KR100582126B1

KR100582126B1 - 냉장고의 모터 구동 장치 및 냉각팬 구동 장치

Info

Publication number: KR100582126B1
Application number: KR1020040058495A
Authority: KR
Inventors: 마루따니유우끼; 하야시히데따께
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 콘슈머 마케팅 가부시끼 가이샤; 도시바 가덴세이조 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-05-23
Also published as: CN1576754A; TW200506298A; CN1311214C; TWI280341B; KR20050013943A

Abstract

벡터 제어를 이용하여 고내 온도를 제어하는 냉장고의 모터 구동 장치 및 냉각팬 구동 장치를 제안한다.

3상의 압축 모터(3A)로 회전하는 압축기(28)를 갖는 냉동 사이클(30)을 구비한 냉장고(10)에 있어서, 인버터 회로(42)로부터 압축 모터(3A)에 출력되는 3상의 구동 전류를 토크에 대응한 q축 전류(Iq)와 자속에 대응한 d축 전류(Iq)를 구하고, 이 q축 전류(Iq)가 고내 온도의 변화에 대응하는 것에 의거하여 q축 전류(Iq)가 증가된 경우에는 그 증가에 따라서 압축 모터(3A)의 회전수를 올려 압축기(28)의 능력을 올린다.

또한, 3상의 팬 모터(3B)로 회전하는 냉각팬(24)을 갖는 냉동 사이클(30)을 구비한 냉장고(10)에 있어서, 인버터 회로(42)로부터 팬 모터(3B)에 출력되는 3상의 구동 전류를 토크에 대응한 q축 전류(Iq)와 자속에 대응한 d축 전류(Iq)를 구하고, 이 q축 전류(Iq)가 냉기 흐름의 변화에 대응한 것에 의거하여, q축 전류(Iq)가 증가된 경우에는 그 증가에 따라서 팬 모터(3B)의 회전수를 올려 냉각팬(24)의 능력을 올린다.

냉장고, 냉각팬, 인버터 회로, 팬 모터, 압축 모터, 압축기, 냉동 사이클

Description

냉장고의 모터 구동 장치 및 냉각팬 구동 장치{MOTOR DRIVING DEVICE AND COOLING FAN DRIVING DEVICE IN REFRIGERATOR}

도1은 본 발명의 일실시 형태의 냉장고의 블록도.

도2는 3상으로부터 αβ 변화를 행하는 벡터도.

도3은 αβ로부터 dq 변화를 행하는 벡터도.

도4는 냉각기의 온도, 고내 온도, q축 전류와 시간과의 관계를 나타내는 타임차트.

도5는 본 실시 형태의 냉장고의 종단면도.

도6은 본 실시 형태의 냉동 사이클의 구성도.

도7은 본 발명의 일실시 형태의 냉장고의 블록도.

도8은 팬 모터의 로크 검출 방법의 다른 실시예에 있어서의 q축 전류와 팬 모터의 회전 속도와의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1A : 압축 구동 장치

1B : 팬 구동 장치

2 : 주제어부

3A, 5B : 압축 모터

3B, 5A : 팬 모터

4A : 팬 구동 장치

10 : 냉장고

14 : 냉장실

16 : 야채실

18 : 제1 냉동실

20 : 제2 냉동실

22 : 냉각기

24 : 냉각팬

28 : 압축기

30 : 냉동 사이클

42 : 인버터 회로

48A, 48B, 68A, 68B : PWM 형성부

52 : dq 변환기

58A, 58B, 66A, 66B : 속도 PI 제어부

64 : 3상 변환부

본 발명은 냉각기를 갖는 냉장고에 관한 것이다.

종래, 냉장고에 있어서의 냉장실이나 냉동실의 고내 온도의 제어는 각 방에 온도 센서를 설치하고, 이 온도 센서로 검지한 온도가 소정의 온도 범위가 되도록, 압축기를 회전시키는 모터의 제어를 행하고 있다(특허 문헌 1).

그런데, 모터의 제어 방법에서는 벡터 제어를 이용한 구동 방법이 알려져 있고, 이 벡터 제어에 의한 구동 방법을 이용한 세탁기가 제안되어 있다(특허 문헌 2).

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 평11-304332호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특허 공개 제2003-24686호 공보

상기한 바와 같이 종래의 냉장고에 있어서는 온도 센서에 의한 고내 온도의 제어를 이용하고 있기 때문에, 고내 온도 전체의 온도를 파악하기 어렵고, 또한 온도 센서 커버 등의 보호 부분의 열 용량이 있기 때문에, 고내 온도가 상승되어도 바로 반응할 수 없다는 문제점이 있다.

온도 센서로 제어를 행하고 있기 때문에, 냉동 사이클 자신의 부하가 불명확하고, 압축기를 무리하게 구동하여 냉동 사이클에 무리를 줄 경우가 있다. 이 경우에는, 안전율을 확인하여 부하를 가볍게 제어하고 있기 때문에, 적절한 제어를 할 수 없다는 문제점이 있다.

온도 센서 전에 음식물이 놓여져 있는 경우에는, 센서 온도가 변화되기 어려 워 새롭게 음식물이 고내로 들어왔는지 여부를 알 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 냉각팬으로 송풍하는 냉기가 흐르는 덕트의 막힘이나, 냉기의 취출구 전에 식품이 놓여져 있으면 냉각하기 어려워진다는 상태를 검출할 수 없다.

또한, 냉각기의 착상(着霜)량을 파악할 수 없으므로, 무리하게 냉동 사이클을 움직이게 하여 냉각 성능이 나지 않음에도 불구하고 전력만을 소비해 버린다는 문제점이 있다.

또한, 벡터 제어를 이용한 경우에 냉장고의 고내 온도를 어떻게 제어하는지가 종래에 전혀 제안되어 있지 않다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은 상기 문제점에 비추어 벡터 제어를 이용하여 고내 온도를 제어하는 냉장고의 모터 구동 장치 및 냉각팬 구동 장치를 제안하는 것이다.

청구항 1의 발명은 3상의 모터로 회전하는 압축기와, 응축기와, 냉각기를 적어도 갖는 냉동 사이클을 구비하고, 상기 압축기에 의해 냉매를 압축하여 상기 냉각기를 냉각하고, 냉각실 내부를 냉각하는 냉장고의 모터 구동 장치이며, 상기 모터의 고정자 코일로 3상의 구동 전류를 공급하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로로 PWM 신호를 공급하는 PWM 회로와, 상기 3상의 구동 전류를 검지하는 구동 전류 검지 수단과, 상기 검지한 3상의 구동 전류를 기초로 하여 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 상기 모터의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환하는 dq 변환 수단과, 상기 모터의 회전 속도를 검지하는 회전 속도 검지 수단과, 상기 변환한 q축 전류를 기초로 하여 속도 지령 신호를 출력하는 제어 수단과, 상기 검지한 현재의 회전 속도와 상기 속도 지령 신호를 기초로 하여, 상기 속도 지령 신호 에 대응한 회전 속도가 되도록 상기 PWM 회로로 제어 신호를 출력하는 속도 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율에 대응하여 상기 속도 지령 신호를 제어하고, 상기 냉동 사이클을 흐르는 냉매 유량을 조정하여 상기 냉각실의 고내 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 2의 발명은, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 회전 속도가 올라가도록 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 3의 발명은, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 상기 변화율의 회전 속도가 내려가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 4의 발명은, 상기 냉장고는 상기 냉각기의 근방에 냉각팬을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류를 기초로 하여 상기 냉각팬의 회전수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 5의 발명은, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검지하는 도어 검지 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검지 수단이 도어 폐쇄 상태를 검지한 후에 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 6의 발명은, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검지하는 도어 검지 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검지 수단이 상기 도어 폐쇄 상태를 검지한 후의 소정 시간 경과 후로부터 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 7의 발명은, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류를 기초로 하여 순간 전력을 구하여 표시 수단에 표시하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 8의 발명은, 상기 회전 속도 검지 수단은 상기 구동 전류 검지 수단에 의해 검지한 3상의 구동 전류로부터 연산하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 9의 발명은, 상기 회전 속도 검지 수단은 상기 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 연산하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 10의 발명은, 상기 모터는 3상의 유도 전동기, 또는 3상의 무부러시 직류 모터인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 9 중 적어도 어느 한 항에 기재된 냉장고의 모터 구동 장치이다.

