KR20070032959A

KR20070032959A - 브러시리스 ｄｃ 모터 및 이를 사용한 전기 장치

Info

Publication number: KR20070032959A
Application number: KR1020067027363A
Authority: KR
Inventors: 도시키 츠보우치; 겐지 스기우라; 히데타카 노다
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-03-23
Also published as: CN1989680A; CN1989680B; JP2008538692A; WO2007004429A1; JP4682985B2; JP2011055703A

Abstract

브러시리스 DC 모터는, 다상의 구동 코일을 가지는 고정자 조립체와, 영구자석을 가지는 로터 조립체와, 구동 코일을 구동하는 구동 회로를 갖는 내장된 프린트 배선판(PWB)을 포함한다. 구동 회로는, 구동 코일에 전력을 공급하는 M0SFET와, MOSFET를 제어하는 게이트 드라이버와, 게이트 드라이버에 PWM 신호를 공급하는 프리 드라이버를 포함한다. 프린트 배선판은, MOSFET와 게이트 드라이버를 몰드 수지 로 일체화하여 형성된 파워 모듈을 포함한다. 파워 모듈은 MOSFET의 전기적 강도를 설정하는 설정부를 포함한다.

Description

브러시리스 ＤＣ 모터 및 이를 사용한 전기 장치{BRUSHLESS DC MOTOR AND ELECTRIC DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 구동회로가 내장된 브러시리스 DC 모터 및 이 모터를 이용한 전기 장치에 관한 것이다.

축출력이 20 ∼ 50 와트 범위에 있는 소형 브러시리스 DC 모터는 에어 컨디셔너 및 각종 가전 기기에서 사용되는 송풍기를 구동하기 위해 사용된다. 일반적으로, 이 모터는 인쇄 배선판상에 각종 전자 부품을 갖는 구동장치를 포함한다.

도 13은, 종래의 브러시리스 DC 모터(101)의 단면도를 나타낸다. 고정자 몰드 조립체(103)는, 전자강판을 적층하여 형성된 고정자 코어(120)와, 고정자 코어(120)상에 권장된 다상의 구동 코일(121)과, 고정자 코어(120)와 구동 코일(121)을 함께 하나의 유닛에 수용하는 불포화 폴리에스테르수지를 포함한다.

고정자 몰드 조립체(103)의 일단은 금속 브래킷(104)으로 피복되어 있다. 조립체(103)의 제2 단과 브래킷(104)의 중앙부는 베어링 홀더를 갖는다.

로터 조립체(119)는, 전자강판을 적층하여 형성된 로터 요크(118)와, 로터 요크(188)의 외벽에 설치되고, 고정자 코어(120)의 내벽과 그 사이에 소정의 갭을 갖고 대향하고 있는 다극의 영구자석(117)과, 요크(118)의 중앙에 가압 고정된 축 (105)과, 축(115)을 회전 자재로 지지하는 베어링(114)을 포함한다.

코일(121)을 구동하기 위한 구동 회로를 갖는 프린트 배선판(PWB:printed wired board)(113)이, 고정자 몰드 조립체(103)에 단단히 설치되어 있다. 코일(121)의 단들은 단자 핀(122)를 통해 프린트 배선판(113)에 연결된다. MOSFET 어레이(110), 프리 드라이버(112), 및 많은 다른 별개의 부품들(비도시)과 같은 부품들이 PWB(113)에 땜납되고, 영구 자석(117)의 자극을 감지하는 자기 센서(125)가 또한 PWB(113)에 땜납된다. 절연판(115)은 PWB(113)과 브래킷(104) 사이에 놓여지므로, PWB(113)은 브래킷(104)으로부터 절연된다.

도 14는, 프린트 배선판조립체(PWB Assy)(107)의 평면도를 나타낸다. MOSFET 어레이 (110), 프리 드라이버(112), 3개의 게이트 드라이버(111), 및 다수의 다른 개별 부품(131) 등의 부품들이 PWB(113)에 설치된다. PWB(113)의 입력을 받고 출력을 공급하기 위해 납선 조립체(102)가 PWB(113)에 설치되어 있다. 개별 부품들(131)은, 저항과 커패시터를 포함한다.

