JP4682985B2 - ブラシレスｄｃモータおよびそれを搭載した電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、駆動回路を内蔵したブラシレスＤＣモータおよびそのモータを搭載した電気機器に関する。

ルームエアコン等、各種家電機器の送風ファン用途に供される軸出力２０〜５０Ｗ程度の小型ブラシレスＤＣモータには、プリント配線板上に各種電子部品を配して構成した駆動装置をモータに内蔵したものが一般的である。

図１３は、従来のブラシレスＤＣモータの断面図である。ステータモールド組立１０３は、電磁鋼板を積層したステータコア１２０に多相の駆動コイル１２１を巻装し、その全体を不飽和ポリエステル樹脂で一体成型して構成されている。このステータモールド組立１０３の一端部は金属製のブラケット１０４で覆われている。このブラケット１０４の中央部とステータモールド組立１０３の他端部とに軸受保持部が構成されている。

一方、ロータ組立１１９は、電磁鋼板を積層したロータヨーク１１８の外周に多極の永久磁石１１７を設け、中央部にシャフト１０５を圧入等の方法で固定して構成され、軸受１１４にて回転自在に支承されている。この永久磁石１１７は、ステータコア１２０の内周部と所定のギャップを介して対向している。

駆動コイル１２１を駆動するための駆動回路を実装したプリント配線板１１３が、ステータモールド組立１０３に固定されている。駆動コイル１２１の端末は、端子ピン１２２を介してプリント配線板１１３に接続される。プリント配線板１１３には、パワーＭＯＳＦＥＴアレー１１０、プリドライバ１１２、および図示しない多数の個別部品がはんだ付け実装され、更に永久磁石１１７の磁極位置を検出するための磁気センサ１２５が、同様にはんだ付け実装されている。またプリント配線板１１３は、ブラケット１０４との間に絶縁板１１５が配置され、ブラケット１０４と絶縁されている。

図１４は、プリント配線板組立１０７の平面図である。プリント配線板１１３に、パワーＭＯＳＦＥＴアレー１１０、プリドライバ１１２、３個のゲートドライバ１１１、および多数の個別部品１３１を搭載する。更に入出力接続のためのリード線組立１０２を配した構成である。なお、個別部品１３１は、抵抗器およびコンデンサ、ダイオードなどである。

パワーＭＯＳＦＥＴアレー１１０は、６個のパワーＭＯＳＦＥＴが一体化された構成であり、駆動コイル１２１を駆動する。このパワーＭＯＳＦＥＴはアバランシェ耐量を有しているので、サージ電圧などこのパワーＭＯＳＦＥＴの耐圧を超えるパルス状の過電圧が印加されても容易に破壊することがないという信頼性面での大きな効果がある。

しかし一方では、パワーＭＯＳＦＥＴは、その電気的強度を高めて信頼性を向上するためには、ドレイン・ソース間電圧の電圧変化率ｄＶ／ｄｔ、ドレイン電流の電流変化率ｄｉ／ｄｔ、ターンオン遅延時間ｔｄ（ｏｎ）、ターンオフ遅延時間ｔｄ（ｏｆｆ）等を厳密に設定する必要がある。そのために、回路基板上に、はんだ付け実装される少なくとも、抵抗、コンデンサ、ダイオードの個別部品が各ゲートに４個から６個必要で、３相モータ駆動のためには４×６から６×６すなわち２４個から３６個の個別部品が必要になる。補助的な部品も含めると総数の一例では、１００個ほどになることもあり、回路基板上に
個々の部品が平面状にはんだ付け実装される為、プリント配線板の面積の小型化を困難にしている。

またスイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴではなくＩＧＢＴを使用して、駆動回路をモノリシックＩＣ化したものがある。日本特許出願特開平３−２７０６７７号公報に記載されている。しかしこれはプリント配線板の小型化を可能ならしめるものであるものの、パワーＭＯＳＦＥＴ固有のアバランシェ耐量による信頼性向上という効果は期待できないという課題があった。

