JP4034645B2 - 冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ(Linear Motor)を適用した冷蔵庫用往復動式圧縮機(Reciprocating Compressor)に係るもので、詳しくは、運転負荷の変動に従ってキャパシタンスを可変にして圧縮機の運転効率を向上し得るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機はエアコン、冷蔵庫のような冷気装置の内部に収納されて、その装置の内部を循環する冷媒を高温高圧に圧縮する作用をする。このような圧縮機には、色々な形態があるが、例えば、往復動式(reciprocating)圧縮機、回転式(rotary)圧縮機、又はBLDC(Brushless Direct Current)圧縮機若しくはインバータ式圧縮機と命名される回転速度が可変にされる能力可変型往復動圧縮機がある。
【０００３】
ここで、リニアモータを適用した往復動式圧縮機は、モータに印加されるモータ電圧(Motor Voltage)によって往復動式圧縮機のピストンのストロークを可変にすることができるために、使用者の意図通りに冷力(cooling Capacity）を制御し得るという長所がある。
【０００４】
従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、図6に示したように、使用者により設定されたストローク指令値(Stroke Reference Value)に従い内部モータMに供給されるモータ電圧によって内部ピストン(Piston)(図示されず）の上下方向の運動を調節してピストンのストロークを可変にして冷力を調節する往復動式圧縮機100と、往復動式圧縮機100のピストンのストロークを変えるときに往復動式圧縮機100に印加されるモータ電圧を検出する電圧検出部(Voltage Detecting Unit)102と、往復動式圧縮機100のピストンのストロークを変えるときに往復動式圧縮機100に供給される電流を検出する電流検出部104と、電圧検出部102及び電流検出部104から検出された電圧及び電流を利用してストローク(Stroke)を計算し、この計算されたストローク値とストローク指令値とを比較して、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号(Switching Control Signal)を出力するマイクロコンピュータ(Microcomputer)106と、マイクロコンピュータ106のスイッチング制御信号によって、交流電源をトライアック(Triac)Tr1により断続させ、往復動式圧縮機100に印加されるモータ電圧の大きさを制御する電気回路部108と、を包含して構成されていた。
【０００５】
以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対して説明する。
【０００６】
往復動式圧縮機100は、使用者により設定されたストローク指令値に従いモータMに与えられるモータ電圧によって、ピストンを上下方向に運動させて、ピストンのストロークを可変にすることにより冷力を調節する。
【０００７】
ここで、上記のストロークとは、往復動式圧縮機100の内部のピストンが往復運動しながら移動する距離を示す。
【０００８】
電気回路部108のトライアックTr1は、マイクロコンピュータ106のスイッチング制御信号(Control Signal)によりオン期間が制御され、このオン期間が長くなるとストロークが増加する。また、電圧検出部102及び電流検出部104は、往復動式圧縮機100に印加される電圧及び電流を夫々検出し、この検出された電圧及び電流をマイクロコンピュータ106に出力する。
【０００９】
次いで、マイクロコンピュータ106は、電圧検出部102及び電流検出部104から検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算し、この計算されたストロークを使用者により設定されたストローク指令値と比較し、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号をトライアックTr1に出力する。
【００１０】
即ち、マイクロコンピュータ106は、上記の計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックTr1のオン期間を長くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機100に印加される電圧を増加させる。
【００１１】
また、マイクロコンピュータ106は、計算されたストロークがストローク指令値より大きいと、トライアックTr1のオン期間を短くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機100に印加される電圧を減少させる。
【００１２】
このとき、往復動式圧縮機100のモータMに印加される電圧VとストロークSとの関係を数式に表現すると次のように表される。
【００１３】
（式１）
【００１４】
【数１】
【００１５】
上式中、αは電気的力を機械的力に変換するモータ常数、Sはストローク、Rはモータ内部抵抗、LはモータM自体のインダクタンスを夫々示す。
【００１６】
式1において、インダクタンス電圧(VL)は逆起電力(αωS)と同程度で、往復動式圧縮機100の内部抵抗Rの電圧(Ri)は、インダクタンス電圧(VL)及び逆起電力(αωS)に比べて無視し得る程度に小さい値である。
【００１７】
従って、モータMに印加される電圧Vは、インダクタンス電圧(VL)と逆起電力(αωS）との合計により決定される。
【００１８】
従って、往復動式圧縮機のより大きなストロークを得るためには、モータに印加される電圧Vを大きくしなければならない。
【００１９】
また、このような往復動式圧縮機の効率を向上させるためには、モータMに巻線されたコイルのインダクタンスLの値を小さく設計しなければならない。
【００２０】
そこで、図7に示したように、コンデンサCをモータMに直列に連結してモータMに巻線されたコイルのインダクタンスLを相殺させることによって往復動式圧縮機の効率を向上させることができる。
【００２１】
図7は、従来の往復動式圧縮機の構成を示したブロック図である。
【００２２】
以下、コイルのインダクタンスを相殺する作用について、図7を用いて説明する。
【００２３】
モータMとコンデンサの直列回路の両端に印加される電圧Vは、下記の式で表される。
【００２４】
（式２）
【００２５】
【数２】
【００２６】
上式中、キャパシタンス(C)を数式に表現すると、次のようである。
【００２７】
（式３）
【００２８】
【数３】
【００２９】
この場合、上式中のキャパシタンス(C)とインダクタンスLは、共振を起こす値に予め設定される。
【００３０】
従って、キャパシタンス(C)とインダクタンスLとは相互に共振して相殺されるために、モータMとコンデンサの直列回路の両端に印加される電圧Vは、下記の式で表される。
【００３１】
（式４）
【００３２】
【数４】
【００３３】
式4のように、印加電圧Vは、インダクタンス電圧(VL)とコンデンサ電圧(VC)とが相互に共振して相殺されるために、逆起電力(αωS)と同程度の大きさを有することになるので、往復動式圧縮機は、低い印加電圧Vでも必要なストロークを得ることができる。
【００３４】
また、コンデンサに充電された電圧(VC)が印加電圧Vと同様にモータMに印加されるので小さい印加電圧でも大きいストロークを得ることができるために、過負荷対応能力が向上する。
【００３５】
このように構成された従来の往復動式圧縮機が冷蔵庫に収納されて運転される場合、冷蔵庫の運転負荷によって往復動式圧縮機100のモータMが所定のストロークを得るために必要な電圧が相違する。
【００３６】
即ち、往復動式圧縮機100のモータMは、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には電源電圧(例えばAC220)より大きい電圧が必要となり、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には電源電圧(例えばAC220)より小さい電圧が必要となる。そこで、モータのインダクタンス電圧(VL)をコンデンサ電圧(VC)により相殺してモータの必要電圧を得るための所要供給電圧(即ち、モータの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧)が電源電圧以下になるようにする。
【００３７】
そして、マイクロコンピュータ106は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、トライアックTr1のオフ(off)時間を短く調節してモータMに印加される電圧を増加させ、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、トライアックTr1のオフ時間を長く調節してモータMに印加される電圧を減少させる。
【００３８】
このとき、冷蔵庫の運転負荷によってモータMに印加される電圧による電流の波形が図8(A)、（B)に示されている。
【００３９】
即ち、図8(A)は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合の電流波形図で、図8(B)は冷蔵庫の運転負荷が小さい場合の電流波形図である。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の往復動式圧縮機においては、運転負荷が小さい場合、モータに印加される電圧を減少させるためにトライアックTr1のオフ時間を長く調節するため、高調波の損失が増加して往復動式圧縮機の効率が低下するという不都合な点があった。
【００４１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、冷蔵庫の運転負荷の変動に従ってキャパシタンスを可変にして、圧縮機の運転効率を向上させるためにモータの必要電圧を調節し得るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフされるリレー及び冷蔵庫の運転負荷によってリレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成されることを特徴とする。
