专利名称：直流无刷电机控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流无刷电机控制器，主要用于驱动大功率三相无刷直流电 动机。
背景技术：
传统直流无刷电机控制器一般采用整板结构，弱电控制部分和功率强电驱动部分 均置于同一块PCB电路板上，三相U、V、W相线、电源线和地线通过带有铜鼻子的连线引出壳 体外部，MOS功率管散热面贴在具有散热肋条的外壳侧面，通过散热肋条增加壳体的散热面 积以减小热阻，提升散热性能，这种传统的安装方式结构上不合理，导致散热效果一直以来 不理想，特别是通过多次热传导后热阻较大，装配工艺特别繁杂，可靠性能不好。
发明内容技术问题传统直流无刷电机控制器的结构主要存在以下问题1、传统的直流无刷电机控制器为一次性使用结构，其弱电控制部份与功率驱动部 分均置于同一块PCB板上，使得控制器可靠性差，且不具备灵活的装配特性，控制器损坏后 难以查错，不易修理。2、传统直流无刷电机控制器的三相引出线均采用铜鼻子线束，铜鼻子线束的内阻 较大，三相相线相对于相线出口的位置不是绝对对称的，从而控制器三相连线增加了无刷 直流电机相线的内阻，影响了电机的三相平衡以及动态特性3、传统控制器的MOS功率管仅通过控制器壳体表面的散热肋条散热，肋条仅与空 气接触，热阻较大，当控制器重载运行时散热性能将影响控制器的可靠性和安全性。4、传统控制器的通用插座抗震性能差，容易松脱，可靠性能低，不适于颠簸的移动 应用环境。技术方案为解决上述技术问题，本发明提出了一种直流无刷电机控制器，其技术方案如 下一种直流无刷电机控制器，包括铝质顶盖、铝质底壳、相线端端盖、控制端端盖、专 用控制插座、核心控制部分、直流电源变换部分、功率驱动部分，所述核心控制部分包括控 制PCB板、电机驱动专用芯片，所述直流电源变换部分包括电源PCB板和DC/DC直流电源模 块，所述功率驱动部分包括功率PCB板、MOS功率管、电容器组、U相铜条、V相铜条、W相铜 条、电源正极铜条、GND地线铜条、散热铜条，其功率PCB板为一块长方形电路印制板，功率 PCB板一端安插独立的控制PCB板与电源PCB板，功率PCB板的一端外侧安装有专用控制插 座，功率PCB板的另一端外侧则引出三根U、V、W相线、电源线和GND地线，分别由U相铜条 上的U相铜条弓I导条、V相铜条上的V相铜条弓I导条、W相铜条上的W相铜条弓I导条、电源正 极铜条、GND地线铜条穿过相线端端盖后引出至控制器壳体外。
4[0012]所述的直流无刷电机控制器，其电机驱动用MOS功率管安装在功率PCB板的底部， MOS功率管的引脚向上弯折成直角，引脚向上弯折的部分从功率PCB板底部穿过功率PCB板 连接孔，焊接在功率PCB板上，MOS功率管的散热面朝下紧贴在散热铝质底壳上，通过导热 绝缘材料与铝质底壳隔离后再由螺钉固定在铝质底壳上。所述的直流无刷电机控制器，其U相铜条、V相铜条和W相铜条均由连接片和引导 条两部分组成，所述铜条均为一次冲压成型，连接片为弯折成直角的铜片，铜片分为焊接面 和延伸面，焊接面焊接在功率PCB板的相线铜箔上，延伸面与焊接面垂直并向上伸展，引导 条与连接片的延伸面连接，U相铜条的引导条与V相铜条的引导条为中间具有两个直角弯 折的长铜条，W相铜条的引导条为直铜条，三根相线的引导条分别从控制器相线端端盖的上 半部分伸出控制器壳体。所述的直流无刷电机控制器，其GND地线铜条和电源正极铜条焊接在功率PCB板 底端的两侧，位于MOS功率管与功率PCB板之间，并压在MOS功率管的绝缘塑料外壳上。