JP5022607B2

JP5022607B2 - motor

Info

Publication number: JP5022607B2
Application number: JP2006046020A
Authority: JP
Inventors: 浩通下防
Original assignee: Nidec Techno Motor Corp
Current assignee: Nidec Techno Motor Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: JP2007228705A

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、スイッチング素子の温度保護を図ったモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device, and more particularly, to a motor drive device in which temperature of a switching element is protected.

ブラシレスＤＣモータの駆動装置としては、複数のスイッチング素子から構成されるインバータ回路を有し、各スイッチング素子へＰＷＭ信号を出力してＰＷＭ制御を行うものがある。このようなブラシレスＤＣモータの駆動装置においてはインバータ回路のスイッチング素子を過昇温による熱破壊から保護するために温度保護回路が設けられている。 As the driving device for a brushless DC motor, having a configured inverter circuits of a plurality of switching elements, there is performing PWM control to output a PWM signal to the switching elements. Temperature protection circuit is provided to protect the switching elements of the inverter circuits from thermal damage due to excessive temperature rise in the driving apparatus of such a brushless DC motor.

従来、こうした温度保護回路として、インバータ回路のスイッチング素子の温度を検出するＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣ：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）などの温度検出手段が、インバータ回路のスイッチング素子に直接、あるいは、スイッチング素子の近傍の配線基板裏面に取り付けられたものが知られている（特許文献１参照）。 Conventionally, as such temperature protection circuit, PTC thermistor for detecting the temperature of the switching elements of the inverter circuits (PTC: Positive
Temperature Coefficient) temperature detecting means such as, directly in the switching elements of the inverter circuits, or those attached to the wiring substrate back surface in the vicinity of the switching elements is known (see Patent Document 1).

この温度保護回路は、温度検出手段の検出温度が所定温度以上上昇すると、モータドライバＩＣなどの制御部へ温度検出信号が出力され、モータへの入力電流を制限してモータの回転を停止させるか、または、回転速度を低下させるようになっている。
特開２００５−８０３４９号公報 This temperature protection circuit outputs a temperature detection signal to a control unit such as a motor driver IC when the temperature detected by the temperature detection means rises above a predetermined temperature, and limits the input current to the motor to stop the rotation of the motor. Or, the rotational speed is reduced.
JP 2005-80349 A

しかしながら、上記の温度保護回路では、温度検出手段から制御部へ温度検出信号を入力するための信号線が、モータへ駆動電流を入力するパワーラインの近傍に配線されることとなるため、パワーラインからのノイズの影響を受け、温度保護回路の誤動作を招くおそれがあった。 However, in the above temperature protection circuit, the signal line for inputting the temperature detection signal from the temperature detection means to the control unit is wired near the power line for inputting the drive current to the motor. There was a risk of malfunction of the temperature protection circuit due to the influence of noise from the.

そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、パワーラインからのノイズの影響が軽減することで温度保護回路の誤動作を抑えることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a motor drive device that can suppress malfunction of a temperature protection circuit by reducing the influence of noise from a power line.

請求項１に係る発明は、複数のスイッチング素子から構成されるインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記インバータ回路の前記各スイッチング素子を温度上昇から保護する温度保護手段と、ヒートシンクと、を有するモータにおいて、前記ヒートシンクは、底板と、該底板の一端から垂直に立設された立設板と、底板及び立設板に垂直に立設された放熱フィンからなり、前記温度保護手段は、前記ヒートシンクの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度以上であると温度検出信号を前記制御手段に出力する出力手段とを有し、前記ヒートシンクの立設板には、前記インバータ回路の前記各スイッチング素子が取り付けられ、前記ヒートシンクの底板の端部には、前記温度検出手段を取り付けるため延設部が設けられ、前記制御手段は、前記温度検出信号が入力すると、前記モータの回転を停止させるか、または、回転速度を低下させることを特徴とするモータである。 The invention according to claim 1 is an inverter circuit composed of a plurality of switching elements, a control means for controlling the inverter circuit, a temperature protection means for protecting the switching elements of the inverter circuit from a temperature rise, and a heat sink. And the heat sink comprises a bottom plate, a standing plate standing upright from one end of the bottom plate, and a radiation fin standing upright on the bottom plate and the standing plate. The means includes temperature detection means for detecting the temperature of the heat sink, and output means for outputting a temperature detection signal to the control means when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature. Each of the switching elements of the inverter circuit is attached to the upright plate, and the end of the bottom plate of the heat sink has the temperature. Is extended portion provided for mounting the detecting means, the control means, when the temperature detection signal is input, or to stop the rotation of the motor, or a motor, characterized in that to reduce the rotational speed.

