CN108604846B - 用于控制电马达的供电的模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制电马达的供电的模块，其包括钻有多个通孔(30)的印刷电路板(12)，所述多个通孔分别与由邻近每个所述通孔的所述板支撑的电连结垫(32)相关联。电连结垫(32)布置在印刷电路板(12)的表面(26)上，从而可以限定大体通过每个连结垫的虚拟圆，所述垫集中在印刷电路板的一部分上，以便形成短于所述虚拟圆的半个周长的圆弧。

Description

用于控制电马达的供电的模块

技术领域

本发明涉及具有电子切换机构的电马达的领域，特别地在应用于机动车辆中的空气脉动装置的情况下。

装备有根据本发明的电马达的空气脉动装置例如用在机动车辆的通风、供暖和/或空调系统中。

背景技术

具有电子切换机构的电马达或无刷直流马达包括转子和定子组件，这些部件的每个是电磁元件的载体，它们的交互产生转子相对于定子的移位。转子的移位通过由定子支承的电磁元件的供电而被驱动。马达连接元件将定子和由印刷电路板支承的电子装置电连接。这些连接元件从定子轴向地延伸，且在为此目的设置的孔中通过印刷电路板，以然后钎焊到垫上，该垫布置在远离马达取向的印刷电路板的面上。

三相马达包括三个马达连接元件，它们均匀地绕转子/定子组件的旋转轴线以120°均匀分布，电路板支承电子装置，其为这些连接元件的通过而设置有相应地以120°均匀分布的孔。

发明内容

本发明在该背景下，其目的是提供一种对已知电马达供电控制模块的构造的替代，特别是在应用于如之前所述的三相马达的情况下。本发明还在该背景下提出一种相关联的空气脉动装置。

空气脉动装置应被理解为使得可以吸入和/或吹出空气的装置。

具有根据本发明的电子切换机构的电马达的供电控制模块包括钻有多个通孔的印刷电路板，所述多个通孔分别能够允许与电马达的定子制成为一体的马达连接元件的通过，分别与在这些通孔的每个的附近通过所述板支承的电连结垫相关联。每个电连结垫意图连接至经由通孔通过该板的连接元件。根据本发明，相应的电连结垫布置在该板的面上，从而可以限定大体通过每个电连结垫的虚拟圆，所述电连结垫集中在该板的一部分上，以便形成长度小于所述虚拟圆的半个周长的圆弧。

应理解，根据本发明，通孔和电连结垫组合在印刷电路板的同一部分中，从而它们不再如现有技术中那样均匀布置，以便形成围绕和与印刷电路板相关联的电马达的回转轴线对齐的点的圆，而是它们以更紧密的构造沿圆弧布置。

根据特定实施例，印刷电路板具有主孔，围绕该主孔，所述通孔布置为使得，主孔的中心与所述虚拟圆的圆心大体重合，所述电连结垫相对于主孔分布在同一侧。术语“大体重合”理解为反映规定如下内容的需求：主孔的中心与虚拟圆的圆心重合，或其可——没有偏离本发明范围地——定位为非常靠近虚拟圆的该圆心。

根据一系列特征——单独或组合地，可以设置：

-所述虚拟圆的圆心相对于印刷电路板的质心偏移，特别地通过与相对的第二边缘相比更靠近板的第一边缘；

-通孔和相应的电连结垫布置在所述相对的第二边缘和直线之间，所述直线大体平行于该相对的第二边缘且通过所述虚拟圆的圆心；

-印刷电路板包括通过电迹线电连接至供电电路的晶体管，所述晶体管布置为分别围绕通孔和相应电连结垫布置的多组晶体管；

-三个通孔和三个相应电连结垫相对于所述虚拟圆的圆心均匀地布置在印刷电路板的同一侧；

-中央通孔绕通过虚拟圆的圆心的轴线布置为相对于围绕其的另外两个侧向通孔的大约60°处；

-印刷电路板包括多个电子装置和至少一个电迹线，所述电迹线被构造为将电子装置电连接至彼此，并电连接至供电器件和电连结垫；

-一个或多个电迹线布置在印刷电路板的周边处，围绕所述通孔和相关联的电子装置；

-该板具有多边形形状和通过平坦部形成的大体直的第一边缘，从而所述第一边缘更靠近所述虚拟圆的圆心，在被平坦部切割之前大体布置在该板的多边形形状的中心处；

-所述电子装置包括至少一个线圈，至少一个线圈形成供电电流输入滤波器，且沿该板的第一边缘相对于所述虚拟圆的圆心与通孔和相应电连结垫相对地布置。

根据另一系列特征——单独或组合地，可以设置：

-印刷电路板通过两个叠置的层形成；

-板的第一层支承地线的电迹线，板的第二层支承正电源的电迹线；

-第一层是电子部件从其凸伸地延伸的层。

本发明还涉及一种电马达，其包括转子/定子组件和如前所述的供电控制模块，电连结垫被构造为与马达连接元件一体，该马达连接元件被制成为与定子一体且平行于转子绕定子的旋转轴线延伸。

