JP4879237B2 - 駆動回路内蔵モータ、並びにそれを備えた空気調和機、換気扇及びヒートポンプタイプの給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動回路内蔵モータ、並びにそれを備えた空気調和機、換気扇及びヒートポンプタイプの給湯機に関するものである。

従来の空気調和機においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路の保護するものとして、リレーなどの開閉装置を用いモータと駆動回路を切り離す方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、外風による室外機の起電力発生時に、圧縮機を駆動し起電力を消費し駆動回路の破壊を防止する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに電流検出値が保護レベルを超えたときスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止し、モータ及び駆動回路の保護する方法について開示されている（例えば、特許文献３参照）。

また、駆動回路のうち、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減しコストや駆動回路の重量を低減する方法について開示されている（例えば、特許文献４参照）。

特開昭６３−１０３６２１号公報 特開２００１−２６３７６７号公報 特開２００５−１２４３３０号公報 特開２００５−２０９８６号公報

従来の技術においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路を保護するため、リレーなどの開閉装置を用いモータと駆動回路とを切り離しているので、開閉手段の追加では回路のコストアップを招き、また、停電等の発生時においては開閉手段への電源供給が間欠的な接点の開閉が発生し接点寿命の確保が困難であるという課題があった。また、接点寿命の問題においては、半導体を用いることも考えられるが、耐圧が必要となることから、やはり保護のために追加する回路がコストアップとなるという課題があった。
また、駆動回路を内蔵する駆動回路内蔵モータの場合、開閉装置等の追加によりモータ全体のサイズが大きくなるため、小型化が求められる駆動回路内蔵モータには適さない。

また、圧縮機を駆動させ起電力による回生電圧を抑制する従来技術においては、圧縮機の駆動系が保護動作に入っているタイミングに外風が発生した場合、回生電圧の抑制ができないという課題があった。

また、圧縮機において近年技術開発が活発化している、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減する技術を駆動回路に適用する場合には、特に、回生による直流電圧の上昇速度が増加し圧縮機との協調による、駆動回路耐圧破壊の抑止が難しくなるという課題があった。また、このような圧縮機との保護協調では、圧縮機駆動回路の設計に制約が発生するという課題があった。

また、スイッチング素子を全てオフ状態にすることで保護する場合は、駆動回路のスイッチング素子の耐圧が必要となり、コストアップとなる。逆にスイッチング素子の耐圧を下げようとすれば、モータの起電力を低下させる必要があり、その場合通常運転時のモータ電流が増加し、定常運転時の回路及びモータ損失が増加するという課題があり、近年、地球温暖化対策の観点から、空気調和機に求められる損失の低減が大きな課題となっている。

さらに、モータの起電力を低下させる場合、モータ巻き線のターン数も制限され、巻き線インダクタンス値が小さくなり、インバータで駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔが大きくなる。この急激な電流変化によりモータの騒音や電磁ノイズが増加するという課題があった。

また、起電力の小さいモータの場合、起電力の大きいモータと同一のトルクを発生させるために必要な電流が増加し、駆動回路のうち例えばＩＧＢＴなどのインバータ主素子のＯＮ損失が増加する。このＯＮ損失の増加によりインバータ回路の発熱が増加するという課題があった。特に出力５０Ｗ以上の大型室外送風機でその傾向が顕著である。インバータ主素子の放熱が主な課題となる駆動回路内蔵モータには適さない。

通常このようなインバータ回路の温度上昇対策として、低損失素子を複数用い、低損失素子を個別に実装して、損失の低減と発熱源の分散を図っている。しかしながら、低損失の素子は高価でサイズも大きいため、複数部品の実装は回路基板の部品実装費用が多くかかったりプリント基板のサイズを大きくし、駆動回路を内蔵する駆動回路内蔵モータの場合、モータ全体のサイズを小さくできないという課題があった。

