JP2003143871A - 電動機制御モジュールおよびそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機ごとに費やされているインバータ設計
に対する負荷、すなわちインバータの設計工数を削減す
ることのできる電動機制御モジュールを提供する。 【解決手段】 電動機制御モジュール５０は、交流電力
を入力して電動機３１−１〜３１−ｎに対し駆動波形を
出力するものであって、コンバータ部５１およびインバ
ータ部５２−１〜５２−ｎと、モジュール内ＣＰＵ５３
とを備えている。コンバータ部５１およびインバータ部
５２−１〜５２−ｎは、入力される交流電力を任意の周
波数の交流電力に変換する。モジュール内ＣＰＵ５３
は、電動機３１−１〜３１−ｎを駆動するための駆動波
形の生成を行い、コンバータ部５１およびインバータ部
５２−１〜５２−ｎを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機制御モジュ
ールおよびそれを備えた空気調和装置、特に、電動機を
インバータ制御するための電動機制御モジュールおよび
それを備えた空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ等の電動機を駆動する方法とし
て、最近ではインバータを用いる方法が主流となってき
ている。インバータは、電動機の動作周波数を自在に制
御することによって電動機の出力を調整することができ
るため、省エネルギーの観点から非常に優位な技術であ
る。このインバータは、電動機を制御・駆動する電動機
制御部であり、ＩＧＢＴやＩＰＭといった主回路素子
（インバータモジュール）などを含む複数の部品から構
成されている。

【０００３】インバータの基本構成としては、商用交流
電源を直流に整流するコンバータ部、直流電力を任意の
周波数の交流電力に変換するインバータ部、これらの電
力変換部を制御する制御部などが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】インバータは、使用す
る半導体チップに集中する熱量が多く、制御回路が複雑
で細かな部品が数多く使用されることもあって、その設
計が非常に困難で時間のかかるものとなっている。この
ようなインバータの設計に関し、従来においては、対象
となる電動機ごとにインバータのハード部分を個別設計
している。具体的には、今までのものとは違う電動機に
対して、その度、設計者が制御電力、ドライブ回路、主
回路などの選定を行っている。また、外部のマイコン等
に配されるインバータのソフト部分（インバータ駆動の
ソフト）についても、電動機ごとに個別設計が行われて
専用ソフトが作成され、電動機とのマッチング試験が為
されている。

【０００５】さらに、インバータのハード部分の熱設計
については、風などを考慮した構造的な設計が絡んでく
るため、電動機ごとに多くの技術者を動員して設計開発
を行っている。本発明の課題は、電動機ごとに費やされ
ているインバータ設計に対する負荷、すなわちインバー
タの設計工数を削減することのできる電動機制御モジュ
ールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る電動機制
御モジュールは、交流電力を入力して電動機に対し駆動
波形を出力するものであって、インバータ変換部と、イ
ンバータ制御ＣＰＵとを備えている。インバータ変換部
は、入力される交流電力を任意の周波数の交流電力に変
換する。インバータ制御ＣＰＵは、電動機を駆動するた
めの駆動波形の生成を行い、インバータ変換部を制御す
る。

【０００７】ここでは、電力を変換するインバータ変換
部とそれを制御するインバータ制御ＣＰＵとを１つのモ
ジュールの中に組み込むことで、交流電力を入力し駆動
波形を出力する機能を持つ電動機制御部を１つの部品
（モジュール）として取り扱うことができるようになっ
ている。このため、電動機ごとに従来行っているインバ
ータの個別設計が概ね不要となり、インバータの設計工
数を大幅に削減することができるようになる。

【０００８】また、この電動機制御モジュールを用いる
と、モジュール内のインバータ制御ＣＰＵにおいて駆動
波形の生成まで行うようになっているため、外部ＣＰＵ
等にかかる負荷が非常に少なくなる。さらに、モジュー
ル内に専用のＣＰＵを配しているため、高速応答性に優
れており、電動機の制御が安定するようになる。なお、
インバータ制御ＣＰＵは、異なる種類の電動機に対応で
きる汎用的なものとすることが望ましい。この場合に
は、個別のインバータ設計の負荷を軽減する部品として
電動機制御モジュールを更に広い範囲で用いることがで
きるようになる。

【０００９】請求項２に係る電動機制御モジュールは、
請求項１に記載の電動機制御モジュールであって、第１
基板および第２基板をさらに備えている。インバータ変
換部は、複数のパワー部品を有している。また、第２基
板の発熱量が第１基板の発熱量よりも小さくなるよう
に、パワー部品のうち発熱量の大きなものは、第１基板
に実装されている。一方、インバータ制御ＣＰＵは、第
２基板に実装される。パワー部品とは、数ワット以上の
電力を取り扱える半導体デバイスやダイオード、固定抵
抗器などの部品をいう。

【００１０】ここでは、通常発熱を伴うインバータ変換
部のパワー部品のうち発熱量の大きなものを第１基板に
実装し、第２基板の発熱量が第１基板の発熱量よりも小
さくなるようにしている。そして、一般に熱を嫌うＣＰ
Ｕを第２基板に実装している。これによって、モジュー
ル内のインバータ制御ＣＰＵが受ける熱の影響を抑えつ
つ、モジュール全体を小型化することが可能となる。

