CN117559730A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，包括壳体和位于壳体内的定子组件和转子组件，定子组件包括定子和定子绕组，定子绕组在一轴向端处与印刷电路板组件电连接，印刷电路板组件与位于壳体外侧的电机插头电连接，且包括轴向间隔开地布置的彼此电连接的第一和第二印刷电路板，第一和第二印刷电路板各自均包括伸入到电机插头的接收腔内的突出部分。采用根据本发明的电机，利用两个轴向间隔开的印刷电路板且同时使每个印刷电路板具有伸入到电机插头中的突出部分，使得即使在电机外径尺寸比较小，电机功率比较大，电机工作电流比较大的情况下，也能满足各种电子器件的空间布置要求，同时还能使布线符合汽车行业规范。

Description

电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种包括改进的印刷电路板组件的电机。

背景技术

随着科学技术的发展，为了尽可能地满足汽车用户的需要且提高用户的使用舒适度，在汽车中集成有越来越多的功能。为了实现这些功能，电机、尤其是无刷电机在汽车领域中被广泛地应用。

无刷电机通常包括定子组件和转子组件，其中定子组件包括定子和缠绕在定子上的定子绕组，定子绕组可通过与印刷电路板组件(PCBA)电连接来实现电机的力矩输出和信号传输。在现有的大部分无刷电机设计中，大都需要三相绕组控制。当内置大功率电路驱动时，不仅需要有六个体积比较大的Mosfet晶体管，而且印刷电路板(PCB)上需要安放一个尺寸比较大的主控芯片及外部配套电路。考虑到这两者所需占用的空间，要求印刷电路板至少能提供一个近似16mm×16mm的布置空间。然而，当这种设计需求发生在电机尺寸比较小(例如外径小于40mm的电机)，电机功率比较大且电机工作电流比较大的情况下，尤其是还同时要求PCB的布线符合汽车行业规范且PCB板中间还需要有转子轴穿过其中时，具有单层PCB的小尺寸的电机结构设计是很难实现这些功能的。

特别是，为了满足汽车行业规范而使汽车内部应用的无刷电机的EMC测试满足CISPR25 Class 5等级要求，通常需要在PCBA中安放一个、甚至多个体积比较大的滤波电容，以满足滤波及EDS要求，因而对PCBA能够提供的布线空间提出了更大的需求。

因而，需要提出一种新的电机结构，使其能够在即使受限于电机的小尺寸的情况下，也能将主控芯片及逆变电路集成至电机本体内部，同时还能允许安放大容量的滤波电容及滤波电路设计，以实现所需的滤波功能。

发明内容

本发明便是基于这样的背景而提出的。具体地，本发明提出了一种电机，其包括壳体和位于壳体内的定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子和缠绕在定子上的定子绕组，所述定子绕组在一轴向端处与印刷电路板组件电连接，所述印刷电路板组件与位于壳体外侧的电机插头电连接，且包括在轴向方向上间隔开地布置的彼此电连接的第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板各自均包括伸入到电机插头的接收腔内的突出部分。

根据本发明的一实施方式，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板各自均还包括与所述突出部分相连的位于所述壳体内的主体部分，所述主体部分设置有中央通孔以供转子组件的转子轴穿过。

根据本发明的一实施方式，所述第一印刷电路板承载滤波电路；所述第二印刷电路板承载电机的主控电路和逆变器电路。

根据本发明的一实施方式，所述电机插头包括限定有所述接收腔的插头主体，所述接收腔内设置有三个插槽，其中，正极插针、负极插针以及信号插针各自的一端被分别压配合(例如通过挤压工艺实现过盈配合)在所述三个插槽中的相应的插槽内。

根据本发明的一实施方式，所述正极插针和所述负极插针从相应的插槽中伸出的另一端分别插入穿过第一印刷电路板的相应接纳孔并与第一印刷电路板固定连接；所述信号插针从相应的插槽中伸出的另一端依次插入穿过第一印刷电路板和第二印刷电路板中的相应接纳孔并与第一印刷电路板和第二印刷电路板固定连接。

根据本发明的一实施方式，所述第一印刷电路板上还固定有用于传导经滤波电路滤波后的电流的第一插针和第二插针，所述第一插针和所述第二插针自所述第一印刷电路板伸出的一端分别插入穿过第二印刷电路板的相应接纳孔并与第二印刷电路板固定连接。

根据本发明的一实施方式，所述第一印刷电路板上还固定有用于提供定位固定功能的固定插针，所述固定插针自所述第一印刷电路板伸出的一端插入穿过第二印刷电路板的相应接纳孔并与第二印刷电路板固定连接。

