KR100376902B1 - 냉장고 - Google Patents

Abstract

전압 가변 컨버터와 인버터를 구비한 회로에서, PWM/PAM 제어를 전환할 때, 특히 PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환할 때, 종래와 같이 실직류 전압에 의하면 주 회로부와 조작부를 갖는 마이크로 컴퓨터부 사이의 절연을 할 수 없어 냉장고에는 이 제어는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 조작부를 갖는 마이크로 컴퓨터 자신이 발생하는 직류 스테이지 전압 지령을 실직류 전압 대신 사용함으로써, 주 회로 사이의 절연을 취하지 않아도 전환을 행할 수 있게 되었다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

본 발명은, 교류를 정류하여 원하는 직류 전압을 출력하는 전원 회로와, 전동기를 구동하는 전동기 구동 회로로 구성되는 인버터 냉장고에 관한 것이다.

종래, 냉장고용 압축기를 구동하는 전동기 제어 장치로서 직류 전압을 제어하는 소위 PAM 제어 수단을 이용한 것이 특개평7-260309호 공보(문헌 1) 및 특개평7-218097호 공보(문헌2)에 기재되어 있다. 또한, 전동기의 제어 장치로서 PAM 제어 수단을 이용한 것으로서 특개소63-224698호 공보(문헌3)가 알려져 있다. 이 문헌 3에는, 전동기 회전수가 저속 영역에서는, 직류 전압을 일정하게 하여 펄스폭 변조 인버터의 출력 펄스폭을 제어함으로써 전동기를 구동 제어하고, 고속 영역에서는, 인버터를 전류 동작만 시켜 컨버터의 직류 전압 승압 기능에 의해 전동기를 구동 제어하는 소위 선형 PAM 제어가 기재되고, 인버터에 의한 전동기의 구동 제어(PWM 제어)와 컨버터에 의한 전동기의 구동 제어(PAM 제어)와의 전환을, PWM 제어로부터 PAM 제어는, PWM 제어의 통류율이 소정치에 달했을 때, 또한 PAM 제어로부터 PWM 제어는, 컨버터 출력 실직류 전압이 소정치에 달했을 때에 전환하는 것이 기재되어 있다.

상기 문헌1 및 2에는, 냉장고용 압축기 구동용 전동기의 제어 장치로서 PAM 인버터를 이용함으로써 에너지 절약화되는 것은 기재되어 있지만, 냉장고용 압축기 구동용 전동기의 제어 장치로서 PAM 제어를 구현화하는 것에 대해서는 아무것도 기재되어 있지 않다. 또한, 문헌 3과 같은 구성에서는 냉장고용으로서 음미되고 있지 않다.

또한, 전동기를 구동하기 위한 전원 전압(가정용 콘센트로 공급되는 교류의 전압)은, 전기 사업법에 따라 정해진 허용 변동량 및 가정 내에서의 전압 강하분을 고려하면, 기준치의 ±7.5%가 된다. 종래와 같은 배전압 회로를 이용한 전동기의 제어 장치에서는, 직류 전압이 260V∼303V로 최대치와 최소치와의 차가 43V로도 되고, 직류 전압이 낮은 경우 전동기가 기동하지 않는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 냉장고용의 전동기 제어 장치로서 알맞은 PAM 제어 기능을 갖는 냉장고를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제2 목적은, 전원의 전압이 변동해도, 압축기의 기동을 행할 수 있는 냉장고를 제공하는 것에 있다.

상기 제1 목적은, 압축기를 구동하는 전동기와, 이 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 이 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서, 냉장고내 온도와 설정 온도에 기초하여 발생되는 속도 지령에 근접하도록, 상기 전동기의 회전수를 상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 따라 제어를 행하는 제1 제어 모드와, 상기 전동기의 회전수를 상기 컨버터의 전압 가변 기능에 따라 제어를 행하는 제2 제어 모드를 구비하는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 제1 목적은, 압축기를 구동하는 전동기와, 이 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 이 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서, 냉장고내 온도와 설정 온도에 기초하여 발생되는 속도 지령에 근접하도록, 상기 전동기의 회전수를 상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 의해 제어를 행하는 제1 제어 모드와, 상기 전동기의 회전수를 상기 컨버터의 전압 가변 기능에 의해 제어를 행하는 제2 제어 모드를 구비하고, 상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 있어서의 통류율이 소정의 값에 달했을 때, 상기 제1 제어 모드로부터 상기 제2 제어 모드로 전환하고, 상기 컨버터에 대한 직류 전압 지령이 소정의 값에 달했을 때, 상기 제2 제어 모드로부터 상기 제1 제어 모드로 전환하는 기능을 구비하는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 제2 목적은, 압축기를 구동하는 전동기와, 이 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 이 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서, 상기 전동기를 기동할 때, 상기 인버터로 공급하는 직류 전압을, 상기 교류를 직류로 변환한 값보다도 높이는 수단을 구비함으로써 달성된다.

도 1은 본 실시예에 따른 냉장고의 제어 블럭도.

도 2는 직류 전압 및 통류율을 나타내는 도면.

도 3은 PWM/PAM 선택기(150)의 상세한 내용을 나타낸 도면.

도 4는 속도 지령 발생기(140)의 상세한 내용을 나타낸 도면.

도 5는 냉장고의 절연 구조를 나타내는 블럭도.

도 6은 전동기 기동시의 직류 전압의 추이를 나타낸 도면.

도 7은 인버터의 파워 소자 특성을 나타낸 도면.

도 8은 리액터의 중첩 특성을 나타낸 도면.

도 9는 리액터의 구조를 나타낸 도면.

도 10은 본 실시예에 따른 냉동 냉장고의 개략 구조를 설명하는 종단면도.

도 11은 펄스폭 변조시의 펄스폭을 바꾸었을 때의 전류를 나타낸 도면.

도 12는 가산기(208)의 상세한 내용을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상용 전원

2 : 컨버터

3 : 인버터

4 : 압축기

7 : 전동기

140 : 속도 지령 발생기

150 : PWM/PAM 선택기

105 : 인버터 PWM 듀티 지령 발생기

106 : 컨버터 PAM 전압 지령 발생기

132 : 억제 회로

134 : 급냉 회로

151 : 판정기

152 : 선택기

137 : PAM/PWM 선택 회로

냉장고에 대한 요구로서, 조리한 식품을 냉동 저장하는 경우에 급속하게 냉동시키는 등 급속 냉동, 단시간에 얼음을 만드는 급속 제빙, 더욱 냉장고는 일반 가정에서 항상 전원 플러그를 넣어 사용하기 때문에 연간 전기세가 싼(연간의 소비 전력이 적음) 에너지 절약형인 것을 예로 들 수 있다. 급속 냉동 및 급속 제빙에 대해서는, 압축기의 회전수를 상승시켜 냉동 사이클의 냉매 순환량을 증가시킴으로써 달성되지만, 에너지 절약형으로 하기 위해서는, 압축기를 저속 회전으로 운전할 필요가 있다. 압축기를 고속 회전으로 운전하는 것과 압축기를 저속 회전으로 운전하는 것을 양립시키고자 하면 다음과 같은 문제가 있다.

