JP2006329450A - 庫内ファンモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】霜取り中の氷結により庫内ファンのファンモータがロックを起こさないようにする。
【解決手段】除霜後に通電して回転することが検出されなかった場合は、ファンモータにダメージを与えない範囲で、例えば、ファンモータへの印加電圧を高くしたり、ファンモータへの入力電流を多くしたりすることで、モータを発熱させて氷結を溶かし、庫内ファンモータが氷結によるロックを起こさないようにする。
【選択図】図３

Description

この発明は、冷蔵庫、冷凍庫及び冷凍冷蔵庫の除霜後の庫内ファンモータの制御方法に関するものである。

冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫（以下、冷蔵庫）の冷却用庫内ファンのファンモータには、構造が簡単で、安価、堅牢、制御も容易という長所を有するクマトリモータが使われている。

反面、クマトリモータは、効率が悪いという短所を有する。例えば、庫内冷却用ファンモータ用のクマトリモータでは、効率は１０％程度しかなく、１〜２Ｗ程度の軸出力を得る場合でも１０〜２０Ｗの電力を消費する。つまり、軸出力として消費される以外の約１８〜１９Ｗが損失（熱）として庫内へ放出されることになり庫内温度を上昇させる要因の１つになっていた。さらに、近年、冷蔵庫の大型化や冷却方法の高度化などにより、１台の冷蔵庫で複数個の庫内ファンを使用するので、庫内冷却の大きな妨げになっている。

そのため、現在の地球温暖化防止の観点からも庫内ファンモータは、効率の悪いクマトリモータから高効率で省エネ効果の高いブラシレスＤＣモータへの置き換えが進行している。

ところで、従来、冷蔵庫の庫内ファンのファンモータは、除霜時には、例えば、（特許文献１）に記載されたように制御されている。

この制御方法は、図７のように、除霜運転開始から所要時間経過後に、庫内ファンを一時的に所要時間だけ運転するというものである。

具体的には、除霜運転開始後に、除霜完了を検知してから所要時間Ｔ_１経過後に、圧縮機が運転を再開して除霜用のヒーターへの通電を遮断すると、庫内ファン一時運転タイマがカウントする間Ｔ_３、前記庫内ファンを一時的に運転する。こうすることで、除霜運転中に庫内ファンの羽根や羽根が臨む風洞部内に付着した霜の溶けた溶融水を吹き飛ばし、溶融水が冷却運転再開後（図７ではＴ_２の圧縮機が作動する期間）に再氷結して庫内ファンが回転不能となる事態を未然に回避しようとするものである。
特開平８−２８５４４１号公報

しかしながら、上記の制御方法では、特に、ファンモータがブラシレスＤＣモータの場合、以下のような問題を生じる。

すなわち、通常の冷却運転中は、庫内ファンモータも冷却される。このとき、ブラシレスＤＣモータは前述したとおり高効率なので、例えば、軸出力が１〜２Ｗ程度のものでは軸出力と同じ１〜２Ｗ程度の損失しかなく、モータのロータやステータは庫内温度と同じ位にまで冷却される。

この状態で除霜運転に入ると、庫内ファンモータは、元々、冷気の吹出口と冷却器間、あるいは吸込口と冷却器間のように、冷却器の近傍に配置しているので冷却器と一緒に除霜用のヒーターで加熱されることになる。このように、前記ヒーターによって冷却された庫内ファンモータの外装が温められるとモータ内部に結露を生じ、結露によって生じた水滴がモータのロータとステータの隙間（ギャップ）に付着する。この付着した水滴は、内部が冷えたままの状態のため、途端に氷結してロータとステータを固着してしまう。以降は圧縮機が働くので、この氷結したロータとステータは、水切り時間、庫内ファン運転開始遅延の時間が経過しても溶けずに両者を固定してしまう。

そのため、通常の冷却運転を開始すると、ファンモータが起動せずに庫内を冷却することができなくなるというものである。

そこで、この発明の課題は、庫内ファンが氷結によるロックを起こさないようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、除霜後に作動してＤＣブラシレスモータの回転の有無を検出し、その検出で回転を検出した場合は、冷却用に設定した回転数で作動し、一方、回転が検出されなかった場合は、あらかじめ設定した溶融期間通電したのち、冷却用に設定した回転数で作動するという方法を採用したのである。

このような方法を採用したことにより、モータの回転を検出したときは、モータが除霜時に氷結していなかったので冷却用に設定された回転数で作動する。回転が検出されなかったときはモータが氷結しているので、この氷結を、あらかじめ設定された溶融期間モータへ通電して発熱させることで溶かしたのち、冷却用に設定された回転数で作動する。

また、このとき、ブラシレスＤＣモータの回転が検出されなかった場合に、通電したのち回転することが検出されると、冷却用に設定した回転数で作動するという方法を採用することができる。

