一种永磁直流无刷电机控制器模块的制作方法

本发明涉及一种永磁直流无刷电机控制器模块，主要应用于电动汽车、电动摩托车、平衡车、人工智能机器人、新型医疗设备、厨电设备、自动化控制设备。

背景技术：

三相永磁无刷直流电动机，是目前功率密度最高的一种电动机之一，由于转子中嵌入永磁体，转子上既无铜耗又无铁耗，工作转速范围大，运行平稳、噪音低，调速方便，可满足各种运行工况下的转速要求，其能耗远低于交流异步电动机，寿命远远大于交流电机。

但是，现有的三相永磁无刷直流电动机控制装置，其结构上基本上仍沿用电动汽车行业的需求，主要存在以下问题：

一是常用的三相永磁无刷直流电动机控制器傻、大、粗，安装装配工艺复杂，不适合嵌入式安装，一旦损坏，维修困难。

二是功率驱动vmos管采用单向侧边安装结构，散热结构极不合理，热阻大，热传导特性较差，发热严重。

三是控制器通常采用单边出线模式，线间串扰严重，抗干扰能力差，其可靠性大打折扣。

技术实现要素：

据此，本发明提出了一种永磁直流无刷电机控制器模块的设计方案，具体技术方案如下：

一种永磁直流无刷电机控制器模块，由下端盖板、中框壳体、上端盖板、pcb电路板、散热片及输出端子组成，所述的下端盖板、中框壳体、上端盖板均为铝合金材质的正方形,其要点在于：

所述的pcb电路板为正方形，封装在由下端盖板、中框壳体、上端盖板所包围的正方形壳体中，pcb电路板上焊接有arm芯片、vmos管、驱动芯片、开关电源pwm控制器、高频变压器、开关电源功率驱动器元件和连接插座，所述的pcb电路板上印制有永磁直流无刷电机控制电路和开关电源控制电路；

所述的永磁直流无刷电机控制电路的核心器件为arm芯片，采用lqpf64封装，其i/o引脚分别与连接插座和驱动芯片的输入端相连，驱动芯片的输出端与top-220封装的vmos管的控制端相连，vmos管的散热面紧贴散热片及输出端子安装；

所述的开关电源部分的核心器件为开关电源pwm控制器，其i/o引脚与top-220封装的开关电源功率驱动器的控制脚相连，开关电源功率驱动器的电源输入脚与散热片及输出端子相连，开关电源功率驱动器的输出引脚与高频变压器相连；

所述的永磁直流无刷电机控制器模块采用了四块结构相同的散热片及输出端子，所述的散热片及输出端子为扁平的散热片与圆柱形的输出端子合二为一的铝铸件，散热片及输出端子上开有四个固定孔a，其带外螺纹的输出端子从散热片的上部伸出，其中：

四个top-220封装形状的开关电源功率驱动器紧贴在散热片及输出端子的扁平部分，然后通过螺丝穿过散热片及输出端子上的固定孔a，再与中框壳体上的固定孔b相连，带外螺纹的输出端子构成电源正极输出端子；

vmos管两两一组相并联，分别构成电路输出的上、下桥臂，通过绝缘耐热云母垫片共用一个散热片及输出端子，因此每四个vmos管与散热片及输出端子相连在一起的部分各自构成u极输出端子、w极输出端子和v极输出端子；

所述的上端盖板上开有五个孔，分别是电源正极出线孔、u极输出孔、w极输出孔、v极输出孔以及中心孔，所述的14芯航空插座安装在中心孔处；

所述的u、v、w三相引脚定义是，从上端盖板的u极输出孔处伸出者为u极输出端子，从w极输出孔）处伸出者为w极输出端子，从v极输出孔处伸出者为v极输出端子。

上端盖板的四边带散热肋条，从上端盖板的电源正极出线孔处伸出者为电源正极输出端子，它外接蓄电池正极。

所述的下端盖板上的四边带散热肋条，中央有一个正方形的凸出台阶，凸出台阶上开有两个模块安装固定孔和一道长方形凹槽，电源地（gnd）衬片嵌入该长方形凹槽中，所述的电源地衬片上开有地线连接孔，通过螺丝可拧紧在金属的安装底板上，所述的永磁直流无刷电机控制器模块的下端盖板、中框壳体和上端盖板均与电源地相通。

14芯航空插座上定义有五根线的霍尔位置传感信号、三根线的调速信号、二根线的刹车制动信号、二根线的正转/反转信号以及+5v供电电源线和地线，这些信号分别与连接插座相连。

