(57)【要約】【課題】  圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されたキャパシタのキャパシタンスを変化させることにより、圧縮機の低ストローク現象またはオーバストローク現象を防止し得る、圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供する。【解決手段】  圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されたキャパシタのキャパシタンスを選択的に変化させるための選択信号を出力する手段と、モータに接続された複数のキャパシタC１、C２と、上記の選択信号に基づいて、キャパシタC１、C２のキャパシタンスを選択的に変化させる手段２１と、を含んで圧縮機の運転制御装置を構成する。【選択図】      図１
2005233177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって選択信号を出力する手段と、
前記モータに接続された複数のキャパシタと、
前記選択信号に基づいて、前記複数のキャパシタの合成キャパシタンスを選択的に変化させる手段と、
を含んで構成されることを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項２】
前記モータに接続された複数のキャパシタは、
第１キャパシタ及び第２キャパシタであり、前記第１キャパシタは、前記モータに直列に接続され、前記第２キャパシタは、前記第１キャパシタに選択的に並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項３】
前記選択信号を出力する手段は、
前記圧縮機のモータに印加される電源電圧が基準電圧を超過するとき、前記選択信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
前記複数のキャパシタの合成キャパシタンスを選択的に変化させる手段は、
前記選択信号が受信されるとき、前記第１キャパシタに並列に接続された前記第２キャパシタを開放することを特徴とする請求項３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項５】
前記複数のキャパシタの合成キャパシタンスを選択的に変化させる手段は、
前記圧縮機のモータに印加される電源電圧が前記基準電圧以下のとき、前記第１キャパシタに第２キャパシタを並列に接続することを特徴とする請求項４に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
冷蔵庫に設置された圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって選択信号を出力する制御手段と、
前記モータに直列に接続された第１キャパシタと、
第２キャパシタと、
前記選択信号に基づいて、前記第２キャパシタを前記第１キャパシタに並列に選択的に接続するスイッチング手段と、
を含んで構成されることを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記電源電圧が予め設定された基準電圧を超過するとき、前記選択信号により前記第１キャパシタのみを接続することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
前記スイッチング手段は、
前記圧縮機のモータに印加される電源電圧が前記予め設定された基準電圧以下のとき、前記第１キャパシタに第２キャパシタを並列に接続することを特徴とする請求項７に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項９】
圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって選択信号を出力する段階と、
前記選択信号に基づいて、前記モータに接続された複数のキャパシタのキャパシタンスを選択的に変化させる段階と、
を順次行うことを特徴とする圧縮機の運転制御方法。
【請求項１０】
前記複数のキャパシタは、前記電源電圧が基準電圧以下のとき、
相互に並列に接続されることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機の運転制御方法。
【請求項１１】
前記複数のキャパシタは、
前記電源電圧が基準電圧を超過するとき、相互に切り離されて単一のキャパシタがモータに接続されることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機の運転制御方法。
【請求項１２】
圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって、前記モータに接続された複数のキャパシタを選択的に切り換えるスイッチング手段を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動式圧縮機に係るもので、詳しくは、冷蔵庫に設置される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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、往復動式圧縮機(Reciprocating Compressor)は、回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトがないため摩擦損失が少なく、よって、圧縮効率が一般の圧縮機より高い。
