TWI714479B - 無刷馬達總成 - Google Patents

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Abstract

一種無刷馬達總成，包含一馬達本體、一電路板與複數個電子元件，該電路板設置於該馬達本體，該電路板具有相背對的一第一面與一第二面，該第一面朝向該馬達本體，該第二面具有複數個導熱線路。該些電子元件包括複數個功率開關元件，該些功率開關元件設置於第二面。第二面上另設置複數個散熱塊，各該功率開關元件與各該散熱塊連接於各該導熱線路，使各該功率開關元件散發的熱能經由各該導熱線路傳導到各該散熱塊。藉此，可減少無刷馬達總成整體之體積。

Description

無刷馬達總成
本發明係與無刷馬達有關；特別是指一種直流無刷馬達總成。
已知目前許多電動機械、電動工具所使用之動力馬達，大多係以直流無刷馬達(Brushless DC motor，BLDCM)為主，而選用直流無刷馬達的原因在於直流無刷馬達具有較高之轉矩對轉動慣量比、且無有刷馬達之缺點(例如：電刷磨耗、換向火花及噪音過大等)。
直流無刷馬達係透過複數個開關元件進行不同相位的切換，在直流無刷馬達運轉的過程中，由於該些開關元件為功率電晶體，且必需在導通、截止狀態重覆切換，因此，開關元件的散熱問題是亟待改善的問題。
習用的作法是在開關元件上疊置一散熱塊，讓散熱塊貼靠在開關元件的表面，前述之作法雖可達到散熱之效果，但散熱塊疊在開關元件後，將會使得總厚度增加，導致直流無刷馬達整體的體積無法減小。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種無刷馬達總成，可讓整體體積減小，並提供良好的散熱效果。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種無刷馬達總成，包含一馬達本體與一電路板，其中該電路板設置於該馬達本體，該電路板具有相背對的一第一面與一第二面，該第一面朝向該馬達本體，該第二面具有複數個導熱線路；該第二面上設置有複數個功率開關元件及複數個散熱塊，各該功率開關元件與各該散熱塊連接於各該導熱線路，使各該功率開關元件散發的熱能經由各該導熱線路傳導到各該散熱塊。
本發明之效果在於，功率開關元件與散熱塊並列設置在電路板的第二面，可以改善習用的功率開關元件與散熱塊相疊造成的總厚度增加的缺失，減小無刷馬達總成整體的體積。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1至圖8所示，為本發明一較佳實施例之無刷馬達總成，包含一馬達本體10、一電路板20及複數電子元件，其中：
該馬達本體10包括一定子組12、一轉子（圖未示）、一轉軸14，其中該定子組12包括一定子鐵芯122、複數個定子線圈124、一前絕緣端板126與一後絕緣端板128，該些定子線圈124設置於該定子鐵芯122中，該前絕緣端板126與該後絕緣端板128分別設置於該定子鐵芯122的兩端，該前絕緣端板126與該後絕緣端板128分別構成該定子組12的一前端與一後端。該前絕緣端板126更結合一前蓋30。
該轉子具有磁性且位於該定子鐵芯122中，該轉軸14結合於該轉子且一部分位於該定子組12中，該轉軸14的前端穿出該前絕緣端板126及該前蓋30，該轉軸14的後端穿出該後絕緣端板128且設有一軸承32。
該電路板20設置於該馬達本體10，本實施例中，該電路板20係設置於該馬達本體10的後絕緣端板128。該電路板20具有一第一面202與一第二面204，該第一面202朝向該後絕緣端板128，該第二面204背對該第一面202。
該第一面202與該第二面204分別供該些電子元件設置。本實施例中，該第一面202與該第二面204具有複數個訊號傳導線路（圖未示），該些訊號傳導線路供電性連接該些電子元件，作為各該電子元的的訊號傳導路徑。此外，該第二面204上更具有複數個導熱線路204a（圖6參照）。訊號傳導線路及導熱線路204a係以銅箔為例。
該些電子元件包括複數個功率開關元件40，該些功率開關元件40可例如是MOSFET，該些功率開關元件40設置於該第二面204上且分別連接於該些導熱線路204a上，各該功率開關元件40可直接接觸各該導熱線路204a或透過導熱件連接導熱線路204a，導熱件可例如是銲錫、導熱膏或導熱膠。該第二面204上更設置有複數個散熱塊50，且該些散熱塊50分別連接於該些導熱線路204a上，各該散熱塊50可直接接觸各該導熱線路204a或透過導熱件連接導熱線路204a。請配合圖6，在垂直於該第二面204的方向上，各該散熱塊50的厚度T1大於各該功率開關元件40的厚度T2。
散熱塊50的材質為金屬，例如是銅。各該散熱塊50的散熱面積大於各該功率開關元件40的散熱面積。各該功率開關元件40散發的熱能一部分經由各該導熱線路204a傳導到各該散熱塊50且透過散熱塊50散熱，另一部分的熱能由功率開關元件40本身散熱。散熱塊50上亦可具有複數個凹槽，以增加散熱面積。
由於電路板上的功率開關元件40與散熱塊50並列設置在電路板20的第二面204，可以改善習用的功率開關元件與散熱塊相疊造成的總厚度增加的缺失，因此，可以減小無刷馬達總成整體的體積，特別是在無刷馬達總成軸向上的長度可以減小。實務上，該電路板20亦可裝設於該馬達本體10的側邊，亦即在定子鐵芯122的徑向外圍，電路板20的第一面202朝向定子鐵芯122，藉此，無刷馬達總成於徑向上的長度可以減小。