所述的中框壳体为外侧带散热肋条的铝合金正方形，内侧壁开有一个下沉台阶，四角上开有pcb板固定孔和固定通孔，装配时，pcb板嵌入中框壳体的下沉台阶处，通过螺丝穿过pcb板固定孔将pcb板固定在中框壳体上。

所用的树脂胶灌封配方是，环氧树脂110g,立德粉110g，无水酒精32g，乙二胺7.5g以及改变颜色的碳粉40g混合调匀成糊状，倒入中框壳体中并将pcb板上的元件全部覆盖，灌封后自然晾干。

模块封闭时，螺丝穿过下端盖板、中框壳体的固定通孔，然后与上端盖固定孔相连，成为一体。

技术效果

本发明提出的一种永磁直流无刷电机控制器模块有如下有益效果：

1．本发明设计了一种外侧带散热肋条的下端盖板、中框壳体和上端盖板，突破结构空间的限制，合拢后，将常用的永磁直流无刷电机控制器模块化，保证了控制器模块在拓扑结构上的独立性。

2.本发明最重要的特色在于，通过散热片及输出端子以及壳体四面散热的方式，解决了vmos管单向侧边安装的不合理现象。

3.本发明结构紧凑，强电和弱电严格分开，弱电控制信号通过14芯航空插座引出，强电接线方式则专门设计了一款将扁平的散热片与圆柱形的接线端子合二为一的新颖结构，从而方便地引出了电源和功率控制信号，大大地提高了永磁直流无刷电机控制器模块的抗干扰能力，改善了功率器件vmos的散热质量和控制品质，做到了系统最省，整体最优。

附图说明

图1永磁直流无刷电机控制器模块正面外形图；

图2永磁直流无刷电机控制器模块背面外形图；

图3永磁直流无刷电机控制器模块爆炸图一；

图4永磁直流无刷电机控制器模块爆炸图二；

图5pcb电路板、散热片及输出端子和电子元件分布正视图；

图6pcb电路板、散热片及输出端子背面侧视图；

图7散热片及输出端子外形图；

图8永磁直流无刷电机控制器模块爆炸图三；

图9永磁直流无刷电机控制器模块爆炸图四。

标号说明：

1下端盖板

11凸出台阶12模块安装固定孔

13长方形凹槽

2中框壳体

21pcb板固定孔22固定通孔

23固定孔b24下沉台阶

3上端盖板

31电源正极出线孔32u极输出孔

33w极输出孔34v极输出孔

35航空插座36中心孔

37上端盖固定孔

4散热片及输出端子

40固定孔a41电源正极输出端子

42u极输出端子43w极输出端子

44v极输出端子45输出端子

5电源地（gnd）衬片

51电源地线连接孔

6pcb电路板

61arm芯片62vmos管

63驱动芯片64开关电源pwm控制器

65高频变压器66开关电源功率驱动器

67连接插座

具体实施方式

本发明如图1至图9所示。下面结合附图说明本发明的具体实施方案：

一种永磁直流无刷电机控制器模块，由下端盖板（1）、中框壳体（2）、上端盖板（3）、pcb电路板（6）、散热片及输出端子（4）组成，所述的下端盖板（1）、中框壳体（2）、上端盖板（3）均为铝合金材质的正方形,其要点在于：

所述的pcb电路板（6）为正方形，封装在由下端盖板（1）、中框壳体（2）、上端盖板（3）所包围的正方形壳体中，pcb电路板（6）上焊接有arm芯片（61）、vmos管（62）、驱动芯片（63）、开关电源pwm控制器（64）、高频变压器（65）、开关电源功率驱动器（66）元件和连接插座（67），所述的pcb电路板（6）上印制有永磁直流无刷电机控制电路和开关电源控制电路；

所述的永磁直流无刷电机控制电路的核心器件为arm芯片（61），采用lqpf64封装，其i/o引脚分别与连接插座（67）和驱动芯片（63）的输入端相连，驱动芯片（63）的输出端与top-220封装的vmos管（62）的控制端相连，vmos管（62）的散热面紧贴散热片及输出端子（4）安装；

所述的开关电源部分的核心器件为开关电源pwm控制器（64），其i/o引脚与top-220封装的开关电源功率驱动器（66）的控制脚相连，开关电源功率驱动器（66）的电源输入脚与散热片及输出端子（4）相连，开关电源功率驱动器（66）的输出引脚与高频变压器（65）相连；

所述的永磁直流无刷电机控制器模块采用了四块结构相同的散热片及输出端子（4），所述的散热片及输出端子（4）为扁平的散热片与圆柱形的输出端子合二为一的铝铸件，散热片及输出端子（4）上开有四个固定孔a（40），其带外螺纹的输出端子（45）从散热片的上部伸出，其中：

