(57)【要約】  外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータ３へ供給するインバータＩＣ２が実装されたプリント基板１を有する電力変換装置６０を内蔵したモータ６１であって、プリント基板１のステータ３と対向する面には、一端が外部電源の高圧入力線１７と電気的に接続され、他端がインバータＩＣ２の高圧電極１１と電気的に接続されるステータ側の面に設けられた銅箔である高圧直流入力配線１０４が配設されている電力変換装置内蔵モータ。
2013088518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、
前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されていることを特徴とする電力変換装置内蔵モータ。
【請求項２】
前記半導体モジュールは、複数の半導体素子が形成された半導体チップを有し、
前記半導体チップは、金属ワイヤにて前記半導体モジュールの外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項３】
前記半導体モジュールは、前記基板上に配置され、かつ、前記半導体モジュールの外部電極に近接して配置されたヒートスプレッダを有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項４】
前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項５】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
この室内機内に設置され、その吹出口から前記調和空気を送り出す室内送風機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
を備え、
前記室内送風機には、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
この室外機内に設置され、外気をこの室外機内に送り込む室外送風機と、
を備え、
前記室外送風機には、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
【請求項７】
冷媒により水を加熱するための送風機に、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
【請求項８】
冷媒により水を加熱するための流体ポンプに、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
【請求項９】
室内空気を室外に吹き出す換気送風機器であって、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする換気送風機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールを用いた電力変換回路基板によって構成された電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧の電力変換回路とステータとを接続し不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂で成形された駆動回路内蔵モータが空調用送風機に多く用いられている。モータ駆動のための直流電源は、最大３２５Ｖと高圧化している（例えば下記特許文献１）。また、空調機器は、電源事情の悪い地域での利用も多く、上記直流電源の電圧の最大値がさらに増加する方向である。【０００３】
また、集積回路（以下、ＩＣと略す）を封止するパッケージは、小型化が進み、面実装に対応するパッケージも多く使われるようになった。特に、モータ内部の電力変換装置に実装されるＩＣは、小型化の要求から上記の面実装対応のパッケージが使われる例が増えている（例えば下記特許文献２）。ただし、空調用送風モータ等で使われるＩＣには、比較的大きな許容消費電力が要求されるため、この許容消費電力に伴い生じる熱を効果的に放熱するため、実装には工夫が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６１９０７号公報（段落「００４０」、図１、図３）
【特許文献２】特開平５−９１７０８号公報（段落「００１１」〜「００１６」、図２、図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１で示される電力変換装置は、電力変換回路の主要な部分を集積したＩＣがリードタイプであるため、基板実装に人的工程が必要であるといった問題点があった。また、プリント基板上のＩＣの配置位置が反ステータ側であるため、回路が厚くなるといった問題点がある。さらに、ＩＣ内のインバータ回路が上下短絡故障を起こした場合、破損するＩＣの高圧電源端子とその周辺の基板銅箔が反ステータ側に設けられているため、ＩＣ破壊の影響がモータ外部に及ばないよう反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を大きく取る必要があり、モータが大型化するという問題があった。【０００６】
また、上記特許文献２で示される電力変換装置は、ＩＣおよび基板が面実装化され半田面積がかせげないため、リード実装に比べてプリント基板との機械的接続強度が弱くなるという問題があった。また、上記特許文献２で示される電力変換装置では、スイッチングパワー素子の半導体チップが直接プリント基板と機械的に接続されることから、チップ放熱のために樹脂基材を用いたプリント基板ではなく、金属や焼結基材を用いた基板を用いる必要があるため、高価になるという問題があった。また、前記の放熱性の高い基板（金属や焼結基材を用いた基板）では一般的に片面配線となることから、両面基板に比べ配線効率が悪く、基板面積が大きくなるといった問題もある。【０００７】
一方、スイッチングパワー素子を含む電力変換主回路に面実装ＩＣを用いて、ＩＣパッケージに配置されたヒートスプレッダからプリント基板上の銅箔を介してＩＣの熱を放熱する場合、ＩＣ端子からの高圧配線をＩＣ下部およびその周辺に配置することができない。この場合、高圧配線の一部をプリント基板の反ステータ側に引き回す必要があるものの、プリント基板の反ステータ側には基板押さえ用の金型穴が配置されているなどの事情により、高圧配線の配線可能領域は非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔のないプリント基板では、高圧配線を配置することができない場合があるという問題がある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、プリント基板のステータ側の面に半導体素子等などの部品と高圧配線を実装するようにしたので、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を内蔵したモータの側断面図および上面透視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置に実装されたインバータＩＣの構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のインバータＩＣにおけるＩＣチップの構造図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のインバータＩＣにおけるＩＣチップ周辺の回路構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係るプリント基板を１枚の基板から複数枚取り出すときにおけるメリットを説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の全体外観図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機における室内機の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る電力変換装置内蔵モータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