【００１１】なお、この電動機制御モジュールの熱設計
においては、必要な風量さえ当ててやればモジュール内
の全ての部品が所望の冷却効果を得られるようにしてや
ることが望ましい。請求項３に係る電動機制御モジュー
ルは、請求項２に記載の電動機制御モジュールであっ
て、第１基板および第２基板が多層に配置されている。

【００１２】請求項２の電動機制御モジュールにおい
て、第１基板よりも小さな第２基板を採用し、第２基板
を第１基板に立てたり、第２基板を第１基板から専用ピ
ンなどによって浮かしたりすることも考えられる。これ
に対し、請求項３の電動機制御モジュールでは、第１基
板および第２基板を多層に配置している。インバータ制
御では、多機能・多出力のマイコンが必要になる傾向が
強く、それに応じて周辺部品も多くなる傾向にあるが、
請求項３の電動機制御モジュールでは、第１基板および
第２基板を多層に配置しているため、多出力・大容量の
インバータ制御ＣＰＵを用いることが可能になる。この
ように多出力・大容量のインバータ制御ＣＰＵの採用が
可能になると、種々の電動機に対応することのできるイ
ンバータ制御ＣＰＵをモジュール内に組み込むことがで
きるようになるため、部品としての電動機制御モジュー
ルをより広い範囲のインバータ設計で用いることができ
るようになる。

【００１３】また、複数の基板の多層配置によって、電
動機制御モジュールの設置に必要な床面積（平面的なサ
イズ）が小さくなるという効果を得ることもできる。請
求項４に係る電動機制御モジュールは、請求項２または
３に記載の電動機制御モジュールであって、第１基板は
第２基板よりも熱伝導性の高い基板である。また、第１
基板に実装されるパワー部品は、第１基板にボンディン
グワイヤ等によってベアチップ実装される。

【００１４】ここでは、第１基板を第２基板よりも熱伝
導性のよいものにして、パワー部品を第１基板にベアチ
ップ実装する構成を採っている。このため、パワー部品
の発熱による熱が第１基板を介して効率よく放熱される
ようになる。第２基板に通常のプリント基板を使う場
合、第１基板として、アルミ基板、アルミナ基板、セラ
ミック板にアルミ板を合わせた基板などを使うことが考
えられる。このような第１基板は、効率的な放熱板とし
て機能する。

【００１５】なお、第１基板に放熱フィンを設けた場合
には、より高い放熱性を得ることができる。請求項５に
係る電動機制御モジュールは、請求項１から４のいずれ
かに記載の電動機制御モジュールであって、インバータ
制御ＣＰＵは、複数の電動機それぞれに対する制御系統
を有している。

【００１６】ここでは、複数の電動機に対する制御系統
をインバータ制御ＣＰＵに持たせているので、電動機制
御モジュールは、複数の電動機の同時制御にも対応が可
能となる。また、種々の電動機の駆動を制御できる部品
として、電動機制御モジュールの利用範囲が広くなる。
なお、本発明の電動機制御モジュールでは、内部に専用
のインバータ制御ＣＰＵを備えているため、ＣＰＵ自体
を余裕あるものとすることが容易であり、複数の制御系
統をインバータ制御ＣＰＵに持たせることが可能となっ
ている。

【００１７】また、インバータ制御ＣＰＵが複数の制御
系統を有するとは、インバータ制御ＣＰＵの中に複数の
電動機それぞれに対応する情報（それぞれの電動機を駆
動するための波形や駆動指令に合わせてデューティをど
う決めてやるといった情報など）を持たせることを意味
する。請求項６に係る電動機制御モジュールは、請求項
５に記載の電動機制御モジュールであって、インバータ
変換部は、コンバータ部と、複数のインバータ部とを有
している。コンバータ部は、入力される交流電力を直流
電力に変換する。インバータ部は、直流電力を任意の周
波数の交流電力に変換する。また、インバータ制御ＣＰ
Ｕは、コンバータ部および複数のインバータ部を制御し
て、複数の電動機に対して駆動波形を出力する。

【００１８】ここでは、複数のインバータ部それぞれ
が、所定の電動機に対して生成された駆動波形に合った
周波数の交流電力を発生させる。したがって、１つの部
品である電動機制御モジュールによって、複数の電動機
の同時制御を行うことが可能である。請求項７に係る電
動機制御モジュールは、請求項６に記載の電動機制御モ
ジュールであって、内部電源をさらに備えている。内部
電源は、インバータ制御ＣＰＵのための電源であり、入
力される交流電力またはコンバータ部により変換された
直流電力から生成される。

【００１９】このように内部電源をモジュール内に組み
込むことによって、モジュールの外部に専用の電源を置
く必要がなくなり、外部に配置される部品を減らすこと
ができる。なお、請求項７に係る発明の電動機制御モジ
ュールについては、モジュール内のインバータ制御ＣＰ
Ｕを駆動するための電源（電力）を外部入力する構成を
採ることもできる。この場合においても、内部電源によ
り所望の複数電源に変換することができるため、外部か
ら入力される電源は単電源でよくなり、外部に配置する
部品を減らすことができる。

【００２０】請求項８に係る電動機制御モジュールは、
請求項１から７のいずれかに記載の電動機制御モジュー
ルであって、インバータ制御ＣＰＵは、電動機の運転出
力に関する指令を外部から入力し、異常信号を外部に出
力する。ここでは、外部ＣＰＵ（外部マイコン）等によ
る外部からのアナログ又はデジタル信号入力などによっ
て電動機の運転出力に関する指令が入力されると、電動
機制御モジュールは、その指令に従って駆動波形を生成
し電動機に出力する。また、異常があったときには、異
常信号を外部に出力する。このように、電動機制御モジ
ュールが駆動波形の生成や異常判別を行うため、外部Ｃ
ＰＵ等にかかる負荷は極めて小さくなり、従来に較べて
外部ＣＰＵ等の設計工数が大きく削減されることにな
る。

