JP2018198524A - モーター、回路基板、及びモーターを含むエンジン冷却モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱放散効果が改善された新しいモーターを提供する。【解決手段】本発明は、モーターと、回路基板と、モーターを含むエンジン冷却モジュールとに関する。モーターはステータ及びロータを含む。ステータは制御モジュール及びヒートシンクを含む。制御モジュールは、回路基板と、回路基板上に取り付けられた発熱電子部品とを含む。回路基板の底面はヒートシンクに面している。発熱電子部品は、回路基板の頂面に取り付けている。回路基板の内側で発熱電子部品に対応する位置に金属製熱伝導部材が埋め込まれ、回路基板の厚さ方向に沿って延びている。発熱電子部品によって発生した熱は、回路基板の頂面から回路基板の底面に伝わる。本発明は、モーターの熱放散効果を向上させる。【選択図】図１

Description

[0002] 本発明は、電気モーターに、特にモーターと、回路基板と、モーターを含む自動車エンジンの冷却モジュールとに関する。

[0003] モーターの制御回路は、電力制御回路及び信号制御回路を含むことが多い。電力制御回路は、電流フローのオン及びオフを制御して、モーターの停止及び運転を制御するように構成されている。信号制御回路は、モーターの動作を制御し又は他の情報をフィードバックするように構成されている。従来の技術では、電力制御回路及び信号制御回路は、異なる回路基板上に通常配置され、それによりモーターの費用が上昇する。

[0004] 特に、エンジン冷却モジュールのモーターは熱い環境で働く必要があるので、モーターの回路基板は難燃性材料で作成されることが多いが、難燃性材料には、不燃性であるという長所があるだけでなく、熱伝導性が劣るという欠点がある。

[0005] 従って、熱放散効果が改善された新しいモーターに対する要望がある。

[0006] 従って、本発明は、その１つの態様において、ステータ及びロータを備えるモーターを提供する。ステータは、制御モジュール及びヒートシンクを含み、制御モジュールは、回路基板と、回路基板に取り付けられた発熱電子部品とを含む。回路基板の底面はヒートシンクに面し、発熱電子部品は回路基板の頂面に取り付けられる。回路基板の内側で発熱電子部品に対応する位置に複数の金属製熱伝導部材が埋め込まれ、金属製熱伝導部材は、回路基板の厚さ方向に沿って延びて、発熱電子部品によって発生した熱を回路基板の頂面から底面に伝える。

[0007] 金属製熱伝導部材は銅製ブロックであることが好ましい。

[0008] 金属製熱伝導部材は、回路基板の頂面及び底面を貫通し、金属製熱伝導部材の一端は、発熱電子部品と電子伝導的に接触しており、金属製熱伝導部材の他端は、ヒートシンクに熱伝導的であるが電子伝導的でなく接続されていることが好ましい。

[0009] 回路基板の底面は、熱伝導性の絶縁用接着剤によってヒートシンクに接着されていることが好ましい。

[0010] 回路基板の基体はＦＲ−４等級材料で作られ、金属製熱伝導部材は基体に埋め込まれていることが好ましい。

[0011] モーターの制御モジュールは唯１つの回路基板に取り付けられ、回路基板は電力制御回路及び信号制御回路を有することが好ましい。

[0012] ステータはステータ座面を備え、ステータ座面はステータコアを支持するための支持座面を備え、支持座面及びヒートシンクは、一緒にスナップ嵌めされて、これらの間に回路基板を収容するための収容空間を定めていることが好ましい。

[0013] モーターは永久磁石型外側ロータ式モーターであり、ステータは、ステータ座面と、ステータ座面に取り付けられたステータコアと、ステータコアの周りに巻き付けられたステータ巻線とを備え、ロータは、ステータ座面に回転可能に取り付けられた回転軸と、回転軸に固定されたカップ形状のロータハウジングと、ロータハウジングの内壁に固定された永久磁石とを備え、ロータハウジングの環状の側壁がステータコアを取り囲み、永久磁石は環状の側壁の内面に取り付けられることが好ましい。

