JP4106959B2 - モータ駆動装置およびモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルームエアコンや給湯器等家電機器に用いられるファン駆動用モータに関し、特に商用交流電源電圧を平滑整流した直流高電圧を電力源とし、可変速制御を可能としたインバータを内蔵したモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特に商用交流電源電圧を平滑整流した直流高電圧を電力源としたモータ駆動装置もしくはモータ駆動装置を内蔵したモータは、特開平４−６７７５９号公報号に開示されたものが知られており、図２３および図２５（特開平４−６７７５９号公報号からの引用）を用いて説明する。
【０００３】
図２３に、従来のモータの駆動装置の一例の構造を示しており、スイッチ素子であるＩＧＢＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６を主な構成要素とするインバータ部と図示しないモータのロータの回転子を検出するホール素子センサ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの出力信号および速度指令信号が供給されてＰＷＭ信号を形成するＰＷＭ信号形成回路１０２を含む周辺回路とが一体化したモノリシックＩＣで構成されて、前記周辺回路の作用により、前記ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がスイッチ制御されて、商用交流電圧を整流・平滑して得られる高圧直流電圧からモータのステータ１０３のモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御する作用を有する。
【０００４】
図２５は、従来の前記モノリシックＩＣで構成したモータ駆動装置を内蔵したモータの構造を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような、従来のモノリシックＩＣを用いたモータの駆動装置においては、インバータ部の主要構成要素すなわちスイッチ素子であるＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６と周辺回路を一体化したモノリシックＩＣで構成したことが特徴で、モータ駆動装置の小型化に貢献できる反面、モノリシックＩＣ自体が発熱源となってしまう。
【０００６】
さらに、モノリシックＩＣを製造するための半導体プロセスには特別の工夫が必要になる。すなわち、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６等、ＩＣの高電圧が印加される構成要素には、誘電体分離という図２４（特開平４−６７７５９号公報号からの引用）に示す構成を有するプロセスが必要となる。
【０００７】
図２４は、従来のモータの駆動装置であるＩＣのＩＧＢＴの構成を示すもので、誘電体であるＳｉＯ2で、ＩＧＢＴ素子を他の素子から電気的に絶縁している。
【０００８】
このＳｉＯ2による誘電体分離を行うために、従来のモータ駆動装置であるモノリシックＩＣの製造工数は、一般のＰＮ接合プロセスに比べ、ＳｉＯ2形成のための工程が余分に加わることにより、格段に大きくなる。
【０００９】
一般的なＰＮ接合プロセスの半導体の製作に要するリードタイムが、２〜３ヵ月なのに対し、誘電体プロセス半導体（ＩＣ）では、４〜５ヵ月を要し、供給面で大きな障害となっている。また、工程数が多いことから歩留まりも比較的悪く、信頼性面でも不安があり、ＩＣの価格も高価になりがちであった。
【００１０】
また、ＩＧＢＴを制御するための周辺回路部のプロセスの微細化に限界があり、正弦波ＰＷＭ等を具現化するＬＯＧＩＣのモノリシックＩＣ化が困難で、モータの低騒音駆動に課題があった。
【００１１】
本発明は、半導体部品の発熱を抑制した信頼性の高い、かつ高効率のモータ駆動装置およびモータを提供すること、そして、前記事項を、生産リードタイムが長く、かつ高価格の誘電体分離プロセスのモノリシックＩＣを用いることなく、一般的に存するＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用い、使用部品の供給面で不安がなく、さらに、低騒音で、低価格のモータ駆動装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、周辺回路を低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣとし、ワンチップインバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイに置換し、互いを高耐圧ＰＮ接合プロセスゲートドライバＩＣを介して接続したもので、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力されるＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ電力供給するよう構成したものである。
【００１３】
これにより、モータ駆動装置の損失による発熱を低下させ、入手可能なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用い、使用部品の供給面で不安がなく、さらに低価格で低騒音駆動のモータ駆動装置を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されてＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路と、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、モータ駆動装置の出力端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとからで構成されたモータ駆動装置において、前記周辺回路を低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣとし、前記インバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣと前記ＭＯＳＦＥＴアレイとを互いに高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続した構成であり、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力されるＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ電力供給するモータ駆動装置であり、複数の一般的なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用いて、モータ駆動装置を構成することができるという作用を有する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、低耐圧ＰＮ接合プロセスで作られ、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されて正弦波電圧ＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路をモノリシック化したプリドライブＩＣと、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、出力端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとから構成されたモータ駆動装置において、前記インバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣの出力と前記ＭＯＳＦＥＴのゲートとを、高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続したもので、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力される正弦波電圧ＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ正弦波電圧を供給する構成のモータ駆動装置であり、複数の一般的なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用いて、モータを低騒音駆動するモータ駆動装置を構成することができるという作用を有する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記周辺回路の低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣに、位相進み手段を内蔵し、モータに設けた進角指令入力端子の入力電圧を、前記位相進み手段へ伝達して、前記正弦波電圧の位相を進めることを可能とした構成の請求項２記載のモータ駆動装置であり、電流の位相遅れを補償する作用を有する。
【００１７】
請求項４記載の発明は、モータに設けた進角指令入力端子を廃し、代わってモータ内の回路基板上に固定進角指令発生手段を設け、前記固定進角指令発生手段は、基準電源電圧とＧＮＤ間に設けた第１および第２の抵抗で分圧された電圧を前記プリドライブＩＣの位相進み手段へ伝達するよう構成した請求項３記載のモータ駆動装置であり、モータに進角指令信号を外部から入力しなくても、電流の位相遅れを補償する作用を有する。
【００１８】
請求項５記載の発明は、ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子の各ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間にコンデンサを設けると共に、ゲートドライバＩＣの出力端子と前記ＭＯＳＦＥＴの各ゲート間とを抵抗で接続したモータ駆動装置において、前記ＭＯＳＦＥＴの６素子中、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続される３素子の各ゲートに接続される抵抗の抵抗値を大きくして、残りのソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子の、ゲート−ソース間にコンデンサを不要とした構成の請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置であり、部品数を削減できる作用を有する。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を内蔵したモータであり、モータの低損失、低騒音、低価格が図れると言う作用を有する。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項６モータにおいて、前記モータの回転子は、シャフトに剛体であるヨークとリング状マグネットを設けて、前記ヨークとリング状マグネット間の空隙を弾性体のゴムで充填した構成を有することを特徴とするモータであり、モータおよびモータ使用機器の一層の低騒音化が図れるという作用を有する。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載のモータにおいて、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子中、ドレインが共通に高圧直流電源の正側出力に接続される３素子がＯＦＦし、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子全てがＯＮする場合に、外力により回転子が強制的に回転させられてモータ巻線に発生する循環電流が、一定値以下となるようなインピーダンスを有することを特徴とするモータであり、モータ駆動装置のＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐことができるという作用を有する。