JP2003018877A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電動機を用いた、静穏性が高く、効率の
良い冷蔵庫を提供する。 【解決手段】 冷蔵庫圧縮機に搭載する直流ブラシレス
モータと、この直流ブラシレスモータを回転制御するイ
ンバータと、このインバータの入力段に直流電圧を供給
するコンバータと、前記直流電圧を変化させるコンバー
タ制御手段とを備え、このコンバータは前記インバータ
へ出力する直流電圧の可変手段として倍電圧整流と全波
整流を切替えるための双方向性スイッチを有し、この双
方向性スイッチが、通電率を変化させることにより前記
インバータの直流電圧を可変制御すると共に、前記通電
率の変化が双方向性スイッチの通電率と前記インバータ
の通電率を同期させた冷蔵庫。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流を整流し所望
の直流電圧を出力するコンバータ回路と、圧縮機を駆動
する直流ブラシレスモータを回転制御するインバータ回
路から構成されるインバータ冷蔵庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流入力電圧を高低２種類の複数
の直流電圧に変換する整流回路と、複数個の半導体スイ
ッチ及びダイオードブリッジ結線したインバータ回路を
組み合わせ、直流電動機の回転速度制御を行う制御装置
として特許第３１５９５２４号公報に記載のものがあ
る。

【０００３】上記特許公報には、交流入力電圧を高低２
種類の複数の直流電圧に変換する整流回路と、複数個の
半導体スイッチ及びダイオードブリッジ結線したインバ
ータ回路と、前記インバータ回路により動作する直流電
動機と、前記直流電動機の回転子の位置を検出する位置
検出回路と、前記位置検出回路の出力を元に前記インバ
ータ回路の半導体スイッチの動作を決定する転流回路
と、前記直流電動機の回転数を可変にするチョッピング
を行うための信号を発生するチョッピング信号発生回路
と、前記転流回路の出力と前記チョッピング信号発生回
路の出力とを合成する合成回路と、前記合成回路の出力
により前記インバータ回路の半導体スイッチをオン／オ
フさせるドライブ回路と、前記直流電動機の回転数を指
令する回転数指令回路と、前記回転数指令回路の指令回
転数が低回転数のときには前記整流部の低い直流電圧変
換を選択し、前記回転数指令回路の指令回転数が高回転
数のときには前記整流部の高い直流電圧変換を選択する
整流部切り替え回路と、前記直流電動機の回転数を検出
する回転数検出回路と、前記整流部切り替え回路が高い
電圧を選択しておりかつ前記回転数検出回路が一定回転
数以上の回転数を検出しているときに前記整流部切り替
え回路による切り替えを禁止する切り替え制限回路を備
えた直流電動機の運転制御装置が記載されている。

【０００４】整流部は、４個の整流ダイオードを２相ブ
リッジ結線されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の
正極と負極との間に直列に接続された２個のコンデンサ
と、前記ブリッジ回路の一方の入力と前記コンデンサの
中点との間に接続されたスイッチとからなり、整流部切
り替え回路が、高い電圧に切り替える時には前記スイッ
チをオンし、前記整流切り替え回路が低い電圧に切り替
える時には前記スイッチをオフする。