【００４３】
ここで、上記のマイクロコンピュータは、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、モータに接続される第1コンデンサと、該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフされるリレー及び冷蔵庫の運転負荷によってリレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成され、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺することを特徴とする。
【００４５】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転を制御方法であって、前記冷蔵庫は、モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成され、前記トライアックのオフ時間を感知する段階と、該感知されたトライアックのオフ時間により冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、該判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有することを特徴とする。
【００４６】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転を制御方法であって、前記冷蔵庫は、モータに接続された第1コンデンサと、該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成され、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように設定され、トライアックのオフ時間を感知する段階と、該感知されたトライアックのオフ時間により冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、該判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有し、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺することを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００４８】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の構成においては、図１に示したように、設定されたストローク指令値に従い印加される電圧によりピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する往復動式圧縮機400と、往復動式圧縮機400に供給される電圧を検出する電圧検出部402と、往復動式圧縮機400に供給される電流を検出する電流検出部404と、電圧検出部402及び電流検出部404により検出された電圧及び電流により計算されたストロークとストローク指令値とを比較し、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号を出力し、運転負荷の大小を判断してそれに応じてリレー制御信号を出力するマイクロコンピュータ406と、マイクロコンピュータ406のスイッチング制御信号によってトライアックTr1をオン/オフさせて往復動式圧縮機400に電圧を印加する電圧供給部408及びマイクロコンピュータ406のリレー制御信号によってキャパシタンスを可変にすることによって往復動式圧縮機400の印加電圧を調節する電圧調節部410からなる電気回路部と、を包含して運転制御装置が構成されている。
【００４９】
ここで、電圧調節部410は、往復動式圧縮機400のモータM自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺させるためにモータMに接続された第1コンデンサC1と、この第1コンデンサC1に並列接続された第2コンデンサC2と、第2コンデンサC2に直列接続されてマイクロコンピュータ406のリレー制御信号によってオン/オフされるリレーRyと、を包含して構成される。
【００５０】
以下、上記のように構成される本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対して説明する。
【００５１】
往復動式圧縮機400は、使用者により設定されたストローク指令値に基づいてモータMに印加される電圧により上下方向に運動するピストン(図示されず）のストロークを可変にして冷力を調節する。
【００５２】
ここで、上記のストロークとは、往復動式圧縮機400内部のピストンが往復運動しながら移動する距離を示す。
【００５３】
この場合、電圧供給部408のトライアックTr1が、マイクロコンピュータ406のスイッチング制御信号によりオン期間が長くなるように制御されると、ストロークが増加する。このとき、電圧検出部402及び電流検出部404は、往復動式圧縮機400に印加される電圧及び電流を夫々検出してマイクロコンピュータ406に出力する。
【００５４】
次いで、マイクロコンピュータ406は、電圧検出部402及び電流検出部404から検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算し、この計算されたストロークをストローク指令値と比較してその比較結果に基づいてスイッチング制御信号を出力する。
【００５５】
即ち、マイクロコンピュータ406は、計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックTr1のオン時間を長くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機400のモータMに印加される電圧を増加させる。
【００５６】
また、マイクロコンピュータ406は、計算されたストロークがストローク指令値より大きいと、トライアックTr1のオン時間を短くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機400のモータMに印加される電圧を減少させる。
【００５７】
また、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知し、このトライアックTr1のオフ時間によって冷蔵庫の運転負荷が大きいかあるいは、小さいかを判断する。
【００５８】
即ち、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された値より長いと、冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断し、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された値より短いと、冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断する。
【００５９】
この場合、往復動式圧縮機400のモータMは、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、所定のストロークを発生させるために電源電圧(例えばAC 220V)より大きい電圧を必要とし、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には、所定のストロークを得るために電源電圧(例えばAC 220V)より小さい電圧を必要とする。
【００６０】
そこで、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間によって冷蔵庫の運転負荷が大きいかあるいは小さいかを判断した後、その判断の結果に基づいて電圧調節部410のリレーRyをオン/オフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する。
【００６１】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には、リレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を出力する。
【００６２】
次いで、電圧調節部410はマイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号によってリレーRyをオン/オフさせ、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の合成キャパシタンスを変えて等価コンデンサを調節し、それにより所定のストロークを得るためのモータMの印加電圧を調節する。
【００６３】
以下、本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対し、詳しく説明する。
【００６４】
冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部410のリレーRyがオフになるために、第1コンデンサC1のみがモータMに接続され、第1コンデンサC1の電圧がモータMに印加される。
【００６５】
この場合、モータMに印加された第1コンデンサC1のコンデンサ電圧とコイルのインダクタンス電圧とが相殺され、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧(以下、所要供給電圧と称する)は電源電圧(AC 220V)以下でそれに近い値に減少する。この場合、第1コンデンサC1のキャパシタンスはコイルのインダクタンスと共振を起こす値に予め設定される。
【００６６】
また、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部410のリレーRyはオンにされることによって、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2がモータMに接続される。
【００６７】
従って、第1コンデンサC1の第1キャパシタンスと第2コンデンサC2の第2キャパシタンスとが合成された等価キャパシタンスによるコンデンサ電圧がモータMに印加される。
【００６８】
