WO2021220427A1 - 電動機及び空気調和機 - Google Patents

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WO2021220427A1
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stator
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power
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隼一郎 尾屋
峰雄 山本
博幸 石井
優人 浦辺
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching

Definitions

  • the present disclosure relates to an electric motor and an air conditioner equipped with a resistor for detecting an overcurrent.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which an overcurrent detection signal is output when the voltage of the shunt resistor exceeds a predetermined level, and the power transistor is turned off to protect the power transistor from overcurrent. ..
  • Overcurrent occurs when an arm short circuit or phase short circuit occurs due to, for example, a motor failure.
  • Patent Document 1 when an overcurrent occurs in the power transistor, it is turned off by the overcurrent detection signal from the resistor, and the power transistor is protected from the overcurrent. At this time, an overcurrent also occurs in the resistor, but if the current value in the resistor becomes excessive, the resistor may be severely damaged and smoke may be emitted from the resistor.
  • a resistor having a larger power rating depending on the output of the motor is used, or when a plurality of resistors are mounted in parallel, the volume of the resistor increases and the risk of smoke generation further increases.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide an electric motor and an air conditioner capable of suppressing smoke generation due to a failure of a resistor.
  • the electric motor according to the present disclosure includes a rotor, a stator provided on the outer periphery of the rotor, and a substrate for controlling the operation of the rotor, and the substrate flows through the winding of the stator.
  • An inverter circuit for switching the direction of current and a resistor provided between the inverter circuit and the ground terminal for detecting an overcurrent of the inverter circuit are provided, and an allowable power per unit volume of the resistor is provided. Is 0.15 W / mm 3 or more.
  • the motor and the air conditioner according to the present disclosure even if an overcurrent occurs in the inverter circuit and the resistor fails, the risk of smoking from the resistor can be reduced.
  • FIG. It is a schematic diagram of the electric motor which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is an external view which shows the structure of the built-in board which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the circuit structure of the built-in board which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the built-in substrate in the electric motor which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is an external view which shows the structure of the built-in board which concerns on the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the resistor which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a schematic view of the motor 1 according to the first embodiment.
  • the electric motor 1 according to the present embodiment is, for example, a brushless DC motor.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a part of the motor 1 in order to explain the configuration of the motor 1.
  • the electric motor 1 has a built-in rotor 30 into which a rotating shaft 31 is inserted, a stator 20 provided on the outer periphery of the rotor 30, and a drive circuit for driving the rotor 30. It has a substrate 11.
  • the built-in substrate 11 and the stator 20 are integrally molded by the mold resin 12.
  • the built-in substrate 11 and the stator 20 constitute the mold stator 10.
  • a recess is formed in the mold stator 10.
  • the recess of the mold stator 10 has an opening located on the opposite side of the built-in substrate 11.
  • the rotor 30 is housed in the recess of the mold stator 10.
  • the opening of the recess of the mold stator 10 is closed by a conductive bracket 60 fitted in the inner peripheral portion of the mold stator 10.
  • the surface facing the stator 20 is referred to as a stator surface 111.
  • the back surface of the stator surface 111 is referred to as an anti-stator surface 112.
  • the built-in board 11 is equipped with a magnetic sensor 50 that detects the position of the magnetic pole of the rotor 30.
  • the magnetic sensor 50 is arranged at a position closer to the rotation shaft 31 than the winding 22 of the stator 20. As a result, the influence of the magnetic flux generated from the winding 22 of the stator 20 on the magnetic sensor 50 is suppressed.
  • a rotor insulating portion 32 is interposed between the rotor 30 and the rotating shaft 31, and the rotor 30 and the rotating shaft 31 are insulated by the rotor insulating portion 32.
  • An output side bearing 33 that supports the rotating shaft 31 is provided on the tip end side of the rotating shaft 31 of the rotor 30.
  • the counter-output side bearing 34 is covered with a bracket 60.
  • the outer ring of the counter-output side bearing 34 is fitted into the press-fitting portion 61 of the bracket 60.
  • the stator 20 has a cylindrical shape.
  • the stator 20 is wound around each of a plurality of stator cores 21 radially arranged around a rotation shaft 31, an insulator 23 integrally molded with the plurality of stator cores 21, and a plurality of stator cores 21. It has a winding 22 and a winding 22.
  • the stator core 21 is configured by laminating electromagnetic steel sheets.
  • the winding 22 is a conductive wire rod such as copper or aluminum.
  • the winding 22 is composed of, for example, a U-phase winding 22U, a V-phase winding 22V, and a W-phase winding 22W, as shown in FIG. 3 described later.
  • the three-phase windings may be collectively referred to as windings 22.
  • the stator core 21 and the winding 22 are insulated by an insulator 23.
  • the outer peripheral surface of the rotor 30 housed in the recess of the mold stator 10 faces the stator core 21.
  • the outer peripheral surface of the rotor 30 is composed of a magnet 40.
  • the magnet 40 is manufactured by injection molding, for example, a permanent magnet such as a ferrite magnet, or a bond magnet in which a rare earth magnet and a thermoplastic resin material are mixed. A magnet is incorporated in the mold for injection molding, and the direction of the magnetic force is oriented in the injection direction.
  • the built-in board 11 is arranged between the output side bearing 33 and the stator 20 in the axial direction of the rotating shaft 31.
  • the built-in substrate 11 faces the end face of the stator 20 in the axial direction of the rotating shaft 31.
  • the built-in substrate 11 is arranged in a direction whose radial direction is perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 31.
  • the built-in substrate 11 is fixed together with the stator 20 by the mold resin 12.
  • the built-in board 11 is provided with a lead outlet portion 14 for taking the lead wire 13 into the motor 1.
  • the lead wire 13 is a wire that connects the host system on which the motor 1 is mounted and the motor 1.
  • the host system of the motor 1 is a control board of a device in which the motor 1 is built. For example, when the motor 1 is built in the air conditioner, the control board of the air conditioner corresponds to the higher system of the motor 1.
