CN103609002A - 电动机 - Google Patents

Abstract

将功率元件(22)安装于基板(21)的从轴向(X)观察时比电动机主体(10)更靠外侧的位置。功率元件(22)所发出的热量沿着同样地形成于从轴向(X)观察时比电动机主体(10)更靠外侧的位置、且形成于功率元件(22)的相对部分的散热块(32)而从基板侧散热翅片(33)散热，还沿着围住功率元件(22)的凹凸结构(42)而从盖(40)散热。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种装设有逆变器基板的电动机的散热结构，该逆变器基板安装有功率元件和控制元件。

背景技术

在收容有感应电动机等电动机的外壳内装设逆变器的情况下，需要发热量较大的功率元件的散热结构。因此，目前，将仅安装有功率元件的基板安装于外壳盖，以提高功率元件的散热性。另外，通过将耐热性较弱的控制元件安装于其它基板而安装于外壳侧，来形成不易传递功率元件的热量的结构(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001-210980号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在如上述专利文献1那样将功率元件的基板和控制元件的基板分离的情况下，需要连接两基板的配线，因此，存在结构复杂化及大型化这样的技术问题。另外，在通电电流较大的电动机中，发热量也较大，因此，存在仅将功率元件安装于外壳盖则不能进行充分散热这样的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于在装设安装有功率元件和控制元件的基板的电动机中，提高功率元件的散热性。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的电动机包括：电动机主体；基板，该基板配置于电动机主体的轴向的一端侧，并安装有对电动机主体进行通电控制的功率元件及控制元件；以及外壳，该外壳对电动机主体进行收容，其特征是，功率元件安装于基板的与电动机主体相反一侧的面上，且安装于控制元件的外侧，外壳在基板的朝向电动机主体的面侧、且与功率元件相对的位置具有散热块。

发明效果

根据本发明，通过将功率元件所发出的热量朝散热块散热，能提供一种提高了功率元件的散热性的电动机。

附图说明

图1是表示本发明实施方式一的电动机的结构的剖视图。

图2是表示实施方式一的电动机的逆变器基板的结构的俯视图。

图3是说明实施方式一的电动机的散热结构的图。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。

实施方式一

图1所示的电动机1包括：电动机主体10；对电动机主体10进行通电控制的逆变器部20；收容上述电动机主体10和逆变器部20的外壳30；以及覆盖外壳30的开口部31的盖40。

外壳30和盖40并不采用一般所使用的结构材料(铁)构成，而是采用热传导率更高的铝构成。在该圆筒状的外壳30的内部收容电动机主体10，此外在开口部31收容逆变器部20，并利用螺钉等安装盖40。在外壳30与盖40之间配置有O形环41以对间隙进行密封。

将该外壳30的收容逆变器部20的部位的外径扩大以形成厚壁，并在从轴向X观察时电动机主体10的外侧形成散热块(heat mass)32。此外，在构成散热块32的外壳30的外表面立设基板侧散热翅片33，使由逆变器部20朝散热块32传递的热量从该基板侧散热翅片33散热。另外，在与该基板侧散热翅片33相邻、且覆盖电动机主体10的沿轴向X的外周面的外壳30的外表面上立设有电动机主体侧散热翅片34，使电动机主体10所发出的热量和朝散热块32传递的热量从电动机主体侧散热翅片34散热。通过使基板侧散热翅片33与电动机主体侧散热翅片34相邻，能实现散热块32的共用，且能简化外壳30的结构。另外，通过使基板侧散热翅片33和电动机主体侧散热翅片34的各翅片的突出方向相同，在例如砂型铸造的情况下，可容易地制造出外壳30。

如图2所示，逆变器部20是通过在圆盘状的基板21的朝向盖40一侧的面上安装多个功率元件22(例如MOSFET)、并在相反一侧的面上安装控制元件(未图示)而成的。通过将安装有功率元件22的功率基板区域21a配置于比安装有控制元件的控制基板区域21b更靠外侧的位置来使功率元件22靠近外壳30，从而容易将功率元件22所发出的热量传递至外壳30。另外，如图1及图2所示，基板21配置于电动机主体10在轴向X的一端侧的开口部31，并利用多个螺钉23固定于外壳30。

另外，将这些功率元件22安装于从轴向X观察时比电动机主体10更靠外侧的位置，与同样地形成于从轴向X观察时比电动机主体10更靠外侧的位置的散热块32相对而进行散热。通过将功率元件22安装于电动机主体10的外侧，可缩短从功率元件22到后述基板侧散热翅片33为止的距离，从而能提高散热性。此外，为了提高从功率元件22朝散热块32的散热性，将热传导率较高的铜嵌体(金属构件)24压入基板21的安装有功率元件22的部分，并在基板21与散热块32抵接的面上涂布热传导率较高的导热凝胶(导热构件)25，以提高热连接。另外，压入基板21的金属构件并不限定于铜制，只要是热传导率至少比构成基板21的构件的热传导率高的构件即可。另外，夹在基板21与散热块32之间的导热构件并不限定于凝胶状的构件，也可以是片材状的构件等。此外，铜嵌体24和导热凝胶25并不是必须的，既可以省略，也可以仅设置其中任一方。