所述的直流无刷电机控制器，其功率PCB板的正面与电源正极铜条相对应的位置 处安装了一个散热铜条，散热铜条为弯折成直角形状的长方形铜条，散热铜条分为焊接面 与散热面，散热面比焊接面宽，焊接面焊接在功率PCB板正面的电源线铜箔上，散热面向上 伸展。所述的直流无刷电机控制器，为控制PCB板和功率PCB板供电的DC/DC直流电源 模块焊接在电源PCB板上，电源PCB板直插焊接在功率PCB板上。所述的直流无刷电机控制器，其电容器组安装在功率PCB板正面，位于功率PCB板 的中心线上，电容器组的正极与电源正极铜条连接，负极与功率PCB板上的GND地线铜条连接。所述的直流无刷电机控制器，其专用控制插座焊接在功率PCB板的控制端一侧， 专用控制插座的外壳由耐热材料构成，为长方形状，专用控制插座穿过控制端端盖一侧延 伸至控制器壳体的外部。所述的直流无刷电机控制器，其控制器壳体由铝质顶盖、铝质底壳、控制端端盖、 相线端端盖四部分组成，铝质顶盖的外部具有散热肋条，铝质底壳朝外的两个侧面上具有 散热肋条，铝质底壳的底面为平整面，铝质顶盖利用铝质底壳上两侧肋条与相邻肋条之间 的凹槽，用滑盖方式装配连接。技术效果本实用新型所提出的直流无刷电机控制器具有如下有益的效果1、本实用新型直流无刷电机控制器采用功能模块化结构设计，电路上按照功能模 块的要求分成核心控制部分、直流电源变换部分和MOS功率驱动三部分组成，其核心控制 部分和直流电源变换部分作为独立的功能模块可以运用于不同功率大小的MOS功率板，增 加了核心控制部分的可重用性，其模块的结构提高了控制器的组装性。2、本实用新型采用一次冲压成型铜条替代线束引出三相相线、电源线和地线，改 进了传统直流无刷电机控制器的出线方式，其铜条带电流负荷能力强，消除了线束内阻的 影响，适宜控制器的大电流工作环境。3、本实用新型控制器采用了新的散热结构和安装方法，常规的安装方法是，MOS功 率管贴装于铝质壳体的两侧，直接通过控制器壳体上的肋条散热，本实用新型控制器其MOS
5功率管贴装于铝质底壳的底部，而控制器外壳的底部是平整的平面，使用时可直接安装在 移动或固定安装载体的平整金属表面上，因此，MOS功率管工作时产生的大量热量，可以通 过整个壳体散热的同时，再由铝质底壳底部的平板通过安装载体的平整金属表面的低热阻 通道散热，控制器的整体散热性能得到了有效提高。4、本实用新型控制器采用耐热的专用控制插座连接电机控制信号，装配简单，抗 震性能好。
图1直流无刷电机控制器外观图；图2直流无刷电机控制器正视图；图3直流无刷电机控制器内部PCB板正视图；图4直流无刷电机控制器内部PCB板外观图；图5直流无刷电机控制器内部PCB板底视图；图6直流无刷电机控制器分解图；图7直流无刷电机控制器控制信号端一侧立体视图；图8直流无刷电机控制器相线端一侧立体视图；图9直流无刷电机控制器内部结构拆解图；图10直流无刷电机控制器电路总体框图。标号说明1铝质顶盖3相线端端盖5专用控制插座7 电源 PCB 板9 U相铜条11 W相铜条13 GND地线铜条15 功率 PCB 板17电容器组19高速光隔21电池信号调理电路23 V相绕组驱动芯片92 U相铜条引导条112 W相铜条引导条
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型直流无刷电机控制器的结构如图1至图10所示，采用功能模块化设 计，电路上由核心控制部分、直流电源变换部分和功率驱动部分三部分组成，结构上包括铝 质顶盖1、铝质底壳2、相线端端盖3、控制端端盖4、专用控制插座5。所述核心控制部分包
2铝质底壳 4控制端端盖 6控制PCB板 8 DC/DC直流电源模块 10 V相铜条 12电源正极铜条 14散热铜条 16 MOS功率管 18电机驱动专用芯片 20车速信号调理电路 22 U相绕组驱动芯片 24 W相绕组驱动芯片 102 V相铜条引导条
