CN1311214C - 冰箱的电动机驱动装置及冷却风扇驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供矢量控制冰箱温度的冰箱电动机驱动装置及冷却风扇驱动装置。在具备有用三相压缩机电动机(3A)带动的压缩机(28)的冷冻循环(30)的冰箱(10)中，对从逆变器电路(42)向压缩机电动机输出的三相驱动电流求出与转矩对应的q轴电流(Iq)和与磁通对应的d轴电流(Id)，根据Iq与箱内温度的对应变化，Iq增加时与其对应提高压缩机电动机转速，增大压缩机能力。在具备有用三相的风扇电动机(3B)带动的冷却风扇(24)的冷冻循环(30)的冰箱(10)中，对逆变器电路(42)向风扇电动机输出的三相驱动电流求出与转矩对应的q轴电流(Iq)和与磁通对应的d轴电流(Id)，根据Iq与冷气流动的相应变化，Iq增加时与其对应提高风扇电动机转速，冷却风扇能力增大。

Description

冰箱的电动机驱动装置及冷却风扇驱动装置

技术领域

本发明涉及具有冷却器的冰箱。

背景技术

以往，冰箱的冷藏室或冷冻室室内温度控制利用设在各室内的温度传感器控制使压缩机旋转的电动机，从而使得该温度传感器检测出的温度在规定的温度范围(专利文献1：日本特开平11-304332号)。

然而，作为电动机的控制方法所知的有采用矢量控制的驱动方法，并建议在洗衣机上采用这种矢量控制的驱动方法(专利文献2：日本特开2003-24686)。

发明内容

如上所述，在现有的冰箱中因为采用温度传感器控制冰箱内温度，所以存在的问题是难以把握冰箱内整体的温度，又因温度传感器的保护罩等保护部分的热容量，尽管冰箱内温度已上升但不能立即作出响应。

因为用温度传感器控制，所以不清楚冷冻循环自身的负载，有时强行驱动压缩机硬要进行冷冻循环。在这种情况下，由于从安全出发要减轻对负载的控制，所以又存在不能进行适当控制的问题。

在食物置于温度传感器面前时，传感器温度变化迟钝，存在的问题是不知道是否有新的食物放进冰箱内。

另外，冷却风扇送风的冷气流动的风道堵塞、或者食品放在冷气的出风口前不易冷却等，上述的状态均检测不出。

再因不能掌握冷却器上的积霜程度，所以存在的问题是强行使冷冻循环动作，尽管冷却功能不起作用，却只是白白地消耗了电能。

另外存在的问题是在以往所有的方案中，都未提及在采用矢量控制时，如何对冰箱的箱内温度进行控制。

所以，本发明鉴于以上问题，提出采用矢量控制方法控制冰箱内温度的冰箱电动机驱动装置及冷却风扇驱动装置的方案。

本申请的第1方面为一种冰箱的电动机驱动装置，包括至少具有靠三相电动机旋转的压缩机、冷凝器、冷却器的冷冻循环，利用所述在缩机压缩制冷剂使所述冷却器冷却，再冷却冷却室内部，其特征在于，包括向所述电动机的定子线圈供给三相驱动电流的逆变器电路、向所述逆变器电路供给PWM信号的PWM电路、检测所述三相驱动电流的驱动电流检测单元、根据所述检测出的三相驱动电流变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流和与所述电动机的转矩对应的电流分量即g轴电流的dg变换单元、检测所述电动机转速的转速检测单元、根据所述变换后的q轴电流输出速度指令信号的主控制单元、及根据所述检测出的当前的转速和所述速度指令信号向所述PWM电路输出控制信号使电动机转速变成与所述速度指令信号对应的转速的速度控制单元，所述主控制单元与所述q轴电流的变化率对应控制所述速度指令信号，调整所述冷冻循环中流动的制冷剂流量来控制所述冷却室的冰箱内温度。

本申请的第2方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为正时输出所述速度指令信号使得转速提高。

本申请的第3方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为负时输出所述速度指令信号使得所述电动机转速下降。

本申请的第4方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱在所述冷却器附近具有冷却风扇，所述主控制单元根据所述q轴电流使所述冷却风扇转速变化。

本申请的第5方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱具有检测所述冷却室门开闭用的门检测单元，所述主控制单元在所述门检测单元检测出门闭的状态后对所述冰箱内温度进行控制。

本申请的第6方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱具有检测所述冷却室的门开闭状态的门检测单元，所述主控制单元在所述门检测单元检测出所述门闭的状态后经过规定时间后才对所述冰箱内温度进行控制。

本申请的第7方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元根据所述q轴电流求出瞬时电功率在显示单元上显示。

本申请的第8方面为如第1方面所述的冰箱的电动驱动单元，其特征在于，所述转速检测单元根据所述驱动电流检测单元检测出的三相驱动电流进行运算。

本申请的第9方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据来自设在所述电动机转子附近的位置检测单元的位置信号进行运算。

本申请的第10方面为如第1方面所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述电动机为三相感应电动机或三相无电刷直流电动机。

