WO2023135743A1 - 電動機、空気調和機、および制御基板 - Google Patents

電動機、空気調和機、および制御基板 Download PDF

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WO2023135743A1
WO2023135743A1 PCT/JP2022/001122 JP2022001122W WO2023135743A1 WO 2023135743 A1 WO2023135743 A1 WO 2023135743A1 JP 2022001122 W JP2022001122 W JP 2022001122W WO 2023135743 A1 WO2023135743 A1 WO 2023135743A1
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WO
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electric motor
host system
serial communication
rotor
rotation speed
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Application number
PCT/JP2022/001122
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English (en)
French (fr)
Inventor
隼一郎 尾屋
峰雄 山本
博幸 石井
洋樹 麻生
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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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
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/35—Devices for recording or transmitting machine parameters, e.g. memory chips or radio transmitters for diagnosis

Definitions

  • the present disclosure relates to electric motors, air conditioners, and control boards that communicate with host systems.
  • Conventional brushless DC (Direct Current) motors required five lead wires to connect with the host system that sends commands to the brushless DC motor. That is, the brushless DC motor and the host system are connected to a high-voltage power supply, a ground (GND), a low-voltage power supply, a rotation speed command signal for commanding the rotation speed of the rotor, and a rotation speed feedback signal corresponding to the actual operation of the rotor. It had to be connected with five leads for transmission.
  • the electric motor described in Patent Document 1 includes a drive circuit board that drives a rotor. connected to the wire.
  • Patent Document 1 requires two lead wires, one for receiving the rotational speed command signal and the other for sending the rotational speed feedback signal to an external device, which increases the cost of the lead wires. There was a problem.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to obtain an electric motor that can reduce the cost of lead wires by reducing the number of lead wires.
  • the electric motor of the present disclosure includes a stator, a rotor, and an inverter that converts an input DC voltage into AC voltage and supplies it to the stator. and a control board for controlling the drive of the rotor, and one serial communication line connected to the host system and the control board for outputting a rotation command for commanding the rotational speed of the rotor.
  • the control board executes 1-wire serial communication, which is a 1-wire serial communication, with the host system using a serial communication line, thereby receiving a rotation command from the host system and controlling the actual rotation of the rotor.
  • a rotation speed feedback signal which is a rotation speed signal, is sent to the host system.
  • the electric motor according to the present disclosure has the effect of reducing the cost of lead wires by reducing the number of lead wires.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric motor system according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an electric motor according to Embodiment 1
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of a built-in board included in the electric motor according to the first embodiment
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner according to Embodiment 2
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an outdoor unit of an air conditioner according to Embodiment 2 in the case where the outdoor unit includes two outdoor unit blowers;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric motor system according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an electric motor according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of a built-in board included in the electric motor according to the first embodiment
  • FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration example of a host system of an outdoor unit when the outdoor unit of the air conditioner according to Embodiment 2 includes two outdoor unit fans.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit when a control unit included in the electric motor according to Embodiments 1 and 2 is implemented by a processor and a memory;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a processing circuit in the case where a control unit included in the electric motor according to Embodiments 1 and 2 is configured with dedicated hardware;
  • Embodiment 1. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric motor system according to a first embodiment;
  • the electric motor system 5 includes a host system 201, an electric motor 1, and lead wires 7, 51-53.
  • the host system 201 and the electric motor 1 are connected via lead wires 7, 51-53.
  • the lead wires 7, 51 to 53 may be collectively referred to as a lead wire group 300.
  • FIG. The lead wire group 300 may be a component that the electric motor 1 has, or may be a component that is configured separately from the electric motor 1 .
  • the host system 201 has a microcomputer (hereinafter referred to as microcomputer) and controls the electric motor 1 .
  • the host system 201 transmits and receives data to and from the electric motor 1 via the lead wire 7, which is a serial communication line.
  • the lead wire 7 is a lead wire for performing 1-wire (registered trademark) serial communication, that is, 1-wire asynchronous serial communication (hereinafter referred to as 1-wire serial communication). Therefore, the host system 201 and the electric motor 1 perform one-wire serial communication using the lead wire 7 .
  • the host system 201 and the electric motor 1 may communicate using a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) via the lead wire 7 .
  • the host system 201 and the electric motor 1 may perform synchronous communication using CDR (Clock Data Recovery) instead of asynchronous communication.
  • CDR Lock Data Recovery
  • the host system 201 transmits to the electric motor 1 via the lead wire 7 a rotation speed command signal for instructing the rotation speed of the rotor of the electric motor 1 .
  • the host system 201 may transmit a rotational speed command for commanding the rotational speed of the rotor to the electric motor 1 instead of the rotational speed command signal. That is, in Embodiment 1, the rotation speed command signal or the rotation speed command is a rotation command for commanding the rotation speed of the rotor.
  • the electric motor 1 transmits a rotation speed feedback signal (hereinafter referred to as a rotation speed feedback signal) corresponding to the actual operation of the rotor to the host system 201 via the lead wire 7 .
  • a rotation speed feedback signal a rotation speed feedback signal
  • the host system 201 and the electric motor 1 transmit and receive signals using the lead wire 7, which is a single signal wire. That is, in the electric motor system 5, transmission and reception of the rotation speed command signal and the rotation speed feedback signal are performed using the lead wire 7, which is one signal wire.
  • the host system 201 sends a high voltage power supply to the electric motor 1 via the lead wire 51 . Also, the host system 201 sends a low-voltage power supply to the electric motor 1 via the lead wire 53 .
  • the lead wire 52 is a ground (GND) lead wire for securing a common potential that serves as a reference for circuit operation between the host system 201 and the electric motor 1 .
  • the lead wire 51 is the first lead wire
  • the lead wire 53 is the second lead wire
  • the lead wire 52 is the third lead wire.
  • the lead wire 51 is the lead wire for the high-voltage power supply
  • the lead wire 53 is the lead wire for the low-voltage power supply
  • the lead wire 52 is the lead wire for GND.
  • a lead wire 7 is a lead wire for 1-wire serial communication. Note that the host system 201 and the electric motor 1 may transmit and receive a signal other than the rotation speed command signal or the rotation speed feedback signal using the lead wire 7 .
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the electric motor according to the first embodiment.
  • the electric motor 1 is a brushless DC motor.
  • a part of the electric motor 1 is shown in cross-section for explanation of the configuration.
  • FIG. 1 shows a radial gap type brushless DC motor
  • the electric motor 1 of Embodiment 1 is not limited to a radial gap type brushless DC motor.
  • the electric motor 1 includes a rotor 30, a stator 20, a built-in board 11 as a control board, and a mold resin 12.
  • a rotating shaft 31 is inserted into the rotor 30 .
  • the stator 20 is provided on the outer circumference of the rotor 30 .
  • the built-in substrate 11 has a substrate circuit which is a circuit for controlling the driving of the rotor 30 .
  • the built-in board 11 is connected to a host system 201 .
  • lead wire group 300 is a component of electric motor 1
  • lead wire group 300 is a component of built-in board 11 .
  • the built-in substrate 11 and the mold resin 12 are integrally molded.
  • the built-in substrate 11 is integrally formed with the stator 20 with a molding resin 12 having a dielectric constant higher than that of air (for example, a resin with a relative dielectric constant of 3 to 4).
  • the built-in substrate 11 may be fixed to the stator 20 with a member other than the mold resin 12 . In this case, the built-in substrate 11 and the mold resin 12 are fixed to the stator 20 with screws or the like.
  • the built-in substrate 11 and the stator 20 are integrally formed with the molded stator 10. Inside the molded stator 10, there is provided a recess formed so as to accommodate the rotor 30 therein. In some cases, the built-in substrate 11 and the stator 20 are separately integrally molded with resin, and the built-in substrate 11 and the stator 20 are fixed with screws or the like.
  • the stator 20 has a plurality of stator cores 21 , insulators 23 integrally formed with the stator cores 21 , and windings 22 .
  • the stator core 21 is configured by laminating electromagnetic steel sheets.
  • Insulator 23 insulates stator core 21 and winding 22 .
  • the stator 20 is configured by winding the windings 22 around each slot of the stator core 21 integrally formed with the insulator 23.
  • the winding 22 is made of copper, aluminum, or the like.
  • An output-side bearing 33 that rotatably supports the rotating shaft 31 is provided at one end of the rotating shaft 31 .
  • a non-output side bearing 34 that rotatably supports the rotating shaft 31 is provided at the other end of the rotating shaft 31 .
  • the anti-output side bearing 34 is covered with a conductive bracket 60.
  • the bracket 60 has a press-fitting portion 61 fitted to the inner peripheral portion of the molded stator 10 so as to close the opening of the recess provided in the molded stator 10 . Also, the outer ring of the anti-output side bearing 34 is fitted inside the bracket 60 .
  • the built-in substrate 11 includes a power IC (Integrated Circuit) (power IC 80 described later) that supplies power to the windings 22, a control section 70 that will be described later, and a magnetic sensor 50 that detects the position of the rotor 30. with a circuit containing
  • the built-in substrate 11 is arranged perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 31 between the output-side bearing 33 and the stator 20 and fixed to the insulator 23 . Also, the substrate circuit of the built-in substrate 11 and the winding 22 are connected via a winding terminal.
  • the built-in substrate 11 is provided with a lead outlet portion 14 from which a lead wire group 300 connected to a host system 201 is led out.
  • the host system 201 is, for example, a board on the unit side of an air conditioner, and the lead wire group 300 is connected to the board on the unit side of the air conditioner (such as an indoor unit board 211 described later). ing.
  • passive components such as operational amplifiers, comparators, regulators, diodes, resistors, capacitors, inductors, and fuses are arranged on the built-in substrate 11 .
  • the shape of the built-in substrate 11 is disc-shaped with a through hole formed in the center.
  • a rotary shaft 31 is passed through a through hole provided in the built-in substrate 11 .
  • the built-in substrate 11 is arranged inside the electric motor 1 so that the upper surface and the bottom surface are perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 31 .
