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Bereich
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Elektromotor, welcher einen Inverter umfasst, eine Klimaanlage und eine Steuerplatine.
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Hintergrund
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Die Steuerung eines herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrom (DC)-Motors ist eine Steuerung, welche durch eine einfache Schaltungskonfiguration (mit lediglich einem Schaltnetz), wie beispielsweise einer 120-Grad-Leitungssteuerung, erreicht werden kann. Daher wird durch eine Energieversorgungsschaltung kaum Rauschen erzeugt. Bei der Steuerung von bürstenlosen DC-Motoren der vergangenen Jahre wird eine komplizierte Steuerung durchgeführt, wie beispielsweise eine 150-Grad-Leitungssteuerung, eine Sinuswellen-Leitungssteuerung, eine Phasensteuerung oder eine sensorlose Steuerung. Hierdurch nimmt die Komplexität einer Schaltungskonfiguration einer Steuereinheit zu, und auch die Taktfrequenz nimmt zu. Dies führt zur Erzeugung einer großen Menge von Rauschen.
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In dem Elektromotor, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist, wird Rauschen durch eine Spule/Induktivität entfernt, welche mit einer Energieversorgungsleitung zwischen einer Energieversorgungsempfangseinheit eines Mikrocomputers und einer Referenzspannungsenergieversorgungsschaltung, welche eine hohe Spannung ausgibt, verbunden ist.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
2005-219625 -
Kurzbeschreibung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Die oben beschriebene Technik von Patentliteratur 1 hat jedoch ein Problem dahingehend, dass Rauschreduktionsmaßnahmen nur für die Referenzspannungsenergieversorgungsschaltung, welche eine hohe Spannung ausgibt, getroffen sind, was zu einer unzureichenden Rauschreduktion führt.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des Obigen gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Elektromotor zu erhalten, welcher Rauschen ausreichend reduzieren kann.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst ein Elektromotor gemäß der vorliegenden Offenbarung: einen Stator; einen Rotor; und eine Steuerplatine, welche dem Stator Strom zuführt. Die Steuerplatine umfasst: eine Hochspannungsschaltung, welche mit einer Hochspannungsenergieversorgung verbunden ist; und eine Niederspannungsschaltung, welche mit einer Niederspannungsenergieversorgung verbunden ist. Die Hochspannungsschaltung umfasst einen Inverter, welcher eine eingegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt und die Wechselspannung dem Stator zuführt, die Niederspannungsschaltung umfasst eine Steuereinheit, welche den Inverter steuert, und eine erste Spule/Induktivität ist an einer Niederspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet, welche eine Leitung ist, welche die Niederspannungsenergieversorgung und die Niederspannungsschaltung verbindet.
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Wirkungen der Erfindung
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Der Elektromotor gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht, Rauschen ausreichend zu reduzieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Elektromotors gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer eingebauten Platine zeigt, welche in dem Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist.
- 3 ist ein Diagramm, welches ein erstes Beispiel einer Anordnung einer Spule auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, welches ein zweites Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Diagramm, welches ein drittes Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, welches ein viertes Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer eingebauten Platine gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
- 8 ist ein Diagramm, welches ein erstes Beispiel einer Konfiguration einer oberen Oberfläche der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 9 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen der Temperatur und Induktivitätswerten.
- 10 ist ein Diagramm, welches ein zweites Beispiel der Konfiguration der oberen Oberfläche der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 11 ist ein Diagramm, welches das Innere des Elektromotors gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt.
- 12 ist ein Diagramm, welches Induktivität-Frequenz-Eigenschaften von Spulen zeigt, welche in dem Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind.
- 13 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel einer Klimaanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
- 14 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung, welche in einem Elektromotor der Klimaanlage gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten ist.
- 15 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel einer Verarbeitungsschaltung zeigt, welche in einem Fall zu verwenden ist, in welchem eine in dem Elektromotor gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform enthaltene Steuereinheit durch einen Prozessor und einen Speicher implementiert ist.
- 16 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Verarbeitungsschaltung zeigt, welches in einem Fall zu verwenden ist, in welchem die in dem Elektromotor gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform enthaltene Steuereinheit durch dedizierte Hardware implementiert ist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Hierin nachfolgend werden ein Elektromotor, eine Klimaanlage und eine Steuerplatine gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform.
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1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Elektromotors gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Ein Elektromotor 1 ist ein bürstenloser DC-Motor. In 1 ist der Elektromotor 1 teilweise im Querschnitt gezeigt, um die Konfiguration des Elektromotors 1 zu beschreiben. Obwohl 1 einen bürstenlosen DC-Motor mit radialer Lücke zeigt, ist zu beachten, dass der Elektromotor 1 der ersten Ausführungsform nicht auf den bürstenlosen DC-Motor mit radialer Lücke begrenzt ist.
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Der Elektromotor 1 umfasst einen Rotor 30, einen Stator 20, eine eingebaute Platine 11 und ein Formharz 12. Die eingebaute Platine 11 ist eine Steuerplatine. Eine Rotationswelle 31 ist in den Rotor 30 eingefügt. Der Stator 20 ist an einem Außenumfang des Rotors 30 bereitgestellt. Die eingebaute Platine 11 umfasst eine Platinenschaltung, welche eine Schaltung ist, welche das Antreiben des Rotors 30 steuert.
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Der Stator 20, die eingebaute Platine 11 und das Formharz 12 sind durch einen geformten Stator (engl. molded stator) 10 fixiert. Der Stator 20 und die eingebaute Platine 11 sind durch den geformten Stator 10 integral-geformt. Das bedeutet, dass der Stator 20 und die eingebaute Platine 11 durch den geformten Stator 10 so fixiert sind, dass der Stator 20 und die eingebaute Platine 11 miteinander integriert sind. Eine Ausnehmung ist in dem geformten Stator 10 bereitgestellt. Die Ausnehmung ist so gebildet, dass der Rotor 30 in der Ausnehmung untergebracht werden kann.
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Die eingebaute Platine 11 ist mit dem Stator 20 durch das Formharz 12 (Harz mit einer relativen Permittivität von beispielsweise 3 bis 4) integriert, welches eine Permittivität hat, die größer als die Permittivität von Luft ist. Daher nimmt eine kapazitive Kopplung (parasitäre Kapazität) zwischen Platinenstrukturen zu, die auf der eingebauten Platine 11 gebildet sind, sodass Rauschen einfach zwischen den Platinenstrukturen propagiert. Selbst wenn Rauschen wie oben beschrieben einfach propagiert, wird in der ersten Ausführungsform Rauschen durch eine unten beschriebene Spule/Induktivität reduziert.
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Der Stator 20 umfasst mehrere Statorkerne 21, einen Isolator 23 und eine Wicklung 22. Der Isolator 23 ist mit den Statorkernen 21 integral-geformt. Die Statorkerne 21 umfassen jeweils zusammenlaminierte Magnetstahlplatten. Der Isolator 23 isoliert die Statorkerne 21 von der Wicklung 22.
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In dem Elektromotor 1 ist die Wicklung 22 um die Statorkerne 21, welche mit dem Isolator 23 integral-geformt sind, durch jeden Schlitz der Statorkerne 21 gewickelt, um den Stator 20 zu bilden. Die Wicklung 22 ist aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen gebildet.
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An einem Ende der Rotationswelle 31 ist ein ausgabeseitiges Lager 33 bereitgestellt, welches die Rotationswelle 31 rotierbar trägt. An dem anderen Ende der Rotationswelle 31 ist ein der Ausgabeseite gegenüberliegendes Lager 34 bereitgestellt, welches die Rotationswelle 31 rotierbar trägt.
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Das der Ausgabeseite gegenüberliegende Lager 34 ist mit einem elektrisch leitenden Halter 60 bedeckt. Der Halter 60 ist so konfiguriert, dass ein pressbefestigter Abschnitt 61 des Halters 60 in einem Innenumfangsabschnitt des geformten Stators 10 so befestigt, dass eine Öffnung der in dem geformten Stator 10 bereitgestellten Ausnehmung bedeckt wird. Zudem ist ein Außenring des der Ausgabeseite gegenüberliegenden Lagers 34 in dem Halter 60 befestigt.