（電力変換装置６０およびモータ６１の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０を内蔵したモータ６１の側断面図および上面透視図である。図１の下側には、図１の矢印Ａの方向から見たプリント基板１のステータ側の面が示されている。電力変換装置６０は、主たる構成として、略１／２円弧状に形成されたプリント基板１と、インバータＩＣ２と、モータ６１の各相の入力端子であるモータ端子５と、ロータ１６の回転位置を検出するホール素子６と、モータ外部接続リード７と、インバータＩＣ２の過熱状態を検知する過熱検知素子１４とを有して構成されている。また、モータ６１は、主たる構成として、電力変換装置６０と、ステータ３と、ロータ１６と、ベアリング９とを有して構成されている。
【００１４】
モータ６１の内部には、モータ６１を回転駆動させるための電力変換回路を実装したプリント基板１が内蔵されている。電力変換回路の一部であるインバータＩＣ２は、プリント基板１に実装されている。インバータＩＣ２は、モータ６１のステータ３の銅線またはアルミ線等である巻線に電圧を印加するための電圧型インバータの主回路を内蔵している。
【００１５】
また、モータ６１の内部において、プリント基板１のインバータＩＣ２が実装される側の面には、ステータコア（図示せず）に巻線が巻かれた円環状のステータ３が配置されている。
【００１６】
ステータ３とプリント基板１は、不飽和ポリエステル等の熱硬化性モールド樹脂４によって機械的に接続されている。プリント基板１の反ステータ側の面には、このモールド樹脂４によって、ベアリングハウジング９ａを構成するモータ６１の外形が形成されている。
【００１７】
モールド樹脂４内のステータ３とプリント基板１の位置関係を正しく保つため、プリント基板１の反ステータ側の面は、符号１００で示される位置に当接する金型（図示せず）で押さえられ、かつ、プリント基板１のステータ側の面は、スタータ３と符号１０１で示される位置に当接する金型とで押さえられる。より具体的には、プリント基板１の反ステータの面は、内周側と外周側の双方（点線の丸で示される符号１００の６箇所）が金型で押さえられる。また、プリント基板１のステータ側の面は、モータ端子５を介してステータ３と機械的に接続がとれているため、プリント基板１の内周側（実線の丸で示される符号１０１の２箇所）のみが金型で押さえられる。その上で金型に樹脂が流されてモールド樹脂４が成形される。この金型は、モールド樹脂４の成形後に取り除かれるため、符号１００、１０１で示される場所には、プリント基板１が直接露出するような穴が形成される。
【００１８】
プリント基板１とステータ３は、プリント基板１からステータ３への電圧が印加されるように、半田付けによりモータ端子５によって電気的に接続されている。プリント基板１のステータ側の面には、ステータ３に囲われるように配置されたホール素子６が実装されると共に、インバータＩＣ２近傍に過熱検知素子１４が設置されている。プリント基板１の反ステータ側の面には、プリント基板１とモータ６１の外部とを電気的に接続するため、モータ外部接続リード７が設置されている。このモータ外部接続リード７から外部側には、高圧入力線１７および低圧入出力線１８が延びている。
【００１９】
ステータ３の内周部には、モールド樹脂４が充填されず円筒状に中空となっているロータ貫通用穴８が設けられ、このロータ貫通用穴８には、モータ６１の回転子であるロータ１６が配置されている。プリント基板１の内周側には、ベアリング貫通穴１０が形成されている。ベアリング貫通穴１０は、ロータ貫通用穴８と連通して、ロータ１６の主軸（図示せず）がプリント基板１に対して略垂直方向にモールド樹脂４内をベアリングハウジング９ａまで貫通している。ベアリング貫通穴１０には、ベアリング９が収納されており、ベアリング９の内輪（図示せず）には、ロータ１６の主軸（図示せず）が貫設されている。
【００２０】
インバータＩＣ２は、主たる構成としてヒートスプレッダ１３、高圧電極１１、および低圧電極１２を有して構成されている。インバータＩＣ２のデュアルインライン電極を形成する一方の電極（高圧電極１１）は、インバータＩＣ２に複数（図１では一例として３つ）設けられている。高圧電極１１は、モータ６１の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を入力する。インバータＩＣ２では、この高圧直流電圧が高周波電圧に変換され、高圧電極１１は、この高周波電圧をモータ端子５へ出力する。なお、これらの高圧電極１１は、プリント基板１上の配線（モータ出力配線１０５）が短くなるようにモータ端子５の設置位置を考慮して、例えば図１に示されるようにインバータＩＣ２とプリント基板１の外周側との間に設けられている。
【００２１】
高圧入力線１７は、モータ外部接続リード７を介して、プリント基板１のステータ側の面に設けられた銅箔である高圧直流入力配線１０４と電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４の一端は、半田によって高圧入力線１７と電気的に接続され、高圧直流入力配線１０４の他端は、インバータＩＣ２に設けられた高圧電極１１と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４と近接してプリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔であるモータ出力配線１０５（インバータＩＣ２の高圧電極１１からモータ端子５にいたる鎖線）は、反ステータ側にてモータ端子５と半田によって電気的に接続されている。また、高圧直流入力配線１０４と近接してプリント基板１のステータ側の面に設けられた銅箔５０（インバータＩＣ２の高圧電極１１からモータ端子５にいたる実線）は、ステータ側にてモータ端子５と半田によって電気的に接続されている。図１に示されるインバータＩＣ２の高圧電極１１は、プリント基板１の外周側に設けられているため、高圧直流入力配線１０４は、インバータＩＣ２とプリント基板１の外周との間を基点として、プリント基板１の外周側に沿って配設され、インバータＩＣ２の高圧電極１１に接続されている。このように高圧直流入力配線１０４を設けることによって、インバータＩＣ２に設けられたヒートスプレッダ１３やプリント基板１上の過熱検知素子１４などと干渉することなくインバータＩＣ２へ高圧直流電源を供給することが可能である。
【００２２】
（インバータＩＣ２の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０に実装されたインバータＩＣ２の構成図である。図２には、インバータＩＣ２の構成要素であるＩＣパッケージ２３、金属リードフレーム２２、ボンディングワイヤ２１、ヒートスプレッダ１３、高圧電極１１、および低圧電極１２が示されている。ＩＣチップ２０、ボンディングワイヤ２１、および金属リードフレーム２２は、高熱伝導性の樹脂であるＩＣパッケージ２３によって覆われている。ＩＣチップ２０は、シリコンまたはＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体によって構成されている。このボンディングワイヤ２１は、金、銅もしくはアルミ等の金属線材で構成され、超音波溶融によって、その一端がＩＣチップ２０上の金属電極（後述するアルミ配線２５）と電気的に接続され、その他端が金属リードフレーム２２と電気的に接続されている。ＩＣチップ２０は、熱を効率的に放出するために板厚が厚く形成されたヒートスプレッダ１３上に設けられ、半田付けまたは銀ペーストによって、ヒートスプレッダ１３と熱的および機械的に接続されている。
【００２３】
インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０がヒートスプレッダ１３にマウントされているため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ１３に蓄熱されてＩＣチップ２０の過渡的な温度上昇が抑制される。また、インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０とヒートスプレッダ１３が金属リードフレーム２２に近接配置され、さらにＩＣチップ２０がＩＣパッケージ２３と熱的および機械的に接続されている。そのため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム２２を介して高圧電極１１および低圧電極１２からＩＣチップ２０の外部に放熱され、さらにＩＣパッケージ２３を介してＩＣチップ２０の外部に放熱される。