[0014] 別の態様において、本発明は、モーターと、フレームと、インペラーとを含むエンジン冷却モジュールを提供する。モーターは、インペラーを駆動するためにフレームに取り付けられ、かつ制御モジュール及びヒートシンクを含み、制御モジュールは回路基板と、回路基板上に取り付けた発熱電子部品とを含む。回路基板の底面はヒートシンクに面しており、発熱電子部品は回路基板の頂面に取り付けられる。回路基板の内側で発熱電子部品に対応する位置に複数の金属製熱伝導部材が埋め込まれ、金属製熱伝導部材は、回路基板の厚さ方向に沿って延びて、発熱電子部品によって発生した熱を回路基板の頂面から底面に伝える。

[0015] 別の態様において、本発明は、基体と、基体に取り付けられた複数の発熱電子部品と、ヒートシンクとを備える回路基板を提供する。基体は頂面及び底面を備え、複数の発熱電子部品は基体の頂面に取り付けられ、ヒートシンクは絶縁基体の底面の下方に位置し、基体の内側で発熱電子部品に対応する位置に複数の金属製熱伝導部材が埋め込まれ、金属製熱伝導部材は基体を貫通し、発熱電子部品に面する金属製熱伝導部材の端部は、発熱電子部品と伝導的に接触しており、金属製熱伝導部材の他端及びヒートシンクは、熱伝導的であるが電子伝導的でない。

[0016] 本発明は、回路基板の熱放散効果を向上させ、その結果モーターの熱放散影響は改善することができる。

[0017] 以下に、本発明の好ましい実施形態が、添付図面の各図を参照して、ほんの一例として説明される。各図において、２つ以上の図に現われる同一の構造、要素又は部品には、それらが現われる全ての図で全般に同じ参照符号が付される。各図に示す構成部品及び機能の寸法は、全般に表現の便宜及び明確性のために選ばれ、必ずしも一定の縮尺で示さない。各図を以下に列挙する。

本発明の実施形態によるモーターの概略図である。 図１のモーターの内部構造を示す図である。 図１のモーターのステータ座面の概略側面図である。 図３の線Ａ−Ａに沿うステータ座面の縦断面図である。 図１のモーターの回路基板及びヒートシンクの概横断面図である。 本発明の別の実施形態による、回路基板及びコネクターの概略図である。 本発明の別の実施形態による、モーターで使用される自動車エンジンの冷却モジュールの概略図である。

[0025] 以下に、本発明の具体的な実施形態が図面とともに詳しく説明されている。図面は、限定よりも例示であることを理解されたい。図は、実寸を示さず、説明された実施形態の全ての態様を例示するとは限らず、本開示の範囲を限定しない。別段の定めがない限り、本開示で用いる全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって理解される意味と共通の普通の意味を有する。

[0026] 図１を参照して、本発明の実施形態に従うモーター１００は、永久磁石型ブラシレス外側ロータ式モーターであり、それは、ロータ３０及びステータ５０を含む。

[0027] ステータ５０は、磁性材料で作ったステータコア５１と、ステータコア５１の周りに巻き付けたステータ巻線５３と、ステータ巻線５３に電力を供給するためのコネクター５５と、ステータコア５１を支持するためのステータ座面５７と、ステータ座面５７に取り付けられたヒートシンク７１と、制御モジュールとを含む。ヒートシンク７１は、銅又はアルミニウムのような金属製熱伝導用材料で作っている。コネクター５５は、外部電源（図示しない）に接続するためにステータ座面５７上に取り付けられる。

[0028] ロータ３０は、回転軸３１と、回転軸３１に固定されたカップ状のロータハウジング３３と、ロータハウジング３３の内壁に取り付けた複数の永久磁石３５とを含む。ロータハウジング３３は、環状の側壁３３ａと、環状の側壁３３ａの軸方向端部に位置する底部分３３ｂとを含む。底部分３３ｂは、回転軸３１に固定されて回転軸３１とともに回転する。環状の側壁３３ａは、軸３１を取り囲んでその周りに回転する。永久磁石３５は、環状の側壁３３ａの内周面に取り付けられる。この実施形態では、底部分３３ｂに複数の実質的にファン形状の貫通穴３３ｃが定まり、回転軸３１の周りに分配され、その結果外部の空気がモーター１００の内部に入ってステータコア５１及びステータ巻線５３を冷まし、モーター１００の冷却効果を向上させる。ロータハウジング３３の底部分３３ｂは、ロータ３０をインペラー２２０（図７を参照）に固定して取り付けるために複数の取り付け位置を形成し、結果としてロータ３０はインペラーを駆動して回転させることができる。

