一种电机控制器的制作方法

本发明涉及驱动控制技术领域，具体涉及一种电机控制器。

背景技术：

随着汽车工业的迅猛发展，以及科技技术水平的提升，使得全球汽车总量快速增长，传统燃油汽车对石油资源需求的增加以及带来的环境问题已日益引起人们的关注。在这种情况下，新能源汽车的发展及其相关技术的突破，使电动汽车代替传统的燃油汽车已经成为一个必然的趋势，使得可持续绿色交通工具的发展成为可能。电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用能量多等优点，电动汽车的发展可有效解决交通能源消耗和环境污染问题。电池及能量管理技术、电机驱动及控制技术和电动汽车整车控制器为电动汽车三大关键技术。电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元，是电机驱动及控制系统的核心，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，直接影响系统效率及整车控制性能。

参见图1所示，现有双电机驱动电动汽车结构示意图，从图中可以看出该控制器硬件系统控制部分为统一供电，如果电源发生故障，则会造成其控制器DSP主控芯片无法正常工作，导致左右电机同时无法运转，存在安全隐患；而且内部连接器接线过多可靠性低、高压电检测安全防护、及对外连接器不能安装为同一侧面造成的调试维修、不便等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电机控制器，实现了对电机的独立控制，提高电机控制器使用性能的同时降低电机控制器的体积以及便宜维修安装和维护及调试。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种电机控制器，包括：

第一驱动板、第一主控板、第二驱动板、第二主控板和接口板；

所述接口板分别与所述第一主控板和所述第二主控板相连接，通过所述接口板分别向所述第一主控板和所述第二主控板输入外部总线信号；

所述第一主控板与所述第一驱动板连接，所述第一主控板输出第一驱动信号至所述第一驱动板；所述第一驱动板根据所述第一驱动信号将直流电转换为交流电并驱动第一电机使第一电机转动；

所述第二主控板与所述第二驱动板连接，所述第二主控板输出第二驱动信号至所述第二驱动板；所述第二驱动板根据所述第二驱动信号将直流电转换为交流电并驱动第二电机使第二电机转动。

进一步的，所述第一驱动板和第二驱动板均采用底板为Pin-Fin散热结构的IGBT功率模块；

所述第一驱动板与所述第二驱动板之间设有直流支撑薄膜电容；所述直流支撑薄膜电容的中间两个输入端分别连接直流叠层母排和带有高压互锁器的直流接插件相连接；所述直流支撑薄膜电容的两个输出端分别与所述第一驱动板的IGBT功率模块输入端和所述第二驱动板的IGBT功率模块输入端相连接；

所述第一驱动板的IGBT功率模块输出端通过第一交流母排与带有高压互锁器的第一三相交流连接器相连；所述第二驱动板的IGBT功率模块输出端通过第二交流母排与带有高压互锁器的第二三相交流连接器相连。

进一步的，所述第一交流母排上设有第一电流传感器，所述第一电流传感器采集所述第一交流母排上的交流电信息并输出至第一主控板；所述第二交流母排上设有第二电流传感器，所述第二电流传感器采集所述第二交流母排上的交流电信息并输出至第二主控板。

进一步的，所述直流支撑薄膜电容的两个输出端之间设有主动放电电阻。

进一步的，所述第一主控板包括：驱动信号模块以及与驱动信号模块相连接的控制信号模块；

所述驱动信号模块包括：FPGA处理器以及分别与其相连的电流信号处理电路、故障保护电路、电压检测电路和驱动信号输出电路；

所述控制信号模块包括：MCU处理器以及分别与其相连接的温度信号处理电路、基准电压电路、高压互锁电路、位置信号处理电路、CAN总线通讯电路和电源电路。

进一步的，所述电机控制器还包括：壳体和端盖，所述壳体与所述端盖之间采用固定螺栓的方式连接；

所述第一驱动板、所述第一主控板、所述第二驱动板、所述第二主控板和所述接口板分别设置在所述壳体内部；所述第一驱动板和所述第二驱动板并列设置在所述壳体的底部一侧，底部的另一侧设有所述直流支撑薄膜电容；所述壳体底部在所述第一驱动板和所述第二驱动板之间设有所述直流叠层母排；