このような方法を採用することにより、回転が検出されなかった場合は、前記モータへ通電して発熱させたのち、再度、回転を検出する。その際、回転が検出されると冷却用に設定した回転数で作動する。また、回転が検出されなかった場合は、回転が検出されるまで通電を繰り返し、回転を検出して、回転が検出されると冷却用に設定した回転数で作動する。

この発明は、以上のように構成したことにより、除霜後に冷却運転ができなくなる問題を解決できる。

以下、この発明の最良の形態を図面に基づいて説明する。

この形態の冷蔵庫は、図１に示すように、冷蔵庫内の冷気の吹出口１と冷却器２間に庫内ファン３を設けた構造となっている。

吹出口１は、庫内上方に設けて、その下方に吸込口４を設け、その吹出口１と吸込口４とが連通する冷気の通路５の中に冷却器２を配置した構造となっている。このような構造とすることにより、冷却器２で冷却した冷気を吹出口１から庫内へ吹出して、吹出した冷気は庫内を循環させて吸込口４から吸い込む。そして、その吸い込んだ冷気を再び冷却器２で冷却して吹出口１から吹出して冷却する。

冷却器２は、図示はしていないが、圧縮機と凝縮機とに接続されており、冷凍サイクルを形成するものである。

また、冷却器２には、図１のように、第１と第２の２個の霜取り用のヒーター６、７が設けられている。第１のヒーター６は、冷却器２の側部に沿って設けたもので、冷却器２に直接付着した霜を溶かすためのものである。

一方、第２のヒーター２は、冷却器２の下方に設けたもので、排水皿８の上方に位置するように配置されている。この第２のヒーター７は、霜取り後の排水皿８での再氷結を防止するためのものである。

庫内ファン３は、ファンモータにブラシレスＤＣモータを使用したもので、例えば、図２に示すドライブ回路と接続されている。ドライブ回路は、６個の半導体スイッチにより３相フルブリッジ主回路１０を構成するもので、各相のモータ出力線には、誘起電圧検出回路１１を設けてロータ位置を検出して制御用マイコンへ出力する。

制御用マイコンは、各相の誘起電圧検出回路１１の検出出力からロータ位置を算出し、算出したロータ位置に基づいてドライブ回路の半導体スイッチを順次作動してモータの回転を制御する。また、ドライブ回路を作動した際の各相の誘起電圧検出回路１１の検出出力の有無からファンモータの回転の有無も検出できるようになっている。

また、この冷蔵庫には、水切りタイマと庫内ファン遅延タイマを備えている。この水切りタイマと庫内ファン遅延タイマは、例えば、先の制御用マイコンで構成するようにもできる。

前記水切りタイマは、第２のヒーター７への通電時間を制御するものである。すなわち、除霜完了を、例えば温度センサなどが検知して第１のヒーター６への通電を停止すると、排水皿８には、溶融したシャーベット状の霜が溜まっており、そのため、水切りタイマは、カウントを開始して第２のヒーター７への通電を開始する。そして、予め設定された時間でタイムアップして第２のヒーター７への通電を停止する。こうすることで、第２のヒーター７の加熱により排水皿に溜まったシャーベット状の霜を溶かして再氷結する前に排水路９から排水する。

庫内ファン遅延タイマは、冷却器２が充分冷えるまで庫内ファン３の作動を遅らせるためのタイマで、例えば、水切りタイマのタイムアップでカウントを開始し、所定時間（冷却器が充分冷える時間）経過後にタイムアップして庫内ファン３の運転を許可する。こうすることで、霜取り後の冷却器２が冷える前の温かい空気が庫内へ侵入するのを防止する。

この形態は、上記のように構成されており、図３に示すタイミングチャートに基づいて本願発明の庫内ファン３の制御方法を説明する。

いま、冷却期間の冷蔵庫は、圧縮機と庫内ファンモータが稼働し、図３のように、数度の温度幅で庫内が設定温度になるように制御する。このとき、電力損失の少ないファンモータも冷却され、庫内温度とほぼ同じ温度にまで冷却される。

次に、冷却を開始して一定時間が経過した冷蔵庫は除霜を行う。除霜は、まず、第１のヒーター６へ通電して冷却器２の霜を溶かす。このとき、冷却器２の近傍に位置する庫内ファン３も、前記ヒーター６の加熱によって外装が温められる。そのため、モータ内部に結露を生じる。また、この結露によって生じた水滴は、モータのロータとステータの隙間（ギャップ）に付着し、付着と同時に氷結してロータとステータを固着する。

一方、除霜の方は、例えば温度センサなどが除霜完了を検知して第１のヒーター６への通電を停止すると、水切りタイマがカウントを開始して第２のヒーター７への通電を開始する。そして、予め設定された時間でタイムアップして第２のヒーター７への通電を停止し、排水皿８に溜まったシャーベット状の霜を溶かして再氷結する前に排水路９から排水する。さらに、庫内ファン遅延タイマが水切りタイマのタイムアップでカウントを開始し、所定時間（冷却器が充分冷える時間）経過後にタイムアップして庫内ファン３の運転を許可する。

