JP2006025542A

JP2006025542A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2006025542A
Application number: JP2004201534A
Authority: JP
Inventors: Kiyonori Yamamoto; 清則山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータを有する冷蔵庫において、冷蔵庫設置時の通電による高負荷運転に対して、ブラシレスＤＣモータ駆動用スイッチング素子の温度上昇を抑制させることを目的とする。
【解決手段】永久磁石を有する回転子１０４ａと、三相巻線を有する固定子１０４ｂからなるブラシレスＤＣモータ１０４と、三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子１０３ａ〜１０３ｆにより電力を供給するインバータ１０３と、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替え周波数を複数個生成するキャリア周波数制御部１０９とを備え、電源投入時は最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させることにより、スイッチング素子の過渡現象による突入電流の単位時間あたりの回数が減少しスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータ駆動装置の信頼性向上に関するものである。

従来、３５０Ｌ以上の大型冷蔵庫には、高効率な圧縮機回転数可変のインバータ制御冷蔵庫が大半を占めている（例えば、特許文献１参照）。

図３は特許文献１に記載された従来の冷蔵庫を示すものである。図３に示すように、商用電源１０１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

整流回路１０２は商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換するである。整流回路１０２はブリッジ接続された整流用ダイオード１０２ａ〜１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ、１０２ｆとからなり、図８に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１０１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。

インバータ回路１０３は、６個のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。

ブラシレスＤＣモータ１０４は、永久磁石を有する回転子１０４ａと３相巻線を有した固定子１０４ｂとからなる。インバータ１０３により作られた３相交流電流が固定子１０４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子１０４ａを回転させることができる。回転子１０４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

逆起電圧検出回路１０５は、ブラシレスＤＣモータ１０４の永久磁石を有する回転子１０４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子１０４ａの回転相対位置を検出する。

ロータ回転数演算部１０６は、逆起電圧検出回路１０５の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを順次切り換えるタイミングを演算する。

電圧検出部１０７は、整流回路２の出力電圧（直流電圧）を検出する。回転数制御部１０８は、ロータ回転数演算部１０６、及び、電圧検出部１０７の出力を受けて、所望の目標回転数となるようにＤｕｔｙ比を調整する。ここで、Ｄｕｔｙ比とはオン時間とキャリア周期の比を示し、Ｄｕｔｙ比が大きいほど出力される電圧は高くなる。

ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９は、ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数を超えた場合に、キヤリア周波数を切り替えるものである。ここでＰＷＭとはパルス幅変調のことを意味し、モータの駆動周波数に対して十分大きな周波数であるキャリア周波数を選定する。一般的に、キャリア周波数は２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度が使用される。

スイッチ素子切換部１１０は、ロータ回転数演算部１０６によって決定された周期と回転数制御部１０８で調整されたＤｕｔｙ比をもとに、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動するための信号を出力する。

ドライブ回路１１１は、スイッチ素子切換部１１０からの出力信号により、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

電圧検出部１０７で検出されたインバータへの供給電圧に応じて、回転数制御部１０８によりＤｕｔｙ比を変更する。

ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数を超えた時に、ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９により、キヤリア周波数を高くする。また、ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数と等しいか、或いは下回った時に、ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９により、キヤリア周波数を低くする。

このように駆動することにより、インバータへの供給電圧が変動しても、モータの起動をスムーズにし、回転数が安定に制御される。
特開平１１−３５６０８１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、高回転時にキャリア周波数を高くするとスイッチング素子の過渡現象による突入電流の過多で、スイッチング素子の温度上昇を招く。特に冷蔵庫の設置時等では圧縮機負荷が大きく、大電流がスイッチング素子に流れるため著しい温度上昇を招くことになる。この温度上昇によりスイッチング素子の寿命を短くしてしまうといった信頼性に関する課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷蔵庫設置時の高回転運転に対してスイッチング素子の温度上昇を抑制、スイッチング素子の信頼性を確保する冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、複数個のキャリア周波数を備え、電源投入時は最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させるようにしたものである。

これによって、スイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇が抑制されることになる。

また、本発明の冷蔵庫は、スイッチング素子の温度を検知するスイッチング素子温検知センサを有したものである。

これによって、スイッチング素子の温度が所定温度以上になるとキャリア周波数が最も低いものに選択され、スイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇が抑制されることになる。

本発明の冷蔵庫は、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることが出来、スイッチング素子の寿命が延び、信頼性の高いブラシレスＤＣモータを駆動させる冷蔵庫を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替え周波数を複数個生成するキャリア周波数制御部と、前記キャリア周波数制御部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備え、電源投入時は最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、外気温度を検知する外気温検知センサを有し、前記外気温検知センサが所定温度より高い場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、外気温検知センサが所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、庫内温度を検知する庫内温検知センサを有し、前記庫内温検知センサが所定温度より高い場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、庫内温検知センサが所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、外気温度を検知する外気温検知センサと、庫内温度を検知する庫内温検知センサとを有し、前記外気温検知センサと庫内温検知センサの両センサがあらかじめ設定したそれぞれの所定温度を超えている場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、外気温検知センサと庫内温検知センサの両センサがあらかじめ設定したそれぞれの所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができるといった、よりきめ細かい条件設定による電源投入時のキャリア周波数選択によって、スイッチング素子の温度上昇を抑制させ、またキャリア周波数を切り替え時の騒音変動を極力少なくすることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替え周波数を複数個生成するキャリア周波数制御部と、前記キャリア周波数制御部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備え、三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子の温度を検知するスイッチング素子温検知センサを有し、前記スイッチング素子温検知センサが所定温度を超えた時は、最も低いキャリア周波数へ移行するものであり、ブラシレスＤＣモータ運転時にスイッチング素子温検知センサが所定温度を超えた時は、最も低いキャリア周波数へ移行させることにより、スイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、従来と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１において、ブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成は従来と同一である。冷蔵庫の外気温度を検知する外気温検知センサ１と、冷蔵庫の庫内温度を検知する庫内温検知センサ２と、スイッチング素子の温度を検知するスイッチング素子温検知センサ３が、それぞれマイクロコンピュータ４に接続され各種情報をマイクロコンピュータ４へ伝送する。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