현재 냉장고용 압축기(주로 왕복 타입)를 동작시키는 전동기는, 회전자에 영구 자석이 매립되고, 고정자에 인버터에 의해 회전 자계를 발생시킴에 따라 회전자를 회전시키는 브러시레스 전동기가 많이 사용되고 있다. 이 브러시레스 전동기의 회전수는 다음 식으로 나타낸다.

N=(V-IR)/kΦ

여기서, N은 전동기의 회전수, V는 전동기 인가 전압, I는 전동기 전류, R은 전동기의 내부 저항, k는 계수, Φ는 자속 밀도이다.

이 식으로부터도 이해할 수 있듯이, 전동기 인가 전압 V가 클수록, 또한 전동기 내부 저항 R이 작을수록 고속 회전을 얻을 수 있다. 인버터에 입력되는 직류 전압은, 배전압 회로를 이용하면 144V의 2배의 288V (부하를 접속하면 약 250V)를 얻을 수 있지만, 전동기의 내부 저항 R은 전동기를 고속 회전 사양으로 할지 저속 회전 사양으로 할지에 따라 다르고, 예를 들면 고속 회전 사양으로 하면, 전동기의 고정자의 권취수인 턴수를, 예를 들면 120턴으로 함으로써 내부 저항 R의 값을 작게 한다. 그런데, 이와 같이 전동기의 사양을 고속측으로 설정하면, 저속 영역에 있어서 전동기의 효율이 현저히 저하한다는 문제가 있다.

한편, 전동기의 사양을 저속 영역에 정합하기 위해(저속 영역의 효율을 높임), 고정자 권취선의 권취수를, 예를 들면 140턴으로 하면, 전동기 인가 전압 V는 일정하고, 전동기 내부 저항 R이 커지기 때문에 급속 냉동이나 급속 제빙에 필요한 회전수를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 전동기의 사양을 저속 영역에 맞추고 인버터 입력 전압을 고속 영역에서 높이도록 함으로써 전동기의 고속 회전을 실현하도록 하였다. 인버터 입력 전압, 즉 직류 스테이지 전압을 높이기 위해서는, 교류를 직류로 변환하는 컨버터의 후단에 승압 쵸퍼(혹은 PWM 제어 가능한 컨버터)를 설치하여 이 승압 쵸퍼를 초핑 제어하는 펄스 진폭 변조, 즉 PAM 제어로 함으로써 달성된다.

이하, 상기된 본 발명의 일 실시예를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 냉장고의 제어 장치를 설명하는 것으로, 정류 회로 및 승압 쵸퍼 회로를 이용한 컨버터 회로와, 인버터 회로 및 압축기용 전동기로 이루어지는 전동기 구동 회로를구비한 전동기 제어 장치의 전체 구성도이다.

교류 전원(1)은 일반적으로는 콘센트이고, 냉장고측의 삽입 플러그를 삽입함으로써 냉장고에 전기를 공급한다. 통전된 교류는 컨버터 회로(2)에 접속되어 직류로 변환된다. 컨버터 회로(2)에는, 정류 회로를 구성하는 다이오드(21, 22, 23, 24), 리액터(25), 다이오드(26) 및 트랜지스터 등의 파워 소자인 스위칭 소자(27)로 구성되는 승압 쵸퍼 회로를 통해 직류 전압으로서 출력된다. 컨버터 회로(2) 내의 승압 쵸퍼 회로는 컨버터 회로(2) 내의 정류 회로의 출력측에 접속되고, 상술된 파워 소자의 스위칭 동작 및 리액터(25)의 에너지 축적 효과에 따라, 입력 전류를 강제적으로 흘려 전압을 승압시킨다. 승압된 직류 전압은 평활용 컨덴서(5)로 공급되어 안정된 직류 전압을 출력한다. 승압의 구조는 공지이지만, 간단히 설명하겠다. 다이오드(21)측이 플러스로서, 스위칭 소자(27)가 온하고 있을 때, 전류가, 교류 전원(1), 다이오드(21), 리액터(25), 스위칭 소자(27), 다이오드(24), 교류 전원(1)의 순으로 흘러 리액터(25)에 전자 에너지가 축적된다. 이 때, 스위칭 소자(27)를 오프하면, 리액터(25)로부터 역류 방지용의 다이오드(26)를 통해 평활용의 컨덴서(5)에 전류가 흐르고, 전자 에너지가 컨덴서(5)로 옮겨져 컨덴서(5)의 전압이 상승한다. 이에 따라 직류 스테이지 전압을 상승시키는 것이다. 또, 컨버터(2) 내의 저항(28)은 전류 검출용의 저항이다.

이 컨덴서(5)에는, 전동기를 회전시키기 위한 회전 자계를 발생시키는 교류로 직류를 변환시키는 인버터(3)가 접속되어 있다. 인버터(3)에는 압축기 구동용 전동기(7)가 접속되어 있다. 이 전동기(7)가 구동하는 압축기(4)는, 상세하게 도시하지 않지만, 전동기(7)와 함께 밀폐 용기 내에 수납되어 있고, 주로 왕복 타입의 압축기이다. 기타, 로터리 타입이나 스크롤 타입의 압축기라도 상관없다.

인버터(3)는, 3상 인버터이고 스위칭 소자로서 본 실시 형태에서는 IGBT (절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 : 31a 내지 32c)가 이용되고 있다. 이들 스위칭 소자에는 각각 병렬로 환류 다이오드(33a 내지 34c)가 접속되어 있다. 그리고, 컨덴서(5)로부터 공급되는 직류를 설정된 회전수가 되도록 전동기(7)의 회전 위치 검출의 출력에 기초하여 120도 통류를 행하고, 각 상의 통류 기간에서의 통류율의 제어(펄스폭 제어)를 행하여 전동기(7)의 회전수를 제어한다.

또, 저항(6)은 전류 검출용 저항으로 이 전류 검출치가 과전류 보호 장치(111)로 송출되고, 이 전류 검출치가 임계 레벨을 넘었을 때 인버터(3)를 구성하는 스위칭 소자를 전부 오프하는 신호를 드라이버(110)에 출력하고, 드라이버(110)는 스위칭 소자를 오프한다. 이것은 인버터 제어에 있어서 전류 마이너 루프를 지니지 않기 때문에 설치하는 것이다.

