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WO2018147256A1 - Brushless dc motor - Google Patents

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WO2018147256A1
WO2018147256A1 PCT/JP2018/003940 JP2018003940W WO2018147256A1 WO 2018147256 A1 WO2018147256 A1 WO 2018147256A1 JP 2018003940 W JP2018003940 W JP 2018003940W WO 2018147256 A1 WO2018147256 A1 WO 2018147256A1
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speed instruction
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章行 田原
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the speed indicating means 107 and the overcurrent detecting means 108 are connected to the switching element on / off signal generating means 105.
  • the overcurrent detection means 108 compares the voltage generated when the motor current flowing through the windings U, V, and W flows through the current detection resistor 110 with the reference voltage 111 by the comparator 112.
  • the comparator 112 outputs a signal for turning off the transistors Q1 to Q6 to the switching element on / off signal generating means 105 when the voltage generated in the current detection resistor 110 is larger than Vref which is the reference voltage 111.
  • the switching element on / off signal generation means 105 receives the signal input from the comparator 112 and turns off the transistors Q1 to Q6 via the drive means 106.
  • a brushless DC motor includes a stator having three-phase windings, a magnet rotor that rotates by supplying power to the stator, a magnet rotor, A position detection unit that detects a positional relationship with the winding, a speed instruction unit that outputs a voltage corresponding to the rotation speed of the magnet rotor as a speed instruction signal, and a plurality of switching elements, which are connected to the stator.
  • the temperature-sensitive resistance element detects the temperature rise of the motor driver IC through the connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate, and increases the resistance value.
  • the voltage as the speed instruction signal is reduced, and the duty of the voltage applied to the stator winding is suppressed.
  • the temperature rise of the stator winding can be suppressed without special temperature determination means. Therefore, there is an effect that a small brushless DC motor with high reliability and low cost is realized.
  • the temperature-sensitive resistance element is arranged on the back surface of the surface on which the motor driver IC is disposed, and is connected to the solder connection portion through a through hole provided in the substrate in the vicinity of the solder connection portion of the motor driver IC. May be.
  • the temperature sensitive resistance element may be a surface mount component.
  • the temperature-sensitive resistance element used as a surface-mounted component is small, it can be easily placed close to the solder connection part of the motor driver IC, contributing to the miniaturization of the board.
  • the inverter circuit 8 has a three-phase bridge structure, and the switching elements Q1, Q2, and Q3 constituting the three-phase bridge constitute upper arm switching elements of the windings U, V, and W, respectively. Similarly, the switching elements Q4, Q5, Q6 constitute lower arm switching elements of the windings U, V, W, respectively. As shown in FIG. 2, the connection points of the switching element Q1 and the switching element Q4, the switching element Q2 and the switching element Q5, the switching element Q3 and the switching element Q6, and the windings U, V, and W are connected.
  • FIG. 4 is a connection diagram when the motor driver IC and the temperature-sensitive resistance element are connected through a through hole. As shown in FIG. 4, when the temperature-sensitive resistance element 12 is provided on a surface different from the connection surface of the motor driver IC 16, that is, on the back surface of the printed board, the connection is made as shown in FIG.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Provided is a brushless DC motor comprising: a stator; a magnet rotor; a position detection unit for detecting the positional relationship between the magnet rotor and windings; a speed instruction unit for outputting a voltage in accordance with the rotation speed of the magnet rotor; a motor-driver IC (16) configured so that the following are integrated, an inverter circuit (8) which includes a switching element and which is connected to the stator, a duty determination unit (10) which determines the duty of an impressed voltage imparted to the stator on the basis of a speed instruction signal from the speed instruction unit, and a drive control unit (11) which, on the basis of the positional relationship detected by the position detection unit and the duty determined by the duty determination unit, distributionally outputs a duty signal to the switching element of the inverter circuit; and a thermosensitive resistance element (12) which lowers the voltage serving as the speed instruction signal imparted to the duty determination unit (10) from the speed instruction unit, such lowering carried out by detecting the temperature of a solder connection section (23) of the motor driver IC (16) and then increasing resistance in accordance with a rise in temperature.

Description

ブラシレスDCモータBrushless DC motor

 本発明は、ブラシレスDCモータに関し、例えば、換気扇、レンジフードや空気清浄機等の換気送風装置に使用されるブラシレスDCモータに関するものである。 The present invention relates to a brushless DC motor, for example, a brushless DC motor used for a ventilation fan such as a ventilation fan, a range hood, or an air purifier.

 近年、ブラシレスDCモータは、効率が良く省電力で耐久性に優れていることから、例えば、換気扇やレンジフード、空気清浄機等の換気送風装置への搭載が増加している。このようなブラシレスDCモータは、ロックや過負荷等の異常状態が発生すると、温度が異常に上昇し、巻線に絶縁破壊や絶縁不良が発生し、最悪の場合、発火する可能性がある。そのため、ブラシレスDCモータは、異常が発生した場合、異常を検知し、巻線等の温度上昇を抑える機能を備えている。 In recent years, since brushless DC motors are efficient, save power, and have excellent durability, for example, they are increasingly installed in ventilation fans such as ventilation fans, range hoods, and air purifiers. In such a brushless DC motor, when an abnormal state such as a lock or overload occurs, the temperature rises abnormally, causing a dielectric breakdown or defective insulation in the winding, and in the worst case, there is a possibility of firing. Therefore, the brushless DC motor has a function of detecting an abnormality when an abnormality occurs and suppressing a temperature rise of the winding or the like.

 従来、この種のブラシレスDCモータの一例として図7、図8に示されるものが知られている。 Conventionally, as an example of this type of brushless DC motor, those shown in FIGS. 7 and 8 are known.

 以下、その構成について図7、図8を参照しながら説明する。 Hereinafter, the configuration will be described with reference to FIGS.

 図7は、従来のブラシレスDCモータの機能を示すブロック図である。図7に示すように、ブラシレスDCモータ101の巻線U,V,Wは巻線U,V,Wの駆動信号Vu,Vv,Vwをそれぞれ供給する複数のスイッチング素子102に接続されている。複数のスイッチング素子102には、トランジスタQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6が設けられており、各トランジスタQ1~Q6には、ダイオードが並列に接続されている。トランジスタQ1とトランジスタQ4、トランジスタQ2とトランジスタQ5、トランジスタQ3とトランジスタQ6の各接続点から巻線U,V,Wの駆動信号Vu,Vv,Vwがそれぞれ出力される。 FIG. 7 is a block diagram showing functions of a conventional brushless DC motor. As shown in FIG. 7, the windings U, V, and W of the brushless DC motor 101 are connected to a plurality of switching elements 102 that supply driving signals Vu, Vv, and Vw of the windings U, V, and W, respectively. The plurality of switching elements 102 are provided with transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6, and diodes are connected in parallel to the transistors Q1 to Q6. Driving signals Vu, Vv, and Vw for the windings U, V, and W are output from connection points of the transistors Q1 and Q4, the transistors Q2 and Q5, and the transistors Q3 and Q6, respectively.

 トランジスタQ1~Q3のコレクタは直流電源103の正極に接続され、トランジスタQ4~Q6のエミッタは直流電源103の負極に接続されている。 The collectors of the transistors Q1 to Q3 are connected to the positive electrode of the DC power supply 103, and the emitters of the transistors Q4 to Q6 are connected to the negative electrode of the DC power supply 103.

