用于具有驱动器的马达的电马达装置的制作方法

本发明涉及一种电马达装置，包括电马达和封装，所述电马达特别是伺服集成马达，所述封装容纳马达驱动器，所述马达驱动器特别是伺服驱动器，用于用低阻抗导电路径驱动所述马达，所述低阻抗导电路径包括堆叠式电源模块、电源pcba和电源连接器。所述电马达装置可以是伺服驱动器。本发明还涉及一种电马达装置，所述电马达装置包括电马达、以及第一封装部分和第二封装部分，所述第一封装部分和第二封装部分容纳用于驱动所述马达的马达驱动器，其中，所述第一封装部分、所述第二封装部分和/或所述马达通过至少一个热隔离层彼此热分离。

背景技术：

1、电马达装置包括电马达、和用于驱动马达的马达驱动器。它们为驱动任何给定机构提供了紧凑的功能模块。

2、更小和更强大的马达驱动器的发展导致由马达驱动器引起的过多的产热或生热。因此，马达驱动器的温度可能超过可接受的温度水平。因此，相应的电马达装置的性能可能受到不利影响。

3、可能会出现诸如对电马达装置的驱动器或其它部件的热破坏或损坏等问题。长时间过高的温度也可能导致马达驱动器内的单个部件的寿命缩短。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改进的电马达装置，其克服了上述问题，并使得可以安全地操作紧凑且功率密集的电马达装置。

2、该目的通过根据包括权利要求1的特征的本发明的第一方面的电马达装置和包括权利要求16的特征的本发明的第二方面的电马达装置来实现。本发明的有利的实施例受从属权利要求的约束。

3、根据权利要求1，电马达装置包括电马达和封装，电马达特别是伺服集成马达，封装容纳马达驱动器，马达驱动器特别是伺服驱动器，用于用低阻抗导电路径驱动马达，低阻抗导电路径包括堆叠式电源模块、电源pcba和电源连接器。

4、与现有技术相比，本发明可以显著减少电马达装置的散热或热耗散，使得可以在指定的、大大减少的空间内对其进行管理。为了减少散热，导电路径的阻抗可以低于50mohm，特别是在每个功率部件之间的导电路径的阻抗低于50mohm。导电路径可以对应于或包括电源连接器与马达驱动器的部件(诸如堆叠式电源模块)和/或马达之间的电路径。

5、为了在pcba上获得低阻抗路径，各个部件可以优选地以相对于彼此的短距离被布置，使得部件几乎彼此接触。它们的距离可以小于例如1mm。

6、本发明促进了电马达装置的高功率密度且紧凑设计的使用。

7、本发明使得有可以将电马达装置(特别是马达驱动器)的电子器件内的损失限制到最小。马达驱动器的特征可以包括用于驱动电马达所需的任何部件(特别是电子部件)。

8、此外，它有助于将具有不同热特性的电路和部件彼此分开。为了尽可能减少热损失和强制冷却的要求，不仅可以使用高效的电路和部件(诸如例如sic、gan或igbt开关、具有低等效串联电阻的电容器)，而且单个部件的几何形状和机械放置也是相关的。

9、本发明提供了具有非常紧凑设计的电马达装置的优点，这有助于减少不必要的能量损耗并确保在emi、热性能和能量效率方面非常好的性能。

10、此外，由于板或pcba按功能划分，因此电马达装置的电子器件非常容易扩展。为了提供更大的框架尺寸或更大的电马达装置，只需要具有相应的壳体或封装的新的即更大的动力区段。

11、在本发明的优选实施例中，第一封装部分和第二封装部分容纳驱动器的部件，其中，第一封装部分、第二封装部分和/或马达通过至少一个热隔离层彼此热分离。较大数目个热隔离层可以导致每个封装部分的较好的热分离。封装部分可以包括单独的壳体部件或外壳，单独的壳体部件或外壳保护各自的部分的内容物。热隔离层确保各自的封装部分的内容物可以在操作期间容易地保持在不同的温度范围，并且没有显著的额外的冷却要求。

12、在本发明的另一优选实施例中，马达缆线经由pcb缆线连接器电连接到电源pcba，和/或，堆叠式电源模块包括用于驱动马达的逆变器。

13、在本发明的另一优选实施例中，电源连接器包括母连接器和公连接器。母连接器或公连接器中的任一个都可以是输入或输出连接器。提供公连接器和母连接器确保了输入和输出连接器不会被负责马达装置工作的人员混淆。母/公装置还可以提供网络中多个马达驱动器的级联联接从而使得能够在马达驱动器之间进行双向数据通信以及向每个马达驱动器供电。输入和输出连接器可以是工业连接器。

