DE112018008209T5

DE112018008209T5 - Elektromotor und Klimatisierungsvorrichtung mit diesem Motor

Info

Publication number: DE112018008209T5
Application number: DE112018008209.1T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Oya; Mineo Yamamoto; Hiroyuki Ishii; Yuto Urabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2021-09-09
Also published as: WO2020129127A1; JPWO2020129127A1; CN113169697A; CN113169697B; JP7003294B2

Abstract

Elektromotor umfasst: einen Rotor, in den eine Drehwelle eingesetzt ist; einen Stator, der um einen Außenumfang des Rotors herum vorgesehen ist und eine Wicklung mit drei Phasen aufweist; einen Wechselrichter, der drei Sätze von Schaltern des oberen Arms und Schaltern des unteren Arms, welche den drei Phasen zugeordnet sind, und Freilaufdioden, die parallel zu den Schaltern des oberen Arms und zu den Schaltern des unteren Arms der drei Sätze geschaltet sind; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Pulsweitenmodulation an den drei Sätzen von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms bei einer bestimmten Trägerfrequenz in einer nicht-komplementären Schaltweise durchführt. Jeder der Schalter des oberen Arms und jeder der Schalter des unteren Arms der drei Sätze sind Super-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren. Die Steuerung führt die Pulsweitenmodulation bei einem Tastverhältnis durch, in dem eine Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms länger ist als die Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms in einem Fall, in dem der Schalter des oberen Arms und der Schalter des unteren Arms in einer komplementären Schaltweise arbeiten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Elektromotor mit einem Rotor und eine mit dem Elektromotor versehene Klimatisierungsvorrichtung.
Stand der Technik
In der Vergangenheit sind Elektromotoren bekannt worden, die mit einem Wechselrichter betrieben werden (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Weiterhin sind Elektromotoren bekannt worden, die planare Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als Schaltelemente des Wechselrichters verwenden (siehe beispielsweise Patentliteratur 2). Die Patentliteratur 2 schlägt die Verwendung von Super-Sperrschicht-MOSFETs anstelle von planaren MOSFETs vor, um Verluste in den Schaltelementen zu reduzieren.
Literaturliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2010-17044
Patentliteratur 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2014-87199

Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Bei der Verwendung von Super-Sperrschicht-MOSFETs anstelle von planaren MOSFETs als Schaltelemente des Wechselrichters wird der stationäre Verlust der Schalter reduziert. Der Schaltverlust eines Super-Sperrschicht-MOSFET ist jedoch größer als der eines planaren MOSFET, und die Verlustleistung der gesamten Schaltung kann dadurch erhöht werden.
Die vorliegende Offenbarung wird getätigt, um das oben genannte Problem zu lösen, und betrifft einen Elektromotor, in dem Super-Sperrschicht-MOSFET verwendet werden, ohne die Verlustleistung der gesamten Schaltung zu erhöhen, und eine Klimatisierungsvorrichtung, die mit dem Elektromotor versehen ist.
Lösung des Problems
Ein Elektromotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: einen Rotor, in den eine Drehwelle eingesetzt ist; einen Stator, der um einen Außenumfang des Rotors herum vorgesehen ist und eine Wicklung mit drei Phasen aufweist; einen Wechselrichter, der drei Sätze von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms, welche den drei Phasen zugeordnet sind, und Freilaufdioden, die parallel zu den Schaltern des oberen Arms und zu den Schaltern des unteren Arms der drei Sätze geschaltet sind, aufweist; und eine Steuerung, die eine Pulsweitenmodulation an den drei Sätzen von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms bei einer bestimmten Trägerfrequenz in einer nicht-komplementären Schaltweise durchführt. Jeder der Schalter des oberen Arms und jeder der Schalter des unteren Arms der drei Sätze sind Super-Sperrschicht-Feldeffektransistoren. Die Steuerung führt die Pulsweitenmodulation bei einem Tastverhältnis durch, bei dem die Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms länger ist als die Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms in einem Fall, in dem der Schalter des oberen Arms und der Schalter des unteren Arms in einer komplementären Schaltweise arbeiten.
Eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Inneneinheit, die einen lastseitigen Lüfter aufweist; eine Außeneinheit, die einen wärmequellenseitigen Lüfter aufweist; und den oben genannten Elektromotor. Der Elektromotor ist als eine Antriebsquelle für den lastseitigen Lüfter und/oder den wärmequellenseitigen Lüfter vorgesehen. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die Schalter des oberen Arms und die Schalter des unteren Arms in einer nicht-komplementären Schaltweise geschaltet, um das Auftreten von Schaltverlusten zu reduzieren. Ferner wird eine Pulsweitenmodulation an den Schaltern des oberen Arms bei einem hohen Tastverhältnis durchgeführt, um die Zeit zu verkürzen, in der ein Strom durch die Freilaufdioden fließt. Dadurch kann die Verlustleistung der gesamten Schaltung reduziert werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration eines Elektromotors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung.
[2] 2 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer internen Platine, wie in der 1 gezeigt.
[3] 3 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels der Konfiguration der internen Platine, wie in der 1 gezeigt.
[4] 4 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer Steuerung und eines Leistungs-IC, wie in der 2 gezeigt.
[5] 5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration jedes der in der 4 gezeigten Leistungs-MOSFETs, die als Schalter des oberen Arms und Schalter des unteren Arms verwendet werden.
[6] 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration eines MOSFET eines Vergleichsbeispiels.
[7] 7 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels des Falls, in dem ein magnetischer Sensor ein Hall-IC ist, wie in der 1 gezeigt.
[8] 8 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Falls, in dem Schalter des oberen Arms und Schalter des unteren Arms, welche verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in einer komplementären Weise als Pulsweitenmodulationssteuerung des Vergleichsbeispiels geschaltet werden.
[9] 9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in einem Bereich, der zwischen zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 8 gezeigt.
[10] 10 ist ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in dem Bereich, der zwischen den zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 8 gezeigt.
[11] 11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in dem Bereich, der zwischen den zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 8 gezeigt.
[12] 12 ist ein vergrößertes Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebe der Schalter der U-Phase des oberen und unteren Arms, wie in den 9 bis 11 gezeigt.
[13] 13 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Falls, in dem die wie in der 4 gezeigte Steuerung bewirkt, dass die Schalter des oberen Arms und die Schalter des unteren Arms, welche verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in einer nicht-komplementären Weise geschaltet werden.
[14] 14 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der-Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in einem Bereich, der zwischen zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 13 gezeigt.
[15] 15 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in dem Bereich, der zwischen den zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 13 gezeigt.
[16] 16 ist ein vergrößertes Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebe der Schalter der U-Phase des oberen und unteren Arms, wie in den 14 und 15 gezeigt.
[17] 17 ist ein Diagramm zum Vergleichen zwischen einem Tastverhältnis in der Pulsweitenmodulationssteuerung des Vergleichsbeispiels und einem Tastverhältnis in der Pulsweitenmodulationssteuerung gemäß der Ausführungsform 1.
[18] 18 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer Klimatisierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung.
[19] 19 ist ein Kältemittelschaltungsdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration der Klimatisierungsvorrichtung, wie in der 18 gezeigt.
[20] 20 ist eine perspektivische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer Inneneinheit, wie in der 18 gezeigt.
[21] 21 ist eine perspektivische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer Inneneinheit des Vergleichsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Es wird eine Konfiguration eines Elektromotors gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben. Bei der Ausführungsform 1 ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (DC). 1 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration des Elektromotors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung. Zur Erläuterung der Konfiguration des Elektromotors wird ein Teil des Elektromotors in der 1 als eine Schnittkonfiguration gezeigt. 1 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen radialen Spalt aufweist; jedoch ist der Typ des Elektromotors gemäß der Ausführungsform 1 nicht auf den Typ beschränkt, der einen radialen Spalt aufweist. 2 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer internen Platine, wie in der 1 gezeigt.
Wie in der 1 gezeigt, umfasst ein Elektromotor 1 einen Rotor 30, in den eine Drehwelle 31 eingesetzt ist, einen Stator 20, der an einem Außenumfang des Rotors 30 vorgesehen ist, und eine interne Platine 11, auf der eine Schaltung montiert ist, welche den Antrieb des Rotors 30 steuert. Der Stator 20 und die interne Platine 11 sind einstückig an einem gegossenen Stator 10 ausgebildet. Der gegossene Stator 10 weist ein gegossenes Harz 12 auf, das eine Ausnehmung aufweist, und der Rotor 30 ist in der Ausnehmung untergebracht.
