一种控制电致动的涡轮增压器的电力电子器件组件的制作方法

本申请涉及电致动的涡轮增压器，并且更具体地涉及控制电致动的涡轮增压器的电力电子器件组件。

背景技术：

内燃机(简称ice)将燃料、火花和周围空气的进气结合，产生燃烧事件，该燃烧事件以迫使曲轴旋转的方式重复地移动活塞。燃料和火花在气缸的一端引入燃烧室，活塞在该气缸内往复运动。当燃料和火花在存在环境空气的情况下输送至燃烧室时，燃烧发生并迫使活塞远离燃烧室，从而通过曲轴将该力转化为旋转能。对于给定量的燃料和火花，可以使用经由涡轮增压器进入燃烧室的环境空气的强制进气来增大ice的功率。过去，涡轮增压器包括经由共用轴机械地连接的压缩机和排气涡轮。涡轮增压器接收由ice产生的排气并且该排气的流动使排气涡轮以及压缩最终被引入ice的入口的空气的压缩机旋转。

涡轮增压器使用排气流成功地压缩被引入ice的入口的空气。但现代的ice越来越多地使用电致动的涡轮增压器用于强制进气。电致动的涡轮增压器使用电动机使压缩机转动，该压缩机可以单独地由电动机或由电动机和排气涡轮两者来供电。电力电子器件用于控制与电致动的涡轮增压器一起使用的电动机。

然而，包括具有涡轮增压器的电动机涉及对于非电致动的涡轮增压器可能不存在的另外的挑战。例如，电动机可以由对热敏感的电气部件来控制。然而涡轮增压器通常在高热环境中操作。将这些电气部件移动离开该涡轮增压器并且将所述电气部件连接到电动机上可以帮助保持所述电气部件冷却，但是这增加了成本和复杂性。保持这些电气部件同时冷却并且靠近涡轮增压器可能是具有挑战性的。

技术实现要素：

在一种实现方式中，控制电致动的涡轮增压器的电力电子器件组件包括印刷电路板(简称pcb)，该印刷电路板具有非导电衬底，该非导电衬底支撑一个或多个电子部件，该一个或多个电子部件在pcb的一个或多个侧面上附接到该非导电衬底；一个或多个导电层，与非导电衬底连接并在pcb内传导电流；施加到该非导电衬底或导体层的外表面上的流体阻挡层；以及pcb壳体，该pcb壳体配置成与该电致动的涡轮增压器连接，该pcb壳体具有流体腔，该流体腔将来自内燃机(简称ice)的液体传输到将该液体与该pcb分开的该流体阻挡层。

在另一种实现方式中，一种控制电致动的涡轮增压器的电力电子器件组件包括pcb，该pcb具有支撑一个或多个电子部件的非导电衬底，该一个或多个电子部件在该pcb的一侧附接到该非导电衬底；一个或多个导电层，与非导电衬底连接并在pcb内传导电流；施加到该非导电衬底的外表面上的第一流体阻挡层；施加到该导电层的外表面上的第二流体阻挡层；pcb壳体，配置成与该电致动的涡轮增压器连接，该pcb壳体具有部分地由第一流体阻挡层限定的第一流体腔以及部分地由第二流体阻挡层限定的第二流体腔，该第一流体腔和该第二流体腔在将液体与该pcb分开的该第一流体阻挡层和该第二流体阻挡层上传输来自ice的液体。

