CN115088183A - 电动机以及具备电动机的空调机 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机具备检测逆变器电路的过电流的机构。电动机具备转子、定子和基板，基板具备：功率晶体管，构成对向定子的绕组流动的电流的方向进行切换的逆变器电路；第一电阻器，设置于功率晶体管与接地端子之间，用于检测逆变器电路的过电流；第二电阻器，设置于功率晶体管与第一电阻器之间，用于检测向定子的绕组流动的电流；以及稳压二极管，与第一电阻器并联连接。

Description

电动机以及具备电动机的空调机

技术领域

本公开涉及具有逆变器电路的电动机以及具备电动机的空调机。

背景技术

例如，在专利文献1中，作为电动机的控制方法，提出一种基于通过相电流检测单元检测到的电流值来控制逆变器电路的方法。另外，提出一种利用过电流保护单元对逆变器电路的过电流进行检测，而保护构成逆变器电路的功率开关半导体不受过电流的影响的方法。根据专利文献1的结构，能够实现电动机的小型化，并且防止由在功率开关半导体流动过电流而导致的逆变器电路的破坏。

专利文献1：日本特开2005-304176号公报

在专利文献1的结构中，若电动机由于逆变器电路中的臂短路、或相短路而发生故障，而在作为过电流保护单元设置的过电流检测用的电阻器流动大的电流，则过电流检测用的电阻器严重烧损。另外，若从过电流检测用的电阻器起火，则其烟会向电动机的外部排出。

发明内容

本公开是为了解决上述课题而做出的，目的在于提供一种能够抑制用于检测过电流的电阻器的烧损的电动机以及具备电动机的空调机。

本公开所涉及的电动机具备转子、定子和基板，上述基板具备：功率晶体管，构成对向上述定子的绕组流动的电流的方向进行切换的逆变器电路；第一电阻器，设置于上述功率晶体管与接地端子之间，用于检测上述逆变器电路的过电流；第二电阻器，设置于上述功率晶体管与上述第一电阻器之间，用于检测向上述定子的上述绕组流动的电流；以及稳压二极管，与上述第一电阻器并联连接。

根据本公开所涉及的电动机，由于稳压二极管与用于检测过电流的第一电阻器并联连接，所以能够抑制第一电阻器的烧损。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的电动机的示意图。

图2是表示实施方式1所涉及的内置基板的电路结构的框图。

图3是表示实施方式1所涉及的放大电路的电路结构的框图。

图4是表示实施方式1所涉及的稳压二极管的配置例的示意图。

图5是表示实施方式1所涉及的第一电阻器的配置例的示意图。

图6是实施方式2所涉及的空调机的概略示意图。

具体实施方式

以下，对本实施方式所涉及的电动机进行说明。此外，在以下附图中，各构成部件的大小的关系有时与实际情况不同。另外，在以下附图中，标注相同的附图标记的部分是相同的或与其相当的部分，这在说明书的全文中是通用的。并且，说明书全文所表达的构成要素的形态不过是例示，并不限定于这些记载。

实施方式1

＜电动机的构造＞

图1是实施方式1所涉及的电动机1的示意图。本实施方式所涉及的电动机1例如为无刷DC马达。在图1中，为了说明电动机1的结构，而将一部分用截面结构表示。

如图1所示，电动机1具有：转子30，插入有旋转轴31；定子20，设置于转子30的外周；以及内置基板11，搭载有控制转子30的驱动的电路。内置基板11和定子20通过模制树脂12而一体成形。内置基板11和定子20构成模制定子10。在模制定子10形成有凹部，在模制定子10的凹部收容有转子30。在转子30与旋转轴31之间夹设有转子绝缘部32，通过转子绝缘部32对转子30与旋转轴31进行绝缘。

在旋转轴31的一端设置有支承旋转轴31的输出侧轴承33。在旋转轴31的另一端设置有在另一端支承旋转轴31的反输出侧轴承34。反输出侧轴承34由导电性的托架60覆盖。反输出侧轴承34的外圈嵌入到托架60的内侧。托架60以堵塞模制定子10的凹部的开口部的方式嵌入到模制定子10的内周部。