 位置検出手段104は、スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105に接続されている。スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105は、複数のスイッチング素子102の各トランジスタQ1~Q6をオン・オフする制御信号を出力するドライブ手段106に接続される。スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105から出力される信号は、ドライブ手段106に入力される。 The position detecting means 104 is connected to the switching element on / off signal generating means 105. The switching element on / off signal generating means 105 is connected to drive means 106 for outputting a control signal for turning on / off the transistors Q1 to Q6 of the plurality of switching elements 102. A signal output from the switching element on / off signal generating means 105 is input to the drive means 106.

 また、スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105には、速度指示手段107と過電流検出手段108とが接続されている。 Further, the speed indicating means 107 and the overcurrent detecting means 108 are connected to the switching element on / off signal generating means 105.

 速度指示手段107は、ブラシレスDCモータ101の回転数を決定する回転数指令信号109と、三角波発生回路からの三角波とをコンパレータで比較する。そして、速度指示手段107は、所定の回転速度に応じたトランジスタQ1~Q6のオン期間のデューティをスイッチング素子オン・オフ信号発生手段105に出力してブラシレスDCモータ101を駆動する。電流検出抵抗110には、複数のスイッチング素子102を介してブラシレスDCモータ101の巻線U,V,Wに流れる電流と同じ大きさのモータ電流が流れる。 The speed instruction means 107 compares the rotational speed command signal 109 for determining the rotational speed of the brushless DC motor 101 with the triangular wave from the triangular wave generating circuit by a comparator. Then, the speed instruction unit 107 drives the brushless DC motor 101 by outputting to the switching element on / off signal generating unit 105 the on-duty duty of the transistors Q1 to Q6 corresponding to a predetermined rotational speed. A motor current having the same magnitude as the current flowing through the windings U, V, and W of the brushless DC motor 101 flows through the current detection resistor 110 via the plurality of switching elements 102.

 図8は、過電流検出手段108のブロック図を示している。 FIG. 8 shows a block diagram of the overcurrent detection means 108.

 過電流検出手段108は、巻線U,V,Wに流れるモータ電流が電流検出抵抗110を流れることにより発生する電圧と、基準電圧111とを比較器112で比較する。比較器112は、電流検出抵抗110で発生する電圧が基準電圧111であるVrefより大きい場合、スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105にトランジスタQ1~Q6をオフする信号を出力する。スイッチング素子オン・オフ信号発生手段105は、比較器112から入力される信号を受けて、ドライブ手段106を介してトランジスタQ1~Q6をオフする。 The overcurrent detection means 108 compares the voltage generated when the motor current flowing through the windings U, V, and W flows through the current detection resistor 110 with the reference voltage 111 by the comparator 112. The comparator 112 outputs a signal for turning off the transistors Q1 to Q6 to the switching element on / off signal generating means 105 when the voltage generated in the current detection resistor 110 is larger than Vref which is the reference voltage 111. The switching element on / off signal generation means 105 receives the signal input from the comparator 112 and turns off the transistors Q1 to Q6 via the drive means 106.

 また、温度の増加により抵抗値が増大する感温抵抗素子113と、駆動回路の共通電源114と、通常温度時に感温抵抗素子より十分大きな抵抗値R1である分圧抵抗115とが電流検出抵抗110と比較器112の間に接続されている。そして共通電源114の電圧をE、ある温度に達した時の感温抵抗素子113の抵抗値をRtとすると、比較器112に入力される電圧V0は、電流制限抵抗110で発生する電圧に電圧V0=E*Rt/(Rt+R1)が加算されることとなる。つまり、スイッチング素子オン・オフ発生手段105はトランジスタQ1~Q6をオフする信号を増加させることで、ブラシレスDCモータ101に流れる電流を減少させて巻線U,V,Wの温度上昇を抑制している。 Further, the temperature sensing resistor element 113 whose resistance value increases as the temperature increases, the common power source 114 of the drive circuit, and the voltage dividing resistor 115 having a resistance value R1 sufficiently larger than that of the temperature sensing resistor element at the normal temperature include a current detection resistor. 110 and the comparator 112 are connected. When the voltage of the common power supply 114 is E and the resistance value of the temperature-sensitive resistance element 113 when a certain temperature is reached is Rt, the voltage V0 input to the comparator 112 is a voltage generated by the current limiting resistor 110. V0 = E * Rt / (Rt + R1) is added. That is, the switching element on / off generating means 105 increases the signal for turning off the transistors Q1 to Q6, thereby reducing the current flowing through the brushless DC motor 101 and suppressing the temperature rise of the windings U, V, W. Yes.

特開平10-201280号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-201280

 このような従来の構成においては、感温抵抗素子が検出する温度は使用条件や設計要件によりばらつきを生じやすい。また、感温抵抗素子に加え半導体などの部品を用いて温度を判定することにより、モータの温度上昇を抑制する構成となっている。そのため、回路部品が増えることによる信頼性の低下や、低コスト化、小型化ができないという課題を有していた。 In such a conventional configuration, the temperature detected by the temperature-sensitive resistance element is likely to vary depending on use conditions and design requirements. Moreover, it is the structure which suppresses the temperature rise of a motor by determining temperature using components, such as a semiconductor, in addition to a temperature sensitive resistive element. For this reason, there is a problem that reliability is reduced due to an increase in circuit parts, and that cost reduction and size reduction cannot be achieved.

 そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特別な温度判定手段がなくても、信頼性が高く、低コストで小型なブラシレスDCモータを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a small brushless DC motor that is highly reliable, low in cost, and has no special temperature determination means.

 そして、この目的を達成するために、本発明に係るブラシレスDCモータは、三相の巻線が施された固定子と、固定子への電力供給により回転する磁石回転子と、磁石回転子と巻線との位置関係を検出する位置検出部と、磁石回転子の回転速度に対応した電圧を速度指示信号とて出力する速度指示部と、複数のスイッチング素子を有し、固定子に接続されたインバータ回路と、速度指示部からの速度指示信号に基づいて固定子に与える印加電圧のデューティを決定するデューティ決定部と、位置検出部が検出した位置関係とデューティ決定部が決定したデューティとに基づいてインバータ回路が有する複数のスイッチング素子にデューティ信号を分配出力する駆動制御部と、を一体化して構成したモータドライバICと、モータドライバICを基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部の温度を検知して温度の上昇に応じて抵抗を増大させることにより速度指示部からデューティ決定部に与えられる速度指示信号としての電圧を低下させる感温抵抗素子とを備える。 In order to achieve this object, a brushless DC motor according to the present invention includes a stator having three-phase windings, a magnet rotor that rotates by supplying power to the stator, a magnet rotor, A position detection unit that detects a positional relationship with the winding, a speed instruction unit that outputs a voltage corresponding to the rotation speed of the magnet rotor as a speed instruction signal, and a plurality of switching elements, which are connected to the stator. An inverter circuit, a duty determining unit that determines a duty of an applied voltage to be applied to the stator based on a speed instruction signal from the speed indicating unit, a positional relationship detected by the position detecting unit, and a duty determined by the duty determining unit A motor driver IC configured integrally with a drive control unit that distributes and outputs a duty signal to a plurality of switching elements included in the inverter circuit, and a motor driver I The voltage as a speed instruction signal given from the speed instruction section to the duty determination section is reduced by detecting the temperature of the solder connection section, which is a connection terminal for connecting to the substrate, and increasing the resistance in response to the temperature rise. And a temperature sensitive resistance element.