附图说明

图1是描绘了电致动的涡轮增压器组件的实现方式的透视图；

图2是描绘了电致动的涡轮增压器的实现方式的截面视图；

图3是描绘了电致动的涡轮增压器组件的一部分的实现方式的透视图；

图4是描绘了与该电致动的涡轮增压器一起使用的印刷电路板(pcb)的实现方式的透视图；

图5是描绘了电致动的涡轮增压器组件的一部分的另一个实现方式的透视图；并且

图6是描绘了与该电致动的涡轮增压器一起使用的印刷电路板(pcb)的另一个实现方式的透视图。

具体实施方式

电致动的涡轮增压器可以使用安装在印刷电路板(pcb)上的电气部件，该印刷电路板在一侧上涂覆有流体阻挡层，该流体阻挡层暴露于由内燃机(ice)提供的冷却流体。该pcb可以包括底部导电层，在该底部导电层上施加导热但电绝缘的流体阻挡层。然后将该阻挡层直接暴露于降低该pcb和这些电气部件的温度的冷却流体流，例如发动机冷却剂或发动机油。在没有启动冷却系统的情况下，pcb可以达到175摄氏度(c)。与此相反，发动机冷却剂或发动机油通常以大约100摄氏度存在，并且这种流体在流体阻挡层上的流动可以降低pcb运行的温度。降低pcb的温度可以提高pcb承载的电气部件的效率，降低电气部件的额定功率要求，或者两者兼有。承载用于电致动的涡轮增压器的电气部件的pcb的先前实现方式已经被不同地冷却。例如，pcb已经被密封在壳体内，并且冷却剂可以流过并接触壳体的外表面。然而，在这些过去的设计中，在pcb与壳体之间存在气隙，并且发动机油或发动机冷却剂相对于壳体的外表面的流动不如通过流体阻挡层直接冷却pcb效率高。在另一个实现方式中，阻挡层可以在pcb的顶表面上涂覆电气部件，并且该层可以暴露于发动机油/冷却剂流。该阻挡层的实例是以商标名thremosink^tm出售的导热硅橡胶弹性体。在另一实现方式中，阻挡层可以实现为导热的填充环氧树脂或硅树脂。填充的环氧树脂或硅树脂可以填充有氧化铝、氮化硼或金刚石，此处仅举几个例子。一种实现方式是导热填充环氧树脂由covascientific公司制造。

图1-2描绘了电致动的涡轮增压器组件10的一个实现方式，该电致动的涡轮增压器组件包括电致动的涡轮增压器12和电子器件组件14，该电子器件组件包括由涡轮增压器壳体18承载的pcb16。该电致动的涡轮增压器12包括压缩机部分20、电动机部分22、以及排气部分24，这些部分被组装形成容纳涡轮增压器12的部件的结构。涡轮轴26延伸穿过压缩机部分20、电动机部分22和排气部分24，如图2所示。在一端处，涡轮轴26与位于压缩机部分20中的压缩机28连接，该压缩机旋转以压缩空气，该压缩空气最终被供应至内燃机(ice)的进气集气室(未示出)。涡轮轴26与压缩机28轴向间隔开并且位于电动机部分22中的另一部分与电动机32的转子组件30连接。转子组件30可以相对于包括在电动机部分22中的定子34同心地定位。一个或多个轴承36被包括在电动机部分22中并且沿着涡轮轴26轴向间隔开以在涡轮轴26、压缩机28、转子组件30以及排气涡轮38在运行过程中在涡轮增压器12内旋转时支撑和稳定这些元件。排气涡轮38连接至涡轮轴26远离位于排气部分24中的压缩机28的一端。

该压缩机部分20包括压缩机室40，压缩机28响应于涡轮轴26的旋转而在该压缩机室中旋转并且压缩最终被供应至ice的进气歧管的空气。压缩机28与涡轮轴26连接，该涡轮轴从压缩机部分20延伸到电动机部分22和排气部分24中。转子组件30连接到涡轮轴26，使得转子组件30和涡轮轴26相对于彼此没有角偏移。当结合时，转子组件30在紧邻定子34的位置相对于轴24轴向延伸。定子34可以包括多个绕组，这些绕组传输来自电力电子器件的电流并且引起转子组件30和连接到转子组件30上的涡轮轴26相对于定子34的角偏移。该压缩机室40与压缩机入口流体连通，该压缩机入口从周围大气中抽进空气并且将其供应给压缩机26。当pcb选择性地将电流提供给定子34的绕组时，转子30被引起旋转并且在涡轮轴26和压缩机28上给予该旋转。

