(57)【要約】【課題】ファンモータの駆動可能な回転数範囲を大きくすると共に、全回転数領域に亘りファンモータの消費電力量を低減できるファンモータ駆動装置を提供する。【解決手段】冷却室ファンモータ制御装置１３７は、ファンモータの回転数を決定するファンモータ回転数設定手段１５０と、決定した回転数からファンモータに出力する電源パルスを算出する演算手段１５１と、パルスの振幅電圧印加し電源を供給する電源電圧出力手段１５２と、パルスのデューティ比を制御するするデューティ制御信号出力手段１５３とを備えたことにより、パルス振幅のみまたはデューティ比のみの制御よりも広範囲の回転数でファンモータを回転させることができ、また、低回転時もデューティ比を高く保つことができるため、ＯＦＦ時のロスを低減できモータ効率を向上させることで、ファンモータの消費電力量を低減することができる。【選択図】図５
2014112987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンモータと、前記ファンモータの運転を制御するファンモータ制御装置とを備え、前記ファンモータ制御装置は、前記ファンモータの回転数を決定する回転数設定手段と、決定した回転数から前記ファンモータに出力する電源パルスを算出する演算手段と、前記ファンモータに電源を供給する電源電圧出力手段と、パルスのデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を出力するデューティ制御信号出力手段とを備えたことを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記ファンモータが前記回転数設定手段によって出力された回転数を実現できる最小パルス振幅を選択し、前記電源電圧出力手段は前記最小パルス振幅となる振幅制御電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ファンモータ駆動装置は、前記ファンモータが使用する直流電源を生成する電源装置と、前記直流電源を使用する少なくとも一つの負荷装置と、前記負荷装置の運転を制御する負荷制御装置とを備え、前記負荷装置が運転しているときには前記ファンモータを起動せず、前記負荷装置の運転が終了した後に前記ファンモータを起動することを特徴とする請求項１または２に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ファンモータ制御装置は、前記負荷装置が前記最小パルス幅の電圧を有する直流電源を使用しているときには、前記ファンモータを前記最小パルス幅より一段階大きなパルス幅で駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ファンモータ制御装置は、前記ファンモータの回転数を検知する回転数検知手段を備え、前記演算手段は前記回転数設定手段と前記回転数検知手段とのフィードバック演算によりパルスを算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項６】
前記回転数検知手段の検知タイミングは、前記ファンモータ起動時とすることを特徴とする請求項５に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項７】
前記回転数検知手段の検知タイミングは、前記ファンモータ駆動装置の電源投入時の前記ファンモータ初回起動時の一回限りとし、フィードバック制御の内容を不揮発性メモリに記憶させることを特徴とする請求項５に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項８】
前記電源電圧出力手段および前記デューティ制御信号出力手段は前記演算手段の出力に寄らず、前記ファンモータの起動時はそれぞれの最大電圧を出力し、一定時間経過後から前記演算手段の出力に応じた電圧を出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のファンモータ駆動装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のファンモータ駆動装置を具備した冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンモータの回転数をパルス振幅とデューティ比の両方で制御する手段を備えたファンモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭用冷蔵庫では、外気温の高低や使用による扉開閉の多少に関係なく、庫内を一定温度に保つ必要があるため、時により必要とされる冷却能力が異なるため、冷蔵庫の運転状況に応じて庫内のファンモータの回転数を可変制御している。従来の冷蔵庫では、直流ファンモータを用いファンモータに印加する直流電源を変動させることで、運転状況に応じて回転数を変化させている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来の冷蔵庫におけるファンモータの駆動装置を説明する。
【０００４】
図１１は、特許文献１記載の冷蔵庫のファンモータ駆動装置のブロック図である。図１１に示すように、電源３１、変圧器３２、単一入力／多出力整流器３３、温度センサ３４、温度補償器３５、制御部３６、切替部３７、及びファンモータ３８から構成される。
【０００５】
以上のように構成されたファンモータ駆動装置について、以下その動作を説明する。
【０００６】