本申请的第11方面为一种冰箱的冷却风扇驱动装置，包括至少具有靠三相电动机旋转的压缩机、冷凝器、冷却器的冷冻循环，该单元有设置在所述冷却器附近，向冷却室输送经所述冷却器冷却后的冷气的冷却风扇，其特征在于，包括向使所述冷却风扇旋转的风扇电动机定子线圈供给三相驱动电流的逆变器电路、向所述逆变器电路供给PWM信号的PWM电路、检测所述三相驱动电流的驱动电流检测单元、根据所述检测出的三相驱动电流变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流、和与所述风扇电动机对应的电流分量的q轴电流的dq变换单元、检测所述风扇电动机转速的转速检测单元、根据所述变换后的q轴电流输出速度指令信号的主控制单元、及根据所述检测出的当前的转速和所述速度指令信号向所述PWM电路输出控制信号使电动机转速变成与所述速度指令信号对应的转速的速度控制单元，所述主控制单元与所述q轴电流的变化率相对应控制所述速度指令信号，调整所述冷却风扇送出的冷气流量来控制所述冷却室的冰箱内温度。

本申请的第12方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为正时，输出所述速度指令信号使得转速提高。

本申请的第13方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为负时，输出所述速度指令信号使得所述电动机转速下降。

本申请的第14方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述冰箱具有检测所述冷却室门开闭的门检测单元，所述主控制单元在所述门检测单元检测出门闭状态后控制所述冰箱内温度。

本申请的第15方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述变换后的q轴电流达到规定值时，判断所述冷却器上积霜。

本申请的第16方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述变换后的q轴电流升到规定值以上时，或由所述转速检测单元检测出的转速为规定转速以下时判定所述冷却风扇为制动(Lock)状态。

本申请的第17方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在控制所述冷却室的冰箱内温度时，在所述冷风扇正停止时，强制使冷却风扇旋转。

本申请的第18方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据所述电流检测单元检测出的三相驱动电流进行运算。

本申请的第19方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据来自设在所述冷却风扇电动机的转子附近的位置检测单元的位置信号进行运算。

本申请的第20方面为如第11方面所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述风扇电动机为三相感应电动机或三相无电刷直流电动机。

发明效果

以下对第1方面的冰箱电动机驱动装置的动作状态进行说明。

用电动机带动压缩机旋转将制冷剂送入冷却器，冷冻冷却器。这时，如冰箱门打开放进食品，则冰箱内温度上升。冰箱内温度一上升，冷却器周围温度也上升冷却器中流动的制冷剂蒸发量增加。因而，对于压缩机而言负载增大。

另一方面，使压缩机旋转的电动机被冰箱的控制部控制以一定的速度旋转，所以压缩机的负载一增大驱动电流亦就增加。

dq变换单元将检测出的驱动电流变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流、和与电动机的转矩对应的电流分量的q轴电流。

当q轴电流输入主控制单元时，主控制单元与q轴电流的变化率相对应输出速度指令信号。

速度控制单元根据转速检测单元检测出的电动机当前的转速和来自主控制单元的速度指令信号，向PWM电路输出控制信号使其变成与该速度指令信号相对应的转速。

PWM电路与该控制信号相对应向逆变器电路供给PWM信号，控制逆变器电路。

逆变器电路根据PWM信号向电动机的三相定子线圈输出三相驱动电流。

由此，主控制单元与q轴电流的变化率相对应控制速度指令信号，并能控制压缩机转速，调整冷冻循环中流动的制冷剂流量。

利用以上方法，当食品放入冷藏室内室温度就上升，随此压缩机负载也上升q轴电流增加。与该增加后的q轴电流的变化率相对应通过调整电动机转速增加致冷剂流量，使冰箱内温度降低。因此，不用温度传感器也能控制冷却室的室内温度。

在第2方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元在q轴电流的变化率为正时判断食品放进冰箱内，输出速度指令信号使得转速上升。

在第3方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元在q轴电流的变化率为负时判断冰箱内的食品已被充分冷却食品温度低下，输出速度指令信号使得转速下降。

在第4方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元利用根据q轴电流使冷却风扇的转速变化从而与放进冰箱内的食品相对应控制冷却风扇的转速。

在第5方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元在检测出门为闭状态时控制冰箱内温度。这很可能是由于在门打开后再关闭时，把食品放入冰箱冰箱内温度上升的缘故。

在第6方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元在检测出门关闭状态后经过规定时间才对冰箱内温度进行控制。这一点即使在门开启后再关闭时，也不限于一定要放入食品。因此，如放进食品经过规定时间后冰箱内温度上升，如不放进食品则冰箱内温度保持，所以为了进行上述判断经过规定时间后才对冰箱内温度进行控制。

在第7方面的冰箱电动机驱动装置中，主控制单元通过根据q轴电流求出瞬时电功率在显示单元上显示，从而能对用户显示出现在的瞬时电功率。

在第8方面的冰箱电动机驱动装置中，通过由驱动电流检测单元检测出的驱动电流计算转速，从而能实现无传感器的电动机驱动装置，可以节省成本。

在第9方面的冰箱电动机驱动装置中，因根据来自设在电动机的转子附近的位置检测单元的位置信号检测转速，故能检测出正确的转速。

在第10方面的冰箱电动机驱动装置中，通过电动机采用三相感应电动机或三相无电刷直流电动机，从而能正确而可靠地驱动压缩机。

以下，对第11方面涉及的冰箱冷却风扇驱动装置动作状态进行说明。

用风扇电动机带动冷却风扇旋转向冷却室送冷气。这时，冰箱门开启放入食品。随放入的食品数量使冷气的气流变化，电动机负载增大或减小。因由冰箱的主控制单元控制风扇电动机以一定的速度旋转，故与所述电动机的负载相对应驱动电流变化。

dq变换单元将检测出的驱动电流变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流、和与风扇电动机的转矩对应的电流分量即q轴电流。