また、往復動式圧縮機を冷蔵庫やエアコンに使用する場合は、往復動式圧縮機に入力される電源電圧の変動値によって、往復動式圧縮機のモータの巻線を選択し、この選択された巻線に電源を印加することで、往復動式圧縮機のストロークを一定に維持することができる。
【０００３】
以下、このような従来の往復動式圧縮機について、図４に基づいて説明する。
図４は、冷蔵庫に設置される、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示されたように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、冷蔵庫内の温度を検出し、この検出された温度に基づいて圧縮機のモータに電源を印加する制御部(図示せず)であって、このモータに印加される電圧値に応じた制御信号を出力する制御部と、この制御部の制御信号によって、モータの運転モード(電圧モード)のハイモード(High Mode)、標準モード(Normal Mode)及びローモード(Low Mode)に応じてそれぞれモータの入力端子ａ，ｂ，ｃ中何れか一つを選択するスイッチング部１１と、モータに電気的に接続され、往復動式圧縮機の起動初期に発生する過電流を遮断して、往復動式圧縮機の損傷を防止するPTCサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor)１２と、PTCサーミスタ１２に直列に接続されたリアクタ(Reactor)１３と、PTCサーミスタ１２及びリアクタ１３と並列に電気的に接続されたキャパシタC１と、から構成されている。キャパシタC１は、モータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺(countervail)し、よって、低い入力電圧によっても充分なストロークが発生される。ここで、ストロークとは、往復動式圧縮機のピストンが往復運動しながら動く距離をいう。
【０００４】
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ついて説明する。
まず、上記の制御部(図示せず)は、冷蔵庫内の温度を検出し、この検出された冷蔵庫内の温度が使用者により設定された温度よりも低いと、冷蔵庫内に供給される冷気を遮断するために、冷蔵庫のメインリレー(図示せず)をオフして、圧縮機のモータに印加される電源を遮断する。
一方、上記の制御部は、冷蔵庫内の温度が使用者により設定された温度よりも高いと、冷蔵庫内に冷気を供給するために、冷蔵庫のメインリレーをオンして、圧縮機のモータに電源を印加する。このとき、制御部は、圧縮機のモータに印加される電源電圧Vacの変動値によって上記のメインリレーを制御することにより、モータの電圧モード(運転モード)を変更する。
【０００５】
例えば、制御部は、往復動式圧縮機に供給される電源電圧Vacが基準電圧(例えば、２２０ボルト)と同様であると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードを標準モードで運転するための制御信号を出力し、往復動式圧縮機に供給される電源電圧が基準電圧(例えば、２２０ボルト)を超過すると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードをハイモードに変換するための制御信号を出力し、往復動式圧縮機に供給される電圧が基準電圧(例えば、２２０ボルト)未満であると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードをローモードに変換するための制御信号を出力する。ここで、上記の電圧モードとは、過電圧からモータを保護し、モータを安定に駆動するための運転モードをいう。即ち、電圧モードとは、入力電源電圧によって、モータの端子ａ，ｂ，ｃにそれぞれ対応する第１コイル(L１；ハイモード)、第２コイル(L２；標準モード)及び第３コイル(L３；ローモード)からなるモータの固定子コイル中の何れか一つを選択するためのモードである。
その後、スイッチング部１１は、上記の制御部の制御信号によって、モータのハイモード、標準モード及びローモード中何れか一つのモードに対応するモータ入力端子を選択する。
【０００６】
一方、PTCサーミスタ１２とそれに直列に接続されたリアクタ１３は、圧縮機のモータに電源が供給される初期に、過電流により圧縮機が損傷することを防止するため、圧縮機の起動初期に圧縮機のモータに供給される過電流を抑制することによって、圧縮機を過負荷から保護する。ここで、上記の過電流とは、圧縮機のモータが許容する基準電流値を超過する電流をいう。また、圧縮機のモータに供給される電流により、PTCサーミスタ１２自体の抵抗値が上昇すると、PTCサーミスタ１２はオフし、このとき、電流は、キャパシタC１を通してのみモータに供給される。
【０００７】
以下、電流がキャパシタC１を通してのみモータに印加されるときの圧縮機のストローク領域を、図５に基づいて説明する。
図５に示したように、モータの電圧モード(ハイモード、標準モード及びローモード)に関係なく、電流を上記の一つのキャパシタC１を通してモータに供給すると、上記の電圧モードによって選択されるそれぞれのモードでのコイルのインダクタンスL１、L２、L３とキャパシタC１とは相関関係を有し、よって、冷蔵庫の周辺温度の変化による負荷の変化により、ストロークが変化する現象が発生する。例えば、上記の電圧モードがハイモードで、冷蔵庫の周辺温度が低いとき(冷房負荷が小さいとき)、L１とC１との相関関係によりオーバストローク現象が発生する。ここで、上記のオーバストローク現象とは、圧縮機のピストンと吐出弁とが相互に衝突する現象をいい、その衝突により往復動式圧縮機が損傷し、往復動式圧縮機の騷音が増加する。