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーであり、前記エアコンディショナーの音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載のモータ駆動装置を内蔵したモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーにおいて、モータへ供給する速度指令信号が、ＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する状態の発生時間を所定の値以下に制限することで、モータのＭＯＳＦＥＴの過熱を抑制することを特徴とする請求項９記載のエアコンディショナーであり、ファンモータ内のＭＯＳＦＥＴの過熱による破壊を防ぐことができるという作用を有する。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載のエアコンディショナーにおいて、モータからの回生電力が発生して、前記モータへの電源電圧が上昇する場合に、前記エアコンディショナーに過電圧保護手段を設け、前記電源電圧が、予め定めた一定値を超えると、前記エアコンディショナーは直ちにモータの運転を停止することを特徴とするエアコンディショナーであり、モータ内のＭＯＳＦＥＴに過電圧が印加されることを防ぐ作用を有する。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した給湯器であり、前記給湯器の音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した空気清浄機であり、前記空気清浄機の音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体例について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図１において、モータ駆動装置１は、高圧直流電源４の出力電圧から、モータ７への電力供給を行って、モータ７の回転速度を所望の速度にする作用を行うもので、プリドライブＩＣ５を含む周辺回路３と、ＭＯＳＦＥＴアレイ１２と、前記プリドライブＩＣ５の出力信号は、ゲートドライバＩＣ９にて、電力増幅して、前記ＭＯＳＦＥＴアレイ１２に内蔵された各ＭＯＳＦＥＴのゲートへ伝達される構成を有している。
【００２９】
次に、図１の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図２の動作図を用い以下説明する。
【００３０】
図１においてモータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図２（ａ）に示す信号が入力される。前記プリドライブＩＣ５のＵＨ，ＶＨ，ＷＨ、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬにはＨＵ，ＨＶ，ＨＷ入力信号のゼロクロスのタイミングで、ＨｉｇｈまたはＬｏｗレベル信号が出力される。前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨおよびＵＬ，ＶＬ，ＷＬの出力信号は、ゲートドライバＩＣ９を介してＭＯＳＦＥＴアレイ１２の構成要素であるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の各ゲートへ伝達される。前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨおよびＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、Ｈｉｇｈの時、Ｈｉｇｈレベル信号が伝達されるＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の何れかがＯＮし、Ｌｏｗが伝達されている時はＯＦＦである。これにより、高圧直流電圧源の出力電圧がＭＯＳＦＥＴアレイ１２を介して、モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に入力される。モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のインピーダンスに従って電流が流れ、モータ７のロータ１１にトルクが発生して、前記ロータ１１は回転する。
【００３１】
前記高圧直流電源４は、商用電源ＡＣ２００Ｖを、ブリッジダイオードと突入防止抵抗１６で接続された電解コンデンサで整流・平滑された直流電圧ＤＣ２８０Ｖを発生させる。
【００３２】
前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨの出力信号は、ＰＷＭ信号であり、プリドライブＩＣ５のｖｓｐ端子に入力されるアナログ電圧値に従ったＤＵＴＹ比を有する。図２（ｂ）は、ＵＨがＨｉｇｈレベルのときの図２（ａ）中ＡのＵＨ，ＵＬの拡大図である。コントロール電圧源であるＶＳＰがプリドライブＩＣ５のＶＳＰ端子に入力される。入力された電圧は、ＰＷＭ形成部へ伝達される。ＰＷＭ形成部にて、三角波と比較されてＤＵＴＹ比が決定される。このＤＵＴＹ比でＭＯＳＦＥＴアレイ１２のＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のＯＮ期間が定まる。即ちＶＳＰの電圧値に従ってＭＯＳＦＥＴアレイ１２のＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のＯＮ期間が可変されてモータ７に発生するトルクが制御され、モータ７が所望の回転数に設定される。
【００３３】
ＰＷＭは上下交互ＰＷＭであり、ＵＨからＰＷＭ信号が出力される際には、ＵＬは、ＵＨに対し互いにＨｉｇｈ、Ｌｏｗの位相が反転したＰＷＭ信号が出力される。ＶＳＰが、１．２３Ｖ未満の場合には、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬともＬｏｗレベルで、ＭＯＳＦＥＴアレイのＱ１〜Ｑ６はすべてＯＦＦ、１．２３〜２．１Ｖまでは、ＤＵＴＹ比０％状態で、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨがＬｏｗ、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬがＨｉｇｈになる。
【００３４】
図３は、（ａ）がプリドライブＩＣ５の半導体の構成例を、（ｂ）がＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴチップの構成を示す。ＭＯＳＦＥＴアレイ１２には、高圧直流電源４の出力電圧ＤＣ２８０Ｖが直接接続されるため、半導体自体の耐圧は５００Ｖ以上必要であるが、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の各素子は別々のチップで構成されるため、従来例の誘電体分離のような特別の複雑な構成は必要でなく、図３（ａ）に示すように、一般的なＰＮ接合プロセスで製造される。プリドライブＩＣ５は、複数の素子が１チップＩＣ上に集積されたモノリシックＩＣであるが、印加電圧は、制御電源ＶＣＣ（ＤＣ１５Ｖ）が入力されるのみであるので、半導体自体の耐圧は１８Ｖ以上でよく、従って、従来例の誘電体分離のような特別の構造は不要で、図３（ａ）に示すＰＮ接合プロセスで製造可能である。
【００３５】
図４（ａ）は、スイッチ素子電流とＯＮ電圧特性（Ｉ−Ｖｏｎ）、図４（ｂ）は、スイッチ素子電流と損失特性（Ｉ−Ｐｄ）を、従来のモータ駆動装置の１チップインバータのＩＧＢＴと本発明のＭＯＳＦＥＴでの比較例である。図４より、ＯＮ電圧の小さなＭＯＳＦＥＴを使用した本発明のモータ駆動装置が、従来のモータ駆動装置に比べ低損失であり、ＭＯＳＦＥＴの発熱が低いことは明らかである。
【００３６】
（実施例２）
図５は、本発明の請求項２記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図５において、モータ駆動装置１は、プリドライブＩＣ５に３相正弦波ＬＯＧＩＣを内蔵している以外は、図１のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００３７】
図６は、図５のモータ駆動装置の動作例を示すものである。
【００３８】
次に、図５の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図６の動作図を用い以下説明する。
【００３９】
図５より、モータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図５に示す信号が入力される。
【００４０】
前記プリドライブＩＣ５は、ＨＵ端子入力信号の立下りゼロクロスから次の立下りゼロクロスの時間即ち、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ１までの時間Ｔ１を内部の図示しないカウンタにて取り込み、取り込んだ時間Ｔ１に基づいてＰＷＭ信号を時刻ｔ＝ｔ１からＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに出力する。ＰＷＭ ＤＵＴＹ比は、出力端子ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの出力信号の平均電圧が尻状波形になるよう、時間変化する。前記尻状電圧がモータ駆動巻線に印加されることにより、モータ駆動巻線端子間電圧は、正弦波カーブとなるので、前記モータ駆動巻線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、正弦波電流になる。
【００４１】
モータが正弦波駆動されることにより、モータに発生する音・振動が極めて低くなることは言うまでも無い。
【００４２】
（実施例３）
図７は、本発明の請求項３記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図７において、モータ駆動装置１は、プリドライブＩＣ５に位相進み手段１３を内蔵し、モータ駆動手段１に進角指令入力端子（ＴＯ）を設けている以外は、図５のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００４３】
図８（ａ）、（ｂ）は、図７のモータ駆動装置の動作例を示すものである。
【００４４】
次に、図７の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図８の動作図を用い以下説明する。
【００４５】
図７より、モータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図８（ａ）に示す信号が入力されて、モータ駆動端子巻線に尻状電圧が印加されることにより、モータ駆動巻線に正弦波電流が発生するのは、実施例２で既に説明した通りであるが、電流が大きい場合や、モータ駆動巻線のインダクタンスが大きい場合には、図８（ａ）に示すように、モータ駆動巻線に発生する正弦波状の誘起電圧Ｅｕに対し、巻線電流Ｉｕの位相がθｄ遅れてしまう。これは、インダクタンス負荷に交流電圧を印加すると電流が遅れ位相になるという一般的によく知られている現象である。
【００４６】
ブラシレスモータは、誘起電圧と電流位相が一致していることが最も効率のよい運転状態であり、図８（ａ）のように電流Ｉｕが遅れ位相になると効率が悪化する。
【００４７】
そこで、プリドライブＩＣ５に内蔵した位相進み手段１３は、ＴＯ端子に入力されるアナログ電圧値に比例して、モータ駆動端子巻線に印加される尻状電圧の位相を進める作用を行うものである。
【００４８】
