している
理由について更に説明を行う。

【００５９】商用電源は１００Ｖに対してその状態によ
り電圧変動が加わる。一般的に電気製品は△１０％の電
圧変動、すなわち９０Ｖが入力されても正常に機能する
ように設計されている。

【００６０】インバータは安定化電源の一種なので入力
が下がった時、ＰＷＭ制御のパターンを若干変えてやる
だけで出力電圧を一定にすることができる。このことに
より電圧変動を加味した分のトルクを発生できるだけの
電圧を出力してやれば良いことになる。

【００６１】また、コンデンサランはその位相が必ずし
も最適な位相とはなっていないが、インバータは位相を
変えることもできるので通常より高トルクを発生するこ
とができる。

【００６２】このような考え方から商用電源の６０Ｈｚ
１００Ｖのモータでもインバータを使うと６０Ｈｚ時の
出力電圧を低くすることが可能であり、言い換えると周
波数Ｆ３までは商用電源で駆動した時の最大トルクを出
す運転が可能となる。

【００６３】次にこの周波数による最適な効率が得られ
る電圧について更に詳しく説明を行う。図４は本発明の
実施の形態１の電圧とモータ効率の関係を示す特性図で
ある。

【００６４】図４において特性５０は周波数Ｆ４，負荷
トルクＴ４における電圧を変化させた時のモータ効率を
示すものである。電圧が高いと磁束飽和をおこすために
鉄損が増加して効率が低くなり、逆に電圧が低いと電流
が増加するために銅損が増加して効率が低くなるため
に、最適な電圧値Ｖ４が存在する。

【００６５】また、特性５１は周波数Ｆ５，負荷トルク
Ｔ５における電圧を変化させた時のモータ効率を示すも
のである。特性５０と同様に最適な電圧値Ｖ５が存在す
る。ここで、周波数Ｆ４＜周波数Ｆ５とすると前述した
通り負荷トルクＴ４＜負荷トルクＴ５として最適な電圧
を求めることとなる。図３で説明した電圧パターンはこ
のようにして求めることとなる。

【００６６】この設定周波数で電圧パターンを決めるこ
とで、冷凍システムの運転の大部分である安定運転状態
でかなりの効率アップを図ることができる。しかしなが
ら、急激な温度変化などの負荷変動が発生していた場合
はこれらの最適なパラメータがずれて効率のダウンが発
生する。

【００６７】この効率のダウンを防止する方法につい
て、次に図１，図５を用いて説明する。図５は本発明の
実施の形態１の圧縮機の制御装置のデューティ補正の流
れ図である。

【００６８】図５において、Ｓ１で周波数設定を行う。
温度検出手段１９や手動設定手段２０などの状態によ
り、周波数設定手段２１にてインバータ３の出力する周
波数を設定する。

【００６９】Ｓ２で電圧パターン選択を行う。Ｓ１で設
定された周波数に応じて電圧パターン選択手段２３で最
適な電圧パターンを選択する。この電圧パターンの選択
は前述した通りである。

【００７０】次にＳ３で運転状態の検出を行う。倍電圧
整流回路２の出力電圧や電流センサ２９で検出したモー
タ電流などをもとに状態検出手段３０で冷却システムの
運転状態を検出する。

【００７１】Ｓ３で検出した運転状態に基づき、Ｓ４で
最適Ｖ／Ｆ特性の演算及び補正を行い、Ｓ５で主巻線電
圧と補助巻線電圧との最適電圧比の演算及び補正を行
い、Ｓ６で主巻線電圧と補助巻線電圧との最適位相の演
算及び補正を行う。これらの演算及び補正は補正手段３
１で行い、その結果を主巻線電圧設定手段２４，補助巻
線電圧設定手段２５，位相設定手段２６にその結果を送
り設定を変化させる。

【００７２】次にＳ７で所定波形の出力を行う。主巻線
電圧設定手段２４，補助巻線電圧設定手段２５，位相設
定手段２６で設定された各パラメータと周波数設定手段
２１で設定された周波数と共に波形発生手段２７に送ら
れる。この指定された波形を波形発生手段２７で発生
し、ドライブ手段２８を介してインバータ３を動作させ
る。その後、Ｓ１から繰り返す。

【００７３】次に負荷の状態が変わった時の各パラメー
タの変化について図６を用いて説明する。図６は本発明
の実施の形態１の各パラメータとモータ効率の関係を示
す特性図である。

【００７４】図６は出力周波数は一定とした時の（Ａ）
はパラメータが主巻線に印加する電圧、（Ｂ）はパラメ
ータが主巻線電圧と補助巻線電圧との比（Ｖａ／Ｖ
ｍ）、（Ｃ）はパラメータが主巻線電圧と補助巻線電圧
との位相差である時のモータ効率の特性を示す。

【００７５】また、実線で示す特性６０，６２，６４は
通常の負荷状態でのモータ効率の特性を示し、点線で示
す特性６１，６３，６５は過負荷の負荷状態（トルクが
高い状態）でのモータ効率の特性を示す。