請求項２に係る発明は、前記モータがブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載のモータである。 The invention according to claim 2 is the motor according to claim 1, wherein the motor is a brushless DC motor.

請求項３に係る発明は、前記温度検出手段が、サーミスタであることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載のモータである。 The invention according to claim 3, wherein said temperature detecting means is a motor according to any one of claims 1 and 2 characterized in that it is a thermistor.

本発明のモータ駆動装置では、温度検出手段が、ヒートシンクを介してスイッチング素子に接続されているため、温度検出手段から制御部へ温度検出信号を入力する信号線と、モータへ駆動電流を入力するパワーラインとを離隔することができる。そのため、パワーラインからのノイズの影響を軽減して温度保護回路の誤動作を抑えることができる。 In the motor drive device of the present invention, since the temperature detection means is connected to the switching element via the heat sink, the signal line for inputting the temperature detection signal from the temperature detection means to the control unit and the drive current to the motor are input. The power line can be separated. Therefore, it is possible to reduce the influence of noise from the power line and suppress malfunction of the temperature protection circuit.

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置１０の回路図であり、図２はモータ駆動装置１０のブロック図、図３はヒートシンク５０の断面図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive device 10 according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram of the motor drive device 10, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a heat sink 50.

本実施形態のモータ駆動装置１０によって駆動されるモータ２０は、３層のブラシレスＤＣモータであって、Ｙ結線されたコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗを有する固定子と、一対の磁極を有する回転子と、回転子の回転速度を検出するためのホール素子２４とを備えている。 The motor 20 driven by the motor drive device 10 of the present embodiment is a three-layer brushless DC motor, and includes a stator having Y-connected coils 22u, 22v, and 22w, and a rotor having a pair of magnetic poles. And a Hall element 24 for detecting the rotational speed of the rotor.

このモータ駆動装置１０は、コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに３相の駆動電流をそれぞれ供給するインバータ回路３０と、モータ２０の温度を検出して過度の温度上昇からモータ２０を保護する温度保護回路４０と、ＰＷＭ回路７２、論理回路７４、速度検出部７６及び主制御部７８よりなりモータ２０を駆動制御する制御部７０と、から構成されている。 The motor drive device 10 includes an inverter circuit 30 that supplies three-phase drive currents to the coils 22u, 22v, and 22w, and a temperature protection circuit 40 that detects the temperature of the motor 20 and protects the motor 20 from excessive temperature rise. And a control unit 70 including a PWM circuit 72, a logic circuit 74, a speed detection unit 76, and a main control unit 78 for driving and controlling the motor 20.

インバータ回路３０は、６個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６より構成され、上段にはＦＥＴ１、３、５が配され、下段にはＦＥＴ２、４、６が配されている。具体的には、ＦＥＴ１のソース端子にＦＥＴ２のドレイン端子が接続され、ＦＥＴ３のソース端子にＦＥＴ４のドレイン端子が接続され、ＦＥＴ５のソース端子にＦＥＴ６のドレイン端子が接続されている。また、ＦＥＴ１，３，５のドレイン端子はモータ電源＋Ｖｍに接続され、ＦＥＴ２，４，６のソース端子は温度保護回路４０の入力端子４４に接続されており、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート端子は、ＰＷＭ回路７２と接続されている。 The inverter circuit 30 is composed of six FET1 to FET6. FETs 1, 3, and 5 are arranged on the upper stage, and FETs 2, 4, and 6 are arranged on the lower stage. Specifically, the drain terminal of FET 2 is connected to the source terminal of FET 1, the drain terminal of FET 4 is connected to the source terminal of FET 3, and the drain terminal of FET 6 is connected to the source terminal of FET 5. The drain terminals of the FETs 1, 3 and 5 are connected to the motor power supply + Vm, the source terminals of the FETs 2, 4 and 6 are connected to the input terminal 44 of the temperature protection circuit 40, and the gate terminals of the FETs 1 to 6 are PWM The circuit 72 is connected.

