CN107394946A - 可挠式高功率控制装置及具该装置的马达组件 - Google Patents

Abstract

一个可挠式高功率控制装置，供导接控制至少一个高功率发电/耗电装置，该发电/耗电装置于具有复数导接端子、导热连结至一个主动式散热单元，并有一具有非平坦表面的壳体，可挠式高功率控制装置包括：一片挠性导热介接绝缘基板，供介接非平坦表面，至少一层位于挠性导热介接绝缘基板上的电路层，具有复数且对应导接至导接端子的导电电极，及至少一个表面安装于电路层上的电路元件，藉以形成控制高功率发电/耗电装置的控制电路；另具可挠式高功率控制装置的马达组件包括，至少一个高功率马达，及至少一个可挠式高功率控制装置。

Description

可挠式高功率控制装置及具该装置的马达组件

技术领域

一种控制装置，尤其是一种基板具有挠性、并可控制高功率发电/耗电装置的可挠式高功率控制装置。

背景技术

电能的动力应用始于19世纪初期，由英国科学家法拉第发现电磁感应现象开始，到19世纪晚期，则有许多应用此一现象所发明的器械，如德国人西门子(Siemens)制成发电机，及比利时人格拉姆(Gelam)发明马达(电动机)，也开启了运用电能带动机器的时代。

时至今日电能已成为人类日常生活取得最为稳定、便利，也是最为依赖的能源型式，同时，可将电能转换为机械能的马达(电动机)，也随着科技的日新月异，持续增加其使用的范围，依国际能源总署分析，马达与其动力机械设备(motor-driven equipment)用电量占全球终端用电近半。

近年来，随着科技的发展与环境的变迁，马达的最新运用应属当红的电动车(Electric vehicle，EV)，其实有关电动车的使用，早在19世纪中、晚期，即因其较易操纵的特性，而有初步的研发及使用；但由于使用内燃机汽车的相关技术进步相对快速，因此电动车在进入20世纪后，除了部分特定用途外，几乎是从市场完全消失。但在20世纪末期，由于环境保护与石油危机等议题的发酵，导致使用石化燃料内燃机的汽车受到极大冲击，当再生能源成为石化燃料之后的接替选项时，可使用再生洁净能源的电动车，再度转而受到重视；此外，油电混合车也是现今选项之一。

依电动车发展经验，其整体投入成本，以电池部分为最高，约占20～50％，其次就是动力系统约占整车成本10～20％，因此动力系统对于电动车的发展具有举足轻重的影响，而电动车的动力系统主要是由马达(Motor)、马达控制器(Motor Controller)和变压/转换器(Interver/Converter)所组成，为便于说明，下文会将上述控制器、变压器、转换器等，共同称为控制电路，且本领域人士可理解该等电路元件可以随环境需求而搭配组合。

由于电动车的动力系统仅可使用电池内储存的有限电能，却需提供足以驱动车身的扭力，与适当的续航能力，所以通常选用高效率的高压交流马达，但此类高功率高压交流马达在将电能转换为机械能时，会同步产生大量热能，而控制电路在将电池供应的低压直流电，转换为此类高功率马达适用的高压交流电时，亦会释放大量热能。即使是油电混合车或电动机车，马达运转或反向回收动能时的废热，仍是影响操作性能和安全的重要因素，故如何导出动力系统自身所产生的热能，进而降低温度，以确保动力系统处于适当的工作温度，也是当前电动车等发展的重要课题。

为便于说明起见，以下解说将以电动车为例，如图1所示，目前市售电动车辆的动力系统9，其马达91与马达控制装置93均各自制成单一模组且彼此分离设置，再以导线95连接成为动力系统的方式运作，甚至于还有散热装置97，及分别为马达91与马达控制装置93散热的马达散热器971与控制装置散热器973，因而使得动力系统9有占用体积较大及结构复杂的缺点，并衍生组装维修不易及增加生产成本等问题；尤其，因为电动车辆的耗能较大，动辄由十余千瓦至数百万瓦，因此，由电源、控制电路至马达，所经途径越长、接点越多，其中若有丝毫松脱、锈蚀，就将会造成电能传输过程中的损耗引发热损，并产生极大风险。

