Compressor control device

本発明は、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子により、モータを駆動するインバータ回路に関し、特に、冷蔵庫等に搭載される圧縮機の駆動に好適な制御装置に関するものである。

従来、この種の圧縮機の制御装置において、冷蔵庫の設定温度と庫内温度の差から決定された回転数で運転するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１は、冷蔵庫の設定温度と庫内温度から圧縮機の運転回転数を決定し、圧縮機の運転をするものである。

以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機の制御装置について説明する。

図３は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の制御装置の回路図、図４は、従来の圧縮機の制御装置のフローチャート図であり、ＤＣモータの回転数を昇降する動作を説明する。

図３において、庫内温度検知手段１は、庫内温度を検知し、設定温度検知手段２は、設定温度を検知する。 制御手段３は、庫内温度検知手段１及び設定温度検知手段２に接続されており、庫内温度検知手段１で検出した庫内温度と、設定温度検知手段２で検出した設定温度の差から圧縮機８の運転回転数を決定する。 例えば、庫内温度が設定温度より５℃以上高い合は、３６００回転、５℃〜２℃の場合は、２４００回転、２℃〜−２℃の場合は、１６００回転、２℃低い場合は、０回転を決定するものである。

ＡＣ／ＤＣ変換手段４は、商用電源５に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。 インバータ回路６は、ＡＣ／ＤＣ変換手段４に接続され、出力はＤＣモータ７に接続されている。

ＤＣモータ７は、冷蔵庫等を冷却する圧縮機８（図示せず）に組み込まれている。

インバータ回路６は、６つのスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６より構成されており、６つのスイッチング素子は三相ブリッジ接続されている。

インバータ制御手段１０は、制御手段３に接続されており、ＤＣモータ７を制御手段３で決定された回転数で運転する。

インバータ制御手段１０は、位置検出手段１１、転流手段１２、回転数制御手段１３、回転数演算手段１４、設定回転数検出手段１５、回転数比較手段１６、合成手段１７、ドライブ手段１８より構成されている。

位置検出手段１１は、ＤＣモータ７の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段１２、回転数制御手段１３、回転数演算手段１４に送出する。

転流手段１２は、位置検出手段１１の出力に応じて、合成手段１７に駆動する転流パルスを送出する。

回転数演算手段１４は、位置検出手段１１の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定したりすることにより、ＤＣモータ７の回転数を演算し、回転数比較手段１６にＤＣモータ７の運転している回転数を送出する。

一方、設定回転数検出手段１５は、制御手段３から送られてくる設定回転数を検出し、回転数比較手段１６に送出する。

回転数比較手段１６は、設定回転数が０回転であれば、回転数制御手段１３に０回転を送出し、ＤＣモータ７は停止を維持する。

また、０回転以外、例えば１６００回転であれば、回転数制御手段１３に１６００回転を送出する。 回転数制御手段１３は、ＤＣモータ７が停止状態であればＤＣモータ７を始動させる。

そして、回転数比較手段１６は、回転数演算手段１４からのＤＣモータ７の回転数と設定回転数検出手段１５からの設定回転数を比較し、ＤＣモータ７の回転数が設定回転数より小さい場合は、デューティ比を増加する出力を回転数制御手段１３に出力し、回転数制御手段１３は、デューティ比を増加させＤＣモータ７に印加される電圧を増加させることで回転数を上昇させる。

ＤＣモータ７の回転数が設定回転数より大きい場合は、デューティ比を下降する出力を回転数制御手段１３に出力し、回転数制御手段１３は、デューティ比を減少させ、ＤＣモータ７に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。

合成手段１７は、転流手段１２と回転数制御手段１３の出力の論理積をドライブ手段１８に出力し、ドライブ手段１８は、インバータ回路６を駆動する。

以上のように構成された圧縮機の制御装置について、以下その圧縮機８に組み込まれたＤＣモータ７の回転数を昇降する動作を、図４を用いて説明する。

まず、制御手段３は庫内温度検知手段１で検出した庫内温度と、設定温度検知手段２で検出した設定温度の差からＤＣモータ７の運転回転数を決定し、設定回転数としてインバータ制御手段１０に送出する。