これに対し、モータの電圧モード(ハイモード、標準モード及びローモード)に関係なく、電流をキャパシタC１を通してモータに供給すると、電圧モードがハイモードで、冷蔵庫の周辺温度が高いとき(冷房負荷が大きいとき)、L１とC１との相関関係により低ストローク現象が発生する。ここで、低ストロークとは、往復動式圧縮機の目標ストローク未満であることをいう。
その他、従来の往復動式圧縮機に関しては、２００３年１１月１１日に特許登録された米国特許番号６,６４４,９４３の明細書にも記載されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，６４４，９４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、冷蔵庫の圧縮機内に設置されたモータの電圧モードがハイモード(L１)のとき、冷蔵庫の周辺温度によってオーバストローク現象または低ストローク現象が発生するという不都合な点があった。
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、圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることにより、圧縮機の低ストローク現象またはオーバストローク現象を防止し得る、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。 
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するため、本発明に係る圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によってモータに接続されたキャパシタを選択する選択信号を出力する手段と、前記モータに接続された複数のキャパシタと、前記選択信号に基づいて前記複数のキャパシタの合成キャパシタンスを選択的に変化させる手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明に係る圧縮機の運転制御装置は、冷蔵庫に設置された圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によってモータに接続されたキャパシタを選択する選択信号を出力する制御手段と、前記モータに直列に接続された第１キャパシタと、第２キャパシタと、前記選択信号に基づいて、前記第２キャパシタを前記第１キャパシタに並列に選択的に接続するスイッチング手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
そして、本発明に係る圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によってモータに接続されたキャパシタを選択する選択信号を出力する段階と、前記選択信号に基づいて、前記モータに接続された複数のキャパシタのキャパシタンスを選択的に変化させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、モータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることにより、冷房負荷に関係なく、圧縮機の低ストローク現象またはオーバストローク現象を防止することができ、よって、圧縮機の信頼性を向上し得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、冷蔵庫内の圧縮機のモータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることにより、圧縮機の低ストローク現象またはオーバストローク現象を防止し得る、本発明に係る圧縮機の運転制御装置及びその方法の実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、冷蔵庫に設置される、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示されたように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに電気的に接続され、モータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺して圧縮機のモータを運転させる第１キャパシタC１と、第１キャパシタC１に並列に選択的に接続され、モータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺して圧縮機のモータを運転させる第２キャパシタC２と、モータに印加される電源電圧Vacの変動値によって、モータの電圧モードを変化させてモータの固定子コイルを切り換えるためのスイッチング制御信号を出力し、また、第１キャパシタC１、または第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を選択するための選択信号を出力する制御部(図示せず)と、この制御部のスイッチング制御信号に基づいて、モータの電圧モードを変化させてモータの固定子コイルを切り換える第１スイッチング部１１と、上記の選択信号に基づいて、第１キャパシタC１に第２キャパシタC２を並列に接続、あるいは並列に接続された第２キャパシタを開放することによって、キャパシタンスを変化させる第２スイッチング部２１と、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２に並列に接続され、モータに電源が印加される初期に発生する過電流を遮断するPTCサーミスタ１２と、PTCサーミスタ１２と直列に接続され、モータに電源が印加される初期に発生するサージ電流を抑制するリアクタ１３と、から構成されている。