従って、モータ駆動装置１に設けた進角指令端子ＴＯへの入力電圧レベルを可変することにより、図８（ｂ）に示すように誘起電圧Ｅｕと巻線電流Ｉｕとを一致させて、モータを効率よく運転することが可能となる。
【００４９】
（実施例４）
図９は、本発明の請求項４記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図９において、モータ駆動装置１は、進角指令入力端子（ＴＯ）を廃し、代わって固定進角発生手段１４を設け、前記固定進角発生手段１４は、一端がＩＣ５の５Ｖレギュレータ出力端子（ＲＥＧ）から得られる基準電圧源に接続され、他方は第２の抵抗の一方と接続されるとともに前記固定進角発生手段１４の出力端子を成して、プリドライブＩＣ５に内蔵される位相進み手段１３に入力され、第２の抵抗の他方は接地される以外は、図７のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００５０】
図９より、第１の抵抗および第２の抵抗の分圧比から得られる固定進角指令信号を、予め、モータの定格負荷点で誘起電圧と巻線電流の位相が一致するような尻状印加電圧の進み位相に設定することで、モータ外部に進角指令信号発生源を不要とすることができる。
【００５１】
（実施例５）
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の請求項４記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図１０（ａ）、（ｂ）において、モータ駆動装置１のゲートドライバＩＣ９とＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ４の詳細接続を示すものであり、図１１（ａ），（ｂ）はその動作を示す図である。
【００５２】
図１０（ａ）および図１１（ａ）より、ゲートドライバＩＣ９から抵抗ＲＧ１を介して、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート（Ｇ）にゲート信号ＶＧ１が伝達される。前記ＲＧ１により、ＶＧ１はＬｏｗからＨｉｇｈにΔｔ１の比較的短い時間で切り替わる。ＶＧ１のＬｏｗからＨｉｇｈへの切り替わりに従って巻線端子ＭＵの電圧もＱ１のＯＮにより上昇する。このとき、ＯＦＦしているＱ４のゲートにはＶＧ４＝ｖｇ４ｐ１なる尖塔電圧が発生する。これは、ＭＵ端子電圧の増大により、Ｑ４の素子自体に存在する接合容量Ｃｄｓを介してゲート容量Ｃｇｓへ充電されることにより発生する電圧である。
【００５３】
この尖塔電圧ｖｇ４ｐ１が、ＭＯＳＦＥＴＱ４のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを超えると、Ｑ１のＯＮと同時にＱ４が誤ＯＮして、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４が同時導通して高圧直流電源４の出力短絡となって、ＭＯＳＦＥＴが破壊する可能性がある。その尖塔電圧値を抑えるためには、Ｑ４のＣｇｓ容量値の５〜１０倍のコンデンサを図１０（ａ）中のＣＧ４に示すように設けることが一般的に行われていた。
【００５４】
しかしながら、ＣＧ４追加により使用部品数が増えてコストＵＰになるだけでなく、モータ駆動装置１には、ＭＯＳＦＥＴＱ４ソース端子と、ＣＧ４の負側接続端子間には浮遊インダクタンスが存在しており、Ｑ４がＯＮすると、前記浮遊インダクタンスによりＣＧ４を介してＱ４のゲート電圧が変動して誤動作を発生させる可能性があるという新たな課題も発生する。
【００５５】
そこで、前記抵抗ＲＧ１の抵抗値を大きくすることで、ＶＧ１のＬｏｗからＨｉｇｈへの増大時間をΔｔ２＞Δｔ１とすることで、ＭＵ端子電圧の増大時間を長くして、ＶＧ４の尖塔電圧ｖｇ４ｐ２を、ＭＯＳＦＥＴのＶｔｈ未満に抑えて、Ｑ４の誤導通を防いだ。
【００５６】
これにより、図１０（ｂ）に示すように、Ｑ４のゲート−ソース間に外付けコンデンサを設ける必要は無くなった。また、コンデンサＣＧ４が無いので浮遊インダクタンスの影響を受けることもないことは、いうまでもない。
【００５７】
（実施例６）
図１２の断面図に示すモータ７は、ＭＯＳＦＥＴアレイ１２、プリドライブＩＣ５、ゲートドライバＩＣ９を主要構成要素とするモータの駆動装置１をプリント基板上に構成したモータ駆動回路基板２０をモータ内に内蔵して、モータを駆動制御可能とする作用を有するもので、２９，３０のインシュレータＡ，Ｂで絶縁されたステータコア３２に巻線２８を施したものを不飽和ポリエステル樹脂でケース状に成形したステータモールド組立２３に、シャフト２２に、２５の軸受け、ヨーク２６、マグネット２７を設けたロータ１１と、モータ駆動回路基板２０を収め、その上面に絶縁板を配して、ブラケット２４で蓋をし、前記モータ駆動回路基板２０のＭＯＳＦＥＴアレイ１２は、前記絶縁板３６の窓部分のブラケット２４との空隙を、放熱シリコン３５で充填し、前記モータ駆動基板２０には、図示しないリード線が半田付け固定されてモータ７外へ引き出される。
【００５８】
次に、図１２に示すモータ７の動作について説明する。
【００５９】
図１２において、前記モータ駆動回路基板２０には、図示しない高圧直流電圧ＶＤＣ＝２８０Ｖと、制御電源ＶＣＣ＝１５Ｖが入力され、指令電圧であるＶＳＰが入力されることで、ロータ１１のマグネット２７の磁極配置をセンサ３３で検出し、前記センサの出力信号に基づきプリドライブＩＣ５がゲートドライバＩＣ９を介してＭＯＳＦＥＴ１２を通電制御することは、図２等の動作図に示すとおりであるので、動作の詳細説明は省く。
【００６０】
（実施例７）
図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明の請求項７記載のモータに使用するロータ１１の構造を示す断面図で、図１４（ａ）、（ｂ）は、前記ロータの特性を示す共振周波数応答特性図である。
【００６１】
図１３より、（ｂ）の本発明のモータに使用するロータ１１は、（ａ）の現行の従来例であるロータに対し、剛体であるシャフト２２に設けたヨーク２６と、マグネット２７間の空隙を弾性体であるゴム６で充填した構造を有している。
【００６２】
この構造により、例えばシャフトに送風用ファンを設けた場合には、図１４の（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴム６を有せずヨーク２６で直接マグネット２７を接合する場合（ａ）図に比べ、２００Ｈｚ以上の周波数において、振動レベルを−１０ｄＢ低減できる作用を得ることができる。
【００６３】
（実施例８）
図１５、および図１６（ａ）、（ｂ）は本発明の請求項８記載のモータの作用を示す動作図である。
【００６４】
図１５より、モータ７の図示しないシャフトが外力で回転させられた場合、モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが発生する。このとき、速度指令信号ＶＳＰが、ＶＳＰ＝１．２３〜２．１Ｖにあるとき、実施例１で既に説明した通り、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦ、Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６がＯＮ状態になる。これにより、誘起電圧をモータ駆動巻線のインピーダンスで除した値の、図１６（ａ）に示す通り、モータ駆動巻線には、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの循環電流が発生する。例えば図１６（ａ）中の時刻ｔ１では、モータ駆動装置１からモータ駆動巻線Ｌ１へｉｐなる電流が、Ｑ４のソースからドレインと通じ流れ、モータ駆動巻線Ｌ２、Ｌ３からはモータ駆動装置１へ向けてそれぞれ０．５ｉｐなる電流が、Ｑ５，Ｑ６のドレインからソースへと流れる。
【００６５】
外力によるモータの回転で回転数が増大すると誘起電圧が増大し、それに従って循環電流も増大する。循環電流がＭＯＳＦＥＴの最大定格Ｉｏｍａｘを超えると、前記ＭＯＳＦＥＴが破壊する可能性がある。
【００６６】
そこで、図１６（ｂ）に示すように、モータ駆動巻線のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊωＬを大きくすることで、循環電流のピーク値ｉｐが、ＭＯＳＦＥＴの最大定格Ｉｏｍａｘを超えなくし、ＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐことができる。
【００６７】
（実施例９）
図１７（ａ）に示すルームエアコン室内機４２、室外機４３は、請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風用に供したルームエアコンであって、所望の風量の冷風、温風を効率よく、静かに発生させる作用を有し、前記室内機４２には、モータ７のシャフト２２にクロスフローファン４６が設けられ、前記室内機４３には、プロペラファン４７をシャフトに設けたモータを、それぞれ内部に固定した構造を有する。
【００６８】
図１８は、本発明の請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風用に供した場合のルームエアコン室外機から発生する騒音レベルを示す図であり、従来品である現行矩形波方式に比べ、図示しない、モータとエアコン室外機４３との取付部およびモータシャフト２２とプロペラファン４７とのボス部にゴム等の防振構造を省いた状態で、回転数３６０ｒ／ｍｉｎの共振点にて、−１１ｄＢの静音化を果たしていることを示している。
【００６９】
（実施例１０）
図１７（ａ）のルームエアコン室内機４２、室外機４３において、請求項８記載のモータを送風用に供したルームエアコンであって、室外機４３の制御器Ｂの速度指令信号ＶＳＰが、ＰＷＭ ＤＵＴＹ０％を意味する時間、例えば図２（ｂ）のΔｔを所定の値以下にすることで、風によりプロペラファン４７が回転状態にあっても、図１６の循環電流がＭＯＳＦＥＴに流れることで発生する前記ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を制限して、ＭＯＳＦＥＴの過熱を防ぐルームエアコンを提供する。
【００７０】
（実施例１１）
図１９は、過電圧保護手段８を、図１７（ａ）の室外機４３の制御器Ｂに設けた回路図である。
【００７１】
図１７（ａ）の室外機４３の室外機ヒンジ付きモータ５５が運転中に、プロペラファンへモータ運転時の回転方向に対し、モータを軽負荷にする順風の風が生じ、モータ駆動装置１が、モータ駆動巻線へ印加する電圧より誘起電圧の方が大きくなると、図２０の図中の矢印方向に、モータから高圧直流電源４に充電電流ｉが生じ、前記高圧直流電源４の電圧が増大する。このモータからの充電による電圧上昇は、回生電力という名称で一般に知られており、回生電力による高圧直流電源４の電圧が過大に増大するとモータ駆動装置１のＭＯＳＦＥＴが耐圧破壊する危険性がある。
【００７２】
そこで、図１９の過電圧保護手段８は、前記高圧直流電源４の電圧が所定の値を超えると、速度指令信号Ｖｓｐの値を図２（ｂ）の１．２３Ｖ以下に低下させるよう作用する。
【００７３】
前記速度指令信号Ｖｓｐの値が１．２３Ｖ以下になると、モータ７は運転停止、即ちＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は全てＯＦＦとなり、上述の充電電流ｉはゼロとなり、前記高圧直流電源４の電圧の増加が停止して、ＭＯＳＦＥＴの耐圧破壊を防ぐことができる。
【００７４】
（実施例１２）
図２１（ａ）に示す給湯機５６は、燃焼に供する空気を送風する請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを搭載したもので、所望の風量を効率よく静かに発生させる作用を有し、前記給湯機５６には、給湯用モータ６６のシャフトにケーシング６７で囲われたシロッコファン６８が設けられ、前記ケーシング６７の吹き出し口７６が、気化器６３に取り付けられる構造を有している。