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Die eingebaute Platine 11 umfasst eine Schaltung mit einer integrierten Leistungsschaltung (IC) (Leistung-IC 80, der unten beschrieben wird), eine Steuereinheit 70, die unten beschrieben wird, und einen Magnetsensor 50. Der Leistung-IC 80 führt der Wicklung 22 Leistung zu. Der Magnetsensor 50 detektiert die Position des Rotors 30.
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Die eingebaute Platine 11 ist senkrecht zu einer Richtung einer Achse der Rotationswelle 31, zwischen dem ausgabeseitigen Lager 33 und dem Stator 20 angeordnet und ist an dem Isolator 23 befestigt. Außerdem sind die Platinenschaltung der eingebauten Platine 11 und die Wicklung 22 über einen Wicklungsanschluss verbunden. Ein Leitungsausgangsabschnitt 14 ist an der eingebauten Platine 11 angeordnet. Ein Leitungskabel 13, welches mit einem Host-System verbunden ist, geht von dem Leitungsausgangsabschnitt 14 ab. Das Host-System ist ein System, welches den Elektromotor 1 umfasst. Beispielsweise ist das Leitungskabel 13 mit einer Platine (beispielsweise einer Innenraumeinheitplatine 211, die unten beschrieben wird) auf Seiten einer Einheit einer Klimaanlage verbunden. Zudem sind auf der eingebauten Platine 11 passive Elemente, wie beispielsweise ein Operationsverstärker, ein Komparator, ein Regler, eine Diode, ein Widerstand, ein Kondensator und eine Sicherung, angeordnet.
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Die eingebaute Platine 11 hat eine Scheibenform und hat ein Durchgangsloch, welches in der Mitte gebildet ist. Die Rotationswelle 31 verläuft durch das Durchgangsloch, welches in der eingebauten Platine 11 bereitgestellt ist. Die eingebaute Platine 11 ist innerhalb des Elektromotors 1 so angeordnet, dass eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche zu der Richtung der Achse der Rotationswelle 31 senkrecht sind.
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Ein Rotorisolationsabschnitt 32, welcher ein ringförmiges Element ist, ist an einem Außenumfangsabschnitt der Rotationswelle 31 angeordnet. Der Rotor 30 umfasst einen Magnet 40, welcher innerhalb des geformten Stators 10 angeordnet ist. Der Magnet 40 ist den Statorkernen 21 zugewandt an einer Außenumfangsseite der Rotationswelle 31 und des Rotorisolationsabschnitts 32 positioniert. Der Magnet 40 umfasst einen zylindrischen Permanentmagnet. Der Magnet 40 ist an der Rotationswelle 31 befestigt.
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Der Magnet 40 wird produziert durch Gießformen eines Ferritmagneten oder eines gebundenen Magneten, der durch Mischen von Magneten seltener Erden (Samarium-Eisen-Stickstoff, Neodym oder dergleichen) mit einem thermoplastischen Harzmaterial gebildet ist. Ein Magnet wird in einer Metallform zum Gussformen für den Magnet 40 gebildet und der Magnet 40 wird geformt, während er orientiert wird.
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Der Magnet 40 umfasst einen Sensormagnetabschnitt und einen Hauptmagnetabschnitt in der Richtung der Achse der Rotationswelle 31. Der Sensormagnetabschnitt ist ein Teil des Magneten 40, welcher dem Magnetsensor 50 näher ist. Der Rest des Magneten 40 dient als der Hauptmagnetabschnitt. Der Sensormagnetabschnitt veranlasst den Magnetsensor 50 dazu, die Position des Rotors 30 zu detektieren. Der Hauptmagnetabschnitt veranlasst den Rotor 30 dazu, eine Drehkraft gemäß einem durch die Wicklung 22 erzeugten Magnetfluss zu erzeugen.
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Ein Außendurchmesser des Magneten 40 ist an einer Seite, die dem Magnetsensor 50 der eingebauten Platine 11 näher ist, kleiner. Das bedeutet, dass in dem Magneten 40 der Außendurchmesser des Sensormagnetabschnitts kleiner als die Außenform des Hauptmagnetabschnitts ist. Diese Form des Magneten 40 ermöglicht, dass ein Magnetfluss einfach in den Magnetsensor 50 fließt, welcher an der eingebauten Platine 11 montiert ist. Um die Wirkung des durch die Wicklung 22 des Stators 20 erzeugten Magnetflusses zu minimieren, ist der Magnetsensor 50 von der Wicklung 22 entfernt angeordnet, d. h. näher an der Rotationswelle 31 angeordnet.
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Obwohl 1 einen Fall zeigt, in welchem der Hauptmagnetabschnitt und der Sensormagnetabschnitt in einem einzigen Magneten 40 enthalten sind, ist zu beachten, dass der Hauptmagnetabschnitt und der Sensormagnetabschnitt als separate Magnete bereitgestellt sein können.
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Ein Hall-IC, welcher digitale Signale ausgibt, kann als der Magnetsensor 50 verwendet werden. Alternativ kann als der Magnetsensor 50 ein Hall-Element verwendet werden, welches Analogsignale ausgibt. Das bedeutet, dass der Magnetsensor 50 die Position des Rotors 30 unter Verwendung eines Hall-ICs detektieren kann oder die Position des Rotors 30 unter Verwendung eines Hall-Elements detektieren kann.
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Zudem kann der Hall-IC ein Hall-IC (Hall-IC eines ersten Verfahrens) sein, welcher die Position des Rotors 30 durch das erste Verfahren detektiert, oder kann ein Hall-IC (Hall-IC eines zweiten Verfahrens) sein, welcher die Position des Rotors 30 durch das zweite Verfahren detektiert.
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In dem Hall-IC des ersten Verfahrens sind ein Sensorabschnitt und ein Verstärkungsabschnitt aus separaten Halbleiterchips gebildet. In dem Hall-IC des ersten Verfahrens ist der Sensorabschnitt aus einem Halbleiter gebildet, der von Silizium verschieden ist, und der Verstärkungsabschnitt ist aus Silizium gebildet. Hierin nachfolgend wird der Hall-IC des ersten Verfahrens als ein Nicht-Silizium-Hall-IC bezeichnet. In dem Hall-IC des zweiten Verfahrens sind ein Sensorabschnitt und ein Verstärkungsabschnitt in einem einzigen Siliziumhalbleiterchip enthalten.
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In dem Nicht-Silizium-Hall-IC sind zwei Chips gebildet. Daher ist der Sensorabschnitt so angeordnet, dass die Mitte des Sensorabschnitts nicht mit der Mitte eines IC-Körpers zusammenfällt. Ein Nicht-Silizium-Halbleiter, wie beispielsweise Indiumantimon (InSb) wird für den Sensorabschnitt des Nicht-Silizium-Hall-ICs verwendet. Nicht-Silizium-Halbleiter sind dahingehend vorteilhaft, dass Nicht-Silizium-Halbleiter eine bessere Sensitivität als Siliziumhalbleiter haben und dass ein Offset aufgrund einer Spannungsdeformation in Nicht-SiliziumHalbleitern kleiner als in Siliziumhalbleitern ist.
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Als Nächstes wird eine Schaltungskonfiguration der in 1 gezeigten eingebauten Platine 11 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration der eingebauten Platine zeigt, die in dem Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist. 2 zeigt die eingebaute Platine 11, die Wicklung 22 und die Magnetsensoren 50.
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Die eingebaute Platine 11 umfasst als Gegenmaßnahme gegen Rauschen eine Spule 73A, welche an einer Niederspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet ist. Details der Spule 73A, die als Gegenmaßnahme gegen Rauschen bereitgestellt ist, werden unten beschrieben.