このときは、第1キャパシタンスと第2キャパシタンスとが合成された等価キャパシタンスとモータMのインダクタンスとの共振がはずれるために、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧(所要供給電圧)は電源電圧(AC 220V)以下でそれに近い値に増加する。
【００６９】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、所望のストロークを発生するためのモータMの必要電圧が電源電圧より大きくなるために、リレーRyをオフさせることにより第1コンデンサC1による電圧とモータMのインダクタンス電圧をLC共振により相殺させる。これにより上記の所要供給電圧はモータの必要電圧より低くなり、従って、モータMは、モータの必要電圧よりも低い電源電圧により所定のストロークを得ることができるようになる。
【００７０】
また、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧が電源電圧より小さくなるために、リレーRyをオンさせ、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2による電圧によりモータMのインダクタンス電圧とのLC共振点をはずして運転する。従って、モータMは、上記の所要供給電圧を高くして、電源電圧以下でそれに近い電圧で所望のストロークを得ることができるようになる。
【００７１】
冷蔵庫の運転負荷の高低によるモータの必要電圧は図2のグラフ(b)に示したようになり、低負荷時には、モータMの必要電圧が電源電圧より小さく、高負荷時には、モータMの必要電圧が電源電圧より大きくなる。
【００７２】
そこで、グラフ(a)に一点鎖線で囲んで示したように、高負荷時には、モータMに巻線されたコイルのインダクタンス電圧と共振を起こすコンデンサ電圧を有するコンデンサを利用して、所要供給電圧、即ちモータの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧をモータの必要電圧より下げて、電源電圧より低く、かつそれに近い値にしてモータMの必要電圧を得る。
【００７３】
また、低負荷時には、モータMに巻線されたコイルのインダクタンス電圧と異なる大きさのコンデンサ電圧を有するコンデンサを利用して、所要供給電圧をモータの必要電圧に近づけて、電源電圧より低い、グラフ(b)の一点鎖線で囲んで示した電圧に近い値にしてモータMの必要電圧を得る。
【００７４】
図3は、本発明の場合の、運転負荷の高低による電流の波形を示した図であり、図3(A)は、運転負荷が大きい場合の電流波形で、図3（B)は、運転負荷が小さい場合の電流波形である。
【００７５】
図3（B)に示したように、運転負荷が小さい場合、リレーRyがオンされることによって、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2により所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧が増加して、トライアックTr1のオフ時間が低減し、電流の振幅も減少する。従って、軽負荷の場合も、従来の場合(図8)のようにトライアックTr1のオフ時間が著しく大きくなり高調波が増大することはなくなる。
【００７６】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の動作を数式で表現すると、次のようである。
【００７７】
（式５）
【００７８】
【数５】
【００７９】
式中、Mは可動体質量[kg]を、Cfは負荷減衰係数[Ns/m]を、Kは運動系スプリング常数[N/m]を、αはモータ力-電流相関係数[N/A]を、Vは可動体速度[m/s]を、V′はVの微分値を、Iはモータに流れる運転電流[A]を、I′はIの微分値を、Rはモータ抵抗[Ω]を、Lはインダクタンス[H]を、Cはキャパシタンス[F]を、Uは印加電圧[V]を夫々示す。
【００８０】
式5は、往復動式圧縮機からトライアックの制御による非線形性を除去して線形化することによって求められた数式で、この式5をベクトルで表現し、次の式6で表されるZm, Zeを用いて表し、更に電流ベクトルIを用いて１つの数式で表すと式7のようになる。
【００８１】
（式６）
【００８２】
【数６】
【００８３】
（式７）
【００８４】
【数７】
【００８５】
往復動式圧縮機の全体インピーダンス(Zt)は、式7に示されており、この場合、インピーダンスの虚数成分が"0"になるとき、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧が最も小さくなる。
【００８６】
また、式7のように、往復動式圧縮機の運転負荷(Zm)が変化することによって、インピーダンスZtの値が変化し、それによって所定のストロークを得るためのモータの必要電圧が変化する。
【００８７】
以下、このように構成された本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の第1実施形態の運転制御方法に対し、図面を用いて説明する。
【００８８】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の第1実施形態の運転制御方法においては、図4に示したように、先ず、マイクロコンピュータ406は、往復動式圧縮機400を駆動(オン)させ(S700)、トライアックTr1のオン・オフ時間を調節してピストンのストロークを制御する(S702)。
【００８９】
次いで、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知する(S704)と共に、リレーRyのオン/オフ状態を判断する(S706)。
【００９０】
マイクロコンピュータ406は、リレーRyがオン状態の場合(S706のYesの場合)、上記の段階(S704)で感知されたトライアックTr1のオフ時間と予め設定された高負荷判断時間(T1）とを比較する(S708)。
【００９１】
上記の比較の結果、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された高負荷判断時間(T1)より小さい場合は、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断し、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する(S710)。
【００９２】
上記のS708での比較の結果、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された高負荷判断時間(T1)より大きいときは、リレーRyのオン状態を維持する。
【００９３】
また、マイクロコンピュータ406は、リレーがオフ状態の場合(S706のNoの場合)、感知されたトライアックTr1のオフ時間と予め設定された低負荷判断時間(T2）とを比較する(S712)。
【００９４】
ここで、予め設定された低負荷判断時間(T2）は、予め設定された高負荷判断時間(T1)より大きい時間値である。
【００９５】
上記の比較の結果、段階(S712)で、感知されたトライアックTr1のオフ時間が予め設定された低負荷判断時間(T2)より大きい場合は、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断してリレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する(S714)。
【００９６】
また、比較段階(S712)で、感知されたトライアックTr1のオフ時間が予め設定された低負荷判断時間(T2)より小さい場合は、マイクロコンピュータ406は、リレーRyのオフ状態を維持する。
【００９７】
マイクロコンピュータ406は、感知されたトライアックTr1のオフ時間が低負荷判断時間(T2)と高負荷判断時間(T1)間の値である場合、リレーRyの現在状態を維持する。
【００９８】
即ち、マイクロコンピュータ406は、低負荷判断時間(T2)と高負荷判断時間(T1)の間に所定の間隔を有するようにすることにより、トライアックTr1のオフ時間が微細に変動する場合、リレーRyが不必要にオン/オフ動作することを防止する。
【００９９】
上記の場合、リレーRyのオン/オフにより所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧に対し所要供給電圧、即ちモータの必要電圧とコンデンサ電圧の合成電圧を増加あるいは減少させる動作は、前述したので、これに対する説明は、ここでは省略する。
【０１００】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態においては、図5に示したように、電圧調節部800が第1コンデンサC1と、この第1コンデンサC1に直列に連結された第2コンデンサC2と、第2コンデンサC2に並列に連結されたリレーRyと、を包含して構成され、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との直列接続の合成値は往復動式圧縮機400のモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように構成され、その他は、前記の第1実施形態と同様に構成されている。
【０１０１】
以下、上記ように構成された本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態の制御方法及び動作について説明する。
【０１０２】
マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知し、この感知されたトライアックTr1のオフ時間により冷蔵庫の運転負荷が大きいか又は、小さいかを判断し、それによりリレーRyをオン/オフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部800に出力する。
【０１０３】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、リレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を出力する。
【０１０４】
次いで、電圧調節部800は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号によりリレーRyをオン/オフさせることによって、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の合成容量を変えて等価キャパシタンスを調節し、それにより所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧を調節する。