【００７５】
（実施例１３）
図２２（ａ）、（ｂ）に示す空気清浄機７０は、前記空気清浄機７０の設置空間内の空気中の粉塵もしくは臭い成分の微粒子を効率よく静かに空気から除去する作用を有し、前記空気清浄機７０には、シロッコファン６８をシャフトに設けた請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを内部に取り付ける構造を有している。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、１チップインバータの代わりに個別素子で構成されるＭＯＳＦＥＴアレイを用いることで、低損失で信頼性の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、モータを低騒音駆動できるモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、外部からの進角指令により電流位相遅れを補償してモータ駆動効率の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、固定進角指令発生手段により外部からの進角指令を用いずに電流位相遅れを補償してモータ駆動効率の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の効果に加えＭＯＳＦＥＴ３素子のゲート−ソース間コンデンサを不要にするモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８１】
請求項６記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の効果を有するモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８２】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の効果に加え一層の低振動、低騒音のモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８３】
請求項８記載に発明によれば、請求項６または７記載の効果に加え、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、外力によりモータが強制的に回転させられても、モータに発生する循環電流の値を所定の値以下にしてＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８４】
請求項９記載の発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有するエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の効果に加え、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、外力によりモータが強制的に回転させられても、モータに発生する循環電流によるＭＯＳＦＥＴの過熱を防ぐエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９または１０記載の効果に加え、モータ運転中に順風が吹いて、モータからエアコンディショナーの高圧直流電源へ充電電流が生じても、前記高圧電源の増大を一定値以下としてＭＯＳＦＥＴの耐圧を超えることがないエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８７】
請求項１２記載に発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有する給湯器を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８８】
請求項１３記載に発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有する空気清浄機を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１によるモータの駆動装置を示す構成図
【図２】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の主要構成要素であるプリドライブＩＣ、ＭＯＳＦＥＴアレイのＭＯＳＦＥＴチップＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の構造を示す構造図
【図４】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の主要構成要素であるＭＯＳＦＥＴアレイのＭＯＳＦＥＴチップのＯＮ電圧および損失を示す特性図
【図５】 本発明の実施例２によるモータの駆動装置を示す構成図
【図６】 本発明の実施例２によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図７】 本発明の実施例３によるモータの駆動装置を示す構成図
【図８】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例３によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図９】 本発明の実施例４によるモータの駆動装置を示す構成図
【図１０】 本発明の実施例５によるモータの駆動装置を示す構成図
【図１１】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例５によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図１２】 本発明の実施例６によるモータの構造を示す断面図
【図１３】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例７によるロータの構造を示す断面図
【図１４】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例７によるロータの共振周波数応答を示す特性図
【図１５】 本発明の実施例８によるモータの動作を示す回路図
【図１６】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例８によるモータの動作を示す動作図
【図１７】 本発明の実施例９によるエアコンディショナーを示す図
【図１８】 本発明の実施例９によるエアコンディショナーの特性図
【図１９】 本発明の実施例１１によるエアコンディショナーの電源回路を含む回路図
【図２０】 本発明の実施例１１によるエアコンディショナーの動作説明のための回路図
【図２１】 本発明の実施例１２による給湯器を示す図
【図２２】 本発明の実施例１３による空気清浄機を示す図
【図２３】 従来のモータの駆動装置の構成を示す構成図
【図２４】 従来のモータの駆動装置の１チップＩＣの構成を示す構成図
【図２５】 従来のモータの構成を示す構成図
【符号の説明】
１ モータ駆動装置
２ 制御電圧源
３ 周辺回路
４ 高圧直流電源
５ プリドライブＩＣ
６ ゴム
７ モータ
８ 過電圧保護手段
９ ゲートドライバＩＣ
１１ ロータ
１２ ＭＯＳＦＥＴアレイ
１３ 位相進み手段
２０ モータ駆動回路基板
２２ シャフト
２３ ステータモールド組立
２４ ブラケット
２５ 軸受け
２６ ヨーク
２７ マグネット
２８ 巻線
２９ インシュレータＡ
３０ インシュレータＢ
３１ 端子ｐｉｎ
３２ ステータコア
３３ センサ
３４ 樹脂ピン
３５ 放熱シリコン
３６ 絶縁板
３７ リードブッシュＡ
３８ リードブッシュＢ
３９ リード線
４２ ルームエアコン室内機
４３ ルームエアコン室外機
４４ 熱交換機Ａ
４５ 熱交換器Ｂ
４６ クロスフローファン
４７ プロペラファン
４８ 制御器Ａ
４９ 制御器Ｂ
５０ コンプレッサ
５１ 電源線
５２ 信号線
５３ 冷媒管
５４ ＡＣ電源入力線
５５ 室外機ヒンジ付きモータ
５６ 給湯器
５７ 燃焼釜
５８ 温水管
５９ 水道管
６０ バーナー部
６１ 制御器
６２ 燃料ポンプ
６３ 気化器
６４ 燃料管
６５ 燃料タンク
６６ 給湯用ファンモータ
６７ ケーシング
６８ シロッコファン
６９ 排気口
７０ 空気清浄機
７１ 制御板
７２ エアフィルタ
７３ 排気口
７４ 吸気口
７５ 操作板
７６ 吹き出し口
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルームエアコンや給湯器等家電機器に用いられるファン駆動用モータに関し、特に商用交流電源電圧を平滑整流した直流高電圧を電力源とし、可変速制御を可能としたインバータを内蔵したモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特に商用交流電源電圧を平滑整流した直流高電圧を電力源としたモータ駆動装置もしくはモータ駆動装置を内蔵したモータは、特開平４−６７７５９号公報号に開示されたものが知られており、図２３および図２５（特開平４−６７７５９号公報号からの引用）を用いて説明する。
【０００３】
図２３に、従来のモータの駆動装置の一例の構造を示しており、スイッチ素子であるＩＧＢＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６を主な構成要素とするインバータ部と図示しないモータのロータの回転子を検出するホール素子センサ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの出力信号および速度指令信号が供給されてＰＷＭ信号を形成するＰＷＭ信号形成回路１０２を含む周辺回路とが一体化したモノリシックＩＣで構成されて、前記周辺回路の作用により、前記ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がスイッチ制御されて、商用交流電圧を整流・平滑して得られる高圧直流電圧からモータのステータ１０３のモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御する作用を有する。
【０００４】
図２５は、従来の前記モノリシックＩＣで構成したモータ駆動装置を内蔵したモータの構造を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような、従来のモノリシックＩＣを用いたモータの駆動装置においては、インバータ部の主要構成要素すなわちスイッチ素子であるＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６と周辺回路を一体化したモノリシックＩＣで構成したことが特徴で、モータ駆動装置の小型化に貢献できる反面、モノリシックＩＣ自体が発熱源となってしまう。
【０００６】
さらに、モノリシックＩＣを製造するための半導体プロセスには特別の工夫が必要になる。すなわち、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６等、ＩＣの高電圧が印加される構成要素には、誘電体分離という図２４（特開平４−６７７５９号公報号からの引用）に示す構成を有するプロセスが必要となる。
【０００７】
図２４は、従来のモータの駆動装置であるＩＣのＩＧＢＴの構成を示すもので、誘電体であるＳｉＯ2で、ＩＧＢＴ素子を他の素子から電気的に絶縁している。
【０００８】
このＳｉＯ2による誘電体分離を行うために、従来のモータ駆動装置であるモノリシックＩＣの製造工数は、一般のＰＮ接合プロセスに比べ、ＳｉＯ2形成のための工程が余分に加わることにより、格段に大きくなる。
【０００９】
一般的なＰＮ接合プロセスの半導体の製作に要するリードタイムが、２〜３ヵ月なのに対し、誘電体プロセス半導体（ＩＣ）では、４〜５ヵ月を要し、供給面で大きな障害となっている。また、工程数が多いことから歩留まりも比較的悪く、信頼性面でも不安があり、ＩＣの価格も高価になりがちであった。