定子20具有圆筒形状。定子20具有：多个定子铁心21，以旋转轴31为中心呈放射状配置；绝缘体23，与多个定子铁心21一体成型；以及绕组22，分别卷绕于多个定子铁心21。定子铁心21通过层叠电磁钢板而构成。绕组22为铜或铝等导电性线材。例如，如后述的图2所示，绕组22由U相绕组22U、V相绕组22V以及W相绕组22W构成。在以下的说明中，有时将3相绕组统称为绕组22。定子铁心21和绕组22由绝缘体23绝缘。

收纳于模制定子10的凹部中的转子30的外周面与定子铁心21对置。转子30的外周面由磁体40构成。磁体40例如通过对铁氧体磁铁等永久磁铁、或者混合了稀土类磁铁和热塑性树脂材料而成的粘结磁铁进行注射成形而制成。在注射成形用的金属模中装入磁铁，一边施加取向一边进行成形。

内置基板11在旋转轴31的轴向上配置于输出侧轴承33与定子20之间。内置基板11具有在中心形成有孔的圆板形状。在内置基板11的孔中插入有旋转轴31。内置基板11的一面与定子20的在旋转轴31的轴向上的端面对置。内置基板11的安装面相对于旋转轴31的轴向垂直地配置。内置基板11与定子20一起由模制树脂12固定。

也可以在内置基板11搭载有磁性传感器50。在该情况下，若磁性传感器50配置于比定子20的绕组22靠近旋转轴31的位置，则抑制从定子20的绕组22产生的磁通对磁性传感器50的影响。作为磁性传感器50，存在例如霍尔IC等数字方式的传感器、或者例如霍尔元件等模拟方式的传感器。作为霍尔IC存在：传感器部和放大部由不同的半导体芯片构成，传感器部由硅以外的半导体构成，放大部由硅构成的非硅型霍尔IC；和传感器部和放大部由一个硅半导体芯片构成的霍尔IC。非硅型霍尔IC由于内置有2个芯片，因此传感器中心位置配置在与IC主体的中心不同的位置。非硅型霍尔IC的传感器部使用锑化铟(InSb)等半导体。这些非硅半导体与硅半导体相比，具有灵敏度提高，并且能够抑制由应力形变引起的偏移等优点。

在内置基板11搭载有磁性传感器50的情况下，转子30的磁体40例如可以由传感器磁体部和外径大于传感器磁体部的主磁体部构成。传感器磁体部起到使磁性传感器50检测转子30的位置的作用。主磁体部起到根据绕组22所产生的磁通而使转子30产生旋转力的作用。若将磁体40考虑为以旋转轴31为中心轴的圆柱，则传感器磁体部的直径小于主磁体部的直径。根据该结构，磁通容易从传感器磁体部的磁极流入磁性传感器50。在图1所示的结构例中，传感器磁体部和主磁体部能够通过设置于磁体40的阶梯差来区别。此外，虽然在图1所示的结构例中，示出了磁体40的主磁体部和传感器磁体部由一个磁体构成的例子，但也可以由单独的磁体构成主磁体部和传感器磁体部。

在内置基板11设置有用于将导线13引入电动机1内部的导线引出部14。导线13是将搭载电动机1的上位系统与电动机1连接的线。所谓电动机1的上位系统是指内置有电动机1的设备的控制基板。例如，在电动机1内置于空调机的情况下，空调机的控制基板相当于电动机1的上位系统。

＜电路结构＞

图2是表示实施方式1所涉及的内置基板11的电路结构的框图。如图2所示，内置基板11具备构成逆变器电路的功率晶体管81、控制器70、栅极驱动器电路82、以及放大电路72。在功率晶体管81与接地端子G之间设置有第一电阻器71。在功率晶体管81与第一电阻器71之间设置有第二电阻器74。在第一电阻器71的两端，稳压二极管73与第一电阻器71并联连接。控制器70以及放大电路72连接在控制用电源78与接地端子G之间。