【０１０５】
以下、上記の第２実施形態の制御方法及び動作に対し、詳細に説明する。
【０１０６】
冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部800のリレーRyはオフされて、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2とが直列にモータMに接続され、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2により等価キャパシタンスC＝C1×C2/(C1+C2)の電圧がモータMに印加される。
【０１０７】
このとき、モータMに印加された等価キャパシタンスCのコンデンサ電圧とコイルのインダクタンス電圧とが相殺され、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧は電源電圧(AC 220V)と同程度の値に小さくなる。このとき、等価キャパシタンスCはコイルのインダクタンスと共振を起こす値に予め設定される。
【０１０８】
また、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部800のリレーRyはオンされ、それにより第1コンデンサC1がモータMに接続される。
【０１０９】
従ってこの場合は、第1コンデンサC1の電圧がモータMに印加される。このとき、第1コンデンサC1のキャパシタンスとモータMのインダクタンスとは共振からはずれるために、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧は電源電圧(AC 220V)に近い値に増加する。
【０１１０】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、所望のストロークを発生するためのモータMの必要電圧が電源電圧より大きくなるために、リレーRyをオフさせることによって第1コンデンサC1と第2コンデンサC2による等価キャパシタンスC＝C1×C2/(C1+C2)の電圧とモータMのインダクタンス電圧とをLC共振により相殺させる。従って、モータの必要電圧を得るための所要供給電圧はモータの必要電圧より小さくなり、モータMはモータの必要電圧より低い電源電圧により所望のストロークを得ることができる。
【０１１１】
また、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧が電源電圧より小さくなるために、リレーRyをオンさせ、第1コンデンサC1のコンデンサ電圧によりモータMのインダクタンス電圧とのLC共振からはずすことによって、モータMは、モータの必要電圧を得るための所要供給電圧を高めて電源電圧に近づけて所定のストロークを得ることができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、冷蔵庫の運転負荷の大小によって等価キャパシタンスを可変にし、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を調節し得るという効果がある。
【０１１３】
また、本発明は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を増加させ、運転負荷が大きい場合、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を減少させることによって、冷蔵庫の運転負荷の大小によるトライアックのオフ時間の変化を低減し得るという効果がある。
【０１１４】
また、本発明は、運転負荷の変動に対する往復動式圧縮機の過負荷対応特性を増加させることができることによって、往復動式圧縮機の運転効率を向上させ得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の運転負荷によるモータの所要電圧を示したグラフである。
【図３】本発明の運転制御装置の第1実施形態のモータに印加される電流の波形を示した波形図である。
【図４】本発明の運転制御装置の第1実施形態の運転制御方法を表示したフローチャートである。
【図５】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態の構成を示したブロック図である。
【図６】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成の例を示したブロック図である。
【図７】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成の他の例を示したブロック図である。
【図８】図7において、モータに供給される電流の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
400…往復動式圧縮機
402…電圧検出部
404…電流検出部
406…マイクロコンピュータ
408…電圧供給部
410…電圧調節部
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ(Linear Motor)を適用した冷蔵庫用往復動式圧縮機(Reciprocating Compressor)に係るもので、詳しくは、運転負荷の変動に従ってキャパシタンスを可変にして圧縮機の運転効率を向上し得るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機はエアコン、冷蔵庫のような冷気装置の内部に収納されて、その装置の内部を循環する冷媒を高温高圧に圧縮する作用をする。このような圧縮機には、色々な形態があるが、例えば、往復動式(reciprocating)圧縮機、回転式(rotary)圧縮機、又はBLDC(Brushless Direct Current)圧縮機若しくはインバータ式圧縮機と命名される回転速度が可変にされる能力可変型往復動圧縮機がある。
【０００３】
ここで、リニアモータを適用した往復動式圧縮機は、モータに印加されるモータ電圧(Motor Voltage)によって往復動式圧縮機のピストンのストロークを可変にすることができるために、使用者の意図通りに冷力(cooling Capacity）を制御し得るという長所がある。
【０００４】
従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、図6に示したように、使用者により設定されたストローク指令値(Stroke Reference Value)に従い内部モータMに供給されるモータ電圧によって内部ピストン(Piston)(図示されず）の上下方向の運動を調節してピストンのストロークを可変にして冷力を調節する往復動式圧縮機100と、往復動式圧縮機100のピストンのストロークを変えるときに往復動式圧縮機100に印加されるモータ電圧を検出する電圧検出部(Voltage Detecting Unit)102と、往復動式圧縮機100のピストンのストロークを変えるときに往復動式圧縮機100に供給される電流を検出する電流検出部104と、電圧検出部102及び電流検出部104から検出された電圧及び電流を利用してストローク(Stroke)を計算し、この計算されたストローク値とストローク指令値とを比較して、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号(Switching Control Signal)を出力するマイクロコンピュータ(Microcomputer)106と、マイクロコンピュータ106のスイッチング制御信号によって、交流電源をトライアック(Triac)Tr1により断続させ、往復動式圧縮機100に印加されるモータ電圧の大きさを制御する電気回路部108と、を包含して構成されていた。
【０００５】
以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対して説明する。
【０００６】
往復動式圧縮機100は、使用者により設定されたストローク指令値に従いモータMに与えられるモータ電圧によって、ピストンを上下方向に運動させて、ピストンのストロークを可変にすることにより冷力を調節する。
【０００７】
ここで、上記のストロークとは、往復動式圧縮機100の内部のピストンが往復運動しながら移動する距離を示す。
【０００８】
電気回路部108のトライアックTr1は、マイクロコンピュータ106のスイッチング制御信号(Control Signal)によりオン期間が制御され、このオン期間が長くなるとストロークが増加する。また、電圧検出部102及び電流検出部104は、往復動式圧縮機100に印加される電圧及び電流を夫々検出し、この検出された電圧及び電流をマイクロコンピュータ106に出力する。
【０００９】
次いで、マイクロコンピュータ106は、電圧検出部102及び電流検出部104から検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算し、この計算されたストロークを使用者により設定されたストローク指令値と比較し、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号をトライアックTr1に出力する。
【００１０】
即ち、マイクロコンピュータ106は、上記の計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックTr1のオン期間を長くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機100に印加される電圧を増加させる。
【００１１】
また、マイクロコンピュータ106は、計算されたストロークがストローク指令値より大きいと、トライアックTr1のオン期間を短くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機100に印加される電圧を減少させる。
【００１２】
このとき、往復動式圧縮機100のモータMに印加される電圧VとストロークSとの関係を数式に表現すると次のように表される。
【００１３】
（式１）
【００１４】
【数１】
上式中、αは電気的力を機械的力に変換するモータ常数、Sはストローク、Rはモータ内部抵抗、LはモータM自体のインダクタンスを夫々示す。
