JP2008125315A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに内蔵されるモータ駆動装置を安価な構成でパターンレイアウトの省スペース化を容易にすることでモータ駆動装置を小型化することを目的とする。
【解決手段】このモータ駆動装置６におけるプリント配線板１３には、パワーモジュール１０、プリドライバ１２、および個別部品３１が搭載される。また、このプリント配線板１３には、更に入出力接続のためのリード線２が接続される。なお、個別部品３１は、抵抗器およびコンデンサなどである。パワーモジュール１０には、高圧系の端子群４０と低圧系の端子群４１とが分離されて配設されている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、特に家電空調機器などに用いられるモータに内蔵されるモータ駆動装置に関するものである。

ルームエアコン等、各種家電機器の送風ファン用途に供される軸出力２０〜５０Ｗ程度の小型ブラシレスＤＣモータには、プリント配線板上に各種電子部品を配して構成したモータ駆動装置をモータに内蔵したものが一般的である。

例えば、特許文献１に記載されるモータ駆動装置は、電源電圧供給線からなる配線部と、ドライバ本体を備えている。ドライバ本体には、２個のドライバ側結合コンデンサと、２本の電源電圧供給線に接続される２本のドライバ側電源電圧供給巻線部を備えたドライバ側チョークコイルが内蔵される。相励磁切替え信号出力基板側トランスは、１０ｍｍ角程度のＥ型分割フェライトコアとボビンから構成されたＳＭＤ（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔｅｄ ｔｙｐｅ）タイプを使用し、前記ボビンに３本の電線を数回〜十数回巻き付けた構成である。このような従来のモータ駆動装置は、内部に備えられるパワーモジュールに対して、電源などの高電圧端子と、制御信号に用いられる低電圧系端子とをともに接続されるものがある。

図７は、従来のモータ駆動装置６２の表面を示す概略図である。

モータ駆動装置６２は、モータ外形に合わせたドーナツ型のプリント配線板１３上にパワーモジュール１０１とパワーモジュール１０１を駆動するプリドライバ１２１および個別周辺部品３１１とを搭載し、入出力接続のためのリード線２００を備えた構成である。

このような装置の構成により、可能な限り部品点数を低減させることができ、小型モータに内蔵できる程度に小型化することが可能となる。
特開２００５−０３９８９５号公報

しかしながら、従来例ではパワーモジュール１０１は制御信号系の低圧端子と電源系の高圧端子が混在した端子群４００と接続される構造のため、プリント配線板１３上のパターンレイアウトが複雑になり、モータ駆動装置の小型化が困難となっていた。また、省スペース化を実現するためには、これらの端子同士の間に絶縁材料１０２のポッティング等の絶縁処理により絶縁しなければならず、絶縁材料１０２のポッティング等の絶縁処理により工数および製造コストが増加するという問題が生じていた。

この発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、モータに内蔵されるモータ駆動装置を安価な構成でパターンレイアウトの省スペース化を容易にすることでモータ駆動装置を小型化することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、モータに内蔵され、プリント配線板を備えるモータ駆動装置であって、前記モータを駆動するための低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のパワーモジュールを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記パワーモジュールは、駆動コイルに電力を供給するパワー素子と、前記パワー素子を制御するゲートドライバと、を一体化したものである。

請求項３に記載の発明は、モータに内蔵され、プリント配線板を備えるモータ駆動装置であって、駆動コイルに電力を供給するパワー素子と、前記パワー素子を制御するゲートドライバと、前記ゲートドライバにPWM信号を供給するプリドライバと、を一体化した低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のモータドライバICを備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、前記プリント配線板は、片面パターン構造である。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、プリント配線板は、メッキ処理しないスルーホールが設けられた両面パターン構造である。

請求項１に記載の発明によれば、モータを駆動するための低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のパワーモジュールを備えることから、モータ駆動装置内において高圧系と低圧系のパターン分離が容易となり、絶縁距離を取るためのパターンレイアウトを無駄に引き回すことなく、パターンレイアウトの省スペース化が可能である。これにより、モータ駆動装置の小型化が容易となり、モータ駆動装置を搭載するモータの小型化が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、パワーモジュールは、パワー素子と、ゲートドライバと、を一体化したものである構成であり、低圧系の端子と高圧系の端子が混在する構成となることから、モータを駆動するための低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のパワーモジュールを備えることにより、さらにモータ駆動装置内において高圧系と低圧系のパターン分離が容易となり、絶縁距離を取るためのパターンレイアウトを無駄に引き回すことなく、パターンレイアウトの省スペース化が可能である。これにより、モータ駆動装置の小型化がさらに容易となり、モータ駆動装置を搭載するモータの小型化が可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、駆動コイルに電力を供給するパワー素子と、前記パワー素子を制御するゲートドライバと、前記ゲートドライバにPWM信号を供給するプリドライバと、を一体化した低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のモータドライバICを備えることから、プリント配線板上のパターンレイアウトが更に容易になり、部品点数や製造工数を削減することができる。このことから、モータ駆動装置の小型化の効果を更に発揮することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、プリント配線板は、片面パターン構造であることから、安価なプリント配線板構成でモータ駆動装置の小型化を実現することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、プリント配線板は、メッキ処理しないスルーホールが設けられた両面パターン構造であることから、安価なプリント配線板構成でモータ駆動装置の小型化を実現することが可能となる。

