(57)【要約】【課題】モータ制御ＬＯＧＩＣを内蔵した高耐圧プリドライブＩＣにより部品数を減じ、ブラシレスモータの駆動装置の簡易構成化・小型化と前記駆動装置を内蔵したブラシレスモータを小型化を可能とする。【解決手段】ブラシレスモータの駆動装置のゲートドライバＩＣチップとプリドライブＩＣチップをエポキシモールド樹脂で一体成型し、１つの高耐圧プリドライブＩＣとしたことで、駆動装置の具現化であるプリント配線板上の主要部品は、前記高耐圧プリドライブＩＣ並びにＭＯＳＦＥＴと周辺受動部品だけという簡単な構成とした。【選択図】図５
2007185013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のブラシレスモータの駆動コイルに電力を供給する複数のＭＯＳゲートスイッチ素子と、前記スイッチ素子のゲートに作用してＯＮ／ＯＦＦ制御を行う複数のゲートドライバＩＣと、前記ゲートトライバＩＣへＰＷＭ信号を出力するプリＩＣと、周辺部品である抵抗、コンデンサと、リード線を設けたプリント配線板で構成された駆動装置を内蔵したブラシレスモータであって、
前記駆動装置の複数のゲートドライバＩＣチップ、プリドライブＩＣチップをエポキシモールド樹脂で一体成型し、１つの高耐圧プリドライブＩＣとしたことで、前記プリント配線板上の主要部品は、前記高耐圧プリドライブＩＣ並びに複数のスイッチ素子と周辺受動部品だけという簡単な構成としたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
駆動装置の複数のＭＯＳゲートスイッチ素子をエポキシモールド樹脂で一体化しＭＯＳアレイとしたことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
駆動装置の複数のゲートドライバＩＣとプリドライブＩＣをエポキシモールド樹脂で一体成型して１つ高耐圧プリドライブＩＣとし、前記高耐圧プリドライブＩＣとしないブラシレスモータの外郭周囲の直径が８７ｍｍ以上であるのに比べ、ブラシレスモータの外郭周囲直径８７ｍｍ以下に小型化したことを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記高耐圧プリドライブＩＣの構成要素であるゲートトライバＩＣの出力端子を、ソース出力とシンク出力の２出力端子にしたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記駆動装置の構成要素であるＭＯＳアレイに内蔵されるＭＯＳゲートスイッチ素子のゲートにコンデンサを内蔵したことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータ及びブラシレスモータ内蔵プリント配線板の小型化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルームエアコンディショナー等、各種家電機器の送風ファン用途に供される軸出力２０〜５０Ｗ程度の小型ブラシレスモータには、プリント配線板上に各種電子部品を配して構成した駆動装置をモータに内蔵したものが一般的である。
【０００３】
図１０１は従来技術の１例を示すもので、図１２は、従来の３相ブラシレスモータ１０１の外観図、図１３は内部の構造を示す断面図、図１４は駆動装置１０６の回路構成図、図１５は、前記駆動装置１０６を具現化したプリント配線板組立１０７であり。図１６は、前記駆動装置１０６の主要構成要素であるＭＯＳＦＥＴと高耐圧ゲートドライバＩＣ（ＨＶＩＣ）との接続の詳細を１相分だけ示した回路構成図である。
【０００４】
