KR20130106364A - 전력 출력단 및 효율적인 열전달을 포함하는 전기 모터 및 방법 - Google Patents

전력 출력단 및 효율적인 열전달을 포함하는 전기 모터 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 모터, 특히 전기 정류식 전기 모터에 관한 것이다. 전기 모터는 고정자, 회전자, 및 중공실에 적어도 회전자와 고정자와 회전자를 수용하는 하우징을 포함한다. 전기 모터는 전력 출력단을 포함하고, 상기 출력단은 고정자에 연결되고, 회전 자계 형성을 위해 고정자에 전류를 공급하도록 형성된다. 전력 출력단은 적어도 하나의 전력 반도체를 포함하고, 상기 전력 반도체는 열 접촉면을 갖고, 상기 열 접촉면은 하우징에 열 전도 결합하므로, 전력 반도체에 형성된 열이 하우징으로 방출될 수 있다. 본 발명에 따라, 하우징은 중공실을 적어도 부분적으로 둘러싸는, 바람직하게는 열 전도 하우징 컵을 포함하고, 상기 하우징 컵은 컵 벽을 갖는다. 컵 벽은 열전달 면에 상응하는 대응 접촉면을 갖는다.

Description

전력 출력단 및 효율적인 열전달을 포함하는 전기 모터 및 방법{ELECTRIC MOTOR WITH A POWER OUTPUT STAGE AND WITH EFFICIENT HEAT TRANSPORT AND METHOD}
본 발명은 전기 모터, 특히 전기 정류식 전기 모터에 관한 것이다. 전기 모터는 고정자를 포함하고, 상기 고정자는 바람직하게 고정자 코일을 포함한다. 또한, 전기 모터는 회전자, 및 적어도 고정자와 회전자를 중공실에 수용하는 하우징을 포함한다. 전기 모터는 전력 출력단을 포함하고, 상기 출력단은 고정자에 연결되고, 회전 자계의 형성을 위해 고정자에 전류를 공급하도록 형성된다. 전력 출력단은 열 접촉 면을 가진 적어도 하나의 전력 반도체를 포함하고, 상기 열 접촉 면은 하우징에 열전도 결합하므로, 전력 반도체에서 형성된 열이 하우징으로 방출될 수 있다.
선행기술에 공지된 전기 모터, 특히 영구 자기식으로 형성된 회전자를 포함하는 전기 정류식 전기 모터의 문제점은, 전력 출력단의 부분으로서 전력 반도체가 고정자를 작동시키기 위해 열을 발생시키고, 이 열은 전력 반도체를 과열시키지 않도록 방출되어야 하는 것이다. 전력 반도체는 예를 들어 그 접속부에 의해 프린트 회로기판에 연결되고, 상기 프린트 회로기판은 전력 반도체를 통해 열을 도입할 수 있다.
본 발명의 과제는 열을 방출할 수 있는 전력 출력단을 포함하는 전기 모터를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항의 특징을 포함하는 전기 모터에 의해 해결된다.
본 발명에 따라, 하우징은 중공실을 적어도 부분적으로 둘러싸는 - 바람직하게 열 전도성 - 하우징 컵을 포함하고, 상기 하우징 컵은 컵 벽을 갖고, 이 경우 컵 벽은 열 접촉면에 상응하는 대응 접촉면을 갖는다. 바람직하게 전력 반도체에서 형성된 열은 하우징, 특히 하우징 컵으로 방출될 수 있다. 또한 바람직하게 다른 하우징부, 예를 들어 컵을 폐쇄하는 적어도 하나의 커버가 하우징 컵에 결합되기 전에, 전력 출력단, 특히 전력 반도체는 전기 모터의 결합을 위해 먼저 하우징에 열 전도 결합될 수 있다. 예를 들어 컵은 컵 벽에 일체로 형성된 - 또는 분리 가능하게 컵 벽에 결합된 - 컵 베이스를 가질 수 있다. 바람직하게 컵 벽은 모터 샤프트 종축선에 대해 평행하게 연장된다. 또한 바람직하게 컵 벽은 중공 실린더형으로 형성된다.
