CN103733485A - 旋转电机和相关封装方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种旋转电机，该旋转电机集成了一个电子模组（8），该电子模组（8)包括印刷电路（28）、多个布置在印刷电路（28）的器件侧（8a）上的电子功率（67）和信号（68）器件、多个布置在焊接侧（40）上的导体轨道（30），电路板（28）的焊接侧与器件侧相反，上述结构实现了在电子功率器件（67）之间的直接电气连接部；功率器件（67）和信号器件（68）通过填充物与电机盖接触以允许最优地消散由它们产生的热量，该接触由压紧支座（41）的弹性元件（44）保证，电子模组（8）容置在电子模组（8）中。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机及其装配或封装，特别是关于集成的电子控制模组的装配或封装。
背景技术
通常，旋转电机包括一个外壳，该外壳内部具有一个定子和一个转子，该定子刚性连接到外壳，例如带有永磁铁的转子可旋转地连接到外壳。
连接到定子的电子模组或电子控制模组包括构成电源部分的多个主动和被动电子器件和构成控制部分的多个电信号器件。
在本说明书中提到的电机是封闭型，特别是所谓的“密封”型，即，密封的电机，其具有位于内部的相关的电子控制模组。外壳和盖构成一个封闭容器，从该封闭容器中伸出接线端，该接线端被设置用于控制电子的电力供给。
同一申请人的申请WO2009/066248中描述了一项内部装备电子控制模组的旋转电机的在先技术。
在该方案中，电子模组包括在其上安装功率器件的多个铜导体轨道和焊接至导体轨道的电路板，在该电路板上仅安装了信号器件。
导体轨道被“植入”在支撑元件中，该支撑元件通过包覆模制由塑性材料制成。
电子模组通过布置成使导体轨道与散热元件接触而被冷却，其中散热元件由使用高导热性“垫块”的电动机盖构成。
该方案可靠性的局限在于，由于电路板和“埋入”上述导体轨道的塑性材料之间的热膨胀系数不同，当出现或多或少的突发温度变化情况时，电路板和导体轨道之间的焊接被破坏的情况可能发生。
另一项在先技术方案如图1所示，其涉及一种旋转电机100，该旋转电机包括一个电子电路101，该电子电路具有功率器件102，所有的功率器件都被布置在印刷电路板103的同一侧上。印刷电路板103的一些轨道实现了功率器件102之间的直接连接。在此实例中，由功率器件102产生的热量通过布置成与散热器104接触而消散，该散热器在与功率器件102所在的一侧相反的印刷电路的一侧上，电绝缘层105置于两者之间。
该方案也存在可靠性方面的局限性，这是由于功率器件102产生的热量流经印刷电路103可能会不利地影响印刷电路和功率器件102的连接的状况。
发明内容
在这种背景下，本发明的主要技术目的是提供一种旋转电机，该旋转电机带有的集成的电子模组不存在上述缺点。
本发明的第一目标是制造一种可靠的旋转电机，其中，电子模组的状况在电机运转期间可得到保护。
另一目标是提供一种旋转电机，该旋转电机能够有效地消散内部产生的热量，特别是由电子控制模组产生的热量。
指定技术目的和目标由一种电机基本实现，该电机包括在独立权利要求1中描述的技术特征；本发明还涉及一种封装旋转电机的方法，该封装方法具有独立权利要求5中所述的封装步骤。
附图说明
本发明的进一步技术特征和优点从非限制性说明书中更加明显，本发明遵循如附图所示的旋转电机的一个优选、非限定性的实施例，在所述附图中：
图1示出了可本发明所属领域的当前技术水平的电子电路的例子；
图2示出了根据本发明旋转电机的立体示意图；
图3示出了图2中旋转电机的示意立体分解图，该图中去除掉了图2中的一些部件以便更好地示出其它部件；
图4示出了图3的电机的电子控制模组的示意立体分解图；
图5示出了图4中的电子控制模组的第二示意立体图，其中一些部件被除去；
图6示出了图4和图5的电子控制模组的第三示意立体图；
图7示出了图3中电机盖的比例放大的示意立体图；