另外，使功率元件22的上表面与盖40抵接以进行散热。此外，在盖40的朝向逆变器部20一侧的面上形成围住功率元件22的侧面的凹凸结构42，容易将功率元件22所产生的热量传递至盖40。此外，使热传导率较高的导热凝胶(导热构件)43填充在该凹凸结构42中是较为理想的。这样，不仅功率元件22的上表面，侧面也与盖40接触，能增大接触面积，因此，能提高由盖40散热的散热率。另外，以在铝制的盖40及凹凸结构42热膨胀的情况下不使凹凸结构42的前端部分与基板21接触的方式设置间隙。

在进一步提高功率元件22的散热率的情况下，较为理想的是，使用热传导率更高的导热构件，或减小该导热构件的厚度并减小基板21与散热块32之间的间隙以及功率元件22与盖40之间的间隙。

电动机主体10包括：压入固定于外壳30内的定子11；被支承成能绕轴向X自由旋转的轴12；使轴12旋转的转子13；以及接线板18。定子11由两个定子铁心14a、14b、配置于该定子铁心14a、14b之间的磁体15、多个线圈16(U相、V相、W相)、利用树脂构件将上述构件一体化的模塑部17构成。线圈16的端部贯穿模塑部17而朝逆变器部20一侧突出，并与被树脂构件模塑后的接线板18连接。接线板18与功率元件22及连接器部19连接。

转子13以180度间隔在两处形成朝径向外侧突出的突部，并处于在轴向X的中途使突部偏移90度的状态(突部13a、13b)。这些突部13a、13b因磁体15的励磁磁力的作用而被磁化。当经由连接器部19从外部电源(未图示)朝逆变器部20供给直流电源时，逆变器部20的控制元件从设于轴12的端部周边的位置检测传感器26取得表示轴12的旋转位置的信号，根据该信号控制功率元件22的开关动作，以将直流电流转换为U相、V相、W相的三相交流电源，并经由接线板18朝线圈16供电。然后，根据流向线圈16的电流流向使定子11磁化，并在受磁体15的励磁磁力作用的转子13的周围产生旋转磁场，以驱动转子13旋转。

将轴12固接于该转子13，使轴12与转子13一体地旋转。在例如将电动机1应用于车用涡轮增压器及电动压缩机等的情况下，将轴12与涡轮(所谓的叶轮)的转轴连接，利用电动机1驱动涡轮旋转。

接着，对电动机1的散热路径进行说明。

图3是说明电动机1的散热路径的图，其将图1所示的电动机1的功率元件22周边放大表示。

功率元件22所发出的热量经由铜嵌体24及导热凝胶25而传递至散热块32(图3中箭头A所示)，并从与散热块32热连接的基板侧散热翅片33及电动机主体侧散热翅片34散热(图3中箭头B、C所示)。另外，功率元件22所发出的热量也经由导热凝胶43及凹凸结构42而从盖40散热(图3中箭头D所示)。

另外，电动机主体10所发出的热量经由位于电动机主体10周围的外壳30而传递至电动机主体侧散热翅片34(图3中箭头E所示)，并从电动机主体侧散热翅片34散热(图3中箭头C所示)。

另外，虽省略了图示，但也可朝基板侧散热翅片33和电动机主体侧散热翅片34的周围引入冷却介质(冷却风、冷却水等)，以进一步提高散热效果。

如上所述，根据实施方式一，电动机1包括：电动机主体10；基板21，该基板21配置于电动机主体10的轴向X的一端侧，并安装有对电动机主体10进行通电控制的功率元件22及控制元件；以及外壳30，该外壳30对电动机主体10及基板21进行收容，功率元件22安装于基板21的与电动机主体10相反一侧的面上，且安装于控制元件的外侧，外壳30在基板21的朝向电动机主体10的面侧、且与功率元件22相对的位置具有散热块32。因此，能使功率元件22所发出的热量朝散热块32散热，从而能提供一种提高了功率元件22的散热性的电动机1。

另外，能积极地冷却功率元件22以抑制温度上升，因此，能延长功率元件22的寿命，并能避免对控制元件的不良影响。另外，能在一块基板21上安装功率元件22和控制元件，因此，与目前安装于不同基板的情况相比，能实现结构的简化及小型化。

另外，由于能积极地冷却功率元件22，因此能提高使用电动机1的环境的允许温度。此外，一般而言，电动机1的额定损失是由相对于规定的温度上升幅度的消耗电力水平来确定的，因此，能通过抑制温度上升来增大允许消耗电力，并能延长上升至规定温度为止的时间，从而能延长通电时间。这样，能实现电动机1的性能提高。