An einem Ende der Drehwelle 31 ist ein ausgangsseitiges Lager 33 vorgesehen, um die Drehwelle 31 zu stützen, die gedreht wird. An dem anderen Ende der Drehwelle 31 ist ein gegenüberliegendes ausgangsseitiges Lager 34 vorgesehen, um die Drehwelle 31 zu stützen, die gedreht wird. Das gegenüberliegende ausgangsseitige Lager 34 ist durch eine leitende Halterung 60 abgedeckt. Ein Außenring des gegenüberliegenden ausgangsseitigen Lagers 34 ist in die Halterung 60 eingepasst. Ein eingepresster Teil 61 der Halterung 60 ist in einen inneren Umfangsteil des gegossenen Stators 10 eingepasst, sodass die Halterung 60 einen Öffnungsabschnitt der Ausnehmung des gegossenen Stators 10 verschließt.
Der Stator 20 umfasst eine Vielzahl von Statorkernen 21, die radial in Bezug auf die Drehwelle 31 angeordnet sind, und einen Isolator 23, der einstückig mit der Vielzahl von Statorkernen 21 gegossen ist. Jeder der Statorkerne 21 ist durch das Stapeln einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen gebildet. Um jeden Statorkern 21 herum ist eine Wicklung 22 gewickelt, die einen magnetischen Fluss erzeugt. Die Wicklung 22 ist ein leitfähiger Draht, der beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium besteht. Der Isolator 23 isoliert den Statorkern 21 und die Wicklung 22 voneinander.
Wie in der 1 gezeigt, ist die interne Platine 11 zwischen dem ausgangsseitigen Lager 33 und dem Stator 20 vorgesehen und an dem Isolator 23 befestigt. Wie in der 2 gezeigt, ist die interne Platine 11 eine Scheibe mit einem Durchgangsloch 35 in deren Mitte. Die Drehwelle 31 ist so vorgesehen, dass sie durch das Durchgangsloch 35 hindurchgeht. Die interne Platine 11 ist in dem Elektromotor 1 so vorgesehen, dass eine zu der Scheibe parallel liegende Ebene senkrecht zu einer axialen Richtung der Drehwelle 31 liegt (eine Richtung wird durch einen Pfeil entlang der Z-Achse angezeigt). Wie in der 2 gezeigt, umfasst die interne Platine 11 eine Leistungs-Integrierten-Schaltung (IC) 80, die die Wicklung 22 mit Strom versorgt, eine Steuerung 70, der den Leistungs-IC 80 steuert, und Magnetsensoren 50, die die Position eines Magnetpols des Rotors 30 erfassen. In dem in der 2 gezeigten Konfigurationsbeispiel sind drei Magnetsensoren 50 an der internen Platine 11 vorgesehen. Die Magnetsensoren 50 sind jeweils beispielsweise ein Hall-IC.
Wie in der 1 gezeigt, umfasst der Rotor 30 die Drehwelle 31 und einen an der Drehwelle 31 befestigten Rotormagnet 40. Der Rotormagnet 40 ist ein zylindrischer Permanentmagnet und befindet sich gegenüber der Vielzahl von Statorkernen 21, die in dem gegossenen Stator 10 angeordnet sind. Der Rotormagnet 40 wird durch beispielsweise das Spritzgießen an einem Verbundmagnet gebildet, der durch das Mischen eines Ferritmagneten oder eines Seltenerdmagneten mit einem thermoplastischen Harzmaterial erhalten wird. Ein Magnet ist in eine Gussform zur Verwendung bei dem Spritzgießen für den Rotormagnet 40 eingebettet, und der Rotormagnet 40 wird gegossen, während er einer magnetischen Ausrichtung unterworfen wird.
In der wie in der 1 gezeigten Konfiguration umfasst der Rotormagnet 40 einen Sensormagnetteil, der ein Teil in der Nähe der Magnetsensoren 50 ist, und einen Hauptmagnetteil, der ein anderer Teil als der Sensormagnetteil ist, in die axiale Richtung der Drehwelle 31. Der Sensormagnetteil veranlasst die Magnetsensoren 50, die Position des Rotors 30 zu erfassen. Der Hauptmagnetteil bewirkt, dass sich der Rotor 30 einem von der Wicklung 22 erzeugten magnetischen Fluss entsprechend dreht. In dem Fall, in dem der Rotormagnet 40 als ein Zylinder betrachtet wird, der die Drehwelle 31 als dessen zentrale Achse hat, ist der Durchmesser des Sensormagnetteils kleiner als der des Hauptmagnetteils. Aufgrund der Bereitstellung dieser Konfiguration fließt ein magnetischer Fluss von dem Magnetpol des Sensormagnetteils leicht in die Magnetsensoren 50 ein. In dem in der 1 gezeigten Konfigurationsbeispiel können der Sensormagnetteil und der Hauptmagnetteil durch eine an dem Rotormagneten 40 vorgesehene Stufe voneinander unterschieden werden.
Die Magnetsensoren 50 sind auf der internen Platine 11 an den von der Wicklung 22 entfernten Positionen vorgesehen, wie in der 1 gezeigt, um den Einfluss des von der Wicklung 22 des Stators 20 erzeugten magnetischen Flusses so weit wie möglich zu reduzieren. Genauer gesagt sind die drei Magnetsensoren 50 an der wie in der 2 gezeigten internen Platine 11 an den Positionen nach der Drehwelle 31 vorgesehen, wie in der 1 gezeigt.
Der Leistungs-IC 80 der internen Platine 11 und die Wicklung 22 sind über einen nicht gezeigten Wicklungsanschluss durch einen Draht verbunden. Die interne Platine 11 weist einen Einführungsteil 14 zum Einführen eines Zuleitungsdrahts 13 in den Elektromotor 1 auf, wobei der Zuleitungsdraht 13 mit einer übergeordneten Vorrichtung verbunden ist, in der der Elektromotor 1 montiert ist. Die übergeordnete Vorrichtung, in der der Elektromotor 1 montiert ist, ist beispielsweise eine Klimatisierungsvorrichtung. In dem Fall, in dem die übergeordnete Vorrichtung eine Klimatisierungsvorrichtung ist, ist eine Steuervorrichtung der Klimatisierungsvorrichtung durch den Zuleitungsdraht 13 elektrisch mit der Steuerung 70 verbunden.
Auf einer Statorseite der internen Platine 11 sind die Steuerung 70, die Magnetsensoren 50 und nicht gezeigte passive Komponenten, wie Widerstände und Kondensatoren, angeordnet. In dem Fall, in dem der Leistungs-IC 80 von einem Leitungs-Typ ist, ist lediglich der Leistungs-IC 80 auf der gegenüberliegenden Seite der Statorseite vorgesehen. In diesem Fall kann der Leistungs-IC 80 in einem Herstellungsprozess der internen Platine 11 in einem einseitigen Durchflussprozess auf der internen Platine 11 montiert werden, wenn Anschlüsse elektrischer Komponenten an die gedruckten Drähte der internen Platine 11 gelötet werden. In diesem Fall, in dem der Leistungs-IC 80 von einem oberflächenmontierten Typ ist, ist der Leistungs-IC 80 auch auf der Statorseite vorgesehen. In diesem Fall, wenn die Anschlüsse elektronischer Komponenten an die gedruckten Drähte der internen Platine 11 gelötet werden, kann der Leistungs-IC 80 in einem einseitigen Rückfluss-Prozess auf der internen Platine 11 montiert werden.
Es sei angemerkt, dass 2 den Fall darstellt, in dem die Steuerung 70 und der Leistungs-IC 80 separate ICs sind; die Steuerung 70 und der Leistungs-IC 80 können jedoch als ein einziger IC ausgebildet sein. 3 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels der Konfiguration der internen Platine, wie in der 1 gezeigt. In dem Fall, in dem die interne Platine 11 eine Scheibe ist, entspricht eine interne Platine 11a, wie in der 3 gezeigt, einem wie in der 2 gezeigten Teil der internen Platine 11, der einen zentralen Winkel von ungefähr 90 Grad hat. Ein Aussparungsteil 36 der internen Platine 11a entspricht einem Teil des Umfangs des Durchgangslochs 35. Ein Modul 79 umfasst eine elektrische Schaltung, die Funktionen sowohl der Steuerung 70 und als auch des Leistungs-IC 80 erfüllt.
Die in der 3 gezeigte interne Platine 11a weist eine geringere Anzahl von elektronischen Komponenten auf, die auf der Platine montiert sind, als bei der in der 2 gezeigten Konfiguration, und deshalb verringert sich die Montagefläche der elektronischen Komponenten. Infolgedessen verringert sich die Fläche der internen Platine 11a. Wie bei der in der 3 gezeigten internen Platine 11a, in dem Fall, in dem die Konfiguration der elektronischen Komponenten an der Platine verbessert wird und ein Teil der Form des Durchgangslochs 35 effektiv verwendet wird, kann die Fläche der Platine reduziert werden.