在一种实现方式中，定子34和转子30可以实现为从车辆电池(未示出)接收dc电压的直流(dc)无刷电动机。施加到定子34上的dc电压量可以大于40伏特(v)，例如可以由现代的48v车辆电气系统提供。其他实现方式是可能的，其中车辆电气系统使用更高的电压，例如400v和800v。电连接器42被包括在电致动的涡轮增压器12上并且通过pcb16将电力从电源传送到涡轮增压器12，该pcb调节供应到电致动的涡轮增压器12的电动机的电流。电力电缆43将车辆电池电连接到pcb16，并且电连接器42将pcb16电连接到电致动的涡轮增压器12。

排气部分24与由ice产生的排气流体连通。随着ice的曲轴的每分钟转数(rpm)增加，由ice产生的排气量增加并且相应地增加排气部分24中的排气的压力。这种压力的增加还可以增加排气涡轮38的角速度，该排气涡轮通过涡轮轴26将旋转运动传递到压缩机28。在该实现方式中，压缩机28接收来自排气涡轮38和电动机32的旋转力。更具体地，当ice在较低rpm下运行时，即使排气部分24内的排气压力相对较低，电动机32也可以向压缩机28提供旋转力。当ice增加曲轴的rpm时，排气部分24内的排气压力可以建立并提供驱动压缩机28的旋转力。

电子器件组件14被连接到电致动的涡轮增压器12上，如图1-2所示。电子器件组件14包括pcb壳体44和pcb16。该pcb壳体44被成形为使得其与该电致动的涡轮增压器12紧密配合或邻接。应当理解，本文所述的构思可应用于以不同方式构造的电致动的涡轮增压器。例如，电致动的涡轮增压器可以使用压缩机部分和电动机部分而省略排气部分来实现。在这种实现方式中，涡轮增压器包括经由涡轮轴连接至电动机的压缩机，而不依赖于排气涡轮也连接至涡轮轴。这种实现方式有时可以被称为电增压器，因为在这种实现方式中的强制进气仅依赖于由电动机提供的旋转力，而不是还使用由排气旋转驱动的排气涡轮。

包括pcb16的pcb壳体44与组件10连接。图3更详细地示出了pcb壳体44。pcb壳体44包括至少部分地由pcb16的表面限定的流体腔46。该pcb16包括至少一个暴露表面，流体阻挡层48被施加在该暴露表面上并且存在于该pcb16与流经该流体腔46的流体之间。所示的pcb16可以包括流体阻挡层48、导电层50、衬底层52、阻焊层(未图示)和丝网(未图示)。图4更详细地示出了pcb16。该衬底层52可以支撑多个电气部件54，这些电气部件形成了用于控制电力并且选择性地向电致动的涡轮增压器12供电的电路。衬底层52可以由非导电材料构造，例如通常称为fr4的玻璃增强环氧层压层。电气部件54可以是物理地安装在衬底层52上并且包括穿过层52以与导电层50电连接的电引线的电容器、电阻器和/或开关。或者，可选地，衬底层52可以支撑延伸穿过衬底层52以与导电层50电连接的一个或多个通孔(未示出)。电气部件54的电引线可以，例如通过焊接，电连接到最终将电流传送到导电层50的通孔。导电层50可以包括电连接由衬底层52承载的多个电部件54的一个或多个电路迹线。在该实现方式中，导电层50包括键合铜，但是也可以使用其它导电材料。

导电层50可以涂覆有流体阻挡层48。然而，应当理解，具有流体阻挡层的pcb可以被不同地构造成具有与所示不同的特定数量的层。可以基于一个或多个因素来选择这些层的数量，这些因素例如是被选择用于实现用于控制该电致动的涡轮增压器并且对其供电的电路的这些电气部件的特性和数量。流体阻挡层48可以施加到pcb16的外表面——在该实现方式中是导电层50——使得层48存在于由ice供应的流体与pcb16之间，使得pcb16的表面至少部分地形成流体腔46的一部分。在一种实现方式中，流体阻挡层48包括导热硅橡胶弹性体。如上所述，该产品的实现方式以商品名thermosink^tm市售。其它相对较薄的材料可用于流体阻挡层48，其承受流体和流体存在时的温度的影响。例如，流体阻挡层48可以实现为导热填充环氧树脂或硅。存在可用于实现流体阻挡层48的间隙填充物，例如bergquiest间隙填充物tgf4000。例如，导电层50的表面可以涂覆有丙烯酸酯聚氨酯或导热填充环氧树脂或硅，以形成流体阻挡层48。一旦形成，pcb16可以插入形成在pcb壳体44中的槽56中，槽56具有与pcb16的厚度紧密匹配的厚度，以便相对于pcb壳体44刚性地保持pcb16并且在pcb16和pcb壳体44之间形成不透流体的密封。可以在pcb16的边缘处的流体阻挡层48接触槽56的地方应用密封特征，例如衬垫或化学密封剂，防止流体泄漏出流体腔46并进入pcb壳体44的其它部分。

