JP6594928B2 - リアクタを有する機器 - Google Patents

Description

本発明は、リアクタを有する機器に関する。

圧縮機モータの可変速を目的に、商用電源を直流電圧に変換するコンバータ回路を設けることが知られている。コンバータ回路には、多くの場合ダイオードブリッジと平滑用電解コンデンサが配される。しかし、平滑用電解コンデンサを設けるのみでは高調波成分の影響を低減することが困難であることから、ダイオードブリッジと平滑用の電解コンデンサの前段にリアクタを設置することが知られている。

しかしながら、このリアクタは、特に小形になるにつれて通電時に漏れ磁束を発生させる。リアクタ付近に、例えば板状の金属が配されている場合、漏れ磁束が金属に干渉して異音を発生させることがある。

この漏れ磁束による異音発生の対策として、特許文献１は、リアクタと基板ケースカバー２の間に防振形状の金属カバー１４を設けている。

特開平１１−１０２８２５号公報

特許文献１のように基板ケースカバー２とは別の金属部材を用いると、リアクタ等を収納する領域が大形化する。リアクタ等を例えば冷蔵庫に設ける場合、冷蔵庫の収納室領域が減少してしまうことになる。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、制御基板と、該制御基板に電気的に接続したリアクタと、前記制御基板及び前記リアクタを収納した制御基板収納部と、前記制御基板に略平行に設けられて金属材料を含んで形成された平面部又は制御基板カバーを有する機器であって、前記リアクタに電流が流れると発生する漏れ磁束量には異方性があり、前記平面部又は前記制御基板カバーの位置する方向が前記漏れ磁束量が少ない方向になるように前記リアクタを配置したことを特徴とする。

実施例１の冷蔵庫の正面図。 実施例１の冷蔵庫のＸ−Ｘ断面図。 実施例１の制御基板及び制御基板の取付構造の分解斜視図。 実施例１の制御基板に設けられた電気的システムを含むブロック図。 実施例１のリアクタの（ａ）斜視図、（ｂ）リアクタ内部のコアの斜視図。 比較例の（ａ）リアクタを取り付けた状態を示す図、（ｂ）リアクタ取付状態で各方向に生じる漏れ磁束を示すレーダチャート。 実施例１の（ａ）リアクタを取り付けた状態を示す図、（ｂ）リアクタ取付状態で各方向に生じる漏れ磁束を示すレーダチャート。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。実施例では、制御基板及びリアクタを有する機器の一例として冷蔵庫を挙げて説明するが、制御基板及びリアクタを有するとともに、例えば、これらを収納する金属材料で形成された制御基板収納部又は制御基板カバーを有していれば、特に機器は制限されない。

図１は本実施例の冷蔵庫１の正面図、図２は冷蔵庫１のＸ−Ｘ断面図、図３は制御基板７及び制御基板７の取付構造の分解斜視図である。
冷蔵庫１は食品を保管するための貯蔵室を複数備えており、本実施例では冷蔵室２、野菜室３および冷凍室４を備えている。冷蔵庫１の背面内部には、例えば三相交流電力を印加可能な電動機によって駆動される圧縮機５、冷蔵庫１内の冷気を循環させるファン用電動機６、圧縮機５の電動機やファン用電動機６を駆動及び制御する制御基板７、各貯蔵室の温度を検出する室内温度センサ、及び冷凍サイクル要素などから構成されている。

冷凍サイクル要素は周知の通り圧縮機５、凝縮器、膨張弁、蒸発器、及び冷媒配管等から構成されており、これらの構成部品は主に冷蔵庫１の背面側、及び側面側に配置されている。