该电马达将能够使得，印刷电路板包括可被与转子旋转固定的驱动轴通过的主孔，通孔可被绕主轴线均匀分布且在该板相对于该主孔的同一侧的马达连接元件穿过。“板的同一侧”应理解为，可以借助通过主孔直线将该板分为两部分，且所有通孔布置在这两部分的仅一个中。

本发明还涉及一种空气脉动装置，其装备有根据之前所述的电马达，和一种包括至少一个这样的空气脉动装置的机动车辆的供暖、通风和/或空调系统。

附图说明

本发明的其它特征和优势将通过阅读实施例的以下详细说明而显现，为了理解其，将参考附图，在附图中：

图1是空气脉动装置的透视分解示意图，其包括具有电子切换机构的电马达和根据本发明的供电控制模块；

图2是图1中示出的供电控制模块的前视图；

图3示意性地示出在根据本发明的供电控制模块的印刷电路板上的电迹线的布置；

图4以垂直的横截面视图示意性地示出图2所示的控制模块和还在图1 中可见的相关联的支撑器件。

具体实施方式

空气脉动装置2——其使得可以吸和/或吹空气——包括至少一个具有电子切换机构4的电马达，其能够经由电马达的输出轴6旋转驱动风扇轮(在此未示出)。该装置还包括至少一个支撑器件8，其包含多个功能，包括电马达的支撑、所述装置的部件的冷却和马达的供电控制模块10的支撑，所述供电控制模块特别地包括印刷电路板12。

电马达主要包括感应定子14和被感应转子16，该转子支承能够驱动风扇轮的输出轴6。定子14被制成为与马达的支撑器件8一体，转子16围绕定子14布置，以在磁场作用下被驱动旋转，所述磁场通过绕组和与转子和定子相关联的磁体产生。

在包括根据本发明的电马达的空气脉动装置中，各个部件布置为使得，定子14布置为面向支撑器件8，且该支撑器件8插置在转子/定子组件和供电控制模块10之间，所述支撑器件形成热沉，该热沉支承印刷电路板12。优选地，支撑器件8由金属制成，以便通过热传导有效地冷却通过该板支承的电子部件。支撑器件可特别地由铝制成，从而对于该部分而言，轻质和良好热传导的特征与之相关。

如图1可见，定子14具有环形形式，其通过以星形构造的多个齿径向地延长。这些齿每个支承绕组线制成的绕组，其能够在转子和定子分别支承的永磁体的作用下产生参与转子相对于定子的移位的磁场，与转子16一体的输出轴6安装为经由轴承15相对于支撑器件旋转。这些轴承是球轴承，如示意性示出的，但是将理解，它们可具有滚柱、滚针或其他这样轴承的形式。

定子14包括由多相构成的激励绕组，每个相包括至少一个线绕组，其输出端点经由销触点18电连接至被供电控制模块10支承的供电器件，所述销触点与定子一体且形成可连接至互补连接器件的马达联接元件，所述互补连接器件被印刷电路板支承，如以下描述的。在所示的特定实施例中，定子包括以三相构造缠绕的十二个齿和不同且与分别与每相相关联的三个销触点18，其形成马达的连接元件。这些销触点18从定子纵向地延伸，平行于转子/定子组件的旋转轴线，它们穿过支撑器件8，以在它们的自由端部19 处分别连接至与印刷电路板12一体的互补连接器件。