また、外風によってモータが回転することにより発生するモータの誘起電圧が、駆動回路の耐圧を越えた場合、パワー素子や電解コンデンサ等の大型部品の破壊につながる。これにより駆動回路の修理費用が発生したり、部品交換や修理が完了するまで空気調和機などが使えないといった、使用者に不快感を与えることがあるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータの起電力から駆動回路を保護することができ、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができる駆動回路内蔵モータ、並びにそれを備えた空気調和機、換気扇及びヒートポンプタイプの給湯機を得るものである。

本発明に係る駆動回路内蔵モータは、モータと、モータを駆動する駆動回路と、駆動回路の母線電圧を検出する電圧検出手段と、母線電圧が所定の値を超えたとき、駆動回路を制御して、モータの巻き線に短絡電流を流すブレーキ手段とを備え、駆動回路、電圧検出手段、及びブレーキ手段のうち、少なくとも駆動回路がモータに内蔵され、駆動回路は、直流電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータ回路を有し、ブレーキ手段は、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、モータの巻き線に短絡電流を流し、モータは、少なくともファンを有する製品のファンモータとして搭載され、当該モータが搭載された製品の最大外風条件時に、外風によりファンが回転し、該ファンの回転により発生する当該モータの起電力が、駆動回路の耐圧以上となり、当該モータに流れ得る短絡電流の最大値が、当該モータの減磁電流以下となるものである。

この発明は、母線電圧が所定の値を超えたとき、駆動回路を制御して、モータの巻き線に短絡電流を流すことにより、モータの起電力から、駆動回路を保護することができるので、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができる。よって、駆動回路の温度上昇を低減することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。図１において、実施の形態１に係る空気調和機は、冷凍サイクルを構成する圧縮機１０３、四方弁１０４、室外熱交換器１０５、膨張弁１０６、室内熱交換器１０７、室外ファン１０８及び室内ファン１０９を備えている。さらに空気調和機は、商用電源１に接続され、圧縮機１０３のモータ駆動を行う圧縮機インバータ１０２、室外ファン１０８を回転させるモータ７（後述）を駆動するモータ駆動制御装置１１０、室内ファン１０９の速度制御回路１１２、空気調和機全体を制御する空気調和機制御部１１３、赤外リモコンの受光部１１４、装置の異常を使用者に伝える異常表示部１１５、使用者が操作を行うための赤外リモコン１１６により構成されている。

図２は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機の概略構成図である。図２において、室外機１１７の左側部と後背部に室外熱交換器１０５が配置され、右側部に圧縮機１０３が配置される。そして、室外熱交換器１０５の内側に室外ファン１０８が設けられている。室外ファン１０８は、プロペラファン１０８Ｆと、後述するモータ７にインバータ回路５等を内蔵した駆動回路内蔵モータ１５（後述）とにより構成されており、プロペラファン１０８Ｆを回転することにより、図２に示すＡ及びＢ矢印方向から外気を吸い込みＣ矢印方向に吐出することによって室外熱交換器１０５の熱交換を促進するように構成されている。

つまり、モータ駆動制御装置１１０は、通常運転時には、図２に示すＡ及びＢ矢印方向からＣ矢印方向へ風を発生させる回転方向（正方向）にプロペラファン１０８Ｆを回転させて室外熱交換器１０５の冷却を行う。すなわちモータ７が正方向に回転するようにモータトルクを発生させる。
尚、室外機１１７は、屋外に設置される。

図３は本発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図３において、モータ駆動制御装置１１０は、整流回路２と、直流電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータ回路５と、インバータ回路５を制御してモータ７の運転を制御するセンサレス制御手段及び制動制御手段１０と、位置検出手段１１と、母線電圧検出手段１３とにより構成され、商用電源１から供給される電力により駆動される３相の同期電動機（以下、「モータ」という）７の運転を制御するものである。
尚、インバータ回路５は、本発明における駆動回路に相当する。また、母線電圧検出手段１３は、本発明における電圧検出手段に相当する。また、センサレス制御手段及び制動制御手段１０は、本発明におけるブレーキ手段に相当する。

