JPH1038437A - 送風ファンの速度制御及び回転羽根の位置制御による冷蔵庫の温度制御方法及び装置 - Google Patents

送風ファンの速度制御及び回転羽根の位置制御による冷蔵庫の温度制御方法及び装置

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JPH1038437A
JPH1038437A JP9113257A JP11325797A JPH1038437A JP H1038437 A JPH1038437 A JP H1038437A JP 9113257 A JP9113257 A JP 9113257A JP 11325797 A JP11325797 A JP 11325797A JP H1038437 A JPH1038437 A JP H1038437A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 送風ファンの速度制御及び回転羽根の位置制
御による冷蔵庫の温度制御方法及び装置を提供する。 【解決手段】 冷蔵室内の温度の平衡を保つに必要な最
適の回転羽根の停止角及び最適の送風ファンの回転速度
に該当する平衡速度を推論するファジイモデルを構成
し、冷蔵室内の所定箇所の温度変化の測定値に応じてフ
ァジイモデルによるファジイ推論をして平衡速度を算出
し、平衡速度に応じて送風ファンの回転速度及び回転羽
根の停止角を制御するものである。これにより、少数の
温度センサー１１，１２のみで冷蔵室の各部の温度値を
正確に推論し、推論された位置により回転羽根２０の回
転速度を調節することにより距離に応じて冷気を配し冷
蔵室内の温度が特定部にのみ偏中されることなく均一に
保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷蔵庫内の温度を均
一に制御するための冷蔵庫の温度制御方法及び装置に係
り、特にファジイ推論と神経回路網による学習により冷
蔵室内の回転羽根からの距離に応じる冷気分配を回転羽
根の方向調節及び送風ファンの速度調節を通して行う送
風ファンの速度制御及び回転羽根の位置制御による冷蔵
庫の温度制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷蔵庫、特に大型冷蔵庫では冷蔵室内に
収容される食べ物等の負荷が冷蔵室内の各部位に応じて
別に投入されることにより冷蔵室内の温度分布を均一に
保つことが難しくなる。従って、冷蔵庫の大型化傾向に
応じて冷蔵庫内の温度を均一に保つ方法が多く研究され
ている。このような冷蔵室内の温度調節方法として、冷
蔵室内の背面に回転羽根を取付けて回転させ、冷気の吐
出を調節し、温度の高い方に冷気を吐出させることによ
り均一な温度分布を保つ方法がある。回転羽根は主に回
転時の停止角位置に応じて冷気を吐出す方向を決めるに
使用される。送風ファンは回転力により冷気を一定した
速度で吐出して冷蔵室内に冷気を供給する。
【０００３】ところが、このような回転羽根及び送風フ
ァンを有する冷蔵庫においては、送風ファンの回転によ
る送風力は常に固定されているため冷気の吐出される部
位の距離に応じる分配が制御できない短所がある。即
ち、回転羽根から遠く離れた冷蔵室の前面部に冷気を吐
出そうとする場合には送風ファンを高速に回転させ冷気
の吐出速度を強くする必要があり、回転羽根から近距離
の冷蔵室の背面部に冷気を吐出そうとする場合には送風
ファンを低速に回転させたり停止させ冷気の吐出速度を
弱くする必要があるが、従来の送風ファンは回転速度が
常に固定されているためこれが制御できなかった。
【０００４】また、送風ファンの回転速度を調節して冷
気の吐出速度を調節するための前提条件として、冷蔵室
内の各部位、特に回転羽根からの距離に応じる各部位の
温度が正確に測定されるべきであるが、通常の冷蔵庫に
おいては冷蔵室の上部及び下部にそれぞれ１つずつ唯２
つの温度センサーのみを有しているため冷蔵室内の各部
位の温度が正確に測れない。この場合、各部位の温度を
ファジイ推論によりある程度正確に推論しても冷蔵庫の
量産時生じる製品別の誤差を補正する機能は有していな
いため推論の正確性に限界がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は少数のセンサ
ーのみで冷蔵室の各部の温度値を正確に推論し、温度の
最も高い部位の位置により送風ファンの回転速度と回転
羽根の方向（停止角位置）を調節することにより距離と
方向による冷気分配をして冷蔵室内の温度を特定部位に
偏らず均一に保てる冷蔵庫の温度制御方法及び装置を提
供するにその目的がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明による冷蔵庫の温度制御方法は、冷蔵室内で温度
の最も高い温度平衡化位置を検出する段階と、回転羽根
から前記温度平衡化位置までに冷気を送風させる温度平
衡化速度で前記送風ファンの回転速度を制御する段階
と、前記温度平衡化位置方向に冷気が送風されるように
前記回転羽根の停止角を制御する段階とを含むことを特
徴とする。
【０００７】本発明において、前記温度平衡化位置検出
段階は、（ａ） ＴＳＫファジイ推論により前記温度平
衡化位置を検出するファジイモデルを構成するサブ段階
と、（ｂ） 前記（ａ）サブ段階で推論された前記温度
平衡化位置を神経回路網学習により補正するサブ段階と
を含み、前記（ａ）サブ段階は、（ａ−１） 冷蔵室内
の温度センサーが示す温度変化測定値に応じる、前記回
転羽根からの距離と前記回転羽根の停止角位置の異なる
多箇所の温度変化推移を示す温度測定値データを備える
サブ段階と、（ａ−２） 前記測定値データを基準とし