当q轴电流输入主控制单元时，主控制单元与q轴电流变化率对应输出速度指令信号。

速度控制单元根据转速检测单元检测出的风扇电动机当前的转速和来自主控制单元的速度指令信号，向PWM电路输出控制信号变成与该速度指令信号对应的转速。

PWM电路与该控制信号对应向逆变器电路供给PWM信号控制逆变器电路。

逆变器电路根据PWM信号向风扇电动机的三相定子线圈输出三相驱动电流。

利用以上方法，当食品放入冷却室时冷气的流动变差，随此因冷却风扇的负载也上升所以q轴电流增加。与该增加的q轴电流的变化率相对应通过提高冷却风扇的转速增加制冷剂流量，使冰箱内温度降低。因而能不用温度传感器就控制冷却室的室内温度。

在第12方面的冰箱风扇电动机驱动装置中，主控制单元在q轴电流的变化率正时，判断食品放进冰箱内冷气流动变得困难，所以输出速率指令信号使转速提高。

在第13方面的冰箱风扇电动机驱动装置中，主控制单元在q轴电流的变化率为负时，判断冰箱内食品贮量减少冷气流动变得容易，输出速度指令信号使转速降低。

在第14方面的冰箱风扇电动机驱动装置中，主控制单元检测出门关闭状态时控制冰箱内温度。这是由于很可能在门打开后又关闭时把食品放进冰箱内使冰箱内温度上升。

在第15方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，主控制单元在变换后的q轴电流到达规定值时，检测冷却器上的积霜，例如，着眼于冷气的流动，在冷却风扇位于冷却器的下游一侧时，当冷却器上发生积霜时冷气流动变差，冷却风扇周围的气压下降，风扇电动机的负载下降，q轴电流也下降。因此，在该q轴电流低于规定值时判断有积霜。另外，着眼于冷气的流动，在冷却风扇位于冷却器的上游一侧时，当冷却器上发生积霜时冷气的流动变差，冷却风扇的周围气压上升，风扇电动机的负载上升，q轴电流也上升。由此，在该q轴电流的值大于规定值时判断有积霜。

在第16方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，主控制单元在变换后的q轴电流上升至规定值以上时，或在由所述转速检测单元检测出的转速为规定转速以下时，判断冷却风扇制动。由此，能确实地检测出冷却风扇制动的状态。

在第17方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，主控制单元在控制冷却室的室内温度时，在冷却风扇正停止时，强制使冷却风扇旋转。这是在进行如第1方面所述的冰箱内温度控制时，若冷却风扇不转就不能进行控制，所以强制地使冷却风扇旋转。

在第18方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，通过根据驱动电流检测单元检测出的驱动电流计算转速，从而能实现无传感器的冷却风扇驱动装置，可以节约成本。

在第19方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，根据来自设在风扇电动机转子附近的位置检测单元的位置信号检测出转速，故能检测出正确的转速。