  • a rotor insulating portion 32 that is an annular member is arranged on the outer peripheral portion of the rotating shaft 31 .
  • the rotor 30 has magnets 40 arranged inside the molded stator 10 .
  • the magnet 40 is arranged at a position facing the stator core 21 on the outer peripheral side of the rotating shaft 31 and the rotor insulating portion 32 .
  • the magnet 40 is composed of a cylindrical permanent magnet. Magnet 40 is fixed to rotating shaft 31 .
  • the magnet 40 is manufactured by injection molding a bonded magnet composed of a ferrite magnet or a rare earth magnet (samarium iron nitrogen, neodymium, etc.) mixed with a thermoplastic resin material.
  • a magnet is incorporated in the mold for injection molding of the magnet 40, and the magnet 40 is molded while being oriented.
  • the magnet 40 has, in the axial direction of the rotating shaft 31, a sensor magnet portion which is a portion close to the magnetic sensor 50 and a main magnet portion which is a portion other than the sensor magnet portion.
  • the sensor magnet section causes the magnetic sensor 50 to detect the position of the rotor 30 .
  • the main magnet section causes the rotor 30 to generate rotational force according to the magnetic flux generated by the windings 22 .
  • the outer diameter of the built-in substrate 11 on the side of the magnetic sensor 50 is smaller than the other outer diameter portions. That is, in the magnet 40, the outer diameter of the sensor magnet portion is smaller than the outer diameter of the main magnet portion. Due to the shape of the magnet 40 , magnetic flux easily flows into the magnetic sensor 50 mounted on the built-in substrate 11 .
  • the magnetic sensor 50 is located far from the windings 22 of the stator 20, that is, close to the rotating shaft 31, in order to minimize the influence of the magnetic flux generated from the windings 22 of the stator 20.
  • FIG. 1 shows the case where the main magnet section and the sensor magnet section are composed of one magnet 40, the main magnet section and the sensor magnet section may be composed of separate magnets. .
  • the magnetic sensor 50 may be configured using a Hall IC whose output signal is a digital signal, or may be configured using a Hall element whose output signal is an analog signal. That is, the magnetic sensor 50 may be of a type that detects the position of the rotor 30 using a Hall IC, or may be of a type that detects the position of the rotor 30 using a Hall element.
  • the Hall IC may be a Hall IC (first type Hall IC) that detects the position of the rotor 30 by the first method, or a Hall IC that detects the position of the rotor 30 by the second method. It may be an IC (a Hall IC of the second method).
  • the sensor section and the amplifier section are composed of separate semiconductor chips.
  • the sensor section is made of a semiconductor other than silicon, and the amplifier section is made of silicon.
  • the Hall IC of the first method will be referred to as a non-silicon Hall IC.
  • the sensor section and the amplifier section are composed of one silicon semiconductor chip.
  • the sensor section is arranged so that the center position of the sensor section is different from the center of the IC body.
  • a non-silicon semiconductor such as indium antimonide (InSb) is used in the sensor portion of the non-silicon Hall IC.
  • This non-silicon semiconductor has advantages such as better sensitivity and less offset due to stress strain than silicon semiconductor.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a built-in board included in the electric motor according to the first embodiment; FIG. In FIG. 3, the built-in substrate 11, the winding 22, and the magnetic sensor 50 are shown.
  • the built-in substrate 11 includes an inverter IC that drives and controls the electric motor 1 having windings 22 and an overcurrent detection resistor 75 .
  • the built-in substrate 11 includes a power IC 80 , a control section 70 and an overcurrent detection resistor 75 .
  • the power IC 80 has an inverter 81 , a gate drive circuit 82 and a protection circuit 83 .
  • the control unit 70 is connected to the host system 201, the gate drive circuit 82, the ground 79A, and the magnetic sensor 50.
  • the controller 70 is also connected to a low-voltage power supply 78 via a connection point 48 .
  • the control unit 70 is connected to the ground 79C via the connection point 41, the connection point 42, and the overcurrent detection resistor 75. As shown in FIG.
  • the gate drive circuit 82 is connected to the low voltage power supply 78 via the connection point 48 and to the high voltage power supply 77 via the connection point 47 .
  • a low-voltage power supply 78 outputs a voltage lower than that of the high-voltage power supply 77 .
  • the high voltage power supply 77 is a bus power supply.
  • the gate drive circuit 82 is connected to the inverter 81 . Also, the gate drive circuit 82 is connected to the protection circuit 83 and the ground 79B via the connection point 43 .
  • the protection circuit 83 is connected to the connection points 41 and 43 . That is, the protection circuit 83 is connected to the ground 79C via the connection point 41, the connection point 42, and the overcurrent detection resistor 75. FIG. Also, the protection circuit 83 is connected to the ground 79B via the connection point 43 .
  • the inverter 81 is connected to the winding 22 . Also, the inverter 81 is connected to the ground 79C via the connection point 42 and the overcurrent detection resistor 75 . Grounds 79A to 79C are common grounds of the same potential. Grounds 79A to 79C are referred to as grounds 79 in the following description.
  • the power IC 80 is also called an IPM (Intelligent Power Module).
  • the inverter 81 comprises six power transistors 81A-81F.
  • the six power transistors 81A to 81F may be configured separately, or may be configured as one IC.
  • the gate drive circuit 82 may be configured with one IC, or may be configured with three separate three-phase ICs.
  • the gate drive circuit 82 and the control unit 70 may be configured by one IC.
  • the control unit 70 may be composed of one dedicated IC (control IC), or may be composed of a microcomputer or the like.
  • the six power transistors 81A to 81F, the gate drive circuit 82, the protection circuit 83, and the control section 70 may be configured in one IC.
  • the power transistors 81A to 81F are composed of superjunction MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), planar MOSFETs, or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
  • superjunction MOSFETs Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors
  • planar MOSFETs planar MOSFETs
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • Embodiment 1 a case will be described in which the magnetic sensor 50 detects the magnetic pole position of the rotor 30 corresponding to the magnetic flux position, and the built-in substrate 11 controls the electric motor 1 based on the magnetic pole position.
  • the built-in substrate 11 may perform sensorless control of the electric motor 1 while estimating the magnetic pole position from the current flowing through the windings 22 and the voltage applied and generated to the windings 22 .
  • the built-in substrate 11 may amplify a current signal obtained by using a shunt resistor and a current sensor with an operational amplifier or the like. Further, the built-in substrate 11 may use a comparator to generate a signal to the control section 70 for overcurrent protection from this current signal.
  • the voltage (eg, 15 V) that drives the gates of the power transistors 81A to 81F may differ from the microcomputer power supply voltage (eg, 5 V) that drives the control unit 70 such as a microcomputer.
  • the electric motor 1 uses a regulator to generate another power supply from one power supply supplied from the outside.
  • the built-in board 11 is supplied with a 15V power supply from the outside, and the regulator generates a 5V power supply and supplies it to the built-in board 11 .
  • This regulator may be incorporated in gate drive circuit 82 or power IC 80 .
  • the inverter 81 converts the input DC voltage into a three-phase AC voltage consisting of U-phase, V-phase, and W-phase, and supplies the three-phase AC voltage to the windings 22 of the stator 20 .
  • Power transistor 81A is a U-phase upper arm power transistor
  • power transistor 81B is a V-phase upper arm power transistor
  • power transistor 81C is a W-phase upper arm power transistor.
  • Power transistor 81D is a U-phase lower arm power transistor
  • power transistor 81E is a V-phase lower arm power transistor
  • power transistor 81F is a W-phase lower arm power transistor.
  • the electric motor 1 has, as windings 22, a U-phase winding 22U, a V-phase winding 22V, and a W-phase winding 22W.
  • U-phase winding 22U is connected to power transistors 81A and 81D.
  • the V-phase winding 22V is connected to power transistors 81B and 81E.
  • W-phase winding 22W is connected to power transistors 81C and 81F.
  • the gate drive circuit 82 controls turning on and off of the power transistors 81A to 81F according to switching signals received from the control section 70.
  • Three magnetic sensors 50 are arranged around the winding 22 .
  • the three magnetic sensors 50 each output a magnetic pole position signal corresponding to the position of the rotor 30 to the controller 70 .
  • the protection circuit 83 protects the inverter 81 and the gate drive circuit 82. For example, the protection circuit 83 prevents a high current from flowing back to the gate drive circuit 82 from the ground 79 side. Moreover, when at least one of the inverter 81 and the gate drive circuit 82 becomes hot, the protection circuit 83 turns off all the power transistors 81A to 81F of the inverter 81 to prevent element breakdown due to high temperature.
  • the overcurrent detection resistor 75 is connected to the lower arm switches of the power transistors 81D-81F.
  • the built-in substrate 11 has an overcurrent detector (not shown) that detects overcurrent.
  • the overcurrent detection unit monitors the voltage of the overcurrent detection resistor 75, and when the voltage of the overcurrent detection resistor 75 reaches or exceeds a specific value, the power transistors 81A to 81F are forcibly turned off so that the winding 22 is It prevents overcurrent from flowing and realizes overcurrent protection.
  • the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection resistor 75 to the control unit 70 corresponds to the voltage across the overcurrent detection resistor 75 becoming equal to or higher than a specific value.
  • the overcurrent detector implements overcurrent protection based on the overcurrent detection signal.
  • the overcurrent detection section may be built in the control section 70 or may be built in the gate drive circuit 82 .
  • a temperature sensing element may be provided on the built-in substrate 11 or the like.
  • the control unit 70 forcibly turns off the power transistors 81A to 81F upon receiving a signal indicating an abnormal temperature from the temperature sensitive element.
  • the control unit 70 generates a switching signal for controlling on/off of the power transistors 81A to 81F at a specific frequency (hereinafter referred to as carrier frequency) according to a rotational speed command (speed command signal) received from the host system 201.
  • the control unit 70 outputs a switching signal to the gate drive circuit 82 to perform pulse width modulation (PWM) control on the power transistors 81A to 81F.
  • PWM pulse width modulation
  • the control unit 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 control unit 70 outputs a rotational speed signal indicating the calculated rotational speed to the host system 201 .
