(57)【要約】【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】本開示は、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を含み、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、回路基板の頂面に取り付けられた複数の発熱電子部品とを含み、回路基板の内側で発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、ヒートシンクは、回路基板の底面に取り付けられる。本発明は、モーターの熱放散効果が改善している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステ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、前記回路基板の頂面に取り付けられた複数の発熱電子部品とを備え、前記回路基板の内側で前記複数の発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、前記ヒートシンクは、前記回路基板の底面に取り付けられることを特徴とするモーター。
【請求項２】
前記セラミック製熱伝導部材は、焼結した窒化アルミニウムセラミックブロックである、請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記セラミック製熱伝導部材は、前記回路基板の前記頂面及び前記底面を貫通している、請求項１又は２に記載のモーター。
【請求項４】
前記セラミック製熱伝導部材の頂面上に第１の伝導層が配置され、前記発熱電子部品に電気的に接続されている、請求項１から３の何れか１つに記載のモーター。
【請求項５】
前記セラミック製熱伝導部材のうち前記ヒートシンクに面する底面に第２の伝導層が配置され、前記ヒートシンクは前記第２の伝導層にはんだ付けされている、請求項１に記載のモーター。
【請求項６】
前記回路基板の基体はＦＲ−４等級材料で作られ、前記セラミック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５の何れか１つに記載のモーター。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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、上側ケースと、前記ステータコアを支持するための支持座面とを備え、前記上側ケース及び前記ヒートシンクは、一緒にスナップ嵌めされて、これらの間に前記制御モジュールを収容するための収容空間を定めており、前記支持座面は前記上側ケースに取り付けられる、請求項１から６の何れか１つに記載のモーター。
【請求項９】
前記モーターは外側ロータ式永久磁石型モーターであり、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られる、請求項１に記載のモーター。
【請求項１０】
請求項１から９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。
【請求項１１】
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、前記回路基板の内側で前記複数の発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、前記セラミック製熱伝導部材は前記基体を貫通し、前記セラミック製熱伝導部材のうち前記複数の発熱電子部品に向かう端面に伝導層が配置され、前記伝導層は、前記複数の発熱電子部品に電気的に接続されていることを特徴とする回路基板。
【請求項１２】
前記セラミック製熱伝導部材は、前記基体の頂面及び底面を貫通している、請求項１１に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]  本開示は、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。
【背景技術】
【０００２】
[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。
【０００３】
[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。
【発明の概要】
【０００４】
[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。
【０００５】
[0006]  従って、１つの態様において、本開示は、制御モジュール及びヒートシンクを備えるモーターを提供する。制御モジュールは、回路基板と、回路基板の頂面に取り付けられた複数の発熱電子部品とを備えている。回路基板の内側で複数の発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、ヒートシンクは、回路基板の底面に取り付けられる。
【０００６】
[0007]  セラミック製熱伝導部材は、焼結した窒化アルミニウムセラミックブロックであることが好ましい。
【０００７】
[0008]  セラミック製熱伝導部材は、回路基板の頂面及び底面を貫通していることが好ましい。
【０００８】
[0009]  セラミック製熱伝導部材の頂面上に第１の伝導層が配置され、発熱電子部品に電気的に接続されていることが好ましい。
【０００９】
[0010]  セラミック製熱伝導部材のうちヒートシンクに面する底面に第２の伝導層が配置され、ヒートシンクは第２の伝導層にはんだ付けされていることが好ましい。
【００１０】
[0011]  回路基板の基体はＦＲ−４等級材料で作られ、セラミック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】
[0012]  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】
[0013]  ステータはステータ座面を備え、ステータ座面は、上側ケースと、ステータコアを支持するための支持座面とを備え、上側ケース及びヒートシンクは、一緒にスナップ嵌めされて、これらの間に制御モジュールを収容するための収容空間を定めており、支持座面は上側ケースに取り付けられることが好ましい。