［制御基板収納部１０］
冷蔵庫１は、背面側に金属材料で形成された背面板１１を有する。背面板１１には、制御基板収納部１０が設けられている。制御基板収納部１０は、背面板１１を部分的に正面側に向けて凹ませた領域として形成することができ、後述の制御基板７の面方向と略平行な平面部１０１と、平面部１０１に略垂直な側周部１０２とを有する。平面部１０１は例えば四角形状であり、側周部１０２は例えば平面部１０１よりも小さい寸法の環状にできる。後述するリアクタ８により生じる漏れ磁束の周波数近傍において、平面部１０１よりも側周部１０２の方が共振しにくい形状に形成されている。この漏れ磁束の周波数は、リアクタ８に流れる交流電流の周波数領域と同一である。

制御基板収納部１０を設けた領域には、冷蔵庫１の正面側から順に、制御基板収納部１０の平面部１０１、フレーム９、制御基板７及びリアクタ８、及び制御基板カバー１２が取付けられている。このように、リアクタ８の一方側には制御基板収納部１０が、他方側には制御基板カバー１２が位置している。制御基板収納部１０と制御基板カバー１２は、金属材料、例えば板金材料にて成形されており、ともに制御基板７に略平行に設けられている。

フレーム９は樹脂材料で成形することができ、制御基板７が制御基板配置部９１に、リアクタ８がリアクタ配置部９２に取り付けられている。リアクタ８は、リアクタ配置部９２内であって、制御基板７の面内に一部が重なるように、すなわち制御基板７の横に配されている。また、リアクタ８は、フレーム９が有する爪で係止されている。後述するように、本実施例ではリアクタ８の漏れ磁束が多い方向を側周部１０２側に設定しているため、リアクタ８から平面部１０１までの距離より、リアクタ８から側周部１０２までの距離の方が長いことが好ましい。

リアクタ８から制御基板カバー１２までの距離と、リアクタ８から平面部１０１までの距離とは、フレーム９の厚みを調整することで好適に設定することができる。平面部１０１と制御基板カバー１２とを比較すると、平面部１０１が発砲断熱材や真空断熱材により支持されている一方、制御基板カバー１２は比較的自由な状態に配されているため、制御基板カバー１２の方が振動しやすい。このことから、本実施例では、リアクタ８から制御基板カバー１２までの距離の方が、リアクタ８から平面部１０１までの距離より長くなるようにしている。これにより、制御基板カバー１２への漏れ磁束量を比較的低減することができるので、振動を抑制できる。

［電気的システム］
図４は本実施例の制御基板７に設けられた電気的システムを含むブロック図である。

制御基板７には、コンバータ回路１６、インバータ回路１８、制御電源回路１９、庫内負荷制御回路２２、及び圧縮機制御回路２３が設けられている。

（コンバータ回路１６）
コンバータ回路１６は、商用電源１３の交流電力を直流電力に変換することができる。コンバータ回路１６は、２つのダイオード１４１，１４２と、２つのダイオード１４１，１４２の間に直列に接続された２つの平滑用電解コンデンサ１５１，１５２とを有する。

ダイオード１４１のアノード側には、制御基板７外に配されているリアクタ８の一端が電気的に接続されており、リアクタ８の他端には商用電源１３の一端が電気的に接続されている。また、ダイオード１４１のカソード側には、平滑用電解コンデンサ１５１の一端が電気的に接続している。

平滑用電解コンデンサ１５１の他端は、商用電源１３の他端及び平滑用電解コンデンサ１５２の一端が電気的に接続している。

ダイオード１４２のアノード側には、平滑用電解コンデンサ１５２の他端が電気的に接続しており、カソード側にはダイオード１４１のカソード側及びリアクタ８の一端が電気的に接続している。

ダイオード１４１のカソード側及びアノード側それぞれは、インバータ回路１８及び制御電源回路１９の入力端子に電気的に接続している。商用電源１３は、例えば１００Ｖ／５０Ｈｚの交流波形である。