MOSFET 어레이(110)는, 6개의 MOSFET를 하나의 어레이로 통합하여 형성되어, 코일(121)을 구동한다. 각 하나의 MOSFET는 어밸런치 저항을 가지므로, MOSFET의 서지 전압 등의 내압을 초과하는 펄스형 전압이 인가되어도 쉽게 손상받지 않는다. 그래서, MOSFET 어레이(110)를 사용하여 신뢰성을 확실히 한다.

한편, 신뢰성을 증가시키기 위해 MOSFET의 전기적 강도를 상승시키도록, 드레인과 소스간 전압 변화율(dV/dt), 드레인전류 변화율(dI/dt), 턴온 지연 시간"td(on)", 턴 오프 지연 시간 "td(off)" 등의 각종 인자들을 엄밀하게 설정할 필요 가 있다. 이 목적을 달성하기 위해, 저항, 커패시터 및 다이오드 등의 개별 부품이 각 게이트에서 적어도 4개 ∼ 6개 필요하므로, 4 x 6 = 24 ∼ 6 x 6 = 36개의 개별 부품들이 필요하다. 이들 개수에 보조 부품들을 합하면 전체 수가 거의 100개가 되므로, PWB의 소형화를 곤란하게 한다.

스위칭 소자로서 MOSFET 대신에 IGBT가 사용되므로, 구동 회로가 모노리식 IC로 형성된다. 이 구성은 일본 특허 공개 번호 평03-270677에 개시되어 있다. 이 구성은 PWB의 소형화를 가능하게 하지만, MOSFET에 적합한 어밸런치 저항으로 인한 신뢰성의 개선이 기대될 수 없다.

본 발명의 브러시리스 DC 모터는, 다상의 구동 코일을 가지는 고정자 조립체; 영구자석을 가지는 로터 조립체; 및 구동 코일을 구동하기 위해 설치된 구동 회로를 가지며, 상기 모터에 내장된 프린트 배선판(PWB)을 포함한다.

구동 회로는 상기 구동 코일에 전력을 공급하는 MOSFET, 상기 MOSFET를 제어하는 게이트 드라이버, 상기 게이트 드라이버에 PWM(pulse width modulation) 신호를 공급하는 프리드라이바를 포함한다.

상기 PWB는 상기 MOSFET와 상기 게이트 드라이버를 몰드 수지로 일체화하여 형성된 파워 모듈을 포함한다. 상기 파워 모듈은, 상기 MOSFET의 전기적 강도를 설정하기 위한 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 서술한 구성에 의해서 소형 경량으로 설치와 배선이 용이한 것을 특징으로 하는 신뢰성있는 브러시리스 DC 모터를 제공할 수 있다. 그래서, 본 발명은 이 브러시리스 DC 모터를 사용하는 전기기기를 또한 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 브러시리스 DC 모터의 외관도를 나타낸다.

도 2는 도 1에 나타낸 모터의 단면도를 나타낸다.

도 3은 도 1에 나타낸 모터의 회로도를 나타낸다.

도 4는 도 1에 나타낸 브러시리스 DC 모터의 파워 모듈의 단면도를 나타낸다.

도 5는 도 1에 나타낸 모터의 프린트 배선판 조립체의 평면도를 나타낸다.

도 6은 도 1에 나타낸 모터의 위상들중 1상을 상세하게 한 회로도이다.

도 7은 도 1에 나타낸 모터의 게이트 드라이버의 입력 신호와 출력 신호 사이의 관계를 나타내는 타이밍도이다.

도 8은 도 7에 나타낸 시각 "t1"의 주위의 부분을 확대한 상세 타이밍도이다.

도 9는 도 7에 나타낸 것과 유사한 관계를 나타내는 타이밍도를 나타내며, 이 타이밍도는 도 7에 나타낸 것보다 시간 "t2"와 "t3"의 사이의 시간이 더 짧다.

도 10은 MOSFET의 문턱 전압이 승압되는 경우의 상세 타이밍도이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 전기기기의 외관을 나타낸다.

도 12는 도 11에 나타낸 전기기기의 회로도를 나타낸다.

도 13은 종래의 브러시리스 DC 모터의 단면도를 나타낸다.

도 14는 도 13에 나타낸 종래의 브러시리스 DC 모터의 프린트 배선판 조립체의 평면도를 나타낸다.