スイッチング素子として用いられているＭＯＳＦＥＴにはアバランシェ耐量を有ししているので、図１４のモータ電力供給用直流電源１０９の正側出力ＶｄｃにサージなどＭＯＳＦＥＴ耐圧を超えるパルス状の過電圧が重畳しても前記内であれば前記ＭＯＳＦＥＴは破壊することがないという信頼性面での大きな効果があるが、一方では、図１６に示すようにＨＶＩＣとＭＯＳＦＥＴゲート間には、ＭＯＳＦＥＴのｄＶ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔや、ＯＮ／ＯＦＦ遅延時間を所望の値にする目的で、少なくとも、抵抗、コンデンサ、ダイオードの受動部品が各ゲートに６個必要で、３相モータ駆動のためには６×６すなわち３６個の受動部品が必要になる。したがって、図１５に示すプリント配線板組立には、ＭＯＳＦＥＴ６チップを１パッケージ化したＭＯＳＦＥＴアレイ１１０、ＨＶＩＣ１１１が３個、プリドライブＩＣ１１２の他に多数の図示しない受動部品がはんだづけ実装されており、総数の一例では、１００個ほどにもなり、プリント配線板の一層の小型化を困難にしている。
【０００５】
その他にＭＯＳＦＥＴではなく駆動装置をモノリシックＩＣ化したものや、ＭＯＳＦＥＴと高耐圧ゲートドライバＩＣ（ＨＶＩＣ）を一体化したパワーモジュールがあるが、一体モジュール化や、１チップＩＣ化にはＩＣやモジュールの空間的制約から適用可能なモータの定格ワット数が限られたり、ＭＯＳＦＥＴの遅延時間などの諸特性が制約されるという設計上の課題があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−２７０６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、ＭＯＳＦＥＴを用いてブラシレスモータに内蔵する駆動装置を具現化する場合には、部品数が多く、小型化ができないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、駆動装置の複数のゲートドライバＩＣとプリドライブＩＣをエポキシモールド樹脂で一体成型し、１つの高耐圧プリドライブＩＣとしたことで、前記プリント配線板上の主要部品は、前記ＭＯＳＦＥＴ並びに高耐圧プリドライブＩＣと周辺受動部品だけという簡単な構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高耐圧プリドライブＩＣ内蔵ブラシレスモータは、上記構成を有し、アバランシェ耐量を有するＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子としながら、駆動装置を具現化するプリント配線板上の電子部品数の低減と、前記プリント配線板の小型を果たし、ブラシレスモータ自体の小型に寄与しうる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明のブラシレスモータの外観図であり、ステータモールド組立３に蓋状のブラケット４、そしてシャフト５が突出し、前記ステータモールド組立３の側面からリード線組立２が伸びている。
【００１１】
図２は、本発明のブラシレスモータの断面図であり、駆動コイル２１を配したステータコア２０を不飽和ポリエステル樹脂で一体成型したステータモールド組立３に、シャフト５に軸受け１４、ロータヨーク１８、マグネット１７を配したロータ組立１９を収め、その上にＭＯＳＦＥＴアレイ１０、高耐圧プリドライブＩＣ５１、ロータ磁極位置センサ２５と図示しない周辺部品をはんだづけ実装したプリント配線板１３を配置し、その上に絶縁板１５を置き、ブラケット４で蓋をした構造を有する。前記パワーモジュール１０と前記ブラケット４の空隙部には、放熱シリコン１６を充填した構成である。
【００１２】
図３は、本発明のブラシレスモータの駆動装置６の回路構成図であり、磁極位置センサ２５、プリドライブＩＣ１２と３個のＨＶＩＣ１１とを一体化した高耐圧プリドライブＩＣ５１と、６個のＭＯＳＦＥＴ８を含むＭＯＳＦＥＴアレイ１０で構成され、高電圧直流電源９、制御電源２３、速度制御信号源２４からの出力が、前記ブラシレスモータの駆動装置６の各入力端子に接続され、出力端子には、３相結線された駆動コイル２１が接続される構成である。
【００１３】
図４は、高耐圧プリドライブＩＣ５１の断面図であり、フレーム２８に接着固定されたＨＶＩＣ１１とプリドライブＩＣ１２が相互間またはリード電極２７間をボンディングワイヤ３０で接続し、かつエポキシ樹脂２９にて一体成型した構成である。
【００１４】
