DE102019218263A1 - Printed circuit board arrangement, in particular for control electronics of an electromotive drive unit, with a first and a second printed circuit board section - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatinenanordnung (12), eine Steuerelektronik (14) und eine elektromotorischen Antriebseinheit (10), mit einem ersten Leiterplatinenabschnitt (21) und einem zweiten Leiterplatinenabschnitt (22), die übereinander mit einem Abstand (26), im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) ein Abstandshalter (28) zur mechanischen Fixierung der beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) angeordnet ist, und der Abstandshalter (28) ein Entwärmungselement (24) aus Metall aufweist, das thermisch leitend mit elektronischen Bauteilen (50) des ersten oder des zweiten Leiterplatinenabschnitts (21, 22) verbunden ist.The invention relates to a printed circuit board arrangement (12), control electronics (14) and an electromotive drive unit (10), with a first printed circuit board section (21) and a second printed circuit board section (22), which are arranged one above the other at a distance (26), essentially parallel to one another are arranged, with a spacer (28) for mechanically fixing the two printed circuit board sections (21, 22) being arranged between the two printed circuit board sections (21, 22), and the spacer (28) having a heat dissipation element (24) made of metal which is thermally conductive is connected to electronic components (50) of the first or the second printed circuit board section (21, 22).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatinenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Leiterplatinenabschnitt, sowie eine Steuerelektronik und eine elektromotorische Antriebseinheit beinhaltend eine solche Leiterplatinenanordnung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a printed circuit board arrangement with a first and a second printed circuit board section, as well as control electronics and an electromotive drive unit containing such a printed circuit board arrangement according to the preamble of the independent claims.

Aus der DE 10 2018 204 297 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, die ein Statorgehäuse aus Metall aufweist. Auf dem Statorgehäuse ist axial ein Steckerbauteil angeordnet, auf dem wiederum ein Deckel aus thermisch gut leitfähigem Material angeordnet ist. Dabei sind im Steckerbauteil zwei separat ausgebildete, parallele Leiterplatten angeordnet, die jeweils mit elektronischen Bauteilen bestückt sind. Die elektronischen Bauteile der oberen Leiterplatte können zur Kühlung direkt thermisch mit dem Deckel aus Metall kontaktiert werden. Die untere Leiterplatte hingegen ist gegenüber dem Metallgehäuse durch die obere Leiterplatte abgeschirmt, so dass die elektronischen Bauteile der unteren Leiterplatte leicht überhitzen. Daher ist es Aufgabe der Erfindung alle elektronischen Bauelemente von zwei parallel übereinander angeordneten Leiterplatten ausreichend zu entwärmen.From the DE 10 2018 204 297 A1 an electrical machine has become known which has a stator housing made of metal. A plug component is arranged axially on the stator housing, on which a cover made of a material with good thermal conductivity is arranged. In this case, two separately designed, parallel circuit boards are arranged in the connector component, each of which is equipped with electronic components. The electronic components of the upper circuit board can be directly thermally contacted with the metal cover for cooling. The lower circuit board, on the other hand, is shielded from the metal housing by the upper circuit board, so that the electronic components of the lower circuit board can easily overheat. It is therefore the object of the invention to adequately heat up all electronic components of two printed circuit boards arranged parallel one above the other.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Leiterplatinenanordnung, sowie die Steuerelektronik und die elektromotorische Antriebseinheit beinhaltend eine solche Leiterplatinenanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Integration eines Entwärmungselements in den Abstandshalter zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten alle Bereiche der Leiterplatinenanordnung ausreichend gekühlt werden können. Dadurch ist die Anordnung der elektronischen Bauelemente auf den beiden Leiterplatinen frei wählbar, so dass die parallele Leiterplatinenanordnung optimal für die Bauraumreduktion der Steuerelektronik genutzt werden kann. Somit kann der Abstandshalter zwischen den Leiterplatinen einerseits für die mechanische Positionierung und Halterung der beiden Leiterplatinen und gleichzeitig für die Entwärmung der elektronischen Bauelemente genutzt werden, die keinen direkten thermischen Kontakt zu einer kühlenden Gehäusewand aufweisen.The circuit board arrangement according to the invention, as well as the control electronics and the electromotive drive unit containing such a circuit board arrangement with the features of the independent claims have the advantage that all areas of the circuit board arrangement can be adequately cooled by integrating a cooling element in the spacer between the two circuit board sections. As a result, the arrangement of the electronic components on the two circuit boards can be freely selected, so that the parallel circuit board arrangement can be used optimally for reducing the installation space of the control electronics. Thus, the spacer between the circuit boards can be used on the one hand for the mechanical positioning and holding of the two circuit boards and at the same time for cooling the electronic components that have no direct thermal contact with a cooling housing wall.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale. Von besonderem Vorteil ist es, wenn sich das Entwärmungselement des Abstandshalters flächig über den größten Teil der Leiterplatinenabschnitte erstreckt. Dadurch können auch die elektronischen Bauteile, die keiner Gehäusewand zugewandt sind, im thermischen Kontakt mit diesem Entwärmungsblech gebracht werden, das bevorzugt aus einem Eisen- oder Kupferblech ausgestanzt ist. Dabei ist das Entwärmungsblech Bestandteil des Abstandshalters, der zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten angeordnet ist, um diese zu halten. Dabei sind an das Entwärmungsblech Kunststoffhalter angeformt, die elektrisch isolierend an den Leiterplatinenabschnitten anliegen. Auf diese Weise können die Leiterplatinenabschnitte einerseits elektrisch isoliert mit einem festen Abstand in Querrichtung quer zur Ausdehnung der Leiterplatinenabschnitte gehalten werden, und andererseits die elektronischen Bauteile auf der gesamten Fläche zumindest einer der beiden Leiterplatinenabschnitte ausreichend entwärmt werden.The measures listed in the subclaims result in advantageous developments and improvements of the features specified in the independent claims. It is particularly advantageous if the cooling element of the spacer extends flat over most of the printed circuit board sections. As a result, the electronic components that are not facing any housing wall can also be brought into thermal contact with this heat dissipation sheet, which is preferably punched out of an iron or copper sheet. The heat dissipation plate is part of the spacer, which is arranged between the two printed circuit board sections in order to hold them. In this case, plastic holders are integrally formed on the heat dissipation plate and bear against the printed circuit board sections in an electrically insulating manner. In this way, the printed circuit board sections can be kept electrically insulated with a fixed distance in the transverse direction transversely to the extent of the printed circuit board sections, and on the other hand the electronic components can be sufficiently cooled over the entire surface of at least one of the two printed circuit board sections.

Für die Entwärmung der Elektronikbauteile, die besonders viel Wärme produzieren, sind im Entwärmungsblech Kühlflächen ausgeformt, die einen kleineren Abstand zu den Elektronikbauteilen aufweisen, als die restliche Fläche des Entwämungsblechs. Die Kühlflächen werden bevorzugt mittels Tiefziehen oder Stempeln in das Entwärmungsblech eingeprägt, so dass sich eine vorzugsweise ebene Kühlfäche unmittelbar gegenüber der zu entwärmenden Bauelementen erstreckt. Um den thermischen Kontakt zwischen der Kühlfläche und den elektronischen Bauteilen zu erhöhen, kann zwischen diesen eine Wärmeleitpaste angeordnet werden, die den Wärmeübergang zwischen den Elektronikbauteilen und dem Entwärmungsblech erhöht. Diese Ausformung der Kühlflächen mit einem geringeren Abstand zu den Elektronikbauteilen als die restliche Fläche des Kühlblechs hat den Vorteil, dass in den restlichen Bereichen mit dem größeren Abstand dadurch eine ausreichende elektrische Isolation zum Leiterplatinenabschnitt gewährleistet ist.For the cooling of the electronic components, which produce a lot of heat, cooling surfaces are formed in the cooling plate, which have a smaller distance to the electronic components than the rest of the surface of the cooling plate. The cooling surfaces are preferably embossed into the cooling plate by means of deep drawing or stamping, so that a preferably flat cooling surface extends directly opposite the components to be cooled. In order to increase the thermal contact between the cooling surface and the electronic components, a thermal paste can be arranged between them, which increases the heat transfer between the electronic components and the heat dissipation plate. This formation of the cooling surfaces with a smaller distance to the electronic components than the remaining surface of the cooling plate has the advantage that sufficient electrical insulation from the printed circuit board section is ensured in the remaining areas with the greater distance.