图8是图2的电机的示意横截面，其中为清楚起见一些部件被除去；
图9是图2的电机的比例放大的示意横截面，其中一些部件被除去以便更好地示出其它部件。
具体实施方式
参照图2和图3，数字1表示根据本发明的的旋转电机。
优选实施例中的电机1是一种“密封”型的电动机，即，不具有通向内部的任何开口，关于此的表达将在下文中作出但不因此限定本发明的范围。
以下将详细描述电机1，但仅针对理解本发明必须的那些部件。
电机1包括外壳2和盖3，该盖用于封闭外壳2并连同外壳2构成一个壳体或封闭容器4。
电机1还包括定子5和转子7，定子5固定到外壳2并具有端子9的电气绕组6，转子7插入壳体4并以关于转轴R旋转的方式固定到壳体。
在专利EP2215705中描述了定子6，在此参考该专利全部内容，目的是为了完善说明书。
如图3所示，电机1包括一个提供电气绕组6的电子模组8，该电子模组8至少部分地插入外壳2中。
电机1还包括一个散热器3，该散热器用于消散壳体4内部特别是由电子模组8产生的热量。
在示出的实施例中，散热器较佳地由用于封闭外壳2的盖3构成。
电子模组8包括多个电子器件10，例如，供应电动机的MOSFET12a、电容器11a、滤波电感器11b、分流器64、MOSFET驱动器65和微控制器66。
在电子器件10之中有功率器件67和电信号器件68。
电子功率器件67包括供应电动机1的MOSFET12a、电容器11a、滤波电感器11b和分流器64。
电信号组件68包括微控制器66和MOSFET驱动器65。
MOSFET12a、微控制器66、分流器64和MOSFET驱动器65是“SMD”型电子器件12，即，“表面贴装器件”。
组件11，即，电容器11a和电感器11b，是“PTH”型电子组件，即，“通孔直插式”。
MOSFET12a和分流器64因此是“SMD”功率器件。
MOSFET驱动器65和微控制器66组成“SMD”电信号器件。
在一个未示出的替代性实施例中，电感器11b也是一个“SMD”型电子器件。
如图5所示，MOSFET12a是具有壳体13的电子器件，该壳体基本为平行六面体形并装备了接线端14。
如示例所示的电容器11a基本为圆柱形并具有相应的接线端15。
如示例所示的电感器11b基本为具有螺旋结构的圆柱形并分别具有接线端16。
如图3所示，电子器件10面向盖3。
传统的“SMD”电子器件12和“PTH”电子器件11被布置在电子模组8的第一侧或器件侧8a上以面向盖3。
由电子模组8的“SMD”器件12和“PTH”器件11产生的热量有效地被盖3消散，这是由于上述器件全部面向盖。
为了使热交换最大化，例如已知类型为“导热缝隙填充物”的导热胶22被布置在上述电子器件和上述作为散热器的盖3之间。
特别参照图7，盖3的内表面18具有第一部分19，该第一部分形成了一个凹座，其形状设置成可有空隙地与两个电容器11a基本圆柱形的外表面联接。
第二部分20形成了第二凹座，其形状设置成可有空隙地与电感器11b基本圆柱形的外表面联接。
为了优化上述作为散热器的盖3和安装在印刷电路28的器件侧8a的“SMD”电子器件12之间的“热”接触，盖3具有至少一个接触件21，该接触件由盖3的内表面18的第三基本平面部分形成。
置于之间的“填充物”热导体22使安装在印刷电路28的器件侧8a上的“SMD”器件和盖3之间以及“PTH”器件和盖3之间的热交换最大化，这是因为在封装期间，在上述电子器件10和凹座19、20以及平面接触件21之间形成的全部空的空间均被“填满”。
盖3的内表面18还具有一个台阶部58，该台阶部可作为印刷电路28和盖3之间的间隔件。
更特别地，台阶部58可防止印刷电路28在MOSFET驱动器65和在微控制器66的部分与盖3接触，从而防止短路和异常的机械应力，而热交换由存在的热导体22保证。
盖3的外表面23具有多个散热片24，该散热片用于消散由电子模组8产生的热量。
散热片24具有轮辐状延伸部和预定的厚度以便最好地实现其散热作用。