【０００５】このような構成によって、整流部切り替え
回路は、直流電動機の回転数が低回転数のときには前記
整流部の低い直流電圧変換を選択し、前記直流電動機の
回転数が高回転数のときには前記整流部の高い直流電圧
変換を選択する。これにより低回転数時にもチョピング
デューティのオンの比を大きくできるため、低回転数時
の効率低下を抑えることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、整流部
切り替え回路にて、低い直流電圧変換と高い直流電圧と
を切替える場合は、整流部の切替えスイッチをオン／オ
フさせるので、切替え時の直流電圧の変動が大きくな
る。直流電動機は、電動機の負荷が一定であれば、電動
機に印加される直流電圧に回転数が比例する。従って、
直流電動機の回転数は、直流電圧が急激に変動すると大
きく変動するという問題がある。特に静音が要求される
家庭用冷蔵庫では、圧縮機電動機に適用する場合、直流
電動機の急激な回転数の変化は騒音の増大につながるの
で、回転数の変動は極力抑制しなければならない。より
具体的には、回転数が一定であれば発生する音の周波数
も変化せず、さほど気にならないが、回転数が変化する
と発生する音の周波数も変化し、この変化音に対して敏
感に反応する。そのため、従来技術にて述べた回路構成
は、静音が特に要求される冷蔵庫の圧縮機モータ制御に
適用することが、実際上困難であった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するため、整流
部切り替え回路にて、低い直流電圧変換と高い直流電圧
変換の選択を切替える時の回転数変動を抑制し、直流電
動機を用いた効率の良い冷蔵庫を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、冷蔵庫
圧縮機に搭載する直流ブラシレスモータと、この直流ブ
ラシレスモータを回転制御するインバータと、このイン
バータの入力段に直流電圧を供給するコンバータと、前
記直流電圧を変化させるコンバータ制御手段とを備え、
このコンバータは前記インバータへ出力する直流電圧の
可変手段として倍電圧整流と全波整流を切替えるための
双方向性スイッチを有し、この双方向性スイッチが、通
電率を変化させることにより前記インバータの直流電圧
を可変制御すると共に、前記通電率の変化が双方向性ス
イッチの通電率と前記インバータの通電率を同期させた
冷蔵庫である。 （２）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
双方向性スイッチ及びインバータの通電率が、０％より
大きく且つ１００％よりも小さい値を経て変化するもの
である。 （３）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
双方向性スイッチの通電率の変化が、前記双方向性スイ
ッチの通電率を増加させる場合は、インバータの通電率
を減少させ、前記双方向スイッチの通電率を減少させる
場合は、前記インバータの通電率を増加させ、変化中の
直流ブラシレスモータへの印加電圧を一定とするもので
ある。 （４）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
双方向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコ
ンバータの出力電圧の制御が、前記双方向性スイッチの
通電率が予め設定された値より低い場合に、その通電率
を０％に制御するものである。 （５）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
双方向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコ
ンバータの出力電圧の制御が、前記双方向性スイッチの
通電率が予め設定された値より高い場合に、その通電率
を１００％に制御するものである。 （６）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
双方向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコ
ンバータの出力電圧を制御が、このコンバータの出力電
圧と通電率の比率から、このコンバータ出力電圧の時間
に対する変化量が常に一定となるように、前記双方向性
スイッチの通電率の変化量を調整するものである。 （７）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
直流ブラシレスモータが低速域で回転する領域でコンバ
ータ出力電圧を低く制御する運転モードと、直流ブラシ
レスモータが高速域で回転する領域でコンバータ出力電
圧を高く制御する運転モードとを備え、コンバータ出力
電圧を低く制御する運転モードからコンバータ出力電圧
を高く制御する運転モードへの切替えが、前記インバー
タの出力電圧を制御する通電率が予め設定した値よりも
大きい場合に行なわれるものである。 （８）本発明は、上記（１）に記載の冷蔵庫において、
直流ブラシレスモータが低速域で回転する領域でコンバ
ータ出力電圧を低く制御する運転モードと、直流ブラシ
レスモータが高速域で回転する領域でコンバータ出力電
圧を高く制御する運転モードとを備え、コンバータ出力
電圧を高く制御する運転モードからコンバータ出力電圧
を低く制御する運転モードへの切替えが、前記インバー
タの出力電圧を制御する通電率が予め設定した値よりも
小さい場合に行なわれるものである。 本発明はこれら手段を用いて、整流部切り替え回路に
て、低い直流電圧と高い直流電圧の選択を切替える時の
回転数変動を抑制し、直流電動機を用いた効率の良い冷
蔵庫を得る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は、本発明における冷蔵庫制御装
置の１実施例を示す回路ブロック図であり、１は商用電
源、２はコモンモードフィルタ回路、３はノーマルモー
ドフィルタ回路のリアクタ(力率改善用リアクタ)、４は
ノーマルモードフィルタ回路のコンデンサ、５は整流用
ブリッジダイオード、７は双方向性スイッチ、８、９は
平滑コンデンサ、１０、１１は直流電圧検出抵抗、１２
は直流電流検出抵抗、１３〜１８はインバータブリッジ
を構成する半導体スイッチング素子、１９〜２４はイン
バータブリッジを構成する還流ダイオード、２５は電動
機を駆動するための半導体スイッチング素子１３〜１８
および還流ダイオード１９〜２４を備えたインバータ回
路、２６はインバータブリッジを構成する半導体スイッ
チング素子１３〜１８を駆動するドライバ、２７は圧縮
機を駆動用の圧縮機に内蔵された直流電動機(直流ブラ
シレスモータ)、２８は圧縮機、２９〜３４は直流電動
機のモータ端子電圧検出用抵抗、３５は直流ブラシレス
モータのロータ磁極位置検出信号作成用の比較器、３６
はコンバータ制御およびインバータ制御を行う第１のマ
イクロコンピュータ、３７は商用電源の位相を検出する
位相検出器、３８は外部半導体記憶素子、３９は絶縁素
子、４０は強制運転信号入力端子、４１は基板、４２〜
４４は冷蔵庫内及び機械室の空気を循環するファンモー
タ、４５はファンモータを駆動するドライバ、４６〜４
９は図示しない冷蔵庫の各部の温度を検出する温度セン
サ、５０は冷蔵庫通風路の開度を調節するダンパを駆動
するドライバ、５１は図示しない冷蔵庫内の通風路に設
置されるダンパ、５２は自動製氷機の製氷皿を回転する
モータ及び製氷皿に水を供給するポンプのモータを駆動
するドライバ、５３は自動製氷器、５４は図示しない冷
蔵庫各部に設置されるヒータに通電するドライバ、５５
〜５８は図示しない冷蔵庫各部に設置されるヒータ、５
９は冷蔵庫特有の制御を行う第２のマイクロコンピュー
タ、６０は制御用直流電源回路、６１はコンバータ回路
を示している。