【００１０】
また、ＩＧＢＴを制御するための周辺回路部のプロセスの微細化に限界があり、正弦波ＰＷＭ等を具現化するＬＯＧＩＣのモノリシックＩＣ化が困難で、モータの低騒音駆動に課題があった。
【００１１】
本発明は、半導体部品の発熱を抑制した信頼性の高い、かつ高効率のモータ駆動装置およびモータを提供すること、そして、前記事項を、生産リードタイムが長く、かつ高価格の誘電体分離プロセスのモノリシックＩＣを用いることなく、一般的に存するＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用い、使用部品の供給面で不安がなく、さらに、低騒音で、低価格のモータ駆動装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、周辺回路を低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣとし、ワンチップインバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイに置換し、互いを高耐圧ＰＮ接合プロセスゲートドライバＩＣを介して接続したもので、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力されるＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ電力供給するよう構成したものである。
【００１３】
これにより、モータ駆動装置の損失による発熱を低下させ、入手可能なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用い、使用部品の供給面で不安がなく、さらに低価格で低騒音駆動のモータ駆動装置を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されてＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路と、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、モータ駆動装置の出力端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとからで構成されたモータ駆動装置において、前記周辺回路を低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣとし、前記インバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣと前記ＭＯＳＦＥＴアレイとを互いに高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続した構成であり、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力されるＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ電力供給するモータ駆動装置であり、複数の一般的なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用いて、モータ駆動装置を構成することができるという作用を有する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、低耐圧ＰＮ接合プロセスで作られ、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されて正弦波電圧ＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路をモノリシック化したプリドライブＩＣと、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、出力端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとから構成されたモータ駆動装置において、前記インバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣの出力と前記ＭＯＳＦＥＴのゲートとを、高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続したもので、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力される正弦波電圧ＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ正弦波電圧を供給する構成のモータ駆動装置であり、複数の一般的なＰＮ接合プロセスで製造される半導体部品を用いて、モータを低騒音駆動するモータ駆動装置を構成することができるという作用を有する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記周辺回路の低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣに、位相進み手段を内蔵し、モータに設けた進角指令入力端子の入力電圧を、前記位相進み手段へ伝達して、前記正弦波電圧の位相を進めることを可能とした構成の請求項２記載のモータ駆動装置であり、電流の位相遅れを補償する作用を有する。
【００１７】
請求項４記載の発明は、モータに設けた進角指令入力端子を廃し、代わってモータ内の回路基板上に固定進角指令発生手段を設け、前記固定進角指令発生手段は、基準電源電圧とＧＮＤ間に設けた第１および第２の抵抗で分圧された電圧を前記プリドライブＩＣの位相進み手段へ伝達するよう構成した請求項３記載のモータ駆動装置であり、モータに進角指令信号を外部から入力しなくても、電流の位相遅れを補償する作用を有する。
【００１８】
請求項５記載の発明は、ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子の各ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間にコンデンサを設けると共に、ゲートドライバＩＣの出力端子と前記ＭＯＳＦＥＴの各ゲート間とを抵抗で接続したモータ駆動装置において、前記ＭＯＳＦＥＴの６素子中、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続される３素子の各ゲートに接続される抵抗の抵抗値を大きくして、残りのソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子の、ゲート−ソース間にコンデンサを不要とした構成の請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置であり、部品数を削減できる作用を有する。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を内蔵したモータであり、モータの低損失、低騒音、低価格が図れると言う作用を有する。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項６モータにおいて、前記モータの回転子は、シャフトに剛体であるヨークとリング状マグネットを設けて、前記ヨークとリング状マグネット間の空隙を弾性体のゴムで充填した構成を有することを特徴とするモータであり、モータおよびモータ使用機器の一層の低騒音化が図れるという作用を有する。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載のモータにおいて、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子中、ドレインが共通に高圧直流電源の正側出力に接続される３素子がＯＦＦし、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子全てがＯＮする場合に、外力により回転子が強制的に回転させられてモータ巻線に発生する循環電流が、一定値以下となるようなインピーダンスを有することを特徴とするモータであり、モータ駆動装置のＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐことができるという作用を有する。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーであり、前記エアコンディショナーの音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載のモータ駆動装置を内蔵したモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーにおいて、モータへ供給する速度指令信号が、ＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する状態の発生時間を所定の値以下に制限することで、モータのＭＯＳＦＥＴの過熱を抑制することを特徴とする請求項９記載のエアコンディショナーであり、ファンモータ内のＭＯＳＦＥＴの過熱による破壊を防ぐことができるという作用を有する。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載のエアコンディショナーにおいて、モータからの回生電力が発生して、前記モータへの電源電圧が上昇する場合に、前記エアコンディショナーに過電圧保護手段を設け、前記電源電圧が、予め定めた一定値を超えると、前記エアコンディショナーは直ちにモータの運転を停止することを特徴とするエアコンディショナーであり、モータ内のＭＯＳＦＥＴに過電圧が印加されることを防ぐ作用を有する。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した給湯器であり、前記給湯器の音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した空気清浄機であり、前記空気清浄機の音、振動の低減を図ることができる作用を有する。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体例について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図１において、モータ駆動装置１は、高圧直流電源４の出力電圧から、モータ７への電力供給を行って、モータ７の回転速度を所望の速度にする作用を行うもので、プリドライブＩＣ５を含む周辺回路３と、ＭＯＳＦＥＴアレイ１２と、前記プリドライブＩＣ５の出力信号は、ゲートドライバＩＣ９にて、電力増幅して、前記ＭＯＳＦＥＴアレイ１２に内蔵された各ＭＯＳＦＥＴのゲートへ伝達される構成を有している。
【００２９】
次に、図１の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図２の動作図を用い以下説明する。
【００３０】