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Die eingebaute Platine 11 umfasst einen Inverter-IC und einen Überstromdetektionswiderstand 75. Der Inverter-IC steuert das Antreiben des Elektromotors 1, welcher die Wicklung 22 enthält. Insbesondere umfasst die eingebaute Platine 11 den Leistungs-IC 80, die Steuereinheit 70 und den Überstromdetektionswiderstand 75. Der Leistungs-IC 80 umfasst einen Inverter 81, eine Gate-Treiberschaltung 82 und eine Schutzschaltung 83.
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Die Steuereinheit 70 ist mit dem Host-System, der Gate-Treiberschaltung 82, einer Erdung 79A und den Magnetsensoren 50 verbunden. Außerdem ist die Steuereinheit 70 über einen Verbindungspunkt 48 mit einer Niederspannungsenergieversorgung 78 verbunden. Die Spule 73A ist zwischen dem Verbindungspunkt 48 und der Niederspannungsenergieversorgung 78 angeordnet. Das bedeutet, dass die Steuereinheit 70 über den Verbindungspunkt 48 und die Spule 73A mit der Niederspannungsenergieversorgung 78 verbunden ist. Zudem ist die Steuereinheit 70 über einen Verbindungspunkt 41, einen Verbindungspunkt 42 und den Überstromdetektionswiderstand 75 mit einer Erdung 79C verbunden.
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Die Gate-Treiberschaltung 82 ist über den Verbindungspunkt 48 und die Spule 73A mit der Niederspannungsenergieversorgung 78 verbunden und ist über einen Verbindungspunkt 47 mit einer Hochspannungsenergieversorgung 77 verbunden. Die Niederspannungsenergieversorgung 78 gibt eine Spannung aus, die kleiner als eine Spannung der Hochspannungsenergieversorgung 77 ist. Die Hochspannungsenergieversorgung 77 ist eine Bus-Energieversorgung.
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Außerdem ist die Gate-Treiberschaltung 82 mit dem Inverter 81 verbunden. Zudem ist die Gate-Treiberschaltung 82 über einen Verbindungspunkt 43 mit der Schutzschaltung 83 und einer Erdung 79B verbunden.
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Die Schutzschaltung 83 ist mit dem Verbindungspunkt 41 und dem Verbindungspunkt 43 verbunden. Das bedeutet, dass die Schutzschaltung 83 über den Verbindungspunkt 41, den Verbindungspunkt 42 und den Überstromdetektionswiderstand 75 mit der Erdung 79C verbunden ist. Zudem ist die Schutzschaltung 83 über den Verbindungspunkt 43 mit der Erdung 79B verbunden.
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Der Inverter 81 ist mit dem Elektromotor 1 verbunden, welcher die Wicklung 22 umfasst. Zudem ist der Inverter 81 über den Verbindungspunkt 42 und den Überstromdetektionswiderstand 75 mit der Erdung 79C verbunden. Die Erdungen 79A bis 79C sind gemeinsame Erdungen mit demselben Potenzial. In der folgenden Beschreibung werden die Erdungen 79A bis 79C gemeinsam als eine Erdung 79 bezeichnet.
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Der Leistungs-IC 80 wird auch als ein intelligentes Leistungsmodul (ILM) bezeichnet. Der Inverter 81 umfasst sechs Leistungstransistoren 81A bis 81F.
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In dem Leistungs-IC 80 können die sechs Leistungstransistoren 81A bis 81F separat bereitgestellt sein oder können als ein einziger IC bereitgestellt sein. In einem Fall, in welchem die sechs Leistungstransistoren 81A bis 81F separat bereitgestellt sind, kann die Gate-Treiberschaltung 82 als ein einziger IC bereitgestellt sein oder kann drei ICs umfassen, welche für drei Phasen separat bereitgestellt sind. Zudem können die Gate-Treiberschaltung 82 und die Steuereinheit 70 als ein einziger IC bereitgestellt sein. Außerdem kann die Steuereinheit 70 einen einzigen dedizierten IC (Steuer-IC) umfassen oder kann einen Mikrocomputer (hierin nachfolgend als ein Mikrocomputer bezeichnet) oder dergleichen umfassen.
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Die Leistungstransistoren 81A bis 81F umfassen jeweils einen Super-junction Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen planaren MOSFET, einen bipolaren Transistor mit isolierter Basis (IGBT) oder dergleichen.
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In der ersten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in welchem der Magnetsensor 50 Positionen von magnetischen Polen des Rotors 30 detektiert, welche einer Position eines Magnetflusses entsprechen, und die eingebaute Platine 11 steuert den Elektromotor 1 basierend auf den Positionen der magnetischen Pole. Es ist zu beachten, dass die eingebaute Platine 11 eine sensorlose Steuerung des Elektromotors 1 durchführen kann und dabei die Positionen der magnetischen Pole aus einem durch die Wicklung 22 fließenden Strom und aus an die Wicklung 22 angelegten Spannungen und durch die Wicklung 22 erzeugten Spannungen schätzt. Um einen Strom zu detektieren, kann die eingebaute Platine 11 ferner ein Stromsignal, welches unter Verwendung eines Shunt-Widerstands und eines Stromsensors erhalten wird, mit einem Operationsverstärker oder dergleichen verstärken. Zudem kann die eingebaute Platine 11 einen Komparator verwenden, um aus dem Stromsignal ein Signal zum Überstromschutz zu erzeugen, welches der Steuereinheit 70 bereitgestellt wird.
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Auf der eingebauten Platine 11 kann eine Spannung (beispielsweise 15 V) zum Betreiben der Gates der Leistungstransistoren 81A bis 81F von einer Mikrocomputer-Energieversorgungsspannung (beispielsweise 5 V), welche eine Spannung zum Betreiben der Steuereinheit 70, wie beispielsweise einem Mikrocomputer, ist, verschieden sein. In diesem Fall verwendet der Elektromotor 1 einen Regler, um aus einer von außerhalb bereitgestellten Energieversorgung eine weitere Energieversorgung zu erzeugen. Beispielsweise wird der eingebauten Platine 11 von außerhalb eine Energieversorgung von 15 V bereitgestellt und der Regler erzeugt eine Energieversorgung von 5 V und stellt die Energieversorgung der eingebauten Platine 11 bereit. Der Regler kann in der Gate-Treiberschaltung 82 oder dem Leistungs-IC 80 eingebaut sein.
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Der Inverter 81 wandelt eine eingegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung für drei Phasen, welche eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase umfassen, und führt die Wechselspannung der Wicklung 22 des Stators 20 zu. Der Leistungstransistor 81A ist ein Leistungstransistor der U-Phase eines oberen Arms. Der Leistungstransistor 81B ist ein Leistungstransistor der V-Phase des oberen Arms. Der Leistungstransistor 81C ist ein Leistungstransistor der W-Phase des oberen Arms. Der Leistungstransistor 81D ist ein Leistungstransistor der U-Phase eines unteren Arms. Der Leistungstransistor 81E ist ein Leistungstransistor der V-Phase des unteren Arms. Der Leistungstransistor 81F ist ein Leistungstransistor der W-Phase des unteren Arms.
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Der Elektromotor 1 umfasst als die Wicklung 22 eine U-Phase-Wicklung 22U, eine V-Phase-Wicklung 22V und eine W-Phase-Wicklung 22W. Die U-Phase-Wicklung 22U ist mit den Leistungstransistoren 81A und 81D verbunden. Die V-Phase-Wicklung 22V ist mit den Leistungstransistoren 81B und 81E verbunden. Die W-Phase-Wicklung 22W ist mit den Leistungstransistoren 81C und 81F verbunden.
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Die Gate-Treiberschaltung 82 steuert das Anschalten und Ausschalten der Leistungstransistoren 81A bis 81F gemäß Schaltsignalen, die von der Steuereinheit 70 empfangen werden.
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Drei Magnetsensoren 50 sind um die Wicklung 22 angeordnet. Jeder der drei Magnetsensoren 50 gibt an die Steuereinheit 70 ein Magnetpolpositionssignal aus, welches der Position des Rotors 30 entspricht.