流体腔46可以与入口端58和出口端60流体连通。来自ice的流体，例如发动机油或发动机冷却剂，可以在由油泵或水泵产生的压力下供应到入口端58。来自ice的流体可以从降低该流体的温度的发动机油冷却器或散热器到达。在一个示例中，流体可以以100℃存在，而电致动的涡轮增压器的壳体18可以以175℃存在，使得流体可以降低pcb壳体44的温度水平。当流体接触并流动抵靠流体阻挡层48，通过出口端60离开流体腔46时，流体流动穿过流体腔46抵靠流体阻挡层48可以从pcb壳体44移除热量并且可以降低pcb16的温度。

参考图5，图中示出了包括pcb壳体44'和pcb16'的电子器件组件的另一种实现方式，该电子器件组件可以与组件10连接。pcb壳体44'包括由pcb16'的第一侧和pcb16'的第二侧部分地限定的流体腔46'。pcb16'可以包括在pcb16'的一侧上的第一流体阻挡层62和在pcb16'的相对侧上的第二流体阻挡层64。pcb16'可以包括第一流体阻挡层62、导电层50、衬底层52和第二流体阻挡层64。图6更详细地示出了pcb16'。第一流体阻挡层62可以施加到导电层50。如上所述，可以将衬底层52结合到导电层50并且衬底层52承载电子部件54。该衬底层52可以支撑多个电气部件54，这些电气部件形成了用于控制电力并且选择性地向该电致动的涡轮增压器12供电的电路。第二流体阻挡层64可以施加在衬底层52和安装在层52上的电气部件54上。第一流体阻挡层62和第二流体阻挡层64可各自包含如上所述的丙烯酸酯聚氨酯。该pcb壳体44'可以包括多个槽54，多个槽容纳pcb16'的边缘以便在该第一流体阻挡层60与该壳体44'之间以及在该第二流体阻挡层62与该壳体44’之间形成流体密封。另外，槽54可以刚性地将pcb16'保持在pcb壳体44’内的固定位置中。

该pcb壳体44'在入口端58处接收流体并且在该pcb16'上将该流体传输至出口端60。pcb壳体44'可以包括至少部分地由第一流体阻挡层66限定的第一流体腔66和至少部分地由第二流体阻挡层64限定的第二流体腔68。当流体到达入口端58时，pcb16'可以在第一流体腔66与第二流体腔68之间分割流体流。流体流可以在穿过第一流体腔66和第二流体腔68时接触第一流体阻挡层64和第二流体阻挡层66，从而将热量从pcb16’去除。

应当理解，前述内容是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于在此公开的特定实施例，而是仅由所附权利要求来限定。此外，包含在前面的描述中的陈述涉及特定的实施例，并且不应被解释为对本发明的范围或对权利要求中使用的术语的定义的限制，除非上文明确定义了术语或短语。本领域的技术人员将清楚各种其它实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改。所有这样的其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。

如在本说明书和权利要求书中所使用的，当与一个或多个部件或其他项的列表一起使用时，术语“例如”、“如”、“比如”、“诸如”和“举例”，以及动词“包括”、“具有”、“包含”及其其他动词形式应分别被解释为开放式的，即意味着不应将列表视为排除其他、附加的部件或项。其它术语将使用其最宽的合理含义来解释，除非其在需要不同解释的上下文中使用。