이러한 주 회로 구성을 이용하여 행하는 제어에 대해, 도 2를 기초하여 설명한다. 상술된 바와 같이, 전동기(7)는 직류 브러시레스 모터이고, 전동기(7)에 대한 인가 전압을 제어함으로써 전동기(7)의 회전수를 제어할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서의 전동기(7)은, 저속 회전 영역에서의 모터 효율이 좋아지도록 설계되어 있다. 이것은, 이 전동기에 의해 구동되는 압축기가 냉장고에 이용되는 냉동 사이클중에 내장되는 것이기 때문에, 주로 일반 가정에서의 냉장고의 사용 형태로서, 도어의 개폐가 하루종일 빈번하게 있지 않은 것에 기인하고 있다. 즉, 하루를 통해 보면 냉장고의 도어는 거의 닫힌 상태이고, 이 때문에 냉동 사이클은, 도어가 닫힌 상태에서의 단열재를 통한 냉장고 내의 열 침입에 적당한 냉기를 생성하면 된다. 이 냉장고 내의 열 침입은 아주 작기 때문에, 압축기의 동작은, 대부분이 매분 2000회전 전후의 저속 회전이다. 따라서, 이 저속 회전 영역의 모터 효율이 좋아지도록 설계하면 소비 전력을 작게 할 수 있다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 인버터(3)에 의한 펄스폭 변조(PWM) 제어만으로는, 냉장고 내에 열 부하의 큰 식품이 들어간 경우, 도어의 개폐가 빈번히 있는 경우, 급속 냉동이나 급속 제빙을 행하고 싶은 경우 등, 압축기를 고속 회전으로 구동해야 하는 경우, 통류율은 약 2400min^-1에서 100%에 달하기 때문에, 전동기(7)에 대한 인가 전압은 인버터(3)의 입력 직류 전압인 150V이상이 되지 않는다.

그래서, 본 실시예에서는, 전동기(7)에 제공하는 전압의 제어, 즉 전동기(7)의 회전수 제어를 인버터(3)의 펄스폭 제어로부터, 컨버터(2)에 의한 인버터(3)의 입력 전압인 직류 전압을 제어함으로써 행하도록 했다(이 때 인버터(3)는 100%의 통류율을 유지함). 이와 같이 함으로써, 저속 영역에서 효율이 좋아지도록 설계된 전동기라도 고속 회전으로 구동할 수 있다. 본 명세서에서는, 인버터(3)에 의해 전동기(7)에 인가되는 펄스 열의 폭을 조정함으로써 전동기(7)에 제공되는 전압을 제어함으로써 전동기(7)의 회전수를 제어하는 제어를 PWM(펄스폭 변조) 제어, 컨버터(2)의 직류 전압을 제어함으로써, 전동기(7)에 인가되는 펄스의 진폭을 조정함으로써 전동기(7)의 회전수를 제어하는 제어를 PAM(펄스 진폭 변조) 제어라고 한다.

도 2에 도시된 실시예에서는, 전동기 회전수가 1800min^-1내지 2400min^-1사이를 PWM 제어(이 때 직류 전압은 150V), 2400min^-1이상을 PAM 제어로 한다 (이들 값은 일례이고, 본 발명이 이들 값에 한정되는 것은 아님).

그런데, 본 실시예에서는, 직류 스테이지의 전압의 최소치를 다이오드(21, 22, 23, 24)에 의해 구성되는 정류 회로의 출력 전압(144V)보다 약간 높은 150V로 설정하였다. 그 이유를 이하 설명한다.

직류 스테이지의 최소 설정 전압을 높게 설정, 예를 들면 180V로 설정하면, PWM 제어에 의해 제어되는 영역은 확대되지만, 냉장고에서 빈번히 사용되는 저 회전수 영역에서 다음과 같은 문제가 발생한다.

직류 스테이지의 전압이 높은 상태에서 전동기(7)를 저속 회전으로 하기 위해서는, PWM 파형인 펄스폭이 좁아질 필요가 있다. 이 때, 인버터(3)의 온 기간에 흐르는 전류의 크기가 커지고(어느 상의 스위칭 소자가 온하고 있는 기간에 흐르는 전류의 최대치), 환류 모드(그 상의 환류 다이오드에 전류가 흐르는 기간)에 있어서의 최소 전류와의 차가 커진다. 이 최대치와 최소치의 차는, 전동기(7)의 맥동 자속 밀도와 비례 관계에 있고, 이것이 클수록 전동기(7)의 철손(鐵損)이 커져 버린다.

이 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는, 저속 영역을 포함하는 PWM 영역에서 직류 전압을 정류 전압에 가까운 값인 150V로 설정하였다. 이와 같이 직류 스테이지의 전압을 낮춤으로써, 낮춘만큼 인버터의 PWM의 펄스폭이 넓어지고, 인버터 스위칭 소자의 1주기에 있어서의 최대 전류치와 최소 전류치와의 차를 작게 할 수 있다. 이 결과, 맥동 자속 밀도를 작게 할 수 있어, 전동기(7)의 철손을 감소시킬 수 있다.

도 11에 기초하여 설명한다. 도 11(a)은 직류 스테이지 전압이 높은 상태에서의 인버터(3)의 스위칭 소자의 PWM 파형이다. 스위칭 소자가 온하고 있을 때는 컨덴서(5)로부터 전동기 전류가 흐르고, 오프하면, 환류 다이오드를 통해 전동기 전류는 환류하여 감쇠한다. 이 진폭치를 ΔIM으로 한다. 마찬가지로 도 11(b)은, 직류 스테이지 전압을 감소시키고, (a)와 동일 전압이 전동기(7)에 인가되는 통류율로 한 경우이다. 이 때 직류 스테이지 전압이 낮으므로, 스위칭 소자를 온해도 전류의 상승율이 작기 때문에, (a)와 비교하여 ΔIM은 작다. 이 ΔIM은 전동기의 맥동 자속 밀도를 나타내는 값으로, 이것이 작은 쪽이 전동기의 철손이 작은 것을 뜻하고 있다. 따라서, 통류율이 클수록 전동기 효율이 좋아진다.

또, 컨버터(2)에 의한 승압 동작을 PWM 제어 영역에서 오프하지 않은 이유는, 커율 개선 회로로서의 기능을 유지시키기 위해서이다.

이러한 제어를 실현하기 위한 실시예를 도 1에 기초하여 설명한다. 본 실시예에서는, 전동기(7)의 회전수를 제어하는 수단으로서 PWM/PAM 선택기(150)로 PAM 제어 또는 PWM 제어 중 어느 한쪽을 선택한다. 후술된 속도 지령 발생기(140)에서 발생된 냉장고의 냉장고내 온도 제어에 따르는 속도 지령 Np가 PWM/PAM 선택 회로(150)에 입력된다.

한편, 전동기(7)의 유기 전압을 위치 검출기(102)에 입력하고, 이 유기 전압으로부터 회전자의 자석 위치를 연산하여, 이 위치 신호에 기초하여 속도 연산기(103)에 의해 전동기의 회전수(실 속도)가 출력되고, 인버터 컨버터 제어 수단으로서의 PWM/PAM 선택기(150)에 입력된다.

상세한 내용을 후술된 바와 같이, PWM/PAM 선택기(150)에서는, 이 속도 지령 Np와 전동기(7)의 실속도가 입력되고, 컨버터(2) 및 인버터(3)에 대해 다음 제어 지령을 발생한다.

PWM 제어 영역이라고 판단된 경우, 컨버터(2)에 대해 일정한 직류 전압(본 실시예에서는 150V)을 출력하는 제어 지령을, 인버터(3)에 대해, 속도 지령치와 전동기 실속도의 편차에 기초하는 통류율 지령(본 실시예에서는, 그 통류율 지령에 기초하는 펄스열)을 각각 송출한다.

