CN1144010C

CN1144010C - 冰箱

Info

Publication number: CN1144010C
Application number: CNB001036459A
Authority: CN
Inventors: 荒川展昭; 武; 若田部武; 树; 吉田英树; 一; 石井诚; 高木纯一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: CN1284644A; JP2001050625A; KR20010020667A; KR100376902B1

Abstract

在用具有电压可变换流器和逆变器的电路，切换PWM/PAM控制时，特别是从PAM控制切换到PWM控制时，以往由于不能够进行实际直流电压的主电路部分与具有操作部分的微机部分之间的绝缘，存在着在冰箱中不能够使用该控制的问题。本发明通过具有操作部分的微机自身所发生的直流阶梯电压指令代替实际直流电压，即使不采用与主电路之间的绝缘也能够进行切换。

Description

冰箱

本发明涉及由把交流进行整流输出所希望的直流电压的电源电路和驱动电动机的电动机驱动电路构成的逆变器冰箱。

以往，作为驱动冰箱用压缩机的电动机控制装置在日本特开平7-260309号公报(文献1)以及特开平7-218097号公报(文件2)中记载着使用了控制直流电压的所谓PAM控制器的装置。另外，作为电动机的控制装置，已知记载着作为使用了PAM控制器的装置的特开昭63-224698号公报(文献3)。在该文献3中，记述了电动机转数在低速区，通过把直流电压取为恒定控制脉冲宽度调制逆变器的输出脉冲宽度来驱动控制电动机，在高速区，使逆变器仅进行换流动作根据换流器的直流电压升压功能来驱动控制电动机的所谓线性PAM控制，还记述了从PWM控制到PAM控制在PWM控制的流通率达到了预定值时，或者从PAM控制到PWM控制在换流器输出实际直流电压达到了预定值时，切换由逆变器进行的电动机的驱动控制(PWM控制)与由换流器进行的电动机的驱动控制(PAM控制)。

在上述文献1以及2中，记述着作为冰箱用压缩机驱动用电动机的控制装置通过使用PAM逆变器能够实现节省能源，但是作为冰箱用压缩机驱动用电动机的控制装置如何具体实现PAM控制没有任何记载。另外，在文献3那样的结构中作为冰箱用没有进行考虑。

另外，用于驱动电动机的电源电压(供给到家庭用插座的交流电压)，如果考虑到根据电业法确定的允许变动量以及家庭内的电压降，则成为基准值的±7.5％。在使用以往那样的倍压电路的电动机的控制装置中，如果直流电压在260V～303V之间则最大值与最小值的差成为43V，因此存在着有可能直流电压低而不能够起动电动机的问题。

本发明的目的在于提供具有适用为冰箱用电动机控制装置的PAM控制功能的冰箱。

本发明的第2个目的在于提供即使电源电压发生变化也能够进行压缩机起动的冰箱。

上述第1个目的在具备驱动压缩机的电动机，旋转控制该电动机的逆变器，输入交流并向该逆变器供给可变电压的直流的换流器的冰箱中，通过具有以下特征而实现，即具有根据上述逆变器的脉冲宽度调制功能对上述电动机的转数进行控制的第1控制模式和根据上述换流器的电压可变功能对上述电动机的转数进行控制的第2控制模式，使得接近根据冰箱内温度与设定温度所发生的速度指令。

另外，上述第1个目的在具备驱动压缩机的电动机，旋转控制该电动机的逆变器，输入交流并向该逆变器供给可变电压的直流的换流器的冰箱中，通过具有以下特征而实现，即，具有根据上述逆变器的脉冲宽度调制功能对上述电动机的转数进行控制的第1控制模式和根据上述换流器的电压可变功能对上述电动机的转数进行控制的第2控制模式，使得接近根据冰箱内温度与设定温度所发生的速度指令，还具有在上述逆变器的脉冲宽度调制功能中的流通率达到了预定值时，从上述第1控制模式切换到上述第2控制模式，在对于上述换流器的直流电压指令达到了预定值时，从上述第2控制模式切换到上述第1控制模式的功能。

另外，上述第2个目的在具备驱动压缩机的电动机，旋转控制该电动机的逆变器，输入交流并向该逆变器供给可变电压的直流的换流器的冰箱中，通过具有在起动上述电动机时，把供给到上述逆变器的直流电压取为比把上述交流变换为直流的值高的装置而实现。