【００１６】
式1において、インダクタンス電圧(VL)は逆起電力(αωS)と同程度で、往復動式圧縮機100の内部抵抗Rの電圧(Ri)は、インダクタンス電圧(VL)及び逆起電力(αωS)に比べて無視し得る程度に小さい値である。
【００１７】
従って、モータMに印加される電圧Vは、インダクタンス電圧(VL)と逆起電力(αωS）との合計により決定される。
【００１８】
従って、往復動式圧縮機のより大きなストロークを得るためには、モータに印加される電圧Vを大きくしなければならない。
【００１９】
また、このような往復動式圧縮機の効率を向上させるためには、モータMに巻線されたコイルのインダクタンスLの値を小さく設計しなければならない。
【００２０】
そこで、図7に示したように、コンデンサCをモータMに直列に連結してモータMに巻線されたコイルのインダクタンスLを相殺させることによって往復動式圧縮機の効率を向上させることができる。
【００２１】
図7は、従来の往復動式圧縮機の構成を示したブロック図である。
【００２２】
以下、コイルのインダクタンスを相殺する作用について、図7を用いて説明する。
【００２３】
モータMとコンデンサの直列回路の両端に印加される電圧Vは、下記の式で表される。
【００２４】
（式２）
【００２５】
【数２】
上式中、キャパシタンス(C)を数式に表現すると、次のようである。
【００２７】
（式３）
【００２８】
【数３】
この場合、上式中のキャパシタンス(C)とインダクタンスLは、共振を起こす値に予め設定される。
【００３０】
従って、キャパシタンス(C)とインダクタンスLとは相互に共振して相殺されるために、モータMとコンデンサの直列回路の両端に印加される電圧Vは、下記の式で表される。
【００３１】
（式４）
【００３２】
【数４】
式4のように、印加電圧Vは、インダクタンス電圧(VL)とコンデンサ電圧(VC)とが相互に共振して相殺されるために、逆起電力(αωS)と同程度の大きさを有することになるので、往復動式圧縮機は、低い印加電圧Vでも必要なストロークを得ることができる。
【００３４】
また、コンデンサに充電された電圧(VC)が印加電圧Vと同様にモータMに印加されるので小さい印加電圧でも大きいストロークを得ることができるために、過負荷対応能力が向上する。
【００３５】
このように構成された従来の往復動式圧縮機が冷蔵庫に収納されて運転される場合、冷蔵庫の運転負荷によって往復動式圧縮機100のモータMが所定のストロークを得るために必要な電圧が相違する。
【００３６】
即ち、往復動式圧縮機100のモータMは、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には電源電圧(例えばAC220)より大きい電圧が必要となり、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には電源電圧(例えばAC220)より小さい電圧が必要となる。そこで、モータのインダクタンス電圧(VL)をコンデンサ電圧(VC)により相殺してモータの必要電圧を得るための所要供給電圧(即ち、モータの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧)が電源電圧以下になるようにする。
【００３７】
そして、マイクロコンピュータ106は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、トライアックTr1のオフ(off)時間を短く調節してモータMに印加される電圧を増加させ、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、トライアックTr1のオフ時間を長く調節してモータMに印加される電圧を減少させる。
【００３８】
このとき、冷蔵庫の運転負荷によってモータMに印加される電圧による電流の波形が図8(A)、（B)に示されている。
【００３９】
即ち、図8(A)は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合の電流波形図で、図8(B)は冷蔵庫の運転負荷が小さい場合の電流波形図である。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の往復動式圧縮機においては、運転負荷が小さい場合、モータに印加される電圧を減少させるためにトライアックTr1のオフ時間を長く調節するため、高調波の損失が増加して往復動式圧縮機の効率が低下するという不都合な点があった。
【００４１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、冷蔵庫の運転負荷の変動に従ってキャパシタンスを可変にして、圧縮機の運転効率を向上させるためにモータの必要電圧を調節し得るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフされるリレー及び冷蔵庫の運転負荷によってリレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成されることを特徴とする。
【００４３】
ここで、上記のマイクロコンピュータは、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、モータに接続される第1コンデンサと、該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフされるリレー及び冷蔵庫の運転負荷によってリレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成され、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺することを特徴とする。
【００４５】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転を制御方法であって、前記冷蔵庫は、モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成され、前記トライアックのオフ時間を感知する段階と、該感知されたトライアックのオフ時間により冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、該判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有することを特徴とする。
【００４６】
また、本発明に係るリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法は、トライアックのオン/オフ動作によって、内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転を制御方法であって、前記冷蔵庫は、モータに接続された第1コンデンサと、該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成され、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように設定され、トライアックのオフ時間を感知する段階と、該感知されたトライアックのオフ時間により冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、該判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合はリレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合はリレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有し、前記第1コンデンサと第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺することを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００４８】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の構成においては、図１に示したように、設定されたストローク指令値に従い印加される電圧によりピストンのストロークを可変にすることによって、冷力を調節する往復動式圧縮機400と、往復動式圧縮機400に供給される電圧を検出する電圧検出部402と、往復動式圧縮機400に供給される電流を検出する電流検出部404と、電圧検出部402及び電流検出部404により検出された電圧及び電流により計算されたストロークとストローク指令値とを比較し、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号を出力し、運転負荷の大小を判断してそれに応じてリレー制御信号を出力するマイクロコンピュータ406と、マイクロコンピュータ406のスイッチング制御信号によってトライアックTr1をオン/オフさせて往復動式圧縮機400に電圧を印加する電圧供給部408及びマイクロコンピュータ406のリレー制御信号によってキャパシタンスを可変にすることによって往復動式圧縮機400の印加電圧を調節する電圧調節部410からなる電気回路部と、を包含して運転制御装置が構成されている。
【００４９】
ここで、電圧調節部410は、往復動式圧縮機400のモータM自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺させるためにモータMに接続された第1コンデンサC1と、この第1コンデンサC1に並列接続された第2コンデンサC2と、第2コンデンサC2に直列接続されてマイクロコンピュータ406のリレー制御信号によってオン/オフされるリレーRyと、を包含して構成される。
【００５０】
以下、上記のように構成される本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対して説明する。
【００５１】
往復動式圧縮機400は、使用者により設定されたストローク指令値に基づいてモータMに印加される電圧により上下方向に運動するピストン(図示されず）のストロークを可変にして冷力を調節する。
【００５２】
ここで、上記のストロークとは、往復動式圧縮機400内部のピストンが往復運動しながら移動する距離を示す。
【００５３】
