(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込み口と吹出し口を有する箱体と、 
この箱体内に、熱交換器と、前記吸込み口から吸い込んだ室内空気を前記熱交換器を介して前記吹出し口へ送風する室内ファンと、前記室内ファンを駆動する室内ファンモータと、前記室内ファンモータを制御する回路基板を収容した電気品箱とを備え、 
前記室内ファンモータは、モータのロータと、電気巻線を有するステータとを有し、 
前記電気品箱は密閉構造を有し、該電気品箱内部には前記ステータに流れる電流を制御するインバータ回路を実装した回路基板が収容されており、
前記インバータ回路は、該インバータ回路を構成するスイッチング素子とダイオード素子のうち少なくとも１個以上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、半導体モジュールとして前記回路基板に実装されているとともに、
前記半導体モジュールには放熱フィンが取り付けられていないことを特徴とする空気調和機の室内機。 
【請求項２】
前記インバータ回路を構成する部品の表面、又は前記半導体モジュールの表面が前記電気品箱の筐体に直接接触するように前記回路基板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室内機。 
【請求項３】
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子とダイオード素子の全て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を特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機の室内機。 
【請求項４】
前記室内ファンモータの少なくともステータがモールドで覆われていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の空気調和機の室内機。 
【請求項５】
前記室内ファンモータのインバータ回路を正弦波駆動させることを特徴とする請求項１乃至４に記載の空気調和機の室内機。 
【請求項６】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和機の室内機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、室内ファンと、この室内ファンを回転駆動するファンモータとを備えた空気調和機の室内機に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機の室内機は室内ファンとしてラインフローファンを備え、このラインフローファンをファンモータにより回転駆動することにより、室内空気の空気調和を行っている。具体的には、室内機本体の吸い込み口から吸い込んだ気流を室内機内部に実装した熱交換器により空気調和した後、室内機本体の吹き出し口から室内空間へと吹き出すようになっていた。そして、このファンモータにはステータ、ロータといった回転機構と、モータの回転制御を行うインバータ回路を実装した制御基板が内蔵されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空気調和機の室内機はインバータ回路を有する制御基板をファンモータの筐体内部に内蔵したファンモータを使用していたので、制御基板とファンモータの回転機構とが筐体内部で近接して配置していた。この為、インバータ回路のスイッチング素子が高速スイッチング動作する時に発生する電磁ノイズによりファンモータの回転機構に電食が発生しやすいという課題があった。ここで、電食とはファンモータのベアリングに電圧が掛かり、放電を繰り返すことでベアリング内に傷が付き、異音が発生する現象である。
【０００５】
また、このインバータ回路のスイッチング素子はＳｉ（シリコン）半導体で作られていたので、高速スイッチング動作に伴いスイッチング素子からの発熱量が多かった。この為、スイッチング素子を冷却する手段として、ヒートシンクを実装したり、ファンモータ全体を耐熱性の高い部材で形成したモールドで密閉することなどが行われていた。この為、ヒートシンクを実装した場合にはファンモータ自体の小型化が難しく、ひいては室内機のサイズが大きくなる要因になっていた。また、耐熱性の高い部材で形成したモールドを使用した場合はモールドに要するコストが高くなるという課題があった。
【０００６】
また、従来の空気調和機の室内機は制御基板を内蔵したファンモータだけでなく、空気調和機全体の制御を担当する電子制御基板を内蔵した電気品箱を持っている。この為、電子制御関連の基板がファンモータ内部と電気品箱内部の２箇所に分散配置されることになる。この為、電子部品の発火源となりうる箇所が複数あることになり、安全対策が高コストになるという問題もあった。