图1是本实施形态的冰箱的控制框图。

图2表示直流电压以及流通率。

图3示出PWM/PAM选择器150的详细结构。

图4示出速度指令发生器140的详细结构。

图5是示出冰箱绝缘构造的框图。

图6示出电动机起动时的直流电压的变化。

图7示出逆变器的功率元件特性。

图8示出扼流圈的叠加特性。

图9示出扼流圈的构造。

图10是说明本实施形态的冰箱概略构造的纵剖面图。

图11示出改变脉冲宽度调制的脉冲宽度时的电流。

图12示出加法器208的详细结构。

发明的实施形态

作为对于冰箱的要求，可以举出在冷冻贮藏烹调了的食品时进行快速冷冻的速冻，短时间内制作冰块的快速制冰，还有由于冰箱在一般家庭中长时插入电源插头使用因此希望年度电费便宜(年度的消耗电量少)的节省能源等。对于速冻以及快速制冰，通过使压缩机的转数上升增加制冷循环的制冷剂循环量而实现，然而为了达到节省能源，需要压缩机以低速旋转进行运转。如果使压缩机以高速旋转运转与使压缩机以低速旋转运转两者都满足则存在以下的问题。

当前使冰箱用压缩机(主要是往复型)动作的电动机大多使用在转子中埋入永久磁铁，在定子上通过逆变器发生磁场，使转子旋转的无电刷电动机。该无电刷电动机的转数用以下的公式表示。

N＝(V-IR)/kφ

这里，N是电动机的转数，V是电动机施加电压，I是电动机电流，R是电动机的内部电阻，k是系数，φ是磁通密度。

如从该式所理解的那样，电动机施加电压V越大，或者电动机内部电阻R越小越能够进行高速旋转。输入到逆变器的直流电压如果使用倍压电路则可以得到2倍144V的288V(如果与负载连接则大约是250V)。电动机的内部电阻R根据把电动机取为高速旋转规格还是低速旋转规格而不同，例如如果采用高速旋转规格，则通过把作为电动机定子绕数的匝数例如取为120匝，来使内部电阻R的值减小。然而，如果这样把电动机的规格设定为高速一侧，则在低速区存在着电动机的效率显著降低的问题。

另一方面，如果为了使电动机的规格符合低速区(提高低速区的效率)，把定子绕线的绕数例如取为140匝，则由于电动机施加电压V一定，电动机内部电阻R加大，因此存在着不能够得到速冻和快速制冰所需要的转数这样的问题。

因此，在本实施形态中，通过使电动机的规格符合低速区，在高速区中提高逆变器输入电压实现电动机的高速旋转。为了提高逆变器输入电压即直流阶梯电压，通过在把交流变换为直流的换流器的后一级设置升压斩波器(或者能够进行PWM控制的换流器)，采用把该升压斩波器进行斩波控制的脉冲振幅调制，即PAM控制而实现。

以下，使用附图说明上述本发明的一实施形态。图1说明冰箱的控制装置，是由具有使用了整流电路以及升压斩波电路的换流器和逆变电路以及压缩机用电动机构成的电动机驱动电路的电动机控制装置的总体结构图。

交流电源1一般是插座，通过插入冰箱一侧的插头向冰箱送电。被送电的交流连接到换流电路2变换为直流。在换流电路2中，经过构成整流电路的二极管21、22、23、24，扼流圈25，二极管26以及晶体管等作为功率器件的开关元件27构成的升压斩波电路输出为直流电压。整流电路2内的升压斩波电路连接到换流电路2内的整流电路的输出一侧，根据上述功率器件的开关动作以及扼流圈25的储能效果，强制地流过输入电流把电压进行升压。被升压的直流电压供给到平滑电容器5，输出稳定的直流电压。虽然升压的机制众所周知，不过在这里仍进行简单的说明。设二极管21一侧为正极，开关元件27导通时，电流按照交流电源1，二极管21，扼流圈25，开关元件27，二极管24，交流电源1的顺序在扼流圈25中存储电磁能量。这时，如果开关元件27断开，则从扼流圈25经过防止返流用的二极管26在平滑电容器5中流过电流，电磁能量转移到电容器5中，电容器5的电压上升。由此使直流阶梯电压上升。另外，换流器2内的电阻28是电流检测用的电阻。

在该电容器5上，连接着把直流变换为发生用于使电动机旋转的旋转磁场的交流的逆变器3。在该逆变器3上连接着压缩机驱动用电动机7。该电动机7驱动的压缩机4虽然没有详细地图示，然而与电动机7一起收容在密闭容器内，主要是往复型的压缩机。此外，也可以用旋转型和涡旋型的压缩机构成。

逆变器3是三相逆变器，作为开关元件在本实施形态中使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)31a～32c。在这些开关元件上分别并联连接返流二极管33b～34c。而且，根据电动机7的旋转位置检测的输出进行120度流通使得把从电容器5供给的直流成为所设定的转数，进行各相流通期间中的流通率的控制(脉冲宽度控制)，控制电动机7的转数。

另外，电阻6是电流检测用电阻，该电流检测值传送到过电流保护装置111，在该电流检测值超过阈值电平时把构成逆变器3的开关元件全部断开的信号输出到驱动器110，驱动器110把开关元件断开。驱动器是为了逆变器控制中不存在电流局部环路而设置的。