また、インバータ回路５は、マルチチップＩＣ（後述）により構成され、モータ７に内蔵される。センサレス制御手段及び制動制御手段１０、位置検出手段１１、及び母線電圧検出手段１３は、制御ＩＣ２２（後述）としてＩＣチップ化され、モータ７に内蔵される。そして、モータ７、インバータ回路５（ＩＣ）、及び制御ＩＣ２２により駆動回路内蔵モータ１５を構成する。尚、駆動回路内蔵モータ１５の構造については後述する。

尚、本実施の形態では、インバータ回路５、センサレス制御手段及び制動制御手段１０、位置検出手段１１、及び母線電圧検出手段１３がモータ７に内蔵される場合を説明するが、本発明はこれに限らず、少なくともインバータ回路５が内蔵されていれば良い。

商用電源１は、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相交流が一般的に使用されている。また、一部の家庭用や業務用や海外では２００Ｖ以上の単相・三相交流が使われることがある。

整流回路２は、全波整流回路となっており、商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態１では単相２００Ｖの全波整流回路について説明する。商用電源１がＡＣ２００ＶではＤＣ２８０〜２５０Ｖへ変換する。この整流回路２は、４個の半導体スイッチ素子の整流ダイオード３ａ〜３ｄをブリッジ接続して構成される。さらに、電解コンデンサ４により平滑している。尚、電解コンデンサ４は、電解コンデンサに限らず、その他のコンデンサでも良い。

インバータ回路５は、整流回路２で整流された直流電圧出力が入力され、後述するセンサレス制御手段及び制動制御手段１０の動作によりＰＷＭ制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の３相交流に変換する。このインバータ回路５は、例えばトランジスタ等の半導体によるスイッチング素子６ａ〜６ｆを各々ブリッジ接続して構成される。尚、本実施の形態１ではスイッチング素子６としてＭＯＳＦＥＴを使用する。また、各々のスイッチング素子６ａ〜６ｆには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子６ａ〜６ｆがオフしたとき還流電流を流す働きをする。さらに、インバータ回路５には、スイッチング素子６の各アームの合成電流を電圧に変換するシャント抵抗１２が設けられている。母線電圧検出手段１３は、制御電源を有しており、高圧の母線電圧から、低圧の定電圧を得たり、インバータの母線電圧を検出し、センサレス制御手段及び制動制御手段１０へ出力する。

モータ７は、６スロット４極の３相同期電動機（ブラシレスＤＣモータ：ＢＬＤＣＭ）であり、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆを駆動する。このモータ７は、三相の巻線８を有し、各々の巻線８の、一方の端子が共通端子となる３相巻線を有しているステータ８ａ（図示せず）と、マグネット付きのロータ９からなる。また、モータ７の各端子は、それぞれインバータ回路５の出力端子に接続されている。また、モータ７には、ロータ９の回転位置を検出するホール素子１４ａ及び１４ｂが設けられている。
また、このモータ７が搭載される製品（空気調和機）の最大外風条件時、例えば外風が３０ｍ／ｓのときに、線間電圧（後述）が当該モータ駆動制御装置１１０の耐圧以上、例えば３５０Ｖ以上となる起電力を発生するモータ７を用いる。

位置検出手段１１は、ホール素子１４ａ及び１４ｂのホール電圧を増幅・レベルシフトして、ロータ９のロータ位置に相当する電気信号をセンサレス制御手段及び制動制御手段１０に出力するものである。