【００１０】次に図１に示す回路の具体的な動作につい
て説明する。第２のマイクロコンピュータ５９は、各温
度センサ４６〜４９より検出した温度情報に基づき、フ
ァンモータ４２〜４４の各々の駆動仕様、ダンパ５１の
開度仕様、自動製氷器５３の動作仕様、各ヒータ５５〜
５８の通電仕様、及び、圧縮機２８に内蔵された直流ブ
ラシレスモータ２７の回転数を演算する。この演算結果
に基づいて、第２のマイクロコンピュータ５９は、ファ
ンモータ４２〜４４を所定の仕様で駆動するための信号
をファンモータドライバ４５に出力して、ファンモータ
４２〜４４を駆動し、ダンパ５１を所定の開度に駆動す
るための信号をダンパ開度調節用ドライバ５０に出力し
てダンパ５１を調節し、また自動製氷機５３の製氷皿や
この製氷皿に給水するためのポンプを駆動するドライバ
５２に、先に決定した自動製氷機の動作仕様を行う制御
指令信号を出力し自動製氷機を動作させ、またヒータ５
５〜５８を所定の通電仕様で運転する信号をヒータ用の
ドライバ５４に出力してヒータ５５〜５８を運転する。

【００１１】第２のマイクロコンピュータ５９は、先の
演算で決定した直流ブラシレスモータ２７の回転速度を
回転数指令信号に変換し、絶縁素子３９を介して第１の
マイクロコンピュータ３６に出力する。直流ブラシレス
モータ２７の回転数指令信号を入力した、第１のマイク
ロコンピュータ３６は、直流ブラシレスモータ２７のモ
ータ端子電圧検出抵抗２９〜３４を介して入力した信号
から、直流ブラシレスモータ２７のロータ位置検出信号
作成用の比較器３５で作成されたロータ位置信号を入力
し、このロータ位置情報を基に直流ブラシレスモータ２
７の実回転数を演算して、演算結果から直流ブラシレス
モータ２７の実回転数と回転数指令の偏差が零になるよ
うに、ロータ位置情報に見合ったインバータ用半導体ス
イッチング素子を駆動する信号をインバータ回路２５用
ドライバ２６に出力して半導体スイッチング素子１３〜
１８を順次駆動するとともに、直流ブラシレスモータ２
７の回転数とインバータ通電率に基づいてコンバータ回
路６１の双方向性スイッチ７に直流電圧指令信号を出力
する。

【００１２】次に、直流ブラシレスモータ２７への印加
電圧制御について述べる。直流ブラシレスモータ２７の
印加電圧は、図２に示す双方向性スイッチの通電率とイ
ンバータ通電率により制御する。モータ回転数が低速域
から増速するにつれてインバータ通電率が増加するが、
インバータ通電率が所定の最大値ｄｕｔｙ２に達すると
双方向性スイッチの通電率を０％からｄｕｔｙ１まで切
り上げる。更にモータ回転数が増速してインバータ通電
率が再度所定の最大値ｄｕｔｙ２に達すると双方向性ス
イッチの通電率をｄｕｔｙ１から１００％まで切り上げ
る。一方、モータ回転数が高速域から減速するにつれて
インバータ通電率は減少するが、インバータ通電率が所
定の最小値ｄｕｔｙ３に達すると双方向性スイッチの通
電率を１００％からｄｕｔｙ１まで切り下げる。更にモ
ータ回転数が減速してインバータ通電率が再度所定の最
小値ｄｕｔｙ３に達すると双方向性スイッチの通電率を
ｄｕｔｙ１から０％まで切り下げる。双方向性スイッチ
の通電率とインバータ通電率を同期して可変させ、双方
向性スイッチの通電率の可変によるモータ印加電圧変動
量と、インバータ通電率の可変によるモータ印加電圧変
動量が同一になるよに制御すれば、モータ印加電圧を一
定にして回転変動を抑えることができる。