  • FIG. 2 is an external view showing the configuration of the built-in substrate 11 according to the first embodiment.
  • the built-in substrate 11 has a disk shape, and a through hole 35 into which the rotating shaft 31 is inserted is formed.
  • a controller 70 for example, three magnetic sensors 50, a power IC 80, and a resistor 71 for detecting an overcurrent are mounted on the stator surface 111 of the built-in substrate 11.
  • the power IC 80 is an example of an inverter circuit.
  • Passive components such as resistors and capacitors (not shown) are also arranged on the built-in board 11. Since the power IC 80 shown in the figure is a surface mount type, it is arranged on the stator surface 111. The surface-mounted type power IC 80 can be mounted on the built-in board 11 by a single-sided reflow process when the terminals of electronic components are soldered to the printed wiring of the built-in board 11 in the manufacturing process of the built-in board 11.
  • the power IC 80 may be a lead type.
  • the reed type power IC 80 is arranged on the anti-stator surface 112.
  • the lead type power IC 80 can be mounted on the built-in board 11 by a single-sided flow process when the terminals of electronic components are soldered to the printed wiring of the built-in board 11 in the manufacturing process of the built-in board 11.
  • FIG. 2 shows a case where the controller 70 and the power IC 80 are composed of separate ICs, the controller 70 and the power IC 80 may be composed of one IC.
  • the magnetic sensor 50 detects the magnetic pole position of the rotor 30, and is, for example, a digital type such as a Hall IC or an analog type such as a Hall element.
  • a Hall IC there is a non-silicon Hall IC in which a sensor unit and an amplification unit are made of separate semiconductor chips, the sensor part is made of a semiconductor other than silicon, and the amplification part is made of silicon.
  • a Hall IC there is also one in which a sensor unit and an amplification unit are composed of one silicon semiconductor chip.
  • the sensor center position is arranged at a position different from the center of the IC.
  • a semiconductor such as indium antimonide (InSb) is used for the sensor unit of the non-silicon type Hall IC.
  • InSb indium antimonide
  • these non-silicon semiconductors have advantages such as improved sensitivity and suppression of offset due to stress strain.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the built-in board 11 according to the first embodiment.
  • the power IC 80 includes a power transistor 81 and a gate drive circuit 82.
  • the power IC 80 is arranged between the bus power supply 77 and the ground terminal G.
  • a resistor 71 is connected between the power IC 80 and the ground terminal G.
  • the power IC 80 may be provided with a protection circuit 83 or the like.
  • the power transistor 81 is switched on or off at an appropriate timing according to the magnetic pole position detected by the magnetic sensor 50, and the direction of the current flowing through the winding 22 of the stator 20 is switched. By changing the direction of the current flowing through the winding 22 of the stator 20, the rotational power of the rotor 30 can be obtained.
  • the power transistor 81, the controller 70, and the gate drive circuit 82 are composed of one IC (Integrated Circuit).
  • the power transistor 81 and the gate drive circuit 82 may be configured as an IPM (Intelligent Power Module) by one IC.
  • the power IC 80 converts the DC voltage input from the bus power supply 77 into a three-phase AC voltage by the operation of the power transistor 81.
  • the power transistor 81 is composed of, for example, two power transistors for each phase, for a total of six power transistors, and is connected to three-phase windings 22U, 22V, and 22W via winding terminals (not shown).
  • the power transistor 81 is a U-phase upper arm power transistor 81A, a V-phase upper arm power transistor 81B, a W-phase upper arm power transistor 81C, and the power transistor 81 is a U-phase lower arm power transistor 81D. , V-phase lower arm power transistor 81E and W-phase lower arm power transistor 81F.
  • the U-phase upper arm power transistor 81A and the U-phase lower arm power transistor 81D are connected to the U-phase winding 22U.
  • the V-phase upper arm power transistor 81B and the V-phase lower arm power transistor 81E are connected to the V-phase winding 22V.
  • the W-phase upper arm power transistor 81C and the W-phase lower arm power transistor 81F are connected to the W-phase winding 22W.
  • the power transistors of each phase may be collectively referred to as a power transistor 81.
  • the power transistor 81 is, for example, a super junction MOSFET, a planar MOSFET, an IGBT, or the like.
  • the controller 70 estimates the magnetic pole position of the rotor 30 based on the magnetic pole position signal input from the magnetic sensor 50, and calculates the rotation speed of the rotor 30 from the estimated magnetic pole position.
  • the controller 70 generates a switching signal based on the calculated rotation speed of the rotor 30 and outputs the switching signal to the gate drive circuit 82.
  • the controller 70 is, for example, a dedicated IC such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the controller 70 may be configured to have a memory for storing a program and a CPU (Central Processing Unit) that executes processing according to the program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the gate drive circuit 82 controls the power transistor 81 in the on state and the off state according to the switching signal.
  • the gate drive circuit 82 turns on the power transistor 81 by applying a voltage higher than the threshold voltage to the gate electrode. Further, the gate drive circuit 82 turns off the power transistor 81 by applying a voltage lower than the threshold voltage to the gate electrode.
  • the resistor 71 is provided to detect the overcurrent of the power transistor 81. When an arm short circuit or a phase short circuit occurs in the power transistor 81, an overcurrent occurs in the power transistor 81.
  • the voltage values at both ends of the resistor 71 are input to the overcurrent detection unit 70A of the controller 70.
  • the voltage value across the resistor 71 does not exceed a certain value, the current value in the power transistor 81 is normal, so that the power transistor 81 is not turned off by the control of the controller 70.
  • the power transistor 81 When the voltage value at both ends of the resistor 71 is equal to or higher than a certain value, the power transistor 81 is turned off by the control of the controller 70. The power transistor 81 is destroyed when an overcurrent occurs, but the power transistor 81 is protected from destruction due to the overcurrent by turning off the power transistor 81 under the control of the controller 70.
  • the overcurrent detection unit 70A may be provided in the gate drive circuit 82. Further, a plurality of resistors 71 may be used.
  • the resistor 71 a resistor having an allowable power per unit volume of 0.15 W / mm 3 or more is used.