【０００７】
電気品箱にすべての電子制御基板を収容しようとしても、電気品箱は延焼を防止するためほぼ密閉されている構造を取っており廃熱が十分できない為、動作時に高温になる素子、または高温時に正常動作できない素子は実装することができないという問題もあった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の目的は電食現象が発生しにくいファンモータを備えた空気調和機の室内機を得ることである。また、本発明の第２の目的はファンモータ自体の小型化を実現し、ひいては室内機本体の小型化を図ることである。また、本発明の第３の目的は安全対策に要する費用を低コストにした空気調和機の室内機を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の空気調和機の室内機は、  吸込み口と吹出し口を有する箱体と、  この箱体内に、熱交換器と、前記吸込み口から吸い込んだ室内空気を前記熱交換器を介して前記吹出し口へ送風する室内ファンと、前記室内ファンを駆動する室内ファンモータと、前記室内ファンモータを制御する回路基板を収容した電気品箱とを備え、  前記室内ファンモータは、モータのロータと、電気巻線を有するステータとを有し、  前記電気品箱は密閉構造を有し、該電気品箱内部には前記ステータに流れる電流を制御するインバータ回路を実装した回路基板が収容されており、前記インバータ回路は、該インバータ回路を構成するスイッチング素子とダイオード素子のうち少なくとも１個以上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、半導体モジュールとして前記回路基板に実装されているとともに、前記半導体モジュールには放熱フィンが取り付けられていないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の空気調和機の室内機は、室内ファンモータ駆動用のインバータ回路を密閉構造を有する電気品箱内に設けるようにしたので、室内ファンモータでの電食を発生しにくくすることができる。また、電気品箱に別途放熱フィンを実装する必要がない為、電気品箱の容積の増加が抑えられる。また、室内ファンモータ内部に室内ファンモータ駆動用のインバータ回路を実装した回路基板を実装しなくてすむ為、ファンモータ自体の小型化が実現できる。また、電子部品を電気品箱内にのみ収容するようにしたので、低コストで安全対策を実施することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における空気調和機の室内機の外形正面図。
【図２】実施の形態１における空気調和機の室内機の内部構成を示す図。
【図３】実施の形態１における電気品箱の外形を示す図。
【図４】従来のファンモータの構成を示す図。
【図５】実施の形態１におけるファンモータの構成を示す図。
【図６】実施の形態１における電気品箱内部の構成を示す図。
【図７】実施の形態１におけるインバータ回路の構成を示す図。
【図８】実施の形態２における電気品箱内部の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１.
実施の形態１における空気調和機の室内機について、図に基づいて構成及び動作を説明する。図１に空気調和機の室内機の外形正面図を示す。図１に示す室内機は、室内機の箱体１の上部に室内空気を吸い込む吸い込み口２を有する。なお、吸い込み口２は室内機の正面方向からは見えにくいため点線で図示してある。室内機の箱体１の下部には室内機内部で熱交換された気流を吹き出す為の開閉可能な吹き出し口３を有する。
【００１３】
図２は、室内機の箱体１の内部構成を示す図である。室内機１には、吸い込み口２から吸い込んだ気流と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器４と、吸い込み口２から室内の空気を吸い込み、この空気が熱交換器４に当たるように気流の流れを生成するラインフローファン５と、ラインフローファン５を回転させる室内ファンモータ６と、室内ファンモータ６の駆動制御、吹き出し口３から吹き出す気流の風速や風向の制御、及び室外機(図示していない)への給電や室外機への信号伝送等の制御を行う電気部品を内蔵した電気品箱７を備えている。
【００１４】
図３に電気品箱７の外形図を示す。電気品箱７は略直方体形状の一部に凹部７ａを設けた筐体を有し、この凹部７ａ部分に室内ファンモータ５を組み込むようになっている。図２では室内ファンモータ６のうち、電気品箱７の凹部７ａに組み込まれる部分は点線で示してある。