てファジイ分割をするサブ段階と、（ａ３） 前記ファ
ジイ分割された領域の各分割構造の中、最適の構造を選
定するサブ段階と、（ａ−４） 前記最適の構造を基準
として前記最も温度の高い部位を推論する線形式を算出
するサブ段階とを含み、（ｂ）サブ段階は、（ｂ−１）
前記温度変化測定値を入力ノードとし、前記温度平衡化
位置を出力ノードで算出する神経回路網を構成するサブ
段階と、（ｂ−２） 前記温度変化測定値と前記温度平
衡化位置を用いて前記神経回路網を学習させるサブ段階
と、（ｂ−３） 前記温度変化測定値を前記神経回路網
により学習された値と比較して前記温度平衡化位置を補
正して算出するサブ段階とを含み、前記（ｂ−２）サブ
段階は同一な入力値に対した前記ファジイ推論された温
度平衡化速度と実際温度平衡化速度間の誤差を前記神経
回路網に反映する段階を含み、前記送風ファンの回転速
度を制御する段階は、（ｃ） 前記送風ファンの最大回
転速度に対応する実効電圧値を有する交流電圧を発生さ
せるサブ段階と、（ｄ） 前記温度平衡化速度に該当す
る回転速度で前記送風ファンを回転させる実効電圧値を
有する温度平衡化電圧を算出するサブ段階と、（ｅ）
前記交流電圧波形を所定期間カッティングして前記温度
平衡化電圧を生成させるサブ段階と、（ｆ） 前記温度
平衡化電圧を前記回転羽根を回転させる駆動モーターに
供給して前記送風ファンを回転させるサブ段階とを含
み、前記（ｄ）サブ段階は、（ｄ−１） 前記送風ファ
ンの回転速度を検出するサブ段階と、（ｄ−２） 前記
送風ファンの回転速度と前記温度平衡化速度との速度誤
差を算出するサブ段階と、（ｄ−３）前記送風ファンの
回転速度で前記送風ファンを回転させるための電圧の実
効値に前記速度誤差に対応する実効電圧値を加減して前
記温度平衡化速度に該当する前記交流電圧波形の実効電
圧を演算する段階とを含み、前記（ｅ）サブ段階は、
（ｅ−１） 前記交流電圧波形の瞬時値が零となる時点
を検知するサブ段階と、（ｅ−２） 前記交流電圧波形
の実効電圧値から前記温度平衡化速度に対応する実効電
圧値を減算した結果、実効電圧値に該当する前記交流電
圧波形の遅延期間を前記交流電圧波形の瞬時値が零とな
る時点から算出するサブ段階と、（ｅ−３） 前記交流
電圧波形の前記瞬時値が零となる時点から前記遅延期間
の間の前記交流電圧波形の供給を遮断するサブ段階とを
含み、前記回転羽根の停止角を制御する段階は、（ｇ）
前記回転羽根の停止角を検出するサブ段階と、（ｈ）
前記回転羽根の停止角と前記温度平衡化位置方向角と
の角差を算出するサブ段階と、（ｉ） 前記角差を反映
した値を前記温度平衡角として前記回転羽根の停止角を
調整するサブ段階とを含むことが望ましい。
【０００８】また、前記のような目的を達成するため本
発明による冷蔵庫の温度制御装置は、回転羽根及び少な
くとも１つの蒸発器と少なくとも２つの送風ファンを備
え、冷凍室及び冷蔵室に各々少なくとも１つずつの送風
ファンを具備した冷蔵庫の温度制御装置において、冷蔵
室内の所定箇所の温度の変化を測る温度測定手段と、前
記温度測定手段の測定値に応じてファジイ推論をし、冷
蔵室内で最も温度の高い温度平衡化位置を推論するファ
ジイ推論手段と、冷蔵室内の温度センサーが検出した温
度変化値を入力ノードとし、補正された前記温度平衡化
位置を出力ノードで算出する神経回路網演算手段と、前
記温度平衡化位置までに冷気を送るための前記冷蔵室送
風ファンの回転速度である温度平衡化速度及び前記冷蔵
室送風ファンの実際回転速度との誤差を前記神経回路網
演算手段に反映して神経回路網を学習させる学習手段
と、前記温度平衡化速度により前記冷蔵室送風ファンの
回転速度を制御する送風ファンの回転速度制御手段と、
前記温度平衡化位置に冷気が向かうようにする前記回転
羽根の停止角である温度平衡化角で前記回転羽根の停止
角を制御する回転羽根の停止角制御手段とを具備してな
ることを特徴とする。本発明において、前記送風ファン
の回転速度制御手段は、前記送風ファンの最大回転速度
に対応する実効電圧値を有する交流電圧を提供する電源
と、前記交流電圧を所定区間カッティングして前記温度
平衡化速度に対応する実効電圧値を有する温度平衡化電
圧を生成する温度平衡化電圧発生手段と、前記温度平衡
化電圧に応じて前記送風ファンを回転させる駆動モータ
ーとを具備し、前記温度平衡化電圧発生手段は、前記交
流電圧波形の瞬時値が零となる時点を検出する零電圧検
出手段と、前記温度平衡化電圧を生成させるため前記交
流電圧波形の瞬時値が零となる時点からの遅延期間を算
出する遅延期間算出手段と、前記瞬時値が零となる時点
から前記遅延時間が経過した遅延時点までの前記波形を
カッティングする波形切取手段とを具備し、前記波形切
取手段は、前記電源に前記駆動モーターと直列に連結さ
れたトライアックと、前記遅延時点で前記トライアック
のゲート端子にトリガー信号を印加するトリガー手段と
を具備し、特に前記送風ファンの回転速度制御手段は、
前記送風ファンの回転速度を検出する送風ファンの回転
速度検出手段と、前記送風ファンの回転速度と前記温度
平衡化速度との誤差を算出する速度誤差算出手段とをさ
らに具備して前記速度誤差を反映した値を前記温度平衡
化速度として前記送風ファンの回転速度を制御し、前記
回転羽根停止角制御手段は、前記回転羽根の停止角を検
出する回転羽根の停止角検出手段と、前記回転羽根停止
角と前記温度平衡化角との角差を算出する角度誤差算出
手段とをさらに具備し、前記角差を反映した値を前記温
度平衡化角として前記回転羽根の停止角を制御すること
が望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明を詳し
く説明する。図１は冷蔵庫において、ドアを取外した冷
蔵室内部の斜視図である。冷蔵庫の冷蔵室１０は通常的