支撑器件8允许电马达的所有部件和该马达的供电器件相对于车辆结构的固定。在第一面20上，其特别地具有用于接收印刷电路板12的区域，且在相对的第二面上具有在此不可见的杆，定子14安装在该杆上。在此，支撑器件值得一提的是，其包括形成在该支撑器件中的多个通孔22，以便从第一面20纵向地延伸至相对面。通孔22具有与销触点18的形状互补的形状，尺寸略微大于销触点的尺寸，以允许其穿过支撑器件。此外，销触点的纵向尺寸和支撑器件的厚度使得，当销触点已经通过支撑器件时，销触点18的自由端部19延伸超过支撑器件8的第一面20。如以下详细所述，有利的是，第一面20大体在其中心处具有杆23，用于为印刷电路板12定心。如先前所能够说明的那样，并且能够应用于说明书中该术语的每次使用，可以理解，该术语的使用基本上允许在本发明的上下文中包含稍微不同的布置，在此，杆的位置不是严格地定心在第一面上，而是定位为相对于中心具有略微偏差。

供电模块10包括印刷电路板12和用于连接至电网的连接端部适配件 24，连接端部适配件和多个电子部件安装(特别地钎焊)在印刷电路板12 的第一面26上。印刷电路板12的第二面28意图压靠支撑器件8，且为此，其不具有突出的电子部件。板还在一个面和/或另一个面上支承至少一个电迹线29，其能够将电子部件电连接至彼此，且与连接端部适配件24电连接。

印刷电路板12特别地包括通孔30，与形成马达连接元件的销触点18 一样多，在此为三个，从而当定子14和供电模块10安装在支撑器件8任一侧时，这些销触点的自由端部19可超过印刷电路板。这些通孔30的每个与布置在通孔附近的电连结垫32相关联，以便能够固定到销触点18，特别地通过钎焊。应理解，每个电连结垫连接至电迹线29，且当所有部件被安装时，从连接端部适配件24到定子的相可相继地经由电迹线29、电子部件、电连结垫32和销触点18发生电流传递。

在所示的实施例中，每个电连结垫32大体为U形的，一个翼33与相应通孔齐平，以便使销触点18的自由端部19能够压靠该翼且被钎焊。

特别地参考图2，印刷电路板12的形状与电子部件和通孔30和电连结垫32在该印刷电路板12上的布置一起被详细描述。

该板在此具有多边形形状，其中，大体平行于彼此的两个相对边缘可被识别。这些边缘中的一个——定义为第一边缘34——通过平坦部形成，其改变多边形的规则形状。其结果是板内切的正多边形的中心比相对的第二边缘 36更靠近第一边缘34定位。

孔——称为主孔38——制造在板所形成的多边形的该虚拟中心附近，以形成索引器件，定心杆23从支撑器件8的第一面20凸伸。

印刷电路板在此包括彼此叠置的两层，例如由铜制成，在这两层之间有绝缘层(例如，环氧聚合物PR4层)。

通孔30和相应的电连结垫32以圆弧形式布置在印刷电路板12的面上，从而可以限定大体通过每个电连结垫的虚拟圆和该虚拟圆39的圆心。特别地，在所示实施例中可以看到，通孔和相应的电连结垫布置在板相对于主孔 38的受限部分中，其围绕主孔在它们界定的圆弧的部分上规则地分布。

通孔、相应的电连结垫由此集中在板的一部分上，以便形成一相继通过它们的每个的圆弧，该圆弧具有的长度小于所述虚拟圆的半个圆周。

在所示例子中，形成马达连接元件的三个销触点18布置在定子的同一半中，间隔大约60°，其结果是在支撑器件8中制造的通孔22以及形成在印刷电路板上的通孔30的等同制造。

在印刷电路板12上的通孔30的位置、相应的电连结垫32的位置使得它们在虚拟圆39上限定圆弧，通孔围绕该圆弧等距分布。将理解，当组件被安装时，限定板的通孔的位置的该虚拟圆布置在转子/定子组件的旋转轴线上。在印刷电路板的三个通孔30中，可以区分中央通孔30a，其在通过相继的通孔限定的圆弧中布置在限定该圆弧的端部的侧向通孔30b之间。用虚拟圆的圆心作为参照，这些侧向通孔的每个布置在距中央通孔30a的60°位置处布置。

如之前能够规定的，且特别地如图2可见，通过通孔30的位置限定的虚拟圆的中心——在此有利地与主孔38的圆心重合——比相对的第二边缘 36更靠近板12的第一边缘34，能注意到的是，通孔和相应电连结垫布置在相对的第二边缘和直线之间，该直线大体平行于该相对的第二边缘，且通过所述虚拟圆的圆心。