청구항 11에 관한 발명은, 3상의 모터로 회전하는 압축기와, 응축기와, 냉각기를 적어도 갖는 냉동 사이클을 구비하고, 상기 냉각기의 근방에 배치되어 상기 냉각기에서 냉각된 냉기를 냉각실로 송풍하는 냉각팬을 갖는 냉장고의 냉각팬 구동 장치이며, 상기 냉각팬을 회전시키는 팬 모터의 고정자 코일로 3상의 구동 전류를 공급하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로로 PWM 신호를 공급하는 PWM 회로와, 상기 3상의 구동 전류를 검지하는 구동 전류 검지 수단과, 상기 검지한 3상의 구동 전류를 기초로 하여 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 상기 팬 모터의 토크 에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환하는 dq 변환 수단과, 상기 팬 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과, 상기 변환한 q축 전류를 기초로 하여 속도 지령 신호를 출력하는 제어 수단과, 상기 검출한 현재의 회전 속도와 상기 속도 지령 신호를 기초로 하여, 상기 속도 지령 신호에 대응한 회전 속도가 되도록 상기 PWM 회로로 제어 신호를 출력하는 속도 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율에 대응하여 상기 속도 지령 신호를 제어하고, 상기 냉각팬에 의해 이송하는 냉기 유량을 조정하여 상기 냉각실의 고내 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 12에 관한 발명은, 상기 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 회전 속도가 올라가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 13에 관한 발명은, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 상기 변화율의 회전 속도가 내려가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 14에 관한 발명은, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검출하는 도어 검출 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검출 수단이 도어 폐쇄 상태를 검출한 후에 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 15에 관한 발명은, 상기 제어 수단은 상기 변환된 q축 전류가 소정치에 도달하였을 때에, 상기 냉각기에 착상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 16에 관한 발명은, 상기 제어 수단은 상기 변환된 q축 전류가 소정치 이상으로 상승하였을 때, 또는 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 회전 속도가 소정 회전 속도 이하가 되었을 때에 상기 냉각팬이 로크되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 17에 관한 발명은, 상기 제어 수단은 상기 냉각실의 고내 온도를 제어하였을 때에 상기 냉각팬이 정지되어 있을 때에는, 상기 냉각팬을 강제적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 18에 관한 발명은, 상기 회전 속도 검출 수단은 상기 구동 전류 검출 수단에 의해 검출한 3상의 구동 전류로부터 연산하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 19에 관한 발명은, 상기 회전 속도 검출 수단은 상기 팬 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 연산하는 것을 특징으로 하는 청구항 11에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 20에 관한 발명은, 상기 팬 모터는 3상의 유도 전동기, 또는 3상의 무부러시 직류 팬 모터인 것을 특징으로 하는 청구항 11 내지 19 중 적어도 어느 한 항에 기재된 냉장고의 냉각팬 구동 장치이다.

청구항 1에 관한 냉장고의 모터 구동 장치의 동작 상태에 대해 설명한다.

모터로 압축기를 회전시켜 냉각기에 냉매를 송입하여 냉각기를 냉각하고 있 다. 이 때, 냉장고의 도어가 개방되어 식품이 수납되면 고내 온도가 상승된다. 고내 온도가 상승되면, 냉각기의 주위 온도도 상승하여 냉각기를 흐르는 냉매의 증발량이 증가된다. 이로 인해, 압축기에 대한 부하가 상승된다.

한편, 압축기를 회전시키는 모터는 냉장고의 제어부로부터 일정한 속도로 회전하도록 제어되어 있기 때문에, 압축기의 부하가 증대되면 구동 전류가 증가된다.

dq 변환 수단은 검지한 구동 전류를 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 모터의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환한다.

제어 수단에 q축 전류가 입력되면, 제어 수단은 q축 전류의 변화율에 대응하여 속도 지령 신호를 출력한다.

속도 제어 수단은, 회전 속도 검지 수단에 의해 검지한 모터 현재의 회전 속도와 제어 수단으로부터의 속도 지령 신호를 기초로 하여, 그 속도 지령 신호에 대응한 회전 속도가 되도록 PWM 회로로 제어 신호를 출력한다.

PWM 회로에서는 그 제어 신호에 대응하여 인버터 회로로 PWM 신호를 공급하여 인버터 회로를 제어한다.

인버터 회로에서는 PWM 신호를 기초로 하여, 3상의 구동 전류를 모터의 3상의 고정자 코일로 출력한다.

이에 의해, 제어 수단은 q축 전류의 변화율에 대응하여 속도 지령 신호를 제어하고, 압축기의 회전 속도를 제어하여 냉동 사이클을 흐르는 냉매 유량을 조정할 수 있다.

이상에 의해, 냉장실의 고내에 식품이 투입되면 고내 온도가 상승되고, 그에 수반하여 압축기의 부하도 상승되기 때문에 q축 전류가 증가된다. 그 증가된 q축 전류의 변화율에 대응하여 모터의 회전 속도를 조정함으로써 냉매 유량이 증가되어 고내 온도를 냉각한다. 따라서, 온도 센서를 이용하는 일 없이 냉각실의 고내 온도를 제어할 수 있다.

청구항 2의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단이 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 냉장고의 고내에 식품이 투입되었다고 판단하여 회전 속도가 올라가도록 속도 지령 신호를 출력한다.

청구항 3의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 고내의 식품이 충분히 냉각되어 식품 온도가 저하되어 있다고 판단하여 회전 속도가 내려가도록 속도 지령 신호를 출력한다.

청구항 4의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 q축 전류를 기초로 하여 냉각팬의 회전수를 변화시킴으로써, 고내에 투입된 식품에 따라서 냉각팬의 회전수를 제어한다.

청구항 5의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 도어가 폐쇄 상태를 검지하였을 때에 고내 온도의 제어를 행한다. 이는, 도어가 개방된 후에 폐쇄된 경우에는 고내에 식품이 투입되어 고내 온도가 상승될 가능성이 높기 때문이다.