PAM 제어 영역이라고 판단된 경우, 컨버터(2)에 대해 속도 지령치와 전동기 실속도의 편차에 기초하는 직류 스테이지 전압 지령을, 인버터(3)에 대해 통류율을 100%로 하는 지령(본 실시예에서는, 통류율을 100%로 한 펄스열)을 각각 출력한다. 이 때, 인버터는 PWM 듀티가 100%이기 때문에, 인버터(3)는 쵸퍼를 행하지 않고 전류 출력만을 행한다.

PWM/PAM 선택기(150)로부터 출력된 직류 스테이지 전압 지령은, 가산기(208)에 의해 기준 전압(150V)과 가산되어 직류 전압 지령이 된다(PWM/PAM 선택기(150)로부터의 지령치가 0인 경우, PWM 제어 영역이라고 판단되고, 이 지령치가 어떤 값을 가지고 있는 경우, PAM 제어 영역에서 판단된 것을 의미한다. 또, 여기서는 기준 전압을 이용했지만, PWM/PAM 선택기(150)로부터 합산치를 출력하도록 해도 됨). 이 가산기(208)의 출력과, 직류 전압 검출 회로(50)로써 검출된 컨덴서(5)의 단자 사이의 전압이 비교기(207)로 비교되고, 그 편차가 비례 적분기(206)를 통해 직류 전류 파고치 지령이 되어 승산기(201)에 입력된다. 다이오드(21, 22, 23, 24)에 의해 전파 정류된 전압(맥류)이 전압 검출기(29)로써 검출되고, 이 맥류와 직류 전류 파고치 지령이 승산기(201)에 의해 승산되어 순시 전류 지령이 된다. 이 순시 전류 지령과 전류 검출 저항(28)에 의해 검출된 실순시 전류가 비교기(202)로써 비교되고, 그 편차가 비교기(204)에 입력되고, 발신기(203)로써 생성된 톱니형파(삼각파)와 비교되어 펄스폭 변조 신호를 얻는다. 이 신호가 드라이브 회로(205)에 입력되고 증폭되어 승압 쵸퍼(27)의 게이트 신호가 된다. 이와 같이 순시 전류 지령과 순시 전류를 비교하여 편차가 없어지는 방향으로 제어함으로써, 입력 전압과 입력 전류의 위상이 거의 동일해져 커율이 1에 가까워진다. 이와 같이 전류를 정현파상으로 함으로써, 고조파를 억제할 수 있다.

점선 A로 둘러싼 각 요소는, 하나의 집적 회로로서 패키지화되어 있다. 또한, 상기된 컨버터 제어 회로는, 최근 컨트롤 IC화되어 있고, 아날로그 전압을 제어함으로써 직류 전압을 제어하는 방식의 것이 다수 제품화되어 있다.

한편, PWM/PAM 선택기(150)로써 발생한 인버터(3)를 스위칭 동작시키는 통류율인 PWM 신호는 펄스열로서, AND 회로(109)에 입력된다. 또한, 위치 검출기(102)의 출력 신호는, 전류 출력기(108)에도 입력되고, 각 상의 스위칭 소자의 120도 통류의 전류 타이밍(상마다 120도 어긋난 펄스열)인 펄스열이 각 스위칭 소자마다 출력된다(도면은 1스위칭 소자분). 각 상의 하측 아암을 구성하는 스위칭 소자(32a,32b, 32c)는, 이 전류 타이밍의 기간 중 온이 되고, 상측 아암을 구성하는 스위칭 소자(31a, 31b, 31c)에는 전류 타이밍을 나타내는 펄스열과 앞의 PWM 신호를 나타내는 펄스열과의 AND가 AND 회로(109)에 의해 취해져 드라이버(110)를 통해 온오프 제어된다.

또, 컨버터 동작 판정기(107)는, 속도 지령 발생기(140)의 출력인 속도 지령 Np가 0일 때, 승압 쵸퍼(27)를 스위칭 동작시키는 드라이브 회로(205)를 정지시킨다. 이것은, PWM/PAM 선택기로부터 컨버터(2)측으로의 출력은 0이고, 속도 지령이 0이기 때문에 지령이 0이 된 것이, 속도 지령은 송출되고 있지만 PWM 제어 영역이라고 판단되어 있는 결과이거나, 컨버터(2)측에서 구별이 서지 않기 때문이다.

이어서, 도 3을 이용하여 PWM/PAM 선택기의 상세한 내용을 설명한다.

속도 지령 발생기(140)로부터의 속도 지령 Np는, 선택기(152)에 입력된다. 판정기(151)에 의해 판정된 결과에 따라, 선택기(152) 내의 스위치가 A측 혹은 B 측으로 전환된다. A 측이 PAM 제어 영역, B 측이 PWM 제어 영역이다.

판정기(151)에 의해 B 측으로 판정되면 선택기(152) 내의 스위치는 B측으로 전환된다. 속도 지령 Np는, 비교기(153)로써 속도 연산기(103)로부터의 실속도와 비교되고, 그 편차가 비례 적분기(155)에 입력되고, 연산된 제어량이 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)에 입력된다. 이들의 연산에 의해 속도 편차가 0이 되는(근접하는) 통류율이 연산되고, 이 통류율의 펄스폭을 갖는 펄스열이 AND 회로(109)로 송출된다. 한편, 컨버터측은, 컨버터 출력 전압을 150V로 하는 지령인 0이, 선택기(152)로부터 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)에 출력됨과 동시에, 판정기(151)의 B를 선택하는 판정 결과도 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)에 출력된다. 그리고, 직류 전압을 150V로 유지하는 취지의 지령인 0지령이 가산기(208)로 출력된다.

한편, 판정기(151)로 A측이 판정되면 선택기(152) 내의 스위치는 A측으로 전환된다. 속도 지령 Np는, 비교기(154)로 속도 연산기(103)로부터의 실속도와 비교되고, 그 편차가 비례 적분기(156)에 입력되고, 연산된 제어량이 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)로 출력된다. 이들의 연산에 의해 속도 편차가 0이 되는(근접한) 직류 전압 지령이 연산되고, 가산기(208)로 출력된다. 한편, 인버터측에는, 무한대의 속도 지령치가 비교기(153)에 입력되고, 그 편차가 비례 적분기(155)에 입력되고, 연산 결과가 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)에 출력된다. 여기서, 속도 지령치를 무한대로 한 것은, 무한대로 해 두면 속도 편차가 크므로, 통류율은 100%가 되는 것을 기대하기 때문이다. 그리고, 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)로부터 AND 회로(109)로 통류율이 100%의 펄스열이 송출된다.

이어서, 판정기(151)의 판정 동작에 대해 설명한다.