 本発明によれば、特別な温度判定手段がなくても、信頼性の高い、低コストで小型なブラシレスDCモータを実現するという効果を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an effect of realizing a highly reliable, low-cost and small brushless DC motor without any special temperature determination means.

図1Aは、本発明に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の側面図である。FIG. 1A is a side view of a ventilation blower equipped with a brushless DC motor according to the present invention. 図1Bは、本発明に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の下面図である。FIG. 1B is a bottom view of a ventilation blower equipped with a brushless DC motor according to the present invention. 図1Cは、本発明に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の正面図である。FIG. 1C is a front view of a ventilation blower equipped with a brushless DC motor according to the present invention. 図2は、本発明に係るブラシレスDCモータの機能を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing functions of the brushless DC motor according to the present invention. 図3は、本発明に係るモータドライバICと感温抵抗素子の接続図である。FIG. 3 is a connection diagram of the motor driver IC and the temperature sensitive resistance element according to the present invention. 図4は、本発明に係るスルーホールを介したモータドライバICと感温抵抗素子の接続図である。FIG. 4 is a connection diagram of the motor driver IC and the temperature sensitive resistance element through the through hole according to the present invention. 図5は、本発明に係るブラシレスDCモータの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a brushless DC motor according to the present invention. 図6は、本発明に係る感温抵抗素子の特性グラフである。FIG. 6 is a characteristic graph of the temperature-sensitive resistance element according to the present invention. 図7は、従来のブラシレスDCモータの機能を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing functions of a conventional brushless DC motor. 図8は、従来の過電流検出手段の概略回路図である。FIG. 8 is a schematic circuit diagram of conventional overcurrent detection means.

 本発明に係るブラシレスDCモータは、三相の巻線が施された固定子と、固定子への電力供給により回転する磁石回転子と、磁石回転子と巻線との位置関係を検出する位置検出部と、磁石回転子の回転速度に対応した電圧を速度指示信号として出力する速度指示部と、複数のスイッチング素子を有し、固定子に接続されたインバータ回路と、速度指示部からの速度指示信号に基づいて固定子に与える印加電圧のデューティを決定するデューティ決定部と、位置検出部が検出した位置関係とデューティ決定部が決定したデューティとに基づいてインバータ回路が有する複数のスイッチング素子にデューティ信号を分配出力する駆動制御部と、を一体化して構成したモータドライバICと、モータドライバICを基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部の温度を検知して温度の上昇に応じて抵抗を増大させることにより速度指示部からデューティ決定部に与えられる速度指示信号としての電圧を低下させる感温抵抗素子とを備える。 The brushless DC motor according to the present invention includes a stator provided with three-phase windings, a magnet rotor that rotates when power is supplied to the stator, and a position that detects a positional relationship between the magnet rotor and the windings. A detection unit, a speed instruction unit that outputs a voltage corresponding to the rotation speed of the magnet rotor as a speed instruction signal, an inverter circuit having a plurality of switching elements and connected to the stator, and a speed from the speed instruction unit A plurality of switching elements included in the inverter circuit based on the duty determination unit that determines the duty of the applied voltage to be applied to the stator based on the instruction signal, the positional relationship detected by the position detection unit, and the duty determined by the duty determination unit; A motor driver IC configured integrally with a drive control unit that distributes and outputs a duty signal, and a connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate And a temperature sensitive resistor element to reduce the voltage as the speed instruction signal applied to the duty determination unit from the velocity instruction part by increasing the resistance in response to an increase in temperature by detecting the temperature of a solder connection.

 これにより、感温抵抗素子がモータドライバICの温度上昇を、モータドライバICを基板に接続するための接続端子を介して検出し、抵抗値を増大させる。これにより速度指示信号としての電圧を低下させ、固定子巻線への印加電圧のデューティを抑制する。このため、特別な温度判定手段がなくとも固定子巻線の温度上昇を抑制することができる。したがって、信頼性が高く、低コストで小型なブラシレスDCモータを実現するという効果を奏する。 Thereby, the temperature-sensitive resistance element detects the temperature rise of the motor driver IC through the connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate, and increases the resistance value. As a result, the voltage as the speed instruction signal is reduced, and the duty of the voltage applied to the stator winding is suppressed. For this reason, the temperature rise of the stator winding can be suppressed without special temperature determination means. Therefore, there is an effect that a small brushless DC motor with high reliability and low cost is realized.

 また、感温抵抗素子は、はんだ接続部に接続され且つ近接させられてもよい。 Further, the temperature sensitive resistance element may be connected to and close to the solder connection portion.

 感温抵抗素子をモータドライバICを基板に接続するための接続端子に接続し且つ近接させたことにより、モータドライバICの温度上昇は接続端子を介して、より正確に検出され、更に信頼性を高めることができる。 By connecting the temperature sensitive resistance element to the connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate and bringing it close to the board, the temperature rise of the motor driver IC is detected more accurately through the connection terminal, and further reliability is improved. Can be increased.

 また、感温抵抗素子は、速度指示部とデューティ決定部とを接続する結線上に直列に接続されてもよい。 Further, the temperature-sensitive resistance element may be connected in series on a connection connecting the speed instruction unit and the duty determination unit.

 結線上に直列に接続することで感温抵抗素子以外の部品や半導体等を用いることなく温度を検出することができ、更に信頼性を高めることができる。 By connecting in series on the connection, the temperature can be detected without using components or semiconductors other than the temperature sensitive resistance element, and the reliability can be further improved.

 また、感温抵抗素子は、基板におけるモータドライバICが配置される面の裏面に配置され、モータドライバICのはんだ接続部に近接して基板に設けられたスルーホールを介してはんだ接続部に接続されてもよい。 In addition, the temperature-sensitive resistance element is arranged on the back surface of the surface on which the motor driver IC is disposed, and is connected to the solder connection portion through a through hole provided in the substrate in the vicinity of the solder connection portion of the motor driver IC. May be.

 これにより、裏面を有効利用しながらも、裏面に感温抵抗素子を接続した場合であっても正確に温度検出が可能となる。 This makes it possible to accurately detect the temperature even when a temperature-sensitive resistance element is connected to the back surface while effectively using the back surface.

 また、感温抵抗素子は、表面実装部品としてもよい。 Also, the temperature sensitive resistance element may be a surface mount component.

 表面実装部品とした感温抵抗素子は小型であるため、モータドライバICのはんだ接続部に近接して配置しやすく、基板の小型化に寄与できる。 Since the temperature-sensitive resistance element used as a surface-mounted component is small, it can be easily placed close to the solder connection part of the motor driver IC, contributing to the miniaturization of the board.

 また、感温抵抗素子を基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部とモータドライバICを基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部との距離が0.1mm以上5mm以下の範囲としてもよい。 Further, the distance between the solder connection part, which is a connection terminal for connecting the temperature-sensitive resistance element to the substrate, and the solder connection part, which is a connection terminal for connecting the motor driver IC to the board, is in the range of 0.1 mm to 5 mm. It is good.

 これにより、感温抵抗素子がモータドライバICを基板に接続するための接続端子に感温抵抗素子を接続し且つ0.1mm以上5mm以下の範囲で近接させたことにより、モータドライバICの温度上昇を正確に検知できる。 As a result, the temperature of the motor driver IC is increased by connecting the temperature sensitive resistance element to the connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate and bringing the temperature sensitive resistance element close within a range of 0.1 mm to 5 mm. Can be detected accurately.