In einer bevorzugten Ausführung ist das Entwärmungsblech nicht mittig zwischen den beiden parallel angeordneten Leiterplatinenabschnitten angeordnet, sondern weist zu einem ersten Leiterplatinenabschnitt einen größeren Abstand quer zur Erstreckungsrichtung auf, als zu einem zweiten Leiterplatinenabschnitt. Diese Anordnung kann dafür genutzt werden, dass der erste Leiterplatinenabschnitt beispielsweise über eine Gehäusewand aus Metall entwärmt wird, wohingegen der zweite Leiterplatinenabschnitt, der nicht unmittelbar entlang einer Gehäusewand angeordnet ist, über das Entwärmungsblech gekühlt werden kann. Das Entwärmungsblech ersteckt sich dabei in geringem Abstand insbesondere vollflächig über den gesamten zweiten Leiterplatinenabschnitt. Das Entwärmungsblech kann seine Wärme an die Luft im Inneren des Elektronikgehäuses abgeben oder in einer alternativen Ausführung auch thermisch mit einer Gehäusewand kontaktiert sein.In a preferred embodiment, the cooling plate is not arranged centrally between the two parallel printed circuit board sections, but has a greater distance from a first printed circuit board section transversely to the direction of extension than from a second printed circuit board section. This arrangement can be used to cool the first printed circuit board section, for example, via a metal housing wall, whereas the second printed circuit board section, which is not arranged directly along a housing wall, can be cooled via the heat dissipation plate. The cooling plate extends at a small distance, in particular over the entire surface, over the entire second printed circuit board section. The heat dissipation plate can give off its heat to the air inside the electronics housing or, in an alternative embodiment, can also be in thermal contact with a housing wall.

Das Entwärmungsblech dient gleichzeitig zur Stabilisierung des Abstandshalters zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten, indem am äußeren Rand des Entwärmungsblechs Blechzungen umgeformt sind, die sich quer zur Erstreckungsrichtung der Leiterplatinenabschnitte erstrecken. Die Blechzungen können sehr günstig als Biegestanzteil zusammen mit dem Entwärmungsblech ausgebildet werden, wobei die Blechzungen bevorzugt am äußeren Rand des Entwärmungsblechs näherungsweise rechtwinklig abgewinkelt sind. Damit bildet das Blechstanzteil des Entwärmungsblechs eine Art Wanne, wobei die Blechzungen nur an den Rändern des Entwärmungsblechs angeformt sind, an denen eine Abstützung quer zur Erstreckungsrichtung notwendig ist.The heat dissipation plate also serves to stabilize the spacer between the two printed circuit board sections by forming sheet metal tongues on the outer edge of the heat dissipation plate, which extend transversely to the direction in which the printed circuit board sections extend. The sheet metal tongues can be designed very favorably as a stamped and bent part together with the heat dissipation sheet, the sheet metal tongues preferably being angled approximately at right angles on the outer edge of the heat dissipation sheet. The stamped sheet metal part of the heat dissipation sheet thus forms a type of trough, the sheet metal tongues being formed only on the edges of the heat dissipation sheet, on which support transversely to the direction of extension is necessary.

Zur Integration des Entwärmungsblechs in den Abstandshalter können an den abgewinkelten Blechzungen sehr kostengünstig Kunststoffhalter mittels Spritzgießen angeformt werden. Dabei bilden die abgewinkelten Blechzungen ein mechanisch stabiles Gerüst für den Abstandshalter, wobei die Kunststoffhalter elektrisch isolierte Aufnahmen für die beiden Leiterplatinenabschnitte aufweisen.To integrate the heat dissipation sheet into the spacer, plastic holders can be molded onto the angled sheet metal tongues very inexpensively by means of injection molding. The angled sheet metal tongues form a mechanically stable framework for the spacer, the plastic holders having electrically insulated receptacles for the two printed circuit board sections.

Besonders günstig ist es, die Blechzungen vollständig mit den Kunststoffhaltern zu Umspritzen, damit die Blechzungen vollständig elektrisch isoliert sind. Dies erleichtert die Befestigung der beiden Leiterplatinenabschnitten an den Kunststoffhaltern und die Montage des Kunststoffhalters mit den Leiterplatinenabschnitten im Elektronikgehäuse, damit hier keine elektrischen Kurzschlüsse auftreten. Dabei kann der Kunststoffhalter in einfacherweise als Kunststoff-Wand ausgebildet werden, die sich vom Entwärmungsblech entlang der Blechzungen quer zur Erstreckungsrichtung erstreckt. Dabei gibt die Ausdehnung der Kunststoffhalter quer zur Erstreckungsrichtung den Abstand zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten vor. Die Kunststoff-Wand kann dabei mehrere einzelne Blechzungen umschließen, so dass sich die Kunststoffwand zumindest über einen Teil des äußeren Rands des Entwärmungsblechs erstreckt, und damit zumindest eine teilweise umlaufende Wand quer zum Entwärmungsblech bildet.It is particularly favorable to encapsulate the sheet metal tongues completely with the plastic holders so that the sheet metal tongues are completely electrically insulated. This makes it easier to fasten the two printed circuit board sections to the plastic holders and to assemble the plastic holder with the printed circuit board sections in the electronics housing, so that no electrical short circuits occur here. The plastic holder can easily be designed as a plastic wall that extends from the heat dissipation sheet along the sheet metal tongues transversely to the direction of extension. The extent of the plastic holder transversely to the direction of extent specifies the distance between the two printed circuit board sections. The plastic wall can enclose several individual sheet metal tongues, so that the plastic wall extends at least over part of the outer edge of the heat dissipation sheet and thus forms at least a partially circumferential wall across the heat dissipation sheet.

Für die Befestigung der beiden Leiterplatinenabschnitte sind an dem Kunststoffhalter an beiden Enden quer zur Erstreckungsrichtung Positionierelemente und Anlagepunkte ausgebildet, durch die die beiden Leiterplatinenabschnitte in einer definierten Position an dem Abstandshalter anliegen. Zusätzlich sind vorteilhaft integrierte Rastelemente angeformt, so dass die beiden Leiterplatinenabschnitte beim Anlegen an den Kunststoffhalter mit diesem verrasten, und somit unmittelbar zuverlässig am Abstandshalter positioniert werden. Des Weiteren können auch zusätzliche Befestigungselemente am Kunststoffhalter angeformt werden, mittels denen die Leiterplatinenanordnung im Elektronikgehäuse positioniert und/oder fixiert wird. Dies können beispielweise Anschraubdome oder integrierte Gewindehülsen sein.For fastening the two printed circuit board sections, positioning elements and contact points are formed on the plastic holder at both ends transversely to the direction of extension, through which the two printed circuit board sections bear in a defined position on the spacer. In addition, integrated latching elements are advantageously molded on, so that the two printed circuit board sections latch with the plastic holder when it is placed on the latter, and are thus directly and reliably positioned on the spacer. Furthermore, additional fastening elements can also be molded onto the plastic holder, by means of which the printed circuit board arrangement is positioned and / or fixed in the electronics housing. These can be screw-on domes or integrated threaded sleeves, for example.