本発明のブラシレスＤＣモータは、複数相の駆動コイルを有するステータ組立と、ステータ組立の一端部を覆う金属製のブラケットと、永久磁石を有するロータ組立とを含むブラシレスＤＣモータであって、駆動コイルを駆動する駆動回路を搭載したプリント配線板を内蔵している。プリント配線板は、ステータ組立に固定され、ブラケットとの間に絶縁板が配置されるようにしてブラシレスＤＣモータに内蔵される。

この駆動回路は、駆動コイルに電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴと、パワーＭＯＳＦＥＴを制御するゲートドライバと、ゲートドライバにＰＷＭ信号を供給するプリドライバとを備えている。

プリント配線板は、パワーＭＯＳＦＥＴとゲートドライバとをモールド樹脂材料で一体化して１つの半導体パッケージに封止したＩＣ（集積回路）を実装し、ＩＣは、パワーＭＯＳＦＥＴと、ゲートドライバと、プリント配線板の方向に屈曲するリード電極と、パワーＭＯＳＦＥＴおよびゲートドライバをリード電極の屈曲方向側に接着固定したフレームとを備え、パワーＭＯＳＦＥＴの電気的強度を設定するための設定部を含み、パワーＭＯＳＦＥＴとゲートドライバとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂材料であるエポキシ系樹脂で封止して構成されて、ＩＣが、プリント配線板のブラケット側に搭載されて、高熱伝導性で弾性を有したシリコン系樹脂材料を介してブラケットに放熱されるように構成されることを特徴とする。

以上の構成により本発明によれば、小型軽量で取り付けや配線も容易であり、かつ信頼性の高いブラシレスＤＣモータおよびそれを搭載した電気機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の外観図である。ステータモールド組立３を蓋状のブラケット４で覆い、そしてシャフト５が突出する。そして、ステータモールド組立３の側面から入出力のためのリード線組立２が伸びる形状となっている。

図２は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータの断面図である。ステータモールド組立３は、電磁鋼板を積層したステータコア２０に多相の駆動コイル２１を巻装し、その全体を不飽和ポリエステル樹脂で一体成型して構成されている。このステータモールド組立３の一端部は金属製のブラケット４で覆われている。このブラケット４の中央部とステータモールド組立３の他端部とに軸受保持部が構成されている。

一方、ロータ組立１９は、電磁鋼板を積層したロータヨーク１８の外周に多極の永久磁石１７を設け、中央部にシャフト５を圧入等の方法で固定して構成され、軸受１４にて回転自在に支承されている。この永久磁石１７は、ステータコア２０の内周部と所定のギャップを介して対向している。

駆動コイル２１を駆動するための駆動回路を実装したプリント配線板１３が、ステータモールド組立３に固定されている。駆動コイル２１の端末は、端子ピン２２を介してプリント配線板１３に接続される。プリント配線板１３には、ＩＣ１０、プリドライバ１２、および図示しない個別部品がはんだ付け実装され、更に永久磁石１７の磁極位置を検出するための磁気センサ２５が、同様にはんだ付け実装されている。またプリント配線板１３
は、ブラケット４との間に絶縁板１５が配置され、ブラケット４と絶縁されている。

プリント配線板１３に実装されているＩＣ１０は、高熱伝導性樹脂材料１６を介してブラケット４に放熱する構造となっている。この高熱伝導性樹脂材料１６としては、熱伝導性の良好なシリコン系樹脂が使われる。このシリコン系樹脂は弾性を有し、ＩＣ１０とブラケット４との間隔のばらつきを吸収することができる。

図３は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の回路構成図である。高圧直流電源９による高圧直流電圧Ｖｄｃ，制御電源２３による制御電圧Ｖｃｃ，および速度制御信号２４による制御信号電圧Ｖｓｐが、それぞれ駆動回路６に入力される。駆動回路６の出力は、３相スター接続された駆動コイル２１に供給される。また駆動回路６からモータの回転信号ＦＧが出力され、速度制御に活用される。