 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In addition, throughout the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the second and subsequent descriptions are omitted. Furthermore, in each drawing, the description of the details of each part not directly related to the present invention is omitted.

 (実施の形態)
 図1Aは、本実施の形態に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の側面図である。図1Bは、本実施の形態に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の下面図である。図1Cは、本実施の形態に係るブラシレスDCモータを搭載した換気送風装置の正面図である。
(Embodiment)
FIG. 1A is a side view of a ventilation blower equipped with a brushless DC motor according to the present embodiment. FIG. 1B is a bottom view of the ventilation blower equipped with the brushless DC motor according to the present embodiment. FIG. 1C is a front view of a ventilation blower equipped with a brushless DC motor according to the present embodiment.

 図1A、図1B、図1Cに示すように、換気送風装置は、ケーシング1とブラシレスDCモータ2と送風ファン3と外部回路4とを備える。換気送風装置は、ケーシング1にブラシレスDCモータ2を取り付け、ブラシレスDCモータ2に送風ファン3を取り付け、ケーシング1の天面に外部回路4を取り付けた構造である。この換気送風装置を天井に取り付け、遠心型の送風ファン3を外部回路4による制御に基づいて回転させることで、室内空気を吸気し、室外へ排気することで室内の換気を行う。 As shown in FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C, the ventilation blower includes a casing 1, a brushless DC motor 2, a blower fan 3, and an external circuit 4. The ventilation blower has a structure in which a brushless DC motor 2 is attached to a casing 1, a blower fan 3 is attached to the brushless DC motor 2, and an external circuit 4 is attached to the top surface of the casing 1. This ventilation blower is attached to the ceiling, and the centrifugal blower fan 3 is rotated based on the control by the external circuit 4 so that indoor air is taken in and exhausted outside to ventilate the room.

 次に、図2を参照しながらブラシレスDCモータの構成を説明する。図2は、本実施の形態に係るブラシレスDCモータの機能を示すブロック図である。 Next, the configuration of the brushless DC motor will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing functions of the brushless DC motor according to the present embodiment.

 ブラシレスDCモータ2は、固定子5と、磁石回転子6と、位置検出部7と、インバータ回路8と、速度指示部9と、デューティ決定部10と、駆動制御部11と、感温抵抗素子12とを備える。ブラシレスDCモータ2は、整流部13と平滑コンデンサ14を介して交流電源15に接続されている。モータドライバIC16は、インバータ回路8と駆動制御部11とデューティ決定部10を一体化して1パッケージ化したものである。 The brushless DC motor 2 includes a stator 5, a magnet rotor 6, a position detection unit 7, an inverter circuit 8, a speed instruction unit 9, a duty determination unit 10, a drive control unit 11, a temperature sensitive resistance element. 12. The brushless DC motor 2 is connected to an AC power supply 15 via a rectifying unit 13 and a smoothing capacitor 14. The motor driver IC 16 is obtained by integrating the inverter circuit 8, the drive control unit 11, and the duty determination unit 10 into one package.

 固定子5は、複数のティース部で外周を覆われた中空円筒形をしている。各ティース部には樹脂成形のインシュレータを介して三相の巻線U、V、Wが巻回して施されている。固定子5は、三相の巻線U、V、Wに通電されることにより磁界を発生する。 The stator 5 has a hollow cylindrical shape whose outer periphery is covered with a plurality of teeth. Three-phase windings U, V, and W are wound around each tooth portion through a resin-molded insulator. The stator 5 generates a magnetic field by energizing the three-phase windings U, V, and W.

 磁石回転子6は、固定子5の内周と磁石回転子6の外周とを対向させて設けられている。磁石回転子6は、固定子5が発生する磁界の影響を受けることで回転駆動する。すなわち、固定子5に巻かれた巻線U、V、Wに電力を供給することで磁石回転子6が回転する。 The magnet rotor 6 is provided with the inner periphery of the stator 5 and the outer periphery of the magnet rotor 6 facing each other. The magnet rotor 6 is rotationally driven by being affected by the magnetic field generated by the stator 5. That is, the magnet rotor 6 is rotated by supplying electric power to the windings U, V, and W wound around the stator 5.

 位置検出部7は、例えばホール素子やホールICで構成されている。位置検出部7は、磁石回転子6のN極/S極の切替りを検出することで磁石回転子6と固定子5の位置関係を検出する。言い換えると、位置検出部7は、磁石回転子6と固定子5に巻回された巻線U、V、Wとの位置関係を検出する。ここで位置関係とは、固定子5の基準位置に対して例えば磁石回転子6の基準位置が何度の角度を有しているか等で示される。 The position detector 7 is composed of, for example, a Hall element or a Hall IC. The position detector 7 detects the positional relationship between the magnet rotor 6 and the stator 5 by detecting the switching of the N pole / S pole of the magnet rotor 6. In other words, the position detector 7 detects the positional relationship between the magnet rotor 6 and the windings U, V, and W wound around the stator 5. Here, the positional relationship is indicated by, for example, how many angles the reference position of the magnet rotor 6 has with respect to the reference position of the stator 5.

 交流電源15は、例えば100Vの交流電源である。 The AC power supply 15 is, for example, a 100V AC power supply.

 整流部13は、全波整流のダイオードブリッジで構成されており、交流電源15を全波整流して電源周波数のリプルを含んだ直流電圧に変換する。 The rectification unit 13 is constituted by a full-wave rectification diode bridge, and full-wave rectifies the AC power supply 15 to convert it into a DC voltage including a ripple of the power supply frequency.

 平滑コンデンサ14は、整流部13で直流化された電圧を平滑して交流電源100Vを略140Vの直流電源に平滑する。整流平滑された略140Vの直流電源は、インバータ回路8に入力される。 The smoothing capacitor 14 smoothes the voltage converted into a direct current by the rectifying unit 13 and smoothes the AC power supply 100V into a DC power supply of about 140V. The rectified and smoothed DC power supply of about 140 V is input to the inverter circuit 8.

 インバータ回路8は、三相ブリッジの構造を有しており、三相ブリッジを構成する各スイッチング素子Q1、Q2、Q3はそれぞれ巻線U、V、Wの上アームスイッチング素子を構成する。また同様に各スイッチング素子Q4、Q5、Q6はそれぞれ巻線U、V、Wの下アームスイッチング素子を構成する。図2に示すように、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q4、スイッチング素子Q2とスイッチング素子Q5、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q6の各接続点と、巻線U、V、Wとが接続されている。 The inverter circuit 8 has a three-phase bridge structure, and the switching elements Q1, Q2, and Q3 constituting the three-phase bridge constitute upper arm switching elements of the windings U, V, and W, respectively. Similarly, the switching elements Q4, Q5, Q6 constitute lower arm switching elements of the windings U, V, W, respectively. As shown in FIG. 2, the connection points of the switching element Q1 and the switching element Q4, the switching element Q2 and the switching element Q5, the switching element Q3 and the switching element Q6, and the windings U, V, and W are connected.

 速度指示部9は、磁石回転子6の回転速度を指示する。速度指示部9は、例えば外部スイッチなどで決定された回転速度に基づいて、磁石回転子6の回転速度を決定し、決定した回転速度に対応した電圧を速度指示信号としてデューティ決定部10に出力する。 The speed instruction unit 9 instructs the rotation speed of the magnet rotor 6. For example, the speed instruction unit 9 determines the rotation speed of the magnet rotor 6 based on the rotation speed determined by an external switch or the like, and outputs a voltage corresponding to the determined rotation speed to the duty determination unit 10 as a speed instruction signal. To do.