청구항 6의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 도어 폐쇄 상태를 검지한 후의 소정 시간 경과 후로부터 고내 온도의 제어를 행한다. 이는, 도어가 개방된 후 폐쇄된 경우라도, 식품이 반드시 투입된 경우와는 한정되지 않는 다. 그로 인해, 식품이 투입되어 있으면 소정 시간 경과 후에 있어서 고내 온도가 상승되고, 식품이 투입되어 있지 않으면 고내 온도는 유지되므로, 그 판단을 행하기 위해 소정 시간 경과되고 나서 고내 온도의 제어를 행한다.

청구항 7의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 q축 전류를 기초로 하여 순간 전력을 구해 표시 수단에 표시함으로써, 사용자에게 현재의 순간 전력을 나타낼 수 있다.

청구항 8의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 구동 전류 검지 수단에 의해 검지한 구동 전류로부터 회전 속도를 연산함으로써, 센서가 없는 모터 구동 장치를 실현할 수 있어 비용을 삭감할 수 있다.

청구항 9의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 회전 속도를 검지하기 때문에, 정확한 회전 속도를 검지할 수 있다.

청구항 10의 냉장고의 모터 구동 장치에 있어서는, 모터가 3상의 유도 전동기, 또는 3상의 무부러시 직류 모터를 이용함으로써, 압축기를 정확하면서 확실하게 구동시킬 수 있다.

청구항 11에 관한 냉장고의 냉각팬 구동 장치의 동작 상태에 대해 설명한다.

팬 모터로 냉각팬을 회전시켜 냉기를 냉각실로 송풍한다. 이 때, 냉장고의 도어가 개방되어 식품이 수납된다. 이 수납된 식품의 양에 의해 냉기의 흐름이 변화되어 모터 부하가 증대되거나 감소된다. 팬 모터는 냉장고의 제어부로부터 일정한 속도로 회전하도록 제어되어 있기 때문에, 상기한 모터 부하의 변화에 대응하여 구동 전류가 변화된다.

dq 변환 수단은, 검출한 구동 전류를 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 팬 모터의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환한다.

속도 제어 수단은 회전 속도 검출 수단에 의해 검출한 팬 모터 현재의 회전 속도와 제어 수단으로부터의 속도 지령 신호를 기초로 하여, 그 속도 지령 신호에 대응한 회전 속도가 되도록 PWM 회로로 제어 신호를 출력한다.

인버터 회로에서는 PWM 신호를 기초로 하여, 3상의 구동 전류를 팬 모터의 3상의 고정자 코일로 출력한다.

이상에 의해, 냉각실에 식품이 투입되면 냉기의 흐름이 악화되고, 그에 수반하여 냉각팬의 부하도 상승되므로 q축 전류가 증가된다. 그 증가된 q축 전류의 변화율에 대응하여 팬 모터의 회전 속도를 올림으로써 냉매 유량이 증가되어 고내 온도를 냉각한다. 따라서, 온도 센서를 이용하는 일 없이 냉각실의 고내 온도를 제어할 수 있다.

청구항 12의 냉장고의 팬 모터의 구동 장치에 있어서는, 제어 수단이 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 냉장고의 고 내에 식품이 투입되어 냉기가 흐르기 어려워졌기 때문이라고 판단하여 회전 속도가 올라가도록 속도 지령 신호를 출력한 다.

청구항 13의 냉장고의 팬 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 고내의 식품의 양이 감소되어 냉기가 흐르기 쉬워졌기 때문이라고 판단하여 회전 속도가 내려가도록 속도 지령 신호를 출력한다.

청구항 14의 냉장고의 팬 모터 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 도어가 폐쇄 상태를 검출하였을 때에 고내 온도의 제어를 행한다. 이는, 도어가 개방된 후에 폐쇄된 경우에는 고내에 식품이 투입되어 고내 온도가 상승될 가능성이 높기 때문이다.

청구항 15의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 변환된 q축 전류가 소정치에 도달하였을 때에 냉각기의 착상을 검출한다. 예를 들어, 냉기의 흐름에 착안하여 냉각팬이 냉각기의 하류측에 있는 경우에, 냉각기에 착상이 발생되면 냉기의 흐름이 악화되어 냉각팬 주위의 기압이 내려가고, 팬 모터의 부하가 내려가 q축 전류도 내려간다. 그로 인해, 이 q축 전류치가 소정치보다 내려간 경우에는 착상이 있었다고 판단한다. 또한, 냉기의 흐름에 착안하여 냉각팬이 냉각기의 상류측에 있는 경우에, 냉각기에 착상이 발생되면 냉기의 흐름이 악화되어 냉각팬 주위의 기압이 올라가고, 팬 모터의 부하가 올라가 q축 전류도 올라간다. 그로 인해, 이 q축 전류치가 소정치보다 올라간 경우에는 착상이 있었다고 판단한다.

청구항 16의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 제어 수단은 변환된 q축 전류가 소정치 이상으로 상승하였을 때, 또는 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 회전 속도가 소정 회전수 이하가 되었을 때에 냉각팬이 로크되었다고 판단 한다. 이에 의해, 냉각팬의 로크 상태를 확실하게 검출할 수 있다.

청구항 17의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 제어 수단이 냉각실의 고내 온도를 제어할 때에 냉각팬이 정지되어 있을 때에는, 냉각팬을 강제적으로 회전시킨다. 이는, 청구항 1에 기재된 고내 온도 제어를 행하는 경우에는, 냉각팬이 회전되지 않으면 제어를 행할 수 없으므로, 냉각팬을 강제적으로 회전시킨다.

청구항 18의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 구동 전류 검출 수단에 의해 검출한 구동 전류로부터 회전 속도를 연산함으로써, 센서가 없는 냉각팬 구동 장치를 실현할 수 있어 비용을 삭감할 수 있다.

청구항 19의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 팬 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 회전 속도를 검출하기 때문에, 정확한 회전 속도를 검출할 수 있다.

청구항 20의 냉장고의 냉각팬 구동 장치에 있어서는, 팬 모터가 3상의 유도 전동기, 또는 3상의 무부러시 직류 팬 모터를 이용함으로써, 냉각팬을 정확하면서 확실하게 구동시킬 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명의 일실시 형태의 냉장고(10)에 대해 도1 내지 도6에 기초하여 설명한다.

1) 냉장고(10)의 구조

냉장고(10)의 구조에 대해, 도5에 기초하여 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 냉장고(10)의 캐비닛(12)에는 위로부터 순서대로 냉장실(14), 야채실(16), 제1 냉동실(18), 제2 냉동실(20)이 설치되고, 각 방에 도어(14a 내지 20a)가 설치되어 있다.

냉장실(14)의 배면에는, 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 냉장고(10)의 주제어부(2)가 설치되어 있다.

제1 냉장실(18)의 배면에는 냉각기(22)가 설치되고, 이 냉각기(22)의 상방에는 냉각팬(24)이 설치되어 있다.

제2 냉동실(20)의 배면에는 기계실(26)이 설치되고, 이 기계실(26)에는 압축기(28)가 설치되어 있다.

2) 냉동 사이클(30)의 구성

냉동 사이클(30)의 구성에 대해, 도6에 기초하여 설명한다.

압축기(28)로부터 이송된 냉매는 응축기(32)를 지나서 캐필러리 튜브(34)에 이른다.

캐필러리 튜브(34)를 나온 냉매는 냉각기(22)에서 증발하여 압축기(28)로 순환한다.