に冷蔵庫の下部に設けられている。冷蔵室１０は上下に
区画されており、最下部は野菜室１で使用される。通常
的に、最上部２（一般的に新鮮室等と呼ばれる）を除
け、上段は３／４Ｈ（５）、中段は１／２Ｈ（６）、下
段は１／３Ｈ（７）と称する。冷蔵室１０内には２つの
温度センサー１１、２２が取付けられているが、３／４
Ｈ（５）の左側にはＳ１センサー１１が取付けられて主
に冷蔵室内の左上部の温度を測り、１／３Ｈ（７）の右
側にはＳ２センサー１２が取付けられて主に冷蔵室内の
右下部の温度を測る。冷蔵室１０内の背面には冷気吐出
部１５があり、冷気吐出部１５からの冷気吐出は回転羽
根２０（図３参照）により調節される。
【００１０】図２は冷蔵室送風ファン３０（Ｒファン）
の位置及び回転羽根２０が冷気吐出部１５内に装着され
た状態を示す。ここで、部材番号２７は蒸発器であり、
２９は冷凍室の送風ファン（Ｆファン）である。残り部
材番号は図1の部材番号と同一である。冷蔵室１０の背
壁には送風ファン３０が回転羽根２０と共に設けられて
おり、回転羽根２０から冷蔵室１０の各段５、６、７に
吐出される冷気の吐出速度は送風ファン３０の回転速度
により調節される。
【００１１】図３は回転羽根の拡大斜視図である。回転
羽根２０は上下方向に３段に分けられて上側羽根２１と
中間羽根２２及び下側羽根２３よりなり、各羽根は３／
４Ｈ（５）、１／２Ｈ（６）、１／３Ｈ（７）の高さに
位置している。各羽根２１、２２、２３は回転軸２５を
中心に一体に回転するようになっている。各羽根２１、
２２、２３の指向方向は相異なり、各羽根間の捻じられ
た角度は６０°ずつの差を成している。
【００１２】回転羽根２０は特定方向に止まった状態で
冷気を送風することにより温度が高くなった特定部位に
集中的に冷気を吐出す役割をする。この際、各段の回転
羽根の角度は相異なるので冷気の吐出方向も各々異なる
ようになる。
【００１３】図４は送風ファンの回転速度及び回転羽根
の方向により冷蔵室内で回転羽根から離隔距離による冷
気の分配を示したダイアグラムであって、冷蔵室の横断
面による領域を示したものであり、図５は距離による冷
気の分配を果たすため送風ファンの回転すべき速度を示
したものである。
【００１４】回転羽根の停止角に応じて送風される方向
は左側、中央、右側等で調節される。停止角の制御は冷
蔵室内の温度が最も高い部位に向けて連続的な値を有し
ながら変わることが望ましいが、送風ファンによる冷気
吐出速度も共に制御するので不連続的な値を有する多数
個（約５個）の角度のみで制御される。
【００１５】送風ファンの回転速度が速いと回転羽根か
ら遠く離れている冷蔵室１０の全面部に向けて冷気が吐
出され、送風ファンの回転速度が遅いと回転羽根２０か
ら近距離にある冷蔵室の背面部に吐出される。
【００１６】図４において、ＰRは回転羽根から近い冷
蔵室の背面領域を意味し、ＰFは回転羽根から遠い冷蔵
室の前面領域を意味し、ＰMは中間領域を意味する。図
５において、低速ＶLに送風ファンが回転する際は主に
ＰR領域に冷気が分配され、中速ＶMに送風ファンが回転
する際は主にＰM領域に冷気が分配され、高速ＶHに回転
羽根が回転する際は主にＰF領域に冷気が分配されるこ
とになる。送風ファンの回転速度は不連続的な値を有す
るように制御されることでなく、温度の最も高い所に冷
気が至るようにする速度で回転するように制御されるの
で、実際には最低回転速度と最高回転速度間に連続的な
値を有する速度で制御することになる。
【００１７】本発明においては、冷蔵室内の各部位の温
度を推論し、推論された温度データを基準に学習して最
高温と判別された部位に向けて冷気を吐出すことによ
り、冷蔵室内部が常に均一な冷気分布を有させることを
目的とし、このための方法の具現は大きく３つの段階に
分けられている。
【００１８】第１段階は、ファジイ推論により２つの温
度センサーＳ１、Ｓ２のみで冷蔵室１０内の複数の部
位、特に回転羽根２０からの距離の異なる複数の部位の
温度を正確に推論する段階である。ここにはＴＳＫ（Ta
kagi-Sugeno-Kang）ファジイモデルによるファジイ推論
を使用する。
【００１９】第２段階は、ファジイ推論された推論位置
を神経回路網により補正してさらに正確な位置を算出す
る段階である。２つの温度センサーＳ１、Ｓ２により感
知された値を入力ノードとし、冷蔵室内の最高温の位置
（以下、温度平衡化位置と称する）を出力ノードとする
神経回路網を構成し、推論位置と比較して学習させるこ
とにより温度平衡化位置をさらに正確に算出する。
【００２０】第３段階は、回転羽根から温度平衡化位置
に冷気が吐出されるように送風ファン３０（Ｒファン）
の回転速度と回転羽根の停止角を制御する段階である。
送風ファン３０を駆動する駆動モーターに印加される電
圧波形を必要分だけ切取って電圧の実効値を減少させる
ことにより送風ファン３０の回転速度を減少させ制御す
る。
【００２１】以下、各段階を詳述する。まず、第１ファ
ジイ推論段階として、ＴＳＫファジイ（Takagi-Sugeno-
Kangファジイ）による推論段階を説明する。ファジイ推
論のためには多数個の各変数に対した多数個のデータが
必要である。このようなデータの一例を下記の表１に示
した。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は入力変
数であり、Ｙは出力変数である。この例において入力変
数は３つであり、出力変数は１つとなる。表１のような
入力変数と出力変数との数値関係は測定値に求められた
ものである。このような多数の測定値を用いて入力変数
と出力変数との線形関係を数式で表現しようとすること
がＴＳＫファジイの究極的な目標である。従って、求め
ようとする入出力関係を表現する究極的な線形式は次の
