电动机控制单元、电动机以及泵装置的制作方法

1.本发明涉及一种在泵装置等中使用的电动机。另外，本发明涉及一种控制该电动机的电动机控制单元、电动机以及泵装置。


背景技术：

2.在专利文献1中公开了一种泵装置。该文献的泵具有电动机、固定在电动机的转子上的叶轮、以及收容叶轮并划分泵室的壳体。该电动机具有能够以中心轴为中心进行旋转的转子和具备三相线圈的定子。
3.作为上述泵装置的电动机，有时使用实施了噪声对策的电动机(例如，专利文献2)。专利文献2的电动机具有控制装置，该控制装置具备在三相线圈的中性点与预先设定的基准电位之间并联配置的一个电容器。由于控制装置具备电容器，因此中性点的电压平滑化。由此，能够抑制由电动机产生的噪声。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2020-159336号公报
7.专利文献2：日本特开2001-352792号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的技术问题
9.在此，泵装置与其他精密设备一起使用的情况越来越多，在车载用途泵等用途中使用的情况下，要求进一步抑制由泵装置的电动机产生的噪声。在这种情况下，仅将专利文献2的电动机用于泵装置中，存在作为噪声对策不充分这样的问题。
10.因此，本发明的技术问题在于提供一种能够抑制由电动机产生的噪声的电动机控制单元。另外，提供一种具有电动机控制单元的电动机和具有该电动机的泵装置。
11.解决技术问题所采用的技术方案
12.为了解决上述技术问题，本发明的电动机控制单元对具备三相线圈的电动机进行控制，具有：电动机控制部，所述电动机控制部通过控制信号控制所述电动机的旋转；逆变器，所述逆变器根据来自所述电动机控制部的输出信号，对所述三相线圈施加从驱动电源供给的驱动电压；驱动电压线，所述驱动电压线将所述驱动电压供给到所述逆变器；公共线，所述公共线与所述三相线圈的中性点电连接；电感器，所述电感器与所述驱动电压线串联电连接；第一电容器，所述第一电容器电连接在所述驱动电压线中的所述逆变器与所述电感器之间的部分与地之间；第二电容器，所述第二电容器电连接在比所述驱动电压线中的比所述第一电容器靠输入侧的部分与地之间；以及第三电容器，所述第三电容器电连接在所述第二电容器与地之间，所述公共线电连接在所述第二电容器与所述第三电容器之间。
13.在本发明中，具有：电感器，其与驱动电压线串联电连接；以及第一电容器，其电连
接在驱动电压线中的逆变器与电感器之间的部分与地之间。如果这样构成，则能够使流过驱动电压线的驱动电压平滑化，因此能够抑制驱动电压线所产生的噪声。
14.另外，在本发明中，具有第二电容器和第三电容器，该第二电容器电连接在驱动电压线中的比第一电容器靠输入侧的部分与地之间，该第三电容器电连接在第二电容器与地之间。公共线电连接在第二电容器和第三电容器之间。如果这样构成，则由于与公共线电连接的中性点被第二电容器和第三电容器钳位，所以即使在中性点产生比较大的振幅的电压的情况下，也能够使电压平滑化。由此，能够抑制电动机所产生的噪声。
15.在本发明中，优先的是，若设所述第二电容器和所述第三电容器各自的静电容量为c1，则满足以下条件式：0.047μf≦c1≦0.33μf。其中，在第二电容器和第三电容器各自的静电容量c1小于0.047μf的情况下，无法充分地使中性点的电压平滑化，电动机所产生的噪声降低效果比较低。另外，在各自的静电容量c1大于0.33μf的情况下，中性点的电压过于平滑化，因此电动机的旋转特性比较降低。由此，难以发挥电动机的性能。因此，如果第二电容器和第三电容器各自的静电容量c1满足0.047μf≤c1≤0.33μf，则能够不使电动机的旋转特性降低，抑制电动机所产生的噪声。
16.在本发明中，优选的是，所述第二电容器电连接在所述驱动电压线中的比所述电感器靠输入侧的部分与地之间。如果这样构成，则与第二电容器电连接在驱动电压线中的比电感器靠输出侧的部分与地之间的情况相比，抑制电动机所产生的噪声的效果较大。