 デューティ決定部10は、三角波発生回路(図示せず)と比較器(図示せず)を備えている。デューティ決定部10は、速度指示部9より入力される速度指示信号としての電圧と三角波とを比較器で比較してデューティを決定する。決定されたデューティは、駆動制御部11に出力される。 The duty determination unit 10 includes a triangular wave generation circuit (not shown) and a comparator (not shown). The duty determination unit 10 determines the duty by comparing a voltage as a speed instruction signal input from the speed instruction unit 9 with a triangular wave using a comparator. The determined duty is output to the drive control unit 11.

 駆動制御部11は、位置検出部7から入力される位置信号よりインバータ回路8の各スイッチング素子Q1~Q6のON/OFFの出力パターンを生成する。また同時に、駆動制御部11には、デューティ決定部10からデューティが入力される。駆動制御部11は、位置検出部7から入力される出力パターンとデューティ決定部10から入力されるデューティとを合成してインバータ回路8にデューティ信号を分配出力する。 The drive control unit 11 generates ON / OFF output patterns of the switching elements Q1 to Q6 of the inverter circuit 8 from the position signal input from the position detection unit 7. At the same time, the duty is input from the duty determination unit 10 to the drive control unit 11. The drive control unit 11 combines the output pattern input from the position detection unit 7 and the duty input from the duty determination unit 10 and distributes and outputs the duty signal to the inverter circuit 8.

 インバータ回路8は、駆動制御部11から入力されたデューティ信号に基づいて、波高値が略140Vである直流電源のPWM波形電圧を固定子5の巻線U、V、Wに印加して、磁石回転子6を回転させる。 The inverter circuit 8 applies a PWM waveform voltage of a DC power supply having a peak value of approximately 140 V to the windings U, V, and W of the stator 5 based on the duty signal input from the drive control unit 11, and magnets The rotor 6 is rotated.

 感温抵抗素子12は、速度指示部9とデューティ決定部10とを接続する結線上に直列に設けられている。本実施の形態では、デューティ決定部10は、モータドライバIC16内に含まれているため、感温抵抗素子12は、速度指示部9とモータドライバICとを接続する結線上に直列に設けられている、とも言える。 The temperature sensitive resistance element 12 is provided in series on the connection connecting the speed instruction unit 9 and the duty determination unit 10. In the present embodiment, since the duty determination unit 10 is included in the motor driver IC 16, the temperature-sensitive resistance element 12 is provided in series on the connection connecting the speed instruction unit 9 and the motor driver IC. It can be said that.

 図3は、本実施の形態に係るモータドライバICと感温抵抗素子の接続図である。図3に示すように、プリント基板17上にモータドライバIC16と感温抵抗素子12が実装されている。 FIG. 3 is a connection diagram of the motor driver IC and the temperature sensitive resistance element according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the motor driver IC 16 and the temperature sensitive resistance element 12 are mounted on the printed circuit board 17.

 モータドライバIC16は、ダイパッド18を有し、ダイパッド18上に、インバータ回路8、駆動制御部11、デューティ決定部10が実装されている。これらは、ダイパッド18上で電気的に接続されている。 The motor driver IC 16 has a die pad 18 on which the inverter circuit 8, the drive control unit 11, and the duty determination unit 10 are mounted. These are electrically connected on the die pad 18.

 ダイパッド18は、ボンディングワイヤ19を介してリード20に電気的に接続されるとともに、熱的にも接続される。また、モータドライバIC16の外郭(パッケージ)は樹脂21を充填することで形成されている。内部のダイパッド18などの部品は、樹脂21により固定されている。 The die pad 18 is electrically connected to the lead 20 via the bonding wire 19 and is also thermally connected. Further, the outer package (package) of the motor driver IC 16 is formed by filling the resin 21. Components such as the internal die pad 18 are fixed by a resin 21.

 モータドライバIC16と感温抵抗素子12は、銅箔パターン22上のはんだ接続部23でプリント基板17とはんだ接続される。はんだ接続部23は、銅箔パターン22上に設けられ、モータドライバIC16や感温抵抗素子12といった電子部品をプリント基板17に接続するための接続端子である。モータドライバIC16のはんだ接続部23と感温抵抗素子12のはんだ接続部23は近接しており、また銅箔パターン22は熱伝導性が高いので、モータドライバIC16と感温抵抗素子12とは互いに熱が伝わりやすい。つまり、モータドライバIC16の温度が上昇した場合、モータドライバIC16の熱が効率良く感温抵抗素子12に伝わることになる。これにより、感温抵抗素子12は、モータドライバIC16の温度を検知している。また、上述したように、感温抵抗素子12のはんだ接続部23と、モータドライバIC16のはんだ接続部23とは近接している。つまり、感温抵抗素子12は、モータドライバIC16をプリント基板17に接続するための接続端子であるはんだ接続部23の温度を検知しているとも言える。ここで、モータドライバIC16のはんだ接続部23と感温抵抗素子12のはんだ接続部23とは、それぞれのはんだ接続部23を電気的に絶縁する絶縁膜であるレジスト24で分離されてもよい。レジスト24が無くはんだ接続部23同士が一体となっていても機能的には同等であるが、はんだ実装を高品質で行うことが可能となるためレジスト24を設けた方が望ましい。ここで、モータドライバIC16のはんだ接続部23と感温抵抗素子12のはんだ接続部23の間の距離は、前述の様にはんだ実装を高品質で行うためには、0.1mm以上が好ましく、且つ、モータドライバIC16の発熱をより精度良く検出するために5mm以下とすることが好ましい。 The motor driver IC 16 and the temperature-sensitive resistance element 12 are solder-connected to the printed circuit board 17 at the solder connection portion 23 on the copper foil pattern 22. The solder connection portion 23 is provided on the copper foil pattern 22 and is a connection terminal for connecting electronic components such as the motor driver IC 16 and the temperature sensitive resistance element 12 to the printed circuit board 17. Since the solder connection part 23 of the motor driver IC 16 and the solder connection part 23 of the temperature-sensitive resistance element 12 are close to each other and the copper foil pattern 22 has high thermal conductivity, the motor driver IC 16 and the temperature-sensitive resistance element 12 are mutually connected. Heat is easily transmitted. That is, when the temperature of the motor driver IC 16 rises, the heat of the motor driver IC 16 is efficiently transmitted to the temperature sensitive resistance element 12. Thereby, the temperature sensitive resistance element 12 detects the temperature of the motor driver IC 16. Further, as described above, the solder connection portion 23 of the temperature-sensitive resistance element 12 and the solder connection portion 23 of the motor driver IC 16 are close to each other. That is, it can be said that the temperature-sensitive resistance element 12 detects the temperature of the solder connection portion 23 that is a connection terminal for connecting the motor driver IC 16 to the printed circuit board 17. Here, the solder connection portion 23 of the motor driver IC 16 and the solder connection portion 23 of the temperature-sensitive resistance element 12 may be separated by a resist 24 that is an insulating film that electrically insulates each solder connection portion 23. Even if the solder connection portions 23 are integrated with each other without the resist 24, the functions are equivalent, but it is desirable to provide the resist 24 because solder mounting can be performed with high quality. Here, the distance between the solder connection portion 23 of the motor driver IC 16 and the solder connection portion 23 of the temperature-sensitive resistance element 12 is preferably 0.1 mm or more in order to perform solder mounting with high quality as described above. In order to detect the heat generation of the motor driver IC 16 with higher accuracy, it is preferable to set it to 5 mm or less.