図１においてモータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図２（ａ）に示す信号が入力される。前記プリドライブＩＣ５のＵＨ，ＶＨ，ＷＨ、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬにはＨＵ，ＨＶ，ＨＷ入力信号のゼロクロスのタイミングで、ＨｉｇｈまたはＬｏｗレベル信号が出力される。前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨおよびＵＬ，ＶＬ，ＷＬの出力信号は、ゲートドライバＩＣ９を介してＭＯＳＦＥＴアレイ１２の構成要素であるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の各ゲートへ伝達される。前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨおよびＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、Ｈｉｇｈの時、Ｈｉｇｈレベル信号が伝達されるＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の何れかがＯＮし、Ｌｏｗが伝達されている時はＯＦＦである。これにより、高圧直流電圧源の出力電圧がＭＯＳＦＥＴアレイ１２を介して、モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に入力される。モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のインピーダンスに従って電流が流れ、モータ７のロータ１１にトルクが発生して、前記ロータ１１は回転する。
【００３１】
前記高圧直流電源４は、商用電源ＡＣ２００Ｖを、ブリッジダイオードと突入防止抵抗１６で接続された電解コンデンサで整流・平滑された直流電圧ＤＣ２８０Ｖを発生させる。
【００３２】
前記ＵＨ，ＶＨ，ＷＨの出力信号は、ＰＷＭ信号であり、プリドライブＩＣ５のｖｓｐ端子に入力されるアナログ電圧値に従ったＤＵＴＹ比を有する。図２（ｂ）は、ＵＨがＨｉｇｈレベルのときの図２（ａ）中ＡのＵＨ，ＵＬの拡大図である。コントロール電圧源であるＶＳＰがプリドライブＩＣ５のＶＳＰ端子に入力される。入力された電圧は、ＰＷＭ形成部へ伝達される。ＰＷＭ形成部にて、三角波と比較されてＤＵＴＹ比が決定される。このＤＵＴＹ比でＭＯＳＦＥＴアレイ１２のＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のＯＮ期間が定まる。即ちＶＳＰの電圧値に従ってＭＯＳＦＥＴアレイ１２のＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のＯＮ期間が可変されてモータ７に発生するトルクが制御され、モータ７が所望の回転数に設定される。
【００３３】
ＰＷＭは上下交互ＰＷＭであり、ＵＨからＰＷＭ信号が出力される際には、ＵＬは、ＵＨに対し互いにＨｉｇｈ、Ｌｏｗの位相が反転したＰＷＭ信号が出力される。ＶＳＰが、１．２３Ｖ未満の場合には、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬともＬｏｗレベルで、ＭＯＳＦＥＴアレイのＱ１〜Ｑ６はすべてＯＦＦ、１．２３〜２．１Ｖまでは、ＤＵＴＹ比０％状態で、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨがＬｏｗ、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬがＨｉｇｈになる。
【００３４】
図３は、（ａ）がプリドライブＩＣ５の半導体の構成例を、（ｂ）がＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴチップの構成を示す。ＭＯＳＦＥＴアレイ１２には、高圧直流電源４の出力電圧ＤＣ２８０Ｖが直接接続されるため、半導体自体の耐圧は５００Ｖ以上必要であるが、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の各素子は別々のチップで構成されるため、従来例の誘電体分離のような特別の複雑な構成は必要でなく、図３（ａ）に示すように、一般的なＰＮ接合プロセスで製造される。プリドライブＩＣ５は、複数の素子が１チップＩＣ上に集積されたモノリシックＩＣであるが、印加電圧は、制御電源ＶＣＣ（ＤＣ１５Ｖ）が入力されるのみであるので、半導体自体の耐圧は１８Ｖ以上でよく、従って、従来例の誘電体分離のような特別の構造は不要で、図３（ａ）に示すＰＮ接合プロセスで製造可能である。
【００３５】
図４（ａ）は、スイッチ素子電流とＯＮ電圧特性（Ｉ−Ｖｏｎ）、図４（ｂ）は、スイッチ素子電流と損失特性（Ｉ−Ｐｄ）を、従来のモータ駆動装置の１チップインバータのＩＧＢＴと本発明のＭＯＳＦＥＴでの比較例である。図４より、ＯＮ電圧の小さなＭＯＳＦＥＴを使用した本発明のモータ駆動装置が、従来のモータ駆動装置に比べ低損失であり、ＭＯＳＦＥＴの発熱が低いことは明らかである。
【００３６】
（実施例２）
図５は、本発明の請求項２記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図５において、モータ駆動装置１は、プリドライブＩＣ５に３相正弦波ＬＯＧＩＣを内蔵している以外は、図１のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００３７】
図６は、図５のモータ駆動装置の動作例を示すものである。
【００３８】
次に、図５の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図６の動作図を用い以下説明する。
【００３９】
図５より、モータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図５に示す信号が入力される。
【００４０】
前記プリドライブＩＣ５は、ＨＵ端子入力信号の立下りゼロクロスから次の立下りゼロクロスの時間即ち、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ１までの時間Ｔ１を内部の図示しないカウンタにて取り込み、取り込んだ時間Ｔ１に基づいてＰＷＭ信号を時刻ｔ＝ｔ１からＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに出力する。ＰＷＭ ＤＵＴＹ比は、出力端子ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの出力信号の平均電圧が尻状波形になるよう、時間変化する。前記尻状電圧がモータ駆動巻線に印加されることにより、モータ駆動巻線端子間電圧は、正弦波カーブとなるので、前記モータ駆動巻線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、正弦波電流になる。
【００４１】
モータが正弦波駆動されることにより、モータに発生する音・振動が極めて低くなることは言うまでも無い。
【００４２】
（実施例３）
図７は、本発明の請求項３記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図７において、モータ駆動装置１は、プリドライブＩＣ５に位相進み手段１３を内蔵し、モータ駆動手段１に進角指令入力端子（ＴＯ）を設けている以外は、図５のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００４３】
図８（ａ）、（ｂ）は、図７のモータ駆動装置の動作例を示すものである。
【００４４】
次に、図７の構成図に示すモータ駆動装置１の動作を、図８の動作図を用い以下説明する。
【００４５】
図７より、モータ７のロータ１１の磁極位置に従って、センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３からプリドライブＩＣ５の入力端子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷへ図８（ａ）に示す信号が入力されて、モータ駆動端子巻線に尻状電圧が印加されることにより、モータ駆動巻線に正弦波電流が発生するのは、実施例２で既に説明した通りであるが、電流が大きい場合や、モータ駆動巻線のインダクタンスが大きい場合には、図８（ａ）に示すように、モータ駆動巻線に発生する正弦波状の誘起電圧Ｅｕに対し、巻線電流Ｉｕの位相がθｄ遅れてしまう。これは、インダクタンス負荷に交流電圧を印加すると電流が遅れ位相になるという一般的によく知られている現象である。
【００４６】
ブラシレスモータは、誘起電圧と電流位相が一致していることが最も効率のよい運転状態であり、図８（ａ）のように電流Ｉｕが遅れ位相になると効率が悪化する。
【００４７】
そこで、プリドライブＩＣ５に内蔵した位相進み手段１３は、ＴＯ端子に入力されるアナログ電圧値に比例して、モータ駆動端子巻線に印加される尻状電圧の位相を進める作用を行うものである。
【００４８】
従って、モータ駆動装置１に設けた進角指令端子ＴＯへの入力電圧レベルを可変することにより、図８（ｂ）に示すように誘起電圧Ｅｕと巻線電流Ｉｕとを一致させて、モータを効率よく運転することが可能となる。
【００４９】
（実施例４）
図９は、本発明の請求項４記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図９において、モータ駆動装置１は、進角指令入力端子（ＴＯ）を廃し、代わって固定進角発生手段１４を設け、前記固定進角発生手段１４は、一端がＩＣ５の５Ｖレギュレータ出力端子（ＲＥＧ）から得られる基準電圧源に接続され、他方は第２の抵抗の一方と接続されるとともに前記固定進角発生手段１４の出力端子を成して、プリドライブＩＣ５に内蔵される位相進み手段１３に入力され、第２の抵抗の他方は接地される以外は、図７のモータ駆動装置と構成は同一である。
【００５０】
図９より、第１の抵抗および第２の抵抗の分圧比から得られる固定進角指令信号を、予め、モータの定格負荷点で誘起電圧と巻線電流の位相が一致するような尻状印加電圧の進み位相に設定することで、モータ外部に進角指令信号発生源を不要とすることができる。
【００５１】
（実施例５）
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の請求項４記載のモータ駆動装置の一実施例を示し、図１０（ａ）、（ｂ）において、モータ駆動装置１のゲートドライバＩＣ９とＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ４の詳細接続を示すものであり、図１１（ａ），（ｂ）はその動作を示す図である。
【００５２】
図１０（ａ）および図１１（ａ）より、ゲートドライバＩＣ９から抵抗ＲＧ１を介して、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート（Ｇ）にゲート信号ＶＧ１が伝達される。前記ＲＧ１により、ＶＧ１はＬｏｗからＨｉｇｈにΔｔ１の比較的短い時間で切り替わる。ＶＧ１のＬｏｗからＨｉｇｈへの切り替わりに従って巻線端子ＭＵの電圧もＱ１のＯＮにより上昇する。このとき、ＯＦＦしているＱ４のゲートにはＶＧ４＝ｖｇ４ｐ１なる尖塔電圧が発生する。これは、ＭＵ端子電圧の増大により、Ｑ４の素子自体に存在する接合容量Ｃｄｓを介してゲート容量Ｃｇｓへ充電されることにより発生する電圧である。
【００５３】
この尖塔電圧ｖｇ４ｐ１が、ＭＯＳＦＥＴＱ４のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを超えると、Ｑ１のＯＮと同時にＱ４が誤ＯＮして、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４が同時導通して高圧直流電源４の出力短絡となって、ＭＯＳＦＥＴが破壊する可能性がある。その尖塔電圧値を抑えるためには、Ｑ４のＣｇｓ容量値の５〜１０倍のコンデンサを図１０（ａ）中のＣＧ４に示すように設けることが一般的に行われていた。
【００５４】
しかしながら、ＣＧ４追加により使用部品数が増えてコストＵＰになるだけでなく、モータ駆動装置１には、ＭＯＳＦＥＴＱ４ソース端子と、ＣＧ４の負側接続端子間には浮遊インダクタンスが存在しており、Ｑ４がＯＮすると、前記浮遊インダクタンスによりＣＧ４を介してＱ４のゲート電圧が変動して誤動作を発生させる可能性があるという新たな課題も発生する。
【００５５】
そこで、前記抵抗ＲＧ１の抵抗値を大きくすることで、ＶＧ１のＬｏｗからＨｉｇｈへの増大時間をΔｔ２＞Δｔ１とすることで、ＭＵ端子電圧の増大時間を長くして、ＶＧ４の尖塔電圧ｖｇ４ｐ２を、ＭＯＳＦＥＴのＶｔｈ未満に抑えて、Ｑ４の誤導通を防いだ。