In einer bevorzugten Ausführung ist an dem Entwärmungsblech ein Massekontakt ausgebildet, der einerseits gegenüber dem Entwärmungsblech elektrisch isoliert ist, und elektrisch den ersten Leiterplatinenabschnitt mit dem zweiten Leiterplatinenabschnitt verbindet. Die Ausbildung eines solchen Massekontakts zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten kann die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leiterplatinenanordnung erhöhen, wobei sowohl die Abschirmung gegenüber äußerer Störstrahlung erhöht werden kann, als auch das Generieren interner Störstrahlung reduziert werden kann. Der Massekontakt durchdringt hierbei das Entwärmungsblech quer zur Erstreckungsrichtung wobei hierzu insbesondere zuvor ein Durchbruch im Entwärmungsblech ausgeschnitten wird. Der Massekontakt ist beispielweise als Metallrohr ausgebildet, das sich quer zum Entwärmungsblech erstreckt. Dieses Metallrohr ist beispielsweise mit Kunststoff ummantelt, der insbesondere einstückig mit der umlaufenden Wand des Kunststoffhalters ausgebildet sein kann.In a preferred embodiment, a ground contact is formed on the heat dissipation plate, which on the one hand is electrically insulated from the heat dissipation plate and electrically connects the first printed circuit board section to the second printed circuit board section. The formation of such a ground contact between the two circuit board sections can increase the electromagnetic compatibility (EMC) of the circuit board arrangement, both the shielding against external interference radiation can be increased and the generation of internal interference radiation can be reduced. The ground contact penetrates the heat dissipation plate transversely to the direction of extension, an opening being cut out in the heat dissipation plate for this purpose in particular. The ground contact is designed, for example, as a metal tube that extends transversely to the heat dissipation plate. This metal tube is sheathed with plastic, for example, which can in particular be formed in one piece with the circumferential wall of the plastic holder.

Besonders günstig können die beiden Leiterplatinenabschnitte als sogenannte 3D-Semiflexleiterplatine (PCB) ausgebildet sein, wobei die beiden parallel zueinander angeordneten Leiterplatinenabschnitte einstückig durch einen umgebogenen Leiterplatinenbereich miteinander verbunden sind. Dadurch können ohne zusätzlichen Kontaktierungsaufwand elektronische Leiterbahnen vom ersten Leiterplatinenabschnitt zum zweiten Leiterplatinenabschnitt geführt werden. Der umgebogene Leiterplatinenbereich ist dabei beispielsweise als 180°-winkliger, u-förmiger Bereich ausgebildet, oder als näherungsweise zwei 90°-Abwinklungen mit einem Distanzbereich, der sich quer zu den beiden Leiterplatinenabschnitten erstreckt. Dabei erstreckt sich der umgebogene Leiterplatinenbereich bevorzugt nicht über die gesamte Längsausdehnung der beiden Leiterplatinenbereiche, sondern nur an deren beiden Endbereichen. Dadurch entsteht zwischen den beiden umgebogenen Leiterplatinenbereichen in der Mitte deren Längserstreckung einer Durchgangsöffnung, wodurch beispielsweise die Luftzirkulation zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitten verbessert wird.The two printed circuit board sections can be designed particularly favorably as so-called 3D semi-flexible printed circuit boards (PCB), the two printed circuit board sections arranged parallel to one another being connected to one another in one piece by a bent printed circuit board area. As a result, electronic conductor tracks can be routed from the first printed circuit board section to the second printed circuit board section without additional contacting effort. The bent circuit board area is designed, for example, as a 180 ° -angled, U-shaped area, or as approximately two 90 ° bends with a distance area that extends transversely to the two circuit board sections. In this case, the bent-over printed circuit board area preferably does not extend over the entire longitudinal extent of the two printed circuit board areas, but only at their two end areas. This creates a passage opening between the two bent-over printed circuit board areas in the middle, whereby, for example, the air circulation between the two printed circuit board sections is improved.

Da sich das Entwärmungsblech bevorzugt über dem gesamten Bereich des zweiten Leiterplatinenabschnitts erstreckt, können die elektronischen Bauteile auf diesem beliebig angeordnet werden. Beispielweise bedürften Mikroprozessoren oder Leistungshalbleiter zur Ansteuerung der Statorspulen oder Kondensatoren einer besonders effizienten Entwärmung. Deshalb sind gegenüberliegend zu diesen elektronischen Bauteilen entsprechend die Kühlflächen ausgeformt, und bevorzugt mittels Wärmeleitpaste mit dem Mikroprozessor und/oder den Leistungshalbleiter und/oder den Kondensatoren und/oder weiteren elektronischen Bauelementen verbunden.Since the cooling plate preferably extends over the entire area of the second printed circuit board section, the electronic components can be arranged on this as desired. For example, microprocessors or power semiconductors for controlling the stator coils or capacitors require particularly efficient heat dissipation. Therefore are opposite to These electronic components are shaped to correspond to the cooling surfaces, and are preferably connected to the microprocessor and / or the power semiconductor and / or the capacitors and / or further electronic components by means of thermal paste.

Hingegen können die elektronischen Bauteile des ersten Leiterplatinenabschnitts thermisch mit einer Gehäusewand der Steuerelektronik verbunden werden, die insbesondere aus Metall ausgebildet ist und äußere Wärmeleitelemente aufweist. Auch hier können die entsprechenden elektronischen Bauteile mittels einer Wärmeleitpaste mit der Innenwand des Metallgehäuses verbunden werden. Dadurch kann der erste Leiterplatinenabschnitt durch die kühlende Gehäusewand und der zweite Leiterplatinenabschnitt durch das Entwärmungsblech gekühlt werden. Letzteres wird entweder ausschließlich durch Luftkonvektion seine Wärme abgeben, oder das Entwärmungsblech ist zusätzlich ebenfalls mit einer Gehäusewand der Steuerelektronik oder des Elektromotors verbunden. Die Steuerplatinenanordnung kann über die Kunststoffhalter, die am Abstandhalter ausgebildet sind, sehr einfach in einem Gehäuse eines Steuergeräts positioniert und gegebenenfalls auch befestigt werden.In contrast, the electronic components of the first printed circuit board section can be thermally connected to a housing wall of the control electronics, which is made in particular of metal and has external heat-conducting elements. Here, too, the corresponding electronic components can be connected to the inner wall of the metal housing by means of a thermal paste. As a result, the first printed circuit board section can be cooled by the cooling housing wall and the second printed circuit board section can be cooled by the heat dissipation plate. The latter will either give off its heat exclusively through air convection, or the heat dissipation plate is also connected to a housing wall of the control electronics or the electric motor. The control circuit board arrangement can be very easily positioned in a housing of a control device via the plastic holders which are formed on the spacer and, if necessary, can also be fastened.

Eine solche Steuerelektronik mit der Leiterplatinenanordnung ist bevorzugt Bestandteil einer Antriebseinheit, bei der ein Elektromotor über ein Abtriebselement eine elektrische Maschine antreiben kann, oder ein bewegliches Bauteil insbesondere im Kraftfahrzeug verstellen kann. Bei einer solchen elektromotorischen Antriebseinheit ist besonders vorteilhaft ein Teil des Elektronikgehäuses als Metalldeckel ausgebildet, der zur Entwärmung der Leiterplatinenanordnung dient.Such control electronics with the circuit board arrangement are preferably part of a drive unit in which an electric motor can drive an electric machine via an output element, or can adjust a movable component, in particular in the motor vehicle. In such an electromotive drive unit, part of the electronics housing is particularly advantageously designed as a metal cover, which is used to cool the circuit board arrangement.

Zwischen dem Metalldeckel des Elektronikgehäuses und einem Motorgehäuse, das bevorzugt ebenfalls aus Metall gebildet ist, ist dazwischen ein Kunststoffgehäuseteil ausgebildet, in dem eine Verschaltungsplatte für die Ansteuerung der Statorspulen des Elektromotors angeordnet ist. Die entsprechend verschalteten Statorspulen werden über Phasenanschlüsse mit der Leiterplatinenanordnung verbunden, wo sie durch die entsprechende Steuerelektronik zur elektronischen Kommutierung des Rotors angesteuert werden. Besonders günstig erstreckt sich die Rotorwelle mit einem freien Ende axial in das Elektronikgehäuse hinein, so dass ein auf der Rotorwelle angeordneter Signalgeber unmittelbar mit einer entsprechenden Sensoreinrichtung auf dem zweiten Leiterplatinenabschnitt zusammenwirken kann. Dabei sind die beiden Leiterplatinenabschnitt zueinander beabstandet, quer zur Achse der Rotorwelle innerhalb des Elektronikgehäuses angeordnet.Between the metal cover of the electronics housing and a motor housing, which is preferably also made of metal, a plastic housing part is formed in between, in which a circuit board for controlling the stator coils of the electric motor is arranged. The correspondingly interconnected stator coils are connected to the circuit board arrangement via phase connections, where they are controlled by the corresponding control electronics for electronic commutation of the rotor. The rotor shaft extends particularly favorably with a free end axially into the electronics housing, so that a signal transmitter arranged on the rotor shaft can interact directly with a corresponding sensor device on the second printed circuit board section. The two printed circuit board sections are spaced apart from one another and arranged transversely to the axis of the rotor shaft within the electronics housing.