이후 본 발명의 보기의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 브러시리스 DC 모터의 외관을 나타낸다. 스핀들 모터 조립체(3)는 뚜껑형 브래킷(4)으로 덮혀 있고, 축(5)이 브래킷(4)을 통해 연장되어 있다. 리드-선 조립체(2)는 고정자 몰드 조립체(3)의 측면에서 연장한다.

도 2는, 제1 실시예에 따르는 브러시리스 DC 모터의 단면도를 나타낸다. 고정자 몰드 조립체(3)는, 전자강판을 적층하여 형성된 고정자 코어(20)와, 고정자 코어(20)에 권선된 다상의 구동 코일(21)과, 고정자 코어(20)와 구동 코일(21)을 함께 하나의 유닛에 넣은 불포화 폴리에스테르 수지의 구성 요소를 포함한다.

고정자 몰드 조립체(3)의 제1 단은 금속제의 브래킷(4)으로 덮혀 있다. 조립체(3)의 제2 단과 브래킷(4)의 중앙부는 베어링 유지부를 갖는다.

로터 조립체(19)는, 전자강판을 적층하여 형성된 로터 요크(18)와, 로터 요크(18)의 외벽에 설치되고, 고정자 코어(20)와 사이에 소정의 갭을 두고 대향하는 다극의 영구자석(17)과, 요크(18)의 중앙에서 가압 고정된 축(5)과, 축(5)을 회전 자재로 지지하는 베어링(14)의 구성 요소를 포함한다.

코일(21)을 구동하기 위한 구동 회로를 갖는 프린트 배선판(PWB)(13)이 고정 자 몰드 조립체(3)에 단단하게 설치되어 있다. 코일(21)의 단말은 단자 핀(22)을 통해 PWB(13)에 접속된다. MOSFET 어레이(10), 프리 드라이버(12) 및 다른 많은 개별 부품(미도시) 등의 부품들이 PWB(13)에 땜납되어 있고, 영구자석(17)의 자극을 감지하기 위한 자기 센서(25)도 또한 PWB(13)에 땜납되어 있다. PWB(13)와 브래킷(4)의 사이에 절연판(15)이 배치되므로, PWB(13)는 브래킷(4)으로부터 절연되어 있다.

PWB(13)에 설치되어 있는 파워 모듈(10)은, 열전도성이 양호한 실리콘계 수지를 사용하는 고열 전도성 수지(16)를 통해, 브래킷(4)에 방열한다. 이 실리콘계 수지는 탄성을 가지기 때문에, 파워 모듈(10)과 브래킷(4) 사이의 공간에서의 분산을 흡수할 수 있다.

도 3은, 제1 실시예에 따르는 브러시리스 DC 모터의 회로도를 나타낸다. 구동 회로(6)는 고압 직류 전원(9)에서 공급된 고압 직류 전압(Vdc),제어 전원(23)에 의한 제어 전압(Vcc), 및 속도 제어 신호(24)의 제어 신호 전압(Vsp)의 전압들을 입력한다. 구동 회로(6)는 속도 제어에 사용되는 모터 회전 신호(FG)를 출력한다.

구동 회로(6)는, 로터의 자극 위치를 감지하기 위한 3개의 자기 센서(25), 자기 센서(25)의 신호를 받아 PWM 신호를 생성하는 프리 드라이버(12), 프리 드라이버(12)의 신호를 받아 MOSFET(8)에 대한 제어 신호를 생성하는 3개의 게이트 드라이버(11), 및 3상 브리지 접속된 6개의 MOSFET(8)를 포함한다.

자기 센서(25)는, 일반적으로 홀 소자 또는 홀 IC를 사용한다. 출력 전류는, 전류 감지 저항(26)에 의해 감지되어, 프리 드라이버(12)에 피드백된다.

3개의 게이트 드라이버(11)와 6개의 MOSFET(8)는, 하나의 유닛으로 일체화되어 파워 모듈(10)을 형성한다. 도 4는, 이 파워 모듈(10)의 단면도를 나타낸다. 게이트 드라이버(11)와 MOSFET(8)는 프레임(28)에 단단히 접착되고, 본딩 와이어(30)는 게이트 드라이버(11)를 MOSFET(8)에 연결할 뿐아니라, 리드 전극(27)을 이들 2개의 요소에 연결한다. 이들 모든 요소들이 에폭시 수지(29)에 의해 하나의 유닛으로 몰드된다.