【００１４】
ここで、リアクタ１３は、本発明の必須構成要素ではなく、モータに電源が印加される初期に発生するサージ電流を抑制するために設置されるものであるが、場合によっては設置しなくても良い。ここで、上記の過電流とは、往復動式圧縮機のモータが許容する基準電流値を超過する電流をいい、また上記のサージ電流とは、モータが許容する基準電流値を超過する電流の最大電流をいう。また、上記のリアクタ１３及びPTCサーミスタ１２の動作は、従来技術と同様であるため説明を省略する。
【００１５】
以下、このように構成された本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
まず、上記の制御部は、冷蔵庫内の温度を検出し、この検出された冷蔵庫内の温度が使用者により設定された温度よりも低いと、冷蔵庫内に供給される冷気を遮断するために、冷蔵庫のメインリレー(図示せず)をオフして、圧縮機のモータに印加される電源を遮断する。
【００１６】
一方、上記の制御部は、冷蔵庫内の温度が使用者により設定された温度よりも高いと、冷蔵庫内に冷気を供給するために、冷蔵庫のメインリレーをオンして、圧縮機のモータに電源を印加する。このとき、上記の制御部は、圧縮機のモータに印加される電源電圧Vacの変動値によって第１スイッチング部１１を制御することにより、圧縮機の電圧モード(運転モード)を制御する。
【００１７】
例えば、上記の制御部は、往復動式圧縮機のモータに供給される電源電圧Vacが基準電圧(例えば、２２０ボルト)と同様であると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードを標準モードに変換するためのスイッチング制御信号を出力し、往復動式圧縮機のモータに供給される電源電圧が基準電圧(例えば、２２０ボルト)を超過すると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードをハイモードに変換するためのスイッチング制御信号を出力し、往復動式圧縮機のモータに供給される電源電圧が基準電圧(例えば、２２０ボルト)未満であると、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードをローモードに変換するためのスイッチング制御信号を出力する。ここで、上記の電圧モードとは、過電圧からモータを保護し、モータを安定に駆動するためのモードである。即ち、電圧モードとは、入力電圧によって、モータの端子ａ，ｂ，ｃにそれぞれ対応する第１コイル(L１；ハイモード)、第２コイル(L２；標準モード)及び第３コイル(L３；ローモード)からなるモータの固定子コイル中の何れか一つを選択するためのモードである。
【００１８】
従って、上記の制御部は、往復動式圧縮機のモータに供給される電源電圧の変化値によって、往復動式圧縮機に設置されたモータの電圧モードを変換してモータの固定子コイルを切り換えるためのスイッチング制御信号を発生し、この発生されたスイッチング制御信号を第１スイッチング部１１に出力する。
【００１９】
その後、第１スイッチング部１１は、上記の制御部のスイッチング制御信号によって、モータの電圧モードをハイモード、標準モード及びローモード中の何れか一つのモードに変更するために対応するモータの電源入力端子を切り換える。
【００２０】
次いで、制御部は、モータの電圧モードが標準モードまたはローモードであると、第２スイッチング部２１を制御することにより、第１キャパシタC１に第２キャパシタC２を並列に接続し、電圧モードがハイモードであると、第１キャパシタC１と第２キャパシタC２との並列を解除するための選択信号を第２スイッチング部２１に出力する。
【００２１】
その後、第２スイッチング部２１は、上記の選択信号に基づいて、第２キャパシタC２を切り換える。即ち、第２スイッチング部２１は、上記の選択信号を受信すると、第１キャパシタC１と第２キャパシタC２とを並列に接続するか、または第１キャパシタC１に並列に接続された第２キャパシタC２を開放することにより、キャパシタンスを変化させる。
【００２２】
以下、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を制御する方法を、図２に基づいて説明する。
図２は、冷蔵庫に設置される、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフローチャートで、図示されたように、冷蔵庫に設置される、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電源電圧を検出し、この検出された電源電圧を予め設定された基準電圧と比較する段階と、上記の電源電圧が予め設定された基準電圧よりも大きいと(ハイモード)、第１キャパシタC１を通して圧縮機のモータを運転させ、上記の電源電圧が予め設定された基準電圧以下であると(標準モード、ローモード)、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を通して圧縮機のモータを運転させる段階と、を順次行う。