図１１において、変圧器３２は、電源３１から供給される交流電圧を所定の交流電圧に降下させて整流器３３に供給する。整流器３３は、変圧器３２から出力される交流電圧を複数個の直流電圧に変換させるが、ここでは、例えば所定の交流電圧に対して、２５Ｖ、１７Ｖ、１２Ｖの直流電圧を出力し、前記出力される直流電圧の数と値とは容易に可変できる。
【０００７】
温度センサ３４は、冷蔵庫（図示せず）の内部に少なくとも一つ以上設けられて、内部温度を感知して温度補償器３５に供給する。温度補償器３５は、温度センサ３４により感知された内部温度を冷蔵庫の実際の内部温度に補正して制御部３６に供給する。制御部３６では、温度補償器３５により補正された内部温度に基づき冷蔵庫の冷却負荷量を判断し、前記判断された冷却負荷量に応じる制御信号を切替部３７に供給する。
【０００８】
切替部３７では、制御部３６から供給される制御信号に応じて整流器３３の複数個の直流電圧のうち該当する直流電圧に切り替えて、ファンモータ３８に供給する。ファンモータ３８は、印加される直流電圧に応じて回転数が可変され、冷却ファンモータ（図示せず）を高速、正常、低速運転させたり、運伝を停止させたりする。
【０００９】
以上のように、従来の冷蔵庫では、冷蔵庫内部温度から冷却負荷を検知し、その負荷量に応じて直流電圧を変更することによりファンモータ３８の回転数を変化させることができるファンモータ駆動装置を提供する。
【００１０】
また、図１２は、特許文献２記載のファンモータ駆動装置のブロック図である。図１２に示すように、ファンモータ４０は、モータ駆動装置４１と、外部コントローラ４２とによって制御される。
【００１１】
以上のように構成されたファンモータ駆動装置について、以下その動作を説明する。
【００１２】
外部コントローラ４２は、パルス幅変調された制御信号Ｖｐｗｍを生成する。外部コン
トローラ４２は、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を、ファンモータ４０の目標回転数に応じて変化させる。ファンモータ４０の回転数を上げる場合、外部コントローラ４２は制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を大きくし、ファンモータ４０の回転数を下げる場合は、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を小さくする。ファンモータ４０を停止させる場合、外部コントローラ４２は制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を実質的に０とし、制御信号Ｖｐｗｍをハイレベルまたはローレベルに固定する。
【００１３】
モータ駆動装置４１は、外部コントローラ４２から入力された制御信号Ｖｐｗｍに応じて、ファンモータ４０を駆動する第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２をそれぞれ出力し、ファンモータ４０のコイル電流が制御され回転が調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１８５３９８号公報
【特許文献２】特開２００９−５５７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１記載のファンモータ駆動装置のように、ファンモータに印加する直流電圧を切り替えることで回転数を変化させる制御では、変圧器が出力できる電圧のみしか印加することができず、細かく回転数を調整することは難しいという問題があった。例えば冷蔵庫は、外気温や扉開閉、庫内の温度設定、食品の量など多くの条件が複雑に関係して必要な冷却能力が決まるため、冷却ファンモータの回転数制御は精密さを要求され、より段階の多い制御方法が必要であるが、この制御において段階を増やすということは、変圧器で出力される直流電圧の数を増やすこととなり、単純に回路が複雑化しコストが高くなるだけでなく、降圧回路による消費電力量の損失が大きくなる。また、ファンモータは一般的に回転数の固体バラツキが大きく、所定の電圧を印加したときの回転数は一つ一つ異なるが、変圧器による電源電圧変更の制御では、固体による差を調節することができず品質を安定させることができない。
【００１６】
ここで、特許文献２記載のファンモータ駆動装置のように、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行うことで、精密な回転数制御が可能となる。しかしながら、駆動電圧電源が一つであることから、想定できる最大の必要回転数を実現できる電源電圧を使用するため、日常的に良く使用する回転数においては大きすぎる電源電圧になりがちである。つまり、日頃はデューティ比を小さくして使用することになるが、ＰＷＭ制御では、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦの切換えロスやＯＦＦ時の電力消費により、デューティ比が小さいとき程回路の電力効率が低下する。従って、ＰＷＭ制御を使用した場合でも、使用頻度の少ない最大回転数を実現するために、日常的には消費電力量が増加するという問題があった。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電力効率を損なうことなく、広い回転数選択範囲のなかで、精密に回転数制御を行うことができるファンモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のファンモータ駆動装置は、ファンモータと、前記ファンモータの運転を制御するファンモータ制御装置とを備え、前記ファンモータ制御装置は、前記ファンモータの回転数を決定する回転数設定手段と、決定した回転数から前記ファンモータに出力するパルスを算出する演算手段と、パルスの振幅を制御するする電源電圧出力手段と、パルスのデューティ比を制御するするデューティ制御信号出力手
