WO2015072467A1

WO2015072467A1 - ファン駆動装置

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Publication number: WO2015072467A1
Application number: PCT/JP2014/079892
Authority: WO
Inventors: 昭雄吉本; 尚宏木戸
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-05-21
Also published as: JP2015099829A

Abstract

　本発明の課題は、空気吸込時の圧力損失を増大させることなく、放熱性能を向上させることができるモータ駆動ユニットを備えたファン駆動装置を提供することである。ファン駆動装置（１０）では、放熱部（３５）が形成されるケース（３１）の底板（３１ａ）が、空気吸込路から外れているので、放熱部（３５）の放熱ピン（３５０）の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。また、複数の放熱ピン（３５０）が底板（３１ａ）に形成されているので、放熱ピン（３５０）の向きは常に一軸方向であるので、モータ駆動ユニット（３０）の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは全方向に対応しているので、空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

Description

ファン駆動装置

　本発明は、ファン駆動装置、特にダクト式空調機の室内機に搭載されるファン駆動装置に関する。

　主に北米において使用されるダクト式空調機の室内機（エアハンドリングユニット又はガスファーネス）に搭載されるファン駆動装置として、従来、特許文献１（ＵＳ２０１３／０１０６２５７）に記載されているようなファン駆動装置が広く普及している。

　上記ファン駆動装置では、ディフューザ内のファンロータの回転中心にモータの回転軸を固定し、そのモータの反回転軸側に設けられたモータ駆動ユニットを介して当該ファンロータを駆動する。

　上記ファン駆動装置のモータ駆動ユニットは円筒状のケース内に収納されており、その内周面にはモータ駆動に必要なパワーモジュール等が取り付けられる接触面が設けられ、その接触面と壁を隔てて対峙する外周面側にはフィンが形成されており、パワーモジュール等の熱はフィンを介してケースの外へ放熱される。

　フィンは、ケースの外周面から内側に向かって窪む複数の溝を形成することによって構成されており、溝の深さが即ちフィン高さであり、フィンの高さはケースの外周面とほぼ同じかそれ以下である。

　また、上記ファン駆動装置では、モータの回転軸はファンロータの内側から連結されるので、ファンロータの空気吸込路にモータ及びモータ駆動ユニットが位置する。

　ところで、モータ駆動ユニットの放熱性能を高めるためには、フィン高さをさらに高くすることが効果的であるが、上記ファン駆動装置においては、モータ駆動ユニットの外周が空気吸込路に位置するため、フィン高さをさらに大きくした場合は空気吸込時の圧力損失の増大を招来する。

　本発明の課題は、空気吸込時の圧力損失を増大させることなく、放熱性能を向上させることができるモータ駆動ユニットを備えたファン駆動装置を提供することにある。

　本発明の第１観点に係るファン駆動装置は、モータと、モータ駆動ユニットとを備える。モータは、回転軸に固定されるファンロータを回転させる。モータ駆動ユニットは、モータの回転軸とは反対側の端部に装着される。また、モータ駆動ユニットは、筒状のケースと、基板と、放熱部とを有している。ケースは、モータと所定の空間を挟んで対峙する少なくとも一部に平面領域が形成された底板を含んでいる。基板は、発熱部品が実装された状態でケースに収納される。放熱部は、底板に形成され、平面領域の近傍に配置される発熱部品を冷却する。

　このファン駆動装置では、放熱部が形成されるケースの底板は空気吸込路から外れているので、放熱部の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。

　本発明の第２観点に係るファン駆動装置は、第１観点に係るファン駆動装置であって、放熱部が、底板からモータとは反対側の方向に延びている。

　本発明の第３観点に係るファン駆動装置は、第１観点又は第２観点に係るファン駆動装置であって、放熱部が複数の放熱ピンから成る。

　例えば、フィンがケースの周面の一部に形成されているときはファンロータとモータの回転軸との連結時にフィンの向きを揃える必要があり、その作業が煩わしいが、このファン駆動装置では、底板に複数の放熱ピンが形成されることにより放熱ピンの向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。