通孔30和相关联电连结垫32的集中在印刷电路板12的一半中的该特定布置伴随有钎焊在该板上的一些电子部件的特定布置。实际上，电子部件还包括功率晶体管40，其布置在马达连接元件和供电器件的连接端部适配件24之间的电迹线29上，这些晶体管40有利地布置为围绕每个电连结垫的晶体管组，其尽可能靠近意图钎焊到该电连结垫32上的销触点18。因此可以最小化电轨道的长度，这在提供热、体积和电磁辐射减小的考虑方面同样具有优势。此外，有利的是，可以将各个电子部件的大部分组合在印刷电路板一半中一起成组，以通过在装置中循环的同一个空气流简化这些部件的冷却。

扁平部——形成第一边缘34且改变印刷电路板12的规则多边形形状——可容易地制造，这是由于通孔30、相关联电连结垫32以及围绕这些电连结垫成组的功率晶体管40在该印刷电路板的同一侧布置。由此可以提供与现有技术相比尺寸减小的印刷电路板，且实现在这样的印刷电路板大批量制造方面的规模的明显经济性。

此外，印刷电路板12设置为使得，所述至少一个电迹线29大体布置在印刷电路板的外周边上，即，沿板的边缘延伸。电迹线由此主部分29a和分支29b，该主部分具有大体环形且在板的所有周边上延伸，且所述分支从该主部分朝向板的中心行进以电连接晶体管。该构造和连续功率电流的在该大体环形的主部分29a中的通过使得可以产生围绕该板的保护环，即，防止电磁波干扰马达功率模块操作的电磁屏蔽，所述电磁波源自该装置之外。

特别地为了允许印刷电路板的操作，绝缘边缘42布置在该板的所有周边上。绝缘边缘应理解为是指，电迹线29没有从板的边缘延伸，而是没有导电元件的区域布置在距该边缘一确定尺寸上，例如大约2至3毫米。可在图2中看到的该绝缘边缘已经特别地在图3中可见，其中，环形主部分29a 在局部展示的印刷电路板上的该周边布置已经被示意性地示出。

各个形成缺口(indentation)的区域44被形成，且值得注意，形成缺口的区域仅在绝缘边缘42上和电迹线29的环形主部分29a上侵入，从而在这些区域附近没有设置电子部件。形成缺口涉及从具有大工业尺寸制造的面板将印刷电路板切割到期望尺寸的工业操作。形成缺口是快速且成本有效的切割方法，但是该工业方法通常向设计添加约束，因为电子部件不能靠近位于板边缘处的形成缺口部位设置。部件必须在距形成缺口区域一距离处，大约至少5mm，以避免其损坏。应理解，通过将电力迹线，而不是所述部件布置在印刷电路板的边缘处，可以具有需要用来进行形成缺口的空间。

印刷电路板12支承多个电子部件，包括已经描述的功率晶体管40。还可以引用线圈46和多个电容器48，所述线圈布置在供电器件的连接端部适配件24附近，以对供电电压滤波，所述电容器在此串联布置，以储存电能。

电容器48和线圈46沿印刷电路板12的同一第一面26上的电迹线的环形主部分29a布置。当该装置被组装时，该第一面转向背离支撑器件8，从而部件没有影响该板对支撑器件8的压靠。

在之前已经描述的背景下，即，通过要被蚀刻的两层的叠置产生的印刷电路板12，有利的是，将电迹线29设置为分布在印刷电路板的这两层上。将特别地参考图3和4对这样的布置的描述。

第一层50和第二层52的每个上的电迹线在相应层的周边处制造，以之前所述的环形布置，从而电迹线一个位于另一个顶部上，被环氧聚合物层54 分开。

形成在第一层50上的电迹线用于产生接地保护环，即连接至电地线，形成在第二层52上的电迹线用于制造连接至正电压端子的保护环，该保护环例如供应大约等于12V的电压。

接地保护环和正保护环布置为面向彼此，一个在另一个顶部上，其一方面具有减小辐射表面的印刷电路板上的表面面积的效果，且其产生有利于电磁屏蔽功能的寄生电容，如图4所示。

在印刷电路板的一个面或另一个面上的特定电迹线或其布置涉及多个考虑。一方面有利的是，将电磁污染迹线——即连接至正端子的迹线——布置在印刷电路板的要压靠支撑器件的那侧，以便约束它们并限制其传播。还有利的是，用屏蔽部包围这些污染迹线，所述屏蔽部一方面通过电连接至地线的铝支撑器件形成、另一方面通过也电连接至地线的第一层50上的电迹线的特定几何形状形成。在后一情况下，第二层52一方面通过第一层50、另一方面通过支撑器件8被包封在两个接地屏蔽部之间，所述第一层包含地平面和保护环，支撑器件形成金属热沉且电连接至地线。

