JP2003348874A - 三相モータ駆動装置 - Google Patents

三相モータ駆動装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】三相モータ駆動装置の使用部品点数を減少し、
コストダウンを図る。 【解決手段】駆動対象となる三相ホールモータ1 の回転
位置検知信号を受け、三相モータを駆動制御するための
正弦波信号を生成する正弦波信号生成専用回路10と、こ
の回路からモータ駆動制用の三相の正弦波信号を受け、
三相モータを駆動するためのモータ駆動回路30とを具備
し、正弦波信号生成専用回路およびモータ駆動回路は1
パッケージの半導体装置2 に収容され、三相ホールモー
タの固定部に固定された配線基板に実装されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相モータ駆動装
置に係り、特に正弦波電流駆動用半導体装置に関するも
ので、例えば空気調和機(エアコン)、給湯器、空気清
浄器などのファンモータ駆動装置に使用されるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】エアコンの送風用のファンモータとして
通常用いられている三相モータを120°通電方式によ
り駆動する際、従来は、矩形波電流を用いて制御してお
り、このような従来のシステムは、安価に実現できると
いう利点がある。
【0003】しかし、従来のシステムは、騒音、振動が
発生するので、モータ本体およびファン(回転羽)の固
定に防振ゴムを使用しており、防振ゴムの経年劣化によ
り信頼性が低下するという問題がある。
【0004】また、防振ゴムの振動(共振)を抑えるた
めの鏡体との合わせ込みによる特性調節のために比較的
長い開発時間を要するという問題がある。
【0005】そこで、近年、上記した矩形波電流による
駆動に代えて、正弦波電流による駆動方式が採用され始
めている。正弦波電流による駆動方式は、電気的に低振
動を実現できるので、防振ゴムが不要になり、しかも、
製品の開発期間を短縮できるなどの利点が得られ、特に
静音を必要とする家電分野で注目を浴びている。
【0006】図4は、従来のエアコンにおけるファンモ
ータである三相モータに対する正弦波電流による駆動方
式を実現するための構成を示している。
【0007】ここでは、マイクロコンピュータ(マイコ
ン)として、主制御用のメインマイコン41と正弦波信号
生成用の正弦波マイコン42との2種類を用いており、三
相モータ(Motor)40 の固定部(例えばケース)に固定さ
れる配線基板上に実装されたチャージポンプタイプのモ
ータ駆動回路(ドライバ)を内蔵したモータ駆動専用の
半導体集積回路(LSI)43を使用している。
【0008】この際、メインマイコン41と正弦波マイコ
ン42との間では、モータ回転速度制御用の信号とか、モ
ータ回転速度検知信号、逆風などによるモータ逆転など
の回転異常を検出するためのモータ回転異常検知信号を
授受する。
【0009】また、正弦波マイコン42とモータ駆動専用
のLSI43との間では、モータ駆動制御信号(三相の正
弦波駆動信号)とか、モータ回転位置検知信号、モータ
駆動電流検知信号、モータ駆動電流制限信号を授受す
る。
【0010】この場合、マイコン41、42は例えば5V系
の電源で動作するものであり、このような小信号用のマ
イコンは静電気やノイズ信号に弱いので、微小なノイズ
信号により誤動作を引き起こす。そこで、ノイズ信号の
発生量が高いモータ部から正弦波マイコン42に対するノ
イズ信号の影響を防止し、正弦波マイコン42とモータ駆
動専用のLSI43とを電気的に分離するために、正弦波
マイコン42とモータ駆動専用のLSI43との間の信号の
授受は、フォトカプラー44を介して行うようにしてい
る。
【0011】なお、三相モータ40として、ホール素子に
よりモータ回転位置検知信号を生成する三相ホールモー
タを用いる場合は、モータ回転位置検知信号の授受に対
応するフォトカプラーを省略することも可能である。
【0012】しかし、上記構成は、2種類のマイコン41
および42と、モータ駆動専用のLSI43と、現状では比
較的高額であるフォトカプラー44を10個程度も必要と
するので、使用部品点数が増加し、コストアップをまね
くという問題がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
三相モータ駆動装置は、使用部品点数が増加し、コスト
アップをまねくという問題があった。
【0014】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、使用部品点数を減少させ、コストダウンを図
り得る三相モータ駆動装置を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の三相モータ駆動
装置は、駆動対象となる三相モータの回転位置検知信号
を受け、前記三相モータを駆動制御するための三相の正
弦波駆動信号を生成する正弦波信号生成専用回路と、前
記正弦波信号生成専用回路から三相の正弦波駆動信号を
受け、前記三相モータを駆動するためのモータ駆動回路
とを具備し、前記正弦波信号生成専用回路およびモータ