　本発明の第４観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、放熱部が、底板と一体に成形されている。

　このファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、型成形に適しており、一体化により生産コストの低減が図れる。

　本発明の第５観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、平面領域が底板の内面側に設けられている。発熱部品は、整流回路を構成する複数のダイオードを有するダイオードモジュールと、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールとを含んでいる。ダイオードモジュール及びパワーモジュールは、平面領域に伝熱可能に取り付けられる。

　このファン駆動装置では、各モジュールで発生した熱は、平面領域から底板の厚み方向に移動して放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。

　例えば、各モジュールからの熱を伝熱させるための平面領域を内周面側に設けた場合は内周面に肉盛部を形成しなければ平面領域を確保できないので、その分だけ熱の移動距離が増加し、熱抵抗が増加することになり、本願発明よりも放熱効率は劣る。

　また、基板とケースの底板とを平行な位置関係にすることができるので、ＳＩＰタイプ及びＤＩＰタイプのどちらのタイプのモジュールであっても採用することができる。

　本発明の第６観点に係るファン駆動装置は、第５観点に係るファン駆動装置であって、平面領域には、頂上部分が平面である凸部が形成されている。その頂上部分に、ダイオードモジュール又はパワーモジュールの放熱面が取り付けられる。また、その頂上部分の面積は、その放熱面の面積よりも小さい。

　このファン駆動装置では、モジュールのリードと底板との絶縁距離を確保することができるので、絶縁シートが不要となり、コスト低減を図ることができる。

　本発明の第７観点に係るファン駆動装置は、第５観点に係るファン駆動装置であって、モータ駆動ユニットが、熱抵抗低減部材をさらに有している。熱抵抗低減部材は、ダイオードモジュール又はパワーモジュールと、平面領域との間に介在する。

　このファン駆動装置では、モジュールと平面領域との間の熱抵抗が低減されるので、放熱性能を向上させることができる。

　本発明の第８観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、発熱部品が、交流電源を直流電源に変換するコンバータを構成する。

　このファン駆動装置では、コンバータで発生した熱は、平面領域の近傍から当該平面領域を経て底板の厚み方向に移動し放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。

　本発明の第９観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第８観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、モータ駆動ユニットが絶縁性樹脂をさらに有している。その絶縁性樹脂は、ケースの内部に充填されて基板を覆う。

　このファン駆動装置では、モータ駆動ユニットのケース内部の耐湿性及び耐塵性を向上させることができる。

　本発明の第１０観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、放熱部がアルミダイキャストで成形されている。

　このファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、アルミダイキャスト成形に適しており、一体化により生産コストの低減を図ることができる。

　本発明の第１１観点に係るファン駆動装置は、第３観点に係るファン駆動装置であって、複数の放熱ピンの配列が格子配列である。

　このファン駆動装置では、複数の放熱ピンの配列が格子配列の場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは多様であるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

　例えば、プレートフィンの場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢によってフィン間隙間の向きが異なるので、空気の対流方向の影響を受けやすい。

　本発明の第１２観点に係るファン駆動装置は、第３観点に係るファン駆動装置であって、複数の放熱ピンの配列が千鳥配列である。

　このファン駆動装置では、複数の放熱ピンの配列が千鳥配列の場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは多様であるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

　本発明の第１３観点に係るファン駆動装置は、第１観点から第１２観点のいずれか１つに係るファン駆動装置であって、ファンロータが、空気を回転軸側から吸い込んで遠心方向に吹き出す遠心ファンである。このファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの放熱性能が向上するので、ひいては遠心ファンの送風性能の向上につながる。

　本発明の第１観点又は第２観点に係るファン駆動装置では、放熱部が形成されるケースの底板は空気吸込路から外れているので、放熱部の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。

　本発明の第３観点に係るファン駆動装置では、底板に複数の放熱ピンが形成されることにより放熱ピンの向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。

　本発明の第４観点に係るファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、型成形に適しており、底板との一体化により生産コストの低減が図れる。