段とを備えたものである。
【００１９】
これにより、ファンモータに印加する電源電圧を変化させて回転数を制御するため、１つの電源電圧を使用する場合よりも実現できるファンモータの回転数範囲を広くできる。また、電源電圧と同時にデューティ比を変化させて回転数を制御できるため、電源電圧のみによる制御よりも精密に回転数を制御することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のファンモータ駆動装置は、電源電圧とデューティ比との組合せを選択することができるため、回転数に合わせてデューティ比の大きい回路を選択することで、ＯＦＦ時の消費電力を抑制し常に効率の良い運転をすることができる。逆にデューティ比の小さい回路を選択することで、急激に回転数を上昇させる制御をすることができるなど使用状況に合わせた制御ができるファンモータ駆動装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷蔵庫の正面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図
【図３】同実施の形態１における冷蔵庫の上部背面図
【図４】同実施の形態１における冷蔵庫の直流電源系統のブロック図
【図５】同実施の形態１におけるファンモータ駆動装置のブロック図
【図６】同実施の形態１における通常ファンモータ運転のフローチャート
【図７】同実施の形態１における冷却室ファンモータ起動制御のフローチャート
【図８】同実施の形態１における冷却室ファンモータの回転数特性図
【図９】ＤＣファンモータの消費電力量グラフ
【図１０】本発明の実施の形態２における冷蔵庫電源投入時のフローチャート
【図１１】特許文献１記載のファンモータ駆動装置のブロック図
【図１２】特許文献２記載のファンモータ駆動装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータの運転を制御するファンモータ制御装置とを備え、前記ファンモータ制御装置は、前記ファンモータの回転数を決定する回転数設定手段と、決定した回転数から前記ファンモータに出力する電源パルスを算出する演算手段と、前記ファンモータに電源を供給する電源電圧出力手段と、パルスのデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を出力するデューティ制御信号出力手段とを備えたことにより、ファンモータに印加する電源電圧を変化させて回転数を制御するため、１つの電源電圧を使用する場合よりも実現できるファンモータの回転数範囲を広くできる。また、電源電圧と同時にデューティ比を変化させて回転数を制御できるため、電源電圧のみによる制御よりも精密に回転数を制御することができる。さらに、電源電圧とデューティ比との組合せを選択することができるため、回転数に合わせてデューティ比の大きい回路を選択することで、ＯＦＦ時の消費電力を抑制し常に効率の良い運転をすることができる。逆にデューティ比の小さい回路を選択することで、急激に回転数を上昇させる制御をすることができるなど使用状況に合わせた制御ができるファンモータ駆動装置を提供することが可能となる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記演算手段は、前記ファンモータが前記回転数設定手段によって出力された回転数を実現できる最小パルス振幅を選択し、前記電源電圧出力手段は前記最小パルス振幅となる振幅制御電圧を出力することを特徴とするものである。これにより、目標回転数を実現できるパルス振幅とデューティ比の組合せの中で最もデューティ比の大きい組合せを選択することになるため、ＯＦＦ時の消費電力を抑制し最も効率の高い運転をすることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記ファンモータ駆動装置は、前記ファンモータが使用する直流電源を生成する電源装置と、前記直流電源を使用する少なくとも一つの負荷装置と、前記負荷装置の運転を制御する負荷制御装置とを備え、前記負荷装置が運転しているときには前記ファンモータを起動せず、前記負荷装置の運転が終了した後に前記ファンモータを起動することを特徴とするものである。これにより、電源装置の電流容量増加を抑えて小型化、低コスト化を実現することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、前記ファンモータ制御装置は、前記負荷装置が前記最小パルス幅の電圧を有する直流電源を使用しているときには、前記ファンモータを前記最小パルス幅より一段階大きなパルス幅で駆動することを特徴とするものである。これにより、複数ある駆動電源回路のそれぞれの容量を負荷一つ分に抑えることができるため、各回路の電流容量増加を抑えることができ、小型化、低コスト化を実現することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記ファンモータ制御装置は、前記ファンモータの回転数を検知する回転数検知手段を備え、前記演算手段は前記回転数設定手段と前記回転数検知手段とのフィードバック演算によりパルスを算出することを特徴とするものである。これにより、ファンモータの個体差による回転数の違いを検知し、所定の回転数になるように確実に制御を行うことができるため安定したファンモータ駆動を行うことができる。