【００２３】
まず、上記の制御部は、圧縮機のモータに印加される電源電圧を検出し、この検出された電源電圧と予め設定された基準電圧とを比較する(S１、S２)。
【００２４】
次いで、制御部は、上記の電源電圧が予め設定された基準電圧以下であると、第１キャパシタC１と第２キャパシタC２とを並列に接続するための選択信号を第２スイッチング部２１に出力する。その後、第２スイッチング部２１は、上記の選択信号に基づいて、第２キャパシタC２を第１キャパシタC１に並列に接続する。従って、電流がそれらの並列に接続された第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を通してモータに印加される(S２、S３)。
【００２５】
一方、制御部は、上記の電源電圧が予め設定された基準電圧よりも大きいと、電流が第１キャパシタC１を通してのみモータに印加されるように、第１キャパシタC１に並列に接続された第２キャパシタC２を開放するように制御する(S２、S４)。
【００２６】
従って、本発明は、冷蔵庫の周辺温度の変化による冷房負荷の変化により圧縮機のストロークが変化するとき、即ち、冷房負荷が小さいとき(冷蔵庫の周辺温度が低いとき)、または冷房負荷が大きいとき(冷蔵庫の周辺温度が高いとき)、モータに印加される電源電圧の変動値によって、モータに接続されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることにより、図３に示したように、低ストローク現象またはオーバストローク現象を顕著に減少させることができる。
【００２７】
以下、上記の低ストローク現象またはオーバストローク現象が顕著に減少されることを示した図３のグラフに基づいて、電流が第１キャパシタC１を通してのみモータに供給されるときの圧縮機のピストンのストローク領域と、電流が第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を通してモータに供給されるときの圧縮機のピストンのストローク領域とを説明する。
【００２８】
図３は、電流を第１キャパシタC１のみを通してモータに供給するときと、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を通してモータに供給するときの圧縮機のピストンのストローク領域を示したグラフで、図示のように、モータの電圧モード(ハイモード、標準モード及びローモード)によって、電流を一つのキャパシタC１、または二つのキャパシタC１、C２を通してモータに印加すると、電圧モードがハイモード、標準モード、及びローモードのとき、それぞれ下記の関係式によりオーバストローク現象または低ストローク現象が顕著に減少する。
【数１】
2005233177.tif 000003
ここで、ωは角周波数(angular frequency)、L１、L２、L３は、電圧モードがそれぞれハイモード、標準モード、ローモードのときのモータのインダクタンス、C１、C２はキャパシタンスをそれぞれ示したものである。
【００２９】
例えば、上記の電圧モードがハイモードで、冷房負荷が小さいときは、上記のL１とC１との相関関係により、従来の場合の図５(ωL１＞１／(ωC１)の場合)に比べて、オーバストローク現象が顕著に減少する。ここで、オーバストローク現象とは、圧縮機のピストンと吐出弁とが相互に衝突する現象をいう。
また、電圧モードがハイモードで、冷房負荷が大きいときは、上記のL１とC１との相関関係により、従来の場合の図５(ωL１＞１／(ωC１)の場合)に比べて、低ストローク現象が顕著に減少する。ここで、低ストロークとは、前記往復動式圧縮機の目標ストローク未満であることをいう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】冷蔵庫に設置される、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】冷蔵庫に設置される、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフロー図である。
【図３】図１において、電流を第１のキャパシタC１のみを通してモータに供給するときと、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を通してモータに供給するときの圧縮機のストローク領域を示したグラフを示す図である。
【図４】冷蔵庫に設置される、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図５】図４において、電流をキャパシタC１を通してのみモータに供給するときの圧縮機のストローク領域を示したグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１    第１スイッチング部
２１    第２スイッチング部
C１    第１キャパシタ
C２    第２キャパシタ
【図１】
2005233177.tif 000004
【図２】
2005233177.tif 000005
【図３】
2005233177.tif 000006
【図４】
2005233177.tif 000007
【図５】
2005233177.tif 000008