図２は、スイッチング素子に通電される電流波形を大小のキャリア周波数で比較したものである。横軸は時間、縦軸は一個のスイッチング素子に通電される電流値を示している。どちらも圧縮機の回転数は同一である。図２（ａ）はキャリア周波数が高い場合、（ｂ）はキャリア周波数が低い場合を示している。スイッチング素子が通電された直後はスイッチング素子の過渡現象により電流のオーバーシュート５が発生する。このオーバーシュートは熱となってスイッチング素子の温度上昇を引き起こす。キャリア周波数が高いと単位時間あたりのオーバーシュートの回数も多くなり、それだけスイッチング素子の温度も上昇する。

冷蔵庫が据え付けられ、初めて電源投入される場合は冷蔵庫庫内が冷えておらず、圧縮機負荷が極めて高くなる。これによりスイッチング素子に流れる電流も増大し、スイッチング素子の温度上昇は益々大きくなる。スイッチング素子の温度上昇は、スイッチング素子に通電される電流の大きさとスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせる回数に左右されている。従って、冷蔵庫が据え付けられ、初めて電源投入される場合はキャリア周波数を最も低い周波数に設定しておくと、スイッチング素子の過渡現象による電流のオーバーシュート回数が低下し、スイッチング素子の温度上昇を極力防止することができるようになる。

また、外気温度を検知する外気温検知センサ１を設けており、外気温検知センサが所定温度より高い場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させることにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、外気温検知センサ１が所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を運転途上で切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができる。

また、庫内温度を検知する庫内温検知センサ２を設けており、庫内温検知センサ２が所定温度より高い場合は、すなわち冷媒の蒸発温度が高く圧縮機負荷が増大し、これによりスイッチング素子に通電される電流も増大し、スイッチング素子の温度上昇を引き起こす。従ってこの時も、電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させることにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、庫内温検知センサが所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができる。

また、外気温度を検知する外気温検知センサ１と、庫内温度を検知する庫内温検知センサ２とを有し、外気温検知センサ１と庫内温検知センサ２の両センサがあらかじめ設定したそれぞれの所定温度を超えている場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させることにより、冷蔵庫設置時、比較的大電流がスイッチング素子に流れてもスイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。また、外気温検知センサ１と庫内温検知センサ２の両センサがあらかじめ設定したそれぞれの所定温度より低い場合は、電源投入時最も低いキャリア周波数を選択しなくてもスイッチング素子の温度上昇を抑制させることができると共に、キャリア周波数を切り替える必要がなくなり、切り替え時の騒音変動をなくすことができるといった、よりきめ細かい条件設定による電源投入時のキャリア周波数選択によって、スイッチング素子の温度上昇を抑制させ、またキャリア周波数を切り替え時の騒音変動を極力少なくすることができるようになる。

以上のように、本実施の形態においては電源投入時は最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動させたことにより、スイッチング素子の過渡現象による電流のオーバーシュート回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を極力防止することができるようになる。

また、三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子の温度を検知するスイッチング素子温検知センサ３を有したものであり、ブラシレスＤＣモータ運転時にスイッチング素子温検知センサ３が所定温度を超えた時は、最も低いキャリア周波数へ移行させることにより、スイッチング素子の過渡現象による突入電流の回数が少なくなり、スイッチング素子の温度上昇を抑制させることができる。

以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、キャリア周波数の引き下げでスイッチング素子の温度上昇の抑制が可能となるので、ブラシレスＤＣモータを適用した家庭用機器への用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図本発明の実施の形態１におけるキャリア周波数の違いによるスイッチング素子に流れる電流波形を説明した図従来の冷蔵庫のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図

符号の説明

１外気温検知センサ
２庫内温検知センサ
３スイッチング素子温検知センサ
１０３インバータ
１０３ａ〜１０３ｆスイッチング素子
１０４ブラシレスＤＣモータ
１０４ａ回転子
１０４ｂ固定子
１０６回転数演算部
１０８回転数制御部
１０９キャリア周波数制御部
１１０スイッチング素子切換部

Claims

永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替え周波数を複数個生成するキャリア周波数制御部と、前記キャリア周波数制御部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備え、電源投入時は最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とした冷蔵庫。
外気温度を検知する外気温検知センサを有し、前記外気温検知センサが所定温度より高い場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とした請求項１に記載の冷蔵庫。
庫内温度を検知する庫内温検知センサを有し、前記庫内温検知センサが所定温度より高い場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とした請求項１に記載の冷蔵庫。
外気温度を検知する外気温検知センサと、庫内温度を検知する庫内温検知センサとを有し、前記外気温検知センサと庫内温検知センサの両センサがあらかじめ設定したそれぞれの所定温度を超えている場合は電源投入時最も低いキャリア周波数にてブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とした請求項１に記載の冷蔵庫。
永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替え周波数を複数個生成するキャリア周波数制御部と、前記キャリア周波数制御部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備え、三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子の温度を検知するスイッチング素子温検知センサを有し、前記スイッチング素子温検知センサが所定温度を超えた時は、最も低いキャリア周波数へ移行することを特徴としたブラシレスＤＣモータを駆動する冷蔵庫。