ここで、この明細書において、低圧とはＳＥＬＶ（Ｓａｆｅｔｙ Ｅｘｔｒａ Ｌｏｗ
Ｖｏｌｔａｇｅ）以下の電圧であり、高圧とはＳＥＬＶを越える電圧である、と定義す
る。このＳＥＬＶは規格により定義される電圧が異なることが知られている。例えば、ＩＥＣ６０９５０においては交流電圧３０Ｖ（ピーク４２．４Ｖ）または直流電圧６０Ｖと定義される。また、電気用品安全法のＪ６０５９８−１においては交流電圧３０Ｖまたは直流電圧４５Ｖと定義される。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の外観図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の断面図である。

このブラシレスＤＣモータ１は、モータ駆動装置６を内蔵させたモータである。そして、このブラシレスＤＣモータ１においては、ステータモールド組立３を蓋状のブラケット４で覆い、そしてシャフト５が突出する。そして、ステータモールド組立３の側面から入出力のためのリード線組立２が伸びる形状となっている。

ステータモールド組立３は、電磁鋼板を積層したステータコア２０に多相の駆動コイル２１を巻装し、その全体を不飽和ポリエステル樹脂で一体成型して構成されている。このステータモールド組立３の一端部は金属製のブラケット４で覆われている。このブラケット４の中央部とステータモールド組立３の他端部とに軸受保持部が構成されている。

一方、ロータ組立１９は、電磁鋼板を積層したロータヨーク１８の外周に多極の永久磁石１７を設けられる。そして、このロータ組立１９の中央部にシャフト５が圧入等の方法で固定して構成され、軸受１４に回転自在に支承されている。なお、永久磁石１７は、ステータコア２０の内周部と所定のギャップを介して対向している。

また、このブラシレスＤＣモータ１は、駆動コイル２１を駆動するための駆動装置を構成するプリント配線板１３を備える。このプリント配線板１３は、ステータモールド組立３に固定される。プリント配線板１３には、駆動コイル２１の端末が接続される。

プリント配線板１３には、パワーモジュール１０、プリドライバ１２、および個別部品３１がはんだ付け実装され、更に永久磁石１７の磁極位置を検出するための磁気センサ２５が、同様にはんだ付け実装されている。またプリント配線板１３は、ブラケット４との間に絶縁板１５が配置され、ブラケット４と絶縁されている。

プリント配線板１３に実装されているパワーモジュール１０は、高熱伝導性樹脂材料１６を介してブラケット４に放熱する構造となっている。この高熱伝導性樹脂材料１６としては、熱伝導性の良好なシリコン系樹脂が使われる。このシリコン系樹脂は弾性を有し、パワーモジュール１０とブラケット４との間隔のばらつきを吸収することができる。

図３は、この発明の実施形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の回路構成図である。高圧直流電源９による高圧直流電圧Ｖｄｃ，制御電源２３による制御電圧Ｖｃｃ，および速度制御信号２４による制御信号電圧Ｖｓｐが、それぞれモータ駆動装置６に入力される。モータ駆動装置６の出力は、３相スター接続された駆動コイル２１に供給される。またモータ駆動装置６からモータの回転信号ＦＧが出力され、速度制御に活用される。

モータ駆動装置６は、ロータの磁極位置を検出するための３個の磁気センサ２５、磁気センサ２５の信号を受けてＰＷＭ信号を生成するプリドライバ１２、プリドライバ１２の信号を受けてパワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８の制御信号を生成する３個のゲートドライバ１１、および３相ブリッジ接続された６個のパワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８とを
備える。ここで、パワー素子はＭＯＳＦＥＴに制限されず、ＩＧＢＴまたはバイポーラトランジスタ等としてもよい。

磁気センサ２５は、一般にホール素子又はホールＩＣが使われる。出力電流は、電流検出抵抗２６にて検出され、プリドライバ１２にフィードバックされる。この３個のゲートドライバ１１と６個のパワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８は、一体化され、パワーモジュール１０を構成する。