また、個体差を加味してパルス振幅とデューティ比の組合せを算出できるため、より効率のよい運転を選択することができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記回転数検知手段の検知タイミングは、前記ファンモータ起動時とすることを特徴とするものである。これにより、回転数検知のタイミングを揃えることで、運転による温度上昇の影響を受けにくく、より安定した回転数検知を行うことができるため、適切なパルスの算出を実現することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記回転数検知手段の検知タイミングは、前記ファンモータ駆動装置の電源投入時の初回起動時の一回限りとし、フィードバック制御の内容を不揮発性メモリに記憶させることを特徴とするものである。これにより、ファンモータそのものの状況だけでなく周囲温度の変化によるモータ軸受のオイル粘度など、周囲の影響も小さくすることができるため、ファンモータの回転数も常に安定した状態で検知することになる。また、不揮発性メモリに記憶させることで、常に初回のフィードバック制御が適用され、以後使用環境が変化した場合でも、フィードバック制御上に影響を与えない。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明において、前記電源電圧出力手段および前記デューティ制御信号出力手段は、前記演算手段の出力に寄らず、前記ファンモータの起動時はそれぞれの最大電圧を出力し、一定時間経過後から前記演算手段の出力に応じた電圧を出力することを特徴とするものである。これにより、ファンモータ起動時のトルクを大きくすることができ、起動不良を防止できる。また、複数の電源電圧を有しているため複数の電源回路が必要となるが、一番電力を必要とする起動時の電源を固定しておくことで、その他の電源回路の容量を小さくすることができ、回路の小型化、低コスト化を実現することができる。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載のファンモータ駆動装置を具備した冷蔵庫であり、冷蔵庫の庫内の冷気循環量を緻密に制御することができるため繊細な温度管理が可能な冷蔵庫を提供することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００３３】
図１は同実施の形態１における冷蔵庫の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は同実施の形態１における冷蔵庫の上部背面図である。
【００３４】
図１から３において、冷蔵庫１００の冷蔵庫本体である断熱箱体１０１は、主に鋼板を用いた外箱１０２と、ＡＢＳなどの樹脂で成型された内箱１０３と、外箱１０２と内箱１０３との間の空間に発泡充填される硬質発泡ウレタンなどの発泡断熱材とで構成され、周囲と断熱され、複数の貯蔵室に区画されている。最上部に第一の貯蔵室としての冷蔵室１０４、その冷蔵室１０４の下部に第四の貯蔵室としての第二の冷凍室１０５と第五の貯蔵室としての製氷室１０６が横並びに設けられ、その第二の冷凍室１０５と製氷室１０６の下部に第二の貯蔵室としての第一の冷凍室１０７、そして最下部に第三の貯蔵室としての野菜室１０８が配置される構成となっている。
【００３５】
冷蔵室１０４は、回転扉である冷蔵室右扉１０４ａと冷蔵室左扉１０４ｂを備え、内部には、冷蔵室棚１０４ｃや冷蔵室ケース１０４ｄが適切に配設され、貯蔵空間を整理し易く構成している。冷蔵室１０４内の左側壁面と右側壁面にそれぞれ冷蔵室扉開閉検知手段（図示せず）を有し、冷蔵室扉が閉められた状態のときは機械的に冷蔵室扉開閉検知手段のスイッチが入り冷蔵室右扉１０４ａおよび冷蔵室左扉１０４ｂの開閉状態をそれぞれ検知する。
【００３６】
一方、その他の貯蔵室は引き出し式扉を有し、それぞれ第二の冷凍室扉１０５ａには第二の冷凍室ケース１０５ｂが、製氷室扉１０６ａには製氷室ケース１０６ｂが、第一の冷凍室扉１０７ａには上段冷凍室ケース１０７ｂおよび下段冷凍室ケース１０７ｃが、野菜室扉１０８ａには上段野菜室ケース１０８ｂおよび下段野菜室ケース１０８ｃが、それぞれ扉に取り付けられたフレームに載置される。第一の冷凍室１０７と製氷室１０５の間口を仕切る仕切り梁１１０には、第一の冷凍室扉１０７ａおよび製氷室扉１０６ａの開閉を検知する冷凍室扉開閉検知手段（図示せず）を備える。冷凍室扉開閉検知手段は二つの磁気検知素子により構成され、第一の冷凍室扉１０７ａおよび製氷室扉１０６ａに備えられた冷凍室パッキン１０７ｄおよび製氷室パッキン１０６ｃに内蔵されるマグネット（図示せず）によりＯＮ／ＯＦＦされ第一の冷凍室扉１０７ａおよび製氷室扉１０６ａの開閉状態をそれぞれ検知する。
【００３７】
なお、冷蔵室扉開閉検知手段が磁気検知素子で構成されても、冷凍室扉開閉検知手段が機械式スイッチで固定されても良く、設置位置は冷蔵庫の構造やドア構成により誤作動が少ない位置に適切に配置されればよい。また、必要に応じて第二の冷凍室扉１０６ａおよび野菜室扉１０８ａの開閉を検知する扉開閉検知手段を設けても良い。
【００３８】
温度センサである温度検知手段１１２は冷蔵室１０４および製氷室１０５に設置され、貯蔵室内の各部の温度を制御装置に検知させることで冷蔵庫１００は各貯蔵室を適温になるように制御している。冷蔵室１０４は冷蔵保存のために凍らない温度である冷蔵温度帯に設定されており、通常１℃から５℃である。冷蔵室１０４内の左側壁面と右側壁面にそれぞれ縦方向に照明装置１１３が配設されている。野菜室１０８は冷蔵室１０４と同等の冷蔵温度帯もしくは若干高い温度設定の野菜温度帯２℃から７℃としている。第一の冷凍室１０７は冷凍温度帯に設定されており、冷凍保存のために通常−２２℃から−１５℃で