판정기(151)는, 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)로부터의 통류율 및 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)로부터의 직류 스테이지 전압 지령을 입력한다. 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)의 통류율(듀티)이 소정치(예를 들면 100%)이하이면, PWM 제어 영역이라고 판정하고, 선택기(152)에 대해 B측을 선택하도록 지령한다. 그리고, 통류율이 소정치가 되었을 때, PAM 제어 영역이라고 판정하고, 선택기(152)에 대해 A 측을 선택하도록 지령한다.

따라서, PWM 제어로부터 PAM 제어로 전환하는 것은, 인버터 PWM 듀티 지령 발생기(105)의 듀티가 소정치(예를 들면 100%)인지를 판정기(151)로 판단하게 된다.

이에 대해, PAM 제어로부터 PWM 제어로의 전환은, 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)의 출력인 직류 스테이지 전압 지령의 값에 따라 행한다. 이 직류 스테이지의 전압 지령치가 소정치(150V)보다 낮은 값에 달하면, 판정기(151)는, 선택기(152)에 대해 A측으로부터 B측으로 전환하는 지령을 송출한다.

또, 직류 전압이 150V와 인버터(3)의 PWM 통류율이 100%를 대응시키고 있으므로, 이 근변의 속도 지령이 있는 경우, 헌팅을 일으키는 것을 생각할 수 있다. 이것을 방지하기 위해, PWM 제어로부터 PAM 제어로 전환하는 경우, 증속 지령인지(속도 편차가 소정치보다 클 때 증속이라고 판단)를 앤드 조건으로 하고, 증속 지령이 아닐 때에는 전환하지 않도록 하고, PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환할 때에도 동일한 감속 지령인지의 여부를 판정 조건에 더한다.

여기서, PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환할 때, 승압 쵸퍼 회로가 출력하는 직류 전압(주 회로의 직류 전압, 실직류 전압)이 설정된 전압보다 낮아졌을 때에 전환하는 기술이 특개소63-224698호 공보로 알려져 있다. 이 경우, 마이크로 컴퓨터에 입력되는 직류 전압은 수 100V의 전압을 저항으로 분압하고, 마이크로 컴퓨터를 검출할 수 있는 5V이하로 저하시키고 있다. 이 때문에, 마이크로 컴퓨터 구동 전압의 접지와 파워계(주 회로) 직류 전압의 접지는 공통으로 해야한다.

그러나, 냉장고에 있어서는 직류 전압의 파워계와 마이크로 컴퓨터 구동부의신호계는 절연 구조를 취해야 하고 접지는 따로따로 설치해야 한다. 그 이유를, 도 5의 냉장고의 절연 구조도를 이용하여 설명한다.

냉장고는 옥내 설치이고, 후술된 바와 같이 조작 버튼이 구비되어 있다. 상술한 바와 같이 직류 전압의 파워계와 직류 전압의 파워계와 마이크로 컴퓨터 구동부의 신호계가 공통 접지인 경우에는, 조작 버튼이 어떠한 문제점으로 노출되어 손이 닿고, 또는 냉장고의 표면에도 몸이 닿으면 감전될 우려가 있다.

이 때문에, 컨버터 회로(2), 인버터 회로(3), 및 각종 히터 등은 광반도체 소자(포토 커플러)나 릴레이 등에 의해 절연한다. 또한, 마이크로 컴퓨터 구동부의 전원은 스위칭 전원을 일반적으로 사용하지만 트랜스 포머로 1차측과 2차측을 절연하는 구조로 해야한다.

예를 들면, 룸에어컨에서 조작부를 갖는 온도 제어계를 구성하는 마이크로 컴퓨터와, 전동기를 제어하는 마이크로 컴퓨터가 독립하여 존재하고, 양자를 연결하는 것은 온도 제어계를 구성하는 마이크로 컴퓨터로부터의 압축기 회전수 지령을 전동기 제어계를 구성하는 마이크로 컴퓨터로 전달하는 것뿐이다. 이 부분은, 포토커플러등을 이용하여 절연하는 것이 가능하다. 이 때문에, 룸에어컨에서 주 회로의 직류 전압을 검출하여 그 값에 따라 PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환하는 것이 가능하다. 또한, 이 전동기 제어에 대해서는 실외기만으로 완결하고 있다.

이에 대해, 냉장고는, 식품을 넣은 냉장고 내의 용량을 좁게 하고 싶지 않기 때문에, 온도 제어계와 전동기 제어계를 하나의 마이크로 컴퓨터로 행한다. 이 경우, 주회로의 직류 전압을 분압하여 마이크로 컴퓨터에 입력하는 것은 절연을 해야한다는 견지로 해서는 되지 않는다. 이 상태에서는, PAM 제어에서 PWM 제어로의 전환을 행할 수 없다.

그래서, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환할 때, 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)가 생성한 컨버터(2)측으로 출력하는 직류 스테이지 전압 지령치를 갖고 실직류 전압의 대용으로서 판정의 대상으로 함으로써, 직류 전압을 분압 후, 직접 마이크로 컴퓨터에 입력하지 않아도 PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환하는 것이 가능해졌다.

또, 냉장고라도 주 회로 직류 전압을 받아들여 제어하는 방법에서, 룸 에어컨과 같이, 컨버터 회로(2)나 인버터 회로(3)만을 제어하는 전용 마이크로 컴퓨터를 설치하고, 냉장고의 온도 검지나, 팬 모터, 댐퍼, 조작 버튼 등을 제어하는 마이크로 컴퓨터와 분리하면 가능하다. 단, 각 마이크로 컴퓨터는 통신으로 제어를 행하지만 여기에 광반도체 소자 등의 절연이 필요하게 된다.

또한, 시판되고 있는 절연형의 아날로그/디지털 컨버터를 사용해도 직류 전압의 검출은 행할 수 있기 때문에, 직류 전압을 받아들여 PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환하는 제어가 가능해진다. 단, 비용은 비싸진다.

이어서 도 4를 이용하여, 속도 지령 Np의 생성에 대해 설명한다. 기본적인 속도 지령은 온도 설정기(130), 냉동실 온도 검출기(138), 비교기(100) 및 속도 지령 연산기(101)에 의해 출력되는 속도 지령 N이다. 즉, 온도 설정기(130)로부터의 신호인 냉동실 설정 온도와 냉동실 온도 검출기(138)로부터의 실냉동실 온도가 비교기(100)에 의해 비교되고, 온도 편차가 속도 지령 연산기(101)로 출력된다. 최고 속도 지령까지는 온도 편차에 비례한 속도 지령이 출력되지만, 그 이상의 편차에서는 속도 지령은 일정해진다. 이것이 일반적인 속도 지령의 생성법이지만, 본 실시예에서는, 여러가지의 기능을 부가함으로써 사용하기 편하고 에너지 절약형 냉장고를 제공한다.

급속 냉동 운전, 급속 제빙 운전 및 억제 운전에 대해 설명한다. 가정용 냉장고에 있어서의 홈 프리징 성능은, 식품중의 수분의 대부분이 어는 최대 얼음 결정 생성대(-l℃∼-5℃)의 통과 시간을 아주 짧게 함으로써, 동결시의 세포 조직 내의 얼음 결정의 성장을 억제하고, 세포의 파괴에 의한 해동시의 드립(맛이나 영양분을 포함한 국)의 유출을 억제할 수 있어 고품질의 동결할 수 있다. 이것을 실현하기 위해, 냉장고의 도어에 급속 냉동 버튼(급속 제빙 버튼 : 134)을 설치하고, 이 급속 냉동 버튼(134)이 눌러짐으로써 급속 냉동(제빙)이 개시되도록 하였다.

