(57)【要約】【課題】ブラシレス直流モータに通電を行った場合に、インバータ回路を構成する６個のスイッチング素子の温度上昇の分布を均一にできるブラシレス直流モータの駆動装置を提供する。【解決手段】ブラシレス直流モータ２の三相のＹ結線された固定子巻線へ駆動電流を供給するインバータ回路８において、このインバータ回路８を構成する６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列順番を、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４の順番に１個のパッケージ素子２２内部に配列する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス直流モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相の固定子巻線へ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ供給するインバータ回路を有するブラシレス直流モータの駆動装置において、
前記インバータ回路には６つのトランジスタまたはＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が設けられ、
前記スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ４のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＵ相の駆動信号Ｉｕが出力され、
前記スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ５のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＶ相の駆動信号Ｉｖが出力され、、
前記スイッチング素子Ｑ３のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ６のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＷ相の駆動信号Ｉｗが出力され、
前記各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のコレクタ端子またはドレイン端子は、電源ラインを介して直流電源の正極に接続され、
前記各スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のエミッタ端子またはソース端子は、電源ラインを介して前記直流電源の負極に接続され、
前記６個のスイッチング素子を取付け対象物に配列する場合に、隣合わせた２個のスイッチング素子の通電がなく、かつ、最も離れた２個のスイッチング素子の通電がないように配列する
ことを特徴とするブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項２】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項３】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ４の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項４】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ４、Ｑ５の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項５】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ５の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項６】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ４、Ｑ６の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項７】
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の順番に配列する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項８】
前記取付け対象物が配線基板であり、
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を前記配線基板に順番に配列する
ことを特徴とする請求項１から７のうち一項に記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【請求項９】
前記取付け対象物が１個のパッケージ素子であり、
前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を前記パッケージ素子の内部に順番に配列する
ことを特徴とする請求項１から７のうち一項に記載のブラシレス直流モータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流モータの駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレス直流モータ（以下、単にモータという）の駆動装置において、モータの温度の過度の上昇を防止するために、モータの温度が基準温度以上になると、モータを駆動するインバータ回路のスイッチング素子のオン期間を制限して、モータに供給される駆動電流を抑制して、モータの温度が上昇するのを防止するモータの駆動回路が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２０１２８０号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のモータの駆動回路の中のインバータ回路が、１個のパッケージ素子になっているものについては、その内部にスイッチング素子を構成するチップが配列されている。
【０００５】
そして、モータを駆動するために通電したときに、通電を行うロジックによっては、パッケージ素子において、温度が上昇する箇所と、上昇しにくい箇所ができる場合がある。
【０００６】
特に、モータがロックした状態のときに、隣合った２つのスイッチング素子に通電して部分的な温度上昇を招く恐れがあるため、上記のような温度上昇を防止する回路構成だけでなく、温度保護の検出箇所を増やすか、使用能力を制限するなどの必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ブラシレス直流モータに通電を行った場合に、インバータ回路を構成する６個のスイッチング素子の温度上昇の分布を均一にできるブラシレス直流モータの駆動装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ブラシレス直流モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相の固定子巻線へ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ供給するインバータ回路を有するブラシレス直流モータの駆動装置において、前記インバータ回路には６つのトランジスタまたはＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が設けられ、前記スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ４のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＵ相の駆動信号Ｉｕが出力され、前記スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ５のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＶ相の駆動信号Ｉｖが出力され、、前記スイッチング素子Ｑ３のエミッタ端子またはソース端子と前記スイッチング素子Ｑ６のコレクタ端子またはドレイン端子の接続点からＷ相の駆動信号Ｉｗが出力され、前記各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のコレクタ端子またはドレイン端子は、電源ラインを介して直流電源の正極に接続され、前記各スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のエミッタ端子またはソース端子は、電源ラインを介して前記直流電源の負極に接続され、前記６個のスイッチング素子を取付け対象物に配列する場合に、隣合わせた２個のスイッチング素子の通電がなく、かつ、最も離れた２個のスイッチング素子の通電がないように配列することを特徴とするブラシレス直流モータの駆動装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ４の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ４、Ｑ５の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ５の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１３】
請求項６の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ４、Ｑ６の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１４】
請求項７の発明は、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の順番に配列することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１５】
請求項８の発明は、前記取付け対象物が配線基板であり、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を前記配線基板に順番に配列することを特徴とする請求項１から７のうち一項に記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１６】
請求項９の発明は、前記取付け対象物が１個のパッケージ素子であり、前記６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を前記パッケージ素子の内部に順番に配列することを特徴とする請求項１から７のうち一項に記載のブラシレス直流モータの駆動装置である。
【００１７】
【作  用】
請求項１のブラシレス直流モータの駆動装置であると、インバータ回路を構成する６個のスイッチング素子に矩形波通電で通電を行った場合に、隣合わせた２つのスイッチング素子の間に通電がなく、最も離れた２つのスイッチング素子の間に通電がないため、このインバータ回路において温度上昇の分布を均一に抑えることができる。
【００１８】
そして、隣合わせた２つのスイッチング素子の通電がないことと、最も離れた２つのスイッチング素子の通電がないことを実現するために、請求項１から７に記載された６通りの配列を用いることにより実現することができる。
【００１９】
請求項８のブラシレス直流モータの駆動装置であると、１個のパッケージ素子の温度分布を均等にすることができる。
【００２０】
請求項９のブラシレス直流モータの駆動装置であると、配線基板に配線された６個のスイッチング素子の温度分布を均等にすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例であるブラシレス直流モータ（以下、単にモータという）２の駆動装置１について説明する。
【００２２】
このモータ２は、電動工具、ファン装置、エアコンディショナーなどの駆動源として用いられる。
【００２３】
（１）モータ２の駆動装置１の構成
図１に基づいてモータ２の駆動装置１の構成について説明する。
【００２４】
モータ２は、３相であって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが供給される３本の固定子巻線３，４，５を有する固定子と一対の磁極を有する永久磁石等からなる回転子６を備えている。
【００２５】
また、モータ２は、回転子６の回転速度を検出するためにホール素子等から構成され、各相毎の磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する磁極検出素子７を備えている。
【００２６】
駆動装置１は、インバータ回路８とゲートドライブ回路９と三相分配回路１０とＰＷＭ回路１２とロック検知回路１５と直流電源２０とから構成されており、１２０°矩形波通電によるバイポーラ駆動を行う。
【００２７】
モータ２のＹ結線された固定子巻線３，４，５はＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ供給するインバータ回路８に接続されている。このインバータ回路８には６つのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が設けられている。各トランジスタＱ１〜Ｑ６とそれぞれ並列にダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６が設けられている。各ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードは、各トランジスタＱ１〜Ｑ６のエミッタ端子に接続され、トランジスタＱ１〜Ｑ６は直流電源２０に接続されている。
【００２８】
上段のトランジスタＱ１のエミッタ端子と下段のトランジスタＱ４のコレクタ端子、上段のトランジスタＱ２のエミッタ端子と下段のトランジスタＱ５のコレクタ端子、上段のトランジスタＱ３のエミッタ端子と下段のトランジスタＱ６のコレクタ端子の各接続点からＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがそれぞれ出力される。
【００２９】
上段の各トランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタ端子は、電源ライン１８を介して直流電源２０の正極に接続されている。また、下段の各トランジスタＱ４〜Ｑ６のエミッタ端子は、電源ライン１９を介して直流電源２０の負極に接続されている。
【００３０】
磁極検出素子７は、三相分配回路１０に接続されている。三相分配回路１０の出力は、ゲートドライブ回路９に入力する。
【００３１】
ゲートドライブ回路９は、各トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６をオン／オフする制御信号を、各ベース端子へ出力する。
【００３２】
三相分配回路１０には、ＰＷＭ（パルス幅変換）回路１２とロック検知回路１５とが接続されている。
【００３３】
ＰＷＭ回路１２では、速度指令入力部１１からの信号が三角波発生回路１３からの三角波と比較回路１４で比較され、所定の回転速度に対応したオン期間のＰＷＭ信号が三相分配回路１０へ出力される。
【００３４】
ロック検知回路１５は、例として、モータ２の回転速度を検出し、各固定子巻線３、４、５に駆動電流が供給されているにも関わらず、検出された回転速度が異常に低いとき、ロック信号を出力するような回路である。モータ２がロックした場合、ロック検知回路１５はロック信号を出力し、三相分配回路１０は、このロック信号に基づいて電流制限信号を出力する。一方、モータ２がロックしていない通常の回転状態である場合、三相分配回路１０は、モータ２への通電オン信号を出力する。
【００３５】
これにより、ゲートドライブ回路９は、モータ２がロックしていないとき、所定の回転速度に対応するタイミングで各トランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
【００３６】