【００２１】なお、電動機制御モジュールから異常信号
が出力されたときには、外部ＣＰＵ等は、それに応じた
措置をとるように設計されると考えられる。例えば、空
気調和装置の主制御ＣＰＵが外部ＣＰＵであって、室外
機のファンモータや圧縮機の駆動制御を行う電装品とし
て請求項８の電動機制御モジュールを用いる場合には、
電動機制御モジュールから主制御ＣＰＵに対して異常信
号が出力されれば、主制御ＣＰＵは空気調和装置を停止
させる等の措置をとることが予想される。

【００２２】請求項９に係る電動機制御モジュールは、
請求項８に記載の電動機制御モジュールであって、イン
バータ制御ＣＰＵは、内部異常であるか外部異常である
かの判別機能を有している。また、インバータ制御ＣＰ
Ｕから外部に出力される異常信号は、内部異常であるか
外部異常であるかの情報、すなわち電動機制御モジュー
ルの内部で異常が起きたのか外部で異常が起きたのかと
いう情報を含んでいる。

【００２３】ここでは、電動機制御モジュールから異常
信号が出力される外部ＣＰＵ等が、異常の存在、および
電動機制御モジュール内部の異常か電動機制御モジュー
ル外部の異常かという情報を得ることができるようにな
る。したがって、外部ＣＰＵ等がそれらの情報を蓄える
場合には、部品等の修繕時における異常箇所の特定が容
易となり、交換部品を少なくすることができる。

【００２４】請求項１０に係る電動機制御モジュール
は、請求項９に記載の電動機制御モジュールであって、
インバータ制御ＣＰＵは、内部異常であるときに内部を
保護する保護制御を行い、内部異常の内容を外部に出力
する。ここでは、内部異常時にインバータ制御ＣＰＵが
内部保護の保護制御を行うため、外部ＣＰＵ等にかかる
負荷がより少なくなる。

【００２５】請求項１１に係る電動機制御モジュール
は、請求項１から１０のいずれかに記載の電動機制御モ
ジュールであって、インバータ変換部およびインバータ
制御ＣＰＵを冷却するための電動ファンをさらに備えて
いる。ここでは、モジュール内のインバータ変換部およ
びインバータ制御ＣＰＵを冷却するための専用の電動フ
ァンを組み込んでいるため、電動機制御モジュールは、
その設置場所の自由度が高まる。すなわち、外部のファ
ン等によって生成される風などを利用しなくても専用の
電動ファンによって十分な冷却効果を得ることができる
ため、電動機制御モジュールを任意の場所に設置するこ
とが可能となる。

【００２６】請求項１２に係る空気調和装置は、室外フ
ァンを回転させる少なくとも１つのファンモータと、圧
縮機と、主制御ＣＰＵと、請求項１から１１のいずれか
に記載の電動機制御モジュールとを備えている。主制御
ＣＰＵは、ファンモータおよび圧縮機に対する駆動指令
を発する。電動機制御モジュールは、主制御ＣＰＵから
の駆動指令をインバータ制御ＣＰＵで入力し、駆動指令
に応じた駆動波形をファンモータおよび圧縮機に出力す
る。

【００２７】ここでは、電動機制御モジュールは、空気
調和装置全体の制御を行う主制御ＣＰＵから電動機であ
るファンモータおよび圧縮機の駆動指令を受け取り、フ
ァンモータおよび圧縮機に対して駆動指令に応じた駆動
波形を出力する。そして、電動機制御モジュールの内部
にインバータ制御ＣＰＵが組み込まれており、そのイン
バータ制御ＣＰＵが駆動波形の生成を行うため、ファン
モータおよび圧縮機の駆動に関して主制御ＣＰＵにかか
る負荷が非常に少なくなる。このため、ファンモータや
圧縮機のインバータ制御に関する主制御ＣＰＵのソフト
設計が軽減され、設計工数が大幅に削減される。

【００２８】

【発明の実施の形態】＜空気調和装置の概略構成＞本発
明の一実施形態に係る空気調和装置を図１に、その空気
調和装置で使われる本発明の一実施形態に係る電動機制
御モジュールを図２に示す。空気調和装置１は、室内に
取り付けられる室内機２と、室外に設置される室外機３
と、両者２，３を結ぶ冷媒配管等４とから構成されてい
る。室内機２の内部には、送風ファン、室内熱交換器な
どが配置されている。室外機３の内部には、圧縮機、フ
ァンモータにより回転する室外ファン、室外熱交換器な
どが配置されている。冷媒配管は、室内機２内の室内熱
交換器と室外機３内の室外熱交換器とを接続し、各熱交
換器とともに冷媒回路を構成している。