또한, 바람직하게 프린트 회로기판은 전력 반도체, 특히 전력 반도체의 접속핀에 피팅될 수 있고, 이 경우 전력 반도체의 접속부들은 다른 제조 단계에서 프린트 회로기판에 납땜될 수 있다. 이렇게 조립이 완료된 유닛은 하우징을 폐쇄하는 하우징 커버의 간단한 나사 결합 또는 피팅을 가능하게 한다. 바람직하게 전력 출력단을 포함하는 제어장치는 공간 절약 방식으로 모터 하우징에 통합될 수 있다. 또한, 바람직하게 중간회로 커패시터가 프린트 회로기판상에 설치될 수 있는데, 그 이유는 전력 출력단이 프린트 회로기판과 이격되어 배치될 수 있고, 따라서 프린트 회로기판의 프린트 회로기판 표면의 표면 영역이 비어 있기 때문이다.
바람직한 실시예에서, 전력 출력단은 3개의 트랜지스터-하프 브리지를 포함하고, 이 경우 각각의 트랜지스터 하프 브리지는 적어도 하나의 또는 오직 하나의 전력 반도체, 특히 전력 반도체 모듈을 형성한다. 바람직하게 전기 모터는 3개의 전력 반도체 모듈을 포함한다. 전력 반도체 모듈, 특히 하프 브리지는 예를 들어 B6 브리지를 형성할 수 있다. 전력 반도체 모듈은 예를 들어 몰드 모듈로서 형성될 수 있고, 상기 몰드 모듈에서 트랜지스터 하프 브리지의 트랜지스터들은 캐스팅 재료에 의해, 특히 수지에 의해 몰드 모듈의 하우징에 결합된다. 바람직하게 몰드 모듈은 열 접촉면에 열전도 결합된, 또는 상기 열 접촉면을 형성하는 몰드 모듈 표면의 표면 영역을 포함하고, 상기 표면 영역을 통해 전기 모터의 하우징으로 열이 방출될 수 있다. 표면 영역은 예를 들어 열 전도 펀칭 스크랩, 특히 구리 펀칭 스크랩에 의해 형성될 수 있다. 캐스팅 재료는 예를 들어 열경화성 수지이다.
바람직한 실시예에서, 전력 반도체는 특히 전력 반도체의 접속부에 의해 중공실에 배치된 프린트 회로기판에 연결된다. 프린트 회로기판은 프린트 회로기판 평면을 갖고, 상기 프린트 회로기판 평면은 바람직하게 전기 모터의 모터 샤프트 종축선에 대해 가로방향으로 연장된다.
바람직하게 전력 반도체는, 하우징, 특히 하우징 컵과 전력 반도체를 결합할 때 열 접촉면이 모터 샤프트 종축선을 따라 대응 접촉면과 작용 접촉하도록 배치된다. 작용 접촉에 의해 전력 반도체로부터 하우징으로, 특히 하우징 컵으로 열이 효과적으로 전달될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 열 접촉면은 볼록하게 만곡되고, 대응 접촉면은 열 접촉면에 상응하게 오목하게 만곡된다. 볼록하게 만곡된 열 접촉면의 경우에, 하우징 컵은 부분적으로 실린더 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게 대응 접촉면은 모터 샤프트 종축선에 대해 가로방향 단면에 오목한 만곡부를 갖는다.
다른 실시예에서 열 접촉면과 대응 열 접촉면은 각각 편평하게 형성된다. 평평하게 형성된 대응 접촉면의 경우에, 하우징 컵에 의해 형성된 하우징부는 바람직하게 캐스팅부, 특히 알루미늄 캐스팅부로서 형성될 수 있다. 따라서 하우징 컵은 예를 들어 대응 접촉면의 영역에서 편평하게 형성될 수 있고, 회전자 원주 방향을 따라 대응 접촉면 외부에 실린더형으로 형성될 수 있다.
바람직하게 전기 모터는 미리 정해진 개수의 고정자 코일을 갖고, 하우징 컵 벽은 회전자 원주 방향으로 미리 정해진 개수의 대응 접촉면을 갖는다. 하우징은 전력 출력단의 각각의 하프 브리지를 위해 대응 접촉면을 가질 수 있다. 미리 정해진 개수는 예컨대 3개이다.
바람직하게 대응 접촉면들은, 회전자 원주방향으로 서로 인접한 고정자 코일들 사이에 전력 반도체, 특히 트랜지스터 하프 브리지가 배치되도록 배치된다. 바람직하게, 전력 출력단, 특히 트랜지스터 하프 브리지는 특히 공간 절약 방식으로 모터 하우징 내에 수용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 하우징, 특히 하우징 컵은 대응 접촉면 영역에서 가이드 부재를 포함한다. 가이드 부재는, 하우징 컵과 결합시 전력 반도체를 안내하고 하우징에 대한 작용 접촉을 이루도록 형성된다.
