JP4277762B2 - Refrigerator control device - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機にブラシレスDCモータを使用した冷蔵庫の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigerator control device using a brushless DC motor as a compressor.
従来、この種の冷蔵庫の圧縮機における制御技術は、巻線と永久磁石を有する3相電動機を搭載した圧縮機を高効率で駆動するため、モータから発生するトルクに対する電流実効値を最低とすることで、巻線の銅損を低減する用にしている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the control technology in this kind of refrigerator compressor drives a compressor equipped with a three-phase motor having windings and permanent magnets with high efficiency, so that the current effective value for the torque generated from the motor is minimized. Thus, the copper loss of the winding is reduced (for example, see Patent Document 1).
図8は、特許文献1に記載された従来の冷蔵庫の制御装置を示すものである。図8に示すように、巻線と永久磁石とを有する3相電動機を搭載した圧縮機1を有し、圧縮機駆動装置2に圧縮機1が接続されている。また、圧縮機1の回転子の位置を検出するため、位置検知手段3が設けられている。
FIG. 8 shows a conventional refrigerator control device described in
圧縮機駆動装置2は、圧縮機1の無負荷誘起電圧波形と略相似波形の電流を圧縮機1に供給する電力供給手段4を有しており、電力供給手段4にはスイッチ部5とスイッチ部5の各素子の導通、非道通を制御するスイッチ制御手段6から構成されている。
The
尚、スイッチ部5は6個のスイッチ素子7,8,9,10,11,12で構成され、スイッチ素子7,8は圧縮機1のU相、スイッチ素子9,10は圧縮機V相、スイッチ素子11,12は圧縮機W相に接続されている。
The
また圧縮機1の回転数を変更するには、例えば圧縮機1のU相からV相へ電流を流す場合、スイッチ素子7,10を導通状態にするが、どちらか一方のスイッチ素子7,10をキャリア周期中の通電率(デューティー)を変え、圧縮機1への供給電圧実効値を可変するようにしている。
In order to change the rotation speed of the
以上の構成において、圧縮機1の各相通電区間の電気角を120度とし、発生するトルクに対する電流の実効値を最低とし、銅損を低減する事により、3相電動機を有する圧縮機1を高効率で運転するようにしている。さらに圧縮機1の各相通電区間の電気角を120度より大で145度以下とする事で、電流切り換えによるトルク脈動を小さくし、振動および騒音を低減するようにしている。
しかしながら、冷蔵庫の実使用を考慮すると、冷蔵庫は、朝昼夜の家事の時間帯以外は扉開閉が極端に少なく、庫内温度は冷却状態で非常に安定しているため、圧縮機回転速度が可変できるインバータ制御の冷蔵庫では、省エネのため低速で運転をしている。 However, considering the actual use of the refrigerator, the refrigerator has extremely low door opening and closing time except for housework hours in the morning and night, and the internal temperature is very stable in the cooled state, so the compressor rotation speed is variable. Inverter-controlled refrigerators that can be operated at low speeds to save energy.
しかしながら従来の技術においては、120度通電の構成をしているため、デューティー100%時に所定の最高回転数が出せるようなモータ設計が必要となり、巻線の巻数が少なくし、モータ効率を犠牲にする必要があった。 However, since the conventional technology has a 120-degree energization configuration, it is necessary to design a motor that can produce a predetermined maximum number of rotations at a duty of 100%, reducing the number of winding turns and sacrificing motor efficiency. There was a need to do.
さらに従来の構成では、特に夏季、扉開閉が頻繁に行われ、冷蔵庫の庫内温度が大きく上昇した場合や霜取り直後等で、圧縮機1を最高回転で運転し、早急に庫内温度を設定温度に戻す必要がある場合など、圧縮機の負荷が重い場合、最高回転に達しないという課題がある。
Furthermore, in the conventional configuration, the door is frequently opened and closed especially in the summer, and the
また通電角を120度から145度以下のオーバーラップ通電では、モータトルクはアップできるが、インバータのスイッチングロスが増加し、冷蔵庫の消費電力の増大につながる。さらには従来の技術のオーバーラップ通電では、120度通電の転流タイミングから、転流を遅らせるため、モータの誘起電圧位相より電流位相が遅れる事になり、電流増大によるロスも発生すると言う課題を有していた。 In addition, when the energization angle is 120 degrees to 145 degrees or less, the motor torque can be increased, but the inverter switching loss increases, leading to an increase in power consumption of the refrigerator. Furthermore, in the conventional overlapped energization, the commutation is delayed from the commutation timing of 120-degree energization, so the current phase is delayed from the induced voltage phase of the motor, and a loss due to an increase in current also occurs. Had.
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、冷蔵庫の庫内が冷却状態にあるときは、圧縮機を高効率駆動することで、冷蔵庫の消費電力を低減すると共に、庫内温度が高い場合、圧縮機を高速運転することにより、庫内の冷却を促進できる冷蔵庫の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and when the refrigerator interior is in a cooled state, the compressor is driven with high efficiency to reduce the power consumption of the refrigerator and the interior temperature is reduced. When it is high, it aims at providing the control apparatus of the refrigerator which can accelerate | stimulate cooling in a warehouse by operating a compressor at high speed.