図５は、プリント配線板組立７の平面図であり、プリント配線板１３上には、主要構成部品としてＭＯＳＦＥＴアレイ１０並びに高耐圧プリドライブＩＣ５１を配した構成である。
【００１５】
図６は、本発明の外郭周囲直径７８±５ｍｍの径小ブラシレスモータの駆動装置を具現化した直径６８±５ｍｍの径小プリント配線板組立３１であり、実施の形態１の図５のプリント配線板の直径が８１±５ｍｍに比較して直径を小さくした径小プリント配線板１３ａに主要構成部品としてＭＯＳＦＥＴアレイ１０並びに高耐圧プリドライブＩＣ５１を配した構成である。
【００１６】
図７は、本発明の径小ブラシレスモータ３２の断面図であり、図６の径小プリント配線板組立３１を内蔵し、モータ外郭の直径を実施の形態１のブラシレスモータ１に比較して小さくした構成である。
【００１７】
図３は、本発明のブラシレスモータの駆動装置の回路構成図３のプリドライブＩＣ１２とＨＶＩＣ１１を含む高耐圧プリドライブＩＣ５１と、ＭＯＳＦＥＴ８の１相分の詳細構成図であり、ＭＯＳＦＥＴ８はゲートコンデンサ３７を含み、ＨＶＩＣ１１の出力端子は、ハイサイド側がＨＯｓｏとＨＯｓｉ、ロウサイド側がＬＯｓｏとＬＯｓｉの２出力となっており、各出力端子とＭＯＳＦＥＴのゲート間には、各々第一のゲート抵抗３８、第二
のゲート抵抗３９を介して接続される。
【００１８】
図３の本発明のブラシレスモータの駆動装置の詳細構成図で、ＭＯＳＦＥＴ８のゲートコンデンサ３７の静電容量値、ＨＶＩＣ１１の出力端子に接続される、第一のゲート抵抗３８、第二のゲート抵抗３９の抵抗値を、任意に設定することで、前記ＭＯＳＦＥＴ８のＯＮ／ＯＦＦ遅延時間を所望の値に設定可能とした。
【００１９】
次に本発明の具体例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図３の本発明のブラシレスモータの駆動装置６の回路構成図において、ロータ磁極位置センサ２５は、ロータ組立２９のマグネット１７の磁極位置情報をプリドライブＩＣ１２へ入力する。前記プリドライブＩＣ１２は、ＰＷＭ信号をＨＶＩＣ１１へ入力し、前記ＨＶＩＣ１２は、入力された信号を増幅出力してＭＯＳＦＥＴ８の各ゲートへ作用することで、前記ＭＯＳＦＥＴ８をＯＮ／ＯＦＦ制御して駆動コイルへ、高圧直流電源９から電力供給を行う。
【００２１】
以上のような動作を行うブラシレスモータの駆動装置６の構成要素でプリドライブＩＣ１２とＨＶＩＣ１１は、図４に示すようにエポキシ樹脂２９で一体成型さ高耐圧プリドライブＩＣ５１を成す。前記ＭＯＳＦＥＴアレイ１０と前記高耐圧プリドライブＩＣ５１の２つの主要構成要素と図示しない周辺部品及びリード線組立２は、プリント配線板１３に設けられてプリント配線板組立７を成すことでブラシレスモータの駆動装置６は、簡単な構成で具現化される。前記プリント配線板組立７は、図２の断面図に示すようにブラシレスモータ１の内部に組み込まれて、図１に示す本発明の高耐圧プリドライブＩＣ内蔵ブラシレスモータを成す。
【実施例２】
【００２２】
図６において、径小プリント配線板組立３１は、主要構成要素ＭＯＳＦＥＴアレイ１０と高耐圧プリドライブＩＣ５１は変更することなく、図５のプリント配線板組立７のプリント配線板１３の外形を小さくしたもので、前記径小プリント配線板組立３１を図７の断面図に示すようにブラシレスモータの駆動装置として供することにより、ブラシレスモータ自体の外径を図１又は図２に示すブラシレスモータ１に比較して径小化した径小ブラシレスモータ３２の具現化を可能とした。図７ではモータ外径のみ小型したが、ロータ組立１９のマグネット１７、ロータヨーク１８を小型化してもよい。
【実施例３】
【００２３】
