JP7433527B2 - 電動機、空気調和機、および制御基板 - Google Patents

Description

本開示は、インバータを備えた電動機、空気調和機、および制御基板に関する。

従来のブラシレスＤＣ（Direct Current、直流）モータの制御は、１２０°通電制御などの簡単な回路構成（組み合わせ回路のみ）で実現できる制御であったので、電源回路からのノイズはほとんど発生しなかった。近年のブラシレスＤＣモータの制御では、１５０°通電制御、正弦波通電制御、位相制御、センサレス制御などの複雑な制御が行われるので、制御部の回路構成が複雑になるとともにクロックの周波数が高くなる。このため、多くのノイズが発生するようになった。

特許文献１に記載の電動機では、マイクロコンピュータの電源受給部と、高い電圧を出力する基準電圧用電源回路との間の電源ラインにインダクタが接続されており、インダクタによってノイズを除去している。

特開２００５－２１９６２５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、高い電圧を出力する基準電圧用電源回路に対してのみノイズ低減対策が行われており、ノイズの低減が不十分であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズを十分に低減することができる電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の電動機は、固定子と、回転子と、固定子に電流を供給する制御基板と、を備えている。制御基板は、高圧電源に接続された高圧回路と、低圧電源に接続された低圧回路と、を有している。高圧回路には、入力される直流電圧を交流電圧に変換して固定子に供給するインバータが含まれ、低圧回路には、インバータを制御する制御部が含まれ、低圧電源と低圧回路とを接続するラインである低圧電源ラインには、第１のインダクタが配置されている。

本開示にかかる電動機は、ノイズを十分に低減することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機が備える内蔵基板の回路構成を示す図 実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第１の配置例を示す図 実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第２の配置例を示す図 実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第３の配置例を示す図 実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第４の配置例を示す図 比較例の内蔵基板の回路構成を示す図 実施の形態１にかかる内蔵基板の上面構成の第１例を示す図 温度とインダクタンス値との関係を説明するための図 実施の形態１にかかる内蔵基板の上面構成の第２例を示す図 実施の形態１に係る電動機の内部を模式的に示す図 実施の形態１に係る電動機が備えるインダクタのインダクタンス周波数特性を示す図 実施の形態２に係る空気調和機の構成例を示す図 実施の形態２に係る空気調和機の電動機が備える低圧電源生成回路を説明するための図 実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図

以下に、本開示の実施の形態にかかる電動機、空気調和機、および制御基板を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電動機の構成例を示す図である。電動機１は、ブラシレスＤＣモータである。図１では、電動機１の構成の説明のために、一部を断面構造で示している。なお、図１は、ラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータを示しているが、実施の形態１の電動機１はラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータに限らない。

電動機１は、回転子３０と、固定子２０と、制御基板である内蔵基板１１と、モールド樹脂１２とを備えている。回転子３０には、回転軸３１が挿入されている。固定子２０は、回転子３０の外周に設けられている。内蔵基板１１は、回転子３０の駆動を制御する回路である基板回路を有している。

固定子２０、内蔵基板１１、およびモールド樹脂１２は、モールド固定子１０で固定されている。モールド固定子１０は、固定子２０と内蔵基板１１とを一体成型する。すなわち、固定子２０と内蔵基板１１とは、一体化するようにモールド固定子１０によって固定されている。モールド固定子１０の内部には、回転子３０を収容可能に形成された凹部が設けられている。

内蔵基板１１は、空気より誘電率が高いモールド樹脂１２（例えば、比誘電率３～４の樹脂）にて固定子２０に一体化される。このため、内蔵基板１１に形成された各基板パターン間の容量性結合（寄生容量）が大きくなり、各基板パターン間でノイズが伝搬しやすくなる。実施の形態１では、このようにノイズが伝搬しやすい場合であっても、後述するインダクタによってノイズを低減する。

固定子２０は、複数の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１と一体成型されたインシュレータ２３と、巻線２２とを有している。固定子鉄心２１は、電磁鋼板が積層されて構成されている。インシュレータ２３は、固定子鉄心２１と巻線２２とを絶縁する。

電動機１では、インシュレータ２３と一体成型された固定子鉄心２１の各スロットに巻線２２が巻きつけられることで、固定子２０が構成されている。巻線２２は、銅またはアルミなどで構成されている。

回転軸３１の一端には、回転軸３１を回転自在に支持する出力側軸受３３が設けられている。回転軸３１の他端には、回転軸３１を回転自在に支持する反出力側軸受３４が設けられている。

反出力側軸受３４は、導電性のブラケット６０で覆われている。ブラケット６０は、モールド固定子１０に設けられた凹部の開口部を塞ぐようにして、ブラケット６０の圧入部６１がモールド固定子１０の内周部に嵌め込まれている。また、反出力側軸受３４の外輪がブラケット６０の内側に嵌め込まれている。

内蔵基板１１は、巻線２２に電力を供給するパワーＩＣ（Integrated Circuit、集積回路）（後述するパワーＩＣ８０）と、後述する制御部７０と、回転子３０の位置を検知する磁気センサ５０とを含む回路を備えている。

