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WO2014054096A1 - モータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機 - Google Patents

モータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機 Download PDF

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Publication number
WO2014054096A1
WO2014054096A1 PCT/JP2012/075361 JP2012075361W WO2014054096A1 WO 2014054096 A1 WO2014054096 A1 WO 2014054096A1 JP 2012075361 W JP2012075361 W JP 2012075361W WO 2014054096 A1 WO2014054096 A1 WO 2014054096A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
built
drive circuit
switching elements
circuit
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/075361
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
倫雄 山田
篠本　洋介
洋樹 麻生
石井　博幸
隼一郎 尾屋
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2014539493A priority Critical patent/JP5964978B2/ja
Priority to PCT/JP2012/075361 priority patent/WO2014054096A1/ja
Publication of WO2014054096A1 publication Critical patent/WO2014054096A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive circuit, a motor with a built-in drive circuit and a pump motor with a built-in drive circuit, an air conditioner, a ventilation fan, a heat pump water heater, and a built-in cold / hot water circulation type air conditioner.
  • the present invention has been made in view of the above, and a motor drive circuit capable of reducing conduction loss regardless of the state of a load during operation, a motor with a built-in drive circuit and a drive incorporating the motor drive circuit
  • An object is to provide a pump motor with a built-in circuit, an air conditioner, a ventilation fan, a heat pump water heater, and a built-in cold / hot water circulation type air conditioner equipped with them.
  • a motor drive circuit includes a plurality of position detection sensors that detect the position of a rotor, a MOSFET, and a parasitic diode connected in antiparallel to the MOSFET.
  • An upper side switching element and a plurality of lower stage side switching elements are bridge-connected, an inverter circuit that supplies a drive current to the stator winding, an upper stage side driver circuit that drives each of the upper stage side switching elements, and each of the above A lower driver circuit that drives the lower switching element, and a gate that generates a gate signal for driving the inverter circuit based on a position detection signal from the position detection sensor and an output voltage command input from the outside A signal generation unit, wherein the gate signal generation unit generates the gate signal.
  • a motor drive circuit capable of reducing conduction loss regardless of the state of a load during operation, a motor with a built-in drive circuit and a pump motor with a built-in drive circuit, and the like are mounted.
  • the air conditioner, ventilation fan, heat pump water heater, and built-in cold / hot water circulation type air conditioner can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor drive circuit according to the embodiment and a drive circuit built-in motor in which the motor drive circuit is mounted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a gate signal generation unit in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure example of the motor with a built-in drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of component arrangement on the printed circuit board of the motor drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view of a printed circuit board on which components constituting the motor drive circuit according to the embodiment are mounted.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor drive circuit according to the embodiment and a drive circuit built-in motor in which the motor drive circuit is mounted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a gate signal generation unit in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a connection between the one-phase stator winding and each switching element in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a switching pattern in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an indoor unit and an outdoor unit of the air conditioner according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the indoor unit shown in FIG.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a pump motor with a built-in drive circuit according to the embodiment.
  • a motor drive circuit according to an embodiment of the present invention, a motor with a built-in drive circuit and a pump motor with a built-in drive circuit, and an air conditioner, a ventilating fan, and a heat pump water heater equipped with them
  • the built-in cold / hot water circulation type air conditioner will be described.
  • this invention is not limited by embodiment shown below.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor drive circuit according to the embodiment and a drive circuit built-in motor in which the motor drive circuit is mounted.
  • the motor drive circuit 3 according to the embodiment includes a position detection sensor 5, a gate signal generation unit 6, and a motor drive unit 7 as main components.
  • the output of the motor drive circuit 3 is connected to a stator winding (not shown) of the motor 8 to constitute the drive circuit built-in motor 4 according to the embodiment.
  • the position detection sensor 5 is composed of, for example, a Hall IC in which a Hall element is sealed with resin, and outputs a pulsed position detection signal corresponding to the magnetic pole position of a rotor (not shown).
  • the motor drive unit 7 includes an inverter circuit 18, an upper driver circuit 9, and a lower driver circuit 10 in which upper switching elements 12 to 14 and lower switching elements 15 to 17 are bridge-connected.
  • the main part of each component of the motor drive unit 7 is configured, for example, in a single package of a dedicated power IC.
  • the upper switching elements 12 to 14 and the lower switching elements 15 to 17 are formed by connecting a MOSFET and a parasitic diode of the MOSFET in antiparallel.
  • a high voltage of 100 V to 400 V is applied to the inverter circuit 18 from the high voltage DC power source 1, and a low voltage of 3 V to 20 V is applied to the upper driver circuit 9 and the lower driver circuit 10 from the low voltage DC power source 2. ing.
  • the upper switching elements 12, 13, and 14 and the lower switching elements 15, 16, and 17 constituting the inverter circuit 18 are configured by, for example, MOSFETs, and the connection points of the upper switching elements 12 and the lower switching elements 15 are connected to each other.
  • a driving current is supplied to the three-phase stator windings (not shown) of the motor 8 from the connection point between the upper switching element 13 and the lower switching element 16 and the connection point between the upper switching element 14 and the lower switching element 17. Supply.
  • the upper-stage switching elements 12, 13, and 14 and the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 are simply referred to as “respective switching elements 12 to 17” when it is not necessary to distinguish them.
  • the upper driver circuit 9 is, for example, mounted on a metal lead frame inside the power IC that constitutes the motor drive unit 7 and is configured by a resin-encapsulated HVIC (High Voltage IC), and is input from the gate signal generation unit 6.
  • the upper switching elements 12 to 14 connected to the high potential side are driven based on the gate signal.
  • a PN junction isolation structure or a dielectric isolation structure is used for the high withstand voltage portion of the upper driver circuit 9.
  • a PN junction isolation structure or a dielectric isolation structure is used.
  • an inexpensive HVIC can be obtained as compared with the case of a dielectric isolation structure.
  • a highly reliable HVIC that can prevent latch-up for example, can be obtained as compared with the case of a PN junction isolation structure.
  • the lower driver circuit 10 is configured by, for example, an LVIC (Low Voltage IC) sealed with a resin inside a power IC that configures the motor driving unit 7, and is based on a gate signal input from the gate signal generating unit 6.
  • the lower switching elements 15 to 17 connected to the low potential side are driven.
  • the upper driver circuit 9 and the lower driver circuit 10 are designed and managed so that their signal delay times are equal to each other, and each switching element 12 constituting the inverter circuit 18 is used to align the temperature characteristics. And sealed in a single package of power IC. Similarly, the bootstrap diode 11 for generating the power supply of the gate output on the high potential side of the HVIC is also sealed in a single package of the power IC. When both the upper driver circuit 9 and the lower driver circuit 10 have a dielectric isolation structure, they can be formed on a single semiconductor element.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a gate signal generation unit in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • the gate signal generation unit 6 includes a gate signal generation circuit 60, an oscillation circuit 61, an oscillation frequency determination capacitor 62, and an oscillation frequency determination resistor 63.
  • the main part of each component of the gate signal generation unit 6 including the gate signal generation circuit 60, the oscillation circuit 61, and the oscillation frequency determination capacitor 62 is configured in a single package such as a dedicated IC or a microcomputer, for example. .
  • a low voltage of 3V to 20V is applied to the gate signal generator 6 from the low-voltage DC power supply 2.
  • the gate signal generation circuit 60 generates modulation signals for the switching elements 12 to 17 constituting the inverter circuit 18 based on an output voltage command input from the outside and a position detection signal input from the position detection sensor 5. Then, the modulation signals and the triangular wave signals are compared to generate the gate signals for the switching elements 12 to 17, and the upper driver circuit 9 and the lower driver circuit 10 in the motor driver built-in IC 7 are generated. Output to.
  • the oscillation circuit 61 generates a reference clock signal for the gate signal generation circuit 60.
  • the oscillation frequency of the reference clock signal is determined by the oscillation frequency determining capacitor 62 and the oscillation frequency determining resistor 63.
  • the oscillation frequency of the reference clock signal is different from that of the other main components configuring the gate signal generating unit 6.
  • the oscillation frequency determining capacitor 62 By forming the oscillation frequency determining capacitor 62 on this chip, the variation in the oscillation frequency of the reference clock signal due to the variation in the capacitance value of the oscillation frequency determining capacitor 62 can be managed in the IC manufacturing / inspection process. For example, when there is a large variation due to chip manufacturing conditions, laser trimming is performed in the manufacturing process. If the variation is relatively small, sorting is performed in the inspection process. Thereby, the variation in the oscillation frequency of the reference clock signal can be reduced as compared with the case where the oscillation frequency determining capacitor 62 is mounted outside the IC.