在内置基板11中，功率晶体管81、控制器70以及栅极驱动器电路82例如由一个IC(Integrated Circuit：集成电路)构成。功率晶体管81以及栅极驱动器电路82也可以由一个IC构成为IPM(Intelligent Power Module：智能功率模块)。

逆变器电路通过功率晶体管81的动作，将从母线电源77输入的直流电压转换为3相的交流电压。功率晶体管81配置于母线电源77与接地端子G之间。功率晶体管81例如由各相各2个共计6个功率晶体管构成，经由未图示的绕组端子，与3相绕组22U、22V、22W连接。

具体而言，功率晶体管81由U相上臂功率晶体管81A、V相上臂功率晶体管81B、W相上臂功率晶体管81C、功率晶体管81由U相下臂功率晶体管81D、V相下臂功率晶体管81E、W相下臂功率晶体管81F构成。

U相上臂功率晶体管81A和U相下臂功率晶体管81D连接到U相绕组22U。V相上臂功率晶体管81B和V相下臂功率晶体管81E连接到V相绕组22V。W相上臂功率晶体管81C和W相下臂功率晶体管81F连接到W相绕组22W。在以下的说明中，有时将各相的功率晶体管统称为功率晶体管81。功率晶体管81例如为超级结MOSFET、平面MOSFET、或IGBT等。

第二电阻器74是为了检测向各相的绕组22流动的相电流而设置的。第二电阻器74只要与U相、V相、W相中的至少2相的下臂功率晶体管连接即可。在图2所示的例子中，第二电阻器74包含设置于U相下臂功率晶体管81D与接地端子G之间的第二电阻器74U、和设置于V相下臂功率晶体管81E与接地端子G之间的第二电阻器74V。第二电阻器74的电阻值例如为1Ω。

第二电阻器74的两端的电压输入到放大电路72。例如，第二电阻器74U的两端的电压输入到U相放大电路72U，第二电阻器74V的两端的电压输入到V相放大电路72V。第二电阻器74的两端的电压在放大电路72被放大，并输出到控制器70的相电流检测部70B。

控制器70基于由相电流检测部70B检测到的电流来生成开关信号，并向栅极驱动器电路82输出。相电流检测部70B例如由A/D转换器构成。控制器70也可以是ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等专用IC。控制器70也可以是具有存储程序的存储器、和按照程序执行处理的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)的结构。

栅极驱动器电路82根据开关信号，将功率晶体管81控制为导通状态以及断开状态。栅极驱动器电路82通过对栅极电极施加比阈值电压高的电压而使功率晶体管81成为导通状态。另外，栅极驱动器电路82通过对栅极电极施加比阈值电压低的电压而使功率晶体管81成为断开状态。

第一电阻器71连接到功率晶体管81与接地端子G之间且第二电阻器74与接地端子G之间。第一电阻器71是为了检测功率晶体管81的过电流而设置的。第一电阻器71的电阻值例如为1Ω。第一电阻器71的两端的电压值输入到控制器70的过电流检测部70A。若第一电阻器71的两端的电压值为一定值以上，则通过控制器70的控制，功率晶体管81成为断开状态。

与第一电阻器71并联连接的稳压二极管73例如为齐纳二极管。稳压二极管73具有如下特性：直到所施加的电压达到击穿电压为止不流动电流，在被施加的电压变得大于击穿电压的情况下，流动有施加于稳压二极管73的电压变得与击穿电压相等的电流。

在稳压二极管73未与第一电阻器71并联连接的情况下，若在功率晶体管81中产生臂短路或相短路，则在功率晶体管81中流动过电流，并且在第一电阻器71中流动过电流。在该情况下，虽然功率晶体管81被第一电阻器71保护，但第一电阻器71得不到保护，所以第一电阻器71有可能因过电流而发生烧损、或起火、冒烟。特别是，在使用金属皮膜电阻来作为第一电阻器71的情况下，由过电流引起的影响变得显著。

在稳压二极管73与第一电阻器71并联连接的情况下，若施加于稳压二极管73的电压达到稳压二极管73的击穿电压，则在稳压二极管73中流动电流。在由于在功率晶体管81产生过电流而达到稳压二极管73的击穿电压的情况下，电流在稳压二极管73中流动，因此第一电阻器71的电流维持在一定值。由此，防止向第一电阻器71流动的电流变成过电流，抑制第一电阻器71的烧损、起火、或冒烟。

