JP2012200112A - 圧縮機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵庫等の庫内の負荷に応じて圧縮機の回転数を制御できる、制御手段の提供を目的とする。
【解決手段】圧縮機を構成するＤＣモータ１１４の運転時に、回転数制御手段１０８で設定されたデューティ比を検出し、そのデューティ比に応じて、タイマ１１７の設定時間を設定し、設定時間になれば、ＤＣモータ１１４の回転数を上昇させるので、冷蔵庫等の庫内の負荷に応じた回転数制御をすることができ、早期冷却、あるいは省エネルギー運転が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子により、モータを駆動するインバータ回路に関するもので、冷蔵庫等に搭載される圧縮機の駆動に好適な制御装置に関するものである。

従来、この種の圧縮機の制御装置において、冷蔵庫の設定温度と庫内温度の差から決定された回転数で運転するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１は、冷蔵庫の設定温度と庫内温度から圧縮機の運転回転数を決定し、圧縮機の運転をするものである。

以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機の制御装置について説明する。

図３は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の制御装置の回路ブロック図、図４は、従来の圧縮機の制御装置の動作フローチャートであり、ＤＣモータの回転数を昇降する動作を説明する。

図３において、庫内温度検知手段１は、庫内温度を検知し、設定温度検知手段２は、設定温度を検知する。制御手段３は、庫内温度検知手段１及び設定温度検知手段２に接続されており、庫内温度検知手段１で検出した庫内温度と、設定温度検知手段２で検出した設定温度との差から圧縮機４の運転回転数を決定する。

例えば、庫内温度が設定温度より５℃以上高い合は、５４００回転，５℃〜２℃の場合は、３６００回転、２℃〜−２℃の場合は、２４００回転、２℃低い場合は、０回転を決定するものである。

インバータ制御手段５は、前記制御手段３に接続されており、圧縮機４を前記制御手段３で決定された回転数で運転する。前記インバータ制御手段５は、位置検出手段６、転流手段７、回転数制御手段８、回転数演算手段９、設定回転数検出手段１０、回転数比較手段１１、合成手段１２、ドライブ手段１３より構成されている。

また、圧縮機４内にはＤＣモータ１４が組み込まれている。

位置検出手段６は、ＤＣモータ１４の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段７、回転数演算手段９に送出する。

転流手段７は、位置検出手段６の出力に応じて、合成手段１２に駆動する転流パルスを送出する。

回転数演算手段９は、位置検出手段６の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定したりすることにより、ＤＣモータ１４の回転数を演算し、回転数比較手段１１にＤＣモータ１４の運転している回転数を送出する。

一方、設定回転数検出手段１０は、制御手段３から送られてくる設定回転数を検出し、回転数比較手段１１に送出する。

回転数比較手段１１は、設定回転数が０回転であれば、回転数制御手段８に０回転を送出し、ＤＣモータ１４は停止を維持する。

また、０回転以外、例えば２４００回転であれば、回転数制御手段８に２４００回転を送出する。回転数制御手段８は、ＤＣモータ１４が停止状態であれば、回転数制御手段８はＤＣモータ１４を始動させる。

そして、回転数比較手段１１は、回転数演算手段９からのＤＣモータ１４の回転数と設定回転数検出手段１０からの設定回転数を比較し、ＤＣモータ１４の回転数が設定回転数より小さい場合は、デューティ比を増加する出力を回転数制御手段８に出力し、回転数制御手段８は、デューティ比を増加させてＤＣモータ１４に印加される電圧を増加させることで回転数を上昇させる。

ＤＣモータ１４の回転数が設定回転数より大きい場合は、デューティ比を下降する出力を回転数制御手段８に出力し、回転数制御手段８は、デューティ比を減少させＤＣモータ１４に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。

合成手段１２は、転流手段７と回転数制御手段８の出力の論理積をドライブ手段１３に出力し、ドライブ手段１３は、インバータ回路１５を駆動する。

以上のように構成された圧縮機４の制御装置について、以下、その圧縮機４に組み込まれたＤＣモータ１４の回転数を昇降する動作について、図４を用いて説明する。

まず、制御手段３は、庫内温度検知手段１で検出した庫内温度と、設定温度検知手段２で検出した設定温度の差からＤＣモータ１４の運転回転数を決定し、設定回転数としてインバータ制御手段５に送出する。

