JPH0662596A - 冷蔵庫用インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの通常使用する定格時では、高いモー
タ効率が得られるようにし、かつ、モータの安定した高
速運転ができるようにする。 【構成】 直列接続された２つの平滑用キャパシタＣ
１，Ｃ２が整流回路４に並列に接続され、整流回路４の
整流用ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点と平滑用キャパシ
タＣ１，Ｃ２の接続点との間にスイッチＳＷが設けられ
ている。このスイツチＳＷは制御回路３によって制御さ
れ、急速冷凍の指令があったとき、もしくはモータ２が
所定回転数以上のときオンし、モータ２の定格運転時、
もしくはモータ２が所定回転数を下まわるときオフす
る。スイッチＳＷがオフしているときには整流回路４と
平滑用キャパシタＣ１，Ｃ２は全波整流回路を形成する
が、スイッチＳＷがオフしているときには倍電圧整流回
路を形成し、かつ制御回路３はモータ２の印加電圧を制
御してモータ２が過励磁状態にならないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫の圧縮機用モー
タに用いて好適なインバータ装置に係り、特に、該モー
タの回転数を可変制御可能とする冷蔵庫用インバータ装
置の電源制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫に用いられる従来のインバータ装
置における電源回路としては、文献等で周知のように、
図６で示される様な整流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，
Ｄ４と平滑用キャパシタＣ１，Ｃ２とで構成される全波
整流回路によるものや、図７に示される様な倍電圧整流
回路によるものがあり、商用の単相交流電圧をかかる整
流回路で整流して得られる直流電圧が電源電圧としてイ
ンバータ回路１に印加され、かつ制御回路３からＰＷＭ
（パルス幅変調）電圧が駆動信号としてインバータ回路
１のパワー素子１’に供給されることにより、このＰＷ
Ｍ（パルス幅変調）電圧のデューティ比に応じた回転数
でモータ２が回転する。

【０００３】これら従来の電源回路では、その出力電圧
は常に一定であり、ルームエアコンや冷蔵庫の圧縮機駆
動用モータを可変させるためには、マイクロコンピュー
タ等からなる制御回路３によってこのＰＷＭ電圧を制御
し、等価的にモータ２に印加させる電圧や周波数を変化
させるか、或いはスイッチングレギュレータを応用した
ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧を変化させることにより、
速度を可変していた（例えば、半導体電力変換回路（電
気学会））。

【０００４】また、他の例が特公昭６１−２７９９０号
公報に記載されているが、これは、図８に示すように、
同方向に直列に接続されたダイオードＤ３とサイリスタ
Ｔｈ１との組と、同じく同方向に直列に接続されたダイ
オードＤ４とサイリスタＴｈ２との他の組とを並列接続
して整流回路４を構成し、制御回路６によってサイリス
タＴｈ１，Ｔｈ２を制御して整流回路４での流通角を制
御することにより、モータ２の回転数を可変とするもの
である。

【０００５】この特公昭６１−２７９９０号公報には、
さらに他の例が記載されている。これは、同方向に直列
に接続された２つのダイオードの組と、同じく同方向に
直列に接続された２つのサイリスタの他の組とを並列接
続して整流回路を構成し、これら２つのサイリスタの接
続点と２つの直列接続された平滑用キャパシタの接続点
との間に双方向性サイリスタを設け、インバータ装置の
始動時、この双方向性サイリスタをオフするとともに２
つのサイリスタの導通角を制御し、出力周波数が高くな
ると、２つのサイリスタをオフするとともに双方向性サ
イリスタの導通角を制御し、始動時には直流電圧が高く
ならないようにして、インバータ装置回路の半導体スイ
ッチに流れるピーク電流を押えるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電源回路が
全波整流回路や倍電圧整流回路で構成される上記従来の
技術では、電源回路の出力電圧が常に一定であるため、
圧縮機駆動用のモータの設計は、電源回路が出力できる
平均電圧とシステムで必要な最大回転数及び負荷で決ま
ってしまう。従って、冷蔵庫の場合では、急速冷凍の時
にモータの回転数が最大となるため、定格運転時では、
制御回路により、インバータ回路のパワー素子をＰＷＭ
制御し、等価的にモータに印加させる電圧や周波数を変
化させて回転数を低下させている。このため、モータ
は、最大出力を得るために、容量の大きい設計となり、
システムの運転で大半を占める定格運転時では、その半
分以下の容量で駆動されることになり、従って、効率が
低下し、消費電力が増加することになる。