냉각기(22)에서 냉각된 공기는 냉각팬(24)에 의해 송풍되고, 냉장고(10)의 각 방(14 내지 20)에 송풍된다.

이 송풍된 냉기는 고내를 순환하여 다시 냉각기(22)에서 순환한다.

3) 냉장고(10)의 전기 계통의 구조

냉장고(10)의 전기 계통의 구조에 대해, 도1의 블록도를 기초로 하여 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 압축기(28)를 구동하는 압축 모터(3A)와, 이 압축 모터(3A)를 구동하는 압축 구동 장치(1A)와, 이 압축 구동 장치(1A)를 제어하는 주제어부(2)로 구성되어 있다. 또한, 압축 구동 장치(1A)에는 냉각팬(24)의 팬 모터(5A)를 구동하기 위한 팬 구동 장치(4A)가 접속되어 있다. 또한, 주제어부(2)에는 각 방(14 내지 20)의 도어(14a 내지 20a)에 설치된 도어 스위치(14b, 16b, 18b, 20b)가 접속되어 있다.

우선, 압축 구동 장치(1A)의 구조에 대해 설명한다.

압축 구동 장치(1A)는 인버터 회로(42)와, 정류 회로(44)와, 교류 전원(46)와, PWM 형성부(48A)와, AD 변환부(50)와, dq 변환부(52)와, 속도 검출부(54)와, 속도 지령 출력부(56)와, 속도 PI 제어부(58A)와, q축 전류 PI 제어부(60)와, d축 전류 PI 제어부(62)와, 3상 변환부(64)로 구성되어 있다.

압축기(28)를 회전시키는 압축 모터(3A)는 3상의 무부러시 DC 모터이다. 이 압축 모터(3A)의 3상(u상, v상, w상)의 고정자 코일(40u, 40v, 40w)로 인버터 회로(42)가 3상의 구동 전류를 흐르게 한다.

이 인버터 회로(42)는 6개의 파워 스위칭 반도체인 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)로 구성되어 있다. 또, 도면에서는 도시하고 있지 않지만, 이 스위칭 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)에 대해 병렬로 역방향으로 다이오드가 접속되어 있다. 또한, 스위칭 트랜지스터(T1, Tr4)에 직렬로 구동 전류를 검지하기 위한 검지 저항(R1)이 접속되고, 스위칭 트랜지스터(Tr2, Tr5)에 직렬로 검지 저항(R2)이 접속되고, 스위칭 트랜지스터(Tr3, Tr6)에 직렬로 검지 저항(R3)이 접속되어 있다.

정류 회로(44)는 상용 전원(AC100V)인 교류 전원(46)으로부터 교류 전압이 공급되고, 이를 정류하여 인버터 회로(42)에 공급한다.

PWM 형성부(48A)는 6개의 스위칭 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)의 게이트 단자에 PWM 신호를 공급한다. PWM 형성부(48A)는 다음에 설명하는 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)을 기초로 하여 펄스 폭 변조를 행하고, 소정의 타이밍에 의해 각 스위칭 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)를 온/오프(ON/OFF)한다.

AD 변환부(50)는, 검지 저항(R1, R2, R3)에 있어서의 전압치를 검지하여 각 상의 전압치를 아날로그치로부터 디지털치로 변환하고, 3상의 구동 전류(Iu, Iv, Iw)를 출력한다.

dq 변환부(52)는, AD 변환부(50)로부터 출력된 구동 전류(Iu, Iv, Iw)를 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류(Id)와, 압축 모터(3)의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류(Iq)로 변환한다.

이 변환 방법은, 수학식 1에 나타낸 바와 같이 3상의 Iu, Iv, Iw를 2상의 Iα, Iβ로 변환한다. 이 3상의 전류와 2상의 전류와의 관계를 나타낸 벡터도가 도2이다.

[수학식 1]

다음에, 이와 같이 변환한 2상의 전류(Iα, Iβ)를 q축 전류(Iq)와 d축 전류 (Id)에 수학식 2를 이용하여 변환한다. 이 2상의 구동 전류와 q축 전류(Iq)와 d축 전류(Id)와의 관계는 도3에 도시하는 벡터도와 같은 관계를 갖는다.

[수학식 2]

속도 검출부(54)에서는 q축 전류(Iq)와 d축 전류(Id)를 기초로 하여, 압축 모터(3A)의 회전각(θ)과 회전 속도(ω)를 검출한다. q축 전류와 d축 전류를 기초로 하여 압축 모터(3A)의 회전자의 위치인 회전각(θ)을 구해, 이 θ를 미분함으로써 회전 속도(ω)를 구한다.

주제어부(2)에서는 dq 변환부(52)로부터 이송되어 온 q축 전류(Iq)를 기초로 하여 속도 지령 신호(S)를 출력한다. 이 제어 방법에 대해서는 다음에 설명한다.

속도 지령 출력부(56)는 주제어부(2)로부터의 속도 지령 신호(S)와, 속도 검출부(54)로부터의 회전 속도(ω)를 기초로 하여 기준 회전 속도(ωref)를 출력한다. 기준 회전 속도(ωref)는 현재의 회전 속도(ω)와 함께 속도 PI 제어부(58A)에 입력된다.

속도 PI 제어부(58A)에서는 기준 P축 전류(Iqref)와 기준 d축 전류(Iqref)를 출력하고, 현재의 q축 전류(Iq)와 현재의 d축 전류(Id)와 같이 q축 전류 PI 제어부(60)와 d축 전류 PI 제어부(62)에 출력한다.

q축 전류 PI 제어부(60)에서는 PI 제어를 행하는 동시에 전류/전압 변환을 행하여 q축 전압(Vq)을 출력한다.

d축 전류 PI 제어부(62)에서는 PI 제어를 행하는 동시에 전류/전압 변환을 행하여 d축 전압(Vd)을 출력한다.

3상 변환부(64)에서는 d축 전압(Vd)과 q축 전압(Vq)을, 우선 이상의 전압에 수학식 3을 기초로 하여 변환한다.

[수학식 3]

이 변환된 이상의 전압(Vα, Vβ)을 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)에 수학식 4를 기초로 하여 변환한다.

[수학식 4]

이 변환된 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)을 상기한 PWM 형성부(48A)에 출력한다.

이상의 압축 구동 장치(1A)에 따르면, d축 전류(Id)와 q축 전류(Iq)를 기초로 하여 회전 속도를 검지하고, 이 회전 속도(ω)와 주제어부로부터의 속도 지령 신호(S)를 기초로 하여 피드백 제어를 행하고, 속도 지령 신호(S)에 맞춘 회전 속도(ωref)로 압축 모터(3)가 회전되도록 PWM 형성부(48A)로부터 PWM 신호를 인버터 회로(42)에 출력한다. 인버터 회로(42)는 이에 기초하여, 3상의 구동 전류를 압축 모터(3A)의 3상의 고정자 권선(40)에 출력한다.

팬 모터(5A)의 팬 구동 장치(4A)는 속도 PI 제어부(66A)와 PWM 형성부(68A)와 드라이브 회로(70)로 구성되어 있다.

팬 구동 장치(4A)에는 속도 지령 출력부(56)로부터의 기준 회전 속도(ωref)가 입력되고, 이에 기초하여 냉각팬(24)의 회전을 제어한다. 또, 팬 모터(5A)는 3상의 무부러시 DC 모터이다.