17.在本发明中，优选的是，若设所述第一电容器的静电容量为c2，则满足以下条件式：100μf≦c2。其中，在第一电容器的静电容量c2小于100μf的情况下，电流纹波容易变得比较大，不能充分地使流过驱动电压线的驱动电压平滑化。因此，难以有效地抑制驱动电压线所产生的噪声。因此，如果第一电容器的静电容量c2满足100μf≤c2，则能够抑制电压线所产生的噪声。另外，由于电流纹波被抑制，所以第一电容器不会过度发热。因此，能够确保第一电容器的特性和可靠性。
18.在本发明中，优选的是，具有：控制信号线，其用于将所述控制信号输入到所述电动机控制部；以及第四电容器，其电连接在所述控制信号线与地之间。如果这样构成，则能够使由控制信号线传送的控制信号平滑化，所以能够除去控制信号线所产生的噪声。
19.在本发明中，优选的是，具有：铁氧体磁珠，其在所述控制信号线中的比所述第四电容器靠输入侧的部分，与所述控制信号线串联电连接；以及第六电容器，其电连接在所述控制信号线中的比所述铁氧体磁珠靠输入侧的部分与地之间。如果这样构成，则能够进一步除去控制信号线所产生的噪声。
20.在本发明中，优选的是，具有：fg输出线，其用于将与所述电动机的转速相应的转速信号传递到外部设备；以及第五电容器，其电连接在所述fg输出线与地之间。如果这样构成，则能够使由fg输出线传递的转速信号平滑化，因此能够除去fg输出线所产生的噪声。
21.在本发明中，优先的是，设所述第五电容器的静电容量为c3时，满足以下条件式：c3≦0.1μf。其中，在第五电容器的静电容量c3大于0.1μf的情况下，能够除去fg输出线所产生的噪声，但转速信号的输出波形比较容易钝化。因此，外部设备无法高精度地检测电动机的转速信号，所以难以将电动机控制为所期望的转速。因此，如果第五电容器的静电容量c3满足c3≤0.1μf，则能够去除fg输出线所产生的噪声，并且能够将电动机控制为所期望的转速。
22.本发明的一种电动机，具有：转子，其能够以中心轴为中心进行旋转；定子，其具备三相线圈；以及上述电动机控制单元。如果这样构成，则能够抑制电动机所产生的噪声。
23.本发明的一种泵装置，具有：上述电动机；固定于所述转子的叶轮；以及收容所述叶轮并划分泵室的壳体。如果这样构成，则由于抑制了由泵装置产生的噪声，所以在泵装置的周边使用的精密设备不易受到噪声的影响。
24.发明效果
25.根据本发明，由于能够通过电感器以及第一电容器使流过驱动电压线的驱动电压平滑化，所以能够抑制驱动电压线所产生的噪声。另外，由于与公共线电连接的中性点被第二电容器和第三电容器钳位，所以即使在中性点产生了较大振幅的电压的情况下，也能够使电压平滑化。由此，电动机控制单元能够抑制电动机所产生的噪声。
附图说明
26.图1是示意性地表示本发明的实施方式的泵装置的截面的说明图。
27.图2是电动机控制单元的概略电路图。
28.图3的(a)、图3的(b)和图3的(c)是对电容器的静电容量进行比较的图。
29.附图标记说明
[0030]1…
泵装置；2
…
电动机；3
…
叶轮；4
…
壳体；4a
…
泵室；5
…
转子；6
…
三相线圈；7
…
定子；8
…
树脂密封部件；9
…
电路基板；10
…
电动机控制单元；11
…
电动机控制部；12
…
逆变器；13
…
驱动电压线；14
…
公共线；15
…
控制信号线；16
…
输出线；17
…
地线；18
…
电感器；19
…
铁氧体磁；
[0031]
21
…
第一电容器；22
…
第二电容器；23
…
第三电容器；24
…
第四电容器；25
…
第五电容器；26
…
第六电容器；61
…
u相线圈；62
…
v相线圈；63
…
w相线圈；65
…
中性点；100
…
地
具体实施方式