도 5는, PWB(7)의 평면도를 나타낸다. 파워 모듈(10), 프리 드라이버(12), 및 개별 부품(31)이 PWB(13)에 설치되고, PWB(13)의 입력을 받고, 출력을 공급하기 위한 리드-선 조립체(2)를 포함한다. 개별 부품(31)은, 저항 및 커패시터 등을 포함한다.

도 6은, 제1 실시예에 따르는 브러시리스 DC 모터의 회로도의 일부를 나타내고, 이 도면은 도 3에 나타낸 전체 회로도 중 1상을 상세화한 것이다. 도 3에 나타낸 MOSFET(8)는, 실제로는 MOSFETQ2에 MOSFETQ1가 직렬로 접속되어 형성되고, 고압 직류 전압(Vdc)을 입력한다. MOSFETQ1은 플라이휠 다이오드(D1)와 게이트 커패시터(C1)를 기생 소자로서 포함하고 있다. MOSFETQ2는 플라이휠 다이오드(D2)와 게이트 커패시터(C2)를 기생 소자로서 또한 포함하고 있다.

게이트 드라이버(11)은, 히스테리시스 비교기(HS1, HS2), 및 레벨 시프트 회로(LS1), 저항(R1, R2, R3, R4), 및 출력 전자 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 포함하고 있다. 게이트 드라이버(11)은, 프리 드라이버(12)에서 생성된 PWM 신호를 입력 신호(HIN, LIN)로서 입력하여, 출력 신호(HO, LO)를 MOSFETQ1과 MOSFETQ2의 각 각의 게이트에 공급한다.

도 7은, 입력 신호(HIN, LlN)와 출력 신호(HO, LO) 사이의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다. "t"<t1의 구간에서, 입력 신호(HIN,LIN)가 모두 로(low) 레벨에 있으므로, 위쪽의 출력 전자 스위치(SW1, SW3)가 오프가 되고, 아래 쪽의 출력 전자 스위치(SW2, SW4)가 온이 된다. 그래서, 출력 신호(HO, LO)는 모두 로 레벨로 유지되어, MOSFETQ1, MOSFETQ2는 오프 상태에 있다.

다음에, "t"=t1의 시각에서, 입력 신호(HIN)는 하이 레벨로 상승하고, 입력 신호(LIN)는 로 레벨로 유지된다. 그래서, 스위치(SW1)가 온이 되고, 스위치(SW2)가 오프가 된다. 출력 신호(HO)가 하이 레벨로 상승하여, MOSFETQ1는 온이 된다. MOSFETQ2는 오프 상태로 유지된다. 이 때, 부트 커패시터(C3)에 축적된 전하는 저항(R1)을 통해 MOSFETQ1의 게이트에 공급되고, 출력 신호(HO)는 특정 시정수로 상승된다. 출력 신호(HO)가 MOSFETQ1의 문턱 전압(Vth)에 이를 때까지, MOSFETQ1는 오프에 있고, "t"=tl0의 시각, 즉 신호(HO)가 문턱 전압(Vth)에 이를 때, MOSFETQ1가 온이 되어, 구동 코일(21)에 고압 직류 전압(Vdc)를 공급한다.

다음에, "t"=t2의 시각에서, 입력 신호(HIN)는 로 레벨로 떨어지고, 입력 신호(LIN)은 로 레벨로 유지된다. 그래서 스위치(SW1)는 오프가 되고, 스위치(SW2)는 온이 되어, 출력 신호(HO)는 저항(R2)과 MOSFETQ1의 게이트 커패시터(C1)에 의해 정해지는 시정수로 떨어진다. 출력 신호(HO)가 MOSFETQ1의 문턱 전압(Vth) 보다 낮게 될 때까지, MOSFETQ1는 온 상태에 있고, 출력 신호(HO)가 문턱 전압(Vth) 보다 낮게 될 때, 즉 "t"=t20의 시각에서, 오프 상태가 된다.

"t"=t3의 시각에서, 입력 신호(HIN)는 로 레벨로 유지되고, 입력 신호(LIN)는 하이 레벨로 상승되므로, 스위치(SW3)는 온이 되고, 스위치(SW4)는 오프가 된다. 출력 신호(LO)는 커패시터(C2)와 저항(R3)에 의해 정해지는 시정수로 상승한다. 출력 신호(LO)가 MOSFETQ2의 문턱 전압(Vth)에 이를 때까지, MOSFETQ2는 오프상태에 있고, "t"=t30의 시각 즉, 신호(LO)가 스레시 홀드 전압(Vth)에 이를 때 MOSFETQ2는 온이 된다.

