JP2016044867A - 冷蔵庫 - Google Patents

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【課題】モータ駆動用の半導体素子を用いてファンモータの回転数を制御する場合、モータ電流の半導体素子への逆流を防止し、低騒音で低消費電力の冷蔵庫を提供する。
【解決手段】モータ駆動用の半導体素子と、前記モータ駆動用の半導体素子によって制御されるファン用のモータ16cと、モータ駆動用の半導体素子にファンモータ回転数指令信号を出力する制御手段50aと、を備え、モータ16cの回転数を変化させる際、ファンモータ回転数指令信号を階段状に変化させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。
電動機により駆動するファンモータ等の部品は、その回転動作によって騒音や電流の増減が発生する。特に回転数を急峻に変動させた場合には、騒音が大きく変動して耳障りとなる場合がある。また、急峻な回転数の変動は電流を急峻に変化させるため、電子回路に負荷を与える。
こうした背景の中、本技術分野の背景技術として、特開平3−175248号公報(特許文献1)がある。この公報には、「起動時には前記ファンモータ(5)の運転を開始するとともに回転を漸次増加した後、前記圧縮機モータ(7)の回転を漸次増加して運転開始し、また、停止時には前記圧縮機モータ(7)の回転を漸次低下して運転停止した後、前記ファンモータ(5)の回転を漸次低下して運転停止させる」と記載されている。
特開平3−175248号公報
電動機によって駆動する部品、例えばファンモータは、その動作によって騒音や電流の増減が生じる。回転数が高ければ騒音、電流ともに大きく、回転数が低ければ騒音、電流ともに小さくなる。また、回転数を急峻に変化させた場合(高速回転から低速回転、あるいはその逆)、変動騒音や急峻な電流変化が生じる。
近年、家電製品の省電力化に伴い、ファンモータ駆動用の半導体素子においても消費電力を低減するための制御を行っている。モータ駆動用の半導体素子は、消費電力を低減するために回転数を急峻に低下させた場合、一時的にモータを流れる電流がモータ駆動用の半導体素子へ逆流する現象を生じる場合がある。
モータ駆動用の半導体素子を用いてファンモータの回転数を制御する場合、回転数を低下させるための手段としては、モータ駆動用の半導体素子の電源電圧を下げる手段や、モータ駆動用の半導体素子に内蔵された回転数制御回路部への入力信号を変化させる手段などが考えられる。
また、モータ駆動用の半導体素子の電源電圧を任意に上昇、下降させる専用の回路を搭載した場合、消費電力の悪化や部品コストの悪化が懸念される。
しかしながら、上記特許文献1では、ファンモータの回転数を漸次低下するための具体的な構成について述べられていない。
そこで本発明は、低騒音で低消費電力の冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、モータ駆動用の半導体素子と、前記モータ駆動用の半導体素子によって制御されるファンモータと、前記モータ駆動用の半導体素子にファンモータ回転数指令信号を出力する制御手段と、を備え、前記ファンモータの回転数を変化させる際、前記ファンモータ回転数指令信号を階段状に変化させることを特徴とする。
上述した本発明になる冷蔵庫によれば、低騒音で低消費電力の冷蔵庫を提供することができる。
本発明の一実施形態の冷蔵庫の中央縦断面図である。 本発明の一実施形態の送風ファンの制御ブロック図である。 PWMDutyを階段状に低下させるタイムチャートである。 PWMDutyの変化幅毎の逆方向電流の発生を示した図である。 PWMDutyを階段状に低下させた場合の逆方向電流の発生の有無を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定するものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の変更や付加が可能である。
まず、図1、図2を参照しながら、冷蔵庫の構成に関して説明する。なお、図1は本実施形態の冷蔵庫の中央縦断面図であり、図2は冷蔵庫内に設置された送風ファンの制御ブロック図である。
図1において、冷蔵庫は、冷蔵庫本体1と、その前面に設けられた複数の扉6〜9を備えて構成されている。冷蔵庫本体1は、鋼板製の外箱11と、樹脂製の内箱12、それらの間に充填されたウレタン発泡断熱材13及び/又は真空断熱材(図示せず)とから構成されており、図の上から、冷蔵室2、冷凍室3、4、そして、野菜室5の順に、複数の貯蔵室が形成されている。換言すれば、最上段には冷蔵室2が、そして、最下段に野菜室5が、それぞれ、区画して配置されており、冷蔵室2と野菜室5との間には、これらの両室から熱的に仕切られた冷凍室3、4が配設されている。冷蔵室2及び野菜室5は、冷蔵温度帯の貯蔵室であり、冷凍室3、4は、0℃以下の冷凍温度帯(例えば、約−20℃〜−18℃の温度帯)の貯蔵室である。これらの貯蔵室2〜5は仕切り部33、34、35により区画されている。