散热片24具有的高度被设定成在给定规定的设定尺寸的情况下可获得与环境热交换的最大可能的效率。
盖3的外表面23还具有第一凸起部分25和第二部分26，该第一凸起部分“形状设定匹配”盖3的内表面1的8凹部分19的底部，第二部分26是凸起的，“形状设定匹配”凹部分20的底部。
散热片24主要被布置在第一和第二形状匹配部分25和26以及接触件21上，以便去除由电子器件10产生的最大可能的热量。
参照图4到6，更详细地观察电子模组8，应该会注意到电机1的电子模组8包括印刷电路28。
印刷电路28基本被认为是“PCB”，即，“印刷电路板”。如图所示，全部电子功率元件67和信号元件68被定位在印刷电路28的器件侧8a上，该器件侧构成了电子模组的上述第一侧。
电子模组8还包括多个导体轨道30，该导体轨道实现了所有功率器件67之间的直接连接部。
更准确地说，导体轨道30在“SMD”功率器件12a、64和“PTH”电子器件11之间构成了多个电气连接。
导体轨道30被布置在与印刷电路28的组件面8a相反的第二侧或焊接侧40上。换句话说，整套PCB28、电子器件10、SMD12和传统的PTH11这两者以及导体轨道30构成了电子模组8，该电子模组成为允许便利的控制供给的电动机1的控制电路。
如图所示，导体轨道30包括多个连接凸片32和接线端32a。该接线端32a被焊接到印刷电路28。
更特别地，导体轨道30具有第一、第二和第三组凸片33、34和35。
第一组凸片33被焊接到电气绕组6的接线端9。
第二组凸片34包括被焊接到电感器11b的接线端16a的凸片34a和被焊接到电容器11a的接线端15的凸片34b。
更特别地，关于电感器11b，可以注意到该电感器具有被焊接到一个凸片34a的第一接线端16a和被焊接到一个不提供相应凸片的导体轨道30的第二接线端16b。
电机1包括布线37，该布线用于连接未示出的供电网络。
布37被焊接到第三组接头35并制成电子模组8的电源电路。
如图4和5所示，印刷电路28装备了多个金属涂层通孔38。
金属涂层通孔38以这样一种方式设计，该方式为相应的接线端32a和连接接头32部分插入到穿过印刷电路28的孔中。
更特别地，被焊接到电容器11a接线端15的凸片34b被插入印刷电路28的相应的孔38a中。第三组连接凸片35也分别穿过孔38b与印刷电路交叉。
有利地，电容器11a和电感器11b由一些导体轨道30直接支撑并且特别是由分别焊接到接线端15和16的连接凸片34a和34b支撑。
电子模组8在导体轨道30和印刷电路28之间包括多个间隔元件39。该间隔元件39允许在导体轨道30和印刷电路28之间的空气循环，由此为由不接触印刷电路28的导体轨道30产生的热量的消散创建了一条“平行的”通道；该间隔元件也保证了在导体轨道30和印刷电路28之间不存在直接接触以防止发生意外短路。
有利地，间隔元件39被集成在多个导体轨道30中，形成位于连接凸片32同一侧上的突部。
可选地，间隔元件39被焊接到印刷电路28的侧40上的相应区域。
电机1包括容置电子模组8的支座41，该支座最好是由塑料材料制成圆盘形。
如图3所示，支座41装备了底座42，该底座42被设计成容纳电子模组8。
该支座具有一组开口43，这些开口被设置用于焊接到第一组凸片33的电气绕组6的接线端9。
有利地，导体轨道30可以自由变形而不考虑支座41的塑性变形；换句话说，由于塑料部件相对电路独立，在导体轨道30的凸片32和印刷电路28之间焊接处的机械应力被充分减少。
电机1包括多个弹性元件44，该弹性元件推动电子模组8远离定子5朝向盖3。弹性元件44在定子5和支座41之间起作用，从而将电子模组8推向盖3以便移动壳体13使其与盖机械接触；这保证了导热胶22完全填充到在壳体和盖之间产生的任何缝隙中，确保以这种方式生成热量的最优消散。
更特别地，定子5具有多个用于弹性元件44的管状底座45。该管状底座45在定子5的绝缘部分制成。
值得注意的是，弹性元件45是以使通过支座41作用在电子模组8上推力最优分布而进行设计和布置的。