＜放大电路的结构＞

图3是表示实施方式1所涉及的放大电路72的电路结构的框图。如图3所示，放大电路72具备运算放大器75、以及包含放大电路输入电阻器76在内的多个电阻器。为了去除噪声，放大电路72还使用未图示的电容器。放大电路输入电阻器76包含放大电路72的正侧的第三电阻器76P、和放大电路72的负侧的第四电阻器76N。

作为运算放大器75，例如能够使用输出为轨对轨(Rail-to-Rail)类型的运算放大器。在轨对轨类型的运算放大器75中，能够在从电源电压到接地电压为止的范围内进行输出，因此能够使放大电路72所能实现的放大率最大。另外，通过使用轨对轨类型的运算放大器75，耐噪声性变好，能够进行更稳定且高效率的控制。

运算放大器75例如也可以使用输出不是轨对轨类型的运算放大器。在该情况下，运算放大器75的输出比轨对轨类型的运算放大器75的输出小，因此可以在运算放大器75的输入中具备未图示的偏置电路等。另外，在该情况下，为了增大来自运算放大器75的输出电压，可以将运算放大器75的电源电压例如提升到15V等，且在运算放大器75与控制器70之间的信号、和控制用电源78之间具备未图示的二极管。

＜电动机1的动作＞

接着，对电动机1的动作进行说明。电动机1例如通过无传感器控制而进行旋转驱动。在无传感器控制中，根据定子20的绕组22的电流值来推测转子30的磁体40的磁通位置，根据磁极位置，6个功率晶体管81分别在适当的时机开关成导通状态或断开状态，由此得到旋转动力。

控制器70根据在放大电路72被放大后输入到相电流检测部70B的第二电阻器74的两端的电压值，分别计算绕组22U以及绕组22V的相电流，推测磁体40的磁极位置。

控制器70根据推测出的磁体40的磁极位置、以及来自上位系统的速度指令信号来生成开关指令，并向栅极驱动器电路82输出。栅极驱动器电路82基于控制器70所输出的开关指令，将6个功率晶体管81控制为导通状态或断开状态。由此，在适当的时机在各相的绕组22U、22V、22W产生电流，而转子30进行旋转。另外，控制器70通过检测相电流，进行使电流成为最小的控制，由此能够实现效率更高的控制。

控制器70当输入到过电流检测部70A的第一电阻器71的两端的电压值成为一定值以上时，判断为在功率晶体管81产生过电流，生成将功率晶体管81设为断开状态的开关信号。开关信号被输出到栅极驱动器电路82，通过栅极驱动器电路82强制地使功率晶体管81成为断开状态。由此，功率晶体管81得到保护而不被电流破坏。

在功率晶体管81流动有过电流，并且在第一电阻器71也流动有过电流的情况下，第一电阻器71中的过电流被稳压二极管73抑制，因此防止第一电阻器71因过电流而发生烧损、起火、或冒烟。通过将稳压二极管73与第一电阻器71并联连接，从而第一电阻器71在检测功率晶体管81的过电流的同时，避免由过电流引起的烧损。

另外，稳压二极管73还具有抑制向运算放大器75的输入侧施加的浪涌电压的效果。为了更有效地抑制浪涌电压，可以在运算放大器75设置有第三电阻器76P。第三电阻器76P设置在运算放大器75的输入端子中的与第二电阻器74的功率晶体管81侧的电极连接的放大电路72的正侧的输入端子、与第一电阻器71之间。第三电阻器76P作为噪声去除以及偏置电路发挥功能。第三电阻器76P的电阻值例如可以为数百Ω～数kΩ。特别是，若电流检测电阻相对于放大电路输入电阻器76之比，大于控制电源的电压即运算放大器75的电源的电压相对于母线电源77的电压之比，则抑制浪涌电压的效果大。