根据本发明的一实施方式，所述第一插针、所述第二插针、所述固定插针以及所述信号插针各自在每个印刷电路板上的固定点呈近似三角形，以使第二印刷电路板能相对于第一印刷电路板稳定地保持彼此间隔开的关系。

根据本发明的一实施方式，所述电机插头还包括插头封盖，所述插头封盖通过卡扣结构与插头主体卡扣接合，以将所述第一印刷电路板和第二印刷电路板的突出部分封装在所述接收腔内；所述第一印刷电路板和第二印刷电路板的主体部分通过电机的端盖被封装在所述壳体内。

根据本发明的一实施方式，在所述第一印刷电路上设置有通孔，在所述通孔内接纳有接地弹片的固定部分，所述接地弹片的位于通孔外的柔性部分靠接所述壳体以实现接地。

与现有技术相比，尤其是在小尺寸电机的设计中，采用根据本发明的技术方案能够至少实现以下技术效果之一：通过两个PCB板，允许主控芯片及逆变电路均能被集成到电机的壳体内部，同时通过使两个PCB板均延伸出电机的壳体并进入到电机插头的接收腔内，以充分利用电机插头的空间，不仅可以实现大电流驱动，大尺寸的主控单元的选型，合理的车规PCB布线，还能允许安放适应大功率的大容量滤波电容及滤波电路设计。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的电机的结构示意图；

图2a和图2b分别以立体图和侧视图示出了安装在图1所示的电机中的印刷电路板组件的结构；

图3a和图3b分别示出了构成图2a和图2b中的印刷电路板组件的第一印刷电路板和第二印刷电路板的结构示意图；

图4a示出了图2a和图2b所示的印刷电路板组件与电机插头彼此组装在一起时的立体示意图；

图4b示出了图2a和图2b所示的印刷电路板组件与电机插头彼此组装在一起时的部分分解示意图；以及

图5示出了电机插头的插头主体的立体示意图，其中在插头主体的接收腔内固定地设置有正极插针、负极插针以及信号插针。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其他部件。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。另外，需指出，在本说明书中，相同的和/或功能相同的技术特征采用相同或相似的附图标记。

如在背景技术中所提及的，在现有的电机设计中，在定子绕组的一轴向端部处通常仅设置有位于电机壳体内的单个印刷电路板，其通常具有与电机壳体的筒形形状相适配的形状(如圆形)。然而，在小尺寸电机(如电机外径小于40mm)中，当电机功率以及工作电流比较大时，通常在印刷电路板上的铺铜较宽，同时电子元件之间需要保持较大的安全距离，这无疑加大了在小尺寸电机中走线和布置元件的难度。另外，为了同时能够将主控芯片及逆变电路集成至壳体内部，同时还能允许安放适应大功率的大容量滤波电容及滤波电路设计(例如满足汽车行业规范对EMC的要求)，现有技术中的单印刷电路板设计显然无法满足电子元器件的布设需求。

为此，本发明提出了一种改进的解决方案，使得通过在微型小尺寸电机中内置大功率驱动PCBA的结构设计，解决了电子元器件布设空间受限、走线困难等问题。

在本发明的电机结构设计中，提出了采用在电机的轴向方向上彼此间隔开地布置的两个PCB板来共同完成驱动电机及滤波的功能，同时通过使两个PCB板均延伸出电机的壳体并进入到电机插头的接收腔内以充分利用电机插头的空间，完成在小尺寸空间内的走线和电子元器件的布设。

具体地，图1示出了根据本发明的电机的结构示意图。本发明主要涉及小尺寸电机(尤其是无刷电机)，例如电机外径A小于40mm，如20-38mm，电机轴向长度B为40-100mm。当然，这并非旨在限制本发明在其他尺寸型号电机中的应用。

电机1包括壳体10、位于壳体10内的定子组件和转子组件以及位于壳体10外侧的旨在与客户端插头以及进而与电源连接的电机插头20。所述定子组件包括定子和缠绕在定子上的定子绕组，所述定子绕组在一轴向端处与印刷电路板组件(图1中未示出)电连接，印刷电路板组件与电机插头20电连接。

图2a和图2b分别以立体图和侧视图示出了安装在图1所示的电机中的改进的印刷电路板组件30的结构。

与现有技术中的单PCB板设计不同，根据本发明中的印刷电路板组件30包括在轴向方向上间隔开地布置的彼此电连接的两个印刷电路板31、32，其中一个印刷电路板可设计用于电机的主控电路及逆变电路，另一个印刷电路板可设计用于关于CISPR 25Class5等级要求的滤波电路设计。两块印刷电路板之间的距离F(见图2b)优选地为3-10mm。当然，该距离值可根据电机设计的实际需求进行适应性选择和调整。

