WO2013088518A1 - 電力変換装置内蔵モータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器 - Google Patents

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隼一郎 尾屋
洋樹 麻生
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    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to a motor with a built-in power conversion device constituted by a power conversion circuit board using a semiconductor module, an air conditioner, a water heater, and a ventilation blower with a built-in motor.
  • motors with a built-in drive circuit that are formed of a thermosetting resin such as unsaturated polyester resin by connecting a high-voltage power conversion circuit and a stator are often used for air-conditioning fans.
  • the direct current power source for driving the motor is increased to a maximum voltage of 325 V (for example, Patent Document 1 below).
  • air-conditioning equipment is often used in areas where power supply conditions are poor, and the maximum value of the voltage of the DC power supply tends to further increase.
  • ICs integrated circuits
  • ICs mounted on a power converter inside a motor are increasingly used in the above-described surface mount packages because of the demand for miniaturization (for example, Patent Document 2 below).
  • Patent Document 2 since an IC used for an air-conditioning blower motor or the like requires a relatively large allowable power consumption, ingenuity is required for mounting in order to effectively dissipate heat generated by the allowable power consumption. .
  • JP 2011-61907 paragraph “0040”, FIGS. 1 and 3) JP-A-5-91708 (paragraphs “0011” to “0016”, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4)
  • the power conversion device disclosed in Patent Document 1 has a problem that a human process is required for board mounting because the IC in which the main parts of the power conversion circuit are integrated is a lead type.
  • the IC since the IC is disposed on the printed circuit board on the side opposite to the stator, there is a problem that the circuit becomes thick.
  • the inverter circuit in the IC causes a vertical short-circuit failure, the IC high voltage power supply terminal and the surrounding substrate copper foil are provided on the side opposite to the stator, so that the influence of the IC breakdown affects the outside of the motor.
  • the power conversion device disclosed in Patent Document 2 has a problem in that the mechanical connection strength with the printed circuit board is weaker than that of lead mounting because the IC and the board are surface-mounted and the solder area cannot be increased. . Further, in the power conversion device shown in Patent Document 2, since the semiconductor chip of the switching power element is directly mechanically connected to the printed board, it is not a printed board using a resin base material for chip heat dissipation, Since it is necessary to use a substrate using a metal or a sintered base material, there is a problem that it is expensive.
  • the high heat dissipation substrate (a substrate using a metal or a sintered base) is generally a single-sided wiring, there is a problem that the wiring efficiency is lower than that of a double-sided board and the board area is increased. .
  • the high voltage wiring from the IC terminal Cannot be placed under and around the IC.
  • the routable area is very narrow. Accordingly, there is a problem in that a high-voltage wiring may not be arranged on a printed board having a copper foil only on the side opposite to the stator.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is possible to reduce the size of a printed circuit board and incorporate a power conversion device capable of suppressing the thickness of the mold resin on the anti-stator side.
  • An object is to obtain a built-in air conditioner, water heater, and ventilation fan.
  • the present invention is a motor with a built-in power conversion device having a substrate on which a semiconductor module for converting a voltage of an external power source into a high-frequency voltage and supplying it to a stator is mounted. And a high voltage side wiring having one end electrically connected to the high voltage input line of the external power source and the other end electrically connected to the high voltage electrode of the semiconductor module on the surface of the substrate facing the stator. It is characterized by being arranged.
  • the printed circuit board since components such as semiconductor elements and high-voltage wiring are mounted on the surface of the printed circuit board on the stator side, the printed circuit board can be reduced in size and the thickness of the mold resin on the anti-stator side can be reduced. There is an effect that the thickness can be suppressed.
  • FIG. 1A and 1B are a side sectional view and a top perspective view of a motor incorporating a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an inverter IC mounted on the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a structural diagram of an IC chip in the inverter IC of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram around the IC chip in the inverter IC of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining merits when a plurality of printed circuit boards according to Embodiment 1 of the present invention are taken out from one circuit board.
  • FIG. 7 is an overall external view of an air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the indoor unit in the air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a side sectional view and a top perspective view of a motor 61 incorporating a power conversion device 60 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a lower surface of FIG. 1 shows a surface on the stator side of the printed circuit board 1 viewed from the direction of arrow A in FIG.
  • the power converter 60 mainly includes the printed circuit board 1 formed in a substantially arc shape, the inverter IC2, the motor terminal 5 that is an input terminal of each phase of the motor 61, and the rotational position of the rotor 16.
  • the motor 61 is comprised including the power converter device 60, the stator 3, the rotor 16, and the bearing 9 as main structures.
  • the printed circuit board 1 on which a power conversion circuit for rotating the motor 61 is mounted is incorporated.
  • An inverter IC 2 that is a part of the power conversion circuit is mounted on the printed board 1.
  • the inverter IC2 incorporates a main circuit of a voltage type inverter for applying a voltage to a winding which is a copper wire or an aluminum wire of the stator 3 of the motor 61.
  • an annular stator 3 in which a winding is wound around a stator core (not shown) is disposed on the surface of the printed circuit board 1 on which the inverter IC 2 is mounted.
  • the stator 3 and the printed circuit board 1 are mechanically connected by a thermosetting mold resin 4 such as unsaturated polyester.
  • An outer shape of the motor 61 constituting the bearing housing 9a is formed by the mold resin 4 on the surface of the printed board 1 on the side opposite to the stator.
  • the surface on the side opposite to the stator of the printed circuit board 1 is pressed by a mold (not shown) that contacts the position indicated by the reference numeral 100.
  • the surface of the printed circuit board 1 on the stator side is pressed by the starter 3 and a mold that contacts the position indicated by reference numeral 101.
  • the surface of the anti-stator of the printed circuit board 1 is pressed by the mold on both the inner peripheral side and the outer peripheral side (six locations indicated by reference numeral 100 indicated by dotted circles).
  • the inner peripheral side of the printed circuit board 1 (two locations indicated by reference numeral 101 indicated by solid circles). Only) is held by the mold. Thereafter, a resin is poured into the mold to mold the mold resin 4. Since this mold is removed after the molding resin 4 is molded, holes are formed at locations indicated by reference numerals 100 and 101 so that the printed circuit board 1 is directly exposed.
  • the printed circuit board 1 and the stator 3 are electrically connected by a motor terminal 5 by soldering so that a voltage from the printed circuit board 1 to the stator 3 is applied.
  • a Hall element 6 disposed so as to be surrounded by the stator 3 is mounted on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, and an overheat detection element 14 is installed in the vicinity of the inverter IC2.
  • a motor external connection lead 7 is installed on the surface of the printed circuit board 1 on the side opposite to the stator in order to electrically connect the printed circuit board 1 and the outside of the motor 61.
  • a high-voltage input line 17 and a low-voltage input / output line 18 extend from the motor external connection lead 7 to the outside.
  • a rotor penetration hole 8 that is not filled with the mold resin 4 and is hollow in a cylindrical shape is provided in the inner peripheral portion of the stator 3, and a rotor that is a rotor of the motor 61 is provided in the rotor penetration hole 8. 16 is arranged.
  • a bearing through hole 10 is formed on the inner peripheral side of the printed circuit board 1. The bearing through-hole 10 communicates with the rotor through-hole 8 so that the main shaft (not shown) of the rotor 16 penetrates the mold resin 4 to the bearing housing 9a in a direction substantially perpendicular to the printed circuit board 1.
  • a bearing 9 is accommodated in the bearing through hole 10, and a main shaft (not shown) of the rotor 16 is passed through an inner ring (not shown) of the bearing 9.
  • the inverter IC 2 includes a heat spreader 13, a high voltage electrode 11, and a low voltage electrode 12 as main components.
  • One electrode (high voltage electrode 11) forming the dual in-line electrode of the inverter IC2 is provided in the inverter IC2 in a plurality (three as an example in FIG. 1).
  • the high voltage electrode 11 inputs a high voltage DC voltage obtained by full-wave rectification or voltage double rectification of the commercial power supply outside the motor 61.
  • the high-voltage DC voltage is converted into a high-frequency voltage, and the high-voltage electrode 11 outputs the high-frequency voltage to the motor terminal 5.
  • these high-voltage electrodes 11 are provided with an inverter IC 2 and a printed circuit board, for example, as shown in FIG. 1 in consideration of the installation position of the motor terminal 5 so that the wiring (motor output wiring 105) on the printed circuit board 1 is shortened. 1 is provided between the outer peripheral side of 1.
  • the high-voltage input line 17 is electrically connected to the high-voltage DC input wiring 104 that is a copper foil provided on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side via the motor external connection lead 7.
  • One end of the high-voltage DC input wiring 104 is electrically connected to the high-voltage input line 17 by solder, and the other end of the high-voltage DC input wiring 104 is electrically connected to the high-voltage electrode 11 provided in the inverter IC2 by solder. Yes.
  • a motor output wiring 105 (a chain line from the high voltage electrode 11 of the inverter IC 2 to the motor terminal 5) that is a copper foil provided on the surface on the side opposite to the stator of the printed circuit board 1 close to the high voltage DC input wiring 104 is on the side opposite to the stator. Are electrically connected to the motor terminal 5 by soldering. Further, the copper foil 50 (solid line from the high voltage electrode 11 of the inverter IC 2 to the motor terminal 5) provided on the surface of the printed circuit board 1 near the high voltage DC input wiring 104 is connected to the motor terminal 5 on the stator side. And are electrically connected by solder. Since the high voltage electrode 11 of the inverter IC 2 shown in FIG.
  • the high voltage DC input wiring 104 is based on the space between the inverter IC 2 and the outer periphery of the printed circuit board 1. 1 is disposed along the outer peripheral side of 1 and is connected to the high voltage electrode 11 of the inverter IC2.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the inverter IC2 mounted on the power conversion device 60 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 shows an IC package 23, a metal lead frame 22, a bonding wire 21, a heat spreader 13, a high voltage electrode 11, and a low voltage electrode 12, which are components of the inverter IC2.
  • the IC chip 20, the bonding wire 21, and the metal lead frame 22 are covered with an IC package 23 that is a highly heat conductive resin.
  • the IC chip 20 is composed of a wide band gap semiconductor such as silicon or SiC.
  • the bonding wire 21 is made of a metal wire such as gold, copper, or aluminum, and one end thereof is electrically connected to a metal electrode (an aluminum wiring 25 described later) on the IC chip 20 by ultrasonic melting, and the other end. Is electrically connected to the metal lead frame 22.
  • the IC chip 20 is provided on a heat spreader 13 having a large plate thickness in order to efficiently release heat, and is thermally and mechanically connected to the heat spreader 13 by soldering or silver paste.
  • the inverter IC2 since the IC chip 20 is mounted on the heat spreader 13, the transient heat generation among the heat generated from the IC chip 20 is stored in the heat spreader 13, and the transient temperature rise of the IC chip 20 is suppressed.
  • the In the inverter IC 2, the IC chip 20 and the heat spreader 13 are disposed close to the metal lead frame 22, and the IC chip 20 is thermally and mechanically connected to the IC package 23. Therefore, regarding the heat generation from the IC chip 20, the steady heat generation is radiated from the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12 to the outside of the IC chip 20 through the metal lead frame 22, and further, the IC chip through the IC package 23. 20 is radiated to the outside.
  • FIG. 3 is a structural diagram of the IC chip 20 in the inverter IC2 of the power conversion device 60 according to the first embodiment of the present invention.