팬 구동 장치(4A)는 압축 구동 장치(1A)와 마찬가지로, 기준 회전 속도(ωref)를 기초로 하여 속도 PI 제어부(66A) 및 PWM 형성부(68A)로 형성한 PWM 신호를 드라이브 회로(70)에 이송하고, 3상의 구동 전류를 팬 모터(5A)에 출력함으로써 회전 속도를 제어한다.

4) 고내 온도의 제1 제어 방법

상기 구성의 냉장고(10)에 있어서, 고내 온도를 조정하는 제1 제어 방법에 대해 설명한다.

상기 구성의 냉장고(10)에 있어서, 냉장실(14), 야채실(16), 제1 냉동실(18), 제2 냉동실(20) 중 적어도 어느 하나의 방에 식품이 수납되면, 그 식품이 갖는 열 용량에 의해 고내 온도가 상승된다. 그렇게 하면, 냉각기(22)에 고내를 통과하여 복귀해 오는 공기의 온도가 상승되어 냉각기(22)에서 증발하는 냉매의 양이 증가되고, 냉동 사이클(30), 즉 압축기(28)에 걸리는 부하가 증가된다.

이 경우에, 냉장고(10)의 주제어부(2)로부터의 속도 지령 신호(S)에 의해 압 축 모터(3A)의 회전수가 일정수로 유지되도록 제어되어 있기 때문에, 압축 모터(3A)에 가해지는 토크가 증가된다.

토크가 증가되면 q축 전류(Iq)도 증가된다.

이상에 의해, 식품이 갖는 열 용량에 의해 고내 온도가 계속해서 상승되면, 냉동 사이클(30)에 걸리는 부하의 증가로 인해 q축 전류(Iq)도 증가된다.

이 q축 전류(Iq)의 변화량은 고내에 투입된 식품의 열 용량에 비례하므로, dq 변환부로부터 출력된 q축 전류(Iq)의 기울기를 주제어부(2)로 연산하고, 이 기울기(단위 시간당의 증가량)의 양에 따라서 주제어부(2)는 속도 지령 신호(S)를 제어하고, 그 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전수가 올라가도록 제어된다.

이에 의해, 식품이 투입되면 그에 따라서 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전수가 증가되어 냉동 사이클(30)의 능력이 증가되고, 투입된 식품에 의해 고내 온도가 상승되고자 하는 것을 저지하여 고내 온도가 일정 온도로 보유 지지된다.

한편, 식품이 투입되고 나서 시간이 지나 그 투입된 식품이 냉각되어 고내 온도가 하강되고, 냉동 사이클(30), 즉 압축기(28)에 걸리는 부하가 감소되면, q축 전류(Iq)도 저하된다. 그래서, 주제어부(2)에서는 q축 전류(Iq)의 단위 시간당의 감소율을 연산하여 그에 따라서 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전수가 떨어지도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다. 이에 의해, 투입된 식품의 온도가 하강되면 압축기(28)의 능력도 내려가, 고내 온도가 소정 온도 범위보다 내려가는 일이 없다.

5) 고내 온도의 제2 제어 방법

상기에서 설명한 제1 제어 방법 대신에, 고내 온도의 제2 제어 방법에 대해 설명한다.

제1 제어 방법에서는 식품이 투입되어 고내 온도가 상승되고 나서 q축 전류(Iq)에 의한 변화율을 구해 제어를 행하고 있었지만, 이 제2 제어 방법에서는 도4에 도시한 바와 같이, 각 방(14 내지 20)의 도어(14a 내지 20a)가 개방되고, 그 후 폐쇄되었을 때 타이밍을 기초로 하여 제어하는 것이다.

구체적으로는, 식품이 투입된 경우에는 반드시 각 방(14 내지 20) 중 적어도 어느 하나의 도어[예를 들어, 냉장실의 도어(14a)]가 개방되고 그 후 폐쇄된다. 그로 인해, 도어(14a)가 폐쇄된 상태를 도어 스위치(14b)로 검지하였을 때부터, 주제어부(2)는 q축 전류(Iq)의 변화율의 검출을 시작한다.

그리고, 도4에 도시한 바와 같이 수납된 식품이 갖는 열 용량에 의해 고내 온도가 상승되고, q축 전류(Iq)도 증가된 경우에는 주제어부(2)는 q축 전류(Iq)의 기울기를 구해, 그 단위 시간당 변화율의 증가량에 따라서 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전수를 상승시키도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다.

이에 의해, 식품이 투입된 타이밍을 정확하게 검지할 수 있어 고내 온도의 제어를 쉽게 행한다. 예를 들어, 도어의 개폐가 있어도 식품이 투입되어 있지 않은 경우에는 고내 온도가 조금 상승되는 것만으로, q축 전류(Iq)도 증가되지 않아 고내 온도를 제어할 필요가 없다. 한편, 열 물질 등의 열 용량이 많은 식품이 투입되거나, 통상 온도의 식품이 투입된 경우에는 고내 온도가 상승되므로 상기한 제어 방법을 행할 필요가 있다. 그리고, 이 제어를 행하는지 여부의 타이밍을 도어 스위치(14b 내지 20b)의 신호에 의해 정확하면서 확실하게 행할 수 있다.

6) 고내 온도의 제3 제어 방법

다음에, 냉장고(10)의 고내 온도의 제3 제어 방법에 대해 설명한다.

제2 제어 방법에서는 도어가 폐쇄된 시점으로부터의 q축 전류(Iq)를 검출하고 있었지만, 이 제3 제어 방법에서는 도어가 폐쇄되고 나서 소정 시간 후 t0 후의 q축 전류(Iq)를 검출한다.

즉, 열 용량이 있는 식품이 투입된 직후이면, 도어를 개방한 것에 따른 고내 온도의 상승인지, 식품에 의한 고내 온도와의 상승인지가 불명확하다. 그로 인해, 도어가 폐쇄되고 나서 소정 시간 후 t0 후의 q축 전류(Iq)의 변화율을 주제어부(2)가 계측한다.

예를 들어, 도어가 단순히 개폐되거나 작은 열 용량의 식품이 투입된 경우이면, 도어가 폐쇄되고 나서 소정 시간 t0 후의 q축 전류(Iq)는 일단 상승되지만 그 후의 감소율은 커진다. 즉, 도어가 폐쇄된 직후는 q축 전류(Iq)도 도어의 개폐 등의 영향에 의해 증가되지만, 도어의 개폐 만으로나 열 용량이 작은 식품이 투입되어 있으면, 그 증가한 q축 전류(Iq)의 감소율이 커진다. 감소율이 큰 경우에는, 주제어부(2)는 부하가 거의 없었다고 판단하여 회전수를 유지하거나, 회전수를 올리고자 해도 적은 회전수를 상승시키도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다.

한편, 큰 열 용량의 식품이 투입되면 소정 시간 후 t0 후의 q축 전류(Iq)의 감소율은 적은지, 반대로 감소하지 않고 더 증가하는 것을 생각할 수 있다. 그로 인해, 소정 시간 후 t0 후의 q축 전류(Iq)의 감소율이 작을 경우 및 증가되는 경우에는 큰 부하의 식품이 투입되었다고 판단하여 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전 수를 올리도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다.