なお、Ｖｄｃからパワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８に繋がれる端子の電位、および、パワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８から駆動コイル２１に繋がれる電位は、ＳＥＬＶを越える（特に１００Ｖ以上）の高電位である。そして、プリドライバ１２からゲートドライバ１１に繋がれる端子の電位、Ｖｃｃからゲートドライバ１１に繋がれる端子の電位、グランドからゲートドライバ１１に繋がれる端子の電位、および、グランドからパワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ８に繋がれる端子の電位は、ＳＥＬＶ以下の低電位である。つまり、駆動電源から受ける電圧は、高圧系であり、制御信号に使用される電圧は、低圧系であるといえる。このように、この実施形態に係るモータ駆動装置において、パワーモジュール１０に対して、高圧系の端子と低圧系の端子とがともに接続されることとなる。

図４は、この発明の第1実施形態に係るモータ駆動装置６を表面から示す概略図である。

このモータ駆動装置６におけるプリント配線板１３には、パワーモジュール１０、プリドライバ１２、および個別部品３１が搭載される。また、このプリント配線板１３には、更に入出力接続のためのリード線２が接続される。なお、個別部品３１は、抵抗器およびコンデンサなどである。なお、このプリント配線板１３は、片面パターン構造となっているが、特に片面に制限されることはなく、両面パターン構造としても良い。

ここで、図７の従来技術のパワーモジュール１０１は絶縁材料１０２のポッティングを前提として、端子間の距離を小さくしてパワーモジュール１０１自体を小型化している。この従来技術においては、パワーモジュール１０１の小型化が可能であるが、高圧系の端子と低圧系の端子とが混在しているため、プリント配線板６２上のパターンレイアウトが複雑になり、モータ駆動装置の小型化が困難となっていた。

これに対し、図４に示すような高圧系の端子群４０と低圧系の端子群４１とを分離したパワーモジュール１０を搭載することにより、プリント配線板１３上で絶縁距離を取るために、パターンレイアウトを無駄に引き回すことなく、パターンレイアウトの省スペース化が容易になり、モータ駆動装置全体の小型化が可能となる。

図５は、この発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置６におけるパワーモジュール１０と、従来の高圧系の端子と低圧系の端子とが混在したパワーモジュール１０１とを比較して示す説明図である。図５（ａ）は、この発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置６におけるパワーモジュール１０とこれに接続される高圧系の端子群４０および低圧系の端子群４１を示す部分拡大図であり、図５（ｂ）は、パワーモジュールとこれに接続される端子とを示す部分拡大図である。

ここで、絶縁材料１０２を不要にするための絶縁距離に着目する。なお、低圧系の端子同士を隣り合わせた場合に必要な絶縁距離をＬ１、高圧系の端子同士を隣合わせた場合に必要な絶縁距離をＬ２、高圧系端子と低圧系端子とを混在させた場合に必要な絶縁距離をＬ３とする。このとき、絶縁材料１０２を不要にするために必要な絶縁距離を表す関係として、Ｌ１＜Ｌ２≦Ｌ３が成立する。

このような関係から、従来のように高圧系の端子と低圧系の端子とが混在したパワーモジュール１０１において絶縁材料１０２を不要にするためには、絶縁距離L3が必要となり、パワーモジュール１０１の外形も大きくなるという問題が生じる。これに対し、L１＜L２≦L３の関係が成立することから、この発明に係るモータ駆動装置のように、高圧系の端子群と低圧系の端子群とを分離した構造のパワーモジュール１０を採用することにより、絶縁材料１０２を不要にするための端子間の絶縁距離（L１、L２）を、従来のパワーモジュール１０１の絶縁距離（L３）以下に設定することができる。これにより、パワーモジュール１０を小型にすることが可能となる。

以上から、この発明に係るモータ駆動装置により、パワーモジュールのパターンレイアウトが容易となるため、モータ駆動装置全体の小型化が容易となる。また、絶縁材料１０２のポッティング等の絶縁処理が不要であるため、この絶縁材料を塗布する工数および製造コストを低減させることが可能となる。

またさらに、このプリント配線板１３は、片面パターン構造となっている。これは、高圧系の端子群と低圧系の端子群とを分離している構成を採用することから、絶縁距離を取るためのパターンレイアウトを無駄に引き回す必要がないため、簡易なパターンレイアウトで構成することが可能なためである。そして、このような構成から、ジャンパー配線やスルーホールなどが大幅に減り、部品数の低減と半田付け箇所の個数低減につながる。このため、配線板の省スペース化が可能であり、これにより安価な基板構造でモータ駆動装置６を小型することがさらに容易に実現できる。そして、これが回路の信頼性向上、故障率の低減、長寿命、メンテナンスフリー化につながる。