四个top-220封装形状的开关电源功率驱动器（66）紧贴在散热片及输出端子（4）的扁平部分，然后通过螺丝穿过散热片及输出端子（4）上的固定孔a（40），再与中框壳体（2）上的固定孔b（23）相连，带外螺纹的输出端子构成电源正极输出端子（41）；

vmos管（62）两两一组相并联，分别构成电路输出的上、下桥臂，通过绝缘耐热云母垫片共用一个散热片及输出端子（4），因此每四个vmos管（62）与散热片及输出端子（4）相连在一起的部分各自构成u极输出端子（42）、w极输出端子（43）和v极输出端子（44）；

所述的上端盖板（3）上开有五个孔，分别是电源正极出线孔（31）、u极输出孔（32）、w极输出孔（33）、v极输出孔（34）以及中心孔（36），所述的14芯航空插座（35）安装在中心孔（36）处；

所述的u、v、w三相引脚定义是，从上端盖板（3）的u极输出孔（32）处伸出者为u极输出端子（42），从w极输出孔（33）处伸出者为w极输出端子（43），从v极输出孔（34）处伸出者为v极输出端子（44）。

上端盖板（3）的四边带散热肋条，从上端盖板（3）的电源正极出线孔（31）处伸出者为电源正极输出端子（41），它外接蓄电池正极。

所述的下端盖板（1）上的四边带散热肋条，中央有一个正方形的凸出台阶（11），凸出台阶（11）上开有两个模块安装固定孔（12）和一道长方形凹槽（13），电源地（gnd）衬片（5）嵌入该长方形凹槽中，所述的电源地（gnd）衬片（5）上开有地线连接孔（51），通过螺丝可拧紧在金属的安装底板上，所述的永磁直流无刷电机控制器模块的下端盖板（1）、中框壳体（2）和上端盖板（3）均与电源地相通；此外，所述的永磁直流无刷电机控制器模块安装固定时，安装螺丝可穿过安装底板与模块安装固定孔（12）相连。应说明的是，下端盖板（1）上的凸出台阶（11）为模块的散热肋条提供了悬空后的排热通道。

14芯航空插座（35）上定义有五根线的霍尔位置传感信号、三根线的调速信号、二根线的刹车制动信号、二根线的正转/反转信号以及+5v供电电源线和地线，这些信号分别与连接插座（67）相连。

所述的中框壳体（2）为外侧带散热肋条的铝合金正方形，内侧壁开有一个下沉台阶（24），四角上开有pcb板固定孔（21）和固定通孔（22），装配时，pcb板（6）嵌入中框壳体（2）的下沉台阶（24）处，通过螺丝穿过pcb板固定孔（21）将pcb板（6）固定在中框壳体（2）上。

所用的树脂胶灌封配方是，环氧树脂110g,立德粉110g，无水酒精32g，乙二胺7.5g以及改变颜色的碳粉40g混合调匀成糊状，倒入中框壳体（2）中并将pcb板（6）上的元件全部覆盖，灌封后自然晾干。

模块封闭时，螺丝穿过下端盖板（1）、中框壳体（2）的固定通孔（22），然后与上端盖固定孔（37）相连，成为一体。

本发明所述的永磁直流无刷电机控制器模块，是一种宽电压范围的永磁直流无刷电机控制器，支持60v到96v的电压输入。结构上设计了一种外侧带散热肋条的下端盖板、中框壳体和上端盖板，突破结构空间的限制，合拢后，将永磁直流无刷电机控制器模块化，保证了控制器模块在拓扑结构上的独立性。其特色在于，通过独特的散热片及输出端子结构以及壳体四面散热的方式，巧妙地解决了vmos管单向侧边安装的不合理现象。

本发明结构紧凑，由于专门设计了一款将扁平的散热片与圆柱形的接线端子合二为一的新颖结构，从而方便地引出了电源和三相功率控制信号，电源线和三相强电通过散热片及输出端子接出，地线通过电源地（gnd）衬片接出，弱电控制信号通过14芯航空插座引出，强电和弱电严格分开，大大提高了永磁直流无刷电机控制器模块的抗干扰能力，改善了功率器件vmos的散热质量，做到了系统最省，整体最优。

显然，创新需要价值来导航，有前途和有价值的创新才是有意义的。所述的永磁直流无刷电机控制器通过灌封模块化后，从而使得傻、大、粗的永磁直流无刷电机控制器摇身一变成为一个基础性的零部件，通过模块共享的融通发展模式，势必将吸引了一大批永磁直流无刷电机控制领域的柔性化制造和个性化定制合作，市场前景相当广阔。