"t"=t4의 시각에서, 입력 신호(HIN)는 로 레벨로 유지되고, 입력 신호(LIN)는 로 레벨로 떨어진다. 그래서, 스위치(SW3)는 오프가 되고, 스위치(SW4)는 온이 된다. 출력 신호(LO)는 저항(R4)과 MOSFETQ2의 게이트 커패시터(C2)에 의해 정해지는 시정수로 떨어진다. 출력 신호(LO)가 MOSFETQ2의 문턱 전압(Vth) 보다 낮아질 때까지 MOSFETQ2는 온 상태에 있고, "t"=t40의 시각, 즉 신호(LO)가 전압(Vth) 보다 낮게 될 때, MOSFETQ2는 오프가 된다.

"t"=t5의 시각에서, 상태는 "t"=t1에서 나타나는 상태와 동일한 상태로 되고, 상기 서술된 상태의 순서가 반복된다.

도 8은, 도 7에 나타낸 t1의 부분을 확대한 것으로, 구동 코일의 단자전압(VU)의 변화를 또한 나타낸다. "t"=t1의 시각에서, 입력 신호(HIN)가 로 레벨로부터 하이 레벨로 바뀔때, 히스테리시스 비교기(HS1), 레벨 시프트 회로(LS1), 출력 전자 스위치(SW1)의 전달 시간 후, "t"=t11에서 출력 신호(HO)는 상승하기 시작한다(도 7에서는 이 전달 시간을 생략했다).

그러면, 출력 신호(HO)는 문턱 전압(Vth)에 이르고, MOSFETQ1는 온이 되지 만, 실제로는, MOSFETQ1가 오프로부터 온 상태로 변화하는 변이 시간 동안, 문턱 전압(Vth) 부근의 전압에서 신호(HO)는 거의 변화하지 않는다. 이것은 MOSFETQ1의 상태가 오프로부터 온으로 변화하여, 그 드레인-소스간의 전압이 변화하기 때문에, Q1의 0 게이트 커패시턴스(C1)가 외관상 매우 커지기 때문이다(미러효과). 더 상세하게는, "t"=t12에서, 출력 신호(HO)는 문턱 전압(Vth)에 이르고, MOSFETQ1는 온으로 되기 시작해, 구동 코일 단자전압은 상승을 시작한다. 전압(VU)의 상승 동안, 미러효과에 의해 신호(HO)는 거의 변화하지 않는다. "t"=t13의 시각에서, 전압(VU)이 대략 고압 직류 전압(Vdc)에 이르면, 미러효과는 더이상 작용하지 않으므로 신호(HO)는 더욱 상승하기 시작한다. 이 때, t12과 t13의 사이의 시간이 짧을 수록 전압(VU)의 변화율 "dV/dt"은 더 커진다.

전압(VU)의 변화율 "dV/dt"이 저항(R1)과 MOSFETQ1의 게이트-드레인간의 귀환 커패시턴스에 의한 시정수에 의해 정해지므로, 저항(R1) 혹은 귀환 커패시턴스를 조정하는 것에 의해서 변화율 "dV/dt"은 설정될 수 있다. 통상, 조정 용이한 저항(R1)의 값으로 변화율"dV/dt"이 설정된다. 예를 들면, 가전 기기 등에 모터를 구비하는 경우, 변화율 "dV/dt"이 대략 2kV/μsec 가 되도록 저항(R1)이 조정된다.

앞의 설명은 MOSFETQ1의 상태가 오프로부터 온이 되는 경우에 대한 것이지만, MOSFETQ1의 상태가 온으로부터 오프가 될 때 구동 코일의 단자전압(VU)의 변화율 "dV/dt"이 설정될 수 있고, 즉, 이 경우에 변화율 "dV/dt"은 저항(R2)을 조정하여 설정될 수 있다.

상기 설명한 것과 유사한 설정이 MOSFETQ2에 대해서 행해질 수 있고, 즉, Q2 가 오프로부터 온이 되는 경우의 "dV/dt"는 저항(R3)을 조정하여 설정될 수 있고, Q2가 온으로부터 오프가 되는 경우의 "dV/dt"는 저항(R4)을 조정하여 설정될 수 있다.