Bezüglich des Rotormagneten 40, bezieht sich die oben genannte Beschreibung bezugnehmend auf 1 zwar auf den Fall, in dem der Hauptmagnetteil und der Sensormagnetteil als ein einziger Magnet ausgebildet sind, können der Hauptmagnetteil und der Sensormagnetteil jedoch auch separate Magnete sein.
Als Nächstes wird eine Konfiguration der Steuerung 70 und des Leistungs-IC 80 beschrieben, wie in der 2 gezeigt. 4 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration der Steuerung und des Leistungs-IC, wie in der 2 gezeigt. Der Leistungs-IC 80 umfasst einen Wechselrichter 81, eine Gate-Treiberschaltung 82 und eine Schutzschaltung 83. Zwischen der Masse (Erde) und der Steuerung 70 und dem Leistungs-IC 80 ist ein Überstromerfassungswiderstand 71 geschaltet.
Der Wechselrichter 81 wandelt eine Eingangs-Gleichspannung E in eine dreiphasige Wechselspannung (AC) um, die eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufweist. Der Wechselrichter 81 umfasst einen Schalter 84t der U-Phase des oberen Arms, einen Schalter 94t der U-Phase des unteren Arms, einen Schalter 85t der V-Phase des oberen Arms, einen Schalter 95t der V-Phase des unteren Arms, einen Schalter 86t der W-Phase des oberen Arms und einen Schalter 96t der W-Phase des unteren Arms. Eine Freilaufdiode 84d ist parallel zu dem Schalter 84t des oberen Arms geschaltet. Eine Freilaufdiode 94d ist parallel zu dem Schalter 94t des unteren Arms geschaltet. Eine Freilaufdiode 85d ist parallel zu dem Schalter 85t des oberen Arms geschaltet. Eine Freilaufdiode 95d ist parallel zu dem Schalter 95t des unteren Arms geschaltet. Eine Freilaufdiode 86d ist parallel zu dem Schalter 86t des oberen Arms geschaltet. Eine Freilaufdiode 96d ist parallel zu dem Schalter 96t des unteren Arms geschaltet.
Wie in der 4 gezeigt, umfasst der wie in der 1 gezeigte Elektromotor 1 eine Wicklung 22u der U-Phase, eine Wicklung 22v der V-Phase und eine Wicklung 22w der W-Phase als die Wicklung 22. Die Wicklung 22u der U-Phase ist zwischen dem Schalter 84t des oberen Arms und dem Schalter 94t des unteren Arms geschaltet. Die Wicklung 22v der V-Phase ist zwischen dem Schalter 85t des oberen Arms und dem Schalter 95t des unteren Arms geschaltet. Die Wicklung 22w der W-Phase ist zwischen dem Schalter 86t des oberen Arms und dem Schalter 96t des unteren Arms geschaltet.
Die Gate-Treiberschaltung 82 führt Einschalt-/Ausschalt-Steuerung sowohl der Schalter 84t bis 86t des oberen Arms als auch der Schalter 94t bis 96t des unteren Arms in Reaktion auf ein von der Steuerung 70 empfangenes Schaltsignal durch. Insbesondere legt die Gate-Treiberschaltung 82 zum Einschalten eines Schalters eine Spannung High, die höher als eine Schwellenspannung ist, an eine Gate-Elektrode an, und zum Ausschalten des Schalters legt die Gate-Treiberschaltung 82 eine Spannung Low, die niedriger als die Schwellenspannung ist, an die Gate-Elektrode an. Die Schutzschaltung 83 schützt den Wechselrichter 81 und die Gate-Treiberschaltung 82. Die Schutzschaltung 83 verhindert beispielsweise den Rückfluss eines hohen Stroms von der Masseseite zu der Gate-Treiberschaltung 82. Ferner, wenn der Wechselrichter 81 und die Gate-Treiberschaltung 82 hohe Temperaturen aufweisen, schaltet die Schutzschaltung 83 alle Transistoren des Wechselrichters 81 aus, um zu verhindern, dass Komponenten aufgrund hoher Temperaturen kaputt gehen.
Die Steuerung 70 ist beispielsweise ein Mikrocomputer. Die Steuerung 70 kann ein zugeordneter IC sein, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische Integrierte-Schaltung(ASIC). Die Steuerung 70 kann einen Speicher aufweisen, der ein Programm speichert, und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die die Verarbeitung gemäß dem Programm ausführt.
Die Steuerung 70 erzeugt, in Reaktion auf ein Geschwindigkeitsanweisungssignal, das von der übergeordneten Vorrichtung empfangen wird, in der der Elektromotor 1 montiert ist, ein Schaltsignal zur Durchführung einer Einschalt-Ausschalt-Steuerung sowohl der Schalter 84t bis 86t des oberen Arms als auch der Schalter 94t bis 96t des unteren Arms mit einer bestimmten Trägerfrequenz. Die Steuerung 70 gibt das Schaltsignal an die Gate-Treiberschaltung 82 aus, um eine Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) über die Schalter 84t bis 86t des oberen Arms und die Schalter 94t bis 96t des unteren Arms durchzuführen. Die Steuerung 70 bestimmt durch Schätzung die Position des Magnetpols des Rotors 30 auf der Grundlage eines Magnetpolpositionssignals, das von den Magnetsensoren 50 eingegeben wird, und berechnet die Drehgeschwindigkeit des Rotors 30 aus der durch Schätzung bestimmten Magnetposition. Die Steuerung 70 gibt ein Drehgeschwindigkeitssignal aus, das die berechnete Drehgeschwindigkeit an die übergeordnete Vorrichtung anzeigt.
Die Steuerung 70 schaltet die Schalter 84t bis 86t des oberen Arms und die Schalter 94t bis 96t des unteren Arms zwangsweise aus, wenn die Spannung zwischen den Enden des Überstromerfassungswiderstands 71 höher oder gleich einer bestimmten Spannung wird. Infolgedessen wird verhindert, dass ein Überstrom in der Wicklung 22 fließt. Der oben genannte Zustand, in dem die Spannung zwischen den Enden des Überstromerfassungswiderstands 71 höher oder gleich der bestimmten Spannung wird, entspricht einem Überstromerfassungssignal, das vom Überstromerfassungswiderstand 71 in die Steuerung 70 eingegeben wird. Ein nicht gezeigter Thermo-Sensor kann beispielsweise an der internen Platine 11 vorgesehen sein. In diesem Fall schaltet die Steuerung 70 beim Empfangen eines Signals, das eine abnormal hohe Temperatur von dem Thermo-Sensor anzeigt, die Schalter 84t bis 86t des oberen Arms und die Schalter 94t bis 96t des unteren Arms zwangsweise aus. Das oben genannte Verfahren kann angewendet werden, um zu verhindern, dass ein Überstrom in der Wicklung 22 fließt.
Nun werden die Schalter 84t bis 86t des oberen Arms und die Schalter 94t bis 96t des unteren Arms beschrieben, wie in der 4 gezeigt. Bei den Schaltern 84t bis 86t des oberen Arms und den Schalten 94t bis 96t des unteren Arms handelt es sich beispielsweise um Leistungs-MOSFETs. Bei der Ausführungsform 1 sind die als diese Schalter verwendeten Leistungs-MOSFETs Super-Sperrschicht-MOSFETs. Die Super-Sperrschicht-MOSFETs werden im Folgenden als SJ-MOSFET bezeichnet.
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration jedes der Leistungs-MOSFETs, die als Schalter des oberen Arms und unteren Arms verwendet werden, wie in der 4 gezeigt. Ein SJ-MOSFET 120 umfasst eine Gate-Elektrode 121, eine Drain-Elektrode 122 und eine Source-Elektrode 123. Der SJ-MOSFET 120 ist so konfiguriert, dass ein Oxidationsfilm 127, eine n+-Diffusionsschicht 126 und eine p-Diffusionsschicht 124 auf einem n-Halbleitersubstrat 125 ausgebildet sind. Das n-Halbleitersubstrat 125 ist ein Halbleitersubstrat, in das leitende Verunreinigungen von dem N-Typ in einer niedrigen Konzentration eindiffundiert sind. Die n+-Diffusionsschicht 126 ist ein Bereich, in dem leitende Verunreinigungen von dem N-Typ in einer hohen Konzentration eindiffundiert sind. Die p-Diffusionsschicht 124 ist ein Bereich, in den leitende Verunreinigungen von dem P-Typ eindiffundiert sind. Die Unterseite der p-Diffusionsschicht 124 liegt in eine Tiefenrichtung nahe an der n+-Diffusionsschicht 126 der Drain-Elektrode 122.
