JP5972268B2 - 効率的な熱輸送が行われる、電力出力段を備えたモータ、および方法 - Google Patents

Description

従来技術
本発明はモータに関し、とりわけ電子整流型モータに関する。前記モータはステータを有し、このステータは有利にはステータコイルを含む。前記モータはさらに、ロータと、少なくともステータおよびロータを空洞に収容するケーシングとを備えている。前記モータは電力出力段も有する。この電力出力段はステータに接続されており、回転磁界を生成するために当該ステータに通電するように構成されている。前記電力出力段は、熱コンタクト面を有する少なくとも１つのパワー半導体を有する。この熱コンタクト面は前記ケーシングに熱伝導結合されていることにより、前記パワー半導体にて生成された熱がケーシングへ放熱できるようにされている。

従来技術から公知のモータ、とりわけ、永久磁石型ロータを有する電子整流型モータには、ステータを駆動制御するための電力出力段の構成要素を成すパワー半導体は熱を生成するので、パワー半導体が過熱しないようにこの熱を放熱しなければならないという問題が存在する。たとえば、前記パワー半導体の端子はプリント回路基板に接続されており、パワー半導体によってこのプリント回路基板に熱が流入してしまう。

発明の開示
本発明では前記ケーシングは、前記空洞を少なくとも部分的に包囲する‐有利には熱伝導性の‐ケーシング容器を有し、このケーシング容器は、前記熱コンタクト面に対応する対向コンタクト面を有する容器壁を有する。したがって有利には、パワー半導体にて生成された熱はケーシングへ、とりわけケーシング容器へ放熱することができる。さらに有利には、前記モータを組み立てるために、前記電力出力段、とりわけパワー半導体をまず最初に前記ケーシングに熱伝導結合し、その後に別のケーシング部品と前記ケーシング容器とを、たとえば、前記ケーシング容器を封止するための少なくとも１つの蓋部と前記ケーシング容器とを結合する。たとえば前記容器は、前記容器壁に一体成形された‐または、前記容器壁に分離可能に接続された‐容器底を有することができる。有利には、前記容器壁はモータシャフト軸に対して平行である。さらに有利には、前記容器壁は円筒形に形成されている。

さらに有利には、前記パワー半導体に、とりわけパワー半導体の端子ピンに、プリント回路基板を嵌めることができる。その際には、前記パワー半導体の端子と前記プリント回路基板とを別の製造工程においてはんだ付けすることができる。このようにして組み立てられたユニットにより、前記ケーシングを封止するケーシング蓋部を簡単にねじ止めするか、または嵌めることができる。有利にはこのようにして、前記電力出力段を含む制御装置を、モータケーシング内に省スペースで組み込むことができる。さらに有利には、前記プリント回路基板に中間回路キャパシタを実装することができる。というのも、前記電力出力段と前記プリント回路基板とを離隔することができ、それにより、電力出力段によってプリント回路基板のプリント回路基板面が覆われる面部分が無いからである。

１つの有利な実施形態では、前記電力出力段は３つのトランジスタハーフブリッジを有し、各トランジスタハーフブリッジはそれぞれ、少なくとも１つのパワー半導体によって構成されるか、またはパワー半導体１つだけによって構成され、とりわけそれぞれパワー半導体モジュールによって構成される。有利には、前記モータは３つのパワー半導体モジュールを有する。前記パワー半導体モジュール、とりわけハーフブリッジは、たとえばＢ６ブリッジを構成することができる。パワー半導体モジュールはたとえば、前記トランジスタハーフブリッジのトランジスタを注型材料によってモールドモジュールのケーシング内に封入されたモールドモジュールとして構成することができる。前記注型材料はとりわけ樹脂である。有利には、前記モールドモジュールの表面の一部表面領域は前記熱コンタクト面に熱伝導結合されているか、または熱コンタクト面を形成し、当該一部領域を介して熱をモータのケーシングへ放熱することができる。前記一部表面領域はたとえば、熱伝導性の打抜き部材によって、とりわけ銅打抜き部材によって形成することができる。前記注型材料はたとえばデュロプラスト（Duroplast）である。