また、三相分配回路１０は、モータ２のロック状態が検知されると、ゲートドライブ回路９を介して、各トランジスタＱ１〜Ｑ６を遮断し、モータ２の回転を停止させる。
【００３７】
（２）６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列構成
上記で説明したインバータ回路８における６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、図２に示すように１個のパッケージ素子２２内部に順番に配列されている。
【００３８】
このパッケージ素子２２が、ゲートドライブ回路９や三相分配回路１０やロック検知回路１５やＰＷＭ回路１２を構成した不図示の配線基板にハンダ付けで電気的に接続されている。
【００３９】
パッケージ素子２２内部における６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列の順番は、図２に示すように、左側から順番にＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４の順番に配列されている。
【００４０】
（３）６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列理由
上記のように６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６を配列した理由を、従来の配列方法と比較して図３から図５に基づいて説明する。
【００４１】
図３は、本実施例の６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６を配列した状態を表した図と表であり、図４は、従来の配列を表した図と表である。
【００４２】
図３において、トランジスタＱ１〜Ｑ６は、上記で説明したように、左側から順番にＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４の順番に配列されている。そして、この状態において、モータ２を回転させるために１２０°通電矩形波駆動を行うＮｏ．１〜６の六通りの通電パターンを図３の下の表に示している。この表において通電されているトランジスタをハッチングで示している。
【００４３】
例えば、Ｎｏ．３の通電パターンを図５の回路図に基づいて説明する。
【００４４】
トランジスタＱ２を流れた電流がＶ相の固定子巻線にＩｖとして流れ、中点を通ってＵ相の固定子巻線にＩｕの電流として流れ、トランジスタＱ４に流れる。
【００４５】
この場合に、図３の下の表のＮｏ．３に示すように、トランジスタＱ２とトランジスタＱ４が通電され発熱する。しかしながら、トランジスタＱ２とトランジスタＱ４とは隣合ったものでなく、また、最も離れたトランジスタでもない。
【００４６】
そして、Ｎｏ．１からＮｏ．６においても、通電によって発熱する２個のトランジスタは、図３の下の表に示すように隣合ったトランジスタでなく、かつ、最も離れたトランジスタではないため、モータ２を回転させても、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６における発熱状態が均一となり、パッケージ素子２２における温度分布が均一となる。
【００４７】
これに対し、図４における従来例のトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列パターンについて説明する。
【００４８】
従来例のトランジスタＱ１〜Ｑ６の配列パターンは、左側から順番にＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の順番に並んでいる。
【００４９】
そのため、モータ２に通電を行うと、図４の下の表に示すように、Ｎｏ．３の通電状態、すなわち、図５における通電状態においては、隣合ったトランジスタＱ２とＱ３が通電されて発熱されて、この付近で温度上昇が大きくなる。Ｎｏ．６においても同様である。また、Ｎｏ．２においては最も離れた２個のトランジスタＱ１とＱ６が発熱するため、中央部分のＱ２からＱ５の部分に発熱がなく、均一の温度分布とならない。
【００５０】
従って、従来例の配列パターンでは、１個のパッケージ素子２２における温度分布が不均一となり、温度上昇する部分が大きくなるという問題点がある。
【００５１】
しかしながら、上記したように本実施例ではこのような不均一な温度分布が発生せず、一部分のみ温度が上昇することがない。
【００５２】
そのため、温度保護のための検出箇所を増やしたり、使用能力を制限する必要がない。
【００５３】
（４）その他の配列方法
本発明の目的である隣合った２個のトランジスタが通電されず、かつ、最も離れた２個のトランジスタが通電されない条件を満たす配列方法は上記の実施例の第１の配列方法以外に下記の５通りがある。
【００５４】
第２の配列方法は、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ４の順番に配列するものである。
【００５５】
第３の配列パターンは、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ６、Ｑ４、Ｑ５の順番に配列するものである。
【００５６】
第４の配列パターンは、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ５の順番に配列するものである。
【００５７】
第５の配列パターンは、Ｑ３、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ４、Ｑ６の順番に配列するものである。
【００５８】
第６の配列パターンは、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の順番に配列するものである。
【００５９】
なお上記６つの配列パターンは左から順番に説明したが、右から順番に上記の順番で配列してもよい。
【００６０】
（変更例１）
上記実施例では１個のパッケージ素子２２内部に６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６を配列する場合について説明したが、これに代えて、図６に示すように配線基板２４の上に６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６を配列する場合についても、上記と同様の配列パターンを採れば、配線基板２４の温度分布が均一となる。
【００６１】
（変更例２）
上記実施例では、ベース端子、コレクタ端子、エミッタ端子を持つトランジスタについて説明したが、これに代えて、ゲート端子、ソース端子、ドレイン端子を有するＦＥＴを用いたインバータ回路８であってもよい。なお、図６において、他の部品の配線についての図示は省略している。
【００６２】
【発明の効果】
以上により本発明のブラシレス直流モータの駆動装置であると、６個のスイッチング素子の温度上昇の分布を均等に抑えることができるため、ブラシレス直流モータの温度保護の検出位置を減らすなどの効果を得ることができ、コストも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す駆動装置の回路図である。
【図２】６個のトランジスタを１個のパッケージ素子に内蔵した状態の正面図である。
【図３】本実施例における６個のトランジスタの配列パターンと、通電パターンを示す図である。
【図４】従来例の６個のトランジスタの配列パターンと通電パターンを示す図である。
【図５】図３及び図４におけるＮｏ．３の通電パターンにおけるインバータ回路８の状態を示す回路図である。
【図６】変更例１の配線基板の平面図である。
【符号の説明】
１  駆動装置
２  モータ
３〜５  固定子巻線
８  インバータ回路
２０  直流電源
Ｑ１〜Ｑ６  トランジスタ
【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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