【００２９】＜空気調和装置の概略制御構成＞図２は、
空気調和装置１に用いられる電源回路の概略を示すブロ
ック図であり、室外機３の中に配置される一部品化され
た電動機制御モジュール５０を中心に表している。空気
調和装置１の全体を制御するために設けられている主制
御ＣＰＵ１０は、図示しないＲＯＭや各種インターフェ
イスを有しており、センサ類２２からの検出信号を受信
し、アクチュエータ類２１の制御を行い、電動機制御モ
ジュール５０に速度指令を出して室外機３の圧縮機３１
−１およびファンモータ３１−２を駆動させる。センサ
類２２としては、外気温を検出する外気サーミスタ、熱
交換器の蒸発温度および凝縮温度を検出する熱交サーミ
スタ、圧縮機の吐出管温度を検出する吐出管温度セン
サ、圧縮機の吐出側や吸入側圧力を検出する吐出圧力セ
ンサや吸入圧力センサなどが挙げられる。また、アクチ
ュエータ類２１としては、冷媒回路内に配置され内部の
冷媒を減圧するための電動膨張弁、冷媒回路の運転モー
ドを切り換えるための四路切換弁などが挙げられる。な
お、主制御ＣＰＵ１０には、商用交流電源に接続された
スイッチング電源（制御電源）から電力供給が行われ
る。

【００３０】＜電動機制御モジュールの基本構成＞電動
機制御モジュール５０は、複数の電動機３１−１〜３１
−ｎを駆動するための供給電力を、空気調和装置１の運
転状況に応じて制御するものである。具体的には、この
空気調和装置１において、電動機制御モジュール５０
は、室外機３内の圧縮機３１−１およびファンモータ３
１−２を駆動するための所定の駆動波形を有する交流電
力を、主制御ＣＰＵ１０からの速度指令に応じて制御す
る。この電動機制御モジュール５０は、一部品として取
り扱うことができるようにモジュール化されているもの
であるが、その内部に専用のＣＰＵ５３を含んでいる。
具体的には、コンバータ部５１、複数のインバータ部５
２−１〜５２−ｎ、モジュール内ＣＰＵ５３、および内
部電源５４が１つのモジュールとして部品化されてい
る。

【００３１】コンバータ部５１は、電動機制御モジュー
ル５０に入力される単相あるいは三相の交流電力を整流
して直流に変換する。コンバータ部５１は、パワースイ
ッチを用いた構成とすることが可能であり、またインバ
ータ部５２−１〜５２−ｎに対して一定電圧の直流を出
力するアクティブフィルタ回路を含む構成とすることも
可能である。

【００３２】複数のインバータ部５２−１〜５２−ｎ
は、それぞれ、コンバータ部５１の出力（直流）を任意
の周波数の交流に変換して電動機３１−１〜３１−ｎに
出力する。ここでは、電動機制御モジュール５０を圧縮
機３１−１およびファンモータ３１−２の駆動制御に用
いるため、インバータ部５２−１が圧縮機３１−１に交
流電力を出力し、インバータ部５２−２がファンモータ
３１−２に交流電力を出力する構成となっている。

【００３３】モジュール内ＣＰＵ５３は、マイクロプロ
セッサ、ＲＯＭ、各種インターフェイスなどを含むワン
チップマイコンで構成される。このモジュール内ＣＰＵ
５３は、複数の電動機３１−１〜３１−ｎに対する制御
系統を有している。具体的には、それぞれの電動機を駆
動するための駆動波形や主制御ＣＰＵ１０からの速度指
令に合わせてデューティをどう決めてやるといった情報
などが、モジュール内ＣＰＵ５３に組み込まれている。
これにより、モジュール内ＣＰＵ５３は、主制御ＣＰＵ
１０からの速度指令に基づいて電動機３１−１〜３１−
ｎに対して駆動波形を生成することができるようになっ
ている。なお、空気調和装置１で使用する電動機制御モ
ジュール５０では少なくとも圧縮機３１−１およびファ
ンモータ３１−２に対応する制御系統がモジュール内Ｃ
ＰＵ５３に組み込まれているが、電動機制御モジュール
５０に対して複数種類のモータ（ＡＣモータ、ステッピ
ングＤＣモータ、センサレスＤＣモータなど）の制御系
統を持たせることも可能である。このようなモジュール
であれば、多くの異なる種類のモータを同時に駆動する
ことも可能となる。また、使用するモータの種類によら
ず、同じ部品（モジュール）が使えるようになる。

【００３４】また、モジュール内ＣＰＵ５３は、発生し
た異常が内部異常（モジュール内の異常）であるか外部
異常（モジュール外の異常）であるかの判別機能、異常
が内部異常であるときにモジュール５０の内部を保護す
る保護機能、および異常の内容を含む異常信号を外部
（主制御ＣＰＵ１０）に出力する異常信号出力機能を有
している。主制御ＣＰＵ１０は、モジュール内ＣＰＵ５
３から出力される異常信号を受信し、異常情報を蓄えて
部品等の修繕、交換における便宜を図るとともに、空気
調和装置１を停止させる等の措置をとる。

【００３５】内部電源５４は、モジュール内ＣＰＵ５３
のための専用電源であり、電動機制御モジュール５０に
入力される商用交流電力から生成される。 ＜電動機制御モジュールの詳細構成＞電動機制御モジュ
ール５０では、回路部品を集積・モジュール化し、発熱
部品やノイズ源部品をパッケージ化することにより、制
御性を改善させ、高機能な制御を行わせることを可能に
している。