在示出的实施例中，定子具有三个用于相应弹性元件44的管状底座45，这些底座45沿着定子5的外围布置并且以相等的角间隔隔开。
替代性地，有六个弹性元件44的管状底座45，每个均设有相应的弹性元件，并沿着定子5的外围布置，且也以相等的角间隔隔开。
在弹性元件的推进作用期间，管状底座45控制并导向弹性元件44。
支座41在弹性元件44起作用的位置还可具有导向件（未示出）。未示出的导向装件被定位在与设计用于容置电子模组8的底座42所在侧相反的支座41的一侧上，并且导向件以如下方式沿着支座41的外围布置，即，每个导向件（未示出）分别对应于相应的定子5的管状底座45。
较佳地，弹性元件44是金属弹簧。
如图8所示，电机1包括一个在轴48和壳体4之间运作的轴承47，其中轴48用于传递刚性连接到转子7的运动，而壳体4用于将转子7可旋转地安装到壳体4。
轴承47被刚性连接到轴48，并且特别的是轴承被布47置在其两端48a中的一端。
盖3的内表面18具有一个第四部分49，该第四部分构成了轴承47的容置底座。容置底座49装备了垫圈63，该垫圈用于补偿在轴承47和盖3之间的任何间隙。
那样，轴承47面向电子模组8的侧8a，“SMD”电子器件12和“PTH”电子器件11在该侧上。
印刷电路28具有一个与转动轴线R同轴的孔50，该孔的直径“d”小于轴承47的外径“D”。支座41具有一个与转动轴线R同轴的导向件51，该导向件的直径“d1”小于孔50的直径“d”。
导向件51的直径“d1”充分的小于孔50的直径“d”，以允许电子模组8在支座41上正确地布置和定中心。
如下更详细描述，孔50和导向件51以这样的方式设计是为了如果转子7的轴48没有轴承47，则允许电子模组8单独地连同定子5和绕组6封装到外壳2。
有利地，电子模组8的孔50的尺寸减少的越多，用于容置电子器件10的印刷电路28的面积增加的越多。在这种特定情况下，由于“SMD”电子器件12和“PTH”电子器件11两者仅被布置在印刷电路28的侧8a上，所以孔50直径的减少是特别有利的。
如图所示，用于电机1的电源使用电源布线37提供，布线37焊接到第三组凸片35。
特别关于图3和7，应该注意到盖3具有多个开口52。构成多个导体轨道30一部分的第三组凸片35被插入相应的开口52中，以使自由端延伸到盖3外部。
在开口52上有垫片（衬垫）53，该垫片置于盖3和第三组凸片35之间。
该垫片53具有用于相应凸片35的槽53a，并且其形状设定成使由相关的衬套53b覆盖至少一部分凸片35。
应注意到衬套53b部分插入开口52中以保证盖3和接头35之间的密封并防止外来介质进入壳体4。
电机1包括用于支撑电源布线37的彼此连接的第一导向件54和第二导向件55。
第一导向件54和第二导向件55构成了一种用于保持布线37的元件56。
在一个未示出的替代性实施例中，支撑元件56被制成单独的构件。
保持元件56连接盖3以保持布线37相对于第三组凸片35固定并允许相互焊接。
保护盖57以一种方式部分遮盖了保持元件56，该方式为布线37延伸到电机1外部用于连接电源。
有利地，为了保证在布线37和电机1的电源电路之间焊接处的密封，树脂（未示出）可完全覆盖了焊接处并且保持由保护盖57保护。
保护盖57具有一个用于注射树脂的通孔59和一个用于通气的通孔60。
外壳2装备了多个沿着外壳2的圆柱形外表面布置的散热片61。这些散热片具有预定的厚度和高度以制成热交换表面，该热交换表面被设计用于消散特别是由定子5的绕组6产生的热量。
本发明也涉及一种如上所述用于封装电机1的方法，对其的描述也仅限于对理解本发明所必要的内容。
封装方法包括的步骤为：准备外壳2，将具有相关绕组6的定子5插入外壳2中，除了轴承47，将转子7插入外壳2中，以及在定子5的管状底座45中准备弹性元件44。外壳2装备了一个垫片62，该垫片位于转子7的轴48延伸到外壳2外部的一端，以这种方式防止外来介质进入。
支座41以一种方式布置，该方式为绕组6的接线端9位于开口52并且弹性元件44分别与支座41中的底座（未示出）接合。