상기 설명한 것같이, 저항(R1, R2, R3, R4)은, MOSFETQ1, Q2의 드레인-소스간의 전압 변화율을 설정하는 설정부로서 동작한다. 다음에, 전류 변화율 "dI/dt"에 대해 이후 설명한다.

MOSFETQ1가 오프로부터 온으로 이행하는 상태에서 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"은, 도 8에서 전압(VU)이 변화하고 있는 동안에 관찰된다. 전압(VU)이 변동하고 있는 동안, 먼저 설명한 것처럼 미러효과가 작용하므로 신호(HO)는 MOSFETQ1의 문턱 전압(Vth) 부근에서 거의 변화하지 않지만, 실제로는 약간 변화하고 있다. 문턱 전압(Vth) 부근의 변화율의 약간의 변화와 MOSFETQ1의 상호 컨덕턴스는, MOSFETQ1의 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"을 결정한다. 문턱 전압(Vth) 부근의 신호(HO)의 변화율의 약간의 변화는, 저항 R1 또는 MOSFETQ1의 게이트-소스간의 커패시터(C1)에 의해 결정될 수 있다. 즉, 저항(R1) 또는 MOSFETQ1의 상호 컨덕턴스를 조정하여, MOSFETQ1의 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"를 설정할 수 있다. 그렇지만, 저항(R1)이 전압 변화율 "dV/dt"을 설정하기 위해 이용되기 때문에, 커패시터(C1) 혹은 상호 컨덕턴스는 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"을 설정하기 위해 사용된다.

상기 설명은 MOSFETQ1의 상태가 오프로부터 온이 되는 경우에 대한 것이지만, MOSFETQ1이 온으로부터 오프가 될 때 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"이 설정될 수 있고, 즉 커패시터(C1) 혹은 상호 컨덕턴스를 조정하여 변화율 "dI/dt"이 설정 될 수 있다.

상기 설명한 것과 유사한 설정이 MOSFETQ2에 대해서 행해질 수 있고, 즉 Q2의 "dI/dt"는, 커패시터(C2) 혹은 MOSFETQ2의 상호 컨덕턴스를 조정하여 설정될 수 있다.

상기 설명한 것 같이, 커패시터(C1, C2), 또는 MOSFETQ1 혹은 Q2의 상호 컨덕턴스는 MOSFETQ1, Q2의 드레인 전류의 변화율 "dI/dt"을 설정하는 설정부로 동작할 수 있다.

도 9는, 도 6에 나타낸 회로에서 t2가 t3에 근접할 때 모터가 어떻게 동작하는지를 나타낸다. 더 구체적으로, "t"=t2에서, 입력 신호(HIN)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀌고, "t"=t3에서 입력 신호(LIN)는 로 레벨로부터 하이 레벨로 바뀐다. 그래서, 도 9는 t2가 t3에 근접할 때 즉, "t"=t2에서 출력 신호(HO)가 하강을 시작하여, "t"=t3, 출력전압(L0)이 상승하기 시작할 때까지 문턱 전압(Vth) 보다 높게 유지된다. 이 경우, M0SFETQ1가 OFF 하기 전에 MOSFETQ2가 ON으로 되면, Q1에서 Q2로 관통 전류가 흘러서, 이들 MOSFET를 파괴시킨다.

이러한 관통 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 적어도 "t"=t20의 시각에서 "t"=t30 이전에 나타나도록, 설정부로서 동작하는 저항(R1과 R2)의 관계가 R1>>R2가 되도록 미리 설정되어야 한다.

입력 신호(HIN)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀌는 "t"=t2로부터 입력 신호(LIN)가 로 레벨로부터 하이 레벨로 바뀌는 시각 "t"=t3 사이의 시간 간격은 일반적으로 데드 타임이라고 불린다. 이 데드 타임은, 통상 게이트 드라이버(11), MOSFET(8)와 그 주변 부품에서 생기는 지연 시간에 대해 충분히 크게 해 둔다. 그러나, 데드 타임이 길게 유지되면, 구동 코일은 전원이 인가되지 않으므로, 축출력이 20W에서 50W에 있는 가전용 팬에서 사용되는 모터에서 노이즈와 진동 등의 불편을 초래한다. 이렇게 데드 타임은 최소화되어야 하므로, 저항(R1, R2) 값 및 게이트 커패시터의 커패시턴스가 미리 조심스럽게 연구되어야 한다.