  • FIG. 3 the arrangement of components on the printed board of the motor drive circuit 3 according to the embodiment and the structure of the drive circuit built-in motor 4 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 the arrangement of components on the printed board of the motor drive circuit 3 according to the embodiment and the structure of the drive circuit built-in motor 4 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure example of the motor with a built-in drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3A shows a side cross-sectional view in which the motor 8 and the printed circuit board 21 on which the components 101, 102, and 103 of the motor drive circuit 3 are mounted are combined with a mold resin 23, and FIG. ) Shows an arrow perspective view shown in FIG.
  • each component 101, 102, 103 constituting the motor drive circuit 3 shown in FIG. 1 includes an external circuit (not shown) that generates an output voltage command, a high-voltage DC power supply 1, a low-voltage DC It is mounted on a single printed circuit board 21 together with the connector component 104 of the external connection lead 19 for connecting to the power supply 2 etc., and the printed circuit board 21 is arranged opposite to the motor 8 configured by winding a winding around a stator core.
  • the output of the motor drive circuit 3 is soldered to a connection terminal 22 for electrical coupling with the winding of the motor 8.
  • the printed circuit board 21 and the motor 8 are sealed by a mold resin 23 and mechanically coupled and integrated.
  • the mold resin 23 forms a bearing housing 24 on the side of the motor 8 facing the printed circuit board 21, and a rotor penetrating hole 25 is formed along the inner peripheral surface of the motor 8 on the opposite side.
  • a rotor in which a main shaft and a bearing are combined is fitted in the rotor through hole 25, and the bearing housing 24 and the bearing are fitted together.
  • a main shaft combined with the bearing is provided in the central portion of the printed circuit board 21, a main shaft combined with the bearing is provided.
  • a circular hole is made for penetration.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of component arrangement on the printed circuit board of the motor drive circuit according to the embodiment.
  • 4A shows the same surface as seen in the top perspective view of FIG. 2, and
  • FIG. 4B shows the back surface of FIG.
  • the surface shown in FIG. 4B is a surface facing the motor 8, it is called “stator side”, and the surface shown in FIG. 4A is called “anti-stator side”.
  • a through-hole mounting component 101 is, for example, a power IC in which the main components of each component of the motor driving unit 7 described in FIG. 1 are packaged, and the surface mounting component 102 is, for example, FIG. 1 is a packaged dedicated IC or microcomputer, and the surface-mounted component 103 is, for example, a Hall element that is the position detection sensor 5 described in FIG. Is a Hall IC sealed with resin.
  • the connector part 104 of the external connection lead 19 is also described as the through-hole mounting type part 104.
  • through-hole mounting type parts 101 and 104 including a power IC are mounted on the side opposite to the stator of the printed circuit board 21, and surface mounting including a dedicated IC, a microcomputer, a Hall IC, and the like is performed.
  • the mold parts 102 and 103 are mounted on the stator side of the printed circuit board 21.
  • the mold resin 23 in contact with the surface of the printed circuit board 21 on the side opposite to the stator is interposed between the printed circuit board 21 having a large thermal resistance and the motor surface.
  • the temperature approaches, the temperature becomes lower, and the temperature gradient becomes larger than the mold resin 23 in contact with the surface of the printed circuit board 21 on the stator side.
  • a component mounted on the surface of the printed circuit board 21 on the side opposite to the stator is more susceptible to stress due to thermal shrinkage of the mold resin 23 than a component mounted on the surface of the printed circuit board 21 on the stator side.
  • the surface-mounted components 102 and 103 that are likely to suffer solder breakage due to stress are mounted on the stator side of the printed circuit board 21, and the through-hole mounted components 101 and 104 are mounted on the printed circuit board 21.
  • the soldering process of the printed circuit board 21 can be performed only in the solder flow process on the surface on the stator side where the surface-mounted components 102 and 103 are mounted.
  • the manufacturing cost of the motor drive circuit 3 to be configured can be reduced.
  • the surface on the stator side of the printed circuit board 21 is arranged facing the motor 8, and the motor drive circuit 3 and the motor 8 on the printed circuit board 21 are electrically coupled and sealed with the mold resin 23. As a result, the solder life becomes longer with respect to the thermal history, and the reliability of the motor 4 with built-in drive circuit can be improved.
  • the shape of the printed circuit board 21 is a half-moon shape with a part of a circle missing.
  • the effect by this is demonstrated.
  • FIG. 5 is a plan view of a printed circuit board on which each component constituting the motor drive circuit according to the embodiment is mounted.
  • six pieces of half-moon shaped printed circuit boards 21 on which the motor drive circuit 3 (see FIG. 1) is mounted are taken from one rectangular printed circuit board material 30.
  • the half-moon shaped printed circuit board 21 has a better material than a circular printed circuit board.
  • the main parts of each component constituting the motor drive unit 7 are collected in a single package of a through-hole mounting type power IC and mounted on the side opposite to the stator of the printed circuit board 21.
  • each component constituting the gate signal generation unit 6 can be efficiently arranged on the stator side of the printed circuit board 21 with a surface mount type dedicated IC, a microcomputer, or the like. Further, the main part of each component constituting the gate signal generation unit 6 is concentrated in a single package such as a surface mount type dedicated IC or a microcomputer, thereby reducing the size of the printed circuit board 21 on which the motor driving circuit 3 is mounted. Can also be achieved.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a connection between the one-phase stator winding and each switching element in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • the upper switching elements 12 and 13 and the lower switching elements 15 and 16 connected to the one-phase stator winding 8 a are shown.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a switching pattern in the motor drive circuit according to the embodiment.
  • the motor 8 is a brushless DC motor
  • a sine wave PWM method or a 120-150 degree rectangular wave energization method is generally used, but in the example shown in FIG. An example is shown.
  • FIG. 7A shows a gate signal for the upper switching element 12
  • FIG. 7B shows a gate signal for the lower switching element 15,
  • FIG. 7C shows an upper switching element 13.
  • 7 (d) shows a gate signal for the lower switching element 16
  • FIG. 7 (e) shows a gate signal for the upper switching element 14, and
  • FIG. 7 (f). Indicates a gate signal for the lower switching element 17.
  • FIG. 7G shows an enlarged gate signal for the upper switching elements 12, 13, and 14, and FIG. 7H enlarges a gate signal for the lower switching elements 15, 16, and 17.
  • FIG. 7G shows an enlarged gate signal for the upper switching elements 12, 13, and 14, and
  • FIG. 7H enlarges a gate signal for the lower switching elements 15, 16, and 17.
  • the synchronous rectification means that the upper switching element is turned off when the upper switching element performs switching operation by PWM control using pulse width modulation and the lower switching element of the other phase is on-controlled.
  • This is a control method in which the lower switching element connected to the upper switching element is PWM-controlled in synchronization with the upper switching element so that a reverse current (return current) flows through the lower switching element.
  • the upper switching element 12 is switched by PWM control using pulse width modulation, and the lower switching element 16 is turned on to control the upper switching element 12 and the stator winding.
  • a current corresponding to the pulse width flows through the path of the lower switching element 16 (solid arrow shown in FIG. 6).
  • a return current flows through the parasitic diode of the lower switching element 15 connected to the upper switching element 12 during the off period of the upper switching element 12 (see FIG. 6). Dashed arrows shown).
  • the above-described synchronous rectification is performed under a low load condition that satisfies the above equation (1), and the synchronous rectification is not performed under a high load condition that does not satisfy the above equation (1). And thereby, the conduction loss of each lower stage side switching element 15,16,17 can be reduced irrespective of the state of load.
  • any one of the upper-stage switching elements 12, 13, and 14 is switched by PWM control under a low load condition that satisfies the above equation (1).
  • the lower switching elements 15, 16, and 17 of the phase are on-controlled, they are in phase with the upper switching elements 12, 13, and 14 in synchronization with the off period of the upper switching elements 12, 13, and 14.
  • the lower switching elements 15, 16, and 17 are PWM controlled to perform synchronous rectification.
  • a reverse current flows on the MOSFET side (the chain line arrow shown in FIG. 6).
  • Preventive time is provided. In this short-circuit prevention time, since a reflux current flows to the parasitic diode side, it is necessary to shorten this short-circuit prevention time in order to enhance the conduction loss reduction effect of the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 by synchronous rectification. .
  • the variation factors of the ON / OFF timings of the switching elements 12 to 17 include variations in the gate signal waveform accuracy and the gate drive signal waveform accuracy for the switching elements 12 to 17 due to variations in the line impedance of the wiring between the phases.
  • the variation in switching speed due to the temperature difference between the switching elements 12 to 17 can be mentioned.
  • the upper driver circuit 9, the lower driver circuit 10, and the switching elements 12 to 17 that constitute the inverter circuit 18 constituting the motor drive unit 7 are sealed in a single package of a power IC.