式のように表現され、このような式をファジイ推論の結
論部と称する。
【００２４】
【数１】
【００２５】表１で例示されたようにそれぞれの入力変
数の変化による出力値は各入力変数が全体出力に寄与す
る程度に応じて異なり、その異なる程度は各入力変数Ｘ
１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４に掛けられる係数ａ1，ａ2，
ａ3，ａ4により表現される。以下、ファジイ推論の過程
を各ステージ別に説明する。
【００２６】〔ステージ１〕まず表１のデータを用いて
入出力関係を示す線形式を求める。ここには数値解析に
使用する最小二乗法等が一般的に使用され、誤差率によ
る変数減少法を用いて寄与度の低い変数は最小限に減少
させる。これにより求められた式は次のようである。
【００２７】
【数２】
【００２８】この式の形態は式１と同様であるが、求め
ようとする最終式でなくファジイ推論のためのファジイ
モデルを構成するための基礎となる式である。この式を
基礎として寄与度の最大の変数を中心にデータの領域を
分割して各変数の寄与度を最も適切に表現した最適の線
形式を求める。式２においてＸ４は変数減少法によるア
ルゴリズムにより除去された。
【００２９】この式に対し、非線形システムの入出力関
係を入力変数の多項式でモデル化する方法として一般的
に使用される不偏性規範（U.C）を適用する。不偏性規
範値を求めるため全体データをグループＡとグループＢ
に分けて次の式に代入する。
【００３０】
【数３】
【００３１】ここで、ｎAはグループＡのデータ個数、
ｎBはグループＢのデータ個数であり、ｙi AAはグループ
Ａにより求められたファジイモデルによるグループＡの
出力の推定値、ｙi ABはグループＢにより求められたフ
ァジイモデルによるグループＡの出力の推定値、ｙi BB
はグループＢにより求められたファジイモデルによるグ
ループＢの出力の推定値、ｙi BAはグループＡにより求
められたファジイモデルによるグループＢの出力の推定
値、第1項はグループＡの入力データに対してグループ
ＡとグループＢによる出力の推定値の差、第2項はグル
ープＢの入力データに対してグループＡとグループＢに
よる出力の推定値の差である。このように求められた不
偏性規範値をＵ．Ｃ（１）と称する。表１のデータに対
して求められた不偏性規範値は次のようである。
【００３２】
【数４】
【００３３】〔ステージ２〕２つのプラント法則となる
ファジイモデルを設定する。ここでファジイモデルのｉ
ｆ−ｔｈｅｎルールのｉｆ部分に該当する前提部の構造
が設定される。構造設定においては変数の選択とファジ
イ分割を同時に考慮する。
【００３４】まず、前提部の変数としてＸ１、Ｘ２、Ｘ
３の何れかのみを有する構造を考え、空間（データ領
域）を２つに分割する。従って前提部の構造としては４
つが考えられる。
【００３５】例えば、最初の構造は、 Ｌ１：ｉｆ Ｘ１＝ＳＭＡＬＬ, ｔｈｅｎ Ｙ11＝−
２．９１＋１．２１Ｘ１−２．６５Ｘ２＋１．８９Ｘ３ Ｌ２：ｉｆ Ｘ１＝ＢＩＧ， ｔｈｅｎ Ｙ12＝１．１
１＋１．２９Ｘ１＋１．８１Ｘ２＋２．２３Ｘ３ という２つのプラント法則となるファジイモデルを有す
る。また、2番目の構造は、 Ｌ１：ｉｆ Ｘ２＝ＳＭＡＬＬ， ｔｈｅｎ Ｙ11＝
０．８９＋１．５６Ｘ１＋１．０９Ｘ２＋２．１４Ｘ３ Ｌ２：ｉｆ Ｘ２＝ＢＩＧ， ｔｈｅｎ Ｙ12＝５．１
４＋１．７７Ｘ１＋１．９６Ｘ２＋１．２２Ｘ３ という２つのプラント法則となるファジイモデルを有す
る。
【００３６】これら前提部の構造に対して前提部パラメ
ータを設定し、この結果に基づき結論部の構造とパラメ
ータを設定する。Ｕ．Ｃ値を計算すれば次のようであ
る。
【００３７】Ｕ．Ｃ（２−１）＝５．４ Ｕ．Ｃ（２−２）＝３．５ Ｕ．Ｃ（２−３）＝３．３ Ｕ．Ｃ（２−４）＝４．６ ここで、括弧内の最初数字はファジイ２分割を意味し、
２番目の数字は変数のインデックスと同じ数字であっ
て、例えばＵ．Ｃ（２−４）はＸ４を中心にファジイ２
分割をした際の不偏性規範値を意味する（以下同様であ
る）。
【００３８】前記値を比較すればＵ．Ｃ（２−３）の値
が最も小さいのでこれを中心にファジイモデルを構成す
る。このように選択され構成されたファジイモデルは次
のようである。
【００３９】
【数５】
【００４０】〔ステージ３〕ステージ２の前提部に変数
Ｘ３が含まれるのでこれを中心にファジイ３分割をす
る。ファジイ３分割に追加される変数はステージ２から
Ｕ.Ｃ値の小さく出た値が優先となる。従って、ここで
はＸ３を中心にファジイ３分割をする。
【００４１】前提部の可能な構造は図６（Ａ）乃至図６
（Ｃ）のように分割された領域として３種類がある。こ
の中、３番目のもの（図６（Ｃ））を例示すると、 Ｌ１：ｉｆ Ｘ３＝ＳＭＡＬＬ， ｔｈｅｎ Ｙ＝５．
９６＋４．１２Ｘ１−２．９５Ｘ２＋１．２５Ｘ３ Ｌ２：ｉｆ Ｘ３＝ＭＥＤＩＵＭ， ｔｈｅｎ Ｙ＝
６．７７＋５．１２Ｘ１−３．９６Ｘ２＋２．２５Ｘ３ Ｌ３：ｉｆ Ｘ３＝ＢＩＧ， ｔｈｅｎ Ｙ＝２．７７
＋３．１２Ｘ１−２．９７Ｘ２＋３．２５Ｘ３のように
分割したものである。
【００４２】これら３つの構造に対して前提部データ構
造及び結論部のパラメータを設定してＵ．Ｃ値を求める
と最初の構造のＵ．Ｃ値が最も小さい構造であって次の
ようである。
【００４３】
【数６】
【００４４】これをステージ３のファジイモデル分割構
造とする。
【００４５】〔ステージ４〕このようなファジイ分割と
各分割構造に対した不偏性規範を求める段階を繰返す。
これはＵ．Ｃ値の最小値に至るまで行う。それ以上小さ
な値がなければ、その時の構造を最適の構造として結論
部の式を求める。このように求められた結論部の式は各