駆動回路６は、ロータの磁極位置を検出するための３個の磁気センサ２５、磁気センサ２５の信号を受けてＰＷＭ信号を生成するプリドライバ１２，プリドライバ１２の信号を受けてパワーＭＯＳＦＥＴ８の制御信号を生成する３個のゲートドライバ１１、および３相ブリッジ接続された６個のパワーＭＯＳＦＥＴ８より成る。磁気センサ２５は、一般にホール素子又はホールＩＣが使われる。出力電流は、電流検出抵抗２６にて検出され、プリドライバ１２にフィードバックされる。

この３個のゲートドライバ１１と６個のパワーＭＯＳＦＥＴ８は、１つの半導体パッケージに封止することにより一体化され、ＩＣ１０を構成する。図４は、このＩＣ１０の断面図である。具体的には図３に示すように、ゲートドライバ１１は３つのＩＣチップ上で構成され、パワーＭＯＳＦＥＴ８は６個のパワーＭＯＳＦＥＴ回路を１チップのＩＣチップ上で構成されており、それぞれのＩＣチップは、それぞれ同一平面状にあるフレーム２８に接着固定され、それら複数のチップ相互間およびリード電極２７間を、１つの半導体パッケージ内においてボンディングワイヤ３０で電気的に接続される。そしてその全体がエポキシ樹脂２９にて一体成型して構成される。これは、ＭＣＰ（マルチチップパッケージ）または、ＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）とも言われている一般的な半導体製造技術であり、複数の機能が違うＩＣチップまたは信号系の低電圧仕様やパワー系の高電圧仕様のＩＣチップなどを１つの半導体パッケージに収納し封止した複合モジュール型のＩＣである。図３、図４に示すものは１例であり、ゲートドライバとパワーＭＯＳＦＥＴを別々のＩＣチップで構成し１つの半導体パッケージで封止したものであれば、例えば、すべてのゲートドライバ回路を１つのチップ上で構成したり、ゲートドライバのＩＣチップとパワーＭＯＳＦＥＴのＩＣチップが同一平面状のフレームに構成されているものでなく立体的に重ね合わせた構成であるＭＣＰであってもよい。

図５は、プリント配線板組立７の平面図である。プリント配線板１３に、ＩＣ１０、プリドライバ１２、および個別部品３１を搭載する。更に入出力接続のためのリード線組立２を配した構成である。なお、個別部品３１は、抵抗器およびコンデンサなどである。

図６は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータの詳細回路構成図であり、図３に示した全体回路図の１相分を取り出したものである。図３に示したパワーＭＯＳＦＥＴ８は、実際にはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１とパワーＭＯＳＦＥＴＱ２とが直列に接続され、高圧直流電圧Ｖｄｃが供給されている。パワーＭＯＳＦＥＴＱ１にはフライホイルダイオードＤ１とゲートコンデンサＣ１を寄生素子として内蔵している。同様にパワーＭＯＳＦＥＴＱ２にはフライホイルダイオードＤ２とゲートコンデンサＣ２を寄生素子として内蔵している。

ゲートドライバ１１は、ヒステリシスコンパレータＨＳ１、ＨＳ２，およびレベルシフ
ト回路ＬＳ１、抵抗器Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、および出力電子スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を含んでいる。このゲートドライバ１１は、プリドライバ１２にて生成されたＰＷＭ信号を入力信号ＨＩＮ、および入力信号ＬＩＮとして入力され、出力信号ＨＯ、ＬＯをパワーＭＯＳＦＥＴＱ１とパワーＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに供給する。

図７は、ゲートドライバ１１の入力信号ＨＩＮ、ＬＩＮと出力信号ＨＯ、ＬＯとの関係を示すタイムチャートである。時刻ｔ＜ｔ１においては、入力信号ＨＩＮ、ＬＩＮが共にローレベルであることにより、上側の出力電子スイッチＳＷ１，ＳＷ３がオフ、下側の出力電子スイッチＳＷ２，ＳＷ４がオンである。従って、出力信号ＨＯ、ＬＯは、共にローレベルに保たれ、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１、パワーＭＯＳＦＥＴＱ２はオフ状態である。