設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、例えば−３０℃や−２５℃の低温で設定されることもある。
【００３９】
第二の冷凍室１０５は、第一の冷凍室１０７と同等の冷凍温度帯または若干高い温度設定−２０℃から−１２℃である。製氷室１０６は、冷蔵室１０４内の貯水タンク（図示せず）から給水ポンプ（図示せず）により送られた水で室内上部に設けられた自動製氷機（図示せず）で氷を作り、製氷皿（図示せず）を捻り離氷させ製氷室ケース１０６ｂに貯蔵する。
【００４０】
なお、温度検知手段１１２は必要に応じてその他の貯蔵室に設けても良く、また一つの貯蔵室に複数設けても良い。また、製氷皿から離氷させる方法は捻りである必要はなく、加温により表面を溶かすことで離氷させるなど別の適切な手段を用いても良い。
【００４１】
断熱箱体１０１の天面部は冷蔵庫の背面方向に向かって階段状に凹みを設けた形状であり、この階段状の凹部に機械室１０１ａを形成している。機械室１０１ａには、風上から順に凝縮器１１４、機械室ファンモータ１１５、圧縮機１１６が設置されており、機械室ファンモータ１１５を駆動することにより冷蔵庫上部の空気を吸引し、凝縮器１１４と圧縮機１１６が空冷される。
【００４２】
冷凍サイクルは、圧縮機１１６と凝縮器１１４と減圧器であるキャピラリー（図示せず）と冷却器１２０とを順に備えた一連の冷媒流路から形成されており、冷媒として炭化水素系冷媒である例えばイソブタンが封入されている。
【００４３】
圧縮機１１６はピストンがシリンダ内を往復動することで冷媒の圧縮を行う往復動型圧縮機である。断熱箱体１０１に、三方弁や切替弁を用いる冷凍サイクルの場合は、それらの機能部品が機械室１０１ａ内に配設されている場合もある。
【００４４】
また、本実施の形態では冷凍サイクルを構成する減圧器をキャピラリーとしたが、パルスモーターで駆動する冷媒の流量を自由に制御できる電子膨張弁を用いてもよい。
【００４５】
なお、本実施の形態における、以下に述べる発明の要部に関する事項は、従来一般的であった断熱箱体１０１の最下部の貯蔵室後方領域に機械室を設けて圧縮機１１６を配置するタイプの冷蔵庫に適用しても構わない。
【００４６】
第一の冷凍室１０７の背面には冷気を生成する冷却室１２１が設けられ、第二の冷凍室１０５および製氷室１０６、第一の冷凍室１０７からなる貯蔵室と冷却室１１０とを区画するために仕切部材１２２が構成されている。冷却室１２１内には、冷却器１２０が配設されており、冷却器１２０の下部空間には冷却時に冷却器１２０やその周辺に付着する霜や氷を除霜するためのガラス管製のラジアント加熱手段１２３が設けられ、さらにその下部には除霜時に生じる除霜水を受けるためのドレンパン１２４、その最深部から庫外に貫通したドレンチューブ１２５が構成され、その下流側の庫外に蒸発皿１２６が構成されている。
【００４７】
なお、ラジアント加熱手段１２３の代わりに冷却器１２０に取り付けたパイプヒータなど他形状の加熱手段を用いたり、ラジアント加熱手段１２３と他形状の加熱手段を併用したりしても構わない。
【００４８】
仕切部材１２２には、冷気を貯蔵室へ循環するための冷却室ファンモータ１２７および、冷却室ファンモータ１２７から吐出された冷気を各貯蔵室へ分配する分配風路１２８が設置されている。分配風路１２８の下流で且つ冷蔵室１０４の上流の位置にはダンパー１
２９が設置される。冷却室ファンモータ１２７はセンサ付きＤＣファンモータであり、電源電圧とデューティ信号を印加することしＰＷＭ制御できる機能を有する。
【００４９】
制御装置１３０は電源装置１３１とともに冷蔵庫１００の背面に設置された基板収納部１３２に設置されている。制御装置１３０電源装置１３１とは一枚の基板上に構成されていても良い。
【００５０】
図４は同実施の形態１における冷蔵庫の直流電源系統１００ａ（ファンモータ駆動装置）のブロック図である。
【００５１】
図４に示したように、冷蔵庫１００の直流電源系統１００ａ（ファンモータ駆動装置）は、制御装置１３０と電源装置１３１および冷却室ファンモータ１２７などの各負荷を備えている。制御装置１３０は、温度検知手段１１２、扉開閉検知手段１３３、外気温度検知手段１３４、圧縮機回転数検知手段１３５、演算を行うマイクロコンピュータ１３６および、冷却室ファンモータ制御装置１３７、機械室ファンモータ制御装置１３８、照明装置制御装置１３９、ダンパー制御装置１４０、自動製氷機制御装置１４１とを備える。各負荷とは、冷却室ファンモータ１２７、機械室ファンモータ１１５、照明装置１１３、ダンパー１２９、自動製氷機１４２、給水ポンプ１４３である。
【００５２】
なお、運転状況や外部環境をより詳細に知るために、制御装置に庫内／庫外照度検知手段を備えたり、運転状況のお知らせや警告のためにブザーや電光掲示板など音や光による報知手段を備えたりしても良い。
【００５３】
図５は同実施の形態１における冷却室ファンモータ制御装置のブロック図である。
【００５４】
冷却室ファンモータ制御装置１３７はファンモータ回転数設定手段１５０と演算手段１５１、電源電圧出力手段１５２、デューティ制御信号出力手段１５３とを備え冷却室ファンモータ１２７を駆動するための電力を供給し、ファンモータ回転数検知手段１５４を備えて冷却室ファンモータ１２７の回転数を検知している。
【００５５】
図６は同実施の形態１における冷蔵庫電源投入時の冷却室ファンモータの制御に関するフローチャートである。
【００５６】
図７は同実施の形態１における冷蔵庫通常運転時の冷却室ファンモータの制御に関するフローチャートである。
【００５７】
以上のように構成された冷蔵庫１００について、その動作および作用を説明する。
【００５８】