変数の寄与度を最適に反映していると見られる。
【００４６】以下、このような過程により本発明におけ
るif-thenルールの結論部を求めて線形式を作る過程を
詳述する。図１のＳ１センサー及びＳ２センサーの測定
値を用いて冷蔵庫内の温度分布を推定するためのファジ
イモデルを求めるためには、まず冷蔵室内部を上下位置
及び回転羽根からの距離に応じて他の多様な部分の温度
変化に関したデータが必要である。
【００４７】図８に冷蔵室内部の温度を測るため選定し
た各地点が示されている。冷蔵室内の各段（３／４Ｈ、
１／２Ｈ、１／３Ｈ）の平面を３×３の９点に示す。従
って、測る地点の数は２７箇所となる。この２７個の点
をｔ１からｔ２７までに名づける。まず、２つの温度セ
ンサーＳ１、Ｓ２が示す温度の差を求めて時間の変化に
よる２７点の温度差の変化を表で示す。このような方法
による表は表１と類似した形式となる。このように構成
した表は本発明におけるファジイ推論のためのファジイ
モデルを構成するため温度センサーＳ１、Ｓ２が示す温
度差の変化値に対した２７点の温度変化率を示す。
【００４８】ここで、入力変数Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は時間
変化による前記２７点（ｔ１乃至ｔ２７）の温度の測定
値の差となる。 Ｘ１＝Ｓ２（ｋ）−Ｓ１（ｋ） Ｘ２＝Ｓ２（ｋ−１）−Ｓ１（ｋ−１） Ｘ３＝Ｓ２（ｋ−２）−Ｓ１（ｋ−２） である。ここで、Ｓ１（ｋ）は現在Ｓ１センサーの測定
値、Ｓ１（ｋー１）は１分前のＳ１センサーの測定値、
Ｓ１（ｋ−２）は２分前のＳ１センサーの測定値であ
る。Ｓ２も同様である。よって、Ｘ１は現在２つの温度
センサーの温度測定値の差、Ｘ２は１分前の２つの温度
センサーの温度測定値の差、Ｘ３は２分前の２つの温度
センサーの温度測定値の差を示す。
【００４９】出力変数は前記Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３変数の測
定値に対した前記２７点（ｔ１乃至ｔ２７）の中最高温
部位となる。よって、これらデータは２つの温度センサ
ーＳ１、Ｓ２の測定値の示す温度差と、この温度差の経
時変化による各２７点の温度差変化の傾向に関したデー
タを有している。
【００５０】このような表を用いて前述したようなＴＳ
Ｋファジイ理論を適用する。即ち、各変数に対したファ
ジイ２分割を行いその中から最もＵ．Ｃ値の小さいファ
ジイ構造を選定した。選定されたファジイ構造に対して
結論のパラメータ等を求め、これにより求めようとする
最終線形式を構成する。
【００５１】説明の便宜上求められた最終ファジイ構造
が次のようであると仮定する（実験データに応じて最終
的に選択されたファジイ構造は変われ、ここで選択され
た構造とそれによる結果の数値は最終結果値の数式の形
態を示すため仮設した値である）。
【００５２】
【数７】
【００５３】この式はファジイ４分割で最適の構造が求
められたと仮定したものであり、Ｙ１乃至Ｙ４はこの４
分割した構造の各領域での線形式である。前記ファジイ
モデルから出力Ｙ’を計算すると、 ｇ１＝−（｜Ｘ１＋６｜−｜Ｘ１−８｜）／１４ ｇ２＝（｜Ｘ１−１８｜−｜Ｘ１−２９｜）／１１ Ｗ１［１］＝０．５（１＋ｇ１） Ｗ１［２］＝０．５（−ｇ１−ｇ２） Ｗ１［３］＝０．５（１＋ｇ２） Ｗ２［１］＝０．５（１−｜Ｘ２−２｜−｜Ｘ２−１６
｜）／１４ Ｗ２［２］＝１−Ｗ２［１］ Ｙ’＝Ｗ１［１］Ｙ１＋Ｗ１［２］Ｗ２［１］Ｙ２＋Ｗ
１［２］Ｗ２［１］Ｙ３＋Ｗ１［３］Ｙ４ である。ここで、ｇ１及びｇ２は前記ファジイモデルの
分割パターンの中、最初と２回目の分割パターンのメン
バーシップ関数であり、Ｗが示すのは、ＴＳＫファジイ
の一般理論の数式により各領域が全体数式に寄与する程
度を補償して加えられるファジイ推論の加重値である。
最終出力Ｙ’は最適の温度平衡のため冷気が吐出される
べき冷蔵室内の位置である。
【００５４】以下、第２段階として、神経回路網により
学習して最適の温度の平衡のため冷気を吐出すべき平衡
位置を求める段階を説明する。実際製品から求められる
情報であるＳ１センサーとＳ２センサーの過去及び現在
の値、過去の送風ファンの回転速度等から次のサンプリ
ング周期間の送風ファンの回転速度を求める。この神経
回路網の入力ノードは４つであって次のようである。
【００５５】 ａ１：Ｖ（ｋ）（１つのサンプリング時間の回転羽根の
回転速度） ａ２：Ｘ１ ａ３：Ｘ２ ａ４：Ｘ３ ここで、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はファジイ推論に使用した変
数と同一である。
【００５６】出力ノードは１つであって、次のようであ
る。 Ｙ：ファジイ推論による推論位置が神経回路網により補
正され算出された温度平衡化位置。
【００５７】このような構成により神経回路網を構成し
たのが図９である。この図面におけるＷ１及びＷ２は入
力層と中間層及び中間層と出力層との間の加重値であ
り、Ｂ１及びＢ２は中間層及び出力層に適用されるバイ
アスである。Ｂ１とＢ２は学習の正確度を高めるため外
部から加えられる定数入力値であって、通常‘１’の値
が加えられる。この際、中間層は１層で構成し、そのノ
ードの数は２０個にした。これにより構成された最終神
経回路網は図１０に示されたようである。
【００５８】このような入力ノードと出力ノードとを有
する神経回路網に前述した最初の段階で求めたスーパバ
イザ用ＴＳＫファジイモデルの出力値を用いて逆伝播法
により神経回路網を学習させる。学習の基準となるデー
タは前述したように入力側の基準データはａ１乃至ａ４
の実際測定値であり、出力側の基準データはＹ値とＹ’
値との差であって、ファジイ推論による推論された送風