【００１５】
次に室内ファンモータ６について説明するが、比較のために従来の室内ファンモータの構造を最初に説明する。図４は従来の室内ファンモータ８の構造を示す図である。図４において中心線Ａ−Ａの上側半分は室内ファンモータ８内部の断面図を示している。従来の室内ファンモータ８は、モータ回転軸となるシャフト９と、シャフト９に接続されているモータのロータ部分１０、シャフト９を支えるベアリング１１、モータのロータ部分１０を回転させるための力を発生させる為の電気巻線を有するステータ１２、この回転させる力を発生させるためにステータ１２の電気巻線に流れる電流の制御を行う電子部品が実装された回路基板１３、モータ内部の部品全体を外部の外乱（環境ノイズ等）から守るとともに、回路基板１３の実装部品からの発熱に耐えうる部材で形成されたモータ全体を覆うモールド１４を備えている。回路基板１３と電気品箱７はコネクタ１５を介して、配線１６で接続されている。
【００１６】
回路基板１３には、ステータ１２に流れる電流を制御する室内ファンモータ駆動用インバータ回路を構成する電子部品が実装されている。インバータ回路の構成は後述するが、トランジスタ等の半導体によるスイッチング素子と、スイッチング素子に逆並列接続したダイオードを有し、モータ駆動電流を生成して、室内ファンモータ８を駆動する。なお
従来の室内ファンモータ８では、スイッチング素子及びダイオードには、Ｓｉ（シリコン）半導体が用いられている。
【００１７】
一般に、Ｓｉ半導体素子はスイッチングによる発熱量が多く、また素子の温度が１００℃程度の高温になると正常動作ができなくなるという特性を持っている。この為、Ｓｉ半導体素子を回路基板上に搭載する場合は、Ｓｉ半導体素子から発生する熱を逃がす手段が必要となる。この為、通常はＳｉ半導体素子に放熱用のフィンを付け、更に空気にさらすことで、半導体素子からの熱を逃がすことが行われる。従って、Ｓｉ半導体素子を回路基板上に搭載するためには、放熱のために放熱フィンを搭載するための容積と空冷作用による放熱のための空間が必須となる。
【００１８】
従来の室内ファンモータ８では回路基板１３に実装された電子部品で発生した熱をモールド１４経由で外に廃熱するようにしていた。このように、モールド１４自体を放熱フィンの代用にしている為、モールド１４は実装部品からの発熱に耐えうる材質の部材で構成する必要があった。
【００１９】
また、モータ駆動用インバータ回路のような電子回路は配線ショート等により発火源となる可能性がある。一方、電気品箱７内部にも空調機制御用の電子部品が内蔵されているため、従来の室内機には室内ファンモータと電気品箱の２箇所に発火対策を要する部分が存在してしまうことになる。この為、安全対策に要するコストが上昇するという問題がある。
【００２０】
仮に、発火対策が必要な基板を一箇所に集約しようとした場合、回路基板１３を電気品箱７内に収容することが考えられるが、そうすると、放熱フィンを設置するスペースと放熱のための空間を電気品箱７内部に設けることが必要となる。また、放熱フィンへの空気の流れを確保するために、電気品箱７の筐体に通風用の穴を設けざるを得なくなり、逆に電気品箱の火災安全性が低下することになってしまう。
【００２１】
また、従来の室内ファンモータは内部に回路基板を配置することにより、電食が発生しやすくなるという問題もある。ここで「電食」とは、室内ファンモータ８のモータのベアリング１１に電圧が掛かり、放電を繰り返すことで、ベアリングの内径に傷が付き、異音が発生する現象である。電食現象は室内ファンモータ８のようにモータのベアリング１１の近傍に電圧源であるモータ駆動用インバータ回路を内蔵している形態のモータで発生しやすい。
【００２２】
なお、電食は駆動用インバータ回路の制御方法によっても発生のし易さが変化するとされている。一般的な室内ファンモータでは、インバータ制御方式として、電食が発生し難い１２０度通電方式を使用していることが多い。１２０度通電方式は、正弦波駆動方式に比べ、モータを回転させる信号波形が乱れるため、モータ効率が低くなり、更に騒音や振動の原因となることもある。
【００２３】
次に、本実施形態での室内ファンモータ６の構造を図に基づいて説明する。図５は本実施形態での室内ファンモータ６の構造を示す図である。図５において、図４と同一又は対応する構成部分については同一符号を付してある。図５において中心線Ａ−Ａの上側半分は室内ファンモータ６内部の断面図を示している。室内ファンモータ６は、モータ回転軸となるシャフト９と、シャフト９に接続されているモータのロータ部分１０、シャフト９を支えるベアリング１１、モータのロータ部分１０を回転させるための力を発生させる為の電気巻線を有するステータ１２、モータ内部の部品全体を外部の外乱（環境ノイズ等）から守る為にモータ全体を覆うモールド１４を備えている。ステータ１２は後述する電気品箱７に内蔵のインバータ回路と配線１７で接続され、配線１７を介してステータ１２にモータ駆動電流が供給される。なお、従来の室内ファンモータ８に存在していた回路基板１３を室内ファンモータ６内部から取り除くことにより、室内ファンモータ６全体の外形を小型化している。