請配合圖4與圖5，本實施例中，該電路板20具有一內圈部20a、一外圈部20b及一側部20c。圖4與圖5中以一點鏈線作為該內圈部20a與該外圈部20b的分界。該內圈部20a設有一穿孔201a，且該轉軸14及該軸承32穿過該穿孔201a。該外圈部20b環繞該內圈部20a。該些功率開關元件40位於該外圈部20b。該些散熱塊50大部分位於該外圈部20b，少部分位於該內圈部20a，但不以此為限，亦可所有的散熱塊50皆位於外圈部20b。該側部20c連接於該外圈部20b，且側部20c上設置有一電連接器60供連接至外部的一控制裝置。該些電子元件包括一微控制器42設置於第二面204且位於外圈部20b與該側部20c的交界處。
該些電子元件包括至少一驅動元件，驅動元件44設置於該電路板20的第二面204且位於該內圈部20a，本實施例中，至少一驅動元件44的數量為複數個。第一面202於該內圈部20a亦設置有一驅動元件44。該些驅動元件44分別電性連接該些功率開關元件40。驅動元件44可例如是閘極驅動元件，用以接收微控制器42發送的控制訊號以驅動該些功率開關元件40的閘極，使各別的功率開關元件40導通或截止。各驅動元件44所產生的熱能小於各功率開關元件40產生的熱能。
該些電子元件更包括複數個霍爾感測元件46，該些霍爾感測元件46設置於電路板20的第一面202且位於該內圈部20a，該些霍爾感測元件46供感測該轉子之轉動。各霍爾感測元件46產生的熱能小於各驅動元件44及各功率開關元件40。
藉由將產生較多的熱能的功率開關元件40配置於較靠近外部的外圈部20b，讓功率開關元件40產生的熱能較易散出至外部。
為了保護電路板20及電子元件，本實施例中無刷馬達總成更包括一後蓋70，該後蓋70結合於該定子組12的後絕緣端板128且具有一內側面702，該電路板20位於該後蓋70的內側面702與該後絕緣端板128之間，該內側面702朝向該電路板20的第二面204。該後蓋70可為金屬材質，以增加散熱效果。該後蓋70具有一外周緣部704，該外周緣部704位於該電路板20之外圈部20b之外圍，該外周緣部704具有複數個散熱口704a。散熱口704a連通該後蓋70的內部與外部。功率開關元件40所產生的熱能亦可通過散熱口704a散出。該後蓋70具有一容槽706，該容槽706自該內側面702凹入且供該軸承32抵接。
該電路板20係透過複數個電線80連接到該些定子線圈124，本實施例中，電線80數量為量三條，分別是對應三相的定子線圈124。該些電線80一端銲接結合於該電路板20且繞經第二面204穿入定子鐵芯122中而連接定子線圈124，各該電線80的一部分顯露於各該散熱口704a中。藉此，讓電線產生的熱能亦可經由散熱口704a散出於外。
在該後蓋70與該電路板20之間更可設置一導熱墊90，該導熱墊90為電絕緣材質且具有可撓性，例如導熱矽膠墊。該導熱墊90設置於該後蓋70與該電路板20之間，該導熱墊90具有一第一導熱面902與一第二導熱面904，該第一導熱面902連接於該後蓋70的內側面702，第一導熱面902可直接接觸並貼靠於內側面702或透過導熱件（導熱膏或導熱膠）貼靠於該內側面702。該第二導熱面904背對該第一導熱面902且連接於該些散熱塊50，第二導熱面904可直接接觸並貼靠於散熱塊50或透過導熱件（導熱膏或導熱膠）貼靠於散熱塊50。導熱墊90可有效地將散熱塊50產生的熱能傳導到後蓋70，由後蓋70散出。本實施例中，導熱墊90未接觸功率開關元件40及其它電子元件，避免導熱墊90又將熱能傳導至電路板20之第二面204的功率開關元件40及其它電子元件。此外，在功率開關元件40與導熱墊90之間具有一間隙G，該間隙G可形成與外部連通的氣流通道，讓電路板20之第二面204的功率開關元件40及其它電子元件可經由該間隙G散熱。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
［本發明］ 10:馬達本體 12:定子組 122:定子鐵芯 124:定子線圈 126:前絕緣端板 128:後絕緣端板 14:轉軸 20:電路板 20a:內圈部 20b:外圈部 20c:側部 201a:穿孔 202:第一面 204:第二面 204a:導熱線路 30:前蓋 32:軸承 40:功率開關元件 42:微控制器 44:驅動元件 46:霍爾感測元件 50:散熱塊 60:電連接器 70:後蓋 702:內側面 704:外周緣部 704a:散熱口 706:容槽 80:電線 90:導熱墊 902:第一導熱面 904:第二導熱面 G:間隙 T1:厚度 T2:厚度
圖1為本發明一較佳實施例之無刷馬達總成的立體圖。 圖2為上述較佳實施例之無刷馬達總成的部分分解立體圖。 圖3為上述較佳實施例之無刷馬達總成的後視圖。 圖4為上述較佳實施例之電路板第一面的正視圖。 圖5為上述較佳實施例之電路板第二面的正視圖。 圖6為一示意圖，揭示散熱塊和功率開關元件設置於電路板。 圖7為一示意圖，揭示導熱墊覆蓋散熱塊。 圖8為圖3之8-8方向局部剖視圖。
10:馬達本體
12:定子組
122:定子鐵芯
124:定子線圈
126:前絕緣端板
128:後絕緣端板
14:轉軸
70:後蓋
704:外周緣部
704a:散熱口