  • control unit 70 may be a dedicated IC such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Also, the control unit 70 may be configured to have a memory that stores programs and a CPU (Central Processing Unit) that executes processes according to the programs. A hardware configuration of the control unit 70 will be described later.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • CPU Central Processing Unit
  • the electric motor 1 which is a brushless DC motor, obtains rotational power by switching six power transistors 81A to 81F at appropriate timings in the case of three-phase, according to the magnetic pole positions of the magnets 40 of the rotor 30. A switching signal used for this switching is generated by the controller 70 . The principle of operation of this electric motor 1 will be described.
  • control unit 70 estimates the magnetic pole position of the rotor 30 based on the magnetic pole position signal from the magnetic sensor 50 or the current value of the current flowing through the windings 22 .
  • Control unit 70 generates a switching signal for switching power transistors 81A to 81F in accordance with the magnetic pole position of rotor 30 and a rotational speed command output from host system 201.
  • FIG. The gate drive circuit 82 switches the power transistors 81A to 81F on and off according to the switching signal generated by the control section 70.
  • the control unit 70 includes a communication unit 71 that communicates with the host system 201 via the lead wire 7 .
  • the communication unit 71 receives a rotation speed command from the host system 201 via the lead wire 7 and transmits a rotation speed feedback signal and the like to the host system 201 via the lead wire 7 .
  • the control section 70 can be configured with a combinational circuit that does not require a clock.
  • control unit 70 is composed of a complicated digital circuit including a clock.
  • the timing between each rise and fall of the detection signal by the three Hall ICs is estimated finely.
  • the sensorless control is control that does not use the magnetic sensor 50 .
  • control is performed by estimating the magnetic pole position from the current value detected by a current detection resistor, current detection transformer, or the like. That is, in the case of sensorless control, the controller 70 estimates the magnetic pole position based on the current flowing through the winding 22 and the voltage applied to the winding 22, which requires complicated processing and calculations. For this reason, in the case of sensorless control, the control unit 70 requires a more complicated circuit and a higher clock frequency.
  • the clock frequency of the control unit 70 should be 100 times or more the carrier frequency, which is the switching frequency of the power transistors 81A to 81F.
  • the lead wire group 300 drawn out from the lead outlet portion 14 is composed of four lead wires 7, 51 to 53 for high-voltage power supply, GND, low-voltage power supply, and 1-wire serial communication.
  • There is Communication between the host system 201 and the built-in substrate 11 provided in the electric motor 1 is performed by one-wire serial communication using the lead wire 7, which is a serial communication line.
  • the 1-wire serial communication may be a standardized protocol (1-wire (registered trademark)) or an original protocol. Also, the 1-wire serial communication may be a protocol compatible with a plurality of slaves (internal substrate 11).
  • the following information is sent from the host system 201 to the built-in board 11 via the lead wire 7 .
  • ⁇ Rotation speed command signal (signal value)
  • ⁇ d-axis current value ⁇ Advance value
  • ⁇ Modulation method two-phase modulation or three-phase modulation
  • the following information is sent from the built-in board 11 to the host system 201 via the lead wire 7 .
  • ⁇ Current rotation speed feedback signal ⁇ Current motor current value ⁇ Operating history information (operating time, number of starts, etc.) ⁇ Internal state of electric motor 1 (rotation speed, bus voltage, motor current, etc.)
  • errors such as parity, CRC (Cyclic Redundancy Check), Reed-Solomon, etc. are detected or corrected for bit errors due to noise, etc. Detection codes or error correction codes may be used.
  • the stator 20 and the built-in substrate 11 are integrally molded. Moreover, the stator 20, the built-in substrate 11, and the molded stator 10 are integrally molded. When the internal substrate 11 and the mold resin 12 are integrally molded, the temperature of the internal substrate 11 including the lead wire group 300 becomes high. Further, when the stator 20, the built-in substrate 11, and the molded stator 10 are integrally molded, the temperature of the built-in substrate 11 including the lead wire group 300 becomes high. For this reason, the lead wire 7 needs to be coated with a member having a high heat resistance (for example, 125° C. or higher).
  • a member having a high heat resistance for example, 125° C. or higher.
  • the manufacturing cost of the electric motor 1 can be suppressed if the lead wire 7 can be reduced.
  • the electric motor 1 and the host system 201 use one lead wire 7 to transmit and receive the rotation speed command signal and the rotation speed feedback signal, so the effect of cost reduction is large.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an electric motor system of a comparative example.
  • the electric motor system 6 of the comparative example includes a host system 201A, an electric motor 1, and lead wires 51-55.
  • the host system 201A and the electric motor 1 are connected via lead wires 51-55.
  • the electric motor system 6 of the comparative example includes lead wires 54 and 55 instead of the lead wire 7, as compared with the electric motor system 5 of the first embodiment.
  • the lead wire 54 is a signal wire for sending a rotational speed command signal from the host system 201A to the electric motor 1.
  • a lead wire 55 is a signal wire for sending a rotational speed feedback signal from the electric motor 1 to the host system 201A.
  • the d-axis current value and lead angle value that provide the highest efficiency differ depending on the operating state (cooling, heating, clogging of the heat exchanger, etc.) even if the number of revolutions is the same.
  • the number of revolutions and the operating state with high noise are: In some cases, noise is emphasized over efficiency, and the engine is operated with a d-axis current value and an advance angle value that minimize noise.
  • the electric motor system 6 of the comparative example only the d-axis current value and the advance angle value can be set according to the rotation speed, and even if noise is reduced due to different operating conditions at the same rotation speed, the efficiency is low. It must be operated with the d-axis current value and advance angle value. That is, when the electric motor system 6 is operated at the d-axis current value and lead-angle value that reduce efficiency and noise, the operating state changes, and the d-axis current value and lead-angle value are changed to increase efficiency. Even if it changes, it may be in the state where noise can be suppressed sufficiently. Even in this case, since the electric motor system 6 can only set the d-axis current value and lead-angle value according to the rotation speed, the d-axis current value and lead-angle value cannot be changed, and the operation continues with low efficiency. It will be done.
  • the host system 201 can designate the d-axis current value and the lead angle value through one-wire serial communication using the lead wire 7 during operation. It is possible to operate with high efficiency.
  • the two-phase modulation is more noisy than the three-phase modulation, but the efficiency is higher.
  • the electric motor system 6 of the comparative example specifies which of the two-phase modulation and the three-phase modulation to operate according to the number of revolutions.
  • the host system 201 can specify the modulation method by one-wire serial communication using the lead wire 7 during operation. It becomes possible to drive.
  • the electric motor system 5 can be operated with three-phase modulation only when the noise is greater than a specific value at the rotational speed and operating conditions, and can be operated with two-phase modulation when the noise is equal to or less than a specific value.
  • the electric motor system 5 of Embodiment 1 can improve the total efficiency such as the APF (Annual Performance Factor).
  • the host system 201 of the electric motor system 5 can write the control parameters of the electric motor 1 (at least one of the d-axis current value, the advance angle value, and the modulation method) to the built-in substrate 11 through 1-wire serial communication. .
  • This allows the built-in substrate 11 to control the electric motor 1 using the control parameters received from the host system 201 .
  • electric motor 1 executes 1-wire serial communication, which is one-wire asynchronous serial communication, with host system 201 using lead wire 7 . It receives a rotation command and transmits a rotation speed feedback signal to the host system 201 . As a result, the number of lead wires of the electric motor system 5 can be reduced, and the cost of the lead wires can be suppressed.
  • the electric motor system 6 of the comparative example only the rotation speed information including the rotation speed command signal and the rotation speed feedback signal can be transmitted and received between the host system 201 and the electric motor 1.
  • the electric motor system 5 of the first embodiment information other than the number of revolutions can be transmitted and received. Therefore, the electric motor system 5 of Embodiment 1 can realize more advanced control, operation, and functions than the electric motor system 6 of the comparative example.
  • Embodiment 2 Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
  • FIG. 1 electric motor 1 described in Embodiment 1 is applied to an air conditioner.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner according to Embodiment 2.
  • the air conditioner 200 includes an indoor unit 210 and an outdoor unit 220 connected to the indoor unit 210 via refrigerant pipes 230 .
  • the indoor unit 210 is equipped with an indoor unit blower 213, and the outdoor unit 220 is equipped with an outdoor unit blower 223.
  • Indoor unit fan 213 and outdoor unit fan 223 incorporate electric motor 1 described in Embodiment 1 as a drive source.
  • the electric motor 1 incorporated in the indoor blower 213 is the first electric motor
  • the electric motor 1 incorporated in the outdoor blower 223 is the second electric motor.
  • Electric motor 1 described in Embodiment 1 may be arranged in at least one of indoor unit 210 and outdoor unit 220 .
  • the indoor unit fan 213 is, for example, a line flow fan (registered trademark) (also called a cross-flow fan or cross-flow fan).
  • the outdoor unit 220 includes an outdoor unit board (unit board) 221 on which a host system 202 that controls the outdoor unit 220 and the like is arranged.
  • the host system 202 controls the electric motor 1 of the outdoor unit 220 by the same processing as the host system 201 .
  • the host system 202 of the outdoor unit board 221 is connected to the electric motor 1 of the outdoor unit 220 via the lead wire group 300 .
  • the host systems 201 and 202 may be arranged in at least one of the indoor unit 210 and the outdoor unit 220 .
  • the indoor unit 210 includes an indoor unit board (unit board) 211 on which a host system 201 for controlling the indoor unit 210 is arranged.
  • the host system 201 of the indoor unit board 211 is connected to the electric motor 1 of the indoor unit 210 via the lead wire group 300 .
  • the lead wire group 300 connected to the electric motor 1 of the indoor unit 210 and the lead wire group 300 connected to the electric motor 1 of the outdoor unit 220 are separate lead wire groups 300 .
  • the indoor unit board 211 and the outdoor unit board 221 are connected by a communication line 301 .
  • the outdoor unit 220 has a heat exchanger 225
  • the indoor unit 210 has a heat exchanger 215.