  • the allowable power value of the resistor 71 is a value that can withstand a power larger than the power generated by the overcurrent assumed in the power transistor 81.
  • the resistor 71 can withstand a power larger than the power generated by the overcurrent assumed by the power transistor 81, the resistor 71 will not be destroyed and the outside of the motor 1 due to the failure of the resistor 71 Smoke is suppressed. Further, the power transistor 81 can be turned off to protect the power transistor 81 from destruction.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of the built-in substrate 11 in the motor 1 according to the first embodiment.
  • the lead outlet portion 14 is arranged on the back surface of the surface of the built-in substrate 11 on which the resistor 71 is mounted.
  • FIG. 4 shows an example in which the lead opening portion 14 is provided on the anti-stator surface 112 of the built-in substrate 11.
  • the lead opening portion 14 is provided on the back surface of the surface on which the resistor 71 is mounted. Therefore, the distance from the resistor 71 to the portion where the lead outlet portion 14 protrudes from the mold resin 12 can be set longer than when the lead outlet portion 14 is provided on the same surface as the surface on which the resistor 71 is mounted. Therefore, the pattern distance from the lead outlet portion 14 to the resistor 71 can be made shorter than when the lead outlet portion 14 and the stator surface 111 are provided on the same surface.
  • the smoke passes between the mold resin 12 of the stator 20 and the lead opening portion 14 and goes out to the outside. Since the lead outlet portion 14 is provided on the back surface of the surface on which the resistor 71 is mounted, even if smoke is generated due to a failure of the resistor 71, it is possible to suppress the smoke from being exhausted to the outside. ..
  • the influence of the overcurrent becomes remarkable, but by using the resistor 71 having an allowable power per unit volume of 0.15 W / mm 3 or more.
  • the risk of smoke generation when the resistor 71 fails can be reduced.
  • stator 20 and the built-in substrate 11 are integrally molded by the mold resin 12, the heat dissipation of the resistor 71 is improved.
  • the resistor 71 fails, the resistance fails more severely due to an increase in current, that is, energy, and the risk of smoking to the outside of the motor increases. Since the stator 20 and the built-in substrate 11 are integrally molded by the mold resin 12, the risk of smoke being discharged to the outside of the mold resin 12 can be reduced.
  • the resistor 71 can be configured by a plurality of resistors 71.
  • the allowable power for the area where the resistor 71 is mounted on the built-in substrate 11 is higher when a small number of large size resistors 71 are used than when a large number of small size resistors 71 are used.
  • the larger size resistor 71 has a higher height dimension, and a clearance is required between the resistors 71.
  • the substrate area can be reduced and the cost can be suppressed.
  • the board mounting processing cost can be reduced by reducing the number of parts.
  • the size of the resistor 71 is 3216 or more or 1632 or more, the height dimension is the same. Therefore, it is preferable to use the resistor 71 having a size of 3216 or more or 1632 or more.
  • the resistor 71 is mounted on the surface of the built-in board 11 facing the stator 20, and the built-in board 11 is interposed between the resistor 71 and the outer shell of the mold resin 12. There is. As a result, even if smoke is generated in the resistor 71, it is possible to prevent the smoke from being discharged to the outside of the mold resin 12.
  • the lead outlet portion 14 is provided on the back surface of the surface on which the resistor 71 is mounted. Therefore, the distance from the resistor 71 on the stator surface 111 to the portion where the lead outlet portion 14 protrudes from the mold resin 12 is farther than when the lead outlet portion 14 is provided on the stator surface 111, and the resistor 71 Even if smoke is generated, it becomes difficult for the smoke to be discharged to the outside.
  • the resistor 71 is arranged on the lead opening portion 14 side with respect to the rotating shaft 31, the distance to the lead opening portion 14 is smaller than the distance to the rotating shaft 31, and the resistor 71 and the lead opening portion 14 are arranged.
  • the pattern distance of 14 is shortened. Therefore, the size of the substrate can be suppressed, and noise due to the flow of a large current can be suppressed.
  • FIG. 5 is an external view showing the configuration of the built-in substrate 11a according to the modified example of the first embodiment.
  • the built-in substrate 11a according to the modified example corresponds to a fan-shaped portion in the disk-shaped built-in substrate 11 shown in FIG.
  • the cutout portion 36 of the built-in substrate 11a corresponds to a part of the circumference of the through hole 35.
  • the module 79 includes an electronic circuit that executes the respective functions of the controller 70 and the power IC 80 in the disk-shaped built-in substrate 11 shown in FIG. Similar to the disk-shaped built-in board 11 shown in FIG. 2, the built-in board 11a is provided with a resistor 71, a magnetic sensor 50, and a lead opening portion 14.
  • the controller 70 and the power IC 80 are modularized, the number of electronic components mounted on the board is smaller than that in the configuration shown in FIG. 2, so that the mounting area of the electronic components is large. Reduce. As a result, the substrate surface of the built-in substrate 11a is reduced as compared with the configuration shown in FIG. As in the built-in substrate 11a shown in FIG. 5, the substrate area can be reduced by devising the layout of the electronic components on the substrate and effectively using a part of the shape of the through hole 35.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the resistor 71a according to the second embodiment.
  • the configuration of the resistor 71a is different from that of the first embodiment, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. It is attached.
  • the resistor 71a according to the second embodiment is a chip resistor, which is a long-side electrode resistor in which an electrode 71c is arranged on a long side.
  • the long-side electrode resistance has a characteristic that the volume of the electrode 71c with respect to the total product is increased by arranging the electrode 71c on the long side, and the heat dissipation is improved.
  • the long-side electrode resistance has a characteristic that the permissible power per unit volume is large as compared with the resistance in which the electrodes are arranged on the short side.
  • a long-side electrode resistor having a size of 1632 can be used as the resistor 71.
  • the long side electrode resistor having a size of 1632 has an allowable power of 0.27 W / mm 3 .
  • the size of the resistor 71 is the same as that of the long-sided electrode resistor having a size of 1632, but the allowable power is 0.089 W /. It is mm 3.