駆動回路は1パッケージの半導体装置に収容されている
ことを特徴とする。
【0016】ここで、前記正弦波信号生成専用回路は第
1の半導体チップ上に形成され、前記モータ駆動回路は
第2の半導体チップ上に形成され、前記第1の半導体チ
ップと第2の半導体チップはマルチチップモジュールタ
イプの半導体装置に収容されていてもよい。あるいは、
前記正弦波信号生成専用回路およびモータ駆動回路は同
一半導体チップ上に形成されていてもよい。
【0017】なお、前記三相モータがエアコンの送風用
のファンモータとして用いられる三相モータである場合
には、エアコンの主制御用のマイクロコンピュータと前
記正弦波信号生成専用回路との間では、電気的に分離す
るためのフォトカプラーを介して、モータ回転速度検知
信号およびモータ回転速度制御信号を授受するように構
成してもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0019】<第1の実施形態>図1は、本発明の第1
の実施形態に係る三相モータ駆動装置を示している。
【0020】本例の三相モータ駆動装置は、エアコンの
ファンモータとして用いられ、ホール素子により回転位
置が検知される三相ホールモータ(Motor)1を駆動するも
のである。
【0021】この三相モータ駆動装置は、駆動対象とな
る三相ホールモータ1 の回転位置検知信号を受け、三相
ホールモータ1 を駆動制御するための正弦波駆動信号を
生成する正弦波信号生成専用回路10と、前記正弦波信号
生成専用回路から三相の正弦波駆動信号を受け、三相ホ
ールモータ1 を駆動するためのモータ駆動回路(ドライ
バ)30とを具備している。
【0022】正弦波信号生成専用回路10は、正弦波形に
よりパルス幅が変調された一定周期(例えば16khz
のサンプリング周期)を有する小信号のPWM信号を正
弦波駆動信号として出力するものであり、例えばBi−
CMOSプロセスを用いて集積化することにより、例え
ば30V程度の耐圧を持たせることができる。
【0023】図2は、図1中の正弦波信号生成専用回路
10の一例を示すブロック図である。
【0024】この正弦波信号生成専用回路の構成および
動作は、例えば、東芝半導体データブック2001年版
「モータ用IC」の「TB6539N/TB6551
F」に詳細に開示されている。ここで、11はシステムク
ロック生成回路、12は三相ホールモータの回転位置検知
信号が入力する位相推定回路、13は電圧レギュレータ
(電源回路)、14はパワーオン検知回路、15は5ビット
のADコンバータ、16はカウンタ回路、17は出力波形整
形回路、18はデータセレクタ回路、19は三角波生成回
路、20はPWM波生成用の電圧コンパレータ回路、21〜
23は三相(U相、V相、W相)用の電圧コンパレータ回
路、24は充電回路、25は120°通電マトリクス回路、
26は120°/180°切り換え回路&ゲートブロック
回路、27はデッドタイム設定回路である。
【0025】図3は、図1中のモータ駆動回路30の一例
を示す回路図である。
【0026】このモータ駆動回路は、小信号(例えば5
V系)のPWM信号入力を大信号(例えば200〜50
0V系)のPWM信号にレベルシフトするレベルシフト
回路31と、このレベルシフト回路31からPWM信号を受
けて三相ホールモータを駆動するための6個のスイッチ
素子(各相信号につき、高レベル側、低レベル側の2個
のスイッチ素子)321 〜326 を有する。
【0027】この場合、スイッチ素子321 〜326 は、M
OSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ)あるいはIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ)などを用いるが、小面積化が可能なN型スイッ
チ素子のみを用いる場合には、高レベル側のスイッチ素
子を駆動するために例えばチャージポンプ回路またはブ
ートストラップ回路(図示せず)を用いて昇圧するチャ
ージポンプタイプあるいはブートストラップタイプのモ
ータ駆動回路を用いる。
【0028】そして、前記正弦波信号生成専用回路10お
よびモータ駆動回路30は1パッケージ(1PKG)の半導体装
置2 に収容され、三相ホールモータ1 の固定部に固定さ
れた配線基板(図示せず)に実装されている。本例で
は、正弦波信号生成専用回路10は第1の半導体チップ上
に形成され、モータ駆動回路30は第2の半導体チップ上
に形成され、これらの両チップはマルチチップパッケー
ジタイプの半導体装置2に収容されている。この場合、
マルチチップパッケージタイプの半導体装置2 の配線基
板(図示せず)に上記両チップが実装され、この配線基
板上に両チップ間の接続配線(図示せず)が形成されて
いる。
【0029】なお、モータ駆動回路30にモータ駆動電流
の電流を検知する抵抗素子(図示せず)を挿入接続して
おき、この抵抗素子の過電流時の電圧降下を過電流検知
信号として正弦波信号生成専用回路10で受け、それに基
づいて正弦波信号生成専用回路10はモータ駆動電流を遮
断するように信号出力を制御する機能を持たせている。
【0030】さらに、エアコンの主制御用のマイコン4
と前記正弦波信号生成専用回路10との間では、電気的に