另外，根据实施方式一，电动机1包括：铜嵌体24，该铜嵌体24贯穿基板21的安装有功率元件22的部分，且热传导率比该基板21的热传导率高；以及导热凝胶25，该导热凝胶25设置于上述铜嵌体24与散热块32之间，并将功率元件22的热量经由铜嵌体24传递至散热块32。因此，能进一步提高散热率，并能提高功率元件22的寿命及电动机1的性能。

另外，根据实施方式一，将功率元件22安装于从轴向X观察时比电动机主体10更靠外侧的位置，因此，能与同样地配置于从轴向X观察时比电动机主体10更靠外侧的位置的散热块32热连接，从而能提高散热性。此外，通过使功率元件22靠近在外壳30的外表面形成的基板侧散热翅片33，也能提高散热性。

另外，根据实施方式一，外壳30在构成散热块32的部分的外表面具有基板侧散热翅片33，并在覆盖电动机主体10的轴向X的外周面的部分的外表面、且与基板侧散热翅片33相邻的位置具有电动机主体侧散热翅片34，基板侧散热翅片33和电动机主体侧散热翅片34的突出方向形成为相同。因此，能使基板侧散热翅片33及电动机主体侧散热翅片34与散热块32热连接以实现共用，由此，能简化外壳30的结构并降低制造成本。另外，翅片的突出方向相同，因此，也能使散热介质的引入方向相同。

另外，根据实施方式一，电动机1包括盖40，该盖40覆盖基板21的与电动机主体10相反一侧的面，并经由导热凝胶43与安装于该面上的功率元件22热连接。因此，能用散热块32和盖40夹住功率元件22以朝两个方向散热，从而能进一步提高散热率。

另外，根据实施方式一，盖40具有将功率元件22的侧面围住的凹凸结构42，因此，能增大功率元件22与散热用的盖40之间的接触面积以进一步提高散热率。

另外，根据实施方式一，用热传导率较高的铝制造出外壳30及盖40，因此，能提高散热率。

另外，在上述说明中，示出了使用十二个功率元件22生成三相交流电流的逆变器部20的例子，但并不限定于此，功率元件22的数量只要根据电动机1的结构合适地确定即可。

除此之外，本申请发明能在该发明的范围内对实施方式的任意构成要素进行变形，或是省略实施方式的任意的构成要素。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的电动机提高了逆变器用的功率元件的散热性，因此，适用于处于高温下的、驱动车用涡轮增压器以及电动压缩机等旋转的电动机。

（符号说明）

1   电动机

10  电动机主体

11  定子

12  轴

13  转子

13a、13b  突部

14a、14b  定子铁心

15  磁体

16  线圈

17  模塑部

18  接线板

19  连接器部

20  逆变器部

21  基板

21a 功率基板区域

21b 控制基板区域

22  功率元件

23  螺钉

24  铜嵌体

25、43  导热凝胶

26  位置检测传感器

30  外壳

31  开口部

32  散热块

33  基板侧散热翅片

34  电动机主体侧散热翅片

40  盖

41  O形环

42  凹凸结构。

Claims (8)

1.一种电动机，包括：

电动机主体；

基板，该基板配置于所述电动机主体的轴向的一端侧，并安装有对所述电动机主体进行通电控制的功率元件及控制元件；以及

外壳，该外壳对所述电动机主体进行收容，其特征在于，

所述功率元件安装于所述基板的与所述电动机主体相反一侧的面上，且安装于所述控制元件的外侧，

所述外壳在所述基板的朝向所述电动机主体的面侧的以下位置具有散热块，所述位置与所述功率元件相对。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，包括：

金属构件，该金属构件贯穿基板的安装有功率元件的部分，且热传导率比该基板的热传导率高；以及

导热构件，该导热构件设置于所述金属构件与散热块之间，并将所述功率元件的热量经由所述金属构件传递至所述散热块。

3.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

功率元件安装于从轴向观察时比电动机主体更靠外侧的位置。

4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

外壳在构成散热块的部分的外表面具有基板侧散热翅片，并在将电动机主体的轴向的外周面覆盖的部分的外表面上的以下位置具有电动机主体侧散热翅片，所述位置与所述基板侧散热翅片相邻，

所述基板侧散热翅片和所述电动机主体侧散热翅片的突出方向是相同的。

5.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述电动机包括散热盖，该散热盖覆盖基板的与电动机主体相反一侧的面，并与安装于该面上的功率元件热连接。

6.如权利要求5所述的电动机，其特征在于，

散热盖具有将功率元件的侧面围住的凹凸结构。

7.如权利要求5所述的电动机，其特征在于，散热盖是铝制的。

8.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，外壳是铝制的。

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