电子模组8被布置在支座41的底座42中，这样第一组连接凸片33位于开口43。
有利地，电子模组8和支座41是预封装的，即，模组8被连接到支座41，随后它们一同插入外壳2。
电子绕组6的接线端9被焊接到第一组凸片33上形成了一种部件之间的安全电接触。
然后，该方法包括将轴承47键锁连接到转子7中的轴48的端部48a上。
热导体22被布置在盖3的内表面18上以及凹座19、20上。
热导体22也被直接布置在电子器件10上。那样，热导体22被置于MOSFET12a的壳体13和盖3之间，该热导体也接触了电子功率器件67和电子信号器件68两者的接线端，因此，这些器件也进入通过热导体22与盖3的热接触中，从而提高热量消散，如图9所示。
然后，盖3以一种方式布置在电子模组8之上，该方式为凹座19、20和接触件21分别被布置在相应的“PTH”电子器件11和“SMD”电子器件12处。
垫片53被布置在凸35上并且一个环形垫片27被置于盖3和外壳2之间。
在盖3被布置并以未经描述但充分已知的方式安装到外壳2之后，布线37的保持元件56被连接到盖3并且第三组凸片35与布线37焊接。
该组焊接部使用通过保护盖57的通孔59注入的树脂进行密封。
随着电动机被封装，弹性元件44作用在支座41上，将电子模组8推向盖3。那样，电子功率器件67全部进入与盖3的直接接触，该盖将作为接触元件和散热器。
有利地，因为弹性元件44作用在支座41上，所以后者可防止弹性元件44的推进作使电子模组8变形。
上述台阶部58有助于维持印刷电路28的基本平整度，防止驱动器65和微控制器66接触盖3。
更详细的观察电子模组8的封装，描述了封装模组的方法。
封装电子模组8的方法包括用已知方法准备印刷电路28的步骤。
该方法包括在置入一薄层的焊接胶之后将“SMD”电子功率器件12a、64和电信号器件68布置在印刷电路28的第一侧8a上。
有利地，根据被称为“SMT”的封装技术，即，“表面贴装技术”，在温度可控的炉中进行焊接“SMD”电子器件的步骤。
焊接在将印刷电路28维持基本水平的位置时进行，同时器件12搁置在印刷电路28上。
封装方法包括在这一点将印刷电路28连接所有已经焊接的“SMD”电子器件12a、64旋转180度，从而使器件面朝下并且该侧40可从上方通达以便布置导体轨道30。
接着，以如下方式将导体轨道30布置在印刷电路28的侧40，即，将连接凸片34b、第三组凸片35和接线端32a插入相应的孔38a、38b和38。
然后，导体轨道30被焊接到印刷电路28上。有利地，导体轨道30的焊接发生在温度可控的炉中，以防之前形成的焊缝退化并且特别是防止先前被焊接在印刷电路的侧8a上“SMD”电子器件12a、64的脱离。在将导体轨道30与印刷电路28焊接之后，为了便于布置“PTH”电子器件11，将形成的组件再旋转180度以使凸片34a和34b可从上方通达。
“PTH”电子器件11现在被焊接到导体轨道30上：特别地，电容器11a的接线端15被分别焊接到连接凸片34b上，电感器11b的接线端16a被焊接到相应的连接凸片34a上，并且电感器11b的接线端16b被焊接到相应的导体轨道上。
在第二实施例中，封装电子模组8的过程包括用已知的方式将焊接胶布置在印刷电路28的侧8a上并且将全部“SMD”电子器件12a、64布置在该侧上。
方法包括在这一点将印刷电路28连接所有布置在侧8a上但未焊接的“SMD”电子器件旋转180度，从而使它们面朝下而该侧40可从上方通达。即使随着上述转动面朝下，置于“SMD”电子器件12a、64和印刷电路28之间的焊接胶防止了器件的脱离。
然后，导体轨道30以如下方式布置在印刷电路28的侧40上，即将连接凸片34b、第三组凸片35和接线端32a插入相应的孔38a、38b和38中。
这时，“SMD”电子器件12a、64和导体轨道30以单次操作被焊接到印刷电路28上；有利地，该焊接发生在温度受控的炉中。