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Die Schutzschaltung 83 schützt den Inverter 81 und die Gate-Treiberschaltung 82. Beispielsweise verhindert die Schutzschaltung 83, dass ein hoher Strom von der Erdung 79 zu der Gate-Treiberschaltung 82 zurückfließt. Wenn der Inverter 81 und/oder die Gate-Treiberschaltung 82 eine hohe Temperatur hat bzw. haben, schaltet die Schutzschaltung 83 zudem alle Leistungstransistoren 81A bis 81F des Inverters 81 aus, um eine Elementzerstörung aufgrund hoher Hitze zu verhindern.
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Der Überstromdetektionswiderstand 75 ist mit Schaltern des unteren Arms verbunden, welche in den Leistungstransistoren 81 D bis 81F enthalten sind. Zudem umfasst die eingebaute Platine 11 eine Überstromdetektionseinheit (nicht gezeigt), welche einen Überstrom detektiert. Die Überstromdetektionseinheit verhindert, dass ein Überstrom durch die Wicklung 22 fließt, und erreicht einen Überstromschutz durch Überwachen der Spannung des Überstromdetektionswiderstandes 75, um die Leistungstransistoren 81A bis 81F auszuschalten, wenn die Spannung des Überstromdetektionswiderstandes 75 einen bestimmten Spannungswert erreicht oder überschreitet. Der Fakt, dass eine Spannung über den Überstromdetektionswiderstand 75 den bestimmten Spannungswert erreicht oder übersteigt, entspricht einem Überstromdetektionssignal, welches von dem Überstromdetektionswiderstand 75 in die Steuereinheit 70 eingegeben wird. Die Überstromdetektionseinheit erreicht einen Überstromschutz basierend auf dem Überstromdetektionssignal. Es ist zu beachten, dass die Überstromdetektionseinheit in die Steuereinheit 70 eingebaut sein kann oder in die Gate-Treiberschaltung 82 eingebaut sein kann.
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Es ist zu beachten, dass ein temperatursensitives Element (nicht gezeigt) auf der eingebauten Platine 11 oder dergleichen bereitgestellt sein kann. Bei Empfang eines Signals, welches eine unnormale Temperatur angibt, von dem temperatursensitiven Element zwingt die Steuereinheit 70 die Leistungstransistoren 81A bis 81F in diesem Fall auf ausgeschaltet.
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Die Steuereinheit 70 erzeugt Schaltsignale zum Steuern des Anschaltens und Ausschaltens der Leistungstransistoren 81A bis 81F bei einer bestimmten Frequenz (hierin nachfolgend als eine Trägerfrequenz bezeichnet) gemäß einem Geschwindigkeitsbefehlssignal, welches von dem Host-System empfangen wird.
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Die Steuereinheit 70 führt eine Pulsweitenmodulation (PWM)-Steuerung der Leistungstransistoren 81A bis 81F durch Ausgeben der Schaltsignale an die Gate-Treiberschaltung 82 durch. Die Steuereinheit 70 schätzt Positionen der magnetischen Pole des Rotors 30 basierend auf dem Magnetpolpositionssignal, welches von dem Magnetsensor 50 eingegeben wird, und rechnet eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 30 aus den geschätzten Positionen der magnetischen Pole. Die Steuereinheit 70 gibt ein Rotationsgeschwindigkeitssignal, welches die berechnete Rotationsgeschwindigkeit angibt, an das Host-System aus.
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Es ist zu beachten, dass die Steuereinheit 70 ein dedizierter IC sein kann, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Außerdem kann die Steuereinheit 70 einen Speicher, welcher ein Programm speichert, und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), welche eine Verarbeitung gemäß dem Programm ausführt, umfassen. Eine Hardwarekonfiguration der Steuereinheit 70 wird unten beschrieben.
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In dem Fall von drei Phasen erhält der Elektromotor 1, welcher ein bürstenloser DC-Motor ist, Rotationsenergie durch Schalten der sechs Leistungstransistoren 81A bis 81F an geeigneten Zeitpunkten gemäß den Positionen der magnetischen Pole des Magneten 40 des Rotors 30. Schaltsignale, welche für das Schalten verwendet werden, werden durch die Steuereinheit 70 erzeugt. Das Betriebsprinzip des Elektromotors 1 wird beschrieben.
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In dem Elektromotor 1 schätzt die Steuereinheit 70 die Positionen der magnetischen Pole des Rotors 30 basierend auf dem Magnetpolpositionssignal von dem Magnetsensor 50 oder einem Wert eines durch die Wicklung 22 fließenden Stroms. Die Steuereinheit 70 erzeugt Schaltsignale zum Schalten der Leistungstransistoren 81A bis 81F gemäß den Positionen der magnetischen Pole des Rotors 30 und dem Geschwindigkeitsbefehlssignal, welches von dem Host-System ausgegeben wird. Die Gate-Treiberschaltung 82 führt ein Umschalten zwischen dem Anschalten und Ausschalten der Leistungstransistoren 81A bis 81F gemäß den durch die Steuereinheit 70 erzeugten Schaltsignalen durch.
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Beispielsweise stimmen bei der 120-Grad-Leitungssteuerung Zeitpunkte des Umschaltens zwischen dem Anschalten und Ausschalten der sechs Leistungstransistoren 81A bis 81F mit der steigenden Flanke und fallenden Flanke jedes Detektionssignals betreffend die Detektion durch drei Hall-ICs überein. Daher kann bei der 120-Grad-Leitungssteuerung die Steuereinheit 70 durch ein Schaltnetz implementiert sein, welches keinen Takt benötigt.
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In dem Fall einer Steuerung, welche das Schätzen von Positionen von magnetischen Polen erfordert, wie beispielsweise eine 150-Grad-Leitungssteuerung, eine Sinuswellen-Leitungssteuerung, eine Phasensteuerung oder eine sensorlose Steuerung, umfasst die Steuereinheit 70 hingegen eine komplizierte digitale Schaltung, welche einen Takt umfasst. Beispielsweise wird eine Zeit zwischen einer steigenden Flanke und einer fallenden Flanke jedes der Detektionssignale betreffend die Detektion der drei Hall-ICs zur Schätzung von Positionen der magnetischen Pole genau geschätzt.
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Eine sensorlose Steuerung ist eine Steuerung, welche den Magnetsensor 50 nicht verwendet. Bei der sensorlosen Steuerung werden Positionen von magnetischen Polen aus einem Wert eines Stroms geschätzt, welcher durch einen Stromdetektionswiderstand, einen Stromdetektionstransformator oder dergleichen detektiert wird, um die Steuerung durchzuführen. Das bedeutet, dass bei der sensorlosen Steuerung die Steuereinheit 70 Positionen von magnetischen Polen basierend auf einem durch die Wicklung 22 fließenden Strom und einer an die Wicklung 22 angelegten Spannung schätzt und daher wird eine komplizierte Verarbeitung und Berechnung benötigt. Bei der sensorlosen Steuerung ist die Komplexität der Schaltung der Steuereinheit 70 daher erhöht, und es ist erforderlich, eine Taktfrequenz in der Steuereinheit 70 zu erhöhen.
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Um eine Rauschreduktion, eine höhere Effizienz und eine stabile Steuerung zu erreichen, ist die Taktfrequenz der Steuereinheit 70 beispielsweise das 100-fache oder mehr einer Trägerfrequenz, welche eine Frequenz ist, bei welcher die Leistungstransistoren 81A bis 81F geschaltet werden.
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Als Nächstes wird die Spule 73A beschrieben, welche auf der eingebauten Platine 11 als Gegenmaßnahme gegen Rauschen angeordnet ist. In der ersten Ausführungsform ist die Spule 73A an der Niederspannungsenergieversorgungsleitung der eingebauten Platine 11 als Gegenmaßnahme gegen Rauschen angeordnet. Rauschen in der ersten Ausführungsform bezeichnet Rauschen (elektromagnetische Störung (EMS)), welches durch den Elektromotor 1 und ein mit dem Elektromotor 1 ausgestattetes Produkt erzeugt wird. Dieses Rauschen umfasst Rauschen einer Rauschanschlussspannung, Rauschen einer Rauschleistung, Strahlungsrauschen und dergleichen.