インバータ回路３０を構成する６個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６は、図３に示すように、断面略Ｌ字形状のヒートシンク５０に熱交換可能な状態で固定されている。詳細には、ヒートシンク５０は、金属製の底板５２とこの底板５２の一端から垂直に立設された立設板５４と、底板５２及び立設板５４に垂直に立設された放熱フィン５６から構成され、立設板５４にＦＥＴ１〜ＦＥＴ６が固定されている。また、ヒートシンク５０の底板５２の端部は、後述するサーミスタ４２を取り付けるための延設部５３が設けられている。 As shown in FIG. 3, the six FET1 to FET6 constituting the inverter circuit 30 are fixed to a heat sink 50 having a substantially L-shaped cross section in a heat exchangeable state. Specifically, the heat sink 50 includes a metal bottom plate 52, a standing plate 54 erected perpendicularly from one end of the bottom plate 52, and a radiating fin 56 erected vertically on the bottom plate 52 and the erected plate 54. It is comprised, and FET1-FET6 is being fixed to the standing board 54. FIG. In addition, an end portion of the bottom plate 52 of the heat sink 50 is provided with an extending portion 53 for attaching a thermistor 42 described later.

ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６が取り付けられたヒートシンク５０は、制御部７０、温度保護回路４０や抵抗素子などの電子部品とモータ電源ラインとが配線された駆動回路基板６０に固定され、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のソース端子、ドレイン端子及びゲート端子の各接続端子５８は駆動回路基板６０に電気的に接続されている。 The heat sink 50 to which the FET1 to FET6 are attached is fixed to a drive circuit board 60 on which electronic parts such as the control unit 70, the temperature protection circuit 40 and the resistance element and the motor power supply line are wired, and the source terminals of the FET1 to FET6, Each connection terminal 58 of the drain terminal and the gate terminal is electrically connected to the drive circuit board 60.

温度保護回路４０は、温度検出手段である正温度係数のサーミスタ（以下、サーミスタという）４２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、コンデンサＣから構成され、インバータ回路３０のＦＥＴ２、４、６のソース端子が接続され入力端子４４にサーミスタ４２の一端と抵抗Ｒ２の一端が併設に接続されている。抵抗Ｒ２の他端にはアース端子が接続されており、サーミスタ４２の他端には抵抗Ｒ１の一端とコンデンサＣの一端と出力端子４６が接続されている。コンデンサＣの他端はアース端子に接続されている。抵抗Ｒ１の他端には、直流電源＋Ｖｄが接続されている。 The temperature protection circuit 40 includes a thermistor (hereinafter referred to as a thermistor) 42 which is a temperature detection means, resistors R1 and R2, and a capacitor C. The source terminals of the FETs 2, 4, and 6 of the inverter circuit 30 are connected to the temperature protection circuit 40. One end of the thermistor 42 and one end of the resistor R2 are connected to the connected input terminal 44. The other end of the resistor R2 is connected to the ground terminal, and the other end of the thermistor 42 is connected to one end of the resistor R1, one end of the capacitor C, and the output terminal 46. The other end of the capacitor C is connected to a ground terminal. A DC power supply + Vd is connected to the other end of the resistor R1.

サーミスタ４２は、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６が固定されたヒートシンク５０の底板５２に取り付けられ、駆動回路基板６０に配線された温度保護回路４０に信号線４８を介して電気的に接続されている。 The thermistor 42 is attached to the bottom plate 52 of the heat sink 50 to which the FET1 to FET6 are fixed, and is electrically connected to the temperature protection circuit 40 wired to the drive circuit board 60 via the signal line 48.