センサレス制御手段及び制動制御手段１０は、位置検出手段１１から得られるモータ７のロータ９の位置情報から、インバータ回路５のスイッチング素子６のスイッチング時間を決定することでＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、モータ７の各巻線８に電圧を印加し、巻線８の巻線電流を制御することで、ロータ９に同期した回転磁界を発生し、モータ７を駆動制御する。また、センサレス制御手段及び制動制御手段１０は、後述する動作により、インバータ回路５を制御し、モータ７の巻線８に短絡電流を流して、母線電圧の上昇を抑制するとともに、電気制動（短絡ブレーキ）を作用させる。
このような構成において、外風により室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転し、このプロペラファン１０８Ｆの回転により発生するモータ７の起電力について図４により説明する。

図４は本発明の実施の形態１に係る室外ファン回転数とモータ線間電圧との関係を示した図である。図４において、縦軸はモータ７の起電力により発生する線間電圧（母線電圧）を示し、横軸は室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆの回転数を示している。図３に示したように、例えばモータ７の運転停止時など、インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆが全てＯＦＦの場合、インバータ回路５は三相の全波整流回路になる。このような回路において、外風などにより室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転すると、モータ７のロータ９が回転駆動されて起電力が誘起される。そして、インバータ回路５を介して、モータ７の線間電圧が電解コンデンサ４の端子間印加され、モータ７の線間電圧ピーク値と電解コンデンサ４の両端の母線電圧とが同じになる。

図４に示すように、従来のモータでは、例えば、ファンモータの最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの回転数は４０００ｒｐｍとなり線間電圧としては３５０Ｖとなっていた。このように従来のモータは、電解コンデンサ４の耐圧３５０Ｖを超えないようになっていた。そのため実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、線間電圧は１１４Ｖしか発生しなかった。

一方、本実施の形態１に係るモータ７は、最大外風条件時に線間電圧が電解コンデンサ４の耐圧以上となる起電力を発生するモータ７を用いる。このようなモータ７を用いることにより、図４の太線に示すように、例えば、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍ時の母線電圧の最小値２５０Ｖとなる。このため、外風時は１８２０ｒｐｍ時に電解コンデンサ４の耐圧３５０Ｖに到達する。

そこで、本発明の実施の形態１では、センサレス制御手段及び制動制御手段１０は、母線電圧検出手段１３が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、３５０Ｖとなったとき又は３５０Ｖを越えない所定の値のとき、母線電圧が電解コンデンサ４の耐圧以下の値となるように、インバータ回路５のスイッチパターンを切り替え、モータ７の巻線８に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制する。つまり、インバータ回路５のスイッチパターンとして、スイッチング素子６ｂ，６ｄ，６ｆの各スイッチをｏｎ、かつ、スイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｅの各スイッチをｏｆｆ、若しくは、スイッチング素子６ｂ，６ｄ，６ｆの各スイッチをｏｆｆ、かつ、スイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｅの各スイッチをｏｎとする。すなわちスイッチパターンとしてゼロベクトルを出力することで、モータ７の各巻線８を短絡し、モータ７に短絡電流を流す。

このような動作により、モータ７の各線間は短絡状態となり、外風による回転により発生するモータ起電力に起因する線間電圧は、電解コンデンサ４の両端に印加されないので、母線電圧の上昇を抑制し、電解コンデンサ４の耐圧を超えることはない。

ここで、外風によるプロペラファン１０８Ｆの回転方向は、正逆双方向が考えられる。
外風が室外ファン１０８から室外熱交換器１０５の方向（以下「逆方向の外風」）の場合、通常運転時と逆方向にモータ７が回転する。一方、室外熱交換器１０５から外風が室外ファン１０８の方向（以下「正方向の外風」）の場合、通常運転時と同方向にモータ７が回転する。尚、本実施の形態においては、室外機１１７に風圧シャッター等の外風流入を防止する手段を設けていない。このため、逆方向の外風と正方向の外風とが同一の風速で吹いた場合、逆方向の外風の方が室外機１１７への流入量が多く、モータ７の回転数は、正方向の回転数に比べて逆方向の回転数が高くなる。