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Die Niederspannungsenergieversorgungsleitung ist eine Leitung, welche die Niederspannungsenergieversorgung 78 und eine Schaltung (Niederspannungsschaltung) verbindet, welche bei einer niedrigen Spannung auf der eingebauten Platine 11 arbeitet. Zudem kann eine Spule an einer Hochspannungsenergieversorgungsleitung der eingebauten Platine 11 angeordnet sein. Die Hochspannungsenergieversorgungsleitung ist eine Leitung, welche die Hochspannungsenergieversorgung 77 und eine Schaltung (Hochspannungsschaltung) verbindet, welche bei einer hohen Spannung auf der eingebauten Platine 11 arbeitet.
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Außerdem kann eine Spule an einer Erdungs (GND)-Leitung der eingebauten Platine 11 angeordnet sein. Die Erdungsleitung ist eine Leitung, welche die Erdung 79 und eine Schaltung auf der eingebauten Platine 11 verbindet. Es ist zu beachten, dass eine Erdungsleitung für eine Niederspannungsschaltung und eine Erdungsleitung für eine Hochspannungsschaltung separat als Erdungsleitungen auf der eingebauten Platine 11 angeordnet sein können.
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3 ist ein Diagramm, welches ein erstes Beispiel der Anordnung einer Spule auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Auf der eingebauten Platine 11 ist eine Niederspannungsschaltung 72 mit der Niederspannungsenergieversorgung 78 verbunden, und eine Hochspannungsschaltung 71 ist mit der Hochspannungsenergieversorgung 77 verbunden. Zudem sind die Niederspannungsschaltung 72 und Hochspannungsschaltung 71 mit einem Verbindungspunkt 45 verbunden, und der Verbindungspunkt 45 ist mit der Erdung 79 verbunden. Die Niederspannungsschaltung 72 umfasst beispielsweise eine digitale Schaltung, welche ein Schaltwerk (engl. sequential circuit) umfasst.
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Die Niederspannungsschaltung 72 umfasst eine erste Schaltung, die Steuereinheit 70 und die Schutzschaltung 83. Die erste Schaltung ist Teil der Gate-Treiberschaltung 82. Die Hochspannungsschaltung 71 umfasst eine zweite Schaltung und den Inverter 81. Die zweite Schaltung ist Teil der Gate-Treiberschaltung 82. In der Gate-Treiberschaltung 82 sind die erste Schaltung, die in der Niederspannungsschaltung 72 enthalten ist, und die zweite Schaltung, die in der Hochspannungsschaltung 71 enthalten ist, verschiedene Schaltungen.
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In dem ersten Beispiel der Anordnung einer Spule auf der eingebauten Platine 11 ist eine einzige Spule, d. h. die Spule 73A, angeordnet. Die Spule 73A, welche eine erste Spule ist, ist an einer Niederspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet, welche die Niederspannungsschaltung 72 und die Niederspannungsenergieversorgung 78 verbindet. Bei dieser Konfiguration kann die eingebaute Platine 11 auf der eingebauten Platine 11 erzeugtes Rauschen mittels der Spule 73A reduzieren.
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4 ist ein Diagramm, welches ein zweites Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem zweiten Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine 11 sind zwei Spulen 73A und 73B angeordnet. Die Spule 73B, welche eine zweite Spule ist, ist an einer Hochspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet, welche die Hochspannungsschaltung 71 und die Hochspannungsenergieversorgung 77 verbindet. Bei dieser Konfiguration kann die eingebaute Platine 11 auf der eingebauten Platine 11 erzeugtes Rauschen mittels der Spulen 73A und 73B reduzieren.
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5 ist ein Diagramm, welches ein drittes Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem dritten Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine 11 sind drei Spulen 73A bis 73C angeordnet. Die Spule 73C ist an einer Erdungsleitung angeordnet, welche den Verbindungspunkt 45 und die Erdung 79 verbindet. Bei dieser Konfiguration kann die eingebaute Platine 11 auf der eingebauten Platine 11 erzeugtes Rauschen mittels der Spulen 73A bis 73C reduzieren.
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6 ist ein Diagramm, welches ein viertes Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem vierten Beispiel der Anordnung von Spulen auf der eingebauten Platine 11 sind vier Spulen 73A, 73B, 73D und 73E angeordnet. Die Spule 73D ist an einer Erdungsleitung angeordnet, welche die Niederspannungsschaltung 72 und den Verbindungspunkt 45 verbindet. Die Spule 73E ist an einer Erdungsleitung angeordnet, welche die Hochspannungsschaltung 71 und den Verbindungspunkt 45 verbindet. Bei dieser Konfiguration kann die eingebaute Platine 11 auf der eingebauten Platine 11 erzeugtes Rauschen mittels der Spulen 73A, 73B, 73D und 73E reduzieren.
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7 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer eingebauten Platine eines Vergleichsbeispiels zeigt. Die eingebaute Platine des Vergleichsbeispiels umfasst eine Niederspannungsschaltung 72X und eine Hochspannungsschaltung 71X. Die Niederspannungsschaltung 72X ist eine Schaltung, die der Niederspannungsschaltung 72 ähnlich ist, und die Hochspannungsschaltung 71 X ist eine Schaltung, die der Hochspannungsschaltung 71 ähnlich ist.
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Die Niederspannungsschaltung 72X ist mit einer Niederspannungsenergieversorgung 78X verbunden, welche eine Energieversorgung ist, die der Niederspannungsenergieversorgung 78 ähnlich ist. Die Hochspannungsschaltung 71 X ist mit einer Hochspannungsenergieversorgung 77X verbunden, welche eine Energieversorgung ist, die der Hochspannungsenergieversorgung 77 ähnlich ist. Außerdem sind die Niederspannungsschaltung 72X und die Hochspannungsschaltung 71 X mit einem Verbindungspunkt 45X verbunden, welcher ein Verbindungspunkt ist, der dem Verbindungspunkt 45 ähnlich ist, und der Verbindungspunkt 45X ist mit einer Erdung 79X verbunden.
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Auf der eingebauten Platine des Vergleichsbeispiels ist keine Spule an einer Niederspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet, welche die Niederspannungsschaltung 72X und die Niederspannungsenergieversorgung 78X verbindet. Außerdem ist keine Spule an einer Hochspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet, welche die Hochspannungsschaltung 71 X und die Hochspannungsenergieversorgung 77X verbindet. Außerdem ist keine Spule an einer Erdungsleitung von der Niederspannungsschaltung 72X zu der Erdung 79X angeordnet, und keine Spule ist an einer Erdungsleitung von der Hochspannungsschaltung 71X zu der Erdung 79X angeordnet. Daher kann die eingebaute Platine des Vergleichsbeispiels Rauschen nicht reduzieren, welches auf der eingebauten Platine des Vergleichsbeispiels erzeugt wird.
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8 ist ein Diagramm, welches ein erstes Beispiel einer Konfiguration einer oberen Oberfläche der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration der oberen Oberfläche der in 5 gezeigten eingebauten Platine 11 wird mit Bezug zu 8 beschrieben. Wie in 8 gezeigt ist, hat die eingebaute Platine 11 eine Scheibenform und hat ein Durchgangsloch 35, welches in der Mitte gebildet ist. Die Rotationswelle 31 verläuft durch das Durchgangsloch 35.
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Der Leistungs-IC 80, welcher der Wicklung 22 Energie zuführt, die Spulen 73A bis 73C und die Steuereinheit 70 sind an der oberen Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist zu beachten, dass der Überstromdetektionswiderstand 75 und dergleichen an der oberen Oberfläche oder unteren Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet sind.
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Die Spulen 73A bis 73C sind näher an dem Leitungsausgangsabschnitt 14 als der Leistungs-IC 80, der die Leistungstransistoren 81A bis 81F umfasst, angeordnet. Das bedeutet, dass die Spulen 73A bis 73C so platziert sind, dass Abstände zu dem Leitungsausgangsabschnitt 14 kürzer als Abstände zu dem Leistungs-IC 80 sind.