【００３６】図３に示すように、電動機制御モジュール
５０内の電気部品は、上下に平行に配置された（多層配
置された）プリント基板６２およびアルミ基板６１に装
着されている。また、上下のプリント基板６２およびア
ルミ基板６１の配線は、樹脂モールドされた電路板６３
によって接続される。マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、各
種インターフェイスなどを含むワンチップマイコンで構
成されるモジュール内ＣＰＵ５３は、他の電気部品によ
る発熱やノイズから遮断すべきものであるため、パワー
部品７１のうち発熱量の大きなものが装着されないプリ
ント基板６２に装着されている。また、発熱のない（ま
たは少ない）制御部品も、プリント基板６２に装着され
ている。

【００３７】一方、電動機制御モジュール５０では、コ
ンバータ部５１やインバータ部５２−１〜５２−ｎを構
成する部品のうちダイオードやパワートランジスタなど
のパワー部品７１（十数ワット以上の電力を取り扱うも
の）は、全てアルミ基板６１にベアチップ実装されてい
る。このように、パワー部品７１のうち発熱量が大きい
もの全てをアルミ基板６１にワイヤボンディングワイヤ
７３などによってベアチップ実装するように構成してい
るため、プリント基板６２の発熱量がアルミ基板６１の
発熱量よりも小さくなっており、プリント基板６２のモ
ジュール内ＣＰＵ５３等に対する高い熱やノイズの影響
が抑えられる。

【００３８】なお、アルミ基板６１は、熱伝導率が高く
電気絶縁性の良好な窒化アルミニウム板の表面に回路パ
ターンを構成する銅の薄板を貼り合わせたものを採用し
ている。以上のように、実装面上にパワー部品７１がベ
アチップ実装されたアルミ基板６１は、最終的にモール
ド材８１で覆われる。モールド材８１は、図４（ａ）に
示すように、パワー部品７１やボンディングワイヤ７
３、その他のアルミ基板６１上の部品を覆う。モールド
材８１は、シリコン系樹脂やエポキシ系の樹脂といった
絶縁性の合成樹脂で構成されている。このモールド材８
１は、パワー部品７１が発する熱を拡散伝熱させる機能
を有しており、電動機制御モジュール５０の冷却効果を
向上させる。また、モールド材８１でパワー部品７１等
を覆うことによって、モジュール５０内の部品を塵害や
水分から保護することができるようになり、電動機制御
モジュール５０の配置の自由度が増す。具体的には、電
動機制御モジュール５０を、室外機３の機械室の中では
なく、水分や塵が多く存在する室外機３の通風スペース
に配することが可能になる。

【００３９】なお、図４（ａ）に示すようにモールド材
８１をアルミ基板６１に被せる代わりに、パワー部品７
１のうちボンディングワイヤ７３のところだけにモール
ド材を被せることも考えられる。また、図４（ｂ）に示
すように、アルミ基板６１上の部品だけではなくプリン
ト基板６２上の部品についてもモールド材８１で覆って
しまうことが考えられる。

【００４０】このように、電動機制御モジュール５０の
主要部品をモールド材８１で覆う構造を採ることによ
り、室外機３の室外ファンによる風を計算に入れて電動
機制御モジュール５０の熱設計を行うことが可能であ
る。実際には、電動機制御モジュール５０の熱設計は、
必要な風量さえモジュール５０に当ててやればモジュー
ル５０内の全ての部品が作動に支障のないレベルまで冷
却されるように為されている。

【００４１】＜圧縮機、ファンモータの制御＞主制御Ｃ
ＰＵ１０は、センサ類２２から入力される検出値と現在
の運転モードに応じて、各部の制御量を決定し、アクチ
ュエータ類２１に制御値を出力するとともに、圧縮機３
１−１、ファンモータ３１−２の制御量を回転速度指令
信号の形で電動機制御モジュール５０内のＣＰＵ５３に
送信する。

【００４２】モジュール内ＣＰＵ５３では、主制御ＣＰ
Ｕ１０から送信されてきた回転速度指令信号（速度指
令）に基づき、圧縮機３１−１およびファンモータ３１
−２の駆動波形を生成する。そして、ＣＰＵ５３は、コ
ンバータ部５１およびインバータ部５２−１，５２−２
を制御して、圧縮機３１−１およびファンモータ３１−
２に対して、主制御ＣＰＵ１０からの速度指令に合った
駆動波形を出力させる。これにより、インバータ部５２
−１，５２−２から圧縮機３１−１およびファンモータ
３１−２に対して所定の周波数を持つ交流電力が供給さ
れ、主制御ＣＰＵ１０の速度指令どおりに圧縮機３１−
１およびファンモータ３１−２が駆動する。

【００４３】＜本実施形態の電動機制御モジュールの特
徴＞ （１）電動機制御モジュール５０では、商用交流電力を
任意の周波数の交流電力に変換するコンバータ部５１お
よびインバータ部５２−１〜５２−ｎとそれらを制御す
るＣＰＵ５３とを１つのモジュールの中に組み込むこと
で、商用交流電力を入力し駆動波形を出力する機能を持
つ電動機制御部を１つの部品（モジュール）として取り
扱うことができるようになっている。このため、電動機
ごとに従来行っているインバータの個別設計が不要とな
り、インバータの設計工数を大幅に削減することができ
る。

【００４４】また、この電動機制御モジュール５０を用
いると、モジュール内ＣＰＵ５３において駆動波形の生
成まで行う構成となっているため、主制御ＣＰＵ１０に
かかる負荷が非常に少なくなる。さらに、モジュール５
０内に専用のＣＰＵ５３を配しているため、高速応答性
に優れており、電動機３１−１〜３１−ｎの制御がより
安定するようになる。

