JP4131944B2 - インバータ回路を内蔵したモータ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路を内蔵したモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータ、あるいは、インダクションモータ等を可変速制御するために、３相ブリッジインバータ回路が用いられている。このような用途に用いられる、従来技術によるインバータ回路は、その出力段半導体スイッチング素子及びその駆動回路が、個別素子部品の組み合わせにより構成されていた。
【０００３】
そして、このようなインバータ回路、さらには保護回路を１チップに集積化したものがインバータＩＣであり、その使い勝手の良さ、部品数低減及びモータの小型化が可能であることから、近年、適用範囲が拡大されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、このインバータＩＣの出力段半導体スイッチング素子のみを外付け可能としたものがプリドライバＩＣであり、用途に応じた半導体スイッチング素子を取り付けられるため、その利便性等から、適用範囲が拡大されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８１２５２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、インバータＩＣあるいはプリドライバＩＣの出力素子電圧（Ｖｓ）配線に出力素子のスイッチングノイズ、あるいは雷サージ等によるノイズがのった場合、その制御電圧（Ｖｃｃ）配線にも電流が流れ、制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子に過電圧が印加され、インバータ回路が破壊に至る場合がある。
【０００７】
本発明は、インバータ回路を内蔵したモータ装置において、ノイズによる制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子への過電圧印加を低減し、ノイズによるインバータ回路破壊の発生し難いモータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記問題を解決するため、インバータ回路を内蔵したモータ装置において、インバータＩＣあるいはプリドライバＩＣの制御直流電源と制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子との間に直列に抵抗を付加した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明の第１の実施例にかかるインバータＩＣを用いたモータ装置（インバータ回路を内蔵したモータ装置）の構成の概略を説明する。インバータ回路を内蔵したモータ装置は、プリント基板１とメインボード２が複数のケーブル３によって電気的に接続されている。図１では、簡略化のため、本発明に関連する出力素子電圧（Ｖｓ）ケーブル３−１、制御電圧（Ｖｃｃ）ケーブル３−２、グランド（ＧＮＤ）ケーブル３−３のみを記載している。プリント基板１には複数の入出力端子を備えたインバータＩＣ４が搭載されているが、図１では、簡略のため、本発明に関連する出力素子電圧（Ｖｓ）入力端子５−１、制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子５−２、グランド（ＧＮＤ）端子５−３、の３端子のみを記載している。プリント基板１には、さらに、コンデンサ、抵抗等のモータ制御用部品も多数搭載されているが、図１では簡略のため、本発明による直列抵抗１０及び本発明に関連するＶｓ入力端子保護コンデンサ１１、Ｖｃｃ入力端子保護コンデンサ１２、のみを記載している。なお、プリント基板１は、接続点１３−１によりＶｓケーブル３−１と、接続点１３−２によりＶｃｃケーブル３−２と、接続点１３−３によりＧＮＤケーブル３−３とそれぞれ接続されている。
【００１０】
この実施例では、プリント基板１上に設けた、Ｖｃｃケーブル３−２との接続点１３−２とインバータＩＣ４の制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子５−２との間に、直列抵抗１０を設けている。
【００１１】
また、メインボード２側には、出力素子電圧（Ｖｓ）直流電源２０及びそのコンデンサ２１、制御電圧（Ｖｃｃ）直流電源２２及びそのコンデンサ２３、が搭載されている。メインボード２は、接続点２４−１によりＶｓケーブル３−１と、接続点２４−２によりＶｃｃケーブル３−２と、接続点２４−３によりＧＮＤケーブル３−３と接続されている。