ファンの回転速度（温度平衡化速度）と比較して学習の
程度を反映する。
【００５９】図９において入力ノードと中間ノードとの
関係は神経回路網における一般的な式により次のようで
ある。
【００６０】
【数８】
【００６１】中間ノードと出力ノードとの関係は次のよ
うである。
【００６２】
【数９】
【００６３】以下、第３段階であって、推論された温度
平衡化位置により最適の送風ファン回転速度及び回転羽
根の停止角で冷蔵室の温度を制御する段階である。図１
０は本発明による温度制御装置のブロック図である。冷
蔵庫の全体的な制御はマイクロプロセッサー３１により
行われる。温度センサーとしてはＳ１センサー１１とＳ
２センサー１２があって、冷蔵室内の温度を検知してフ
ァジイ推論に必要な温度変化のデータを提供する。Ｆフ
ァン３３とＲファン３４は各々冷凍室の送風ファンと冷
蔵室の送風ファンである。マイクロプロセッサー３１は
この送風ファン３３、３４とコンプレッサー３２を制御
して冷蔵庫全体の作動を調節することになる。
【００６４】回転羽根の位置センサー３７は回転羽根２
０の位置変化による実際回転羽根の停止角を検知し、正
確な停止角の制御となるようにデータを提供し、Ｒファ
ン速度センサーは３９は送風ファン３０（Ｒファン）の
位置変化による実際送風ファン３０の回転速度を検知
し、正確な回転速度の制御となるようにデータを提供す
る。零電圧検知器３８については後述する。
【００６５】図１１は本発明による送風ファンの回転速
度及び回転羽根の停止角の制御方法を具現するための冷
蔵庫温度制御装置の回路図であって、駆動モーター４１
と、駆動モーター４１に印加される交流電源電圧を提供
するＡＣ電源４７と、ＡＣ電源４７からの電圧をマイク
ロプロセッサー３１が認知しうる小信号に変換させる変
圧器４９及び波形切取部４０及び回転羽根位置制御部４
２で構成されている。
【００６６】マイクロプロセッサー３１はファジイ推論
部と神経回路網部を有しているため温度センサーＳ１、
Ｓ２から感知された温度に応じて温度平衡化位置を算出
し、これによる送風ファンの回転速度及び回転羽根の停
止角の制御を行う。
【００６７】ＡＣ電源４７は冷蔵室の送風ファン３０
（図２参照）を回転するに必要な電源を供給する。ＡＣ
電源４７が供給する電圧は送風ファン３０を回転するに
最大の回転速度を発生させる電圧であって、図１２のよ
うなサイン波形を有し、この電圧を波形切取部４０で所
定区間カッティングすることにより実際に駆動モーター
４１に印加される電圧の実効値を調節して送風ファンの
回転速度を調節する。この過程は次のようである。
【００６８】ＡＣ電源４７からの電圧は変圧器４９を経
てマイクロプロセッサー３１が認知しうる電圧大きさに
変換される。即ち変圧器４９の出力電圧は数ボルトほど
の大きさを有する。この電圧はブリッジ回路４６により
全波整流されトランジスター増幅器４８を経てマイクロ
プロセッサー３１に印加される。マイクロプロセッサー
３１はこの全波整流された電圧波形から零電圧となる時
点を検知する。従って、マイクロプロセッサー３１は前
述した零電圧検知器３８の役割をすることになる。マイ
クロプロセッサー３１内のファジイ推論部は各温度セン
サーからの温度測定値によりファジイ推論した前記最終
式により冷蔵室内の温度平衡化位置（温度平衡化のため
冷蔵室内に冷気を供給する最高温度の位置）を出力し、
マイクロプロセッサー３１はこの出力された位置に冷気
を吐出す温度平衡化速度（回転羽根から冷気が前記温度
平衡化位置に到達させる送風ファンの回転速度）を発生
させるため駆動モーター４１に印加すべき電圧の実効値
を計算する。回転羽根位置制御部３６は前記マイクロプ
ロセッサー３１から推論された温度平衡化位置に応じて
回転羽根の停止方向（角）を制御する。
【００６９】図１２はＡＣ電圧波形を示したものであ
る。計算された実効値を有する電圧を発生させるため図
１２の波形を所定区間カッティングする過程は波形切取
部４０で行われる。波形切取部４０は光トライアック
（TRIAC）４３とトライアック４５よりなる。トライア
ック４５はＡＣ電源４７に対して駆動モーター４１と直
列に連結されており、光トライアック４３からの出力を
ゲート信号に入力される。光トライアック４３はマイク
ロプロセッサー３１からのトリガー信号によりトライア
ック４５にゲート信号を発生させる。
【００７０】マイクロプロセッサー３１は検知された零
電圧時点から波形を切取る区間を決めてその区間だけ遅
延された時間後に光トライアック４３にトリガー信号を
送出す。図１３には零電圧検知部で零電圧を検知して出
力する波形を示しており、図１４は図１３の波形から所
定区間α遅延された時間にマイクロプロセッサー３１か
ら発生されるトリガー信号を示している。従って、トラ
イアック４５に印加されたＡＣ電圧は図１５のように零
電圧からα期間ほど切取られ、これにより駆動モーター
４１に供給される電圧の実効値も小さくなり送風ファン
の回転速度が落ちる。マイクロプロセッサー３１により
計算された平衡速度の小さい回転速度の場合、切取区間
αはさらに大きくなり、平衡速度の大きい場合には切取
区間αは小さくなり駆動モーター４１の回転速度が大き
くなる。このような方式により送風ファンの回転速度の
調節が行われる。
【００７１】回転羽根位置センサー３７は実際に回転羽
根が回する際、毎時の回転羽根の角度信号を出力してマ
イクロプロセッサー３１に送信する。マイクロプロセッ
サー３１は回転羽根の位置変化を検知して回転羽根が実
際に回転する角度（停止角）を計算し、これを温度平衡
化角（冷気が温度平衡化位置に向かうようにする回転羽
根の停止角）と比較する。実際回転羽根の停止角が温度
平衡化角と同一である場合には温度平衡化角度のまま放
置し、相異なる場合にはその誤差ほどの方向角を回転羽