在第20方面的冰箱冷却风扇驱动装置中，通过风扇电动机采用三相感应电动机或三相无电刷直流风扇电动机，从而能正确而可靠地驱动冷却风扇。

附图说明

图1为本发明一实施形态的冰箱的方框图。

图2为从三相开始进行αβ变化的矢量图。

图3为从αβ开始进行dq变化的矢量图。

图4为表示冷却器温度、冰箱内温度、q轴电流和时间之间关系的时间图。

图5为本实施形态的冰箱纵断面图。

图6为本实施形态的冷冻循环构成图。

图7为本发明一实施形态的冰箱的方框图。

图8为表示冷却风扇的制动检测方法的其它实施例中q轴电流和风扇电动机转速之间关系的曲线。

记号说明

1A  压缩机驱动装置

2   主控制单元

3A  压缩机电动机

4A  风扇驱动装置

5A  风扇电动机

10  冰箱

14  冷藏室

16  蔬菜室

18  第1冷冻室

20  第2冷冻室

22  冷却器

24  冷却风扇

28  压缩机

30  冷冻循环

42  逆变器电路

48A PWM形成单元

52dq变换单元

58A 速度PI控制单元

66A 速度PI控制单元

64  三相变换单元

68A PWM形成单元

1B  风扇驱动装置

3B  风扇电动机

4B  压缩机驱动装置

5B  压缩机电动机

48B、68B PWM形成单元

58B、66B 速度PI控制单元

具体实施方式

以下参照图1至图6说明本发明一实施形态的冰箱10。

(1)冰箱10的结构，

参照图5说明冰箱10的结构。

如图5所示，在冰箱10的箱柜12中从上向下依次设置冷藏室14、蔬菜室16、第1冷冻室18、第2冷冻室20，各室上设置门14a～20a。

冷藏室14的背面设置由微型计算机构成的冰箱10的主控制单元2。

第1冷冻室18的背面设置冷却器22，该冷却器22的上方设置冷却风扇24。

第2冷冻室20的背面设置机械室26，该机械室26内设置压缩机28。

(2)冷冻循环30的构成。

参照图8说明冷冻循环30的构成。

压缩机28送来的制冷剂经冷凝器32至毛细管34。

流出毛细管34的制冷剂在冷却器22蒸发后返回压缩机28循环。

经冷却器22冷却后的空气利用冷却风扇送风，送风到冰箱10的各小室14～20。

该送来的冷气在冰箱内循环后再度返回冷却器22循环。

(3)冰箱10的电气系统的结构

参照图1的方框图说明冰箱10的电气系统的结构。

如图1所示，由驱动压缩机28的压缩机电动机3A、驱动该压缩机电动机3A的压缩机驱动装置1A、及控制该压缩机驱动装置1A的主控制单元2构成。另外压缩机驱动装置1A上连接为驱动冷却风扇24的风扇电动机5A用的风扇驱动装置4A。再有，主控制单元2与分别设在各小室14～20的门14a～20a上的门开关14b、16b、18b、20b相连接。

以下，先说明压缩机驱动装置1A的结构。

压缩机驱动装置1A由以下几部分构成：即逆变器电路42，整流电路44、交流电源46、PWM形成单元48A、AD变换单元50、dq变换单元52、速度检测单元54、速度指令输出单元56、速度PI控制单元58A、q轴电流PI控制单元60、d轴电流PI控制单元62和三相变换单元64。

使压缩机28旋转的压缩机电动机3A为三相无电刷直流电动机。该压缩机电动机3A的三相(u，v，w)的定子绕组40u，40v，40w上流过逆变器电路42的三相驱动电流。

该逆变器电路42由6只功率开关半导体即晶体管Tr1～Tr6构成。再有，虽图中未示出，但与该开关晶体管Tr1～Tr6在反方向并联连接着二极管。另外与开关晶体管Tr1和Tr4串联地连接着检测驱动电流用的检测电阻R1，与开关晶体管Tr2和Tr5串联地连接着检测电阻R2，及和开关晶体管Tr3和Tr6串联地连接着检测电阻R3。

整流电路44以工业电源(AC100V)即交流电源46供给交流电压，将其整流后供给逆变器电路42。

PWM形成单元48A将PWM信号供给6个开关晶体管Tr1～Tr6的栅极端。PWM形成单元48A根据以后将说明的三相电压Vu，Vv，Vw进行脉宽调制。按照规定的定时使各开关晶体管Tr1～Tr6开/关。

AD变换单元50检测检测电阻R1、R2、R3上的电压值，将各相的电压值从模拟量变换成数字量，输出三相驱动电流Iu，Iv，Iw。

dq变换单元52将AD变换单元50输出的驱动电流Iu，Iv，Iw变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流Id、和与压缩机电动机3的转矩对应的电流分量即q轴电流Iq。

该变换方法如(1)式所示，将三相的Iu，Iv，Iw变换成两相的Iα、Iβ。图2为表示该三相的电流和两相的电流间关系的矢量图。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{I\α}\\ \mathrm{I\β}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Iu}\\ \mathrm{Iv}\\ \mathrm{Iw}\end{array}\right]---\left(1\right)$

然后，将这样变换后的两相电流Iα、Iβ采用(2)式变换成q轴电流Iq和d轴电流Id。该两相的驱动电流和q轴电流Iq、d轴电流Id之间的关系具有如图3所示矢量图的关系。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{I\α}\\ \mathrm{I\β}\end{array}\right]---\left(2\right)$

速度检测单元54根据q轴电流Iq和d轴电流Id，检测压缩机电动机3A的旋转角θ和旋转速度ω。根据q轴电流和d轴电流求压缩机电动机3A转子的位置即旋转角θ，通过对该θ微分求转速ω。

主控单元2根据dq变换单元52送来的q轴电流Iq输出速度指令信号S。关于这种控制方法将在以后予以说明。

速度指令输出单元56根据主控制单元2的速度指令信号S，和速度检测单元54的转速ω输出基准转速ωref。基准转速ωref与现在的转速ω一起输入速度PI控制单元58A。

速度PI控制单元58A输出基准q轴电流Iqref和基准d轴电流Idref，现在的q轴电流Iq和现在的d轴电流Id一起分别向q轴电流PI控制单元60和d轴电流PI控制单元62输出。

在q轴电流PI控制单元60中进行PI控制之同时还作电流/电压变换，输出q轴电压Vq。

在d轴电流PI控制单元62中进行PI控制之同时还作电流/电压变换，输出d轴电压Vd。

三相变换单元64中首先按照(3)式将d轴电压Vd和q轴电压Vq变换成两相的电压。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{V\α}\\ \mathrm{V\β}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right]---\left(3\right)$

按照(4)式将该变换后的两相电压Vα、Vβ变换成三相电压Vu、Vv、Vw。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vu}\\ \mathrm{Vv}\\ \mathrm{Vw}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -1/2& \sqrt{3}/2\\ -1/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{V\α}\\ \mathrm{V\β}\end{array}\right]---\left(4\right)$

向所述PWM形成单元48A输出该变换后的三相电压Vu、Vv、Vw。

采用以上的压缩机驱动装置1A，根据d轴电流Id和q轴电流Iq检测转速，根据该转速ω和主控单元的速度指令信号S进行反馈控制，从PWM形成单元48A向逆变器电路42输出PWM信号使得压缩机电动机3按照与速度指令信号S一致的转速ωref旋转。逆变器电路42据此向压缩机电动机3A的三相定子绕组40输出三相驱动电流。