【００５６】
これにより、図１０（ｂ）に示すように、Ｑ４のゲート−ソース間に外付けコンデンサを設ける必要は無くなった。また、コンデンサＣＧ４が無いので浮遊インダクタンスの影響を受けることもないことは、いうまでもない。
【００５７】
（実施例６）
図１２の断面図に示すモータ７は、ＭＯＳＦＥＴアレイ１２、プリドライブＩＣ５、ゲートドライバＩＣ９を主要構成要素とするモータの駆動装置１をプリント基板上に構成したモータ駆動回路基板２０をモータ内に内蔵して、モータを駆動制御可能とする作用を有するもので、２９，３０のインシュレータＡ，Ｂで絶縁されたステータコア３２に巻線２８を施したものを不飽和ポリエステル樹脂でケース状に成形したステータモールド組立２３に、シャフト２２に、２５の軸受け、ヨーク２６、マグネット２７を設けたロータ１１と、モータ駆動回路基板２０を収め、その上面に絶縁板を配して、ブラケット２４で蓋をし、前記モータ駆動回路基板２０のＭＯＳＦＥＴアレイ１２は、前記絶縁板３６の窓部分のブラケット２４との空隙を、放熱シリコン３５で充填し、前記モータ駆動基板２０には、図示しないリード線が半田付け固定されてモータ７外へ引き出される。
【００５８】
次に、図１２に示すモータ７の動作について説明する。
【００５９】
図１２において、前記モータ駆動回路基板２０には、図示しない高圧直流電圧ＶＤＣ＝２８０Ｖと、制御電源ＶＣＣ＝１５Ｖが入力され、指令電圧であるＶＳＰが入力されることで、ロータ１１のマグネット２７の磁極配置をセンサ３３で検出し、前記センサの出力信号に基づきプリドライブＩＣ５がゲートドライバＩＣ９を介してＭＯＳＦＥＴ１２を通電制御することは、図２等の動作図に示すとおりであるので、動作の詳細説明は省く。
【００６０】
（実施例７）
図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明の請求項７記載のモータに使用するロータ１１の構造を示す断面図で、図１４（ａ）、（ｂ）は、前記ロータの特性を示す共振周波数応答特性図である。
【００６１】
図１３より、（ｂ）の本発明のモータに使用するロータ１１は、（ａ）の現行の従来例であるロータに対し、剛体であるシャフト２２に設けたヨーク２６と、マグネット２７間の空隙を弾性体であるゴム６で充填した構造を有している。
【００６２】
この構造により、例えばシャフトに送風用ファンを設けた場合には、図１４の（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴム６を有せずヨーク２６で直接マグネット２７を接合する場合（ａ）図に比べ、２００Ｈｚ以上の周波数において、振動レベルを−１０ｄＢ低減できる作用を得ることができる。
【００６３】
（実施例８）
図１５、および図１６（ａ）、（ｂ）は本発明の請求項８記載のモータの作用を示す動作図である。
【００６４】
図１５より、モータ７の図示しないシャフトが外力で回転させられた場合、モータ駆動巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが発生する。このとき、速度指令信号ＶＳＰが、ＶＳＰ＝１．２３〜２．１Ｖにあるとき、実施例１で既に説明した通り、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３がＯＦＦ、Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６がＯＮ状態になる。これにより、誘起電圧をモータ駆動巻線のインピーダンスで除した値の、図１６（ａ）に示す通り、モータ駆動巻線には、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの循環電流が発生する。例えば図１６（ａ）中の時刻ｔ１では、モータ駆動装置１からモータ駆動巻線Ｌ１へｉｐなる電流が、Ｑ４のソースからドレインと通じ流れ、モータ駆動巻線Ｌ２、Ｌ３からはモータ駆動装置１へ向けてそれぞれ０．５ｉｐなる電流が、Ｑ５，Ｑ６のドレインからソースへと流れる。
【００６５】
外力によるモータの回転で回転数が増大すると誘起電圧が増大し、それに従って循環電流も増大する。循環電流がＭＯＳＦＥＴの最大定格Ｉｏｍａｘを超えると、前記ＭＯＳＦＥＴが破壊する可能性がある。
【００６６】
そこで、図１６（ｂ）に示すように、モータ駆動巻線のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊωＬを大きくすることで、循環電流のピーク値ｉｐが、ＭＯＳＦＥＴの最大定格Ｉｏｍａｘを超えなくし、ＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐことができる。
【００６７】
（実施例９）
図１７（ａ）に示すルームエアコン室内機４２、室外機４３は、請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風用に供したルームエアコンであって、所望の風量の冷風、温風を効率よく、静かに発生させる作用を有し、前記室内機４２には、モータ７のシャフト２２にクロスフローファン４６が設けられ、前記室内機４３には、プロペラファン４７をシャフトに設けたモータを、それぞれ内部に固定した構造を有する。
【００６８】
図１８は、本発明の請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風用に供した場合のルームエアコン室外機から発生する騒音レベルを示す図であり、従来品である現行矩形波方式に比べ、図示しない、モータとエアコン室外機４３との取付部およびモータシャフト２２とプロペラファン４７とのボス部にゴム等の防振構造を省いた状態で、回転数３６０ｒ／ｍｉｎの共振点にて、−１１ｄＢの静音化を果たしていることを示している。
【００６９】
（実施例１０）
図１７（ａ）のルームエアコン室内機４２、室外機４３において、請求項８記載のモータを送風用に供したルームエアコンであって、室外機４３の制御器Ｂの速度指令信号ＶＳＰが、ＰＷＭ ＤＵＴＹ０％を意味する時間、例えば図２（ｂ）のΔｔを所定の値以下にすることで、風によりプロペラファン４７が回転状態にあっても、図１６の循環電流がＭＯＳＦＥＴに流れることで発生する前記ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を制限して、ＭＯＳＦＥＴの過熱を防ぐルームエアコンを提供する。
【００７０】
（実施例１１）
図１９は、過電圧保護手段８を、図１７（ａ）の室外機４３の制御器Ｂに設けた回路図である。
【００７１】
図１７（ａ）の室外機４３の室外機ヒンジ付きモータ５５が運転中に、プロペラファンへモータ運転時の回転方向に対し、モータを軽負荷にする順風の風が生じ、モータ駆動装置１が、モータ駆動巻線へ印加する電圧より誘起電圧の方が大きくなると、図２０の図中の矢印方向に、モータから高圧直流電源４に充電電流ｉが生じ、前記高圧直流電源４の電圧が増大する。このモータからの充電による電圧上昇は、回生電力という名称で一般に知られており、回生電力による高圧直流電源４の電圧が過大に増大するとモータ駆動装置１のＭＯＳＦＥＴが耐圧破壊する危険性がある。
【００７２】
そこで、図１９の過電圧保護手段８は、前記高圧直流電源４の電圧が所定の値を超えると、速度指令信号Ｖｓｐの値を図２（ｂ）の１．２３Ｖ以下に低下させるよう作用する。
【００７３】
前記速度指令信号Ｖｓｐの値が１．２３Ｖ以下になると、モータ７は運転停止、即ちＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は全てＯＦＦとなり、上述の充電電流ｉはゼロとなり、前記高圧直流電源４の電圧の増加が停止して、ＭＯＳＦＥＴの耐圧破壊を防ぐことができる。
【００７４】
（実施例１２）
図２１（ａ）に示す給湯機５６は、燃焼に供する空気を送風する請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを搭載したもので、所望の風量を効率よく静かに発生させる作用を有し、前記給湯機５６には、給湯用モータ６６のシャフトにケーシング６７で囲われたシロッコファン６８が設けられ、前記ケーシング６７の吹き出し口７６が、気化器６３に取り付けられる構造を有している。
【００７５】
（実施例１３）
図２２（ａ）、（ｂ）に示す空気清浄機７０は、前記空気清浄機７０の設置空間内の空気中の粉塵もしくは臭い成分の微粒子を効率よく静かに空気から除去する作用を有し、前記空気清浄機７０には、シロッコファン６８をシャフトに設けた請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータを内部に取り付ける構造を有している。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、１チップインバータの代わりに個別素子で構成されるＭＯＳＦＥＴアレイを用いることで、低損失で信頼性の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、モータを低騒音駆動できるモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、外部からの進角指令により電流位相遅れを補償してモータ駆動効率の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００７９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、固定進角指令発生手段により外部からの進角指令を用いずに電流位相遅れを補償してモータ駆動効率の高いモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の効果に加えＭＯＳＦＥＴ３素子のゲート−ソース間コンデンサを不要にするモータ駆動装置を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８１】
請求項６記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の効果を有するモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８２】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の効果に加え一層の低振動、低騒音のモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８３】
請求項８記載に発明によれば、請求項６または７記載の効果に加え、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、外力によりモータが強制的に回転させられても、モータに発生する循環電流の値を所定の値以下にしてＭＯＳＦＥＴの破壊を防ぐモータを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８４】
請求項９記載の発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有するエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の効果に加え、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、外力によりモータが強制的に回転させられても、モータに発生する循環電流によるＭＯＳＦＥＴの過熱を防ぐエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９または１０記載の効果に加え、モータ運転中に順風が吹いて、モータからエアコンディショナーの高圧直流電源へ充電電流が生じても、前記高圧電源の増大を一定値以下としてＭＯＳＦＥＴの耐圧を超えることがないエアコンディショナーを提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８７】