根の方向（停止角）制御に反映する。
【００７２】
【発明の効果】前記のような冷蔵庫の温度制御方法及び
装置は、ファジイモデルを用いて少数の温度センサーの
みで冷蔵室の各部の温度値を正確に推論し、推論された
最高温位置により送風ファンのの回転速度及び回転羽根
の停止角を調節することにより距離及び方向に応じて冷
気を配し冷蔵室内の温度が特定部にのみ偏中されること
なく均一に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による温度制御装置が設けられた冷蔵
庫の内部斜視図である。
【図２】 図１の冷蔵庫の垂直断面図である。
【図３】 図２の回転羽根の拡大斜視図である。
【図４】 送風ファンの回転速度及び回転羽根の停止角
により冷蔵室内で回転羽根から離れた距離に応じる冷気
分配を示した概略的な水平断面図である。
【図５】 推論位置による送風ファンの回転速度を示し
たグラフである。
【図６】 表１のデータをファジイ３分割した場合の各
分割構造を示したグラフである。
【図７】 冷蔵室内部の温度を測るため選定した各平面
上の地点を示した概略的な斜視図である。
【図８】 本発明による神経回路網の概略的構造図であ
る。
【図９】 図８の細部的な神経回路網である。
【図１０】 本発明による温度制御装置のブロック図で
ある。
【図１１】 図１０の温度制御装置の部分回路図であ
る。
【図１２】 ＡＣ電源電圧の波形を示したグラフであ
る。
【図１３】 零電圧検知器で零電圧を検知して出力する
波形を示すグラフである。
【図１４】 図１３の波形から所定区間α遅延された時
間にマイクロプロセッサーから発生されるトリガー信号
を示したグラフである。
【図１５】 所定区間α切取られたＡＣ波形であって、
送風ファン（Ｒファン）駆動モーターに印加されるＡＣ
電源電圧の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 冷蔵室 １１，２２ 温度センサー １５ 冷気吐出部 ２０ 回転羽根 ２１ 上側羽根 ２２ 中間羽根 ２３ 下側羽根 ２５ 回転軸 ２９ 送風ファン ３０ 冷蔵室送風ファン ３１ マイクロプロセッサー ３７ 回転羽根位置センサー ４２ 回転羽根位置制御部

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 冷蔵室内で温度の最も高い温度
    平衡化位置を検出する段階と、 （ｂ） 回転羽根から前記温度平衡化位置までに冷気を
    送風させる温度平衡化速度で前記送風ファンの回転速度
    を制御する段階と、 （ｃ） 前記温度平衡化位置方向に冷気が送風されるよ
    うに前記回転羽根の停止角を制御する段階とを含むこと
    を特徴とする冷蔵庫の温度制御方法。
  2. 【請求項２】 前記温度平衡化位置検出段階は、 （ａ−１） ＴＳＫファジイ推論により前記温度平衡化
    位置を検出するファジイモデルを構成するサブ段階と、 （ａ−２） 前記（ａ−１）サブ段階で推論された前記
    温度平衡化位置を神経回路網学習により補正するサブ段
    階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫の
    温度制御方法。
  3. 【請求項３】 前記（ａ−１）サブ段階は、（ａ−１−
    １） 冷蔵室内の温度センサーで測って前記回転羽根か
    らの距離と前記回転羽根の停止角の異なる多箇所の温度
    変化推移を示す温度測定値データを備えるサブ段階と、
    （ａ−１−２） 前記測定値データを基準としてファジ
    イ分割をするサブ段階と、（ａ−１−３） 前記ファジ
    イ分割された領域の各分割構造の中、最適の構造を選定
    するサブ段階と、（ａ−１−４） 前記最適の構造を基
    準として前記温度平衡化位置を推論する線形式を算出す
    るサブ段階とを含むことを特徴とする請求項２に記載の
    冷蔵庫の温度制御方法。
  4. 【請求項４】 前記（ａ−２）サブ段階は、（ａ−２−
    １） 前記温度変化測定値を入力ノードとし、前記温度
    平衡化位置を出力ノードで算出する神経回路網を構成す
    るサブ段階と、（ａ−２−２） 前記温度変化測定値と
    前記（ａ−２−１）段階で測定された温度平衡化位置を
    用いて前記神経回路網を学習させるサブ段階と、（ａ−
    ２−３） 前記温度変化測定値を前記神経回路網により
    学習された前記温度平衡化位置値と比較して前記推論さ
    れた温度平衡化位置を補正して算出するサブ段階とを含
    むことを特徴とする請求項２に記載の冷蔵庫の温度制御
    方法。
  5. 【請求項５】 前記（ａ−２−２）サブ段階は同一な入
    力値に対した前記ファジイ推論された温度平衡化位置か
    ら演算された前記温度平衡化速度と実際温度平衡化速度
    との誤差を前記神経回路網に反映する段階を含むことを
    特徴とする請求項４に記載の冷蔵庫の温度制御方法。
  6. 【請求項６】 前記（ｂ）段階は、 （ｂ−１） 前記送風ファンの最大回転速度に対応する
    実効電圧値を有する交流電圧を発生させるサブ段階と、 （ｂ−２） 前記温度平衡化速度に該当する速度で前記
    送風ファンを回転させる実効電圧値を有する温度平衡化
    電圧を算出するサブ段階と、 （ｂ−３） 前記交流電圧の波形を所定期間カッティン
    グして前記温度平衡化電圧を生成させるサブ段階と、 （ｂ−４） 前記温度平衡化電圧を前記送風ファンを回
    転させる駆動モーターに供給して前記送風ファンを回転
    させるサブ段階とを含むことを特徴とする請求項１に記
    載の冷蔵庫の温度制御方法。