 また、感温抵抗素子12は、表面実装部品であり、小型であるため熱が伝わりやすく、表面積が小さいため自己放熱も小さく、より正確にモータドライバIC16の発熱を検出することとなる。 Further, the temperature-sensitive resistance element 12 is a surface-mounted component, and since it is small, heat is easily transmitted, and since the surface area is small, self-heat dissipation is also small, and heat generation of the motor driver IC 16 is detected more accurately.

 図4は、スルーホールを介してモータドライバICと感温抵抗素子とを接続した場合の接続図である。図4に示すように、モータドライバIC16の接続面とは異なる面、すなわちプリント基板の裏面に感温抵抗素子12を設ける際には、スルーホール25を介して図4のように接続する。 FIG. 4 is a connection diagram when the motor driver IC and the temperature-sensitive resistance element are connected through a through hole. As shown in FIG. 4, when the temperature-sensitive resistance element 12 is provided on a surface different from the connection surface of the motor driver IC 16, that is, on the back surface of the printed board, the connection is made as shown in FIG.

 スルーホール25は、モータドライバIC16のはんだ接続部23と、モータドライバIC16が配置されているプリント基板17の裏面に配置されている感温抵抗素子12のはんだ接続部23とを電気的かつ熱的に接続する貫通穴である。また、スルーホール25の表面は金メッキ等で構成されており、プリント基板17の表面と裏面で銅箔パターン22と接続している。 The through hole 25 electrically and thermally connects the solder connection portion 23 of the motor driver IC 16 and the solder connection portion 23 of the temperature-sensitive resistance element 12 disposed on the back surface of the printed circuit board 17 on which the motor driver IC 16 is disposed. It is a through-hole connected to. The surface of the through hole 25 is made of gold plating or the like, and is connected to the copper foil pattern 22 on the front surface and the back surface of the printed board 17.

 図5は、本実施の形態に係るブラシレスDCモータ2の断面図である。図5に示すように、固定子5に巻線26が施されている。磁石回転子6は、永久磁石27とボールベアリング28を備えて構成されている。また、モータドライバIC16と外部回路4(図5には図示せず)とのインターフェースであるコネクタ29、位置検出部7(図5には図示せず)、感温抵抗素子12は、プリント基板17に実装され互いに電気的に接続されている。また、固定子5の巻線26は、プリント基板17上で電気的に接続されており(図5には図示せず)、固定子5と巻線26は、樹脂としてのBMC(Bulk Molding Compound)30で一体成型され、ブラシレスDCモータ2の外郭の一部を形成している。更に、磁石回転子6は、外郭と一体化した固定子5とブラケット31とで保持されている。ブラケット31とプリント基板17の間には、絶縁フィルム32を配置しており、ブラシレスDCモータ2の外郭であるブラケット31とプリント基板17との絶縁を確保している。更に、感温抵抗素子12は、モータドライバIC16に近接しており、モータドライバIC16の温度上昇を精度良く検出する。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the brushless DC motor 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, a winding 26 is provided on the stator 5. The magnet rotor 6 includes a permanent magnet 27 and a ball bearing 28. Further, the connector 29, which is an interface between the motor driver IC 16 and the external circuit 4 (not shown in FIG. 5), the position detection unit 7 (not shown in FIG. 5), and the temperature sensitive resistance element 12 are the printed circuit board 17. And are electrically connected to each other. Further, the winding 26 of the stator 5 is electrically connected on the printed circuit board 17 (not shown in FIG. 5), and the stator 5 and the winding 26 are BMC (Bulk Molding Compound) as a resin. ) 30 to form a part of the outline of the brushless DC motor 2. Further, the magnet rotor 6 is held by a stator 5 and a bracket 31 integrated with the outer shell. An insulating film 32 is disposed between the bracket 31 and the printed circuit board 17 to ensure insulation between the bracket 31 that is the outline of the brushless DC motor 2 and the printed circuit board 17. Furthermore, the temperature-sensitive resistance element 12 is close to the motor driver IC 16 and accurately detects the temperature rise of the motor driver IC 16.

 図6は、本実施の形態に係る感温抵抗素子の特性を示す図である。本実施の形態では、感温抵抗素子12としてPTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor、正特性サーミスタ)を用いている。図6において、縦軸は25℃を基準とした感温抵抗素子12の抵抗値変化比、横軸は感温抵抗素子12の温度示している。PTCは、抵抗値が室温(25℃)からある温度まではほぼ一定であるが、ある温度を超えると急激に抵抗値が上昇する性質をもっている。例えば特性Cであれば、25℃時の抵抗値が1000Ωとすると、温度80℃を越えるあたりから抵抗値が急激に増大し、約130℃では、抵抗値が約400倍、すなわち約400kΩとなる。 FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the temperature-sensitive resistance element according to the present embodiment. In the present embodiment, a PTC (Positive Temperature Coefficient Thermistor, a positive temperature coefficient thermistor) is used as the temperature sensitive resistance element 12. In FIG. 6, the vertical axis indicates the resistance value change ratio of the temperature-sensitive resistance element 12 with 25 ° C. as a reference, and the horizontal axis indicates the temperature of the temperature-sensitive resistance element 12. PTC has a resistance value that is substantially constant from room temperature (25 ° C.) to a certain temperature, but has a property that the resistance value rapidly increases when a certain temperature is exceeded. For example, in the case of the characteristic C, when the resistance value at 25 ° C. is 1000Ω, the resistance value rapidly increases from around the temperature of 80 ° C., and at about 130 ° C., the resistance value is about 400 times, that is, about 400 kΩ. .

 ここで、ブラシレスDCモータ2に回転異常やロックなどの異常が発生した場合の動作を説明する。 Here, the operation when abnormality such as rotation abnormality or lock occurs in the brushless DC motor 2 will be described.

 巻線26の温度の上限値は、巻線26の皮膜の絶縁破壊温度や規格等で定められており、本実施の形態では、例えば、150℃である。この時、モータドライバIC16も巻線26と同様、発熱・温度上昇する。 The upper limit value of the temperature of the winding 26 is determined by the dielectric breakdown temperature or standard of the film of the winding 26, and is 150 ° C., for example, in the present embodiment. At this time, similarly to the winding 26, the motor driver IC 16 also generates heat and rises in temperature.

 モータドライバIC16は、インバータ回路8が最も発熱するが、図3、図4で示した通り、ダイパッド18やボンディングワイヤ19、充填している樹脂21によりリード20に良く熱が伝わる。リード20は、樹脂21より熱抵抗が小さいので熱伝導率が良い。モータドライバIC16と感温抵抗素子12とは、リード20、プリント基板17の銅箔パターン22、はんだ接続部23を介して近接して接続されている。リード20、銅箔パターン22、はんだ接続部23は、金属またはその合金であるため、熱を良く伝播するため、感温抵抗素子12は、モータドライバIC16の温度を正確に検出することができる。 In the motor driver IC 16, the inverter circuit 8 generates the most heat, but as shown in FIGS. 3 and 4, the heat is well transmitted to the lead 20 by the die pad 18, the bonding wire 19, and the filled resin 21. Since the lead 20 has a lower thermal resistance than the resin 21, the lead 20 has good thermal conductivity. The motor driver IC 16 and the temperature sensitive resistance element 12 are connected in close proximity via the lead 20, the copper foil pattern 22 of the printed circuit board 17, and the solder connection portion 23. Since the lead 20, the copper foil pattern 22, and the solder connection portion 23 are made of metal or an alloy thereof, the heat sensitive resistance element 12 can accurately detect the temperature of the motor driver IC 16 because the heat propagates well.