  • the indoor unit 210 needs to increase the width of the heat exchanger 215 and the air passage as much as possible in order to increase efficiency and output. For this reason, on both sides of the indoor unit 210, components such as the indoor unit board 211 on which the host system 201 is arranged cannot be placed, and the indoor unit board 211 is arranged in front of the indoor unit 210. .
  • the lead wires 7, 51 to 53 connecting the electric motor 1 and the indoor unit board 211 are lengthened. Conventionally, two lead wires 54 and 55 were required, but since the air conditioner 200 of Embodiment 2 has only one lead wire 7, it is possible to suppress an increase in cost due to lengthening of the lead wire.
  • the air conditioner 200 for high output may have two or more outdoor blowers installed in the outdoor unit.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an outdoor unit of an air conditioner according to Embodiment 2 when the outdoor unit includes two outdoor unit fans.
  • the outdoor unit 220 may include three or more outdoor unit fans 223 .
  • 6 shows the external configuration of the outdoor unit 220. As shown in FIG.
  • the outdoor unit 220 includes a plurality of outdoor unit fans 223, 1-wire serial communication supports a plurality of slaves. , it is possible to transmit and receive the rotational speed command signal and the rotational speed feedback signal.
  • the housing of the outdoor unit 220 becomes large, and the lead wire group 300 connecting the outdoor unit board 221 of the outdoor unit 220 and the electric motor 1 becomes very long ( e.g. 1500 mm or more). Therefore, in the case of a system that has one less lead wire than the electric motor system 6 of the comparative example, like the electric motor system 5, the effect of reducing the manufacturing cost is large.
  • FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration example of a host system of the outdoor unit when the outdoor unit of the air conditioner according to Embodiment 2 includes two outdoor unit fans.
  • a host system 202 provided in the outdoor unit 220 is connected to two electric motors 1 provided in the outdoor unit 220 via lead wires 7 respectively.
  • the host system 202 has an insulating receiving photocoupler 203A and an insulating transmitting photocoupler 203B.
  • the receiving photocoupler 203A and the transmitting photocoupler 203B are connected to two lead wires 7 .
  • the receiving photocoupler 203A and the transmitting photocoupler 203B are connected to the microcomputer.
  • the microcomputer is connected to the two electric motors 1 via the receiving photocoupler 203A, and is connected to the two electric motors 1 via the transmitting photocoupler 203B.
  • FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration example of a host system included in the electric motor system of the comparative example.
  • a host system 201A included in the electric motor system 6 of the comparative example is connected to one electric motor 1 via lead wires 54 and 55 .
  • the host system 201A has an insulating receiving photocoupler 203A and an insulating transmitting photocoupler 203B.
  • the receiving photocoupler 203A is connected to the lead wire 55, and the transmitting photocoupler 203B is connected to the lead wire .
  • the receiving photocoupler 203A and the transmitting photocoupler 203B are connected to the microcomputer.
  • the microcomputer is connected to the electric motor 1 via the lead wires 54,55.
  • defrosting time can be shortened by rotating the fan in the reverse direction to apply air to the heat exchanger 225 during the defrosting operation of the outdoor unit 220 of the air conditioner 200 .
  • the electric motor system 5 of Embodiments 1 and 2 can reduce the defrosting time and shorten the heating stop time by specifying the forward rotation and reverse rotation of the fan by one-wire serial communication.
  • the motor current of the electric motor 1 is proportional to the output torque of the electric motor 1. Further, when the degree of clogging of the heat exchanger 225 increases, the torque of the electric motor 1 increases. Therefore, the host system 202 of the outdoor unit 220 can estimate the degree of clogging of the heat exchanger 225 due to dust, condensation, etc. by reading the value of the motor current from the electric motor 1 . That is, the electric motor 1 transmits the value of the motor current to the host system 202, so that the host system 202 can estimate the degree of clogging. As a result, the host system 202 can perform the defrosting operation according to the degree of clogging, so the defrosting time of the outdoor unit 220 can be minimized, and the heating stop time can be shortened. becomes.
  • the host systems 201 and 202 can estimate the timing of failure of the electric motor 1, the timing of cleaning the heat exchangers 215 and 225, and the like by reading the operating time of the electric motor 1, the number of times it has been started, fluctuations in the motor current, and the like. It becomes possible. In this case, the host systems 201 and 202 may warn the user of the timing at which the electric motor 1 will fail, the timing for cleaning the heat exchangers 215 and 225, and the like.
  • the electric motor 1 can be used by being mounted on, for example, a ventilation fan, a home appliance, a machine tool, and the like.
  • the indoor unit 210 included in the electric motor system 5 is, for example, a size-free indoor unit with a width greater than 800 mm or a height greater than 295 mm. If the size of the indoor unit 210 is large with no dimension, the lead wire group 300 will be routed longer. In the case of a system with one less, the effect of manufacturing cost reduction is greater.
  • the control unit 70 is implemented by a processing circuit.
  • the processing circuitry may be a processor and memory executing programs stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit in the case of implementing the control unit provided in the electric motor according to Embodiments 1 and 2 with a processor and memory.