  • the wiring length of the wire is shortened, and the wiring length difference between the phases is relatively small. For this reason, the line impedance variation of the wiring between the respective phases is reduced, and the variation of the gate signal waveform accuracy and the gate drive signal waveform accuracy for each of the switching elements 12 to 17 is reduced. Further, the temperature difference between the switching elements 12 to 17 is also reduced, and the variation in switching speed between the switching elements 12 to 17 is also reduced.
  • the drive circuit built-in motor 4 has a configuration in which the motor 8 and the printed circuit board 21 on which the components 101, 102, and 103 of the motor drive circuit 3 are combined are combined with a mold resin 23. Therefore, inspection such as short-circuit breakdown tolerance at the time of shipment inspection is performed as a motor 4 with a built-in drive circuit in which the motor 8 and the motor drive circuit 3 are integrated, and the parts are replaced due to a failure after being shipped in a product. In this case, the drive circuit built-in motor 4 is treated as one component.
  • the on-resistance Ron of the MOSFET monotonically increases with respect to the element temperature.
  • the power IC is arranged on the side opposite to the stator of the printed circuit board 21 having a large thermal resistance with respect to the stator as the heat generation source, the temperatures of the switching elements 12 to 17 are lowered.
  • the on-resistance Ron of the MOSFETs constituting the switching elements 12 to 17 can be kept low, and the effect of reducing the conduction loss of the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 by synchronous rectification can be effectively brought out.
  • the motor drive circuit 3 includes, for example, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based materials, or wide bands such as diamond as the switching elements 12 to 17 constituting the inverter circuit 18. It is suitable for application to a configuration using a MOSFET formed of a gap (hereinafter referred to as “WBG”) semiconductor.
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • WBG gap
  • a MOSFET formed of a WBG semiconductor can operate at a higher speed than a MOSFET formed of a Si (silicon) semiconductor, and has a large switching rising gradient dv / dt. Therefore, by using MOSFETs formed of WBG semiconductors as the switching elements 12 to 17 constituting the inverter circuit 18, the short-circuit prevention time can be further shortened, and the lower-stage switching elements 15 and 16 by synchronous rectification are used. , 17 can further enhance the conduction loss reduction effect.
  • a MOSFET having a small on-resistance Ron such as the MOSFET formed of the WBG semiconductor described above or a MOSFET having a super junction structure, is applied as each of the switching elements 12 to 17, the current range to which synchronous rectification is applied is expanded. It is possible to increase the conduction loss reduction effect of the lower switching elements 15, 16, and 17 by synchronous rectification in low current operation.
  • the short-circuit prevention time when realizing synchronous rectification Is determined depending on the accuracy of the reference clock signal.
  • the oscillation frequency determining capacitor 62 is formed on the other main components constituting the gate signal generating unit 6 and a single chip. Furthermore, by performing laser trimming in the manufacturing process and selection in the inspection process, variation in the capacitance value of the oscillation frequency determining capacitor 62 can be reduced, and variation in the oscillation frequency of the reference clock signal can be reduced. For this reason, it is possible to increase the accuracy of the short-circuit prevention time when realizing synchronous rectification, and it is possible to further shorten the short-circuit prevention time. As a result, it is possible to further enhance the conduction loss reduction effect of the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 by synchronous rectification.
  • FIG. 8 is an overview of the indoor unit and the outdoor unit of the air conditioner according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the indoor unit shown in FIG.
  • the drive circuit built-in motor 4 according to the present embodiment is applied as a motor for driving the blower fan 53 (see FIG. 9) of the indoor unit 51 of the air conditioner 50 and the blower fan 54 (see FIG. 8) of the outdoor unit 52. It is preferable.
  • the air conditioner 50 generally has a large ratio of low-speed operation time to the annual power consumption.
  • this low-speed operation in the diagrams shown in FIGS. 7 (g) and 7 (h), the ratio of the on-time of the upper side switching elements 12, 13, and 14 becomes smaller than the off-time.
  • the time during which the return current flows through the parasitic diodes of the lower-stage switching elements 15, 16 and 17 becomes longer. That is, the effect of reducing the conduction loss of each lower-stage switching element 15, 16, 17 by performing synchronous rectification is large, and the annual power consumption can be reduced.
  • the switching frequency (carrier frequency) is inaudible to reduce noise. Is often set to 16 kHz or higher.
  • the ratio of the short-circuit prevention time to the off period of the upper-stage switching elements 12, 13, and 14 increases, and synchronous rectification is performed. As a result, the effect of reducing the conduction loss of the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 is reduced.
  • the short-circuit prevention time can be shortened as described above, and therefore the ratio of the short-circuit prevention time in the off period of the upper switching elements 12, 13, and 14 can be reduced. It is possible to improve the conduction loss reduction effect of the lower switching elements 15, 16, and 17 by performing the synchronous rectification.
  • the upper switching elements 12, 13, and 14 in the diagrams shown in FIGS. 7 (g) and 7 (h) are used.
  • the on-time becomes extremely short. That is, when synchronous rectification is not performed, the time during which the return current flows through the parasitic diodes of the lower-stage switching elements 15, 16, and 17 becomes longer, and the conduction loss of each lower-stage switching element 15, 16, and 17 increases.
  • the temperature of the power IC rises. When the motors of the blower fans 53 and 54 are locked, self-cooling is impossible, so that the temperature rise of the power IC is maximized.
  • the heat dissipation design of the power IC is performed assuming this state, the heat dissipation structure becomes complicated and the motor becomes large, for example, a cooling device such as a heat dissipation fin is required.
  • a cooling device such as a heat dissipation fin is required.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a pump motor with a built-in drive circuit according to the embodiment.
  • 7 includes an impeller 71, a pump housing 72, and a cup 74 for preventing fluid from flowing into the printed circuit board 21 and the stator 80.
  • a cup 74 is interposed between the two.
  • the motor drive circuit of the embodiment the motor with a built-in drive circuit and the pump motor with a built-in drive circuit, and the air conditioner, ventilator, heat pump water heater, and built-in cold / hot water circulation type equipped with them
  • the air conditioner when the return current flowing through the lower switching element is I, the forward voltage of the parasitic diode is Vf, and the on-resistance of the MOSFET is Ron in the off period of the upper switching element, I ⁇ Vf Since the synchronous rectification is performed under the low load condition that satisfies / Ron, and the synchronous rectification is not performed under the high load condition that does not satisfy I ⁇ Vf / Ron, each lower stage The conduction loss of the side switching element can be reduced.
  • the upper driver circuit, the lower driver circuit, and the switching elements that make up the inverter circuit that make up the motor drive unit are sealed in a single power IC package, and the motor and motor drive circuit components are mounted. Since the printed circuit board is combined and integrated with the mold resin, the wiring length of each signal line is shortened, and the wiring length difference between the phases is relatively small. For this reason, the variation in the line impedance of the wiring between the respective phases is reduced, and the variation in the accuracy of each gate signal waveform and the accuracy of each gate drive signal waveform for each switching element is reduced. Further, the temperature difference between the switching elements is also reduced, and the variation in switching speed between the switching elements is also reduced. Therefore, since the variation factor of the ON / OFF timing of each switching element can be reduced, the short-circuit prevention time when realizing synchronous rectification can be shortened, and the conduction loss reduction effect of each lower-stage switching element is enhanced. It becomes possible.
  • the motor with a built-in drive circuit since the motor with a built-in drive circuit according to the present embodiment has a configuration in which the motor and the motor drive circuit are combined and integrated with the mold resin as described above, the motor and the motor drive circuit are handled separately. As described above, only one of the motor and the motor drive circuit is exchanged, and the switching speed is changed by the combination thereof, and the upper switching element and the lower switching element are turned on simultaneously, and the short-circuit current flows to cause destruction. There is no risk of service failure.
  • each switching element that constitutes the inverter circuit is configured using a MOSFET, and the power IC is disposed on the side opposite to the stator of the printed circuit board having a large thermal resistance with respect to the stator that is a heat generation source. Since the temperature of the element can be lowered, that is, the on-resistance of the MOSFETs constituting each switching element can be kept low, the conduction loss reduction effect of each lower-stage switching element by synchronous rectification can be effectively brought out.
  • a MOSFET formed of a WBG semiconductor having a large switching rising gradient dv / dt can be used to further reduce the short-circuit prevention time.
  • the effect of reducing the conduction loss of the switching element can be further enhanced.
  • each switching element such as the MOSFET formed of the WBG semiconductor or the MOSFET having a super junction structure
  • the current range to which the synchronous rectification is applied is expanded and the low current operation is performed. It is possible to increase the conduction loss reduction effect of each lower-stage switching element due to synchronous rectification.