【００２４】
（ＩＣチップ２０の構成）
図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０のインバータＩＣ２におけるＩＣチップ２０の構造図である。ＩＣチップ２０には、スイッチング素子を構成する複数の半導体素子が設けられ、各半導体素子の上部には、半導体素子と外部電極（図２に示される金属リードフレーム２２など）との電気的接続を得るためのアルミ配線２５が複数設けられている。これらのアルミ配線２５は、前述した金属リードフレーム２２と電気的に接続される。ＩＣチップ２０上には、各アルミ配線２５同士の絶縁をとるための絶縁性能の高い酸化シリコン膜２６が形成されている。そのため、実施の形態１に係るＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム２２に配置してボンディングワイヤ２１によって各半導体素子間の電気的接続をとるＩＣと比較して、アルミ配線２５の配置に自由度がある。また、ＩＣチップ２０を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極１１と低圧電極１２とを分離して設けることが可能である。
【００２５】
また、ＩＣチップ２０には、半導体素子を構成する複数の半導体単結晶島２７とその周囲を覆う多結晶シリコン２８との電気的絶縁をとるため、絶縁性の高い絶縁分離層２９（例えば酸化シリコン）が形成されている。多結晶シリコン２８は、前述したヒートスプレッダ１３と熱的および機械的に接続されている。絶縁分離層２９は、例えば薄膜でも絶縁性能が充分確保できる酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって構成されている。
【００２６】
このようにＩＣチップ２０は、絶縁性の高い絶縁分離層２９を設けることによって半導体単結晶島２７を同一チップ上に島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム２２に実装して成るＩＣと比較して、小型化を図ることができるため、インバータＩＣ２本体を小型化することができる。さらに、ＩＣチップ２０では、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらを金属リードフレーム２２およびプリント基板１上の配線によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置６０全体を著しく小さくすることができる。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０のインバータＩＣにおけるＩＣチップ２０周辺の回路構成図である。高圧直流電源３８は、モータ６１の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧であり、この電圧は、ＩＣチップ２０に入力される。ＩＧＢＴ３４は、前述したＩＣチップ２０の半導体単結晶島２７に形成されたスイッチング素子であり、上アーム駆動回路３５ａおよび下アーム駆動回路３５ｂによってＯＮ／ＯＦＦ駆動され、入力された直流電圧を高周波電圧に変換する。なお、図４に示される６つのＩＧＢＴ３４にはそれぞれ還流ダイオードが逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３４からの高周波電圧は、高圧電極１１からモータ端子５を介して、ステータ３の巻線に印加される。
【００２８】
ホール素子６で検出されたロータ１６の回転位置信号は、ＩＣチップ２０内部のロジック回路によって、低圧のパルス信号に変換され、回転数出力線３１から外部に出力される。また、ＩＣチップ２０は、出力電圧指令入力線３２を介して外部から入力される低圧のアナログ信号電圧に基づいて、前述した６個のＩＧＢＴ３４のスイッチングパルス幅を変化させてインバータの出力電圧を調整する。このとき、６個のＩＧＢＴ３４によって構成されるインバータのうち、上アームのＩＧＢＴ３４を駆動させる上アーム駆動回路３５ａの電源は、チャージポンプダイオード３３並びに外部コンデンサーＣ１およびＣ２によって生成される。また、モータ端子５（図１参照）と接続されるステータ３の巻線の反対側は、中性点結線３９によって電気的に接続され、スター結線モータを形成する。
【００２９】
過熱検知素子１４には、温度に対する抵抗特性が急峻な正特性の温度抵抗素子が用いられ、過熱検知素子１４は、検出した温度を抵抗値に変換する。この抵抗値は、過電流保護端子ＲＳに入力される。過熱検知素子１４は、過電流保護レベルに温度特性を持たせることによって、インバータＩＣ２の過熱状態を検知して、インバータＩＣ２およびステータ３が過熱状態になったことを検出する。この場合、インバータＩＣ２は、高圧電極１１を介してステータ３に供給される電流を制限または停止して、過熱によるインバータＩＣ２等の破壊を防止する。
【００３０】
ここで、過熱検知素子１４は、セラミック材料で構成されているため、熱導電性樹脂でパッケージされたＩＣチップ２０上に設けることができない。半導体を用いた過熱検知素子１４をＩＣチップ２０上に設けることも考えられるが、半導体を用いた素子は、温度特性が悪く、ばらつきもある。そのため、この特性を考慮した場合、保護レベルの設計値を低めに設定しなければならず、このような低い設計値が設定されたモータ６１の出力範囲は、従来の構成と比較して著しく狭くなる。さらに、実施の形態１に係るインバータＩＣ２は、プリント基板１のステータ側の面に配置されているため、プリント基板１の反ステータ側の面に配置されている場合に比べて、銅損および鉄損を有する発熱源であるステータ３からの熱を受けやすく温度的に不利である。
【００３１】
そこで、実施の形態１に係る過熱検知素子１４は、インバータＩＣ２におけるＩＧＢＴ３４の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ１３に近接配置されている。また、過熱検知素子１４は、後述する銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続される。この低圧電極１２である金属リードフレーム２２は、前述したようにボンディングワイヤ２１によってＩＣチップ２０と電気的および熱的に接続される。また、過熱検知素子１４は、熱抵抗が低いモールド樹脂４によってインバータＩＣ２と熱的に接続される（図１参照）。このように構成することによって、過熱検知素子１４は、回路損失のほとんどを発生し過熱による破壊に至る可能性の最も高いＩＧＢＴ３４の温度を、精度良く検出することが可能となる。
【００３２】
また、インバータを構成する６個のＩＧＢＴ３４は、同一のシリコンチップであるＩＣチップ２０上に絶縁分離層２９に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このＩＣチップ２０は、ヒートスプレッダ１３と強い熱的接続を有する。そのため、ＩＣチップ２０上の各ＩＧＢＴ３４の発熱にばらつきが生じた場合でも、各ＩＧＢＴ３４は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各ＩＧＢＴ３４の温度分布が平滑化される。
【００３３】
また、上記の構成によって、各ＩＧＢＴ３４が別チップで構成される場合における各ＩＧＢＴ３４間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。さらに、各ＩＧＢＴ３４における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子１４を配置する必要がなく、コストを低減することができる。
【００３４】