　本発明の第５観点に係るファン駆動装置では、各モジュールで発生した熱は、平面領域から底板の厚み方向に移動して放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。

　本発明の第６観点に係るファン駆動装置では、モジュールのリードと底板との絶縁距離を確保することができるので、絶縁シートが不要となりコスト低減を図ることができる。

　本発明の第７観点に係るファン駆動装置では、モジュールと平面領域との間の熱抵抗が低減されるので、放熱性能を向上させることができる。

　本発明の第８観点に係るファン駆動装置では、コンバータで発生した熱は、平面領域の近傍から当該平面領域を経て底板の厚み方向に移動し放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。

　本発明の第９観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットのケース内部の耐湿性及び耐塵性を向上させることができる。

　本発明の第１０観点に係るファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、アルミダイキャスト成形に適しており、底板との一体化により生産コストの低減が図れる。

　本発明の第１１観点又は第１２観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは同じであるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

　本発明の第１３観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの放熱性能が向上するので、ひいては遠心ファンの送風性能の向上につながる。

本願発明の一実施形態に係るファン駆動装置が搭載されるエアハンドリングユニット１の構成図。ファン駆動装置の制御回路図。モータに装着されたモータ駆動ユニットの断面図。放熱部の斜視図。モータに装着された変形例に係るモータ駆動ユニットの断面図。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

　（１）エアハンドリングユニット１の概略構成
　図１は、本願発明の一実施形態に係るファン駆動装置１０が搭載されるエアハンドリングユニット１の構成図である。図１において、本体ケーシング３は箱形であり、その内部空間に、熱交換器５、ファンロータ６、ディフューザ７、ダクト８及びファン駆動装置１０が配置されている。

　ディフューザ７は、ファンロータ６の遠心方向に位置し漸次通路断面積を拡大する渦巻風路が形成されている。ファンロータ６は、ディフューザ７内に配置され、そのファンロータ６内にファン駆動装置１０が挿入されている。

　（２）ファン駆動装置１０の概略構成
　ファン駆動装置１０は、ファンロータ６を駆動するモータ２０と、モータ２０を駆動するモータ駆動ユニット３０を有している。

　モータ２０は、ファンロータ６の開口から奥側に挿入され、ファンロータ６の回転中心とモータ２０の回転軸２０ａとが固定される。モータ駆動ユニット３０は、モータ２０の反回転軸側の端に装着されている。

　モータ駆動ユニット３０には、モータ２０の回転速度及びトルクを制御する制御基板が搭載されており、制御基板で発生した熱はモータ駆動ユニット３０から外部に放熱される。

　モータ駆動ユニット３０がモータ２０を駆動させることによって、回転軸２０ａに固定されたファンロータ６が回転する。このとき、吸込口３ａ及び熱交換器５を通過した空気が、ファンロータ６の回転中心軸両端の開口から吸い込まれ、ファンロータ６の遠心方向に吹き出される。吹き出された空気は、ディフューザ７内の渦巻風路を通ってダクト８に送られる。

　図１に示すように、エアハンドリングユニット１におけるファンロータ６の吸込空気の風速分布は、回転中心から視て熱交換器５側が速く、その反対側が遅いという特徴がある。なお、モータ２０はファンロータ６内に入り込んでいるので、ファンロータ６のモータ２０側の開口から吸い込まれる空気は、モータ駆動ユニット３０の外周面とディフューザ７の開口との隙間を通ってファンロータ６の開口に吸い込まれる。

　（３）モータ２０の構成
　図２は、ファン駆動装置１０の制御回路図である。図２において、モータ２０は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ２２と、ロータ２３とを備えている。ステータ２２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれパワーモジュール３３３から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ２３が回転することによりその回転速度とロータ２３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。

　ロータ２３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ２２に対し回転軸を中心として回転する。ロータ２３の回転は、この回転軸と同一軸心上にある出力軸（図示せず）を介してファンロータ６に出力される。