  • the oscillation frequency determination capacitor is formed on a single chip with the other main components constituting the gate signal generation unit, the oscillation frequency can be selected by performing laser trimming in the manufacturing process and selection in the inspection process. Variation in the capacitance value of the determination capacitor can be reduced, and variation in the oscillation frequency of the reference clock signal can be reduced. For this reason, it is possible to increase the accuracy of the short-circuit prevention time when realizing synchronous rectification, and it is possible to further shorten the short-circuit prevention time. As a result, the effect of reducing the conduction loss of each lower-stage switching element by synchronous rectification can be further enhanced.
  • the surface mounting type component that is likely to cause solder breakage due to stress is mounted on the stator side of the printed circuit board, and the through hole mounting type component is mounted on the opposite side of the printed circuit board, thereby reducing the soldering process of the printed circuit board. Only the solder flow process of the surface on the stator side on which the surface-mounted components are mounted can be performed, and the manufacturing cost of the motor drive circuit constituting the drive circuit built-in motor can be reduced. Furthermore, the surface on the stator side of this printed circuit board is placed facing the stator, and the motor drive circuit on the printed circuit board and the stator are electrically coupled and sealed with mold resin, thereby preventing thermal history. The life of the solder becomes longer, and the reliability of the motor with a built-in drive circuit can be improved.
  • each component constituting the motor drive unit is configured as a through-hole mounting type power IC sealed in a single package, and the main part of each component constituting the gate signal generation unit is single.
  • the main part of each component constituting the gate signal generation unit is single.
  • the motor with a built-in drive circuit according to the present embodiment is suitable for application as a blower fan for an indoor unit of an air conditioner or a motor for driving a blower fan of an outdoor unit.
  • an air conditioner has a large proportion of low-speed operation time in annual power consumption, and therefore, the proportion of the on-time of the upper side switching element is small with respect to the off-time. That is, the effect of reducing conduction loss by performing synchronous rectification is great, and the annual power consumption can be reduced.
  • the conduction loss of each lower switching element can be reduced by synchronous rectification.
  • the temperature rise of the power IC can be suppressed, and the heat dissipation structure can be simplified and the motor can be miniaturized accordingly.
  • the same effect can be obtained when the motor with a built-in drive circuit according to the present embodiment is applied to, for example, a 24-hour ventilation fan having a large proportion of low-speed operation time in annual power consumption.
  • the motor drive circuit according to the present embodiment is applied as a drive circuit for a pump motor with a built-in drive circuit, even if a foreign matter is mixed inside and a shaft lock occurs, the air blower of the air conditioner described above is used. The same effect can be obtained as when the foreign object is sucked into the fan and the motor is locked. That is, by performing synchronous rectification, the temperature rise of the power IC can be suppressed, and the heat dissipation structure can be simplified and downsized.
  • a MOSFET formed of a WBG semiconductor has a high voltage resistance and a high allowable current density, and thus can be miniaturized.
  • a power IC By configuring a power IC using these miniaturized MOSFETs, a power IC Can be reduced in size.
  • the MOSFET formed of the WBG semiconductor has high heat resistance, it is possible to simplify the heat dissipation structure of the power IC. Therefore, the motor driving circuit in which the power IC is mounted, and the driving circuit incorporating the power IC The internal motor and the pump motor with a built-in drive circuit can be downsized.
  • the oscillation frequency determining capacitor is formed on the single chip with the other main components constituting the gate signal generating unit, and the oscillation frequency determining capacitor, the oscillation frequency determining resistor,
  • the same effect can be obtained even if the reference clock signal is generated using a ceramic oscillator or a crystal oscillator with little variation in oscillation frequency. It goes without saying that it is obtained.

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Abstract

　運転時における負荷の状態によらず、導通損失の低減を図ることが可能なモータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機を得ること。上段側スイッチング素子１２～１４および下段側スイッチング素子１５～１７がブリッジ接続されたインバータ回路１８と、インバータ回路１８のゲート信号を生成する際に、上段側スイッチング素子１２～１４のオフ期間において、下段側スイッチング素子１５～１７に流れる還流電流をＩ、寄生ダイオードの順方向電圧をＶｆ、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＲｏｎとしたとき、Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎの関係を満たす条件下において、還流電流が流れるタイミングに同期して下段側スイッチング素子１５～１７をオン制御する同期整流を行うゲート信号生成部６とを備える。