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration eines MOSFET eines Vergleichsbeispiels. Wie in der 6 gezeigt, umfasst ein planarer MOSFET 130 eine Gate-Elektrode 121, eine Drain-Elektrode 122 und eine Source-Elektrode 123. Der planare MOSFET 130 ist so konfiguriert, dass ein Oxidationsfilm 127, eine n+-Diffusionsschicht 126 und eine p-Diffusionsschicht 131 auf einem n-Halbleitersubstrat 125 ausgebildet sind. Eine p-Diffusionsschicht 131 ist ein Bereich, in den P-Typ leitende Verunreinigungen eindiffundiert sind. Die Unterseite der p-Diffusionsschicht 131 ist niedriger als die Unterseite der n+-Diffusionsschicht 126 und liegt in die Tiefenrichtung nahe an der Oberseite des n-Halbleitersubstrats 125.
Bezüglich des Vergleichs zwischen dem SJ-MOSFET 120, wie in der 5 gezeigt, und dem planaren MOSFET 130, wie in der 6 gezeigt, ist die Unterseite der p-Diffusionsschicht 124 näher an der n+-Diffusionsschicht 126 der Drain-Elektrode 122 angeordnet als die Unterseite der p-Diffusionsschicht 131. Bei der in der 5 gezeigten Konfiguration weist der SJ-MOSFET 120 einen Einschaltwiderstand auf, der kleiner ist als der Einschaltwiderstand des planaren MOSFET 130. Dadurch weist der SJ-MOSFET 120 einen stationären Verlust Pi [J] eines Schalters auf, der kleiner ist als der stationären Verlust des Schalters des planaren MOSFET 130. Infolgedessen kann die Leistungseffizienz des Elektromotors 1 verbessert werden.
Es sei angemerkt, dass die Fläche eines PN-Sperrschicht-Teils in dem SJ-MOSFET 120 groß ist, der ein Sperrschicht-Teil zwischen der p-Diffusionsschicht 124 und dem n-Halbleitersubstrat 125 ist, und der Schaltverlust Plsw [J] wird dadurch größer. Daher besteht in dem Fall, in dem das Schalten sehr häufig durchgeführt wird, beispielsweise bei einer hohen Trägerfrequenz, eine Möglichkeit, dass der Verlust (stationärer Verlust + Schaltverlust) des SJ-MOSFET 120 nicht verringert wird. In dem Elektromotor 1 gemäß der Ausführungsform 1 wird der Schaltverlust Plsw reduziert, indem eine Steuerung wie unten beschrieben durchgeführt wird.
Es sei angemerkt, dass die elektronischen Komponenten einschließlich der sechs Schalter, der Gate-Treiberschaltung 82 und der sechs Freilaufdioden, wie in der 4 gezeigt, in einem einzigen Halbleiterchip ausgebildet oder separate Komponenten sein können.
Bezüglich der Ausführungsform 1 wird Steuerung durch die Steuerung 70 in Bezug auf den Fall beschrieben, in dem die Steuerung 70 die Drehung des Elektromotors 1 in Reaktion auf ein Magnetpol-Positionssignal steuert, das durch Erfassung durch die Magnetsensoren 50 erhalten wird; die Steuerung durch die Steuerung 70 ist jedoch nicht auf die Steuerung unter Verwendung der Magnetsensoren 50 beschränkt. Die Steuerung 70 kann eine sensorlose Steuerung durchführen, bei der die Steuerung 70 durch Schätzung die Position des Magnetpols des Rotormagneten 40 auf der Grundlage des Stroms, der durch die Wicklung 22 fließt, einer Spannung, die an die Wicklung 22 angelegt wird, und einer Spannung, die an der Wicklung 22 erzeugt wird, bestimmt, und die Drehung des Elektromotors 1 steuert.
Bei der Ausführungsform 1 wird oben beschrieben, dass die elektronischen Komponenten einschließlich der Steuerung 70 auf der in dem Elektromotor 1 vorgesehenen internen Platine 11 montiert sind; jedoch ist dies nicht einschränkend. Beispielsweise können die Magnetsensoren 50 und die passiven Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren auf der internen Platine 11 montiert sein, und die Steuerung 70 und der Leistungs-IC 80 können außerhalb des gegossenen Stators 10 angeordnet sein.
Ferner kann jeder der Magnetsensoren 50 ein Hall-IC, dessen Ausgangssignal ein digitales Signal ist, oder ein Hall-Element sein, dessen Ausgangssignal ein analoges Signal. 7 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels des Falls, in dem jeder der wie in der 1 gezeigten Magnetsensoren ein Hall-IC ist.
Wie in der 7 gezeigt, umfassen die Magnetsensoren 50 jeweils eine Sensoreinheit 51 und eine Verstärkungseinheit 52. Die Verstärkungseinheit 52 umfasst einen Verstärker 53, einen Transistor 54 und ein Widerstandselement 55. Ein Ausgangsanschluss 56 ist zwischen einer Kollektorelektrode des Transistors 54 und dem Widerstandselement 55 geschaltet. Die Sensoreinheit 51 gibt an den Verstärker 53 eine Referenzspannung v0 und eine dem erfassten Magnetpol zugeordnete Erfassungsspannung vr aus. Der Verstärker 53 verstärkt eine Spannungsdifferenz vs zwischen der Referenzspannung v0 und der Erfassungsspannung vr, die von der Sensoreinheit 51 eingegeben werden, und gibt die verstärkte Spannungsdifferenz vs an eine Basiselektrode des Transistors 54 aus. Das Widerstandselement 55 legt eine bestimmte Spannung an die Kollektorelektrode des Transistors 54 an. Wenn die verstärkte Spannungsdifferenz vs an die Basiselektrode des Transistors 54 angelegt wird, wird ein magnetisches Positionssignal von dem Ausgangsanschluss 56 ausgegeben.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem die Sensoreinheit 51 und die Verstärkungseinheit 52 separate Halbleiterchips in dem Magnetsensor 50 sind, wie in der 7 gezeigt. Die Sensoreinheit 51 ist aus einem Nicht-Silizium-Halbleiter gebildet, der ein weiterer Halbleiter als Silizium ist, und die Verstärkungseinheit 52 ist aus einem Silizium-Halbleiter gebildet. Der auf diese Weise gebildete magnetische Sensor 50 wird als Nicht-Silizium-Hall-IC bezeichnet. Der Nicht-Silizium-Hall-IC weist zwei Halbleiterchips auf. Daher unterscheidet sich die Position des Zentrums des Sensors von der Position des Zentrums des IC-Körpers. Als ein Basissubstrat der Sensoreinheit 51 des Nicht-Silizium-Hall-IC wird ein Nicht-Silizium-Halbleiter wie Indiumantimonid (InSb) verwendet. Ein solcher Nicht-Silizium-Halbleiter weist eine höhere Empfindlichkeit als ein Siliziumhalbleiter auf. Außerdem ist in dem Nicht-Silizium-Halbleiter ein durch eine Spannung und eine Dehnung verursachter Offset kleiner als in dem Silizium-Halbleiter. Obwohl sich die oben genannte Beschreibung auf den Fall bezieht, in dem jeder der Magnetsensoren 50 ein Nicht-Silizium-Hall-IC ist, können die Sensoreinheit 51 und die Verstärkungseinheit 52 aus einem Silizium-Halbleiter gebildet und als ein einziger Halbleiterchip ausgebildet sein.
Als Nächstes wird der Betrieb des Elektromotors 1 gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben. Zunächst wird die Drehsteuerung des Rotors 30 beschrieben, die auf der magnetischen Position des Rotors 30 beruht. Die Magnetsensoren 50 geben jeweils ein Magnetpol-Positionssignal an die Steuerung 70 aus. Die Steuerung 70 bestimmt durch Schätzung die Position des Magnetpols des Rotors 30 auf der Grundlage des von jedem Magnetsensor 50 eingegebenen Magnetpol-Positionssignals. Die Steuerung 70 erzeugt ein Schaltsignal in Übereinstimmung mit der durch Schätzung bestimmten Magnetpolposition und einem von der nicht gezeigten übergeordneten Vorrichtung empfangenen Geschwindigkeitsanweisungssignal. Die Steuerung 70 gibt das erzeugte Schaltsignal an den Leistungs-IC 80 aus. Die Gate-Treiberschaltung 82 führt die Einschalt-/Ausschalt-Steuerung über die Schalter 84t bis 86t des oberen Arms und die Schalter 94t bis 96t des unteren Arms in Reaktion auf das von der Steuerung 70 empfangene Schaltsignal durch. Wenn die Steuerung 70 bewirkt, dass die sechs Leistungs-MOSFETs in dem Wechselrichter 81 zu geeigneten Zeitpunkten geschaltet werden, basierend auf der Position des Magnetpols des Rotormagneten 40 des Rotors 30, erhält der Rotor 30 eine Antriebskraft und wird dadurch gedreht.