【００４５】（２）電動機制御モジュール５０では、ア
ルミ基板６１とプリント基板６２との多層構造を採った
上で、発熱を伴う主要なパワー部品７１（少なくとも十
数ワット以上の電力を取り扱うことのできるパワー部品
の全て）を放熱性に優れるアルミ基板６１に実装し、熱
を嫌うＣＰＵ５３等をプリント基板６２に実装してい
る。これにより、モジュール内ＣＰＵ５３が受ける熱の
影響を抑えつつモジュール５０全体を小型化することが
できている。また、パワー部品７１のうち発熱量の大き
なものをアルミ基板６１に集め、プリント基板６２に発
熱量の小さな部品（特に、その特性に対して温度依存性
の高い部品）を配置することで、電動機制御モジュール
５０は安定した制御ができるようになっている。

【００４６】（３）電動機制御モジュールにおいては、
アルミ基板６１よりも小さなプリント基板６２を採用
し、プリント基板６２をアルミ基板６１に立てたり、プ
リント基板６２をアルミ基板６１からボンディングワイ
ヤなどによって浮かしたりすることも考えられる。

【００４７】これに対し、本実施形態の電動機制御モジ
ュール５０では、アルミ基板６１およびプリント基板６
２を多層に配置する構成を採っており、プリント基板６
２を大きくすることができ、大容量・多機能なモジュー
ル内ＣＰＵ５３を用いることが可能になっている。この
ため、種々の電動機に対応することのできる大容量・多
機能のＣＰＵをモジュール内ＣＰＵ５３として電動機制
御モジュール５０内に組み込むことができ、部品として
の電動機制御モジュール５０がより広い範囲のインバー
タ設計において用いることができるようになっている。

【００４８】また、複数の基板６１，６２の多層配置に
よって、電動機制御モジュール５０の設置に必要な面積
が小さくなるという効果を得られている。 （４）電動機制御モジュール５０では、パワー部品７１
のうち発熱量の大きなものが実装される基板をアルミ基
板６１として、パワー部品７１をアルミ基板６１にベア
チップ実装する構成を採っている。このアルミ基板６１
が効率的な放熱板として機能するため、パワー部品７１
の発熱による熱がアルミ基板６１を介して効率よく放熱
されるようになっている。

【００４９】（５）電動機制御モジュール５０では、複
数の電動機３１−１〜３１−ｎに対する制御系統をモジ
ュール内ＣＰＵ５３に持たせるので、複数の電動機３１
−１〜３１−ｎの同時制御にも対応が可能である。ま
た、種々の電動機３１−１〜３１−ｎの駆動を制御でき
る部品として、電動機制御モジュール５０の利用範囲は
広い。

【００５０】（６）電動機制御モジュール５０では、内
部電源５４をモジュール５０内に組み込んでいる。この
ため、モジュール５０の外部に専用の電源を置く必要が
なくなっており、電動機制御モジュール５０は設計上さ
らに利用がし易くなっている。 （７）電動機制御モジュール５０は、主制御ＣＰＵ１０
からの速度指令の入力が為されると、その指令に従って
駆動波形を生成し電動機に出力する。また、異常があっ
たときには、異常判別を行った上で異常信号を主制御Ｃ
ＰＵ１０に出力する。このように、電動機制御モジュー
ル５０が駆動波形の生成や異常判別を行うため、主制御
ＣＰＵ１０にかかる負荷は極めて小さくなり、従来に較
べて主制御ＣＰＵ１０の設計工数が大きく削減される。

【００５１】＜他の実施形態＞ （Ａ）アルミ基板６１の放熱効果を高めるためには、ア
ルミ基板６１の実装面の裏面側に放熱フィンを立設した
構造を採ることも可能である。放熱フィンは、アルミ基
板６１を構成する窒化アルミニウム板を作成する際に、
同時に一体成型で形成することが可能である。また、熱
溶着や接着などにより、放熱フィンを別途アルミ基板６
１に固着するようにしてもよい。

【００５２】（Ｂ）上記実施形態では、制御対象となる
電動機が圧縮機３１−１およびファンモータ３１−２で
あり、２つのインバータ部５２−１，５２−２を内部に
有する電動機制御モジュール５０を想定して説明を行っ
ているが、さらに多くの電動機の制御が可能となる電動
機制御モジュールを作ることもできる。この場合には、
モジュール内ＣＰＵに多くの制御系統がインプットされ
るとともに、インバータ部の数（ｎ）が増えることにな
る。

【００５３】例えば、室外機が２つの室外ファンを備え
ているような場合には、圧縮機と２つのファンモータに
関する制御系統をモジュール内ＣＰＵに入れておくとと
もに、３つのインバータ部をモジュール５０内に配備す
ることになる。 （Ｃ）上記実施形態の電動機制御モジュール５０では、
モジュール５０に入力された交流電力から内部電源５４
を生成しているが（図２参照）、図５に示すように、内
部電源５４をコンバータ部５１によって直流に整流され
た電力から生成することもできる。

【００５４】（Ｄ）上記実施形態の電動機制御モジュー
ル５０に、冷却のための電動ファンをさらに付加するこ
とも考えられる。電動機制御モジュール５０に専用の冷
却ファンを組み込めば、電動機制御モジュール５０の設
置場所の自由度が高まる。すなわち、外部のファン等に
よって生成される風などを利用しなくても専用の電動フ
ァンによって十分な冷却効果を得ることができるため、
電動機制御モジュール５０を任意の場所に設置すること
が可能となる。