Description

モータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機
　本発明は、モータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機に関する。
　従来、ＭＯＳＦＥＴとその寄生ダイオードとが逆並列に接続された複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されたインバータ回路を用いてモータを駆動する際、寄生ダイオードに逆方向電流が流れた際にＭＯＳＦＥＴをオンにし、ＭＯＳＦＥＴ側に逆方向電流を流す同期整流を行うことにより逆方向電流が流れた際の導通損失の低減を図るものがある（例えば、特許文献１）。
特開２００９－１８３１１５号公報
　しかしながら、運転時における特定の負荷条件下では、同期整流を行わない方が導通損失を小さくすることができる場合があり、常時同期整流を行う上記従来技術では、逆に導通損失が増加する場合がある、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、運転時における負荷の状態によらず、導通損失の低減を図ることが可能なモータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるモータ駆動回路は、ロータの位置を検出する位置検出センサと、ＭＯＳＦＥＴと該ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された寄生ダイオードとからなる複数の上段側スイッチング素子および複数の下段側スイッチング素子がブリッジ接続されて構成され、ステータ巻線に駆動電流を供給するインバータ回路と、前記各上段側スイッチング素子を駆動する上段側ドライバ回路と、前記各下段側スイッチング素子を駆動する下段側ドライバ回路と、前記位置検出センサからの位置検出信号と外部から入力される出力電圧指令とに基づいて、前記インバータ回路を駆動するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、前記ゲート信号生成部は、前記ゲート信号を生成する際に、前記上段側スイッチング素子のオフ期間において、前記下段側スイッチング素子に流れる還流電流をＩ、前記寄生ダイオードの順方向電圧をＶｆ、前記ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＲｏｎとしたとき、Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎの関係を満たす条件下において、前記還流電流が流れるタイミングに同期して前記下段側スイッチング素子をオン制御する同期整流を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、運転時における負荷の状態によらず、導通損失の低減を図ることが可能なモータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機を得ることができる、という効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかるモータ駆動回路、およびこのモータ駆動回路を搭載した駆動回路内蔵モータの一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態にかかるモータ駆動回路におけるゲート信号生成部の一構成例を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータの構造例を示す図である。 図４は、実施の形態にかかるモータ駆動回路のプリント基板上における部品配置の一例を示す図である。 図５は、実施の形態にかかるモータ駆動回路を構成する各部品を実装するプリント基板の平面図である。 図６は、実施の形態にかかるモータ駆動回路において、一相のステータ巻線と各スイッチング素子との接続を示す図である。 図７は、実施の形態にかかるモータ駆動回路におけるスイッチングパターンの一例を示す図である。 図８は、実施の形態にかかる空気調和機の室内機および室外機の概観図である。 図９は、図８に示す室内機の縦断面図である。 図１０は、実施の形態にかかる駆動回路内蔵ポンプモータの縦断面図である。
　以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、実施の形態にかかるモータ駆動回路、およびこのモータ駆動回路を搭載した駆動回路内蔵モータの一構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態にかかるモータ駆動回路３は、主たる構成要素として、位置検出センサ５と、ゲート信号生成部６と、モータ駆動部７とを備えている。このモータ駆動回路３の出力がモータ８のステータ巻線（図示せず）に接続されて実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータ４が構成される。
　位置検出センサ５は、例えば、ホール素子が樹脂により封止されたホールＩＣで構成され、ロータ（図示せず）の磁極位置に応じたパルス状の位置検出信号を出力する。
　モータ駆動部７は、上段側スイッチング素子１２～１４および下段側スイッチング素子１５～１７がブリッジ接続され構成されたインバータ回路１８、上段側ドライバ回路９、および下段側ドライバ回路１０を含み構成される。このモータ駆動部７の各構成要素の主要部は、例えば、専用のパワーＩＣの単一パッケージ内に構成される。また、本実施の形態では、上段側スイッチング素子１２～１４および下段側スイッチング素子１５～１７は、ＭＯＳＦＥＴとこのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとが逆並列に接続され形成されている。
　インバータ回路１８には、高圧直流電源１から１００Ｖ～４００Ｖの高電圧が印加され、上段側ドライバ回路９、および下段側ドライバ回路１０には、低圧直流電源２から３Ｖ～２０Ｖの低電圧が印加されている。
　インバータ回路１８を構成する各上段側スイッチング素子１２，１３，１４および各下段側スイッチング素子１５，１６，１７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴで構成され、上段側スイッチング素子１２と下段側スイッチング素子１５の接続点、上段側スイッチング素子１３と下段側スイッチング素子１６の接続点、および上段側スイッチング素子１４と下段側スイッチング素子１７の接続点からモータ８の三相の各ステータ巻線（図示せず）に駆動電流を供給する。以下、各上段側スイッチング素子１２，１３，１４および各下段側スイッチング素子１５，１６，１７を特に区別する必要がない場合には、単に「各スイッチング素子１２～１７」という。
　上段側ドライバ回路９は、例えば、モータ駆動部７を構成するパワーＩＣ内部の金属リードフレームに実装され、樹脂により封止されたＨＶＩＣ（Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ＩＣ）により構成され、ゲート信号生成部６から入力されるゲート信号をもとに、高電位側に接続される各上段側スイッチング素子１２～１４を駆動する。
　この上段側ドライバ回路９の高耐圧部には、ＰＮ接合分離構造もしくは誘電体分離構造を用いる。ＨＶＩＣの高耐圧部をＰＮ接合分離構造とした場合は、誘電体分離構造とした場合に比べて、安価なＨＶＩＣが得られる。また、ＨＶＩＣの高耐圧部を誘電体分離構造とした場合は、ＰＮ接合分離構造とした場合に比べて、例えばラッチアップを防止することができるといった信頼性の高いＨＶＩＣが得られる。
　下段側ドライバ回路１０は、例えば、モータ駆動部７を構成するパワーＩＣ内部に樹脂により封止されたＬＶＩＣ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ＩＣ）により構成され、ゲート信号生成部６から入力されるゲート信号をもとに、低電位側に接続される各下段側スイッチング素子１５～１７を駆動する。
　ここで、上段側ドライバ回路９および下段側ドライバ回路１０は、それぞれの信号遅延時間が同等となるように設計管理し、また、温度特性をそろえるために、インバータ回路１８を構成する各スイッチング素子１２～１４と共に、パワーＩＣの単一パッケージ内に封止する。また、ＨＶＩＣの高電位側であるゲート出力の電源生成用のブートストラップダイオード１１も、同様にパワーＩＣの単一パッケージ内に封止する。なお、上段側ドライバ回路９および下段側ドライバ回路１０の双方を誘電体分離構造とした場合には、単一の半導体素子上に形成することも可能である。
　図２は、実施の形態にかかるモータ駆動回路におけるゲート信号生成部の一構成例を示す図である。
　図２に示すように、ゲート信号生成部６は、ゲート信号生成回路６０、発振回路６１、発振周波数決定用コンデンサ６２、および発振周波数決定用抵抗６３を含み構成される。これらゲート信号生成回路６０、発振回路６１、および発振周波数決定用コンデンサ６２を含むゲート信号生成部６の各構成要素の主要部は、例えば、専用ＩＣやマイコン等の単一パッケージ内に構成される。このゲート信号生成部６には、低圧直流電源２から３Ｖ～２０Ｖの低電圧が印加されている。
　ゲート信号生成回路６０は、外部から入力される出力電圧指令および位置検出センサ５から入力される位置検出信号に基づいて、インバータ回路１８を構成する各スイッチング素子１２～１７用の各変調信号を生成し、これらの各変調信号と三角波信号とを比較して、各スイッチング素子１２～１７用の各ゲート信号を生成して、モータ駆動部内蔵ＩＣ７内の上段側ドライバ回路９および下段側ドライバ回路１０に出力する。
　発振回路６１は、ゲート信号生成回路６０の基準クロック信号を生成する。この基準クロック信号の発振周波数は、発振周波数決定用コンデンサ６２および発振周波数決定用抵抗６３により決定されるが、本実施の形態では、ゲート信号生成部６を構成する他の主要構成部と単一のチップ上に発振周波数決定用コンデンサ６２を形成することにより、発振周波数決定用コンデンサ６２の容量値のばらつきによる基準クロック信号の発振周波数のばらつきをＩＣの製造・検査工程で管理可能としている。例えば、チップの製造条件によるばらつきが大きい場合には、製造工程においてレーザによるトリミングを行う。また、ばらつきが比較的小さい場合には、検査工程において選別を行う。これにより、ＩＣの外部に発振周波数決定用コンデンサ６２を実装した場合に比べ、基準クロック信号の発振周波数のばらつきを小さくすることができる。
　つぎに、実施の形態にかかるモータ駆動回路３のプリント基板上における部品配置および駆動回路内蔵モータ４の構造について、図３および図４を参照して説明する。
　図３は、実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータの構造例を示す図である。図３（ａ）は、モータ８とモータ駆動回路３の各部品１０１，１０２，１０３が実装されたプリント基板２１とを組み合わせてモールド樹脂２３で一体化した側面断面図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す矢視透視図を示している。