【００１３】次に、直流ブラシレスモータ２７の速度制
御について図１及び図２を参照して述べる。第２のマイ
クロコンピュータ５９で演算された直流ブラシレスモー
タ２７の回転数指令が所定の回転数Ｎａ以下である場合
は、第１のマイクロコンピュータ３６は、先ず、コンバ
ータ回路６１がインバータ回路２５に出力する直流電圧
が最小値になるようにコンバータ回路６１の双方向性ス
イッチ７がオフする信号を双方向性スイッチ７に出力す
るか、若しくは双方向性スイッチ７の制御信号を停止す
る。そして、第１のマイクロコンピュータ３６は、第２
のマイクロコンピュータ５９より絶縁素子３９を介して
入力した第２のマイクロコンピュータ５９で演算された
直流ブラシレスモータ２７の回転数指令と、第１のマイ
クロコンピュータ３６が入力した直流ブラシレスモータ
２７のロータ位置情報とから演算した実回転数の偏差が
０となるように、インバータ回路２５の半導体スイッチ
ング素子１３〜１８を制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗ
ｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御パルス幅を演算
し、ロータ位置情報に応じた直流ブラシレスモータ２７
を駆動する電流情報に、先に演算したＰＷＭ制御パルス
幅情報を重畳してモータ駆動信号を生成し、このモータ
駆動信号をインバータ回路用ドライバ２６に出力する。
インバータ回路用ドライバ２６は、入力したモータ駆動
信号を基に各インバータ用半導体スイッチ１３〜１８に
順次半導体スイッチ駆動信号を出力し、直流ブラシレス
モータ２７は、所定の回転数となるように駆動される。

【００１４】上記のように所定の回転数（Ｎａ）以下の
場合、インバータ回路２５に入力される直流電圧を最小
にして直流ブラシレスモータ２７を駆動することで、モ
ータの回転数が小さい領域においてもＰＷＭ制御信号の
パルス幅を比較的大きく保つことができ、これによりイ
ンバータスイッチング素子の１周期における最大電流と
最小電流の差を小さくすることができるので、脈動磁束
密度を小さくすることができ、その結果、モータの鉄損
を減少させ、効率の良いモータ駆動を得ることができ
る。

【００１５】次に、第２のマイクロコンピュータ５９で
演算された直流ブラシレスモータ２７の回転速度指令が
所定の回転数Ｎａより大きく、且つ、所定の回転数Ｎｂ
より小さい場合は、第１のマイクロコンピュータ３６
は、先ず、コンバータ回路６１がインバータ回路２５に
出力する直流電圧が所定の値になるようにコンバータ回
路６１の双方向性スイッチ７の通電率信号ｄｕｔｙ１を
双方向性スイッチ７に出力する。そして第１のマイクロ
コンピュータ３６は、第２のマイクロコンピュータ５９
より絶縁素子３９を介して入力した第２のマイクロコン
ピュータ５９で演算された直流ブラシレスモータ２７の
回転数指令と、第１のマイクロコンピュータ３６が入力
した直流ブラシレスモータ２７のロータ位置情報とから
演算した実回転数の偏差が０となるように、インバータ
回路２５の半導体スイッチング素子１３〜１８を制御す
るＰＷＭ制御パルス幅を演算し、ロータ位置情報に応じ
た直流ブラシレスモータ２７を駆動する転流情報に、先
に演算したＰＷＭ制御パルス幅情報を重畳してモータ駆
動信号を生成し、このモータ駆動信号をインバータ回路
用ドライバ２６に出力する。

【００１６】インバータ回路用ドライバ２６は、入力し
たモータ駆動信号を基に、各インバータ用半導体スイッ
チ１３〜１８に順次半導体スイッチ駆動信号を出力し、
直流ブラシレスモータ２７は所定の回転数となるように
駆動される。上記のように、回転数が中間領域の場合
は、インバータ回路２５に入力される直流電圧をできる
だけ最小にして直流ブラシレスモータ２７を駆動するこ
とで、モータの回転数が小さい領域においてもＰＷＭ制
御信号のパルス幅を比較的大きく保つことができ、これ
によりインバータスイッチング素子の１周期における最
大電流と最小電流の差を小さくすることができるので、
脈動磁束密度を小さくすることができ、その結果、モー
タの鉄損を減少させ、効率の良いモータ駆動を得ること
ができる。

【００１７】第２のマイクロコンピュータ５９で演算さ
れた直流ブラシレスモータ２７の回転速度指令が所定の
回転数Ｎｂ以上の場合は、第１のマイクロコンピュータ
３６は、先ず、コンバータ回路６１がインバータ回路２
５に出力する直流電圧が最大の値になるように、コンバ
ータ回路６１の双方向性スイッチ７の通電率信号を１０
０％にして双方向性スイッチ７に出力する。そして第１
のマイクロコンピュータ３６は、第２のマイクロコンピ
ュータ５９より絶縁素子３９を介して入力した第２のマ
イクロコンピュータ５９で演算された直流ブラシレスモ
ータ２７の回転数指令と、第１のマイクロコンピュータ
３６が入力した直流ブラシレスモータ２７のロータ位置
情報とから演算した実回転数の偏差が０となるように、
インバータ回路２５の半導体スイッチング素子１３〜１
８を制御するＰＷＭ制御パルス幅を演算し、ロータ位置
情報に応じた直流ブラシレスモータ２７を駆動する転流
情報に、先に演算したＰＷＭ制御パルス幅情報を重畳し
てモータ駆動信号を生成し、このモータ駆動信号をイン
バータ回路用ドライバ２６に出力する。