内蔵基板１１は、出力側軸受３３と固定子２０との間で、回転軸３１の軸線方向に対して垂直に配置され、インシュレータ２３に固定されている。また、内蔵基板１１の基板回路と巻線２２とは、巻線端子を介して接続されている。内蔵基板１１には、上位システムと接続するリード線１３が引き出されたリード口出し部１４が配置されている。上位システムは、電動機１を搭載するシステムである。リード線１３は、例えば、エアコンディショナのユニット側の基板（後述する室内機基板２１１など）に接続されている。また、内蔵基板１１には、オペアンプ、コンパレータ、レギュレータ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、ヒューズなどの受動部品が配置されている。

内蔵基板１１の形状は、中心に貫通穴が形成された円板状である。内蔵基板１１に設けられた貫通穴には、回転軸３１が通される。内蔵基板１１は、上面および底面が回転軸３１の軸線方向に対して垂直になるように電動機１の内部に配置されている。

回転軸３１の外周部には、円環状の部材である回転子絶縁部３２が配置されている。回転子３０は、モールド固定子１０の内側に配置されたマグネット４０を有している。マグネット４０は、回転軸３１および回転子絶縁部３２の外周側で、固定子鉄心２１に対向する位置に配置されている。マグネット４０は、円柱状の永久磁石で構成されている。マグネット４０は、回転軸３１に固定されている。

マグネット４０は、フェライト磁石、または希土類磁石（サマリウム鉄窒素、ネオジウムなど）が熱可塑性の樹脂材料と混合されて構成されたボンド磁石が射出成形されることで作製される。マグネット４０の射出成形用の金型には磁石が組み込まれており、マグネット４０は、配向をかけられながら成形される。

マグネット４０は、回転軸３１の軸線方向に、磁気センサ５０に近い部分であるセンサマグネット部と、センサマグネット部以外の部分であるメインマグネット部とを有している。センサマグネット部は、磁気センサ５０に回転子３０の位置を検知させる。メインマグネット部は、巻線２２が発生する磁束に従って回転子３０に回転力を生じさせる。

マグネット４０では、内蔵基板１１の磁気センサ５０側の外径は、他の外径部分よりも小さくなっている。すなわち、マグネット４０では、センサマグネット部の外径が、メインマグネット部の外形よりも小さくなっている。このマグネット４０の形状により、内蔵基板１１に実装される磁気センサ５０に磁束が流入しやすくなっている。磁気センサ５０は、固定子２０の巻線２２から発生する磁束の影響を極力小さくするため、巻線２２から遠い位置、つまり、回転軸３１に近い位置に配置されている。

なお、図１では、メインマグネット部とセンサマグネット部とが１つのマグネット４０で構成されている場合を示しているが、メインマグネット部とセンサマグネット部とは、別々のマグネットで構成されてもよい。

磁気センサ５０は、出力信号がデジタル信号であるホールＩＣを用いて構成されてもよいし、出力信号がアナログ信号であるホール素子を用いて構成されてもよい。すなわち、磁気センサ５０は、ホールＩＣを用いて回転子３０の位置を検出する方式であってもよいし、ホール素子を用いて回転子３０の位置を検出する方式であってもよい。

また、ホールＩＣは、第１の方式で回転子３０の位置を検出するホールＩＣ（第１方式のホールＩＣ）であってもよいし、第２の方式で回転子３０の位置を検出するホールＩＣ（第２方式のホールＩＣ）であってもよい。

第１方式のホールＩＣは、センサ部と増幅部とが別々の半導体チップで構成されている。この第１方式のホールＩＣでは、センサ部は、シリコン以外の半導体で構成され、増幅部はシリコンで構成されている。以下、第１方式のホールＩＣを非シリコン型ホールＩＣという。第２方式のホールＩＣは、センサ部と増幅部とが１つのシリコン半導体チップで構成されている。

非シリコン型ホールＩＣは、２つのチップが内蔵されるので、センサ部の中心位置がＩＣボディの中心と異なった位置となるようにセンサ部が配置される。非シリコン型ホールＩＣのセンサ部には、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの非シリコン半導体が用いられる。この非シリコン半導体は、シリコン半導体と比べて、感度が良く、応力歪みによるオフセットが小さいなどの長所がある。

つぎに、図１に示した内蔵基板１１の回路構成を説明する。図２は、実施の形態１にかかる電動機が備える内蔵基板の回路構成を示す図である。図２では、内蔵基板１１と、巻線２２と、磁気センサ５０とを示している。

内蔵基板１１は、ノイズ対策のため、低圧電源ラインにインダクタ７３Ａが配置されている。ノイズ対策用のインダクタ７３Ａの詳細については後述する。

内蔵基板１１は、巻線２２を有した電動機１を駆動制御するインバータＩＣと、過電流検出抵抗７５とを備えている。具体的には、内蔵基板１１は、パワーＩＣ８０と、制御部７０と、過電流検出抵抗７５とを備えている。パワーＩＣ８０は、インバータ８１と、ゲートドライブ回路８２と、保護回路８３とを有している。

制御部７０は、上位システム、ゲートドライブ回路８２、グランド７９Ａ、および磁気センサ５０に接続されている。また、制御部７０は、接続点４８を介して低圧電源７８に接続されている。接続点４８と低圧電源７８との間には、インダクタ７３Ａが配置されている。すなわち、制御部７０は、接続点４８およびインダクタ７３Ａを介して低圧電源７８に接続されている。また、制御部７０は、接続点４１、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。

ゲートドライブ回路８２は、接続点４８およびインダクタ７３Ａを介して低圧電源７８に接続され、接続点４７を介して高圧電源７７に接続されている。低圧電源７８は、高圧電源７７よりも低い電圧を出力する。高圧電源７７は、母線電源である。