根据图2说明使用这样主电路结构进行的控制。如上所述，电动机7是直流无电刷电机，通过控制对于电动机7的施加电压能够控制电动机7的转数。本实施形态中的电动机7设计成在低速旋转区的电机效率高。这是由于由电动机驱动的压缩机是组装到冰箱所使用的制冷循环中的，而作为一般家庭的冰箱的使用形态并不是在一天中频繁地开闭冰箱门的缘故。即，如果在一天中进行观察，冰箱的门几乎是关闭状态，因此只要生成与通过冰箱门关闭状态中的绝热材料向冰箱内的热侵入相应的冷气即可满足。由于这种向冰箱内的热侵入很少，因此压缩机的动作几乎是每分钟2000旋转左右的低速旋转。从而，如果设计为使得该低速旋转区的电机效率高则能够减小功耗。

但是，如图2所示，只是由逆变器3进行的脉冲宽度调制(PWM)控制，在冰箱内放入了热负荷大的食品时，频繁进行冰箱的门的开闭时，希望进行速冻和快速制冰时等情况下，必须以高速旋转驱动压缩机，由于流通率大约以2400min^-1达到100％，因此对电动机7的施加电压不得达到作为逆变器3的输入直流电压的150V以上。

因此，在本实施形态中，提供给电动机7的电压控制即电动机7的转数控制通过从逆变器3的脉冲宽度控制变为由换流器2实施的控制作为逆变器3的输入电压的直流电压来进行(这时逆变器3维持100％的流通率)。通过这样做，即使是设计为低速区效率良好的电动机也能够以高速旋转进行驱动。在本说明书中，把通过调整由逆变器3施加到电动机7上的脉冲序列的宽度，控制提供给电动机7的电压，从而控制电动机7转数的控制称为PWM(脉冲宽度调制)控制，把通过控制换流器2的直流电压，调整施加到电动机7的脉冲的振幅，控制电动机7转数的控制称为PAM(脉冲振幅调制)控制。

在图2所示的实施形态中，把电动机转数从1800min^-1～2400min^-1之间取为PWM控制(这时直流电压是150V)，把2400min^-1以上取为PAM控制(这些值只是一个例子，本发明并不限于这些值)。

但是，在本实施形态中，把直流阶梯电压的最小值设定为比由二极管21、22、23、24构成的整流电路的输出电压(144V)高一些的150V。以下说明其理由。

如果较高地设定直流阶梯的最小设定电压，例如180V，则虽然由于用PWM控制进行的控制区扩大，但是在冰箱中频繁使用的低转数区中将产生以下的问题。

在直流阶梯电压高的状态下为了使电动机7低速旋转，需要把作为PWM波形的脉冲宽度做细。这时，在逆变器3的导通期间流过的电流的大小加大(某一相的开关元件导通期间流过的电流的最大值)，与返流模式(在该相的返流二极管中电流流过期间)中的最小电流的差加大。该最大值与最小值的差与电动机7的脉动磁通密度存在比例关系，比例越大电动机7的铁损越大。

为了解决这个问题，在本实施形态中，在包括低速区的PWM区把直流电压设定为接近整流电压值的150V。通过这样降低直流阶梯电压，能够使逆变器的PWM的脉冲宽度扩展，减小逆变器开关元件的一个周期中的最大电流值与最小电流值的差。其结果，能够减小脉动磁通密度，使电动机7的铁损减少。

根据图11进行说明。图11(a)是高直流阶梯电压状态下逆变器3的开关元件的PWM波形。在开关元件导通时从电容器5流过电动机电流，如果断开，则电动机电流经过返流二极管返流而衰减。把该振幅值记为ΔIM。同样，图11(b)是使直流阶梯电压减少，与(a)相同的电压施加到电动机7的流通率的情况。这时由于直流阶梯电压低，因此即使开关元件导通，但由于电流的上升率小，因此与(a)相比较ΔIM小。该ΔIM是表示电动机的脉动磁通密度的值，该值越小意味着电动机的铁损越小。从而，流通率越大电动机的效率越高。

另外，在PWM控制区不断开由换流器2进行的升压动作的理由是为了维持作为功率因数改善电路的功能。

根据图1说明用于实现这样控制的实施形态。在本实施形态中，作为控制电动机7转数的装置用PWM/PAM选择器150选择PAM控制或者PWM控制的某一方。由后述的速度指令发生器140发生的伴随着冰箱的冰箱内温度控制的速度指令Np输入到PWM/PAM选择电路150。

另一方面，把电动机7的感应电压输入到位置检测器102，从该感应电压运算转子的磁铁位置，根据该位置信号由速度运算器103输出电动机的转数(实际速度)，输入到作为逆变器/换流器控制装置的PWM/PAM选择器150。