  • a processing circuit 90 shown in FIG. 9 is the control unit 70 and includes a processor 91 and a memory 92 .
  • each function of the processing circuit 90 is implemented by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is written as a program and stored in memory 92 .
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92.
  • the processing circuit 90 includes a memory 92 for storing a program that results in the processing of the control unit 70 being executed.
  • This program can also be said to be a program for causing the control unit 70 to execute each function realized by the processing circuit 90 .
  • This program may be provided by a storage medium storing the program, or may be provided by other means such as a communication medium.
  • processor 91 is a CPU (central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, DSP (Digital Signal Processor)) or system LSI (Large Scale Integration).
  • memory 92 RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory).
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a processing circuit in the case where the control unit provided in the electric motor according to Embodiments 1 and 2 is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 10 corresponds to, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the processing circuit 93 may be partially realized by dedicated hardware and partially realized by software or firmware.
  • the processing circuitry 93 can implement each of the functions described above by dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the gate drive circuit 82, the protection circuit 83, the circuit included in the indoor unit board 211, the circuit included in the outdoor unit board 221, and the like can also be realized by hardware similar to the control unit 70.
  • the electric motor 1 of the air conditioner 200 is connected to the host systems 201 and 202 via the lead wires 7, so that the number of lead wires can be reduced. It becomes possible to suppress the cost of the lead wire.

Abstract

電動機（１）が、固定子と、回転子と、入力される直流電圧を交流電圧に変換して固定子に供給するインバータが配置されるとともに回転子の駆動を制御する制御基板と、回転子の回転速度を指令するための回転指令を出力する上位システム（２０１）および制御基板に接続された１本のシリアル通信線であるリード線（７）とを備え、制御基板は、上位システムとの間で、リード線を用いて１線式のシリアル通信である１ワイヤシリアル通信を実行することで、上位システムから回転指令を受信するとともに、回転子の実際の回転数の信号である回転数フィードバック信号を上位システムに送信する。

Description

電動機、空気調和機、および制御基板
　本開示は、上位システムとの間で通信を行う電動機、空気調和機、および制御基板に関する。
　従来のブラシレスＤＣ（Direct　Current、直流）電動機は、ブラシレスＤＣモータに指令を送る上位システムとの間で５本のリード線が必要であった。すなわち、ブラシレスＤＣモータと上位システムとは、高圧電源、グランド（ＧＮＤ）、低圧電源、回転子の回転速度を指令する回転数指令信号、および回転子の実際の動作に対応する回転数フィードバック信号を送信するための５本のリード線で接続される必要があった。
　特許文献１に記載の電動機は、回転子を駆動する駆動回路基板を備えており、駆動回路基板が、回転数指令信号を外部装置から受付けるリード線と、回転数フィードバック信号を外部装置に送るリード線とに接続されている。
国際公開第２０１７／０７２９６４号
　しかしながら、上記特許文献１の技術では、回転数指令信号を受付けるリード線と、回転数フィードバック信号を外部装置に送るリード線との２本のリード線が必要なため、リード線のコストが高くなるという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、リード線の本数を減らすことによってリード線のコストを抑制することができる電動機を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の電動機は、固定子と、回転子と、入力される直流電圧を交流電圧に変換して固定子に供給するインバータが配置されるとともに回転子の駆動を制御する制御基板と、回転子の回転速度を指令するための回転指令を出力する上位システムおよび制御基板に接続された１本のシリアル通信線とを備える。制御基板は、上位システムとの間で、シリアル通信線を用いて１線式のシリアル通信である１ワイヤシリアル通信を実行することで、上位システムから回転指令を受信するとともに、回転子の実際の回転数の信号である回転数フィードバック信号を上位システムに送信する。
　本開示にかかる電動機は、リード線の本数を減らすことによってリード線のコストを抑制することができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる電動機システムの構成を例示す図 実施の形態１にかかる電動機の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機が備える内蔵基板の回路構成例を示す図 比較例の電動機システムの構成例を示す図 実施の形態２に係る空気調和機の構成例を示す図 実施の形態２に係る空気調和機の室外機が２つの室外機用送風機を備える場合の室外機の構成例を示す図 実施の形態２に係る空気調和機の室外機が２つの室外機用送風機を備える場合の室外機の上位システムの回路構成例を示す図 比較例の電動機システムが備える上位システムの回路構成例を示す図 実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる電動機、空気調和機、および制御基板を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる電動機システムの構成を例示す図である。電動機システム５は、上位システム２０１と、電動機１と、リード線７，５１～５３とを備えている。上位システム２０１と電動機１とは、リード線７，５１～５３を介して接続されている。以下、リード線７，５１～５３をまとめて、リード線群３００という場合がある。リード線群３００は、電動機１が有する構成要素であってもよいし、電動機１とは別構成の部品であってもよい。
　上位システム２０１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を有しており、電動機１を制御する。上位システム２０１は、シリアル通信線であるリード線７を介して、電動機１との間でデータの送受信を行う。リード線７は、1-wire（登録商標）シリアル通信、すなわち１線式の非同期シリアル通信（以下、１ワイヤシリアル通信という）を行うためのリード線である。したがって、上位システム２０１と電動機１とは、リード線７を用いて１ワイヤシリアル通信を行う。なお、上位システム２０１と電動機１とは、リード線７を介したＵＡＲＴ（Universal　Asynchronous　Receiver　Transmitter、ユーアート、汎用非同期送受信機）を用いて通信を行ってもよい。また、上位システム２０１と電動機１とは、非同期通信でなくＣＤＲ（Clock　Data　Recovery）などを用いた同期通信を行ってもよい。
　上位システム２０１は、リード線７を介して電動機１に、電動機１が有する回転子の回転速度を指令するための回転数指令信号を送信する。なお、上位システム２０１は、回転数指令信号の代わりに、回転子の回転速度を指令するための回転速度指令を電動機１に送信してもよい。すなわち、実施の形態１では、回転数指令信号または回転速度指令が、回転子の回転速度を指令するための回転指令である。
　また、電動機１は、リード線７を介して上位システム２０１に、回転子の実際の動作に対応する回転数のフィードバック信号（以下、回転数フィードバック信号という）を送信する。このように、上位システム２０１と電動機１とは、１本の信号線であるリード線７を用いて信号の送受信を行う。すなわち、電動機システム５では、１本の信号線であるリード線７を用いて回転数指令信号および回転数フィードバック信号の送受信が行われる。　　　
　また、上位システム２０１は、高圧電源を、リード線５１を介して、電動機１に送る。また、上位システム２０１は、低圧電源を、リード線５３を介して、電動機１に送る。リード線５２は、上位システム２０１と電動機１との間で回路動作の基準となる共通電位を確保するためのグランド（ＧＮＤ）用のリード線である。リード線５１が第１のリード線であり、リード線５３が第２のリード線であり、リード線５２が第３のリード線である。
　このように、電動機システム５では、リード線５１が高圧電源用のリード線であり、リード線５３が低圧電源用のリード線であり、リード線５２がＧＮＤ用のリード線である。そして、リード線７が、１ワイヤシリアル通信用のリード線である。なお、上位システム２０１および電動機１は、リード線７を用いて、回転数指令信号または回転数フィードバック信号以外の信号を送受信してもよい。
　図２は、実施の形態１にかかる電動機の構成例を示す図である。電動機１は、ブラシレスＤＣモータである。図１では、電動機１の構成の説明のために、一部を断面構造で示している。なお、図１は、ラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータを示しているが、実施の形態１の電動機１はラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータに限らない。
　電動機１は、回転子３０と、固定子２０と、制御基板である内蔵基板１１と、モールド樹脂１２とを備えている。回転子３０には、回転軸３１が挿入されている。固定子２０は、回転子３０の外周に設けられている。内蔵基板１１は、回転子３０の駆動を制御する回路である基板回路を有している。内蔵基板１１は、上位システム２０１に接続されている。リード線群３００が電動機１の構成要素である場合、リード線群３００は、内蔵基板１１の構成要素である。
　内蔵基板１１とモールド樹脂１２とは、一体成形されている。内蔵基板１１は、空気より誘電率が高いモールド樹脂１２（例えば、比誘電率３～４の樹脂）にて固定子２０に一体成形される。なお、内蔵基板１１は、モールド樹脂１２以外の部材で固定子２０に固定されてもよい。この場合、内蔵基板１１およびモールド樹脂１２が、ねじなどで固定子２０に固定される。
　また、内蔵基板１１および固定子２０は、モールド固定子１０に一体成形されている。モールド固定子１０の内部には、回転子３０を収容可能に形成された凹部が設けられている。なお、内蔵基板１１と固定子２０とが別々に樹脂に一体成形され、内蔵基板１１と固定子２０とがねじなどで固定される場合もある。