また、ゲートドライブ回路８２は、インバータ８１に接続されている。また、ゲートドライブ回路８２は、接続点４３を介して、保護回路８３およびグランド７９Ｂに接続されている。

保護回路８３は、接続点４１および接続点４３に接続されている。すなわち、保護回路８３は、接続点４１、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。また、保護回路８３は、接続点４３を介して、グランド７９Ｂに接続されている。

インバータ８１は、巻線２２を有した電動機１に接続されている。また、インバータ８１は、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。グランド７９Ａ～７９Ｃは、同電位の共通グランドである。以下の説明では、グランド７９Ａ～７９Ｃをグランド７９という。

パワーＩＣ８０は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module、インテリジェントパワーモジュール）とも呼ばれる。インバータ８１は、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを具備している。

パワーＩＣ８０では、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆが別々に構成されてもよいし、１つのＩＣで構成されてもよい。６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆが別々に構成される場合において、ゲートドライブ回路８２は、１つのＩＣで構成されてもよいし、３個からなる三相別々のＩＣで構成されてもよい。また、ゲートドライブ回路８２と制御部７０とが１つのＩＣで構成されてもよい。また、制御部７０は、１つの専用ＩＣ（制御ＩＣ）で構成されてもよいし、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）などで構成されてもよい。

パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆは、スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、プレーナＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ）などで構成される。

実施の形態１では、磁気センサ５０が磁束位置に対応する回転子３０の磁極位置を検出し、内蔵基板１１が磁極位置に基づいて電動機１を制御する場合について説明する。なお、内蔵基板１１は、巻線２２に流れる電流と、巻線２２に印加および発生する電圧とから磁極位置を推測しながら、電動機１をセンサレス制御してもよい。また、内蔵基板１１は、電流検出のため、シャント抵抗および電流センサを用いることによって得られた電流信号をオペアンプなどで増幅してもよい。また、内蔵基板１１は、この電流信号から過電流保護のための制御部７０への信号を生成するためにコンパレータを用いてもよい。

内蔵基板１１では、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのゲートを駆動する電圧（例えば、１５Ｖ）と、マイコンなどの制御部７０を駆動する電圧であるマイコン電源電圧（例えば、５Ｖ）とが異なる場合がある。この場合、電動機１は、外部から供給される１つの電源からもう１つの電源を生成するために、レギュレータを用いる。例えば、内蔵基板１１へは、外部から１５Ｖの電源が供給され、レギュレータは、５Ｖの電源を生成して内蔵基板１１へ供給する。このレギュレータは、ゲートドライブ回路８２またはパワーＩＣ８０に内蔵されてもよい。

インバータ８１は、入力される直流電圧を、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相からなる三相の交流電圧に変換して固定子２０の巻線２２に供給する。パワートランジスタ８１Ａは、Ｕ相上アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｂは、Ｖ相上アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｃは、Ｗ相上アームパワートランジスタである。パワートランジスタ８１Ｄは、Ｕ相下アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｅは、Ｖ相下アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｆは、Ｗ相下アームパワートランジスタである。

電動機１は、巻線２２として、Ｕ相巻線２２Ｕと、Ｖ相巻線２２Ｖと、Ｗ相巻線２２Ｗとを有している。Ｕ相巻線２２Ｕは、パワートランジスタ８１Ａ，８１Ｄに接続されている。Ｖ相巻線２２Ｖは、パワートランジスタ８１Ｂ，８１Ｅに接続されている。Ｗ相巻線２２Ｗは、パワートランジスタ８１Ｃ，８１Ｆに接続されている。

ゲートドライブ回路８２は、制御部７０から受信するスイッチング信号に従ってパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフを制御する。

巻線２２の周辺には、３つの磁気センサ５０が配置されている。３つの磁気センサ５０は、それぞれ回転子３０の位置に対応する磁極位置信号を制御部７０に出力する。

保護回路８３は、インバータ８１およびゲートドライブ回路８２を保護する。例えば、保護回路８３は、グランド７９側から高い電流がゲートドライブ回路８２に逆流することを防止する。また、インバータ８１およびゲートドライブ回路８２の少なくとも一方が高温になったとき、保護回路８３は、インバータ８１の全てのパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをオフして高温による素子破壊を防止する。

過電流検出抵抗７５は、パワートランジスタ８１Ｄ～８１Ｆが備える下アームスイッチに接続されている。また、内蔵基板１１は、過電流を検出する過電流検出部（図示せず）を有している。過電流検出部は、過電流検出抵抗７５の電圧を監視し、過電流検出抵抗７５の電圧が特定値以上の電圧となったらパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをオフすることによって巻線２２に過電流が流れることを防止し、過電流保護を実現する。過電流検出抵抗７５の両端の電圧が特定値以上の電圧になることが、過電流検出抵抗７５から制御部７０に入力される過電流検出信号に相当する。過電流検出部は、過電流検出信号に基づいて過電流保護を実現する。なお、過電流検出部は、制御部７０に内蔵されてもよいし、ゲートドライブ回路８２に内蔵されてもよい。

なお、図示しない感温素子が、内蔵基板１１などに設けられていてもよい。この場合、制御部７０は、異常温度であることを示す信号を感温素子から受信すると、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを強制的にオフにする。

制御部７０は、上位システムから受信する速度指令信号に従って、特定の周波数（以下、キャリア周波数という）でパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフを制御するスイッチング信号を生成する。