逆方向の外風によりモータ７が逆方向に回転した場合、上記の短絡電流により、回転方向にブレーキトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。また、正方向の外風によりモータ７が正方向に回転した場合、逆転方向のトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。
このように、短絡ブレーキの場合、単一のスイッチ動作で、外風による回転トルクの逆方向にブレーキトルクを発生させることができるため、外風による発生トルクの正逆方向を判断する手段等を有しなくても、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。

次に、モータ７の減磁について説明する。
外風による発生トルクに起因する短絡電流は、外風量が増加するほど増加する。また、連続で外風が吹き続けた場合、インバータ回路５により発生されるトルクに起因して発熱し、モータ内部の温度が上昇する。

この場合、最大外風条件以上の外風時のモータ７の短絡電流とモータ内部温度上昇とによるモータ７の減磁が懸念されるので、以下のような関係を満たすモータ７を用いる。

モータ７の短絡電流は以下の式に従う。
Ｉ＝Ａ・Ｋ・Ｎ／｛Ｒ２＋（２πｆＬ）２｝１／２ …（式１）
ｆ＝Ｐ・Ｎ／６０ …（式２）
Ｉｍａｘ＝６０・Ａ・Ｋ／（Ｐ・Ｌ） …（式３）
Ｉ：短絡電流
Ｋ：誘起電圧定数
Ｌ：巻き線インダクタンス
Ｒ：巻き線抵抗
ｆ：モータの誘起電圧の電気周波数
Ａ：比例定数
Ｎ：モータの回転数
Ｐ：モータの極対数
Ｉｍａｘ：短絡電流最大値
式１、式２において、回転数Ｎを無限大にした場合、短絡時の最大電流Ｉｍａｘの値は、式３に示すように、起電圧定数Ｋと、モータの極対数Ｐと、巻き線インダクタンスＬとにより規定される。このため、短絡電流の最大値Ｉｍａｘが減磁電流以下となるような関係を満たすモータ７を用いる。これによりモータ７の減磁の懸念はない。尚、本実施の形態１では極対数を２としたが、巻き線の関係でインダクタンス値や、誘起電圧定数に変更の自由がない場合、極対数を２以上の大きな値とすることで対策可能である。

このように短絡電流は回転数が上昇しても短絡電流最大値を超えないため、際限なくモータが減磁することは無く、モータとしての機能は失われることはない。

次に、駆動回路内蔵モータ１５の構造について説明する。

図５は本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵モータの概略構造図である。図５に示すように、駆動回路内蔵モータ１５は、モータ７を構成するステータ８ａ及びロータ９、並びにインバータ回路５（ＩＣ）、ホール素子１４ａ及び１４ｂ（以下「ホール素子１４」という。）、プリント基板２１、制御ＩＣ２２、モールド樹脂２４、モータ端子２５、モータシャフト２６、ベアリングハウジング２９、及び金属ブラケット４７を備えている。

インバータ回路５（ＩＣ）は、図３に示したスイッチング素子６ａ〜６ｆを構成する６個のＭＯＳＦＥＴチップと、それを駆動するＨＶＩＣチップ（図示せず）とを金属リードフレーム上に実装し、ボンディングワイヤにより配線したマルチチップＩＣである。尚、インバータ回路５（ＩＣ）は、これに限らず、例えばシングルチップインバータＩＣ等を用いても良い。

制御ＩＣ２２は、図３に示した、センサレス制御手段及び制動制御手段１０と、位置検出手段１１と、母線電圧検出手段１３とをシリコン基板上の半導体回路チップに形成し、リードフレームとボンディングワイヤとを接続してモールド樹脂によりモールドしたものである。