　図３に示すように、図１に示したモータ駆動回路３を構成する各部品１０１，１０２，１０３は、出力電圧指令を生成する外部回路（図示せず）や、高圧直流電源１、低圧直流電源２等と接続するための外部接続リード１９のコネクタ部品１０４と共に単一のプリント基板２１上に実装され、そのプリント基板２１がステータコアに巻線を巻回されて構成されるモータ８に対向配置されている。モータ駆動回路３の出力は、モータ８の巻線と電気的に結合するための接続端子２２に半田付けされている。また、プリント基板２１およびモータ８は、モールド樹脂２３により封止されて機械的に結合され一体化している。このモールド樹脂２３は、モータ８のプリント基板２１に面する側にベアリングハウジング２４を形成すると共に、その反対側は、モータ８の内周面に沿ってロータ貫通用穴２５が空けられている。このロータ貫通用穴２５に主軸とベアリングとが組み合わされたロータが嵌り、ベアリングハウジング２４とベアリングとを嵌合させる構造となっており、プリント基板２１の中央部には、ベアリングを組み合わせた主軸を貫通させるための円形の穴が空けられている。
　図４は、実施の形態にかかるモータ駆動回路のプリント基板上における部品配置の一例を示す図である。図４（ａ）は、図２の上面透視図で見た面と同一の面を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の裏面を左右反転させて示している。以下、図４（ｂ）に示す面を、モータ８に対向する面であることから、「ステータ側」といい、図４（ａ）に示す面を「反ステータ側」という。
　図４において、スルーホール実装型部品１０１は、例えば、図１において説明したモータ駆動部７の各構成要素の主要部がパッケージ化されたパワーＩＣであり、面実装型部品１０２は、例えば、図１において説明したゲート信号生成部６の各構成要素の主要部がパッケージ化された専用ＩＣやマイコンであり、面実装型部品１０３は、例えば、図１において説明した位置検出センサ５であるホール素子が樹脂により封止されたホールＩＣである。なお、以下の説明では、外部接続リード１９のコネクタ部品１０４も、スルーホール実装型部品１０４として説明する。
　本実施の形態では、図４に示すように、パワーＩＣ等を含むスルーホール実装型部品１０１，１０４をプリント基板２１の反ステータ側に実装し、専用ＩＣやマイコン、ホールＩＣ等を含む面実装型部品１０２，１０３をプリント基板２１のステータ側に実装するようにしている。以下、これによる効果について説明する。
　図３に示すように、プリント基板２１のステータ側の面に接するモールド樹脂２３は、モータ８とプリント基板２１との間に介在するため、熱抵抗の大きいプリント基板２１によりモータ８から発せられる熱の伝搬が妨げられ、熱分布が略均一となり温度勾配が小さい。
　これに対し、プリント基板２１の反ステータ側の面に接するモールド樹脂２３は、熱抵抗の大きいプリント基板２１とモータ表面との間に介在するため、プリント基板２１に近い程温度が高く、モータ表面に近い程温度が低くなり、プリント基板２１のステータ側の面に接するモールド樹脂２３よりも温度勾配が大きくなる。
　つまり、プリント基板２１の反ステータ側の面に実装される部品は、プリント基板２１のステータ側の面に実装される部品よりも、モールド樹脂２３の熱収縮による応力を受けやすい。
　本実施の形態では、上述したように、応力によって半田切れの発生し易い面実装型部品１０２，１０３をプリント基板２１のステータ側に実装すると共に、スルーホール実装型部品１０１，１０４をプリント基板２１の反ステータ側に実装することにより、プリント基板２１の半田付け工程を面実装型部品１０２，１０３が実装されたステータ側の面の半田フロー工程のみとすることができ、駆動回路内蔵モータ４を構成するモータ駆動回路３の製造コストを低減することができる。さらに、このプリント基板２１のステータ側の面をモータ８に面して配置し、プリント基板２１上のモータ駆動回路３とモータ８とを電気的に結合してモールド樹脂２３により封止することにより、熱履歴に対して半田寿命が長くなり、駆動回路内蔵モータ４の信頼性を高めることができる。
　また、本実施の形態では、図３および図４に示すように、プリント基板２１の形状を、円の一部が欠けた半月形状としている。以下、これによる効果について説明する。
　図５は、実施の形態にかかるモータ駆動回路を構成する各部品を実装するプリント基板の平面図である。本実施の形態では、長方形の１枚のプリント基板材３０から、モータ駆動回路３（図１参照）が実装された半月形状のプリント基板２１を６枚材料取りしている。図４を見れば一目瞭然であるが、半月形状のプリント基板２１は、円形のプリント基板に比べ、材料取りが良い。また、図３に示すように、モータ駆動部７を構成する各構成要素の主要部をスルーホール実装型のパワーＩＣの単一パッケージ内に集約してプリント基板２１の反ステータ側に実装することにより、ゲート信号生成部６を構成する各構成要素の主要部を面実装型の専用ＩＣやマイコン等をプリント基板２１のステータ側に効率よく配置することができる。さらに、ゲート信号生成部６を構成する各構成要素の主要部を面実装型の専用ＩＣやマイコン等の単一パッケージ内に集約することにより、モータ駆動回路３を実装するプリント基板２１の小型化を図ることも可能となる。
　つぎに、本実施の形態における同期整流について、図６および図７を参照して説明する。図６は、実施の形態にかかるモータ駆動回路において、一相のステータ巻線と各スイッチング素子との接続を示す図である。図６に示す例では、一相のステータ巻線８ａに接続される各上段側スイッチング素子１２，１３および各下段側スイッチング素子１５，１６を示している。
　また、図７は、実施の形態にかかるモータ駆動回路におけるスイッチングパターンの一例を示す図である。モータ８がブラシレスＤＣモータである場合、正弦波ＰＷＭ方式や１２０度～１５０度の矩形波通電の各通電方式が一般的に用いられるが、図７に示す例では、１２０度矩形波通電である例を示している。
　図７（ａ）は、上段側スイッチング素子１２用のゲート信号を示し、図７（ｂ）は、下段側スイッチング素子１５用のゲート信号を示し、図７（ｃ）は、上段側スイッチング素子１３用のゲート信号を示し、図７（ｄ）は、下段側スイッチング素子１６用のゲート信号を示し、図７（ｅ）は、上段側スイッチング素子１４用のゲート信号を示し、図７（ｆ）は、下段側スイッチング素子１７用のゲート信号を示している。また、図７（ｇ）は、上段側スイッチング素子１２，１３，１４用のゲート信号を拡大して示し、図７（ｈ）は、下段側スイッチング素子１５，１６，１７用のゲート信号を拡大して示した図である。
　ここで、同期整流とは、パルス幅変調を用いたＰＷＭ制御により上段側スイッチング素子がスイッチング動作を行い、他相の下段側スイッチング素子をオン制御している際に、上段側スイッチング素子のオフ期間に同期させて、この上段側スイッチング素子に接続された下段側スイッチング素子をＰＷＭ制御して、下段側スイッチング素子に逆方向電流（還流電流）を流す制御手法である。
　例えば、図７に示すＡ期間では、パルス幅変調を用いたＰＷＭ制御により上段側スイッチング素子１２をスイッチング動作させ、下段側スイッチング素子１６をオン制御することにより、上段側スイッチング素子１２、ステータ巻線８ａ、下段側スイッチング素子１６の経路でパルス幅に応じた電流が流れる（図６に示す実線矢印）。ここで、同期整流を行わない場合には、上段側スイッチング素子１２のオフ期間には、この上段側スイッチング素子１２に接続された下段側スイッチング素子１５の寄生ダイオードに還流電流が流れる（図６に示す破線矢印）。
　ここで、寄生ダイオードの順方向電圧をＶｆ、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＲｏｎ、還流電流をＩとすると、下記（１）式を満たす低負荷条件下では、寄生ダイオードに還流電流が流れる場合に生じる損失よりも、ＭＯＳＦＥＴに逆方向電流（還流電流）が流れる場合に生じる損失の方が小さくなる。
　Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎ　…（１）
　したがって、本実施の形態では、上記（１）式を満たす低負荷条件下において、上述した同期整流を行うこととし、上記(１)式を満たさない高負荷条件下では、同期整流を行わないこととする。これにより、負荷の状態によらず、各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失を低減することができる。
　図７に示すように、本実施の形態では、上記（１）式を満たす低負荷条件下において、各上段側スイッチング素子１２，１３，１４のうちのいずれかをＰＷＭ制御によりスイッチング動作させ、他相の下段側スイッチング素子１５，１６，１７をオン制御している際に、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオフ期間に同期させて、この上段側スイッチング素子１２，１３，１４と同相の下段側スイッチング素子１５，１６，１７をＰＷＭ制御して、同期整流を行う。このとき、下段側スイッチング素子１５，１６，１７のオン期間では、ＭＯＳＦＥＴ側に逆方向電流（還流電流）が流れる（図６に示す一点鎖線矢印）。
　このとき、図７（ｇ），図７（ｈ）に示すように、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオン期間と同相の下段側スイッチング素子１５，１６，１７のオン期間とが重なり高圧直流電源１が短絡しないように、下段側スイッチング素子１５，１６，１７のオン期間の前後に上段側スイッチング素子１２，１３，１４および下段側スイッチング素子１５，１６，１７が双方共にオフとなる短絡防止時間を設けている。この短絡防止時間では、寄生ダイオード側に還流電流が流れるため、同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果を高めるためには、この短絡防止時間を短縮する必要がある。
　この同期整流を実現する際の短絡防止時間としては、各スイッチング素子１２～１７のオン／オフタイミングのばらつきを許容可能な長さを設定する必要がある。この各スイッチング素子１２～１７のオン／オフタイミングのばらつき要因としては、各相間の配線の線路インピーダンスのばらつきによる各スイッチング素子１２～１７用の各ゲート信号波形精度や各ゲート駆動信号波形精度のばらつき、各スイッチング素子１２～１７間の温度差によるスイッチングスピードのばらつき等が挙げられる。
　本実施の形態では、モータ駆動部７を構成する上段側ドライバ回路９、下段側ドライバ回路１０、およびインバータ回路１８を構成する各スイッチング素子１２～１７をパワーＩＣの単一パッケージ内に封止し、図３に示したように、モータ８とモータ駆動回路３の各部品１０１，１０２，１０３が実装されたプリント基板２１とを組み合わせてモールド樹脂２３で一体化するようにしているので、各信号線の配線長が短くなり、相対的に各相間の配線長差が小さくなる。このため、各相間の配線の線路インピーダンスのばらつきが小さくなり、各スイッチング素子１２～１７用の各ゲート信号波形精度や各ゲート駆動信号波形精度のばらつきが小さくなる。また、各スイッチング素子１２～１７間の温度差も小さくなり、各スイッチング素子１２～１７間のスイッチングスピードのばらつきも小さくなる。
　このように、本実施の形態では、上述した各スイッチング素子１２～１７のオン／オフタイミングのばらつき要因を小さくすることができるので、同期整流を実現する際の短絡防止時間を短縮することができ、同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果を高めることが可能となる。
　また、本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータ４は、モータ８とモータ駆動回路３の各部品１０１，１０２，１０３が実装されたプリント基板２１とを組み合わせてモールド樹脂２３で一体化した構成であるので、出荷検査時における短絡破壊耐量等の検査は、モータ８とモータ駆動回路３とが一体化した駆動回路内蔵モータ４として行われ、製品に組み込まれて出荷された後の故障による部品交換の際には、駆動回路内蔵モータ４が１つの部品として扱われる。つまり、モータとモータ駆動回路とが別個に扱われる場合のように、モータおよびモータ駆動回路のいずれか一方のみ交換され、これらの組み合わせによりスイッチングスピードが変化して、上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが同時にオンして短絡電流が流れ破壊に至る等のサービス不良を招く虞がない。