インバータ制御手段５は、ＳＴＥＰ１で設定回転数を入力する。

ＳＴＥＰ２で、入力された設定回転数が０回転かを判断し、０回転であればＳＴＥＰ３でＤＣモータ１４を停止させる。設定回転数が０回転でなければ、ＳＴＥＰ４に進みＤＣモータ１４が停止状態かを判断し、停止状態であればＳＴＥＰ５で始動制御を行い、ＤＣモータ１４を始動させる。始動制御が終わればＳＴＥＰ６に進み、回転数演算手段９は、位置検出手段６の信号よりＤＣモータ１４の回転数を演算し、ＳＴＥＰ７で回転数比較手段１１は、設定回転数検出手段１０で検出した設定回転数と回転数演算手段９で演算したＤＣモータ１４の回転数演算結果を比較する。

ＳＴＥＰ８で、回転数演算結果が設定回転数より小さい場合はＳＴＥＰ９に進み、回転数を上昇させるために、回転数制御手段８はデューティ比を上昇させる。

ＳＴＥＰ８で回転数演算結果が設定回転数より小さくない場合は、ＳＴＥＰ１０に進み、回転数演算結果が設定回転数より大きいかを判断し、大きい場合は、ＳＴＥＰ１１に進み、回転数を下降させるために回転数制御手段８は、デューティ比を低下させる。

このようにして設定回転数になるよう制御を行い、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行う。

特開昭６２−００９１６５号公報

しかしながら、上記従来の構成は、庫内温度と設定温度の差から圧縮機の運転回転数を決定する制御手段を持たない冷蔵庫では圧縮機の回転数を決定することができないという課題を有していた。

これを解決するために、庫内温度によりＯＮ／ＯＦＦするサーモスタットを使用し、運転、または停止信号をインバータ制御手段に入力し、インバータ制御手段は、運転信号が入力されれば、低速で圧縮機の運転を開始し、一定時間が経過すれば、運転回転数を上昇させるという制御方法がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、庫内温度と設定温度の差から圧縮機の運転回転数を決定する制御手段を持たない冷蔵庫でも、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行う圧縮機の制御装置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、本発明の圧縮機の制御装置は、圧縮機を運転するときに一定回転数で運転し、そのときのキャリア周期内において、オン時間の割合であるデューティ比を検出することにより、圧縮機負荷を検出し、圧縮機の回転数を上昇させる時間を設定するものである。これによって、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行うことができる。

本発明の圧縮機の制御装置は、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行うことができ、早く冷却したいときには高速回転で運転でき、負荷の少ないときは低速で省エネルギーの運転ができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の制御装置の回路ブロック図 本発明の実施の形態１における圧縮機の制御装置の動作フローチャート 従来の圧縮機の制御装置の回路ブロック図 従来の圧縮機の制御装置の動作フローチャート

請求項１に記載の発明は、圧縮機の運転または停止信号により、圧縮機の運転する回転数を、経過時間とともに上昇させる制御装置において、前記圧縮機を運転するときに一定回転数で運転し、そのときのキャリア周期内において、オン時間の割合であるデューティ比を検出することにより、圧縮機負荷を検出し、前記圧縮機の回転数を上昇させる時間を設定するものである。

これによって、負荷に応じて圧縮機の回転数上昇時間を設定することができ、早く冷却したいときには高速回転で運転でき、負荷の少ないときは低速で省エネルギーの運転をすることができる。

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、前記制御装置を、圧縮機の運転または停止信号を検出する運転／停止検出手段と、前記運転／停止検出手段からの出力で前記圧縮機の運転する回転数を設定する回転数設定手段と、前記圧縮機に組み込まれたモータを運転するインバータ回路と、モータの回転子の位置を検出すると共に、位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力をもとに前記インバータ回路
の動作を決定し、転流パルスを出力する転流手段と、圧縮機の回転数を可変にするために、キャリア周期内においてオン時間の割合であるデューティ比を調整し、電圧の制御を行う回転数制御手段と、前記転流手段の出力と前記回転数制御手段の出力により、前記インバータ回路を動作させるドライブ手段と、前記位置検出手段の出力から前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、前記回転数設定手段で設定された設定回転数と前記回転数演算手段で算出された前記モータの回転数を比較し、前記モータの回転数が設定回転数となるよう前記回転数制御手段に出力する回転数比較手段と、前記回転数制御手段で設定されたデューティ比を検出し、回転数上昇時間の設定を行い、設定された時間になれば回転数上昇の信号を前記回転数設定手段に出力するタイマを具備する構成としたものである。