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Hierdurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Spulen 73A bis 73C durch Wärme beeinflusst werden, welche von den Leistungstransistoren 81A bis 81F abgestrahlt wird, sodass temperaturinduzierte Änderungen der Induktivitätswerte der Spulen 73A bis 73C abnehmen. Wenn ein Induktivitätswert fluktuiert, nimmt die Rauschreduktionswirkung aufgrund einer unangepassten Impedanz oder dergleichen ab. Hingegen nimmt in der ersten Ausführungsform die Rauschreduktionswirkung zu, weil eine Änderung des Induktivitätswerts gering ist. Das bedeutet, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Spulen 73A bis 73C durch Wärme beeinflusst werden, welche von den Leistungstransistoren 81A bis 81F abgestrahlt wird. Daher kann die eingebaute Platine 11 verhindern, dass sich die Rauschentfernungsfähigkeit durch eine Änderung des Induktivitätswerts aufgrund einer Temperaturcharakteristik der Spulen 73A bis 73C ändert.
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Weil die Spulen 73A bis 73C näher an dem Leitungsausgangsabschnitt 14 als an dem Leistungs-IC 80 angeordnet sind, ist außerdem eine Verdrahtung auf der eingebauten Platine 11 vereinfacht. Hierdurch kann die eingebaute Platine 11 verkleinert werden, und die Herstellungskosten des Elektromotors 1 können durch die Verkleinerung der eingebauten Platine 11 reduziert werden. Weil die Länge einer Verdrahtung der eingebauten Platine 11 durch die Verkleinerung der eingebauten Platine 11 verkürzt ist, kann zudem Rauschen reduziert werden.
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In dem Fall einer Spule mit einer Induktivität, die mit der Temperatur negativ korreliert, nimmt zudem die Impedanz im Allgemeinen bei steigender Temperatur ab, und daher kann die Rauschreduktionswirkung stark verschlechtert sein. Es ist zu beachten, dass der Fall, in welchem die Induktivität mit der Temperatur negativ korreliert, nicht auf einen Fall begrenzt ist, in welchem die Induktivität mit einem gesamten Temperaturbereich negativ korreliert, sondern auch einen Fall umfasst, in welchem die Induktivität mit einer Temperatur negativ korreliert, welche in einen Bereich eines Temperaturbereichs fällt (negativ korreliert mit einer Temperatur von beispielsweise 60 °C oder mehr).
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9 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen der Temperatur und Induktivitätswerten. In einem in 9 gezeigten Graphen repräsentiert die horizontale Achse die Temperatur und die vertikale Achse repräsentiert den Wert der Induktivität. 9 zeigt eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft für mehrere Stromstärken.
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Eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft 74A ist eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft, die erhalten wird, wenn ein Strom mit einem ersten Stromwert durch eine Spule fließt. Eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft 74B ist eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft, die erhalten wird, wenn ein Strom mit einem zweiten Stromwert durch die Spule fließt. Eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft 74C ist eine Induktivität-Temperatur-Eigenschaft, die erhalten wird, wenn ein Strom mit einem dritten Stromwert durch die Spule fließt. Es gilt: erster Stromwerte < zweiter Stromwerte < dritter Stromwert.
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Wie in den Induktivität-Temperatur-Eigenschaften 74A bis 74C gezeigt ist, nimmt die Impedanz mit steigender Temperatur ab, wenn eine Spule eine Induktivität hat, die mit der Temperatur negativ korreliert.
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Wie in 9 gezeigt ist, nimmt außerdem die Temperaturabhängigkeit der Spule mit zunehmendem Wert des durch die Spule fließenden Stroms zu. Außerdem nimmt in einem Fall, in welchem ein durch die Spule fließender Strom größer als ein Nennstrom ist, die Sättigungsmagnetflussdichte eines magnetischen Materials innerhalb der Spule ab, und eine Abnahme des Induktivitätswerts bei steigender Temperatur nimmt zu, sodass die Rauschreduktionswirkung tendenziell weiter schlechter wird.
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Weil die Spulen 73A bis 73C näher an dem Leitungsausgangsabschnitt 14 als an dem Leistungs-IC 80 angeordnet sind, kann in der ersten Ausführungsform eine Temperaturzunahme verhindert werden. Daher kann die eingebaute Platine 11 eine Abnahme der Impedanz verhindern und die Rauschreduktionswirkung beibehalten.
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Es ist zu beachten, dass mit Bezug zu 8 der Fall beschrieben wurde, in welchem der Leistungs-IC 80 und die Steuereinheit 70 als separate ICs bereitgestellt sind, der Leistungs-IC 80 und die Steuereinheit 70 können jedoch als ein einziger IC bereitgestellt sein. Außerdem sind in einem Fall, in welchem die Spulen 73D und 73E auf der eingebauten Platine 11 angeordnet sind, die Spulen 73D und 73E beispielsweise näher an dem Leitungsausgangsabschnitt 14 als an dem Leistungs-IC 80 angeordnet.
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10 ist ein Diagramm, welches ein zweites Beispiel der Konfiguration der oberen Oberfläche der eingebauten Platine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration der oberen Oberfläche der in 5 gezeigten eingebauten Platine 11 wird mit Bezug zu 10 beschrieben. In 10 ist ein Bereich mit einem zentralen Winkel von etwa 90 Grad auf der oberen Oberfläche der eingebauten Platine 11 gezeigt, und der Rest der oberen Oberfläche ist nicht gezeigt.
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Ein Modul 85, welches der Wicklung 22 Energie zuführt, ist auf der oberen Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet. Das Modul 85 umfasst eine Schaltung, welches die Funktion des Leistung-ICs 80 und die Funktion der Steuereinheit 70 ausführt.
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Die Anzahl von elektronischen Teilen, die auf der in 10 gezeigten eingebauten Platine 11 zu montieren sind, ist kleiner als die Anzahl von elektronischen Teilen, die auf der in 8 gezeigten eingebauten Platine 11 zu montieren sind. Dies reduziert die Fläche eines Bereichs, wo elektronische Teile auf der in 10 gezeigten eingebauten Platine 11 montiert sind. Hierdurch kann die Fläche der eingebauten Platine 11 reduziert werden.
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Als Nächstes wird ein Positionszusammenhang zwischen den Spulen 73A bis 73C und der Wicklung 22 beschrieben. 11 ist ein Diagramm, welches das Innere des Elektromotors gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt. 11 zeigt eine Querschnittskonfiguration des Elektromotors 1.
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Beispielsweise sind die Spulen 73A bis 73C an einer Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet, die einer der Wicklung 22 zugewandten Oberfläche der eingebauten Platine 11 gegenüberliegt. Das bedeutet, dass die Spulen 73A bis 73C auf einer dem Stator abgewandten Seite der eingebauten Platine 11 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind, wenn die Statorkerne 21 und die Wicklung 22 so platziert sind, dass sie einer ersten Hauptoberfläche der eingebauten Platine 11 zugewandt sind, die Spulen 73A bis 73C auf einer zweiten Hauptoberfläche angeordnet, welche eine Oberfläche der eingebauten Platine 11 ist, die der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt. Wenn beispielsweise die untere Oberfläche der eingebauten Platine 11 den Statorkernen 21 und der Wicklung 22 zugewandt ist, sind die Spulen 73A bis 73C auf der oberen Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet. Hierdurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Spulen 73A bis 73C durch Wärme beeinflusst werden, welche durch die Wicklung 22 abgestrahlt wird. Hierdurch kann die eingebaute Platine 11 verhindern, dass sich eine Rauschentfernungsfähigkeit durch eine Änderung eines Induktivitätswerts aufgrund einer Temperatureigenschaft der Spulen 73A bis 73C ändert.