インバータ制御手段１０はＳＴＥＰ１で設定回転数を入力する。

ＳＴＥＰ２で、設定回転数検出手段１５は入力された設定回転数が０回転かを判断し、０回転であればＳＴＥＰ３でＤＣモータ７を停止させる。 設定回転数が０回転でなければＳＴＥＰ４に進み、ＤＣモータ７が停止状態かを判断する。 ここで、ＤＣモータ７が停止状態であればＳＴＥＰ５で始動制御を行い、ＤＣモータ７を始動させる。 始動制御が終わればＳＴＥＰ６に進み、回転数演算手段１４は、位置検出手段１１の信号よりＤＣモータ７の回転数を演算し、ＳＴＥＰ７で回転数比較手段１６は、設定回転数検出手段１５で検出した設定回転数と回転数演算手段１４で演算したＤＣモータ７の回転数演算結果を比較する。

ＳＴＥＰ８で回転数演算結果が設定回転数より小さい場合はＳＴＥＰ９に進み、回転数を上昇させるために回転数制御手段１３は、デューティ比を上昇させる。

ＳＴＥＰ８で回転数演算結果が設定回転数より小さくない場合はＳＴＥＰ１０に進み、回転数演算結果が設定回転数より大きいかを判断し、大きい場合はＳＴＥＰ１１に進み、
回転数を下降させるために回転数制御手段１３はデューティ比を低下させる。

このようにして設定回転数になるように制御を行い、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行う。

しかしながら、上記従来の構成では、庫内温度と設定温度の差から圧縮機の運転回転数を決定する制御手段を持たない冷蔵庫では、圧縮機の回転数を決定することができないという課題を有していた。

これを解決するために、庫内温度によりＯＮ／ＯＦＦするサーモスタットを使用し、運転または停止信号をインバータ制御手段に入力し、インバータ制御手段は運転信号が入力されれば、低速で圧縮機の運転を開始し、一定時間が経過すれば運転回転数を上昇させるという制御方法があるが、サーモスタットの情報はＯＮ／ＯＦＦ温度のみであり、適切な運転回転数が決定できない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、庫内温度と設定温度の差から圧縮機の運転回転数を決定する制御手段を持たない冷蔵庫でも、庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行うことを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の制御装置は、圧縮機を運転するときに一定回転数で運転し、そのときのモータ電流を検出することにより冷蔵庫負荷を検出し、圧縮機の回転数を上昇させる時間を設定するので庫内負荷に応じて適切な回転数で運転を行うことができる。

本発明の圧縮機の制御装置は、冷蔵庫の負荷に応じて適切な回転数で運転を行うことができ、冷蔵庫の負荷が大きいと判断したときにはすばやく高速回転で運転し、負荷の少ないときは低速回転で省エネルギーの運転ができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の制御装置の回路図

同実施の形態１における圧縮機の制御装置のフローチャート図

特許文献１に記載された従来の圧縮機の制御装置の回路図

同従来の圧縮機の制御装置のフローチャート図

請求項１に記載の発明は、圧縮機の運転または停止信号により前記圧縮機の運転する回転数を経過時間とともに回転数を上昇させる制御装置において、前記圧縮機を運転するときに一定回転数で運転し、そのときのモータ電流を検出することにより前記圧縮機の負荷を検出し、圧縮機の回転数を上昇させる時間を変更するもので、負荷に応じて圧縮機の回転数上昇時間を設定することができる。

請求項２に記載の発明は、圧縮機の運転または停止信号を検出する運転／停止検出手段と、前記運転／停止検出手段からの出力で前記圧縮機の運転する回転数を設定する回転数設定手段と、前記圧縮機に組み込まれたモータを運転するインバータ回路と、前記モータの回転子の位置を検出すると共に位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力をもとに前記インバータ回路の動作を決定し、転流パルスを出力する転流手段と、前記圧縮機の回転数を可変にするためにキャリア周期内においてオン時間の割合であるデューティ比を調整し、電圧の制御を行う回転数制御手段と、前記転流手段の出力と前記回転数制御手段の出力により、前記インバータ回路を動作させるドライブ手段と、前記位置検出手段の出力から前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、前記回転数設定手段で設定された設定回転数と前記回転数演算手段で算出された前記モータの回転数を比較し、前記モータの回転数が設定回転数となるように前記回転数制御手段に出力する回転数比較手段と、前記インバータ回路のモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値により、回転数上昇時間の設定を行い、設定された時間になれば回転数上昇の信号を前記回転数設定手段に出力するタイマを設けたもので、運転回転数毎に回転数上昇時間を設定することができ、負荷に応じた圧縮機の回転数上昇時間を設定することができる。