冷蔵庫本体1の前面には、前述したように、複数の貯蔵室2〜5の前面開口部を閉塞するため、それぞれ、扉6〜10が設けられている。冷蔵室扉6は冷蔵室2の前面開口部を閉塞する扉、冷凍室扉7は冷凍室3の前面開口部を閉塞する扉、冷凍室扉9は冷凍室4の前面開口部を閉塞する扉、そして、野菜室扉10は野菜室5の前面開口部を閉塞する扉である。また、冷蔵室扉6は観音開き式の両開きの扉で構成され、冷凍室扉7、冷凍室扉9、野菜室扉10は、引き出し式の扉によって構成され、引き出し扉と共に、貯蔵室内の容器が引き出される構造となっている。
上述した構造の冷蔵庫本体1には、冷凍サイクルが設置されている。この冷凍サイクルは、圧縮機14、凝縮器(図示せず)、キャピラリチューブ(図示せず)及び蒸発器15、そして、再び、圧縮機14が、その順に接続されて構成されている。圧縮機14と凝縮器は、冷蔵庫本体1の背面下部に設けられた機械室内に設置されている。機械室内には、圧縮機14(及び凝縮器(図示せず))に空気を送風して放熱を促進する機械室ファン(図示せず)を備えている。
蒸発器15は冷凍室3、4の後方に設けられた冷却器室内に設置され、この冷却器室における蒸発器15の上方には、蒸発器14を通過した低温の空気を貯蔵室へ送風する送風ファン16が設置されている。
上記蒸発器15によって冷却された冷気は、図示しない冷気通路を介して、送風ファン16によって冷蔵室2、冷凍室3、4及び野菜室5など、各貯蔵室へ送られる。具体的には、送風ファン16によって送られる冷気は、開閉可能なダンパーを介して、その一部が冷蔵室2及び野菜室5の冷蔵温度帯の貯蔵室へと送られ、また、残りの一部が冷凍室3、4の冷凍温度帯の貯蔵室へと送られる。
送風ファン16によって冷蔵室2、冷凍室3、4及び野菜室5の各貯蔵室へと送られる冷気は、各貯蔵室内を冷却した後、冷気戻り通路を通って、冷却器室へと戻される。このように、本実施の形態になる冷蔵庫は、冷気の循環構造を有しており、そして、各貯蔵室2〜5を適切な温度に維持する。
また、冷蔵室2内には、透明な樹脂板で構成される複数段の棚17〜20が取り外し可能に設置されている。最下段の棚20は、内箱12の背面及び両側面に接するように設置され、その下方空間である、所謂、最下段空間21を上方空間から区画している。また、各冷蔵室扉6の内側には複数段の扉ポケット25〜27が設置され、これらの扉ポケット25〜27は、冷蔵室扉6が閉じられた状態で、冷蔵室2内に突出するように設けられている。冷蔵室2の背面には、送風ファン16から供給された冷気を通す通路を形成する背面パネル30が設けられている。
上述した冷蔵庫本体1の上部には冷蔵庫に搭載している送風ファン16をはじめとした各電気部品を制御するための冷蔵庫制御基板50を搭載している。冷蔵庫制御基板50には制御マイコン(制御手段)50aが実装されており、この制御マイコン50aに予め書き込まれたプログラムによって各電気部品を制御し、各貯蔵室内の温度管理を行っている。
制御マイコン50aは、各貯蔵室内の温度状態や周囲の気温等の各種情報を読み取り、適正な量の冷気を各貯蔵室へと送るために送風ファン16の回転数を制御する。
また、送風ファン16の内部には、モータ16cを回転させるためのドライバIC16bを実装したファンモータ基板16aが搭載されている。ドライバIC16bは、制御マイコン50aから出力された回転数指令のON/OFF比(PWMDuty)によってモータ16cの回転数を制御している。また、ドライバIC16bは、モータ16cの回転数に応じた回転数信号(FG信号)を制御マイコン50aに入力する。
PWMDutyを急峻に低下させた場合、モータ16cの急な回転数変動とともに騒音の急な変化が生じる。騒音の急な変化は耳障りとなるため、極力騒音の変化は少ないことが好ましい。
また、PWMDutyを急峻に低下させることで、それまでにモータ16cに流れていた方向とは逆方向に向かって電流が流れる。この電流の逆流現象は高速で回転していたモータ16cの回転により発生する逆起電力が、ドライバIC15bから供給するエネルギーより大きくなった場合に発生する。逆流した電流によって冷蔵庫制御基板50に実装されている電源50b(一例として12V)の誤動作を招いたり、電源50bに接続されている他の各電気部品の破損や誤動作を招いたりする恐れがある。
ここで、モータ16cの回転数の急峻な低下を抑制するための手段として、制御マイコン50aから出力するPWMDutyを階段状に変化させる制御の仕様について説明する。
まず、PWMDutyを階段状に変化させるタイムチャートを図3に示す。図3に示したように、PWMDutyを階段状に低下するにあたり、「一段あたりの変化Duty」と「Duty保持時間」を設定する必要がある。