【００１２】
図２の断面図を用いて、インバータを内蔵したブラシレスモータの構造を説明する。ブラシレスモータは、固定子３０−１、３０−２、コイル３１、永久磁石３２、シャフト３３、回転子３４、ホール素子３５、軸受け３６−１、３６−２を有して構成される。さらにこのモータ装置は、内部にプリント基板１およびインバータＩＣ４を有して構成される。
【００１３】
ブラシレスモータは、固定子３０−１、３０−２と回転子３４により構成され、固定子３０−２には、コイル３１が巻かれ、回転子３４にはシャフト３３と永久磁石３２とが取付けられ、固定子３０−１及び３０−２とシャフト３３とは、軸受け３６−１及び３６−２により回転可能に結合されている。また、固定子３０−１にはプリント基板１が取付けられ、プリント基板１にはインバータＩＣ４及びホール素子３５が取付けられる。また、プリント基板１には、コイル３１及びケーブル３が接続される。
【００１４】
次に、図示ブラシレスモータの動作を説明する。図示ブラシレスモータは、ケーブル３を介して、外部より電源及び制御信号が入力され、また、ホール素子３５により検出された回転子３４の位置信号が、モータ外部に出力される。インバータＩＣ４は、この制御信号を受け、インバータ動作することにより、モータを回転制御する交流電力を発生させ、ブラシレスモータを可変速制御する。
【００１５】
次に、本発明による第１の実施例の動作を説明する。先に説明したように、モータ動作時には外部から電源及び制御信号が入力されるが、この際、出力素子電圧（Ｖｓ）は１００Ｖ以上、制御電圧（Ｖｃｃ）は約１５Ｖの電圧が印加される。この時、Ｖｓ配線に出力素子のスイッチングノイズ、あるいは雷サージ等によるノイズがのった場合、各ケーブルを介して電流が流れる。本発明による直列抵抗１０がない場合、この電流によりインバータＩＣ４のＶｃｃ入力端子５−２に過電圧が印加され、インバータＩＣ４が破壊に至る場合がある。
【００１６】
本発明によれば、直列抵抗１０をＶｃｃ入力端子５−２と制御用直流電源２２の間に挿入することにより、Ｖｃｃ入力端子５−２への過電圧印加を低減し、インバータＩＣ４の破壊を防ぐことができる。
【００１７】
次に、その効果をＰＳｐｉｃｅにより計算した例を示す。計算に用いた定数は、Ｖｓ入力端子保護コンデンサ１１の容量Ｃ１＝０．１μＦ、Ｖｃｃ入力端子保護コンデンサ１２の容量Ｃ２＝１μＦ、Ｖｃｃ直流電源コンデンサ２３の容量Ｃ３＝１０μＦ、Ｖｓケーブル３−１のインダクタンスＬ１＝１μＨ、Ｖｃｃケーブル３−２のインダクタンスＬ２＝１μＨ、ＧＮＤケーブル３−３のインダクタンスＬ３＝１μＨ、また、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３それぞれの相互インダクタンス結合係数＝０．２である。
【００１８】
図３は、振幅±１００Ｖ、周波数１００ｋＨｚの正弦波ノイズをＶｓ電源に入力した場合の計算結果である。縦軸はＶｃｃ入力端子５−２への印加電圧Ｖｃｃｎ、横軸は直列抵抗１０の抵抗値Ｒである。この図からわかるように、抵抗なし（Ｒ＝０）の時、Ｖｃｃｎ＝９．４Ｖであるのに比べ、Ｒ＝１ΩではＶｃｃｎ＝４．７Ｖと半減。さらに、Ｒ＝１０ΩではＶｃｃｎ＝０．５Ｖと、抵抗なしの場合の約２０分の１となり、その印加電圧低減効果は明らかである。本計算において、ＶｃｃｎにはＶｃｃ（約１５Ｖ）は含まれていないため、実際にＶｃｃ入力端子５−２に印加される電圧はＶｃｃ＋Ｖｃｃｎとなる。なお、印加電圧Ｖｃｃｎの絶対値はノイズの振幅、周波数、波形及び各種素子定数に依存するが、直列抵抗１０の挿入によるＶｃｃ入力端子５−２への印加電圧低減効果はそれらに依存するものではない。
【００１９】
図４を用いて、本発明の第２の実施例にかかるインバータＩＣを用いたモータ装置の構成の概略を説明する。この実施例では、直列抵抗１０の位置が、図１に示した第１の実施例ではプリント基板１上のＶｃｃ入力端子５−２と接続点１３−２の間に取付けられているのに対し、図４ではプリント基板１上に設けた接続点１３−２とメインボード２上に設けた接続点２４−２との間の制御電圧（Ｖｃｃ）ケーブル３−２に取付けられているのが特徴である。第１の実施例に対し、プリント基板１上の配線レイアウトを変更せずに、図１の実施例と同様に本発明の効果が得られるという点で優位である。
【００２０】