このとき、制御用マイコンは、図４に示すような処理を行って、まず、庫内ファン３のファンモータの氷結の有無を検出する。

すなわち、処理を開始すると（「処理」１００：以下「処理」省略）、庫内ファン３のファンモータを作動し（１１０）、誘起電圧検出回路１１から検出出力が入力するかどうかを検出する（１２０）。このとき、検出出力が入力した場合は、ロータが回転して誘起電圧が発生したことなので、氷結していないと判別して、ファンモータを冷却用に設定された回転数で回転させて（１３０）、処理を終了する（１４０）。一方、処理（１２０）で誘起電圧検出回路１１からの検出出力が入力しない場合は、ロータが回転していないので、氷結を溶融させるための通電を行う（１５０）。

すなわち、ブラシレスＤＣモータは、同期モータでありながら、諸特性はＤＣモータと同じであり、電源電圧、電流及び誘起電圧は、
Ｉ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｒ
Ｅ＝Ｋ_Ｅ Ｎ
ここで、Ｉ：モータ電流（Ａ） Ｅ：誘起電圧（Ｖ）
Ｖ：電源電圧（Ｖ） Ｎ：回転数（ｒｐｍ）
Ｒ：コイル抵抗（Ω）
Ｋ_Ｅ ：誘起電圧定数（Ｖ／ｒｐｍ）
で示される。

そのため、除霜後にロータとステータとが氷結して回転しない場合は、誘起電圧が発生しないので、
Ｉ＝Ｖ／Ｒ
となり、このときのモータの消費電力Ｐは、
Ｐ＝Ｉ×Ｖ＝Ｖ^２ ／Ｒ
Ｐ：モータの消費電力（Ｗ）
となる。

したがって、先に述べたように、誘起電圧検出回路１１からの検出出力が入力しない場合は、前記モータにダメージを与えない範囲で、例えば、前記モータへの印加電圧を高くしたり、前記モータへの入力電流を増やしたりする。こうすることで、この電圧や電流をモータに消費させると、この消費電力の大半は熱として消費されるので、ロータとステータとの氷結を溶融させることができる。

このときの、氷結を溶融させるための時間は、適宜な消費電力の下でロータがプラス温度となる時間を最大値として設定し、設定時間内にロータが回転すればそのまま通常の正常な運転に移行する（１６０）。

すなわち、氷結が溶融すると、ロータが回転を始めるため、誘起電圧も発生することになるので、前記モータを冷却用に設定された回転数で作動して（１３０）、処理を終了する（１４０）。

このように、モータの氷結を溶かすことができるので、確実に庫内ファンを起動できる。そのため、除霜後に冷却運転ができなくなる問題を解決できる。

この実施例は、図５に示すように、図４の処理「１６０」で設定時間に達した際に、誘起電圧の発生を再度検出するようにしたものである。

このような方法を採用することにより、氷結が溶けるまで通電を行うので、確実に庫内ファン３を起動できるというものである。

他の構成及び作用効果については、先の実施形態と同じなので説明は省略する。

なお、この氷結を溶融する制御は、実施形態及び実施例では、センサレスタイプのものについて述べたが、これに限定されるものではない。ロータの回転さえ検出できれば制御方法に拘束されるものではないので、センサ付（ホールセンサ）ＰＷＭ制御のものにも適用できるものである。

また、実施形態及び実施例では、冷蔵庫について述べたが、同様の構造をもつ冷凍庫や冷凍冷蔵庫にも適用できることは明白である。

また、本願発明の制御方法は、例えば図６のように、吸込口４と冷却器２の間に庫内ファン３を設けた場合にも適用できることは明らかである。

実施形態の要部の断面図 実施形態の回路ブロック図 実施形態の作用説明図 実施形態のフローチャート 実施例１のフローチャート 実施形態の他の態様を示す断面図 従来例の作用説明図

符号の説明

１ 吹出口
２ 冷却器
３ 庫内ファン
４ 吸込口
１１ 誘起電圧検出回路

Claims (2)

1. 冷蔵庫、冷凍庫及び冷凍冷蔵庫内の冷気の吹出し口と冷却器間に設けた庫内ファンあるいは吸込口と冷却器間に設けた庫内ファンのブラシレスＤＣモータを、除霜後に作動して回転の有無を検出し、その検出で回転を検出した場合は、冷却用に設定した回転数で作動し、一方、回転が検出されなかった場合は、あらかじめ設定した溶融期間通電したのち、冷却用に設定した回転数で作動する庫内ファンモータの制御方法。
2. 上記ブラシレスＤＣモータの回転が検出されなかった場合に、通電したのち回転することが検出されると、冷却用に設定した回転数で作動する請求項１に記載の庫内ファンモータの制御方法。

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