所述壳体的中部设有用于隔离所述第一驱动板和所述第二驱动板产生的电磁干扰的屏蔽板，所述屏蔽板上固定安装所述第一主控板、所述第二主控板和所述接口板。

进一步的，所述第一三相交流连接器、所述第二三相交流连接器、所述接口板和所述直流接插件均穿透壳体并采用法兰的连接方式设置在壳体的同一侧；且所述直流接插件设置在所述第一三相交流连接器和所述第二三相交流连接器之间；所述接口板在所述直流接插件的上部。

进一步的，所述第一主控板和所述第二主控板分别设置在所述第一驱动板和所述第二驱动板的上方；所述接口板上分别设置有：

与所述第一主控板相连接的第一信号端口以及第一电源端口，

与所述第二主控板相连接的第二信号端口以及第二电源端口，

与外部总线相连的CAN总线接口，

高压互锁器接口，和

端盖开启感应开关。

进一步的，所述端盖开启感应开关焊接在所述接口板上，所述端盖开启感应开关的输出端分别与第一主控板和第二主控板相连接。

进一步的，所述壳体上设置有液冷散热水道和散热孔；所述液冷散热水道在所述第一驱动板和所述第二驱动板下方通过密封圈设置在壳体侧壁上，且所述液冷散热水道的中部设置有导流翅片；

所述端盖与所述壳体通过导电胶条密封。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种电机控制器，采用各个独立供电的双主控板冗余设计，一个电机控制芯片发生电源故障时另一个可以正常工作，实现了对电机的独立控制，提高电机控制器使用性能的同时降低电机控制器的体积以及便宜维修安装和维护及调试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中双电机驱动电动汽车结构示意图；

图2是本发明的电机控制器的结构示意图；

图3是本发明的电机控制器的立体图；

图4是本发明的电机控制器的壳体顶层示意图；

图5是本发明的电机控制器的壳体底层示意图。

其中，1-第一驱动板，2-第一驱动板的IGBT功率模块，3-电流传感器，4-第一电机，5-第一驱动信号输出端口，6-第一主控板，7-电源输入端口，8-信号输入端口，9-第一电源端口，10-第一信号端口，11-接口板，12-CAN总线接口，13-端盖开启感应开关，14-高压互锁器接口，15-第二信号端口，16-第二电源端口，17-电源端口，18-信号端口，19-第二主控板，20-第二驱动信号输出端口，21-第二电机，22-第二驱动板，23-第二驱动板的IGBT功率模块，24-壳体，25-端盖，26-第一三相交流连接器，27-直流接插件，28-第二三相交流连接器，29-螺栓孔，30-进水口，31-散热孔，32-固定螺栓，33-出水口，34-屏蔽板，35-导电胶条，36-第一交流母排，37-EMC板，38-直流支撑薄膜电容，39-直流叠层母排。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用能量多等优点，电动汽车的发展可有效解决交通能源消耗和环境污染问题。电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元，是电机驱动及控制系统的核心，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，直接影响系统效率及整车控制性能。

现有的电机控制器硬件结构复杂，不便于线束布置，体积重量较大不利于整车各零部件空间布置，造成了控制系统复杂、可靠性低、成本增加、空间利用率低、调试维修不便等问题。另外，由于电动汽车的特殊运行环境，还要求电机控制器具有良好的散热、防水及抗电磁干扰性能等。为解决上述问题，本发明实施例提供一种电机控制器。

本发明实施例提供一种电机控制器，参见图2，该电机控制器包括：

第一驱动板1、第一主控板6、第二驱动板22、第二主控板19和接口板11；

所述接口板11分别与所述第一主控板6和所述第二主控板19相连接，通过所述接口板11分别向所述第一主控板6和所述第二主控板19输入外部总线信号；

所述第一主控板6与所述第一驱动板1连接，所述第一主控板6输出第一驱动信号至所述第一驱动板1；所述第一驱动板1根据所述第一驱动信号将直流电转换为交流电并驱动第一电机4使第一电机4转动；

所述第二主控板19与所述第二驱动板22连接，所述第二主控板19输出第二驱动信号至所述第二驱动板22；所述第二驱动板22根据所述第二驱动信号将直流电转换为交流电并驱动第二电机21使第二电机21转动。