6括控制PCB板6和电机驱动专用芯片18，所述直流电源变换部分包括电源PCB板7和DC/ DC直流电源模块8，所述功率驱动部分包括功率PCB板15、MOS功率管16、电容器组17、U 相铜条9和U相铜条引导条92、V相铜条10和V相铜条引导条102、W相铜条11和W相铜 条引导条112、电源正极铜条12、GND地线铜条13、散热铜条14。结构上，控制器壳体由铝质顶盖1、铝质底壳2、控制端端盖4、相线端端盖3四部分 组成，铝质顶盖1的外部具有散热肋条，铝质底壳2朝外的两个侧面上具有散热肋条，铝质 底壳的底面为平整面，铝质顶盖利用铝质底壳上两侧肋条与相邻肋条之间的凹槽，用滑盖 方式装配连接。功率驱动部分以功率PCB板为主体，功率PCB板15为一块长方形电路印制板，电 容器组17、MOS功率管16、相线铜条、电源正极铜条12、GND地线铜条13均安装在功率PCB 板15上，功率PCB板15的一端还安插焊接有独立的控制PCB板6与电源PCB板7，控制PCB 板6上焊接有电机驱动专用芯片18，电源PCB板7上安装有DC/DC直流电源模块8。功率PCB板15的一端通过专用控制插座5引出控制信号，功率PCB板15的另一 端则引出U、V、W三根相线、电源线和GND地线，其引出方式如下U相线通过U相铜条9和 U相铜条上的引导条92引出控制器壳体，V相线通过V相铜条10和V相铜条上的引导条 102引出控制器壳体，W相线通过W相铜条11和W相铜条上的引导条112引出控制器壳体， 电源线通过电源正极铜条12引出控制器壳体，GND地线通过GND地线铜条13引出控制器 壳体。所述的铜条均为一次冲压成型，其U相铜条9、V相铜条10和W相铜条11均由弯折 成直角的焊接面和延伸面两部分组成，焊接面焊接在功率PCB板15的对应U、V、W的相线铜 箔上，延伸面与焊接面垂直并伸展出引导条，U相铜条的引导条92与V相铜条的引导条102 在中间还具有两个直角弯折的长铜条，W相铜条的引导条112为直铜条，所有相线的引导铜 条从控制器相线端盖的上半部分伸出控制器壳体，然后再与直流无刷电机的U、V、W三相线 连接。MOS功率管16为大功率开关元件，主要用于控制U、V、W三相桥臂的通断，MOS功 率管16安装在功率PCB板15的底部，MOS功率管16的引脚向上弯折成直角，引脚向上弯 折的部分从功率PCB板15底部穿过功率PCB板15，并焊接在功率PCB板15上，所有MOS 功率管16的散热面朝下紧贴在散热铝质底壳2上，通过导热绝缘材料与铝质底壳2隔离。 控制器的GND地线铜条13和电源正极铜条12分别焊接在功率PCB板15底端的两侧，位于 MOS功率管16与功率PCB板15之间，压在MOS功率管16的绝缘塑料外壳上。为了加强散 热，功率PCB板15的正面与电源正极铜条12相对的位置上安装了一个散热铜条14，散热铜 条14为弯折成直角形状的长方形铜条，散热铜条14分为焊接面与散热面，散热面比焊接面 宽，焊接面焊接在功率PCB板15正面的电源线铜箔上，散热面向上伸展。散热铜条14主要 用于为电源端的MOS功率管散热。电容器组17安装在功率PCB板15正面，位于功率PCB 板15的中心线上，电容器组17的正极与功率PCB板15上的电源线铜箔连接，负极与功率 PCB板15上的地线铜箔连接。DC/DC直流电源模块8直接焊接在电源PCB板7上，用于为 控制PCB板6和功率PCB板15供电。专用控制插座5焊接在功率PCB板15的控制端一侧，与电源PCB板15相邻，专用 控制插座5的外壳由耐热材料构成，为长方形状，专用控制插座5的内部上下为不对称的结 构可以防止插座接反，专用控制插座5穿过控制端端盖4 一侧延伸至控制器壳体的外部。