【００１８】インバータ回路用ドライバ２６は、入力し
たモータ駆動信号を基に各インバータ用半導体スイッチ
１３〜１８に順次半導体スイッチ駆動信号を出力し、直
流ブラシレスモータ２７は所定の回転数となるように駆
動される。上記のように回転数が高速領域の場合、イン
バータ回路２５に入力される直流電圧をできるだけ最大
にして直流ブラシレスモータ２７を駆動することで、モ
ータの回転数を最高回転数まで制御する。

【００１９】コンバータ回路６１が、インバータ回路２
５に出力する直流電圧と、コンバータ回路６１の、双方
向性スイッチ７の通電率制御について述べる。図３は、
双方向性スイッチ７にトライアックを用いた場合におけ
る、商用電源電圧と双方向性スイッチ７の通電率信号及
び双方向性スイッチ７の通電期間を示している。尚、本
発明にて述べる双方向性スイッチは、トライアックに限
定されるものではなく、交流電流を供給可能なスイッチ
であり、且つ、通電率の制御が可能なものであればよ
い。電源電圧の位相がＰｏｎの時に双方向性スイッチ７
の通電率信号Ｖｄをオンすると、通電率信号Ｖｄのオン
と同時に双方向性スイッチ７がオンする。一方、電源電
圧の位相がＰｏｆｆの時に双方向性スイッチ７の通電率
信号Ｖｄをオフすると、電源電圧がゼロクロス位相であ
る１８０°になるのと同時に双方向性スイッチ７がオフ
する。双方向性スイッチ７のオン位相Ｐｏｎを変えるこ
とにより、コンバータ回路６１がインバータ回路２５に
出力する直流電圧を制御することができる。

【００２０】第１のマイクロコンピュータ３６は、ゼロ
クロス信号Ｚｅｒｏを基準にして、期間ｔ１とｔ２を設
定して双方向スイッチ７の通電率信号を位相Ｐｏｎでオ
ン、位相Ｐｏｆｆでオフさせる。尚、ｔ＿ｏｆｆｓｅｔ
は、ゼロクロス信号Ｚｅｒｏが入力する所定時間前まで
に通電率信号をオフさせる為に設けるものであり、トラ
イアックのオフを確実に行う為に必要である。

【００２１】次に、図４に実験によって得られたコンバ
ータ回路６１が出力する直流電圧と双方向性スイッチ７
のオン位相Ｐｏｎの関係を示す。Ｐｏｎの位相が小さけ
れば直流電圧は高くなり、Ｐｏｎの位相が大きければ直
流電圧は低くなるが、直線的な比例関係ではない。また
オン位相がＰ１の間、すなわち０°から６０°の間と、
オン位相がＰ２の間、すなわち１５０°から１８０°の
間はスイッチオン位相を変えても直流電圧は変化しない
不感帯がある。このような特性を考慮して直流電圧を制
御し、モータを回転数制御する必要がある。

【００２２】コンバータ回路６１が出力する直流電圧が
変化しないオン位相Ｐｏｎの領域を回避して制御する方
法について図５を参照して述べる。Ｐｏｎの位相が大き
い場合、位相Ｐｏｎの不感帯をｔ＿ｏｆｆｓｅｔ１とす
ると、双方向性スイッチ７の通電率が減少してｔ1'の期
間が拡大し、ｔ1'≧t2になった時点で双方向性スイッチ
７の通電率を０％にする。このように双方向性スイッチ
の通電率が所定の値より低い場合は、通電率を０％に制
御することにより、通電率が所定の値より低くかつ０％
以上の領域を設けないことで双方向性スイッチ７のオン
位相Ｐｏｎの不感帯を回避して制御する。一方、Ｐｏｎ
の位相が小さい場合、位相Ｐｏｎの不感帯をｔ＿ｏｆｆ
ｓｅｔ２とすると、双方向スイッチ７の通電率が増加し
てｔ1''の期間が減少し、ｔ1''≦t3になった時点で双方
向性スイッチ７の通電率を１００％にする。このように
双方向スイッチの通電率が所定の値より高い場合は、通
電率を１００％に制御することにより、通電率が所定の
値より高くかつ１００％以下の領域を設けないことで、
双方向性スイッチ７のオン位相Ｐｏｎの不感帯を回避し
て制御する。

【００２３】図６を用いて直流電圧を直線的に制御する
方法について述べる。直流電圧の変動幅をＶ１に一定化
するには、スイッチオン位相Ｐｏｎの変動幅を、図示す
るようにＰ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、
Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４に設定する。
これらの値を第１のマイクロコンピュータ３６に記憶さ
せて参照し、直流電圧の変動幅を一定化する。