尤其一般电动车用马达大致呈圆桶状，若以内转子马达为例，在贯穿其定子壳体的中轴方向，设置有马达的出力轴，因此也需要在定子壳体的首尾两个较平坦端面设置轴承，以确保出力轴运转顺畅。即使有业者尝试将控制电路尽量贴近马达降低电能传输耗损与空间应用，但受限于不能由轴向干扰出力轴结构，尤其一旦遭遇例如水冷式马达，还需要考虑水流的出入布局。因此，如何在目前车辆外形及结构的空间限制下，达到减少占用体积、简化结构、提高热传效率、以及缩短电能传输距离，而达到降低风险、易于组装维修及降低生产成本的效果，就是本发明的初衷。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种可挠式高功率控制装置，藉由其具有可挠曲的特性，使得该装置可贴附设置于高功率发电/耗电装置的表面，以减少占用体积。

本发明的另一目的在于提供一种可挠式高功率控制装置，利用其贴附设置于高功率发电/耗电装置表面，使得该装置与高功率发电/耗电装置共用散热单元，藉以简化结构，并提升该装置的经济性。

本发明的再一目的在于提供一种可挠式高功率控制装置，由于是贴附设置于高功率发电/耗电装置表面，使得两者间电能传输距离大幅缩短，降低意外发生机率。

本发明的还一目的在于提供一种可挠式高功率控制装置，于控制电路表面完整包覆一层防水层，藉以防止控制电路受潮，提升该装置的防水性。

本发明的又另一目的在于提供一种具有可挠式高功率控制装置的马达组件，利用其可挠式高功率控制装置与马达结合一体的设置方式，藉以减少占用体积，同时共用散热单元以简化结构，达到易于组装维修及降低生产成本的效果，提升该组件的实用性、安全性与经济性。

为达成上述目的，本发明揭示一种可挠式高功率控制装置，供导接控制至少一个高功率发电/耗电装置，该高功率发电/耗电装置具有复数导接端子、导热连结至一个主动式散热单元，并有一具有非平坦表面的壳体，该可挠式高功率控制装置包括：一片挠性导热介接绝缘基板，供弯曲结合至上述高功率发电/耗电装置的上述非平坦表面；至少一层位于上述挠性导热介接绝缘基板上的电路层，该电路层具有复数至少部分对应导接至上述导接端子的导电电极；及至少一个表面安装于上述电路层上的电路元件，藉此与上述挠性电路层共同形成一个控制上述高功率发电/耗电装置的控制电路。

进一步，当运用本发明的可挠式高功率控制装置，并且搭配至少一个高功率马达后，即构成本发明具有可挠式高功率控制装置的马达组件，包括：至少一个高功率马达具有复数导接端子、导热连结至一个主动式散热单元，并有一具有非平坦表面的壳体；及至少一个可挠式高功率控制装置，包括一片挠性导热介接绝缘基板，供弯曲设置在上述高功率马达的上述非平坦表面；至少一层位于上述挠性导热介接绝缘基板上的电路层，该电路层具有复数至少部分对应导接至上述导接端子的导电电极；及至少一个表面安装于上述挠性电路层的电路元件，藉此与上述挠性电路层共同形成一个控制上述高功率马达的控制电路。

经由上述揭示，由于本发明可挠式高功率控制装置及具有该装置的马达组件，应用其可挠式高功率控制装置及马达结合一体的设置方式，藉以减少占用体积，大幅缩短电能传输耗损而降低风险发生机率，同时共用散热单元以简化结构，而达到易于组装维修及降低生产成本的效果，并可藉由智能控制单元，以强化智能保护、侦测与回馈机制，以提升电动车动力系统的实用性、安全性、经济性与防水性。