风扇电动机5A的风扇驱动装置4A由速度PI控制单元66A、PWM形成单元68A和驱动电路70所构成。

来自速度指令输出单元56的基准转速ωref输入风扇驱动装置4A，据此控制冷却风扇24的旋转。还有，风扇电动机5A为三相无电刷DC电动机。

风扇驱动装置4A和压缩机驱动装置1A一样，根据基准转速ωref，通过将由速度PI控制单元66A及PWM形成单元68A形成的PWM信号送入驱动电路70向风扇电动机5A输出三相驱动电流从而控制转速。

(4)冰箱温度的第1种控制方法

现对上述构成的冰箱10中，调节冰箱内温度的第1种控制方法进行说明。

上述构成的冰箱10中，当食品贮存在冷藏室14、蔬菜室16、第1冷冻室18、第2冷冻室20之中至少一个室里时，由于该食品持有的热容量使冰箱内温度上升。于是，冷却器22内通过冰箱内部返回的空气温度上升，使冷却器22蒸发的制冷剂的量增加，加在冷冻循环30即压缩机28上的负载增加。

这种情况下，根据来自冰箱10主控单元2的速度指令信号S控制压缩机电动机3A的转速使其维持一定，所以加在压缩机电动机3A上的转矩增加。

转矩一增加q轴电流Iq也随着增加。

根据上述方法，当由于食品持有的热容量使冰箱内温度继续上升时，则因加在冷冻循环30上的负荷增加，所以q轴电流Iq也增加。

该q轴电流Iq的变化量因与放入冰箱内食品的热容量成比例，所以在主控单元2计算dq变换单元输出的q轴电流Iq的斜率，根据该斜率(每单位时间的增量)的大小，主控单元2控制速度指令信号S，来控制该压缩机电动机3A和冷却风扇24的转速使其上升。

由此，当放进食品时，与此相对应压缩机电动机3A和冷却风扇24的转速增加使冷冻循环30的能力增加，阻止由于放进的食品导致冰箱温度上升的倾向，使冰箱内温度保持在一定温度。

另一方面，放进食品后经过一段时间，该放进的食品被冷却冰箱内温度下降，当冷冻循环30即加在压缩机28上的负载一减轻，q轴电流Iq也下降，于是，主控单元2计算q轴电流Iq每单位时间的减少率，与此相对应输出速度指令信号S使得压缩机电动机3A和冷却风扇24的转速下降。通过这样，当放进的食品温度一低，压缩机28的能力也下降，冰箱内温度不会低于规定的温度范围。

(5)冰箱内温度的第2种控制方法

现对取代上述第1种控制方法的冰箱内温度第2种控制方法进行说明。

第1种控制方法中，是在放进食品冰箱内温度开始上升后求出q轴电流Iq的变化率来进行控制，而第2种控制方法中，则如图4所示，是根据各小室14～20的门14a～20a开启，及其后关闭时的时刻进行控制。

具体为，在放进食品时必定要开启各小室14～20中至少一扇门(例如冷藏室14a)其后再关闭。因此，从用门开关14b检测出门14a的关闭状态时开始，主控制单元2也开始检测q轴电流Iq的变化率。

而且，如图4所示，在由于贮存的食品持有的热容量使箱内温度上升，q轴电流Iq也增加的情况下，主控单元2求出q轴电流Iq的斜率，与其每单位时间变化率的增量相对应输出速度指令信号S使压缩机电动机3A和冷却风扇24的转速上升。

通过这样，能正确地检测食品放进冰箱的时刻，便于进行箱内温度控制。例如，在即使有门开闭动作但没有放入食品的情况下，由于箱内温度仅稍些上升，q轴电流Iq也不增加，不必控制冰箱内温度。另外，在放入热的食物等热容量大的食品，或通常温度的食品时，由于箱内温度上升要实施上述的控制方法。而且根据门开关14b～20b的信号能正确而可靠地检测是否进行该控制的时刻。

(6)冰箱内温度的第3种控制方法

以下，说明冰箱10的冰箱内温度的第3种控制方法。

第2种控制方法中是检测从门关闭的时刻开始的q轴电流Iq，但是该第3种控制方法是检测门关闭后经过规定时间t0后的q轴电流Iq。

即，如在放入有热容量的食品后不久，不清楚是由于开门致使箱内温度上升，还是由于食品的热容量使箱内温度上升。所以，主控制单元2计测关门后经过规定时间t0后的q轴电流Iq的变化率。

例如，如在只是开闭门或放入热容量小的食品的情况下，门关闭后经过规定时间t0后的q轴电流Iq一旦上升之后其减少率变大。即，门关闭后不久由于门的开闭等影响q轴电流Iq也增加，但如仅开闭门或放入热容量小的食品，则其增加后的q轴电流Iq的减少率变大。在减少率大时，主控单元2判断几乎没有负载输出速度指令信号S使得转速得以维持，或即使转速上升也是稍有上升。

另一方面可以设想，当放进热容量大的食品时经过规定时间t0后的q轴电流Iq的减少率小，或相反不减小还增加。因此，对于经过规定时间t0后q轴电流Iq的减少率小的场合及增加的场合判断出放进了负荷大的食品，输出速度指令信号S使得压缩机电动机3A及冷却风扇24的转速提高。