図８に示すＨＶＩＣ１１及びＭＯＳＦＥＴ８のＯＮ／ＯＦＦ動作を示す図が図９であり、時刻ｔ＜ｔ１では、第一、第三のスイッチ４０、４２はＯＰＥＮ、第二、第四のスイッチ４１、４３はＣＬＯＳＥであり、ＱＡ、ＱＢのゲート電圧ＶＧａ、ＶＧｂがＬを維持しＭＯＳＦＥＴＱA、ＱBはＯＦＦ状態である。時刻ｔ＝ｔ１になりＨＩＮに入力されるＰＷＭ信号がＬからＨへ切り替わると、第二のスイッチ素子４１がＯＰＥＮに、第一のスイッチ素子４０がＣＬＯＳＥになり、ブートコンデンサ３６の蓄積電荷が、ＭＯＳＦＥＴＱAのゲートに供給されるが、第１のゲート抵抗３８とゲートコンデンサ３７によりＶＧａはある時定数で立ち上がる。ＶＧａがＭＯＳＦＥＴＱAのスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに達したｔ＝ｔ１’のとき、前記ＭＯＳＦＥＴＱAはＯＮする。前記ＭＯＳＦＥＴＱAのＯＮにより駆動コイル２１へ高圧直流電源（Ｖｄｃ）から電力供給が行われる。次に時刻ｔ＝ｔ２になりＨＩＮに入力されるＰＷＭ信号がＨからＬへ切り替わると、第一のスイッチ素子４０がＯＰＥＮ、第二のスイッチ素子４１がＣＬＯＳＥし、ゲートコンデンサ３７と第二のゲート抵抗３９によりある時定数でＶＧａは立ち下がり、ＶＧａがＭＯＳＦＥＴＱAのスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを下回ったｔ＝ｔ２’のとき前記ＭＯＳＦＥＴＱAはＯ
ＦＦする。以後時刻ｔ３以降のＭＯＳＦＥＴＱBのＯＮ／ＯＦＦ動作も同様であるので説明は省略する。
【００２４】
図１０は、図９の時刻ｔ１を拡大し、かつ駆動コイル端子電圧ＶＵの変化を追記した図である。時刻ｔ１でＨＩＮがＬからＨに切り替わるとヒステリシスコンパレータ４５、レベルシフト手段４４、第一のスイッチ素子４０の伝達時間経過後ｔ１１でＶＧａは立ち上がり始める。（図９では前記伝達時間は省略した。）
次に時刻ｔ１’でＶＧａはＶｔｈに達し、ＭＯＳＦＥＴＱAはＯＮするが、実際にはＶｔｈには、ＭＯＳＦＥＴＱA自身がＯＦＦからＯＮに至る時間すなわち駆動コイル端子電圧ＶＵは図中では０ＶからＶｄｃに変化するある幅ΔＶｔｈが存在する。駆動コイル端子電圧ＶＵが０ＶからＶｄｃに変化する電圧変化率ｄＶ／ｄｔは、ＶＧａがΔＶｔｈ通過に要する時刻ｔ１２からｔ１３が短いほどｄＶ／ｄｔは大となり、逆にｔ１２からｔ１３が長いほどｄＶ／ｄｔは大となる。ＶＧａがｔ１２からｔ１３へ至る時間は第１のゲート抵抗３８の抵抗値とゲートコンデンサ３７の静電容量値で定める時定数によることはいうまでも無い。たとえば家電機器などにモータを供する場合では、ｄＶ／ｄｔを２ｋＶ／μｓｅｃ程度になるよう第１のゲート抵抗３８の抵抗値とゲートコンデンサ３７の静電容量値を予め定めておく。図９の時刻ｔ２のＯＮからＯＦＦへ至る場合も上記説明の逆の動作を示すのみであるので説明は省略する。図８では、ＭＯＳＦＥＴにゲートコンデンサを内蔵していたが、前記ゲート−ソース間にコンデンサを外付けすることで、ゲートコンデンサを内蔵しないＭＯＳＦＥＴを用いても良い。
【実施例４】
【００２５】
図１１は、図８の回路構成においてＨＩＮがＨ→Ｌへ切り替わる時刻ｔ２とＬＩＮがＬ→Ｈへ切り替わる時刻ｔ３が接近している場合の動作図である。時刻ｔ２で立下り始めたＶＧａがＶｔｈ以下になる前に時刻ｔ３になってＶＧｂが立ち上がり始めてしまう場合には、ＭＯＳＦＥＴＱAがＯＦＦする前にＭＯＳＦＥＴＱＢがＯＮしてしまうことが無いように、すくなくともｔ２’が、ｔ３’以前になるように３９の第二のゲート抵抗の抵抗値Ｒ２と、３８の第一のゲート抵抗の抵抗値Ｒ１を、Ｒ１＞＞Ｒ２となるように予め定めておく。
ＨＩＮがＨ→Ｌへ切り替わる時刻ｔ２からＬＩＮがＬ→Ｈへ切り替わる時刻ｔ３へ至る時間は、一般にデッドタイムと呼ばれるもので、通常ＨＶＩＣ１１及びＭＯＳＦＥＴ８とその周辺部品で生じる遅延時間に対し十分大きくしておくが、一方でデッドタイムが長くなると、デッドタイム分高圧直流電源から駆動コイルへの電力供給が絶たれるので、軸出力２０Ｗから５０Ｗ程度の家電用ファン用途の場合では、音や振動が発生するという不具合が発生しかねないので意図してデッドタイムを可能な限り小さくする必要があり、Ｒ１、Ｒ２およびゲートコンデンサ容量値を予め十分吟味する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
家電機器の送風ファン用途だけでなく、高電圧で２０Ｗから５０Ｗ程度の負荷である各種機器にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のブラシレスモータの外観図