Als Nächstes wird die PWM-Steuerung des Wechselrichters 81 beschrieben, die durch die in der 4 gezeigte Steuerung 70 durchgeführt wird. Die Steuerung 70 ändert ein Tastverhältnis Dr der PWM-Steuerung, um das Schalten basierend auf einem Geschwindigkeitsanweisungssignal durchzuführen. Das Tastverhältnis Dr bedeutet ein Bestromungsverhältnis, das das Verhältnis von einer Einschaltzeit zu einem Zyklus T der Trägerfrequenz ist. Wenn Vm eine Motorspannung ist, die eine Spannung ist, welche an die Wicklung 22 angelegt wird, ist die Motorspannung Vm umso höher, je höher das Tastverhältnis Dr ist.
Zu dem besseren Verständnis der PWM-Steuerung durch die Steuerung 70 gemäß der Ausführungsform 1 wird die PWM-Steuerung eines Vergleichsbeispiels beschrieben. Auch es wird davon ausgegangen, dass die PMW-Steuerung auf einem 120-Grad-Bestromungsverfahren beruht und die Trägerfrequenz größer oder gleich einer Tonfrequenz ist. Die Tonfrequenz ist beispielsweise eine Frequenz von 16 kHz.
8 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall zeigt, in dem die Schalter des oberen Arms und die Schalter des unteren Arms, die den verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in einer komplementären Weise geschaltet werden, wie die PWM-Steuerung des Vergleichsbeispiels. Die vertikale Achse in der 8 bezeichnet das Ein- und Ausschalten der Gate-Elektrode jedes Schalters, und die horizontale Achse in der 8 bezeichnet einen elektrischen Winkel. Der in der 8 gezeigte Abschnitt Intl ist ein Abschnitt, in dem das Schalten gemäß der PWM-Steuerung durchgeführt wird, welche ein Tastverhältnis Dr0 aufweist. Der in der 8 gezeigte Abschnitt Int2 ist ein Abschnitt, in dem das Schalten in Reaktion auf ein Inversionssignal durchgeführt wird, das in umgekehrter Beziehung zu einem Signal der PWM-Steuerung in dem Abschnitt Intl ist.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen den Zeitpunkten, zu denen einige Schalter ein- oder ausgeschaltet werden, und einem Strom, der durch Wicklungen und die Schalter in einem Bereich fließt, der zwischen zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 8 gezeigt, beschrieben. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem ein Strom von der Wicklung 22u der U-Phase zu der Wicklung 22v der V-Phase fließt, damit die oben genannte Beziehung leichter zu verstehen ist.
9 bis 11 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen Arms und des unteren Arms in dem Bereich, der zwischen den beiden gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 8 gezeigt. 12 ist ein vergrößertes Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase des oberen und unteren Arms, wie in den 9 bis 11 gezeigt.
Wie in der 9 gezeigt, werden der Schalter 84t der U-Phase des oberen Arms und der Schalter 95t der V-Phase des unteren Arms eingeschaltet. Infolgedessen fließt ein Strom von dem Wechselrichter 81 über die Wicklung 22u der U-Phase zu der Wicklung 22v der V-Phase.
Wie in der 10 gezeigt, wechselt der Zustand des Schalters der U-Phase des oberen Arms 84t entsprechend dem einem Schaltsignal zugeordneten Tastverhältnis Dr0 in einer Totzeit von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand. In dieser Zeit fließt der Strom aufgrund einer Induktionskomponente der Wicklung 22 weiter und somit in die Freilaufdiode 94d des Schalters 94t der U-Phase des unteren Arms. Die Totzeit td ist eine Zeit, die vorgesehen ist, um einen Kurzschluss zwischen dem Schalter 84t des oberen Arms und dem Schalter 94t des unteren Arms zu verhindern. Ferner sei es angemerkt, dass toff die Ausschaltzeit des Schalters 84t des oberen Arms in dem Zyklus T der Trägerfrequenz ist.
Nach dem Ablauf der Totzeit td wird der Schalter 94t der U-Phase des unteren Arms eingeschaltet, wie in der 11 gezeigt. Wie in der 12 gezeigt, wird der Schalter 94t des unteren Arms eingeschaltet, nachdem die Totzeit td ab der Zeit abgelaufen ist, zu der der Zustand des Schalters 84t des oberen Arms von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand geschaltet wird,. Dadurch fließt der Strom, der durch die Freilaufdiode 94d der U-Phase geflossen ist, in den Schalter 94t des unteren Arms ein. Wenn Pi [J] ein stationärer Verlust des Schalters ist, der durch den fließenden Strom verursacht wird, wenn der Schalter 94t des unteren Arms in dem Einschaltzustand ist, und wi [W] die stationäre Verlustleistung des Schalters ist, wird der stationäre Verlust des Schalters Pi durch Pi = wi × (toff - td) [J] ausgedrückt.
Wenn Pd [J] ein stationärer Verlust ist, der dadurch verursacht wird, dass der Strom in die Freilaufdiode 94d einfließt, und wd [W] die stationäre Verlustleistung der Freilaufdiode ist, wird der stationäre Verlust Pd der Freilaufdiode 94d durch Pd = wd × (toff - td) [J] ausgedrückt. Da der Schalter 94t des unteren Arms der SJ-MOSFET 120 ist, ist der stationäre Verlust Pi des Schalters 94t des unteren Arms kleiner als der stationäre Verlust Pd der Freilaufdiode 94d. Dadurch kann die Verlustleistung der gesamten Schaltung reduziert werden.
Auf der anderen Seite tritt während des Betriebs der Verlust des Schalters Plsw auf, wie in der 11 gezeigt. Wenn Δt die Schaltzeit ist, ist der Verlust des Schalters Plsw ein Wert, der proportional zur Spannung E × Strom I × Δt ist. Der Strom I ist ein Strom, der durch einen geschalteten Schalter fließt. Da der Verlust des Schalters des SJ-MOSFET 120 größer ist als der des planaren MOSFET 130, kann die Verlustleistung erhöht werden. Die Vorgänge, wie in den 9 bis 11 gezeigt, werden bei jedem Zyklus T der Trägerfrequenz durchgeführt.
Als Nächstes wird die PWM-Steuerung durch die Steuerung 70 gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben. Es wird davon ausgegangen, dass die PWM-Steuerung mit einem 120-Grad-Bestromungsverfahren durchgeführt wird und die Trägerfrequenz höher oder gleich einer Tonfrequenz ist. 13 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung des Falls, in dem die Steuerung bewirkt, wie in der 4 gezeigt, dass die oben genannten Schalter des oberen Arms und des unteren Arms, die den oben genannten Phasen zugeordnet sind, in einer nicht-komplementären Weise geschaltet werden. Die vertikale Achse in der 13 bezeichnet den Einschaltzustand und den Ausschaltzustand der Gate-Elektrode jedes der Schalter, und die horizontale Achse in der 13 bezeichnet den elektrischen Winkel. Der in der 13 gezeigte Abschnitt Intl ist ein Abschnitt, in dem das Schalten gemäß der PWM-Steuerung durchgeführt wird, welche ein Tastverhältnis Dr1 aufweist.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen den Zeitpunkten, zu denen einige Schalter ein-und ausgeschaltet werden, und einem Strom, der durch Wicklungen und die Schalter in einem Bereich fließt, der zwischen zwei gestrichelten Linien begrenzt ist, wie in der 13 gezeigt, beschrieben. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in dem ein Strom von der Wicklung 22u der U-Phase zu der Wicklung 22v der V-Phase fließt, damit die oben genannte Beziehung leichter zu verstehen ist.
14 und 15 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase- und V-Phase des oberen und unteren Arms in dem Bereich, der zwischen den beiden in der 13 gezeigten gestrichelten Linien begrenzt ist. 16 ist ein vergrößertes Diagramm zur Darstellung der Betriebsabläufe der Schalter der U-Phase des oberen und unteren Arms, wie in den 14 und 15 gezeigt.
Wie in der 14 gezeigt, schaltet die Steuerung 70 den Schalter der U-Phase des oberen Arms und den Schalter der V-Phase des unteren Arms ein. Infolgedessen fließt ein Strom von dem Wechselrichter 81 über die Wicklung 22u der U-Phase zu der Wicklung 22v der V-Phase.
Wie in der 15 gezeigt, schaltet die Steuerung 70 basierend auf dem Tastverhältnis Dr1 den Zustand des Schalters 84t der U-Phase des oberen Arms von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand. Das Tastverhältnis Dr1 wird später im Einzelnen beschrieben. Bei der Ausführungsform 1, wie in der 16 gezeigt, schaltet die Steuerung 70 den Schalter des unteren Arms 94t nicht ein. In dem Betrieb, wie in der 15 gezeigt, fließt der Strom aufgrund einer Induktionskomponente der Wicklung 22 weiter und in die Freilaufdiode 94d des Schalters 94t der U-Phase des unteren Arms ein. Ein dabei auftretender Verlust ist der stationäre Verlust Pd der Freilaufdiode 94d. Die Vorgänge, wie in den 14 und 15 gezeigt, werden bei jedem Zyklus T der Trägerfrequenz durchgeführt.