上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫の制御装置は、スイッチ素子を通電状態にするとき、位置検出手段の位置信号に対してスイッチ部のオンするタイミングをオフするタイミングより進ませ120度以上の通電角(オーバーラップ通電)で圧縮機を駆動することで、進角制御による弱め磁束と広角通電による出力電圧の上昇との相乗効果が得られ、120度通電で駆動したときより、モータのトルクアップし、圧縮機の最高回転数を上げることが可能となる。 In order to achieve the above object, the refrigerator control device of the present invention, when the switch element is energized, advances the turn-on timing of the switch section with respect to the position signal of the position detection means by 120 degrees. By driving the compressor with the above energization angle (overlap energization), a synergistic effect of the weak magnetic flux by the advance angle control and the increase of the output voltage by the wide angle energization can be obtained. It is possible to increase the torque of the compressor and increase the maximum rotational speed of the compressor.
本発明の冷蔵庫の制御装置は、圧縮機の負荷状態、回転数等のあらゆる運転状態において、運転が可能となり、最適な運転が実現できる。 The refrigerator control device of the present invention can be operated in any operating state such as the load state and the rotational speed of the compressor, thereby realizing an optimal operation.
また、リラクタンストルクを利用する埋め込み磁石型(IPM)モータ、表面磁石型(SPM)モータ等、モータ特性の異なるモータを搭載した圧縮機に於いても幅広く利用することができる。 Further, it can be widely used in compressors equipped with motors having different motor characteristics such as an embedded magnet type (IPM) motor and a surface magnet type (SPM) motor using reluctance torque.
さらにモータトルクを低下させたモータを採用した場合でも、圧縮機を所定の最高回転数で駆動する事が出来るため、冷却性能(圧縮機の高速駆動性能)を損なうことなく、冷蔵庫の庫内を安定して冷却できるとともに、冷蔵庫の消費電力を低減することが可能となる。 Furthermore, even when a motor with reduced motor torque is used, the compressor can be driven at a predetermined maximum rotation speed, so that the inside of the refrigerator can be kept without impairing the cooling performance (high-speed drive performance of the compressor). Cooling can be performed stably, and the power consumption of the refrigerator can be reduced.
上記従来の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、ブラシレスDCモータを使用した圧縮機と、前記圧縮機に電力を供給する電力供給装置と、前記ブラシレスDCモータのロータ位置を検出する位置検出手段とを備え、前記電力供給装置は、前記位置検出手段で得られた位置信号に応じてオンまたはオフする6個のスイッチ素子で構成されるスイッチ部を有し、前記位置検出手段の位置信号に対して前記スイッチ部のオンするタイミングをオフするタイミングより進ませるようにするものであり、スイッチ素子を通電状態にするとき、位置検出手段の位置信号に対してスイッチ部のオンするタイミングをオフするタイミングより進ませ120度以上の通電角(オーバーラップ通電)で圧縮機を駆動するので、進角制御による弱め界磁と広角通電による出力電圧の上昇との相乗効果が得られ、120度通電で駆動したときより、モータのトルクアップし、圧縮機の最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめ最高回転数が決まっている場合は、従来の120度通電で使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、冷蔵庫の省エネが図れる。
また本発明の冷蔵庫の制御装置は、現在の圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、現在のスイッチ部の通電率を検出する通電率検出手段と、目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、目標回転数と現在の回転数を比較する回転数比較手段を有し、圧縮機を120度通電で駆動したとき、通電率が100%あるいは、設定された最大通電率となっても目標回転数に達しない時、スイッチ部の非通電状態から通電状態へ移行するオンタイミングを進め通電角120度以上で圧縮機を駆動するものであり、これにより特に夏季等の外気温度が高い環境で、冷蔵庫の扉開閉が頻繁に行われたり、長時間扉が開放されたり、また温度の高い食品が庫内に入れられたときなど、庫内温度が上昇、すなわち庫内負荷が上昇し、120度通電では圧縮機回転数が最高回転まで到達しない場合でも、オーバーラップ通電することで、120度通電での通電率100%の最高回転数以上の回転数で圧縮機を駆動できる様になり、庫内冷却速度の速い冷蔵庫を提供できるものである。
また本発明の冷蔵庫の制御装置は、オーバーラップ角加減算手段を有し、通電角120度で圧縮機を駆動している際、通電率が100%或いは、設定された最高ディーティーに達した場合でも、圧縮機の回転数が、目標回転数に達しない時、前記オーバーラップ角加減算手段にて、スイッチ素子のオンタイミングを徐々に進めていくことでスイッチ部の通電角を増やし、圧縮機の回転数を目標回転数に近づけるものであり、これにより、120度通電、通電角100%では圧縮機の回転数が最高回転数に達さず、オーバーラップ通電により最高回転数で圧縮機を運転する場合でも、オーバーラップ角加減算手段により、徐々にオーバーラップ角を増加していくため、オーバーラップ制御中でもより精度の高い回転数制御が可能となるとともに、最低限のオーバーラップ角での駆動を行うため、オーバーラップ通電によるインバータのスイッチングロスの増加を最小限に抑制できる結果、冷蔵庫の消費電力の増加も最小限に抑えることが可能とすることを特徴としたものである。
また本発明の冷蔵庫の制御装置は、圧縮機を、スイッチ素子のオンタイミングを進め、スイッチ部の通電角を120度以上として駆動しているとき、圧縮機回転を減速する場合は、スイッチ素子のオンタイミング徐々に遅らせていき、通電角が120度になっても、圧縮機の目標回転数に達していない時、通電率を下げていくものであり、圧縮機がオーバーラップ通電、通電率100%で運転している場合の回転数を低回転へ減速していく場合において、まずオーバーラップ角を徐々に減少させていき、オーバーラップ角が0度に達した場合、すなわち120度通電となった場合でも、設定された目標回転数より回転数が高い場合は通電率を下げていくことで目標回転数に近づけるようにしている。これにより、オーバーラップ制御により圧縮機を駆動する期間をできる限り短く出来、モータ巻線を流れる電流の通電期間を短くし、モータ巻線温度上昇を極力抑え、巻線温度上昇を抑制し圧縮機の高効率運転を実現していることを特徴としたものである。
In order to solve the above conventional problems, the invention of the refrigerator control device according to