なお、片面パターン構造とするかわりに、メッキ処理しないスルーホールの設けられた両面パターン構造としておいた場合においても、この発明の効果を発揮することができる。つまり、スルーホールに対してメッキ処理を必要としないため、プリント配線板の製造コストを低減させることが可能となる。

また低圧系の端子群４１と高圧系の端子群４０が分離されていることでパワーモジュール１０の外部で絶縁処理が不要または簡素化が可能であり、作業工数の削減による信頼性向上および低コスト化が図れる。さらに低圧系の端子群４１と高圧系の端子群４０が分離されていることで回り込みノイズによる誤動作マージンの確保ができ、信頼性の向上も期待することができる。

次にこの発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置６１について説明する。

図６は、この発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置６１を表面から示す概略図である。

この第２実施形態に係るモータ駆動装置６１は、第1実施形態に係るモータ駆動装置６におけるプリドライバ１２およびパワーモジュール１０を備える代わりに、プリドライバとパワーモジュールとを一体化させたモータドライバＩＣ１００を備える点で、第１実施形態に係るモータ駆動装置６とは異なる。

この第２実施形態に係るモータ駆動装置６１によれば、プリント配線板１３において高圧系の端子群４０と低圧系の端子群４ １とのパターン分離がさらに容易となり、絶縁距離を取るためのパターンレイアウトを無駄に引き回すことなく、パターンレイアウトの省スペース化が可能である。これにより安価な基板構造でモータ駆動装置６１を小型化することができる。

また低圧系の端子群４１と高圧系の端子群４０が分離されていることにより、モータ駆動ＩＣ１００の外部で絶縁処理が不要となる。また、安全のため絶縁処理を行うとしても、高圧系の端子と低圧系の端子とを隣り合わせて混在させた場合よりも簡素化することができる。また、作業工数の削減による信頼性向上および低コスト化が図れる。さらに低圧系の端子群４１と高圧系の端子群４０が分離されていることで回り込みノイズによる誤動作マージンの確保ができ、信頼性の向上も期待することができる。

この発明により、モータ駆動装置の小型化が容易となり、モータ駆動装置を搭載するモータの小型化が可能となる。そして、小型かつ信頼性の高いブラシレスモータの提供が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の外観図 この発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータの断面図 この発明の実施形態１に係るブラシレスＤＣモータ１の回路構成図 この発明の第1実施形態に係るモータ駆動装置６を表面から示す概略図 この発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置６におけるパワーモジュール１０とこれに接続される高圧系の端子群４０および低圧系の端子群４１を示す部分拡大図 この発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置６１を表面から示す概略図 従来のモータ駆動装置６２の表面を示す概略図

符号の説明

１ モータ
２ リード線
３ ステータモールド組立
４ ブラケット
５ シャフト
６ モータ駆動装置
８ ＭＯＳＦＥＴ
９ 高圧直流電源
１０ パワーモジュール
１１ ゲートドライバ
１２ プリドライバ
１３ プリント配線板
１４ 軸受け
１５ 絶縁板
１６ 高熱伝導性樹脂材料
１７ 永久磁石
１８ ロータヨーク
１９ ロータ組立
２０ ステータコア
２１ 駆動コイル
２３ 制御電源
２４ 速度制御信号
２５ 磁気センサ
２６ 電流検出抵抗
３１ 個別部品
４０ 高圧系の端子群
４１ 低圧系の端子群
６１ モータ駆動装置
６２ モータ駆動装置
１００ モータドライバＩＣ
１０２ 絶縁材料
１０１ パワーモジュール
１２１ プリドライバ
２００ リード線
３１１ 個別部品
４００ 高圧系端子と低圧系端子とが混在した端子群

Claims (5)

1. モータに内蔵され、プリント配線板を備えるモータ駆動装置であって、
   前記モータを駆動するための低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のパワーモジュールを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記パワーモジュールは、
   駆動コイルに電力を供給するパワー素子と、
   前記パワー素子を制御するゲートドライバと、
   を一体化したものであるモータ駆動装置。
3. モータに内蔵され、プリント配線板を備えるモータ駆動装置であって、
   駆動コイルに電力を供給するパワー素子と、
   前記パワー素子を制御するゲートドライバと、
   前記ゲートドライバにPWM信号を供給するプリドライバと、
   を一体化した低圧系の端子群と高圧系の端子群とを分離して配置する構造のモータドライバICを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
   前記プリント配線板は、片面パターン構造であるモータ駆動装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
   前記プリント配線板は、メッキ処理されないスルーホールが設けられた両面パターン構造であるモータ駆動装置。