【００２４】直流電圧を変更する際の制御について、図
７を用いて説明する。以下の説明では、直流電圧Ｖｄｃ
１を全波整流電圧、直流電圧Ｖｄｃ２を倍電圧整流電圧
に設定した場合について述べる。先ず、本発明の効果を
より得るために直流ブラシレスモータの設計仕様は、コ
ンバータ回路６１の双方向性スイッチ７を連続的にオン
した時に得られるコンバータ回路の出力電圧(最大電
圧)、つまり倍電圧整流時の直流電圧で、圧縮機２８の
最大負荷時に所望する最高回転数が得られる仕様にす
る。

【００２５】直流ブラシレスモータ２７が、低速にて回
転制御されている際に、モータの回転数を上昇させる場
合、第１のマイクロコンピュータ３６は、第２のマイク
ロコンピュータ５９にて演算された指令回転数にモータ
の実回転数を追従させるように、インバータ回路２５の
半導体スイッチ１３〜１８をスイッチングするドライブ
信号に重畳させるＰＷＭ信号の通電率を増加させてモー
タの回転速度を上げる。低速領域で回転している場合、
第１のマイクロコンピュータ３６は、第２のマイクロコ
ンピュータ５９から得られる指令回転数が所定の値Ｎ１
より大きくなった場合、コンバータ回路の出力電圧をＶ
ｄｃ１からＶｄｃ２に上昇させる。このとき、直流電圧
切替えの際に参照する指令回転数の所定の値Ｎ１は、全
波整流時の電圧Ｖｄｃ１で直流ブラシレスモータが回転
可能な範囲内で設定し、直流電圧切替え時の回転変動が
ないようにする。

【００２６】一方、第１のマイクロコンピュータ３６
は、第２のマイクロコンピュータ５９から得られる指令
回転数が所定の値Ｎ２より小さくなった場合、コンバー
タ回路の出力電圧を降下させて直流電圧Ｖｄｃ２からＶ
ｄｃ１に切替える。このとき、直流電圧切替えの際に参
照する指令回転数の所定の値Ｎ２は、倍電圧整流時の電
圧Ｖｄｃ２で直流ブラシレスモータが回転可能な範囲内
で設定し、直流電圧変更時の回転変動がないようにす
る。

【００２７】直流電圧切り上げの制御について、図８を
参照して説明する。第１のマイクロコンピュータ３６
は、第２のマイクロコンピュータ５９から得られる指令
回転数が、所定の値Ｎ１より大きくなった場合、コンバ
ータ回路の出力電圧を上昇させて全波整流時の直流電圧
Ｖｄｃ１から倍電圧整流時の直流電圧Ｖｄｃ２に直流電
圧を切り変える。但し、切替えの際に参照する指令回転
数の所定の値Ｎ１が、全波整流時の電圧Ｖｄｃ１で直流
ブラシレスモータが回転可能な範囲Ｎ３より大きい場
合、インバータ回路２５の入力電圧が低いため、インバ
ータの通電率を１００％にしても、直流ブラシレスモー
タ２７の回転速度は上昇しない。よって、実回転数は、
指令回転数が増加しているにもかかわらず、図中に示す
点線で示した実回転数のように増速しない。そこで、イ
ンバータ回路２５の通電率が１００％に至った時点で、
直流電圧を全波整流時の電圧Ｖｄｃ１から倍電圧整流時
の直流電圧Ｖｄｃ２にして直流電圧を切替える。これに
より、実回転数が増速しない問題は回避できる。

【００２８】直流電圧切り下げの制御について、図９を
参照して説明する。第１のマイクロコンピュータ３６
は、第２のマイクロコンピュータ５９から得られる指令
回転数が所定の値Ｎ２より小さくなった場合、コンバー
タ回路の出力電圧を降下させて倍電圧整流時の直流電圧
Ｖｄｃ２から全波整流時の直流電圧Ｖｄｃ１とし、第１
の運転モードに切替える。但し、運転モード切替えの際
に参照する指令回転数の所定の値Ｎ２が、倍電圧整流時
の電圧Ｖｄｃ２で直流ブラシレスモータが回転可能な範
囲Ｎ３より小さい場合、インバータ回路２５の入力電圧
が高いため、インバータの通流率を最小にしても、直流
ブラシレスモータ２７の回転速度は低下しない。よっ
て、実回転数は、指令回転数が減少しているにもかかわ
らず、図中に示す点線で示した実回転数のように減速し
ない。そこで、インバータ回路２５の通流率が所定の最
小に至った時点で、直流電圧を倍電圧整流時の直流電圧
Ｖｄｃ２から全波整流時の電圧Ｖｄｃ１にして直流電圧
を切り下げる。これにより、実回転数が減速しない問題
は回避できる。

【００２９】図１０により第１のマイクロコンピュータ
３６の制御構成について説明する。図中の番号で示す構
成は、図１と同一番号のものは構成が同じである。ま
た、マイクロコンピュータ３６の内部構成は図中に番号
と構成名を表示しているので説明を省略する。