Further, the refrigerator control device of the present invention includes a rotation speed detection means for detecting a current rotation speed of the compressor, a power supply ratio detection means for detecting a current flow ratio of the current switch unit, and a target rotation for setting a target rotation speed. When the compressor is driven at 120 ° energization, the energization rate is 100% or the set maximum energization rate. However, when the target rotational speed is not reached, the on-timing for switching from the non-energized state to the energized state of the switch unit is advanced and the compressor is driven at an energization angle of 120 degrees or more. In a high environment, when the refrigerator door is opened and closed frequently, when the door is opened for a long time, or when food with high temperature is put in the warehouse, the temperature in the warehouse rises, that is, the load in the warehouse rises. However, the pressure is 120 ° Even when the machine rotation speed does not reach the maximum rotation, by applying the overlap current, the compressor can be driven at a rotation speed higher than the maximum rotation speed of 100% energization rate at 120 degrees energization, and the internal cooling rate Can provide a fast refrigerator.
In addition, the refrigerator control device of the present invention has an overlap angle addition / subtraction means, and when the compressor is driven at a conduction angle of 120 degrees, the conduction ratio reaches 100% or the set maximum duty. However, when the rotation speed of the compressor does not reach the target rotation speed, the overlap angle addition / subtraction means gradually increases the switch element energization angle by gradually increasing the ON timing of the switch element. The rotation speed is close to the target rotation speed, so that the compressor rotation speed does not reach the maximum rotation speed at 120 ° energization and 100% conduction angle, and the compressor is operated at the maximum rotation speed by overlap energization. Even when the overlap angle is added, the overlap angle is gradually increased by the overlap angle adding / subtracting means, so that more accurate rotation speed control is possible even during overlap control. Since the drive with the minimum overlap angle is performed, the increase in switching loss of the inverter due to the overlap energization can be minimized, and the increase in power consumption of the refrigerator can be minimized. It is what.
In the refrigerator control device of the present invention, when the compressor is driven with the switch element on-timing and the switch section is driven at an energization angle of 120 degrees or more, when the compressor rotation is decelerated, The on-timing is gradually delayed, and even when the energization angle reaches 120 degrees, the energization rate is lowered when the target rotational speed of the compressor has not been reached. When the speed is reduced to a low speed when operating at%, the overlap angle is gradually decreased first, and when the overlap angle reaches 0 degrees, that is, 120 degrees energization is performed. Even in such a case, if the rotational speed is higher than the set target rotational speed, the energization rate is lowered to approach the target rotational speed. This makes it possible to shorten the period for driving the compressor by overlap control as much as possible, shorten the energization period of the current flowing through the motor winding, suppress the motor winding temperature rise as much as possible, suppress the winding temperature rise, and the compressor It is characterized by realizing high-efficiency operation.
請求項2に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1に記載の発明において、スイッチ素子を非通電状態から通電状態にする時のタイミングは、スイッチ素子を通電状態から非通電状態にするタイミングより、電気角0度以上30度以下の範囲で早く行うものであり、オーバーラップ角を電気角0度から30度の範囲で決定できるため、冷蔵庫の負荷状態や、圧縮機の回転数により、最適なオーバーラップ角を与えることが可能となり、高効率運転が必要な場合や、高速運転が必要な場合等、冷蔵庫の運転状態に合わせた最適な圧縮機の駆動が実現できる。
The invention of the refrigerator control device according to
請求項3に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明に加えて、スイッチ部の各スイッチ素子をオンさせるオンタイミング制御手段と、上記スイッチ素子をオフさせるオフタイミング制御手段を有し、前記位置検出手段の位置信号に対して前記スイッチ部のオンタイミングおよび、オフタイミングをともに進ませ、かつスイッチ素子のオンタイミングが、オフタイミングより早くすることで、スイッチ素子の通電角を電気角120度以上として圧縮機を駆動するものであり、スイッチ素子のオンからオフへの移行タイミングも進めた上で、スイッチ素子のオフからオンへの移行タイミングを、オンからオフへの移行タイミングより早く設定することで、オーバーラップ通電を行えるようにしたとともに、モータの無負荷誘起電圧より電流位相を進める(進角制御)ことが出来るようになり、IPMモータ等のリラクタンストルクを利用した効率の高いモータを搭載した圧縮機を、冷蔵庫の運転状態に応じた最適な駆動(低速駆動時は高効率運転、高速駆動時は高トルク運転)が可能となる。