 回転異常やロックが発生した時の速度指示部9から出力される速度指示信号としての電圧は、デューティ決定部10で決定されるデューティがMaxとなる電圧の場合が最も温度が高温となる可能性が高い条件である。本実施の形態では、例えば、デューティmax=5.8Vとし、速度指示部9の出力をVo=6Vとする。また、デューティがMinとなる電圧を、デューティmin=2.0Vとする。 The voltage as a speed instruction signal output from the speed instruction unit 9 when rotation abnormality or lock occurs is likely to be the highest when the duty determined by the duty determination unit 10 is Max. Is a high condition. In the present embodiment, for example, the duty max = 5.8V and the output of the speed instruction unit 9 is Vo = 6V. Further, the voltage at which the duty becomes Min is assumed to be the duty min = 2.0V.

 デューティ決定部10は、前述の通り、比較器に速度指示信号として電圧を入力する。比較器の入力インピーダンスは高いため、比較器の速度指示信号の入力部に流れる電流Iinは小さく、25μA程度である。 The duty determination unit 10 inputs a voltage as a speed instruction signal to the comparator as described above. Since the input impedance of the comparator is high, the current Iin flowing through the input portion of the speed instruction signal of the comparator is small, about 25 μA.

 ある状態の感温抵抗素子12の抵抗値を抵抗値Rth、デューティ決定部10に入力される速度指示信号としての電圧を電圧Vinとすると、電圧Vinは以下の式で表すことができる。 Assuming that the resistance value of the temperature-sensitive resistance element 12 in a certain state is the resistance value Rth and the voltage as the speed instruction signal input to the duty determining unit 10 is the voltage Vin, the voltage Vin can be expressed by the following equation.

 Vin=Vo-Iin×Rth・・・(式1)
 ここで、特性Cを有する感温抵抗素子12を実装したブラシレスDCモータ2が、速度指示部9の出力Vo=6Vでロック状態の時、三相全波駆動においては、三相の内の二相に通電が固定される。例えば、巻線UからWに電流を流す等である。巻線U、Wの温度は、ロック電流が流れ続けるため、上昇していく。通電されていない巻線Vについても、巻線U、Wの温度のあおりを受けて、巻線U、Wよりも低い温度で温度上昇していく。
Vin = Vo−Iin × Rth (Formula 1)
Here, when the brushless DC motor 2 mounted with the temperature sensitive resistance element 12 having the characteristic C is in the locked state with the output Vo = 6V of the speed instruction unit 9, two of the three phases are used in the three-phase full-wave drive. Energization is fixed to the phase. For example, a current is passed from the winding U to W. The temperature of the windings U and W rises because the lock current continues to flow. The winding V that is not energized also rises at a lower temperature than the windings U and W in response to the temperature fluctuations of the windings U and W.

 この時、モータドライバIC16の温度は、巻線Uから巻線Wに流れる電流と同じ電流が流れるため、巻線U、Wの温度上昇に凡そ比例した状態で温度が上昇する。 At this time, since the current of the motor driver IC 16 is the same as the current flowing from the winding U to the winding W, the temperature rises in a state approximately proportional to the temperature rise of the windings U and W.

 ここで、ロック状態により、例えば、巻線26である巻線U、Wの温度が130℃、モータドライバIC16のパッケージ温度が135℃、感温抵抗素子12の温度が127℃とすると、図6より感温抵抗素子12は、200倍の抵抗値、即ち200kΩとなり、式1より
 Vin=6V-25μA×200kΩ
となり、
 Vin=1V
であるため、デューティのMin電圧である2.0Vより小さく、デューティは0%、すなわち駆動をオフすることになる。
Here, for example, when the temperature of the windings U and W that are the windings 26 is 130 ° C., the package temperature of the motor driver IC 16 is 135 ° C., and the temperature of the temperature sensitive resistance element 12 is 127 ° C. Further, the temperature-sensitive resistance element 12 has a resistance value 200 times, that is, 200 kΩ, and from Equation 1, Vin = 6V−25 μA × 200 kΩ
And
Vin = 1V
Therefore, it is smaller than the duty Min voltage of 2.0 V, the duty is 0%, that is, the drive is turned off.

 そして、巻線26やモータドライバIC16の温度は下がって行き、巻線26の温度上限値150℃を超えない様に電流を制限することになる。 Then, the temperature of the winding 26 and the motor driver IC 16 is lowered, and the current is limited so as not to exceed the upper temperature limit 150 ° C. of the winding 26.

 つまり、感温抵抗素子12は、巻線26の温度上昇に相間関係のあるモータドライバIC16の温度上昇に対してデューティ決定部10の決定値を減少させるように機能する。また、感温抵抗素子12の回転異常時における温度の上昇に応じた抵抗の増大は、デューティ決定部10によるデューティの決定値を、回転異常時における巻線26の温度上昇の範囲を所定の許容範囲温度以下に低下させることとなる。 That is, the temperature-sensitive resistance element 12 functions so as to decrease the determined value of the duty determining unit 10 with respect to the temperature increase of the motor driver IC 16 having a correlation with the temperature increase of the winding 26. Further, the increase of the resistance according to the temperature rise at the time of abnormal rotation of the temperature sensitive resistance element 12 is determined by the predetermined value of the duty determined by the duty determining unit 10 and the temperature increase range of the winding 26 at the time of abnormal rotation. It will be lowered below the range temperature.

 これにより、巻線26の温度上昇を抑制することができる。 Thereby, the temperature rise of the winding 26 can be suppressed.

 以上の様に、モータドライバIC16の温度上昇を測定することにより、あらかじめ巻線26の温度の上限値を超えない範囲で感温抵抗素子12の特性を選定すれば、巻線26の温度上昇を制限することができる。また、図5で示した様に、感温抵抗素子12は、BMC30およびプリント基板17との間にある空気層を介して巻線26の温度を測定しなくとも、モータドライバIC16の温度上昇を精度良く検出することで、巻線26の温度上昇を制限することができる。 As described above, by measuring the temperature rise of the motor driver IC 16, the temperature rise of the winding 26 can be increased by selecting the characteristics of the temperature sensitive resistance element 12 in a range not exceeding the upper limit of the temperature of the winding 26 in advance. Can be limited. Further, as shown in FIG. 5, the temperature-sensitive resistance element 12 increases the temperature of the motor driver IC 16 without measuring the temperature of the winding 26 via the air layer between the BMC 30 and the printed circuit board 17. By detecting with high accuracy, the temperature rise of the winding 26 can be limited.

 なお、本実施の形態では、デューティ決定部10で決定されるデューティが0%となる例を示したが、これに限定されない。実際には、ブラシレスDCモータ2自身の熱抵抗や、周囲温度等によって、巻線26の温度の上限値を超えない範囲で、デューティが出力された状態で温度上昇が抑制され、熱的に平衡となる場合が多い。 In the present embodiment, an example in which the duty determined by the duty determining unit 10 is 0% is shown, but the present invention is not limited to this. Actually, the temperature rise is suppressed while the duty is output within a range not exceeding the upper limit of the temperature of the winding 26 due to the thermal resistance of the brushless DC motor 2 itself, the ambient temperature, etc. In many cases.