  • the IC chip 20 is provided with a plurality of semiconductor elements constituting switching elements, and an electrical connection between the semiconductor elements and external electrodes (such as the metal lead frame 22 shown in FIG. 2) is provided above each semiconductor element.
  • a plurality of aluminum wirings 25 for obtaining are provided. These aluminum wirings 25 are electrically connected to the metal lead frame 22 described above.
  • a silicon oxide film 26 having high insulation performance for insulating the aluminum wirings 25 is formed.
  • the IC chip 20 according to the first embodiment is compared with a general IC, that is, an IC in which a plurality of semiconductor elements are arranged on the metal lead frame 22 and electrical connection is made between the semiconductor elements by bonding wires 21.
  • a general IC that is, an IC in which a plurality of semiconductor elements are arranged on the metal lead frame 22 and electrical connection is made between the semiconductor elements by bonding wires 21.
  • the arrangement of the aluminum wiring 25 has a degree of freedom.
  • the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12 can be provided separately in a very small space.
  • the IC chip 20 is provided with an insulating isolation layer 29 (for example, silicon oxide) having a high insulating property in order to provide electrical insulation between the plurality of semiconductor single crystal islands 27 constituting the semiconductor element and the polycrystalline silicon 28 covering the periphery thereof. ) Is formed.
  • the polycrystalline silicon 28 is thermally and mechanically connected to the heat spreader 13 described above.
  • the insulating separation layer 29 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) that can ensure sufficient insulation performance even with a thin film.
  • the IC chip 20 can dispose the semiconductor single crystal island 27 in an island shape on the same chip by providing the insulating isolation layer 29 having a high insulating property, and can provide a switching element that requires high voltage insulation. Can be mixed.
  • the IC chip 20 is smaller than a general IC, that is, an IC in which a plurality of semiconductor elements are arranged with a predetermined insulation distance and each of these semiconductor elements is mounted on a metal lead frame 22. Therefore, the inverter IC 2 body can be downsized.
  • a control low-pressure chip or a chip for high-low pressure separation is not required outside, and they are also mounted on the metal lead frame 22 and the printed circuit board 1. There is no need to electrically connect the wires. Thereby, a power converter circuit and by extension, the power converter 60 whole can be made remarkably small.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram around the IC chip 20 in the inverter IC of the power conversion device 60 according to the first embodiment of the present invention.
  • the high-voltage DC power supply 38 is a high-voltage DC voltage obtained by full-wave rectification or voltage doubler rectification of the commercial power supply outside the motor 61, and this voltage is input to the IC chip 20.
  • the IGBT 34 is a switching element formed on the semiconductor single crystal island 27 of the IC chip 20 described above.
  • the IGBT 34 is ON / OFF driven by the upper arm driving circuit 35a and the lower arm driving circuit 35b, and converts the input DC voltage into a high frequency voltage. Convert.
  • Each of the six IGBTs 34 shown in FIG. 4 has a reflux diode connected in antiparallel.
  • the high frequency voltage from the IGBT 34 is applied from the high voltage electrode 11 to the winding of the stator 3 via the motor terminal 5.
  • the rotational position signal of the rotor 16 detected by the Hall element 6 is converted into a low-pressure pulse signal by a logic circuit inside the IC chip 20 and output to the outside from the rotational speed output line 31. Further, the IC chip 20 adjusts the output voltage of the inverter by changing the switching pulse width of the six IGBTs 34 based on the low-voltage analog signal voltage input from the outside via the output voltage command input line 32. To do. At this time, the power supply of the upper arm drive circuit 35a that drives the IGBT 34 of the upper arm among the inverters constituted by the six IGBTs 34 is generated by the charge pump diode 33 and the external capacitors C1 and C2. Further, the opposite side of the winding of the stator 3 connected to the motor terminal 5 (see FIG. 1) is electrically connected by a neutral point connection 39 to form a star connection motor.
  • the overheat detection element 14 As the overheat detection element 14, a positive temperature resistance element having a steep resistance characteristic with respect to temperature is used, and the overheat detection element 14 converts the detected temperature into a resistance value. This resistance value is input to the overcurrent protection terminal RS.
  • the overheat detection element 14 detects the overheat state of the inverter IC2 by giving the overcurrent protection level a temperature characteristic, and detects that the inverter IC2 and the stator 3 are overheated. In this case, the inverter IC2 limits or stops the current supplied to the stator 3 via the high-voltage electrode 11, and prevents the inverter IC2 and the like from being destroyed due to overheating.
  • the overheat detecting element 14 is made of a ceramic material, it cannot be provided on the IC chip 20 packaged with a thermally conductive resin. Although it is conceivable to provide the overheat detecting element 14 using a semiconductor on the IC chip 20, elements using a semiconductor have poor temperature characteristics and variations. Therefore, when this characteristic is taken into consideration, the design value of the protection level must be set low, and the output range of the motor 61 in which such a low design value is set is extremely narrow compared to the conventional configuration. Become.
  • the inverter IC 2 according to the first embodiment is disposed on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, and therefore, compared with the case of being disposed on the surface of the printed circuit board 1 on the side opposite to the stator, copper loss and iron It is disadvantageous in terms of temperature because it easily receives heat from the stator 3 which is a heat source having a loss.
  • the overheat detection element 14 is disposed close to the heat spreader 13 having a thermally strong connection with the IGBT 34 in the inverter IC2.
  • the overheat detecting element 14 is electrically and thermally connected to the low voltage electrode 12 through a copper foil 50 described later.
  • the metal lead frame 22 which is the low voltage electrode 12 is electrically and thermally connected to the IC chip 20 by the bonding wire 21 as described above.
  • the overheat detection element 14 is thermally connected to the inverter IC 2 by the mold resin 4 having a low thermal resistance (see FIG. 1). With this configuration, the overheat detecting element 14 can accurately detect the temperature of the IGBT 34 that generates the most circuit loss and is most likely to be destroyed by overheating.
  • the six IGBTs 34 constituting the inverter are arranged in an island shape on the IC chip 20 which is the same silicon chip and separated by the insulating separation layer 29. Further, the IC chip 20 includes the heat spreader 13 and Has a strong thermal connection. For this reason, even when the heat generation of the IGBTs 34 on the IC chip 20 varies, the IGBTs 34 are on the same solid and thus have substantially the same temperature, and the temperature distribution of the IGBTs 34 is smoothed.
  • the inverter IC2 suppresses a decrease in the operating range of the motor 61 caused by an increase in the ambient temperature due to being arranged on the stator side on the printed circuit board 1.
  • a single-chip IC such as the inverter IC2 has a higher ON voltage (2.0V) than a single IGBT (for example, 1.6V in the 600V withstand voltage class), and has a large steady loss.
  • the above-mentioned effect that the output reduction of the motor due to the operation range limitation for prevention can be covered is great.
  • the semiconductor single crystal island 27 constituting the IGBT 34 may be constituted by a wide band gap semiconductor such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide), or diamond. Since the wide band gap semiconductor has high heat resistance and withstand voltage and high allowable current density, the IGBT 34 formed on the IC chip 20 can be downsized, and the inverter IC 2 can be downsized. In addition, since the wide band gap semiconductor has low power loss, it is possible to configure the IGBT 34 that can operate with high efficiency.
  • a wide band gap semiconductor such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide), or diamond. Since the wide band gap semiconductor has high heat resistance and withstand voltage and high allowable current density, the IGBT 34 formed on the IC chip 20 can be downsized, and the inverter IC 2 can be downsized. In addition, since the wide band gap semiconductor has low power loss, it is possible to configure the IGBT 34 that can operate with high efficiency.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of power conversion device 60 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the copper foil 50 shown in FIG. 5 is formed of a circuit wiring pattern on the printed circuit board 1 or lands for electrically, thermally, and mechanically connecting the printed circuit board 1 and components with solder. .
  • a Hall element 6, an overheat detection element 14, and an inverter IC 2 are disposed on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side via a copper foil 50.
  • the inverter IC2 is connected to the copper foil 50 by solder via the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12. Further, the overheat detecting element 14 is electrically and thermally connected to the low voltage electrode 12 through the copper foil 50.
  • the through hole 51 is a hole penetrating from the stator side surface of the printed circuit board 1 to the anti-stator side surface.
  • the surface of the hole is plated, and the copper foil 50 on the stator side surface of the printed circuit board 1 and the copper foil 50 on the surface opposite to the stator side of the printed circuit board 1 are electrically connected by plating applied to the through hole 51. Connected thermally and thermally.
  • the motor terminal 5 is provided through the through hole 51 from the surface on the stator side of the printed circuit board 1 to the surface on the side opposite to the stator.
  • the motor terminal 5 melts thread-like solder from the copper foil 50 provided on the surface of the printed circuit board 1 on the side opposite to the stator, and is electrically connected to the stator-side copper foil 50 through the through hole 51. Since the stator-side copper foil 50 is connected to the high voltage electrode 11 of the inverter IC 2, the motor terminal 5 is electrically connected to the high voltage electrode 11.
  • the high voltage input line 17 is electrically connected to one end of the high voltage DC input wiring 104 provided on the stator side surface of the printed circuit board 1 by solder.
  • the other end of the high-voltage DC input wiring 104 is electrically connected to the high-voltage electrode 11 provided on the inverter IC2 by solder.
  • the high-voltage DC input wiring 104 and the copper foil 50 shown around the motor terminal 5 are represented as being connected to one high-voltage electrode 11 for the purpose of illustration. However, it is assumed that the high-voltage DC input wiring 104 and the copper foil 50 are connected to different high-voltage electrodes 11.
  • the motor external connection lead 7 is mounted not as a connector type but as a lead wire type on the surface opposite to the stator of the printed circuit board 1 in order to electrically connect an external power source (such as a high-voltage DC voltage) and the inverter IC 2. .
  • an external power source such as a high-voltage DC voltage
  • the motor 61 is mounted on an air conditioner or the like, moisture may adhere to the outline of the motor 61.
  • the motor external connection lead 7 is a connector type, when this moisture adheres between the high and low voltage electrodes in the connector, these electrodes may be short-circuited.
  • the motor external connection lead 7 is a lead wire type, such a short circuit can be avoided and the reliability of the motor 61 can be ensured.
  • the heat spreader 13 is electrically, thermally, and mechanically connected by the copper foil 50 and solder, like the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12. Further, the heat spreader 13 is thermally connected to the copper foil 50 provided on the surface opposite to the stator of the printed circuit board 1 through the copper foil 50 applied to the through hole 51.
  • the surface-mounted inverter IC 2 has a package size larger than that of the Hall element 6 and the overheat detecting element 14, and therefore receives a large amount of heat shrinkage stress at the time of molding of the surrounding mold resin 4 and after molding. Cutting is easy to occur.
  • the heat spreader 13 is mechanically strongly connected to the copper foil 50 by solder, the inverter IC 2 is less susceptible to the heat shrinkage stress of the mold resin 4.
  • the inverter IC 2 has a dramatic mechanical connection strength with the printed circuit board 1 as compared with an IC that is connected by soldering only ordinary circuit electrodes (such as the high-voltage electrode 11 and the low-voltage electrode 12). And solder breakage is reduced. As a result, it is possible to incorporate the power conversion device 60 in the motor 61 molded with the mold resin 4.
  • the heat spreader 13 is thermally connected to the copper foil 50 by solder on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, and further thermally connected to the copper foil 50 on the side opposite to the stator via the through hole 51. Yes. Thereby, the heat generated in the inverter IC 2 can be radiated to the side opposite to the stator of the printed circuit board 1.