7) 고내 온도의 제4 제어 방법

제3의 제어 방법에 있어서는, 도어가 폐쇄된 시점으로부터 소정 시간 t0 후의 q축 전류(Iq)의 변화율에 의해 속도 지령 신호(S)를 출력하였지만, 이 제4 제어 방법에 있어서는 도어가 폐쇄되고 나서, q축 전류(Iq)가 극대치를 기록한 후에 그 감소율이 큰지 작은지를 판단한다.

극대치를 계측한 후의 q축 전류(Iq)의 변화율을 계측하면, 그 극대치 후의 감소율이 크면 부하가 작은 식품 혹은 도어의 개폐뿐이고, 감소율이 작은 경우에는 큰 부하의 식품이 투입되었다고 판단하고, 그에 대응한 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)의 회전수를 속도 지령 신호(S)에서 제어할 수 있다.

또, 큰 부하의 식품이 투입되고, q축 전류(Iq)의 극대치가 계측되는 일 없이 연속하여 q축 전류(Iq)의 값이 증가되는 경우를 생각할 수 있다. 이 경우에는, 소정 시간(t1)을 경과해도 극대치를 계측하지 않을 때에는, q축 전류(Iq)는 계속 증가된다고 판단하여 최대의 회전수에서 압축 모터(3A)와 냉각팬(24)이 회전되도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다.

8) 고내 온도의 제5 제어 방법

제5 제어 방법에서는, 도어 스위치(14b 내지 20b)가 검지되는 도어 개폐 신호에 의해, 도어가 개방되어 있었던 시간을 산출한다. 또한, 동시에 도어가 폐쇄된 후 냉동 사이클(30)의 부하의 증가에 수반하는 토크의 증가를 q축 전류(Iq)에 의해 검출한다. 그리고, 도어의 개폐 시간과 q축 전류(Iq)의 변화에 의해, 고내 온도를 유지할 수 있게 압축기(28) 및 냉각팬(24)의 회전수를 제어한다.

구체적으로는, 도어가 개방되어 있는 시간이 많고, q축 전류(Iq)의 증가율이 많을수록 회전수를 올리도록 제어한다.

9) 변경예

상기 각 제어 방법에서는 q축 전류(Iq)를 고내 온도의 제어로만 이용하고 있었지만, 이에 가하여 주제어부(2)에 디지털 표시가 가능한 액정 표시 장치를 접속하고, 압축 모터(3A)의 토크 성분인 q축 전류(Iq)에 의해 압축 모터(3A)가 소비되고 있는 순간 전력을 연산하고, 이 순간 전력을 그 액정 표시 장치에 의해 표시한다.

이 액정 표시 장치는, 예를 들어 냉장실(14)의 도어(14a)의 전방면에 부착해 둠으로써, 사용자가 현재 냉장고의 소비 전력을 확인할 수 있다.

<변경예>

상기 실시 형태는 본 발명의 일실시 형태로, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한 그 변경을 행할 수 있다.

(1) 변경예 1

상기 실시 형태의 냉장고(10)에서는 냉각기는 하나이지만, 냉장실용의 냉각기와 냉동실용의 냉각기를 설치하고, 각각의 냉각기에 있어서 상기 실시 형태로 설명한 5개의 제어 방법을 실시해도 된다.

(2) 변경예 2

압축기 모터(3A) 및 팬 모터(5A)가 동시에 3상의 무부러시 DC 모터였지만, 이에 대신하여 3상의 유도 전동기라도 좋다.

다음에, 본 발명의 다른 일실시 형태의 냉장고(10)에 대해 도1 내지 도3 및 도5 내지 도8에 기초하여 설명한다.

1) 냉장고(10)의 구조

냉장고(10)의 구조에 대해, 이미 도5에 기초하여 설명한다.

2) 냉동 사이클(30)의 구조

냉동 사이클(30)의 구조에 대해 이미 도6에 기초하여 설명한다.

3) 냉장고(10)의 전기 계통의 구조

냉장고(10)의 전기 계통의 구조에 대해, 도7의 블록도를 기초로 하여 설명한다. 또, 도1과 동일한 부호를 부여한 부분은 도1과 동일 구성으로 그 설명은 생략한다.

도7에 도시한 바와 같이, 냉각팬(24)을 구동하는 팬 모터(3B)와, 이 팬 모터(3B)를 구동하는 냉각팬 구동 장치(1B)와, 이 냉각팬 구동 장치(1B)를 제어하는 주제어부(2)로 구성되어 있다. 또한, 냉각팬 구동 장치(1B)에는 압축기(28)의 압축 모터(5B)를 구동하기 위한 압축 구동 장치(4B)가 접속되어 있다. 또한, 주제어부(2)에는 각 방(14 내지 20)의 도어(14a 내지 20a)에 각각 설치된 도어 스위치(14b, 16b, 18b, 20b)가 접속되어 있다.

우선, 냉각팬 구동 장치(1B)의 구조에 대해 설명한다.

냉각팬 구동 장치(1B)는 인버터 회로(42)와, 정류 회로(44)와, 교류 전원(46)과, PWM 형성부(48B)와, AD 변환부(50)와, dq 변환부(52)와, 속도 검출부(54) 와, 속도 지령 출력부(56)와, 속도 PI 제어부(58B)와, q축 전류 PI 제어부(60)와, d축 전류 PI 제어부(62)와, 3상 변환부(64)로 구성되어 있다.

냉각팬(24)을 회전시키는 팬 모터(3B)는 3상의 무부러시 DC 모터이다. 이 팬 모터(3B)의 3상(u상, v상, w상)의 고정자 권선(40u, 40v, 40w)으로 인버터 회로(42)가 3상의 구동 전류를 흐르게 한다.

PWM 형성부(48B)는 6개의 스위칭 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)의 게이트 단자에 PWM 신호를 공급한다. PWM 형성부(48B)는, 다음에 설명하는 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)을 기초로 하여 펄스 폭 변조를 행하고, 소정의 타이밍에서 각 스위칭 트랜지스터(Tr1 내지 Tr6)를 온/오프한다.

AD 변환부(50)는 검출 저항(R1, R2, R3)에 있어서의 전압치를 검출하고, 각 상의 전압치를 아날로그치로부터 디지털치로 변환하여 3상의 구동 전류(Iu, Iv, Iw)를 출력한다.

dq 변환부(52)는 AD 변환부(50)로부터 출력된 구동 전류(Iu, Iv, Iw)를 자석에 대응한 전류 성분인 d축 전류(Id)와, 팬 모터(3B)의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류(Iq)로 변환한다.

속도 검출부(54)에서는 q축 전류(Iq)와 d축 전류(Id)를 기초로 하여, 팬 모터(3B)의 회전각(θ)과 회전 속도(ω)를 검출한다. q축 전류와 d축 전류를 기초로 하여 팬 모터(3B)의 회전자의 위치인 회전각(θ)을 구하고, 이 θ를 미분함으로써 회전 속도(ω)를 구한다.

속도 지령 출력부(56)는 주제어부(2)로부터의 속도 지령 신호(S)와, 속도 검출부(54)로부터의 회전 속도(ω)를 기초로 하여 기준 회전 속도(ωref)를 출력한다. 기준 회전 속도(ωref)는, 현재의 회전 속도(ω)와 같이 속도 PI 제어부(58B)에 입력된다.