(7)冰箱内温度的第4种控制方法

在第3种控制方法中是根据从门关闭的时刻开始经过规定时间t0后的q轴电流Iq的变化率输出速度指令信号S，但在该第4种控制方法中，是按照门关闭后在记录到q轴电流Iq的极大值后判断其减少率是大还是小。

如计测在测得极大值后的q轴电流Iq的变化率，若其极大值之后的减少率较大则是热负荷小的食品或仅是门开闭而已，在减少率较小的场合则判断放进热负荷大的食品，能按照速度指令信号S控制与其对应的压缩机电动机3A和冷却风扇24的转速。

还可以设想在放进热负荷大的食品、没有连续计测q轴电流Iq的极大值q轴电流Iq的值增加时，在这种情况下，即使经过规定时间t1也未测到极大值时，判断q轴电流Iq继续增加按照最大转速输出速度指令信号S使压缩机电动机3A和冷却风扇24旋转。

(8)冰箱内温度的第5种控制方法

第5种控制方法根据门开关14b～20b检测的门开闭信号计算出门开启时间。又同时利用q轴电流Iq检测门关闭后随着冷冻循环30负荷增加转矩的增加。而且，根据门的开闭时间和q轴电流Iq的变化控制压缩机28及冷却风扇24的转速使得箱内温度得以维持。

具体为控制成门打开的时间越多、q轴电流Iq的增加率越多则转速也越加提高。

(9)变更例

上述各控制方法采用q轴电流Iq只对冰箱内温度进行控制，除此以外，主控单元2与能数字显示的液晶显示单元连接，根据压缩机电动机3的转矩分量即q轴电流Iq计算压缩机电动机3A消耗的瞬时电功率，由液晶显示单元显示该瞬时电功率。

该液晶显示单元例如通过安装在冷藏室14的门14a的前面，用户即能确认现在冰箱的电耗。

(变更例)

上述实施形态为本发明之一实施形态，只要不背离本发明的宗旨可以对其作变更。

(1)变更例1

上述实施形态的冰箱10中冷却器为一台，也可以分开设置冷藏室用冷却器和冷冻室用冷却器，在各自的冷却器上实施按照上述实施形态说明过的5种控制方法。

(2)变更例2

压缩机电动机3A及风扇电动机5A都是三相无电刷DC电动机，但也可用三相感应电动机取而代之。

接着，参照图1至图3及图5至图8对本发明其它的实施形态进行说明。

(1)冰箱10的结构

冰箱10的结构参照图5已作过说明。

(2)冷冻循环30的构成

冷冻循环30的构成参照图6已作过说明。

(3)冰箱10的电气系统构成

现参照图7的方框图说明冰箱10的电气系统构成。现在注有和图1相同记号的部分为和图1相同的构成其说明从略。如图7所示，由驱动冷却风扇24的风扇电动机3B、驱动该风扇电动机3B的冷却风扇驱动装置1B、及控制该冷却风扇驱动装置1B的主控单元2等构成。另外冷却风扇驱动装置1B连接驱动压缩机28的压缩机电动机5B用的压缩机驱动装置4B。再有，主控单元2连接分别设在各小室14～20门14a～20a上的门开关14b、16b、18b、20b。

先说明冷却风扇驱动装置1B的结构。

冷却风扇驱动装置1B由逆变器电路42，整流电路44、交流电源46、PWM形成单元48B、AD变换单元50、dq变换单元52、速度检测单元54、速度指令输出单元56、速度PI控制单元58B、q轴电流PI控制单元60、d轴电流PI控制单元62及三相变换单元64构成。

使冷却风扇24旋转的风扇电动机3B为三相无电刷DC电动机。该风扇电动机3B的三相(u相、v相、w相)的定子绕组40u、40v、40w上流过逆变器电路42的三相驱动电流。

PWM形成单元48B向6只开关晶体管Tr1～Tr6的栅极端供给PWM信号。PWM形成单元48B根据以后将说明的三相电压Vu、Vv、Vw进行脉宽调制，按照规定的时刻使各开关晶体管Tr1～Tr6开/关。

AD变换单元50检测在检测出电阻R1、R2、R3上的电压值，将各相的电压值从模拟量变换成数字量，输出三相的驱动电流Iu、Iv、Iw。

dq变换单元52将AD变换单元50输出的驱动电流Iu、Iv、Iw变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流Id、和与风扇电动机3B的转矩对应的电流分量即q轴电流Iq。

速度检测单元54根据q轴电流Iq和d轴电流Id，检测出风扇电动机3B的旋转角θ和转速ω。根据q轴电流和d轴电流求出风扇电动机3B转子位置即转角θ，通过对该转角θ微分求出转速。

主控单元2根据dq变换单元52送来的q轴电流Iq输出速度指令信号S。关于这一控制方法将在以后说明。

速度指令输出单元56根据主控单元2的速度指令信号S、和速度检测单元54的转速ω输出基准转速ωref。基准转速ωref和现在的转速ω一起输入速度PI控制单元58B。

速度PI控制单元58B输出基准q轴电流Iqref和基准d轴电流Idref，现在的q轴电流Iq和现在的d轴电流Id一起分别向q轴电流PI控制单元60和d轴电流PI控制单元62输出。