  • the overheat detecting element 14 and the inverter IC 2 are surface-mounted on the surface of the printed circuit board 1 on which the Hall element 6 is disposed.
  • these components are electrically connected at one time by remelting the cream solder applied to the copper foil 50 (reflow soldering). And mechanically connectable.
  • the connection of the motor external connection leads 7 and the motor terminals 5 that must be soldered after the printed circuit board 1 is divided (detailed in FIG. 6). It becomes possible not to apply solder to the land for use (to prevent the application of solder with a metal mask).
  • the inverter IC2 by improving the temperature detection performance of the overheat detecting element 14, it is possible to surface-mount the inverter IC2 with the thickest heat spreader 13 among the mounted parts of the printed circuit board 1 on the printed circuit board on the stator side. It is. As a result, there is a margin in the mold space on the surface of the printed circuit board 1 opposite to the stator, so that the stator 3 can be thickened by the margin to obtain a motor 61 with a large output, or the margin can be thinned. By doing so, a thin and compact motor 61 with the same output can be obtained.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the merits when a plurality of printed circuit boards 1 according to Embodiment 1 of the present invention are taken out from a single circuit board.
  • FIG. 6 shows an example on one circuit board. The example which shape
  • the printed circuit board 1 according to the first embodiment is such that the neutral point connection 39 (see FIG. 4) of the stator 3 is not mounted, and an inverter in which a plurality of high-voltage elements are integrated on the IC chip 20 that is a one-chip semiconductor.
  • the package is downsized.
  • the semicircular arc-shaped printed circuit board 1 having a cross-sectional area of 1 ⁇ 2 or less can be formed.
  • the inner diameter portion of the printed circuit board 1 is formed in a semicircular arc shape so that a bearing (not shown) can be provided.
  • the inner peripheral part of the printed circuit board 1 is formed in a semicircular arc shape. Therefore, when forming a plurality of printed circuit boards 1 on a single substrate, the printed circuit board 1 is printed by arranging the printed circuit boards 1 so that the inner diameter portions of the printed circuit boards 1 face each other and the arc centers of the inner diameter portions are offset from each other. The inner periphery of the substrate 1 can be used effectively. In other words, a plurality of printed circuit boards 1 can be formed at a high density on a single substrate, and the utilization efficiency of the substrate for forming the printed circuit board 1 can be improved.
  • the inner periphery of a conventional printed circuit board is formed in an annular shape, when an electronic component is connected to the printed circuit board using flow solder, the solder in the solder bath is blown through the through part. Go up. In order to prevent this blow-up, a step of applying a plate for closing the through portion is required before the flow soldering step, and a step of removing this plate is also required after the soldering step.
  • the printed circuit board 1 according to the first embodiment has a semicircular inner diameter portion instead of an annular inner peripheral portion, the aforementioned steps can be reduced when soldering by flow soldering. It can be manufactured at low cost.
  • the heat spreader 13 disposed on the back surface of the inverter IC 2 (that is, between the inverter IC 2 and the printed circuit board 1) is connected to the copper foil 50, and the overheat detection element 14 is disposed in the vicinity thereof. Due to the arrangement, various effects as described above can be obtained. However, when configured in this way, another printed circuit board copper foil (for example, the high-voltage DC input wiring 104 shown in FIG. 1) is disposed between the inverter IC 2 and the printed circuit board 1 or around the inverter IC 2. I can't. Therefore, it is necessary to route the high-voltage DC input wiring 104 to the surface of the printed circuit board 1 on the side opposite to the stator.
  • another printed circuit board copper foil for example, the high-voltage DC input wiring 104 shown in FIG.
  • the mold hole for holding the board (see reference numeral 100 in FIG. 1) is arranged on the surface of the printed board 1 on the side opposite to the stator, the wiring possible area of the high-voltage DC input wiring 104 becomes very narrow. ing. Therefore, the printed circuit board 1 having the copper foil 50 only on the anti-stator side cannot realize the high-voltage DC input wiring 104, and even if there is a slight copper foil 50 on the anti-stator side, this slight copper foil 50 cannot realize the high-voltage DC input wiring 104.
  • the bonding wire 21 (see FIG. 2) that is the thinnest conductor on the high-voltage side of the DC power supply wiring is caused by the temperature rise due to the short-circuit current Generally blown out. Further, the IC chip 20 and the metal lead frame 22 that are close to the bonding wire 21 are also melted and broken by the heat generated at the time of fusing.
  • the metal lead frame 22 of the inverter IC 2 is shorter than the conventional lead type, so that the melt fracture is caused by the copper foil via the low-voltage electrode 12 and the high-voltage electrode 11. As many as 50.
  • the printed circuit board 1 by diverting the motor output wiring 105 (see FIG. 1) from the high voltage electrode 11 to the side opposite to the stator, a wiring space is provided on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side. A high-voltage DC input wiring 104 is provided in this wiring space. Therefore, the distance between the mold hole (100) and the high-voltage DC input wiring 104 can be increased as compared with the case where the high-voltage DC input wiring 104 is passed through the surface of the printed circuit board 1 opposite to the stator. Therefore, the resin thickness (thickness of the mold resin 4) for suppressing the influence when the high-voltage DC input wiring 104 is melted can be reduced.
  • the motor 61 can be reduced in weight and size.
  • the influence when the high-voltage DC input wiring 104 is melted is, for example, that the sound and light generated by the short-circuit current are generated on the side opposite to the stator of the printed circuit board 1 to give anxiety to the user.
  • the same effect can be obtained even if the mold hole is closed after the mold hole (100) is molded.
  • this hole is used. It is possible to omit the process of closing the door.
  • the printed circuit board 1 according to the first embodiment even when a processing method that does not leave the mold hole (100) is used, the distance between the high-voltage DC input wiring 104 and the outline of the mold resin 4 is increased. Therefore, the thickness of the resin provided on the side opposite to the stator of the printed board 1 can be reduced, and the motor itself can be made thinner.
  • the IC chip 20 and the heat spreader 13 are disposed close to the metal lead frame 22, and the IC chip 20 is thermally and mechanically connected to the IC package 23. Therefore, regarding the heat generation from the IC chip 20, the steady heat generation is radiated from the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12 to the outside of the IC chip 20 through the metal lead frame 22, and further, the IC chip through the IC package 23. 20 is radiated to the outside.
  • the IC chip 20 can dispose a plurality of semiconductor single crystal islands 27 in the form of islands on the same chip by providing the insulating isolation layer 29 having high insulating properties. Switching elements that require insulation can be mounted together.
  • the IC chip 20 is smaller than a general IC, that is, an IC in which a plurality of semiconductor elements are arranged with a predetermined insulation distance and each of these semiconductor elements is mounted on a metal lead frame 22. Therefore, the inverter IC 2 body can be downsized.
  • the IC chip 20 can also be configured with a low-voltage circuit on the same chip, there is no need for a low-voltage chip for control or a chip for high-low voltage separation outside, and these chips are electrically connected by a metal lead frame or the like. There is no need to connect to. Thereby, a power converter circuit and by extension, the power converter 60 whole can be made remarkably small.
  • the IC chip 20 has an aluminum wiring 25 as compared with a general IC, that is, an IC in which a plurality of semiconductor elements are arranged on a metal lead frame 22 and electrically connected between the semiconductor elements by bonding wires 21. It is possible to give a degree of freedom to the arrangement. Further, by using the IC chip 20, the high voltage electrode 11 and the low voltage electrode 12 can be provided separately in a very small space.
  • the overheat detecting element 14 is disposed close to the heat spreader 13 having a thermally strong connection with the IGBT 34 in the inverter IC2. Further, the overheat detecting element 14 is electrically and thermally connected to the low voltage electrode 12 through the copper foil 50. Therefore, the overheat detection element 14 can accurately detect the temperature of the IGBT 34.
  • the inverter IC2 can suppress a decrease in the operating range of the motor 61 due to a temperature rise caused by being disposed on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side. it can.
  • the six IGBTs 34 constituting the inverter are arranged in an island shape on the IC chip 20 which is the same silicon chip and separated by the insulating separation layer 29. Further, the IC chip 20 includes the heat spreader 13 and Has a strong thermal connection. For this reason, even when the heat generation of the IGBTs 34 on the IC chip 20 varies, the IGBTs 34 are on the same solid and thus have substantially the same temperature, and the temperature distribution of the IGBTs 34 is smoothed.
  • the motor external connection lead 7 is mounted on the surface opposite to the stator of the printed circuit board 1 by a lead wire type, it is possible to avoid a short circuit between the high and low voltage electrodes when moisture adheres to the outer surface of the motor 61. The reliability of the motor 61 can be ensured.
  • the heat spreader 13 is mechanically strongly connected to the copper foil 50 by soldering, the mechanical connection strength with the printed circuit board 1 is drastically compared with the connection by soldering of only a normal circuit electrode. Can be improved. As a result, the power conversion device 60 can be built in the motor 61 formed of the mold resin 4.
  • the heat spreader 13 is thermally connected to the copper foil 50 by solder on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, and further thermally connected to the copper foil 50 on the side opposite to the stator via the through hole 51. Yes. Thereby, the heat generated in the inverter IC 2 can be radiated to the side opposite to the stator of the printed circuit board 1.
  • the inverter IC 2 is arranged on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, the heat spreader 13 is arranged at a position far from the bearing 9, so that the motor 61 in which the electric corrosion phenomenon hardly occurs can be obtained.
  • the inverter IC2 with the heat spreader 13 can be surface-mounted on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side.
  • there is a margin in the mold space on the surface of the printed circuit board 1 opposite to the stator so that the stator 3 can be thickened by the margin to obtain a motor 61 with a large output, or the margin can be thinned. By doing so, a thin and compact motor 61 with the same output can be obtained.
  • the neutral point connection 39 (see FIG. 4) in the stator 3 is not mounted, and a plurality of high-voltage elements are integrated on the IC chip 20 which is a one-chip semiconductor.
  • the package is downsized. Thereby, the semicircular arc-shaped printed circuit board 1 having a cross-sectional area of 1 ⁇ 2 or less can be formed.
  • the printed circuit board 1 has an inner diameter portion formed in a semicircular arc shape, when forming a plurality of printed circuit boards 1 on a single substrate, the inner diameter portions of the respective printed circuit boards 1 are opposed to each other, and By arranging the circular arc centers of the portions to be offset from each other, it is possible to improve the utilization efficiency of the substrate for forming the printed circuit board 1.
  • the motor 61 incorporates a power conversion device 60 having a printed circuit board 1 on which a semiconductor module (inverter IC2) that converts the voltage of an external power source into a high-frequency voltage and supplies it to the stator 3 is mounted.
  • a semiconductor module inverter IC2
  • One end of the motor 61 facing the stator 3 of the printed circuit board 1 is electrically connected to the high-voltage input line 17 of the external power source, and the other end is electrically connected to the high-voltage electrode 11 of the inverter IC2.
  • the mold hole (100) and the high-voltage DC input wiring 104 are compared with the case where the high-voltage DC input wiring 104 is passed through the surface of the printed circuit board 1 opposite to the stator. A lot of distance can be taken. Therefore, the resin thickness (thickness of the mold resin 4) for suppressing the influence when the high-voltage DC input wiring 104 is melted can be reduced. As a result, the motor 61 can be reduced in weight and size.
  • FIG. 7 is an overall external view of the air conditioner 200 according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the indoor unit 70 in the air conditioner 200.
  • an indoor unit 70 hung on an indoor wall is connected to an outdoor unit 80 installed outdoors via a refrigerant pipe 90. Further, the indoor unit 70 incorporates an indoor blower 71 described later, and the outdoor unit 80 is provided with an outdoor blower 81.