附图说明

图1为背景技术示意图，用以说明其组合状况。

图2为本发明第一较佳实施例的正面视图，说明本发明的可挠式高功率控制装置和受其所控制的马达间，相关空间关系。

图3为图2实施例的结构方块图，说明各部件间的作用及电能与热能传递过程。

图4为本发明第二较佳实施例的正面视图，说明本发明的可挠式高功率控制装置和受其所控制的马达间，相关空间关系。

图5为图4实施例的结构方块图，说明各部件间的作用。

图6为本发明第三较佳实施例的结构方块图。

符号说明

1、1’、1”…可挠式高功率控制装置

11、11’、11”…挠性导热介接绝缘基板

111…赋型剂 113…高导热物质

115…抗电磁干扰层 117、117’、117”…固接单元

118’…陶瓷座 119、119”…掺杂层

13…控制电路 131…挠性电路层

131’…电路层 133…导电电极

134…交流电 135…接垫

137、137’…电路元件 139’…智能控制单元

15、15’…防水层

2、2’…高功率马达 2”…高功率发电/耗电装置

22…电磁杂讯 24、24’…壳体

242、242’…非平坦表面 26…导接端子

3、3”…主动式散热单元 31…热能

33…冷却液 9…动力系统

91…马达 93…马达控制装置

95…导线 97…散热装置

971…马达散热器 973…控制装置散热器

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同的元件将以相似的标号表示。

本发明第一较佳实施例如图2所示，用于说明具有可挠式高功率控制装置的马达组件的运作模式，于本例具有可挠式高功率控制装置的马达组件包括一个可挠式高功率控制装置1，以及一个高功率马达2，此处所谓高功率马达2，是以上述电动车或电动巴士、船只等载具所用的驱动装置为例，此类马达的耗能可达如上述的数千瓦至数百万瓦的范围。当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，本发明所揭示的高功率控制装置所控制的对象，并不是以马达为限，即使目前一般电动车中，马达往往也会在煞车过程中作为发电机，回收动能而产生电能并供回收使用，故在本发明中，亦定义此种被驱动的对象为高功率发电/耗电装置。

高功率马达2与一个主动式散热单元3导热连结，在本例中，主动式散热单元3例释为一液冷单元，以外部的冷却泵将冷却液33注入高功率马达2的壳体24中，藉以传导并携带高功率马达中，因转子旋转及电流流动所发的热能31离开。本例中高功率马达2的壳体24具有一个大致呈圆弧形的表面，在本发明中称为非平坦表面242。另此高功率马达2还具有负责导接电流进入高功率马达2的复数个导接端子26。

此外，可挠式高功率控制装置1的结构，请一并参考图3，其基础为一挠性导热介接绝缘基板11，本例中的挠性导热介接绝缘基板11包括一层掺杂高导热物质113的掺杂层119，本例中的高导热物质113例释为的氮化硼(BN)粉末，其热导率为250W/mK，掺杂层119中更包括赋型剂111，在本例中是以导热硅胶为例，以提供足够的粘着力与挠性，让氮化硼粉末被稳固于掺杂层119中，高导热物质113则能增加掺杂层119对于热能31的传导速度；在掺杂层119的下方，设置有一层例释为石磨烯的抗电磁干扰层115，藉由石磨烯具有10^-6Ω·cm的极低电阻率及达4800W/mK的高热导率的双重特性，在降低高功率马达2于运转过程中电磁辐射对可挠式高功率控制装置1影响的同时，却不会形成热能31传导的屏障。抗电磁干扰层115下方，则是一固接单元117，于此固接单元117例释为的热导率达2W/mK的一层导热胶，用以提供粘着力承受马达转动所产生的震动，稳固的将挠性导热介接绝缘基板11贴附在高功率马达2壳体24的非平坦表面242上。