【００１３】
[0014]  モーターは外側ロータ式永久磁石型モーターであり、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ることが好ましい。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ている。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。
【００１４】
[0015]  別の態様において、本開示は、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む。制御モジュールは回路基板と、回路基板の頂面上に取り付けた複数の発熱電子部品とを含む。回路基板の内側で複数の発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、ヒートシンクは、回路基板の底面に取り付けられる。
【００１５】
[0016]  セラミック製熱伝導部材は、焼結された窒化アルミニウムセラミックブロックであることが好ましい。
【００１６】
[0017]  セラミック製熱伝導部材は、前記回路基板の頂面及び底面を貫通していることが好ましい。
【００１７】
[0018]  別の態様において、本開示は、基体と、基体に取り付けられた複数の発熱電子部品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る。回路基板の内側で複数の発熱電子部品に面する位置に複数のセラミック製熱伝導部材が埋め込まれ、セラミック製熱伝導部材は基体を貫通している。セラミック製熱伝導部材のうち複数の発熱電子部品に向かう端面に伝導層が配置され、伝導層は、複数の発熱電子部品に電気的に接続されている
【００１８】
[0019]  セラミック製熱伝導部材は、基体の頂面及び底面を貫通していることが好ましい。
【００１９】
[0020]  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。
【００２０】
[0021]  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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の実施形態によるモーターの概略図である。
【図２】図１のモーターの内部構造を示す図である。
【図３】図１のモーターのステータ座面の分解概略図である。
【図４】図１のモーターのステータ座面の概略側面図である。
【図５】図４の線Ａ−Ａに沿うステータ座面の縦断面図である。
【図６】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。
【図７】本開示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。
【図８】本開示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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0030]  以下に、本開示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。
【００２３】
[0031]  図１を参照して、本開示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。
【００２４】
[0032]  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。
【００２５】
[0033]  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８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３７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。
【００２６】
[0034]  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。
【００２７】
[0035]  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。
【００２８】
[0036]  ステータ座面５７は、上側ケース６９と、上側ケース６９に取り付けられた支持座面６１とを含む。上側ケース６９とヒートシンク７１とは一緒にスナップ嵌めされ、それらの間に制御モジュールを収容する収容空間を定めている。支持座面６１は、円周方向に離間した、外部装置に取り付けるための３つの取り付け脚と、ステータコア５１を支持するための支持支柱６３とを含む。支持座面６１とステータコア５１との間にスペーサ６１１が配置されている。スペーサ６１１は、支持座面６１に取り付けられ、ステータ巻線６３を支持基部６１から隔離している。スペーサ６１１の形状は、支持座面６１に調和している。
【００２９】
[0037]  図３から図５を参照すると、この実施形態では、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。上側ケース６９及びヒートシンク７１は一緒に留められ、これらの間に収容空間が形成されて回路基板８１及び複数の発熱電子部品９１を収納している。コネクター５５は、回路基板８１に取り付けられて、発熱電子部品９１に電気的に接続されている。回路基板８１は基体８１１を含む。基体８１１は頂面及び底面を含む。発熱電子部品９１は、基体８１１の頂面に取り付けられる。ヒートシンク７１は、基体８１１の底面の下方に位置している。基体８１１は、難燃性材料、例えばＦＲ４材料で作られている。
【００３０】
[0038]  図６を参照して、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）のような発熱電子部品９１は、基体８１１の頂面上にはんだ付けされている。発熱電子部品９１の作動時にその内部に熱が発生し、発熱電子部品９１は熱源になることが理解される。