１つの有利な実施形態では、前記パワー半導体、とりわけパワー半導体の端子は、前記空洞内に配置されたプリント回路基板に接続されている。このプリント回路基板は、有利には前記モータのモータシャフト長手軸に対して横方向に延在するプリント回路基板平面を有する。

有利には、前記パワー半導体と前記ケーシングとを、とりわけ前記ケーシング容器とを組み立てる際に、前記熱コンタクト面が前記モータシャフト長手軸に沿って前記対向コンタクト面に作用コンタクトするように、前記パワー半導体が配置されている。この作用コンタクトにより、前記パワー半導体から熱がケーシングへ、とりわけケーシング容器へ有効に移動することができる。

１つの有利な実施形態では、前記熱コンタクト面は凸状に湾曲しており、前記対向コンタクト面はこの熱コンタクト面に対応して凹状に湾曲している。熱コンタクト面が凸状に湾曲している場合、前記ケーシング容器はたとえば円筒状に形成することができる。有利には、モータシャフト長手軸に対して横方向の前記対向コンタクト面の断面は、前記凹状の曲面を有する。

別の実施形態では、前記熱コンタクト面および前記対向コンタクト面はそれぞれ平面状に形成されている。対向コンタクト面が平面状に形成されている場合、前記ケーシング容器によって形成されるケーシング部品は、有利には鋳型部品によって、とりわけアルミニウム鋳型部品によって形成することができる。たとえば、前記ケーシング容器を前記対向コンタクト面の領域においては平面に形成し、ロータ周方向に沿って前記対向コンタクト面の外側の領域では円筒形に形成することができる。

有利には、前記モータは所定数のステータコイルを有し、前記ケーシング容器壁はロータ周方向に、前記所定数の対向コンタクト面を有する。したがって、前記ケーシングは前記電力出力段の各ハーフブリッジごとに対向コンタクト面を有することができる。前記所定数はたとえば３である。

有利には、ロータ周方向に相互に隣接するステータコイル間にパワー半導体が、とりわけトランジスタハーフブリッジが配置されるように、前記対向コンタクト面は配置される。このようにして有利には、前記電力出力段を、とりわけ前記トランジスタハーフブリッジを、特に省スペースで前記モータケーシング内に収容することができる。

１つの有利な実施形態では、前記ケーシング、とりわけケーシング容器は、前記対向コンタクト面の領域にガイド部材を有する。前記ガイド部材は、前記ケーシング容器と組み立てる際に前記パワー半導体を案内し、ケーシングとの間に前記作用コンタクトが形成されるようにするために構成されている。

このようなガイド部材により、有利には、パワー半導体からケーシングへ熱を移動させる作用コンタクトを特に効率的に形成することができる。

有利な実施形態では、前記ガイド部材は、組立時に前記パワー半導体を前記対向コンタクト面に押しつけ、これによって前記作用コンタクトを形成するように構成されている。

このことにより、前記パワー半導体をたとえばケーシングに、とりわけケーシング容器にねじ止めする必要がなくなる。

有利には、前記ケーシングは前記対向コンタクト面の領域において、前記ガイド部材を形成するケーシング縦穴を有する。このケーシング縦穴は、前記パワー半導体を収容するように形成されている。

さらに有利には、前記ケーシングは、前記縦穴内に設けられたバネを有する。このバネは有利には板バネであり、前記縦穴内に挿入されるとパワー半導体を前記対向コンタクト面に押しつけるように形成されている。

１つの有利な実施形態では、前記モータの動作時に前記対向コンタクト面を介して放熱される熱が、たとえば放射または熱流によって前記プリント回路基板内に流入する熱より大きくなるように、前記パワー半導体と前記プリント回路基板とが離隔される。このようにして、プリント回路基板の不要な加熱を有利には防止することができる。このことはとりわけ、パワー半導体がケーシングに、とりわけケーシング容器に結合されている場合に限り、当該パワー半導体とプリント基板とを空間的に分離することによって実現される。有利には、プリント回路基板のプリント回路基板平面は、モータシャフト長手軸に対して横方向に配置され、このことによって有利には、パワー半導体の電気的端子ピンのみが前記プリント回路基板に接続される。さらに有利には、前記熱コンタクト面の平面は前記プリント回路基板平面に対して垂直に延在する。