この場合、電圧供給部408のトライアックTr1が、マイクロコンピュータ406のスイッチング制御信号によりオン期間が長くなるように制御されると、ストロークが増加する。このとき、電圧検出部402及び電流検出部404は、往復動式圧縮機400に印加される電圧及び電流を夫々検出してマイクロコンピュータ406に出力する。
【００５４】
次いで、マイクロコンピュータ406は、電圧検出部402及び電流検出部404から検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算し、この計算されたストロークをストローク指令値と比較してその比較結果に基づいてスイッチング制御信号を出力する。
【００５５】
即ち、マイクロコンピュータ406は、計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックTr1のオン時間を長くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機400のモータMに印加される電圧を増加させる。
【００５６】
また、マイクロコンピュータ406は、計算されたストロークがストローク指令値より大きいと、トライアックTr1のオン時間を短くするスイッチング制御信号を出力して往復動式圧縮機400のモータMに印加される電圧を減少させる。
【００５７】
また、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知し、このトライアックTr1のオフ時間によって冷蔵庫の運転負荷が大きいかあるいは、小さいかを判断する。
【００５８】
即ち、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された値より長いと、冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断し、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された値より短いと、冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断する。
【００５９】
この場合、往復動式圧縮機400のモータMは、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、所定のストロークを発生させるために電源電圧(例えばAC 220V)より大きい電圧を必要とし、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には、所定のストロークを得るために電源電圧(例えばAC 220V)より小さい電圧を必要とする。
【００６０】
そこで、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間によって冷蔵庫の運転負荷が大きいかあるいは小さいかを判断した後、その判断の結果に基づいて電圧調節部410のリレーRyをオン/オフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する。
【００６１】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合には、リレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を出力する。
【００６２】
次いで、電圧調節部410はマイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号によってリレーRyをオン/オフさせ、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の合成キャパシタンスを変えて等価コンデンサを調節し、それにより所定のストロークを得るためのモータMの印加電圧を調節する。
【００６３】
以下、本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の動作に対し、詳しく説明する。
【００６４】
冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部410のリレーRyがオフになるために、第1コンデンサC1のみがモータMに接続され、第1コンデンサC1の電圧がモータMに印加される。
【００６５】
この場合、モータMに印加された第1コンデンサC1のコンデンサ電圧とコイルのインダクタンス電圧とが相殺され、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧(以下、所要供給電圧と称する)は電源電圧(AC 220V)以下でそれに近い値に減少する。この場合、第1コンデンサC1のキャパシタンスはコイルのインダクタンスと共振を起こす値に予め設定される。
【００６６】
また、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部410のリレーRyはオンにされることによって、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2がモータMに接続される。
【００６７】
従って、第1コンデンサC1の第1キャパシタンスと第2コンデンサC2の第2キャパシタンスとが合成された等価キャパシタンスによるコンデンサ電圧がモータMに印加される。
【００６８】
このときは、第1キャパシタンスと第2キャパシタンスとが合成された等価キャパシタンスとモータMのインダクタンスとの共振がはずれるために、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧(所要供給電圧)は電源電圧(AC 220V)以下でそれに近い値に増加する。
【００６９】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、所望のストロークを発生するためのモータMの必要電圧が電源電圧より大きくなるために、リレーRyをオフさせることにより第1コンデンサC1による電圧とモータMのインダクタンス電圧をLC共振により相殺させる。これにより上記の所要供給電圧はモータの必要電圧より低くなり、従って、モータMは、モータの必要電圧よりも低い電源電圧により所定のストロークを得ることができるようになる。
【００７０】
また、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧が電源電圧より小さくなるために、リレーRyをオンさせ、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2による電圧によりモータMのインダクタンス電圧とのLC共振点をはずして運転する。従って、モータMは、上記の所要供給電圧を高くして、電源電圧以下でそれに近い電圧で所望のストロークを得ることができるようになる。
【００７１】
冷蔵庫の運転負荷の高低によるモータの必要電圧は図2のグラフ(b)に示したようになり、低負荷時には、モータMの必要電圧が電源電圧より小さく、高負荷時には、モータMの必要電圧が電源電圧より大きくなる。
【００７２】
そこで、グラフ(a)に一点鎖線で囲んで示したように、高負荷時には、モータMに巻線されたコイルのインダクタンス電圧と共振を起こすコンデンサ電圧を有するコンデンサを利用して、所要供給電圧、即ちモータの必要電圧とコンデンサ電圧との合成電圧をモータの必要電圧より下げて、電源電圧より低く、かつそれに近い値にしてモータMの必要電圧を得る。
【００７３】
また、低負荷時には、モータMに巻線されたコイルのインダクタンス電圧と異なる大きさのコンデンサ電圧を有するコンデンサを利用して、所要供給電圧をモータの必要電圧に近づけて、電源電圧より低い、グラフ(b)の一点鎖線で囲んで示した電圧に近い値にしてモータMの必要電圧を得る。
【００７４】
図3は、本発明の場合の、運転負荷の高低による電流の波形を示した図であり、図3(A)は、運転負荷が大きい場合の電流波形で、図3（B)は、運転負荷が小さい場合の電流波形である。
【００７５】
図3（B)に示したように、運転負荷が小さい場合、リレーRyがオンされることによって、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2により所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧が増加して、トライアックTr1のオフ時間が低減し、電流の振幅も減少する。従って、軽負荷の場合も、従来の場合(図8)のようにトライアックTr1のオフ時間が著しく大きくなり高調波が増大することはなくなる。
【００７６】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の動作を数式で表現すると、次のようである。
【００７７】
（式５）
【００７８】
【数５】
式中、Mは可動体質量[kg]を、Cfは負荷減衰係数[Ns/m]を、Kは運動系スプリング常数[N/m]を、αはモータ力-電流相関係数[N/A]を、Vは可動体速度[m/s]を、V′はVの微分値を、Iはモータに流れる運転電流[A]を、I′はIの微分値を、Rはモータ抵抗[Ω]を、Lはインダクタンス[H]を、Cはキャパシタンス[F]を、Uは印加電圧[V]を夫々示す。
【００８０】
式5は、往復動式圧縮機からトライアックの制御による非線形性を除去して線形化することによって求められた数式で、この式5をベクトルで表現し、次の式6で表されるZm, Zeを用いて表し、更に電流ベクトルIを用いて１つの数式で表すと式7のようになる。
【００８１】
（式６）
【００８２】
【数６】
（式７）
【００８４】
【数７】
往復動式圧縮機の全体インピーダンス(Zt)は、式7に示されており、この場合、インピーダンスの虚数成分が"0"になるとき、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧が最も小さくなる。
【００８６】
また、式7のように、往復動式圧縮機の運転負荷(Zm)が変化することによって、インピーダンスZtの値が変化し、それによって所定のストロークを得るためのモータの必要電圧が変化する。
【００８７】
以下、このように構成された本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の第1実施形態の運転制御方法に対し、図面を用いて説明する。