【００５５】（Ｅ）上記実施形態ではアルミ基板６１を
採用しているが、これに代えて、同様に放熱性に優れる
アルミナ基板やセラミック板にアルミ板を合わせた基板
などを採用することもできる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１に係る電動機制御モジュールで
は、電力を変換するインバータ変換部とそれを制御する
インバータ制御ＣＰＵとを１つのモジュールの中に組み
込むことで、交流電力を入力し駆動波形を出力する機能
を持つ電動機制御部を１つの部品（モジュール）として
取り扱うことができるようになっているため、電動機ご
とに従来行っているインバータの個別設計が概ね不要と
なり、インバータの設計工数を大幅に削減することがで
きるようになる。

【００５７】また、この電動機制御モジュールを用いる
と、モジュール内のインバータ制御ＣＰＵにおいて駆動
波形の生成まで行うようになっているため、外部ＣＰＵ
等にかかる負荷が非常に少なくなる。さらに、モジュー
ル内に専用のＣＰＵを配しているため、高速応答性に優
れており、電動機の制御が安定するようになる。請求項
２に係る電動機制御モジュールでは、通常発熱を伴うイ
ンバータ変換部のパワー部品のうち発熱量の大きなもの
を第１基板に実装し、第２基板の発熱量が第１基板の発
熱量よりも小さくなるようにしている。そして、一般に
熱を嫌うＣＰＵを第２基板に実装している。これによっ
て、モジュール内のインバータ制御ＣＰＵが受ける熱の
影響を抑えつつ、モジュール全体を小型化することが可
能となる。

【００５８】請求項３に係る電動機制御モジュールで
は、多出力・大容量のインバータ制御ＣＰＵの採用が可
能になり、種々の電動機に対応することのできるインバ
ータ制御ＣＰＵをモジュール内に組み込むことができる
ようになるため、部品としての電動機制御モジュールを
より広い範囲のインバータ設計で用いることができるよ
うになる。また、複数の基板の多層配置によって、電動
機制御モジュールの設置に必要な面積が小さくなるとい
う効果を得ることもできる。

【００５９】請求項４に係る電動機制御モジュールで
は、第１基板を第２基板よりも熱伝導性のよいものにし
て、パワー部品を第１基板にベアチップ実装する構成を
採っているため、パワー部品の発熱による熱が第１基板
を介して効率よく放熱されるようになる。請求項５に係
る電動機制御モジュールでは、複数の電動機に対する制
御系統をインバータ制御ＣＰＵに持たせているので、電
動機制御モジュールは、複数の電動機の同時制御にも対
応が可能となる。また、種々の電動機の駆動を制御でき
る部品として、電動機制御モジュールの利用範囲が広く
なる。

【００６０】請求項６に係る電動機制御モジュールで
は、複数のインバータ部それぞれが所定の電動機に対し
て生成された駆動波形に合った周波数の交流電力を発生
させるため、１つの部品である電動機制御モジュールに
よって複数の電動機の同時制御を行うことが可能であ
る。請求項７に係る電動機制御モジュールでは、内部電
源をモジュール内に組み込むことによって、モジュール
の外部に専用の電源を置く必要がなくなり、外部に配置
される部品を減らすことができる。

【００６１】請求項８に係る電動機制御モジュールで
は、電動機制御モジュールが駆動波形の生成や異常判別
を行うため、外部ＣＰＵ等にかかる負荷は極めて小さく
なり、従来に較べて外部ＣＰＵ等の設計工数が大きく削
減されることになる。請求項９に係る電動機制御モジュ
ールでは、電動機制御モジュールから異常信号が出力さ
れる外部ＣＰＵ等が、異常の存在、および電動機制御モ
ジュール内部の異常か電動機制御モジュール外部の異常
かという情報を得ることができるようになる。したがっ
て、外部ＣＰＵ等がそれらの情報を蓄える場合には、部
品等の修繕時における異常箇所の特定が容易となり、交
換部品を少なくすることができる。

【００６２】請求項１０に係る電動機制御モジュールで
は、内部異常時にインバータ制御ＣＰＵが内部保護の保
護制御を行うため、外部ＣＰＵ等にかかる負荷がより少
なくなる。請求項１１に係る電動機制御モジュールで
は、モジュール内のインバータ変換部およびインバータ
制御ＣＰＵを冷却するための専用の電動ファンを組み込
んでいるため、電動機制御モジュールは、その設置場所
の自由度が高まる。

【００６３】請求項１２に係る空気調和装置では、電動
機制御モジュールは、空気調和装置全体の制御を行う主
制御ＣＰＵから電動機であるファンモータおよび圧縮機
の駆動指令を受け取り、ファンモータおよび圧縮機に対
して駆動指令に応じた駆動波形を出力する。そして、電
動機制御モジュールの内部にインバータ制御ＣＰＵが組
み込まれており、そのインバータ制御ＣＰＵが駆動波形
の生成を行うため、ファンモータおよび圧縮機の駆動に
関して主制御ＣＰＵにかかる負荷が非常に少なくなる。
このため、ファンモータや圧縮機のインバータ制御に関
する主制御ＣＰＵのソフト設計が軽減され、設計工数が
大幅に削減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和装置の外観
構成を示す斜視図。