次に、時刻ｔ＝ｔ１に至ると、入力信号ＨＩＮはハイレベルに立ち上がり、入力信号ＬＩＮはローレベルのままである。従って出力電子スイッチＳＷ１がオン、出力電子スイッチＳＷ２がオフとなり、出力信号ＨＯがハイレベルに立ち上がることによりパワーＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１はオンになる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ２はオフのままである。この時、ブートコンデンサＣ３の蓄積電荷が抵抗Ｒ１を介してパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートに供給されるが、出力信号ＨＯはある時定数で立ち上がることになる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ１は、この出力信号ＨＯがパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達するまではオフを継続し、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達したｔ＝ｔ１０になるとオンとなる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオンになることにより、駆動コイル２１に高圧直流電圧Ｖｄｃが供給される。

次に、時刻ｔ＝ｔ２になると、入力信号ＨＩＮはローレベルに立ち下がり、入力信号ＬＩＮはローレベルのままである。従って出力電子スイッチＳＷ１がオフ、出力電子スイッチＳＷ２がオンとなり、出力信号ＨＯは抵抗Ｒ２とパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートコンデンサＣ１とで決まる時定数で立ち下がる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ１は、この出力信号ＨＯがパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを下回るまではオンを継続し、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈを下回るｔ＝ｔ２０になるとオフとなる。

次に、時刻ｔ＝ｔ３になると、入力信号ＨＩＮはローレベルのままであり、入力信号ＬＩＮはハイベルに立ち上がる。これにより出力電子スイッチＳＷ３はオンになり、ＳＷ４はオフになる。出力信号ＬＯはコンデンサＣ２と抵抗Ｒ３で決まる時定数にて立ち上がる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ２は、この出力信号ＬＯがパワーＭＯＳＦＥＴＱ２のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達するまではオフを継続し、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達したｔ＝ｔ３０になるとオンとなる。

次に、時刻ｔ＝ｔ４になると、入力信号ＨＩＮはローレベルのままであり、入力信号ＬＩＮはローレベルに立ち下がる。従って出力電子スイッチＳＷ３がオフ、出力電子スイッチＳＷ４がオンとなり、出力信号ＬＯは抵抗Ｒ４とパワーＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートコンデンサＣ２とで決まる時定数で立ち下がる。パワーＭＯＳＦＥＴＱ２は、この出力信号ＬＯがパワーＭＯＳＦＥＴＱ２のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを下回るまではオンを継続し、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈを下回るｔ＝ｔ４０になるとオフとなる。

次に、時刻ｔ＝ｔ５になると、上述の時刻ｔ＝ｔ１と同じ状態に戻り、この一連の動作を繰り返すことになる。

図８は、図７における時刻ｔ１の部分を拡大し、かつ駆動コイル端子電圧ＶＵの変化を追記した図である。時刻ｔ＝ｔ１で入力信号ＨＩＮがローレベルからハイレベルに切り替わると、ヒステリシスコンパレータＨＳ１、レベルシフト回路ＬＳ１、出力電子スイッチ
ＳＷ１の伝達時間経過後ｔ＝ｔ１１で出力信号ＨＯは立ち上がり始める。（図７ではこの伝達時間は省略して記載）
次に出力信号ＨＯはスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達し、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１はオンするが、実際には、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１自身がオフからオンに至る間、Ｖｔｈ付近の電圧で信号ＨＯは殆ど変化しない。これはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオフからオンへ移行することによりそのドレイン−ソース間の電圧が変化するため、Ｑ１のゲート容量Ｃ１が見かけ上非常に大きくなること（ミラー効果）によるものである。つまり、時刻ｔ＝ｔ１２にてスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達し、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１はオンしはじめ、駆動コイル端子電圧ＶＵは上昇を始める。電圧ＶＵが上昇中は上記ミラー効果により信号ＨＯはあまり変化しない。時刻ｔ＝ｔ１３にて駆動コイル端子電圧ＶＵが略高圧直流電圧Ｖｄｃとなると、上記ミラー効果の影響は無くなり、信号ＨＯは更に上昇を始める。このときの駆動コイル端子電圧ＶＵの電圧変化率ｄＶ／ｄｔは、ｔ１２からｔ１３に至る時間が短いほど大きくなる。