  • the indoor unit 70 includes a suction port 73 provided on the upper surface of the indoor unit 70, an indoor heat exchanger 72, an indoor blower 71, a blowout air passage 74, and a blowout port 75 as main components. It is configured.
  • the indoor heat exchanger 72 exchanges heat between the indoor air and the refrigerant, and the indoor blower 71 sucks indoor air from the suction port 73 and passes this air through the indoor heat exchanger 72 to exchange heat.
  • the air is conditioned and blows into the room.
  • the indoor heat exchanger 72 extends from the rear upper part of the indoor unit 70 to the vicinity of the front middle stage, is bent from the middle front part of the indoor unit 70 toward the lower front part, and surrounds the front side of the indoor blower 71.
  • the indoor blower 71 is a line flow fan that is rotatably provided so as to extend in the longitudinal direction of the indoor unit 70.
  • the motor 61 (refer FIG. 1) with which the power converter device 60 which concerns on Embodiment 1 was incorporated is connected with the edge part of the longitudinal direction of the indoor air blower 71 in order to rotationally drive the indoor air blower 71.
  • FIG. . a blowout air passage 74 through which conditioned air circulates is formed in the lower portion of the indoor blower 71.
  • the blower outlet 75 is provided in the lower part of the indoor unit 70 in order to discharge the conditioned air which has circulated through the blowout air passage 74 to the outside.
  • the indoor heat exchanger 72 functions as an evaporator when the air conditioner 200 is performing a cooling operation, and the refrigerant inside the indoor heat exchanger 72 evaporates, so that the passing indoor air is cooled. .
  • the indoor heat exchanger 72 functions as a condenser, and the passing indoor air is heated.
  • the conditioned air that has passed through the indoor heat exchanger 72 passes through the blowout air passage 74 and is blown into the room from the air outlet 75 by the continuous rotation of the indoor blower 71.
  • the air volume of the conditioned air blown out is adjusted by changing the rotation speed of the motor 61 connected to the indoor blower 71.
  • the air conditioner 200 according to Embodiment 2 incorporates the power conversion device 60 according to Embodiment 1 in the indoor blower 71 and mounts the motor 61, whereby the motor 61 is reduced in size. Accordingly, the size of the indoor heat exchanger 72 can be increased. Further, in the air conditioner 200 according to the second embodiment, since the resin for suppressing the influence on the outside of the motor is reduced in the event of an abnormality such as the introduction of a different voltage, the size and weight can be reduced, and the energy saving performance is high. In addition, it is possible to reduce anxiety to the user when an abnormality occurs.
  • the air conditioner 200 according to the second embodiment is mounted with the motor 61 according to the first embodiment with high output (that is, the mold space on the anti-stator side surface of the printed circuit board 1 as much as the margin of the stator. 3), the heat exchange performance at the time of start-up can be taken high, the set temperature can be reached in a short time, and the user's comfort can be improved.
  • the wind speed is increased by increasing the output of the motor 61, the temperature unevenness in the room can be eliminated, the comfort of the user can be improved, and at the same time, the anxiety to the user when an abnormality occurs is reduced. can do.
  • the structure of the air conditioner 200 shown by FIG. 7 and FIG. 8 demonstrated above, especially the indoor unit 70 is an example, and the structure is not limited by these.
  • the example in which the motor 61 according to the first embodiment is used as the indoor blower 71 of the indoor unit 70 has been described.
  • the air conditioner 200 according to the second embodiment is limited to this.
  • the motor 61 may be used for the outdoor blower 81 of the outdoor unit 80.
  • the power conversion device 60 uses a high-voltage DC voltage that has undergone full-wave rectification or voltage doubler rectification as the high-voltage DC power supply 38. Therefore, compared to a circuit built-in motor using a low-voltage power supply of 30 V or less using a step-down power supply, the breaking energy of the wire and its surroundings at the time of a Si or SiC element chip short-circuit failure is orders of magnitude greater. If the resistance value of the high-voltage wiring system at the time of the short-circuit failure is R and the DC power supply voltage is V, the amount of heat generated at the time of breakdown is V 2 / R.
  • the resistance at the time of a short-circuit failure is the direction in which the high-voltage power element having a larger chip cross-sectional area becomes smaller. Even if the resistance is the same, the power supply voltage has a difference of 5 to 10 times or more, and the breakdown energy is 25 to 100 More than double. As a result, the outside of the motor or device is likely to be affected, and the user is likely to feel uneasy. Therefore, first, it is required not to cause destruction. In the unlikely event that a device breaks down, the user outside the device is not aware of the effect, so a safer device can be obtained.
  • the printed circuit board 1 according to Embodiment 1 is provided with the high-voltage DC input wiring 104 on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side.
  • the distance between the mold hole (100) and the high-voltage DC input wiring 104 can be increased as compared with the case where the high-voltage DC input wiring 104 is passed through the surface of the printed circuit board 1 opposite to the stator. Therefore, in the air conditioner 200 on which the motor 61 according to the first embodiment is mounted, the sound and light generated by the short circuit current are not generated on the side opposite to the stator of the printed circuit board 1, and the user when an abnormality occurs to the user Can reduce anxiety.
  • the one-chip inverter IC2 is used as the main circuit of the inverter.
  • the same effect can be obtained even when the high-voltage surface-mount type multi-chip inverter IC2 and the discrete main element are used. Needless to say.
  • examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, gallium nitride-based material, and diamond.
  • Switching elements and diode elements formed by such wide band gap semiconductors have high voltage resistance and high allowable current density, so that switching elements and diode elements can be miniaturized.
  • elements and diode elements it is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating these elements. In these elements, since the ON resistance at the time of top and bottom short circuit is lower than that of the narrow gap Si semiconductor, a large amount of short circuit current flows, the degree of damage of the wire and its surroundings is large, and the effect of arranging the high voltage DC input wiring on the stator surface Get higher.
  • the heat spreader 13 can be reduced in size.
  • the cooling method can be changed from water cooling to air cooling, thereby further reducing the size of the semiconductor module. It becomes possible. Therefore, since the metal lead frame 22 is shorter than that of the Si element, the degree of damage of the wire and its periphery is large, and the effect of arranging the high-voltage DC input wiring 104 on the stator surface is enhanced.
  • both the switching element and the diode element are desirably formed of a wide band gap semiconductor, either one of the elements may be formed of a wide band gap semiconductor, and the effect described in this embodiment Can be obtained.
  • the double-sided through-hole substrate using the copper foil 50 is used for the printed circuit board 1, but the substrate is not configured by a base material made of another metal or an insulating material, etching, or the like. Needless to say, the same effect can be obtained even if double-sided wiring is used.