ホール素子１４は、上述したように、ロータ９の回転位置を検出するものであり、ロータ９の磁束強度に応じホール電圧を発生する。

プリント基板２１は、インバータ回路５（ＩＣ）、制御ＩＣ２２、シャント抵抗１２、及びホール素子１４の各電子部品及び制御手段を実装するものである。

ステータ８ａは、磁性体コアにマグネットワイヤ（巻線８）を巻いたものである。モールド樹脂２４は、ステータ８ａやインバータ回路５等のＩＣを放熱するための樹脂である。モータ端子２５は、巻線８の終端とプリント基板２１間との電気的接合を取るものである。

モータシャフト２６は、ロータ９と一体化され、ベアリングを介して金属ブラケット４７とモールド樹脂２４とに固定される。モータシャフト２６には、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが接続され、ロータ９の回転力をプロペラファン１０８Ｆに伝える。ベアリングハウジング２９には、モータシャフト２６の端部に設けられたベアリングが収まる。金属ブラケット４７は、モールド樹脂２４と勘合し、駆動回路内蔵モータ１５の構造体の一部を構成する。

以上のように本実施の形態１においては、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路５のスイッチパターンを切り替え、モータ７の巻線８に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制するので、モータ７の起電力に起因するモータ駆動制御装置１１０の耐圧破壊を、特にリレー等の高価でサイズが大きな開閉手段を追加することなしに防止することができる。また、半導体素子であるスイッチング素子６のスイッチングにより、短絡ブレーキをかけるため、接点寿命の心配もない。

また、モータ駆動制御装置１１０の回路破壊を回避できるので、回路の修理費用の発生や、修理や部品交換のための空気調和機の機能停止を回避できる。これにより、使用者に不快感を与えることがない。

また、モータ駆動制御装置１１０の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ１０２が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置１１０の保護が可能である。

また、本実施の形態１では、図４に示されるように、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、モータ７の線間電圧を２５０Ｖとすることができる。このため従来のモータと比べ、同一出力時のモータの電流は１１７／２５０と、１／２以下とすることができる。インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆのオン損失はＦＥＴ側では電流の２乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗１２における損失も電流の２乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路５を用いた場合、本実施の形態１では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。

また、インバータ損失の低減によりスイッチング素子６の放熱条件も緩和され、従来技術で放熱フィンや過熱保護回路が必要であった場合、放熱フィンの削減や過熱保護回路削減による低コスト化の効果がある。

また、本実施の形態１では同一のロータやステータを用い、巻線８のターン数を増加させ、モータ７の起電力を増加することが可能となる。巻線８のインダクタンスは巻線８のターン数の２乗に比例するので、線間電圧比から計算すると４倍となる。そのためインバータ回路５で駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔを１／４低減できる。よって電流変化により発生するモータ７の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またｄｉ／ｄｔの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにｄｉ／ｄｔの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ７の高周波鉄損も低減するといった効果もある。

また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの端子電圧は７６９Ｖにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態１ではこれを回避できる。

また、空気調和機において、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆはプラスチック製であるため、外風で回転数が増加し限界回転数を超えた場合遠心力で破壊する。この限界点も最大外風条件近傍にあるため、従来技術にあるようにモータの開列や、インバータの停止により駆動回路を保護できたとしても、羽根の破壊耐力を確保することが課題となる。本実施の形態１では、耐圧以上の母線電圧が生じたとき、つまりモータ７の回転数が所定値を超えたとき、短絡ブレーキをかけ続けるため、同一の外風風速に対しプロペラファン１０８Ｆの到達回転数が、正逆双方向のブレーキトルクを発生しないモータ開列やインバータ停止に比べ低減できるため、同一のプロペラファン１０８Ｆを用いた場合、破壊に至る外風耐量が増加するといった効果もある。

また、本実施の形態１においては、駆動回路内蔵モータ１５はインバータ回路５、センサレス制御手段及び制動制御手段１０、位置検出手段１１、及び母線電圧検出手段１３を、モータ７に内蔵している。
このような構成としたことで、モータ７から発生する回生電圧の影響を駆動回路内蔵モータ１５内にとどめる（完結する）ことができる。よって、圧縮機の駆動系に回生電圧の影響が及ばない。したがって、圧縮機との保護協調により圧縮機駆動回路の設計に制約が発生することがなく、自由なシステム設計ができる。