도 10은 MOSFET 그 자체의 문턱 전압(Vth)이 Vth1에서 Vth2로 승압될 때의 동작을 도시한다. 이 경우, MOSFETQ1의 온에서 오프까지의 지연 시간은 더 짧아지고, MOSFETQ2의 오프에서 온까지의 지연 시간은 더 길어진다. 이러한 준비는, 도 6에 나타낸 회로도에서 데드 타임이 극히 짧을 때라도, 즉 입력 신호(HIN)가 하이 레벨에서 로 레벨로 변화하는 "t"=t2가 입력 신호(LIN)가 로 레벨에서 하이 레벨로 변화하는 "t"=t3에 근접할 때라도, MOSFETQ1이 오프가되기 전에 MOSFETQ2가 온이 될 염려가 없는 브러시리스 DC 모터를 제공하게 한다.

상기 서술한 것같이, 본 발명의 브러시리스 DC 모터는 적어도 MOSFET와 게이트 드라이버를 수지로 몰딩하여 하나의 유닛에 일체화하여 형성된 파워 모듈과, 이 파워 모듈을 포함하는 구동 회로를 포함한다. 파워 모듈의 하나에 설치된 설정부, 게이트 드라이버 또는 MOSFET는 MOSFET의 전기력을 설정할 수 있다. 상기의 구조를 통해 소형이고 가볍고, 배선 및 설치하기에 용이한 특징을 갖는 신뢰성 있는 브러시리스 DC 모터를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

브러시리스 DC 모터(1)을 갖춘 본 발명의 전기기기를 도 11 및 12를 참조하여 이후 설명한다. 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 전기기기(에어콘 실외기)의 구조를 나타낸다.

도 11에서, 제2 실시예에 따른 실외기(51)는, 바닥판(52)에 세워진 칸막이(54)에 의해, 압축기실(56) 및 열교환기실(59)로 구획되고 있다. 압축기(55)는 압축기실(56)에 놓여진다. 열교환기실(59)에는 열교환기(57) 및 송풍용의 팬 모터(58가 배치되어 있다. 전기 부품을 담는 상자(60)가 칸막이(54) 위에 배치되어 있다.

팬 모터(58)는, 실시예 1에서 설명한 브러시리스 DC 모터(1) 및 모터의 회전축에 설치된 송풍 팬으로 형성되고, 상자(60)에 수용된 전원 장치(53)로부터 고압 직류 전압(Vdc)과 제어 전압(Vcc)이 공급된다. 팬 모터(58)의 회전에 따라 송풍 팬이 회전하고, 열교환기실(59)을 냉각하는 바람을 발생한다. 제1 실시예에서 기재한 것 같이, 브러시리스 DC 모터(1)는 내장된 구동 회로를 포함하고 있으므로, 모터(1)는 소형이고, 설치 및 배선이 용이하므로, 모터(1)는 에어콘 등 전기기기의 고기능화나 저가격화에 유용하다.

도 12는, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 전기기기(에어콘 실외기)의 개략 회로도이다. 도 12에 있어서, 상용 전원(62)은 전원 장치(53)에 전원을 공급하고, 정류기, 평활용 커패시터, 스위칭 전원 장치 등을 포함한다. 전원 장치(53)는 고압 직류 전압(Vdc)과 제어 전압(Vcc)을 팬 모터(58)에 출력한다. 또한, 고압 직류 전압(Vdc)은 인버터(61)에 공급되어 압축기(55)를 구동한다.

인버터 장치(61)의 온, 오프 동작은 고압 직류 전압(Vdc)에 서지 전압(비도 시)이 중첩되게 하므로, 전압이 팬 모터(58)에 내장되는 MOSFET의 내압을 초과하기도 한다. 그렇지만, MOSFET 자신은 단시간의 과전압을 견디기에 충분한 어벌랜치 저항이 있으므로, MOSFET는 파괴되지 않는다. 따라서 신뢰성 있는 팬 모터를 얻을 수 있다.

제2 실시예에서, 에어콘 실외기를 전기기기의 예로 들었지만, 그러나, 본 발명은 에어콘 실내기에 사용되는 송풍용 팬 및 에어콘 실내기 자체에도 실외기의 경우와 같은 효과를 가지고 적용될 수 있다.