図4に示した図は、PWMDutyの変化幅毎の逆方向電流の発生を示したものである。発明者の実験によれば、送風ファン16の回転数を下げる場合、PWMDutyの変動幅が5%以内であれば逆流現象の発生がないことが分かる。
図5に示した表図は、「一段あたりの変化Duty」と「Duty保持時間」をそれぞれ、
一段あたりの変化Duty:1%、2%、3%、5%
Duty保持時間 :0.1s、0.2s、0.3s、0.5s
とした時の逆方向電流の発生の有無を示す。
発明者の実験によれば、一段あたりの変化Dutyが1%であれば、0.2s以上のDuty保持時間を設定することで逆方向電流が発生しないことがわかる。また、一段あたりの変化Dutyが2%であれば、0.3s以上Duty保持時間を設定することで逆方向電流が発生しないことが分かる。
以上のように、使用するモータに応じた「一段あたりの変化Duty」「Duty保持時間」を設定し、減速時に階段状にPWMDutyを変化させることで、逆方向電流や変動騒音を抑制することが可能となる。
本実施形態によれば、モータ駆動用の半導体素子と、前記モータ駆動用の半導体素子によって制御されるファンモータと、前記モータ駆動用の半導体素子にファンモータ回転数指令信号を出力する制御手段と、を備え、前記ファンモータの回転数を変化させる際、前記ファンモータ回転数指令信号を階段状に変化させる。これにより、低騒音で低消費電力のファンモータの運転を実現することができる。
また、前記ファンモータ回転数指令信号は、単位時間当たりのON/OFF時間比率(Duty)を任意で0〜100%の間で変化させるPWMDutyによって制御する。これにより、急な回転数変動を抑制して、騒音の急な変化を抑えることができる。
また、前記ファンモータの回転数を階段状に低下させる際、前記PWMDutyを下げる幅を逆方向電流が発生しない範囲とする。これにより、逆方向電流による冷蔵庫制御基板に実装されている電源の誤動作を抑制して、電源に接続されている他の各電気部品の破損や誤動作を抑制することができる。
また、記ファンモータの回転数を階段状に低下させる際、前記PWMDutyを維持する時間を、逆方向電流が発生しない時間とする。これにより、逆方向電流による冷蔵庫制御基板に実装されている電源の誤動作を抑制して、電源に接続されている他の各電気部品の破損や誤動作を抑制することができる。
また、モータ16cは、貯蔵室に空気を送風する送風ファン用モータである。この送風ファン用モータに上記制御を適用することで、低騒音で低消費電力の冷却運転を行う冷蔵庫を得ることができる。
また、モータ16cは、機械室に配置した圧縮機に対して空気を送風する機械室ファン用モータである。この機械室ファンに上記制御を適用することで、低騒音で低消費電力の機械室放熱を行う冷蔵庫を得ることができる。
これらの他にも、実施形態の構成の一部を置換することが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。さらには、実施形態の構成の一部について、他の構成を追加、削除、置換等することもできる。
16…送風ファン、16a…ファンモータ基板、16b…ドライバIC、16c…モータ、50…冷蔵庫制御基板、50a…制御マイコン(制御手段)、50b…電源(12V)

Claims (6)

  1. モータ駆動用の半導体素子と、
    前記モータ駆動用の半導体素子によって制御されるファンモータと、
    前記モータ駆動用の半導体素子にファンモータ回転数指令信号を出力する制御手段と、
    を備え、
    前記ファンモータの回転数を変化させる際、前記ファンモータ回転数指令信号を階段状に変化させることを特徴とする冷蔵庫。
  2. 請求項1記載の冷蔵庫において、
    前記ファンモータ回転数指令信号は、単位時間当たりのON/OFF時間比率(Duty)を任意で0〜100%の間で変化させるPWMDutyによって制御することを特徴とする冷蔵庫。
  3. 請求項2記載の冷蔵庫において、
    前記ファンモータの回転数を階段状に低下させる際、前記PWMDutyを下げる幅を逆方向電流が発生しない範囲とすることを特徴とする冷蔵庫。
  4. 請求項2又は3記載の冷蔵庫において、
    前記ファンモータの回転数を階段状に低下させる際、前記PWMDutyを維持する時間を、逆方向電流が発生しない時間とすることを特徴とする冷蔵庫。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の冷蔵庫において、
    前記ファンモータは、貯蔵室に空気を送風する送風ファンのモータであることを特徴とする冷蔵庫。
  6. 請求項1乃至4のいずれかに記載の冷蔵庫において、
    前記ファンモータは、機械室に設置された機械室ファンのモータであることを特徴とする冷蔵庫。
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