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Außerdem sind die Spulen 73A bis 73C beispielsweise auf einer Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet, die eine Oberfläche der eingebauten Platine 11 gegenüberliegt, die dem Leistungs-IC 80 zugewandt ist. Mit anderen Worten sind, wenn der Leistungs-IC 80 auf der ersten Hauptoberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet ist, die Spulen 73A bis 73C auf der zweiten Hauptoberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet. Wenn der Leistungs-IC 80 beispielsweise an der unteren Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet ist, sind die Spulen 73A bis 73C an der oberen Oberfläche der eingebauten Platine 11 angeordnet. Hierdurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Spulen 73A bis 73C durch Wärme beeinflusst werden, welche durch den Leistungs-IC 80 abgestrahlt wird. Daher kann die eingebaute Platine 11 verhindern, dass sich die Rauschentfernungsfähigkeit durch eine Änderung eines Induktivitätswerts aufgrund einer Temperatureigenschaft der Spulen 73A bis 73C ändert.
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Vorliegend wird der Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Impedanz betreffend die Spulen 73A und 73B beschrieben. 12 ist ein Diagramm, welches eine Induktivität-Frequenz-Eigenschaft von Spulen zeigt, welche in dem Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind. In einem in 12 gezeigten Graphen repräsentiert die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse repräsentiert die Impedanz. 12 zeigt eine Induktivität-Frequenz-Eigenschaft 73AF der Spule 73A der Niederspannungsenergieversorgung 78 und eine Induktivität-Frequenz-Eigenschaft 73BF der Spule 73B der Hochspannungsenergieversorgung 77.
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Wie in 12 gezeigt ist, sind die Impedanz der Spule 73A der Niederspannungsenergieversorgung 78 und die Impedanz der Spule 73B der Hochspannungsenergieversorgung 77 jeweils an einer bestimmten Frequenz maximal. Die Impedanz der Spule 73A der Niederspannungsenergieversorgung 78 ist an einer Frequenz maximal, die höher als eine Frequenz ist, an welcher die Impedanz der Spule 73B der Hochspannungsenergieversorgung 77 maximal ist.
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Die Trägerfrequenz der Steuereinheit 70 ist mehrere Kilohertz bis mehrere 10 Kilohertz, und die Taktfrequenz der Steuereinheit 70 ist mehrere Megahertz bis mehrere 10 Megahertz. Das bedeutet, dass eine Frequenz, die bei der Steuerung unter Verwendung der Niederspannungsenergieversorgung 78 verwendet wird, höher als eine Frequenz, ist, die bei der Steuerung unter Verwendung der Hochspannungsenergieversorgung 77 verwendet wird. Die Rauschreduktionswirkung wird daher durch Verwendung von Spulen weiter verbessert, welche so ausgebildet sind, dass die Impedanz der Spule 73A der Niederspannungsenergieversorgung 78 an der Frequenz maximal ist, die höher als die Frequenz ist, bei der die Impedanz der Spule 73B der Hochspannungsenergieversorgung 77 maximal ist. Das bedeutet, dass es möglich ist, die Rauschreduktionswirkung durch Verwenden von Spulen weiter zu verbessern, welche so ausgebildet sind, dass die Impedanz der Spule 73A bei der Frequenz maximal ist, die höher als die Frequenz ist, bei welcher die Impedanz der Spule 73B maximal ist.
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Es ist zu beachten, dass es möglich ist, Spulen zu verwenden, welche so konfiguriert sind, dass die Impedanz der Spule 73A an einer Frequenz maximal ist, die niedriger als die Frequenz ist, bei welcher die Impedanz der Spule 73B maximal ist. Außerdem ist es auch möglich, Spulen zu verwenden, die so konfiguriert sind, dass die Impedanz der Spule 73A und die Impedanz der Spule 73B bei derselben Frequenz maximal sind.
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Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der ersten Ausführungsform der Elektromotor 1 Rauschen ausreichend reduzieren, weil die Spule 73A an der Niederspannungsenergieversorgungsleitung angeordnet ist, welche die Niederspannungsschaltung 72 und die Niederspannungsenergieversorgung 78 verbindet. Beispielsweise wird die Schaltung der Steuereinheit 70 kompliziert und die Taktfrequenz nimmt zu, sodass der Elektromotor ein Rauschen ausreichend reduzieren kann, selbst wenn eine große Menge an Rauschen erzeugt wird.
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Wenn die eingebaute Platine 11 den Inverter 81 steuert und dabei die Positionen der magnetischen Pole des Rotors 30, welcher ein Rotor ist, schätzt, muss die eingebaute Platine 11 außerdem eine digitale Schaltung umfassen. In diesem Fall ist die Taktfrequenz das 100-fache oder mehr der Trägerfrequenz, und daher nimmt Rauschen zu. Selbst in diesem Fall kann der Elektromotor 1 Rauschen mittels der Spule 73A ausreichend reduzieren.
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Außerdem nimmt Rauschen zu, wenn die Steuereinheit 70 einen Mikrocomputer umfasst, welcher mit einem Takt mit einer hohen Frequenz arbeitet und viele Funktionsblöcke hat. Selbst in diesem Fall kann der Elektromotor 1 Rauschen mittels der Spule 73A ausreichend reduzieren.
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Außerdem nimmt Rauschen zu, wenn der Stator 20 und die eingebaute Platine 11 durch das Formharz 12 integral-geformt sind. Selbst in diesem Fall kann der Elektromotor 1 Rauschen mittels der Spule 73A ausreichend reduzieren.
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Zweite Ausführungsform.
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Als Nächstes wird mit Bezug zu 13 und 14 eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird der Elektromotor 1, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, in einer Klimaanlage angewendet.
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13 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel einer Klimaanlage gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Eine Klimaanlage 200 umfasst eine Innenraumeinheit 210 und eine Außenraumeinheit 220, welche mit der Innenraumeinheit 210 über ein Kältemittelrohr 230 verbunden ist.
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Die Innenraumeinheit 210 ist mit einem Innenraumgebläse 212 ausgestattet, und die Außenraumeinheit 220 ist mit einem Außenraumeinheitgebläse 223 ausgestattet. Das Innenraumeinheitgebläse 212 und das Außenraumeinheitgebläse 223 umfassen jeweils, als eingebaute Antriebsquelle, den Elektromotor 1, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Der Elektromotor 1, der in dem Innenraumeinheitgebläse 212 eingebaut ist, ist ein erster Elektromotor, und der Elektromotor 1, der in dem Außenraumeinheitgebläse 223 eingebaut ist, ist ein zweiter Elektromotor.
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Das Innenraumeinheitgebläse 212 und das Außenraumeinheitgebläse 223 sind beispielsweise Line Flow Fans (registrierte Marke) (auch bezeichnet als Transversalstromgebläse oder Querstromventilatoren). Außerdem umfasst die Innenraumeinheit 210 die Innenraumeinheitplatine (Einheitsplatine) 211. Beispielsweise steuert die Innenraumeinheitplatine 211 die Innenraumeinheit 210.
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Für die Innenraumeinheit 210 müssen die Breiten eines Wärmetauschers und einer Luftleitung so groß wie möglich sein, um eine hohe Effizienz und eine hohe Ausgabe zu erreichen. Daher kann eine Komponente, die eine große Breite hat, wie beispielsweise die Innenraumeinheitplatine 211, nicht an beiden Seiten der Innenraumeinheit 210 angeordnet sein. Daher ist die Innenraumeinheitplatine 211 an einer vorderen Oberfläche der Innenraumeinheit 210 angeordnet.
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In der zweiten Ausführungsform ist die Innenraumeinheitplatine 211 an der vorderen Oberfläche der Innenraumeinheit 210 angeordnet. In diesem Fall sind das Leitungskabel 13, welches den Elektromotor 1 und die Innenraumeinheitplatine 211 verbindet, lang, was das Rauschen erhöht. Insbesondere nimmt Strahlungsrauschen zu, welches von dem Leitungskabel 13 abstrahlt. Selbst in diesem Fall kann Rauschen durch die Spule 73A in der zweiten Ausführungsform reduziert werden. Dies liegt daran, dass der Elektromotor 1, der die Spule 73A und dergleichen umfasst, in der Innenraumeinheit 210 eingebaut ist.