この駆動コイル端子電圧ＶＵの電圧変化率ｄＶ／ｄｔは、抵抗Ｒ１とパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート−ドレイン間の帰還容量による時定数で決まる。従ってこの抵抗Ｒ１あるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート−ドレイン間の帰還容量を設定することによって、駆動コイル端
子電圧ＶＵの電圧変化率ｄＶ／ｄｔを設定できるが、通常、設定容易な抵抗Ｒ１によりこの電圧変化率ｄＶ／ｄｔを設定することになる。たとえば家電機器などにモータを供する場合では、この電圧変化率ｄＶ／ｄｔを２ｋＶ／μｓｅｃ程度になるよう抵抗Ｒ１を設定する。

なお、上記説明においてはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオフからオンになる場合について行ったが、Ｑ１がオンからオフになる場合も同様に駆動コイル端子電圧ＶＵの電圧変化率ｄＶ／ｄｔを設定できる。つまり、Ｑ１がオンからオフする場合のｄＶ／ｄｔは、抵抗Ｒ２により設定する。

また、パワーＭＯＳＦＥＴＱ２についても同様であり、Ｑ２がオフからオンになる場合のｄＶ／ｄｔは抵抗Ｒ３でより設定し、Ｑ２がオンからオフになる場合のｄＶ／ｄｔは抵抗Ｒ４により設定する。

上記説明から明らかなように、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２のドレイン−ソース間の電圧変化率を設定する設定部となっている。

以上、電圧変化率ｄＶ／ｄｔの設定について述べたが、次に電流変化率ｄＩ／ｄｔについて説明する。

パワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオフからオンに移行する際のドレイン電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔは、図８において駆動コイル端子電圧ＶＵが変化している間に発生する。ＶＵが変化している間は、先に説明したようにミラー効果の影響で信号ＨＯはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈ付近で殆ど変化しないが、実際には僅かに変化している。このＶｔｈ付近の僅かな変化率とＭＯＳＦＥＲＴＱ１の相互コンダクタンスにより、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１のコレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔは決定する。ここで、信号ＨＯのＶｔｈ付近の僅かな変化率は、抵抗Ｒ１またはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート−ソース間のコンデンサＣ１により設定できる。従って、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１あるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１の相互コンダクタンスを設定することによって、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１のコレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔを設定できるが、抵抗Ｒ１は上述の電圧変化率ｄＶ／ｄｔを設定するための用いられるため、電流変化率ｄＩ／ｄｔはコンデンサＣ１あるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１の相互コンダクタンスにより設定することに
なる。

なお、上記説明においてはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオフからオンになる場合について行ったが、Ｑ１がオンからオフになる場合も同様にコンデンサＣ１あるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ１の相互コンダクタンスにより、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１のコレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔを設定できる。

また、パワーＭＯＳＦＥＴＱ２についても同様であり、Ｑ２のコレクタ電流のｄＩ／ｄｔは、コンデンサＣ２あるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ２の相互コンダクタンスにより設定できる。

上記説明から明らかなように、コンデンサＣ１、Ｃ２、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１の相互コンダクタンスあるいはパワーＭＯＳＦＥＴＱ２の相互コンダクタンスは、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２のドレイン電流の電流変化率を設定する設定部となっている。

図９は、図６の回路構成において入力信号ＨＩＮがハイレベルからローレベルへ切り替わる時刻ｔ２と入力信号ＬＩＮがローレベルからハイレベルへ切り替わる時刻ｔ３が接近している場合の動作図である。時刻ｔ＝ｔ２にて立下り始めた出力信号ＨＯがスレッシュホールド電圧Ｖｔｈ以下になる前に時刻ｔ＝ｔ３になって出力電圧ＬＯが立ち上がり始めてしまう場合を示している。この場合は、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１がＯＦＦする前にパワーＭＯＳＦＥＴ
Ｑ２がＯＮしてしまうと、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１よりパワーＭＯＳＦＥＴＱ２へ貫通電流が流れてこれらパワーＭＯＳＦＥＴが破壊してしまう。