Claims (10)

  1. 一種無刷馬達總成，包含： 一馬達本體； 一電路板，設置於該馬達本體，該電路板具有相背對的一第一面與一第二面，該第一面朝向該馬達本體，該第二面具有複數個導熱線路；該第二面上設置有複數個功率開關元件及複數個散熱塊，各該功率開關元件與各該散熱塊連接於各該導熱線路，使各該功率開關元件散發的熱能經由各該導熱線路傳導到各該散熱塊。
  2. 如請求項1所述之無刷馬達總成，該馬達本體包括有一定子組及一轉軸，該定子組具有一前端與一後端，該轉軸位於該定子組中且穿出該前端與該後端；該電路板設置於該後端，且該第一面朝向該後端。
  3. 如請求項2所述之無刷馬達總成，包含一後蓋，結合於該定子組的後端，該後蓋具有一內側面，該電路板位於該後蓋的內側面與該後端之間，該內側面朝向該電路板的第二面。
  4. 如請求項3所述之無刷馬達總成，包含一導熱墊，設置於該後蓋與該電路板之間，該導熱墊具有相背對的一第一導熱面與一第二導熱面，該第一導熱面連接於該後蓋的內側面，該第二導熱面連接於該些散熱塊。
  5. 如請求項4所述之無刷馬達總成，其中該導熱墊的第二導熱面與各該功率開關元件之間具有一間隙。
  6. 如請求項3所述之無刷馬達總成，其中該電路板具有一內圈部及一外圈部，該內圈部具有一穿孔，且該轉軸穿過該穿孔；該外圈部環繞該內圈部；該些功率開關元件位於該外圈部。
  7. 如請求項6所述之無刷馬達總成，其中該第二面於該內圈部設置有至少一驅動元件，該至少一驅動元件供驅動該些功率開關元件。
  8. 如請求項6所述之無刷馬達總成，其中該後蓋具有一外周緣部，該外周緣部位於該外圈部之外圍，該外周緣部具有複數個散熱口。
  9. 如請求項8所述之無刷馬達總成，包含有複數個電線，該些電線一端連接該定子組的複數個定子線圈，該些電線繞經該電路板的第二面且結合於該電路板上，且該些電線的一部分分別顯露於該些散熱口。
  10. 如請求項6所述之無刷馬達總成，其中該第一面於該內圈部設置有複數個霍爾感測元件；該馬達本體包括一轉子，該轉子具有磁性，該些霍爾感測元件供感測該轉子之轉動。
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