また、万が一、インバータ回路５などの回生電圧抑制に関連する部品が破壊しても、壊れるのが駆動回路内蔵モータ１５のみとなり、比較的高価な圧縮機駆動回路の交換は不要で、比較的安価な駆動回路内蔵モータ１５の交換ですみ、ユーザーの保守費用を低減できる。

また、本実施の形態１では、先に述べたようにモータ電流の低減によりインバータ主素子（スイッチング素子６）の損失を低減できる。このため、インバータ回路５の温度上昇対策として、比較的高価でサイズが大きい低損失素子を複数用い、低損失素子を個別に実装して、損失の低減と発熱源の分散を図る必要がない。よって、比較的安価なインバータ主素子を用いることができ、部品実装費用を削減することができる。また、低損失素子を複数用いる必要がないので、プリント基板のサイズを小さくすることができ、駆動回路内蔵モータ１５全体のサイズを小さくすることができる。

また、インバータ主素子の損失を低減できるため、シングルチップインバータＩＣや、マルチチップをモジュール化したＩＣ等の発熱源間の距離が近いインバータ回路５（ＩＣ）を使用可能となる。よって、プリント基板２１の面積を低減し、駆動回路内蔵モータ１５全体のサイズを低減できる。さらにこれにより、駆動回路内蔵モータ１５が搭載される空気調和機のサイズダウンにも貢献可能である。

尚、本実施の形態１では、短絡ブレーキをインバータ回路５の各スイッチング素子６をＯＮ／ＯＦＦのみで動作させたが、間欠的にスイッチしたり、ＰＷＭを用いスイッチングしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る換気扇の断面を模式的に示した概略構成図である。図６において、換気扇２００は、金属筐体２０１、シロッコファン２０２、換気扇グリル２０３と、金属製の電気品ＢＯＸ２０４とにより構成される。この換気扇２００は、天井壁２２０に取り付けられる。そして、この換気扇２００のシロッコファン２０２は、上述した実施の形態１の駆動回路内蔵モータ１５のモータシャフト２６が接続され、上述した実施の形態１で説明したモータ駆動制御装置１１０により回転駆動される。このような構成により、換気扇２００のシロッコファン２０２が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもない。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係るヒートポンプタイプの給湯機の概略構成図である。図７において、ヒートポンプタイプの給湯機は、圧縮機３０１、加熱熱交換器３０２、絞り部３０３及び吸熱熱交換器３０４とこれらを順次接続する循環配管３０７並びに吸熱熱交換器３０４用の送風ファン３０５、吸熱熱交換器３０４の出口側に設置された吸熱熱交換部温度センサ３１１から構成されている。さらに貯湯タンク３０６は循環配管３０８により加熱熱交換器３０２と接続され、加熱熱交換器３０２内部を通る循環配管３０８で熱交換され、加熱された湯が貯湯タンク３０６の上部より貯湯される。貯湯タンク３０６には給水管３０９から給水される。そして、このヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン３０５は、上述した実施の形態１の駆動回路内蔵モータ１５に接続され、上述した実施の形態１で説明したモータ駆動制御装置１１０により回転駆動される。このような構成により、ヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン３０５が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ファン回転数とモータ線間電圧との関係を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵モータの概略構造図である。 本発明の実施の形態２に係る換気扇の断面を模式的に示した概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプタイプの給湯器の概略構成図である。