Bei der Steuerung, wie in den 14 und 15 gezeigt, führt die Steuerung 70 kein Schalten des Schalters 94t der U-Phase des unteren Arms durch, und dadurch tritt der Schaltverlust Plsw nicht auf. In dem Fall, in dem jeder der Schalter der SJ-MOSFET 120 ist, der einen großen Schalterverlust aufweist, ist die Verlustleistung der gesamten Schaltung bei der Steuerung gemäß der Ausführungsform 1 kleiner als bei der PWM-Steuerung des Vergleichsbeispiels.
17 ist ein Diagramm zum Vergleichen zwischen dem Tastverhältnis bei der PWM-Steuerung des Vergleichsbeispiels und dem Tastverhältnis bei der PWM-Steuerung gemäß der Ausführungsform 1. Wenn ton0 die Einschaltzeit des Schalters 84t des oberen Arms ist, der in dem Vergleichsbeispiel in der komplementären Weise geschaltet ist, und ton1 die Einschaltzeit des Schalters 84t des oberen Arms ist, der bei der Ausführungsform 1 in der nicht-komplementären Weise geschaltet ist, wird das Tastverhältnis Dr0 durch Dr0 = (ton0/T) und das Tastverhältnis Dr1 durch Dr1 = (ton1/T) ausgedrückt. Aus der 17 ist ersichtlich, dass die Beziehung „Dr0 < Drl“ erfüllt ist.
Bezugnehmend auf 17 fließt ein Strom in dem Schalter 84t der U-Phase des oberen Arms des Vergleichsbeispiels in die Freilaufdiode 95d der V-Phase während der Einschaltzeit ton0 ein, und der stationäre Verlust sinkt dadurch. Wenn jedoch der Zustand des Schalters 84t des oberen Arms von dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand geschaltet wird, tritt ein Schaltverlust Plsw auf. Im Gegensatz dazu ist bei dem Schalter 84t der U-Phase des oberen Arms bei der Ausführungsform 1 die Einschaltzeit ton1 länger als die Einschaltzeit ton0, und das Schalten wird nicht durchgeführt. Somit tritt der Schaltverlust Plsw nicht auf. Außerdem ist bei dem Schalter 84t der U-Phase des oberen Arms bei der Ausführungsform 1 die Einschaltzeit ton1 lang und die Ausschaltzeit dadurch kurz. Daher ist die Zeit kurz, in der der Strom in die Freilaufdiode 94d einfließt. Dementsprechend wird die Verlustleistung reduziert.
Bei der PWM-Steuerung des in Bezug auf die 9 bis 11 beschriebenen Vergleichsbeispiels ist die Verlustleistung bei dem Zyklus T der Trägerfrequenz gleich Plsw + Pi. Bei der in Bezug auf die 13 und 14 beschriebenen PWM-Steuerung ist die Verlustleistung beim Zyklus T der Trägerfrequenz dagegen gleich Pd. Solange die Bedingung „Plsw + Pi > Pd“ nicht erfüllt ist, wird die Verlustleistung also dann nicht reduziert, auch wenn der SJ-MOSFET 120 als jeder Schalter verwendet wird. In Anbetracht dessen führt die Steuerung 70 bei der Ausführungsform 1 die PWM-Steuerung mit dem Tastverhältnis Dr1 durch, das die Bedingung „Plsw + Pi > Pd“ erfüllt. Wenn Pdi die Verlustdifferenz zwischen dem stationären Verlust Pd der Freilaufdiode und dem stationären Verlust eines Schalters Pi ist, wird die Verlustdifferenz Pdi durch die Gleichung „Pdi = Pd - Pi“ berechnet. Das heißt, dass die Steuerung 70 die PWM-Steuerung bei dem Tastverhältnis Dr1 durchführt, das die Bedingung „Plsw = Pdi“ erfüllt.
Der stationäre Verlust Pi eines Schalters ist proportional zur „Einschaltwiderstand × Strom“ und der stationäre Verlust Pd einer Freilaufdiode ist proportional zur „Durchlassspannung × Strom“. Wie oben beschrieben, ist der stationäre Verlust Pi eines Schalters kleiner als der stationäre Verlust Pd einer Freilaufdiode. Dadurch ist bei einem komplementären Schalten, das heißt, einem Schalten, das in der komplementären Weise durchgeführt wird, ist die Verlustdifferenz zwischen der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit eines Schalters des oberen Arms groß. Insbesondere, da der SJ-MOSFET 120 einen kleinen Einschaltwiderstand aufweist, ist die Verlustdifferenz zwischen dem Einschaltzustand und dem Ausschaltzustand eines Schalters des oberen Arms bei dem komplementären Schalten bemerkenswert. In dem Fall, in dem jeder Schalter der SJ-MOSFET 120 ist, wird die Verlustleistung daher weiter reduziert, indem die Schalter des oberen Arms so gesteuert werden, dass sie in der nicht-komplementären Weise bei einem hohen Tastverhältnis geschaltet werden, als wenn die Schalter des oberen und unteren Arms so gesteuert werden, dass sie in der komplementären Weise geschaltet werden, selbst bei der gleichen Ausgangsleistung des Elektromotors. Infolgedessen wird die Leistungseffizienz verbessert.
Wenn Ke eine induzierte Spannungskonstante ist, die ein Koeffizient einer induzierten Spannung ist, welche in der Wicklung 22 durch die Drehung des Rotors 30 erzeugt wird, N die Drehgeschwindigkeit ist, Vr eine Spannung ist, die aufgrund des Wicklungswiderstands erzeugt wird, und VI eine Spannung ist, die aufgrund der Wicklungsinduktivität erzeugt wird, wird die Motorspannung Vm durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. $Vm = Ke \times N + Vr + VI$
Die Motorspannung Vm ist ein Wert, der proportional zur „Spannung E × Tastverhältnis Dr“ ist, und ist also proportional zu dem Tastverhältnis Dr. Aus der Gleichung (1) sind einige Parameter zur Erhöhung des Tastverhältnisses Dr denkbar. Die induzierte Spannungskonstante Ke bei dem ersten Term auf der rechten Seite ist einer der Parameter, die das Tastverhältnis Dr beeinflussen. Wenn die induzierte Spannungskonstante Ke des Elektromotors 1 steigt, erhöht sich das Tastverhältnis Dr, und die Verlustleistung der gesamten Schaltung kann reduziert werden.
Die induzierte Spannungskonstante Ke ist proportional zu der Anzahl der Windungen der Wicklung 22. Daher wird die Leistungseffizienz durch die Erhöhung der Windungszahl der Wicklung 22 verbessert. Ferner ist die induzierte Spannungskonstante Ke proportional zu der Magnetkraft eines Hauptmagnetteils des Rotors 30. Daher wird die Leistungseffizienz durch die Erhöhung der Magnetkraft des Hauptmagnetteils verbessert. Auch durch die Erhöhung der Windungszahl der Wicklung 22 wird die induzierte Spannungskonstante Ke erhöht. Infolgedessen erhöht sich die Motorspannung Vm, und das Tastverhältnis Dr steigt ebenfalls.
Insbesondere wenn die Anzahl der Windungen der Wicklung 22 erhöht wird und der Drahtdurchmesser der Wicklung verringert wird, kann die Leistungseffizienz weiter verbessert werden, ohne das Gewicht der Wicklung zu verändern. Wenn das Gewicht der Wicklung nicht verändert wird, ändern sich auch die Kosten der Wicklung nicht, obwohl die Wicklung aus einem Material hergestellt ist, dessen Stückpreis hoch ist. Es ist daher möglich, einen Anstieg der Herstellungskosten des Elektromotors zu reduzieren.
Bezüglich der Ausführungsform 1 bezieht sich die oben genannte Beschreibung auf den Fall, in dem die Trägerfrequenz höher als oder gleich einer Tonfrequenz ist; die Trägerfrequenz kann jedoch auch niedriger als die Tonfrequenz sein. In dem Fall, in dem der Elektromotor 1 ein Gebläsemotor einer Klimatisierungsvorrichtung ist, sind der Gebläsemotor und ein Gebläse an einem Luftdurchlass vorgesehen, und es ist dadurch schwierig, eine Gegenmaßnahme für Geräusche zu ergreifen, die durch das Antreiben des Motors verursacht werden. Daher ist es vorzuziehen, dass die Trägerfrequenz höher als oder gleich einer Tonfrequenz ist. In dem Fall, in dem der Elektromotor beispielsweise in einem Kompressor verwendet wird und beispielsweise durch ein schallisolierendes Material abgedeckt werden kann, kann die Trägerfrequenz jedoch ein Wert sein, der niedriger als eine Tonfrequenz ist. In diesem Fall kann der Schaltverlust Plsw reduziert werden.