  • the power value due to the overcurrent generated in the power transistor 81 is less than 0.089 W / mm 3 , it is unlikely that the resistor 71 emits smoke, but the power value due to the overcurrent is 0.089 W / mm 3. In the above case, there is a high possibility that the resistor 71 emits smoke.
  • the long side electrode resistance having a size of 1632 has an allowable power of 0.27 W / mm 3 , smoke is emitted even if the power value due to the overcurrent generated in the power transistor 81 is 0.089 W / mm 3 or more. It is difficult to reach.
  • the allowable power of the resistor 71 can be increased and the volume of the resistor 71 can be suppressed. Further, by reducing the volume of the resistor 71, even if the resistor 71 cannot withstand the overcurrent and fails, the amount of the substance to be burned can be reduced, so that the influence of smoke generation at the time of failure can be suppressed. ..
  • the allowable power may be 0.15 W / mm 3 or more.
  • the motor 1 since the long-side electrode resistor is used as the resistor 71, the permissible power per volume increases. In addition, the amount of the substance that burns when the resistor 71 fails is reduced, and the influence of smoke generation can be suppressed.
  • FIG. 7 is a schematic schematic diagram of the air conditioner 200 according to the third embodiment.
  • the air conditioner 200 includes an indoor unit 210 and an outdoor unit 220 connected to the indoor unit 210.
  • the indoor unit 210 is equipped with a blower for an indoor unit (not shown), and the outdoor unit 220 is equipped with a blower 223 for an outdoor unit.
  • the outdoor unit blower 223 and the indoor unit blower each have a built-in motor 1 described in the first embodiment as a drive source.
  • the output of the motor can be 100 W or more. Since the resistor 71 provided on the built-in substrate 11 of the motor 1 has an allowable power of 0.15 W / mm 3 , even if the output of the motor increases, the resistor 71 fails due to an overcurrent. Alternatively, the possibility of ignition and smoke can be reduced. In particular, by mounting the motor 1 according to the first embodiment on a commercial air conditioner, a fan motor used for a packaged air conditioner, or the like, a remarkable effect can be obtained in reducing the failure of the resistor 71 or the smoke generation.
  • the electric motor 1 can be mounted on a ventilation fan, home appliances, machine tools, and the like.
  • the motor 1 having the resistor 71a of the second embodiment may be used for the air conditioner 200 of the third embodiment. Also in this case, when the output of the motor of the air conditioner 200 is increased, the possibility that the resistor 71a fails due to an overcurrent and smoke is emitted can be reduced.

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Abstract

過電流を検出するための抵抗器が搭載された電動機及び空気調和機。電動機は、回転子と、回転子の外周に設けられた固定子と、回転子の動作を制御する基板と、を備え、基板は、固定子の巻線に流れる電流の方向を切り替えるインバータ回路と、インバータ回路とグランド端子との間に設けられ、インバータ回路の過電流を検出するための抵抗器と、を備え、抵抗器の単位体積あたりの許容電力は、０．１５Ｗ／ｍｍ３以上である。