14、在使输入和输出连接器彼此靠近和/或将它们焊接到同一个pcb的同时使电源模块和所有其它相关部件(如有必要)彼此靠近确保了良好的散热水平。因此有助于有效的热管理。此外，合适的dc链路电容器技术(诸如具有低等效串联电阻的电容器和/或薄膜电容器)的选择与器件的热管理是相关的。例如，电解电容器比薄膜电容器产生更多的损失，并且需要额外的平衡电路，这再次产生额外的损失，使马达装置的性能进一步劣化。

15、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分经由第二封装部分连接到马达。因此，在马达与第一封装部分之间可以具有较少的可能的连接。这确保了在可能热的马达与第二封装部分之间提供足够的间隔，容纳在比马达更低的温度下操作的部件。

16、在本发明的另一优选实施例中，第二封装部分连接到马达的轴向端。轴向方向可以参考马达的旋转轴线。第二封装部分可以设置在与马达的输出轴相反的轴向端。第二封装部分可以是中间部分、位于马达与第一封装部分之间、并且将马达与第一封装部分分开。第二封装部分可以包括电源电子部件，例如马达驱动开关和/或堆叠式电源模块。

17、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分在马达的径向方向上至少部分地与马达分隔开。径向方向可以参考马达的旋转轴线，由此径向方向垂直于旋转轴线。可以从所述径向方向和轴向方向导出周向方向。

18、在本发明的另一优选实施例中，在第一封装部分与马达之间提供间隙。间隙可以将第一封装部分的至少一部分与马达分隔开。间隙可以不容纳马达装置的任何结构部件，而是，它可以填充有马达装置所暴露于的任何周围空气。驱动器的一节段可以悬于马达之上。通过在马达与驱动器之间提供特定的间隙，避免了热联接或热耦合。间隙可以优选地在轴向方向上大于第一封装部分长度的1/3，以减少从第二封装部分和马达到第一封装部分的热传递。

19、在本发明的另一优选实施例中，电源pcba设置在第二封装部分中，和/或，控制pcba设置在第一封装部分中，其中优选地，热焊盘设置在至少一个pcba与第一封装部分和/或第二封装部分之间，所述至少一个pcba特别是控制pcba，并且其中优选地，电源pcba与控制pcba经由多引脚连接器彼此连接，优选地以90°角彼此连接。

20、电源pcba和控制pcba可以是其各自的封装部分中的主要散热部件。将所述pcba设置在热隔离的封装部分中确保了两个pcba都可以在它们不同的最大或理想运行温度下操作，而不需要经由例如风扇和/或散热器对任一pcba进行大量强制冷却。

21、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分和第二封装部分完全封闭其各自的内部。完全封闭意味着没有用于冷却封装部分内部的冷却空气开口可以被提供。从封装部分的内部到外部的热传递可以基本上或专门经由封装部分和马达的固体结构而发生，或者更准确地，经由其各自的外壁或包覆层而发生。

22、因此可以避免使用风扇和/或散热器，这样将降低封装的异物防护规范等级和/或降低在相应降低的冷却能力的情况下堵塞散热器的风险。

23、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分、第二封装部分和/或马达的马达壳由金属材料制成和/或具有平面外表面。平面外表面可以指完全没有冷却肋。因此，封装部分的外表面可以以平行于封装部分的内表面的方式在其总表面积或接近总表面积上延伸。封装部分的外表面的表面积可以对应于封装部分的内表面的表面积的100％至150％、优选地为100％至125％或100％至110％。因此，马达装置的设计可以大体上被简化和/或其尺寸被减小。

24、在本发明的另一优选实施例中，第一热隔离层和/或第二热隔离层包括塑料材料和/或垫圈密封件。热隔离层可以是与封装和马达分离的部件。热隔离层被设置在封装与马达之间。隔离层可以被挤压在封装和/或马达之间。

25、在本发明的另一优选实施例中，在马达驱动器与第一封装部分和/或第二封装部分之间，特别是在电源pcba与第二封装之间提供非循环气穴，所述非循环气穴优选地作为唯一的热导体。在马达驱动器的一些或所有发热部件与第一封装部分和/或第二封装部分的外壁之间，可以不提供除空气之外的其它或专用热传递介质或部件。没有任何专用的热传递介质或部件增强了可维护性，并简化了马达装置的结构。驱动器的部件可以通过打开封装而直接到达，而不需要移除任何现有的专用热传递介质或部件。