このような貫通電流を防止するために、少なくとも時刻ｔ＝ｔ２０が、時刻ｔ＝ｔ３０以前になるように、設定部である抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２の関係を、Ｒ１＞＞Ｒ２となるように予め定めておく。

入力信号ＨＩＮがハイレベルからローレベルへ切り替わる時刻ｔ＝ｔ２から入力信号ＬＩＮがローレベルからハイレベルへ切り替わる時刻ｔ＝ｔ３へ至る時間は、一般にデッドタイムと言われる。このデッドタイムは、通常ゲートドライバ１１およびパワーＭＯＳＦＥＴ８とその周辺部品で生じる遅延時間に対し十分大きくしておく。しかし一方では、デッドタイムが長くなると、この間は駆動コイルへの電力供給が絶たれるので、軸出力２０Ｗから５０Ｗ程度の家電用ファン用途の場合では、しばしば音や振動という不具合が発生する。従って、デッドタイムを可能な限り小さくする必要があり、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、およびゲートコンデンサ容量値を予め十分吟味する必要がある。

図１０は、パワーＭＯＳＦＥＴ自身のスレッシュホ−ルド電圧ＶｔｈをＶｔｈ１からＶｔｈ２へ大きくした場合の動作説明図である。この場合は、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１はオンからオフへ至る遅延時間が短くなり、逆にパワーＭＯＳＦＥＴＱ２はオフからオンへ至る遅延時間が長くなる。これにより図６の回路構成において、入力信号ＨＩＮがハイレベルからローレベルへ切り替わる時刻ｔ２と入力信号ＬＩＮがローレベルからハイレベルへ切り替わる時刻ｔ３が接近している場合、即ちデッドタイムが極めて小さい場合においても、パワーＭＯＳＦＥＴＱ１がオフする前にパワーＭＯＳＦＥＴＱ２がオンしてしまうことがないブラシレスＤＣモータを提供することが可能になる。

以上のように本発明のブラシレスＤＣモータによれば、パワーＭＯＳＦＥＴとゲートドライバとをモールド樹脂で一体化したＩＣとして構成し、それを含む駆動回路を内蔵して構成し、そのゲートドライバの内部またはパワーＭＯＳＦＥＴの内部またはその双方の集積回路上に含む設定部にてパワーＭＯＳＦＥＴの電気的強度を設定可能とすることによっ
て、小型軽量で取り付けや配線も容易であり、かつ信頼性の高いブラシレスＤＣモータを提供することができる。

（実施の形態２）
次に、ブラシレスＤＣモータ１を備えた本発明の電気機器について説明する。図１１は本発明の実施の形態２における電気機器（エアコン室外機）の構成図である。

図１１において、実施の形態２における電気機器は次の構成を有する。エアコン室外機５１は、底板５２に立設した仕切り板５４により、圧縮機室５６と熱交換器室５９とに区画されている。圧縮機室５６には圧縮機５５が配設されている。熱交換器室５９には熱交換器５７および送風用のファンモータ５８が配設されている。仕切り板５４の上部には電装品箱６０が配設されている。

ファンモータ５８は、実施の形態１において説明したブラシレスＤＣモータ１の回転軸に送風ファンを取り付け構成されている。そのファンモータ５８は、電装品箱６０内に収容された電源装置５３より高圧直流電圧Ｖｄｃと制御電圧Ｖｃｃが供給される。ファンモータ５８の回転に伴ない送風ファンが回転し、その風により熱交換器室５９を冷却する。実施の形態１にて記載した通り、このブラシレスＤＣモータ１は、駆動回路を内蔵しているので、コンパクトに構成されており、取り付けや配線も容易であり、エアコン等電気機器の高機能化や低価格化に貢献できる。

図１２は、本発明の実施の形態２における電気機器（エアコン室外機）の概略回路図である。図１２において、商用電源６２が電源装置５３に入力される。電源装置５３は、整流器、平滑用コンデンサ、スイッチング電源装置等を含み、高圧直流電圧Ｖｄｃと制御電圧Ｖｃｃを出力し、ファンモータ５８に供給する。併せてこの高圧直流電圧Ｖｄｃは、インバータ装置６１に入力され、圧縮機５５を駆動する。