 なお、駆動の方式を三相全波駆動として2相に通電すると説明したが、正弦波通電として3相通電でも良く、駆動方式によりその作用効果に差異を生じない。更に、インバータ回路8に印加する電圧を交流電源15から全波整流した略140Vの直流電圧としたが、直流24Vや42Vの低圧電圧でも良い。また、更に、モータドライバIC16のインバータ回路8と、駆動制御部11と、デューティ決定部10は同一チップ上に構成された1チップ構造でも良く、その作用効果に差異を生じない。また、図5で、BMCで固定子5を覆う構成で説明したが、絶縁性能、耐熱性があり固定子5を保持できれば良く樹脂の種類で作用効果に差異を生じない。 Although it has been described that the drive method is three-phase full-wave drive and energized in two phases, three-phase energization may be used as a sine wave energization, and there is no difference in the operational effect depending on the drive method. Furthermore, although the voltage applied to the inverter circuit 8 is a DC voltage of approximately 140 V obtained by full-wave rectification from the AC power supply 15, a low voltage such as DC 24 V or 42 V may be used. Furthermore, the inverter circuit 8, the drive control unit 11, and the duty determination unit 10 of the motor driver IC 16 may have a one-chip structure configured on the same chip, and there is no difference in operation and effect. Further, in FIG. 5, the configuration in which the stator 5 is covered with the BMC is described. However, there is no difference in operational effect depending on the type of resin as long as the stator 5 can be held with insulation performance and heat resistance.

 本発明に係るブラシレスDCモータは、特別な温度判定手段がなくとも固定子巻線の温度上昇を抑制することができるので、信頼性が高く、低コスト、小型化が実現できる。よって換気送風装置、例えば、換気扇、レンジフードや空気清浄機等の換気送風装置に使用されるブラシレスDCモータとして有用である。 Since the brushless DC motor according to the present invention can suppress the temperature rise of the stator winding without any special temperature determination means, the reliability is high, and the cost and size can be reduced. Therefore, it is useful as a brushless DC motor used in a ventilation blower, for example, a ventilation blower such as a ventilation fan, a range hood, or an air purifier.

 1  ケーシング
 2,101  ブラシレスDCモータ
 3  送風ファン
 4  外部回路
 5  固定子
 6  磁石回転子
 7  位置検出部
 8  インバータ回路
 9  速度指示部
 10  デューティ決定部
 11  駆動制御部
 12,113  感温抵抗素子
 13  整流部
 14  平滑コンデンサ
 15  交流電源
 16  モータドライバIC
 17  プリント基板
 18  ダイパッド
 19  ボンディングワイヤ
 20  リード
 21  樹脂
 22  銅箔パターン
 23  はんだ接続部
 24  レジスト
 25  スルーホール
 26,U,V,W  巻線
 27  永久磁石
 28  ボールベアリング
 29  コネクタ
 30  BMC
 31  ブラケット
 32  絶縁フィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2,101 Brushless DC motor 3 Blower fan 4 External circuit 5 Stator 6 Magnet rotor 7 Position detection part 8 Inverter circuit 9 Speed instruction | indication part 10 Duty determination part 11 Drive control part 12,113 Temperature sensitive resistance element 13 Rectification part 14 Smoothing capacitor 15 AC power supply 16 Motor driver IC
17 Printed Circuit Board 18 Die Pad 19 Bonding Wire 20 Lead 21 Resin 22 Copper Foil Pattern 23 Solder Connection 24 Resist 25 Through Hole 26, U, V, W Winding 27 Permanent Magnet 28 Ball Bearing 29 Connector 30 BMC
31 Bracket 32 Insulating film

Claims (6)

三相の巻線が施された固定子と、
前記固定子への電力供給により回転する磁石回転子と、
前記磁石回転子と前記巻線との位置関係を検出する位置検出部と、
前記磁石回転子の回転速度に対応した電圧を速度指示信号として出力する速度指示部と、
複数のスイッチング素子を有し、前記固定子に接続されたインバータ回路と、前記速度指示部からの前記速度指示信号に基づいて前記固定子に与える印加電圧のデューティを決定するデューティ決定部と、前記位置検出部が検出した前記位置関係と前記デューティ決定部が決定した前記デューティとに基づいて前記インバータ回路が有する複数の前記スイッチング素子にデューティ信号を分配出力する駆動制御部と、を一体化して構成したモータドライバICと、
前記モータドライバICを基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部の温度を検知して前記温度の上昇に応じて抵抗を増大させることにより前記速度指示部から前記デューティ決定部に与えられる前記速度指示信号としての前記電圧を低下させる感温抵抗素子と、を備えたブラシレスDCモータ。
A stator with three-phase windings;
A magnet rotor that rotates by supplying power to the stator;
A position detector for detecting a positional relationship between the magnet rotor and the winding;
A speed instruction unit that outputs a voltage corresponding to the rotational speed of the magnet rotor as a speed instruction signal;
An inverter circuit having a plurality of switching elements, connected to the stator, a duty determination unit for determining a duty of an applied voltage to the stator based on the speed instruction signal from the speed instruction unit; A drive control unit that distributes and outputs a duty signal to the plurality of switching elements of the inverter circuit based on the positional relationship detected by the position detection unit and the duty determined by the duty determination unit is integrated. Motor driver IC,
The temperature given from the speed instruction unit to the duty determination unit by detecting the temperature of the solder connection part, which is a connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate, and increasing the resistance according to the rise in temperature. A brushless DC motor comprising: a temperature-sensitive resistance element that reduces the voltage as a speed instruction signal.
前記感温抵抗素子は、
 前記はんだ接続部に接続され且つ近接させられた請求項1に記載のブラシレスDCモータ。
The temperature sensitive resistance element is:
The brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor is connected to and close to the solder connection portion.
前記感温抵抗素子は、
 前記速度指示部と前記デューティ決定部とを接続する結線上に直列に接続された請求項1または2に記載のブラシレスDCモータ。
The temperature sensitive resistance element is:
The brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor is connected in series on a connection connecting the speed instruction unit and the duty determination unit.
前記感温抵抗素子は、
 前記基板における前記モータドライバICが配置される面の裏面に配置され、
 前記モータドライバICのはんだ接続部に近接して前記基板に設けられたスルーホールを介して前記はんだ接続部に接続された請求項1から3のいずれかに記載のブラシレスDCモータ。
The temperature sensitive resistance element is:
Disposed on the back surface of the substrate on which the motor driver IC is disposed;
4. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor is connected to the solder connection portion through a through hole provided in the substrate in the vicinity of the solder connection portion of the motor driver IC.
前記感温抵抗素子は、
 表面実装部品である請求項1から4のいずれかに記載のブラシレスDCモータ。
The temperature sensitive resistance element is:
The brushless DC motor according to any one of claims 1 to 4, which is a surface mount component.
 前記感温抵抗素子を前記基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部と、前記モータドライバICを前記基板に接続するための接続端子であるはんだ接続部との距離が0.1mm以上5mm以下の範囲である請求項2に記載のブラシレスDCモータ。 A distance between a solder connection portion that is a connection terminal for connecting the temperature-sensitive resistance element to the substrate and a solder connection portion that is a connection terminal for connecting the motor driver IC to the substrate is 0.1 mm or more and 5 mm. The brushless DC motor according to claim 2, which is in the following range.
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