上述说明目的是解释本发明使得可以实现为其设定的目的，且特别地提出一种供电控制模块和相关联的电马达，它们通过这样的装置的常规部件的布置使得可以一方面限制印刷电路板的尺寸且因此限制控制模块的尺寸，这使得可以特别地限制该模块的成本价格，另一方面将电迹线和部件集中在该印刷电路板上，这例如使得可以限制这些板上的辐射表现，且将电子部件更高效地定位在冷却空气流中。

但是，本发明不仅仅限于根据附图描述的布置，给定用于连接元件的所有电连结垫和通孔布置在相对于中央孔的同一侧。特别地，在应用于不是三相的多向马达的情况下，电连结垫的数量和通孔的数量可以不同于所述的三个，假设它们布置在板的同一侧，且如之前所述的那样。

Claims (12)

1.一种用于控制电马达的供电的模块(10)，模块(10)包括钻有多个通孔(30)的印刷电路板(12)，所述通孔(30)分别与在所述通孔(30)中的每一个附近的由所述印刷电路板承载的电连结垫(32)相关联，所述印刷电路板包括彼此相对的第一边缘和第二边缘，其特征在于，电连结垫(32)布置在印刷电路板(12)的面(26)上，从而能够限定通过每个电连结垫(32)的虚拟圆，所述电连结垫集中在印刷电路板(12)的一部分上，以便形成长度小于所述虚拟圆的半个周长的圆弧，

所述虚拟圆的圆心(39)相对于印刷电路板(12)的质心偏移，与相对的第二边缘(36)相比更靠近印刷电路板(12)的第一边缘(34)，

其中，印刷电路板(12)包括多个电子装置(40、46、48)和至少一个电迹线(29)，所述电迹线(29)被构造为将电子装置电连接至彼此，并电连接至供电器件和所述电连结垫(32)，且

其中一个或多个电迹线(29)布置在印刷电路板(12)的周边处，围绕所述通孔(30)和相关联的电连结垫(32)。

2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，印刷电路板(12)具有主孔(38)，围绕该主孔(38)，所述通孔(30)布置为使得，主孔(38)的中心与所述虚拟圆的圆心(39)重合，所述电连结垫(32)相对于主孔(38)分布在同一侧。

3.如权利要求1所述的模块，其特征在于，通孔(30)和相应的电连结垫(32)布置在印刷电路板(12)的第二边缘(36)和直线之间，所述直线平行于所述第二边缘(36)且通过所述虚拟圆的圆心(39)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，印刷电路板(12)具有多边形形状，其中，笔直的所述第一边缘(34)通过平坦部形成。

5.如权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，所述印刷电路板(12)包括通过电迹线(29)电连接至供电电路的晶体管(40)，所述晶体管(40)布置为分别围绕通孔(30)和相应电连结垫(32)布置的多组晶体管。

6.如权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，其包括三个通孔(30)和三个相应电连结垫(32)，所述三个通孔(30)和三个相应电连结垫(32)相对于所述虚拟圆的圆心(39)均匀地布置在印刷电路板(12)的同一侧。

7.如权利要求6所述的模块，其特征在于，中央通孔(30a)绕通过虚拟圆的圆心(39)的轴线在相对于围绕所述中央通孔(30a)的另外两个侧向通孔(30b)的60°处布置。

8.如权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，所述电子装置包括至少一个线圈(46)，所述至少一个线圈(46)形成供电电流输入滤波器，且沿所述印刷电路板的第一边缘(34)相对于所述虚拟圆的圆心(39)与通孔(30)和相应电连结垫(32)相对地布置。

9.如权利要求1至3中任一项所述的模块，其特征在于，印刷电路板(12)通过两个叠置的层(50、52)形成。

10.如权利要求9所述的模块，其特征在于，所述印刷电路板的第一层(50)支承地线的电迹线，且所述印刷电路板的第二层(52)支承正电源的电迹线。

11.如权利要求10所述的模块，其特征在于，电子部件从所述第一层(50)凸伸地延伸。

12.一种电马达，其包括转子和定子组件和如权利要求1至3中任一项所述的模块(10)，电连结垫(32)被构造为与马达连接元件一体，该马达连接元件被制成为与定子(14)一体且平行于转子(16)绕定子的旋转轴线延伸。

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