이로 인해 바람직하게 전력 반도체로부터 하우징으로 열 전달을 위한 작용 접촉은 특히 효율적으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예에서 가이드 부재는, 결합시 전력 반도체를 대응 접촉면에 대해 가압하여 작용 접촉을 이루도록 형성된다.
이로 인해 전력 반도체는 예컨대 하우징, 특히 하우징 컵에 나사 결합되지 않아도 된다.
바람직하게 하우징은 대응 접촉면의 영역에서 가이드 부재를 형성하는 하우징 슬롯을 포함하고, 상기 하우징 슬롯은 전력 반도체를 수용하도록 형성된다.
또한, 바람직하게 하우징은 스프링, 특히 판 스프링을 포함하고, 상기 스프링은 슬롯 내에 배치되고, 슬롯 내로 삽입된 후에 전력 반도체를 대응 접촉면에 대해 가압하도록 형성된다.
바람직한 실시예에서 전력 반도체는, 전기 모터의 작동시 대응 접촉면을 통해 방출된 열이 예컨대 복사 또는 열류에 의해 프린트 회로기판 내로 안내된 열보다 크도록, 프린트 회로기판으로부터 이격된다. 따라서, 프린트 회로기판의 불필요한 열은 바람직하게 방지될 수 있다. 이는 특히 전력 반도체를 프린트 회로기판과 공간적으로 분리함으로써 가능해지고, 그러한 경우에 전력 반도체는 하우징, 특히 하우징 컵에 연결된다. 프린트 회로기판의 프린트 회로기판 평면은 바람직하게 모터 샤프트 종축선에 대해 가로방향으로 배치되므로, 바람직하게 전력 반도체의 전기 접속 핀만이 프린트 회로기판에 연결된다. 또한 바람직하게, 열 접촉면의 평면은 프린트 회로기판 평면에 대해 수직으로 연장된다.
또한, 본 발명은 전기 모터의 하우징과 전기 모터의 전자장치 어셈블리를 결합하는 방법에 관한 것이다. 전기 모터의 전자장치 어셈블리는 전기 모터, 특히 전기 모터의 고정자에 전류 공급을 위해 적어도 하나의 전력 반도체를 포함한다. 전력 반도체는 열을 방출하기 위한 열 접촉면을 포함하고, 하우징은 열 접촉면에 상응하는 대응 접촉면을 갖는다.
이러한 방법에서 하우징과 전력 반도체의 결합시 열 접촉면은 모터 샤프트 종축선의 방향으로 대응 접촉면과 작용 접촉한다. 이로 인해 전력 반도체로부터 하우징으로 열이 방출될 수 있다. 하우징에 대응 접촉면이 배치됨으로써, 전자장치 어셈블리는 바람직하게 소수의 조립 단계만으로 전기 모터의 하우징에 결합될 수 있다.
본 발명은 하기에서 도면 및 실시예를 참고로 설명된다. 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항의 특징 및 도면의 특징에 제시된다.
도 1은 전기 모터의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 전기 모터의 횡단면도.
도 3은 부분적으로 도시된 전기 모터의 하우징 컵의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 전기 모터의 제조 방법에 대한 실시예를 도시한 도면.
도 1은 전기 모터(1)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 전기 모터(1)는 회전자(5), 예컨대 3개의 고정자 코일을 가진 고정자(7), 및 적어도 하나의 전력 반도체를 가진 전력 출력단을 포함한다. 전력 반도체(10)는 도 1에 도시된 전기 모터(1)의 종단면도에 도시된다. 전기 모터(1)는 프린트 회로기판(12)을 포함하고, 상기 프린트 회로기판은 전자 부품들에 연결되고, 상기 전자 푸붐들 중 하나의 전자 부품이 13으로 도시된다. 이 실시예에서 프린트 회로기판(12)은 고정자(7), 여기서는 고정자(7)의 고정자 코일에 연결된다.
전력 반도체(10)는 전기 접속부들를 포함하고, 상기 접속부들 중 하나의 전기 접속부는 11로 도시된다. 전기 모터(1)는 하우징 컵(14)을 가진 하우징을 포함한다. 하우징 컵은 고정자(7), 회전자(5), 프린트 회로기판(12) 및 전력 반도체(10)를 수용하도록 형성된 중공실을 둘러싼다. 전기 모터(1)는 하우징 커버(16)를 포함하고, 상기 하우징 커버는 하우징 컵(14)으로 둘러싸인 중공실을 폐쇄하도록 형성된다. 전기 모터(1)는 모터 샤프트(18)를 포함하고, 상기 모터 샤프트는 회전자(5)에 상대 회전 불가능하게 연결된다. 모터 샤프트(18)는 출력측 모터 지지부(22) 및 다른 모터 샤프트 지지부(24)에 의해 모터 샤프트 종축선(20)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다.