【０００７】また、整流回路の構成素子の一部にサイリ
スタを用い、そのサイリスタの導通角を調整しつつイン
バータ装置を始動することにより、直流電圧自体を制御
し、半導体スイッチに流れるピーク電流を押える上記従
来の方式では、始動時の直流電圧を制御するものであっ
て、モータの定格運転時での効率については配慮されて
いない。

【０００８】本発明の目的は、かかる問題を解消し、通
常使用する定格時のモータの効率向上を図ることがで
き、しかも、安定した高速運転を行なうことができるよ
うにした冷蔵庫用インバータ装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明は、２つの整流ダイオードが直列に接続され
てなる直列回路が２組並列に接続されてなり単相交流電
圧を整流する整流回路と、互いに直列に接続され該整流
回路に並列に接続された２つの平滑用キャパシタと、該
整流回路の一方の組の２つの整流ダイオードの接続点と
該２つの平滑用キャパシタの接続点との間に設けられた
スイッチとでモータを駆動するインバータ回路の電源回
路を形成し、かつ該スイッチをオン・オフ制御する制御
手段を備え、該モータの回転数が所定の値以上になった
ときもしくは急速冷凍の指示があったとき、該制御手段
が該スイッチをオンするようにする。

【００１０】

【作用】モータを定格運転するときには、スイッチはオ
フし、電源回路は整流回路と２つの平滑用キャパシタと
で全波整流動作状態となり、モータの回転数が所定の値
以上になったときもしくは急速冷凍の指示があったとき
には、スイッチはオンし、電源回路は整流回路と２つの
平滑用キャパシタとで倍電圧整流動作状態となる。従っ
て、モータの設計を通常使用する定格運転時に最大モー
タ効率となるようにすることができ、全波整流動作でモ
ータ効率を高めることができて消費電力を大幅に低減で
きるし、また、最大出力時では、電源回路を倍電圧整流
動作させて電圧や周波数を変化させ、モータの回転数を
増加させるため、冷蔵庫においては、安定した急速冷凍
が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による冷蔵庫用インバータ装置の一実
施例を示す回路図であって、１はインバータ回路、１’
はパワー素子、２はモータ、３は制御回路、４は整流回
路、５は電源端子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は整流ダイ
オード、Ｃ１，Ｃ２は平滑用キャパシタ、ＳＷはスイッ
チである。

【００１２】同図において、インバータ回路１の電源回
路は整流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と平滑用キ
ャパシタＣ１，Ｃ２とスイッチＳＷとから構成されてい
る。整流ダイオードＤ１，Ｄ２は同方向に直列接続さ
れ、整流ダイオードＤ３，Ｄ４も同方向に直列接続され
ていて、これら２組の直列回路が互いに並列に接続され
て整流回路４を形成している。そして、この整流回路４
における整流ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点と整流ダイ
オードＤ３，Ｄ４の接続点との間に接続された電源端子
５から商用の単相交流電圧が印加される。また、この整
流回路４に並列に直列接続された２つの平滑用キャパシ
タＣ１，Ｃ２が接続されており、これら平滑用キャパシ
タＣ１，Ｃ２の接続点と整流ダイオードＤ３，Ｄ４の接
続点との間にスイッチＳＷが設けられている。

【００１３】スイッチＳＷはマイクロコンピュータ等か
らなる制御回路３によって制御され、このスイッチＳＷ
がオフのときには、整流回路４と平滑用キャパシタＣ
１，Ｃ２とで図５に示したような全波整流回路が形成さ
れ、スイッチＳＷがオンしているときには、図６に示し
たような倍電圧整流回路が形成される。商用の単相交流
電圧が全波整流回路もしくは倍電圧整流回路で整流・平
滑されて得られる直流電圧が、電源電圧として、インバ
ータ回路１のパワー素子１’に印加され、これによって
モータ２が駆動される。このモータ２は、この実施例が
冷蔵庫に用いられる場合、冷凍サイクルにおける圧縮機
（図示せず）を駆動するモータである。