Description

電動機及び空気調和機
　本開示は、過電流を検出するための抵抗器が搭載された電動機及び空気調和機に関する。
　電動機においては、パワートランジスタを有するインバータ回路を備えたものがある。このような電動機においては、パワートランジスタで生じた過電流を検出するための抵抗器を備えた電動機が知られている。例えば、特許文献１では、シャント抵抗の電圧が所定のレベル以上になると、過電流検知信号を出力し、パワートランジスタをオフ状態とすることでパワートランジスタを過電流から保護する構成が開示されている。
特開２００８－２２８５４７号公報
　過電流は、例えば、モータの故障などによりアーム短絡又は相短絡が発生することで生じる。特許文献１の構成により、パワートランジスタで過電流が生じると、抵抗器からの過電流検知信号によりオフ状態となり、パワートランジスタが過電流から保護される。このとき、抵抗器にも過電流が生じるが、抵抗器における電流値が過大となると、抵抗器が激しく故障し、抵抗器から発煙してしまうことがある。特に、電動機の出力に応じてより大きな電力定格の抵抗を使用し、又は、複数の抵抗器を並列に実装した場合には、抵抗器の体積が増え、発煙のリスクが更に高まってしまう。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、抵抗器の故障による発煙を抑制できる電動機及び空気調和機を提供することを目的とする。
　本開示に係る電動機は、回転子と、前記回転子の外周に設けられた固定子と、前記回転子の動作を制御する基板と、を備え、前記基板は、前記固定子の巻線に流れる電流の方向を切り替えるインバータ回路と、前記インバータ回路とグランド端子との間に設けられ、前記インバータ回路の過電流を検出するための抵抗器と、を備え、前記抵抗器の単位体積あたりの許容電力は、０．１５Ｗ／ｍｍ３以上である。
　本開示に係る電動機及び空気調和機によれば、インバータ回路で過電流が生じ、抵抗器が故障しても、抵抗器からの発煙のリスクを低減することができる。
実施の形態１に係る電動機の模式図である。 実施の形態１に係る内蔵基板の構成を示す外観図である。 実施の形態１に係る内蔵基板の回路構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電動機における内蔵基板の構成を示す模式図である。 実施の形態１の変形例に係る内蔵基板の構成を示す外観図である。 実施の形態２に係る抵抗器を示す模式図である。 実施の形態３に係る空気調和機の概略模式図である。
　以下、本実施の形態に係る電動機について説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。更に、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
　実施の形態１．
＜電動機の構造＞
　図１は、実施の形態１に係る電動機１の模式図である。本実施の形態に係る電動機１は、例えば、ブラシレスＤＣモータである。図１では、電動機１の構成を説明するために、電動機１の一部について断面構造を示している。
　図１に示すように、電動機１は、回転軸３１が挿入された回転子３０と、回転子３０の外周に設けられた固定子２０と、回転子３０を駆動させる駆動回路が搭載された内蔵基板１１とを有する。
　内蔵基板１１及び固定子２０は、モールド樹脂１２により一体に成型されている。内蔵基板１１及び固定子２０は、モールド固定子１０を構成している。モールド固定子１０には、凹部が形成されている。モールド固定子１０の凹部は、開口部が内蔵基板１１の反対側に位置している。モールド固定子１０の凹部には、回転子３０が収納されている。モールド固定子１０の凹部の開口部は、モールド固定子１０の内周部にはめ込まれた導電性のブラケット６０により塞がれている。内蔵基板１１の面のうち、固定子２０に対向している面をステータ面１１１と称する。内蔵基板１１の面のうち、ステータ面１１１の裏面を反ステータ面１１２と称する。
　内蔵基板１１には、回転子３０の磁極位置を検出する磁気センサ５０が搭載されている。磁気センサ５０は、固定子２０の巻線２２よりも回転軸３１に近い位置に配置されている。これにより、固定子２０の巻線２２から発生する磁束の磁気センサ５０への影響が抑制されている。
　回転子３０と回転軸３１との間には、回転子絶縁部３２が介在しており、回転子絶縁部３２により回転子３０と回転軸３１とが絶縁されている。回転子３０における回転軸３１の先端側には、回転軸３１を支持する出力側軸受３３が設けられている。回転子３０における回転軸３１の基端側には、回転軸３１を支持する反出力側軸受３４が設けられている。反出力側軸受３４は、ブラケット６０により覆われている。反出力側軸受３４の外輪は、ブラケット６０の圧入部６１に嵌め込まれている。
　固定子２０は、円筒形状を有する。固定子２０は、回転軸３１を中心に放射状に配置された複数の固定子鉄心２１と、複数の固定子鉄心２１と一体成型されたインシュレータ２３と、複数の固定子鉄心２１のそれぞれに巻き付けられた巻線２２とを有する。固定子鉄心２１は、電磁鋼板が積層されて構成されている。
　巻線２２は、銅又はアルミなどの導電性を有する線材である。巻線２２は、例えば、後述の図３に示すように、Ｕ相巻線２２Ｕ、Ｖ相巻線２２Ｖ、及び、Ｗ相巻線２２Ｗにより構成されている。以下の説明において、３相の巻線をまとめて巻線２２と称する場合がある。固定子鉄心２１と巻線２２とは、インシュレータ２３により絶縁されている。
　モールド固定子１０の凹部に収納された回転子３０は、外周面が固定子鉄心２１と対向している。回転子３０の外周面は、マグネット４０により構成されている。マグネット４０は、例えば、フェライト磁石などの永久磁石、又は、希土類磁石と熱可塑性の樹脂材料とを混合したボンド磁石を、射出成形して作製される。射出成形用の金型には、磁石が組み込まれており、磁力の方向が射出方向に配向されている。
　内蔵基板１１は、回転軸３１の軸方向において、出力側軸受３３と固定子２０との間に配置されている。内蔵基板１１は、回転軸３１の軸方向における固定子２０の端面と対向している。内蔵基板１１は、径方向が回転軸３１の軸方向に対して垂直な方向に配置されている。内蔵基板１１は、固定子２０とともにモールド樹脂１２により固定されている。
　内蔵基板１１には、リード線１３を電動機１の内部に取り込むためのリード口出し部１４が設けられている。リード線１３は、電動機１が搭載される上位システムと電動機１とを接続する線である。電動機１の上位システムとは、電動機１が内蔵されている機器の制御基板のことである。例えば、電動機１がエアコンに内蔵された場合、エアコンの制御基板が、電動機１の上位システムに相当する。