전력 반도체(10)는 열 접촉면(19)을 갖고, 상기 열 접촉면은 전력 반도체(10)를 수용하기 위해 형성된 하우징 컵(14)의 중공실 또는 슬롯(23)에 전력 반도체(10)를 삽입한 후에 하우징 컵(14)의 대응 접촉면(21)과 작용 접촉한다.
전기 모터(1)의 하우징 컵(14)은 판 스프링(30)을 포함하고, 상기 스프링은 적어도 부분적으로 슬롯(23) 내로 연장되고, 슬롯(23)의 슬롯 벽에 지지되면서 전력 반도체(10)의 열 접촉면(19)을 하우징 컵(14), 여기서는 대응 접촉면(21)에 대해 가압하도록 배치되고 형성된다.
모터 샤프트 지지부(24)는 웨브(17)에 의해 지지되고, 이 경우 웨브(17)는 하우징 컵(14)의 벽으로부터 방사방향 내측으로 모터 샤프트 종축선(20)을 향해 연장된다.
도 1에 도시된 하우징 커버(16)는 예를 들어 상기 커버에 일체로 형성된 부시(27)를 포함하고, 상기 부시는 전기 모터(1)의 전기 접속을 위한 전기 콘택을 갖는다. 전기 모터의 접속을 위한 전기 콘택들 중 하나의 전기 콘택이 29로 도시된다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 모터(1)의 횡단면을 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 전력 반도체(10), 및 2개의 다른 전력 반도체들(8, 9)을 위해 중공실, 특히 슬롯을 포함하는 하우징 컵(14)이 도시된다. 이 경우 전력 반도체(10)를 위한 슬롯(23)이 예시적으로 도시된다. 도 2에서 도 2에 도시된 횡단면의 절단면에 대해 가로방향으로 연장된 모터 샤프트 종축선(20)이 도시된다.
도 3은 전기 모터의 하우징 컵(15)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 하우징 컵(15)은 도 1 및 도 2에 도시된 하우징 컵(14)과 달리, 대응 접촉면(28)을 갖고, 상기 대응 접촉면은 오목하게 만곡되고, 전력 반도체(11)의 볼록하게 만곡된 열 접촉면(26)에 상응하게 연장된다. 모터 샤프트 종축선(20)은 원호로 도시된 하우징 컵(15)의 도 3에 도시된 횡단면도에서 도 3에 도시된 단면도의 절단면에 대해 가로 방향으로 연장된다. 하우징 컵(15)은 도 3에 도시된 실시예에서 하우징 컵(15)에 일체로 형성된 2개의 후크 또는 레일(32)을 포함하고, 상기 후크 또는 레일은 전력 반도체(11)를 적어도 부분적으로 형상 끼워맞춤 방식으로 후방 고정하고, 전력 반도체(11)의 열 접촉면(26)을 하우징 컵(15)의 대응 접촉면(28)에 대해 지지하거나 가압하도록 형성된다.
하우징 컵(15)은 예를 들어 하우징 컵(15)에 전력 반도체(11)를 압착하기 위해 판 스프링(31)을 포함하고, 상기 판 스프링은 전력 반도체(11)의 열 접촉면(26)을 하우징 컵(15)의 대응 접촉면(28)에 대해 가압하도록 형성되고 배치된다.
도 4는 전기 모터의 전자장치 어셈블리를 전기 모터의 컵 형태의 하우징부, 특히 하우징 컵에 연결하는 방법에 대한 실시예를 도시한다. 전기 모터의 전자장치 어셈블리는 전기 모터, 특히 전기 모터의 고정자에 전력 공급을 위해 적어도 하나의 전력 반도체를 포함한다. 전력 반도체는 열을 방출하기 위한 열 접촉면을 갖고, 하우징은 열 접촉면에 상응하는 대응 접촉면을 갖는다.
이러한 방법에서는, 하나의 단계(42)에서 하우징부와 전력 반도체의 결합시 열 접촉면이 모터 샤프트 종축선의 방향으로 대응 접촉면과 작용 접촉된다. 이로 인해 전력 반도체로부터 하우징부로 열이 방출될 수 있다.
다른 단계(44)에서 전자장치 어셈블리, 특히 프린트 회로기판은 예컨대 전자장치 어셈블리, 특히 프린트 회로기판과 전력 반도체의 접속부가 납땜됨으로써 전력 반도체에 전기 접속된다.