制御部７０は、ゲートドライブ回路８２にスイッチング信号を出力することで、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆに対してパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御を行う。制御部７０は、磁気センサ５０から入力される磁極位置信号に基づいて、回転子３０の磁極位置を推測し、推測した磁極位置から回転子３０の回転数を算出する。制御部７０は、算出した回転数を示す回転数信号を上位システムに出力する。

なお、制御部７０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のＩＣであってもよい。また、制御部７０は、プログラムを記憶するメモリと、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有する構成であってもよい。制御部７０のハードウェア構成については後述する。

ブラシレスＤＣモータである電動機１は、回転子３０のマグネット４０の磁極位置に応じて、三相の場合は６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを適切なタイミングでスイッチングすることによって回転動力を得る。このスイッチングに用いられるスイッチング信号は制御部７０が生成する。この電動機１の動作原理について説明する。

電動機１では、制御部７０が、磁気センサ５０からの磁極位置信号、または巻線２２に流れる電流の電流値に基づいて、回転子３０の磁極位置を推測する。制御部７０は、回転子３０の磁極位置、および上位システムから出力される速度指令信号に応じてパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをスイッチングするためのスイッチング信号を生成する。ゲートドライブ回路８２は、制御部７０が生成したスイッチング信号に従ってパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフをスイッチングする。

例えば、１２０°通電制御では、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンとオフとの切り替えタイミングが、３個のホールＩＣによる検出信号の各立ち上がりおよび立ち下がりと同じである。このため、１２０°通電制御では、制御部７０は、クロックを必要としない組合せ回路で構成可能である。

一方、１５０°通電制御、正弦波通電制御、位相制御、センサレス制御など磁極位置の推定が必要な制御の場合、制御部７０は、クロックを含む複雑なデジタル回路で構成される。磁極位置の推定では、例えば、３個のホールＩＣによる検出信号の各立ち上がりおよび立ち下がりの間のタイミングが細かく推定される。

センサレス制御は、磁気センサ５０を用いない制御である。センサレス制御では、電流検出抵抗、電流検出用トランスなどで検出された電流値から磁極位置を推定し制御が行われる。すなわち、センサレス制御の場合、制御部７０は、巻線２２に流れる電流、および巻線２２に印加される電圧に基づいて、磁極位置の推定を行うので、複雑な処理および計算を要する。このため、センサレス制御の場合、制御部７０は、さらに回路が複雑になるとともに、クロックの高周波数化が必要となる。

例えば、騒音の低減、高効率化、安定した制御のためには、制御部７０のクロック周波数は、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをスイッチングする周波数であるキャリア周波数の１００倍以上となる。

つぎに、内蔵基板１１に配置されるノイズ対策用のインダクタ７３Ａについて説明する。実施の形態１では、ノイズ対策用として内蔵基板１１の低圧電源ラインにインダクタ７３Ａが配置される。実施の形態１でのノイズは、電動機１および電動機１を搭載する製品から発生するノイズ（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）を指す。このノイズには、雑音端子電圧のノイズ、雑音電力のノイズ、放射ノイズなどがある。

低圧電源ラインは、低圧電源７８と、低電圧で動作する内蔵基板１１内の回路（低圧回路）とを接続するラインである。また、内蔵基板１１の高圧電源ラインにインダクタが配置されてもよい。高圧電源ラインは、高圧電源７７と、高電圧で動作する内蔵基板１１内の回路（高圧回路）とを接続するラインである。

また、内蔵基板１１のグランド（ＧＮＤ）ラインにインダクタが配置されてもよい。グランドラインは、グランド７９と、内蔵基板１１内の回路とを接続するラインである。なお、内蔵基板１１では、グランドラインとして、低圧回路用のグランドラインと、高圧回路用のグランドラインとが別々に配置されてもよい。

図３は、実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第１の配置例を示す図である。内蔵基板１１では、低圧回路７２が低圧電源７８に接続されており、高圧回路７１が高圧電源７７に接続されている。そして、低圧回路７２および高圧回路７１が接続点４５に接続され、接続点４５がグランド７９に接続されている。低圧回路７２は、例えば、順序回路を含むデジタル回路で構成されている。

低圧回路７２は、ゲートドライブ回路８２の一部である第１の回路と、制御部７０と、保護回路８３とを含んでいる。高圧回路７１は、ゲートドライブ回路８２の一部である第２の回路と、インバータ８１とを含んでいる。ゲートドライブ回路８２のうち、低圧回路７２に含まれる第１の回路と、高圧回路７１に含まれる第２の回路とは、異なる回路である。

内蔵基板１１の第１の配置例では、１つのインダクタ７３Ａが配置されている。第１のインダクタであるインダクタ７３Ａは、低圧回路７２と低圧電源７８とを接続する低圧電源ライン上に配置されている。この構成により、内蔵基板１１は、内蔵基板１１に発生するノイズをインダクタ７３Ａによって低減することが可能となる。

図４は、実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第２の配置例を示す図である。内蔵基板１１の第２の配置例では、２つのインダクタ７３Ａ，７３Ｂが配置されている。第２のインダクタであるインダクタ７３Ｂは、高圧回路７１と高圧電源７７とを接続する高圧電源ライン上に配置されている。この構成により、内蔵基板１１は、内蔵基板１１に発生するノイズをインダクタ７３Ａ，７３Ｂによって低減することが可能となる。