속도 PI 제어부(58B)에서는 기준 q축 전류(Iqref)와 기준 d축 전류(Idref)를 출력하고, 현재의 q축 전류(Iq)와 현재의 d축 전류(Id)와 같이 q축 전류 PI 제어부(60)와 d축 전류 PI 제어부(62)에 각각 출력한다.

3상 변환부(64)는 이 변환된 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)을 상기한 PWM 형성부(48B)에 출력한다.

이상의 냉각팬 구동 장치(1B)에 따르면 d축 전류(Id)와 q축 전류(Iq)를 기초로 하여 회전 속도를 검출하고, 이 회전 속도(ω)와, 주제어부(2)로부터의 속도 지령 신호(S)를 기초로 하여 피드백 제어를 행하고, 속도 지령 신호(S)에 맞춘 회전 속도(ωref)로 팬 모터(3)가 회전되도록 PWM 형성부(48B)로부터 PWM 신호를 인버터 회로(42)에 출력한다. 인버터 회로(42)는 이에 기초하여, 3상의 구동 전류를 팬 모터(3B)의 3상의 고정자 코일(40)에 출력한다.

압축 모터(5B)의 압축 구동 장치(4B)는 속도 PI 제어부(66B)와 PWM 형성부(68B)와 드라이브 회로(70)로 구성되어 있다.

압축 구동 장치(4B)에는 속도 지령 출력부(56)로부터의 기준 회전 속도(ωref)가 입력되고, 이에 기초하여 압축기(28)의 회전을 제어한다. 또, 압축 모터 (5B)는 3상의 무부러시 DC 모터이다.

압축 구동 장치(4B)는 냉각 팬 구동 장치(1B)와 마찬가지로, 기준 회전 속도(ωref)를 기초로 하여, 속도 PI 제어부(66B) 및 PWM 형성부(68B)로 형성한 PWM 신호를 드라이브 회로(70)에 이송하고, 3상의 구동 전류를 압축 모터(5B)에 출력함으로써 회전 속도를 제어하고 있다.

4) 고내 온도의 제6의 제어 방법

상기 구성의 냉장고(10)에 있어서, 고내 온도를 조정하는 제6의 제어 방법에 대해 설명한다.

상기 구성의 냉장고(10)에 있어서, 냉장실(14), 야채실(16), 제1 냉동실(18), 제2 냉동실(20) 중 적어도 어느 하나의 방에 식품이 수납되면, 그 식품에 의해 냉기의 흐름이 악화되어 냉기를 송풍하는 냉각팬(24)에 걸리는 부하가 증가된다.

이 경우에, 냉장고(10)의 주제어부(2)로부터의 속도 지령 신호(S)에 의해 팬 모터(3B)의 회전수가 일정수로 유지되도록 제어되어 있으므로, 팬 모터(3B)에 가해지는 토크가 증가된다.

토크가 증가되면 q축 전류(Iq)도 증가된다.

이상에 의해, 식품이 수납되면 냉기의 흐름이 악화되어 냉각팬(24)에 걸리는 부하의 증가로 인해 q축 전류(Iq)도 증가한다.

이 q축 전류(Iq)의 변화량은 고내에 투입된 식품의 양에 비례하므로, dq 변환부로부터 출력된 q축 전류(Iq)의 기울기를 주제어부(2)로 연산하고, 이 기울기( 단위 시간당의 증가량)의 양에 따라서 주제어부(2)는 속도 지령 신호(S)를 제어하고, 팬 모터(3B)와 코일 모터(5B)의 회전수가 올라가도록 제어된다.

이에 의해, 식품이 투입되면 그에 따라서 팬 모터(3B)와 압축 모터(5B)의 회전수가 증가되어 냉각 능력이 증가되고, 투입된 식품에 따라서 고내 온도가 상승되고자 하는 것을 저지하여 고내 온도가 일정 온도로 보유 지지된다.

한편, 식품이 취출되면 그 취출된 만큼만 냉기의 흐름이 좋아져 냉각팬(24)에 걸리는 부하가 감소되면, q축 전류(Iq)도 저하된다. 그래서, 주제어부(2)에서는 q축 전류(Iq)의 단위 시간당의 감소율을 연산하여 그에 따라서 팬 모터(3B)와 압축 모터(5B)의 회전수가 떨어지도록 속도 지령 신호(S)를 출력한다. 이에 의해, 식품이 취출되면 냉각팬(24)의 능력도 내려가, 고내 온도가 소정 온도 범위보다 내려갈 수 없다.

5) 고내 온도의 제7 제어 방법

상기에서 설명한 제6 제어 방법 대신에, 고내 온도의 제7 제어 방법에 대해 설명한다.

제6 제어 방법에서는 식품이 투입되어 고내 온도가 상승되고 나서 q축 전류(Iq)에 의한 변화율을 구해 제어를 행하고 있었지만, 이 제7 제어 방법에서는 도4에 도시한 바와 같이 각 방(14 내지 20)의 도어(14a 내지 20a)가 개방되고, 그 후 폐쇄되었을 때의 타이밍을 기초로 하여 제어하는 것이다.

구체적으로는, 식품이 투입된 경우에는 반드시 각 방(14 내지 20) 중 적어도 어느 하나의 도어[예를 들어, 냉장실의 도어(14a)]가 개방되고 그 후 폐쇄된다. 그로 인해, 도어(14a)가 폐쇄된 상태를 도어 스위치(14b)로 검출하였을 때로부터, 주제어부(2)는 q축 전류(Iq)의 변화율의 검출을 시작한다.

이 검출에 의해, 식품이 투입된 타이밍을 정확하게 검출할 수 있어 고내 온도의 제어를 쉽게 행한다. 예를 들어, 도어의 개폐가 있어도 식품이 투입되어 있지 않은 경우에는 냉기의 흐름이 변화되지 않으므로, q축 전류(Iq)도 증가되지 않고 고내 온도를 제어할 필요가 없다. 한편, 많은 식품이 투입된 경우에는 냉기의 흐름이 악화되어 상기한 제어 방법을 행할 필요가 있다. 그리고, 이 제어를 행하는지 여부의 타이밍을 도어 스위치(14b 내지 20b)의 신호에 의해 정확하면서 확실하게 행할 수 있다.

6) 제상 제어 방법

다음에, 제상 제어 방법에 대해 설명한다.

주제어부(2)는 변환된 q축 전류가 미리 결정된 소정치(이하, 착상 기준 전류치라 함)에 도달하였을 때에, 냉각기(22)의 착상을 검출한다.

상기한 바와 같이, 냉기의 흐름에 착안하면 냉각팬(24)이 냉각기(22)의 하류측에 있기 때문에, 냉각기(22)에 착상이 발생되면 냉기의 흐름이 악화되어 냉각팬(24)의 주위의 기압이 내려가고, 팬 모터(3B)가 쉽게 회전되어 부하가 걸려 q축 전류도 내려간다. 그로 인해, 이 q축 전류치가 착상 기준 전류량보다 내려간 경우에는 착상이 있었다고 판단하여 제상 제어를 개시한다.