이 급속 냉동 버튼은, 냉장고에 설치되지만 다른, 리모콘에 의해 폐쇄되는 릴레이 접점, 전자 스위치이라도 좋다.

급속 냉동 버튼(134)이 눌러지면 급냉 회로(133) 내의 타이머가 기동하고, 급속 냉동 버튼(134)이 수동으로 해제되던지 또는 타이머가 오프할 때까지 최장 2시간 급속 냉동 운전이 행해진다. 급냉 회로(133)에서는, 선택 회로(137)에 대해 전동기 회전 속도를 4200회전/분(고정)으로 하는 속도 지령을 송출(이 상태는 PAM 제어 영역이 됨)하고, 선택 회로(130)에서는 급냉 회로(133)로부터의 속도 지령을 선택하여 비교기(104)로 출력한다. 또한, 전동기 속도 지령을 고정한 경우, 복귀했을 때의 온도 편차가 커져 불안정해지는 경우도 있기 때문에, 온도 지령을 통상보다도 -7℃ 낮은 값으로 한다. 이 때문에, 온도 설정기(130)로부터의 출력에 가산기(135)로써 -7℃ 가산하여 온도 지령으로 한다. 이 온도와 실 온도와의 편차가 비교기(100)로부터 출력된다. 급냉 회로(133)는, 이 온도 편차를 입력하여, 급속 냉동 운전중에 냉동실 온도가 냉장고내 온도 설정(통상 -18℃)보다 7℃ 낮은 온도를 하회했을 때, 속도 지령을 고정치의 4200회전/분으로부터 0회전/분으로 하여, 냉동실 외의 냉장실이나 야채실등의 온도가 너무 떨어지는 것을 방지한다. 냉동고 온도가 상승하여 7℃ 낮은 설정 온도를 상회했을 때(히스테리시스를 가지고 있음), 다시 전동기 속도 지령을 복귀하여 운전을 재개한다. 이 동작이, 타이머 오프될 때까지 계속된다.

이상의 급속 냉동(제빙) 운전 기능에 의해, 최대 얼음 결정 생성대 통과 시간을 30분이내로 할 수 있어 고품질의 냉동이 가능해졌다.

또한, 최근, 지구 온난화 방지책으로서의 사회적 요청에 따라 냉장고의 에너지 절약화가 대두되고 있다. 이 요청에 대답하기 위해, 본 실시예에 따른 냉장고에서는, 그 도어에 에너지 절약 모드를 실현하는 「억제 버튼」(132)을 설치하였다.

「억제 버튼」(132)이 눌러지면, 「억제 회로」(131)가 기동한다. 「억제 회로」(131)는, 온도 설정(온도 지령)을 1℃ 높이기 위해, 온도 설정기(130)의 출력에, 1℃ 가산하는 신호를 출력하여 가산기(135)로써 가산하고, 가산기(135)의 출력을 억제 운전시의 온도 지령으로 한다. 또한, 「억제 회로」(131)는, 속도 지령 리미터(136)에 신호를 출력하고, 속도 지령 발생기(101)의 출력인 속도 지령이3000회전/분을 상회해도 3000회전/분 이상의 속도 지령을 후단에 출력하지 않도록 하였다. 이 때문에, 온도 편차가 매우 큰 경우라도, 최고 속도가 3000회전/분으로 억제되므로, 이 「억제 버튼」(132)이 눌러진 동안에는, 함부로 고속 회전이 되지 않으므로 역시 전력 소비량을 저감할 수 있다. 이 억제 운전에서는, 대부분의 운전 상태가 PWM 제어 영역이므로, 전동기의 효율이 좋아, 소비 전력이 적게 든다.

그런데, 「억제 회로」(131)는 냉동실 온도 검출기(138)의 출력을 입력하고 있어, 냉동실의 온도가 -10℃를 이상으로 하는 것을 검지하여 「억제 제어」를 해제한다. 이것은, 전동기 회전 속도 3000회전/분으로 운전을 계속해도 냉장고내 온도가 상승할수록 부하가 큰 것을 뜻하고 있기 때문에, 이 때는 냉장고 내에 수납된 식품의 온도를 적정 온도로 유지하기 위해, 「억제 제어」를 해제하여 통상 운전으로 복귀하여 냉장고내를 냉각하기 때문이다.

또, 급속 냉동 운전과 「억제 제어」는 양립할 수 없으므로, 한쪽이 기능하고 있을 때에는 다른 버튼이 눌러져도 무효가 되도록 구성되어 있다.

이어서 압축기(전동기) 기동시의 제어에 대해 설명한다. 보통 가정등에 송전되어 오는 전기의 전압은, 전기 사업법에 기초하는 변동 범위가 허용되어 있고, 또한 옥내 배선에 의한 전압 강하를 고려하면, 배전압 표시로 281±7.5%(260V∼303V)의 변동폭이 된다. 이 때문에, 전압이 낮은 경우, 압축기의 기동 토크가 큰 것도 아울러, 전동기의 회전 토크가 부족하여 기동이 곤란해지는 경우도 있다. 본 실시예에서는, 압축기가 정지하고 있을 때에 기동 지령이 있었을 때, 최초로 직류 전압 지령을 고 전압으로 일정하게 제어하여, 변동이 적은 직류전압을 얻은 후, 전동기의 기동을 개시하도록 한 것이다. 이와 같이 함으로써, 281±3%가 되므로 안정된 직류 전압이 공급되어, 기동이 확실한 것이 된다.

즉, 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)로서는, 속도 연산기(103)의 출력인 실속도와, 속도 지령 Np를 입력하여 실 속도가 0이라도 속도 지령이 있는 경우, 압축기가 기동한다고 판단하여 직류 전압 지령을 고전압 지령으로 한다(도 3에서 도시하지 않음). 도 6에 도시한 바와 같이, 이 전압하에서 인버터가 스위칭 동작하여 전동기를 기동한다. 그 후, 냉동실 온도와 온도 설정치의 편차에 적당한 전동기(7)의 회전이 되도록 전술한 PAM 제어 또는 PWM 제어로 제어를 행한다.

도 7에 인버터(3)의 PWM 듀티와 Ic 피크 전류의 관계를 나타낸다. Ic 피크 전류는, 참조 번호(31a 내지 31c, 32a 내지 32c)의 각 IGBT의 콜렉터 전류이다. 한계선은 PWM 듀티에 대한 Ic 피크 전류의 보증치이고 PWM 듀티가 작을수록 보증치는 높아진다.

전동기(7)의 기동시에는 기동 토크가 필요하고, 이 때문에 Ic의 전류도 커진다. 기동 전류는 인버터(3)에 인가되는 직류 전압에 따라 결정되기 때문에, 직류 전압이 높으면 기동시의 전류는 PWM 듀티를 작게 할 수 있다.