図５は、実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第３の配置例を示す図である。内蔵基板１１の第３の配置例では、３つのインダクタ７３Ａ～７３Ｃが配置されている。インダクタ７３Ｃは、接続点４５とグランド７９とを接続するグランドライン上に配置されている。この構成により、内蔵基板１１は、内蔵基板１１に発生するノイズをインダクタ７３Ａ～７３Ｃによって低減することが可能となる。

図６は、実施の形態１にかかる内蔵基板でのインダクタの第４の配置例を示す図である。内蔵基板１１の第４の配置例では、４つのインダクタ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｅが配置されている。インダクタ７３Ｄは、低圧回路７２と接続点４５とを接続するグランドライン上に配置されている。インダクタ７３Ｅは、高圧回路７１と接続点４５とを接続するグランドライン上に配置されている。この構成により、内蔵基板１１は、内蔵基板１１に発生するノイズをインダクタ７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｅによって低減することが可能となる。

図７は、比較例の内蔵基板の回路構成を示す図である。比較例の内蔵基板は、低圧回路７２Ｘおよび高圧回路７１Ｘを備えている。低圧回路７２Ｘは、低圧回路７２と同様の回路であり、高圧回路７１Ｘは、高圧回路７１と同様の回路である。

低圧回路７２Ｘは、低圧電源７８と同様の電源である低圧電源７８Ｘに接続されている。高圧回路７１Ｘは、高圧電源７７と同様の電源である高圧電源７７Ｘに接続されている。また、低圧回路７２Ｘおよび高圧回路７１Ｘは、接続点４５と同様の接続点である接続点４５Ｘに接続され、接続点４５Ｘがグランド７９Ｘに接続されている。

比較例の内蔵基板では、低圧回路７２Ｘと低圧電源７８Ｘとを接続する低圧電源ライン上にインダクタが配置されていない。また、高圧回路７１Ｘと高圧電源７７Ｘとを接続する高圧電源ライン上にインダクタが配置されていない。また、低圧回路７２Ｘからグランド７９Ｘまでのグランドライン上にインダクタが配置されておらず、高圧回路７１Ｘからグランド７９Ｘまでのグランドライン上にインダクタが配置されていない。このため、比較例の内蔵基板では、比較例の内蔵基板に発生するノイズを低減することができない。

図８は、実施の形態１にかかる内蔵基板の上面構成の第１例を示す図である。図８では、図５に示した内蔵基板１１の上面構成について説明する。図８に示すように、内蔵基板１１の形状は、中心に貫通穴３５が形成された円板状である。貫通穴３５には、回転軸３１が通される。

内蔵基板１１の上面には、巻線２２に電力を供給するパワーＩＣ８０と、インダクタ７３Ａ～７３Ｃと、制御部７０とが配置されている。なお、内蔵基板１１の上面または底面には、図示を省略しているが、過電流検出抵抗７５などが配置されている。

インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを含んだパワーＩＣ８０よりもリード口出し部１４の近傍に配置されている。すなわち、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワーＩＣ８０までの距離よりもリード口出し部１４までの距離の方が短くなる位置に配置されている。

これにより、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆが発する熱の影響を受けにくくなり、温度によるインダクタ７３Ａ～７３Ｃのインダクタンス値の変化が小さくなる。インダクタンス値が変動するとインピーダンスのアンマッチングなどによってノイズ低減効果が小さくなるが、実施の形態１ではインダクタンス値の変化が小さいのでノイズ低減効果が大きくなる。すなわち、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆから発せられる熱の影響を受けにくくなる。したがって、内蔵基板１１は、インダクタ７３Ａ～７３Ｃの温度特性によるインダクタンス値の変化によってノイズ除去性能が変化することを抑制することができる。

また、インダクタ７３Ａ～７３Ｃが、パワーＩＣ８０よりもリード口出し部１４に近い位置に配置されているので、内蔵基板１１に対する基板配線が容易になる。これにより、内蔵基板１１を縮小化することができ、内蔵基板１１の縮小化によって電動機１の製造コストを低減することが可能となる。また、内蔵基板１１の縮小化によって、内蔵基板１１内での配線長が短くなるので、ノイズを低減することが可能となる。

また、一般的に、インダクタンス値が温度に対して負相関の特性を持つインダクタの場合、温度が上がることによってインピーダンスが下がるのでノイズ低減効果を大きく悪化させる場合がある。なお、インダクタンス値が温度に対して負相関の特性をもつ場合とは、全温度領域に対して負相関の特性を持つ場合に限らず、一部の温度領域で負相関（例えば、６０℃以上から負相関）となる場合も含まれる。

図９は、温度とインダクタンス値との関係を説明するための図である。図９に示すグラフの横軸は温度であり、縦軸はインダクタンス値である。図９では、電流の大きさ毎のインダクタンス温度特性を示している。

インダクタンス温度特性７４Ａは、インダクタに第１の電流値の電流が流された場合のインダクタンス温度特性である。インダクタンス温度特性７４Ｂは、インダクタに第２の電流値の電流が流された場合のインダクタンス温度特性である。インダクタンス温度特性７４Ｃは、インダクタに第３の電流値の電流が流された場合のインダクタンス温度特性である。第１の電流値＜第２の電流値＜第３の電流値である。

インダクタンス温度特性７４Ａ～７４Ｃに示されるように、インダクタンス値が温度に対して負相関の特性を持つインダクタの場合、温度が上がることによってインピーダンスが下がる。