【００７６】負荷が大きくなる、即ちトルクが高くなる
と、モータ効率が高くなる電圧はＶ６からＶ７と変化す
る。また、電圧比（Ｖａ／Ｖｍ）もＮ６からＮ７に変化
する。また、位相についてもφ６からφ７に変化する。
このように負荷に状態が変化した時には各パラメータを
変更することにより、常に最大効率が得られるような最
適な波形を出力することができる。

【００７７】以上説明した通り、本発明の実施の形態１
の冷凍システムの制御装置はつぎのような効果がある。

【００７８】主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線９を
持つインダクションモータ７と、倍電圧整流回路２と、
４つのスイッチング素子をブリッジ結線したインバータ
３と、インダクションモータ７の各相の固定子巻線９を
インバータ３の出力に接続し、インダクションモータ７
の固定子巻線９の共通端子を倍電圧整流回路２の中点に
接続し、冷凍システムの状態により周波数を変化させる
周波数設定手段２１と、周波数設定手段２１で設定され
た周波数でインバータ３を駆動するようにした波形発生
手段２７とからなる冷凍システムの制御装置とすること
により、モータを変えることなく一般的に広く用いられ
ている２相インダクションモータを用い４個のスイッチ
ング素子のみで回転数を変化させるインバータ運転がで
きるので、回路のスイッチング素子が従来より少なくな
り、小型で低コストで実現できる。また、一般的な２相
インダクションモータを用いた圧縮機が使用できるの
で、圧縮機のコストを上げることなく、冷凍負荷に合わ
せた冷凍能力で運転することが可能となるため、冷凍シ
ステムの省エネルギーができる。

【００７９】また、周波数設定手段２１で設定された周
波数により最適な出力電圧のパターンを選択する電圧パ
ターン選択手段２３と、周波数設定手段２１で設定され
た周波数と電圧パターン選択手段２３で選択された電圧
パターンでインバータ３を駆動するようにした波形発生
手段２７とからなる冷凍システムの制御装置とすること
により、運転する周波数に応じて最大の効果が得られる
ように予め決められた電圧パターンを選択し、インバー
タを運転するようにできるので、あらゆる運転周波数の
範囲で効率が最も高くなる電圧パターンを選択でき、常
に最大効率で運転することができる。

【００８０】また、インバータ３の状態を検出する状態
検出手段３０と、状態検出手段３０で検出された状態に
より主巻線電圧または補助巻線電圧または位相のいずれ
かを補正する補正手段３１と、補正手段３１の補正によ
りインバータ３を駆動するようにした波形発生手段２７
とからなる冷凍システムの制御装置とすることにより、
インバータの運転状態を検出し、その状態に合うように
パラメータ設定を変えることができるようになるので、
冷凍負荷が変わりモータの発生するトルクが変化して
も、パラメータを変更することにより、常に最大効率で
運転することができる。

【００８１】実施の形態１における説明において、圧縮
要素６は往復動式（レシプロ式）としたが、回転式（ロ
ータリ式）や渦巻式（スクロール式）など圧縮方式はど
のような方式でも構わない。

【００８２】また、起動時などは指令周波数をそのまま
出すのではなく、徐々に周波数を上昇させる方法（ソフ
トスタート）を行うと起動時の電流低減，騒音低減に効
果があることはいうまでもない。

【００８３】また、インバータ３の上下アームのスイッ
チング素子は片側のみをスイッチングしている間は他方
はオフする方法としたが、通常の３相インダクションモ
ータで使用されるように上下アームのスイッチング素子
を交互にチョッピングしても全く支障はないのは明らか
である。

【００８４】また、電圧パターン選択手段２３で選択す
るパターンは３種類として説明したがもちろん２種類以
上であれば何種類あってもよいことはいうまでもない。

【００８５】また、状態検出手段３は直流電圧とモータ
電流を入力としたが、負荷トルクの状態が分かるもので
あれば他の方法（例えば、外気温度や庫内温度など）で
もよいことは明らかである。

【００８６】

【発明の効果】以上の様に、本発明の圧縮機の制御装置
は、主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つインダ
クションモータと、倍電圧整流回路と、４つのスイッチ
ング素子をブリッジ結線したインバータと、前記インダ
クションモータの各相の固定子巻線を前記インバータの
出力に接続し、前記インダクションモータの固定子巻線
の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続し、冷凍
システムの状態により周波数を変化させる周波数設定手
段と、前記周波数設定手段で設定された周波数で前記イ
ンバータを駆動するようにした波形発生手段とからなる
冷凍システムの制御装置とすることにより、モータを変
えることなく一般的に広く用いられている２相インダク
ションモータを用い４個のスイッチング素子のみで回転
数を変化させるインバータ運転ができるので、回路のス
イッチング素子が従来より少なくなり、小型で低コスト
で実現できる。また、一般的な２相インダクションモー
タを用いた圧縮機が使用できるので、圧縮機のコストを
上げることなく、冷凍負荷に合わせた冷凍能力で運転す
ることが可能となるため、冷凍システムの省エネルギー
ができる。