本発明はまた、モータの電子モジュールを当該モータのケーシングに結合する方法にも関する。前記モータの電子モジュールは、当該モータに通電するための、とりわけ当該モータのステータに通電するための、少なくとも１つのパワー半導体を有する。前記パワー半導体は、熱を放熱するための熱コンタクト面を有し、前記ケーシングは、当該熱コンタクト面に対応する対向コンタクト面を有する。

この方法では、パワー半導体とケーシングとを組み立てるときに、前記熱コンタクト面はモータシャフト長手軸の方向に、前記対向コンタクト面と作用コンタクトする。このことにより、前記パワー半導体からケーシングへ熱を放熱することができる。上述のようにケーシングに対向コンタクトが設けられていることにより、有利には少数の取付工程だけで、電子モジュールをモータのケーシングに結合することができる。

以下、図面と他の実施例とに基づいて、本発明を説明する。図面および従属請求項の記載から、他の有利な実施形態を導き出すことができる。

モータの一実施例を示す。 図１に示したモータの断面図である。 一実施例のモータのケーシング容器の部分図である。 モータの製造方法の一実施例を示す。

図１に‐概略的に‐一実施例のモータ１を示す。モータ１は、ロータ５と、たとえば３つのステータコイルを含むステータ７と、少なくとも１つのパワー半導体を有する電力出力段とを備えている。図１中のモータ１の縦断面図には、一例としてパワー半導体１０を示している。モータ１はさらにプリント回路基板１２も備えており、このプリント回路基板１２は複数の電子部品に接続されている。これら複数の電子部品のうち、１つの電子部品１３を一例として示している。この実施例では、前記プリント回路基板１２はステータ７にも接続されており、ここでステータ７のステータコイルに接続されている。

前記パワー半導体１０は複数の電気的端子を有し、これらのうち電気的端子１１を一例として示す。前記モータ１は、ケーシング容器１４を有するケーシングを備えている。前記ケーシング容器は空洞を包囲し、この空洞は、前記ステータ７とロータ５とプリント回路基板１２と前記パワー半導体１０とを収容するように形成されている。前記モータ１はケーシング蓋部１６も有し、これは、前記ケーシング容器１４によって包囲された空洞を封止するように形成されている。前記モータ１はモータシャフト１８も有し、これは、ロータ５に相対回動不能に結合されている。前記モータシャフト１８は、出力側のモータ軸受２２と別のモータシャフト軸受２４とを使用して、モータシャフト長手軸２０を中心として回転可能に支承されている。

前記パワー半導体１０は熱コンタクト面１９を有し、前記パワー半導体１０を収容するように形成された空洞またはケーシング容器１４の縦穴２３内に前記パワー半導体１０が挿入されると、前記熱コンタクト面１９はケーシング容器１４の対向コンタクト面２１と有効コンタクトする。

前記モータ１のケーシング容器１４はさらに板バネ３０を有する。この板バネ３０は少なくとも部分的に前記縦穴２３内に延在し、‐前記縦穴２３の縦穴壁に突っ張るようにして‐前記パワー半導体１０の熱コンタクト面１９を前記ケーシング容器１４に押しつけ、ここでパワー半導体１０を前記対向コンタクト面２１に押しつけるように形成および配置されている。

前記モータシャフト軸受２４は、前記ケーシング容器１４の壁から半径方向に内側に向かう方向にモータシャフト長手軸２０に向かって延在するブリッジ１７によって保持されている。

図１に示されたケーシング蓋部１６はたとえば、当該ケーシング蓋部１６に一体成形されたブッシュ２７を有し、このブッシュ２７は、モータ１の電気的接続を行うための電気的コンタクトを有する。モータの接続を行うための前記電気的コンタクトのうち、一例としてコンタクト２９を図示している。

図２は、図１に示されたモータ１の概略的な横断面図である。同図にはケーシング容器１４を示しており、これは、図１に一例として示されたパワー半導体１０と２つの別のパワー半導体８，９との各パワー半導体ごとにそれぞれ空洞を、とりわけ縦穴を有する。ここでは、パワー半導体１０に対して設けられた縦穴２３を一例として示す。同図にはまた、モータシャフト長手軸２０も示しており、これは図２では、図２中に示された断面の切断面に対して横方向に延在している。