7[0058]本实用新型核心控制部分的电原理框图如图10所示，电机驱动专用芯片18与DC/ DC直流电源模块、高速光隔19、车速信号调理电路20、电池信号调理电路21、U相绕组驱动 芯片22、V相绕组驱动芯片23和W相绕组驱动芯片24连接。DC/DC直流电源模块8为核 心控制部分的供电单元，负责给U相绕组驱动芯片22、V相绕组驱动芯片23、W相绕组驱动 芯片24、电机驱动专用单片机18以及其他电气元件供电。直流无刷电机的转子位置霍尔信 号通过高速光隔19送至电机驱动专用芯片18，电机专用驱动芯片18通过霍尔信号判断转 子位置，然后经由三相绕组驱动芯片输出控制字，通过MOS功率管16组成的三相上下桥臂 控制直流无刷电机转动，电机驱动专用芯片18输出的控制器信号为PWM信号，其占空比的 大小由车速信号控制，车速信号经由车速信号调理电路20处理后送至电机驱专用芯片18， 专用芯片18通过工程量变换后再将车速信号转化为占空比为一定大小的PWM信号。蓄电 池组直接与电池电压信号调理电路21连接，电池电压调理电路21将蓄电池组电压信号转 化为AD信号送至电机驱动专用芯片18，电机驱动专用芯片18利用蓄电池组电压信号进行 欠压检测并报警限速。本实用新型提出了一种全新的散热结构和功能模块化的部件组合设计，用铜条替 代线束，改进了传统直流无刷电机控制器的出线方式，不但降低了连接线束的内阻，加强了 强电连线的电流负荷能力，而且降低了热阻，大大提升了控制器的散热性能，其模块的结构 提高了控制器的组装性，可广泛用于工作电流超过200A以上的大功率直流无刷电动机控 制。
权利要求一种直流无刷电机控制器，包括铝质顶盖(1)、铝质底壳(2)、相线端端盖(3)、控制端端盖(4)、专用控制插座(5)、核心控制部分、直流电源变换部分、功率驱动部分，所述核心控制部分包括控制PCB板(6)、电机驱动专用芯片(18)，所述直流电源变换部分包括电源PCB板(7)和DC/DC直流电源模块(8)，所述功率驱动部分包括功率PCB板(15)、MOS功率管(16)、电容器组(17)、U相铜条(9)、V相铜条(10)、W相铜条(11)、电源正极铜条(12)、GND地线铜条(13)、散热铜条(14)，其特征在于其功率PCB板(15)为一块长方形电路印制板，功率PCB板(15)一端安插独立的控制PCB板(6)与电源PCB板(7)，功率PCB板(15)的一端外侧安装有专用控制插座(5)，功率PCB板(15)的另一端外侧则引出三根U、V、W相线、电源线和GND地线，分别由U相铜条(9)上的U相铜条引导条(92)、V相铜条(10)上的V相铜条引导条(102)、W相铜条(11)上的W相铜条引导条(112)、电源正极铜条(12)、GND地线铜条(13)穿过相线端端盖(3)后引出至控制器壳体外。
2.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于电机驱动用MOS功率管 (16)安装在功率PCB板(15)的底部，MOS功率管(16)的引脚向上弯折成直角，引脚向上弯 折的部分从功率PCB板(13)底部穿过功率PCB板(15)连接孔，焊接在功率PCB板(15)上， MOS功率管(16)的散热面朝下紧贴在散热铝质底壳(2)上，通过导热绝缘材料与铝质底壳 (2)隔离后再由螺钉固定在铝质底壳(2)上。