Durch die Anordnung der Elektronikeinheit axial unmittelbar über dem Elektromotor, kann an einem Ende der Rotorwelle vorteilhaft ein Signalgeber angeordnet werden, der mit einem entsprechenden Sensor der Elektronikeinheit zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Rotorlage von der Elektronikeinheit erfasst werden, beispielsweise um die elektronische Kommutierung des Elektromotors zu steuern oder die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle oder die Position von einem durch die Rotorwelle angetriebenen Teil zu bestimmen. Auf der offenen Seite des Statorgehäuses ist bevorzugt ein Lagerschild angeordnet, in dem die Rotorwelle beispielsweise mittels eines Wälzlagers gelagert ist. Dabei tritt die Rotorwelle durch das Lagerschild hindurch und ragt in das Elektronikgehäuse hinein. Durch die Anordnung des Elektronikgehäuses an der axial offenen Seite des Statorgehäuses kann an der gegenüberliegenden Seite des Statorgehäuses eine Durchgangsöffnung im Boden des Poltopfes ausgebildet werden, durch den die Rotorwelle nach außen ragt. Dadurch kann an dem zweiten freien axialen Ende der Rotorwelle ein Abtriebselement angeformt oder angeordnet werden, dass beispielsweise ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug verstellt oder eine Pumpe oder Gebläse antreibt. Die Antriebseinheit ist in diesem Beispiel für den Betrieb bei hohen Temperaturen von oder bis zu etwa 140°C oder 160 °C, insbesondere für eine Semiflex-PCB ausgelegt. Weiterhin ist das mechatronische System der Antriebseinheit in diesem Beispiel für den Betrieb bei hohen Vibrationen von oder bis zu etwa der 25-fachen oder 35-fachen Erdbeschleunigung ausgelegt.By arranging the electronics unit axially directly above the electric motor, a signal transmitter can advantageously be arranged at one end of the rotor shaft, which signal generator interacts with a corresponding sensor of the electronics unit. In this way, the rotor position can be detected by the electronics unit, for example in order to control the electronic commutation of the electric motor or to determine the rotational speed of the rotor shaft or the position of a part driven by the rotor shaft. A bearing plate is preferably arranged on the open side of the stator housing, in which the rotor shaft is supported, for example by means of a roller bearing. The rotor shaft passes through the end shield and protrudes into the electronics housing. By arranging the electronics housing on the axially open side of the stator housing, a through opening can be formed in the bottom of the pole pot on the opposite side of the stator housing, through which the rotor shaft protrudes outwards. As a result, an output element can be formed or arranged on the second free axial end of the rotor shaft, which, for example, adjusts a movable part in the motor vehicle or drives a pump or fan. In this example, the drive unit is designed for operation at high temperatures of or up to approximately 140 ° C. or 160 ° C., in particular for a semiflex PCB. Furthermore, the mechatronic system of the drive unit in this example is designed for operation with high vibrations of or up to approximately 25 or 35 times the acceleration due to gravity.

FigurenlisteFigure list

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ausführungen der Beschreibung und der Zeichnungen, wie diese in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben sind. Es zeigen:

  • 1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Leiterplatinenanordnung,
  • 2 eine Detailansicht eines Entwärmungselements vor dessen Montage,
  • 3 das Entwärmungselement aus 2 mit angespritzten Halteelementen, und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit mit einer Leiterplatinenanordnung.
Further features of the invention emerge from the further explanations of the description and the drawings, as they are described in the following exemplary embodiments of the invention. Show it:
  • 1 an embodiment of a circuit board arrangement according to the invention,
  • 2 a detailed view of a cooling element before its assembly,
  • 3rd the heat dissipation element 2 with molded retaining elements, and
  • 4th an embodiment of an electric drive unit according to the invention with a printed circuit board arrangement.