インバータ装置６１のオン、オフ動作にともない前記高圧直流電圧Ｖｄｃには図示しないサージ電圧が重畳し、時にはファンモータ５８に内蔵されるパワーＭＯＳＦＥＴの耐圧を超える場合もありうる。しかしながらパワーＭＯＳＦＥＴ自身にはアバランシェ耐量があり、短時間の過電圧には十分耐えて破壊には至らないという信頼性の高いファンモータを提供することが可能になる。

なお、本実施の形態２における電気機器として、エアコン室外機を例に挙げて説明をしたが、エアコン室内機に搭載される送風用ファンモータおよびそのエアコン室内機においても本発明を適用することにより、エアコン室外機の場合と同様な効果を期待できる。

本発明のブラシレスＤＣモータは、複数相の駆動コイルを有するステータ組立と、ステータ組立の一端部を覆う金属製のブラケットと、永久磁石を有するロータ組立とを含み、駆動コイルを駆動する駆動回路を搭載したプリント配線板を内蔵して成り、プリント配線板は、ステータ組立に固定され、ブラケットとの間に絶縁板が配置されるようにしてブラシレスＤＣモータに内蔵され、駆動コイルに電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴとゲートドライバとをモールド樹脂材料で一体化して１つの半導体パッケージに封止したＩＣ（集積回路）を実装する。そして、ＩＣは、パワーＭＯＳＦＥＴと、ゲートドライバと、プリント配線板の方向に屈曲するリード電極と、パワーＭＯＳＦＥＴおよびゲートドライバをリード電極の屈曲方向側に接着固定したフレームとを備え、ゲートドライバの内部またはパワーＭＯＳＦＥＴの内部またはその双方に、パワーＭＯＳＦＥＴの電気的強度を設定するための設定部を集積回路上に含み、パワーＭＯＳＦＥＴとゲートドライバとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂材料であるエポキシ系樹脂で封止して構成されて、ＩＣが、プリント配線板のブラケット側に搭載されて、高熱伝導性で弾性を有したシリコン系樹脂材料を介してブラケットに放熱されるように構成される。本発明は更にこのブラシレスＤＣモータを搭載した電気機器を含む。

この構成によって小型軽量で取り付けや配線も容易であり、かつ信頼性の高いブラシレスＤＣモータおよびそれを搭載した電気機器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの外観図 同上の断面図 同上の回路構成図 同上のＩＣの断面図 同上のプリント配線板組立の平面図 同上の１相分の詳細回路構成図 同上のゲートドライバの入力信号と出力信号との関係を示すタイムチャート 図７における時刻ｔ１の部分を拡大した詳細タイムチャート 図７と同様の関係を示すタイムチャートであり、時刻ｔ２とｔ３との間が短い場合 パワーＭＯＳＦＥＴのスレッシュホ−ルド電圧を大きくした場合の詳細タイムチャート 本発明の実施の形態２における電気機器の外観図 同上の回路構成図 従来のブラシレスＤＣモータの断面図 同上のプリント配線板組立の平面図

１ ブラシレスＤＣモータ
２ リード線組立
３ ステータ組立
４ ブラケット
５ シャフト
６ 駆動回路
７ プリント配線板組立
８ パワーＭＯＳＦＥＴ
９ 高電圧直流電源
１０ ＩＣ
１１ ゲートドライバ
１２ プリドライバ
１３ プリント配線板
１４ 軸受け
１５ 絶縁板
１６ 高熱伝導性樹脂材料
１７ 永久磁石
１８ ロータヨーク
１９ ロータ組立
２０ ステータコア
２１ 駆動コイル
２２ 端子ｐｉｎ
２３ 制御電源
２５ 磁気センサ
２７ リード電極
２８ フレーム
２９ モールド樹脂材料
３０ ボンディングワイヤ
３１ 個別部品
５１ 電気機器（エアコン室外機）
５３ 電源装置
Ｑ１，Ｑ２ パワーＭＯＳＦＥＴ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗器
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４ 電子スイッチ

Claims (12)