继续参见图3a和图3b，其分别示出了构成图2a和图2b中的印刷电路板组件30的两个印刷电路板的结构示意图。图3a示出为承载滤波电路的第一印刷电路板31。如图2a中所示，该滤波电路设置有三个大容量的滤波电容311。当然，也可以根据功率大小，选择其他数量和大小的滤波电容。图3b示出为承载电机的主控电路和逆变器电路的第二印刷电路板32，例如在该第二印刷电路板32的面向第一印刷电路板31的表面上承载有主控芯片和六个Mosfet晶体管，而在相对的另一表面上承载有三个霍尔传感器321(见图4b)，这些霍尔传感器321可用于检测转子轴的旋转位置精度等。

由图3a和图3b可以看出，第一和第二印刷电路板具有大致相同的外形。每个印刷电路板均包括一个主体部分31a,32a和自主体部分伸出的突出部分31b，32b，其中主体部分位于电机的壳体10内，而突出部分伸出至电机的壳体之外并被接纳到电机插头20的接收腔内，如此可以充分利用电机插头的20空间，从而为主体部分腾出更多的空间，用于大尺寸的主控单元以及滤波电路的设置，同时还能满足相应的车规级别的布线要求。

如图3a和图3b所示，为了适应电机壳体的筒形外形，主体部分优选地采用大致圆形的形状，其外径C优选地在18-36mm之间。例如，在电机的外径为36mm时，印刷电路板的外径C为约33.8mm。另外，主体部分设有中央通孔，以供转子组件的转子轴穿过其中，该中央通孔的内径C1在12mm以内。另外，与主板部分相连的突出部分被设计成大致呈矩形形状，其宽度D为10-28mm。尤其是当宽度D为17mm时，基本上可以满足大尺寸7mm×7mm的主控单元的设计需求以及外部电路的尺寸空间需求。另外，突出部分的最外边缘距中央通孔的中心的高度E可选择为16-30mm。当然，上述这些尺寸均是可以根据实际的电机结构进行调整和选择的。

图4a和图4b分别示出了图2a和图2b所示的印刷电路板组件30与电机插头20之间彼此组装在一起的立体示意图。电机插头20位于壳体10外侧。尤其参见图4b，电机插头20包括限定有一接收腔211的插头主体21。可以看出，两个印刷电路板的突出部分均被插入到电机插头20的接收腔211内。电机插头20还包括插头封盖22，所述插头封盖22通过卡扣结构与插头主体21卡扣接合(见图4a)，以将所述第一印刷电路板31和第二印刷电路板32的突出部分封装在所述接收腔211内。另外，所述第一印刷电路板31和第二印刷电路板32的主体部分通过电机的端盖被封装在电机的壳体10内。

尤其参见图5，其示出了电机插头20的插头主体21的立体示意图。在插头主体21的接收腔211内固定地设置有正极插针212、负极插针213以及Lin或Can信号插针214。这些插针可以和电机插头20通过包胶工艺形成为单个零件，然后再与两个印刷电路板锡焊连接；或者也可以选择使这些插针与电机插头上预留的插槽压配合，然后再与两个印刷电路板锡焊连接，以形成一个整体。

具体地，在组装电极插头20和印刷电路板组件30的过程中，可以首先将正极插针212和负极插针213的一端(这一端旨在与客户端插头配合)压配合在电极插头20的相应插槽中，而从相应插槽中伸出的另一端插入穿过承载滤波电路的第一印刷电路板31的相应接纳孔并与第一印刷电路板31固定连接，例如锡焊连接。Lin或Can信号插针214的一端(这一端旨在与客户端插头配合)压配合在电极插头20的相应插槽中，而从相应插槽中伸出的另一端依次插入穿过第一印刷电路板31和承载主控电路等的第二印刷电路板32中的相应接纳孔并与第一印刷电路板31和第二印刷电路板32固定连接，例如锡焊连接。最终，形成如图4a和图4b所示的组件。

结合参见图2a和图4b，在第一印刷电路板31上还固定有用于传导经所述滤波电路滤波后的电流的第一插针312和第二插针313，所述第一插针312和所述第二插针313自所述第一印刷电路板31伸出的一端分别插入穿过第二印刷电路板32的相应的接纳孔并与第二印刷电路板32固定连接。此外，在第一印刷电路板31上还固定有用于提供定位固定功能的固定插针314，该固定插针314自所述第一印刷电路板31伸出的一端插入穿过第二印刷电路板32的相应接纳孔并与第二印刷电路板32固定连接。

应知晓的是，上文提及的固定连接可以采用现有技术中已知的适合方式进行，例如锡焊连接，当然也可以采用除锡焊连接以外的其它可能的连接方式，例如插针与金属化的接纳孔压配合的方式等。