まず、冷凍サイクルの動作について説明する。庫内の設定された温度に応じて制御装置（図示せず）からの信号により冷凍サイクルが動作して冷却運転が行われる。圧縮機１１６の動作により吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器１１４である程度凝縮液化し、さらに冷蔵庫本体である断熱箱体１０１の側面や背面、また断熱箱体１０１の前面間口に配設された冷媒配管（図示せず）などを経由し断熱箱体１０１の水滴を防止しながら凝縮液化し、キャピラリーチューブ（図示せず）に至る。その後、キャピラリーチューブでは圧縮機１１６への吸入管（図示せず）と熱交換しながら減圧されて低温低圧の液冷媒となって冷却器１１２に至る。
【００５９】
ここで、冷却室１２１では、冷却室ファンモータ１２７の動作により集められた各貯蔵室内の空気が、冷却器１２０により液冷媒と熱交換され、冷却器１２０内の冷媒は蒸発気化する。この時、貯蔵室から戻ってきた空気は、冷却室１２１内で再び各貯蔵室を冷却す
るための冷気となる。低温の冷気は冷却室ファンモータ１２７から分配風路１２８を通り、その他の風路やダンパー１２９を用いて分流され、冷蔵室１０４、第二の冷凍室１０５、製氷室１０６、第一の冷凍室１０７、野菜室１０８をそれぞれの目的温度帯に冷却する。
【００６０】
温度検知手段１１２が所定の温度に冷却されたことを確認すると、マイクロコンピュータ１３６により指令が出され、冷却室ファンモータ１２７および圧縮機１１６が停止し冷却が停止する。
【００６１】
次に、冷却室ファンモータ１２７の回転数制御について説明する。図８に冷却室ファンモータ１２７の電源電圧とデューティ制御電圧と回転数との関係を示す。冷却室ファンモータ１２７に印加される電源電圧がＶｃ１〜Ｖｃｎから選択される。ｎは２以上の整数であり冷却室ファンモータ１２７は複数の異なる電圧を印加されることでデューティ比に対する回転数特性を変化させることができる。これにより、冷却室ファンモータ１２７に印加する電源電圧を変化させて回転数を制御するため、１つの電源電圧を使用する場合よりも実現できる冷却室ファンモータ１２７の回転数範囲を広くすることができる。ここで、Ｖｃ１〜Ｖｃｎには、その他の負荷装置に必要な電圧を利用することで、冷却室ファンモータ１２７専用の電源回路を設ける必要がなくなり回路の小型化と低コスト化を実現できる。
【００６２】
本実施の形態では、照明装置１１３の電源Ｖｃ１＝１４Ｖ、自動製氷機１４２および給水ポンプ１４３の電源Ｖｃ２＝１２Ｖ、ダンパー駆動装置の電源Ｖｃ３＝８Ｖの３種類の電源から選択する。なお、全ての電源電圧を冷却室ファンモータ１２７の電源電圧として利用する必要はなく、また専用に電源回路を作っても良い。
【００６３】
各電源電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４について、それぞれデューディ比を操作することで冷却室ファンモータ１２７へ印加される電源電圧の平均値が変化し、回転数を更に細かく制御することができる。本実施の形態では、ローレベルをデューティ比０％とし、デューティ制御信号が１．５〜３．５Ｖの間で０〜１００％まで線形で変化するものとする。なお、ハイレベルをデューティ比０％としても良く、またデューティ制御信号の範囲も使用する回路により使いやすい値を使用すればよい。これにより、電源電圧と同時にデューティ比を変化させて回転数を制御できるため、電源電圧のみによる制御よりも精密に回転数を制御することができる。
【００６４】
以上の特性を有する冷却室ファンモータ１２７を制御するため、冷却室ファンモータ制御装置１３７は図５の構造を有し、図６に示すフローチャートに従って冷却室ファンモータを駆動する。図６において、冷却室ファンモータ制御装置１３７はマイクロコンピュータ１３６が冷却室ファンモータ１２７の運転が必要と判断すると（Ｓ００１）、ファンモータ回転数設定手段１５０により想定の回転数Ｎｒの指令を出し（Ｓ００２）、次に演算手段１５１により図８の回転数特性よりＮｒに相当する電源電圧Ｖｃとデューティ制御信号Ｖｓを選択し（Ｓ００３）、電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３に伝えられると、まず最大のＶｃ（例えばＶｃ４＝１４Ｖ）およびデューティ比１００％になるデューティ制御信号Ｖｓ（例えば３．５Ｖ）を出力する（Ｓ００４）。それから一定時間経過後に演算手段１５１からの指令電圧に変更される（Ｓ００５）。
【００６５】
このとき演算手段１５１は選択できる電源電圧Ｖｃの内もっとも小さいＶｃを選択する。つまり、回転数がＮ１以下のときはＶｃ１を、Ｎ１〜Ｎ２のときはＶｃ２を、Ｎ２〜Ｎ３のときはＶｃ３を、Ｎ３以上の場合はＶｃ４を選択する。これによりＶｃは常に選択肢の中の最小の値となり、デューティ比が最も高くなるように選択されるため、電源がＯＦＦの時間が短くなり電源ＯＦＦ中の回路での電力損失を最小に抑えることができ、もっと
も電力効率の良い運転をすることができる。図９は、同一ファンモータにおいて同一回転数になるときの電源電圧Ｖｃに対する消費電力の関係示したグラフである。図９に示すとおり、同一回転数で回転する場合、電源電圧Ｖｃを小さくした（デューティ比を大きくした）方が消費電力量を小さく押さえられることが分かる。また、起動を最大電源電圧で行うことで、冷却室ファンモータ１２７の起動トルクを確実に確保でき、起動不良の発生を抑制することができる。冷却室ファンモータ１２７は冷却器１２０のすぐ下流に位置するため、着霜や着氷が起こりやすく特に起動不良を起こす可能性が高いため、起動トルクの確保は非常に重要である。
【００６６】