[0032]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性地表示本发明的实施方式的泵装置的截面的说明图。如图1所示，泵装置1具有：电动机2，其具备能够以中心轴l为中心进行旋转的转子5；叶轮3，其相对于转子5固定于中心轴l的一侧l1；以及壳体4，其收纳叶轮3并划分泵室4a。壳体4从电动机2的一侧l1安装在电动机2上。泵装置1通过叶轮3与转子5一体地以中心轴l为中心进行旋转而使泵室4a内的流体移动。
[0033]
电动机2具备：转子5，其能够以中心轴l为中心进行旋转；定子7，其具备三相线圈6；树脂密封部件8，其覆盖定子7；以及电路基板9，其与三相线圈6连接。电动机2是三相电动机，三相线圈6包括u相线圈、v相线圈以及w相线圈。在转子5的外周面设置有磁体。
[0034]
电路基板9位于定子7的另一侧l2。在电路基板9上构成有用于控制电动机2的电动机控制单元10。电动机控制单元10通过控制对三相线圈6的供电来控制电动机2的旋转。
[0035]
图2是电动机控制单元10的概略电路图。如图2所示，由电动机控制单元10控制的电动机2具备u相线圈61、v相线圈62以及w相线圈63。三相线圈6星形接线。
[0036]
电动机控制单元10具备：电动机控制部11，其通过pwm信控制电动机2的旋转；逆变器12，其基于来自电动机控制部11的输出信号对三相线圈6施加从驱动电源供给的驱动电压；驱动电压线13，其将驱动电压供给到逆变器12；以及公共线14，其与三相线圈6的中性点
65连接。电动机控制单元10具备：控制信号线15，其用于将来自外部设备的pwm信号输入到电动机控制部11；以及fg输出线16，其用于将与电动机2的转速相应的转速信号传递到外部设备。
[0037]
电动机控制单元10包括电感器18、第一电容器21、第二电容器22、第三电容器23、第四电容器24、第五电容器25、第六电容器26以及铁氧体磁珠19。
[0038]
电动机控制部11由配置在电路基板9上的ic芯片等构成。电动机控制部11基于从外部设备输入的pwm信号，输出用于控制逆变器12的输出信号。另外，电动机控制部11将与转子5的转速相应的转速信号输出到外部设备。外部设备根据转速信号向电动机控制部11输出pwm信号，以使电动机2达到所期望的转速。
[0039]
逆变器12具备：开关元件q1、q2，其构成u相用的上下的臂；开关元件q3、q4，其构成v相用的上下的臂；开关元件q5、q6，其构成w相用的上下的臂。各开关元件q1～q6例如使用mos型fet。
[0040]
开关元件q1的漏极、开关元件q3的漏极以及开关元件q5的漏极与驱动电压线13连接。开关元件q2的源极、开关元件q4的源极以及开关元件q6的源极经由分流电阻rs与地100连接。分流电阻rs的两端从输出线121及输出线122经由电阻r33、r34与电动机控制部11连接。
[0041]
在开关元件q1的源极和开关元件q2的漏极连接有三相线圈6的u相线圈61。开关元件q3的源极和开关元件q4的漏极连接有三相线圈6的v相线圈62。开关元件q5的源极和开关元件q6的漏极连接有三相线圈6的w相线圈63。
[0042]
在开关元件q1的源极和开关元件q2的漏极，在与连接有三相线圈6的u相线圈61的一侧相反的一侧连接有电容器51。在开关元件q3的源极和开关元件q4的漏极，在与连接有三相线圈6的v相线圈62的一侧相反的一侧，连接有电容器52。在开关元件q5的源极和开关元件q6的漏极，在与连接有三相线圈6的w相线圈63的一侧相反的一侧，连接有电容器53。电容器51～53成为自举电路的充放电用电容器。
[0043]
在电容器51～53与电动机控制部11之间分别连接有自举用的二极管d31～d33。二极管d31～d33经由电阻r31与电动机控制部11连接。
[0044]
在开关元件q1至q6的栅极和源极之间分别连接有电阻器r11～r16。在各开关元件q1～q6的栅极与电动机控制部11之间分别连接有电阻r21～r26。在开关元件q1至q6的漏极和源极之间分别连接滤波器41至46。滤波器41～46由串联连接的电阻和电容器构成。