このように、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、インバータＩＣ２は、プリント基板１上においてステータ側に配置されることによる周囲温度の上昇で招来するモータ６１の運転範囲の低下を抑制することができる。特に、インバータＩＣ２のような１チップＩＣでは、単体のＩＧＢＴ（例えば６００Ｖ耐圧クラスで１．６Ｖ）よりもＯＮ電圧が高く（同２．０Ｖ）定常損失が大きいことから、ＩＧＢＴの温度上昇による破壊防止のための運転範囲制限によるモータの出力低下をカバーすることができるという上記効果は大きい。
【００３５】
なお、ＩＧＢＴ３４を構成する半導体単結晶島２７は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体によって構成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性および耐電圧が高く、許容電流密度も高いので、ＩＣチップ２０上に成形されるＩＧＢＴ３４を小型化することができ、インバータＩＣ２の小型化を図ることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、電力損失が小さいため、高効率に動作が可能なＩＧＢＴ３４を構成することができる。
【００３６】
（電力変換装置６０におけるプリント基板１上の各素子の配置構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置６０の断面図である。図５に示される銅箔５０は、プリント基板１上の回路配線パターン、または、プリント基板１と部品とを半田により電気的、熱的、および機械的に接続させるためのランドによって形成されている。プリント基板１のステータ側の面には、銅箔５０を介してホール素子６、過熱検知素子１４、およびインバータＩＣ２が配置されている。インバータＩＣ２は、高圧電極１１および低圧電極１２を介して半田によって銅箔５０に接続されている。また、過熱検知素子１４は、この銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続されている。
【００３７】
スルーホール５１は、プリント基板１のステータ側の面から反ステータ側の面に貫通する穴である。この穴の表面にはメッキが施され、プリント基板１のステータ側の面における銅箔５０とプリント基板１の反ステータ側の面における銅箔５０とは、スルーホール５１に施されたメッキによって電気的および熱的に接続されている。
【００３８】
モータ端子５は、スルーホール５１を通じてプリント基板１のステータ側の面から反ステータ側の面に貫設されている。モータ端子５は、プリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔５０から糸状の半田を溶融し、スルーホール５１を介してステータ側の銅箔５０と電気的に接続されている。このステータ側の銅箔５０は、インバータＩＣ２の高圧電極１１と接続されるため、モータ端子５は、高圧電極１１と電気的に接続される。
【００３９】
高圧入力線１７は、プリント基板１のステータ側の面に設けられた高圧直流入力配線１０４の一端と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線１０４の他端は、インバータＩＣ２に設けられた高圧電極１１と半田によって電気的に接続されている。なお、プリント基板１のステータ側の面において、モータ端子５の周囲に示される高圧直流入力配線１０４と銅箔５０は、図示の関係上、一つの高圧電極１１に接続されているように表されているが、高圧直流入力配線１０４と銅箔５０は、各々別の高圧電極１１に接続されているものとする。
【００４０】
モータ外部接続リード７は、外部電源（高圧直流電圧など）とインバータＩＣ２とを電気的に接続するため、プリント基板１の反ステータ側の面に、コネクタ式ではなくリード線式として実装されている。例えばモータ６１が空気調和機等に搭載された場合、モータ６１の外郭に水分が付着する可能性がある。モータ外部接続リード７がコネクタ式の場合、この水分がコネクタ内の高低圧電極間に付着した際、これらの電極がショートする可能性がある。モータ外部接続リード７がリード線式の場合、このようなショートを回避することができ、モータ６１の信頼性を確保することができる。
【００４１】
ヒートスプレッダ１３は、高圧電極１１および低圧電極１２と同様に、銅箔５０と半田によって電気的、熱的、および機械的に接続されている。さらに、ヒートスプレッダ１３は、スルーホール５１に施された銅箔５０を介して、プリント基板１の反ステータ側の面に設けられた銅箔５０と熱的に接続されている。ここで、面実装のインバータＩＣ２は、そのパッケージサイズがホール素子６および過熱検知素子１４と比較して大きいことから、周囲のモールド樹脂４の成形時および成形後の熱収縮応力を大きく受けて半田切れが発生しやすい。しかしながら、ヒートスプレッダ１３を半田によって銅箔５０と機械的に強く接続することによって、インバータＩＣ２は、モールド樹脂４の熱収縮応力の影響を受け難くなる。従って、実施の形態１に係るインバータＩＣ２は、通常の回路電極（高圧電極１１および低圧電極１２等）のみの半田によって接続されるＩＣと比べて、プリント基板１との機械的接続強度が飛躍的に向上し、半田切れが軽減する。その結果、モールド樹脂４で成形されたモータ６１に電力変換装置６０を内蔵させることが可能となる。
【００４２】
また、ヒートスプレッダ１３は、プリント基板１のステータ側の面において銅箔５０と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール５１を介して反ステータ側の銅箔５０にも熱的に接続されている。これにより、インバータＩＣ２で発生した熱をプリント基板１の反ステータ側に放熱することができる。
【００４３】
また、ホール素子６が配設されたプリント基板１のステータ側の面には、過熱検知素子１４およびインバータＩＣ２が面実装されている。このように、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、これらの部品は、銅箔５０に塗布されたクリーム半田の再溶融による接続（リフロー半田）で、一度に電気的および機械的に接続可能である。また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板１の分割後（図６で詳説する）に半田を施す必要があるモータ外部接続リード７およびモータ端子５の接続用ランドに、半田を塗布しないこと（メタルマスクで半田の塗布を防ぐこと）が可能となる。
【００４４】
また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、プリント基板１の実装部品のうち、もっとも厚さのあるヒートスプレッダ１３を伴ったインバータＩＣ２を、ステータ側のプリント基板上に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ３を厚くして出力の大きいモータ６１を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ６１を得ることができる。
【００４５】
なお、上記説明では、プリント基板１に対して、ホール素子６、過熱検知素子１４、およびインバータＩＣ２等の面実装部品を、リフロー半田によって半田付けする例を説明したが、フロー半田（はんだ槽の上にプリント基板１を流して部品と基板の接合部に半田付けを行なう手法）によって実装するものとしてもよい。
【００４６】
（プリント基板１の材料取りについて）
図６は、本発明の実施の形態１に係るプリント基板１を１枚の基板から複数枚取り出すときにおけるメリットを説明するための図であり、図６には、一例として１枚の基板上に、実施の形態１に係るプリント基板１を成形した例が示されている。
【００４７】
実施の形態１に係るプリント基板１は、ステータ３の中性点結線３９（図４参照）を実装しないこと、および、１チップ半導体であるＩＣチップ２０上に複数の高圧素子が集積されたインバータＩＣ２を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が１／２以下となる半円弧状のプリント基板１を形成することができる。このとき、プリント基板１の内径部は、ベアリング（図示せず）を設けることができるよう、半円弧状に形成されている。