【００３０】回転数検出手段１０７は、磁極位置検出手
段１０５によって得た位置信号を検出し、磁極位置信号
の間隔からモータの実回転数を得る。回転数偏差算出手
段１０６は、回転数検出手段１０７から送られる実回転
数信号と回転数指令設定手段１０８とから送られる指令
回転数信号を参照し、両者の差分を回転数偏差信号とし
て得る。双方向性スイッチのスイッチ通電率算出手段１
０２は、回転数偏差算出手段１０６からの回転数偏差信
号と、インバータ通電率算出手段１０３からのインバー
タ通電率信号を参照して、双方向性スイッチのスイッチ
通電率を算出する。一方、インバータ通電率算出手段１
０３は、回転数偏差算出手段１０６からの回転数偏差信
号と、スイッチ通電率算出手段１０２からのスイッチ通
電率信号とを参照して、インバータ通電率を算出する。
スイッチ通電信号出力手段１００は、スイッチ通電率算
出手段１０２からのスイッチ通電率信号を参照して、双
方向性スイッチ７に通電信号を出力する。また、インバ
ータ通電信号出力手段１０１は、インバータ通電率算出
手段１０３からのインバータ通電率信号を参照して、ド
ライバ２６に通電信号を出力する。

【００３１】図１１のフローチャートを参照して、第１
のマイクロコンピュータ３６の制御アルゴリズムについ
て述べる。ステップ２００にて実回転数、ステップ２０
１にて回転数指令値を検出し、ステップ２０２にて実回
転数から回転数指令値を減算して回転数偏差を得る。ス
テップ２０３にて回転数偏差に応じて処理を分岐する。
偏差＞０の場合、ステップ２０４にてインバータ通電率
を検出し、ステップ２０５にて通電率が最小値であるか
否かで処理を分岐する。通電率が最小である場合、ステ
ップ２０６にてスイッチ通電率と直流電圧の変動幅を記
録したテーブルを参照して、ステップ２０７にてテーブ
ル値に応じてスイッチ通電率を減少させる。

【００３２】更に、ステップ２０８にてインバータ通電
率を増加させる。ステップ２０９にてスイッチ通電率が
目標値に至ったかを判断し、未達の場合は処理をステッ
プ２０７に戻し、同じ処理をスイッチ通電率が目標値に
至るまで繰り返す。ステップ２０３にて回転数偏差に応
じて処理を分岐するが、偏差＜０の場合、ステップ２１
０にてインバータ通電率を検出し、ステップ２１１にて
通電率が最大値であるか否かで処理を分岐する。通電率
が最大である場合、ステップ２１２にてスイッチ通電率
と直流電圧の変動幅を記録したテーブルを参照して、ス
テップ２１３にてテーブル値に応じてスイッチ通電率を
増加させる。更に、ステップ２１５にてインバータ通電
率を減少させる。ステップ２０９にてスイッチ通電率が
目標値に至ったかを判断し、未達の場合は処理をステッ
プ２１３に戻し、同じ処理をスイッチ通電率が目標値に
至るまで繰り返す。ステップ２０３にて回転数偏差に応
じて処理を分岐するが、偏差が０である場合は処理を終
了する。

【００３３】本発明は、このようにして、コンバータの
出力である直流電圧を切替えることにより、切替え時の
回転数変動を抑え、且つ、高効率の圧縮機回転数制御を
行うことができるが、本発明の冷蔵庫制御装置におい
て、特に直流ブラシレスモータの制御を行うコンバータ
回路の制御およびインバータ回路の制御方法は、その用
途が冷蔵庫に限定されることはなく、小型汎用インバー
タやその他の電動機制御装置に広く応用が可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷蔵庫制
御装置は、コンバータ電圧切替え時に回転変動が生じな
いように、コンバータの双方向スイッチとインバータの
通電率を同期させて可変させるので、静穏であり且つ高
効率の直流ブラシレスモータを有した冷蔵庫が得られ
る。そして、通電率を０％から１００％へと一度に変化
させず、段階的に変化させることで、直流ブラシレスモ
ータの回転数変動を、より抑えることができ、周波数変
化を最小限にすることが可能となる。また、本発明の冷
蔵庫によれば、直流ブラシレスモータを低速で駆動する
際には、インバータ回路に入力される直流電圧を小さく
できることによりモータの鉄損を減少したモータ効率の
向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷蔵庫の１実施形態を示す回路図
である。

【図２】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図３】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図４】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図５】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図６】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図７】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図８】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図９】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【図１０】本発明による冷蔵庫の他の１実施形態を示す
回路図である。