分離するためのフォトカプラー5 を介して、モータ回転
速度検知信号、モータ回転異常検知信号およびモータ回
転速度制御信号を授受するように構成されている。
【0031】上記構成の三相モータ駆動装置によれば、
正弦波信号生成専用回路10およびモータ駆動回路 30 は
1パッケージの半導体装置2 に収容されているので、主
制御用のマイコン4 と正弦波信号生成専用回路10との間
を電気的に分離するためのフォトカプラー5 の使用数は
3個程度で済む。
【0032】したがって、従来例に比べて、部品点数が
大幅に減少しており、正弦波信号生成専用回路10および
モータ駆動回路30も1パッケージ化により、システムの
小型化が可能になるとともに製造コスト、実装コストの
低減化が可能になる。特に比較的高価なフォトカプラー
5 の使用数が大幅に減少しているので、従来例に比べ
て、大幅にコストダウンを図ることが可能になる。
【0033】また、正弦波信号生成専用回路10は、従来
例の正弦波マイコン42と比べてノイズ特性が良く、場合
によるとノイズ吸収用のコンデンサを併用する必要があ
るが、三相ホールモータ1 の固定部に固定された(例え
ばケースの側面に固定された、あるいはケースに埋め込
みされた)配線基板に、モータ駆動回路30とともに1パ
ッケージ化されて実装することが可能になる。このよう
なモータ固定部への直接的な実装により、正弦波信号生
成専用回路10およびモータ駆動回路30と三相ホールモー
タ1 との間の配線距離が短くなり、正弦波信号生成専用
回路30に及ぼすノイズの影響が低減する。
【0034】なお、正弦波信号生成専用回路10およびモ
ータ駆動回路30は同一半導体チップ上に形成されてもよ
く、この場合には、正弦波信号生成専用回路10およびモ
ータ駆動回路30と三相ホールモータ1 との間の配線距離
がさらに短くなり、正弦波信号生成専用回路10に及ぼす
ノイズの影響がさらに低減する。
【0035】上記実施形態では、エアコンの主制御用の
マイコン4 と正弦波信号生成専用回路10との間でフォト
カプラー5 を介して信号を授受するファンモータ1 を対
象とする駆動回路を説明したが、主制御用のマイコンと
正弦波信号生成専用回路との間でフォトカプラーを介し
て信号を授受しない場合(例えば給湯器、空気清浄器な
どのファンモータ駆動装置)にも本発明を適用可能であ
る。
【0036】
【発明の効果】上述したように本発明の三相モータ駆動
装置によれば、使用部品点数を減少させ、コストダウン
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るエアコンにおけ
る三相ホールモータ駆動装置を示すブロック図。
【図2】図1中の正弦波信号生成専用回路の一例を示す
ブロック図。
【図3】図1中のモータ駆動回路の一例を示す回路図。
【図4】従来のエアコンにおける三相ホールモータ駆動
装置を示すブロック図。
【符号の説明】
1 …三相ホールモータ、 2 …1パッケージの半導体装置、 10…正弦波信号生成専用回路、 30…モータ駆動回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動対象となる三相モータの回転位置検
    知信号を受け、前記三相モータを駆動制御するための三
    相の正弦波駆動信号を生成する正弦波信号生成専用回路
    と、 前記正弦波信号生成専用回路から三相の正弦波駆動信号
    を受け、前記三相モータを駆動するためのモータ駆動回
    路とを具備し、 前記正弦波信号生成専用回路およびモータ駆動回路は1
    パッケージの半導体装置に収容されていることを特徴と
    する三相モータ駆動装置。
  2. 【請求項2】 前記正弦波信号生成専用回路は第1の半
    導体チップ上に形成され、前記モータ駆動回路は第2の
    半導体チップ上に形成され、前記第1の半導体チップと
    第2の半導体チップはマルチチップパッケージタイプの
    半導体装置に収容されていることを特徴とする請求項1
    記載の三相モータ駆動装置。
  3. 【請求項3】 前記正弦波信号生成専用回路およびモー
    タ駆動回路は同一半導体チップ上に形成されていること
    を特徴とする請求項1記載の三相モータ駆動装置。
  4. 【請求項4】 前記三相モータは、エアコンのファンモ
    ータとして用いられ、ホール素子により回転位置が検知
    される三相ホールモータであり、 前記エアコンの主制御用のマイクロコンピュータと前記
    正弦波信号生成専用回路との間では、電気的に分離する
    ためのフォトカプラーを介して、モータ回転速度検知信
    号およびモータ回転速度制御信号を授受することを特徴
    とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の三相モー
    タ駆動装置。
  5. 【請求項5】 前記正弦波信号生成専用回路およびモー
    タ駆動回路を収容した1パッケージの半導体装置は、前
    記三相モータの固定部に固定されていることを特徴とす
    る請求項1乃至4のいずれか1つに記載の三相モータ駆
    動装置。
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