JP3107570B2 - 圧縮機制御回路 - Google Patents

圧縮機制御回路

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、圧縮機制御回路に関し、特に、無整流子
（brushless:ブラシレス）直流モータを搭載した圧縮機
を制御するための回路に関する。
背景技術 一般的に、無整流子（brushless）直流モータは、直
流モータと同様に優れた制御特性を有しており、騒音と
消費電力の低減は相当なものである。従って、今日にお
いては、家電製品に対して無整流子モータを導入しよう
としているが、価格と制御技術の点で遅れをとってお
り、現在まで使用者を満足させるに至っていない。そこ
で、ほとんどの家電製品には、一般に交流モータが使用
されている。例えば、冷蔵庫の圧縮機に使用する交流誘
導モータは、一般に２極モータを使用し、50〜60Hzの周
波数の交流電力にて約3500rpmの等加速度（synchronizi
ng speed）に固定されている。従って、庫内の温度調節
は、センサーが冷凍室内の温度を感知して、圧縮機の運
転を停止（off）又は運転（on）状態に繰り返しなが
ら、一定のON−OFFの運転周期にて行われる。
しかしながら、このような運転は、冷蔵庫が温度リプ
ル（ripple）（１〜４℃）をもたらし、冷蔵直品、特に
生野菜類、果物等の新鮮度を維持することができる貯蔵
時間を短縮させる。更に、誘導モータのON−OFF運転に
伴って非作動状態からの起動時に、瞬時電流（rushcurr
ent）が比較的大きくなるので、大量の消費電力を必要
とする。この時、巻線電流密度は、正常運転時の５〜10
倍に至るので、回転子と固定子との間の誘導振動及び電
磁騒音が大きくなる。しかも、圧縮機の機械的な固有振
動数と共振を起こす帯域においては、運転騒音が更に増
幅する。更に、誘導モータは誘導損失が大きいので、直
流モータに比して巻線発熱が高く、圧縮機の内部温度が
上昇する。従って、運転効率が低下し、圧縮機の実体を
容易に変性させる。
このような圧縮機は、交流誘導モータの特性に因っ
て、連続的な可変速運転が難しく、運転効率が比較的低
く、電磁騒音が大きくなり、特に、負荷変動に伴う最適
運転領域が比較的狭いという欠点がある。同様に、空調
機に適用される圧縮機も、同様な問題を有する。
特に、このような圧縮機を適用した冷蔵庫は、周囲温
度と庫内温度の設定に伴う負荷変化量が大きく、最高10
0％以上の負荷変動率を有しているために、負荷変動率
に伴う最適な効率運転が要求される。
本発明の目的は、間欠的なON−OFF運転をなさずと
も、圧縮機の作動速度制御を負荷変動率に従って理想的
な連続運転にて誘導する無整流子（brushless）直流モ
ータを有する圧縮機制御回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、無整流子モータの運転速度を変
更させる制御装置と、負荷変動に従って無整流子モータ
の運転入力を最適化する運転制御回路を設けて、消費電
力を大いに節減するように高効率及び低騒音の無整流子
直流モータを搭載した圧縮機制御回路を提供することに
ある。
発明の開示 前記目的を達成するために、本発明に従って冷蔵庫に
適用した圧縮機制御回路は、無整流子直流モータを使用
した圧縮機と、無整流子直流モータを駆動させるために
直流電源から交流電源を分離させる電源回路及び負荷条
件に応じて電源回路の電圧を選択する電圧調整スイッチ
ング回路を含む圧縮機運転回路と、冷凍室の温度に応じ
て無整流子直流モータの運転速度を可変せしめる２相制
御回路及び冷凍室の負荷センサーのON−OFFに従って無
整流子直流モータのON−OFF運転を継続させる運転制御
回路及び圧縮機の過負荷又は拘束状態において、無整流
子直流モータを停止させ電源を遮断するための保護回路
を含むモータ制御回路とから構成されている。
図面の簡単な説明 以下に添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説
明する。
第１図は、本発明に基づいて冷蔵庫に適用する運転制
御回路の一実施例を示す回路構成図である。
第２図は、第１図に一部図示した無整流子直流モータ
の圧縮機制御回路を示す。
第３図は、冷凍室内の蒸発器の温度に基づく無整流子
直流モータの速度制御範囲を示すグラフである。
第４図は、無整流子直流モータの運転速度に基づく蒸