【００８８】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の第1実施形態の運転制御方法においては、図4に示したように、先ず、マイクロコンピュータ406は、往復動式圧縮機400を駆動(オン)させ(S700)、トライアックTr1のオン・オフ時間を調節してピストンのストロークを制御する(S702)。
【００８９】
次いで、マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知する(S704)と共に、リレーRyのオン/オフ状態を判断する(S706)。
【００９０】
マイクロコンピュータ406は、リレーRyがオン状態の場合(S706のYesの場合)、上記の段階(S704)で感知されたトライアックTr1のオフ時間と予め設定された高負荷判断時間(T1）とを比較する(S708)。
【００９１】
上記の比較の結果、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された高負荷判断時間(T1)より小さい場合は、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断し、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する(S710)。
【００９２】
上記のS708での比較の結果、トライアックTr1のオフ時間が予め設定された高負荷判断時間(T1)より大きいときは、リレーRyのオン状態を維持する。
【００９３】
また、マイクロコンピュータ406は、リレーがオフ状態の場合(S706のNoの場合)、感知されたトライアックTr1のオフ時間と予め設定された低負荷判断時間(T2）とを比較する(S712)。
【００９４】
ここで、予め設定された低負荷判断時間(T2）は、予め設定された高負荷判断時間(T1)より大きい時間値である。
【００９５】
上記の比較の結果、段階(S712)で、感知されたトライアックTr1のオフ時間が予め設定された低負荷判断時間(T2)より大きい場合は、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断してリレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を電圧調節部410に出力する(S714)。
【００９６】
また、比較段階(S712)で、感知されたトライアックTr1のオフ時間が予め設定された低負荷判断時間(T2)より小さい場合は、マイクロコンピュータ406は、リレーRyのオフ状態を維持する。
【００９７】
マイクロコンピュータ406は、感知されたトライアックTr1のオフ時間が低負荷判断時間(T2)と高負荷判断時間(T1)間の値である場合、リレーRyの現在状態を維持する。
【００９８】
即ち、マイクロコンピュータ406は、低負荷判断時間(T2)と高負荷判断時間(T1)の間に所定の間隔を有するようにすることにより、トライアックTr1のオフ時間が微細に変動する場合、リレーRyが不必要にオン/オフ動作することを防止する。
【００９９】
上記の場合、リレーRyのオン/オフにより所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧に対し所要供給電圧、即ちモータの必要電圧とコンデンサ電圧の合成電圧を増加あるいは減少させる動作は、前述したので、これに対する説明は、ここでは省略する。
【０１００】
本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態においては、図5に示したように、電圧調節部800が第1コンデンサC1と、この第1コンデンサC1に直列に連結された第2コンデンサC2と、第2コンデンサC2に並列に連結されたリレーRyと、を包含して構成され、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2との直列接続の合成値は往復動式圧縮機400のモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように構成され、その他は、前記の第1実施形態と同様に構成されている。
【０１０１】
以下、上記ように構成された本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態の制御方法及び動作について説明する。
【０１０２】
マイクロコンピュータ406は、トライアックTr1のオフ時間を感知し、この感知されたトライアックTr1のオフ時間により冷蔵庫の運転負荷が大きいか又は、小さいかを判断し、それによりリレーRyをオン/オフさせるためのリレー制御信号を電圧調節部800に出力する。
【０１０３】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合、リレーRyをオフさせるためのリレー制御信号を出力し、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、リレーRyをオンさせるためのリレー制御信号を出力する。
【０１０４】
次いで、電圧調節部800は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号によりリレーRyをオン/オフさせることによって、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の合成容量を変えて等価キャパシタンスを調節し、それにより所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧を調節する。
【０１０５】
以下、上記の第２実施形態の制御方法及び動作に対し、詳細に説明する。
【０１０６】
冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部800のリレーRyはオフされて、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2とが直列にモータMに接続され、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2により等価キャパシタンスC＝C1×C2/(C1+C2)の電圧がモータMに印加される。
【０１０７】
このとき、モータMに印加された等価キャパシタンスCのコンデンサ電圧とコイルのインダクタンス電圧とが相殺され、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧は電源電圧(AC 220V)と同程度の値に小さくなる。このとき、等価キャパシタンスCはコイルのインダクタンスと共振を起こす値に予め設定される。
【０１０８】
また、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、マイクロコンピュータ406から入力されるリレー制御信号により電圧調節部800のリレーRyはオンされ、それにより第1コンデンサC1がモータMに接続される。
【０１０９】
従ってこの場合は、第1コンデンサC1の電圧がモータMに印加される。このとき、第1コンデンサC1のキャパシタンスとモータMのインダクタンスとは共振からはずれるために、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧を得るための所要供給電圧は電源電圧(AC 220V)に近い値に増加する。
【０１１０】
即ち、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が大きい場合には、所望のストロークを発生するためのモータMの必要電圧が電源電圧より大きくなるために、リレーRyをオフさせることによって第1コンデンサC1と第2コンデンサC2による等価キャパシタンスC＝C1×C2/(C1+C2)の電圧とモータMのインダクタンス電圧とをLC共振により相殺させる。従って、モータの必要電圧を得るための所要供給電圧はモータの必要電圧より小さくなり、モータMはモータの必要電圧より低い電源電圧により所望のストロークを得ることができる。
【０１１１】
また、マイクロコンピュータ406は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は、所定のストロークを得るためのモータMの必要電圧が電源電圧より小さくなるために、リレーRyをオンさせ、第1コンデンサC1のコンデンサ電圧によりモータMのインダクタンス電圧とのLC共振からはずすことによって、モータMは、モータの必要電圧を得るための所要供給電圧を高めて電源電圧に近づけて所定のストロークを得ることができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、冷蔵庫の運転負荷の大小によって等価キャパシタンスを可変にし、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を調節し得るという効果がある。
【０１１３】
また、本発明は、冷蔵庫の運転負荷が小さい場合、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を増加させ、運転負荷が大きい場合、所定のストロークを得るためのモータの必要電圧を得るための所要供給電圧を減少させることによって、冷蔵庫の運転負荷の大小によるトライアックのオフ時間の変化を低減し得るという効果がある。
【０１１４】
また、本発明は、運転負荷の変動に対する往復動式圧縮機の過負荷対応特性を増加させることができることによって、往復動式圧縮機の運転効率を向上させ得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第1実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の運転負荷によるモータの所要電圧を示したグラフである。
【図３】本発明の運転制御装置の第1実施形態のモータに印加される電流の波形を示した波形図である。
【図４】本発明の運転制御装置の第1実施形態の運転制御方法を表示したフローチャートである。
【図５】本発明に係る冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置の第2実施形態の構成を示したブロック図である。
【図６】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成の例を示したブロック図である。