본 실시예에서는, 기동시의 전류는 PWM 듀티가 15% 정도로 4A의 전류가 필요하다. 이 경우의 직류 전압은 280V이다. 따라서, 기동시의 직류 전압을 고 전압으로 행하면, PWM 듀티를 작게 할 수 있기 때문에, IGBT의 용량도 작게 할 수 있다.

또한, Ic의 보증치내이면 인버터(3)에 인가하는 직류 전압을 저하시켜 기동하는 것도 가능하다. 단, 이 경우는 PWM 듀티를 크게 할 필요가 있다.

이어서 리액터(25)에 대해 설명한다. 도 8은 컨버터 회로(2)의 리액터 특성을 나타낸다. 냉장고에 있어서는 고조파 규제의 가이드 라인이 클래스 D이다. 전동기(7)의 회전수 제어 범위의 전역에 걸쳐, 승압 쵸퍼(27)를 통해 직류 전압을 제어하여 커율 개선을 행하기 때문에, 리액터(25)의 값은 1mH 정도로 끝난다.

도 9는 리액터의 구조도를 도시한다. PAM 제어의 리액터(25)의 코어는 일반적으로 주파수 특성이 좋은 비정질이 사용되지만, 리액터치를 얻기 위해 코어에 에어갭을 설치해야한다. 그러나, 에어갭을 설치함에 따라, 에어갭부가 진동하여 소음이 발생하는 요인이 있다. 본 실시예에서는, 특수한 재료의 코어를 사용하고, 갭을 설치하지 않아도 리액터치를 얻을 수 있는 구성이다. 재료는 퍼멀로이와 철을 사용하고 있다.

이어서 도 10을 이용하여 냉동 냉장고의 개략을 설명한다. 부호(301)는 송풍 방향 변경기, 참조 번호(302)는 냉장실내 순환 팬용 모터, 참조 번호(303)는 송풍 방향 변경용 스텝 모터, 참조 번호(304)는 냉장고내 냉기 순환용 팬모터, 참조 번호(305)는 증발기, 참조 번호(306a 내지 306c)는 온도 센서, 참조 번호(307)는 냉장실, 참조 번호(308)는 야채실, 참조 번호(309)는 냉동실을 나타내고 있다. 도시하지 않은 냉장실 도어에 설치된 「급속 냉장 버튼」을 누르면 냉장실(307) 내에 설치되어 있는 송풍 방향 변경기(301)가 90도 왕복 회전을 행함과 함께, 냉장실 내 순환 팬용 모터(302)가 운전하여 냉장실(307) 내를 균온화한다. 이에 따라, 냉장실(307)은 균온화됨과 함께 따뜻한 식품이 들어 간 경우 급냉각할 수 있다.

또, 냉장실(307)의 양측면에 설치된 온도 센서(306a 내지 306c)(한 쪽은 도시하지 않음)가 좌우에 놓여진 식품의 온도를 검출하고, 식품의 온도가 높은 방향으로 송풍 방향 변경기(301)를 향해 급냉각하는 것도 가능하다.

그런데, 상기된 실시예에서는, PAM 제어로부터 PWM 제어로 전환할 때, 실직류 전압을 검출하지 않고 직류 스테이지 전압 지령치를 검출함으로써, 주 회로(파워계)와 조작부와 직접 배선되는 마이크로 컴퓨터 사이를 절연할 수 있었다. 도 1에 있어서의 점선으로 둘러싸인 A는, 실직류 전압을 받아들여 전압 피드백 제어계가 구성됨으로써 실직류 전압을 직류 스테이지 전압 지령에 근접하도록 제어하는 패키지 IC 이다. 즉, 이 패키지 IC도 파워계와 직접 접속되는 것이다. 여기에 조작부와 접속된 마이크로 컴퓨터로 구성되는 PWM/PAM 선택기(150)로부터의 직류 스테이지 전압 지령을 송출하기 위해서는 배선에 접속할 필요가 있고, 역시 절연을 실시할 필요가 있다. 절연을 실시하는 실시예를 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는, 절연을 도 1에 도시된 가산기(208)에 실시한 예이다.

PAM/PWM 선택기(150) 내의 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106)로부터 송출되는 직류 스테이지 전압 지령은, 디지털의 전압 지령을 아날로그값으로 변환한 것이기 때문에, 이 신호 절연을 위한 포토커플러의 베이스에 입력해도, 포토커플러에는 전압 증폭 작용이 없기 때문에 베이스 전압이 포토 커플러의 온 전압을 넘으면 하이, 온 전압 이하이면 로우의 2치밖에 출력되지 않고, 미묘한 직류 스테이지 전압 지령을 후단의 승압 쵸퍼 제어계로 전달할 수 없다.

그래서, 본 실시예에서는, 컨버터 PAM 전압 지령 발생기로부터의 직류 스테이지 전압 지령을 펄스열로 치환하여 이 펄스열의 펄스폭을 직류 스테이지 전압 지령에 따른 폭으로 함으로써 후단에 신호의 전달을 가능하게 하였다. 펄스 생성부는 직류 스테이지 전압 지령을 펄스열로 변환함으로써, 펄스폭이 제로인 경우를 150V 지령(PWM 제어 영역)으로 하고, 100%의 경우를 최대의 280V 지령으로 했다.

펄스폭이 제로인 경우(PWM 제어 영역). 포토 커플러의 베이스 전압은 제로이므로, 포토커플러는 온하지 않는다. 이 때문에, 저항 R2와 저항 R3의 분압비로 결정되는 일정 전압을 분압한 전압이 후단의 비교기(207)(도 1)로 출력된다. 이것이, 도 1에 도시된 기준 전압 Vp에 상당한다.

폭을 포함한 펄스열이 출력되는 경우(PAM 제어 영역). 펄스가 출력되어 있는 기간, 포토커플러는 온하므로, 가산부의 출력은 저항 R1과 저항 R2의 병렬 저항치와 저항 R3과의 분압비로 결정되는 일정 전압을 분압한 전압이 아날로그 변환부로 출력된다. 아날로그 변환부에서는 저항 R4와 컨덴서 C에 따라 결정되는 시상수로, 가산부로부터 출력된 펄스열이 어긋나게 되고, 온 기간과 오프 기간의 평균 전압이 출력된다. 가산부의 출력은 포토커플러가 온하고 있는 기간이, 오프하고 있는 기간보다도 낮은 전압을 출력하므로, 펄스폭이 넓은 쪽이 낮은 아날로그 전압이 후단으로 출력된다. 즉, PAM 제어 영역의 최대 직류 스테이지 전압 지령치(100% 듀티)의 경우가 가장 낮은 아날로그 전압이 되고, PWM 제어 영역의 최소 직류 스테이지 전압 지령의 경우가 가장 높은 전압이 출력된다. 이 구성에 의해 절연을 유지하면서 직류 스테이지 전압 지령을 전달할 수 있다. 또, 도 1에서의 비교기(207)에서는 직류 전압 지령과 실직류 전압과의 크기에 대한 기준이 반전하고 있으므로, 어느 하나를 반전시킬 필요가 있다.