これによって、運転回転数毎に回転数上昇時間を設定できるので、負荷に応じた圧縮機の回転数上昇時間を設定することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の制御装置の回路ブロック図、図２は、同実施の形態１における圧縮機の制御装置の動作フローチャートであり、負荷状態から圧縮機の運転回転数を決定し、圧縮機の運転する方法を説明する。ここで、本実施の形態１においては、冷蔵庫の運転制御を対象に説明する。

図１において、サーモスタット１０１は、庫内温度を検出してＯＮ／ＯＦＦするもので、ＯＮ状態で圧縮機１０４の運転、ＯＦＦ状態で圧縮機１０４の停止である。

インバータ制御手段１０５は、前記サーモスタット１０１に接続されている。前記インバータ制御手段１０５は、位置検出手段１０６、転流手段１０７、回転数制御手段１０８、回転数演算手段１０９、運転／停止検出手段１１０、回転数比較手段１１１、合成手段１１２、ドライブ手段１１３、回転数設定手段１１６、タイマ１１７より構成されている。

また、圧縮機１０４内には、ＤＣモータ１１４が組み込まれている。位置検出手段１０６は、ＤＣモータ１１４の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段１０７、回転数演算手段１０９に送出する。

転流手段１０７は、位置検出手段１０６の出力に応じて、合成手段１１２に駆動する転流パルスを送出する。

回転数演算手段１０９は、位置検出手段１０６の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定したりすることによりＤＣモータ１１４の回転数を演算し、回転数比較手段１１１へＤＣモータ１１４の運転している回転数を送出する。

一方、運転／停止検出手段１１０は、サーモスタット１０１から送られてくる運転か停止の信号を検出し、回転数設定手段１１６に送出する。

回転数設定手段１１６は、回転数比較手段１１１に運転回転数を送出する。このときサーモスタット１０１の信号が停止であれば、回転数比較手段１１１に０回転を送出し、運転信号であれば最低回転数、たとえば２４００回転の信号を送出する。

回転数比較手段１１１は、回転数制御手段１０８に２４００回転で運転するよう信号を送出し、回転数制御手段１０８は、２４００回転でＤＣモータ１１４を運転制御する。

これは、ＤＣモータ１１４の回転数と回転数設定手段１１６からの設定回転数を比較し、ＤＣモータ１１４の回転数が設定回転数より小さい場合は、デューティ（Ｄｕｔｙ）比を増加する出力を回転数制御手段１０８に出力する。これに伴い、回転数制御手段１０８は、デューティ比を増加させ、ＤＣモータ１１４に印加される電圧を増加させることで、回転数を上昇さたり、ＤＣモータ１１４の回転数が設定回転数より大きい場合は、デューティ比を下降する出力を回転数制御手段１０８に出力する。その結果、回転数制御手段１０８は、デューティ比を減少させ、ＤＣモータ１１４に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。

合成手段１１２は、転流手段１０７と回転数制御手段８の出力の論理積を、ドライブ手段１１３に出力し、ドライブ手段１１３は、インバータ回路１１５を駆動する。

また、タイマ１１７は、２４００回転運転時のデューティ比を検出し、デューティ比が大きいときには、負荷が大きいと判断し、回転数上昇までの時間を早めに設定し、デューティ比が小さいときには、負荷が小さいと判断し、回転数上昇までの時間を遅めに設定する。

たとえば、デューティ比が３０％超の場合は、回転数上昇までの時間を１０分に、デューティ比が２０％以下の場合は、回転数上昇までの時間を３０分に、それ以外を２０分に設定する。

これは一定回転数でＤＣモータ１１４を運転したとき、負荷が重いとＤＣモータ１１４への印加電圧を高くする（デューティ比は大きい）必要があり、負荷が軽いとＤＣモータ１１４への印加電圧は低く（デューティは小さい）てよいため、デューティ比で負荷が判断できるためである。

冷蔵庫では、庫内の食品の温度が高い場合、あるいは外気温度が高い場合は、圧縮機１０４（ＤＣモータ１１４）の負荷が重くなり、このときは高回転にてすばやく冷却する必要がある。また、庫内の食品が十分冷えていた場合、あるいは外気温度が低い場合は、圧縮機１０４（ＤＣモータ１１４）の負荷は軽くなり、このときは高回転にする必要がなく、低回転にて省エネルギー運転をするものである。

タイマ１１７は、設定時間になれば、回転数設定手段１１６に回転数を上昇する信号を送出し、回転数設定手段１１６は、回転数を上昇させる。

次に、負荷状態から圧縮機の運転回転数を決定し、ＤＣモータ１１４の運転をする動作について、図２を用いて説明する。

まず、インバータ制御手段１０５は、ＳＴＥＰ１０１でサーモスタット１０１の運転信号を入力し、運転信号か停止信号かを判断する。停止信号であればＳＴＥＰ１１４に進んでタイマ１１７の積算時間をクリアし、ＳＴＥＰ１１５でＤＣモータ１１４を停止する。運転信号であれば、ＳＴＥＰ１０２において、２４００回転でＤＣモータ１１４を運転する。