[0029] 図２を参照して、回転軸３１は、ステータ座面５７に２つの軸受３２によって回転可能に取り付けている。ステータ座面５７は、円筒状の支持支柱６３を含む。支持支柱６３に２つの軸受位置６５が形成され、対応する軸受３２を取り付けている。こうして、ロータ３１は、ステータ座面５７に対して回転することができる。

[0030] ステータコア５１は、環状のヨーク部分５１ａと、環状のヨーク部分５１ａから外側に延びている複数のステータ歯５１ｂとを含む。ステータ歯５１ｂの周りにステータ巻線５３を巻き付けている。ステータコア５１及びステータ巻線５３は、ステータ座面５７に固定して取り付けている。

[0031] ステータ座面５７は、支持座面６１と、支持座面６１にスナップ嵌めされたヒートシンク７１とを含み、支持支柱６３は支持座面６１上に配置されている。

[0032] 図３から図５を参照すると、制御モジュールは、回路基板８１と、回路基板８１上に取り付けられた複数の発熱電子部品９１とを含む。この実施形態では、支持座面６１及びヒートシンク７１は、それぞれステータ座面５７の上部シェル及びより下部シェルとして役立つ。支持座面６１及びヒートシンク７１は一緒に留められ、その内部に収容空洞が形成されて回路基板８１及び発熱電子部品９１を収納している。コネクター５５は、回路基板８１に取り付けられ、回路基板８１上の発熱電子部品に電気的に接続されている。

[0033] 図５を参照して、回路基板８１の底面が、ヒートシンク７１に当接し、又は熱伝導性の絶縁用接着剤８５によってヒートシンク７１に接着されて熱放散を助長し、また金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）のような多くの電子部品９１が、回路基板８１の頂面上に取り付けられる。部品９１は、作動時に発熱して熱源になることが理解される。回路基板８１の基体８１１が、難燃性材料、例えばＦＲ４材料で作られている。

[0034] 熱放散効果を向上させるために、金属製熱伝導部材が、回路基板８１の基体８１１に埋め込まれている。この実施形態では、金属製熱伝導部材は銅製ブロック８３であり、銅製ブロック８３は、回路基板８１の厚さ方向に沿って延びている。銅製ブロック８３は、回路基板８１の頂面及び底面を貫通し、発熱電子部品９１よって発生した熱は、回路基板８１の頂面から底面に素早く伝わり、ヒートシンク７１を通って放散されることが好ましい。埋め込まれた金属製熱伝導部材は、回路基板８１の熱伝導性をその厚さ方向に沿って有効に改善することができる。銅製ブロック８３の位置は、発熱電子部品９１に面することが好ましい。銅製ブロック８３の頂面は、発熱電子部品９１と導電的に接触しており、銅製ブロック８３の底面は、ヒートシンク７１に接触していない。具体的には、ＭＯＳＦＥＴの熱パッドのような、発熱電子部品９１の熱伝導ピンは、銅製ブロック８３に直接はんだ付けすることができ、その結果ＭＯＳＦＥＴによって発生した熱は、銅製ブロック８３に素早く伝わることができ、電子部品９１に面する銅製ブロック８３の面積は、電子部品９１の面積よりも大きく、できるだけ多くの熱を電子部品９１から受け取って伝えることがより好ましい。１つのＭＯＳＦＥＴには、相応して金属製熱伝導部材８３を設け得ることが好ましい。理解できるように、ＭＯＳＦＥＴの複数の熱パッドが一緒に接続されれば、複数のＭＯＳＦＥＴは、１つの金属製熱伝導部材を共有することができる。

