专利名称：直流电机控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种专门为运输车辆设计的他励型直流电机控制器，可应用于重载高尔夫球 车、个人乘用车、货运车和其他多用途运载车辆，其涉及的国际专利分类号为
H02P7/28:B60L15/00;B60L15/28。
背景技术：
直流电动机一般可分为电磁式和永磁式，电磁式电动机除了必须给电枢绕组外接直流电 源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。按励磁方式的不同，直流电动机可以分 为他励、并励、串励.和复励等形式。他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供 电，设备较复杂，但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。
他励电机励磁绕组与电枢绕组可分别控制，可提供对电机转速和扭矩灵活的控制，广泛 应用于电动车辆中，因此他励型直流电机控制器在运输车辆中具有广阔的市场。目前，国内
有关直流电机控制器的发明专利或实用新型专利有很多，如"直流电机控制器"(专利申请号
200620060045.9)、"直流电机控制器"(专利申请号200520015253. 2)、"爬台阶机械的智能 型直流电机控制器"(专利申请号200610113546.3)、"电动自行车用无刷直流电机控制器" (专利申请号200620110054.4)等。目前已申请的或在申请的有关直流电机控制器的专利， 均存在输出功率不高的缺点，仅仅适用于电动自行车等小载重运输工具。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种专门为运输车辆设计的大功率他励直流电机控制器，控制 器额定工作电压48V，输出额定功率为19.2-48kW，可应用于重载高尔夫球车、个人乘用车、 货运车和其他多用途运载车辆；采用自主研发的技术，安全性能达到欧盟故障检测标准。
一种直流电机控制器，从下至上，依次包括金属底板(1)、金属导热条(2)、功率驱 动电路板(3)、金属电极条(4)、控制电路板(5)和金属电极(6)。
该直流电机控制器，其中金属电极穿过控制电路板、金属电极条、功率驱动电路板，与 金属底板绝缘连接；金属导热条与大功率MOSFET场效应管紧密连接，为功率输出电路模块提 供良好的散热，金属导热条同时与金属底板连接，将功率模块产生的热烈均匀传导到底板上； 金属底板采用全金属设计；功率驱动电路板与控制电路板在物理结构上分开，通过插针提供 电气连接。该直流电机控制器对电枢电路采用了两组MOSFET以实现电机电枢大功率输出， 一组为驱 动M0SFET组， 一组为飞轮MOSFET组；当电机处于驱动状态时，由电池组驱动电动机运行， 此时驱动MOSFET场效应管组工作，飞轮MOSFET场效应管组截止；当电机处于制动状态时， 驱动M0SFET组工作在截止状态，而飞轮MOSFET组处于导通工作状态，通过电动机给电池组 进行充电。
本实用新型具有以下优点
1. 采用智能功率开关和大电流、高功率的M0SFET场效应管，通过适当的分组控制，实 现对电枢和励磁绕组的大功率输出控制；全桥的励磁绕组控制与半桥的电枢功率控制相结合， 在无需额外的继电器或电流接触器的情况下，为电机反向运行和再生制动提供可靠的动力； 半桥的电枢控制，提高了再生制动中能量的利用率，延长了电池使用时间。
2. 特殊的导热结构设计，可以确保在大功率输出情况下，控制器保持良好的散热，长时 间稳定输出；将控制部分与功率驱动部分分开，提高系统的可靠性。
3. 专有的"停车保护"功能，能够在主电流接触器断开的情况下，减缓电动车的运动， 同时激活告警装置；通过对励磁线圈和电枢线圈的电流检测，实现过电流保护；通过对继电 器、电流接触器控制端的电压检测，实现断路、短路保护；通过温度检测，实现过温保护； 高踏板禁止和静止互锁防止了起动时的飞车。
图1全桥的励磁控制电路示意图
图2半桥的电枢控制电路(再生制动电路)示意图
图3散热结构设计示意图
图4停车保护功能电路示意图
(l)停车保护熔丝检测；(2)停车保护继电器线圈电源；(3)停车保护继电器线圈驱动；(4) 钥匙火；(5)主电流接触器线圈控制；(6)停车保护继电器；(7)保护熔丝(20A); (8)主 电流接触器。
具体实施方式
大功率电路的实现。如图1全桥的励磁控制电路示意图所示，MCU通过CTL—Sl和CTL一S2 两个信号对四通道的电压比较器进行控制，通过适当的硬件电路，可以实现CTL—S1与CTL一S2 信号反向，即当CTL一S1为高电平时，CTL一S2为低电平；CTL一S1为低电平时，CTL_S2为高电 平输出。比较器的输出组成两组S1.HS和S1.LS， S2.HS和S2.LS。该两组信号分别通过智能 功率开关，来控制4个功率M0SFET，形成全桥电路，对S1和S2间的负载进行控制。全桥电 路可以在不外接额外的电流接触器的情况下方便的改变励磁绕组电路中励磁电流的大小和方向，实现电机的反向运动控制。