【図７】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成の他の例を示したブロック図である。
【図８】図7において、モータに供給される電流の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
400…往復動式圧縮機
402…電圧検出部
404…電流検出部
406…マイクロコンピュータ
408…電圧供給部
410…電圧調節部
Claims (15)
- 内部モータに印加される電圧を変えることによってストロークを可変にして冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
前記モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、
該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、
該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフするリレーと、
前記冷蔵庫の運転負荷によって前記リレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成されることを特徴とするリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記内部モータに印加される電圧を変えるトライアックのオフ時間によって前記冷蔵庫の運転負荷の大小を判断することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 前記マイクロコンピュータは、前記トライアックのオフ時間が予め設定された低負荷判断時間より大きいときは前記冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断し、前記トライアックのオフ時間が予め設定された高負荷判断時間より小さいときは前記冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断し、前記予め設定された低負荷判断時間は、前記予め設定された高負荷判断時間より大きい時間であることを特徴とする請求項2に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 前記マイクロコンピュータは、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合に前記リレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は前記リレーをオフさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 内部モータに印加される電圧を変えることによってストロークを可変にして冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
前記モータに接続される第1コンデンサと、
該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、
該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフするリレーと、
前記冷蔵庫の運転負荷によって前記リレーをオン/オフさせるための制御信号を出力するマイクロコンピュータと、を包含して構成され、
前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように設定されることを特徴とするリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。 - 前記マイクロコンピュータは、前記内部モータに印加される電圧を変えるトライアックのオフ時間によって前記冷蔵庫の運転負荷の大小を判断することを特徴とする請求項5に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 前記マイクロコンピュータは、前記トライアックのオフ時間が予め設定された低負荷判断時間より大きいときに、前記冷蔵庫の運転負荷が小さいと判断し、前記トライアックのオフ時間が予め設定された高負荷判断時間より小さいときに、前記冷蔵庫の運転負荷が大きいと判断し、前記予め設定された低負荷判断時間は、前記予め設定された高負荷判断時間より大きい時間であることを特徴とする請求項6に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 前記マイクロコンピュータは、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合に前記リレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合に前記リレーをオフさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項5に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 内部モータに印加される電圧を変えることによってストロークを可変にして冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
前記冷蔵庫の運転負荷の変動による制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
該マイクロコンピュータの制御信号によってキャパシタンスを可変にして前記モータに印加される電圧を調節する電気回路部と、
該電気回路部から印加される調節電圧によってストロークを可変にすることによって冷力を調節する往復動式圧縮機と、を包含して構成されることを特徴とするリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。 - 前記電気回路部は、
前記モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、
該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、
該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成されることを特徴とする請求項9に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。 - 前記リレーは、前記マイクロコンピュータの制御信号によって冷蔵庫の運転負荷が小さい場合にオンすることを特徴とする請求項10に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- 前記電気回路部は、
前記モータに接続される第1コンデンサと、
該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、
該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフされるリレーと、を包含して構成され、
前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように設定されることを特徴とする請求項9に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。 - 前記リレーは、前記マイクロコンピュータの制御信号によって冷蔵庫の運転負荷が小さい場合にオンすることを特徴とする請求項12に記載のリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御装置。
- トライアックのオン/オフ動作によって内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にして、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法であって、
前記冷蔵庫は、前記モータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺する第1コンデンサと、該第1コンデンサに並列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに直列に接続されてオン/オフするリレーと、を包含して構成され、
前記トライアックのオフ時間を感知する段階と、
該感知されたトライアックのオフ時間により前記冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、
前記判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は前記リレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は前記リレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有することを特徴とするリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法。 - トライアックのオン/オフ動作によって内部モータに印加される電圧により上下方向に運動するピストンのストロークを可変にして、冷力を調節する冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法であって、
前記冷蔵庫は、前記モータに接続される第1コンデンサと、該第1コンデンサに直列に接続される第2コンデンサと、該第2コンデンサに並列に接続されてオン/オフするリレーと、を包含して構成され、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの直列の組合せがモータ自体に巻線されたコイルのインダクタンスを相殺するように設定され、
前記トライアックのオフ時間を感知する段階と、
該感知されたトライアックのオフ時間により前記冷蔵庫の運転負荷の大小を判断する段階と、
該判断の結果、前記冷蔵庫の運転負荷が小さい場合は前記リレーをオンさせる制御信号を出力し、前記冷蔵庫の運転負荷が大きい場合は前記リレーをオフさせる制御信号を出力する段階と、を有することを特徴とするリニアモータが収納された冷蔵庫用往復動式圧縮機の運転制御方法。
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