このようなモータ駆動装置１０は、図２に示すように、外部から速度指令信号Ｓの入力を受けた主制御部７８が、論理回路７４を介してＰＷＭ回路７２よりその速度指令信号Ｓに応じた回転速度のＰＷＭ信号をインバータ回路３０の各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート端子に出力することで、ＦＥＴ１とＦＥＴ２、ＦＥＴ３とＦＥＴ４、ＦＥＴ５とＦＥＴ６の各接続点に接続されたコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗへ３相の駆動電流をそれぞれ出力し、モータ２０を回転させるようになっている。 In such a motor drive device 10, as shown in FIG. 2, the main control unit 78 that receives the input of the speed command signal S from the outside responds to the speed command signal S from the PWM circuit 72 via the logic circuit 74. By outputting the PWM signal of the rotational speed to the gate terminals of the FET1 to FET6 of the inverter circuit 30, the coils 22u, 22v, and 22w connected to the connection points of the FET1, FET2, FET3, FET4, and FET5, FET6 are connected. Three-phase drive currents are output, and the motor 20 is rotated.

３個のホール素子２４，２４，２４は、その回転するモータ２０の回転子の位置を検出して速度検出回路７６へ位置検出信号Ｋを出力する。 The three Hall elements 24, 24, 24 detect the position of the rotor of the rotating motor 20 and output a position detection signal K to the speed detection circuit 76.

速度検出回路７６では、ホール素子２４からの位置検出信号Ｋに基づいてモータ２０の回転速度と回転子の位置を演算しその結果を主制御部７８へ出力する。 The speed detection circuit 76 calculates the rotational speed of the motor 20 and the position of the rotor based on the position detection signal K from the hall element 24, and outputs the result to the main controller 78.

主制御部７８では、速度検出回路７６からの現在の回転速度を、外部から入力された速度指令信号Ｓと比較し、この回転速度が速度指令信号Ｓに応じた回転速度になるように論理回路７４をフィードバック制御することにより、外部から入力された速度指令信号Ｓに対応してモータ２０が回転するようになっている。また、主制御部７８は、温度保護回路４０の出力端子４６からモータ停止信号が入力されると、モータ２０の回転を停止させるようになっている。 The main control unit 78 compares the current rotation speed from the speed detection circuit 76 with a speed command signal S input from the outside, and a logic circuit so that the rotation speed becomes a rotation speed corresponding to the speed command signal S. By performing feedback control 74, the motor 20 is rotated in response to a speed command signal S input from the outside. The main control unit 78 is configured to stop the rotation of the motor 20 when a motor stop signal is input from the output terminal 46 of the temperature protection circuit 40.

次に、モータ駆動装置１０における温度保護回路４０の動作について説明する。 Next, the operation of the temperature protection circuit 40 in the motor drive device 10 will be described.

この温度保護回路１０４は、インバータ回路３０の各ＦＥＴ１〜６の温度が上昇すると、各ＦＥＴ１〜６に取り付けられた立設板５４と熱交換することでヒートシンク５０の温度が上昇する。そして、ヒートシンク５０の温度上昇を底板５２に取り付けられたサーミスタ４２が検知することでサーミスタ４２の抵抗値が上がり、抵抗Ｒ１、Ｒ２、サーミスタ４２の分圧比により出力端子４６の電圧が上昇する。この電圧上昇が温度検出信号Ｔとして制御部７０の主制御部７８に出力される。主制御部７８では温度検出信号Ｔが入力されることでモータ２０の回転を停止させるか、または、その回転速度を落とすようにインバータ回路３０にＰＷＭ信号を出力することで、インバータ回路３０が温度上昇しないように保護する。 The temperature protection circuit 104, the temperature of each FET1~6 inverter circuits 30 is increased, the temperature of the heat sink 50 is increased by the upright plate 54 attached to each FET1~6 heat exchange. Then, when the thermistor 42 attached to the bottom plate 52 detects the temperature rise of the heat sink 50, the resistance value of the thermistor 42 increases, and the voltage at the output terminal 46 increases due to the voltage dividing ratio of the resistors R1, R2 and the thermistor 42. This voltage increase is output to the main control unit 78 of the control unit 70 as the temperature detection signal T. Or to stop the rotation of the motor 20 by a temperature detection signal T the main control unit 78 is inputted, or by outputting a PWM signal to the inverter circuits 30 to drop the speed, the inverter circuit 30 is Protect from temperature rise.