このように構成されたコンバータ回路１６によって、商用電源１３の交流電力は、高圧直流電圧１７に変換される。

商用電源１３の交流電力を好適に直流化した高圧直流電圧１７を形成するために平滑用電解コンデンサ１５が用いられている。平滑用電解コンデンサ１５へは、平滑用電解コンデンサ１５１，１５２それぞれの電圧よりも商用電源１３からの印加電圧が大きい期間だけ、平滑用電解コンデンサ１５の放電エネルギを補う形で電流が流れるため、高調波を含んだ電流波形となる。そのため高調波成分を抑制させるべく、リアクタ８が平滑用電解コンデンサ１５（コンバータ回路１６）の前段に配置されている。リアクタ８の取付構造は後述する。

（インバータ回路１８）
インバータ回路１８は、圧縮機５を可変速駆動させる制御信号を発することができる。圧縮機５の電動機を可変速駆動させるためには、回転数に応じた交流電圧波形を印加する必要がある。

コンバータ回路１６によって成形された高圧直流電圧１７は、インバータ回路１８によって任意の交流波形に変換される。どのような交流波形を成形するかは、圧縮機制御回路２３によって指令される。

このように、高圧直流電圧１７は、たとえばＩＧＢＴなどの半導体パワー素子を６つ用いたインバータ回路１８（三相交流生成回路）によって任意の交流波形に変換され、圧縮機５に出力される。

（制御電源回路１９）
高圧直流電圧１７は、インバータ回路１８に供給されるだけでなく制御電源回路１９に供給される。制御電源回路１９は、高圧直流電圧１７を降圧して、例えば１２Ｖや５Ｖの低圧直流電圧２０を生成する。低圧直流電圧２０はファン用電動機６の駆動、各種温度センサ２１、温度センサ２１の情報が入力されて各部を制御する庫内負荷制御回路２２の電源電圧などに用いられる。

（リアクタ８）
図５は本実施例の（ａ）リアクタ８の斜視図、（ｂ）リアクタ８内部のコア８０の斜視図である。

リアクタ８は、コア８０、コア８０に巻回された巻線８４及び巻線８４を収納するボビン８３を有する。コア８０は、Ｅ字状のＥコア８１と、Ｉ字状のＩコア８２とを有している。Ｉコア８２は、Ｅコア８１の「Ｅ」字状の右側（「≡」部分）に隙間２４を介して位置しており、「Ｅ」字状の左側部分である棒状部分（「｜」部分）の延在方向に略平行な方向を向いている。巻線８４は、両端それぞれがリアクタ８外側部分に延出しており、端子によって制御基板７のうち巻線８４に接続すべき部分に取り付けることができる。

Ｅコア８１及びＩコア８２の間には、磁気飽和によるインダクタンスの低下を避けるため、隙間２４が形成されている。隙間２４は、空気やシートで形成することができる。シートとしては絶縁物を採用できる。

隙間２４により磁気飽和を避けやすくなるが、一方で隙間２４から磁束が漏れやすくもなる。
制御基板カバー１２や、制御基板収納部１０に漏れ磁束が干渉すると、金属材料である制御基板カバー１２や制御基板収納部１０（特に平面部１０１）を振動させ、異音発生の要因となる。本実施例のリアクタ８による漏れ磁束には異方性があり、漏れ磁束が多い方向（多漏方向）と少ない方向（少漏方向）とが存在する。すなわち、（多漏方向における漏れ磁束）＞（少漏方向における漏れ磁束）の関係が成り立つ。

（リアクタ８と、制御基板カバー１２及び平面部１０１との位置関係）
本実施例では、制御基板７から独立させてリアクタ８を配置し、さらに巻線８４の端子を以て制御基板７に接続させているため、リアクタ８の向きを比較的自由に調整することができる。

図６は比較例であり、（ａ）リアクタ８の多漏方向が制御基板カバー１２及び平面部１０１の垂線に略平行になるように配した状態を示す図、（ｂ）この状態の各方向に対する漏れ磁束量をプロットしたレーダチャートである。図７は本実施例であり、（ａ）リアクタ８の多漏方向が制御基板カバー１２及び平面部１０１に略平行になるように配した状態を示す図、（ｂ）この状態の各方向に対する漏れ磁束量をプロットしたレーダチャートである。