　（４）モータ駆動ユニット３０の構成
　（４－１）電装部品
　モータ駆動ユニット３０は、図２に示すように、商用電源９１、ダイオードモジュール３３１及び平滑コンデンサ３３２により直流電源として構成されたコンバータと、電圧検出部３３４と、電流検出部３３５と、パワーモジュール３３３と、ゲート駆動回路２６と、制御回路２９と、マイクロコンピュータ４０とを備えている。これらは、例えばマイクロコンピュータ４０を除いて、１枚のプリント基板上に実装される。

　（４－１－１）ダイオードモジュール３３１
　ダイオードモジュール３３１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ３３２のプラス側端子に接続されており、ダイオードモジュール３３１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ３３２のマイナス側端子に接続されており、ダイオードモジュール３３１の負側出力端子として機能する。

　ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。ダイオードモジュール３３１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ３３２へ供給する。

　（４－１－２）平滑コンデンサ３３２
　平滑コンデンサ３３２は、一端がダイオードモジュール３３１の正側出力端子に接続され、他端がダイオードモジュール３３１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ３３２は、ダイオードモジュール３３１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ３３２による平滑後の電圧を“平滑後電圧Ｖｄｃ”という。

　平滑後電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ３３２の出力側に接続されるパワーモジュール３３３へ印加される。ダイオードモジュール３３１及び平滑コンデンサ３３２は、コンバータを構成している。

　なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやセラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ３３２として電解コンデンサが採用される。

　（４－１－３）電圧検出部３３４
　電圧検出部３３４は、平滑コンデンサ３３２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ３３２の両端電圧、即ち平滑後電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部３３４は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ３３２に並列接続され、平滑後電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御回路２９に入力される。

　（４－１－４）電流検出部３３５
　電流検出部３３５は、平滑コンデンサ３３２及びパワーモジュール３３３の間であって、かつ平滑コンデンサ３３２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部３３５は、モータ２０の起動後、モータ２０に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。

　電流検出部３３５は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部３３５によって検出されたモータ電流は、制御回路２９に入力される。

　（４－１－５）パワーモジュール３３３
　パワーモジュール３３３は、平滑コンデンサ３３２の出力側に接続され、インバータ回路を構成している。図１において、パワーモジュール３３３は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

　トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されており、各ダイオードＤ３ａ～Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。

　パワーモジュール３３３は、平滑コンデンサ３３２からの平滑後電圧Ｖｄｃが印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ２０を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ２０に出力される。

　（４－１－６）ゲート駆動回路２６
　ゲート駆動回路２６は、制御回路２９からの電圧指令値Ｖｐｗｍに基づき、パワーモジュール３３３の各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、制御回路２９によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがパワーモジュール３３３からモータ２０に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

　なお、本実施形態のパワーモジュール３３３は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、マトリックスコンバータや電流形インバータでもよい。

　（４－１－７）制御回路２９
　制御回路２９は、電圧検出部３３４、電流検出部３３５、ゲート駆動回路２６及びマイクロコンピュータ４０と接続されている。制御回路２９は、マイクロコンピュータ４０から送られてきた速度指令を含む運転指令に基づいて、モータ２０をロータ位置センサレス方式にて駆動させる回路である。

　ロータ位置センサレス方式とは、モータ２０の特性を示す各種パラメータ、モータ２０起動後の電圧検出部３３４の検出結果、電流検出部３３５の検出結果、及びモータ２０の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行いモータを駆動する方式である。モータ２０の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ２０の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。

　例えば、ｄ軸電流指令Ｉｄが“０”となるような指令“Ｉｄ*＝０”と、電圧検出部３３４により検出された電圧とに基づいて電流制御を行い、これらの指令に基づいた電流となるような、駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷのデューティを含む電圧指令値Ｖｐｗｍが生成され、ゲート駆動回路２６に入力される。

　（４－１－８）マイクロコンピュータ４０
　マイクロコンピュータ４０は、制御回路２９と接続されている。また、マイクロコンピュータ４０はエアハンドリングユニット１の各機器を統括して制御する図示しないシステム制御部とも接続されており、エアハンドリングユニット１を各機器における異常の有無に応じて、モータ２０の駆動を制御する（図１参照）。それゆえ、マイクロコンピュータ４０は、制御部として機能する。