为了更方便地示出固定在第一印刷电路板31上的各个插片与固定在电机插头20中的各个插片之间的相对位置关系，在图2a中特意示出了固定在电机插头20的接收腔211中的正极插片212、负极插片213以及信号插片214。如图2a所示，第一插针312和第二插针313、固定插针314以及信号插针214各自在每个印刷电路板上的固定点呈近似三角形(其中由于第一和第二插针彼此邻近布置，可被视为三角形的一个顶点)，这样可以使得第二印刷电路板32能相对于第一印刷电路板31稳定地保持彼此间隔开的关系。

此外，在第一印刷电路31上还设置有通孔，在所述通孔内接纳有接地弹片315的固定部分，所述接地弹片315的位于通孔外的柔性部分靠接所述电机的壳体10以实现有效接地。

在将上文讨论的印刷电路板组件安装在电机的壳体中时，印刷电路板组件可通过连接结构与定子绕组如三相绕组电连接，例如使每相绕组的线圈与印刷电路板组件电连接，以实现力矩输出和信号传输。具体地，作为一个示例，在如图3b所示，承载主控电路的第二印刷电路板32上设置有在周向上彼此间隔60度的三个通孔322，这三个通孔322可采用镀锡孔的形式，其旨在与连接结构上的对应三相绕组的三个例如鱼眼插针形式的接触部段压配合以实现电连接。另外，在第二印刷电路板32上还设置有另外一个单独的镀锡通孔323，其旨在与例如鱼眼插针形式的公共端接触部段压配合。在实现印刷电路板组件与定子绕组的连接结构的接触部段之间的压配合连接时，优选地在第一印刷电路板31上设置有四个径向缺口316，如此可以允许下压工具穿过所述径向缺口而抵靠在第二印刷电路板32上，从而使其压向待与之连接的接触部段，最终完成印刷电路板组件与定子绕组的电连接。

采用根据本发明的电机，利用两个印刷电路板同时使每个印刷电路板具有伸入到电机插头中的突出部分，即使在电机外径尺寸比较小，电机功率比较大，电机工作电流比较大的情况下，也能满足各种电子器件的空间布置要求，同时还能使布线符合汽车行业规范。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本发明的真正范围由所附权利要求及其等同物指定。

Claims (10)

1.一种电机，其包括壳体和位于壳体内的定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子和缠绕在定子上的定子绕组，所述定子绕组在一轴向端处与印刷电路板组件电连接，其特征在于，所述印刷电路板组件与位于壳体外侧的电机插头电连接，且包括在轴向方向上间隔开地布置的彼此电连接的第一印刷电路板和第二印刷电路板，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板各自均包括伸入到电机插头的接收腔内的突出部分。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板各自均还包括与所述突出部分相连的位于所述壳体内的主体部分，所述主体部分设置有中央通孔以供转子组件的转子轴穿过。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第一印刷电路板承载滤波电路；所述第二印刷电路板承载电机的主控电路和逆变器电路。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述电机插头包括限定有所述接收腔的插头主体，所述接收腔内设置有三个插槽，其中，正极插针、负极插针以及信号插针各自的一端被分别压配合在所述三个插槽中的相应的插槽内。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述正极插针和所述负极插针从相应的插槽中伸出的另一端分别插入穿过第一印刷电路板的相应接纳孔并与第一印刷电路板固定连接；所述信号插针从相应的插槽中伸出的另一端依次插入穿过第一印刷电路板和第二印刷电路板中的相应接纳孔并与第一印刷电路板和第二印刷电路板固定连接。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述第一印刷电路板上还固定有用于传导经滤波电路滤波后的电流的第一插针和第二插针，所述第一插针和所述第二插针自所述第一印刷电路板伸出的一端分别插入穿过第二印刷电路板的相应接纳孔并与第二印刷电路板固定连接。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第一印刷电路板上还固定有用于提供定位固定功能的固定插针，所述固定插针自所述第一印刷电路板伸出的一端插入穿过第二印刷电路板的相应接纳孔并与第二印刷电路板固定连接。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述第一插针、所述第二插针、所述固定插针以及所述信号插针各自在每个印刷电路板上的固定点呈近似三角形，以使第二印刷电路板能相对于第一印刷电路板稳定地保持彼此间隔开的关系。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机插头还包括插头封盖，所述插头封盖通过卡扣结构与插头主体卡扣接合，以将所述第一印刷电路板和第二印刷电路板的突出部分封装在所述接收腔内；所述第一印刷电路板和第二印刷电路板的主体部分通过电机的端盖被封装在所述壳体内。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，在所述第一印刷电路上设置有通孔，在所述通孔内接纳有接地弹片的固定部分，所述接地弹片的位于通孔外的柔性部分靠接所述壳体以实现接地。