In 1 ist eine Leiterplatinenanordnung 12 für eine Steuerelektronik 14 einer elektromotorischen Antriebseinheit 10 gezeigt, bei der ein erster Leiterplatinenabschnitt 21 mit einem Abstand 26 zu einem zweiten Leiterplatinenabschnitt 22 angeordnet ist. Die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 sind etwa deckungsgleich zueinander angeordnet, wobei der Abstand 26 quer zur Erstreckungsrichtung 20 der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 beispielsweise 1 bis 3 cm beträgt. Dadurch sind die Leiterplatinenabschnitte 21, 22 näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet. Zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 ist ein Abstandshalter 28 angeordnet, an dem die Leiterplatinenabschnitte 21, 22 befestigt sind. Dazu sind am Abstandshalter 28 Positionierelemente 36 und Rastelemente 38 ausgebildet, die die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 fixieren. Die Leiterplatinenanordnung 12 ist bei dieser Ausführung als Semiflex-Leiterplatine 13 ausgebildet, bei mittels einem Leiterplatinenbereich 16 die Leiterplatinenabschnitte 21, 22 miteinander verbunden sind. Der umgebogene Leiterplatinenbereich 16 setzt sich hier aus zwei etwa 90°-Abwinkelungen 17 zusammen, so dass die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 etwa einen Winkel von 180° zueinander bilden. Die beiden umgebogenen Leiterplatinenbereiche 16 sind jeweils nur an gegenüberliegenden Endbereichen 54 der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 angeformt, so dass mittig zwischen den beiden Endbereichen 54 und den beiden Leiterplatinenabschnitten 21, 22 eine Durchgangsöffnung 15 ausgebildet ist. Der Abstandshalter 28 weist ein Entwärmungselement 24 auf, dass sich näherungsweise flächig parallel zu den Leiterplatinenabschnitten 21, 22 erstreckt. Das Entwärmungselement 24 ist bevorzugt als Entwärmungsblech 25 ausgebildet, das sich nahe entlang der elektronischen Bauteile 50 erstreckt, die von dem - insbesondere zweiten - Leiterplatinenabschnitt 22 dem Entwärmungsblech 25 zugewandt sind. Damit das Entwärmungsblech 25 noch näher an die elektronischen Bauteile 50 heranreicht, sind im Entwärmungsblech 25 Kühlflächen 23 als Erhebungen ausgeformt, die einen geringeren Abstand zu den elektronischen Bauteilen 50 aufweisen, als die übrigen Bereiche des Entwärmungsbleches 25. insbesondere ist das Entwärmungsblech 25 an den Kühlflächen 23 mittels Wärmeleitpaste 19 mit den elektronischen Bauteilen 50 thermisch kontaktiert, vorzugsweise mit einem Mikroprozessor 51 und/oder mit Leistungshalbleitern 52 und/oder mit Transistoren 50 oder Kondensatoren 53. Das Entwärmungsblech 25 weist im flächigen Bereich entlang dem zweiten Leiterplatinenabschnitt 22 bevorzugt keine Isolation auf, damit die Wärme vom Entwärmungsblech 25 direkt an die Luft zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 abgegeben werden kann. Der Abstandshalter 28 weist Kunststoffhalter 30 auf, die sich näherungsweise rechtwinklig von dem flächigen Entwärmungsblech 25 zu dem ersten Leiterplatinenabschnitt 21 erstrecken. Die Kunststoffhalter 30 sind an den Endbereichen 54 der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 angeordnet, und bilden eine umlaufende Wand 32, die sich über einen Teilumfang der beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 erstreckt. Diese Kunststoffhalter 30 geben den Abstand 26 zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 vor und fixieren die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 am Abstandshalter 28. Dazu sind an den Enden der Kunststoffhalter 30 Positionierelemente 36 angeformt, die die Lage der beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 exakt festlegen. Zusätzlich sind als Befestigungselemente beispielsweise Rasthaken 38 angeformt, die die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 zuverlässig in der definierten Position halten. Dabei drücken die Rasthaken 38 die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 gegen definiert an die Kunststoffhalter 30 angeformte Anlagepunkte 37. In 1 sind an dem ersten Leiterplatinenabschnitt 21 an der von dem Abstandshalter 28 abgewandten Außenseite elektronische Bauteile 50 angeordnet, die beispielsweise beim Einbau in ein Steuergerät 14 direkt mit einem Gehäuseteil 81, 82 thermisch kontaktiert werden können, das als Wärmesenke dient.In 1 is a printed circuit board assembly 12th for control electronics 14th an electromotive drive unit 10 shown in which a first printed circuit board section 21 at a distance 26th to a second printed circuit board section 22nd is arranged. The two printed circuit board sections 21 , 22nd are arranged approximately congruently to one another, wherein the distance 26th transverse to the direction of extension 20th of the printed circuit board sections 21 , 22nd for example 1 to 3 cm. This makes the circuit board sections 21 , 22nd aligned approximately parallel to each other. Between the two printed circuit board sections 21 , 22nd is a spacer 28 arranged on which the circuit board sections 21 , 22nd are attached. These are on the spacer 28 Positioning elements 36 and locking elements 38 formed, which the two circuit board sections 21 , 22nd fix. The circuit board assembly 12th is in this version as a semi-flexible printed circuit board 13th formed by means of a printed circuit board area 16 the circuit board sections 21 , 22nd are connected to each other. The bent circuit board area 16 is made up of two approximately 90 ° bends 17th together so that the two circuit board sections 21 , 22nd form approximately an angle of 180 ° to each other. The two bent areas of the printed circuit board 16 are only at opposite end areas 54 of the printed circuit board sections 21 , 22nd molded so that it is centered between the two end areas 54 and the two printed circuit board sections 21 , 22nd a through opening 15th is trained. The spacer 28 has a cooling element 24 on that is approximately flat parallel to the circuit board sections 21 , 22nd extends. The cooling element 24 is preferred as a heat dissipation plate 25th formed that is close along the electronic components 50 extends from the - in particular the second - printed circuit board section 22nd the heat dissipation plate 25th are facing. So that the heat dissipation plate 25th even closer to the electronic components 50 are in the heat dissipation plate 25th Cooling surfaces 23 shaped as elevations, which are a smaller distance to the electronic components 50 have than the other areas of the heat dissipation plate 25th . in particular is the heat dissipation plate 25th on the cooling surfaces 23 by means of thermal paste 19th with the electronic components 50 thermally contacted, preferably with a microprocessor 51 and / or with power semiconductors 52 and / or with transistors 50 or capacitors 53 . The heat dissipation plate 25th points in the flat area along the second printed circuit board section 22nd preferably no insulation, so that the heat from the heat dissipation plate 25th directly into the air between the two printed circuit board sections 21 , 22nd can be delivered. The spacer 28 has plastic holder 30th which are approximately at right angles from the flat heat dissipation plate 25th to the first printed circuit board section 21 extend. The plastic holder 30th are at the end areas 54 of the printed circuit board sections 21 , 22nd arranged, and form a circumferential wall 32 which extends over a partial circumference of the two printed circuit board sections 21 , 22nd extends. These plastic holders 30th give the distance 26th between the two printed circuit board sections 21 , 22nd and fix the two printed circuit board sections 21 , 22nd on the spacer 28 . For this purpose, there are plastic holders at the ends 30th Positioning elements 36 integrally formed, which is the location of the two circuit board sections 21 , 22nd specify exactly. In addition, latching hooks, for example, are used as fastening elements 38 integrally formed that the two circuit board sections 21 , 22nd hold reliably in the defined position. The locking hooks press 38 the two printed circuit board sections 21 , 22nd against defined on the plastic holder 30th molded contact points 37 . In 1 are on the first printed circuit board section 21 at that of the spacer 28 facing away from the outside electronic components 50 arranged, for example when installing in a control unit 14th directly with a housing part 81 , 82 can be thermally contacted, which serves as a heat sink.

In 2 ist ein Entwärmungsblech 25 dargestellt, wie es beispielsweise in 1 verbaut werden kann. Das Entwärmungsblech 25 erstreckt in Erstreckungsrichtung 20 sich dann etwa parallel und deckungsgleich zum Leiterplatinenabschnitt 22, dessen elektronische Bauteile 50 entwärmt werden sollen. In 2 sind beispielsweise drei ebene Kühlflächen 23 als Vertiefungen in das Entwärmungsblech 25 eingeprägt. Eine erste große Kühlfläche 23 ist zentral im Entwärmungsblech 25 - bevorzugt als Rechteck oder Quadrat - ausgebildet, um thermisch den Mikroprozessor 51 vollflächig zu kontaktieren. Am Randbereich des Entwärmungsblechs 25 sind Blechzungen 34 einstückig angeformt, die näherungsweise rechtwinklig vom flächigen Bereich des Entwärmungsblechs 25 abgebogen sind. Die Blechzungen 34 sind im Bereich der umgebogenen Leiterplatinenbereiche 16 und an beiden offenen, gegenüberliegenden Endbereiche 54 der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 angeformt. Das Entwärmungsblech 25 kann insbesondere als Biegestanzteil aus Stahl oder Kupfer hergestellt werden. Zusätzlich ist im flächigen Bereich des Entwärmungselements 24 ein Durchbruch 56 ausgeschnitten, durch den ein Massekontakt 40 geführt werden kann, der die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 elektrostatisch miteinander verbindet.In 2 is a heat dissipation plate 25th shown, for example, in 1 can be installed. The heat dissipation plate 25th extends in the direction of extent 20th then approximately parallel and congruent to the printed circuit board section 22nd , its electronic components 50 should be cooled. In 2 are for example three flat cooling surfaces 23 as recesses in the heat dissipation plate 25th imprinted. A first large cooling surface 23 is in the center of the heat dissipation plate 25th - preferably as a rectangle or square - designed to thermally the microprocessor 51 to contact over the entire surface. At the edge of the heat dissipation plate 25th are tin tongues 34 integrally formed, which is approximately at right angles from the flat area of the heat dissipation plate 25th are turned. The tin tongues 34 are in the area of the bent circuit board areas 16 and at both open, opposite end regions 54 of the printed circuit board sections 21 , 22nd molded. The heat dissipation plate 25th can in particular be produced as a stamped and bent part made of steel or copper. In addition, is in the flat area of the cooling element 24 a breakthrough 56 cut out through which a ground contact 40 can be performed that the two circuit board sections 21 , 22nd electrostatically connects to each other.

In 3 sind an das Entwärmungsblech 25 aus 2 die Kunststoffhalter 30 angeformt, bevorzugt angespritzt. Die Kunststoffhalter 30 umschließen die umgebogenen Blechzungen 34 vollständig, so dass diese elektrisch gegenüber der beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 isoliert sind. Bevorzugt sind die Kunststoffhalter 30 als umlaufende Wand 32 ausgebildet, die sich beispielsweise entlang der gesamten Endbereiche 54 der beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 erstrecken. In 3 erstrecken sich die umlaufenden Wände 32 um die Ecken des Entwärmungsblechs 25 bis zu der Durchgangsöffnung 15 zwischen den beiden umgebogenen Leiterplatinenbereichen 16. An der Stirnseiten 33 der umlaufenden Wand 32 sind die Anlageflächen 37, die Positionierelemente 36 und die Rastelemente 38 zur definierten Fixierung der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 an die Kunststoffhalter 30 angeformt. Des Weiteren ist in den Durchbruch 56 ein Massekontakt-Element 40 eingefügt, das hier als Metallhülse 41 ausgebildet ist, das von einem Kunststoffmantel 42 als elektrische Isolation umschlossen ist. Das Massekontakt-Element 40 erstreckt sich quer zu dem Entwärmungsblech 25 und hat etwa die gleiche Ausdehnung in Querrichtung 18, wie die die umlaufende Wand 32.In 3rd are on the heat dissipation plate 25th out 2 the plastic holder 30th molded, preferably molded on. The plastic holder 30th enclose the bent sheet metal tongues 34 completely so that this is electrically opposite to the two printed circuit board sections 21 , 22nd are isolated. The plastic holders are preferred 30th as a surrounding wall 32 formed, for example, along the entire end regions 54 of the two printed circuit board sections 21 , 22nd extend. In 3rd the surrounding walls extend 32 around the corners of the heat dissipation plate 25th up to the passage opening 15th between the two bent circuit board areas 16 . On the front sides 33 the surrounding wall 32 are the contact surfaces 37 , the Positioning elements 36 and the locking elements 38 for the defined fixing of the printed circuit board sections 21 , 22nd to the plastic holder 30th molded. The moreover one is in the breakthrough 56 a ground contact element 40 inserted here as a metal sleeve 41 is formed by a plastic jacket 42 is enclosed as electrical insulation. The ground contact element 40 extends transversely to the heat dissipation plate 25th and has about the same extent in the transverse direction 18th like the surrounding wall 32 .