　なお、このマイクロコンピュータ４０には、パワーモジュール３３３とは別の電源が、モータ２０の駆動状態に関係なく常に供給される。

　（４－２）構造部品
　図３は、モータ２０に装着されたモータ駆動ユニット３０の断面図である。図３において、モータ駆動ユニット３０は、モータ２０の回転軸２０ａとは反対側の端部に装着されている。モータ駆動ユニット３０は、筒状のケース３１と、基板３３と、放熱部３５とを有している。

　（４－２－１）ケース３１
　ケース３１は、底のある筒状の容器でアルミダイキャストによって成形されている。ケース３１の開口側が、モータ２０の回転軸２０ａと反対側の端部に連結される。

　ケース３１は、底部を構成する底板３１ａを有している。底板３１ａは、内側に平面領域３１１を有している。

　（４－２－２）基板３３
　基板３３は、プリント基板であって、上段で説明したダイオードモジュール３３１、平滑コンデンサ３３２、電圧検出部３３４と、電流検出部３３５と、パワーモジュール３３３と、ゲート駆動回路２６と、制御回路２９が実装された状態でケース３１に収納されている。なお、図３では、発熱部品３３０の代表として、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３のみを記載している。

　基板３３は、両面基板であり、底板３１ａの平面領域３１１と対峙する側には、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３が実装されている。ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３には、リードが本体の両端面側から出て本体平面に対して直角に曲げられているＤＩＰタイプと、リードが本体の片端面側から出て本体平面に対して直角に曲げられているＳＩＰタイプとが存在し、どちらを採用してもよく、本実施形態ではダイオードモジュール３３１はＳＩＰタイプを、パワーモジュール３３３はＤＩＰタイプを採用している。

　基板３３は、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面が底板３１ａの平面領域３１１に伝熱可能に取り付けられるように位置決めされている。なお、「平面領域３１１に伝熱可能に取り付けられる」とは、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面と平面領域３１１との間に熱移動が起こるように取り付けるという意味である。

　その具体的態様としては、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面を平面領域３１１に密着させる態様、又はダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面と平面領域３１１との間に熱抵抗低減部材（サーマルインターフェイスマテリアル）を介して張り合わせる態様が考えられる。

　本実施形態では、熱抵抗低減部材（サーマルインターフェイスマテリアル）を介して張り合わせる態様を採用しており、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面と平面領域３１１との間に放熱シート３７を介在させている。なお、放熱シート３７に代えてシリコングリスを採用してもよい。

　また、図２に示すように、パワーモジュール３３３のインバータ電流を検出する電流検出部３３５には一般にシャント抵抗が使用されるので、そこでの発熱も考えられるので、平面領域３１１に近接させるのが好ましい。

　同様に、ダイオードモジュール３３１と共にコンバータを構成する平滑コンデンサ３３２も発熱部品であるので、配置空間に余裕がある場合は平滑コンデンサ３３２も平面領域３１１に近接させるのが好ましい。

　なお、ケース３１の内部は、基板３３を覆う程度に絶縁性樹脂３９が充填されており、ケース３１と基板３３との絶縁性を確保すると共に、ケース３１内部の耐湿性及び耐塵性を向上させている。

　（４－２－３）放熱部３５
　図４は、放熱部３５の斜視図である。図４において、放熱部３５は、底板３１ａの外側面からモータ２０とは反対側の方向に延びる複数の放熱ピン３５０を有している。放熱ピン３５０は、アルミダイキャストによりケース３１と一体に成形される。

　放熱ピン３５０の断面形状は多様であるが、アルミダイキャスト成形時の型抜きを考慮すると、円形又は矩形が好ましい。

　また、複数の放熱ピン３５０の配列は、ランダムでもかまわないが、好ましくは格子配列又は千鳥配列を推奨する。

　複数の放熱ピン３５０が格子配列又は千鳥配列されることによるメリットは、放熱ピン同士の隙間の向きが多様である点である。それゆえ、モータ２０がファンロータ６に取り付けられた後のモータ駆動ユニット３０の回転軸回りの角度姿勢が製品によってばらついていても、放熱ピン３５０同士の隙間の向きは全方向対応であるので、放熱ピン３５０周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