請求項３に記載の内容は、請求項１または２に記載の発明において、冷蔵庫を制御するものであって、負荷に応じて圧縮機の回転数上昇時間を設定できるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、さらに、適切な冷蔵庫運転をすることができる。

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。 なお、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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の制御装置の回路図、図２は、同実施の形態１における圧縮機の制御装置のフローチャート図であり、負荷状態から圧縮機の運転回転数を決定し、圧縮機の運転する方法を説明する。

図１において、圧縮機１０８は、冷蔵庫に搭載されており、以下については、冷蔵庫の制御として説明をする。

サーモスタット１０１は、庫内温度を検出してＯＮ／ＯＦＦ動作をする。

ＡＣ／ＤＣ変換手段１０４は、商用電源１０５に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。 インバータ回路１０６は、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０４に接続され、出力はＤＣモータ１０７に接続されている。

ＤＣモータ１０７は、冷蔵庫等を冷却する圧縮機１０８に組み込まれている。

インバータ回路１０６は、６つのスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６より構成されており、６つのスイッチング素子は三相ブリッジ接続されている。

インバータ制御手段１１０はサーモスタット１０１に接続されており、ＯＮ状態でＤＣモータ１０７を運転し、ＯＦＦ状態でＤＣモータ１０７を停止する。

インバータ制御手段１１０は、位置検出手段１１１、転流手段１１２、回転数制御手段１１３、回転数演算手段１１４、運転／停止検出手段１１５、回転数比較手段１１６、合成手段１１７、ドライブ手段１１８、回転数設定手段１２０、タイマ１２１より構成されている。

位置検出手段１１１は、ＤＣモータ１０７の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段１１２、回転数制御手段１１３、回転数演算手段１１４に送出する。

転流手段１１２は、位置検出手段１１１の出力に応じて、合成手段１１７に駆動する転流パルスを送出する。

回転数演算手段１１４は、位置検出手段１１１の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定したりすることにより、ＤＣモータ１０７の回転数を演算し、回転数比較手段１１６にＤＣモータ１０７の運転している回転数を送出する。

一方、運転／停止検出手段１１５は、サーモスタット１０１から送られてくる運転か停止の信号を検出し、回転数設定手段１２０に送出する。

回転数設定手段１２０は、回転数比較手段１１６へ運転回転数を送出する。 このときサーモスタット１０１の信号が停止であれば、回転数比較手段１１６に０回転を送出し、運転信号であれば、最低回転数、例えば１６００回転の信号を送出する。

回転数比較手段１１６は、回転数制御手段１１３に１６００回転で運転するように信号を送出し、回転数制御手段１１３は、回転でＤＣモータ１０７を運転する。

回転数比較手段１１６は、ＤＣモータ１０７の回転数と回転数設定手段１２０からの設定回転数を比較し、ＤＣモータ１０７の回転数が設定回転数より小さい場合は、デューティ比を増加する出力を回転数制御手段１１３に出力する。 これに伴い、回転数制御手段１１３は、デューティ比を増加させ、ＤＣモータ１０７に印加される電圧を増加させることで回転数を上昇させる。 また、ＤＣモータ１０７の回転数が設定回転数より大きい場合、回転数比較手段１１６は、デューティ比を下降する出力を回転数制御手段１１３に出力し、これに伴って回転数制御手段１１３は、デューティ比を減少させ、ＤＣモータ１０７に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。

合成手段１１７は、転流手段１１２と回転数制御手段１１３の出力の論理積をドライブ手段１１８に出力し、ドライブ手段１１８は、インバータ回路１０６を駆動する。

また、タイマ１２１は、一定期間１６００回転運転時のモータ電流をモータ電流検出手段１２２から入力し、モータ電流が大きいときには負荷が大きいと判断し、回転数上昇までの時間を早めに設定し、モータ電流が小さいときには負荷が小さいと判断し、回転数上昇までの時間を遅めに設定する。

これは、一定回転数でＤＣモータ１０７を運転したとき、負荷が重いとモータ電流が大きくなり、負荷が軽いとモータ電流が小さくなるため、モータ電流で負荷が判断できるためである。