【図２】本発明のブラシレスモータの断面図
【図３】本発明のブラシレスモータの駆動装置の回路構成図
【図４】本発明のブラシレスモータの駆動装置に用いられる高耐圧プリドライブＩＣの断面図
【図５】本発明のブラシレスモータの駆動装置を具現化したプリント配線板組立図
【図６】本発明の径小ブラシレスモータの駆動装置を具現化したプリント配線板組立図
【図７】本発明の径小ブラシレスモータの断面図
【図８】本発明のブラシレスモータの駆動装置に用いられる高耐圧プリドライブＩＣの内部回路図
【図９】ＨＶＩＣ及びＭＯＳＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ動作を示す図
【図１０】時刻ｔ１を拡大しかつ駆動コイル端子電圧ＶＵの変化を追記した図
【図１１】図８の回路構成においてＨＩＮがＨ→Ｌへ切り替わる時刻ｔ２とＬＩＮがＬ→Ｈへ切り替わる時刻ｔ３が接近している場合の動作図
【図１２】従来の３相ブラシレスモータの外観図
【図１３】従来の３相ブラシレスモータの断面図
【図１４】従来の３相ブラシレスモータの駆動装置の回路図
【図１５】従来の３相ブラシレスモータの駆動装置のプリント基板組立図
【図１６】従来の３相ブラシレスモータの駆動装置のＭＯＳＦＥＴとＨＶＩＣの詳細回路図
【符号の説明】
【００２８】
１  本発明のブラシレスモータ
２  リード線組立
３  ステータモールド組立
４  ブラケット
５  シャフト
６  ブラシレスモータ駆動装置
７  プリント配線板組立
８  ＭＯＳＦＥＴ
９  高電圧直流電源
１０  ＭＯＳＦＥＴアレイ
１１  高耐圧ゲートドライバＩＣ（ＨＶＩＣ）
１２  プリドライブＩＣ
１３  プリント配線板
１４  軸受け
１５  絶縁板
１６  放熱シリコン
１７  マグネット
１８  ロータヨーク
１９  ロータ組立
２０  ステータコア
２１  駆動コイル
２２  端子ｐｉｎ
２３  制御電源
２４  速度制御信号源
２５  ロータ磁極位置センサ
２６  電流検出抵抗
２７  リード電極
２８  フレーム
２９  エポキシ樹脂
３０  ボンディングワイヤ
３１  径小プリント配線板組立
３２  径小ブラシレスモータ
３３  径小ブラケット
３４  径小ステータモールド組立
３５  高速ダイオード
３６  ブートコンデンサ
３７  ゲートコンデンサ
３８  第一のゲート抵抗
３９  第二のゲート抵抗
４０  第一のスイッチ
４１  第二のスイッチ
４２  第三のスイッチ
４３  第四のスイッチ
４４  レベルシフト手段
４５  ヒステリシスコンパレータ
５１  高耐圧プリドライブＩＣ
１３ａ  径小プリント配線板
１０１  従来のブラシレスモータ
１０２  リード線組立
１０３  ステータモールド組立
１０４  ブラケット
１０５  シャフト
１０６  従来のモータ駆動装置
１０７  従来のプリント配線板組立
１０８  ＭＯＳＦＥＴ
１０９  高電圧直流電源
１１０  従来のＭＯＳＦＥＴアレイ
１１１  高耐圧ゲートドライバＩＣ（ＨＶＩＣ）
１１２  プリドライブＩＣ
１１３  従来のプリント配線板
【図１】
2007185013.tif 000003
【図２】
2007185013.tif 000004
【図３】
2007185013.tif 000005
【図４】
2007185013.tif 000006
【図５】
2007185013.tif 000007
【図６】
2007185013.tif 000008
【図７】
2007185013.tif 000009
【図８】
2007185013.tif 000010
【図９】
2007185013.tif 000011
【図１０】
2007185013.tif 000012
【図１１】
2007185013.tif 000013
【図１２】
2007185013.tif 000014
【図１３】
2007185013.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2007185013.tif 000017
【図１６】
2007185013.tif 000018