4 zeigt einen axialen Querschnitt durch eine elektrische Antriebseinheit 10 mit einer erfindungsgemäßen Leiterplatinenanordnung 12. Die rotatorische elektrische Antriebseinheit 10 ist beispielhaft als elektronisch kommutierte Innenläufermaschine ausgebildet und weist einen Stator 60 mit nach innen gerichteten Statorzähnen 61 auf, der außenseitig von einem zylindrischen Statorgehäuse 62 umgeben ist. In einem von den Statorzähnen 61 umgebenen Innenraum ist ein mit Permanentmagneten 65 versehener Rotor 64 drehbeweglich angeordnet. Auf den Statorzähnen 61 sind Statorspulen 63 gewickelt, an denen im Betrieb der Antriebseinheit 10 mittels der in der Steuerungselektronik 14 vorgesehenen Leiterplatinenanordnung 12 eine geeignete elektrische Spannung zur elektronischen Kommutierung angelegt wird, um ein wanderndes Magnetfeld im Innenraum des Elektromotors 8 zu erzeugen. Dieses bewirkt ein für die Rotation des Rotors 64 erforderliches Drehmoment. Der Rotor 64 ist im Ausführungsbeispiel mittels eines ersten Lagers 68 am Boden des Statorgehäuses 62 gelagert. Hierzu weist das Statorgehäuse 62 einen axialen Fortsatz 70 auf, der als Lagersitz für das erste Lager 68 ausgebildet ist. Das Statorgehäuse 62 ist beispielsweise als Tiefziehteil aus Metall hergestellt. Eine Rotorwelle 66 des Rotors 64 ragt durch eine Öffnung des Statorgehäuses 62 aus diesem heraus, um ein Drehmoment des Elektromotors 8 auf ein nicht näher dargestelltes Getriebe oder eine Pumpe oder ein Gebläse zu übertragen. Dabei ist an der Rotorwelle 66 ein Abtriebselement 74 angeordnet, beziehungsweise an der Rotorwelle 66 ausgeformt. 4th shows an axial cross section through an electric drive unit 10 with a printed circuit board arrangement according to the invention 12th . The rotary electric drive unit 10 is designed as an electronically commutated internal rotor machine and has a stator 60 with inwardly directed stator teeth 61 on, the outside of a cylindrical stator housing 62 is surrounded. In one of the stator teeth 61 Surrounded interior is one with permanent magnets 65 equipped rotor 64 rotatably arranged. On the stator teeth 61 are stator coils 63 wound on those in operation of the drive unit 10 by means of the control electronics 14th provided circuit board arrangement 12th a suitable electrical voltage for electronic commutation is applied to a moving magnetic field in the interior of the electric motor 8th to create. This causes one for the rotation of the rotor 64 required torque. The rotor 64 is in the embodiment by means of a first bearing 68 at the bottom of the stator housing 62 stored. The stator housing 62 an axial extension 70 on that as the bearing seat for the first bearing 68 is trained. The stator housing 62 is made, for example, as a deep-drawn part made of metal. A rotor shaft 66 of the rotor 64 protrudes through an opening in the stator housing 62 out of this to a torque of the electric motor 8th to be transferred to a gear, not shown, or a pump or a fan. It is on the rotor shaft 66 an output element 74 arranged, or on the rotor shaft 66 shaped.

Das zylindrische Statorgehäuse 62 weist an der dem Lager 68 gegenüberliegende Seite einen offenen Flansch 76 auf, an dem im Ausführungsbeispiel axial ein Elektronikgehäuse 80 anliegt, das aus einem ersten axialen Gehäuseteil 81 und einem zweiten axialen Gehäuseteil 82 zusammengesetzt ist. Das Statorgehäuse 62 und das Elektronikgehäuse 80 bilden zusammen das Gehäuse 11 der Antriebseinheit 10. Im Elektronikgehäuse 80 ist ein Lagerschild 67 mit einem zweiten Lager 69 und eine Verschaltungsplatte 78 integriert. Durch das zweite Lager 69 hindurch ragt ein, dem Abtriebselement 74 gegenüberliegendes erstes freies Ende der Rotorwelle 66, auf dem ein Signalgeber 83 zur Rotorlageerfassung angeordnet ist. Auf dem zweiten Leiterplatinenabschnitt 22 ist axial gegenüberliegend zum Signalgeber 83 ein Sensorelement 94 angeordnet. Beispielsweise ist der Signalgeber 83 als Sensormagnet 84 ausgebildet, dessen axiales Magnetfeld von einem als Magnetsensor 95 ausgebildeten Sensorelement 94 detektierbar ist. Dieses kann beispielsweise als GMR- oder GMX-Sensor 95 ausgebildet sein, der direkt die Drehlage des Sensormagneten 84 erfassen kann. Die Elektronikeinheit 14 kann dieses Signal auswerten, um hiermit beispielsweise die elektronische Kommutierung des EC-Motors 8 anzusteuern. Außerdem kann das Drehlagesignal auch für die Erfassung der Bewegung des Abtriebselements 74 für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden.The cylindrical stator housing 62 points to the camp 68 opposite side an open flange 76 on, on which in the exemplary embodiment an electronics housing axially 80 is applied, which consists of a first axial housing part 81 and a second axial housing part 82 is composed. The stator housing 62 and the electronics housing 80 together form the housing 11 the drive unit 10 . In the electronics housing 80 is a bearing shield 67 with a second camp 69 and an interconnection board 78 integrated. Through the second camp 69 protrudes through, the output element 74 opposite first free end of the rotor shaft 66 on which a signal transmitter 83 is arranged to detect the rotor position. On the second printed circuit board section 22nd is axially opposite to the signal transmitter 83 a sensor element 94 arranged. For example, the signal transmitter 83 as a sensor magnet 84 formed whose axial magnetic field from a magnetic sensor 95 trained sensor element 94 is detectable. This can be used, for example, as a GMR or GMX sensor 95 be formed that directly the rotational position of the sensor magnet 84 can capture. The electronics unit 14th can evaluate this signal in order, for example, to control the electronic commutation of the EC motor 8th head for. In addition, the rotational position signal can also be used to detect the movement of the output element 74 can be used for different applications.