　また、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗Ｒｏｎは、素子温度に対し単調増加となることは一般的に知られている。本実施の形態では、発熱源であるステータに対し、熱抵抗の大きなプリント基板２１の反ステータ側にパワーＩＣを配置する構造としているため、各スイッチング素子１２～１７の温度を低く、つまり、各スイッチング素子１２～１７を構成するＭＯＳＦＥＴのオン抵抗Ｒｏｎを低く保つことができ、同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果を有効に引き出すことができる。
　また、本実施の形態にかかるモータ駆動回路３は、インバータ回路１８を構成する各スイッチング素子１２～１７として、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ（以下、「ＷＢＧ」という）半導体で形成されたＭＯＳＦＥＴを用いた構成に適用して好適である。
　ＷＢＧ半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴは、Ｓｉ（シリコン）系半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴに比べて高速動作が可能であり、スイッチングの立ち上がり勾配ｄｖ／ｄｔが大きい。したがって、インバータ回路１８を構成する各スイッチング素子１２～１７として、ＷＢＧ半導体で形成されたＭＯＳＦＥＴを用いることにより、さらに短絡防止時間を短縮することができ、同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果をさらに高めることが可能となる。
　また、上述したＷＢＧ半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴやスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴのようにオン抵抗Ｒｏｎの小さいＭＯＳＦＥＴを各スイッチング素子１２～１７として適用すれば、同期整流を適用する電流範囲が拡大すると共に、低電流運転における同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果を高めることが可能となる。
　また、ゲート信号生成回路６０により生成される各ゲート信号の立ち上がりタイミングや立ち下がりタイミングは、発振回路６１が生成する基準クロック信号をカウントして決定するため、同期整流を実現する際の短絡防止時間の精度は、この基準クロック信号の精度に依存して決まる。
　本実施の形態では、図２に示したように、ゲート信号生成部６を構成する他の主要構成部と単一のチップ上に発振周波数決定用コンデンサ６２を形成しているので、上述したように、製造工程におけるレーザトリミングや検査工程における選別を行うことで、発振周波数決定用コンデンサ６２の容量値のばらつきを小さくすることができ、基準クロック信号の発振周波数のばらつきを小さくすることができる。このため、同期整流を実現する際の短絡防止時間の高精度化が可能となり、短絡防止時間の更なる短縮化が可能となる。これにより、同期整流による各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果をより高めることが可能となる。
　図８は、実施の形態にかかる空気調和機の室内機および室外機の概観図である。また、図９は、図８に示す室内機の縦断面図である。本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータ４は、空気調和機５０の室内機５１の送風ファン５３（図９参照）や、室外機５２の送風ファン５４（図８参照）を駆動するモータとして適用して好適である。
　空気調和機５０は、一般に、年間消費電力に占める低速運転時間の割合が大きい。この低速運転では、図７（ｇ），図７（ｈ）に示す図において、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオン時間の割合がオフ時間に対して小さくなる。ここで、同期整流を行わない場合には、下段側スイッチング素子１５，１６，１７の寄生ダイオードに還流電流が流れる時間が長くなる。つまり、同期整流を行うことによる各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果が大きく、年間消費電力の削減が可能となる。
　また、空気調和機５０の室内機５１の送風ファン５３や、室外機５２の送風ファン５４用のモータとして適用される場合には、低騒音化のためにスイッチング周波数（キャリア周波数）が非可聴域となる１６ｋＨｚ以上に設定される場合が多い。このような場合には、図７（ｇ），図７（ｈ）に示す図において、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオフ期間に占める短絡防止時間の比率が大きくなり、同期整流を行うことによる各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果が低下する。本実施の形態の構成では、上述したように短絡防止時間を短縮することが可能であるので、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオフ期間に占める短絡防止時間の比率を下げることができ、同期整流を行うことによる各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失低減効果を向上させることができる。
　また、例えば、送風ファン５３，５４に異物が吸い込まれモータがロックして電流制限がかかると、図７（ｇ），図７（ｈ）に示す図において、上段側スイッチング素子１２，１３，１４のオン時間が極端に短くなる。つまり、同期整流を行わない場合には、下段側スイッチング素子１５，１６，１７の寄生ダイオードに還流電流が流れる時間がより長くなり、各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失が大きくなり、パワーＩＣの温度が上昇する。送風ファン５３，５４のモータがロックした場合、自己冷却が不能となるため、パワーＩＣの温度上昇が最大となる。この状態を想定してパワーＩＣの放熱設計を行うと、放熱フィン等の冷却装置が必要となる等、放熱構造が複雑化してモータが大きくなる。同期整流を行う場合には、各下段側スイッチング素子１５，１６，１７の導通損失を低減することができるので、モータのロック時においても、パワーＩＣの温度上昇を抑制することができ、放熱構造の簡略化や、これに伴いモータの小型化を図ることが可能となる。
　また、本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータ４を、例えば、年間消費電力に占める低速運転時間の割合が大きい２４時間換気タイプの換気扇に適用しても、同様の効果を得られることは言うまでもない。
　図１０は、実施の形態にかかる駆動回路内蔵ポンプモータの縦断面図である。図７に示す駆動回路内蔵ポンプモータ７０では、インペラ７１と、ポンプハウジング７２と、流体がプリント基板２１やステータ８０に流れ込むのを防ぐためのカップ７４とを有し、ロータマグネット７３とステータ８０との間にカップ７４が介在している。
　このような駆動回路内蔵ポンプモータ７０において、例えば、インペラ７１とポンプハウジング７２との間や、ロータマグネット７３とカップ７４との間に異物が混入して軸ロックが発生した場合には、上述した空気調和機５０の送風ファン５３，５４に異物が吸い込まれモータがロックした場合と同様の効果を得ることができる。つまり、同期整流を行うことにより、パワーＩＣの温度上昇を抑制することができ、放熱構造の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
　また、このような駆動回路内蔵ポンプモータ７０を、例えば、ヒートポンプ給湯機や内蔵冷温水循環式空調機に適用しても、同様の効果を得られることは言うまでもない。
　以上説明したように、実施の形態のモータ駆動回路、およびそれを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータ、およびそれらを搭載した空気調和機、換気扇、ヒートポンプ給湯機、ならびに内蔵冷温水循環式空調機によれば、上段側スイッチング素子のオフ期間において、下段側スイッチング素子に流れる還流電流をＩ、前記寄生ダイオードの順方向電圧をＶｆ、前記ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＲｏｎとしたとき、Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎを満たす低負荷条件下において、同期整流を行うこととし、Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎを満たさない高負荷条件下では、同期整流を行わないこととしたので、負荷の状態によらず、各下段側スイッチング素子の導通損失を低減することができる。
　また、モータ駆動部を構成する上段側ドライバ回路、下段側ドライバ回路、およびインバータ回路を構成する各スイッチング素子をパワーＩＣの単一パッケージ内に封止し、モータとモータ駆動回路の各部品が実装されたプリント基板とを組み合わせてモールド樹脂で一体化した構成であるので、各信号線の配線長が短くなり、相対的に各相間の配線長差が小さくなる。このため、各相間の配線の線路インピーダンスのばらつきが小さくなり、各スイッチング素子用の各ゲート信号波形精度や各ゲート駆動信号波形精度のばらつきが小さくなる。また、各スイッチング素子間の温度差も小さくなり、各スイッチング素子間のスイッチングスピードのばらつきも小さくなる。したがって、各スイッチング素子のオン／オフタイミングのばらつき要因を小さくすることができるので、同期整流を実現する際の短絡防止時間を短縮することができ、各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果を高めることが可能となる。
　また、本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータは、上述したようにモータとモータ駆動回路とを組み合わせてモールド樹脂で一体化した構成であるので、モータとモータ駆動回路とが別個に扱われる場合のように、モータおよびモータ駆動回路のいずれか一方のみ交換され、これらの組み合わせによりスイッチングスピードが変化して、上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが同時にオンして短絡電流が流れ破壊に至る等のサービス不良を招く虞がない。
　また、インバータ回路を構成する各スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いた構成とし、発熱源であるステータに対し、熱抵抗の大きなプリント基板の反ステータ側にパワーＩＣを配置する構造としているため、各スイッチング素子の温度を低く、つまり、各スイッチング素子を構成するＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を低く保つことができるので、同期整流による各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果を有効に引き出すことができる。
　また、インバータ回路を構成する各スイッチング素子として、スイッチングの立ち上がり勾配ｄｖ／ｄｔが大きいＷＢＧ半導体で形成されたＭＯＳＦＥＴを用いることにより、さらに短絡防止時間を短縮することができ、同期整流による各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果をさらに高めることが可能となる。