発器の冷凍速度を示すグラフである。
第５図は、無整流子直流モータの連続運転制御に基づ
く蒸発器の温度変化を示すグラフである。
第６図は、一定の運転速度における間欠的運転制御に
従って蒸発器の温度変化期間と無整流子直流モータの運
転速度比との間の相関関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態 第１図は、本発明の１実施例に基づいて冷蔵庫に適用
される無整流子（brushless）直流モータを含む圧縮機
を制御する回路図である。ここで、冷蔵庫は冷凍室と冷
蔵室を設けた標準的な２ドア方式のものを例示する。こ
のような冷蔵庫は、冷媒を圧縮させるためにモータを含
む圧縮機とともに、除霜ヒーター、フアンモータ、庫内
ランプを作動させるための交流電源を必要とするが、本
発明に適用された冷蔵庫は、直流電源が印加される無整
流子直流モータを備えた圧縮機の制御回路を含む。
交流電源プラグ１は、電源選択スイッチ２に接続され
て、常用電圧110Vと220Vのいずれか一つの電圧を選択
し、各々の電源印加経路は、図面上に点線と実線にて示
されている。電源選択スイッチ２は、電源トランス25の
１次側巻線に電源電圧を供給する。
電源トランス25は、その１次側巻線が110Vと220Vの電
源用入力タップを設け、２次側巻線が３個のタップ、例
えば、14V,28V,38Vの全波巻線で構成される。電源トラ
ンスの１次側巻線は除霜ヒーター7,8、除霜タイマー
５、フアンモータ９及び庫内ランプ11と並列に連結され
ている。２次側巻線において、14Vの電源は、ダイオー
ド27,28を介して全波整流され、モータ制御回路の電源
ＶLとして使用される。28Vと38Vの電源は、ダブルブレ
ーキ・ダブルメーク（double break・double make）形
の電圧調整選択スイッチ24,23を介して全波整流回路22
に連結される。この整流された電源ＶWは、圧縮機の無
整流子直流モータ15の駆動電源として使用される。ここ
で、注目されるのは、直流電源部を構成するこれらの部
分が、リニアトランスを使用して、１次側巻線の電源を
２次側巻線の電源と分離されるようになし、電圧調整及
び整流が、P.W.M（Pulse Width Modulation:パルス幅変
調）用高周波スイッチ装置（SMPS）を使用せずに、電気
的ノイズを発生させることなく信頼度が高くかつ低廉に
なされることである。
また、圧縮機は冷媒流動パイプを介して冷凍室33の蒸
発器及びコンデンサー34に連結される。
圧縮機用無整流子直流モータ15を駆動させるモータ制
御回路14は、本願と同じ発明者に発行された米国特許第
4472564号及び同第4584505号に記載された２相制御回路
29を含むことができる。
なお、第２図に図示したところのように、モータ制御
回路14は、２相制御回路29と、回転子の速度を検出する
過負荷保護回路30と、ポートH1,H2を介してサーモスタ
ットまたはサーモスイッチ３（第１図）のON−OFF動作
に同期運転される運転制御回路31と、冷凍室33の温度感
知に従って無整流子モータの速度制御を可能に成すサー
ミスターまたは温度センサー19,20と、温度調節可変抵
抗器18,21と、無整流子モータ15を駆動させる複数の電
力トランジスターを含む交互スイッチング増幅回路28と
から構成されることが好ましい。
２相制御回路29は、位置センサー17によって無整流子
モータ15を駆動するための２相信号を発生する。これに
対する技術的内容は、米国特許第4584505号によって公
知の技術であるので、その詳細な説明は省略する。冷蔵
庫に適用された２相制御回路29は、無整流子モータの運
転速度を制御するための可変抵抗器18,21と、冷凍室33
内または蒸発器に取り付けた温度センサー19,20とを含
み、温度センサー19,20はそれぞれ可変抵抗器18,21に並
列に接続されている。従って、圧縮機は起動時又は正常
運転中に室内温度と検出温度との差に比例して増減した
運転速度で駆動される。運転速度の増加比又は減少比
は、可変抵抗器18,21にて調節する。更に、最低運転速
度設定及び最高運転速度設定も、これらの抵抗器を利用
して可能である。
２相制御信号の形態で、交互スイッチング増幅回路28
は、２相直流電圧ＶM及び−ＶMを圧縮機に搭載された無
整流子直流モータ15に供給する。
無整流子直流モータ15は、２個のコイル巻線16と、回