上述挠性导热介接绝缘基板11的上方，则一体结合有一层具有挠性的电路层，在本例中称为挠性电路层131，且是由铜箔蚀刻所形成的可弯曲电路，挠性电路层131则形成有复数导电电极133，供与前述导接端子26一一对应相互导接，挠性电路层131上也同时形成有复数的接垫135(pad)，供至少一个电路元件137表面安装于上述挠性电路层131上，并与挠性电路层131共同形成控制电路13，以控制上述高功率马达2的运转。控制电路13暴露的表面则再被完整覆盖一层防水层15，藉以保护控制电路13不致受潮或受外部污染。

当可挠式高功率控制装置1的控制电路13，将来自电池的直流电(图未示)转换成为交流电134，将会同时产生热能31，此热能31造成控制电路13的工作环境温度升高。控制电路13再将交流电134，经由导电电极133、导接端子26传至高功率马达2，当高功率马达2开始运转时，会同时产生电磁杂讯22及大量热能31，更进一步使高功率马达2温度升高。

此时，通过环绕高功率马达2的液冷单元，冷却液33被注入马达壳体24中所形成的冷却液通道。一方面对马达中的转子和定子(图未示)进行冷却，另方面更可通过马达壳体的传导，将上方控制电路13所产生的热能31经挠性导热介接绝缘基板11传输给冷却液33，使得内外双方所发热能31可以顺利被携出，高功率马达2及控制电路13则可维持于适当的工作温度，发挥最佳的效能。

而由石墨烯薄膜所制成的抗电磁干扰层115则对高功率马达2运转时所发出的电磁杂讯22形成屏蔽，避免电磁杂讯22对于周遭的电子设备造成影响。尤其因为控制电路13和高功率马达2相距甚近，即使车辆在高温或高振动的恶劣环境下行驶，由于所需要经过的电路距离短，也可以大幅减少因为些许电阻升高而造成的大量无谓热能31产生，藉此提升电动载具的安全性与可靠性。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，尽管本例主动式散热单元3例释为一液冷单元，然主动式散热技术众多，如吸流散热、风冷散热、热管散热、半导体制冷等，均可作为本发明中所提出的主动式散热单元3；而抗电磁干扰层115亦不仅限于石墨烯所制成的薄膜，其余运用如金属薄膜、金属网膜等亦可制成抗电磁干扰层115；固接单元117于此例释为导热胶，使用其余如螺丝锁定、铆钉卯接等方式，亦可达到固接的效果；而高导热物质113除氮化硼(BN)粉末，其他亦可运用如氧化铝、氧化铍等具高导热性陶瓷粉末而达成类似功效；挠性电路层131除由铜箔所制成的可弯曲电路，应用如铜、铝、银，其合金等具高导电金属亦可制成挠性电路，上述实施例中所选用的实例，仅为便于实施例说明及理解，而非限制。

本发明第二较佳实施例如图4、5所示，于本例相关结构与前例类同，仅就其差异部分说明如下。此例中，可挠式高功率控制装置1’的基础结构，挠性导热介接绝缘基板11’例释为一铝箔板，铝箔板外缘则有一层经阳极处理而形成的氧化铝绝缘薄膜(图未示)，本例固接单元117’例释为复数的螺丝，用以稳固的将前述铝箔板锁定在高功率马达2’壳体24’的非平坦表面242’上。

上述挠性导热介接绝缘基板11’的上方，具有至少一个由精密陶瓷所制成的陶瓷座118’，而前述陶瓷座118’上方则形成有一层电路层131’，本例电路层131’是经溅镀及电镀增厚方式所形成的铜制电路，供至少一个电路元件137’表面安装于上述电路层131’上，前述电路元件137’包括内建的微处理器(未标号)和继电器(未标号)，在安全控制方面，除单纯的电能施加外，更藉由具有微处理器(未标号)和继电器(未标号)的智能控制单元139’，而达成第二层的安全保障，以建立保护、侦测与回馈机制，使得上述高功率马达2’的运转更安全亦更节能，同样的智能控制单元139’暴露的表面亦完整覆盖一层防水层15’，藉以保护智能控制单元139’不致受潮或受外部污染。