In addition to the invention of
請求項4に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機の通電相の転流タイミングは、位置検出手段の位置信号に対してスイッチ部のオンタイミングを進ませる電気角とオフタイミングを進ませる電気角の和が電気角60度以下であり且つ、オンタイミングを進ませる電気角がオフタイミングを進ませる電気角以上であるものであり、進角およびオーバーラップ制御角を、電気角0度〜30度の範囲で、設定できるため、冷蔵庫の負荷状態、圧縮機の回転数および回転状態により最適な進角およびオーバーラップ角を与えることができる為、モータの負荷状態や速度により最適な進角を与える必要があるIPMモータを最適に駆動出来る様になる結果、IPMモータ、SPMモータ等のモータ仕様を選ばない制御仕様が実現できるため、様々な特性の永久磁石モータを使用した圧縮機が実現できる。
The invention of the refrigerator control device according to
請求項5に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1に記載の発明において、圧縮機の駆動が、通電角120度通電で、通電率100%または、最高通電率に到達していない時、圧縮機の回転を加速していく場合は、まず通電率を上げていくことで圧縮機回転数を目標回転数に近づけていき、通電率が100%または、最高通電率に達したとき、スイッチ素子のオンタイミングを進めていくことで、スイッチ部の通電角を増やし、圧縮機回転数を目標回転数に近づけていくものであり、このため、目標回転数で駆動するためには、120度通電を越える通電角での駆動が必要なときでも、精度の高い回転数制御が出来る結果、回転ムラ等による圧縮機の騒音増大を抑制できる結果、冷蔵庫の低騒音化が可能となる。
The invention of the refrigerator control device according to
請求項6に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明において、急速冷凍運転された時には、スイッチ素子のオンタイミングを進めることで、120度以上の通電角で圧縮機を駆動するものであり、冷蔵庫で急速冷凍運転をする場合、オーバーラップ通電で、最高回転数で圧縮機を駆動するようにしている。これにより、120度通電で圧縮機を運転する場合よりも回転数を高くすることができ、急速冷凍時の冷媒の蒸発温度を低くすることが可能となり、急速冷凍時間の短縮が可能となる。
The invention of the refrigerator control device according to claim 6 is the invention according to any one of
請求項7に記載の冷蔵庫の制御装置の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明において、冷蔵庫設置時や、冷蔵庫の電源投入時、あるいは、霜取り制御後で、庫内温度が設定温度より高い場合、スイッチ素子のオンタイミングを進め120度以上の通電角で圧縮機を運転するものであり、120度通電で圧縮機を運転したときより短時間で庫内を冷却状態にすることが可能である。
Invention of the refrigerator of the control device according to claim 7 is the invention according to any one of
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。尚、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional example or the embodiments described above, and detailed description thereof will be omitted. . The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による冷蔵庫の制御装置のブロック図である。図2は同実施の形態のスイッチ素子および位置検出手段のタイミングチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a refrigerator control device according to
尚、以降の説明に於いて、圧縮機用のモータは表面磁石型(SPM)モータとして説明する。 In the following description, the compressor motor will be described as a surface magnet type (SPM) motor.
図1において、圧縮機1は圧縮機駆動装置2により駆動される。位置検出手段3は、圧縮機1に搭載されているブラシレスDCモータ(図示せず)のロータ位置を検出するものである。
In FIG. 1, the
また、圧縮機駆動装置2には、圧縮機1へ電力を供給する電力供給装置4を備えている。電力供給装置4は、スイッチ部5とスイッチ部5を通電状態あるいは非通電状態にするスイッチ制御手段6から構成される。またスイッチ部5には6個のスイッチ素子7〜12を有している。
In addition, the
本実施の形態では、シリコン半導体を用いたIGBTを用いたものであるが、MOSFET、バイポーラ型、DGMOS、GTOなどでもよく、材質もシリコン以外にもゲルマニウム、炭化シリコン(SiC)などを使用してもよい。 In this embodiment, an IGBT using a silicon semiconductor is used, but a MOSFET, a bipolar type, a DGMOS, a GTO, or the like may be used. In addition to silicon, germanium, silicon carbide (SiC), or the like is used. Also good.
オンタイミング制御手段13は、スイッチ素子7〜12を非通電状態から通電状態に移行するタイミングを決定するもので、オフタイミング制御手段14は、スイッチ素子7〜12を通電状態から非通電状態に移行するタイミングを決定するものである。 The on-timing control means 13 determines the timing for switching the switch elements 7 to 12 from the non-energized state to the energized state, and the off-timing control means 14 shifts the switch elements 7 to 12 from the energized state to the non-energized state. The timing to perform is determined.
オンタイミング制御手段13によりスイッチ素子7〜12をオンするタイミングを、オフタイミング制御手段14によりスイッチ素子7〜12をオフするタイミングより早くすることで、オーバーラップ通電が可能となる。 By making the timing of turning on the switch elements 7 to 12 by the on timing control means 13 earlier than the timing of turning off the switch elements 7 to 12 by the off timing control means 14, the overlap energization is possible.
平滑用コンデンサ15,16は、電源17から受けた交流電源をチョークコイル18を通り、整流素子19〜22で整流された電圧を倍電圧整流している。本実施の形態では倍電圧整流を行っているが、全波整流によるDC電圧を電力供給装置4に入力する構成でも構わない。
The smoothing
次に図2のスイッチ素子7〜12の通電、非通電のタイミングと、位置検知手段3による位置検知タイミングを示したタイミングチャートを用いて本実施の形態1の動作を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described using a timing chart showing the energization / non-energization timings of the switch elements 7 to 12 in FIG. 2 and the position detection timing by the position detection means 3.