[0045]
逆变器12是通过各开关元件q1～q6的开关将从驱动电压线13供给的驱动电压变换为三相交流，使三相交流的驱动电压流过电动机2，由此使电动机2的转子5旋转的电路。逆变器12基于电动机控制部11输出的输出信号来驱动电动机2。
[0046]
驱动电压线13向电动机控制部11和逆变器12供给电力。在本实施方式中，额定12v的电压施加于驱动电压线13。在驱动电压线13上连接有电感器18和第一电容器21。电感器18与驱动电压线13串联电连接。第一电容器21电连接在驱动电压线13中的逆变器12和电感器18之间的部分与地之间。在本实施方式中，第一电容器21的静电容量c2为150μf。
[0047]
在驱动电压线13上连接有电容器27和二极管31。电容器27电连接在驱动电压线13中的比第一电容器21靠输出侧的部分与地100之间。二极管31电连接在驱动电压线13中的电感器18和第一电容器21之间的部分与地100之间。
[0048]
在驱动电压线路13上连接有第一线131和第二线132。第一线131和第二线132与电动机控制部11电连接，向电动机控制部11供给电力。第一线131在比电容器27靠输出侧进行分支，与电动机控制部11电连接。在第一线131上连接有与地100电连接的电容器28。第二线132经由电阻r32与电动机控制部11电连接。
[0049]
在驱动电压线13上连接有第二电容器22。第二电容器22电连接在驱动电压线13中的比第一电容器21靠输入侧的部分与地之间。更具体地说，第二电容器22电连接在驱动电压线13中的比电感器18靠输入侧的部分与地之间。第三电容器23电连接在第二电容器22与地100之间。即，第二电容器22和第三电容器23在驱动电压线13中的比电感器18靠输入侧，串联连接在驱动电压线13与地100之间。在本实施方式中，第二电容器22和第三电容器23由同一电容器构成。即，第二电容器22的静电容量c1与第三电容器23的静电容量c1相同。第二电容器22和第三电容器23各自的静电容量c1为0.1μf。
[0050]
在此，公共线14电连接在第二电容器22和第三电容器23之间。即，与公共线14电连接的中性点65被第二电容器22和第三电容器23钳位。另外，在第三电容器23与地100之间连接有地线17。
[0051]
控制信号线15将来自外部设备的pwm信号传递给电动机控制部11。控制信号线15上连接有铁氧体磁珠19、第四电容器24、第六电容器26以及电阻器r3。第四电容器24电连接在控制信号线15和地100之间。铁氧体磁珠19在比第四电容器24靠控制信号线15中的输出侧的部分，与控制信号线15串联电连接。第六电容器26电连接在控制信号线15中的比铁氧体磁珠19靠输出侧的部分与地100之间。电阻r3在控制信号线15中的比第六电容器26靠输出侧的部分，与控制信号线15串联电连接。
[0052]
在控制信号线15上连接有与第一线131连接的第三线151。第三线151在铁氧体磁珠19与电阻r3之间，与控制信号线15电连接。在第三线151上串联电连接电阻r2。
[0053]
fg输出线16将从电动机控制部11输出的电动机2的转速信号传递到外部设备。fg输出线16上连接有第五电容器25、电阻r1以及not门q7。第五电容器25电连接在fg输出线16和地100之间。电阻r1在fg输出线16中的比第五电容器25靠输入侧的部分，与fg输出线16串联电连接。not门q7在fg输出线16中的比电阻r1靠输入侧的部分，与fg输出线16串联电连接。在本实施方式中，第五电容器25的静电容量c3为0.047μf。
[0054]
作用效果
[0055]
本实施方式的电动机控制单元10具有：电感器18，其与驱动电压线13串联电连接；以及第一电容器21，其电连接在驱动电压线13中的逆变器12与电感器18之间的部分与地100之间。如果这样构成，则能够使流过驱动电压线13的驱动电压平滑化，因此能够抑制驱动电压线13所产生的噪声。
[0056]