　固定子２０は、複数の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１と一体成形されたインシュレータ２３と、巻線２２とを有している。固定子鉄心２１は、電磁鋼板が積層されて構成されている。インシュレータ２３は、固定子鉄心２１と巻線２２とを絶縁する。
　電動機１では、インシュレータ２３と一体成形された固定子鉄心２１の各スロットに巻線２２が巻きつけられることで、固定子２０が構成されている。巻線２２は、銅またはアルミなどで構成されている。
　回転軸３１の一端には、回転軸３１を回転自在に支持する出力側軸受３３が設けられている。回転軸３１の他端には、回転軸３１を回転自在に支持する反出力側軸受３４が設けられている。
　反出力側軸受３４は、導電性のブラケット６０で覆われている。ブラケット６０は、モールド固定子１０に設けられた凹部の開口部を塞ぐようにして、ブラケット６０の圧入部６１がモールド固定子１０の内周部に嵌め込まれている。また、反出力側軸受３４の外輪がブラケット６０の内側に嵌め込まれている。
　内蔵基板１１は、巻線２２に電力を供給するパワーＩＣ（Integrated　Circuit、集積回路）（後述するパワーＩＣ８０）と、後述する制御部７０と、回転子３０の位置を検知する磁気センサ５０とを含む回路を備えている。
　内蔵基板１１は、出力側軸受３３と固定子２０との間で、回転軸３１の軸線方向に対して垂直に配置され、インシュレータ２３に固定されている。また、内蔵基板１１の基板回路と巻線２２とは、巻線端子を介して接続されている。内蔵基板１１には、上位システム２０１と接続するリード線群３００が引き出されたリード口出し部１４が配置されている。上位システム２０１は、例えば、空気調和機（エアコンディショナ）のユニット側の基板であり、リード線群３００は、この空気調和機のユニット側の基板（後述する室内機基板２１１など）に接続されている。また、内蔵基板１１には、オペアンプ、コンパレータ、レギュレータ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ヒューズなどの受動部品が配置されている。
　内蔵基板１１の形状は、中心に貫通穴が形成された円板状である。内蔵基板１１に設けられた貫通穴には、回転軸３１が通される。内蔵基板１１は、上面および底面が回転軸３１の軸線方向に対して垂直になるように電動機１の内部に配置されている。
　回転軸３１の外周部には、円環状の部材である回転子絶縁部３２が配置されている。回転子３０は、モールド固定子１０の内側に配置されたマグネット４０を有している。マグネット４０は、回転軸３１および回転子絶縁部３２の外周側で、固定子鉄心２１に対向する位置に配置されている。マグネット４０は、円柱状の永久磁石で構成されている。マグネット４０は、回転軸３１に固定されている。
　マグネット４０は、フェライト磁石、または希土類磁石（サマリウム鉄窒素、ネオジウムなど）が熱可塑性の樹脂材料と混合されて構成されたボンド磁石が射出成形されることで作製される。マグネット４０の射出成形用の金型には磁石が組み込まれており、マグネット４０は、配向をかけられながら成形される。
　マグネット４０は、回転軸３１の軸線方向に、磁気センサ５０に近い部分であるセンサマグネット部と、センサマグネット部以外の部分であるメインマグネット部とを有している。センサマグネット部は、磁気センサ５０に回転子３０の位置を検知させる。メインマグネット部は、巻線２２が発生する磁束に従って回転子３０に回転力を生じさせる。
　マグネット４０では、内蔵基板１１の磁気センサ５０側の外径は、他の外径部分よりも小さくなっている。すなわち、マグネット４０では、センサマグネット部の外径が、メインマグネット部の外形よりも小さくなっている。このマグネット４０の形状により、内蔵基板１１に実装される磁気センサ５０に磁束が流入しやすくなっている。磁気センサ５０は、固定子２０の巻線２２から発生する磁束の影響を極力小さくするため、巻線２２から遠い位置、つまり、回転軸３１に近い位置に配置されている。
　なお、図１では、メインマグネット部とセンサマグネット部とが１つのマグネット４０で構成されている場合を示しているが、メインマグネット部とセンサマグネット部とは、別々のマグネットで構成されてもよい。
　磁気センサ５０は、出力信号がデジタル信号であるホールＩＣを用いて構成されてもよいし、出力信号がアナログ信号であるホール素子を用いて構成されてもよい。すなわち、磁気センサ５０は、ホールＩＣを用いて回転子３０の位置を検出する方式であってもよいし、ホール素子を用いて回転子３０の位置を検出する方式であってもよい。
　また、ホールＩＣは、第１の方式で回転子３０の位置を検出するホールＩＣ（第１方式のホールＩＣ）であってもよいし、第２の方式で回転子３０の位置を検出するホールＩＣ（第２方式のホールＩＣ）であってもよい。
　第１方式のホールＩＣは、センサ部と増幅部とが別々の半導体チップで構成されている。この第１方式のホールＩＣでは、センサ部は、シリコン以外の半導体で構成され、増幅部はシリコンで構成されている。以下、第１方式のホールＩＣを非シリコン型ホールＩＣという。第２方式のホールＩＣは、センサ部と増幅部とが１つのシリコン半導体チップで構成されている。
　非シリコン型ホールＩＣは、２つのチップが内蔵されるので、センサ部の中心位置がＩＣボディの中心と異なった位置となるようにセンサ部が配置される。非シリコン型ホールＩＣのセンサ部には、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの非シリコン半導体が用いられる。この非シリコン半導体は、シリコン半導体と比べて、感度が良く、応力歪みによるオフセットが小さいなどの長所がある。
　つぎに、図２に示した内蔵基板１１の回路構成を説明する。図３は、実施の形態１にかかる電動機が備える内蔵基板の回路構成例を示す図である。図３では、内蔵基板１１と、巻線２２と、磁気センサ５０とを示している。
　内蔵基板１１は、巻線２２を有した電動機１を駆動制御するインバータＩＣと、過電流検出抵抗７５とを備えている。具体的には、内蔵基板１１は、パワーＩＣ８０と、制御部７０と、過電流検出抵抗７５とを備えている。パワーＩＣ８０は、インバータ８１と、ゲートドライブ回路８２と、保護回路８３とを有している。
　制御部７０は、上位システム２０１、ゲートドライブ回路８２、グランド７９Ａ、および磁気センサ５０に接続されている。また、制御部７０は、接続点４８を介して低圧電源７８に接続されている。また、制御部７０は、接続点４１、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。
　ゲートドライブ回路８２は、接続点４８を介して低圧電源７８に接続され、接続点４７を介して高圧電源７７に接続されている。低圧電源７８は、高圧電源７７よりも低い電圧を出力する。高圧電源７７は、母線電源である。
　また、ゲートドライブ回路８２は、インバータ８１に接続されている。また、ゲートドライブ回路８２は、接続点４３を介して、保護回路８３およびグランド７９Ｂに接続されている。
　保護回路８３は、接続点４１および接続点４３に接続されている。すなわち、保護回路８３は、接続点４１、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。また、保護回路８３は、接続点４３を介して、グランド７９Ｂに接続されている。
　インバータ８１は、巻線２２に接続されている。また、インバータ８１は、接続点４２、および過電流検出抵抗７５を介してグランド７９Ｃに接続されている。グランド７９Ａ～７９Ｃは、同電位の共通グランドである。以下の説明では、グランド７９Ａ～７９Ｃをグランド７９という。
　パワーＩＣ８０は、ＩＰＭ（Intelligent　Power　Module、インテリジェントパワーモジュール）とも呼ばれる。インバータ８１は、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを具備している。
　パワーＩＣ８０では、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆが別々に構成されてもよいし、１つのＩＣで構成されてもよい。６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆが別々に構成される場合において、ゲートドライブ回路８２は、１つのＩＣで構成されてもよいし、３個からなる三相別々のＩＣで構成されてもよい。また、ゲートドライブ回路８２と制御部７０とが１つのＩＣで構成されてもよい。また、制御部７０は、１つの専用ＩＣ（制御ＩＣ）で構成されてもよいし、マイコンなどで構成されてもよい。また、パワーＩＣ８０では、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆ、ゲートドライブ回路８２、保護回路８３、および制御部７０が１つのＩＣで構成される場合もある。
　パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆは、スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、プレーナＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などで構成される。
　実施の形態１では、磁気センサ５０が磁束位置に対応する回転子３０の磁極位置を検出し、内蔵基板１１が磁極位置に基づいて電動機１を制御する場合について説明する。なお、内蔵基板１１は、巻線２２に流れる電流と、巻線２２に印加および発生する電圧とから磁極位置を推測しながら、電動機１をセンサレス制御してもよい。また、内蔵基板１１は、電流検出のため、シャント抵抗および電流センサを用いることによって得られた電流信号をオペアンプなどで増幅してもよい。また、内蔵基板１１は、この電流信号から過電流保護のための制御部７０への信号を生成するためにコンパレータを用いてもよい。
　内蔵基板１１では、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのゲートを駆動する電圧（例えば、１５Ｖ）と、マイコンなどの制御部７０を駆動する電圧であるマイコン電源電圧（例えば、５Ｖ）とが異なる場合がある。この場合、電動機１は、外部から供給される１つの電源からもう１つの電源を生成するために、レギュレータを用いる。例えば、内蔵基板１１へは、外部から１５Ｖの電源が供給され、レギュレータは、５Ｖの電源を生成して内蔵基板１１へ供給する。このレギュレータは、ゲートドライブ回路８２またはパワーＩＣ８０に内蔵されてもよい。
　インバータ８１は、入力される直流電圧を、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相からなる三相の交流電圧に変換して固定子２０の巻線２２に供給する。パワートランジスタ８１Ａは、Ｕ相上アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｂは、Ｖ相上アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｃは、Ｗ相上アームパワートランジスタである。パワートランジスタ８１Ｄは、Ｕ相下アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｅは、Ｖ相下アームパワートランジスタであり、パワートランジスタ８１Ｆは、Ｗ相下アームパワートランジスタである。
　電動機１は、巻線２２として、Ｕ相巻線２２Ｕと、Ｖ相巻線２２Ｖと、Ｗ相巻線２２Ｗとを有している。Ｕ相巻線２２Ｕは、パワートランジスタ８１Ａ，８１Ｄに接続されている。Ｖ相巻線２２Ｖは、パワートランジスタ８１Ｂ，８１Ｅに接続されている。Ｗ相巻線２２Ｗは、パワートランジスタ８１Ｃ，８１Ｆに接続されている。
　ゲートドライブ回路８２は、制御部７０から受信するスイッチング信号に従ってパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフを制御する。
　巻線２２の周辺には、３つの磁気センサ５０が配置されている。３つの磁気センサ５０は、それぞれ回転子３０の位置に対応する磁極位置信号を制御部７０に出力する。
　保護回路８３は、インバータ８１およびゲートドライブ回路８２を保護する。例えば、保護回路８３は、グランド７９側から高い電流がゲートドライブ回路８２に逆流することを防止する。また、インバータ８１およびゲートドライブ回路８２の少なくとも一方が高温になったとき、保護回路８３は、インバータ８１の全てのパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをオフして高温による素子破壊を防止する。
　過電流検出抵抗７５は、パワートランジスタ８１Ｄ～８１Ｆが備える下アームスイッチに接続されている。また、内蔵基板１１は、過電流を検出する過電流検出部（図示せず）を有している。過電流検出部は、過電流検出抵抗７５の電圧を監視し、過電流検出抵抗７５の電圧が特定値以上の電圧となったらパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを強制的にオフすることによって巻線２２に過電流が流れることを防止し、過電流保護を実現する。過電流検出抵抗７５の両端の電圧が特定値以上の電圧になることが、過電流検出抵抗７５から制御部７０に入力される過電流検出信号に相当する。過電流検出部は、過電流検出信号に基づいて過電流保護を実現する。なお、過電流検出部は、制御部７０に内蔵されてもよいし、ゲートドライブ回路８２に内蔵されてもよい。