三相变换单元64向所述的PWM形成单元48B输出其变换后的三相电压Vu、Vv、Vw。

利用以上的冷却风扇驱动装置1B根据d轴电流Id和q轴电流Iq检测转速，根据该转速ω和主控单元2来的速度指令信号S进行反馈控制，从PWM形成单元48B向逆变器电路42输出PWM信号，使得风扇电动机3按照与速度指令信号S一致的转速ωref旋转。逆变器电路42据此向风扇电动机3B的三相定子绕组40输出三相驱动电流。

压缩机电动机5B的压缩机驱动装置4B由速度PI控制单元66B、PWM形成单元68B和驱动电路70构成。

速度指令输出单元56来的基准转速ωref输入压缩机驱动装置4B，据此控制压缩机28旋转。还有，压缩机电动机5B为三相无电刷DC电动机。

压缩机驱动装置4B和冷却风扇驱动装置1B一样，根据基准转速ωref将速度PI控制单元66B及PWM形成单元68B形成的PWM信号送入逆变器电路70，通过向压缩机电动机5B输出三相驱动电流控制转速。

(4)冰箱内温度的第6种控制方法

对上述构成的冰箱10中调节冰箱内温度的第6种控制方法进行说明。

在上述构成的冰箱10中，如食品贮存在冷藏室14、蔬菜室16、第1冷冻室18、第2冷冻室20中至少一个室中，则由于该食品使冷气的流动变劣，加在送冷气的冷却风扇24负载增加。

这时，根据来自冰箱10主控单元2的速度指令信号S进行控制使得风扇电动机3B的转速维持一定，所以施加在风扇电动机3B上的转矩增加。

转矩一增加q轴电流Iq也增加。

通过以上方法，一放进食品冷气的流动就变劣，加在冷却风扇24上的负荷增加，故q轴电流Iq也增加。

该q轴电流Iq的变化量因与放入冰箱内食品的量成比例，故在主控单元2计算出由dq变换单元输出的q轴电流Iq的斜率，与该斜率(每单位时间的增量)的值相对应，主控单元2控制速度指令信号S，控制成使得风扇电动机3B和压缩机电动机5B的转速升高。

由此，食品一放入，与此相应风扇电动机3B和压缩机电动机5B的转速增加使冷却能力增加，阻止了由于放进食品致使箱内温度上升的趋向，从而冰箱内温度被保持一定。

另外，当食品一取出，仅这部分取出的食品使冷气的流动得以改善冷却风扇24上的负载减轻，q轴电流Iq也就降低。主控单元2计算q轴电流Iq每单位时间的减少率，与此相对应输出速度指令信号S使得风扇电动机3B和压缩机电动机5B的转速下降。通过这样，当取出食品时，冷却风扇24的能力也下降，冰箱内温度不会低于规定温度范围。

(5)冰箱内温度的第7种控制方法

现对冰箱内温度的第7种控制方法进行说明，代替上述第6种控制方法。

第6种控制方法是从食品放入箱内温度开始上升后求出q轴电流Iq的变化率进行控制，而该第7种控制方法是如图4所示，开启各室14～20的门14a～20a，根据之后关闭时的时刻进行控制。

具体为，在放进食品时开启各室14～20中至少一个室的门(例如冷藏室14a)，之后再关闭。因此，从用门开关14b检测出门14a的关闭状态时开始，主控单元2开始检测q轴电流Iq的变化率。

利用这一检测，能准确地检测食品放入的时刻，容易控制冰箱内温度。例如，即使在门有过开启却没有放进食品的情况下，由于冷气的流动没有变化，所以q轴电流Iq也不增加不必对冰箱内温度进行控制。另外，在放进大量食品时，因冷气的流动情况变劣就要采用上述的控制方法。而且，利用门开关14b～20b的信号能正确而可靠地检测进行该控制的时刻和不进行该控制的时刻。

(6)关于除霜控制方法的说明

主控单元2在变换后的q轴电流到达预定的规定值(以下称为积霜基准电流值)时，检测冷却器22上的积霜。

如上所述，如着眼于冷气的流动，由于冷却风扇24在冷却器22的下游侧，当冷却器22上发生积霜时冷气的流动情况变劣，冷却风扇24周围的气压下降，风扇电动机3B变得容易旋转负载减轻，q轴电流也下降。因而，在该q轴电流的值低于积霜基准电流值时判断有积霜，开始除霜控制

再者，本实施形态的冰箱10其冷却风扇24位于冷却器22的下游侧，但着眼于冷气的流动，有时冷却风扇24位于冷却器的上游侧。

在这种情况下，冷却器上一旦有积霜冷气的流动情况就变差，冷却风扇24周围的气压升高，风扇电动机3B的负载增加，q轴电流也上升。因此，如图8所示，在按照规定的转速q轴电流的值比积霜基准电流值大时判断有积霜，进行除霜控制。

(7)风扇电动机3B的制动检测方法

以下说明风扇电动机3B的制动检测方法。

主控单元2在变换后的q轴电流上升到预定的规定值时，或由速度检测单元54检测出的转速变成规定转速(例如转速为零)以下时，判定冷却风扇24被制动。由此，能确实地检测出冷却风扇24的制动状态。