【図２】電動機制御モジュールを含む空気調和装置の概
略制御ブロック図。

【図３】電動機制御モジュールの側面図。

【図４】（ａ）電動機制御モジュールを覆うモールド材
を示す図。（ｂ）他の実施形態の電動機制御モジュール
を覆うモールド材を示す図。

【図５】他の実施形態の電動機制御モジュールを含む空
気調和装置の概略制御ブロック図。

【符号の説明】

１ 空気調和装置 ３ 室外機 １０ 主制御ＣＰＵ ３１−１〜３１−ｎ 電動機 ３１−１ 圧縮機 ３１−２ ファンモータ ５０ 電動機制御モジュール ５１ コンバータ部 ５２−１〜５２−ｎ インバータ部 ５３ モジュール内ＣＰＵ ５４ 内部電源 ６１ アルミ基板 ６２ プリント基板 ７１ パワー部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L060 AA03 AA08 CC03 CC04 CC16 CC19 DD02 EE04 5H007 BB06 CB02 CC07 DB09 HA03 HA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電力を入力して電動機（３１−１〜３
   １−ｎ）に対し駆動波形を出力する電動機制御モジュー
   ル（５０）であって、 入力される交流電力を任意の周波数の交流電力に変換す
   るインバータ変換部（５１，５２−１〜５２−ｎ）と、 前記駆動波形の生成を行い、前記インバータ変換部（５
   １，５２−１〜５２−ｎ）を制御するインバータ制御Ｃ
   ＰＵ（５３）と、を備えた電動機制御モジュール（５
   ０）。
2. 【請求項２】第１基板（６１）および第２基板（６２）
   をさらに備え、 前記インバータ変換部（５１，５２−１〜５２−ｎ）
   は、複数のパワー部品（７１）を有しており、 前記第２基板（６２）の発熱量が前記第１基板（６１）
   の発熱量よりも小さくなるように、前記パワー部品（７
   １）のうち発熱量の大きなものは、前記第１基板（６
   １）に実装され、 前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、前記第２基板
   （６２）に実装される、請求項１に記載の電動機制御モ
   ジュール（５０）。
3. 【請求項３】前記第１基板（６１）および前記第２基板
   （６２）は、多層に配置されている、請求項２に記載の
   電動機制御モジュール（５０）。
4. 【請求項４】前記第１基板（６１）は、前記第２基板
   （６２）よりも熱伝導性の高い基板であり、 前記第１基板（６１）に実装される前記パワー部品（７
   １）は、前記第１基板（６１）にベアチップ実装され
   る、請求項２または３に記載の電動機制御モジュール
   （５０）。
5. 【請求項５】前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、複
   数の電動機（３１−１〜３１−ｎ）それぞれに対する制
   御系統を有している、請求項１から４のいずれかに記載
   の電動機制御モジュール（５０）。
6. 【請求項６】前記インバータ変換部（５１，５２−１〜
   ５２−ｎ）は、入力される交流電力を直流電力に変換す
   るコンバータ部（５１）と、前記直流電力を任意の周波
   数の交流電力に変換する複数のインバータ部（５２−１
   〜５２−ｎ）とを有しており、 前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、前記コンバータ
   部（５１）および前記複数のインバータ部（５２−１〜
   ５２−ｎ）を制御して、複数の電動機（３１−１〜３１
   −ｎ）に対して駆動波形を出力する、請求項５に記載の
   電動機制御モジュール（５０）。
7. 【請求項７】入力される交流電力または前記コンバータ
   部（５１）により変換された直流電力から生成される前
   記インバータ制御ＣＰＵ（５３）のための内部電源（５
   ４）をさらに備えた、請求項６に記載の電動機制御モジ
   ュール（５０）。
8. 【請求項８】前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、電
   動機（３１−１〜３１−ｎ）の運転出力に関する指令を
   外部から入力し、異常信号を外部に出力する、請求項１
   から７のいずれかに記載の電動機制御モジュール（５
   ０）。
9. 【請求項９】前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、内
   部異常であるか外部異常であるかの判別機能を有してお
   り、 前記異常信号は、内部異常であるか外部異常であるかの
   情報を含んでいる、請求項８に記載の電動機制御モジュ
   ール（５０）。
10. 【請求項１０】前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）は、
    内部異常であるときに内部を保護する保護制御を行い、
    内部異常の内容を外部に出力する、請求項９に記載の電
    動機制御モジュール（５０）。
11. 【請求項１１】前記インバータ変換部（５１，５２−１
    〜５２−ｎ）および前記インバータ制御ＣＰＵ（５３）
    を冷却するための電動ファンをさらに備えた、請求項１
    から１０のいずれかに記載の電動機制御モジュール（５
    ０）。
12. 【請求項１２】室外ファンを回転させる少なくとも１つ
    のファンモータ（３１−２）と、 圧縮機（３１−１）と、 前記ファンモータ（３１−２）および前記圧縮機（３１
    −１）に対する駆動指令を発する主制御ＣＰＵ（１０）
    と、 前記主制御ＣＰＵ（１０）からの駆動指令を前記インバ
    ータ制御ＣＰＵ（５３）で入力し、前記駆動指令に応じ
    た駆動波形を前記ファンモータ（３１−２）および前記
    圧縮機（３１−１）に出力する請求項１から１１のいず
    れかに記載の電動機制御モジュール（５０）と、を備え
    た空気調和装置（１）。