如后述的详细情况那样，在PWM/PAM选择器150中，输入该速度指令Np与电动机7的实际速度，对于换流器2以及逆变器3发生以下的控制指令。

在判断为是PWM控制区的情况下，对于换流器2发送输出恒定的直流电压(本实施形态中是150V)的控制指令，对于逆变器3发送基于速度指令值与电动机实际速度的差的流通率指令(本实施形态中是基于该流通率指令的脉冲序列)。

在判断为是PAM控制区的情况下，对于换流器2发送基于速度指令值与电动机实际速度的差的直流阶梯电压指令，对于逆变器3发送把流通率取为100％的指令(本实施形态中，是把流通率取为100％的脉冲序列)。这时，由于逆变器的PWM占空比是100％，因此逆变器3不进行斩波而仅进行换流输出。

从PWM/PAM选择器150输出的直流阶梯电压值在加法器208中与基准电压(150V)相加成为直流电压指令(在来自PWM/PAM选择器150的指令值为0的情况下，意味着判断为是PWM控制区，在该指令值具有某个值的情况下，意味着判断为是PAM控制区。另外，这里使用的基准电压也可以是从PWM/PAM选择器150输出的统计值)。在比较器207中把该加法器208的输出与用直流电压检测电路50检测出的电容器5的端子间电压进行比较，其差经过比例积分器206作为直流电流波高值指令输入到乘法器201。用电压检测器29检测由二极管21、22、23、24进行全波整流了的电压(脉动)，用乘法器201把该脉动与直流电流波高值指令相乘后作为瞬时电流指令。在比较器202中把该瞬时电流指令和由电流检测电阻28检测出的实际瞬时电流进行比较，其差输入到比较器204，与用振荡器203生成的锯齿波(三角波)进行比较得到脉冲宽度调制信号。该信号输入到驱动电路205被放大后，成为升压斩波器27的选通信号。这样通过把瞬时电流指令与瞬时电流进行比较向没有差的方向进行控制，能够使输入电压与输入电流的相位几乎相等功率因数接近于1。这样通过把电流取为正弦波形，能够抑制高次谐波。

用虚线A包围的各部分模块化为一个集成电路。另外，上述的换流器控制电路中，近来控制器已IC化，通过控制模拟电压来控制直流电压方式的部分大多数也已成品化。

另一方面，由PWM/PAM选择器150发生的作为使逆变器3进行开关动作的流通率的PWM信号作为脉冲序列，输入到AND电路109。另外，位置检测器102的输出信号也输入到换流输出器108中。作为各相开关元件的120度流通的换流定时(每相偏移120度的脉冲序列)的脉冲序列输出到各个开关元件中(图中是一个开关元件部分)。构成各相下臂的开关元件32a，32b，32c在该换流定时期间导通，构成上臂的开关元件31a、31b，31c中由AND电路109取入表示换流定时的脉冲序列与表示前一个PWM信号的脉冲序列的AND，经过驱动器110进行通断控制。

另外，换流器动作判断器107在作为速度指令发生器140的输出的速度指令Np为0时，使升压斩波器27进行开关动作的驱动电路205停止动作。这是因为从PWM/PAM选择器向换流器2一侧的输出是0，在换流器2一侧不区别是由于速度指令为0因此指令为0还是虽然发送了速度指令但是判断为PWM控制区的结果的缘故。

其次，使用图3说明PWM/PAM选择器的详细情况。

来自速度指令发生器140的速度指令Np输入到选择器152。根据由判断器151判断了的结果，选择器152内的开关切换到A一侧或者B一侧。A一侧是PAM控制区，B一侧是PWM控制区。

如果由判断器151判断为是B一侧则选择器152内的开关切换到B一侧。速度指令Np在比较器153中与来自速度运算器103的实际速度进行比较，其差输入到比例积分器155，运算出的控制量输入到逆变器PWM占空比指令发生器105。根据这些运算，运算速度差为0(即接近)这样的流通率，具有该流通率的脉冲宽度的脉冲序列传送到AND电路109。另一方面，换流器一侧把换流器输出电压取为150V的指令0从选择器152输出到换流器PAM电压指令发生器106的同时，选择器151的选择了B的判断结果也输出到换流器PAM电压指令发生器106。而且，作为把直流电压保持为150V意义的指令的0指令输出到加法器208。

另一方面，如果在判断器151中判断为是A一侧，则选择器152内的开关切换到A一侧。速度指令Np在比较器154中与来自速度运算器103的实际速度进行比较，其差输入到比例积分器156，运算出的控制量输出到换流器PAM电压指令发生器106。根据这些运算，运算速度差为0(接近)的直流电压指令输出到加法器208。另一方面，在逆变器一侧，无限大的速度指令值输入到比较器153，其差输入到比例积分器155，运算结果输出到逆变器PWM占空比指令发生器105。这里，把速度指令值取为无限大是由于如果取为无限大则速度差大，流通率成为100％。而且，从逆变器PWM占空比指令发生器105向AND电路109发送流通率为100％的脉冲序列。