　なお、図示しない感温素子が、内蔵基板１１などに設けられていてもよい。この場合、制御部７０は、異常温度であることを示す信号を感温素子から受信すると、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを強制的にオフにする。
　制御部７０は、上位システム２０１から受信する回転速度指令（速度指令信号）に従って、特定の周波数（以下、キャリア周波数という）でパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフを制御するスイッチング信号を生成する。
　制御部７０は、ゲートドライブ回路８２にスイッチング信号を出力することで、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆに対してパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse　Width　Modulation）制御を行う。制御部７０は、磁気センサ５０から入力される磁極位置信号に基づいて、回転子３０の磁極位置を推測し、推測した磁極位置から回転子３０の回転数を算出する。制御部７０は、算出した回転数を示す回転数信号を上位システム２０１に出力する。
　なお、制御部７０は、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）等の専用のＩＣであってもよい。また、制御部７０は、プログラムを記憶するメモリと、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit）とを有する構成であってもよい。制御部７０のハードウェア構成については後述する。
　ブラシレスＤＣモータである電動機１は、回転子３０のマグネット４０の磁極位置に応じて、三相の場合は６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆを適切なタイミングでスイッチングすることによって回転動力を得る。このスイッチングに用いられるスイッチング信号は制御部７０が生成する。この電動機１の動作原理について説明する。
　電動機１では、制御部７０が、磁気センサ５０からの磁極位置信号、または巻線２２に流れる電流の電流値に基づいて、回転子３０の磁極位置を推測する。制御部７０は、回転子３０の磁極位置、および上位システム２０１から出力される回転速度指令に応じてパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをスイッチングするためのスイッチング信号を生成する。ゲートドライブ回路８２は、制御部７０が生成したスイッチング信号に従ってパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンおよびオフをスイッチングする。
　制御部７０は、上位システム２０１との間で、リード線７を介して通信を実行する通信部７１を備えている。通信部７１は、リード線７を介して上位システム２０１から回転速度指令を受信し、リード線７を介して回転数フィードバック信号などを上位システム２０１に送信する。
　内蔵基板１１による通電制御の通電方式には、１２０°通電制御、１５０°通電制御、正弦波通電制御などがある。例えば、１２０°通電制御では、６個のパワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆのオンとオフとの切り替えタイミングが、３個のホールＩＣによる検出信号の各立ち上がりおよび立ち下がりと同じである。このため、１２０°通電制御では、制御部７０は、クロックを必要としない組合せ回路で構成可能である。
　一方、１５０°通電制御、正弦波通電制御、位相制御、センサレス制御など磁極位置の推定が必要な制御の場合、制御部７０は、クロックを含む複雑なデジタル回路で構成される。磁極位置の推定では、例えば、３個のホールＩＣによる検出信号の各立ち上がりおよび立ち下がりの間のタイミングが細かく推定される。
　センサレス制御は、磁気センサ５０を用いない制御である。センサレス制御では、電流検出抵抗、電流検出用トランスなどで検出された電流値から磁極位置を推定し制御が行われる。すなわち、センサレス制御の場合、制御部７０は、巻線２２に流れる電流、および巻線２２に印加される電圧に基づいて、磁極位置の推定を行うので、複雑な処理および計算を要する。このため、センサレス制御の場合、制御部７０は、さらに回路が複雑になるとともに、クロックの高周波数化が必要となる。
　例えば、騒音の低減、高効率化、安定した制御のためには、制御部７０のクロック周波数は、パワートランジスタ８１Ａ～８１Ｆをスイッチングする周波数であるキャリア周波数の１００倍以上となる。
　前述したように、リード口出し部１４から引き出されるリード線群３００は、高圧電源用、ＧＮＤ用、低圧電源用、および１ワイヤシリアル通信用の４本のリード線７，５１～５３で構成されている。そして、上位システム２０１と、電動機１が備える内蔵基板１１との通信は、シリアル通信線であるリード線７を用いて１ワイヤシリアル通信にて行われる。１ワイヤシリアル通信は、規格化されたプロトコル（1-wire（登録商標）)であってもよいし、独自のプロトコルであってもよい。また、１ワイヤシリアル通信は、複数のスレーブ（内蔵基板１１）に対応したプロトコルであってもよい。
　上位システム２０１から内蔵基板１１へは、リード線７を介して、例えば以下の情報が送られる。
　　・回転数指令信号（信号値）
　　・ｄ軸電流値
　　・進角値
　　・変調方式（二相変調または三相変調）
　また、内蔵基板１１から上位システム２０１へは、リード線７を介して、例えば以下の情報が送られる。
　　・現在の回転数フィードバック信号
　　・現在のモータ電流値
　　・運転の履歴情報（運転時間、起動回数など）
　　・電動機１の内部状態（回転数、母線電圧、モータ電流など）
　内蔵基板１１と上位システム２０１との間のリード線７を介した通信では、ノイズなどによるビット誤りの検出または訂正のため、パリティ、ＣＲＣ（Cyclic　Redundancy　Check、巡回冗長検査）、リードソロモンなどの誤り検出符号または誤り訂正符号が用いられてもよい。
　前述したように、固定子２０および内蔵基板１１は一体成形されている。また、固定子２０、内蔵基板１１、およびモールド固定子１０は一体成形されている。内蔵基板１１およびモールド樹脂１２が一体成形される際には、リード線群３００を含め、内蔵基板１１が高温になる。また、固定子２０、内蔵基板１１、およびモールド固定子１０が一体成形される際には、リード線群３００を含め、内蔵基板１１が高温になる。このため、リード線７は、耐熱温度が高い部材（例えば１２５℃以上）によって被覆されたリード線が用いられる必要がある。耐熱温度が高いリード線７は単価が高くなるので、リード線７を減らすことができると、電動機１の製造コストを抑制することが可能となる。実施の形態１では、電動機１と上位システム２０１とが、１本のリード線７を用いて、回転数指令信号および回転数フィードバック信号の送受信を行っているので、コスト抑制の効果は大きい。
　図４は、比較例の電動機システムの構成例を示す図である。比較例の電動機システム６は、上位システム２０１Ａと、電動機１と、リード線５１～５５とを備えている。上位システム２０１Ａと電動機１とは、リード線５１～５５を介して接続されている。このように、比較例の電動機システム６は、実施の形態１の電動機システム５と比較して、リード線７の代わりに、リード線５４，５５を備えている。
　リード線５４は、上位システム２０１Ａから電動機１に回転数指令信号を送るための信号線である。リード線５５は、電動機１から上位システム２０１Ａに回転数フィードバック信号を送るための信号線である。このように、比較例の電動機システム６では、２本の信号線を用いて回転数指令信号および回転数フィードバック信号の送受信が行われる。すなわち、実施の形態１の電動機システム５は、４本のリード線７，５１～５３を備えているが、比較例の電動機システム６は、５本のリード線５１～５５を用いている。
　近年、電動機１が適用される空気調和機の省エネ化、暖房能力向上化のため、空気調和機の筐体が大きくなるなどしており、ブラシレスＤＣ電動機と上位システムとを接続するリード線が長くなる傾向にある。このため、比較例の電動機システム６では、リード線５４，５５を備えた空気調和機の製造コストが増大する。一方、実施の形態１の電動機システム５は、１本のリード線７を用いて信号の送受信を行っているので空気調和機の製造コストを抑制することができる。
　業務用など高出力対応の空気調和機において、室外機に送風機が２つ以上搭載される場合がある。この場合、室外機の筐体が大きくなり、電動機と室外機の基板とを接続するリード線が非常に長くなる（例えば、１５００ｍｍ以上)。このため、電動機システム５のように、比較例の電動機システム６よりもリード線が１本少ないシステムの場合、製造コスト削減の効果は大きくなる。また、一般的に、電動機が故障して低圧のリード線に高圧電源が回り込むことを想定し、低圧電源および信号線は、フォトカプラなどで絶縁されている。従来は、各電動機の回転数指令および回転数フィードバック信号の送信にそれぞれ絶縁回路が合計４個必要であったが、実施の形態１のように、複数の電動機用の１ワイヤシリアル通信を多重化することによって、絶縁回路を２個にすることができる。なお、電動機システム５であっても、送信用および受信用の２つの絶縁回路は必要となる。
　電動機システム５，６では、運転状態（冷房、暖房、熱交換器の目詰りなど）により、最高効率となるｄ軸電流値および進角値が、同じ回転数であっても異なる。また、電動機システム５，６では、最高効率となるｄ軸電流値および進角値と、騒音が最小となるｄ軸電流値および進角値とは異なり、騒音が大きい回転数および運転状態では、効率よりも騒音を重視して騒音が最小となるｄ軸電流値および進角値で運転する場合がある。
　比較例の電動機システム６では、回転数に応じたｄ軸電流値および進角値しか設定できず、同じ回転数で運転状態が異なることによって騒音が小さくなる場合であっても、低い効率となるｄ軸電流値および進角値で運転しなければならない。すなわち、電動機システム６において、低効率で騒音が小さくなるｄ軸電流値および進角値で運転している場合に運転状態が変化し、高効率化のためにｄ軸電流値および進角値を変化させても騒音を十分抑制できる状態になる場合がある。この場合であっても、電動機システム６は、回転数に応じたｄ軸電流値および進角値しか設定できないので、ｄ軸電流値および進角値を変更できず、低効率のまま運転を継続することとなる。
　実施の形態１の電動機システム５は、運転中にリード線７を用いた１ワイヤシリアル通信によって、上位システム２０１がｄ軸電流値および進角値を指定できるので、運転状態の変化に応じて最適な効率で運転することが可能となる。
　電動機システム５，６における変調方式は、二相変調の方が三相変調よりも騒音が大きいが、効率は高くなる。比較例の電動機システム６は、回転数に応じて二相変調と三相変調との何れで運転するかを指定している。
　一方、実施の形態１の電動機システム５は、運転中にリード線７を用いた１ワイヤシリアル通信によって、上位システム２０１が変調方式を指定できるので、運転状態の変化に応じて最適な変調方式で運転することが可能となる。すなわち、電動機システム５は、騒音が特定値よりも大きい回転数および運転状態の場合にのみ三相変調で運転し、騒音が特定値以下の場合は二相変調で運転することができる。これにより、実施の形態１の電動機システム５は、ＡＰＦ（Annual　Performance　Factor）などのトータルでの効率を向上させることができる。
　このように、電動機システム５の上位システム２０１は、電動機１の制御パラメータ（ｄ軸電流値、進角値、および変調方式の少なくとも１つ）を１ワイヤシリアル通信によって内蔵基板１１に書き込むことができる。これにより、内蔵基板１１は、上位システム２０１から受け付けた制御パラメータを用いて電動機１を制御することが可能となる。
　このように実施の形態１では、電動機１が、上位システム２０１との間で、リード線７を用いて１線式の非同期シリアル通信である１ワイヤシリアル通信を実行することで、上位システム２０１から回転指令を受信するとともに、回転数フィードバック信号を上位システム２０１に送信している。これにより、電動機システム５のリード線の本数を減らすことができ、リード線のコストを抑制することが可能となる。
　また、比較例の電動機システム６は、上位システム２０１と電動機１との間で回転数指令信号および回転数フィードバック信号を含む回転数の情報のみしか送受信できないが、実施の形態１の電動機システム５は、回転数の情報以外の情報も送受信可能となる。したがって、実施の形態１の電動機システム５は、比較例の電動機システム６よりも高度な制御、運転、および機能を実現することが可能となる。
実施の形態２．
　つぎに、図５から図８を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で説明した電動機１を空気調和機に適用する。
　図５は、実施の形態２に係る空気調和機の構成例を示す図である。空気調和機２００は、室内機２１０と、室内機２１０に冷媒配管２３０を介して接続された室外機２２０とを備えている。
　室内機２１０は、室内機用送風機２１３を搭載しており、室外機２２０は、室外機用送風機２２３を搭載している。室内機用送風機２１３および室外機用送風機２２３は、それぞれ駆動源として実施の形態１で説明した電動機１を内蔵している。室内機用送風機２１３に内蔵されている電動機１が第１の電動機であり、室外機用送風機２２３に内蔵されている電動機１が第２の電動機である。なお、実施の形態１で説明した電動機１は、室内機２１０および室外機２２０の少なくとも一方に配置されていればよい。室内機用送風機２１３は、例えば、ラインフローファン（登録商標）（横断流送風機、クロスフローファンとも呼ばれる）である。