また、図９に示すように、インダクタに流される電流の電流値が大きいほど、インダクタの温度依存性が大きくなる。また、インダクタに流れる電流が定格電流に対して大きい場合は、インダクタ内部の磁性体の飽和磁束密度が低下して温度上昇によるインダクタンス値の低下が大きくなり、ノイズ低減効果がさらに悪化する傾向にある。

実施の形態１では、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワーＩＣ８０よりもリード口出し部１４の近くに配置されているので、温度上昇を抑制することができる。したがって、内蔵基板１１は、インピーダンスが下がることを抑制し、ノイズ低減効果を維持することができる。

なお、図８では、パワーＩＣ８０と制御部７０とが別々のＩＣで構成される場合について説明したが、パワーＩＣ８０および制御部７０は、１つのＩＣで構成されてもよい。また、インダクタ７３Ｄ，７３Ｅが内蔵基板１１に配置される場合、インダクタ７３Ｄ，７３Ｅは、例えば、パワーＩＣ８０よりもリード口出し部１４に近い位置に配置される。

図１０は、実施の形態１にかかる内蔵基板の上面構成の第２例を示す図である。図１０では、図５に示した内蔵基板１１の上面構成について説明する。図１０では、内蔵基板１１の上面のうち中心角が約９０度の領域を示し、その他の領域の図示を省略している。

内蔵基板１１の上面には、巻線２２に電力を供給するモジュール８５が配置されている。モジュール８５は、パワーＩＣ８０の機能および制御部７０の機能を実行する回路を備えている。

図１０に示す内蔵基板１１は、図８に示した内蔵基板１１よりも、実装される電子部品の個数が少なくなるので、電子部品の実装面積が小さくなる。その結果、内蔵基板１１の基板面積を小さくすることができる。

つぎに、インダクタ７３Ａ～７３Ｃと巻線２２との位置関係について説明する。図１１は、実施の形態１に係る電動機の内部を模式的に示す図である。図１１では、電動機１の断面構成を示している。

例えば、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、巻線２２に対して内蔵基板１１の反対側の面に配置されている。すなわち、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、内蔵基板１１の反ステータ側に配置されている。換言すると、内蔵基板１１の第１の主面に対向する位置に固定子鉄心２１および巻線２２が配置されている場合、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、内蔵基板１１の第１の主面とは反対側の面である第２の主面上に配置されている。例えば、内蔵基板１１の底面が、固定子鉄心２１および巻線２２に対向する場合、内蔵基板１１の上面にインダクタ７３Ａ～７３Ｃが配置される。これにより、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、巻線２２から発せられる熱の影響を受けにくくなる。したがって、内蔵基板１１は、インダクタ７３Ａ～７３Ｃの温度特性によるインダクタンス値の変化によってノイズ除去性能が変化することを抑制することができる。

また、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、例えば、パワーＩＣ８０に対して内蔵基板１１の反対側の面に配置されている。換言すると、内蔵基板１１の第１の主面上にパワーＩＣ８０が配置されている場合、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、内蔵基板１１の第２の主面上に配置されている。例えば、内蔵基板１１の底面にパワーＩＣ８０が配置される場合、内蔵基板１１の上面にインダクタ７３Ａ～７３Ｃが配置される。これにより、インダクタ７３Ａ～７３Ｃは、パワーＩＣ８０から発せられる熱の影響を受けにくくなる。したがって、内蔵基板１１は、インダクタ７３Ａ～７３Ｃの温度特性によるインダクタンス値の変化によってノイズ除去性能が変化することを抑制することができる。

ここで、インダクタ７３Ａ，７３Ｂにおける周波数とインピーダンスとの関係について説明する。図１２は、実施の形態１に係る電動機が備えるインダクタのインダクタンス周波数特性を示す図である。図１２に示すグラフの横軸は周波数であり、縦軸はインピーダンスである。図１２では、低圧電源７８のインダクタ７３Ａのインダクタンス周波数特性７３ＡＦと、高圧電源７７のインダクタ７３Ｂのインダクタンス周波数特性７３ＢＦとを示している。

図１２に示すように、低圧電源７８のインダクタ７３Ａおよび高圧電源７７のインダクタ７３Ｂは、それぞれ特定の周波数でインピーダンスが最大値となる。低圧電源７８のインダクタ７３Ａは、高圧電源７７のインダクタ７３Ｂよりも高い周波数でインピーダンスが最大値となる。

制御部７０におけるキャリア周波数は、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚであり、制御部７０におけるクロック周波数は数ＭＨｚ～数十ＭＨｚである。すなわち、低圧電源７８を用いた制御は、高圧電源７７を用いた制御よりも周波数が高い。このため、高圧電源７７のインダクタ７３Ｂよりも低圧電源７８のインダクタ７３Ａの方が、高い周波数においてインピーダンスが最大値となるインダクタが用いられることによって、ノイズ低減効果がさらに高まる。すなわち、インダクタ７３Ａにおいてインピーダンスが最大値となる周波数が、インダクタ７３Ｂにおいてインピーダンスが最大値となる周波数よりも高いインダクタが用いられることによって、ノイズ低減効果がさらに高まる。