Der Elektromotor 1 gemäß der Ausführungsform 1 umfasst den Rotor 30, den Stator 20, die drei Sätze von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms und die Steuerung 70, die eine Pulsweitenmodulation an den drei Sätzen von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms mit einer bestimmten Trägerfrequenz in einer nicht-komplementären Schaltweise durchführt. Die drei Sätze von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms sind SJ-MOSFETs. Die Steuerung 70 führt eine Pulsweitenmodulation bei einem Tastverhältnis durch, bei dem die Einschaltzeit der Schalter des oberen Arms länger ist als die Einschaltzeit der Schalter des oberen Arms in dem Fall, in dem die Schalter des oberen Arms und die Schalter des unteren Arms in einer komplementären Schaltweise arbeiten.
Bei der Ausführungsform 1 veranlasst die Steuerung 70 die Schalter des oberen Arms und die Schalter des unteren Arms des Wechselrichters 81, in der nicht-komplementären Schaltweise zu arbeiten, und ein Schaltverlust Plsw wird nicht durch den Schaltbetrieb der Schalter des unteren Arms verursacht. Die Steuerung 70 führt eine Pulsweitenmodulation bei einem hohen Tastverhältnis Dr1 durch, bei der die Einschaltzeit der Schalter des oberen Arms länger ist als bei dem komplementären Schalten, wodurch die Zeit kurz ist, in der ein Strom durch Freilaufdioden fließt, bei denen ein Verlust größer ist als der stationäre Verlust des Schalters Pi. Daher kann die Verlustleistung der gesamten Schaltung einschließlich des Wechselrichters 81 reduziert werden, auch wenn die Schalter des oberen Arms und des unteren Arms SJ-MOSFET 120 sind.
Bei der Ausführungsform 1 kann die Steuerung 70 eine PWM-Steuerung bei dem Tastverhältnis Dr1 durchführen, das die Bedingung Plsw > Pdi erfüllt. In diesem Fall wird die Verlustleistung der gesamten Schaltung reduziert, und die Leistungseffizienz wird verbessert.
Ausführungsform 2
Eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung umfasst den Elektromotor, der wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben vorgesehen ist. Bezüglich der Ausführungsform 2 werden Komponenten, die mit denen bei der Ausführungsform 1 identisch sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und ihre detaillierten Beschreibungen werden daher weggelassen.
Es wird eine Konfiguration der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 18 ist eine Außenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration der Klimatisierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2. Eine Klimatisierungsvorrichtung 200 umfasst eine Inneneinheit 210 und eine Außeneinheit 220, die mit der Inneneinheit 210 durch eine Kältemittelleitung 251 verbunden ist. Die Außeneinheit 220 umfasst einen wärmequellenseitigen Ventilator 223.
19 ist ein Kältemittelschaltdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration der Klimatisierungsvorrichtung, wie in der 18 gezeigt. Die Außeneinheit 220 umfasst einen Kompressor 221, der Kältemittel komprimiert und ausstößt, ein Vier-Wege-Ventil 226, das die Zirkulationsrichtung des Kältemittels umschaltet, einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher 222, der das Kältemittel zum Wärmeaustausch mit der Außenluft veranlasst, und den wärmequellenseitigen Ventilator 223, der dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 222 Außenluft zuführt. An dem wärmequellenseitigen Ventilator 223 ist ein Elektromotor 224 als eine Antriebsquelle für den Ventilator angeschlossen.
Die Inneneinheit 210 umfasst eine Expansionsvorrichtung 211, die den Druck des Hochdruckkältemittels reduziert, um das Kältemittel zu expandieren, einen lastseitigen Wärmetauscher 212, der einen Austausch des Kältemittels mit der Luft in dem klimatisierten Raum bewirkt, und einen lastseitigen Ventilator 213, der dem lastseitigen Wärmetauscher 212 Luft in dem klimatisierten Raum zuführt. An den lastenseitigen Lüfter 213 ist ein Elektromotor 214 als eine Antriebsquelle für den Lüfter angeschlossen. Als jeder der Elektromotoren 214 und 224 wird der Elektromotor 1 verwendet, wie gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben.
Der Kompressor 221, der wärmequellenseitige Wärmetauscher 222, die Expansionsvorrichtung 211 und der lastseitige Wärmetauscher 212 sind durch Kältemittelleitungen zum Bilden einer Kältemittelschaltung 250 verbunden, in der Kältemittel zirkuliert. In dem Beispiel der in der 19 gezeigten Konfiguration weist die Inneneinheit 210 eine Steuervorrichtung 215 auf, die den Kältekreislauf der Klimatisierungsvorrichtung 200 steuert; die Steuervorrichtung 215 kann jedoch auch in der Außeneinheit 220 vorgesehen sein. Die Steuervorrichtung 215 ist durch einen Leitungsdraht 13 mit der Innenplatine 11 verbunden, wie in der 1 gezeigt.
20 ist eine perspektivische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der in der 18 gezeigten Konfiguration der Inneneinheit. 21 ist eine perspektivische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Konfiguration einer Inneneinheit des Vergleichsbeispiels. Zur Erläuterung werden die in den 20 und 21 relevanten Komponenten der Inneneinheiten veranschaulicht, und die anderen Komponenten werden weggelassen.
In der 20 wird der Fall dargestellt, in dem die Inneneinheit 210 an einer Wand 300 montiert ist. Wenn der lastseitige Ventilator 213 gedreht wird, wird Luft in einem Raum, der ein klimatisierter Raum ist, in die Inneneinheit 210 gesaugt und mit Kältemittel am lastseitigen Wärmetauscher 212 Wärme ausgetauscht, und dann bläst die Luft aus einem Luftauslass 230 in den Raum.
Wie in der 21 gezeigt, ist eine Inneneinheit 310 in dem Vergleichsbeispiel an einer Wand 300 montiert. Eine Inneneinheit 310 umfasst einen lastseitigen Wärmetauscher 312 und einen lastseitigen Ventilator 313. Wenn der lastseitige Ventilator 313 gedreht wird, wird Luft in dem Raum in die Inneneinheit 310 gesaugt und Wärme mit dem Kältemittel in dem lastseitigen Wärmetauscher 312 ausgetauscht und danach bläst die Luft aus einem Luftauslass 330 in den Raum.
Wie in den 20 und 21 gezeigt, sind die Durchmesser des Gehäuses und des Lüfters der Inneneinheit 210 der Klimatisierungsvorrichtung 200 gemäß der Ausführungsform 2 größer als die des Gehäuses und des Lüfters der Inneneinheit 310 des Vergleichsbeispiels. Dadurch kann der lastseitige Lüfter 213 ein großes Luftvolumen bei einer niedrigen Drehzahl ausblasen. Infolgedessen ist die maximale Drehzahl des lastseitigen Lüfters 213 niedriger als die des lastseitigen Lüfters 313 der Inneneinheit 310 des Vergleichsbeispiels.
In der bei der Ausführungsform 1 beschriebene Gleichung (1) ist die Drehzahl N bei dem ersten Term auf der rechten Seite eingeschlossen. Dadurch sinkt die maximale Drehgeschwindigkeit während die induzierter Spannungskonstante Ke zunimmt. Im Gegensatz dazu wirkt sich ein solcher Nachteil weniger auf den lastseitigen Lüfter 213 aus, der eine niedrige Maximaldrehzahl aufweist, wie oben bei der Ausführungsform 2 beschrieben. Durch die Bereitstellung des Gehäuses und des Lüfters der Inneneinheit 210, die große Durchmesser aufweist, kann die Leistungseffizienz der Klimatisierungsvorrichtung 200 insgesamt verbessert werden. Selbst in dem Fall, in dem ein Gleitteil vorgesehen ist, an dem zwei oder mehr Gegenstände aneinander reiben, wenn der lastseitige Lüfter 213 gedreht wird, wird Geräusch reduziert, das an dem Gleitteil verursacht wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Lüfters abnimmt. Infolgedessen wird das Geräusch reduziert, das proportional zu dem Luftvolumen ist. Dies ist ein Vorteil.