【００４８】
従来のプリント基板は、円環状に形成されているため、プリント基板の内周部（ベアリング直径に相当する部分）にインバータＩＣ２などの部品を配設することができない。従って、プリント基板の内周部は廃棄されていた。これに対し、実施の形態１に係るプリント基板１は、プリント基板１の内径部が半円弧状に形成されている。そのため、１枚の基板に複数のプリント基板１を成形する場合、各プリント基板１の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板１のプリント基板１の内周部が有効活用できる。換言すれば、１枚の基板に複数のプリント基板１を高密度で成形することができ、プリント基板１を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。
【００４９】
また、従来のプリント基板は、プリント基板の内周部が円環状に形成されているため、フロー半田を用いてこのプリント基板に電子部品を接続させるとき、半田槽の半田がこの貫通部を通して吹き上がる。この吹き上がりを防止するためには、フロー半田工程前に貫通部を塞ぐための板を施す工程が必要であり、また半田工程後にはこの板を外す工程も必要となる。これに対し、実施の形態１に係るプリント基板１は、円環状の内周部ではなく半円弧状の内径部を有するため、フロー半田により半田付けする場合、前述の工程を削減することができ、安価に製造することが可能である。
【００５０】
実施の形態１に係るプリント基板１では、インバータＩＣ２の背面（すなわちインバータＩＣ２とプリント基板１との間）に配設されたヒートスプレッダ１３が銅箔５０と接続され、その近傍に過熱検知素子１４が配設されているため、前記のようなさまざまな効果を得られる。ただし、このように構成した場合、インバータＩＣ２とプリント基板１との間や、インバータＩＣ２の周辺に別の配線用プリント基板銅箔（例えば図１に示される高圧直流入力配線１０４）を配置することができない。そのため、この高圧直流入力配線１０４をプリント基板１の反ステータ側の面に引き回す必要がある。ただし、プリント基板１の反ステータ側の面には、基板押さえ用の金型穴（図１の符号１００参照）が配置されているため、高圧直流入力配線１０４の配線可能領域が非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔５０のないプリント基板１では高圧直流入力配線１０４を実現することができず、たとえ反ステータ側に僅かな銅箔５０が存在する場合でも、この僅かな銅箔５０では高圧直流入力配線１０４を実現することができない。
【００５１】
一方、異電圧投入等の異常時に、インバータＩＣ２が上下短絡状態となった場合、短絡電流による温度上昇によって、直流電源配線の高圧側でもっとも細い導電体となるボンディングワイヤ２１（図２参照）が一般的に溶断破壊する。また、溶断時の発熱によって、ボンディングワイヤ２１と近接するＩＣチップ２０や金属リードフレーム２２も溶融破壊する。実施の形態１に係るプリント基板１における面実装品パッケージによれば、インバータＩＣ２の金属リードフレーム２２が従来のリードタイプに比べ短いため、溶融破壊が低圧電極１２および高圧電極１１を介して銅箔５０にも及ぶ。
【００５２】
実施の形態１に係るプリント基板１では、高圧電極１１からのモータ出力配線１０５（図１参照）を反ステータ側に迂回させることによって、プリント基板１のステータ側の面に配線スペースが設けられ、この配線スペースに高圧直流入力配線１０４が設けられている。そのため、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚（モールド樹脂４の肉厚）を薄くすることができる。その結果、モータ６１の軽量化および小型化を図ることが可能である。高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響とは、例えば、短絡電流により生じる音や光がプリント基板１の反ステータ側で生じることによって使用者に不安感を与えること等である。
【００５３】
なお、金型穴（１００）を成形後に、この金型穴を塞いだ場合でも同様の効果が得られることは言うまでも無いが、実施の形態１に係るプリント基板１によれば、この穴を塞ぐ工程を省くことができる。また、実施の形態１に係るプリント基板１によれば、金型穴（１００）が残らない加工方法を用いた場合でも、高圧直流入力配線１０４からモールド樹脂４の外郭までの間の距離を多くとることができるため、プリント基板１の反ステータ側に設けられた樹脂の肉厚が薄肉化され、モータ自体を薄くすることができる。
【００５４】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１に係るインバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０がヒートスプレッダ１３にマウントされているため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ１３に蓄熱されてＩＣチップ２０の過渡的な温度上昇が抑制される。
【００５５】
また、インバータＩＣ２では、ＩＣチップ２０とヒートスプレッダ１３が金属リードフレーム２２に近接配置され、さらにＩＣチップ２０がＩＣパッケージ２３と熱的および機械的に接続されている。そのため、ＩＣチップ２０からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム２２を介して高圧電極１１および低圧電極１２からＩＣチップ２０の外部に放熱され、さらにＩＣパッケージ２３を介してＩＣチップ２０の外部に放熱される。
【００５６】
実施の形態１に係るＩＣチップ２０は、絶縁性の高い絶縁分離層２９を設けることによって、複数の半導体単結晶島２７を同一チップ上に、島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。
【００５７】
また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム２２に実装して成るＩＣと比較して、小型化を図ることができるため、インバータＩＣ２本体を小型化することができる。
【００５８】
また、ＩＣチップ２０は、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらのチップを金属リードフレーム等によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置６０全体を著しく小さくすることができる。
【００５９】
また、ＩＣチップ２０は、一般的なＩＣ、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム２２に配置してボンディングワイヤ２１によって各半導体素子間の電気的接続をとるＩＣと比較して、アルミ配線２５の配置に自由度を持たせることができる。また、ＩＣチップ２０を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極１１と低圧電極１２とを分離して設けることが可能である。
【００６０】
また、実施の形態１に係る過熱検知素子１４は、インバータＩＣ２におけるＩＧＢＴ３４の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ１３に、近接配置されている。また、過熱検知素子１４は、銅箔５０を介して低圧電極１２と電気的および熱的に接続される。従って、過熱検知素子１４は、ＩＧＢＴ３４の温度を、精度良く検出することが可能となる。
【００６１】
また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、インバータＩＣ２は、プリント基板１のステータ側の面に配置されることに起因する温度上昇に伴うモータ６１の運転範囲の低下を抑制することができる。
【００６２】