其次，说明判断器151的判断动作。

判断器151输入来自逆变器PWM占空比指令发生器105的流通率以及来自换流器PAM电压指令发生器106的直流阶梯电压指令。如果逆变器PWM占空比指令发生器105的流通率(占空比)是预定值(例如100％)以下，则判断为是PWM控制区，对于选择器152进行指示使得选择B一侧。而且，流通率为预定值时，判断为是PAM控制区，对于选择器152进行指示使得选择A一侧。

从而，从PWM控制向PAM控制的切换成为用判断器151判断逆变器PWM占空比指令发生器105的指令是否为预定值(例如100％)。

与此不同，从PAM控制向PWM控制的切换根据作为换流器PAM电压指令发生器106的输出的直流阶梯电压指令的值进行。如果该直流阶梯的电压指令值达到了比预定值(150V)小的值，则判断器151对于选择器152发送从A一侧切换到B一侧的指令。

另外，由于使直流电压为150V与逆变器3的PWM流通率为100％相对应，因此发出该附近的速度指令时，有可能引起振荡。为了防止这一点，在从PWM控制向PAM控制切换时，把是否为加速指令(速度差比预定值大时判断为加速)作为与条件施加到判断条件中，使得在不是加速指令时不进行切换，从PAM向PWM控制切换时同样地施加是否为减速指令的条件。

这里，从PAM控制切换到PWM控制时，升压斩波电路输出的直流电压(主电路的直流电压，实际直流电压)比设定电压低时进行切换的技术已在特开昭63-224698号公报中所知。这种情况下，输入到微机的直流电压用电阻分压数100V的电压，使得降低到微机能够检测的5V以下。为此，微机驱动电压的接地与功率系统(主电路)的直流电压接地必须采用共同点。

然而，在冰箱中直流电压的功率系统与微机驱动部分的信号系统必须采用绝缘构造，需要分别设置接地。使用图5的冰箱绝缘构造图说明其理由。

冰箱是放置在屋内的，如后述那样具有操作按钮。如上述那样在直流电压的功率系统与直流电压的微机驱动部分的信号系统共同接地时，有可能操作按钮由于某些不良而露出，人用手接触，而且冰箱的表面也接触身体从而有触电的危险。

为此，换流器电路2，逆变器电路3以及各种加热器等用光半导体元件(光耦合器)和继电器等绝缘。另外，微机驱动部分的电源虽然一般使用开关电源但是必须采取用变压器把一次侧与二次测绝缘的构造。

例如，在房屋空调机中，分别独立存在具有操作部分的温度控制系统的微机与控制电动机的微机，把两者结合的只是把来自构成温度控制系统的微机的压缩机转数指令传送到构成电动机控制系统的微机中。这部分能够使用光耦合器等进行绝缘。因此，在房屋空调机中，检测主电路的直流电压根据该值能够从PAM控制切换到PWM控制。而且，该电动机控制还能够仅用室外机完成。

与此不同，冰箱由于不希望放入食物的冰箱内容量狭窄，因此用一台微机构成温度控制系统和电动机控制系统。这种情况下，从必须进行绝缘的知识出发不得把主电路的直流电压分压后输入到微机。但是如果什么也不做则不能够进行从PAM控制向PWM控制的切换。

因此，在本实施形态中，如上述那样，在从PAM控制向PWM控制切换时，通过以换流器PAM电压指令发生器106生成的向换流器2一侧输出的直流阶梯电压指令值作为实际直流电压的替代，作为判断的对象，即使不把直流电压分压后直接输入到微机中，也能够进行从PAM控制向PWM控制的切换。

另外，作为在冰箱中也取入主电路直流电压进行控制的方法，可以如房屋空调机那样，设置仅控制换流器电路2和逆变器电路3的专用微机，与冰箱的温度检测和控制风扇电机、阻尼器、操作按钮等的微机分离。但是，各微机以通信进行控制在这里仍然需要光半导体元件等的绝缘。

另外，由于使用市场销售的绝缘型模拟/数字换流器也能够进行直流电压的检测，因此能够取入直流电压进行从PAM控制向PWM控制的切换的控制。但是成本将增高。

其次，使用图4说明速度指令Np的生成。基本的速度指令是由温度设定器130，冷冻室温度检测器138，比较器100以及速度指令运算器101输出的速度指令N。即，用比较器100把来自温度设定器130的信号的冷冻室设定温度与来自冷冻室温度检测器138的实际冷冻室温度进行比较，温度差输出到速度指令运算器101。至最高速度指令为止输出与速度差成比例的速度指令，在高于该值的差中速度指令成为恒定。虽然这是一般的速度指令的生成方法，但在本实施形态中，通过添加各种功能提供使用方便而且节省能源的冰箱。