【図１１】本発明による冷蔵庫の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 商用電源 ２ コモンモードフィルタ回路 ３ ノーマルモードフィルタ回路のリアクア(力率改善
用リアクタ) ４ ノーマルモードフィルタ回路のコンデンサ ５ 整流用ブリッジダイオード ７ 双方向性スイッチ ８、９ 平滑コンデンサ １０、１１ 直流電圧検出抵抗 １２ 直流電流検出抵抗 １３〜１８ インバータブリッジを構成する半導体スイ
ッチング素子 １９〜２４ インバータブリッジを構成する還流ダイオ
ード ２５ インバータ回路 ２６ ドライバ ２７ 直流電動機(直流ブラシレスモータ) ２８ 圧縮機 ２９〜３４ 直流電動機のモータ端子電圧検出用抵抗 ３５ ロータ磁極位置検出信号作成用比較器 ３６ 第１のマイクロコンピュータ ３７ 位相検出器 ３８ 外部半導体記憶素子 ３９ 絶縁素子 ４０ 強制運転信号入力端子 ４１ 基板 ４２〜４４ ファンモータ ４５ ドライバ ４６〜４９ 温度を検出するセンサ ５０ ドライバ ５１ ダンパ ５２ ドライバ ５３ 自動製氷器 ５４ ドライバ ５５〜５８ ヒータ ５９ 第２のマイクロコンピュータ ６０ 制御用直流電源回路 ６１ コンバータ回路 ６２ マイクロコンピュータ ６３〜７２ 絶縁素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 展昭 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 吉田 英樹 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 川端 幸雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3L045 AA05 BA01 CA02 DA02 EA01 LA06 MA00 NA01 PA01 PA03 PA06 5H006 AA07 BB05 CA07 CB01 CB04 CB09 CC02 DA04 DB02 DB07 DC05 5H560 BB04 DA13 DB13 DC13 EB01 EC10 JJ12 SS07 TT11 TT15 UA03 XA03 XA04 XA08 XA11 XA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷蔵庫圧縮機に搭載する直流ブラシレス
   モータと、この直流ブラシレスモータを回転制御するイ
   ンバータと、このインバータの入力段に直流電圧を供給
   するコンバータと、前記直流電圧を変化させるコンバー
   タ制御手段とを備え、このコンバータは前記インバータ
   へ出力する直流電圧の可変手段として倍電圧整流と全波
   整流を切替えるための双方向性スイッチを有し、この双
   方向性スイッチが、通電率を変化させることにより前記
   インバータの直流電圧を可変制御すると共に、前記通電
   率の変化が双方向性スイッチの通電率と前記インバータ
   の通電率を同期させたものである冷蔵庫。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷蔵庫において、双方
   向性スイッチ及びインバータの通電率が、０％より大き
   く且つ１００％よりも小さい値を経て変化するものであ
   る冷蔵庫。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の冷蔵庫において、双方
   向性スイッチの通電率の変化が、前記双方向性スイッチ
   の通電率を増加させる場合は、インバータの通電率を減
   少させ、前記双方向スイッチの通電率を減少させる場合
   は、前記インバータの通電率を増加させ、変化中の直流
   ブラシレスモータへの印加電圧を一定とするものである
   冷蔵庫。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の冷蔵庫において、双方
   向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコンバ
   ータの出力電圧の制御が、前記双方向性スイッチの通電
   率が予め設定された値より低い場合に、その通電率を０
   ％に制御するものである冷蔵庫。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の冷蔵庫において、双方
   向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコンバ
   ータの出力電圧の制御が、前記双方向性スイッチの通電
   率が予め設定された値より高い場合に、その通電率を１
   ００％に制御するものである冷蔵庫。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の冷蔵庫において、双方
   向性スイッチの通電率を増加又は減少させて行うコンバ
   ータの出力電圧を制御が、このコンバータの出力電圧と
   通電率の比率から、このコンバータ出力電圧の時間に対
   する変化量が常に一定となるように、前記双方向性スイ
   ッチの通電率の変化量を調整するものである冷蔵庫。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の冷蔵庫において、直流
   ブラシレスモータが低速域で回転する領域でコンバータ
   出力電圧を低く制御する運転モードと、直流ブラシレス
   モータが高速域で回転する領域でコンバータ出力電圧を
   高く制御する運転モードとを備え、コンバータ出力電圧
   を低く制御する運転モードからコンバータ出力電圧を高
   く制御する運転モードへの切替えが、前記インバータの
   出力電圧を制御する通電率が予め設定した値よりも大き
   い場合に行なわれるものである冷蔵庫。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の冷蔵庫において、直流
   ブラシレスモータが低速域で回転する領域でコンバータ
   出力電圧を低く制御する運転モードと、直流ブラシレス
   モータが高速域で回転する領域でコンバータ出力電圧を
   高く制御する運転モードとを備え、コンバータ出力電圧
   を高く制御する運転モードからコンバータ出力電圧を低
   く制御する運転モードへの切替えが、前記インバータの
   出力電圧を制御する通電率が予め設定した値よりも小さ
   い場合に行なわれるものである冷蔵庫。