【００１４】図２は全波整流回路から倍電圧整流回路へ
の切換え時での出力電圧特性を示すものである。ここで
示す電圧特性はスイッチＳＷをリレーとした場合のもの
である。このため、全波整流回路であるときの出力電圧
から倍電圧整流回路となったときの出力電圧まで上昇す
るに要する時間が約５０ｍｓｅｃである。この約５０ｍ
ｓｅｃの間に、制御回路３はモータ２に印加する電圧
を、このモータ２が過励磁状態とならないように、制御
する。スイッチＳＷを半導体素子とした場合には、全波
整流回路から倍電圧整流回路への切換えのためのスイッ
チＳＷのオン、オフタイミングを制御回路３によって制
御することにより、図２に示す出力電圧の上昇速度を任
意に可変することができる。

【００１５】なお、図２に示すこの出力電圧のリップル
は平滑用キャパシタＣ１，Ｃ２の容量によって決まる。
このため、このリップル電圧を少なくするためには、平
滑用キャパシタＣ１，Ｃ２の容量を大きくすればよい。

【００１６】図３は制御回路３のスイッチＳＷ制御動作
を示すフローチャートである。制御回路３は図示しない
操作部からの操作信号が入力され、これに応じた制御を
行なうとともに、モータ２の回転数も監視しており、次
のようなこの回転数に応じた制御を行なう。

【００１７】図１，図３において、顧客が操作部の急速
冷凍スイッチを操作せず、もしくはモータ２の回転数が
例えば３０００／ｍｉｎを下まわる場合には（ステップ
３０１）、制御回路３はスイッチＳＷをオフ状態にして
おき（ステップ３０９）、これによって全波整流回路が
形成されているが（ステップ３１０）、かかる状態で顧
客が操作部の急速冷凍スイッチをオンに操作して急速冷
凍を指示すると、もしくはモータ２の回転数が例えば３
０００／ｍｉｎ以上になった場合には（ステップ３０
１）、制御回路３はスイッチＳＷをオンし（ステップ３
０２）、全波整流回路から倍電圧整流回路に切り替える
（ステップ３０３）。この際、上述したように、モータ
２に印加される電圧を制御してモータ２が過励磁状態に
ならないようにする（ステップ３０４）。

【００１８】その後、急速冷凍スイッチがオフされる
か、モータ２の回転数が例えば３０００／ｍｉｎを下ま
わると（ステップ３０５）、制御回路３はスイッチＳＷ
をオフし（ステップ３０６）、倍電圧整流回路から全波
整流回路へ切り替える（ステップ３０７）。この際も、
同様に、制御回路３はモータ２に印加する電圧を制御す
る（ステップ３０７）。

【００１９】なお、制御回路３は、上記の機能の他に、
インバータ回路１のパワー素子１’を制御する機能や冷
蔵庫本体を制御する機能等も有している。

【００２０】図４は交流モータの印加電圧と周波数を変
化させた場合のモータ効率特性を示したものである。交
流モータは、周知のように、回転数を可変とするために
は、その印加電圧と周波数を可変する必要があり、しか
も、設定した周波数に対し、最適な電圧を印加しないと
モータ効率が低下してしまう。また、モータの回転数が
所定の値以上になった場合、単に上記のような全波整流
回路から倍電圧整流回路への切換えが行なわれると、モ
ータの印加電圧が２倍になることから、モータは過励磁
状態となって電流が異常に増加してしまう。そこで、こ
の実施例では、全波整流回路から倍電圧整流回路へ切り
換えるときには、その出力電圧の上昇にともなってモー
タ２の印加電圧を制御する。これが図３でのステップ３
０４，３０８の制御である。かかる制御の一例として
は、パワー素子１’を駆動するＰＷＭ（パルス幅変調）
信号のデューティ比を小さくする等の方法がある。

【００２１】なお、使用するモータ２が直流モータであ
る場合には、このモータ２に印加する直流電圧を制御す
ればよく、これによって回転数を変化させることがで
き、同様の制御が可能となる。