　なお、プレートフィンの場合、モータ駆動ユニット３０の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢によってフィン間隙間の向きが異なり、空気の対流方向の影響を受けやすいので、本実施形態では採用していない。しかし、フィン間隙間の向きを空気の対流方向に合わせる位置決めを行うなどの対策を採るならば、放熱ピン３５０をプレートフィン形状にすることも可能である。

　（５）ファン駆動装置１０の動作
　マイクロコンピュータ４０は、制御回路２９からフィードバックされるモータ２０の実際の回転速度、及びエアハンドリングユニット１の運転状況を総合判断して、ファンロータ６の必要回転数を演算し、それを実現するために制御回路２９に速度指令を送る。

　制御回路２９からの電圧指令値Ｖｐｗｍに基づき、ゲート駆動回路２６は制御回路２９によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがパワーモジュール３３３からモータ２０に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。

　ファンロータ６は、モータ２０の回転速度と同期して回転し、吸込口３ａ及び熱交換器５を通過した空気をファンロータ６の回転中心軸両端の開口から吸い込み、ファンロータ６の遠心方向に吹き出す。吹き出された空気は、ディフューザ７内の渦巻風路を通ってダクト８に送られる。

　基板３３上のダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３は動作時の発熱で温度上昇するが、それらの放熱面は底板３１ａの平面領域３１１に放熱シート３７を介して取り付けられているので、熱は放熱シート３７、平面領域３１１、底板３１ａ、放熱ピン３５０の順に最短距離で移動する。そして、放熱ピン３５０は、その周囲を対流する空気に放熱する。

　以上のように、本発明のファン駆動装置１０は、モータ駆動ユニット３０の基板上で発生した熱を効率よく放熱するので、ファン駆動装置１０の特性、及び耐久性を格段に向上させる。

　（６）特徴
　（６－１）
　ファン駆動装置１０では、放熱部３５が形成されるケース３１の底板３１ａが、空気吸込路から外れているので、放熱部３５の放熱ピン３５０の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。

　（６－２）
　ファン駆動装置１０では、複数の放熱ピン３５０が底板３１ａに形成されており、放熱ピン３５０の向きは常に一軸方向であるので、その向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。また、放熱ピン３５０は型成形に適しており、底板３１ａとの一体化により生産コストの低減が図れる。

　また、モータ駆動ユニット３０の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン３５０同士の隙間の向きは全方向に対応しているので、空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。

　（６－３）
　ファン駆動装置１０では、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３で発生した熱は、平面領域３１１から底板３１ａの厚み方向に移動して放熱ピン３５０に至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。

　特に、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面と平面領域３１１との間に熱抵抗を低減させる放熱シート３７を介在させているので、放熱性能が向上する。

　（６－４）
　ファン駆動装置１０では、ケース３１内に絶縁性樹脂３９を充填して基板３３覆っているので、耐湿性及び耐塵性が高い。

　（７）変形例
　図５は、モータ２０に装着された変形例に係るモータ駆動ユニット３０の断面図である。図５において、ケース３１の底板３１ａの平面領域３１１の一部が隆起して凸部３１１ａを形成している。凸部３１１ａの頂上部分は平面であり、その面積がダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面よりも小さくなるように形成されている。

　凸部３１１ａ以外は、上記実施形態と同様であるので、同一部品には同一符号を付して、説明を省略する。

　ここで、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面が凸部３１１ａの平面部に放熱シート３７を介して伝熱可能に取り付けられると、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の各リードと平面領域３１１との距離が拡大する。

　底板３１ａはアルミ製であり、平面領域３１１は伝熱部にもなれば、導電部にも成り得るので、絶縁シートなどを用いなくても高い絶縁性を確保するために、リードとの距離を十分に確保する必要である。