  • the air conditioner has been described as the motor-equipped device.
  • the motor 61 may be used for a ventilation fan device.
  • the motor 61 as a motor of a ventilation blower that blows out indoor air to the outside, it goes without saying that the same effects as described above, such as thinning of the device and improvement of the blowing performance, can be obtained.
  • the improvement of the air blowing performance is particularly effective when it is desired to discharge moisture and odor in a short time in a bathroom or a toilet.
  • the air conditioner has been described as the motor-equipped device.
  • the motor 61 may be used for a water heater.
  • the motor 61 for a blower in a hot water heater or a fluid pump in a hot water heater for heating water with a refrigerant, the same effects as described above such as thinning of the apparatus and improvement of the blowing performance can be obtained.
  • the improvement of the high temperature and high load performance is particularly effective when pumping high temperature hot water which is a factor for increasing the ambient temperature of the motor.
  • the present invention can be applied mainly to a motor incorporating a power converter, an air conditioner incorporating this motor, a water heater, and a ventilation fan, and particularly to miniaturizing a printed circuit board.
  • This is useful as an invention capable of suppressing the thickness of the mold resin on the side opposite to the stator.
  • Printed circuit board 2 Inverter IC (semiconductor module) DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Stator 4 Mold resin 5 Motor terminal 6 Hall element 7 Motor external connection lead 8 Rotor through hole 9 Bearing 9a Bearing housing 10 Bearing through hole 11 High voltage electrode 12 Low voltage electrode 13 Heat spreader 14 Overheat detection element 16 Rotor 17 High voltage input line 18 Low pressure I / O line 20 IC chip (semiconductor chip) 21 Bonding wire 22 Metal lead frame (external electrode) 23 IC package 25 Aluminum wiring 26 Silicon oxide film 27 Semiconductor single crystal island (semiconductor element) 28 Polycrystalline silicon 29 Insulating separation layer 31 Rotational speed output line 32 Output voltage command input line 33 Charge pump diode 34 IGBT 35a Upper arm drive circuit 35b Lower arm drive circuit 38 High voltage DC power supply 39 Neutral point connection 50 Copper foil 51 Through hole 60 Power converter 61 Motor 70 Indoor unit 71 Indoor blower 72 Indoor heat exchanger 73 Suction port 74 Blowout air path 75 Air outlet 80 Outdoor unit 81 Outdoor fan 90

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Abstract

　外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータ３へ供給するインバータＩＣ２が実装されたプリント基板１を有する電力変換装置６０を内蔵したモータ６１であって、プリント基板１のステータ３と対向する面には、一端が外部電源の高圧入力線１７と電気的に接続され、他端がインバータＩＣ２の高圧電極１１と電気的に接続されるステータ側の面に設けられた銅箔である高圧直流入力配線１０４が配設されている電力変換装置内蔵モータ。

Description

電力変換装置内蔵モータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器
　本発明は、半導体モジュールを用いた電力変換回路基板によって構成された電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に関する。
　近年、高圧の電力変換回路とステータとを接続し不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂で成形された駆動回路内蔵モータが空調用送風機に多く用いられている。モータ駆動のための直流電源は、最大３２５Ｖと高圧化している（例えば下記特許文献１）。また、空調機器は、電源事情の悪い地域での利用も多く、上記直流電源の電圧の最大値がさらに増加する方向である。
　また、集積回路（以下、ＩＣと略す）を封止するパッケージは、小型化が進み、面実装に対応するパッケージも多く使われるようになった。特に、モータ内部の電力変換装置に実装されるＩＣは、小型化の要求から上記の面実装対応のパッケージが使われる例が増えている（例えば下記特許文献２）。ただし、空調用送風モータ等で使われるＩＣには、比較的大きな許容消費電力が要求されるため、この許容消費電力に伴い生じる熱を効果的に放熱するため、実装には工夫が必要となる。
特開２０１１－６１９０７号公報（段落「００４０」、図１、図３） 特開平５－９１７０８号公報（段落「００１１」～「００１６」、図２、図３、図４）
　しかしながら、上記特許文献１で示される電力変換装置は、電力変換回路の主要な部分を集積したＩＣがリードタイプであるため、基板実装に人的工程が必要であるといった問題点があった。また、プリント基板上のＩＣの配置位置が反ステータ側であるため、回路が厚くなるといった問題点がある。さらに、ＩＣ内のインバータ回路が上下短絡故障を起こした場合、破損するＩＣの高圧電源端子とその周辺の基板銅箔が反ステータ側に設けられているため、ＩＣ破壊の影響がモータ外部に及ばないよう反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を大きく取る必要があり、モータが大型化するという問題があった。
　また、上記特許文献２で示される電力変換装置は、ＩＣおよび基板が面実装化され半田面積がかせげないため、リード実装に比べてプリント基板との機械的接続強度が弱くなるという問題があった。また、上記特許文献２で示される電力変換装置では、スイッチングパワー素子の半導体チップが直接プリント基板と機械的に接続されることから、チップ放熱のために樹脂基材を用いたプリント基板ではなく、金属や焼結基材を用いた基板を用いる必要があるため、高価になるという問題があった。また、前記の放熱性の高い基板（金属や焼結基材を用いた基板）では一般的に片面配線となることから、両面基板に比べ配線効率が悪く、基板面積が大きくなるといった問題もある。
　一方、スイッチングパワー素子を含む電力変換主回路に面実装ＩＣを用いて、ＩＣパッケージに配置されたヒートスプレッダからプリント基板上の銅箔を介してＩＣの熱を放熱する場合、ＩＣ端子からの高圧配線をＩＣ下部およびその周辺に配置することができない。この場合、高圧配線の一部をプリント基板の反ステータ側に引き回す必要があるものの、プリント基板の反ステータ側には基板押さえ用の金型穴が配置されているなどの事情により、高圧配線の配線可能領域は非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔のないプリント基板では、高圧配線を配置することができない場合があるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器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、本発明は、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されていることを特徴とする。
　この発明によれば、プリント基板のステータ側の面に半導体素子等などの部品と高圧配線を実装するようにしたので、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制することができる、という効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を内蔵したモータの側断面図および上面透視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置に実装されたインバータＩＣの構成図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のインバータＩＣにおけるＩＣチップの構造図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のインバータＩＣにおけるＩＣチップ周辺の回路構成図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係るプリント基板を１枚の基板から複数枚取り出すときにおけるメリットを説明するための図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の全体外観図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機における室内機の横断面図である。
　以下に、本発明に係る電力変換装置内蔵モータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
（電力変換装置６０およびモータ６１の構成）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０を内蔵したモータ６１の側断面図および上面透視図である。図１の下側には、図１の矢印Ａの方向から見たプリント基板１のステータ側の面が示されている。電力変換装置６０は、主たる構成として、略１／２円弧状に形成されたプリント基板１と、インバータＩＣ２と、モータ６１の各相の入力端子であるモータ端子５と、ロータ１６の回転位置を検出するホール素子６と、モータ外部接続リード７と、インバータＩＣ２の過熱状態を検知する過熱検知素子１４とを有して構成されている。また、モータ６１は、主たる構成として、電力変換装置６０と、ステータ３と、ロータ１６と、ベアリング９とを有して構成されている。
　モータ６１の内部には、モータ６１を回転駆動させるための電力変換回路を実装したプリント基板１が内蔵されている。電力変換回路の一部であるインバータＩＣ２は、プリント基板１に実装されている。インバータＩＣ２は、モータ６１のステータ３の銅線またはアルミ線等である巻線に電圧を印加するための電圧型インバータの主回路を内蔵している。
　また、モータ６１の内部において、プリント基板１のインバータＩＣ２が実装される側の面には、ステータコア（図示せず）に巻線が巻かれた円環状のステータ３が配置されている。
　ステータ３とプリント基板１は、不飽和ポリエステル等の熱硬化性モールド樹脂４によって機械的に接続されている。プリント基板１の反ステータ側の面には、このモールド樹脂４によって、ベアリングハウジング９ａを構成するモータ６１の外形が形成されている。
　モールド樹脂４内のステータ３とプリント基板１の位置関係を正しく保つため、プリント基板１の反ステータ側の面は、符号１００で示される位置に当接する金型（図示せず）で押さえられ、かつ、プリント基板１のステータ側の面は、スタータ３と符号１０１で示される位置に当接する金型とで押さえられる。より具体的には、プリント基板１の反ステータの面は、内周側と外周側の双方（点線の丸で示される符号１００の６箇所）が金型で押さえられる。また、プリント基板１のステータ側の面は、モータ端子５を介してステータ３と機械的に接続がとれているため、プリント基板１の内周側（実線の丸で示される符号１０１の２箇所）のみが金型で押さえられる。その上で金型に樹脂が流されてモールド樹脂４が成形される。この金型は、モールド樹脂４の成形後に取り除かれるため、符号１００、１０１で示される場所には、プリント基板１が直接露出するような穴が形成される。
　プリント基板１とステータ３は、プリント基板１からステータ３への電圧が印加されるように、半田付けによりモータ端子５によって電気的に接続されている。プリント基板１のステータ側の面には、ステータ３に囲われるように配置されたホール素子６が実装されると共に、インバータＩＣ２近傍に過熱検知素子１４が設置されている。プリント基板１の反ステータ側の面には、プリント基板１とモータ６１の外部とを電気的に接続するため、モータ外部接続リード７が設置されている。このモータ外部接続リード７から外部側には、高圧入力線１７および低圧入出力線１８が延びている。
　ステータ３の内周部には、モールド樹脂４が充填されず円筒状に中空となっているロータ貫通用穴８が設けられ、このロータ貫通用穴８には、モータ６１の回転子であるロータ１６が配置されている。プリント基板１の内周側には、ベアリング貫通穴１０が形成されている。ベアリング貫通穴１０は、ロータ貫通用穴８と連通して、ロータ１６の主軸（図示せず）がプリント基板１に対して略垂直方向にモールド樹脂４内をベアリングハウジング９ａまで貫通している。ベアリング貫通穴１０には、ベアリング９が収納されており、ベアリング９の内輪（図示せず）には、ロータ１６の主軸（図示せず）が貫設されている。
　インバータＩＣ２は、主たる構成としてヒートスプレッダ１３、高圧電極１１、および低圧電極１２を有して構成されている。インバータＩＣ２のデュアルインライン電極を形成する一方の電極（高圧電極１１）は、インバータＩＣ２に複数（図１では一例として３つ）設けられている。高圧電極１１は、モータ６１の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を入力する。インバータＩＣ２では、この高圧直流電圧が高周波電圧に変換され、高圧電極１１は、この高周波電圧をモータ端子５へ出力する。なお、これらの高圧電極１１は、プリント基板１上の配線（モータ出力配線１０５）が短くなるようにモータ端子５の設置位置を考慮して、例えば図１に示されるようにインバータＩＣ２とプリント基板１の外周側との間に設けられている。
　高圧入力線１７は、モータ外部接続リード７を介して、プリント基板１のステータ側の面に設けられた銅箔である高圧直流入力配線１０４と電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４の一端は、半田によって高圧入力線１７と電気的に接続され、高圧直流入力配線１０４の他端は、インバータＩＣ２に設けられた高圧電極１１と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４と近接してプリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔であるモータ出力配線１０５（インバータＩＣ２の高圧電極１１からモータ端子５にいたる鎖線）は、反ステータ側にてモータ端子５と半田によって電気的に接続されている。また、高圧直流入力配線１０４と近接してプリント基板１のステータ側の面に設けられた銅箔５０（インバータＩＣ２の高圧電極１１からモータ端子５にいたる実線）は、ステータ側にてモータ端子５と半田によって電気的に接続されている。図１に示されるインバータＩＣ２の高圧電極１１は、プリント基板１の外周側に設けられているため、高圧直流入力配線１０４は、インバータＩＣ２とプリント基板１の外周との間を基点として、プリント基板１の外周側に沿って配設され、インバータＩＣ２の高圧電極１１に接続されている。このように高圧直流入力配線１０４を設けることによって、インバータＩＣ２に設けられたヒートスプレッダ１３やプリント基板１上の過熱検知素子１４などと干渉することなくインバータＩＣ２へ高圧直流電源を供給することが可能である。