符号の説明

１ 商用電源、２ 整流回路、３ 整流ダイオード、４ 電解コンデンサ、５ インバータ回路、６ スイッチング素子、７ モータ、８ 巻線、８ａ ステータ、９ ロータ、１０ センサレス制御手段及び制動制御手段、１１ 位置検出手段、１２ シャント抵抗、１３ 母線電圧検出手段、１４ ホール素子、１５ 駆動回路内蔵モータ、２１ プリント基板、２４ モールド樹脂、２５ モータ端子、２６ モータシャフト、２９ ベアリングハウジング、４７ 金属ブラケット、１０２ 圧縮機インバータ、１０３ 圧縮機、１０４ 四方弁、１０５ 室外熱交換器、１０６ 膨張弁、１０７ 室内熱交換器、１０８ 室外ファン、１０８Ｆ プロペラファン、１０９ 室内ファン、１１０ モータ駆動制御装置、１１２ 速度制御回路、１１３ 空気調和機制御部、１１４ 受光部、１１５ 異常表示部、１１６ 赤外リモコン、１１７ 室外機、１３０ ブレーキ抵抗器、１３１ 配線、２００ 換気扇、２０１ 金属筐体、２０２ シロッコファン、２０３ 換気扇グリル、２０４ 電気品ＢＯＸ、２２０ 天井壁、３０１ 圧縮機、３０２ 加熱熱交換器、３０３ 絞り部、３０４ 吸熱熱交換器、３０５ 送風ファン、３０６ 貯湯タンク、３０７ 循環配管、３０８ 循環配管、３０９ 給水管、３１１ 吸熱熱交換部温度センサ。

Claims (6)

1. モータと、
   前記モータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路の母線電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記母線電圧が所定の値を超えたとき、前記駆動回路を制御して、前記モータの巻き線に短絡電流を流すブレーキ手段と
   を備え、
   前記駆動回路、前記電圧検出手段、及び前記ブレーキ手段のうち、少なくとも前記駆動回路が前記モータに内蔵され、
   前記駆動回路は、直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路を有し、
   前記ブレーキ手段は、
   前記母線電圧が所定の値を超えたとき、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記モータの巻き線に短絡電流を流し、
   前記モータは、
   少なくともファンを有する製品のファンモータとして搭載され、
   当該モータが搭載された製品の最大外風条件時に、外風により前記ファンが回転し、該ファンの回転により発生する当該モータの起電力が、前記駆動回路の耐圧以上となり、
   当該モータに流れ得る前記短絡電流の最大値が、当該モータの減磁電流以下となることを特徴とする駆動回路内蔵モータ。
2. 巻き線を有するステータと、マグネットを有するロータとを備えたモータと、
   前記モータに内蔵され、該モータを駆動する駆動回路と
   を備え、
   前記駆動回路は、
   当該駆動回路の母線電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記母線電圧が所定の値を超えたとき、前記モータの巻き線に短絡電流を流すブレーキ手段と、
   直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路とを有し、
   前記ブレーキ手段は、
   前記母線電圧が所定の値を超えたとき、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記モータの巻き線に短絡電流を流し、
   前記モータは、
   少なくともファンを有する製品のファンモータとして搭載され、
   当該モータが搭載された製品の最大外風条件時に、外風により前記ファンが回転し、該ファンの回転により発生する当該モータの起電力が、前記駆動回路の耐圧以上となり、
   当該モータに流れ得る前記短絡電流の最大値が、当該モータの減磁電流以下となることを特徴とする駆動回路内蔵モータ。
3. 前記インバータ回路は、ブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、
   前記ブレーキ手段は、
   前記インバータ回路の下側又は上側のスイッチング素子のうち、片側のスイッチング素子を全てオンにし、他方側のスイッチング素子を全てオフにして、前記モータの巻き線に短絡電流を流すことを特徴とする請求項１または２記載の駆動回路内蔵モータ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の駆動回路内蔵モータを備えたことを特徴とする空気調和機。
5. 請求項１〜３の何れかに記載の駆動回路内蔵モータを備えたことを特徴とする換気扇。
6. 請求項１〜３の何れかに記載の駆動回路内蔵モータを備えたことを特徴とするヒートポンプタイプの給湯機。

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