WO2018147256A1

WO2018147256A1 - ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: WO2018147256A1
Application number: PCT/JP2018/003940
Authority: WO
Inventors: 章行田原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2019-08-08
Also published as: JP2018129922A

Abstract

固定子と、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出力する速度指示部と、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（８）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（１０）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（１１）と、を一体化して構成したモータドライバＩＣ（１６）と、モータドライバＩＣ（１６）のはんだ接続部（２３）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（１０）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（１２）と、を備えたブラシレスＤＣモータ。

Description

ブラシレスＤＣモータ

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　図８は、過電流検出手段１０８のブロック図を示している。

　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。

　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。

特開平１０－２０１２８０号公報

　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。

　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。

　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。

　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。

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。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。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。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。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。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。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。図６は、本発明に係る感温抵抗素子の特性グラフである。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８は、従来の過電流検出手段の概略回路図である。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　また、感温抵抗素子は、表面実装部品としてもよい。

　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。

　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。

　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。

　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。

　（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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　交流電源１５は、例えば１００Ｖの交流電源である。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　これにより、巻線２６の温度上昇を抑制することができる。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
　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。