说明速冻运转，快速制冰运转以及抑制运转。家庭用冰箱中的冻结性能通过极力缩短食品中水分的大部分冻结的最大结冰生成带(-1℃～-5℃)的通过时间，能够抑制冻结时细胞组织内的冰结晶生长，能够抑制由于细胞的破坏引起的解冻时水滴(包括味道和营养成分的液汁)的流出，能够进行高品质的冻结。为了实现这一点，在冰箱的门上设置速冻按钮(快速制冰按钮)134，通过按下该速冻按钮134开始进行速冻(制冰)。

该速冻按钮除去设置在冰箱上以外，还可以是由遥控器闭合的继电器接点，电子开关等。

如果按下速冻按钮134起动速冻电路133内的定时器，则直到手工解除速冻按钮134或者定时器断开为止进行最长两小时的速冻运转。在速冻电路133中，对于选择电路137发送把电动机旋转速度取4200转/分钟(固定)的速度指令(该状态成为PAM控制区)，在选择电路137中选择来自速冻电路133的速度指令后输出到比较器104。另外，在固定了电动机速度指令时，由于恢复时的温度差加大有可能成为不稳定，因此把速度指令取为比通常低7℃的值。因此，在加法器135中在来自温度设定器130的输出上施加-7℃构成速度指令。从比较器100输出该温度与实际温度的差。速冻电路133输入该温度差，在速冻运转中冷冻室温度达到比冰箱内温度设定(通常为-18℃)低7℃的温度时，把速度指令从固定值的4200转/分钟取为0转/分钟，防止冷冻室以外的冷藏室和蔬菜室等的过冷。冷冻室温度上升达到高于低7℃的设定温度时(具有滞后现象)，恢复电动机速度指令，再次开始运转。该动作持续到定时器断开为止。

根据以上的速冻(制冰)运转功能，能够把最大结冰生成的通过时间取为30分钟以内，能够进行高品质的冷冻。

另外，近年来根据防止地球变暖对策的社会要求，呼唤冰箱节省能源。为了响应该要求，在本实施形态的冰箱中，在其冰箱门上设置实现节省能源模式的「抑制按钮」132。

如果按下「抑制按钮」132，则起动「抑制电路」131。由于「抑制电路」131把温度设定(温度指令)提高1℃，因此在温度设定器130的输出上输出加上1℃的信号，在加法器135中相加，抑制加法器135的输出作为运转时的温度指令。另外，「抑制电路」131向速度指令限幅器136输出信号，即使作为速度指令发生器101的输出的速度指令上升到3000转/分钟，在后一级也不输出3000转/分钟以上的速度指令。因此，即使在温度差非常大的情况下，由于最高速度也能够被抑制为3000转/分钟，因此在按下该「抑制按钮」132期间，由于不会过分地高速运转因此还能够减少功率消耗量。在该抑制运转中，由于几乎所有的运转状态都是PWM控制区，因此电动机的效率高，可以减少功率消耗量。

而「抑制电路」131输入冷冻室温度检测器138的输出，检测到冷冻室的温度成为-10℃以上时解除「抑制控制」。这是因为意味着即使电动机继续以旋转速度3000转/分钟进行运转，负载也要大到使冰箱内温度上升的程度。因此，这时为了把存放在冰箱内的食品的温度保持在适宜的温度，解除「抑制控制」返回到通常运转把冰箱内进行冷却。

另外，由于不会使速冻运转与「抑制控制」两者都成立，因此构成为在一方起作用的时候即使按下另一方的按钮也无效。

其次，说明压缩机(电动机)起动时的控制。向普通家庭等馈电的电压允许有基于电业法的变动范围，另外，考虑到室内布线的电压降，用倍电压表示成为281±7.5％(260V～303V)的变动幅度。因此，在电压低时，再加上压缩机的起动转矩大，有时电动机的转矩不足起动困难。在本实施形态中，在压缩机停止时输出驱动指令之际，最初以高电压把直流电压指令控制为恒定，在得到变动少的直流电压以后，开始电动机的起动。通过这样做，由于成为281±3％，因此供给稳定的直流电压，起动可靠。

即，在换流器PAM电压指令发生器106中，输入作为速度运算器103的输出的实际速度和速度指令Np，在实际速度为0而具有速度指令时，判断为压缩机起动，把直流电压指令设为高压指令(在图3中未图示)。如图6所示，在该电压下逆变器进行开关动作起动电动机。然后，以上述PAM控制或者PWM控制进行控制使得电动机7的旋转与冷冻室温度与温度设定值的差相平衡。

图7中示出逆变器3的PWM占空比与Ic峰值电流的关系。峰值电流是31a～31c，32a～32c的各IGBT的集电极电流。边界线是对于PWM占空比的Ic峰值电流的保证值，PWM占空比越小保证值越高。