在第一电阻器71中流动有在绕组22U、22V、22W中流动的3相量的电流。因此，若第二电阻器74比第一电阻器71的电阻值的三分之一大，则第一电阻器71严重烧损的可能性高。在这样的情况下，也能够通过设置稳压二极管73而抑制第一电阻器71的烧损。

在上述中，以通过无传感器控制来推测相电流，并对功率晶体管81进行开关的控制方式为例进行了说明，但控制方式也可以是通过相电流以及磁性传感器50来推测转子30的磁极位置的结构。在该情况下，也能够通过检测相电流，进行将电流设为最小的控制，而实现效率更好的控制。

另外，在上述中，对控制器70根据第一电阻器71的两端的电压生成强制地使功率晶体管81成为断开状态的开关信号的结构进行了说明。但是，也可以是由栅极驱动器电路82来生成强制地使功率晶体管81成为断开状态的开关信号的结构。

另外，在上述中，对过电流检测部70A内置于控制器70的结构进行了说明，但过电流检测部70A也可以内置于栅极驱动器电路82。

另外，除了上述结构之外，也可以在内置基板11搭载有检测功率晶体管81的温度的感温元件。通过来自感温元件的信号强制地将功率晶体管81设为断开状态，而保护该功率晶体管81不受过热的影响。

＜稳压二极管73的配置例＞

图4是表示实施方式1所涉及的稳压二极管73的配置例的示意图。如图4所示，稳压二极管73能够安装于内置基板11的面中的与定子20对置的面的相反侧的面。由此，提高稳压二极管73的散热性，能够进一步延迟稳压二极管73的破坏。

＜第一电阻器71的配置例＞

图5是表示实施方式1所涉及的第一电阻器71的配置例的示意图。如图5所示，第一电阻器71可以配置于内置基板11的面中的与安装有导线引出部14的面相反侧的面。若第一电阻器71烧损，则火焰或烟通过定子20的模制树脂12与导线引出部14之间而向外部排出，但通过图5那样的配置，能够减少火焰或烟向外部排出的情况。

根据以上说明的本实施方式1所涉及的电动机1，若对与第一电阻器71并联连接的稳压二极管73施加一定值以上的电压，则在稳压二极管73中流动电流，第一电阻器71的电流不会增加。因此，即使由于功率晶体管81中的臂短路等而在功率晶体管81中流动的电流增加，也抑制过电流在第一电阻器71流动。由此，即使在功率晶体管81产生过电流，也能够保护功率晶体管81，并且避免第一电阻器71的烧损。

另外，由于通过设置稳压二极管73，来抑制放大电路72中的电压，所以在放大电路72中不易产生浪涌电压。

另外，由于通过稳压二极管73抑制浪涌电压，所以作为构成放大电路72的运算放大器，可以使用能够在从电源电压到接地为止的范围内输出第二电阻器74的电压值的轨对轨类型的运算放大器。

另外，在放大电路72的输入端子与运算放大器75之间设置有第三电阻器76P，第二电阻器74的电阻值相对于第三电阻器76P的电阻值之比大于控制电源电压相对于母线电源电压之比。因此，抑制在放大电路72中产生的浪涌电压。

另外，在本实施方式1所涉及的电动机1中，即使第一电阻器71的电阻值是大于第二电阻器74的电阻值的三分之一的电阻值，也能利用稳压二极管73抑制第一电阻器71起火或冒烟。

另外，本实施方式1所涉及的电动机1能够避免第一电阻器71的烧损，并且能够降低第二电阻器74的电阻值而容易地检测向绕组22流动的电流。

另外，本实施方式1所涉及的电动机1通过将稳压二极管73设置于内置基板11的面中的与定子20对置的面的相反侧的面，而提高稳压二极管73的散热性能。由此，抑制稳压二极管73先于功率晶体管81被热破坏。