　図２は、実施の形態１に係る内蔵基板１１の構成を示す外観図である。図２に示すように、内蔵基板１１は、円板形状であり、回転軸３１が挿入される貫通穴３５が形成されている。内蔵基板１１のステータ面１１１には、コントローラ７０と、例えば、３つの磁気センサ５０と、パワーＩＣ８０と、過電流を検出するための抵抗器７１と、が搭載されている。パワーＩＣ８０は、インバータ回路の一例である。
　内蔵基板１１には、図示していない抵抗及びコンデンサ等の受動部品も配置されている。図に示すパワーＩＣ８０は、面実装タイプであるため、ステータ面１１１に配置されている。面実装タイプのパワーＩＣ８０は、内蔵基板１１の製造工程において、電子部品の端子を内蔵基板１１のプリント配線にハンダで接合する際に、片面リフロー工程により内蔵基板１１に実装できる。
　パワーＩＣ８０は、リードタイプのものであってもよい。リードタイプのパワーＩＣ８０は、反ステータ面１１２に配置される。リードタイプのパワーＩＣ８０は、内蔵基板１１の製造工程において、電子部品の端子を内蔵基板１１のプリント配線にハンダで接合する際に、片面フロー工程により内蔵基板１１に実装できる。
　なお、図２は、コントローラ７０及びパワーＩＣ８０が別々のＩＣで構成される場合を示しているが、コントローラ７０及びパワーＩＣ８０が１つのＩＣで構成されていてもよい。
　磁気センサ５０は、前述のように、回転子３０の磁極位置を検出するものであり、例えば、ホールＩＣなどのデジタル方式のもの、又は、ホール素子などのアナログ方式のものである。ホールＩＣとして、センサ部と増幅部とが別々の半導体チップで構成され、センサ部はシリコン以外の半導体で構成され、増幅部はシリコンで構成された非シリコン型ホールＩＣがある。また、ホールＩＣとして、センサ部と増幅部とが一つのシリコン半導体チップで構成されたものもある。
　非シリコン型ホールＩＣは、２つのチップが内蔵されるため、センサ中心位置がＩＣの中心と異なった位置に配置される。非シリコン型ホールＩＣのセンサ部は、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの半導体が用いられる。これらの非シリコン半導体は、シリコン半導体と比べ、感度向上、及び、応力歪みによるオフセットを抑制できるなどの長所がある。
　図３は、実施の形態１に係る内蔵基板１１の回路構成を示すブロック図である。図３に示すように、パワーＩＣ８０は、パワートランジスタ８１及びゲートドライブ回路８２により構成されている。
　パワーＩＣ８０は、母線電源７７とグランド端子Ｇとの間に配置されている。パワーＩＣ８０と、グランド端子Ｇとの間には、抵抗器７１が接続されている。パワーＩＣ８０には、保護回路８３などが設けられていてもよい。
　パワートランジスタ８１は、磁気センサ５０により検出した磁極位置に応じ、適切なタイミングでオン状態又はオフ状態にスイッチング制御され、固定子２０の巻線２２に流れる電流の方向を切り替える。固定子２０の巻線２２に流れる電流の方向が変わることで、回転子３０の回転動力を得ることができる。
　図３において、パワートランジスタ８１、コントローラ７０、及び、ゲートドライブ回路８２は、１つのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成されている。パワートランジスタ８１及びゲートドライブ回路８２が、１つのＩＣによりＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）として構成されていてもよい。パワーＩＣ８０は、パワートランジスタ８１の動作により、母線電源７７から入力された直流電圧を３相の交流電圧に変換する。
　パワートランジスタ８１は、例えば、各相２つずつ、全部で６つのパワートランジスタから構成されており、図示しない巻線端子を介して、３相の巻線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに接続されている。
　具体的には、パワートランジスタ８１は、Ｕ相上アームパワートランジスタ８１Ａと、Ｖ相上アームパワートランジスタ８１Ｂと、Ｗ相上アームパワートランジスタ８１Ｃと、パワートランジスタ８１は、Ｕ相下アームパワートランジスタ８１Ｄと、Ｖ相下アームパワートランジスタ８１Ｅと、Ｗ相下アームパワートランジスタ８１Ｆと、により構成されている。
　Ｕ相上アームパワートランジスタ８１Ａと、Ｕ相下アームパワートランジスタ８１Ｄとは、Ｕ相巻線２２Ｕに接続されている。Ｖ相上アームパワートランジスタ８１Ｂと、Ｖ相下アームパワートランジスタ８１Ｅとは、Ｖ相巻線２２Ｖに接続されている。Ｗ相上アームパワートランジスタ８１Ｃと、Ｗ相下アームパワートランジスタ８１Ｆとは、Ｗ相巻線２２Ｗに接続されている。以下の説明では、各相のパワートランジスタをまとめて、パワートランジスタ８１と称する場合がある。
　パワートランジスタ８１は、例えば、スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ、プレーナＭＯＳＦＥＴ、又は、ＩＧＢＴなどである。
　コントローラ７０は、磁気センサ５０から入力される磁極位置信号を基に回転子３０の磁極位置を推測し、推測した磁極位置から回転子３０の回転数を算出する。コントローラ７０は、算出した回転子３０の回転数に基づいてスイッチング信号を生成し、ゲートドライブ回路８２に出力する。
　コントローラ７０は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の専用ＩＣである。コントローラ７０は、プログラムを記憶するメモリと、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とを有する構成であってもよい。
　ゲートドライブ回路８２は、スイッチング信号に従って、パワートランジスタ８１をオン状態及びオフ状態に制御する。ゲートドライブ回路８２は、ゲート電極に閾値電圧よりも高い電圧を印加することでパワートランジスタ８１をオン状態にする。また、ゲートドライブ回路８２は、ゲート電極に閾値電圧よりも低い電圧を印加することでパワートランジスタ８１をオフ状態にする。
　抵抗器７１は、パワートランジスタ８１の過電流を検出するために設けられている。パワートランジスタ８１において、アーム短絡又は相短絡が生じると、パワートランジスタ８１に過電流が生じる。抵抗器７１の両端における電圧値は、コントローラ７０の過電流検出部７０Ａに入力される。
　抵抗器７１の両端における電圧値が一定値を超えない場合には、パワートランジスタ８１における電流値は正常であるので、コントローラ７０の制御により、パワートランジスタ８１がオフ状態となることはない。
　抵抗器７１の両端における電圧値が一定値以上であると、コントローラ７０の制御により、パワートランジスタ８１がオフ状態となる。パワートランジスタ８１は、過電流が生じると破壊されてしまうが、コントローラ７０の制御によりパワートランジスタ８１がオフ状態となることで、パワートランジスタ８１が過電流による破壊から保護される。過電流検出部７０Ａは、ゲートドライブ回路８２に設けられていてもよい。また、抵抗器７１は、複数用いられてもよい。