図2は、圧縮機駆動装置2に電源17(商用電源)を供給し、チョークコイル18を通り、整流素子19〜20と平滑用コンデンサにより倍電圧整流したDC電圧をスイッチ部5に入力し、圧縮機1を駆動したときの、スイッチ制御手段5でスイッチ部5内に設けられたスイッチ素子7〜12のオンまたはオフ動作と、位置検知手段3により得られた位置検知信号取得タイミングを示したものである。
In FIG. 2, a power source 17 (commercial power source) is supplied to the
本タイミングチャートのUp、Vp、Wp、Un、Vn、Wnは、図1におけるスイッチ素子7,9,11,8,10,12の動作タイミングにそれぞれ対応する。本実施の形態では、タイミングチャートでハイ状態の位置が、スイッチ素子が通電状態であり、また、Up、Vp、Wpの上アーム側、すなわちスイッチ素子7,9,11を通電区間内で通電、非通電を繰り返すPWM通電により、通電率を変え、モータ巻線に印加される電圧の実効値を変える構成としている。
Up, Vp, Wp, Un, Vn, and Wn in this timing chart correspond to the operation timings of the
位置検知手段3による位置信号取得タイミングは、モータ誘起電圧のゼロクロスポイントを検出し、位置信号としている。オンタイミング制御手段13、オフタイミング制御手段14とも、120度通電、進角0度で転流する場合は、位置信号を取得から電気角30度後にモータの通電相を切り換える転流動作を行う。 The position signal acquisition timing by the position detection means 3 is a position signal obtained by detecting a zero cross point of the motor induced voltage. When both the on-timing control means 13 and the off-timing control means 14 are commutated at 120 degrees energization and at an advance angle of 0 degrees, a commutation operation is performed to switch the energized phase of the motor 30 electrical degrees after obtaining the position signal.
本実施の形態では、この転流動作において、スイッチ素子7〜12をオフ状態からオン状態にする場合は、進角0度から最大30度、すなわちスイッチ素子7〜12をオンするタイミングは、位置信号取得直後の0度(進角30度)から電気角30度(進角0度)経過までの範囲とし、スイッチ素子7〜12をオン状態からオフ状態に移行するタイミングは、位置信号取得後30度(進角0度)とすることでスイッチ素子7〜12をオフからオン状態に移行するタイミングの進角分がオーバーラップ通電角となり、120度通電で圧縮機1を駆動した場合より高い回転数で駆動できる構成となっている。
In the present embodiment, in the commutation operation, when switching the switch elements 7 to 12 from the off state to the on state, the advance angle is 0 degree to a maximum of 30 degrees, that is, the timing for turning on the switch elements 7 to 12 is the position. The timing of shifting the switch elements 7 to 12 from the ON state to the OFF state is from after the position signal is acquired, within a range from 0 degrees (advance angle 30 degrees) immediately after signal acquisition to 30 degrees electrical angle (advance angle 0 degrees). By setting 30 degrees (advance angle 0 degrees), the advance angle of the timing at which the switch elements 7 to 12 are switched from the OFF state to the ON state becomes the overlap energization angle, which is higher than when the
また、図3は本実施の形態1のスイッチ素子および位置検出手段のタイミングチャートであり、本タイミングチャートでは、スイッチ素子7〜12がオンからオフへの移行の際にも進角制御し、オンタイミング制御手段13によるスイッチ素子7〜12がオフからオンへの移行する時の進角と、オフタイミング制御手段14によるスイッチ素子7〜12がオンからオフタイミングへ移行する時の進角との和が電気角60度以下で、スイッチ素子7〜12のオンタイミングの進角がオフタイミングの進角より大きく、且つオンタイミング、オフタイミングの進角はそれぞれ電気角30度以下とすることで、オーバーラップ通電制御と進角制御を併せ持つ制御ができる構成としている。 FIG. 3 is a timing chart of the switch element and position detecting means of the first embodiment. In this timing chart, the advance angle control is performed even when the switch elements 7 to 12 are switched from on to off, The advance angle when the switch elements 7 to 12 are switched from OFF to ON by the timing control means 13 and the advance angle when the switch elements 7 to 12 are switched from ON to OFF timing by the OFF timing control means 14 When the electrical angle is 60 degrees or less, the advance timing of the switch elements 7 to 12 is larger than the advance timing of the off timing, and the advance timing of the on timing and off timing is 30 degrees or less, respectively. It is configured to be able to perform control having both lap energization control and advance angle control.
従って、IPMモータの様にマグネットトルクとリラクタンストルクを併用して駆動するモータ等にも適応可能となる。 Therefore, the present invention can be applied to a motor that is driven by using a combination of magnet torque and reluctance torque, such as an IPM motor.