【００２４】
次に、電気品箱７の内部構成を図に基づいて説明する。図６は電気品箱７の内部構成を示す図である。電気品箱７は金属や難燃性の高い物質でほぼ密閉されており、室内機の吹き出し口３から吹き出す気流の風速や風向の制御、室外機(図示していない)への給電や室外機との連携動作等を制御するための電子部品を実装した回路基板１８と、室外機と室内機１を結ぶ信号線を取り付けるための端子台１９が内蔵されている。
【００２５】
また、電気品箱７には回路基板２０が設置され、この回路基板２０にはステータ１２の電気巻線に流れる電流を制御するインバータ回路２３を構成する電子部品を内蔵した半導体モジュール２１が実装されている。半導体モジュール２１が生成するモータ駆動電流は、コネクタ２２から信号線１７で電気品箱７から出力され、室内ファンモータ６のステータ１２に供給される。
【００２６】
電気品箱７には電源コンセント（図示していない）が電源ケーブルで接続され、電源ケーブルから供給される電力により動作する。電気品箱７は金属や難燃性の高い材質の部材でほぼ密閉されているので、電気品箱７内の電子部品においてたとえ電気的なショートが発生して発火した場合でも、電気品箱７の外部に火災が延焼しないようになっている。
【００２７】
図７に室内ファンモータ駆動用のインバータ回路２３の構成を示す。インバータ回路２３はトランジスタ等の半導体によるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の各々に逆並列接続したダイオードＤ１〜Ｄ６を有し、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を相互にオンオフ動作させることで母線端子ＰＮ間の直流電圧から信号線１７に流すモータ駆動電流を生成して、室内ファンモータ６を駆動する。ここで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されている。なお、図７ではスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６のゲート信号を生成する制御部等の回路については公知技術であるので図示していない。また、室内ファンモータ駆動用インバータ回路２３の制御方法は、センサ付き制御であっても、センサレス制御であってもいずれでも良い。
【００２８】
ワイドバンドギャップ半導体としては、ＳｉＣ(炭化珪素)、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ダイヤモンド等がある。ワイドバンドギャップ半導体素子はＳｉ半導体素子に比べると素子での損失が小さいため、素子から発生する発熱量が小さい。また、Ｓｉ半導体素子に比べ融点が高く２００℃以上であるので高温動作が可能である。また、熱伝導率も良いため、放熱用のフィンが無くても動作可能である。
【００２９】
電気品箱７はほぼ密閉されている状態にある為、空気の流れは制限され熱の対流も十分行われないため、Ｓｉ半導体素子のような高温動作ができない素子はインバータ回路用の素子としては使用できないが、ワイドバンドギャップ半導体素子であれば高温動作が可能であるため、電気品箱７内にも収容可能である。
【００３０】
ワイドバンドギャップ半導素子は放熱フィンが無くても、高温での動作が可能なため、ワイドバンドギャップ半導素子を実装した回路基板２０を電気品箱７内に収容しても、別途放熱フィンを実装する必要が無い。この為、回路基板２０を設置しても電気品箱７の容積の増加が抑えられるとともに、発火源となりうる回路基板を電気品箱７内部に集約して配置することができる。前述のように、電気品箱７は金属や難燃性の高い物質でほぼ密閉されているため、追加コストを掛けずに効果的に火災安全対策を実現できる。
なお、コネクタ２２を用いている部分から延焼しないようにコネクタ２２は難燃グレードが高い材料を使用する、または、コネクタ２２を出来るだけ小さくする等実施してほぼ密閉の状態を作るのが好ましい。
【００３１】
また、前記説明ではインバータ回路を構成するスイッチング素子及びダイオード素子のすべてがワイドバンドギャップ半導体で形成されているものとしたが、これに限る必要は無く、スイッチング素子またはダイオード素子のうち少なくとも１個以上の素子をワイドバンドギャップ半導体で形成されたものとしてもよい。