図３に、モータのケーシング容器１５の一実施例を概略的に示す。前記ケーシング容器１５の対向コンタクト面２８は、‐図１および２に示されたケーシング容器１４の対向コンタクト面と異なり‐、凹型に湾曲しており、前記パワー半導体１１の凸形に湾曲した熱コンタクト面２６に対応した形状となっている。前記モータシャフト長手軸２０は、ケーシング容器１５の一部円弧を示す図３の横断面図では、図３中に示したこの横断面図の切断面に対して横方向に延在する。このケーシング容器１５は、図３に示した実施例では２つのフックまたはレール３２を有する。これらのフックまたはレール３２はケーシング容器１５に一体成形されており、各フックまたは各レール３２がそれぞれ、前記パワー半導体１１を反対側から少なくとも部分的に形状接続的に把持し、当該パワー半導体１１の熱コンタクト面２６をケーシング容器１５の対向コンタクト面２８に保持するかまたは押しつけるように形成されている。

前記ケーシング容器１５はたとえば、パワー半導体１１を当該ケーシング容器１５に押しつけるために板バネ３１を有することができる。この板バネ３１は、パワー半導体１１の熱コンタクト面２６を前記ケーシング容器１５の対向コンタクト面２８に押しつけるように形成および配置されている。

図４は、モータの電子モジュールと容器形のケーシング部品とを接続する方法の一実施例を示す。前記ケーシング部品はとりわけ、モータのケーシングのケーシング容器である。前記モータの電子モジュールは、当該モータに通電するための、とりわけ当該モータのステータに通電するための、少なくとも１つのパワー半導体を有する。前記パワー半導体は、熱を放熱するための熱コンタクト面を有し、前記ケーシング部品は、当該熱コンタクト面に対応する対向コンタクト面を有する。

この方法では、ステップ４２において、パワー半導体とケーシング部品とを組み立てるときに、前記熱コンタクト面をモータシャフト長手軸の方向に、前記対向コンタクト面と有効コンタクトさせる。このことにより、パワー半導体からケーシング部品へ熱を放熱することができる。

後続のステップ４４において、とりわけプリント回路基板である電子モジュールと前記パワー半導体とを電気的に接続する。この電気的接続はたとえば、前記パワー半導体の端子を、とりわけプリント回路基板である電子モジュールにはんだ付けすることにより行われる。

後続のステップ４６において、とりわけ空洞を有するケーシング容器である前記ケーシング部品にケーシング蓋部を結合することにより、前記少なくとも１つのパワー半導体と、電子モジュールと、前記モータのロータおよびステータとが、前記空洞内に封入されるようにする。

上述のようにケーシングに対向コンタクトが設けられていることにより、有利には少数の取付工程だけで、電子モジュールをモータのケーシングに結合することができる。

Claims (11)