电动机7起动时需要起动转矩，为此Ic的电流也加大。起动电流由于根据施加到逆变器3的直流电压决定，因此如果直流电压高则起动时的电流可以减小PWM占空比。

在本实施形态中，起动时的电流在PWM占空比为15％左右下需要4A电流。这种情况下的直流电压是280V。从而，如果以高电压作为起动时的直流电压，则由于可以减小PWM占空比，因此还能够减小IGBT的容量。

另外，如果是在Ic的保证值内则还能够使施加到逆变器3的直流电压降低进行起动。但是这种情况下必须加大PWM占空比。

其次说明扼流圈25。图8示出换流器电路2的扼流圈特性。

冰箱中限制高次谐波的指标是级别D。在电动机7转数控制范围的整个区域，由于通过升压斩波器27控制直流电压进行功率因数改善，因此扼流圈25的值可以是1mH左右。

图9示出扼流圈的构造图。PAM控制的扼流圈25的磁芯一般使用频率特性良好的非晶材料，然而为了得到扼流圈值必须在磁芯上设置空气间隙。但是，由于设置空气间隙，空气间隙部分振动将发生噪声。在本实施形态中，使用特殊材料的磁芯，是即使不设置间隙也能够得到扼流圈值的构造。材料使用坡莫合金和铁。

其次使用图10说明冷冻冷藏箱的概略。符号301表示送风方向变更器，302表示冷藏室内循环风扇用电机，303表示送风方向变更用步进电机，304表示冰箱内冷气循环用风扇电机，305表示蒸发器，306a～306c表示温度传感器，307表示冷藏室，308表示蔬菜室，309表示冷冻室。如果按下在未图示的冷藏室门上设置的「快速冷藏按钮」，则设置在冷藏室307内的送风方向变更器301进行90度往复旋转的同时，冷藏室内循环风扇用电极302运转使冷藏室307内温度均匀。由此，冷藏室307成为温度均匀的同时在放入了有一定温度的食品时也能够快速冷却。

另外，设置在冷藏室307的两个侧面的温度传感器306a～306c(一侧没有图示)检测放置在左右的食品的温度，能够使送风方向变更器301转向到食品温度高的方向，进行快速冷却。

而上述的实施形态中，在从PAM控制切换到PWM控制时，不检测实际直流电压而通过检测直流阶梯电压指令值，能够把主电路(功率系统)与直接布线到操作单元的微机之间绝缘。图1中用虚线包围的A是组件IC，该组件进行控制使得通过取入实际直流电压构成电压反馈控制系统使实际直流电压接近直流阶梯电压指令。即，该组件IC也是与功率系统直接连接的。在这里为了发送来自与操作单元相连接的微机构成的PWM/PAM选择器150的直流阶梯电压指令，需要用布线进行连接，还需要进行绝缘。使用图12说明实施了绝缘的实施形态。图12是在图1所示的加法器208施加了绝缘的例子。

从PAM/PWM选择器150内的换流器PAM电压指令发生器106发出的直流阶梯电压指令由于把数字的电压指令变换为模拟值，因此即使输入到用于该信号绝缘的光耦合器的基极，因在光耦合器中没有电压放大作用，因此如果基极电压超过光耦合器的导通电压则仅输出“高”，如果低于导通电压则仅输出“低”这2个值，不能够把微妙的直流阶梯电压指令传送到后一级的升压斩波控制系统。

因此，在本实施形态中通过把来自换流器PAM电压指令发生器的直流阶梯电压指令置换为脉冲序列，把该脉冲序列的脉冲宽度取为对应于直流阶梯电压指令的宽度，能够向后一级进行信号的传送。脉冲生成单元是把直流阶梯电压指令变换为脉冲序列的部分，把脉冲宽度为0的情况取为150V(PWM控制区)，把100％的情况取为最大的280V指令。

脉冲宽度是0的情况下(PWM控制区)，光耦合器的基极电压由于是0，因此光耦合器不导通。为此，按照由电阻R2与电阻R3的分压比决定的把一定电压分压了的电压输出到后一级的比较器207(图1)。这相当于图1所示的基准电压Vp。

输出具有宽度的脉冲序列时(PAM控制区)，由于输出脉冲期间，光耦合器导通，因此把加法器的输出按照由电阻R1和电阻R2的并联电阻值与电阻R3的分压比决定的把一定电压分压了的电压输出到模拟变换单元。在模拟变换单元中，以由电阻R4与电容器C决定的时间常数使从加法单元输出的脉冲序列平滑，输出导通期间与断开期间的平均电压。加法单元的输出由于在光耦合器导通期间输出比断开期间还低的电压，因此脉冲宽度宽的把较低的模拟电压输出到后一级。即，PAM控制区的最大直流阶梯电压指令值(100％占空比)的情况下成为最低的模拟电压，PWM控制区的最小直流电压阶梯电压指令的情况下输出最高的电压。根据该结构维持绝缘的同时能够传送直流阶梯电压指令。另外，由于在图1的比较器207中对于直流电压指令和实际直流电压的大小的基准进行翻转，因此需要使某一方翻转。