以上のように、本実施形態に係るモータ駆動装置１０では、サーミスタ４２がＦＥＴ１〜ＦＥＴ６と熱交換可能な状態で固定されたヒートシンク５０に取り付けられているため、ＦＥＴ１〜ＦＥＴから発生する熱を効率的に放熱することができることに加え、信号線４８は、モータ２０に供給する駆動電流が流れるパワーラインと隣接することがなくなり、ノイズの影響を受けにくくなる。そのため、温度保護回路４０の誤動作を抑えることができる。 As described above, in the motor drive device 10 according to the present embodiment, since the thermistor 42 is attached to the heat sink 50 fixed in a state where heat can be exchanged with the FET 1 to FET 6, the heat generated from the FET 1 to FET is efficient. In addition to being able to dissipate heat, the signal line 48 is not adjacent to the power line through which the drive current supplied to the motor 20 flows, and is less susceptible to noise. Therefore, malfunction of the temperature protection circuit 40 can be suppressed.

また、ヒートシンクの形状を適宜設定することで、サーミスタ４２やＦＥＴ１〜ＦＥＴ６等の駆動回路基板６０上の実装位置を自由に変更することができる。 Further, by appropriately setting the shape of the heat sink, the mounting positions on the drive circuit board 60 such as the thermistor 42 and the FET1 to FET6 can be freely changed.

本発明のモータ駆動装置は、例えば、空調機、洗濯機などの駆動源として用いることができる。 The motor drive device of the present invention can be used as a drive source for an air conditioner, a washing machine or the like, for example.

本発明の一実施形態に係るインバータ回路と温度保護回路の回路図である。It is a circuit diagram of the inverter circuit and temperature protection circuit which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。It is a block diagram of the motor drive device concerning one embodiment of the present invention. 配線基板にヒートシンクを取り付けた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which attached the heat sink to the wiring board.

１０…モータ駆動装置
２０…モータ
３０…インバータ回路
４０…温度保護回路
４２…サーミスタ
５０…ヒートシンク
５３…延設部
７０…制御部
７２…ＰＷＭ回路
７４…論理回路
７６…速度検出部
７８…主制御部
Ｔ…温度検出信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor drive device 20 ... Motor 30 ... Inverter circuit 40 ... Temperature protection circuit 42 ... Thermistor 50 ... Heat sink 53 ... Extension part 70 ... Control part 72 ... PWM circuit 74 ... Logic circuit 76 ... Speed detection part 78 ... Main control part T ... Temperature detection signal

Claims

In a motor having an inverter circuit composed of a plurality of switching elements, a control means for controlling the inverter circuit, a temperature protection means for protecting the switching elements of the inverter circuit from a temperature rise, and a heat sink,
The heat sink is composed of a bottom plate, a standing plate standing upright from one end of the bottom plate, and a radiation fin standing upright on the bottom plate and the standing plate,
The temperature protection means includes temperature detection means for detecting the temperature of the heat sink, and output means for outputting a temperature detection signal to the control means when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature. ,
Each switching element of the inverter circuit is attached to the standing plate of the heat sink,
At the end of the bottom plate of the heat sink, an extending portion is provided for attaching the temperature detecting means,
When the temperature detection signal is input, the control means stops the rotation of the motor or reduces the rotation speed.

The motor according to claim 1, wherein the motor is a brushless DC motor.

The motor according to claim 1, wherein the temperature detection means is a thermistor.