請求項１２記載に発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有する給湯器を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【００８８】
請求項１３記載に発明によれば、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の効果を有する空気清浄機を提供することが可能であるという特有の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１によるモータの駆動装置を示す構成図
【図２】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の主要構成要素であるプリドライブＩＣ、ＭＯＳＦＥＴアレイのＭＯＳＦＥＴチップＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の構造を示す構造図
【図４】 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１によるモータの駆動装置の主要構成要素であるＭＯＳＦＥＴアレイのＭＯＳＦＥＴチップのＯＮ電圧および損失を示す特性図
【図５】 本発明の実施例２によるモータの駆動装置を示す構成図
【図６】 本発明の実施例２によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図７】 本発明の実施例３によるモータの駆動装置を示す構成図
【図８】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例３によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図９】 本発明の実施例４によるモータの駆動装置を示す構成図
【図１０】 本発明の実施例５によるモータの駆動装置を示す構成図
【図１１】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例５によるモータの駆動装置の動作を示す動作図
【図１２】 本発明の実施例６によるモータの構造を示す断面図
【図１３】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例７によるロータの構造を示す断面図
【図１４】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例７によるロータの共振周波数応答を示す特性図
【図１５】 本発明の実施例８によるモータの動作を示す回路図
【図１６】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例８によるモータの動作を示す動作図
【図１７】 本発明の実施例９によるエアコンディショナーを示す図
【図１８】 本発明の実施例９によるエアコンディショナーの特性図
【図１９】 本発明の実施例１１によるエアコンディショナーの電源回路を含む回路図
【図２０】 本発明の実施例１１によるエアコンディショナーの動作説明のための回路図
【図２１】 本発明の実施例１２による給湯器を示す図
【図２２】 本発明の実施例１３による空気清浄機を示す図
【図２３】 従来のモータの駆動装置の構成を示す構成図
【図２４】 従来のモータの駆動装置の１チップＩＣの構成を示す構成図
【図２５】 従来のモータの構成を示す構成図
【符号の説明】
１ モータ駆動装置
２ 制御電圧源
３ 周辺回路
４ 高圧直流電源
５ プリドライブＩＣ
６ ゴム
７ モータ
８ 過電圧保護手段
９ ゲートドライバＩＣ
１１ ロータ
１２ ＭＯＳＦＥＴアレイ
１３ 位相進み手段
２０ モータ駆動回路基板
２２ シャフト
２３ ステータモールド組立
２４ ブラケット
２５ 軸受け
２６ ヨーク
２７ マグネット
２８ 巻線
２９ インシュレータＡ
３０ インシュレータＢ
３１ 端子ｐｉｎ
３２ ステータコア
３３ センサ
３４ 樹脂ピン
３５ 放熱シリコン
３６ 絶縁板
３７ リードブッシュＡ
３８ リードブッシュＢ
３９ リード線
４２ ルームエアコン室内機
４３ ルームエアコン室外機
４４ 熱交換機Ａ
４５ 熱交換器Ｂ
４６ クロスフローファン
４７ プロペラファン
４８ 制御器Ａ
４９ 制御器Ｂ
５０ コンプレッサ
５１ 電源線
５２ 信号線
５３ 冷媒管
５４ ＡＣ電源入力線
５５ 室外機ヒンジ付きモータ
５６ 給湯器
５７ 燃焼釜
５８ 温水管
５９ 水道管
６０ バーナー部
６１ 制御器
６２ 燃料ポンプ
６３ 気化器
６４ 燃料管
６５ 燃料タンク
６６ 給湯用ファンモータ
６７ ケーシング
６８ シロッコファン
６９ 排気口
７０ 空気清浄機
７１ 制御板
７２ エアフィルタ
７３ 排気口
７４ 吸気口
７５ 操作板
７６ 吹き出し口
Claims (13)
- ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されてＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路と、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、出力モータ駆動装置の端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとから構成されたモータ駆動装置において、前記周辺回路を低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣとし、前記インバータを高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣと前記ＭＯＳＦＥＴアレイとを互いに、高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続した構成であり、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力されるＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ電力供給するモータ駆動装置。
- ブラシレスモータの回転を検出するセンサと、低耐圧ＰＮ接合プロセスで作られ、前記センサの出力信号および外部からの速度指令信号と制御電圧源からの出力電圧が供給されて正弦波電圧ＰＷＭ信号を形成する回路を含む周辺回路をモノリシック化したプリドライブＩＣと、商用交流電圧を整流・平滑して得られる電圧を出力する高圧直流電源の出力電圧から、前記周辺回路の出力信号に応じて、出力端子に接続されるモータ駆動巻線に電力供給して前記ロータの回転数を制御するインバータとから構成されたモータ駆動装置において、前記インバータを、高耐圧ＰＮ接合プロセスで作られるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６チップからなるＭＯＳＦＥＴアレイとし、前記プリドライブＩＣの出力と前記ＭＯＳＦＥＴのゲートとを、高耐圧ＰＮ接合ゲートドライバＩＣを介して接続したもので、前記ＭＯＳＦＥＴアレイのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子は、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続され、残り３素子は、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続されて、互いのソースとドレインは共通にモータ駆動巻線の各相端子に接続され、前記プリドライブＩＣから出力される正弦波電圧ＰＷＭ信号は、前記ゲートドライバＩＣにて、電圧、電流を増幅されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子の各ゲートに入力されて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ６素子がスイッチ制御されることにより、モータ駆動巻線へ正弦波電圧を供給する構成のモータ駆動装置。
- 前記周辺回路の低耐圧ＰＮ接合プロセスの半導体で作られるプリドライブＩＣに、位相進み手段を内蔵し、モータに設けた進角指令入力端子の入力電圧を、前記位相進み手段へ伝達して、前記正弦波電圧の位相を進めることを可能とした構成の請求項２に記載のモータ駆動装置。
- モータに設けた進角指令入力端子を廃し、代わってモータ内の回路基板上に固定進角指令発生手段を設け、前記固定進角指令発生手段は、基準電源電圧とＧＮＤ間に設けた第１および第２の抵抗で分圧された電圧を前記プリドライブＩＣの位相進み手段へ伝達するよう構成した請求項３に記載のモータ駆動装置。
- ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子の各ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間にコンデンサを設けると共に、ゲートドライバＩＣの出力端子と前記ＭＯＳＦＥＴの各ゲート間とを抵抗で接続したモータ駆動装置において、前記ＭＯＳＦＥＴの６素子の内、３素子が、ドレインが共通に前記高圧直流電源の正側出力に接続される３素子の各ゲートに接続される抵抗の抵抗値を大きくして、残りのソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子の、ゲート−ソース間にコンデンサを不要とした構成の請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を内蔵したモータ。
- 請求項６記載のモータにおいて、前記モータの回転子は、シャフトに剛体であるヨークとリング状マグネットを設けて、前記ヨークとリング状マグネット間の空隙を弾性体のゴムで充填した構成のモータ。
- 請求項６または７記載のモータにおいて、速度指令信号がＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する場合に、ＭＯＳＦＥＴアレイの６素子中、ドレインが共通に高圧直流電源の正側出力に接続される３素子がＯＦＦし、ソースが前記高圧直流電源の負側出力に接続される３素子全てがＯＮする場合に、外力により回転子が強制的に回転させられてモータ駆動巻線に発生する循環電流が、一定値以下となるようなインピーダンスを有するモータ。
- 請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーにおいて、前記モータの取付部や、モータシャフトに設けるファンにゴム等の防振構造を不要とした構成のエアコンディショナー。
- 請求項８記載のモータを内蔵したモータを送風ファン用に供したエアコンディショナーにおいて、モータへ供給する速度指令信号が、ＰＷＭ ＤＵＴＹ比０％を意味する状態の発生時間を所定の値以下に制限することで、モータのＭＯＳＦＥＴの過熱を抑制することを特徴とするエアコンディショナー。
- 請求項９または１０記載のエアコンディショナーにおいて、モータからの回生電力が発生して、前記モータへの電源電圧が上昇する場合に、前記エアコンディショナーに過電圧保護手段を設け、前記電源電圧が、予め定めた一定値を超えると、前記エアコンディショナーは直ちにモータの運転を停止することを特徴とするエアコンディショナー。
- 請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した給湯器。
- 請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のモータを送風ファン用に供した空気清浄機。
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