또, 본 실시 형태의 냉장고(10)는 냉각팬(24)이 냉각기(22)의 하류측에 있었지만, 냉기의 흐름에 착안하여 냉각팬(24)이 냉각기의 상류측에 있는 경우가 있다.

이 경우에는 냉각기에 착상이 발생되면 냉기의 흐름이 악화되어 냉각팬(24)의 주위의 기압이 올라가고, 팬 모터의 부하가 올라가 q축 전류도 올라간다. 그로 인해, 도8에 도시한 바와 같이 소정의 회전 속도로 q축 전류치가 착상 기준 전류치보다 올라간 경우에는 착상이 있었다고 판단하여 제상 제어를 행한다.

7) 팬 모터(3B)의 로크 검출 방법

다음에, 팬 모터(3B)의 로크 검출 방법에 대해 설명한다.

주제어부(2)는 변환된 q축 전류가 미리 결정된 소정치로 상승하였을 때, 또는 속도 검출부(54)에 의해 검출된 회전 속도가 소정 회전 속도(예를 들어, 회전 속도가 제로) 이하가 되었을 때에는 냉각팬(24)이 로크되었다고 판단한다. 이에 의해, 냉각팬(24)의 로크 상태를 확실하게 검출할 수 있다.

8) 기타

상기 각 제어를 행할 때에 냉각팬(24)이 정지되어 있으면, q축 전류를 검출할 수 없으므로 냉각팬(24)을 강제적으로 회전시킨다.

<변경예>

상기 실시 형태는 본 발명의 다른 일실시 형태로, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한 그 변경을 행할 수 있다.

(1) 변경예 1

상기 실시 형태의 냉장고(10)에서는 냉각기는 하나이지만, 냉장실용의 냉각기와 냉각팬을 냉동실용의 냉각기와 냉각팬을 각각 설치하고, 각각의 냉각기와 냉각팬에 있어서 상기 실시 형태에서 설명한 제어 방법을 실시해도 된다.

(2) 변경예 2

팬 모터(3B) 및 팬 압축 모터(5B)가 동시에 3상의 무부러시 DC 모터였지만, 이에 대신하여 3상의 유도 전동기라도 좋다.

본 발명은, 냉각기를 갖는 냉장고에 있어서의 고내 온도의 제어에 적합하며, 예를 들어 가정용의 냉장고 및 업무용의 냉장고에 이용하는 것이 적합하다.

Claims

3상의 모터로 회전하는 압축기와, 응축기와, 냉각기를 적어도 갖는 냉동 사이클을 구비하고, 상기 압축기에 의해 냉매를 압축하여 상기 냉각기를 냉각하고, 냉각실 내부를 냉각하는 냉장고의 모터 구동 장치이며,

상기 모터의 고정자 코일로 3상의 구동 전류를 공급하는 인버터 회로와,

상기 인버터 회로로 PWM 신호를 공급하는 PWM 회로와,

상기 3상의 구동 전류를 검지하는 구동 전류 검지 수단과,

상기 검지한 3상의 구동 전류를 기초로 하여 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 상기 모터의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환하는 dq 변환 수단과,

상기 모터의 회전 속도를 검지하는 회전 속도 검지 수단과,

상기 변환한 q축 전류를 기초로 하여 속도 지령 신호를 출력하는 제어 수단과,

상기 검지한 현재의 회전 속도와 상기 속도 지령 신호를 기초로 하여, 상기 속도 지령 신호에 대응한 회전 속도가 되도록 상기 PWM 회로로 제어 신호를 출력하는 속도 제어 수단을 갖고,

상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율에 대응하여 상기 속도 지령 신호를 제어하고, 상기 냉동 사이클을 흐르는 냉매 유량을 조정하여 상기 냉각실의 고내 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 회전 속도가 올라가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 상기 변화율의 회전 속도가 내려가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉장고는 상기 냉각기의 근방에 냉각팬을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류를 기초로 하여 상기 냉각팬의 회전수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검지하는 도어 검지 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검지 수단이 도어 폐쇄 상태를 검지한 후에 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검지하는 도어 검지 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검지 수단이 상기 도어 폐쇄 상태 를 검지한 후의 소정 시간 경과 후로부터 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류를 기초로 하여 순간 전력을 구하고 표시 수단에 표시하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회전 속도 검지 수단은 상기 구동 전류 검지 수단에 의해 검지한 3상의 구동 전류로부터 연산하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 회전 속도 검지 수단은 상기 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 연산하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 3상의 유도 전동기 또는 3상의 무부러시 직류 모터인 것을 특징으로 하는 냉장고의 모터 구동 장치.
3상의 모터로 회전하는 압축기와, 응축기와, 냉각기를 적어도 갖는 냉동 사이클을 구비하고, 상기 냉각기의 근방에 배치되고, 상기 냉각기에서 냉각된 냉기를 냉각실로 송풍하는 냉각팬을 갖는 냉장고의 냉각팬 구동 장치이며,

상기 냉각팬을 회전시키는 팬 모터의 고정자 코일로 3상의 구동 전류를 공급하는 인버터 회로와,

상기 인버터 회로로 PWM 신호를 공급하는 PWM 회로와,

상기 3상의 구동 전류를 검지하는 구동 전류 검지 수단과,

상기 검지한 3상의 구동 전류를 기초로 하여 자속에 대응한 전류 성분인 d축 전류와, 상기 팬 모터의 토크에 대응한 전류 성분인 q축 전류로 변환하는 dq 변환 수단과,

상기 팬 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과,

상기 변환한 q축 전류를 기초로 하여 속도 지령 신호를 출력하는 제어 수단과,

상기 검출한 현재의 회전 속도와 상기 속도 지령 신호를 기초로 하여, 상기 속도 지령 신호에 대응한 회전 속도가 되도록 상기 PWM 회로로 제어 신호를 출력하는 속도 제어 수단을 갖고,

상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율에 대응하여 상기 속도 지령 신호를 제어하고, 상기 냉각팬에 의해 이송하는 냉기 유량을 조정하여 상기 냉각실의 고내 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 플러스일 때에는, 회전 속도가 올라가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 q축 전류의 변화율이 마이너스일 때에는, 상기 변화율의 회전 속도가 내려가도록 상기 속도 지령 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 냉장고는 상기 냉각실 도어의 개폐를 검출하는 도어 검출 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 도어 검출 수단이 도어 폐쇄 상태를 검출한 후에 상기 고내 온도의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 변환된 q축 전류가 소정치에 도달하였을 때에, 상기 냉각기에 착상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 변환된 q축 전류가 소정치 이상으로 상승하였을 때, 또는 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 회전 속도가 소정 회전 속도 이하가 되었을 때에 상기 냉각팬이 로크되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 냉각실의 고내 온도를 제어할 때 상기 냉각팬이 정지되어 있을 때에는, 상기 냉각팬을 강제적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 회전 속도 검출 수단은 상기 구동 전류 검출 수단에 의해 검출한 3상의 구동 전류로부터 연산하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항에 있어서, 상기 회전 속도 검출 수단은 상기 팬 모터 회전자의 근방에 설치한 위치 검출 수단으로부터의 위치 신호를 기초로 하여 연산하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팬 모터는 3상의 유도 전동기, 또는 3상의 무부러시 직류 팬 모터인 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각팬 구동 장치.