また、インバータを構成する６個のＩＧＢＴ３４は、同一のシリコンチップであるＩＣチップ２０上に絶縁分離層２９に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このＩＣチップ２０は、ヒートスプレッダ１３と強い熱的接続を有する。そのため、ＩＣチップ２０上の各ＩＧＢＴ３４の発熱にばらつきが生じた場合でも、各ＩＧＢＴ３４は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各ＩＧＢＴ３４の温度分布が平滑化される。
【００６３】
また、上記の構成によって、各ＩＧＢＴ３４が別チップで構成される場合における各ＩＧＢＴ３４間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。
【００６４】
さらに、各ＩＧＢＴ３４における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子１４を配置する必要もなく、コストを低減することができる。
【００６５】
モータ外部接続リード７は、プリント基板１の反ステータ側の面にリード線式で実装されているので、モータ６１の外郭に水分が付着した場合における高低圧電極間のショートを回避することができ、モータ６１の信頼性を確保することができる。
【００６６】
インバータＩＣ２は、ヒートスプレッダ１３が半田により銅箔５０と機械的に強く接続されているため、通常の回路電極のみの半田による接続と比較して、プリント基板１との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。これによって、モールド樹脂４で成形されたモータ６１に電力変換装置６０を内蔵させることが可能となる。
【００６７】
また、ヒートスプレッダ１３は、プリント基板１のステータ側の面において銅箔５０と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール５１を介して反ステータ側の銅箔５０にも熱的に接続されている。これにより、インバータＩＣ２で発生した熱をプリント基板１の反ステータ側に放熱することができる。
【００６８】
また、インバータＩＣ２がプリント基板１のステータ側の面に配置されることによって、ヒートスプレッダ１３がベアリング９から遠い位置に配置されるため、電食現象が発生しにくいモータ６１を得ることができる。
【００６９】
また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、リフロー半田で一度に電気的および機械的に接続させることができる。また、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板１の分割後に半田を施す必要があるモータ外部接続リード７およびモータ端子５の接続用ランドには、メタルマスクを用いることで半田を塗布させないことが可能となる。また、半田の再溶融時に、その半田によってスルーホール５１が埋まってしまうことがなく、また、そのために別途スルーホール５１が半田によって埋まってしまわないようなマスキングテープの貼り付け工程および剥がし工程を削減できるという利点がある。このように、プリント基板１のステータ側の面に部品を面実装することによって、基板上における半導体素子等の半田付け作業が容易化され、加工費を削減することができ、かつ、基板と半導体素子等との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。
【００７０】
また、過熱検知素子１４の温度検知性能の向上によって、ヒートスプレッダ１３を伴ったインバータＩＣ２を、プリント基板１のステータ側の面に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ３を厚くして出力の大きいモータ６１を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ６１を得ることができる。
【００７１】
また、実施の形態１に係るプリント基板１は、ステータ３における中性点結線３９（図４参照）を実装しないこと、および、１チップ半導体であるＩＣチップ２０上に複数の高圧素子が集積されたインバータＩＣ２を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が１／２以下となる半円弧状のプリント基板１を形成することができる。
【００７２】
また、プリント基板１は、その内径部が半円弧状に形成されているため、１枚の基板に複数のプリント基板１を成形する場合、各プリント基板１の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板１を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。
【００７３】
また、実施の形態１に係るモータ６１は、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータ３へ供給する半導体モジュール（インバータＩＣ２）が実装されたプリント基板１を有する電力変換装置６０を内蔵したモータ６１であって、プリント基板１のステータ３と対向する面には、一端が外部電源の高圧入力線１７と電気的に接続され、他端がインバータＩＣ２の高圧電極１１と電気的に接続される高圧側配線１０４が配設されているので、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線１０４が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚（モールド樹脂４の肉厚）を少なくすることができる。その結果、モータ６１の軽量化および小型化を図ることが可能である。
【００７４】
実施の形態２．
（空気調和機２００の構成）
図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機２００の全体外観図であり、図８は、同空気調和機２００における室内機７０の横断面図である。
【００７５】
図７で示される空気調和機２００において、室内の壁に掛けられた室内機７０は、冷媒配管９０を介して、屋外に設置された室外機８０に接続されている。また、室内機７０には、後述する室内送風機７１が内蔵されており、室外機８０には、室外送風機８１が設置されている。
【００７６】
図８において、室内機７０は、主たる構成として、室内機７０の上面に備えられた吸込口７３と、室内熱交換器７２と、室内送風機７１と、吹出風路７４と、吹出口７５とを有して構成されている。室内熱交換器７２は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内送風機７１は、吸込口７３からの室内空気を吸込み、この空気を室内熱交換器７２を通過させて熱交換した調和空気とした上で室内に吹出す。室内熱交換器７２は、室内機７０の背面上部から前面中段付近に延設され、かつ、室内機７０の前面中段付近から前面下部に向けて折り曲げられ、室内送風機７１の前面側を囲うように設置されている。室内送風機７１は、室内機７０の長手方向に延びる態様で回転可能に設けられたラインフローファンである。そして、室内送風機７１の長手方向の端部には、室内送風機７１を回転駆動させるために、実施の形態１に係る電力変換装置６０が内蔵されたモータ６１（図１参照）が連結されている。また、室内送風機７１の下部には、調和空気が流通する吹出風路７４が形成されている。吹出口７５は、その吹出風路７４を流通してきた調和空気を外部に排出するために、室内機７０の下部に設けられている。
【００７７】
（空気調和機２００の室内機７０の基本動作）