또, 도 3에서의 컨버터 PAM 전압 지령 발생기(106) 내에 펄스 생성부를 설치해도 좋다. 이 경우, 판정기(151)에의 신호는 펄스열이 된다.

이상 설명한 실시예에서, 여러가지의 수치를 나타내어 설명했지만 이들 수치는 일례이고 제어 사상에 합치하는 한 다른 수치라도 지장이 없다.

또한, 본 실시예를 이해하기 쉽게 하기 위해 제어 블럭도로써 설명했지만, 속도 지령 발생기(140), 위치 검출기(102), 속도 연산기(103), 전류 출력기(108), PWM/PAM 선택기(150)는, 소프트웨어로써 실현할 수 있다.

이상 본 실시예에 의해 다음 효과가 있다. 압축기용 모터의 설계는, 가장 이용율이 높은 점에서 설계함으로써(예를 들면 최저 회전수시), 모터의 고효율화가 도모할 수 있기 때문에, 시스템의 에너지 절약화가 된다. 냉장고의 열부하가 높을 때에는, PAM 제어로 전환하기 때문에, 압축기용 모터를 고속으로 운전할 수 있음과 함께, 직류 전압을 계단형으로 상승시켜 전동기 제어를 인버터의 PWM 제어로써 행하는 소위 계단 PAM에 비해, 승압 쵸퍼의 스위칭 제어만으로 전동기의 제어를 할 수 있으므로(인버터는 단순히 전동기의 브러시로서 동작함), 스위칭 손실이 적다고 하는 효과가 있다. 또한, 리액터의 용량을 1mH 정도로 PAM 제어를 행할 수 있기 때문에 소형화할 수 있어 기판 실장이 가능하다.

이상 본 발명에 따라, 냉장고용의 전동기 제어 장치로서 알맞은 PAM 제어 기능을 갖는 냉장고를 제공할 수 있다고 하는 효과 외에, 전원의 전압이 변동해도,압축기의 기동을 행할 수 있는 냉장고를 제공할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   냉장고내 온도와 설정 온도에 기초하여 발생되는 속도 지령에 근접하도록, 상기 전동기의 회전수를 상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 의해 제어를 행하는 제1 제어 모드와,

   상기 전동기의 회전수를 상기 컨버터의 전압 가변 기능에 따라 제어를 행하는 제2 제어 모드

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
2. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   냉장고내 온도와 설정 온도에 기초하여 발생되는 속도 지령에 근접하도록, 상기 전동기의 회전수를 상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 의해 제어를 행하는 제1 제어 모드와,

   상기 전동기의 회전수를 상기 컨버터의 전압 가변 기능에 의해 제어를 행하는 제2 제어 모드

   를 구비하고,

   상기 인버터의 펄스폭 변조 기능에 있어서의 통류율이 소정치에 달했을 때, 상기 제1 제어 모드로부터 상기 제2 제어 모드로 전환하고, 상기 컨버터에 대한 직류 전압 지령이 소정치에 달했을 때, 상기 제2 제어 모드로부터 상기 제1 제어 모드로 전환하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
3. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   냉장고 내의 온도와 설정 온도에 기초하여 상기 전동기의 속도 지령을 발생시키는 속도 지령 발생 수단과,

   상기 속도 지령에 기초하여 상기 인버터에 대한 통류율 및 상기 컨버터에 대한 직류 전압 지령을 생성하는 인버터 컨버터 제어 수단

   을 구비하고,

   상기 인버터 및 컨버터와, 상기 속도 지령 발생 수단 및 상기 인버터 컨버터 제어 수단을 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
4. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하고 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   상기 전동기를 기동할 때, 상기 인버터에 공급하는 직류 전압을, 상기 교류를 직류로 변환한 값보다도 높게 하는 수단

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
5. 제4항에 있어서, 상기 전동기의 기동시의 상기 직류 전압보다도, 낮은 전압으로써 상기 전동기를 구동하는 모드를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
6. 압축기를 구동하는 전동기와, 교류를 직류로 변환하는 정류 회로와, 상기 직류를 승압하는 승압 쵸퍼와, 상기 정류 회로와 상기 승압 쵸퍼 사이에 설치된 리액터와, 상기 승압 쵸퍼의 후단에서 상기 전동기에 접속되어 직류를 교류로 변환하는 인버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   상기 리액터를 갭이 없는 환형의 코어에 코일을 권취하는 구조로 하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
7. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

   상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치 이하로 하는 운전 모드

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
8. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

   상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치 이하로 하는 운전 모드와,

   상기 운전 모드를 동작시키는 스위치

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
9. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

   설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

   상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치 이하로 하는 운전 모드와,

   상기 냉동실 온도가 상기 설정 온도보다도 높은 소정치가 되었을 때 상기 운전 모드를 종료하는 수단

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
10. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치로 하는 운전 모드

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
11. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치로 하는 운전 모드와,

    상기 운전 모드를 동작시키는 스위치

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
12. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역중의 소정치로 하는 운전 모드와,

    상기 운전 모드를 동작시키는 스위치와,

    상기 스위치가 투입된 것에 연동하여 소정의 시간이 경과된 후에 상기 운전 모드를 종료하는 수단

    을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
13. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치로 하는 운전 모드와,

    상기 냉동실 온도가 상기 저하된 설정 온도가 되었을 때 상기 전동기의 회전을 정지시키는 수단

    을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
14. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역내의 소정치 이하로 하는 제1 운전 모드와,

    상기 설정치 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역내의 소정치로 하는 제2 운전 모드

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
15. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역내의 소정치 이하로 하는 제1 운전 모드와,

    상기 제1 운전 모드를 동작시키는 스위치와,

    상기 설정치 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역내의 소정치로 하는 제2 운전 모드와,

    상기 제2 운전 모드를 동작시키는 스위치

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
16. 압축기를 구동하는 전동기와, 상기 전동기를 회전 제어하는 인버터와, 교류를 입력하여 상기 인버터에 가변 전압의 직류를 공급하는 컨버터를 구비한 냉장고에 있어서,

    설정 온도와 상기 냉장고의 냉동실 온도와의 편차에 기초하여 상기 인버터 또는 컨버터를 구성하는 스위칭 소자의 초핑 동작을 제어함으로써 상기 전동기의 회전수를 조정하는 수단과,

    상기 설정 온도를 상승시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역 내의 소정치 이하로 하는 제1 운전 모드와,

    상기 냉동실 온도가 상기 설정 온도보다도 높은 소정치가 되었을 때 상기 제1 운전 모드를 종료하는 수단과,

    상기 설정치 온도를 저하시켜 상기 전동기의 회전수를 동작 영역내의 소정치로 하는 제2 운전 모드와,

    상기 제2 운전 모드 기간 중에, 상기 냉동실 온도가 상기 저하된 설정 온도가 되었을 때, 상기 전동기의 회전을 정지시키는 수단

    을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.