다른 단계(46)에서 하우징 커버는 하우징부, 특히 중공실을 둘러싸는 하우징 컵에 연결되므로, 적어도 하나의 전력 반도체, 전자장치 어셈블리, 전기 모터의 회전자 및 고정자는 중공실 내에 포함된다.
하우징에 대응 접촉면이 배치됨으로써 전자장치 어셈블리는 바람직하게 소수의 조립 단계만으로 전기 모터의 하우징에 연결될 수 있다.
1 전기 모터
5 회전자
7 고정자
8, 9, 10, 11 전력 출력단
14 하우징
19, 26 열 접촉면

Claims (10)

  1. 고정자(7), 회전자(5), 및 적어도 상기 고정자(5)와 상기 회전자(7)를 중공실에 수용하는 하우징(14, 16)을 포함하는 전기 모터(1), 특히 전기 정류식 전기 모터로서, 상기 전기 모터(1)는 전력 출력단(8, 9, 10)을 포함하고, 상기 전력 출력단은 상기 고정자(7)에 연결되고, 회전 자계의 형성을 위해 상기 고정자(7)에 전류를 공급하도록 형성되고, 상기 전력 출력단은 전기 접촉면(19, 26)을 갖는 적어도 하나의 전력 반도체(8, 9, 10, 11)를 포함하고, 상기 열 접촉면(19, 26)은 하우징(14)에 열전도 결합하므로, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)에 형성된 열이 상기 하우징(14)으로 방출될 수 있는 전기 모터에 있어서,
    상기 하우징(14, 16)은 상기 중공실을 적어도 부분적으로 둘러싸는 열전도 하우징 컵(14)을 포함하고, 상기 하우징 컵(14)은 하우징 벽을 갖고, 상기 하우징 벽은 상기 열 접촉면(19, 26)에 상응하는 대응 접촉면(21, 28)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)는 특히 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)의 접속부에 의해 상기 중공실에 배치된 프린트 회로기판(12)에 연결되고, 상기 프린트 회로기판의 프린트 회로기판 평면은 상기 전기 모터(1)의 모터 샤프트 종축선(20)에 대해 가로방향으로 연장되고, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)는, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)의 결합시 상기 열 접촉면(19, 26)이 상기 모터 샤프트 종축선(20)을 따라 상기 대응 접촉면(21, 28)과 작용 접촉하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열 접촉면(26)은 볼록하게 만곡되고, 상기 대응 접촉면(28)은 상기 열 접촉면(26)에 상응하게 오목하게 만곡되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열 접촉면(19) 및 상기 대응 접촉면(21)은 각각 편평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 모터(1), 특히 상기 고정자는 정해진 개수의 고정자 코일을 갖고, 상기 하우징(14)의 컵 벽은 회전자 원주 방향으로 정해진 개수의 대응 접촉면(21, 28)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 대응 접촉면(21, 28)은, 회전자 원주 방향으로 서로 인접하는 고정자 코일들 사이에 전력 반도체(8, 9, 10, 11)가 배치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징, 특히 상기 하우징 컵은 상기 대응 접촉면(21, 28)의 영역에서 가이드 부재(23, 32)를 포함하고, 상기 가이드 부재는, 상기 하우징 컵과 결합시 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)를 안내하고 작용 접촉하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가이드 부재(23, 32, 30, 31)는, 결합시 상기 전력 반도체를 대응 접촉면에 대해 가압하여 작용 접촉을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)는, 상기 전기 모터(1)의 작동시 상기 대응 접촉면(21, 28)을 통해 방출된 열이 상기 프린트 회로기판(12) 내로 안내된 열보다 크도록 상기 프린트 회로기판(12)으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  10. 전기 모터의 하우징(14)과 전자장치 어셈블리(12, 13)를 결합하는 방법(40)으로서, 상기 전자장치 어셈블리는 적어도 하나의 전력 반도체(8, 9, 10, 11)를 포함하고, 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)는 열 방출을 위한 열 접촉면(19, 26)을 갖고, 하우징(14, 15)은 상기 열 접촉면에 상응하는 대응 접촉면(21, 28)을 갖고,
    상기 열 접촉면(19, 26)은 상기 하우징(14, 15)과 상기 전력 반도체(8, 9, 10, 11)의 결합시 모터 샤프트 종축선의 방향으로 상기 대응 접촉면(21, 28)과 작용 접촉하는 전기 모터의 하우징에 전자장치 어셈블리를 결합하는 방법.
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