　本変形例では、凸部３１１ａの頂上部分の面積は、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の放熱面より小さいので、ダイオードモジュール３３１及びパワーモジュール３３３の各リードと接触することはなく、さらに、平面領域３１１とリードとの距離が十分に確保されているので、絶縁シートなどを用いなくても高い絶縁性を発揮することができる。

　（８）その他
　上記実施形態、及び変形例では、エアハンドリングユニット１に搭載されるファン駆動装置１０を説明したが、このファン駆動装置１０をガスファーネスに採用しても、エアハンドリングユニット１への適用時と同様に高い耐久性を発揮することができる。

　上記の通り、本発明は、エアハンドリングユニット、及びガスファーネスのファン駆動装置として有用である。

１０　　　ファン駆動装置
２０　　　モータ
２０ａ　　回転軸
３０　　　モータ駆動ユニット
３１　　　ケース
３１ａ　　底板
３１１　　平面領域
３３　　　基板
３３１　　ダイオードモジュール
３３３　　パワーモジュール
３５　　　放熱部
３５０　　放熱ピン

ＵＳ２０１３／０１０６２５７

Claims

　回転軸（２０ａ）に固定されるファンロータを回転させるモータ（２０）と、
　前記モータ（２０）の前記回転軸（２０ａ）とは反対側の端部に装着されるモータ駆動ユニット（３０）と、
を備え、
　前記モータ駆動ユニット（３０）は、
　前記モータ（２０）と所定の空間を挟んで対峙する少なくとも一部に平面領域（３１１）が形成された底板（３１ａ）を含む筒状のケース（３１）と、
　発熱部品（３３０）が実装された状態で前記ケース（３１）に収納される基板（３３）と、
　前記底板（３１ａ）に形成され、前記平面領域（３１１）の近傍に配置される前記発熱部品を冷却する放熱部（３５）と、
を有する、
ファン駆動装置（１０）。
　前記放熱部（３５）は、前記底板（３１ａ）から前記モータ（２０）とは反対側の方向に延びている、
請求項１に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記放熱部（３５）は、複数の放熱ピン（３５０）から成る、
請求項１又は請求項２に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記放熱部（３５）は、前記底板（３１ａ）と一体に成形されている、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記平面領域（３１１）は前記底板（３１ａ）の内面側に設けられ、
　前記発熱部品（３３０）は、
　整流回路を構成する複数のダイオードを有するダイオードモジュール（３３１）と、
　ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュール（３３３）と、
を含み、
　前記ダイオードモジュール（３３１）及び前記パワーモジュール（３３３）が前記平面領域（３１１）に伝熱可能に取り付けられる、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記平面領域（３１１）には、頂上部分が平面である凸部（３１１ａ）が形成されており、
　前記頂上部分に、前記ダイオードモジュール（３３１）又は前記パワーモジュール（３３３）の放熱面が取り付けられ、
　前記頂上部分の面積は、前記放熱面の面積よりも小さい、
請求項５に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記モータ駆動ユニット（３０）は、前記ダイオードモジュール（３３１）又は前記パワーモジュール（３３３）と、前記平面領域（３１１）との間に介在する熱抵抗低減部材（３７）をさらに有する、
請求項５に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記発熱部品（３３０）は、交流電源を直流電源に変換するコンバータを構成する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記モータ駆動ユニット（３０）は、前記ケース（３１）の内部に充填されて前記基板（３３）を覆う絶縁性樹脂（３９）をさらに有する、
請求項１から請求項８に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記放熱部（３５）は、アルミダイキャストで成形されている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファン駆動装置（１０）。
　複数の前記放熱ピン（３５０）の配列は、格子配列である、
請求項３に記載のファン駆動装置（１０）。
　複数の前記放熱ピン（３５０）の配列は、千鳥配列である、
請求項３に記載のファン駆動装置（１０）。
　前記ファンロータは、空気を回転軸側から吸い込んで遠心方向に吹き出す遠心ファンである、
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のファン駆動装置（１０）。