【００８７】また、周波数設定手段で設定された周波数
により最適な出力電圧のパターンを選択する電圧パター
ン選択手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数
と前記電圧パターン選択手段で選択された電圧パターン
でインバータを駆動するようにした波形発生手段とから
なる冷凍システムの制御装置とすることにより、運転す
る周波数に応じて最大の効果が得られるように予め決め
られた電圧パターンを選択し、インバータを運転するよ
うにできるので、あらゆる運転周波数の範囲で効率が最
も高くなる電圧パターンを選択でき、常に最大効率で運
転することができる。

【００８８】また、インバータの状態を検出する状態検
出手段と、前記状態検出手段で検出された状態により主
巻線電圧または補助巻線電圧または位相のいずれかを補
正する補正手段と、前記補正手段の補正により前記イン
バータを駆動するようにした波形発生手段とからなる冷
凍システムの制御装置とすることにより、インバータの
運転状態を検出し、その状態に合うようにパラメータ設
定を変えることができるようになるので、冷凍負荷が変
わりモータの発生するトルクが変化しても、パラメータ
を変更することにより、常に最大効率で運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の冷凍システムの制御装
置のブロック図

【図２】本発明の実施の形態１の冷凍システムの制御装
置のタイミング図

【図３】本発明の実施の形態１の周波数と電圧の関係を
示す特性図

【図４】本発明の実施の形態１の電圧とモータ効率の関
係を示す特性図

【図５】本発明の実施の形態１の冷凍システムの制御装
置の流れ図

【図６】本発明の実施の形態１の各パラメータとモータ
効率の関係を示す特性図

【図７】従来の冷凍システムの制御装置のブロック図

【符号の説明】

２倍電圧整流回路３インバータ６圧縮要素７インダクションモータ１３凝縮要素１４減圧要素１５蒸発要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野智紀大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA09 AA12 AA27 BA19 BA32 CA23 CA29 DA07 EA38 5H007 BB06 CA02 CB05 CC01 DA01 DA03 DA06 DB01 DC02 DC08 EA05 5H576 AA10 BB02 CC05 DD01 DD04 EE07 EE11 EE18 GG04 GG05 HA03 HB01 JJ25 LL22 LL24 LL43 LL52 MM04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮要素と、凝縮要素と、減圧要素と、
蒸発要素とからなる冷凍システムにおいて、前記圧縮要
素を動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つ
インダクションモータと、倍電圧整流回路と、４つのス
イッチング素子をブリッジ結線したインバータと、前記
インダクションモータの各相の固定子巻線を前記インバ
ータの出力に接続し、前記インダクションモータの固定
子巻線の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続
し、冷凍システムの状態により周波数を変化させる周波
数設定手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数
で前記インバータを駆動するようにした波形発生手段と
からなる冷凍システムの制御装置。
【請求項２】波形発生手段は、周波数設定手段の設定
周波数に応じて主巻線に加える電圧と補助巻線に加える
電圧を別々に設定できるようにした請求項１記載の冷凍
システムの制御装置。
【請求項３】波形発生手段は、周波数設定手段の設定
周波数に応じて主巻線に加える電圧と補助巻線に加える
電圧の位相差を設定できるようにした請求項１記載の冷
凍システムの制御装置。
【請求項４】圧縮要素と、凝縮要素と、減圧要素と、
蒸発要素とからなる冷凍システムにおいて、前記圧縮要
素を動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つ
インダクションモータと、倍電圧整流回路と、４つのス
イッチング素子をブリッジ結線したインバータと、前記
インダクションモータの各相の固定子巻線を前記インバ
ータの出力に接続し、前記インダクションモータの固定
子巻線の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続
し、冷凍システムの状態により周波数を変化させる周波
数設定手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数
により最適な出力電圧のパターンを選択する電圧パター
ン選択手段と、前記周波数設定手段で設定された周波数
と前記電圧パターン選択手段で選択された電圧パターン
で前記インバータを駆動するようにした波形発生手段と
からなる冷凍システムの制御装置。
【請求項５】電圧パターン選択手段は、周波数が低い
ほど電圧が低くなる電圧パターンを選択するようにした
請求項４記載の冷凍システムの制御装置。
【請求項６】圧縮要素と、凝縮要素と、減圧要素と、
蒸発要素とからなる冷凍システムにおいて、前記圧縮要
素を動かす主巻線と補助巻線の２相の固定子巻線を持つ
インダクションモータと、倍電圧整流回路と、４つのス
イッチング素子をブリッジ結線したインバータと、前記
インダクションモータの各相の固定子巻線を前記インバ
ータの出力に接続し、前記インダクションモータの固定
子巻線の共通端子を前記倍電圧整流回路の中点に接続
し、冷凍システムの状態により周波数を変化させる周波
数設定手段と、インバータの状態を検出する状態検出手
段と、前記状態検出手段で検出された状態により主巻線
電圧または補助巻線電圧または位相のいずれかを補正す
る補正手段と、前記補正手段の補正により前記インバー
タを駆動するようにした波形発生手段とからなる冷凍シ
ステムの制御装置。