Im Allgemeinen wird bei den Klimatisierungsvorrichtungen die Drehzahl für einen Nennbetrieb abweichend von der Maximaldrehzahl eingestellt. In dem Nennbetrieb kann die Drehzahl zwischen den Betriebsarten variieren, das heißt, einer Heizbetriebsart, einer Kühlbetriebsart und einer Entfeuchtungsbetriebsart. Beispielsweise werden unterschiedliche Drehzahlen für die jeweiligen Betriebsarten, das heißt, Heizbetriebsart, Kühlbetriebsart und Entfeuchtungsbetriebsart, eingestellt. Die Temperatur ist proportional zu der Luftdichte. Daher können für die Betriebsarten, auch wenn die gleiche Drehzahl als Drehzahl eines Lüfters eingestellt ist, unterschiedliche Drehmomente für die Drehzahl des Lüfters erforderlich sein. In einem solchen Fall muss für die erforderlichen Drehmomente ein Wechselrichter eines Elektromotors des Lüfters bei unterschiedlichen Tastverhältnissen Dr gesteuert werden. Da insbesondere in einer Außeneinheit die Temperaturdifferenz zwischen der Außenlufttemperatur während des Heizbetriebs und der Außenlufttemperatur während des Kühlbetriebs groß ist, ist der Unterschied zwischen den erforderlichen Drehmomenten bemerkenswert. Die Effizienz des Nennbetriebs wirkt sich auf die Leistungseffizienz zu dem Zeitpunkt der Verwendung einer Klimatisierungsvorrichtung auf dem Markt aus und beeinflusst folglich stark die Stromkosten.
Ein neuerer Trend in Klimatisierungsvorrichtungen ist, dass ein Lüfter/Ventilator, bei einer niedrigen Drehzahl und einem hohen Drehmoment arbeitet, da der Lüfter zur Verbesserung der aerodynamischen Effizienz einen größeren Durchmesser aufweist. Bei der Ausführungsform 2 wird der Elektromotor 1, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, als der Lüftermotor verwendet. Dadurch ist es möglich, die Belastung des Lüfters zu reduzieren und eine Klimatisierungsvorrichtung zu erhalten, die eine verbesserte Effizienz beim Stromverbrauch aufweist.
In dem Fall, in dem SJ-MOSFET als Schaltelemente eines Wechselrichters eines Motors verwendet werden, in dem die Trägerfrequenz hoch ist und ein durch die Wicklungen fließender Strom klein ist, wie in einem Lüftermotor, ist der Verlust des Schalters groß und die Verlustleistung der gesamten Schaltung kann nicht reduziert werden. Im Gegensatz dazu kann bei der Ausführungsform 2, auch wenn der Elektromotor 1 als eine Antriebsquelle für den Lüftermotor verwendet wird, die Verlustleistung der gesamten Schaltung wie oben beschrieben reduziert werden, wie mit dem Fall der Verwendung planarer MOSFETs verglichen.
Bezüglich der Ausführungsform 2 ist die oben genannte Beschreibung nicht einschränkend, obwohl sie sich auf den Fall bezieht, in dem der Elektromotor 1 in der Klimatisierungsvorrichtung 200 vorgesehen ist. Der Elektromotor 1 kann in einer anderen Vorrichtung oder einem anderen Gerät vorgesehen sein, wie beispielsweise einem Ventilator, einem elektrischen Haushaltsgerät oder einer Werkzeugmaschine. Selbst in dem Fall, in dem der Elektromotor 1 in einer dieser Vorrichtungen vorgesehen ist, ist es möglich, Vorteile zu erzielen, die denen bei der Ausführungsform 2 entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor,
10: gegossener Stator,
11, 11a: Innenplatine,
12: Gießharz,
13: Zuleitungsdraht,
14: Anschlussteil,
20: Stator,
21: Statorkern,
22: Wicklung,
22u: Wicklung der U-Phase,
22v: Wicklung der V-Phase,
22w: Wicklung der W-Phase,
23: Isolator,
30: Rotor,
31: Drehwelle,
33: abtriebsseitiges Lager,
34: gegenüberliegendes abtriebsseitiges Lager,
35: Durchgangsloch,
36: Aussparungsteil,
40: Rotormagnet,
50: Magnetsensor,
51: Sensoreinheit,
52: Verstärkungseinheit,
53: Verstärker,
54: Transistor,
55: Widerstandselement,
56: Ausgangsanschluss,
60: Halterung,
61: Einpressteil,
70: Steuerung,
71: Überstromerfassungswiderstand,
79: Modul,
80: Leistungs-IC,
81: Wechselrichter,
82: Gate-Treiberschaltung,
83: Schutzschaltung,
84d bis 86d: Freilaufdiode,
84t bis 86t: Schalter des oberen Arms,
94d bis 96d: Freilaufdiode,
94t bis 96t: Schalter des unteren Arms,
120: SJ-MOSFET,
121: Gate-Elektrode,
122: Drain-Elektrode,
123: Source-Elektrode,
124: p-Diffusionsschicht,
125: n-Halbleitersubstrat,
126: n+-Diffusionsschicht,
127: Oxidationsfilm,
130: planarer MOSFET,
131: p-Diffusionsschicht,
200: Klimatisierungsvorrichtung,
210: Inneneinheit,
211: Erweiterungsvorrichtung,
212: lastseitiger Wärmetauscher,
213: lastseitiger Ventilator,
214: Elektromotor,
215: Steuervorrichtung,
220: Außeneinheit,
221: Kompressor,
222: wärmequellenseitiger Wärmetauscher,
223: wärmequellenseitiger Ventilator,
224: Elektromotor,
226: Vier-Wege-Ventil,
230: Luftauslass,
250: Kältemittelschaltung,
251: Kältemittelleitung,
300: Wand,
310: Inneneinheit,
312: lastseitiger Wärmetauscher,
313: lastseitiger Ventilator,
330: Luftauslass

Claims

Elektromotor, umfassend: einen Rotor, in den eine Drehwelle eingesetzt ist; einen Stator, der um einen Außenumfang des Rotors herum vorgesehen ist und eine Wicklung mit drei Phasen aufweist; einen Wechselrichter, der drei Sätze von Schaltern des oberen Arms und Schaltern des unteren Arms, welche den drei Phasen zugeordnet sind, und Freilaufdioden, die parallel zu den Schaltern des oberen Arms und zu den Schaltern des unteren Arms der drei Sätze geschaltet sind, aufweist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Pulsweitenmodulation an den drei Sätzen von Schaltern des oberen Arms und von Schaltern des unteren Arms bei einer bestimmten Trägerfrequenz in einer nicht-komplementären Schaltweise durchzuführt, wobei jeder der Schalter des oberen Arms und jeder der Schalter des unteren Arms der drei Sätze Super-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren sind, und die Steuerung die Pulsweitenmodulation bei einem Tastverhältnis durchführt, bei dem eine Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms länger ist als die Einschaltzeit des Schalters des oberen Arms in einem Fall, in dem der Schalter des oberen Arms und der Schalter des unteren Arms in einer komplementären Schaltweise arbeiten.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei, wenn Plsw ein Schaltverlust ist, der auftritt, wenn der Schalter des oberen Arms und der Schalter des unteren Arms in der komplementären Schaltweise arbeiten, Pd ein stationärer Verlust der Freilaufdioden ist, und Pi ein stationärer Verlust des Schalters des unteren Arms ist, die Steuerung die Pulsweitenmodulation bei einem Tastverhältnis durchführt, das die folgende Bedingung erfüllt: Plsw > Pd - Pi.
Elektromotor nach Anspruch 2, wobei, wenn wd eine stationäre Verlustleistung der Freilaufdioden ist, wi eine stationäre Verlustleistung des Schalters des unteren Arms ist, toff eine Ausschaltzeit des Schalters des oberen Arms in der komplementären Schaltweise bei einem Zyklus der Trägerfrequenz ist, und td eine Totzeit von der Zeit, zu welcher der Schalter des oberen Arms ausgeschaltet wird, bis zu der Zeit, zu welcher der Schalter des unteren Arms eingeschaltet wird, in der komplementären Schaltweise ist, der stationäre Verlust der Freilaufdioden Pd = wd×(toff - td) erfüllt, und der stationäre Verlust des Schalters des unteren Arms Pi = wi×(toff - td) erfüllt.
Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei das die Bedingung erfüllende Tastverhältnis proportional zu einer induzierten Spannungskonstante ist, die ein Koeffizient einer in der Wicklung aufgrund der Drehung des Rotors erzeugten induzierten Spannung ist.
Elektromotor nach Anspruch 4, wobei die Wicklung so vorgesehen ist, dass die Anzahl von Windungen der Wicklung die induzierte Spannungskonstante ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung die Pulsweitenmodulation bei der Trägerfrequenz durchführt, die größer oder gleich einer Tonfrequenz ist.
Klimatisierungsvorrichtung, umfassend: eine Inneneinheit, die einen lastseitigen Lüfter aufweist; eine Außeneinheit, die einen wärmequellenseitigen Lüfter aufweist; und den Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Elektromotor als eine Antriebsquelle für den lastseitigen Lüfter und/oder den wärmequellenseitigen Lüfter vorgesehen ist.