[0035] 回路基板８１の底面は、熱伝導性の絶縁接着剤８５によってヒートシンク７１に取り付けられる。熱伝導性の絶縁接着剤８５は、回路基板８１とヒートシンク７１との間の隙間をできるだけ満たし、その結果回路基板８１とヒートシンク７１との間の熱伝導性が改善する。熱伝導性の絶縁接着剤８５は、金属製熱伝導部材８３とヒートシンク７１との間に位置して結果的に金属製熱伝導部材８３はヒートシンク７１を接触せず、しかも金属製熱伝導部材８３とヒートシンク７１とを電気的に絶縁している。

[0036] モーター１００には唯１つの回路基板８１があり、それによって構造が単純化され、組立費用が下がることが好ましい。回路基板８１は、電力管理及び信号伝送を統合することができる。従って、コネクター５５は、電源に接続された端子と、信号源に接続された端子とを含む。

[0037] 図６を代わりに参照すると、回路基板８１は、２つのコネクター、つまり電源コネクター５５ａ及び信号コネクター５５ｂに接続することができる。

[0038] 図７を参照すると、本発明の別の実施形態による自動車エンジンの冷却モジュール２００が示されている。本発明のモーターは、冷却モジュール２００に応用されている。エンジン冷却モジュール２００は、フレーム２１０、インペラー２２０及びモーター１００を含む。フレーム２１０は、長方形又は円形の外側フレーム２１２と、外側フレーム２１２の中央に配置された内側フレーム２１４と、外側フレーム２１２と内側フレーム２１４との間に接続されている複数の支持部分２１６とを含む。モーター１００は、内側フレーム２１４に取り付けられ、インペラー２２０を駆動するように構成されている。本発明のモーター１００を適用したおかげで、エンジン冷却モジュール２００は、熱放散が良く、冷却効果が良く、しかも耐用年数が長い。

[0039] 図５を参照すると、本発明の別の実施形態による回路基板は、基体８１１と、基体８１１上に取り付けられた複数の発熱電子部品９１と、ヒートシンク７１とを含む。基体８１１は頂面及び底面を含む。発熱電子部品９１は、絶縁基体８１１の頂面上に取り付けられる。ヒートシンク７１は絶縁基体８１１の底面の下方に位置している。絶縁基体８１１の内側で、金属製熱伝導部材８３は、発熱電子部品９１が位置している位置の下方に埋め込まれている。金属製熱伝導部材８３は絶縁基体８１１を貫通し、金属製熱伝導部材８３の一端は、発熱電子部品９１と伝導的に接触している。金属製熱伝導部材８３の他端は、ヒートシンク７１に熱的にしかし非電気的に接続され、発熱電子部品９１によって発生した熱は、ヒートシンク７１に移動される。絶縁基体８１１の底面は、熱伝導性の絶縁用接着剤８５によってヒートシンク７１に固着されている。熱伝導性の絶縁用接着剤８５は、金属製熱伝導部材８３とヒートシンク７１の間に位置して、金属製熱伝導部材８３及びヒートシンク７１を電気的に絶縁し、結果として金属製熱伝導部材８３とヒートシンク７１との間に熱伝導的でかつ電気不伝導的な接触が形成される。制御回路基板８１は、発熱電子部品９１によって発生した熱を金属製熱伝導部材８３を通って絶縁基体８１１の底面へ素早く伝え、熱をヒートシンク７１を通して放散し、その結果回路基板の熱放散及び耐用年数が改善する。

[0040] 本出願の明細書及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにそれらの派生語の各々は、記述した特徴の存在を具体化するために包括的な意味で使用され、追加の品目の存在を排除しない。

[0041] 本発明の所定の複数の特徴は、明瞭さのために個別の実施形態の文脈に記載されるが、これらは、単一の実施形態に組み合せて設けても良いことを認識されたい。反対に、簡潔さのために単一の実施形態の文脈に記載された本発明の様々な特徴は、別個に又は任意の適切な副結合で設けることもできる。

[0042] 上述した実施形態は、ほんの一例として提示され、当業者には、添付した請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱しない他の様々な修正が明らかである。