另外，即使电动机1的输出为100W以上，由于设置有稳压二极管73，所以也能够避免第一电阻器71的烧损。

另外，第一电阻器71设置于内置基板11的面中的与设置有导线13的面相反侧的面，因此即使产生火焰或烟，也抑制火焰或烟通过导线13而排出。

实施方式2

＜对空调机的应用例＞

图6是实施方式2所涉及的空调机200的概略示意图。如图6所示，空调机200具备室内机210、和与室内机210连接的室外机220。室内机210搭载室内机用送风机213，室外机220搭载室外机用送风机223。室外机用送风机223以及室内机用送风机213分别内置有实施方式1中说明的电动机1来作为驱动源。

若空调机200变得大型，则马达的输出成为100W以上。即使在这样的情况下，由于在电动机1的内置基板11与第一电阻器71并联地连接有稳压二极管73，因此能够降低随着马达输出的增大而导致第一电阻器71烧损、或起火冒烟的可能性。特别是，通过将实施方式1所涉及的电动机1搭载于商用空调机(industrial air-conditioner)、或组合式空调机(package air-conditioner)所使用的风扇马达等，而能够得到显著降低第一电阻器71的烧损、或起火冒烟的效果。

另外，输出的增大还产生施加到运算放大器75的输入的噪声的增大。在这样的情况下，运算放大器75的噪声也能够通过稳压二极管73来降低。

此外，电动机1除了空调机200之外，还能够搭载于例如换气扇、家用电器、机床等来使用。

附图标记说明

1...电动机；10...模制定子；11...内置基板；12...模制树脂；13...导线；14...导线引出部；20...定子；21...定子铁心；22...绕组；22U...U相绕组；22V...V相绕组；22W...W相绕组；23...绝缘体；30...转子；31...旋转轴；32...转子绝缘部；33...输出侧轴承；34...反输出侧轴承；40...磁体；50...磁性传感器；60...托架；70...控制器；71...第一电阻器；72...放大电路；73...稳压二极管；74...第二电阻器；75...运算放大器；76...放大电路输入电阻器；76N...第四电阻器；76P...第三电阻器；77...母线电源；78...控制用电源；81...功率晶体管；81A...U相上臂功率晶体管；81B...V相上臂功率晶体管；81C...W相上臂功率晶体管；81D...U相下臂功率晶体管；81E...V相下臂功率晶体管；81F...W相下臂功率晶体管；82...栅极驱动器电路；200...空调机；210...室内机；213...室内机用送风机；220...室外机；223...室外机用送风机；G...接地端子。

Claims (11)

1.一种电动机，其中，

所述电动机具备：

转子；

定子；以及

基板，

所述基板具备：

功率晶体管，构成对向所述定子的绕组流动的电流的方向进行切换的逆变器电路；

第一电阻器，设置于所述功率晶体管与接地端子之间，用于检测所述逆变器电路的过电流；

第二电阻器，设置于所述功率晶体管与所述第一电阻器之间，用于检测向所述定子的所述绕组流动的电流；以及

稳压二极管，与所述第一电阻器并联连接。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述电动机还具备放大所述第二电阻器的电压值的放大电路，

所述放大电路具有运算放大器。

3.根据权利要求2所述的电动机，其中，

所述运算放大器为轨对轨类型的运算放大器。

4.根据权利要求2或3所述的电动机，其中，

所述电动机还具备控制所述逆变器电路的控制器，

从一个电源向所述控制器和所述放大电路供给电力。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的电动机，其中，

所述放大电路在所述放大电路的输入端子与所述运算放大器之间具备第三电阻器，

所述第二电阻器的电阻值相对于所述第三电阻器的电阻值之比大于所述放大电路的电源的电压相对于母线电源的电压之比。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电动机，其中，

所述第一电阻器的电阻值是比所述第二电阻器的电阻值的三分之一的电阻值大的电阻值。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电动机，其中，

所述第二电阻器的电阻值为1Ω以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的电动机，其中，

所述基板的一面与所述定子以及所述转子的轴向的端面对置，

在所述基板的另一面设置有所述稳压二极管。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的电动机，其中，

输出为100W以上。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的电动机，其中，

在所述基板设置有与导线连接的导线引出部，

在所述基板的与设置有所述导线引出部的面相反侧的面，设置有所述第一电阻器。

11.一种空调机，其中，

具备权利要求1～10中任一项所述的电动机。

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