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Als Nächstes wird eine Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung beschrieben, welche eine Spannung an die Niederspannungsenergieversorgung 78 ausgibt. 14 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung, welche in dem Elektromotor der Klimaanlage gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten ist. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, umfasst die eingebaute Platine 11 die Spule 73A, die Niederspannungsschaltung 72, die Niederspannungsenergieversorgung 78 und dergleichen. Die eingebaute Platine 11 ist mit der Innenraumeinheitplatine 211 verbunden.
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Eine Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung, welche eine Spannung an die Niederspannungsenergieversorgung 78 ausgibt, ist auf der Innenraumeinheitplatine 211 angeordnet. Die Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung umfasst beispielsweise einen Spannungsregler (engl. switching regulator) 213. Der Spannungsregler 213 ist mit der Niederspannungsenergieversorgung 78 verbunden. Zudem ist der Spannungsregler 213 über einen Verbindungspunkt 44 mit einer Niederspannungsschaltung 72 und der Erdung 79 verbunden. Der Spannungsregler 213 wandelt eine eingegebene Gleichspannung in eine bestimmte Gleichspannung und gibt die bestimmte Gleichspannung an die Niederspannungsenergieversorgung 78 aus.
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Wenn die Niederspannungsenergieversorgungserzeugungsschaltung der Innenraumeinheitplatine 211 den Spannungsregler 213 umfasst, erzeugt der Spannungsregler 213 eine große Menge an Rauschen. Selbst in diesem Fall kann der Elektromotor 1 Rauschen mittels der Spule 73A ausreichend reduzieren. In diesem Fall kann der Elektromotor 1 eine EMS-Eigenschaft verbessern, die einer Radio-Störung entspricht, und kann außerdem eine elektromagnetische-Empfindlichkeit (EME)-Eigenschaft verbessern, welche einer Elektrodensensitivität entspricht. Das bedeutet, dass der Elektromotor 1 eine Elektromagnetische-Kompatibilität (EMK)-Eigenschaft verbessern kann, welche einer elektromagnetischen Kompatibilität entspricht.
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Es ist zu beachten, dass der Elektromotor 1 für eine Verwendung installiert sein kann, die nicht nur die Klimaanlage 200 ist, sondern auch beispielsweise in einem Ventilator, einem Haushaltsgerät, einer Werkzeugmaschine oder dergleichen.
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Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der zweiten Ausführungsform der Elektromotor 1 Rauschen ausreichend reduzieren, weil der Elektromotor 1 in der Klimaanlage 200 eingebaut ist.
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Nun wird eine Hardwarekonfiguration der Steuereinheit 70 beschrieben. Die Steuereinheit 70 ist durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert. Die Verarbeitungsschaltung kann ein Speicher und ein Prozessor sein, welcher ein in dem Speicher gespeichertes Programm ausführt, oder kann dedizierte Hardware sein.
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15 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel einer Verarbeitungsschaltung zeigt, welche in einem Fall verwendet wird, in welchem die in dem Elektromotor gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform enthaltene Steuereinheit durch einen Prozessor und einen Speicher implementiert ist. Eine in 15 gezeigte Verarbeitungsschaltung 90 dient als die Steuereinheit 70 und umfasst einen Prozessor 91 und einen Speicher 92. In einem Fall, in welchem die Verarbeitungsschaltung 90 den Prozessor 91 und den Speicher 92 umfasst, ist jede Funktion der Verarbeitungsschaltung 90 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert. Die Software oder Firmware ist als ein Programm beschrieben und in dem Speicher 92 gespeichert. In der Verarbeitungsschaltung 90 liest der Prozessor 91 das in dem Speicher 92 gespeicherte Programm und führt dieses aus, um die jeweilige Funktion zu implementieren. Das bedeutet, dass die Verarbeitungsschaltung 90 den Speicher 92 zum Speichern eines Programms umfasst, welches eine in der Steuereinheit 70 durchzuführende Verarbeitung veranlasst. Man kann auch sagen, dass dieses Programm ein Programm zum Veranlassen der Steuereinheit 70 ist, die jeweilige Funktion auszuführen, die durch die Verarbeitungsschaltung 90 implementiert wird. Dieses Programm kann durch ein Speichermedium bereitgestellt sein, in welchem das Programm gespeichert ist, oder kann durch ein anderes Mittel bereitgestellt sein, wie beispielsweise ein Kommunikationsmedium.
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Beispiele des Prozessors 91 umfassen eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU, auch bezeichnet als ein Verarbeitungsgerät, ein Arithmetikgerät, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP)) und ein hochintegriertes System. Beispiele des Speichers 92 umfassen einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen nur lesbaren Speicher (ROM).
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16 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Verarbeitungsschaltung zeigt, welche in einem Fall verwendet wird, in welchem die in dem Elektromotor gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform enthaltene Steuereinheit durch dedizierte Hardware implementiert ist. Die in 16 gezeigte Verarbeitungsschaltung 93 entspricht beispielsweise einer einzigen Schaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einem programmierten Prozessor, einem parallelprogrammierten Prozessor, einem ASIC, einem Field Programmable Gate Array (FPGA) oder einer Kombination dieser. Ein Teil der Verarbeitungsschaltung 93 kann durch dedizierte Hardware implementiert sein und ein anderer Teil der Verarbeitungsschaltung 93 kann durch Software oder Firmware implementiert sein. Wie oben beschrieben ist, kann die Verarbeitungsschaltung 93 jede der oben beschriebenen Funktionen durch dedizierte Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination dieser implementieren.
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Es ist zu beachten, dass die Gate-Treiberschaltung 82, die Schutzschaltung 83, eine auf der Innenraumeinheitplatine 211 bereitgestellte Schaltung und dergleichen auch durch eine Hardware implementiert sein können, die der Hardware der Steuereinheit 70 ähnlich ist.
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Die Konfigurationen, die in den obigen Ausführungsformen angegeben sind, zeigen Beispiele, und es ist möglich, die Konfigurationen mit einer anderen bekannten Technik zu kombinieren oder die Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, und es ist auch möglich, die Konfigurationen teilweise wegzulassen oder zu ändern, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor;
- 10
- geformter Stator;
- 11
- eingebaute Platine;
- 12
- Formharz;
- 13
- Leitungskabel;
- 14
- Leitungsausgangsabschnitt;
- 20
- Stator;
- 21
- Statorkern;
- 22
- Wicklung;
- 22U
- U-Phase-Wicklung;
- 22V
- V-Phase-Wicklung;
- 22W
- W-Phase-Wicklung;
- 23
- Isolator;
- 30
- Rotor;
- 31
- Rotationswelle;
- 32
- Rotorisolationsabschnitt;
- 33
- ausgabeseitiges Lager;
- 34
- der Ausgabeseite gegenüberliegendes Lager;
- 35
- Durchgangsloch;
- 40
- Magnet;
- 41 bis 45, 45X, 47, 48
- Verbindungspunkt;
- 50
- Magnetsensor;
- 60
- Halter;
- 61
- pressbefestigter Abschnitt;
- 70
- Steuereinheit;
- 71, 71X
- Hochspannungsschaltung;
- 72, 72X
- Niederspannungsschaltung;
- 73A bis 73E
- Spule;
- 75
- Überstromdetektionswiderstand;
- 77, 77X
- Hochspannungsenergieversorgung;
- 78, 78X
- Niederspannungsenergieversorgung;
- 79, 79A bis 79C, 79X
- Erdung;
- 80
- Leistungs-IC;
- 81
- Inverter;
- 81A bis 81F
- Leistungstransistor;
- 82
- Gate-Treiberschaltung;
- 83
- Schutzschaltung;
- 85
- Modul;
- 90, 93
- Verarbeitungsschaltung;
- 91
- Prozessor;
- 92
- Speicher;
- 200
- Klimaanlage;
- 210
- Innenraumeinheit;
- 211
- Innenraumeinheitplatine;
- 212
- Innenraumeinheitgebläse;
- 213
- Spannungsregler;
- 220
- Außenraumeinheit;
- 223
- Außenraumeinheitgebläse;
- 230
- Kältemittelrohr.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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