（インバータＩＣ２の構成）
　図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０に実装されたインバータＩＣ２の構成図である。図２には、インバータＩＣ２の構成要素であるＩＣパッケージ２３、金属リードフレーム２２、ボンディングワイヤ２１、ヒートスプレッダ１３、高圧電極１１、および低圧電極１２が示されている。ＩＣチップ２０、ボンディングワイヤ２１、および金属リードフレーム２２は、高熱伝導性の樹脂であるＩＣパッケージ２３によって覆われている。ＩＣチップ２０は、シリコンまたはＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体によって構成されている。このボンディングワイヤ２１は、金、銅もしくはアルミ等の金属線材で構成され、超音波溶融によって、その一端がＩＣチップ２０上の金属電極（後述するアルミ配線２５）と電気的に接続され、その他端が金属リードフレーム２２と電気的に接続されている。ＩＣチップ２０は、熱を効率的に放出するために板厚が厚く形成されたヒートスプレッダ１３上に設けられ、半田付けまたは銀ペーストによって、ヒートスプレッダ１３と熱的および機械的に接続されている。
　インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０がヒートスプレッダ１３にマウントされているため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ１３に蓄熱されてＩＣチップ２０の過渡的な温度上昇が抑制される。また、インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０とヒートスプレッダ１３が金属リードフレーム２２に近接配置され、さらにＩＣチップ２０がＩＣパッケージ２３と熱的および機械的に接続されている。そのため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム２２を介して高圧電極１１および低圧電極１２からＩＣチップ２０の外部に放熱され、さらにＩＣパッケージ２３を介してＩＣチップ２０の外部に放熱される。
（ＩＣチップ２０の構成）
　図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０のインバータＩＣ２におけるＩＣチップ２０の構造図である。ＩＣチップ２０には、スイッチング素子を構成する複数の半導体素子が設けられ、各半導体素子の上部には、半導体素子と外部電極（図２に示される金属リードフレーム２２など）との電気的接続を得るためのアルミ配線２５が複数設けられている。これらのアルミ配線２５は、前述した金属リードフレーム２２と電気的に接続される。ＩＣチップ２０上には、各アルミ配線２５同士の絶縁をとるための絶縁性能の高い酸化シリコン膜２６が形成されている。そのため、実施の形態１に係るＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム２２に配置してボンディングワイヤ２１によって各半導体素子間の電気的接続をとるＩＣと比較して、アルミ配線２５の配置に自由度がある。また、ＩＣチップ２０を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極１１と低圧電極１２とを分離して設けることが可能である。
　また、ＩＣチップ２０には、半導体素子を構成する複数の半導体単結晶島２７とその周囲を覆う多結晶シリコン２８との電気的絶縁をとるため、絶縁性の高い絶縁分離層２９（例えば酸化シリコン）が形成されている。多結晶シリコン２８は、前述したヒートスプレッダ１３と熱的および機械的に接続されている。絶縁分離層２９は、例えば薄膜でも絶縁性能が充分確保できる酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって構成されている。
　このようにＩＣチップ２０は、絶縁性の高い絶縁分離層２９を設けることによって半導体単結晶島２７を同一チップ上に島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム２２に実装して成るＩＣと比較して、小型化を図ることができるため、インバータＩＣ２本体を小型化することができる。さらに、ＩＣチップ２０では、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらを金属リードフレーム２２およびプリント基板１上の配線によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置６０全体を著しく小さくすることができる。
　図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０のインバータＩＣにおけるＩＣチップ２０周辺の回路構成図である。高圧直流電源３８は、モータ６１の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧であり、この電圧は、ＩＣチップ２０に入力される。ＩＧＢＴ３４は、前述したＩＣチップ２０の半導体単結晶島２７に形成されたスイッチング素子であり、上アーム駆動回路３５ａおよび下アーム駆動回路３５ｂによってＯＮ／ＯＦＦ駆動され、入力された直流電圧を高周波電圧に変換する。なお、図４に示される６つのＩＧＢＴ３４にはそれぞれ還流ダイオードが逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３４からの高周波電圧は、高圧電極１１からモータ端子５を介して、ステータ３の巻線に印加される。
　ホール素子６で検出されたロータ１６の回転位置信号は、ＩＣチップ２０内部のロジック回路によって、低圧のパルス信号に変換され、回転数出力線３１から外部に出力される。また、ＩＣチップ２０は、出力電圧指令入力線３２を介して外部から入力される低圧のアナログ信号電圧に基づいて、前述した６個のＩＧＢＴ３４のスイッチングパルス幅を変化させてインバータの出力電圧を調整する。このとき、６個のＩＧＢＴ３４によって構成されるインバータのうち、上アームのＩＧＢＴ３４を駆動させる上アーム駆動回路３５ａの電源は、チャージポンプダイオード３３並びに外部コンデンサーＣ１およびＣ２によって生成される。また、モータ端子５（図１参照）と接続されるステータ３の巻線の反対側は、中性点結線３９によって電気的に接続され、スター結線モータを形成する。
　過熱検知素子１４には、温度に対する抵抗特性が急峻な正特性の温度抵抗素子が用いられ、過熱検知素子１４は、検出した温度を抵抗値に変換する。この抵抗値は、過電流保護端子ＲＳに入力される。過熱検知素子１４は、過電流保護レベルに温度特性を持たせることによって、インバータＩＣ２の過熱状態を検知して、インバータＩＣ２およびステータ３が過熱状態になったことを検出する。この場合、インバータＩＣ２は、高圧電極１１を介してステータ３に供給される電流を制限または停止して、過熱によるインバータＩＣ２等の破壊を防止する。
　ここで、過熱検知素子１４は、セラミック材料で構成されているため、熱導電性樹脂でパッケージされたＩＣチップ２０上に設けることができない。半導体を用いた過熱検知素子１４をＩＣチップ２０上に設けることも考えられるが、半導体を用いた素子は、温度特性が悪く、ばらつきもある。そのため、この特性を考慮した場合、保護レベルの設計値を低めに設定しなければならず、このような低い設計値が設定されたモータ６１の出力範囲は、従来の構成と比較して著しく狭くなる。さらに、実施の形態１に係るインバータＩＣ２は、プリント基板１のステータ側の面に配置されているため、プリント基板１の反ステータ側の面に配置されている場合に比べて、銅損および鉄損を有する発熱源であるステータ３からの熱を受けやすく温度的に不利である。
　そこで、実施の形態１に係る過熱検知素子１４は、インバータＩＣ２におけるＩＧＢＴ３４の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ１３に近接配置されている。また、過熱検知素子１４は、後述する銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続される。この低圧電極１２である金属リードフレーム２２は、前述したようにボンディングワイヤ２１によってＩＣチップ２０と電気的および熱的に接続される。また、過熱検知素子１４は、熱抵抗が低いモールド樹脂４によってインバータＩＣ２と熱的に接続される（図１参照）。このように構成することによって、過熱検知素子１４は、回路損失のほとんどを発生し過熱による破壊に至る可能性の最も高いＩＧＢＴ３４の温度を、精度良く検出することが可能となる。
　また、インバータを構成する６個のＩＧＢＴ３４は、同一のシリコンチップであるＩＣチップ２０上に絶縁分離層２９に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このＩＣチップ２０は、ヒートスプレッダ１３と強い熱的接続を有する。そのため、ＩＣチップ２０上の各ＩＧＢＴ３４の発熱にばらつきが生じた場合でも、各ＩＧＢＴ３４は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各ＩＧＢＴ３４の温度分布が平滑化される。
　また、上記の構成によって、各ＩＧＢＴ３４が別チップで構成される場合における各ＩＧＢＴ３４間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。さらに、各ＩＧＢＴ３４における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子１４を配置する必要がなく、コストを低減することができる。
　このように、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、インバータＩＣ２は、プリント基板１上においてステータ側に配置されることによる周囲温度の上昇で招来するモータ６１の運転範囲の低下を抑制することができる。特に、インバータＩＣ２のような１チップＩＣでは、単体のＩＧＢＴ（例えば６００Ｖ耐圧クラスで１．６Ｖ）よりもＯＮ電圧が高く（同２．０Ｖ）定常損失が大きいことから、ＩＧＢＴの温度上昇による破壊防止のための運転範囲制限によるモータの出力低下をカバーすることができるという上記効果は大きい。
　なお、ＩＧＢＴ３４を構成する半導体単結晶島２７は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体によって構成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性および耐電圧が高く、許容電流密度も高いので、ＩＣチップ２０上に成形されるＩＧＢＴ３４を小型化することができ、インバータＩＣ２の小型化を図ることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、電力損失が小さいため、高効率に動作が可能なＩＧＢＴ３４を構成することができる。
（電力変換装置６０におけるプリント基板１上の各素子の配置構成）
　図５は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０の断面図である。図５に示される銅箔５０は、プリント基板１上の回路配線パターン、または、プリント基板１と部品とを半田により電気的、熱的、および機械的に接続させるためのランドによって形成されている。プリント基板１のステータ側の面には、銅箔５０を介してホール素子６、過熱検知素子１４、およびインバータＩＣ２が配置されている。インバータＩＣ２は、高圧電極１１および低圧電極１２を介して半田によって銅箔５０に接続されている。また、過熱検知素子１４は、この銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続されている。
　スルーホール５１は、プリント基板１のステータ側の面から反ステータ側の面に貫通する穴である。この穴の表面にはメッキが施され、プリント基板１のステータ側の面における銅箔５０とプリント基板１の反ステータ側の面における銅箔５０とは、スルーホール５１に施されたメッキによって電気的および熱的に接続されている。
　モータ端子５は、スルーホール５１を通じてプリント基板１のステータ側の面から反ステータ側の面に貫設されている。モータ端子５は、プリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔５０から糸状の半田を溶融し、スルーホール５１を介してステータ側の銅箔５０と電気的に接続されている。このステータ側の銅箔５０は、インバータＩＣ２の高圧電極１１と接続されるため、モータ端子５は、高圧電極１１と電気的に接続される。
　高圧入力線１７は、プリント基板１のステータ側の面に設けられた高圧直流入力配線１０４の一端と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４の他端は、インバータＩＣ２に設けられた高圧電極１１と半田によって電気的に接続されている。なお、プリント基板１のステータ側の面において、モータ端子５の周囲に示される高圧直流入力配線１０４と銅箔５０は、図示の関係上、一つの高圧電極１１に接続されているように表されているが、高圧直流入力配線１０４と銅箔５０は、各々別の高圧電極１１に接続されているものとする。
　モータ外部接続リード７は、外部電源（高圧直流電圧など）とインバータＩＣ２とを電気的に接続するため、プリント基板１の反ステータ側の面に、コネクタ式ではなくリード線式として実装されている。例えばモータ６１が空気調和機等に搭載された場合、モータ６１の外郭に水分が付着する可能性がある。モータ外部接続リード７がコネクタ式の場合、この水分がコネクタ内の高低圧電極間に付着した際、これらの電極がショートする可能性がある。モータ外部接続リード７がリード線式の場合、このようなショートを回避することができ、モータ６１の信頼性を確保することができる。
　ヒートスプレッダ１３は、高圧電極１１および低圧電極１２と同様に、銅箔５０と半田によって電気的、熱的、および機械的に接続されている。さらに、ヒートスプレッダ１３は、スルーホール５１に施された銅箔５０を介して、プリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔５０と熱的に接続されている。ここで、面実装のインバータＩＣ２は、そのパッケージサイズがホール素子６および過熱検知素子１４と比較して大きいことから、周囲のモールド樹脂４の成形時および成形後の熱収縮応力を大きく受けて半田切れが発生しやすい。しかしながら、ヒートスプレッダ１３を半田によって銅箔５０と機械的に強く接続することによって、インバータＩＣ２は、モールド樹脂４の熱収縮応力の影響を受け難くなる。従って、実施の形態１に係るインバータＩＣ２は、通常の回路電極（高圧電極１１および低圧電極１２等）のみの半田によって接続されるＩＣと比べて、プリント基板１との機械的接続強度が飛躍的に向上し、半田切れが軽減する。その結果、モールド樹脂４で成形されたモータ６１に電力変換装置６０を内蔵させることが可能となる。
　また、ヒートスプレッダ１３は、プリント基板１のステータ側の面において銅箔５０と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール５１を介して反ステータ側の銅箔５０にも熱的に接続されている。これにより、インバータＩＣ２で発生した熱をプリント基板１の反ステータ側に放熱することができる。
　また、ホール素子６が配設されたプリント基板１のステータ側の面には、過熱検知素子１４およびインバータＩＣ２が面実装されている。このように、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、これらの部品は、銅箔５０に塗布されたクリーム半田の再溶融による接続（リフロー半田）で、一度に電気的および機械的に接続可能である。また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板１の分割後（図６で詳説する）に半田を施す必要があるモータ外部接続リード７およびモータ端子５の接続用ランドに、半田を塗布しないこと（メタルマスクで半田の塗布を防ぐこと）が可能となる。
　また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、プリント基板１の実装部品のうち、もっとも厚さのあるヒートスプレッダ１３を伴ったインバータＩＣ２を、ステータ側のプリント基板上に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ３を厚くして出力の大きいモータ６１を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ６１を得ることができる。
　なお、上記説明では、プリント基板１に対して、ホール素子６、過熱検知素子１４、およびインバータＩＣ２等の面実装部品を、リフロー半田によって半田付けする例を説明したが、フロー半田（はんだ槽の上にプリント基板１を流して部品と基板の接合部に半田付けを行なう手法）によって実装するものとしてもよい。
（プリント基板１の材料取りについて）
　図６は、本発明の実施の形態１に係るプリント基板１を１枚の基板から複数枚取り出すときにおけるメリットを説明するための図であり、図６には、一例として１枚の基板上に、実施の形態１に係るプリント基板１を成形した例が示されている。