【００２２】図５は全波整流回路と倍電圧整流回路との
モータ効率特性を示す図である。同図において、モータ
２の回転数の可変範囲を１６００〜６０００／ｍｉｎと
し、通常運転時では１６００〜３０００／ｍｉｎで、急
速冷凍時では６０００／ｍｉｎとすると、モータ２は全
波整流回路時に３０００／ｍｉｎで効率が最大となる様
に設計され、低速回転時でのモータ効率を向上させる。
仮りに、かかる仕様のモータ２を全波整流回路によって
高速回転させると、駆動電圧が足りないため、停動トル
クが低下し、モータ効率が低下するとともに停止してし
まう。

【００２３】そこで、モータ２を３０００／ｍｉｎ以上
で回転させるときには、全波整流回路から倍電圧整流回
路へ切り換え、しかも、この倍電圧整流回路の出力電圧
の上昇にともなってモータ２を駆動するＰＷＭ信号のパ
ルス幅を小さくし、モータ２に印加される電圧を制御し
て、モータ２が過励磁状態とはならずに、６０００／ｍ
ｉｎまで駆動することができるようにする。

【００２４】以上により、この実施例では、通常使用す
る定格運転時に最大モータ効率となるようにモータ２を
設計することができ、定格運転時、従来のインバータ装
置に比べ、モータ効率を３〜５％向上させることができ
た。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通常使用する定格運転時に最大モータ効率となるように
モータを設計することができ、定格運転時でのモータ効
率を、従来のインバータ装置に比べ、大幅に向上させる
ことができて消費電力を大幅に低減できるし、最大出力
時でも、安定してモータの回転数を増加させることがで
き、冷蔵庫の場合には、安定した急速冷凍動作が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷蔵庫用インバータ装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】図１に示した実施例での全波整流回路から倍電
圧整流回路への切換え時の出力電圧特性を示す図であ
る。

【図３】図１における制御回路の制御動作を示すフロー
チャートである。

【図４】交流モータの印加電圧と周波数によるモータ効
率特性を示す図である。

【図５】図１に示した実施例での全波整流時と倍電圧整
流時のモータ効率特性を示す図である。

【図６】全波整流回路による電源回路を備えた従来の冷
蔵庫用インバータ装置を示す回路図である。

【図７】倍電圧整流回路による電源回路を備えた従来の
冷蔵庫用インバータ装置を示す回路図である。

【図８】従来の冷蔵庫用インバータ装置のさらに他の例
を示す回路図である。

【符号の説明】

１ インバータ回路 １’ パワー素子 ２ 圧縮機用モータ ３ 制御回路 ４ 整流回路 ５ 電源端子 Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 整流用ダイオード Ｃ１，Ｃ２ 平滑用キャパシタ ＳＷ スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの整流ダイオードが直列に接続され
   てなる直列回路が２組並列に接続されてなり、単相交流
   電圧を整流する整流回路と、互いに直列に接続され、該
   整流回路に並列に接続された２つの平滑用キャパシタ
   と、該整流回路の一方の組の２つの整流ダイオードの接
   続点と該２つの平滑用キャパシタの接続点との間に設け
   られたスイッチとでモータを駆動するインバータ回路の
   電源回路を形成し、 かつ該スイッチをオン・オフ制御する制御手段を備え、 該モータの回転数が所定の値以上になったとき、もしく
   は急速冷凍の指示があったとき、該制御手段が該スイッ
   チをオンすることにより、該電源回路の状態を全波整流
   動作状態から倍電圧整流動作状態へ切り換えることを特
   徴とする冷蔵庫用インバータ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記スイッチを半導体素子とし、 電源回路の全波整流動作状態から倍電圧整流動作状態へ
   の切換え時、前記スイッチをオンさせることによる前記
   モータの印加電圧が徐々に上昇するように、前記制御手
   段が前記モータの印加電圧を制御することを特徴とする
   冷蔵庫用インバータ装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記モータを駆動するパルス幅変調電圧のデューティ比
   を変化させることにより、前記モータの印加電圧を制御
   することを特徴とする冷蔵庫用インバータ装置。