転子の位置を検出する位置センサー17とから構成され
る。これらの巻線とセンサーラインは、圧縮機上に装着
した５個のピンを介して２相制御回路29の３個の出力端
子と交互スイッチング増幅回路28の２個の入力端子に連
結される。ここで、注目されるのは、４個のトランジス
ターが、２相バイポーラスイッチング用として使用され
ているが、一般の単層電源は８ブリッジトランジスタ運
転回路を必要とすることにある。即ち、本発明において
適用された密閉型圧縮機は、無整流子直流モータに駆動
電流を提供するための３つのピンとセンサー信号のため
の２つのピンとを含む５つの外部電気接続ピンだけを必
要とするが、一般の圧縮機は、２相の場合には少なくと
も８つのピンが必要となり、３相の場合には７つ以上の
ピンが必要となる。特に、密閉型圧縮機の場合、外部の
電気接続ターミナルの数は、圧縮機の内部圧力と真空気
密を維持するために、甚だ難解な技術的制約を受けるの
で、非常に重要である。
過負荷保護回路30は、公知の周波数回路を使用するこ
とが好ましい。即ち、位置センサー７は、回転子のＮ極
とＳ極の位置を検出しながら、Ｎ極とＳ極の変換（swit
ching）周波数を決定する。従って、無整流子直流モー
タ15の運転に必要な基準周波数がすでに設定されていれ
ば、Ｎ極及びＳ極の変換周波数がこの基準周波数以下に
下がると、過負荷保護回路30は、高レベル信号“H"を出
力して、ORゲート32が２相制御回路29の出力をミューテ
ィング（mutting）させる。２相制御回路29のミューテ
ィング状態は、交互スイッチング増幅回路28をオフと
し、無整流子直流モータ15の駆動電流を遮断させて、モ
ータを保護する。運転制御回路31は、温度スイッチ３
と、除霜ヒーター7,8と、タイマー５の作動中にもオフ
される。
一方、第１図を参照して、電源スイッチ10は、誘導サ
ージ電圧がフアンモータ９に印加されないように、トラ
イアックのような非接触スイッチから構成される。誘導
サージ電圧は、冷凍室33及び冷蔵室33のドアを開閉する
時、ドアスイッチ12,13において発生する。このドアス
イッチ12,13は、非接触スイッチ10のゲートに直列に接
続される。
従って、本発明を適用した冷蔵庫は、冷凍室33又は蒸
発器の温度に従って2000〜4000rpmの範囲内において連
続的に制御される。温度センサー18,19は、２相制御回
路29の各位相を制御して、無整流子直流モータ15に流れ
る平均励磁電流を調整することによって、運転速度を制
御調整する。温度センサー19,20にそれぞれ並列に連結
された可変抵抗器18,21は、自動運転速度の範囲を任意
に調整することができ、これは圧縮機及び冷凍サイクル
の特性に従って決定される。例えば、蒸発器が室内温度
近くの25℃の温度で起動すれば、圧縮機は定められた範
囲内の最高速度にて運転する。蒸発器の温度が下がる
と、それに比例して圧縮機の運転速度が減少する。この
時、冷凍サイクル負荷は蒸発器の温度が最低温度に到達
するまで減少する。圧縮機は室の適切な温度を維持する
ためにその速度で運転される。
第４図は、圧縮機の運転速度設定に従って蒸発器が最
低温度点（full down）になるまでのt1からt3までの運
転時間の変化を示す。本発明を適用した冷蔵庫は、圧縮
機の運転速度を補助的に決定することによって冷却レベ
ルを制御して冷却時間を調節することができるようにな
っているので、庫内の温度及び周囲温度に応じて最適な
運転を選択することができる。その後、無整流子直流モ
ータは、負荷変動に伴う運転効率特性にて変更されて、
冷蔵庫の冷凍サイクルが蒸発器の周辺温度に従って負荷
変動の大きい幅を有するように成す。無整流子直流モー
タの入力電圧を負荷条件に従って調整することにより高
い運転効率を維持することが必要となる。従って、無整
流子直流モータは、正格出力範囲以下の軽負荷時に適正
な降下電圧において運転される。例えば、蒸発器の温度
が−18℃に至れば、常温における運転負荷の40％程度の
運転負荷率に下がる。この時、無整流子モータは、その
入力電圧を降下させることによって低速運転に変速さ
れ、正格出力の半分以下にて運転される。この時の無整
流子モータの運転効率は、正格出力運転時の最適効率よ
り10〜20％だけ下がる。第１図に図示したように、サー
ミスター４により感知された蒸発器の温度が−18℃以下
になれば、回路24は電圧調整切換スイッチ23を作動さ
せ、低電圧28Vを無整流子モータ15に印加する。冷蔵庫