  7. 【請求項７】 前記（ｂ−１）サブ段階は、（ｂ−１−
    １） 前記送風ファンの回転速度を検出するサブ段階
    と、（ｂ−１−２） 前記検出された送風ファンの回転
    速度と前記温度平衡化速度との速度誤差を算出するサブ
    段階と、（ｂ−１−３） 前記検出された送風ファンの
    回転速度に対応する実効電圧値に前記速度差に対応する
    実効電圧値を加減して前記温度平衡化速度に該当する実
    効電圧値を演算する段階とを含むことを特徴とする請求
    項６に記載の冷蔵庫の温度制御方法。
  8. 【請求項８】 前記（ｂ−３）サブ段階は、（ｂ−３−
    １） 前記交流電圧波形の瞬時値が零となる時点を検知
    するサブ段階と、（ｂ−３−２） 前記交流電圧波形の
    実効電圧値から前記温度平衡化速度に対応する実効電圧
    値を減算した結果、実効電圧値に該当する前記交流電圧
    波形の遅延期間を前記交流電圧波形の瞬時値が零となる
    時点から算出するサブ段階と、（ｂ−３−３） 前記交
    流電圧波形の前記瞬時値が零となる時点から前記遅延時
    間の間の前記交流電圧波形の供給を遮断するサブ段階と
    を含むことを特徴とする請求項６に記載の冷蔵庫の温度
    制御方法。
  9. 【請求項９】 前記（ｃ）段階は、 （ｃ−１） 前記回転羽根の停止角を検出するサブ段階
    と、 （ｃ−２） 前記検出された回転羽根の停止角と前記温
    度平衡化位置方向角との角差を算出するサブ段階と、 （ｃ−３） 前記角差を前記回転羽根の停止角に反映し
    て前記回転羽根の停止角を調整するサブ段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫の温度制御方
    法。
  10. 【請求項１０】 回転羽根及び少なくとも１つの蒸発器
    と少なくとも２つの送風ファンを備え、冷凍室及び冷蔵
    室に各々少なくとも１つずつの送風ファンを具備した冷
    蔵庫の温度制御装置において、 冷蔵室内の所定個所の温度の変化を測る温度測定手段
    と、 前記温度測定手段の測定値に応じてファジイ推論をし、
    冷蔵室内で最も温度の高い温度平衡化位置を推論するフ
    ァジイ推論手段と、 冷蔵室内の温度センサーが検出した温度変化値を入力ノ
    ードとし、補正された前記温度平衡化位置を出力ノード
    で算出する神経回路網演算手段と、 前記温度平衡化位置までに冷気を送るための前記冷蔵室
    送風ファンの回転速度である温度平衡化速度及び前記冷
    蔵室送風ファンの実際回転速度との誤差を前記神経回路
    網演算手段に反映して神経回路網を学習させる学習手段
    と、 前記温度平衡化速度により前記冷蔵室送風ファンの回転
    速度を制御する送風ファンの回転速度制御手段と、 前記温度平衡化位置に冷気が向かうようにする前記回転
    羽根の停止角である温度平衡化角で前記回転羽根の停止
    角を制御する回転羽根の停止角制御手段とを具備してな
    ることを特徴とする冷蔵庫の温度制御装置。
  11. 【請求項１１】 前記送風ファンの回転速度制御手段
    は、 前記送風ファンの最大回転速度に対応する実効電圧値を
    有する交流電圧を提供する電源と、 前記交流電圧を所定区間カッティングして前記温度平衡
    化速度に対応する実効電圧値を有する温度平衡化電圧を
    生成する温度平衡化電圧発生手段と、 前記温度平衡化電圧に応じて前記送風ファンを回転させ
    る駆動モーターとを具備してなることを特徴とする請求
    項１０に記載の冷蔵庫の温度制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記温度平衡化電圧発生手段は、 前記交流電圧波形の瞬時値が零となる時点を検出する零
    電圧検出手段と、 前記温度平衡化電圧を生成させるため前記交流電圧波形
    の瞬時値が零となる時点からの遅延期間を算出する遅延
    期間算出手段と、 前記瞬時値が零となる時点から前記遅延時間が経過した
    遅延時点までの前記波形をカッティングする波形切取手
    段とを具備してなることを特徴とする請求項１１に記載
    の冷蔵庫の温度制御装置。
  13. 【請求項１３】 前記波形切取手段は、 前記電源に前記駆動モーターと直列に連結されたトライ
    アックと、 前記遅延時点で前記トライアックのゲート端子にトリガ
    ー信号を印加するトリガー手段とを具備してなることを
    特徴とする請求項１２に記載の冷蔵庫の温度制御装置。
  14. 【請求項１４】 前記冷蔵室送風ファンの回転速度制御
    手段は、 前記送風ファンの回転速度を検出する送風ファンの回転
    速度検出手段と、 前記検出された送風ファンの回転速度と前記推論された
    温度平衡化速度との誤差を算出する速度誤差算出手段と
    を具備し、 前記速度誤差を反映した値を前記温度平衡化速度とし前
    記送風ファンの回転速度を制御することを特徴とする請
    求項１０乃至１３のうち何れかに記載の冷蔵庫の温度制
    御装置。
  15. 【請求項１５】 前記回転羽根停止角制御手段は、 前記回転羽根の停止角を検出する回転羽根の停止角検出
    手段と、 前記回転羽根停止角と前記温度平衡化角との角差を算出
    する角度誤差算出手段とを具備し、 前記角差を反映した値を前記温度平衡化角として前記回
    転羽根の停止角を制御することを特徴とする請求項１０
    乃至１３のうち何れかに記載の冷蔵庫の温度制御装置。
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