比較例及び本実施例で用いているコア形状では、Ｅコア８１の「Ｅ」字状の左右側に向かう方向（図６（ｂ）の１方向及び５方向、図７（ｂ）の紙面垂直方向）の漏れ磁束量が、「Ｅ」字状の上下方向（図６（ｂ）の３方向及び７方向、図７（ｂ）の３方向及び７方向）及び紙面垂直方向に向かう方向（図６の紙面垂直方向、図７（ｂ）の１方向及び５方向）の漏れ磁束量より多い。

よって、比較例のようにリアクタ８を配置した場合は、多漏方向の磁束が制御基板カバー１２や平面部１０１に略垂直に入射する。すなわち、制御基板カバー１２や平面部１０１の垂線の方向に発生する漏れ磁束量は多く、板金部材に対して干渉しやすい配置であることが分かる。

一方で、本実施例のようにリアクタ８を配置した場合は、少漏方向の磁束が制御基板カバー１２や平面部１０１に略垂直に入射する。すなわち、制御基板カバー１２や平面部１０１の垂線の方向に発生する漏れ磁束量は少なく、板金部材に対して干渉しにくい配置であることが分かる。

なお、多漏方向及び少漏方向は、必ずしも互いに略直交するとは限らず、コアをどのように形成するかなどに依存するが、例えば、少漏方向を、漏れ磁束量が最大となる方向における漏れ磁束量の０．７倍以下となる方向と考えてもよい。

このように、本実施例によれば、図７のようにリアクタ８が発生する漏れ磁束の分布を把握し、その漏れ磁束が周囲の板金部品に干渉しづらい向きにてリアクタを配置することにより、リアクタの漏れ磁束による異音の発生を低減することができる。

１…冷蔵庫、２…冷蔵室、３…野菜室、４…冷凍室、５…圧縮機、６…ファン用電動機、７…制御基板、８…リアクタ、８０…コア、８１…Ｅコア、８２…Ｉコア、９…フレーム、１０…制御基板収納部、１０１…平面部、１０２…側周部、１１…背面板、１２…制御基板カバー、１３…商用電源、１４１，１４２…ダイオード、１５１，１５２…平滑用電解コンデンサ、１６…コンバータ、１７…高圧直流電圧、１８…インバータ回路、１９…制御電源回路、２０…低圧直流電圧、２１…各部温度センサ、２２…庫内負荷制御回路、２３…圧縮機制御回路、２４…隙間

Claims (4)

1. 制御基板と、
   該制御基板に電気的に接続したリアクタと、
   前記制御基板及び前記リアクタを収納した制御基板収納部と、
   前記制御基板に略平行に設けられて金属材料を含んで形成された平面部又は制御基板カバーを有する機器であって、
   前記リアクタに電流が流れると発生する漏れ磁束量には異方性があり、
   前記平面部又は前記制御基板カバーの位置する方向が前記漏れ磁束量が少ない方向になるように前記リアクタを配置したことを特徴とする機器。
2. 前記制御基板収納部は、前記リアクタに流れる交流電流の周波数の少なくとも何れかにおいて、前記平面部よりも共振しにくい側周部を有し、
   前記漏れ磁束量が多い方向が前記側周部に向き、前記漏れ磁束量が少ない方向が前記平面部又は前記制御基板カバーに向くように前記リアクタを配置したことを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記リアクタは、前記制御基板から独立して向きを調整できることを特徴とする請求項１又は２に記載の機器。
4. 前記平面部及び前記制御基板カバーを有し、
   前記リアクタに流れる交流電流の周波数の少なくとも何れかにおいて、前記平面部及び前記制御基板カバーは、一方よりも他方が共振しやすく、
   前記リアクタから前記他方までの距離よりも、前記リアクタから前記一方までの距離の方が短いことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の機器。

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