26、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分和/或第二封装部分包括位于第一封装部分和/或第二封装部分的内部与外部之间的通气膜。通气膜提供在第一封装部分和/或第二封装部分的内部与外部之间的连接，使得第一封装部分和/或第二封装部分的内部与外部之间的压力梯度可以被减小或被限制。

27、在本发明的另一优选实施例中，第一封装部分和/或第二封装部分用螺钉或紧固件紧固到彼此，和/或，热隔离层用螺钉固定在第一封装部分和/或第二封装部分内。螺钉可以通过相应的孔被插入到热隔离层中。螺杆可将马达、第一封装部分和/或第二封装部分彼此压靠，使得热隔离层被压缩。

28、根据包括权利要求16的特征的本发明的第二方面，提供了一种电马达装置，所述电马达装置包括电马达、以及第一封装部分和第二封装部分，第一封装部分和第二封装部分容纳用于驱动马达的马达驱动器，其中，第一封装部分、第二封装部分和/或马达通过至少一个热隔离层彼此热分离。

29、为了考虑马达驱动器的高紧凑性和功率密度，将驱动器(或者说将其不同部件)划分成不同的热扇区是有益的。部件的划分可以依赖于例如其功能、功耗和/或温度稳定性。

30、热隔离件(或热隔离层)被用作密封装置，所述密封装置用于将封装部分内的马达驱动器与马达装置的外部密封。因此，电马达装置可以具有例如根据iso 20653:2013-02的ip 65的异物防护标准，并且不需要进一步的冷却肋，以便在需要时可以满足高卫生标准。

31、根据本发明的第二方面，提供了电马达装置的三个不同的热扇区，所述三个不同的热扇区将马达装置的主外罩划分为三个不同的区域(，例如铸造部分)：第一控制部分或热扇区，具有最敏感的部件，并且因此具有最低的可允许运行温度；第二主电路部分，具有中或高运行温度；以及第三马达部分，具有最高运行温度。

32、当将电马达驱动器(或者说电马达、以及第一封装部分和第二封装部分)的铸造表面分成三个不同的、可分离的部分或热扇区时，根据本发明在这些部分之间提供相应的密封。本发明在三个不同部分之间提供了热分离或“分离器”，其同时用作密封件/垫圈。

33、本发明的这方面的一个主要优点是，具有不同运行温度范围的部件可以容易地组合在同一电马达装置中，尽管是在不同的可分离的部分中。例如，温度敏感部件可以被设置在第一部分中，稳健的低温部件可以被设置在第二部分中，并且高温部件可以被设置在第三部分中。

34、此外，功耗最大的部分与其它部分分开。同时，所有部分都具有足够的外表面积，以将产生的热耗散到电马达装置的外部。

35、在本发明的优选实施例中，电源pcba设置在第二封装部分中，和/或，控制pcba设置在第一封装部分中，其中优选地，热焊盘设置在至少一个pcba与第一封装部分和/或第二封装部分之间。

36、在本发明的另一优选实施例中，在马达驱动器与第一封装部分和/或第二封装部分之间提供非循环气穴，所述非循环气穴优选地作为唯一的热导体。

37、在本发明的另一优选实施例中，电马达装置，特别是伺服驱动器，符合weee 2012/19/eu(欧洲议会和理事会2012年7月4日关于废弃电气和电子装备(weee)的指令2012/19/eu)合并版本：04/07/2018)、en 50419:2006、esg和/或iec 60529-ip65标准。

38、在本发明的另一优选实施例中，马达、第一封装部分、控制pcba、第二封装部分和/或电源pcba可以从电马达驱动装置移除。因此便于维修和更换部件。

39、没有任何专用热传递介质确保了更好地满足weee 2012/19/eu指令(来自电气和电子装备的废弃物)，因为各部分或零件可以易于拆卸和处理。

40、马达驱动装置被专门开发以满足产品的esg(环境、社会和公司治理)合规性，涉及减少电子部件中的废能量损失，通过分离/拆卸成单个部分或零件而在产品寿命结束时报废/处置产品，以及更换马达驱动装置的单个部件或零件并避免报废整个单元的可能性。有缺陷的马达可以通过从马达驱动装置上拧下或通过用工作电源pcba替换有缺陷的电源pcba。

41、马达驱动装置包括从马达驱动装置拆卸控制pcba的选项，以由例如不同类型的控制pcba替换，所述不同类型的控制pcba包括新的特征，例如未来的网络协议、更快的网络速度、更低的废能量损失。它还可以包括将电源pcba替换为例如具有改进的pwm切换速度、更低的废能量损失的不同类型。它还可以包括用具有不同特性(例如更高的扭矩、更低的废能量损失)的不同类型的马达替换该马达，或替换该马达的磨损轴承。