次に、ＳＴＥＰ１０３で２４００回転時のＤｕｔｙ比を検出し、ＳＴＥＰ１０４でデューティ比が２０％以下かを判断する。２０％以下なら、ＳＴＥＰ１０５でタイマ時間の設定値を３０分に設定する。２０％超であれば、ＳＴＥＰ１０６に進み、３０％以下かを判
断する。３０％以下なら、ＳＴＥＰ１０７でタイマ時間の設定値を２０分に設定する。３０％超であれば、ＳＴＥＰ１０８に進みタイマ時間の設定値を１０分に設定する。

次に、ＳＴＥＰ１０９に進み、インバータ制御手段１０５は、サーモスタット１０１の運転信号を入力し、運転信号か停止信号かを判断する。停止信号であればＳＴＥＰ１１４に進み、タイマ１１７の積算時間をクリアし、ＳＴＥＰ１１５でＤＣモータ１１４を停止する。運転信号であれば、ＳＴＥＰ１１０でタイマ１１７の設定時間になったかを判断し、設定時間になっていなければ、ＳＴＥＰ１１３でタイマ１１７の時間積算を行う。設定時間になれば、ＳＴＥＰ１１１でタイマ１１７は、回転数設定手段１１６に回転数を例えば３６００回転に上昇するように信号を送出し、回転数設定手段１１６は、回転数比較手段１１１に信号を送出し、回転数比較手段１１１は、回転数制御手段１０８にデューティ比を上昇させるよう信号を送出する。

そして、ＳＴＥＰ１１２でタイマ１１７をクリアし、ＳＴＥＰ１０９に戻る。したがって、一定回転数でのＤＣモータ１１４に印加されるデューティ比を検出することで負荷の大小を判定し、負荷が重いときには、ＤＣモータ１１４の回転数を早く上昇させ、負荷が軽いときには、ＤＣモータ１１４の回転数を上昇させることなく低回転で運転できるため、負荷に応じた運転ができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機の制御装置は、冷蔵庫の制御手段がなくても、負荷に応じて圧縮機の回転数を制御できるので、圧縮機のインバータ駆動装置や冷蔵庫制御に有効である。

１０１ サーモスタット
１０４ 圧縮機
１０５ インバータ制御手段
１０６ 位置検出手段
１０７ 転流手段
１０８ 回転数制御手段
１０９ 回転数演算手段
１１０ 運転／停止検出手段
１１１ 回転数比較手段
１１２ 合成手段
１１３ ドライブ手段
１１４ ＤＣモータ
１１５ インバータ回路
１１６ 回転数設定手段
１１７ タイマ

Claims (2)

1. 圧縮機の運転または停止信号により、圧縮機の運転する回転数を、経過時間とともに上昇させる制御装置において、前記圧縮機を運転するときに一定回転数で運転し、そのときのキャリア周期内において、オン時間の割合であるデューティ比を検出することにより、圧縮機負荷を検出し、前記圧縮機の回転数を上昇させる時間を設定する圧縮機の制御装置。
2. 前記制御装置を、圧縮機の運転または停止信号を検出する運転／停止検出手段と、前記運転／停止検出手段からの出力で前記圧縮機の運転する回転数を設定する回転数設定手段と、前記圧縮機に組み込まれたモータを運転するインバータ回路と、モータの回転子の位置を検出すると共に、位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力をもとに前記インバータ回路の動作を決定し、転流パルスを出力する転流手段と、圧縮機の回転数を可変にするために、キャリア周期内においてオン時間の割合であるデューティ比を調整し、電圧の制御を行う回転数制御手段と、前記転流手段の出力と前記回転数制御手段の出力により、前記インバータ回路を動作させるドライブ手段と、前記位置検出手段の出力から前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、前記回転数設定手段で設定された設定回転数と前記回転数演算手段で算出された前記モータの回転数を比較し、前記モータの回転数が設定回転数となるよう前記回転数制御手段に出力する回転数比較手段と、前記回転数制御手段で設定されたデューティ比を検出し、回転数上昇時間の設定を行い、設定された時間になれば回転数上昇の信号を前記回転数設定手段に出力するタイマを具備する構成とした請求項１に記載の圧縮機の制御装置。

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