次に、室内機７０の基本的な動作について説明する。使用者がリモコン等を操作することによって空気調和機２００の運転が開始されたとき、室内送風機７１に連結されたモータ６１が回転駆動し、その回転に連動して室内送風機７１が回転駆動する。この室内送風機７１の回転によって室内空気が吸込口７３から吸い込まれる。吸い込まれた室内空気は、室内送風機７１の連続的な回転によってさらに室内熱交換器７２を通過し、この室内熱交換器７２内部を流通する冷媒と熱交換される。室内熱交換器７２は、空気調和機２００が冷房運転を実施している場合には蒸発器として機能し、室内熱交換器７２の内部の冷媒が蒸発するため、通過する室内空気は冷却される。一方、空気調和機２００が暖房運転を実施している場合、室内熱交換器７２は、凝縮器として機能し、通過する室内空気は加熱される。このように、室内機７０に吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器７２を通過する際に、室内熱交換器７２によって熱交換され、使用者が要求する調和空気となる。室内熱交換器７２を通過した調和空気は、室内送風機７１の連続的な回転によって、吹出風路７４を通過して吹出口７５から室内に吹き出される。また、この室内送風機７１に連結されたモータ６１の回転数が変化することによって、吹き出される調和空気の風量が調整される。
【００７８】
（実施の形態２の効果）
以上に説明したように、実施の形態２に係る空気調和機２００は、室内送風機７１へ実施の形態１に係る電力変換装置６０を内蔵しモータ６１を搭載することによって、モータ６１が小型化された分だけ室内熱交換器７２のサイズを大きくすることができる。また、実施の形態２係る空気調和機２００は、異電圧投入等の異常時にモータ外部への影響を抑えるための樹脂が薄肉化されるため、小型化と軽量化を両立でき、省エネ性能が高く、かつ、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
【００７９】
また、実施の形態２に係る空気調和機２００は、高出力化された実施の形態１に係るモータ６１を搭載した場合（すなわちプリント基板１の反ステータ側の面におけるモールド空間その余裕分だけステータ３を厚くしたモータ６１を搭載した場合）、立ち上がり時の熱交換性能を高く取ることができ、短時間で設定温度に到達し、使用者の快適性を向上させるとができる。また、モータ６１の高出力化によって風速が上げられるので、室内の温度ムラを解消でき、使用者の快適性をより向上させることができると同時に、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
【００８０】
なお、上記で説明した図７および図８で示される空気調和機２００、特に室内機７０の構成は一例であり、これらによってその構成が限定されるものではない。実施の形態２の説明では、実施の形態１に係るモータ６１を室内機７０の室内送風機７１に用いた例に関して説明したが、実施の形態２に係る空気調和機２００は、これに限定されるものではなく、室外機８０の室外送風機８１にモータ６１を用いるように構成してもよい。
【００８１】
また、実施の形態１に係る電力変換装置６０は、全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を高圧直流電源３８として用いている。そのため、降圧電源を用いた３０Ｖ以下の低圧電源を用いた回路内蔵モータと比較して、ＳｉやＳｉＣ素子チップ短絡故障の時のワイヤとその周辺の破壊エネルギーは、桁違いに大きい。短絡故障時の高圧配線系の抵抗値をＲ、直流電源電圧をＶとすると、破壊時の発生熱量はＶ２／Ｒとなる。短絡故障時の抵抗は、チップ断面積の大きな高圧パワー素子の方が小さくなる方向であり、仮に同じとしても電源電圧は、５〜１０倍以上の差があり、破壊のエネルギーは、２５〜１００倍以上となる。その結果、モータや機器の外部に影響が出やすく、使用者に不安感を与えやすい。そのため、まず、破壊を起こさないことが求められる。万が一素子破壊が発生した場合にも、機器の外部にいる使用者がその影響を認知されないことで、より安心な機器がえられる。実施の形態１に係るプリント基板１は、前述したように、プリント基板１のステータ側の面に高圧直流入力配線１０４が設けられている。そのため、プリント基板１の反ステータ側の面に高圧直流入力配線１０４を通した場合に比べて、金型穴（１００）と高圧直流入力配線１０４との間の距離を多くとることができる。従って、実施の形態１に係るモータ６１が搭載された空気調和機２００は、短絡電流により生じる音や光がプリント基板１の反ステータ側で生じることがなく、使用者に対する異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
【００８２】
また、これまでの実施の形態では、インバータの主回路に１チップインバータＩＣ２を用いているが、高圧面実装タイプのマルチチップのインバータＩＣ２およびディスクリート主素子を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００８３】
また、ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。またこれらの素子では、上下短絡時のＯＮ抵抗がナローギャップのＳｉ半導体より低いため多く短絡電流が流れ、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線をステータ面に配置した効果がより高くなる。
【００８４】
また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、ヒートスプレッダ１３の小型化が可能であり、また、例えば冷却方式を水冷から空冷化することも可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。そのため金属リードフレーム２２は、Ｓｉ素子の場合に比べ短くなることから、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線１０４をステータ面に配置した効果が高くなる。
【００８５】
なお、スイッチング素子やダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよく、この実施の形態に記載の効果を得ることができる。
【００８６】
実施の形態１、２において、素子と各金属との熱的、電気的、および機械的接続を半田により行う場合について説明したが、他の金属や導電性樹脂等の素材を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００８７】
また、実施の形態１、２において、プリント基板１に銅箔５０を用いた両面スルーホール基板を用いたが、他金属や絶縁素材で構成された基材や、エッチング等により回路を構成しない基板を用いても、両面配線可能であれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００８８】
また、実施の形態１、２において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ６１は、換気送風機器に用いてもよい。例えば、室内空気を室外に吹き出す換気送風機器のモータとしてモータ６１を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。送風性能の向上は、浴室やトイレ等において短時間で湿気や臭気を排出したい場合等に特に有効である。
【００８９】
また、これまでの実施の形態において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ６１は、給湯器に用いてもよい。例えば、冷媒により水を加熱するための給湯器内送風機または給湯器内流体ポンプにモータ６１を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。高温高負荷性能の向上は、モータ周囲温度を高める要因となる高温の湯をポンピングする場合に特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明は、主に電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に適用可能であり、特に、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な発明として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１  プリント基板
２  インバータＩＣ（半導体モジュール）
３  ステータ
４  モールド樹脂
５  モータ端子
６  ホール素子
７  モータ外部接続リード
８  ロータ貫通用穴
９  ベアリング
９ａ  ベアリングハウジング
１０  ベアリング貫通穴