　実施の形態１に係るプリント基板１は、ステータ３の中性点結線３９（図４参照）を実装しないこと、および、１チップ半導体であるＩＣチップ２０上に複数の高圧素子が集積されたインバータＩＣ２を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が１／２以下となる半円弧状のプリント基板１を形成することができる。このとき、プリント基板１の内径部は、ベアリング（図示せず）を設けることができるよう、半円弧状に形成されている。
　従来のプリント基板は、円環状に形成されているため、プリント基板の内周部（ベアリング直径に相当する部分）にインバータＩＣ２などの部品を配設することができない。従って、プリント基板の内周部は廃棄されていた。これに対し、実施の形態１に係るプリント基板１は、プリント基板１の内径部が半円弧状に形成されている。そのため、１枚の基板に複数のプリント基板１を成形する場合、各プリント基板１の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板１のプリント基板１の内周部が有効活用できる。換言すれば、１枚の基板に複数のプリント基板１を高密度で成形することができ、プリント基板１を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。
　また、従来のプリント基板は、プリント基板の内周部が円環状に形成されているため、フロー半田を用いてこのプリント基板に電子部品を接続させるとき、半田槽の半田がこの貫通部を通して吹き上がる。この吹き上がりを防止するためには、フロー半田工程前に貫通部を塞ぐための板を施す工程が必要であり、また半田工程後にはこの板を外す工程も必要となる。これに対し、実施の形態１に係るプリント基板１は、円環状の内周部ではなく半円弧状の内径部を有するため、フロー半田により半田付けする場合、前述の工程を削減することができ、安価に製造することが可能である。
　実施の形態１に係るプリント基板１では、インバータＩＣ２の背面（すなわちインバータＩＣ２とプリント基板１との間）に配設されたヒートスプレッダ１３が銅箔５０と接続され、その近傍に過熱検知素子１４が配設されているため、前記のようなさまざまな効果を得られる。ただし、このように構成した場合、インバータＩＣ２とプリント基板１との間や、インバータＩＣ２の周辺に別の配線用プリント基板銅箔（例えば図１に示される高圧直流入力配線１０４）を配置することができない。そのため、この高圧直流入力配線１０４をプリント基板１の反ステータ側の面に引き回す必要がある。ただし、プリント基板１の反ステータ側の面には、基板押さえ用の金型穴（図１の符号１００参照）が配置されているため、高圧直流入力配線１０４の配線可能領域が非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔５０のないプリント基板１では高圧直流入力配線１０４を実現することができず、たとえ反ステータ側に僅かな銅箔５０が存在する場合でも、この僅かな銅箔５０では高圧直流入力配線１０４を実現することができない。
　一方、異電圧投入等の異常時に、インバータＩＣ２が上下短絡状態となった場合、短絡電流による温度上昇によって、直流電源配線の高圧側でもっとも細い導電体となるボンディングワイヤ２１（図２参照）が一般的に溶断破壊する。また、溶断時の発熱によって、ボンディングワイヤ２１と近接するＩＣチップ２０や金属リードフレーム２２も溶融破壊する。実施の形態１に係るプリント基板１における面実装品パッケージによれば、インバータＩＣ２の金属リードフレーム２２が従来のリードタイプに比べ短いため、溶融破壊が低圧電極１２および高圧電極１１を介して銅箔５０にも及ぶ。
　実施の形態１に係るプリント基板１では、高圧電極１１からのモータ出力配線１０５（図１参照）を反ステータ側に迂回させることによって、プリント基板１のステータ側の面に配線スペースが設けられ、この配線スペースに高圧直流入力配線１０４が設けられている。そのため、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚（モールド樹脂４の肉厚）を薄くすることができる。その結果、モータ６１の軽量化および小型化を図ることが可能である。高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響とは、例えば、短絡電流により生じる音や光がプリント基板１の反ステータ側で生じることによって使用者に不安感を与えること等である。
　なお、金型穴（１００）を成形後に、この金型穴を塞いだ場合でも同様の効果が得られることは言うまでも無いが、実施の形態１に係るプリント基板１によれば、この穴を塞ぐ工程を省くことができる。また、実施の形態１に係るプリント基板１によれば、金型穴（１００）が残らない加工方法を用いた場合でも、高圧直流入力配線１０４からモールド樹脂４の外郭までの間の距離を多くとることができるため、プリント基板１の反ステータ側に設けられた樹脂の肉厚が薄肉化され、モータ自体を薄くすることができる。
（実施の形態１の効果）
　実施の形態１に係るインバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０がヒートスプレッダ１３にマウントされているため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ１３に蓄熱されてＩＣチップ２０の過渡的な温度上昇が抑制される。
　また、インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０とヒートスプレッダ１３が金属リードフレーム２２に近接配置され、さらにＩＣチップ２０がＩＣパッケージ２３と熱的および機械的に接続されている。そのため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム２２を介して高圧電極１１および低圧電極１２からＩＣチップ２０の外部に放熱され、さらにＩＣパッケージ２３を介してＩＣチップ２０の外部に放熱される。
　実施の形態１に係るＩＣチップ２０は、絶縁性の高い絶縁分離層２９を設けることによって、複数の半導体単結晶島２７を同一チップ上に、島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。
　また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム２２に実装して成るＩＣと比較して、小型化を図ることができるため、インバータＩＣ２本体を小型化することができる。
　また、ＩＣチップ２０は、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらのチップを金属リードフレーム等によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置６０全体を著しく小さくすることができる。
　また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム２２に配置してボンディングワイヤ２１によって各半導体素子間の電気的接続をとるＩＣと比較して、アルミ配線２５の配置に自由度を持たせることができる。また、ＩＣチップ２０を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極１１と低圧電極１２とを分離して設けることが可能である。
　また、実施の形態１に係る過熱検知素子１４は、インバータＩＣ２におけるＩＧＢＴ３４の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ１３に、近接配置されている。また、過熱検知素子１４は、銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続される。従って、過熱検知素子１４は、ＩＧＢＴ３４の温度を、精度良く検出することが可能となる。
　また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、インバータＩＣ２は、プリント基板１のステータ側の面に配置されることに起因する温度上昇に伴うモータ６１の運転範囲の低下を抑制することができる。
　また、インバータを構成する６個のＩＧＢＴ３４は、同一のシリコンチップであるＩＣチップ２０上に絶縁分離層２９に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このＩＣチップ２０は、ヒートスプレッダ１３と強い熱的接続を有する。そのため、ＩＣチップ２０上の各ＩＧＢＴ３４の発熱にばらつきが生じた場合でも、各ＩＧＢＴ３４は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各ＩＧＢＴ３４の温度分布が平滑化される。
　また、上記の構成によって、各ＩＧＢＴ３４が別チップで構成される場合における各ＩＧＢＴ３４間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。
　さらに、各ＩＧＢＴ３４における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子１４を配置する必要もなく、コストを低減することができる。
　モータ外部接続リード７は、プリント基板１の反ステータ側の面にリード線式で実装されているので、モータ６１の外郭に水分が付着した場合における高低圧電極間のショートを回避することができ、モータ６１の信頼性を確保することができる。
　インバータＩＣ２は、ヒートスプレッダ１３が半田により銅箔５０と機械的に強く接続されているため、通常の回路電極のみの半田による接続と比較して、プリント基板１との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。これによって、モールド樹脂４で成形されたモータ６１に電力変換装置６０を内蔵させることが可能となる。
　また、ヒートスプレッダ１３は、プリント基板１のステータ側の面において銅箔５０と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール５１を介して反ステータ側の銅箔５０にも熱的に接続されている。これにより、インバータＩＣ２で発生した熱をプリント基板１の反ステータ側に放熱することができる。
　また、インバータＩＣ２がプリント基板１のステータ側の面に配置されることによって、ヒートスプレッダ１３がベアリング９から遠い位置に配置されるため、電食現象が発生しにくいモータ６１を得ることができる。
　また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、リフロー半田で一度に電気的および機械的に接続させることができる。また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板１の分割後に半田を施す必要があるモータ外部接続リード７およびモータ端子５の接続用ランドには、メタルマスクを用いることで半田を塗布させないことが可能となる。また、半田の再溶融時に、その半田によってスルーホール５１が埋まってしまうことがなく、また、そのために別途スルーホール５１が半田によって埋まってしまわないようなマスキングテープの貼り付け工程および剥がし工程を削減できるという利点がある。このように、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、基板上における半導体素子等の半田付け作業が容易化され、加工費を削減することができ、かつ、基板と半導体素子等との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。
　また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、ヒートスプレッダ１３を伴ったインバータＩＣ２を、プリント基板１のステータ側の面に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ３を厚くして出力の大きいモータ６１を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ６１を得ることができる。
　また、実施の形態１に係るプリント基板１は、ステータ３における中性点結線３９（図４参照）を実装しないこと、および、１チップ半導体であるＩＣチップ２０上に複数の高圧素子が集積されたインバータＩＣ２を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が１／２以下となる半円弧状のプリント基板１を形成することができる。
　また、プリント基板１は、その内径部が半円弧状に形成されているため、１枚の基板に複数のプリント基板１を成形する場合、各プリント基板１の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板１を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。
　また、実施の形態１に係るモータ６１は、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータ３へ供給する半導体モジュール（インバータＩＣ２）が実装されたプリント基板１を有する電力変換装置６０を内蔵したモータ６１であって、プリント基板１のステータ３と対向する面には、一端が外部電源の高圧入力線１７と電気的に接続され、他端がインバータＩＣ２の高圧電極１１と電気的に接続される高圧側配線１０４が配設されているので、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚（モールド樹脂４の肉厚）を少なくすることができる。その結果、モータ６１の軽量化および小型化を図ることが可能である。
　実施の形態２．
（空気調和機２００の構成）
　図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機２００の全体外観図であり、図８は、同空気調和機２００における室内機７０の横断面図である。
　図７で示される空気調和機２００において、室内の壁に掛けられた室内機７０は、冷媒配管９０を介して、屋外に設置された室外機８０に接続されている。また、室内機７０には、後述する室内送風機７１が内蔵されており、室外機８０には、室外送風機８１が設置されている。
　図８において、室内機７０は、主たる構成として、室内機７０の上面に備えられた吸込口７３と、室内熱交換器７２と、室内送風機７１と、吹出風路７４と、吹出口７５とを有して構成されている。室内熱交換器７２は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内送風機７１は、吸込口７３からの室内空気を吸込み、この空気を室内熱交換器７２を通過させて熱交換した調和空気とした上で室内に吹出す。室内熱交換器７２は、室内機７０の背面上部から前面中段付近に延設され、かつ、室内機７０の前面中段付近から前面下部に向けて折り曲げられ、室内送風機７１の前面側を囲うように設置されている。室内送風機７１は、室内機７０の長手方向に延びる態様で回転可能に設けられたラインフローファンである。そして、室内送風機７１の長手方向の端部には、室内送風機７１を回転駆動させるために、実施の形態１に係る電力変換装置６０が内蔵されたモータ６１（図１参照）が連結されている。また、室内送風機７１の下部には、調和空気が流通する吹出風路７４が形成されている。吹出口７５は、その吹出風路７４を流通してきた調和空気を外部に排出するために、室内機７０の下部に設けられている。
（空気調和機２００の室内機７０の基本動作）
　次に、室内機７０の基本的な動作について説明する。使用者がリモコン等を操作することによって空気調和機２００の運転が開始されたとき、室内送風機７１に連結されたモータ６１が回転駆動し、その回転に連動して室内送風機７１が回転駆動する。この室内送風機７１の回転によって室内空気が吸込口７３から吸い込まれる。吸い込まれた室内空気は、室内送風機７１の連続的な回転によってさらに室内熱交換器７２を通過し、この室内熱交換器７２内部を流通する冷媒と熱交換される。室内熱交換器７２は、空気調和機２００が冷房運転を実施している場合には蒸発器として機能し、室内熱交換器７２の内部の冷媒が蒸発するため、通過する室内空気は冷却される。一方、空気調和機２００が暖房運転を実施している場合、室内熱交換器７２は、凝縮器として機能し、通過する室内空気は加熱される。このように、室内機７０に吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器７２を通過する際に、室内熱交換器７２によって熱交換され、使用者が要求する調和空気となる。室内熱交換器７２を通過した調和空気は、室内送風機７１の連続的な回転によって、吹出風路７４を通過して吹出口７５から室内に吹き出される。また、この室内送風機７１に連結されたモータ６１の回転数が変化することによって、吹き出される調和空気の風量が調整される。
（実施の形態２の効果）
　以上に説明したように、実施の形態２に係る空気調和機２００は、室内送風機７１へ実施の形態１に係る電力変換装置６０を内蔵しモータ６１を搭載することによって、モータ６１が小型化された分だけ室内熱交換器７２のサイズを大きくすることができる。また、実施の形態２係る空気調和機２００は、異電圧投入等の異常時にモータ外部への影響を抑えるための樹脂が薄肉化されるため、小型化と軽量化を両立でき、省エネ性能が高く、かつ、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
　また、実施の形態２に係る空気調和機２００は、高出力化された実施の形態１に係るモータ６１を搭載した場合（すなわちプリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間その余裕分だけステータ３を厚くしたモータ６１を搭載した場合）、立ち上がり時の熱交換性能を高く取ることができ、短時間で設定温度に到達し、使用者の快適性を向上させるとができる。また、モータ６１の高出力化によって風速が上げられるので、室内の温度ムラを解消でき、使用者の快適性をより向上させることができると同時に、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