1. 複数相の駆動コイルを有するステータ組立と、前記ステータ組立の一端部を覆う金属製のブラケットと、永久磁石を有するロータ組立とを含むブラシレスＤＣモータであって、
   前記ブラシレスＤＣモータは、前記駆動コイルを駆動する駆動回路を実装したプリント配線板を内蔵して成り、
   前記プリント配線板は、前記ステータ組立に固定され、前記ブラケットとの間に絶縁板が配置されるようにして前記ブラシレスＤＣモータに内蔵され、
   前記駆動回路は：
   （ａ）前記駆動コイルに電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴと；
   （ｂ）前記パワーＭＯＳＦＥＴを制御するゲートドライバと；
   （ｃ）前記ゲートドライバにＰＷＭ信号を供給するプリドライバと；
   を備え、ここに、
   前記プリント配線板は、チップ部品として前記パワーＭＯＳＦＥＴと前記ゲートドライバのみをモールド樹脂材料で一体化して１つの半導体パッケージに封止したＩＣ（集積回路）を実装し、
   前記ＩＣは：
   前記パワーＭＯＳＦＥＴと、前記ゲートドライバと、前記プリント配線板の方向に屈曲するリード電極と、前記パワーＭＯＳＦＥＴおよび前記ゲートドライバを前記リード電極の屈曲方向側に接着固定したフレームとを備え；
   前記ゲートドライバの内部または前記パワーＭＯＳＦＥＴの内部またはその双方に、前記パワーＭＯＳＦＥＴの電気的強度を設定するための設定部を集積回路上に含み；
   前記パワーＭＯＳＦＥＴと前記ゲートドライバとをボンディングワイヤで接続し、前記モールド樹脂材料であるエポキシ系樹脂で封止して構成され；
   前記ＩＣが、前記プリント配線板の前記ブラケット側に搭載されて、高熱伝導性で弾性を有したシリコン系樹脂材料を介して前記ブラケットに放熱されるように構成されることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
2. 前記設定部は、前記パワーＭＯＳＦＥＴがオフからオンになるときの前記パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧変化率を設定する抵抗器と、前記パワーＭＯＳＦＥＴがオンからオフになるときの前記パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の前記電圧変化率を設定する抵抗器とで構成されている請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
3. 前記設定部の抵抗器は、前記パワーＭＯＳＦＥＴがオフからオンになるときの前記パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧変化率を設定する抵抗器は、前記パワーＭＯＳＦＥＴがオンからオフになるときの前記パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の前記電圧変化率を設定する抵抗器よりも大きくなるように設定される請求項２記載のブラシレスＤＣモータ。
4. 前記設定部は、さらに、前記パワーＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に接続され、前記パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン電流の電流変化率を設定するコンデンサで構成される請求項２または３記載のブラシレスＤＣモータ。
5. 前記駆動回路は、更に前記永久磁石の磁極位置を検出するための磁気センサを含み、
   前記磁気センサは前記プリント配線板に搭載される請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
6. 前記設定部は、前記パワーＭＯＳＦＥＴのオンオフ遅延時間が所定の値になるように設定する請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
7. 前記設定部は、前記パワーＭＯＳＦＥＴのゲートのスレッシュホールド電圧をさらに含み、そのスレッシュホールド電圧が所定の値になるように設定される請求項６記載のブラシレスＤＣモータ。
8. 前記パワーＭＯＳＦＥＴは、所定のアバランシェ耐量を有する請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
9. 請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した電気機器。
10. 前記電気機器はエアコンであり、
    前記ブラシレスＤＣモータはファンモータである請求項９記載の電気機器。
11. 前記電気機器は、さらに、電源装置と、前記ブラシレスＤＣモータ以外の装置とを含み、
    前記ブラシレスＤＣモータと前記ブラシレスＤＣモータ以外の装置とが、ともに前記電源装置に接続される請求項１０記載の電気機器。
12. 前記電気機器はエアコン室外機であり、
    前記ブラシレスＤＣモータはファンモータであり、
    前記ブラシレスＤＣモータ以外の装置は圧縮機である請求項１１記載の電気機器。

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