　また、上述したＷＢＧ半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴやスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴのようにオン抵抗の小さいＭＯＳＦＥＴを各スイッチング素子として適用することにより、同期整流を適用する電流範囲が拡大すると共に、低電流運転における同期整流による各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果を高めることが可能となる。
　また、ゲート信号生成部を構成する他の主要構成部と単一のチップ上に発振周波数決定用コンデンサを形成しているので、製造工程におけるレーザトリミングや検査工程における選別を行うことで、発振周波数決定用コンデンサの容量値のばらつきを小さくすることができ、基準クロック信号の発振周波数のばらつきを小さくすることができる。このため、同期整流を実現する際の短絡防止時間の高精度化が可能となり、短絡防止時間の更なる短縮化が可能となる。これにより、同期整流による各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果をより高めることが可能となる。
　また、応力によって半田切れの発生し易い面実装型部品をプリント基板のステータ側に実装すると共に、スルーホール実装型部品をプリント基板の反ステータ側に実装することにより、プリント基板の半田付け工程を面実装型部品が実装されたステータ側の面の半田フロー工程のみとすることができ、駆動回路内蔵モータを構成するモータ駆動回路の製造コストを低減することができる。さらに、このプリント基板のステータ側の面をステータに面して配置し、プリント基板上のモータ駆動回路とステータとを電気的に結合してモールド樹脂により封止することにより、熱履歴に対して半田寿命が長くなり、駆動回路内蔵モータの信頼性を高めることができる。
　また、モータ駆動部を構成する各構成要素の主要部を単一パッケージ内に封止したスルーホール実装型のパワーＩＣとして構成し、ゲート信号生成部を構成する各構成要素の主要部を単一パッケージ内に封止した面実装型の専用ＩＣあるいはマイコンとして構成することにより、モータ駆動回路を実装するプリント基板の小型化を図ることができる。
　また、モータ駆動回路を実装するプリント基板の外形を半月形状とすることにより、外形が円形であるよりも１枚のプリント基板材から効率よく材料取りを行うことができる。
　また、本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータは、空気調和機の室内機の送風ファンや、室外機の送風ファンを駆動するモータとして適用して好適である。空気調和機は、一般に、年間消費電力に占める低速運転時間の割合が大きいため、上段側スイッチング素子のオン時間の割合がオフ時間に対して小さくなる。つまり、同期整流を行うことによる導通損失低減効果が大きく、年間消費電力の削減が可能となる。
　また、空気調和機の室内機や室外機の送風ファン用のモータとして適用される場合に、低騒音化のためにスイッチング周波数（キャリア周波数）が非可聴域となる１６ｋＨｚ以上に設定された場合でも、短絡防止時間を短縮することが可能であるので、上段側スイッチング素子のオフ期間に占める短絡防止時間の比率を下げることができ、同期整流を行うことによる各下段側スイッチング素子の導通損失低減効果を向上させることができる。
　また、例えば、送風ファンに異物が吸い込まれモータがロックして上段側スイッチング素子のオン時間が極端に短くなった場合でも、同期整流により各下段側スイッチング素子の導通損失を低減することができるので、パワーＩＣの温度上昇を抑制することができ、放熱構造の簡略化や、これに伴いモータの小型化を図ることが可能となる。
　また、本実施の形態にかかる駆動回路内蔵モータを、例えば、年間消費電力に占める低速運転時間の割合が大きい２４時間換気タイプの換気扇に適用しても、同様の効果を得られる。
　また、駆動回路内蔵ポンプモータの駆動回路として、本実施の形態にかかるモータ駆動回路を適用した場合には、内部に異物が混入して軸ロックが発生した場合でも、上述した空気調和機の送風ファンに異物が吸い込まれモータがロックした場合と同様の効果を得ることができる。つまり、同期整流を行うことにより、パワーＩＣの温度上昇を抑制することができ、放熱構造の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
　また、このような駆動回路内蔵ポンプモータを、例えば、ヒートポンプ給湯機や内蔵冷温水循環式空調機に適用しても、同様の効果を得られる。
　なお、上述した実施の形態において説明したＷＢＧ半導体により構成されたスイッチング素子を用いることによる効果は、上述した効果にとどまらない。
　例えば、ＷＢＧ半導体で形成されたＭＯＳＦＥＴは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、小型化が可能であり、これら小型化されたＭＯＳＦＥＴを用いてパワーＩＣを構成することにより、パワーＩＣの小型化が可能となる。
　また、ＷＢＧ半導体で形成されたＭＯＳＦＥＴは、耐熱性も高いため、パワーＩＣの放熱構造を簡素化することが可能であるので、このパワーＩＣを実装したモータ駆動回路や、それを内蔵した駆動回路内蔵モータならびに駆動回路内蔵ポンプモータの小型化が可能となる。
　また、上述した実施の形態では、ゲート信号生成部を構成する他の主要構成部と単一のチップ上に発振周波数決定用コンデンサを形成し、この発振周波数決定用コンデンサと発振周波数決定用抵抗とによりゲート信号の基準となる基準クロック信号を生成する例を示したが、発振周波数のばらつきの少ないセラミック発振子や水晶発振子を用いて基準クロック信号を生成するようにしても、同等の効果が得られることは言うまでもない。
　また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
　１　高圧直流電源、２　低圧直流電源、３　モータ駆動回路、４　駆動回路内蔵モータ、５　位置検出センサ（ホールＩＣ）、６　ゲート信号生成部、７　モータ駆動部、８　モータ、９　上段側ドライバ回路、１０　下段側ドライバ回路、１１　ブートストラップダイオード、１２～１４　上段側スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、１５～１７　下段側スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、１８　インバータ回路、１９　外部接続リード、２１　プリント基板、２２　接続端子、２３　モールド樹脂、２４　ベアリングハウジング、２５　ロータ貫通用穴、３０　プリント基板材、５０　空気調和機、５１　室内機、５２　室外機、５３　送風ファン（室内機）、５４　送風ファン（室外機）、７０　駆動回路内蔵ポンプモータ、７１　インペラ、７２　ポンプハウジング、７３　ロータマグネット、７４　カップ、８０　ステータ、１０１　スルーホール実装型部品（パワーＩＣ）、１０２　面実装型部品（専用ＩＣあるいはマイコン）、１０３　面実装型部品（ホールＩＣ）、１０４　スルーホール実装型部品（コネクタ部品）。

Claims (14)

  1. 　ロータの位置を検出する位置検出センサと、
    　ＭＯＳＦＥＴと該ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された寄生ダイオードとからなる複数の上段側スイッチング素子および複数の下段側スイッチング素子がブリッジ接続されて構成され、ステータ巻線に駆動電流を供給するインバータ回路と、
    　前記各上段側スイッチング素子を駆動する上段側ドライバ回路と、
    　前記各下段側スイッチング素子を駆動する下段側ドライバ回路と、
    　前記位置検出センサからの位置検出信号と外部から入力される出力電圧指令とに基づいて、前記インバータ回路を駆動するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
    　を備え、
    　前記ゲート信号生成部は、
    　前記ゲート信号を生成する際に、前記上段側スイッチング素子のオフ期間において、前記下段側スイッチング素子に流れる還流電流をＩ、前記寄生ダイオードの順方向電圧をＶｆ、前記ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＲｏｎとしたとき、Ｉ＜Ｖｆ／Ｒｏｎの関係を満たす条件下において、前記還流電流が流れるタイミングに同期して前記下段側スイッチング素子をオン制御する同期整流を行うことを特徴とするモータ駆動回路。
  2. 　前記インバータ回路、前記上段側ドライバ回路、および前記下段側ドライバ回路が単一のパッケージ内に構成され、当該パッケージと前記ゲート信号生成部とが単一のプリント基板上に実装され、当該プリント基板とモータとがモールド樹脂により一体化されて駆動回路内蔵モータが構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
  3. 　前記ゲート信号生成部は、前記ゲート信号の基準となる基準クロック信号の発振周波数を決定する発振周波数決定用コンデンサを含み単一のチップ上に構成されたことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
  4. 　前記ＭＯＳＦＥＴは、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に記載のモータ駆動回路。
  5. 　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、またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動回路。
  6. 　前記ＭＯＳＦＥＴは、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
  7. 　前記プリント基板の外形が半月形状であることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ駆動回路を内蔵し、
    　前記モータ駆動回路を構成する各部品のうち、面実装型部品を前記プリント基板の一方の面に実装すると共に、スルーホール実装型部品を前記プリント基板の他方の面に実装し、
    　前記プリント基板の前記面実装型部品を実装した面をステータに面して配置し、該プリント基板上の前記モータ駆動回路と前記ステータとを電気的に結合して前記モールド樹脂により封止して構成したことを特徴とする駆動回路内蔵モータ。
  9. 　前記インバータ回路、前記上段側ドライバ回路、および前記下段側ドライバ回路が単一のパッケージ内に構成された前記スルーホール実装型部品として構成され、前記ゲート信号生成部が単一のパッケージ内に構成された前記面実装型部品として構成されたことを特徴とする請求項８に記載の駆動回路内蔵モータ。
  10. 　請求項８または９に記載の駆動回路内蔵モータを搭載したことを特徴とする空気調和機。
  11. 　請求項８または９に記載の駆動回路内蔵モータを搭載したことを特徴とする換気扇。
  12. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ駆動回路を内蔵したことを特徴とする駆動回路内蔵ポンプモータ。
  13. 　請求項１２に記載の駆動回路内蔵ポンプモータを搭載したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
  14. 　請求項１２に記載の駆動回路内蔵ポンプモータを搭載したことを特徴とする内蔵冷温水循環式空調機。
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