また、放熱用のフィンを設けない構成について説明したが、小型の放熱フィンを補助的に使用するようにしてもよい。
【００３２】
更に、回路基板２０が室内機の回路基板１８とは別に設置されているが、ワイドバンドギャップ半導体を用いたインバータ回路は小型化が可能であるため、室内機の回路基板１８上にスペースが空いている場合には、回路基板１８上に室内ファンモータ用のインバータ回路２３を構成する電子部品を内蔵した半導体モジュール２１を実装しても良い。
また、インバータ回路２３は半導体モジュール化されていなくても良く、スイッチング素子やダイオードなどの単機能の素子を並べた形態でも良い。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態１では、室内ファンモータ６から回路基板を取り除くことができるため、室内ファンモータ６を覆っているモールド１４の材料の難燃性のレベルを下げることが可能となり、コスト削減効果が期待できる。また、室内ファンモータ６の薄型化が実現できるため、ラインフローファン５、熱交換器４の幅を伸長することができ、空気調和機の空調性能アップが実現できる。
【００３４】
また、室内ファンモータ６内部にインバータ回路を実装しないようにしたので、室内ファンモータにおける電食を発生しにくくすることができる。また、モータ駆動の電圧源を室内ファンモータ６の配置場所から遠ざけることができるので、電食に対する耐性が向上する。このため、１２０度通電方式ではなく、正弦波駆動方式を使用することが可能となる。その結果、モータを回転させる波形を正弦波にすることができ、モータの回転が滑らかになる。よって、騒音、振動等が低減され、且つモータ効率を向上させることができる。
【００３５】
また、室内ファンモータ駆動用インバータ回路にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、室内ファンモータ駆動用インバータ回路をファンモータに内蔵させずに、室内機の電気品箱内に配置するようにしたので、発火源を１ヶ所に集約することができ火災安全対策が効果的に実現できる。
【００３６】
実施の形態２.
実施の形態１では、室内ファンモータ駆動用インバータ回路を実装した回路基板を電気品箱に収容する際、インバータ回路を含む半導体モジュールが実装された基板面を電気品箱の筐体とは反対側になるように配置したが、実施の形態２ではインバータ回路を含むモジュールの表面が電気品箱の筐体に直接接触するように回路基板を配置した。
【００３７】
以下、図８に基づいて説明する。図８は本実施の形態における電気品箱７の内部構成を示す図である。図７と同一又は対応する構成部分については同一符号を付してある。実施の形態１における電気品箱と同様に、電気品箱７内部には、回路基板１８、端子台１９、回路基板２０が設置されている。回路基板２０には室内ファンモータを制御するインバータ回路が収容された半導体モジュール２１が実装されている。本実施の形態では、回路基板２０は、半導体素子モジュール２１の表面が電気品箱７の筐体に直接接触するように配置されている。
【００３８】
電気品箱７は密閉性を高めるために金属や難燃性の高い材質で製造された筐体でほぼ囲われている。この為、半導体モジュール２１からの熱が直接筐体を介して放熱されるので、半導体モジュール２１の放熱が効率的に実現できる。また、こうすることにより、電気品箱７内部に放熱経路の為のスペースを別途確保する必要が無いので、電気品箱７内の配置スペースを有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  室内機の箱体、２  吸い込み口、３  吹き出し口、４  熱交換器、５  ラインフローファン、６  室内ファンモータ、７  電気品箱、８  従来の室内ファンモータ、９  シャフト、１０  モータのロータ、１１  ベアリング、１２  ステータ、１３  回路基板、１４  モールド、１５  コネクタ、１６  配線、１７  配線、１８  回路基板、１９  端子台、２０  回路基板、２１  半導体モジュール、２２  コネクタ、２３  インバータ回路
【図１】
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【図２】
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【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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