3.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于U相铜条(9)、V相铜条 (10)和W相铜条(11)均由连接片和引导条两部分组成，所述铜条均为一次冲压成型，连接 片为弯折成直角的铜片，铜片分为焊接面和延伸面，焊接面焊接在功率PCB板(15)的相线 铜箔上，延伸面与焊接面垂直并向上伸展，引导条与连接片的延伸面连接，其中，U相铜条的 引导条(92)与V相铜条的引导条(102)为中间具有两个直角弯折的长铜条，W相铜条的引 导条(112)为直铜条，三根相线的引导条分别从控制器相线端端盖(3)的上半部分伸出控 制器壳体。
4.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于GND地线铜条(13)和电 源正极铜条(12)焊接在功率PCB板(15)底端的两侧，位于MOS功率管(16)与功率PCB板 (15)之间，并压在MOS功率管(16)的绝缘塑料外壳上。
5.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于功率PCB板(15)的正面 与电源正极铜条(12)相对应的位置处安装了一个散热铜条(14)，散热铜条(14)为弯折成 直角形状的长方形铜条，散热铜条(14)分为焊接面与散热面，散热面比焊接面宽，焊接面 焊接在功率PCB板(15)正面的电源线铜箔上，散热面向上伸展。
6.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于为控制PCB板(6)和功 率PCB板(15)供电的DC/DC直流电源模块⑶焊接在电源PCB板(7)上，电源PCB板(7) 直插焊接在功率PCB板(15)上。
7.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于电容器组(17)安装在功 率PCB板(15)正面，位于功率PCB板(15)的中心线上，电容器组(17)的正极与电源正极 铜条(12)连接，负极与功率PCB板(15)上的GND地线铜条(13)连接。
8.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于专用控制插座(5)焊接 在功率PCB板(15)的控制端一侧，专用控制插座(5)的外壳由耐热材料构成，为长方形状， 专用控制插座(5)穿过控制端端盖(4) 一侧延伸至控制器壳体的外部。
9.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器，其特征在于控制器壳体由铝质顶盖 (1)、铝质底壳(2)、控制端端盖(4)、相线端端盖(3)四部分组成，铝质顶盖⑴的外部具有 散热肋条，铝质底壳(2)朝外的两个侧面上具有散热肋条，铝质底壳(2)的底面为平整面， 铝质顶盖(1)利用铝质底壳(2)上两侧肋条与相邻肋条之间的凹槽，用滑盖方式装配连接。
专利摘要一种直流无刷电机控制器，电路上由核心控制部分、直流电源变换部分和功率驱动部分组成，结构上包括铝质顶盖、铝质底壳、相线端端盖、控制端端盖、专用控制插座，其功率驱动部分包括功率PCB板、MOS功率管、电容器组、U、V、W三相相线铜条、电源正极铜条、GND地线铜条、散热铜条，其中核心控制部分、直流电源变换部分与功率驱动部分相互独立，MOS功率管安装在功率PCB板的底部，MOS功率管的散热面朝下紧贴在散热铝质底壳上，铝质控制器壳体上两侧有散热肋条，铝质底壳的底面为平整面，本实用新型由于采用模块化安装和散热结构，大大提升了控制器的整体散热性能，简化了控制器的装配。
文档编号H02P6/00GK201742360SQ20102051799
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者张金泉, 彭希南, 林振中, 祁森林, 管于球, 荀庆来, 谢稳 申请人:彭希南;管于球