図５を用いて、本発明の第３の実施例にかかるインバータＩＣを用いたモータ装置の構成の概略を説明する。この実施例では、直列抵抗１０の位置が、図１に示した第１の実施例ではＶｃｃ入力端子５−２と接続点１３−２の間に取付けられているのに対し、図５ではメインボード２上に設けた接続点２４−２とＶｃｃ直流電源２２との間に取付けられているのが特徴である。第１の実施例に対し、プリント基板１上の配線レイアウト、及びＶｃｃケーブルの構造を変更せずに、図１の実施例と同様に本発明の効果が得られるという点で優位である。
【００２１】
図６を用いて、本発明の第４の実施例にかかるプリドライバＩＣを用いたモータ装置の構成の概略を説明する。実際には、プリント基板１に出力段半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等）が搭載されるが、図６では簡略のため記載していない。図６は図１に示した第１の実施例に対し、インバータＩＣ４をプリドライバＩＣ６に置き換えたものであり、その効果は第１の実施例と同様である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータＩＣあるいはプリドライバＩＣの制御用直流電源と制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子との間に直列に抵抗を付加することにより、通常ＩＣに用いられるノイズフィルターであるチョークコイルあるいはビーズコア等では実現できない、ノイズによる制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子への過電圧印加を低減する効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例概略図。
【図２】インバータＩＣを用いたブラシレスモータの断面図。
【図３】本発明による効果を示す計算結果。
【図４】本発明の実施例概略図。
【図５】本発明の実施例概略図。
【図６】本発明の実施例概略図。
【符号の説明】
１ プリント基板
２ メインボード
３ ケーブル
３−１ 出力素子電圧（Ｖｓ）ケーブル
３−２ 制御電圧（Ｖｃｃ）ケーブル
３−３ グランド（ＧＮＤ）ケーブル
４ インバータＩＣ
５−１ 出力素子電圧（Ｖｓ）入力端子
５−２ 制御電圧（Ｖｃｃ）入力端子
５−３ グランド（ＧＮＤ）端子
６ プリドライバＩＣ
１０ 直列抵抗
１１ Ｖｓ入力端子保護コンデンサ
１２ Ｖｃｃ入力端子保護コンデンサ
１３−１ Ｖｓケーブルとプリント基板の接続点
１３−２ Ｖｃｃケーブルとプリント基板の接続点
１３−３ ＧＮＤケーブルとプリント基板の接続点
２０ Ｖｓ直流電源
２１ Ｖｓ直流電源コンデンサ
２２ Ｖｃｃ直流電源、
２３ Ｖｃｃ直流電源コンデンサ、
２４−１ Ｖｓケーブルとメインボードの接続点、
２４−２ Ｖｃｃケーブルとメインボードの接続点、
２４−３ ＧＮＤケーブルとメインボードの接続点、
３０−１、３０−２ 固定子、
３１ コイル
３２ 永久磁石
３３ シャフト
３４ 回転子
３５ ホール素子
３６−１、３６−２ 軸受け
Ｒ 直列抵抗１０の抵抗値、
Ｖｃｃｎ ノイズ印加時のＶｃｃ入力端子への印加電圧

Claims (5)

1. インバータＩＣを内蔵したモータ装置であって、
   前記インバータＩＣと出力素子電圧直流電源および制御電圧直流電源を有するメインボードを、少なくとも前記出力素子電圧直流電源のケーブルと、前記制御電圧直流電源のケーブルと、前記出力素子電圧直流電源と前記制御電圧直流電源の接地のケーブルを含んだ複数のケーブルで接続し、
   前記制御電圧直流電源と前記インバータＩＣの制御端子との間に直列に抵抗を付加すると共に、前記制御端子と接地ケーブルとの間にコンデンサを設けた
   ことを特徴とするモータ装置。
2. 請求項１に記載のモータ装置において、直列抵抗を制御電源と制御端子間を接続するケーブルの制御端子側に付加したことを特徴とするモータ装置。
3. 請求項１に記載のモータ装置において、直列抵抗を制御電源と制御端子間を接続するケーブルの制御電源側に付加したことを特徴とするモータ装置。
4. 請求項１に記載のモータ装置において、直列抵抗を制御電源と制御端子間を接続するケーブル中に付加したことを特徴とするモータ装置。
5. 請求項１〜４に記載のモータ装置において、直列抵抗の抵抗値が１Ω以上であることを特徴とするモータ装置。

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