３０ ロータ
３１ 回転軸
３３ ロータハウジング
３３ａ 環状の側壁
３３ｂ 底部分
３３ｃ 貫通穴
３５ 永久磁石
５０ ステータ
５１ ステータコア
５３ ステータ巻線
５５ コネクター
５７ ステータ座面
１００ モーター

Claims (11)

1. ステータ及びロータを備えるモーターであって、前記ステータは、制御モジュール及びヒートシンクを備え、前記制御モジュールは、回路基板と、前記回路基板に取り付けられた発熱電子部品とを備え、前記回路基板の底面は前記ヒートシンクに面しており、前記発熱電子部品は前記回路基板の頂面に取り付けられ、前記回路基板の内側で前記発熱電子部品に対応する位置に複数の金属製熱伝導部材が埋め込まれ、前記金属製熱伝導部材は、前記回路基板の厚さ方向に沿って延びて、前記発熱電子部品によって発生した熱を前記回路基板の前記頂面から前記底面に伝えることを特徴とするモーター。
2. 前記金属製熱伝導部材は銅製ブロックである、請求項１に記載のモーター。
3. 前記金属製熱伝導部材は、前記回路基板の前記頂面及び前記底面を貫通し、前記金属製熱伝導部材の一端は、前記発熱電子部品と電子伝導的に接触しており、前記金属製熱伝導部材の他端は、前記ヒートシンクに熱伝導的であるが電子伝導的でなく接続されている、請求項１又は２に記載のモーター。
4. 前記回路基板の前記底面は、熱伝導性の絶縁用接着剤によって前記ヒートシンクに接着されている、請求項１から３の何れか１つに記載のモーター。
5. 前記回路基板の前記基体はＦＲ−４等級材料で作られ、前記金属製熱伝導部材は前記基体に埋め込まれている、請求項１から４の何れか１つに記載のモーター。
6. 前記モーターの前記制御モジュールは唯１つの回路基板に取り付けられ、前記回路基板は電力制御回路及び信号制御回路を有する、請求項１から５の何れか１つに記載のモーター。
7. 前記ステータはステータ座面を備え、前記ステータ座面は前記ステータコアを支持するための支持座面を備え、前記支持座面及び前記ヒートシンクは、一緒にスナップ嵌めされて、これらの間に前記回路基板を収容するための収容空間を定めている、請求項１から６の何れか１つに記載のモーター。
8. 前記モーターは永久磁石型外側ロータ式モーターであり、前記ステータは、ステータ座面と、前記ステータ座面に取り付けられたステータコアと、前記ステータコアの周りに巻き付けられたステータ巻線とを備え、前記ロータは、前記ステータ座面に回転可能に取り付けられた回転軸と、前記回転軸に固定されたカップ形状のロータハウジングと、前記ロータハウジングの内壁に固定された永久磁石とを備え、前記ロータハウジングの環状の側壁が前記ステータコアを取り囲み、前記永久磁石は前記環状の側壁の内面に取り付けている、請求項１から７の何れか１つに記載のモーター。
9. 請求項１から８の何れか１つに記載のモーターと、フレームと、インペラーとを備え、前記モーターは、前記フレームに取り付けられて前記インペラーを駆動することを特徴とするエンジン冷却モジュール。
10. 基体と、前記基体に取り付けられた複数の発熱電子部品と、ヒートシンクとを備える回路基板であって、前記基体は頂面及び底面を備え、前記複数の発熱電子部品は前記基体の前記頂面に取り付けられ、前記ヒートシンクは前記絶縁基体の底面の下方に位置しており、前記基体の内側で前記発熱電子部品に対応する位置に複数の金属製熱伝導部材が埋め込まれ、前記金属製熱伝導部材は前記基体を貫通し、前記発熱電子部品に面する前記金属製熱伝導部材の端部は、前記発熱電子部品と伝導的に接触しており、前記金属製熱伝導部材の他端及び前記ヒートシンクは、熱伝導的であるが電子伝導的でないことを特徴とする回路基板。
11. 前記金属製熱伝導部材は銅製ブロックである、請求項１０に記載の回路基板。