なお、インダクタ７３Ａにおいてインピーダンスが最大値となる周波数が、インダクタ７３Ｂにおいてインピーダンスが最大値となる周波数よりも低いインダクタが用いられてもよい。また、インダクタ７３Ａにおいてインピーダンスが最大値となる周波数が、インダクタ７３Ｂにおいてインピーダンスが最大値となる周波数と同じであるインダクタが用いられてもよい。

このように、実施の形態１によれば、低圧回路７２と低圧電源７８とを接続する低圧電源ライン上にインダクタ７３Ａが配置されているので、電動機１は、ノイズを十分に低減することが可能となる。例えば、制御部７０の回路が複雑化するとともにクロックの高周波数化が行われることで、多くのノイズが発生する場合であっても、電動機１は、ノイズを十分に低減することが可能となる。

また、内蔵基板１１が、ロータである回転子３０の磁極位置を推定しながらインバータ８１を制御する場合、内蔵基板１１にはデジタル回路が必要となる。この場合、クロック周波数がキャリア周波数の１００倍以上となりノイズが大きくなる。この場合であっても、電動機１は、インダクタ７３Ａによってノイズを十分に低減することができる。

また、制御部７０が、周波数の高いクロックで動作し多くの機能ブロックを有したマイコンで構成されている場合、ノイズが大きくなる。この場合であっても、電動機１は、インダクタ７３Ａによってノイズを十分に低減することができる。

また、固定子２０と内蔵基板１１とがモールド樹脂１２によって一体成型される場合、ノイズが大きくなる。この場合であっても、電動機１は、インダクタ７３Ａによってノイズを十分に低減することができる。

実施の形態２．
つぎに、図１３および図１４を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で説明した電動機１を空気調和機に適用する。

図１３は、実施の形態２に係る空気調和機の構成例を示す図である。空気調和機２００は、室内機２１０と、室内機２１０に冷媒配管２３０を介して接続された室外機２２０とを備えている。

室内機２１０は、室内機用送風機２１２を搭載しており、室外機２２０は、室外機用送風機２２３を搭載している。室内機用送風機２１２および室外機用送風機２２３は、それぞれ駆動源として実施の形態１で説明した電動機１を内蔵している。室内機用送風機２１２に内蔵されている電動機１が第１の電動機であり、室外機用送風機２２３に内蔵されている電動機１が第２の電動機である。

室内機用送風機２１２および室外機用送風機２２３は、例えば、ラインフローファン（登録商標）（横断流送風機、クロスフローファンとも呼ばれる）である。また、室内機２１０は、室内機２１０の制御などを行う室内機基板（ユニット基板）２１１を備えている。

室内機２１０は、高効率および高出力化のため熱交換器と風路の幅をできるだけ大きくする必要がある。このため、室内機２１０の両サイドには室内機基板２１１などの幅を専有する部品は置けず、室内機基板２１１は室内機２１０の正面に配置される。

実施の形態２では、室内機基板２１１が、室内機２１０の正面に配置される。この場合、電動機１と室内機基板２１１との間を繋ぐリード線１３が長くなるので、ノイズが悪化する。特にリード線１３から放射される放射ノイズは多くなる。この場合であっても、実施の形態２では、インダクタ７３Ａなどを備えた電動機１が室内機２１０に内蔵されているので、ノイズをインダクタ７３Ａによって低減することが可能となる。

つぎに、低圧電源７８に電圧を出力する低圧電源生成回路について説明する。図１４は、実施の形態２に係る空気調和機の電動機が備える低圧電源生成回路を説明するための図である。実施の形態１で説明したように、内蔵基板１１は、インダクタ７３Ａ、低圧回路７２、低圧電源７８などを備えている。内蔵基板１１は、室内機基板２１１に接続されている。

室内機基板２１１には、低圧電源７８に電圧を出力する低圧電源生成回路が配置されている。低圧電源生成回路は、例えば、スイッチングレギュレータ２１３で構成されている。スイッチングレギュレータ２１３は、低圧電源７８に接続されている。また、スイッチングレギュレータ２１３は、接続点４４を介して、低圧回路７２およびグランド７９に接続されている。スイッチングレギュレータ２１３は、入力された直流電圧を特定の直流電圧に変換して低圧電源７８に出力する。

室内機基板２１１の低圧電源生成回路がスイッチングレギュレータ２１３で構成される場合、スイッチングレギュレータ２１３が多くのノイズを発生させる。この場合であっても、電動機１は、インダクタ７３Ａによってノイズを十分に低減することができる。この場合、電動機１は、妨害電波であるＥＭＩ特性を向上させるとともに、電極感受性であるＥＭＳ（Electro Magnetic Susceptibility）特性を向上させることが可能となる。すなわち、電動機１は、電磁両立性であるＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）特性を向上させることが可能となる。

なお、電動機１は、空気調和機２００以外にも、例えば換気扇、家電機器、工作機などに搭載して利用することができる。

このように実施の形態２によれば、空気調和機２００が電動機１を内蔵しているので電動機１は、ノイズを十分に低減することが可能となる。

ここで、制御部７０のハードウェア構成について説明する。制御部７０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図１５は、実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図である。図１５に示す処理回路９０は制御部７０であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、制御部７０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を制御部７０に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

プロセッサ９１の例は、ＣＰＵ（中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ９２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）である。