冷却室ファンモータ１２７が回転すると、ファンモータ回転数検知手段１５４により実際の回転数Ｎｐが検知され（Ｓ００６）、想定の回転数Ｎｒと比較される。この差△Ｎ＝Ｎｒ−Ｎｐを補正回転数として図８の回転数特性を補正し、（つまり、Ｎ１＝Ｎ１―△Ｎ、Ｎ２＝Ｎ２―△Ｎ、Ｎ３＝Ｎ３―△Ｎと置き換える）再度電源電圧Ｖｃとデューティ制御信号Ｖｓを算出し（Ｓ００７）、電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３に伝えられ印加電圧が補正される（Ｓ００８）。一般的にファンモータは個体によって電圧―回転数特性がばらつくため、△Ｎを算出し演算を補正することで個体ばらつきのない安定した回転数を得ることができ、全ての冷蔵庫１００の冷却能力を安定させることができる。
【００６７】
Ｓ００６〜Ｓ００８の回転数補正は、定期的に行うことで運転状況により変化するファンモータの回転数を一定に保つことができるが、タイミングを制限することで回路の簡素化や演算電力の削減を行うこともできる。
【００６８】
図７は冷却室ファンモータ１２７の起動制御に関するフローチャートである。
【００６９】
マイクロコンピュータが冷却室ファンモータ１２７の回転が必要と判断する（Ｓ１０１）と、マイクロコンピュータから冷却室ファンモータ制御装置１３７へ指令が出され、ファンモータ回転数設定手段１５０により想定の回転数が算出され（Ｓ１０２）、演算手段１５１へ伝えられる。次に演算手段１５１はその他の負荷装置が運転中であるかを判断する（Ｓ１０３）。ここで運転していなければ、先述の通り想定の回転数に従って最小の電源電圧Ｖｃおよびそのときのデューティ制御信号Ｖｓを選択し（Ｓ１０４）、電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３より出力され通常ファンモータ運転を行う（Ｓ１０５）。
【００７０】
一方、Ｓ１０３において他の負荷装置が運転中であると判断された場合、その負荷装置が機械室ファンモータ１１５であるか判断する（Ｓ１０６）。機械室ファンモータ１１５でない（つまり、照明装置１１３、ダンパー１２９、自動製氷機１４２、給水ポンプ１４３の何れかである）場合は冷却室ファンモータ１２７の運転を行わず（Ｓ１０７）Ｓ１０３へ戻る。
【００７１】
運転中の負荷が機械室ファンモータ１１５である場合は、演算手段１５１において最適な電源電圧Ｖｃｋ（ｋは１〜ｎのいずれかであり、先述の通り選択可能な数字の最小の値である。）とその時のデューティ制御信号Ｖｓが算出され（Ｓ１０８）、ついで、算出された電源電圧Ｖｃｋを機械室ファンモータ１１５が使用しているかを判断する（Ｓ１０９）。機械室ファンモータ１１５が電源電圧Ｖｃｋを使用していなければ、Ｓ１０８で算出された電源電圧Ｖｃｋおよびデューティ制御信号Ｖｓが電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３より出力され通常ファンモータ運転を行う（Ｓ１１０）。Ｓ１０９において機械室ファンモータ１１５が電源電圧Ｖｃｋを使用している場合は、ｋ＝ｋ＋１の演算を行い、電源電圧Ｖｃｋとデューティ制御信号Ｖｓが再計算され（Ｓ１１１）、電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３より出力され
通常ファンモータ運転を行う（Ｓ１１２）。
【００７２】
これにより、冷却室ファンモータ１２７は機械室ファンモータ１１５を除くその他の負荷装置が運転しているときに起動することがないため、その他の負荷装置が使用する電源容量は冷却室ファンモータ１２７で使用する電源容量で補うことができるため、電源に要求される合計電流量を低減することができ電源回路の小型化と低コスト化を実現できる。ここで、その他の負荷装置はすべて一時的な動作を行う負荷装置であるため、冷却室ファンモータ１２７の起動が遅延することによる冷却能力の低下は特に問題ではない。
【００７３】
また、機械室ファンモータ１１５の電源電圧と冷却室ファンモータ１２７の電源電圧も常に別のものを選択できるため、それぞれ電圧の電流容量を最小限に抑えることができる。従って、それぞれの回路の小型化と低コスト化を実現できる。さらに、一つの電源電圧を同時に使うことがなくなるため、一時的な電源負荷上昇による電圧降下も抑制することができ安定した運転が確保されるとともに、各負荷装置の寿命低減を抑制することもできる。これにより、冷蔵庫１００の長期にわたる品質を高めることができる。
【００７４】
なお、機械室ファンモータ１１５は電源電圧−回転数（または風量）特性を事前に調節することで、冷蔵庫１００の運転状況を事前に予測し冷却室ファンモータ１２７と同時に同じ電源電圧を使用しないように調整することも可能であり、そうすることで、冷却室ファンモータ１２７を最もデューティ比の大きな効率の良い電源で運転することが可能となる。また、機械室ファンモータ１１５を冷却室ファンモータ１２７のような制御で運転することで、さらに機械室ファンモータ１１５の消費電力量も低減することができる。
【００７５】
以上のように本実施の形態においては、これにより、冷却室ファンモータ１２７に印加する電源電圧を変化させて回転数を制御するため、１つの電源電圧を使用する場合よりも実現できる冷却室ファンモータ１２７の回転数範囲を広くすることができるだけでなく、電源電圧と同時にデューティ比を変化させて回転数を制御できるため、電源電圧のみによる制御よりも精密に回転数を制御することができる。特に、冷蔵庫１００の冷却室ファンモータ１２７に本制御を採用することで、冷蔵庫１００の庫内の冷気循環量を緻密に制御することができるため繊細な温度管理が可能となり、冷蔵庫１００の価値を大きく高めることができる。また、一般に冷蔵庫の冷却器には運転中に絶えず霜が付着する。本実施の形態では、定期的にラジアント加熱手段１２３により冷却器１２０やその周辺に付着した霜を除去している。従って、冷却室ファンモータ１２７においては、常に送風負荷が変動していることになるため、このように実際の回転数Ｎｐをフィードバックしながら緻密に制御することで、着想状態に関係なく安定した冷却能力を確保できるため冷蔵庫１００の品質を高めることができる。