【００３１】
[0039]  基体８１の熱放散効果を向上させるために、セラミック材料で作った複数の熱伝導部材が、熱交換のために回路基板８１の基体８１１に埋め込まれている。この実施形態では、熱伝導部材は窒化アルミニウムセラミックブロック８３である。窒化アルミニウムセラミックブロック８３は、熱伝導性であるが非電導性である。窒化アルミニウムセラミックブロック８３は、回路基板８１の厚さ方向に沿って延びている。窒化アルミニウムセラミックブロック８３は、発熱電子部品９１よって発生した熱を回路基板８１の頂面から底面に素早く伝えるために、回路基板８１の頂面及び底面を貫通することが好ましい。熱は、ヒートシンク７１を通ってさらに放散される。埋め込まれた熱伝導部材は、回路基板８１の熱放散効果をその厚さに沿って有効に改善することができる。窒化アルミニウムセラミックブロック８３の位置は、発熱電子部品９１の位置に面し、窒化アルミニウムセラミックブロック８３の両端面上に、第１の伝導層８１２及び第２の伝導層８１３がそれぞれ配置されることが好ましい。第１の伝導層８１２は発熱電子部品９１に面しており、第２の伝導層８１３はヒートシンク７１に面している。発熱電子部品９１の１つの熱伝導パッドが、第１の伝導層８１２に電気的に接続されている。例えば、ＭＯＳＦＥＴの熱パッドが第１の伝導層８１２にはんだ付けされ、その結果ＭＯＳＦＥＴによって発生した熱は、窒化アルミニウムセラミックブロック８３に素早く伝わることができる。窒化アルミニウムセラミックブロック８３のうち発熱電子部品９１に面する面積は、発熱電子部品９１の面積よりも大きく、電子部品９１からできるだけ多くの熱を吸収して伝えることがより好ましい。ＭＯＳＦＥＴは、窒化アルミニウムセラミックブロック８３を設け得ることが好ましい。多数のＭＯＳＦＥＴの熱伝導パッドを一緒に接続すれば、多数のＭＯＳＦＥＴは、１つの窒化アルミニウムセラミックブロック８３を共有し得ることが理解される。ヒートシンク７１は、第２の伝導層８１３にはんだ付けされて、回路基板８１及びヒートシンク７１を一緒に固定している。ヒートシンク７１を第２の伝導層８１３にはんだ付けするために、ヒートシンク７１上に少なくとも１つのはんだ付け位置７１１（図３参照）が形成されている。第１の伝導層８１２及び第２の伝導層８１３の材料は同じであり、例えば銅箔、はんだペースト、銅ペーストなどであることが好ましい。
【００３２】
[0040]  モーター１００には唯１つの回路基板８１があり、電力制御回路及び信号制御回路は回路基板８１内で統合され、それによりモーターの複雑さ、費用及び大きさが下がることが好ましい。対応して、コネクター５５は、外部電源に接続された端子と、信号源に接続された端子とを少なくとも含む。
【００３３】
[0041]  図７を代わりに参照すると、回路基板８１は２つのコネクターを含むことができ、その一方は電源コネクター５５ａであり、他方は信号コネクター５５ｂである。
【００３４】
[0042]  図８を参照すると、本開示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。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。モーター１００を含む冷却モジュールのおかげで、冷却モジュール２００は、熱放散性能が良く、冷却効果が良く、しかもサイクル寿命が長い。
【００３５】
[0043]  図６を参照すると、本開示の実施形態による回路基板８１が示されている。回路基板８１は、基体８１１と、基体８１１上に取り付けられる複数の発熱電子部品９１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、基体８１１の頂面上に取り付けられる。基体８１１の底面の下方にヒートシンク７１が位置している。基体８１１の内側で、発熱電子部品９１に面する位置に、複数のセラミック製熱伝導部材８３が埋め込まれている。セラミック製熱伝導部材８３は基体８１１を貫通し、セラミック製熱伝導部材８３のうち発熱電子部品９１に面している端面（頂面）に第１の伝導層８１２が取り付けられ、発熱電子部品９１に伝導的に接続されている。セラミック製熱伝導部材８３の別の端面（底面）は、ヒートシンク７１に熱的にしかし非電気的に接触している。回路基板８１は、発熱電子部品９１によって発生した熱をセラミック製熱伝導部材８３を通って基体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８１の熱放散効果が良くなり、安全性が高くなり、サイクル寿命が長くなる。
【００３６】
[0044]  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。
【００３７】
[0045]  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。
【００３８】
[0046]  本発明は１つ以上の実施形態を参照して説明されたが、実施形態の上記説明は、当業者が本発明を実施し又は使用することを可能にするためにのみ用いる。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能であることを理解する。本明細書に例示された実施形態は、本発明の限定として理解すべきでなく、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によって決まる。
【符号の説明】
【００３９】
７１  ヒートシンク
８１  回路基板
８３  セラミック熱伝導部材
９１  発熱電子部品
８１１  基体
８１２  第１の伝導層
８１３  第２の伝導層
【図１】
2018201324.tif 000003
【図２】
2018201324.tif 000004
【図３】
2018201324.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018201324.tif 000007
【図６】
2018201324.tif 000008
【図７】
2018201324.tif 000009
【図８】
2018201324.tif 000010
【外国語明細書】
2018201324000001.pdf