当CTL—Sl为高电平时，此时CTL—S2为低电平，S1.HS因比 较器正向参考电压(1.5V)低于负向参考电压(Vctl—sl)， S1.HS输出为低，其控制的MOSFET 截止；Sl.LS因比较器正向参考电压(Vctl一sl)高于负向参考电压(3. 5V)， Sl丄S输出为高， 其控制的MOSFET导通。因CTL一S2为低电平，S2. HS的比较器正向参考电压(1.5V)高于负 向参考电压(Vctl_s2)， S2.HS输出为高，其控制的MOSFET导通；S2. LS的比较器正向参考 电压(Vctl—s2)低于负向参考电压(3.5V)， S2.LS输出为低，其控制的MOSFET截止。由上 述MOSFET管的工作状态可以得出励磁电流方向为由S2流经负载到Sl 。同理可得出，当CTL_S1 为低电平，则CTL一S2为高电平，励磁电流方向为由S1流经负载到S2。
如图2半桥的电枢控制电路示意图所示。对电枢电路采用了两组MOSFET以实现电机电枢 大功率输出， 一组为驱动MOSFET组， 一组为飞轮MOSFET组。每组的MOSFET可自行配置，实 现19.2-48kW的额定功率输出。当电机处于驱动状态时，由电池组驱动电动机运行，电机电 枢中的电流运行路线如图2中曲线A所示。此时驱动MOSFET场效应管组工作，飞轮MOSFET 场效应管组截止。当电机处于制动状态时，驱动MOSFET组工作在截止状态，而飞轮MOSFET 组处于导通工作状态，电机电枢中的电流运行状态如图2中曲线B所示，通过电动机给电池 组进行充电。这就是再生制动过程，通过电动机因转速高转变为发电机状态，将多余的机械 能不再通过普通电路的热效应消耗，而是通过飞轮MOSFET管组成的回路将电流回充到电池组 中，实现了节能，延长电池组的工作时长。
图3为散热结构图，从下至上，依次包括金属底板l、金属导热条2、功率驱动电路板 3、金属电极条4、控制电路板5和金属电极6。其中金属电极穿过控制电路板、金属电极条、 功率驱动电路板，与金属底板绝缘连接。金属导热条与大功率MOSFET场效应管紧密连接，为 功率输出电路模块提供良好的散热，金属导热条同时与金属底板连接，将功率模块产生的热 烈均匀传导到底板上。金属底板采用全金属设计，可在提供牢固的固定基座的同时，有很好 的散热效果。确保电机控制器在高达48kW的功率输出下仍能稳定工作。功率驱动电路板与控 制电路板在物理结构上分开，通过插针提供电气连接，可提到控制电路板的可靠性。
如图4所示，电机控制器的停车保护功能示意图。停车保护功能通常用来在停车后防止 电动车不受控制的移动。也用在电动车前进中钥匙门关闭或某种故障导致主电流接触器断开 时，减缓车速。在主电流接触器断丌的情况下，停车保护功能被激活，通过速度传感器的测 量，控制器可以判断电动车是否产生滑动。电机控制器通过对停车保护继电器的控制，为电 机电枢的电流提供了另外一条释放通路。控制器对停车保护继电器采用P觀控制方式，使得 其额定电压可以选择为48V或其他。当停车保护继电器吸合时，电机电枢中的电流形成回路， 由此产生的电磁力矩阻止电动车的移动。在停车保护功能启动时，同时激活告警装置，可采 用蜂鸣器告警或/和告警灯闪烁的方式提示用户。
权利要求1、一种他励直流电机控制器，其特征在于，金属电极从上至下依次穿过控制电路板、金属电极条、功率驱动电路板，与金属底板绝缘连接。
2、 一种如权利要求l所述的他励直流电机控制器，其特征在于，其中金属导热 条与大功率MOSFET场效应管紧密连接，为功率输出电路模块提供良好的散热， 金属导热条同时与金属底板连接，将功率模块产生的热烈均匀传导到底板上； 金属底板采用全金属设计；功率驱动电路板与控制电路板在物理结构上分开， 通过插针提供电气连接。
3、 一种如权利要求1所述的他励直流电机控制器，其特征为对电枢电路采用 了两组MOSFET以实现电机电枢大功率输出， 一组为驱动MOSFET组， 一组为飞 轮MOSFET组；当电机处于驱动状态时，由电池组驱动电动机运行，此时驱动 MOSFET场效应管组工作，飞轮MOSFET场效应管组截止；当电机处于制动状态时， 驱动MOSFET组工作在截止状态，而飞轮MOSFET组处于导通工作状态，通过电 动机给电池组进行充电。
专利摘要本实用新型涉及一种专门为运输车辆设计的大功率他励直流电机控制器，控制器额定工作电压48V，输出额定功率为19.2-48kW，可应用于重载高尔夫球车、个人乘用车、货运车和其他多用途运载车辆；采用自主研发的技术，安全性能达到欧盟故障检测标准。从下至上，依次包括金属底板(1)、金属导热条(2)、功率驱动电路板(3)、金属电极条(4)、控制电路板(5)和金属电极(6)。该直流电机控制器采用智能功率开关与死区、同步控制电路将大电流、高功率的MOSFET场效应管分组设计，以及全桥的励磁绕组控制与半桥的电枢功率控制相结合的措施，功率控制可靠，电池使用时间长；特殊的导热结构设计确保控制器良好散热；专有的“停车保护”功能在主电流接触器断开(停车、异常故障)情况下，产生制动力矩，减缓车辆运动，提供安全保护。
文档编号H02P7/28GK201418058SQ200920159788
公开日2010年3月3日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者丁良学, 岩 吴, 周万本 申请人:北京迈尼科电子技术有限公司