冷蔵庫では、庫内の食品の温度が高い、あるいは、外気温度が高い場合は、圧縮機１０８の負荷が重くなり、このときは高回転にてすばやく冷却する必要がある。 逆に、庫内の食品が十分冷えている場合、あるいは、外気温度が低い場合は、圧縮機１０８の負荷が軽くなり、このときは高回転にする必要がなく、低回転にて省エネルギー運転をするものである。

タイマ１２１は、設定時間になれば、回転数設定手段１２０に回転数上昇する信号を送出し、これに伴って回転数設定手段１２０は、回転数を上昇させる。

次に、負荷状態から圧縮機の運転回転数を決定し、ＤＣモータ１０７の運転をする動作について、図２を用いて説明する。

まず、インバータ制御手段１１０は、ＳＴＥＰ１０１でサーモスタット１０１の運転信号を入力し、運転信号か停止信号かを判断する。

停止信号であればＳＴＥＰ１１４に進み、タイマ１２１の積算時間をクリアし、ＳＴＥＰ１１５でＤＣモータ１０７を停止する。

運転信号であれば、ＳＴＥＰ１０２でＤＣモータ１０７を１６００回転で運転する。

次に、ＳＴＥＰ１０３で運転開始から一定時間経過後に１６００回転時のモータ電流を検出する。

次に、ＳＴＥＰ１０４で、例えばモータ電流が０．５Ａ以下かを判断する。 ０．５Ａ以下なら、ＳＴＥＰ１０５でタイマ時間の設定値を３０分に設定する。 ０．５Ａ超であれば、ＳＴＥＰ１０６に進み、０．６Ａ以下かを判断する。 ０．６Ａ以下なら、ＳＴＥＰ１０７でタイマ時間の設定値を２０分に設定する。 ０．６Ａ超であれば、ＳＴＥＰ１０８に進みタイマ時間の設定値を１０分に設定する。

次に、ＳＴＥＰ１０９に進み、インバータ制御手段１１０は、サーモスタット１０１の運転信号を入力し、運転信号か停止信号かを判断する。 停止信号であれば、ＳＴＥＰ１１４に進み、タイマ１２１の積算時間をクリアし、ＳＴＥＰ１１５でＤＣモータ１０７を停止する。

運転信号であれば、ＳＴＥＰ１１０でタイマ１２１の設定時間になったかを判断し、設定時間になっていなければ、ＳＴＥＰ１１１においてタイマ１２１で時間積算を行う。 設定時間になれば、ＳＴＥＰ１１２においてタイマ１２１は回転数設定手段１２０へ、回転数を例えば２４００回転に上昇するよう回転数比較手段１１６に信号を送出し、これに伴って回転数比較手段１１６は、回転数制御手段１１３にデューティ比を上昇させるように信号を送出する。

そしてＳＴＥＰ１１３でタイマ１２１をクリアし、ＳＴＥＰ１０９に戻る。

したがって、一定回転数でのモータ電流を検出することで負荷の大小を判定し、負荷が重いときには、ＤＣモータ１０７の回転数を早く上昇させ、負荷が軽いときには、ＤＣモータ１０７の回転数を上昇させることなく低回転で運転できるため、負荷に応じた運転ができる。

また、１６００回転の最低回転数からのＤＣモータ１０７の運転回転数の上昇について述べたが、１６００回転から上昇させた２４００回転の運転でも、同様にモータ電流を検出し、さらに３６００回転に上昇させる時間を負荷に応じて変化させることもできる。

また、ＤＣモータ１０７において、負荷が一定のときのモータ電流は回転数が変化しても同じになるため、一定回転数で運転する回転数を任意に選ぶことができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機の制御装置は、冷蔵庫の制御手段がなくても、負荷に応じて圧縮機の回転数を制御できるので、冷凍装置を構成する圧縮機のインバータ駆動装置や業務用、あるいは家庭用の冷蔵庫制御に有用である。

１０６ インバータ回路 １０７ ＤＣモータ １０８ 圧縮機 １１０ インバータ制御手段 １１１ 位置検出手段 １１２ 転流手段 １１３ 回転数制御手段 １１４ 回転数演算手段 １１５ 運転／停止検出手段 １１６ 回転数比較手段 １１８ ドライブ手段 １２０ 回転数設定手段 １２１ タイマ １２２ モータ電流検出手段