以上のように本実施の形態1の冷蔵庫の制御装置は、ブラシレスDCモータを使用した圧縮機1と、圧縮機1に電力を供給する電力供給手段4と、電力供給手段4内に設けた66個のスイッチ素子7〜12で構成されるスイッチ部5と、圧縮機1のローター位置を検出する位置検出手段3と、圧縮機1の通電相を変えるために、スイッチ部5の通電または非通電のタイミングを決定するオンタイミング制御手段13およびオフタイミング制御手段14を有し、スイッチ素子7〜12を通電状態にするとき、位置検出手段3の位置信号に対してスイッチ部5のオンするタイミングをオフするタイミングより進ませ120度以上の通電角(オーバーラップ通電)で圧縮機1を駆動することで、進角制御による弱め界磁と広角通電による出力電圧の上昇との相乗効果が得られ、120度通電で駆動したときより、モータのトルクアップし、圧縮機1の最高回転数を上げることが可能となる。
As described above, the refrigerator control device according to the first embodiment includes the
また、あらかじめ最高回転数が決まっている場合は、従来の120度通電で使用するモータより効率の高いモータを圧縮機1に使用することが可能となり、冷蔵庫の消費電力を低減できるようになる。
In addition, when the maximum number of rotations is determined in advance, it is possible to use a motor with higher efficiency than the conventional motor that is used by 120-degree energization for the
さらに、スイッチ素子のオンからオフへの移行タイミングも進めることが可能なため、スイッチ素子のオフからオンへの移行タイミングを、オンからオフへの移行タイミングより早く設定することで、オーバーラップ通電を行えるため、IPMモータの様に、マグネットトルクとリラクタンストルクを併用して駆動するモータにも適応可能となる。 Furthermore, it is possible to advance the switching timing of the switch element from on to off, so the overlap energization can be performed by setting the switching timing of the switching element from off to on earlier than the transition timing from on to off. Therefore, it can be applied to a motor that is driven by using both a magnet torque and a reluctance torque like an IPM motor.
(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2による冷蔵庫の制御装置のブロック図であり、図5は、同実施の形態による冷蔵庫の制御装置の動作フローチャートである。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram of a refrigerator control device according to
図4において、回転数検出手段23は、位置検知手段3から得た位置信号から現在の圧縮機1の回転数を検出する。また、通電率検出手段24は、スイッチ制御手段6から、現在のPWM制御の通電率を検出することで、通電率が100%あるいは最高通電率に達したとき、オンタイミング制御手段13およびオフタイミング制御手段14の進角を設定し、オーバーラップ通電が可能となる。
In FIG. 4, the rotation speed detection means 23 detects the current rotation speed of the
また目標回転数設定手段25は、外気温度情報や、庫内温度情報、霜取り制御情報や、扉開閉回数および扉開閉時間、急速冷凍制御指令といった冷蔵庫内外の情報から、圧縮機1の駆動回転数を決定し、目標回転数として設定する。回転数比較手段26は、現在の圧縮機1の回転数と目標回転数を比較し、現在回転数が目標回転数に到達したかどうかを確認するものである。
Further, the target rotation speed setting means 25 drives the rotation speed of the
本実施の形態2の構成にすることで、急速冷凍制御がスタートされた場合、または霜取り制御終了直後、あるいは扉開閉が頻繁に行われた場合、または、庫内清掃のため、扉が長時間開放された時、冷蔵庫設置直後等で庫内を急速冷却する必要がある場合、オーバーラップ制御により、120度通電時より圧縮機を高回転で運転でき、庫内の冷却時間を短縮できる。 By adopting the configuration of the second embodiment, when quick freezing control is started, immediately after the end of defrosting control, when door opening and closing is frequently performed, or for cleaning the interior, the door is kept for a long time. When it is necessary to quickly cool the inside of the refrigerator immediately after the refrigerator is installed, the compressor can be operated at a higher speed than when 120 degrees energized by the overlap control, and the cooling time in the refrigerator can be shortened.
次に図4のブロック図及び、図5のフローチャートを用いて、動作を説明する。まずstep101で、外気温度情報や、庫内温度情報、霜取り制御、扉開閉情報、扉開放時間、急速冷凍制御等といった冷蔵庫内外の情報に基づいて、目標回転数設定手段25が圧縮機1の目標回転数をセットし、step102で、位置検知手段3により得られた位置信号を基に、回転数検出手段23で、現在の圧縮機1の回転数を検出する。
Next, the operation will be described with reference to the block diagram of FIG. 4 and the flowchart of FIG. First, at step 101, the target rotation speed setting means 25 sets the target of the
次のstep103では、回転数検出手段23で得た圧縮機1の現在回転数と、目標回転数設定手段25で設定された圧縮機1の目標回転数とを比較し、目標回転数が現在回転数より小さい場合は終了し、目標回転数が現在回転数より大きい場合は、step104に進む。
In the next step 103, the current rotational speed of the
step104では、通電率検出手段24により、スイッチ素子7〜12の通電率を検出する。スイッチ素子7〜12の通電率が100%あるいは最高通電率(例えば99%)に達した場合は、step105に進み、オンタイミング制御手段13により、スイッチ素子7〜12がオフ状態からオン状態に移るオンタイミングを進めることでオーバーラップ通電を行う。また、スイッチ素子7〜12の通電率が100%未満あるいは最高通電率未満(例えば99%)である場合は、step106に進み、通電率を増加していく。 In step 104, the energization rate of the switch elements 7 to 12 is detected by the energization rate detection means 24. When the energization rate of the switch elements 7 to 12 reaches 100% or the maximum energization rate (for example, 99%), the process proceeds to step 105, and the on-timing control means 13 causes the switch elements 7 to 12 to shift from the off state to the on state. Overlap energization is performed by advancing the on timing. When the energization rate of the switch elements 7 to 12 is less than 100% or less than the maximum energization rate (for example, 99%), the process proceeds to step 106 and the energization rate is increased.