Die Verschaltungsplatte 78 verbindet die einzelnen Statorspulen 63 untereinander und bildet elektrische Phasenanschlüsse 79, die die Stromversorgung der Statorspulen 63 axial durch die Wand des Elektronikgehäuses 80 hindurch aus dem Inneren des Statorgehäuses 62 in das Elektronikgehäuse 80 hinein ermöglichen. Hier sind die Phasenanschlüsse 79 mit dem zweiten Leiterplatinenabschnitt 22 verbunden, um die Statorspulen 63 entsprechend anzusteuern. Im Ausführungsbeispiel ist am ersten Gehäuseteil 81 ein Anschluss-Stecker 88 zur elektrischen Kontaktierung der Antriebseinheit 10 angeordnet. Der Anschluss-Stecker 88 weist einen sich in Radialrichtung 7 erstreckenden Steckerkragen 89 auf, in dem die einzelnen Anschluss-Pins für die Stromversorgung und die Sensorsignale angeordnet sind. Das zweite Gehäuseteil 82 ist hier zur besseren Wärmeabführung aus Aluminium hergestellt. Beispielsweise wird dieses Aluminium-Gehäuseteil 82 mittels Spritz- oder Druckguss-Verfahren hergestellt. Dabei sind an der Außenwand des zweiten Gehäuseteils 82 Wärmeleitelemente 86 angeformt, die beispielsweise als Kühlrippen 87 oder Kühlnoppen ausgebildet sind. Die elektronischen Bauteile 50, die an der Oberseite des ersten Leiterplatinenabschnitts 21 angeordnet sind, können dabei thermisch mit dem zweiten Gehäuseteil 82 kontaktiert sein, bevorzugt ebenfalls mittels einer Wärmeleitpaste 19.The interconnection board 78 connects the individual stator coils 63 with each other and forms electrical phase connections 79 that provide power to the stator coils 63 axially through the wall of the electronics housing 80 through from inside the stator housing 62 in the electronics housing 80 allow into it. Here are the phase connections 79 with the second printed circuit board section 22nd connected to the stator coils 63 to be controlled accordingly. In the exemplary embodiment is on the first housing part 81 a connector plug 88 for making electrical contact with the drive unit 10 arranged. The connection plug 88 shows you in the radial direction 7th extending connector collar 89 in which the individual connection pins for the power supply and the sensor signals are arranged. The second housing part 82 is made of aluminum for better heat dissipation. For example, this aluminum housing part 82 manufactured using injection or die-casting processes. Here are on the outer wall of the second housing part 82 Heat conducting elements 86 integrally formed, for example, as cooling fins 87 or cooling knobs are formed. The electronic components 50 that is at the top of the first printed circuit board section 21 are arranged, can be thermally connected to the second housing part 82 be contacted, preferably also by means of a thermal paste 19th .

Auf den Leiterplatinenabschnitten 21, 22 sind als weitere elektronische Bauteile 50 beispielsweise ein Mikroprozessor 51, Leistungshalbleiterelemente 52 und Entstörbauteile angeordnet. Die Anordnung der elektronischen Bauteile 50 auf den beiden Leiterplatinenabschnitten 21 oder 22 kann entsprechend den Anforderungen (Bauraum, Wärmeabfuhr, Signalgeber) frei variiert werden, da über den umgebogenen Leiterplatinenbereich 16 oder über elektrische Kontaktierungen zweier separat ausgebildeter Leiterplatinenabschnitte 21, 22 letztere entsprechend wie eine einzige große Leiterplatine beschaltet werden können. Die Entwärmung des zweiten Leiterplatinenabschnitts 22 erfolgt hierbei über das Entwärmungsblech 25, das die Wärme an die Luft innerhalb des Elektronikgehäuses 80 abgibt. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Entwärmungsblech 25 auch direkt mit den Wärmeleitelementen 86 des Elektronikgehäuses 80 verbunden. Das Entwärmungsblech 25, das sich flächig über den gesamten zweiten Leiterplatinenabschnitt 22 in Radialrichtung 7 erstreckt, dient auch zur Steigerung der Robustheit hinsichtlich der EMV (Elektro-Magnetische Verträglichkeit), sowohl für die Einstrahlung wie auch für die Abstrahlung. Eine weitere Nebenfunktion des Abstandhalters 28 ist die mechanische Versteifung der beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22, insbesondere, wenn diese als 3D-Semiflex-PCB ausgebildet sind. Durch diese Temperatur- und Vibrationsfestigkeit ist das mechatronische System der Antriebseinheit 10 beispielsweise auch in einem Kraftfahrzeug einsetzbar, wie z. B. in einem Motorkühlersystem oder für andere Rundläufer oder auch für Stellantriebe im Motorraum.On the circuit board sections 21 , 22nd are other electronic components 50 for example a microprocessor 51 , Power semiconductor elements 52 and interference suppression components arranged. The arrangement of the electronic components 50 on the two printed circuit board sections 21 or 22nd can be varied freely according to the requirements (installation space, heat dissipation, signal transmitter), since it is over the bent circuit board area 16 or via electrical contacts between two separately designed printed circuit board sections 21 , 22nd the latter can be wired accordingly like a single large printed circuit board. The cooling of the second printed circuit board section 22nd takes place via the heat dissipation plate 25th that the heat to the air inside the electronics housing 80 gives. In an alternative The design is the heat dissipation plate 25th also directly with the heat conducting elements 86 of the electronics housing 80 connected. The heat dissipation plate 25th , which extends over the entire second printed circuit board section 22nd in radial direction 7th extends, also serves to increase the robustness with regard to the EMC (electro-magnetic compatibility), both for the radiation and for the radiation. Another secondary function of the spacer 28 is the mechanical stiffening of the two printed circuit board sections 21 , 22nd , especially if they are designed as a 3D semi-flex PCB. This temperature and vibration resistance makes the mechatronic system of the drive unit 10 for example, can also be used in a motor vehicle, such as. B. in an engine cooling system or for other rotary machines or for actuators in the engine compartment.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So können die beiden Leiterplatinenabschnitte 21, 22 als separat voneinander ausgebildete Leiterplatten oder als eine einzige Semiflex-Leiterplaine ausgebildet sein. Prinzipiell kann dabei das Entwärmungselement 24 auch von einer ebenen, blechförmigen Ausbildung abweichen, oder die am Entwärmungselement 24 angeformten Blechzungen 34 eine von 90° abweichende Abwinkelung aufweisen. Ebenfalls kann die Ausformung der Kunststoffhalter entsprechend der Geometrie der Leiterplatinenabschitte 21, 22 angepasst werden. Der Abstandshalter 28 kann ausschließlich zur Aufnahme der Leiterplatinenabschnitte 21, 22 ausgebildet sein oder gleichzeitig die Leiterplatinenanordnung 12 auch innerhalb des Gehäuses 11 positionieren und/oder befestigen. Die erfinderische Antriebseinheit 10 eignet sich besonders als Ausführung eines EC-Motors 8 zur Verstellung beweglicher Komponenten oder für Rotationsantriebe im Kraftfahrzeug. Dabei kann ein solcher erfindungsgemäßer Elektromotor 8 besonders günstig im Außenbereich, wie beispielsweise im Motorraum eingesetzt werden, wo er extremen Witterungsbedingungen und Erschütterungen ausgesetzt ist.It should be noted that with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and the description, a wide range of possible combinations of the individual features with one another are possible. So can the two circuit board sections 21 , 22nd be designed as separate printed circuit boards or as a single semi-flexible printed circuit board. In principle, the cooling element can 24 also deviate from a flat, sheet-like design, or the one on the heat dissipation element 24 molded sheet metal tongues 34 have an angle deviating from 90 °. The shape of the plastic holder can also correspond to the geometry of the printed circuit board sections 21 , 22nd be adjusted. The spacer 28 can only be used to accommodate the printed circuit board sections 21 , 22nd be formed or at the same time the circuit board assembly 12th also inside the housing 11 position and / or fasten. The inventive drive unit 10 is particularly suitable as a version of an EC motor 8th for adjusting moving components or for rotary drives in motor vehicles. Such an electric motor according to the invention can 8th can be used particularly favorably outdoors, for example in the engine compartment, where it is exposed to extreme weather conditions and vibrations.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (15)