另外，本实施方式的电动机控制单元10具有：第二电容器22，其电连接在比驱动电压线13中的比第一电容器21靠输入侧的部分与地100之间；以及第三电容器23，其电连接在第二电容器22与地100之间。公共线14电连接在第二电容器22和第三电容器23之间。因此，由于与公共线14电连接的中性点65被第二电容器22和第三电容器23钳位，所以即使在中性点65中产生相对较大幅度的电压时，也可以使电压平滑化。由此，能够抑制电动机2所产生的噪声。另外，由于第二电容器22电连接在驱动电压线13中的比电感器18靠输入侧的部分与地100之间，因此与第二电容器22电连接在驱动电压线13中的比电感器18靠输出侧的部
分与地100之间的情况相比，抑制电动机2所产生的噪声的效果较大。
[0057]
本实施方式的电动机控制单元10具有：控制信号线15，其用于将来自外部设备的pwm信号输入到电动机控制部11；以及第四电容器24，其电连接在控制信号线15与地100之间。因此，由于能够使由控制信号线15传送的pwm信号平滑化，所以能够除去控制信号线15所产生的噪声。而且，本实施方式的电动机控制单元10在控制信号线15中的比第四电容器24靠输出侧的部分，具有：与控制信号线15串联电连接的铁氧体磁珠19；以及电连接在控制信号线15中的比铁氧体磁珠19靠输出侧的部分与地100之间的第六电容器26。如果这样构成，则能够进一步除去控制信号线15所产生的噪声。
[0058]
本实施方式的电动机控制单元10具有：fg输出线16，其用于将与电动机2的转速相应的转速信号传递到外部设备；以及第五电容器25，其电连接在fg输出线16与地100之间。因此，能够使由fg输出线16传递的转速信号平滑化，因此能够除去fg输出线16所产生的噪声。
[0059]
在此，对第一电容器21、第二电容器22、第三电容器23以及第五电容器25的静电容量进行说明。图3的(a)、图3的(b)和图3的(c)是比较电容器的静电容量的图。
[0060]
如图3的(a)所示，在第一电容器21的静电容量c2比100μf小的情况下，电流纹波容易变得比较大，无法充分地使流过驱动电压线13的驱动电压平滑化。因此，难以有效地抑制驱动电压线13所产生的噪声。因此，在本实施方式中，由于第一电容器21的静电容量c2为150μf，满足100μf≤c2，因此能够抑制驱动电压线13所产生的噪声。另外，由于抑制了电流纹波，所以第一电容器21不会过度发热。因此，能够确保第一电容器21的特性和可靠性。
[0061]
如图3的(b)所示，在第二电容器22和第三电容器23各自的静电容量c1小于0.047μf的情况下，无法充分地使中性点的电压平滑化，电动机2所产生的噪声降低效果比较低。另外，在各自的静电容量c1大于0.33μf的情况下，中性点的电压过于平滑化，因此电动机2的旋转特性比较降低。由此，难以发挥电动机2的性能。因此，在本实施方式中，第二电容器22和第三电容器23各自的静电容量c1为0.1μf，满足0.047μf≤c1≤0.33μf，因此能够不降低电动机2的旋转特性抑制电动机2所产生的噪声。
[0062]
如图3的(c)所示，在第五电容器25的静电容量c3大于0.1μf的情况下，能够除去fg输出线16所产生的噪声，但转速信号的输出波形比较容易钝化。因此，外部设备无法高精度地检测电动机2的转速信号，因此难以将电动机2控制为所期望的转速。因此，在本实施方式中，第五电容器25的静电容量c3为0.047μf，满足c3≤0.1μf，因此能够除去fg输出线16所产生的噪声，并且能够将电动机2控制为所期望的转速。
[0063]
本实施方式的电动机2由于具备上述电动机控制单元10，所以能够抑制电动机2所产生的噪声。由此，在将本实施方式的电动机2用于泵装置1的情况下，抑制由泵装置1产生的噪声，因此在泵装置1的周边使用的精密设备不易受到噪声的影响。另外，在上述实施方式中，对将电动机2用于泵装置1的情况进行了说明，但电动机2能够用于各种用途。