以上のように、本実施の形態の冷蔵庫の制御装置は、圧縮機1と、位置検知手段3と、スイッチ部5及び前記スイッチ部5内に設けたスイッチ素子7〜12、スイッチ制御手段6、オンタイミング制御手段13、オフタイミング制御手段14、回転数検出手段23、通電率検出手段24、目標回転数設定手段25、回転数比較手段26とから構成され、回転数比較手段26により現在回転数と目標回転数とを比較し、その比較結果で現在回転数が目標回転数より遅く、通電率検出手段24により検出したスイッチ素子7〜12の通電率が100%あるいは最高通電率(例えば99%)に到達した場合のみオーバーラップ通電を行うようにしたため、120度通電の最高通電率での駆動時より高い回転数で圧縮機を駆動することが出来る。
As described above, the refrigerator control device according to the present embodiment includes the
さらに、外気温度、庫内温度、霜取り制御、扉開閉回数、扉開放時間、急速冷凍制御等の冷蔵庫内外の情報及び、使用状況等の情報から圧縮機の目標回転数を設定するため、庫内を早急に冷却する必要がある場合、120度通電で最高通電率で駆動可能な回転数以上の目標回転数を設定し、オーバーラップ通電で駆動することが出来る。 Furthermore, in order to set the target number of rotations of the compressor from information such as inside and outside the refrigerator such as outside temperature, inside temperature, defrost control, door opening / closing times, door opening time, quick freezing control, etc. and information such as usage status, When it is necessary to quickly cool the motor, it is possible to set the target rotational speed that is higher than the rotational speed that can be driven at 120 ° energization at the maximum energization rate and drive by overlap energization.
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3による冷蔵庫の制御装置のブロック図であり、図7は同実施の形態による冷蔵庫の制御装置の動作フローチャートである。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a block diagram of a refrigerator control device according to
図6において、オーバーラップ角加減算手段27は、オンタイミング制御手段13によりスイッチ素子がオフからオンに移行するタイミングを増減することで、オーバーラップ角を調整するものである。 In FIG. 6, the overlap angle addition / subtraction means 27 adjusts the overlap angle by increasing / decreasing the timing at which the switch element shifts from OFF to ON by the ON timing control means 13.
通電率決定手段28は、オーバーラップ通電で圧縮機を駆動している場合は、通電率を100%または最高通電率に設定し、オーバーラップ通電されていない場合は、圧縮機の回転数を目標回転数に近づけるため、通電率を増減するものである。 The energization rate determining means 28 sets the energization rate to 100% or the maximum energization rate when the compressor is driven by overlap energization, and sets the rotation speed of the compressor as the target when the overlap energization is not performed. In order to approach the rotational speed, the energization rate is increased or decreased.
以下、本発明の実施の形態3について図6のブロック図及び、図7のフローチャートを用いその動作を説明する。 The operation of the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the block diagram of FIG. 6 and the flowchart of FIG.
まず、step201で、外気温度、庫内温度、霜取り制御、扉開閉回数、扉開放時間、急速冷凍制御等の冷蔵庫内外の情報や使用状況により目標回転数設定手段25に圧縮機の目標回転数を設定し、stepで202で、位置検知手段3で得た位置信号に基づき回転数検出手段23により圧縮機の現在回転数を検出する。 First, at step 201, the target rotational speed of the compressor is set to the target rotational speed setting means 25 according to information inside and outside the refrigerator such as outside air temperature, internal temperature, defrost control, door opening / closing frequency, door opening time, quick freezing control, and the like. In step 202, based on the position signal obtained by the position detection means 3, the rotation speed detection means 23 detects the current rotation speed of the compressor.
step203では、回転数比較手段26で現在の回転数と目標回転数が一致しているかを判断し、一致している場合はstep201に戻り以降その処理を繰り返す。また現在の回転数と目標回転数が一致しない場合は、step204で回転数比較手段26での結果が、目標回転数より現在回転数が遅い場合は、step205に進む。 In step 203, the rotation speed comparison means 26 determines whether or not the current rotation speed and the target rotation speed match. If they match, the process returns to step 201 and repeats the processing thereafter. If the current rotational speed does not match the target rotational speed, if the result of the rotational speed comparison means 26 in step 204 is slower than the target rotational speed, the process proceeds to step 205.
step205では、通電率検出手段によりスイッチ素子7〜12の通電率を判断し、通電率が100%あるいは最高通電率(たとえば99%)に未到達の場合は、step209に進み、通電率決定手段28により現在の通電率からn%(たとえば0.5%)上げ、step201に戻り以降、この動作を繰り返す。 In step 205, the energization rate of the switch elements 7 to 12 is determined by the energization rate detection means. If the energization rate has not reached 100% or the maximum energization rate (for example, 99%), the process proceeds to step 209 and the energization rate determination means 28 As a result, the current energization rate is increased by n% (for example, 0.5%), and the process returns to step 201 and thereafter this operation is repeated.