相似于先前的封装方法，在执行上述单次焊接操作之后，将形成的组件再旋转180度以使导体轨道30的凸片32可从上方通达，便于布置“PTH”电子器件11并且执行相关焊接。
从前面的说明书可以明显得出在关于在先技术的介绍中突出的各种缺点是如何根据本发明排除的。
在印刷电路28的侧8a上功率器件67的布置在热导体置入之后允许器件的壳体布置成与盖3接触，从而使它们产生的热量通过壳体有效地消散：当前市场上构件的壳体厚度有可能比上一代壳体小得多。
相对于在先技术，电子模组8具有焊接多个导体轨道30的印刷电路28：这简化了生产工艺和电子模组8的封装，提供了巨大的经济优势。
导体轨道30较佳地由铜制成，该导体轨道30具有与印刷电路28相似的线性热膨胀系数，并因此保证了在导体轨道和印刷电路之间更高的可靠度。
Claims (6)
1.一种旋转电机，包括：
电子模组（8），包括：
印刷电路（28），
多个“SMD”电子功率器件（12a,64），和
多个“SMD”电子信号器件（68）
多个“PTH”电子器件（11），
“SMD”电子功率器件（12a,64）、“SMD”电子信号器件（68）和“PTH”电子器件（11）被布置在印刷电路（28）的第一侧（8a）上，所述电机的特征在于，电子模组（8）包括多个导体轨道（30），所述导体轨道具有支撑“PTH”电子器件（11）的多个凸片（34）并被布置在印刷电路（28）与第一侧（8a）相反的第二侧（40）上，多个导体轨道（30）在“SMD”电子功率器件（12a,64）和“PTH”电子器件（11）之间形成了多个电子连接部。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，导体轨道（30）包括用于从电路板（28）上隔开导体轨道（30）的元件上（39）。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，电机包括用于消散由电子模组（8）所产生热量的散热器（3），热导体（22）置于“SMD”电子功率器件（12a,64）、“SMD”电子信号器件（68）、“PTH”电子器件（11）和消热器（3）之间、“SMD”电子功率器件（12a,64）、“SMD”电子信号器件（68）和“PTH”电子器件（11）通过热导体（22）接触消热器（3），所述电机包括容置电子模组（8）的支座（41）和作用于支座（41）的多个弹性元件（44），所述电子模组与散热器相对布置，所述弹性元件（44）通过支座（41）将“SMD”电子功率器件和电子信号器件（12a,64,68）与“PTH”电子器件（11）推向散热器（3）。
4.根据前述权利要求中任意项所述的电机，其特征在于，电机包括外壳（2）、插入外壳（2）的转子（7）、用于封闭外壳（2）并连同外壳（2）形成封闭壳体（4）的盖（3）和用于连接转子（7）和封闭壳体（4）的轴承（47），印刷电路（28）具有与转动轴线（R）同轴的孔（50），该孔的直径（d）小于轴承（47）的外径（D）。
5.一种封装根据权利要求1到4中的任意项所述的旋转电机的方法，其特征在于，该封装方法包括封装电子模组（8）的步骤，所述步骤包括：将“SMD”电子功率器件（12a,64）和“SMD”电子信号器件（68）布置在印刷电路（28）的第一侧（8a）上的步骤，将“SMD”电子功率器件（12a,64）和“SMD”电子信号器件（68）焊接到印刷电路（28）的第一侧（8a）的第一步骤，将多个导体轨道（30）布置在与印刷电路（28）的第一侧（8a）相反的第二侧（40）上的步骤，将多个导体轨道（30）与电路板（28）焊接的第二步骤，将“PTH”电子器件（11）布置在凸片（34）上的步骤，将“PTH”电子器件（11）焊接到凸片（34）的第三步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第一和第二焊接步骤同时发生。
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