另外，还可以在图3中的换流器PAM电压指令发生器106内设置脉冲生成单元。这种情况下，至判断器151的信号成为脉冲序列。

在以上所说明的实施形态中，示出了各种数值进行了说明，然而这些数值只是一个例子，只要符合控制思想则可以适用其它任何数值。

另外，为了易于理解本实施形态用控制框图进行了说明，而速度指令发生器140，位置检测器102，速度运算器103，换流输出器108，PWM/PAM选择器105等也能够通过软件实现。

根据以上的本实施形态具有以下的效果。压缩机用电机的设计通过在最高利用率点进行设计(例如最低转数时)，能谋求电机的高效化，因此成为节省能源的系统。在冰箱的热负荷大时，由于切换到PAM控制，因此在能够以高速运转压缩机用电机的同时，与台阶形地使直流电压上升以逆变器的PWM控制进行电动机控制的所谓台阶PAM相比较，由于仅进行升压斩波电路的开关控制就能够进行电动机的控制(逆变器只是作为电动机的电刷进行动作)，因此开关损失少。进而，由于能够把扼流圈的容量取为1mH左右进行PAM控制，因此能够小型化，能够进行基板安装。

根据以上的本发明，除了具有提供具备适用为冰箱用的电动机控制装置的PAM控制功能的冰箱这样的效果以外，还具有提供即使电源电压变动也能够进行压缩机起动的冰箱这样的效果。

Claims

1.一种冰箱，具备驱动压缩机的电动机，旋转控制该电动机的逆变器，输入交流并向该逆变器供给可变电压的直流的换流器，其特征在于：

具有根据上述逆变器的脉冲宽度调制功能进行上述电动机转数控制的第1控制模式和根据上述换流器的电压可变功能进行上述电动机转数控制的第2控制模式，以便接近于根据冰箱内温度和设定温度而发生的速度指令。

2.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

还具有在上述逆变器的脉冲宽度调制功能中的流通率达到了预定值时，从上述第1控制模式切换到上述第2控制模式，在对于上述换流器的直流电压指令达到了预定值时，从上述第2控制模式切换到上述第1控制模式的功能。

3.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据冰箱内温度与设定温度发生上述电动机的速度指令的速度指令发生装置，和根据该速度指令生成对于上述逆变器的流通率以及对于上述换流器的直流电压指令的逆变器换流器控制装置，把上述逆变器以及换流器，与上述速度指令发生装置以及上述逆变器换流器控制装置进行电绝缘。

4.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

备有在起动上述电动机时，把供给到上述逆变器的直流电压设定为比把上述交流变换为直流的值还高的装置。

5.根据权利要求4所述的冰箱，其特征在于：

具有以比上述电动机起动时的上述直流电压低的电压驱动上述电动机的模式。

6.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有驱动压缩机的电动机，把交流变换为直流的整流电路，把该直流升压的升压斩波器，设置在上述整流电路与该升压斩波器之间的扼流圈，作为该升压斩波器后一级的连接到上述电动机上的把直流变换为交流的逆变器，把上述扼流圈取为在没有间隙的环形磁芯上缠绕线圈的构造。

7.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，以及使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中预定值以下的运转模式。

8.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中规定值以下的运转模式，以及使该运转模式动作的开关。

9.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中预定值以下的运转模式，以及当上述冷冻室温度成为比上述设定温度高的预定值时结束该运转模式的装置。

10.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，以及使上述设定温度降低把上述电动机转数取为动作区中预定值的运转模式。

11.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度降低把上述电动机转数取为动作区中预定值的运转模式，以及使该运转模式动作的开关。

12.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度降低把上述电动机转数取为动作区中预定值的运转模式，使该运转模式动作的开关，以及与接通该开关相联动并且经过预定时间结束该运转模式的装置。

13.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度下降把上述电动机转数取为动作区中预定值的运转模式，以及在上述冷冻室温度成为上述降低了的设定温度时停止上述电动机旋转的装置。

14.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中预定值以下的第1运转模式，以及使上述设定温度降低把上述电动机转数取为动作区中预定的值的第2运转模式。

15.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中预定值以下的第1运转模式，使该第1运转模式动作的开关，使上述设定温度下降把上述电动机转数取为动作区中预定的值的第2运转模式，以及使该第2运转模式动作的开关。

16.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：

具有根据设定温度与冰箱冷冻室温度的差控制构成上述逆变器或者换流器的开关元件的斩波动作来调整上述电动机转数的装置，使上述设定温度上升把上述电动机转数取为动作区中预定值以下的第1运转模式，在上述冷冻室温度成为高于上述设定温度的预定值时结束该第1运转模式的装置，使上述设定温度下降把上述电动机转数取为动作区中预定的值的第2运转模式，在该第2运转模式期间，以及上述冷冻室温度成为上述降低了的设定温度时，停止上述电动机旋转的装置。