Leiterplatinenanordnung (12), insbesondere für eine Steuerelektronik (14) einer elektromotorischen Antriebseinheit (10), mit einem ersten Leiterplatinenabschnitt (21) und einem zweiten Leiterplatinenabschnitt (22), die übereinander mit einem Abstand (26), im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) ein Abstandshalter (28) zur mechanischen Fixierung der beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) angeordnet ist, und der Abstandshalter (28) ein Entwärmungselement (24) aus Metall aufweist, das thermisch leitend mit elektronischen Bauteilen (50) des ersten oder des zweiten Leiterplatinenabschnitts (21, 22) verbunden ist.Printed circuit board arrangement (12), in particular for control electronics (14) of an electromotive drive unit (10), with a first printed circuit board section (21) and a second printed circuit board section (22) which are arranged one above the other at a distance (26) essentially parallel to one another, wherein a spacer (28) for mechanically fixing the two printed circuit board sections (21, 22) is arranged between the two printed circuit board sections (21, 22), and the spacer (28) has a metal cooling element (24) which is thermally conductive with electronic components (50) of the first or the second printed circuit board section (21, 22) is connected. Leiterplatinenanordnung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwärmungselement (24) als Entwärmungsblech (25) ausgebildet ist, das sich im Wesentlich parallel zum zweiten Leiterplatinenabschnitt (22) erstreckt, und das Entwärmungsblech (25) mit Kunststoffhaltern (30) verbunden ist, an denen die beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) fixiert sind.PCB assembly (12) according to Claim 1 , characterized in that the heat dissipation element (24) is designed as a heat dissipation plate (25) which extends essentially parallel to the second printed circuit board section (22), and the heat dissipation plate (25) is connected to plastic holders (30) on which the two printed circuit board sections are attached (21, 22) are fixed. Leiterplatinenanordnung (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entwärmungsblech (25) im Bereich der elektronischen Bauelemente (50) Kühlflächen (23) als Vertiefungen im Entwärmungsblech (25) ausgeformt sind, die sich gegenüberliegend zu den elektronischen Bauteilen (50) erstrecken, und insbesondere die Kühlflächen (23) mittels Wärmleitpaste (19) an die elektronischen Bauteile (50) angebunden sind.PCB assembly (12) according to Claim 1 or 2 , characterized in that in the cooling plate (25) in the area of the electronic components (50) cooling surfaces (23) are formed as depressions in the cooling plate (25) which extend opposite the electronic components (50), and in particular the cooling surfaces ( 23) are connected to the electronic components (50) by means of thermal paste (19). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des Entwärmungsblechs (25) zum zweiten Leiterplatinenabschnitt (22) deutlich geringer ist, als zum ersten Leiterplatinenabschnitt (21), und dass am Entwärmungsblech (25) einstückig etwa rechtwinklig Blechzungen (34) angeformt sind, die sich zum ersten Leiterplatinenabschnitt (21) hin erstrecken.Printed circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a distance between the heat dissipation plate (25) and the second printed circuit board section (22) is significantly smaller than that of the first printed circuit board section (21), and that sheet metal tongues in one piece on the heat dissipation plate (25) are approximately rectangular (34) are integrally formed, which extend towards the first printed circuit board section (21). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhalter (30) mittels Kunstsoff-Spritzgießen an den Blechzungen (34) befestigt sind, und insbesondere eine quer zum Entwärmungsblech (25) umlaufende Wand (32) bilden.Circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic holders (30) are fastened to the sheet metal tongues (34) by means of plastic injection molding, and in particular form a wall (32) extending transversely to the heat dissipation sheet (25). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhalter (30) die Blechzungen (34) vollständig umschließen, so dass die Blechzungen (34) gegenüber der beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) vollständig elektrisch isoliert sind.Circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic holders (30) completely enclose the sheet metal tongues (34) so that the sheet metal tongues (34) are completely electrically isolated from the two circuit board sections (21, 22). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kunststoffhaltern (30) Positionierelemente (36) und/oder Anschraubpunkte und/oder Auflagepunkte (37) und/oder Rastelemente (38) für die beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) angeformt sind.Circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that positioning elements (36) and / or screw-on points and / or support points (37) and / or latching elements (38) for the two circuit board sections (21, 22) on the plastic holders (30) ) are formed. Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Entwärmungsblech (25) ein Massekontakt-Element (40) angeordnet ist, das das Entwärmungsblech (25) durchdringt und die beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei vorzugsweise das Massekontakt-Element (40) als - insbesondere mit Kunststoff (42) ummantelte - Metallhülse (41) ausgebildet ist.Printed circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a ground contact element (40) is arranged on the heat dissipation plate (25) which penetrates the heat dissipation plate (25) and connects the two printed circuit board sections (21, 22) to one another in an electrically conductive manner , wherein the ground contact element (40) is preferably designed as a metal sleeve (41), in particular encased with plastic (42). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) mittels eines umgebogenen Leiterplatinenbereichs (16) miteinander zu einer Semiflex-Leiterplaine (13) verbunden sind, wobei insbesondere der umgebogene Leiterplatinenbereich (16) näherungsweise zwei 90°-Abwinkelungen (17) aufweist.Circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the two circuit board sections (21, 22) are connected to one another by means of a bent circuit board area (16) to form a semi-flex circuit board (13), in particular the bent circuit board area (16) being approximately has two 90 ° bends (17). Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (50) auf dem zweiten Leiterplatinenabschnitt (22) als Mikroprozessor (51) und/oder Leistungshalbleiter (52) und/oder Kondensatoren (53) ausgebildet sind, und diese über das Entwärmungselement (24) entwärmt werden.Circuit board arrangement (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic components (50) on the second circuit board section (22) are designed as microprocessors (51) and / or power semiconductors (52) and / or capacitors (53), and these are cooled via the cooling element (24). Steuerelektronik (14) einer elektromotorischen Antriebseinheit (10), mit einer Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (50) des ersten Leiterplatinenabschnitts (21) thermisch direkt an ein metallenes Gehäuseteil (82) der Steuerelektronik (14) angebunden sind, und die elektronischen Bauteile (50) des zweiten Leiterplatinenabschnitts (22) keinen direkten thermischen Kontakt zu dem metallenen Gehäuseteil (82) aufweisen, sondern insbesondere über das Entwärmungselement (24) Wärme an die Luft im Inneren des Steuergeräts (14) abgeben.Control electronics (14) of an electromotive drive unit (10), with a printed circuit board arrangement (12) according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the electronic components (50) of the first printed circuit board section (21) are thermally directly connected to a metal housing part (82) of the control electronics (14), and the electronic components (50) of the second printed circuit board section (22) have no direct thermal Have contact with the metal housing part (82), but in particular emit heat to the air inside the control device (14) via the cooling element (24). Steuerelektronik (14) einer elektromotorischen Antriebseinheit (10), mit einer Leiterplatinenanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiterplatinenabschnitt (22) direkt thermisch leitend mit dem metallenen Gehäuseteil (81, 82) des Elektronikgehäuses (80) oder mit dem Statorgehäuse (62) verbunden ist.Control electronics (14) of an electromotive drive unit (10), with a printed circuit board arrangement (12) according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the second printed circuit board section (22) is directly connected in a thermally conductive manner to the metal housing part (81, 82) of the electronics housing (80) or to the stator housing (62). Steuerelektronik (14) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatinenanordnung (12) über die Kunststoffhalter (30) im Steuergerät (14) positioniert ist.Control electronics (14) Claim 11 or 12th , characterized in that the Circuit board assembly (12) is positioned over the plastic holder (30) in the control unit (14). Elektromotorische Antriebseinheit (10), mit einem axial offenen Motorgehäuse (62), in dem ein Stator (60) und ein Rotor (64) angeordnet sind, und mit einer Steuerelektronik (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das metallene Gehäuseteil (82) als Deckel für das Motorgehäuse (62) ausgebildet ist.Electromotive drive unit (10), with an axially open motor housing (62) in which a stator (60) and a rotor (64) are arranged, and with control electronics (14) according to one of the Claims 11 to 13th , characterized in that the metal housing part (82) is designed as a cover for the motor housing (62). Elektromotorische Antriebseinheit (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorgehäuse (62) und dem metallenen Deckel (82) ein Zwischengehäuseteil (81) aus Kunststoff angeordnet ist, in dem eine Verschaltungsvorrichtung (78) für elektrische Spulen (63) des Stators (60) angeordnet ist, und die beiden Leiterplatinenabschnitte (21, 22) quer zur Rotorwelle (66) ausgerichtet sind, und mit der Verschaltungsvorrichtung (78) zur Ansteuerung der elektrischen Spulen (63) verbunden sind.Electromotive drive unit (10) according to Claim 14 , characterized in that an intermediate housing part (81) made of plastic is arranged between the motor housing (62) and the metal cover (82), in which an interconnection device (78) for electrical coils (63) of the stator (60) is arranged, and the two printed circuit board sections (21, 22) are aligned transversely to the rotor shaft (66) and are connected to the interconnection device (78) for controlling the electrical coils (63).
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