図１６は、実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図である。図１６に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、ゲートドライブ回路８２、保護回路８３、室内機基板２１１が備える回路なども制御部７０と同様のハードウェアで実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電動機、１０ モールド固定子、１１ 内蔵基板、１２ モールド樹脂、１３ リード線、１４ リード口出し部、２０ 固定子、２１ 固定子鉄心、２２ 巻線、２２Ｕ Ｕ相巻線、２２Ｖ Ｖ相巻線、２２Ｗ Ｗ相巻線、２３ インシュレータ、３０ 回転子、３１ 回転軸、３２ 回転子絶縁部、３３ 出力側軸受、３４ 反出力側軸受、３５ 貫通穴、４０ マグネット、４１～４５，４５Ｘ，４７，４８ 接続点、５０ 磁気センサ、６０ ブラケット、６１ 圧入部、７０ 制御部、７１，７１Ｘ 高圧回路、７２，７２Ｘ 低圧回路、７３Ａ～７３Ｅ インダクタ、７５ 過電流検出抵抗、７７，７７Ｘ 高圧電源、７８，７８Ｘ 低圧電源、７９，７９Ａ～７９Ｃ，７９Ｘ グランド、８０ パワーＩＣ、８１ インバータ、８１Ａ～８１Ｆ パワートランジスタ、８２ ゲートドライブ回路、８３ 保護回路、８５ モジュール、９０，９３ 処理回路、９１ プロセッサ、９２ メモリ、２００ 空気調和機、２１０ 室内機、２１１ 室内機基板、２１２ 室内機用送風機、２１３ スイッチングレギュレータ、２２０ 室外機、２２３ 室外機用送風機、２３０ 冷媒配管。

Claims (17)

1. 固定子と、
   回転子と、
   前記固定子に電流を供給する制御基板と、
   を備え、
   前記制御基板は、
   高圧電源に接続された高圧回路と、
   低圧電源に接続された低圧回路と、
   を有し、
   前記高圧回路には、入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子に供給するインバータが含まれ、
   前記低圧回路には、前記インバータを制御する制御部が含まれ、
   前記低圧電源と前記低圧回路とを接続するラインである低圧電源ラインには、第１のインダクタが配置されている電動機。
2. 前記低圧回路は、順序回路を含むデジタル回路で構成され、
   前記デジタル回路のクロック周波数はキャリア周波数の１００倍以上の周波数である請求項１に記載の電動機。
3. 前記制御基板は、前記回転子の磁極位置を推定しながら前記インバータを制御する請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記制御基板は、１５０°通電制御、正弦波通電制御、位相制御、またはセンサレス制御によって前記インバータを制御する請求項３に記載の電動機。
5. 前記制御部は、マイクロコンピュータで構成されている請求項１から４の何れか１つに記載の電動機。
6. 前記制御基板は、
   前記高圧電源と前記高圧回路とを接続するラインである高圧電源ラインに配置された第２のインダクタを具備する請求項１から５の何れか１つに記載の電動機。
7. 前記第１のインダクタにおいてインピーダンスが最大値となる周波数が、前記第２のインダクタにおいてインピーダンスが最大値となる周波数よりも高い請求項６に記載の電動機。
8. 前記第１のインダクタにおいてインピーダンスが最大値となる周波数が、前記第２のインダクタにおいてインピーダンスが最大値となる周波数よりも低い請求項６に記載の電動機。
9. 前記制御基板および前記固定子は、樹脂を用いて一体成型されている請求項１から８の何れか１つに記載の電動機。
10. 前記第１のインダクタは、前記インバータを含んだ集積回路までの距離よりもリード線が引き出されたリード口出し部までの距離の方が短くなる位置に配置されている請求項１から９の何れか１つに記載の電動機。
11. 前記固定子は、前記制御基板の第１の主面に対向する位置に配置されるとともに、前記第１のインダクタは、前記制御基板の第１の主面とは反対側の面である第２の主面上に配置されている請求項１から１０の何れか１つに記載の電動機。
12. 前記集積回路は、前記制御基板の第１の主面上に配置されるとともに、前記第１のインダクタは、前記制御基板の第１の主面とは反対側の面である第２の主面上に配置されている請求項１０に記載の電動機。
13. 前記低圧回路には、前記インバータを駆動するドライブ回路に含まれる第１の回路が含まれ、
    前記高圧回路には、前記ドライブ回路に含まれる第２の回路が含まれている請求項１から１２の何れか１つに記載の電動機。
14. 請求項１から１３の何れか１つに記載の電動機を備える空気調和機。
15. 室内機と、
    室外機と、
    前記室内機に配置されるとともに前記電動機のうちの第１の電動機によって駆動されて送風する室内機用送風機と、
    前記室外機に配置されるとともに前記電動機のうちの第２の電動機によって駆動されて送風する室外機用送風機と、
    をさらに備え、
    前記室内機用送風機および前記室外機用送風機は、ラインフローファン（登録商標）であり、
    前記室内機の前面に、前記室内機の制御を行う室内機基板が配置されている請求項１４に記載の空気調和機。
16. 前記低圧電源に電圧を出力する低圧電源生成回路をさらに備え、
    前記低圧電源生成回路は、スイッチングレギュレータで構成されている請求項１４または１５に記載の空気調和機。
17. 電動機が備える固定子に電流を供給する制御基板であって、
    高圧電源に接続された高圧回路と、
    低圧電源に接続された低圧回路と、
    を有し、
    前記高圧回路には、入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子に供給するインバータが含まれ、
    前記低圧回路には、前記インバータを制御する制御部が含まれ、
    前記低圧電源と前記低圧回路とを接続するラインである低圧電源ラインには、第１のインダクタが配置されている制御基板。

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