1. ステータ（７）とロータ（５）と、当該ロータ（５）およびステータ（７）を空洞内に収容する少なくとも１つのケーシング（１４，１６）とを備えたモータ（１）であって、
   前記モータ（１）は、前記ステータ（７）に接続された電力出力段（８，９，１０，１１）を備えており、
   前記電力出力段（８，９，１０，１１）は、回転磁界を生成するために前記ステータ（７）に通電するように構成されており、
   前記電力出力段は、熱コンタクト面（１９，２６）を有する少なくとも１つのパワー半導体（８，９，１０，１１）を含み、
   前記熱コンタクト面（１９，２６）は前記ケーシング（１４）に熱伝導結合されていることにより、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）にて生成された熱が当該ケーシング（１４）へ放熱できるようにされているモータ（１）において、
   前記ケーシング（１４，１６）は、前記空洞を少なくとも部分的に包囲する熱伝導性のケーシング容器（１４）を有し、
   前記ケーシング容器（１４）は、前記熱コンタクト面（１９，２６）に対応する対向コンタクト面（２１，２８）を含む容器壁を有し、
   前記ケーシング（１４）は、前記対向コンタクト面（２１，２８）に沿って延在し、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）全体を収容する縦穴を形成する容器形状のガイド部材（２３）を有し、
   前記ガイド部材（２３）の内側面の、前記対向コンタクト面（２１，２８）とは反対側の部分に、前記縦穴の内部に収容された板ばね（３０）が設けられており、
   前記板ばね（３０）の両端は、前記ガイド部材（２３）が形成する前記縦穴の挿入口側と底部側とにおいて固定され、かつ、前記対向コンタクト面（２１，２８）に向かって凸状に湾曲して設けられており、
   前記板ばね（３０）は、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）を前記縦穴に収容して前記ガイド部材（２３）内に組み付ける際に前記対向コンタクト面（２１，２８）に押しつけることにより、前記熱コンタクト面（１９，２６）と前記対向コンタクト面（２１，２８）とをコンタクトさせるように構成されている
   ことを特徴とするモータ（１）。
2. 前記パワー半導体（８，９，１０，１１）は、前記空洞内に配置されたプリント回路基板（１２）に接続されており、
   前記プリント回路基板（１２）のプリント回路基板平面は前記モータ（１）のモータシャフト長手軸（２０）に対して横方向に延在し、
   前記パワー半導体（８，９，１０，１１）は、当該パワー半導体（８，９，１０，１１）の組付時に前記熱コンタクト面（１９，２６）が前記モータシャフト長手軸（２０）に沿って前記対向コンタクト面（２１，２８）とコンタクトするように配置されている、
   請求項１記載のモータ（１）。
3. 前記パワー半導体（８，９，１０，１１）は、当該パワー半導体（８，９，１０，１１）の端子によって前記プリント回路基板（１２）に接続されている、
   請求項２記載のモータ（１）。
4. 前記熱コンタクト面（２６）は凸形に湾曲しており、
   前記対向コンタクト面（２８）は前記熱コンタクト面（２６）に対応して凹形に湾曲している、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のモータ（１）。
5. 前記熱コンタクト面（１９）および前記対向コンタクト面（２１）はそれぞれ平面に形成されている、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のモータ（１）。
6. 前記モータ（１）は、所定数のステータコイルを有し、
   前記ケーシング容器（１４）の容器壁は前記ロータの周方向に前記所定数の対向コンタクト面（２１，２８）を有する、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のモータ（１）。
7. 前記所定数のステータコイルは前記ステータに設けられている、
   請求項６記載のモータ（１）。
8. 前記ロータの周方向に相互に隣接するステータコイル間にパワー半導体（８，９，１０，１１）が配されるように前記対向コンタクト面（２１，２８）が配置されている、
   請求項６または７記載のモータ（１）。
9. 前記モータ（１）の動作時に、前記対向コンタクト面（２１，２８）を介して放熱される熱が、前記プリント回路基板（１２）内に流入する熱より大きくなるように、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）と前記プリント回路基板（１２）とが離隔されている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のモータ（１）。
10. 前記モータ（１）は電子整流型モータである、
    請求項１から９までのいずれか１項記載のモータ（１）。
11. モータのケーシング（１４）と、少なくとも１つのパワー半導体（８，９，１０，１１）を有する電子モジュール（１２，１３）とを結合する方法（４０）であって、
    前記パワー半導体（８，９，１０，１１）は、放熱のための熱コンタクト面（１９，２６）を有し、
    前記ケーシング（１４，１５）は、前記熱コンタクト面に対応する対向コンタクト面（２１，２８）を有し、
    前記ケーシング（１４）は、前記対向コンタクト面（２１，２８）に沿って延在し、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）全体を収容する縦穴を形成する容器形状のガイド部材（２３）を有し、
    前記ガイド部材（２３）の内側面の、前記対向コンタクト面（２１，２８）とは反対側の部分に、前記縦穴の内部に収容された板ばね（３０）が設けられており、
    前記板ばね（３０）の両端は、前記ガイド部材（２３）が形成する前記縦穴の挿入口側と底部側とにおいて固定され、かつ、前記対向コンタクト面（２１，２８）に向かって凸状に湾曲して設けられており、
    前記パワー半導体（８，９，１０，１１）を前記ガイド部材（２３）内に組み付けると、前記板ばね（３０）が前記パワー半導体（８，９，１０，１１）を前記対向コンタクト面（２１，２８）に押しつけ、前記熱コンタクト面（１９，２６）が前記対向コンタクト面（２１，２８）とコンタクトするように、前記パワー半導体（８，９，１０，１１）を、前記ガイド部材（２３）が形成する前記縦穴に挿入して収容する
    ことを特徴とする方法。

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