본 발명의 브러시리스 DC 모터는, 복수상의 구동 코일을 가지는 고정자 조립체와, 영구자석을 가지는 로터 조립체을 포함하고, 구동 코일을 구동하기 위해 설치된 구동 회로를 갖는 내장된 프린트 배선판을 포함한다. 이 구동 회로는, 구동 코일에 전력을 공급하는 MOSFET와, MOSFET를 제어하는 게이트 드라이버와, 게이트 드라이버에 PWM 신호를 공급하는 프리 드라이버를 포함한다. 프린트 배선판은 파워 모듈이 설치되어 있고, 파워 모듈은 적어도 MOSFET와 게이트 드라이버를 몰드 수지로 일체화하여 형성된다. 파워 모듈은, 그 내부 또는 게이트 드라이버 내부 또는 MOSFET 내부에 MOSFET의 전기적 강도를 설정하기 위한 설정부를 포함한다. 본 발명은 브러시리스 DC 모터를 탑재한 전기기기를 포함한다. 상기 서술한 구성에 의해서 모터는 소형 경량으로 설치나 배선도 용이하고, 신뢰성이 높아진다. 이 구성은 또한 이 브러시리스 DC 모터를 사용하는 전기기기를 제공할 수 있다.

Claims

브러시리스 DC 모터로서,

다상의 구동 코일을 가지는 고정자 조립체;

영구자석을 가지는 로터 조립체; 및

상기 구동 코일을 구동하는 구동 회로를 가지며, 상기 모터에 내장된 프린트 배선판을 포함하고,

상기 구동 회로는:

(a) 상기 구동 코일에 전력을 공급하는 MOSFET;

(b) 상기 MOSFET를 제어하는 게이트 드라이버;

(c) 상기 게이트 드라이버에 PWM 신호를 공급하는 프리 드라이버를 포함하고,

상기 프린트 배선판은, 상기 MOSFET와 상기 게이트 드라이버를 몰드 수지로 일체화하여 형성된 파워 모듈을 포함하고, 상기 파워 모듈은, 상기 파워 모듈, 상기 게이트 드라이버 및 상기 MOSFET중 하나의 내부에, 상기 MOSFET의 전기적 강도를 설정하기 위한 설정부를 포함하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 프린트 배선판은, 상기 프리 드라이버를 더 포함하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 설정부는, 적어도 저항와 커패시터의 어느 하나를 포함하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 구동 회로는, 상기 영구자석의 자극 위치를 감지하기 위한 자기 센서를 더 포함하고, 상기 자기 센서는 상기 프린트 배선판에 설치되는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

금속제의 브래킷을 더 포함하고, 상기 파워 모듈은, 고열 전도성 수지를 통해 상기 브래킷에 방열하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 5에 있어서,

상기 고열 전도성 수지 재료는, 실리콘계 수지인, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 파워 모듈은, 상기 MOSFET를 상기 게이트 드라이버에 접합 와이어로 결합하고, 엑폭시계 수지로 밀봉하여 형성되는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 설정부는, 상기 MOSFET의 드레인과 소스간의 전압의 변화율을 소정 값이 되도록 설정하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 설정부는, 상기 MOSFET의 드레인 전류의 변화율을 소정 값이 되도록 설정하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 설정부는, 상기 MOSFET의 온/오프 지연 시간을 소정 값이 되도록 설정하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 10에 있어서,

상기 설정부는, 상기 MOSFET의 게이트의 문턱 전압을 소정 값이 되도록 더 설정하는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 MOSFET는, 소정의 어밸런치 저항을 갖는, 브러시리스 DC 모터.
청구항 1에 기재된 브러시리스 DC 모터를 포함하는 전기기기.
청구항 13에 있어서,

상기 전기기기는 에어콘이고, 상기 브러시리스 DC 모터는 팬 모터인, 전기기기.
청구항 13에 있어서,

전원 장치와, 상기 브러시리스 DC 모터 이외의 다른 장치를 포함하고, 상기 모터와 다른 장치는 모두 상기 전원 장치에 결합되는, 전기기기.
청구항 15에 있어서,

상기 전기기기는 에어콘의 실외기이며, 상기 브러시리스 DC 모터는 팬 모터이고, 상기 다른 장치는 압축기인, 전기기기.