の正常運転時、蒸発器の温度スイッチ３は、温度設定に
従ってON−OFF作動を繰り返すように成されている。
しかも、電源電圧110V及び220Vを選択する温度スイッ
チ３のON−OFF作動は、モータ制御回路14の運転制御回
路31が低レベル“L"又は高レベル“H"信号をORゲート32
に印加し、同時に、２相制御回路29を制御することによ
り、圧縮機の運転を温度スイッチ３のON−OFF作動と同
期されるように成す。因って、第６図に示すように、無
整流子直流モータの運転設定速度V1〜V3に従って、蒸発
器の冷凍速度が可変となっているので、温度スイッチ３
のON−OFF周期が変更され、運転率も調整ができる。
産業上の利用可能性 本発明は、無整流子直流モータの連続可変速運転によ
り、蒸発器の温度調節が可能となるため、第５図のよう
に連続的な蒸発器の温度制御が可能となり、冷蔵庫の冷
凍室と冷蔵室は温度リプル（ripple）を生じることなく
一定温度に維持される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 ジュン、 ヨン チュン 大韓民国 158―097 ソウル市 ヤンチ ュン―グ シンウォル ７―ドン 933 ―10 (72)発明者 ジュン、 ヨン チュン 大韓民国 158―097 ソウル市 ヤンチ ュン―グ シンウォル ７―ドン 933 ―10 (56)参考文献 実開 平１−134871（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｎ極とＳ極を有する回転子と、固定子とな
    る第１と第２のコイル巻線を有し、圧縮機を駆動する無
    整流子直流モータと、 交流電源プラグに接続される１次側巻線と、高い電圧と
    低い電圧の交流電圧を出力する２次側巻線とを有するト
    ランスと、 蒸発器の温度が予め設定された基準温度以上では前記高
    い電圧を選択し、前記基準温度以下では前記低い電圧を
    選択する電圧選択スイッチ回路と、 前記選択された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路
    と、 開信号の発生の回数の速度が、前記蒸発器が室温の時に
    最高速度になり、前記蒸発器の温度が下がると比例して
    減少し、前記蒸発器の温度が最低温度の時に最低温度を
    維持できる最低速度になる開閉信号であるＡ信号と、前
    記速度が同じで位相が異なる開閉信号であるＢ信号を発
    生する２相制御回路と、 前記直流電圧と前記第１のコイル巻線に接続され、前記
    Ａ信号で開閉される第１のスイッチング素子と、前記直
    流電圧と前記第２のコイル巻線に接続され、前記Ｂ信号
    で開閉される第２のスイッチング素子を有する交互スイ
    ッチング増幅回路とを有することを特徴とする圧縮機制
    御回路。
  2. 【請求項２】前記２相制御回路は、 前記蒸発器に設置され、前記蒸発器の温度を測定し、前
    記発生の回数の速度を制御するサーミスターと 前記サーミスターに並列に接続され、前記発生の回数の
    速度を制御する可変抵抗器とを有することを特徴とする
    請求項１記載の圧縮機制御回路。
  3. 【請求項３】設定温度に従ってON−OFF作動を行う前記
    蒸発器に配置される温度スイッチと、 前記ON−OFF作動に同期して前記無整流子直流モータのO
    N−OFF作動を行う運転制御回路とを有することを特徴と
    する請求項１記載の圧縮機制御回路。
  4. 【請求項４】ドアスイッチのON−OFF作動に同期してフ
    ァンモータのON−OFF作動を行う非接触電源スイッチを
    有することを特徴とする請求項１記載の圧縮機制御回
    路。
  5. 【請求項５】前記無整流子直流モータは、前記Ｎ極とＳ
    極の位置を検出する位置センサーを有し、 前記圧縮機制御回路は、前記検出した位置から前記Ｎ極
    とＳ極の変換周波数を決定し、前記変換周波数が前記無
    整流子直流モータの運転に必要な基準周波数以下に下が
    ると前記第１と第２のスイッチング素子を閉にする過負
    荷保護回路を有することを特徴とする請求項１記載の圧
    縮機制御回路。
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