本发明第三较佳实施例如图6所示，本例以可挠式高功率控制装置1”与高功率发电/耗电装置2”搭配使用做说明，于本例高功率发电/耗电装置2”例释为一高功率LED路灯进行说明，然因与第一较佳实施例绝大部分皆属类同，其相同部分不再赘述，仅就差异部分加以说明。

由于高功率LED输入的电能仅有20％转换成光，另外80％则转换成为热能，而温度的升高将导致LED寿命缩减，并且降低发光效率，目前业界多以加装风扇配合灯组内原设计的散热鳍片，利用风扇产生气流，主动将热能排出散热，前述风扇及散热鳍片(图未示)构成本例的主动式散热单元3”，当本例可挠式高功率控制装置1”搭配高功率LED路灯设置时，因挠性导热介接绝缘基板11”仅有最单纯的掺杂层119”，并运用固接单元117”直接贴附于主动式散热单元3”的散热鳍片表面即可，固接单元117”于此亦例释为导热胶，使用时既简便又经济。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种可挠式高功率控制装置，供导接控制至少一个高功率发电/耗电装置，该高功率发电/耗电装置具有复数导接端子、导热连结至一个主动式散热单元，并有一具有非平坦表面的壳体，其特征在于，该可挠式高功率控制装置包括：

一片挠性导热介接绝缘基板，供弯曲介接在上述高功率发电/耗电装置的上述非平坦表面；

至少一层位于上述挠性导热介接绝缘基板上的电路层，该电路层具有复数至少部分对应导接至上述导接端子的导电电极；及

至少一个表面安装于上述电路层上的电路元件，藉此与上述电路层共同形成一个控制上述高功率发电/耗电装置的控制电路。

2.如权利要求1所述的可挠式高功率控制装置，其特征在于，其中上述挠性导热介接绝缘基板包括一掺杂层，是于一挠性赋型剂中掺杂有一种热导率高于一个预定数值的高导热物质。

3.如权利要求2所述的可挠式高功率控制装置，其特征在于，其中上述挠性导热介接绝缘基板更包括一固接单元，该固接单元供固接上述控制电路于上述非平坦表面。

4.如权利要求3所述的可挠式高功率控制装置，其特征在于，其中上述挠性导热介接绝缘基板更包括，一层位于上述掺杂层远离上述电路层一侧的抗电磁干扰层，以及上述电路层为一挠性电路层。

5.如权利要求1所述的可挠式高功率控制装置，其特征在于，还包括一层包覆上述控制电路的防水层。

6.一种具有可挠式高功率控制装置的马达组件，其特征在于，包括：

至少一个高功率马达，具有复数导接端子、导热连结至一个主动式散热单元，并有一具有非平坦表面的壳体；及

至少一个可挠式高功率控制装置，包括

一片挠性导热介接绝缘基板，供弯曲粘着在上述高功率马达的上述非平坦表面；

至少一层位于上述挠性导热介接绝缘基板上的电路层，该电路层具有复数至少部分对应导接至上述导接端子的导电电极；及

至少一个表面安装于上述电路层的电路元件，藉此形成控制上述高功率马达的控制电路。

7.如权利要求6所述的具有可挠式高功率控制装置的马达组件，其特征在于，其中上述控制电路，更包括一个智能控制单元。

8.如权利要求6所述的具有可挠式高功率控制装置的马达组件，其特征在于，其中上述挠性导热介接绝缘基板包括一掺杂层，是于一挠性赋型剂中掺杂有一种热导率高于一个预定数值的高导热物质。

9.如权利要求6所述的具有可挠式高功率控制装置的马达组件，其特征在于，其中上述可挠式高功率控制装置还包括一层包覆上述控制电路的防水层，另上述挠性导热介接绝缘基板更包括，一层远离上述电路层一侧的抗电磁干扰层，以及上述电路层为一挠性电路层，及一供固接上述控制电路于上述非平坦表面的固接单元。

10.如权利要求6所述的具有可挠式高功率控制装置的马达组件，其特征在于，其中该主动式散热单元是一液冷单元。