(8)其它

在进行上述各种控制时如冷却风扇24停止，因无法检测q轴电流，所以使冷却风扇24强制旋转。

(变更例)

上述实施形态为本发明的一其它实施形态，只要不背离本发明的宗旨可以对其进行变更。

(1)变更例1

上述实施形态中冰箱10中的冷却器为一台，也可以分开设置冷藏室用冷却器和冷却风扇、冷冻室用冷却器和冷却风扇，在各自的冷却器和冷却风扇上实施上述实施形态中说明过的控制方法。

(2)变更例2

风扇电动机3B及压缩机电动机5B都为三相无电刷直流DC电动机，也可用三相感应电动机取而代之。

工业上的实用性

本发明适用于有冷却器的冰箱的箱内温度控制，例如适合于家庭用冰箱以及各种业务用冰箱。

Claims (20)

1.一种冰箱的电动机驱动装置，具备至少具有用三相电动机驱动旋转的压缩机、冷凝器、冷却器的冷冻循环，

利用所述压缩机压缩制冷剂使所述冷却器冷却，再冷却冷却室内部，其特征在于，

具有

向所述电动机的定子线圈供给三相驱动电流的逆变器电路、

向所述逆变器电路提供PWM信号的PWM电路、

检测所述三相驱动电流的驱动电流检测单元、

根据所述检测出的三相驱动电流，变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流和与所述电动机的转矩对应的电流分量即q轴电流的dq变换单元、

检测所述电动机转速的转速检测单元、

根据所述变换后的q轴电流输出速度指令信号的主控制单元、以及

根据所述检测出的当前的转速和所述速度指令信号，向所述PWM电路输出控制信号，使电动机转速变成与所述速度指令信号对应的转速的速度控制单元，

所述主控制单元与所述q轴电流的变化率对应地控制所述速度指令信号，调整所述冷冻循环中流动的制冷剂流量，控制所述冷却室的室内温度。

2.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为正时输出所述速度指令信号，使得转速提高。

3.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为负时输出所述速度指令信号，使得所述电动机转速下降。

4.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱在所述冷却器附近有冷却风扇，所述主控制单元根据所述q轴电流改变所述冷却风扇的转速。

5.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱有检测所述冷却室门的开闭用的门检测单元，所述主控制单元在所述门检测单元检测出门处于关闭状态后对所述冰箱内温度进行控制。

6.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述冰箱具有检测所述冷却室的门的开闭状态的门检测单元，所述主控制单元在所述门检测单元检测出所述门处于关闭状态后经过规定时间后才对所述冰箱内温度进行控制。

7.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述主控制单元根据所述q轴电流求出瞬时电功率并在显示单元上显示。

8.如权利要求1所述的冰箱的电动驱动单元，其特征在于，所述转速检测单元根据所述驱动电流检测单元检测出的三相驱动电流进行运算。

9.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据来自设在所述电动机转子附近的位置检测单元的位置信号进行运算。

10.如权利要求1所述的冰箱的电动机驱动装置，其特征在于，所述电动机为三相感应电动机或三相无电刷直流电动机。

11.一种冰箱的冷却风扇驱动装置，具备至少具有由三相电动机驱动旋转的压缩机、冷凝器、冷却器的冷冻循环，

具有设置在所述冷却器附近，向所述冷却室输送经所述冷却器冷却的冷气的冷却风扇，其特征在于，

具有

向使所述冷却风扇旋转的风扇电动机定子线圈供给三相驱动电流的逆变器电路、

向所述逆变器电路提供PWM信号的PWM电路、

检测所述三相驱动电流的驱动电流检测单元、

根据所述检测出的三相驱动电流，变换成与磁通对应的电流分量即d轴电流和与所述风扇电动机的转矩对应的电流分量即q轴电流的dq变换单元、

检测所述风扇电动机转速的转速检测单元、

根据所述变换后的q轴电流，输出速度指令信号的主控制单元、以及

根据所述检测出的当前的转速和所述速度指令信号，向所述PWM电路输出控制信号，使电动机转速变成与所述速度指令信号对应的转速的速度控制单元，

所述主控制单元与所述q轴电流的变化率相对应地控制所述速度指令信号，调整所述冷却风扇送出的冷气流量，控制所述冷却室的室内温度。

12.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为正时，输出所述速度指令信号使转速提高。

13.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述q轴电流的变化率为负时，输出所述速度指令信号使所述电动机转速下降。

14.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述冰箱具有检测所述冷却室门的开闭的门检测单元，

所述主控制单元在所述门检测单元检测出门处于关闭状态后控制所述冰箱内温度。

15.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述变换后的q轴电流达到规定值时，判断所述冷却器上积霜。

16.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在所述变换后的q轴电流升到规定值以上时，或所述转速检测单元检测出的转速为规定转速以下时判定所述冷却风扇制动。

17.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述主控制单元在控制所述冷却室的冰箱内温度时，在所述冷风扇停止着时，强制所述冷却风扇旋转。

18.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据所述驱动电流检测单元检测出的三相驱动电流进行运算。

19.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述转速检测单元根据来自设在所述冷却风扇电动机的转子附近的位置检测单元的位置信号进行运算。

20.如权利要求11所述的冰箱的冷却风扇驱动装置，其特征在于，所述风扇电动机为三相感应电动机或三相无电刷直流电动机。

Images