【００７６】
さらに、選択できる電源電圧Ｖｃの内もっとも小さい電源電圧Ｖｃを選択することで、電源電圧Ｖｃは常に選択肢の中の最小の値となり、デューティ比が最も高くなるように選択されるため、電源がＯＦＦの時間が短くなり電源ＯＦＦ中の回路での電力損失を最小に抑えることができ、もっとも電力効率の良い運転をすることができる。このとき、電源電圧Ｖｃをその他の負荷装置に必要な電圧を利用することで、冷却室ファンモータ１２７専用の電源回路を設ける必要がなくなり回路の小型化と低コスト化を実現できる。
【００７７】
また、冷却室ファンモータ１２７は機械室ファンモータ１１５を除くその他の負荷装置が運転しているときに起動することがないため、その他の負荷装置が使用する電源容量は冷却室ファンモータ１２７で使用する電源容量で補うことができるため、電源に要求される合計電流量を低減することができ電源回路の小型化と低コスト化を実現できる。
【００７８】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の電源投入時のフローチャートである。
【００７９】
なお、実施の形態１と同様の構成および同様の技術思想が適用できる部分については、説明を省略するが、不具合がない限り実施の形態１の構成に本実施の形態を組み合わせて適用することが可能である。
【００８０】
以上のように構成された本発明の実施の形態２における冷蔵庫について、以下その動作を説明する。
【００８１】
図１０において冷蔵庫１００の初めての電源投入時と判断された場合（Ｓ２０２）、まずファンモータ回転数設定手段１５０により想定の回転数Ｎｒの指令を出し（Ｓ２０３）、Ｎｒに相当する電源電圧Ｖｃおよびデューティ制御信号Ｖｓが電源電圧出力手段１５２およびデューティ制御信号出力手段１５３より出力され（Ｓ２０４）冷却室ファンモータ１２７が起動する。次にファンモータ回転数検知手段１５４により冷却室ファンモータ１２７の回転数Ｎｐを検出し（Ｓ２０５）  、ファンモータ回転数設定手段１５０により指定した回転数Ｎｒとファンモータ回転数検知手段１５４により検知した回転数Ｎｐとの回転数差ΔＮ（＝Ｎｒ−Ｎｐ）の演算を行い、電源電圧Ｖｃおよびデューティ制御信号Ｖｓが再計算し（Ｓ２０６）、不揮発性メモリに演算データを記憶する（Ｓ２０７）。その後、再度電源投入後は、不揮発性メモリにデータが存在するため、ファンモータ回転数検知フローを省略し、通常の冷蔵庫運転制御モードのサイクルを行う。
【００８２】
これにより、ファンモータの回転数検出およびフィードバック制御のタイミングを限定することによって、制御装置の簡素化を図ることができるだけでなく、冷蔵庫１００の電源投入時は庫内や冷蔵庫周囲温度が常温に近くにすることで、各ファンモータの周囲温度は安定するため、ファンモータの回転数も常に安定した状態で検出することになる。従って、安価なシステムで各ファンモータの特性を正確に把握することができるため適切なフィードバックを行い、安定した冷却性能を確保することができる。また、不揮発性メモリに記憶させることで、常に初回のフィードバック制御が適用され、使用環境が変化した場合でもフィードバック制御に影響を与えずに済み、結果としてより安定した冷却性能を実現することが可能となる。
【００８３】
なお、冷蔵庫１００の不揮発性メモリに記憶される最初の電源投入を製造ラインにおける最終検査工程とすることで、冷却室ファンモータ１２７や冷蔵庫１００の周囲温度を年間通して一定にすることができるため、より安定したフィードバック制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明にかかるファンモータ駆動装置は、直流電源で駆動するモータの回転数制御を消費電力量を増加させることなく高速から低速まで細やかに制御することが可能となるため、パーソナルコンピュータやハードディスクドライブを始め、モータを使用した各種電気機器に応用できるものである。
【符号の説明】
【００８５】
１００  冷蔵庫
１００ａ  直流電源系統（ファンモータ駆動装置）
１１３  照明装置（負荷装置）
１１５  機械室ファンモータ（負荷装置）
１２７  冷却室ファンモータ
１２９  ダンパー（負荷装置）
１３１  電源装置
１３７  冷却室ファンモータ制御装置
１３８  機械室ファンモータ制御装置（負荷制御装置）
１３９  照明装置制御装置（負荷制御装置）
１４０  ダンパー制御装置（負荷制御装置）
１４１  自動製氷機制御装置（負荷制御装置）
１４２  自動製氷機
１４３  給水ポンプ
１５０  ファンモータ回転数設定手段
１５１  演算手段
１５２  電源電圧出力手段
１５３  デューティ制御信号出力手段
１５４  ファンモータ回転数検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014112987.tif 000010
【図９】
2014112987.tif 000011
【図１０】
2014112987.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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