　なお、上記で説明した図７および図８で示される空気調和機２００、特に室内機７０の構成は一例であり、これらによってその構成が限定されるものではない。実施の形態２の説明では、実施の形態１に係るモータ６１を室内機７０の室内送風機７１に用いた例に関して説明したが、実施の形態２に係る空気調和機２００は、これに限定されるものではなく、室外機８０の室外送風機８１にモータ６１を用いるように構成してもよい。
　また、実施の形態１に係る電力変換装置６０は、全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を高圧直流電源３８として用いている。そのため、降圧電源を用いた３０Ｖ以下の低圧電源を用いた回路内蔵モータと比較して、ＳｉやＳｉＣ素子チップ短絡故障の時のワイヤとその周辺の破壊エネルギーは、桁違いに大きい。短絡故障時の高圧配線系の抵抗値をＲ、直流電源電圧をＶとすると、破壊時の発生熱量はＶ２／Ｒとなる。短絡故障時の抵抗は、チップ断面積の大きな高圧パワー素子の方が小さくなる方向であり、仮に同じとしても電源電圧は、５～１０倍以上の差があり、破壊のエネルギーは、２５～１００倍以上となる。その結果、モータや機器の外部に影響が出やすく、使用者に不安感を与えやすい。そのため、まず、破壊を起こさないことが求められる。万が一素子破壊が発生した場合にも、機器の外部にいる使用者がその影響を認知されないことで、より安心な機器がえられる。実施の形態１に係るプリント基板１は、前述したように、プリント基板１のステータ側の面に高圧直流入力配線１０４が設けられている。そのため、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、実施の形態１に係るモータ６１が搭載された空気調和機２００は、短絡電流により生じる音や光がプリント基板１の反ステータ側で生じることがなく、使用者に対する異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
　また、これまでの実施の形態では、インバータの主回路に１チップインバータＩＣ２を用いているが、高圧面実装タイプのマルチチップのインバータＩＣ２およびディスクリート主素子を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
　また、ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。またこれらの素子では、上下短絡時のＯＮ抵抗がナローギャップのＳｉ半導体より低いため多く短絡電流が流れ、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線をステータ面に配置した効果がより高くなる。
　また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、ヒートスプレッダ１３の小型化が可能であり、また、例えば冷却方式を水冷から空冷化することも可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。そのため金属リードフレーム２２は、Ｓｉ素子の場合に比べ短くなることから、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線１０４をステータ面に配置した効果が高くなる。
　なお、スイッチング素子やダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよく、この実施の形態に記載の効果を得ることができる。
　実施の形態１、２において、素子と各金属との熱的、電気的、および機械的接続を半田により行う場合について説明したが、他の金属や導電性樹脂等の素材を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
　また、実施の形態１、２において、プリント基板１に銅箔５０を用いた両面スルーホール基板を用いたが、他金属や絶縁素材で構成された基材や、エッチング等により回路を構成しない基板を用いても、両面配線可能であれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
　また、実施の形態１、２において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ６１は、換気送風機器に用いてもよい。例えば、室内空気を室外に吹き出す換気送風機器のモータとしてモータ６１を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。送風性能の向上は、浴室やトイレ等において短時間で湿気や臭気を排出したい場合等に特に有効である。
　また、これまでの実施の形態において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ６１は、給湯器に用いてもよい。例えば、冷媒により水を加熱するための給湯器内送風機または給湯器内流体ポンプにモータ６１を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。高温高負荷性能の向上は、モータ周囲温度を高める要因となる高温の湯をポンピングする場合に特に有効である。
　以上のように、本発明は、主に電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に適用可能であり、特に、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な発明として有用である。
　１　プリント基板
　２　インバータＩＣ（半導体モジュール）
　３　ステータ
　４　モールド樹脂
　５　モータ端子
　６　ホール素子
　７　モータ外部接続リード
　８　ロータ貫通用穴
　９　ベアリング
　９ａ　ベアリングハウジング
　１０　ベアリング貫通穴
　１１　高圧電極
　１２　低圧電極
　１３　ヒートスプレッダ
　１４　過熱検知素子
　１６　ロータ
　１７　高圧入力線
　１８　低圧入出力線
　２０　ＩＣチップ（半導体チップ）
　２１　ボンディングワイヤ
　２２　金属リードフレーム（外部電極）
　２３　ＩＣパッケージ
　２５　アルミ配線
　２６　酸化シリコン膜
　２７　半導体単結晶島（半導体素子）
　２８　多結晶シリコン
　２９　絶縁分離層
　３１　回転数出力線
　３２　出力電圧指令入力線
　３３　チャージポンプダイオード
　３４　ＩＧＢＴ
　３５ａ　上アーム駆動回路
　３５ｂ　下アーム駆動回路
　３８　高圧直流電源
　３９　中性点結線
　５０　銅箔
　５１　スルーホール
　６０　電力変換装置
　６１　モータ
　７０　室内機
　７１　室内送風機
　７２　室内熱交換器
　７３　吸込口
　７４　吹出風路
　７５　吹出口
　８０　室外機
　８１　室外送風機
　９０　冷媒配管
　１０４　高圧直流入力配線
　１０５　モータ出力配線
　２００　空気調和機

Claims (9)

  1. 　外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、
    　前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されていることを特徴とする電力変換装置内蔵モータ。
  2. 　前記半導体モジュールは、複数の半導体素子が形成された半導体チップを有し、
    　前記半導体チップは、金属ワイヤにて前記半導体モジュールの外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置内蔵モータ。
  3. 　前記半導体モジュールは、前記基板上に配置され、かつ、前記半導体モジュールの外部電極に近接して配置されたヒートスプレッダを有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置内蔵モータ。
  4. 　前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置内蔵モータ。
  5. 　調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
    　この室内機内に設置され、その吹出口から前記調和空気を送り出す室内送風機と、
    　前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
    　を備え、
    　前記室内送風機には、請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
  6. 　調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
    　前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
    　この室外機内に設置され、外気をこの室外機内に送り込む室外送風機と、
    　を備え、
    　前記室外送風機には、請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
  7. 　冷媒により水を加熱するための送風機に、請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
  8. 　冷媒により水を加熱するための流体ポンプに、請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
  9. 　室内空気を室外に吹き出す換気送風機器であって、請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする換気送風機器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018025367A1 (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 三菱電機株式会社 電動機および空気調和装置
CN109005639A (zh) * 2018-09-07 2018-12-14 英迪迈智能驱动技术无锡股份有限公司 一种用于筒状电机的pcb布局结构

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104104188B (zh) * 2013-04-09 2016-09-14 日本电产株式会社 具有改进电路板的马达
WO2016189674A1 (ja) * 2015-05-27 2016-12-01 株式会社日立製作所 電力変換装置
KR102127750B1 (ko) 2015-08-04 2020-06-29 엘지이노텍 주식회사 회로기판, 모터 및 전동식 조향장치
KR101821878B1 (ko) * 2016-02-24 2018-01-24 엘에스산전 주식회사 인버터
US10840771B2 (en) * 2016-09-28 2020-11-17 Mitsubishi Electric Corporation Motor, blower, air conditioner, and method of producing motor
JP6929820B2 (ja) * 2018-05-23 2021-09-01 ミネベアミツミ株式会社 回路基板、モータユニット、およびファン
CN109005638B (zh) * 2018-09-07 2024-04-05 英迪迈智能驱动技术无锡股份有限公司 一种用于筒状电机的pcb布局结构
US20220385208A1 (en) * 2019-11-29 2022-12-01 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and machine learning device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0467759A (ja) * 1990-07-06 1992-03-03 Hitachi Ltd ファン駆動用電動機
JPH0591708A (ja) 1991-09-25 1993-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモータ
WO2007080748A1 (ja) * 2006-01-16 2007-07-19 Mitsubishi Electric Corporation 電動機の駆動回路及び空気調和機の室外機
JP2011050247A (ja) * 2010-12-10 2011-03-10 Mitsubishi Electric Corp 電力変換回路を内蔵したモータおよびそれを搭載した機器
JP2011061907A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Electric Corp 電動機及び電気機器及び電動機の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0464644B2 (en) 1990-07-06 2000-01-05 Hitachi, Ltd. Brushless motor incorporating an integrated circuit having a one-chipped peripheral circuit
JPH09135058A (ja) 1995-11-08 1997-05-20 Zojirushi Corp プリント配線板
JP2920754B2 (ja) 1997-01-14 1999-07-19 芝浦メカトロニクス株式会社 ブラシレス直流モータの駆動装置
JP2002319746A (ja) 2001-04-20 2002-10-31 Tohoku Ricoh Co Ltd 雷サージ電圧回避装置
JP4693278B2 (ja) * 2001-05-09 2011-06-01 日本電産シバウラ株式会社 モールドモータ
JP4158487B2 (ja) 2002-10-31 2008-10-01 オムロン株式会社 安全電源装置
JP2005253165A (ja) 2004-03-03 2005-09-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動回路およびブラシレスモータ
JP4509735B2 (ja) 2004-10-27 2010-07-21 三菱電機株式会社 電動機の駆動装置及びモールド電動機及び空気調和機及び冷蔵庫及び換気扇
US7958741B2 (en) * 2006-04-12 2011-06-14 Delphi Technologies, Inc. Integrally molded motor isolation system
JP4698621B2 (ja) 2007-01-29 2011-06-08 三菱電機株式会社 電力変換回路を内蔵したモータおよびそれを搭載した機器
JP2009219268A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
JP5173877B2 (ja) * 2009-02-09 2013-04-03 三菱電機株式会社 電力変換装置、それを内蔵した駆動回路内蔵モーター、並びに、その駆動回路内蔵モーターを搭載した換気扇、空気調和機の室内機、空気調和機、ポンプ及びそのポンプを搭載した給湯機
AU2011303259B2 (en) 2010-09-15 2014-08-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device, motor containing same, air conditioner containing motor, and ventilation fan containing motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0467759A (ja) * 1990-07-06 1992-03-03 Hitachi Ltd ファン駆動用電動機
JPH0591708A (ja) 1991-09-25 1993-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモータ
WO2007080748A1 (ja) * 2006-01-16 2007-07-19 Mitsubishi Electric Corporation 電動機の駆動回路及び空気調和機の室外機
JP2011061907A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Electric Corp 電動機及び電気機器及び電動機の製造方法
JP2011050247A (ja) * 2010-12-10 2011-03-10 Mitsubishi Electric Corp 電力変換回路を内蔵したモータおよびそれを搭載した機器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2793369A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018025367A1 (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 三菱電機株式会社 電動機および空気調和装置
GB2567970A (en) * 2016-08-04 2019-05-01 Mitsubishi Electric Corp Motor and air-conditioning device
GB2567970B (en) * 2016-08-04 2022-03-16 Mitsubishi Electric Corp Motor and air conditioner
CN109005639A (zh) * 2018-09-07 2018-12-14 英迪迈智能驱动技术无锡股份有限公司 一种用于筒状电机的pcb布局结构
CN109005639B (zh) * 2018-09-07 2024-05-07 英迪迈智能驱动技术无锡股份有限公司 一种用于筒状电机的pcb布局结构

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Publication number Publication date
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