　抵抗器７１には、単位体積あたりの許容電力が０．１５Ｗ／ｍｍ３以上のものが用いられている。抵抗器７１において、一般に、許容電力が低下すると抵抗器７１が耐え得る電力も低減する。抵抗器７１は、許容電力よりも大きい電力が入力されると損傷を受け、故障するおそれがある。特に、抵抗器７１として金属皮膜抵抗が用いられている場合には、過電流が抵抗器７１に与える影響が顕著となる。そのため、抵抗器７１の許容電力の値は、パワートランジスタ８１で想定される過電流により生じる電力よりも大きな電力に耐え得る値であることが望まれる。
　抵抗器７１が、パワートランジスタ８１で想定される過電流により生じる電力よりも大きな電力に耐え得るものであれば、抵抗器７１が破壊に至ることがなく、抵抗器７１の故障による電動機１の外部への発煙が抑制される。また、パワートランジスタ８１をオフ状態とし、パワートランジスタ８１を破壊から保護することができる。
　図４は、実施の形態１に係る電動機１における内蔵基板１１の構成を示す模式図である。図４に示すように、リード口出し部１４は、内蔵基板１１の面のうち、抵抗器７１が搭載された面の裏面に配置されている。図４では、リード口出し部１４が、内蔵基板１１の反ステータ面１１２に設けられた例を示している。
　リード口出し部１４は、抵抗器７１が搭載された面の裏面に設けられている。そのため、抵抗器７１からリード口出し部１４がモールド樹脂１２から飛び出す部分までの距離を、リード口出し部１４を抵抗器７１が搭載された面と同じ面に設けた場合よりも離すことができる。従って、リード口出し部１４から抵抗器７１までのパターン距離を、リード口出し部１４とステータ面１１１とを同じ面に設けた場合よりも短くすることができる。
　内蔵基板１１において、抵抗器７１が故障し、発煙すると、煙は、固定子２０のモールド樹脂１２とリード口出し部１４との間を通って外部に出る。リード口出し部１４は、抵抗器７１が搭載された面の裏面に設けられているため、抵抗器７１の故障により煙が発生しても、煙が外部に排気されることを抑制することができる。
　以上説明した本実施の形態に係る電動機１は、パワートランジスタ８１においてアーム短絡又は相短絡が生じ、パワートランジスタ８１に過電流が流れると、抵抗器７１に過電流が流れ、パワートランジスタ８１がオフ状態となる。これにより、パワートランジスタ８１が過電流から保護される。抵抗器７１として、単位体積あたりの許容電力が０．１５Ｗ／ｍｍ３以上のものを用いることで、パワートランジスタ８１で過電流が生じても、抵抗器７１における電力が抵抗器７１の許容電力を超えにくくなる。そのため、抵抗器７１における電力が許容電力を超えることで抵抗器７１が故障しても、抵抗器７１からの発煙を抑制することができる。特に、抵抗器７１として金属皮膜抵抗が用いられている場合には、過電流による影響が顕著となるが、単位体積あたりの許容電力が０．１５Ｗ／ｍｍ３以上の抵抗器７１を用いることにより抵抗器７１の故障時の発煙によるリスクを低減できる。
　また、固定子２０と、内蔵基板１１とが、モールド樹脂１２により一体成型されていることで、抵抗器７１の放熱性がよくなっている。抵抗器７１が故障すると、電流、すなわち、エネルギーの増大により抵抗が更に激しく故障し、モータ外部への発煙のリスクが増大する。固定子２０と、内蔵基板１１とが、モールド樹脂１２により一体成型されていることで、モールド樹脂１２の外部へ煙が排出されるリスクを低減できる。
　また、抵抗器７１は、複数で構成することができる。この場合、小さいサイズの抵抗器７１を多数用いるよりも、大きいサイズの抵抗器７１を少数用いたほうが、内蔵基板１１における抵抗器７１が実装される面積に対する許容電力が高くなる。これは大きいサイズの抵抗器７１の方が高さ寸法が高いため、及び、各抵抗器７１の間にクリアランスが必要となるためである。これにより、基板面積を小さくすることができ、コストを抑えることができる。また、部品点数が減ることにより基板実装加工費も低減できる。なお、一般に抵抗器７１のサイズが３２１６以上、又は、１６３２以上であると高さ寸法が同等であるので、サイズが３２１６以上、又は、１６３２以上の抵抗器７１を用いると良い。
　また、抵抗器７１は、内蔵基板１１の面のうち、固定子２０に対向している面に搭載されており、抵抗器７１とモールド樹脂１２の外郭との間に内蔵基板１１が介在している。これにより、例え、抵抗器７１で煙が生じても、煙がモールド樹脂１２の外部に排出されることを抑制することができる。
　また、リード口出し部１４は、抵抗器７１が搭載された面の裏面に設けられている。このため、ステータ面１１１の抵抗器７１から、リード口出し部１４がモールド樹脂１２から飛び出している部分までの距離が、リード口出し部１４をステータ面１１１に設けた場合よりも離れ、抵抗器７１で煙が生じても、煙が外部に排出されにくくなる。
　また、抵抗器７１は、回転軸３１に対してリード口出し部１４側に配置されており、リード口出し部１４までの距離が、回転軸３１までの距離よりも小さく、抵抗器７１及びリード口出し部１４のパターン距離が短くなっている。このため、基板サイズを抑制し、且つ、大電流が流れることによるノイズを抑制することができる。
＜基板の構成の変形例＞
　図５は、実施の形態１の変形例に係る内蔵基板１１ａの構成を示す外観図である。図５に示すように、変形例に係る内蔵基板１１ａは、図２に示した円板形状の内蔵基板１１における、扇形状の部分に相当する。内蔵基板１１ａの切り欠き部３６は、貫通穴３５の円周の一部に相当する。モジュール７９は、図２に示した円板形状の内蔵基板１１における、コントローラ７０及びパワーＩＣ８０のそれぞれの機能を実行する電子回路を備えている。内蔵基板１１ａには、図２に示した円板形状の内蔵基板１１と同様、抵抗器７１、磁気センサ５０及びリード口出し部１４が設けられている。
　図５に示す内蔵基板１１ａでは、コントローラ７０及びパワーＩＣ８０がモジュール化されているため、図２に示した構成に比べて、基板に実装される電子部品が少なくなるため、電子部品の実装面積が低減する。その結果、内蔵基板１１ａの基板面は、図２に示した構成に比べて縮小される。図５に示す内蔵基板１１ａのように、基板への電子部品のレイアウトを工夫し、貫通穴３５の形状の一部も有効に用いることで、基板面積の縮小化を図れる。
　実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る抵抗器７１ａを示す模式図である。実施の形態２は、抵抗器７１ａの構成が実施の形態１と相違しており、その他の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