１１  高圧電極
１２  低圧電極
１３  ヒートスプレッダ
１４  過熱検知素子
１６  ロータ
１７  高圧入力線
１８  低圧入出力線
２０  ＩＣチップ（半導体チップ）
２１  ボンディングワイヤ
２２  金属リードフレーム（外部電極）
２３  ＩＣパッケージ
２５  アルミ配線
２６  酸化シリコン膜
２７  半導体単結晶島（半導体素子）
２８  多結晶シリコン
２９  絶縁分離層
３１  回転数出力線
３２  出力電圧指令入力線
３３  チャージポンプダイオード
３４  ＩＧＢＴ
３５ａ  上アーム駆動回路
３５ｂ  下アーム駆動回路
３８  高圧直流電源
３９  中性点結線
５０  銅箔
５１  スルーホール
６０  電力変換装置
６１  モータ
７０  室内機
７１  室内送風機
７２  室内熱交換器
７３  吸込口
７４  吹出風路
７５  吹出口
８０  室外機
８１  室外送風機
９０  冷媒配管
１０４  高圧直流入力配線
１０５  モータ出力配線
２００  空気調和機
【図１】
2013088518.tif 000003
【図２】
2013088518.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月19日(2014.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、
前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されていることを特徴とする電力変換装置内蔵モータ。
【請求項２】
前記基板のステータと対向する面の反対側面には、この反対側面を押さえる金型により樹脂の金型穴が形成され、
前記高圧側配線は、この金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項３】
前記高圧側配線は、この金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面において、前記金型穴から離れた位置に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項４】
前記半導体モジュールは、複数の半導体素子が形成された半導体チップを有し、
前記半導体チップは、金属ワイヤにて前記半導体モジュールの外部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項５】
前記半導体モジュールは、前記基板上に配置され、かつ、前記半導体モジュールの外部電極に近接して配置されたヒートスプレッダを有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項６】
前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項７】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
この室内機内に設置され、その吹出口から前記調和空気を送り出す室内送風機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
を備え、
前記室内送風機には、請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
【請求項８】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
この室外機内に設置され、外気をこの室外機内に送り込む室外送風機と、
を備え、
前記室外送風機には、請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
【請求項９】
冷媒により水を加熱するための送風機に、請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
【請求項１０】
冷媒により水を加熱するための流体ポンプに、請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする給湯器。
【請求項１１】
室内空気を室外に吹き出す換気送風機器であって、請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられていることを特徴とする換気送風機器。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月10日(2014.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、
前記基板のステータと対向する面の反対側面には、この反対側面を押さえる金型により樹脂の金型穴が形成され、
前記金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されている電力変換装置内蔵モータ。
【請求項２】
前記高圧側配線は、前記基板のステータと対向する面において、前記金型穴から離れた位置に配設されている請求項１に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項３】
前記半導体モジュールは、複数の半導体素子が形成された半導体チップを有し、
前記半導体チップは、金属ワイヤにて前記半導体モジュールの外部電極と電気的に接続されている請求項１または請求項２に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項４】
前記半導体モジュールは、前記基板上に配置され、かつ、前記半導体モジュールの外部電極に近接して配置されたヒートスプレッダを有する請求項３に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項５】
前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている請求項３または請求項４に記載の電力変換装置内蔵モータ。
【請求項６】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
この室内機内に設置され、その吹出口から前記調和空気を送り出す室内送風機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
を備え、
前記室内送風機には、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている空気調和機。
【請求項７】
調和空気を設置室内に吹き出す室内機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
この室外機内に設置され、外気をこの室外機内に送り込む室外送風機と、
を備え、
前記室外送風機には、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている空気調和機。
【請求項８】
冷媒により水を加熱するための送風機に、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている給湯器。
【請求項９】
冷媒により水を加熱するための流体ポンプに、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている給湯器。
【請求項１０】
室内空気を室外に吹き出す換気送風機器であって、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている換気送風機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置内蔵モータは、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、前記基板のステータと対向する面の反対側面には、この反対側面を押さえる金型により樹脂の金型穴が形成され、前記金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されている。
【国際調査報告】
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