　また、室外機２２０は、室外機２２０の制御などを行う上位システム２０２が配置された室外機基板（ユニット基板）２２１を備えている。上位システム２０２は、上位システム２０１と同様の処理によって室外機２２０の電動機１を制御する。室外機基板２２１の上位システム２０２は、リード線群３００を介して室外機２２０の電動機１に接続されている。なお、室内機２１０に電動機１が配置されている場合には、室内機２１０に上位システム２０１が配置され、室外機２２０に電動機１が配置されている場合には、室外機２２０に上位システム２０２が配置されている。すなわち、上位システム２０１，２０２は、室内機２１０および室外機２２０の少なくとも一方に配置されていればよい。
　室内機２１０は、室内機２１０の制御などを行う上位システム２０１が配置された室内機基板（ユニット基板）２１１を備えている。室内機基板２１１の上位システム２０１は、リード線群３００を介して室内機２１０の電動機１に接続されている。
　室内機２１０の電動機１に接続されているリード線群３００と室外機２２０の電動機１に接続されているリード線群３００とは、別々のリード線群３００である。室内機基板２１１と室外機基板２２１とは、通信線３０１で接続されている。
　また、室外機２２０は、熱交換器２２５を備えており、室内機２１０は、熱交換器２１５を備えている。室内機２１０は、高効率化および高出力化のため熱交換器２１５と風路の幅をできるだけ大きくする必要がある。このため、室内機２１０の両サイドには上位システム２０１が配置された室内機基板２１１などの幅を専有する部品は置けず、室内機基板２１１は室内機２１０の正面（前面）に配置される。この場合、電動機１と室内機基板２１１との間を繋ぐリード線７，５１～５３が長くなる。従来では、リード線５４，５５の２本が必要であったが、実施の形態２の空気調和機２００は、リード線７が１本なので、リード線が長くなる事によるコストアップを抑制できる。
　業務用などの高出力対応の空気調和機２００は、室外機に室外機用送風機が２つ以上搭載される場合がある。図６は、実施の形態２に係る空気調和機の室外機が２つの室外機用送風機を備える場合の室外機の構成例を示す図である。なお、ここでは、室外機２２０が２つの室外機用送風機２２３を備える場合について説明するが、室外機２２０は、３つ以上の室外機用送風機２２３を備えていてもよい。図６では、室外機２２０の外観構成を示している。
　室外機２２０が複数の室外機用送風機２２３を備える場合であっても、１ワイヤシリアル通信は、複数のスレーブに対応しているので、上位システム２０２は、複数の室外機用送風機２２３との間で、回転数指令信号および回転数フィードバック信号を送受信することが可能となる。
　室外機２２０が２つの室外機用送風機２２３を備える場合、室外機２２０の筐体が大きくなり、室外機２２０の室外機基板２２１と電動機１とを接続するリード線群３００が非常に長くなる（例えば、１５００ｍｍ以上)。このため、電動機システム５のように、比較例の電動機システム６よりもリード線が１本少ないシステムの場合、製造コスト削減の効果は大きくなる。
　図７は、実施の形態２に係る空気調和機の室外機が２つの室外機用送風機を備える場合の室外機の上位システムの回路構成例を示す図である。室外機２２０が備える上位システム２０２は、室外機２２０が備える２つの電動機１に、それぞれリード線７を介して接続されている。
　上位システム２０２は、絶縁用の受信用フォトカプラ２０３Ａと、絶縁用の送信用フォトカプラ２０３Ｂとを有している。受信用フォトカプラ２０３Ａおよび送信用フォトカプラ２０３Ｂは、２本のリード線７に接続されている。また、受信用フォトカプラ２０３Ａおよび送信用フォトカプラ２０３Ｂは、マイコンに接続されている。このように、マイコンは、受信用フォトカプラ２０３Ａを介して２つの電動機１に接続されており、送信用フォトカプラ２０３Ｂを介して２つの電動機１に接続されている。
　図８は、比較例の電動機システムが備える上位システムの回路構成例を示す図である。比較例の電動機システム６が備える上位システム２０１Ａは、１つの電動機１に、リード線５４，５５を介して接続されている。
　上位システム２０１Ａは、絶縁用の受信用フォトカプラ２０３Ａと、絶縁用の送信用フォトカプラ２０３Ｂとを有している。受信用フォトカプラ２０３Ａは、リード線５５に接続されており、送信用フォトカプラ２０３Ｂは、リード線５４に接続されている。また、受信用フォトカプラ２０３Ａおよび送信用フォトカプラ２０３Ｂは、マイコンに接続されている。このように、マイコンは、リード線５４，５５を介して電動機１に接続されている。
　上位システム２０１Ａでは、２つの電動機１に接続する場合、電動機１ごとに同じ回路が必要となり、製造コストが大きくなる。
　ところで、空気調和機２００の室外機２２０の霜取り運転中にファンを逆回転させて熱交換器２２５に風をあてると霜取り時間を短縮できる場合がある。実施の形態１，２の電動機システム５は、ファンの正回転および逆回転を１ワイヤシリアル通信で指定することにより、霜取り時間を削減し、暖房停止時間を短縮することが可能となる。
　電動機１のモータ電流は、電動機１の出力トルクに比例する。また、熱交換器２２５の目詰り度合いが大きくなると電動機１のトルクが大きくなる。よって、室外機２２０の上位システム２０２は、モータ電流の値を電動機１から読み出すことによって、熱交換器２２５の埃、結露などによる目詰まりの度合いを推測することができる。すなわち、電動機１が、モータ電流の値を上位システム２０２に送信することで、上位システム２０２は、目詰まりの度合いを推測することができる。これにより、上位システム２０２は、目詰まりの度合いに応じた霜取り運転を実行させることができるので、室外機２２０の霜取り時間を必要最低限にすることができ、暖房停止時間を短縮することが可能となる。
　また、上位システム２０１，２０２は、電動機１の運転時間、起動回数、モータ電流の変動などを読み出すことによって、電動機１が故障するタイミング、熱交換器２１５，２２５の掃除時期などを推定することが可能となる。この場合、上位システム２０１，２０２は、電動機１が故障するタイミング、熱交換器２１５，２２５の掃除時期などをユーザに警告してもよい。なお、電動機１は、空気調和機２００の他にも、例えば換気扇、家電機器、工作機などに搭載して利用することができる。
　電動機システム５が備える室内機２１０は、例えば、横幅寸法が８００ｍｍよりも大きい、または高さが２９５ｍｍよりも大きい寸法フリーの室内機である。室内機２１０のサイズが、寸法フリーのサイズで大きい場合、リード線群３００の引き回しが長くなるが、実施の形態２では、電動機システム５のように、比較例の電動機システム６よりもリード線が１本少ないシステムの場合、製造コスト削減の効果は大きくなる。
　ここで、制御部７０のハードウェア構成について説明する。制御部７０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　図９は、実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図である。図９に示す処理回路９０は制御部７０であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、制御部７０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を制御部７０に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。
　プロセッサ９１の例は、ＣＰＵ（中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）である。メモリ９２の例は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）である。
　図１０は、実施の形態１，２に係る電動機が備える制御部を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図である。図１０に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　なお、ゲートドライブ回路８２、保護回路８３、室内機基板２１１が備える回路、室外機基板２２１が備える回路なども制御部７０と同様のハードウェアで実現することができる。
　このように実施の形態２によれば、空気調和機２００の電動機１がリード線７を介して上位システム２０１，２０２に接続されているので、リード線の本数を減らすことができ、これにより、リード線のコストを抑制することが可能となる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　電動機、５，６　電動機システム、７，５１～５５　リード線、１０　モールド固定子、１１　内蔵基板、１２　モールド樹脂、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、４０　マグネット、４１～４３，４７,４８　接続点、５０　磁気センサ、６０　ブラケット、６１　圧入部、７０　制御部、７１　通信部、７５　過電流検出抵抗、７７　高圧電源、７８　低圧電源、７９，７９Ａ～７９Ｃ　グランド、８０　パワーＩＣ、８１　インバータ、８１Ａ～８１Ｆ　パワートランジスタ、８２　ゲートドライブ回路、８３　保護回路、９０，９３　処理回路、９１　プロセッサ、９２　メモリ、２００　空気調和機、２０１，２０１Ａ，２０２　上位システム、２０３Ａ　受信用フォトカプラ、２０３Ｂ　送信用フォトカプラ、２１０　室内機、２１１　室内機基板、２１３　室内機用送風機、２１５，２２５　熱交換器、２２０　室外機、２２１　室外機基板、２２３　室外機用送風機、２３０　冷媒配管、３００　リード線群、３０１　通信線。

Claims (11)

  1. 　固定子と、
    　回転子と、
    　入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子に供給するインバータが配置されるとともに前記回転子の駆動を制御する制御基板と、
    　前記回転子の回転速度を指令するための回転指令を出力する上位システムおよび前記制御基板に接続された１本のシリアル通信線と、
    　を備え、
    　前記制御基板は、前記上位システムとの間で、前記シリアル通信線を用いて１線式のシリアル通信である１ワイヤシリアル通信を実行することで、前記上位システムから前記回転指令を受信するとともに、前記回転子の実際の回転数の信号である回転数フィードバック信号を前記上位システムに送信する電動機。
  2. 　前記制御基板は、モールド樹脂と一体成形されている、
    　請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記電動機は、前記シリアル通信線を用いて前記１ワイヤシリアル通信を実行することで、前記上位システムに、前記電動機の内部の状態および運転の履歴情報を送信する、
    　請求項１または２に記載の電動機。
  4. 　前記上位システムは、前記シリアル通信線を用いて前記１ワイヤシリアル通信を実行することで、前記制御基板に、前記電動機の制御パラメータおよび回転方向を送信する、
    　請求項１から３の何れか１つに記載の電動機。
  5. 　前記制御パラメータは、ｄ軸電流値、進角値、および変調方式の少なくとも１つを含んでいる、
    　請求項４に記載の電動機。
  6. 　請求項１から５の何れか１つに記載の電動機と、
    　室外機と、
    　室内機と、
    　を備える空気調和機。
  7. 　熱放出または熱吸収を行う熱交換器をさらに備え、
    　前記電動機は、前記シリアル通信線を用いて前記１ワイヤシリアル通信を実行することで、前記上位システムに、モータ電流の値を送信し、
    　前記上位システムは、前記モータ電流の値に基づいて、前記熱交換器の目詰まりの度合いを検知する、
    　請求項６に記載の空気調和機。
  8. 　前記電動機を内蔵した複数の送風機をさらに備え、
    　前記電動機と前記上位システムとの間で実行される前記１ワイヤシリアル通信は、複数のスレーブに対応している、
    　請求項６または７に記載の空気調和機。
  9. 　室内機用送風機を有した室内機をさらに備え、
    　前記室内機用送風機は、ラインフローファン（登録商標）であり、
    　前記上位システムが配置されたユニット基板は、前記室内機の前面に配置されている、
    　請求項６から８の何れか１つに記載の空気調和機。
  10. 　前記室内機は、横幅寸法が８００ｍｍよりも大きいか、または高さが２９５ｍｍよりも大きい、
    　請求項６から９の何れか１つに記載の空気調和機。
  11. 　入力される直流電圧を交流電圧に変換して電動機が有する固定子に供給するインバータが配置されるとともに前記電動機が有する回転子の駆動を制御する制御基板であって、
    　前記回転子の回転速度を指令するための回転指令を出力する上位システムに接続された１本のシリアル通信線を備え、
    　前記上位システムとの間で、前記シリアル通信線を用いて１線式のシリアル通信である１ワイヤシリアル通信を実行することで、前記上位システムから前記回転指令を受信するとともに、前記回転子の実際の回転数の信号である回転数フィードバック信号を前記上位システムに送信する制御基板。
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