また通電率が100%あるいは最高通電率(たとえば99%)に到達した場合は、step206に進み、現在のオンタイミングの進角が、30度以下の場合は、step207でオーバーラップ角加減算手段27によりオンタイミングの進角に電気角a度(たとえば電気角1度)進めることで、オーバーラップ通電角を増加する。
If the energization rate reaches 100% or the maximum energization rate (for example, 99%), the process proceeds to step 206. If the advance angle of the current on-timing is 30 degrees or less, the overlap angle adding / subtracting unit 27 at step 207 The overlap energization angle is increased by advancing the electrical angle a degrees (for example,
また、オンタイミング進角が電気角30度以上の場合は、step208でオンタイミングの進角を30度に設定し、step201に戻り以降この動作を繰り返す。 If the on-timing advance angle is 30 degrees or more, the on-timing advance angle is set to 30 degrees in step 208, and the operation returns to step 201 and this operation is repeated.
また、step204で目標回転数より現在回転数が早い場合は、step210に進み、オンタイミングの進角制御中か、すなわちオーバーラップ通電中かを判断し、オーバーラップ通電中でない場合は、step214でオーバーラップ角加減算手段27により通電率をm%(たとえば1%)減少することで現在回転数を目標回転数に近づけるようにする。以降はstep201に戻り同動作を繰り返す。 If the current rotational speed is faster than the target rotational speed in step 204, the process proceeds to step 210, where it is determined whether the on-timing advance angle control is being performed, that is, whether the overlap energization is being performed. The energization rate is decreased by m% (for example, 1%) by the lap angle addition / subtraction means 27 so that the current rotation speed approaches the target rotation speed. Thereafter, the process returns to step 201 and repeats the same operation.
また、step210でオーバーラップ通電中である場合は、step211に進み現在のオンタイミングの進角が0度に到達していないかを判断する。オンタイミングの進角が0度以下(0度に到達)の場合はオンタイミングの進角を0度に設定し(step213)0度に到達していない場合は、オンタイミングの進角から電気角b度(たとえば1度)減少することで、オーバーラップ通電角を減らし、目標回転数に近づけていく。以降step201に戻り同動作を繰り返す。 If the overlap energization is being performed at step 210, the process proceeds to step 211 to determine whether the advance angle of the current on-timing has reached 0 degrees. If the on-timing advance is 0 degrees or less (reaches 0 degrees), the on-timing advance is set to 0 degrees (step 213). If the on-timing advance is not 0 degrees, the electrical angle is calculated from the on-timing advance. By decreasing b degrees (for example, 1 degree), the overlap energization angle is decreased and approaches the target rotational speed. Thereafter, returning to step 201, the same operation is repeated.
以上のように本実施の形態の冷蔵庫の制御装置は、圧縮機1と、位置検知手段3と、スイッチ部5及びスイッチ部5内に設けたスイッチ素子7〜12、スイッチ制御手段6、オンタイミング制御手段13、オフタイミング制御手段14、回転数検出手段23、通電率検出手段24、目標回転数設定手段25、回転数比較手段26とオーバーラップ角加減算手段27と通電率決定手段28とから構成され、スイッチ素子7〜12の通電率を検出し、圧縮機1の現在の回転数と目標回転数とを比較し、現在回転数が目標回転数より遅い場合で、通電率が100%に到達していない場合は通電率を上昇し、通電率が100%に到達している場合はオーバーラップ角を徐々に増加し現在回転数を目標回転数に近づけていく。
As described above, the refrigerator control apparatus according to the present embodiment includes the
また現在回転数が目標回転数より速い場合でオーバーラップ通電中の場合は、オーバーラップ角を徐々に減少させ目標回転数に近づけ、オーバーラップ通電中でない場合はスイッチ素子7〜12の通電率を徐々に減少させることで現在回転数を目標回転数に近づけるようにしている。 Also, when the current rotational speed is faster than the target rotational speed and the overlap energization is in progress, the overlap angle is gradually decreased to approach the target rotational speed. By gradually decreasing, the current rotational speed is made closer to the target rotational speed.
これにより、現在回転数と目標回転数との偏差により最適なオーバーラップ通電角が得られるようになり、オーバーラップ通電中でも目標回転数に対し精度の高い回転数制御が実現できる。 As a result, the optimum overlap energization angle can be obtained by the deviation between the current rotation speed and the target rotation speed, and high-precision rotation speed control with respect to the target rotation speed can be realized even during overlap energization.
以上のように、本発明にかかる冷蔵庫の制御装置は、圧縮機の高効率駆動、高速駆動、低騒音駆動を行い、冷蔵庫の低消費電力、冷却速度の短縮、低騒音化を行うため、圧縮機を使用する機器(自動販売機、食品ショーケース、業務用冷蔵庫、エアコン、除湿器等)全般に適用することができる。 As described above, the refrigerator control device according to the present invention performs high-efficiency driving, high-speed driving, and low-noise driving of the compressor, and reduces the power consumption, cooling speed, and noise reduction of the refrigerator. It can be applied to all devices that use the machine (vending machines, food showcases, commercial refrigerators, air conditioners, dehumidifiers, etc.).
1 圧縮機
2 圧縮機駆動装置
5 スイッチ部
7,8,9,10,11,12 スイッチ素子
13 オンタイミング制御手段
14 オフタイミング制御手段
23 回転数検出手段
24 通電率検出手段
25 目標回転数設定手段
26 回転数比較手段
27 オーバーラップ角加減算手段
28 通電率決定手段
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