　図６に示すように、実施の形態２に係る抵抗器７１ａは、チップ抵抗器であって、長辺に電極７１ｃが配置された長辺電極抵抗である。長辺電極抵抗は、長辺に電極７１ｃを配置することで、全体積に対する電極７１ｃの体積を増加させ、放熱性が向上するという特性を有する。長辺電極抵抗は、短辺に電極が配置された抵抗と比較して、単位体積あたりの許容電力が大きいという特性を有する。
　抵抗器７１として、例えば、サイズが１６３２の長辺電極抵抗を用いることができる。サイズが１６３２の長辺電極抵抗は、許容電力は０．２７Ｗ／ｍｍ３である。
　抵抗器７１として、例えば、サイズが３２１６の短辺電極抵抗を用いた場合、抵抗器７１の大きさは、サイズが１６３２の長辺電極抵抗と同じであるが、許容電力は、０．０８９Ｗ／ｍｍ３である。この場合、パワートランジスタ８１で生じた過電流による電力値が０．０８９Ｗ／ｍｍ３未満であれば、抵抗器７１から発煙する可能性は低いが、過電流による電力値が０．０８９Ｗ／ｍｍ３以上になると抵抗器７１から発煙する可能性が高くなる。
　一方、サイズが１６３２の長辺電極抵抗は、許容電力が０．２７Ｗ／ｍｍ３であるため、パワートランジスタ８１で生じた過電流による電力値が０．０８９Ｗ／ｍｍ３以上であっても、発煙に至りにくい。
　従って、抵抗器７１として、長辺電極抵抗を用いることで、抵抗器７１の許容電力を大きくし、且つ、抵抗器７１の体積を抑制することができる。更に、抵抗器７１の体積が低減することで、抵抗器７１が過電流に耐えきれず故障したとしても、燃焼する物質の量を低減できるため、故障時の発煙の影響を抑制することができる。
　なお、上記では、抵抗器７１として、サイズが１６３２の長辺電極抵抗を用いた例を説明しているが、抵抗器７１のサイズはこれに限定されず、抵抗器７１が長辺電極抵抗であり、その許容電力が０．１５Ｗ／ｍｍ３以上のものであればよい。
　以上説明した実施の形態２に係る電動機１によれば、抵抗器７１として、長辺電極抵抗を用いているため、体積あたりの許容電力が増大する。また、抵抗器７１が故障した場合に燃焼する物質の量が低減され、発煙による影響を抑制することができる。
　実施の形態３．
＜空気調和機への応用例＞
　図７は、実施の形態３に係る空気調和機２００の概略模式図である。図７に示すように、空気調和機２００は室内機２１０と、室内機２１０に接続される室外機２２０とを備える。室内機２１０は図示せぬ室内機用送風機を搭載し、室外機２２０は室外機用送風機２２３を搭載している。室外機用送風機２２３及び室内機用送風機は、それぞれ駆動源として実施の形態１で説明した電動機１を内蔵している。
　空気調和機２００が大型になると、モータの出力が１００Ｗ以上となり得る。電動機１の内蔵基板１１に設けられた抵抗器７１が、許容電力が０．１５Ｗ／ｍｍ３のものであることで、モータの出力が増大しても、抵抗器７１が過電流により故障し、又は、発火発煙する可能性を低減できる。特に、業務用エアコン、又は、パッケージエアコンに用いられるファンモータなどに実施の形態１に係る電動機１を搭載することで、抵抗器７１の故障、又は、発煙の低減に顕著な効果が得られる。
　なお、電動機１は、空気調和機２００の他にも、換気扇、家電機器、工作機などに搭載して利用することができる。
　また、実施の形態３の空気調和機２００に、実施の形態２の抵抗器７１ａを有する電動機１を用いてもよい。この場合にも、空気調和機２００のモータの出力が増大した場合に、抵抗器７１ａが過電流により故障し、発煙する可能性を低減できるという効果も奏される。
　１　電動機、１０　モールド固定子、１１　内蔵基板、１１１　ステータ面、１１２　反ステータ面、１１ａ　内蔵基板、１２　モールド樹脂、１３　リード線、１４　リード口出し部、２０　固定子、２１　固定子鉄心、２２　巻線、２２Ｕ　Ｕ相巻線、２２Ｖ　Ｖ相巻線、２２Ｗ　Ｗ相巻線、２３　インシュレータ、３０　回転子、３１　回転軸、３２　回転子絶縁部、３３　出力側軸受、３４　反出力側軸受、３５　貫通穴、３６　切り欠き部、４０　マグネット、５０　磁気センサ、６０　ブラケット、６１　圧入部、７０　コントローラ、７０Ａ　過電流検出部、７１　抵抗器、７１ａ　抵抗器、７７　母線電源、７９　モジュール、８０　パワーＩＣ、８１　パワートランジスタ、８１Ａ　Ｕ相上アームパワートランジスタ、８１Ｂ　Ｖ相上アームパワートランジスタ、８１Ｃ　Ｗ相上アームパワートランジスタ、８１Ｄ　Ｕ相下アームパワートランジスタ、８１Ｅ　Ｖ相下アームパワートランジスタ、８１Ｆ　Ｗ相下アームパワートランジスタ、８２　ゲートドライブ回路、８３　保護回路、２００　空気調和機、２１０　室内機、２２０　室外機、２２３　室外機用送風機、Ｇ　グランド端子。

Claims (8)

  1. 　回転子と、
    　前記回転子の外周に設けられた固定子と、
    　前記回転子の動作を制御する基板と、を備え、
    　前記基板は、
    　前記固定子の巻線に流れる電流の方向を切り替えるインバータ回路と、
    　前記インバータ回路とグランド端子との間に設けられ、前記インバータ回路の過電流を検出するための抵抗器と、
    　を備え、
    　前記抵抗器の単位体積あたりの許容電力は、０．１５Ｗ／ｍｍ３以上である
    　電動機。
  2. 　前記抵抗器は、長辺電極抵抗である
    　請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記固定子と、前記基板とは、樹脂により一体成型されている
    　請求項１又は２に記載の電動機。
  4. 　前記抵抗器は、複数の抵抗により構成されている
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の電動機。
  5. 　前記基板は、
    　前記固定子と対向して設けられており、
    　前記抵抗器は、前記基板の面のうち、前記固定子と対向するステータ面に設けられている
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の電動機。
  6. 　前記基板には、
    　リード線に接続されるリード口出し部が設けられており、
    　前記抵抗器は、リード線に接続されるリード口出し部が設けられた面の裏面に設けられている
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の電動機。
  7. 　前記基板には、
    　前記回転子を挿通している回転軸が挿通し、
    　リード線に接続されるリード口出し部が設けられており、
    　前記抵抗器は、前記回転軸に対してリード口出し部側に配置されている
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の電動機。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の電動機を備える
    　空気調和機。
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