在具体实施例时，接口板通过总线收到指令后，分别传给第一主控板和第二主控板，通过两个主控板处理分析之后各输出一路驱动信号，驱动第一驱动板和第二驱动板功率器件工作，使电机控制器输出不同频率和相位的电压波形以驱动电机转动。第一主控板通过第一驱动信号输出端口5输出驱动信号至第一驱动板；第二主控板通过第二驱动信号输出端口20输出驱动信号至第二驱动板。通过控制IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)功率模块的开关频率，输出幅值和相位不同两路独立的交流电，分别用于控制第一电机4和第二电机21。电机控制器通过转矩和转速协调，适应电动汽车前进、后退、起步、爬坡、转弯、加减速等不同工况。

从上述描述可知，本发明所述的一种电机控制器，采用各个独立供电的双主控板冗余设计，一个电机控制芯片发生电源故障时另一个可以正常工作，实现了对电机的独立控制，提高电机控制器使用性能。

进一步的，所述第一驱动板6和第二驱动板22均采用底板为Pin-Fin(针-板)散热结构的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)功率模块；

所述第一驱动板6与所述第二驱动板22之间设有直流支撑薄膜电容38；所述直流支撑薄膜电容38的中间两个输入端分别连接直流叠层母排39和带有高压互锁器的直流接插件27相连接；所述直流支撑薄膜电容38的两个输出端分别与所述第一驱动板的IGBT功率模块2输入端和所述第二驱动板的IGBT功率模块23输入端相连接；

所述第一驱动板的IGBT功率模块2输出端通过第一交流母排36与带有高压互锁器的第一三相交流连接器26相连；所述第二驱动板的IGBT功率模块23输出端通过第二交流母排与带有高压互锁器的第二三相交流连接器28相连。

在具体实施时，第一驱动板的IGBT功率模块和第二驱动板的IGBT功率模块通过焊接方式分别与第一驱动板和第二驱动板相连接，选取功率器件与散热器一体化设计的IGBT功率模块，采用Pin-Fin直接水冷散热方式，使IGBT功率模块得到良好的冷却效果、降低热阻提高功率密度。

第一驱动板与第二驱动板之间共用一个直流支撑电容器，直流支撑电容与母排集成一体化设计设计，高压输入连接器与直流支撑电容之间电气连接母排采用叠层母排，简洁紧凑的设计，节省内部空间，降低杂散电感及尖峰电压保护IGBT功率模块。

直流电通过直流接插件27进入电机控制器，经直流叠层母排39、EMC板37和直流支撑电容38后，通过由驱动板1、22控制的左右两只IGBT模块2、23转换为交流电，输出的两路三相交流电通过交流接插件26、28输出，分别供给左右电机。

进一步的，所述第一交流母排36上设有第一电流传感器3，所述第一电流传感器3采集所述第一交流母排36上的交流电信息并输出至第一主控板6；所述第二交流母排上设有第二电流传感器，所述第二电流传感器采集所述第二交流母排上的交流电信息并输出至第二主控板19。

在具体实施时，第一驱动板和第二驱动板上分别焊接有卧式的汽车级电流传感器，第一主控板和第二主控板分别接收第一电流传感器和第二电流的反馈信号，起到监测、保护及调整相关输出信号起到精确的控制作用。交流电流通过汽车级电流传感器采集电流信号并送至第一主控板和第二主控板；

进一步的，所述直流支撑薄膜电容38的两个输出端之间设有主动放电电阻。

在具体实施时，主动放电电阻以焊接方式安装在EMC(Epoxy Molding Compound)板37上；EMC板37通过螺栓固定直流叠层母排39上。

进一步的，所述第一主控板6包括：驱动信号模块以及与驱动信号模块相连接的控制信号模块；

所述驱动信号模块包括：FPGA(Field－Programmable Gate Array)处理器以及分别与其相连的电流信号处理电路、故障保护电路、电压检测电路和驱动信号输出电路；

所述控制信号模块包括：MCU(Microcontroller Unit)处理器以及分别与其相连接的温度信号处理电路、基准电压电路、高压互锁电路、位置信号处理电路、CAN(Controller Area Network)总线通讯电路和电源电路。

在具体实施时，第一主控板与第二主控板完全相同，第一主控板和第二主控板的电源供电各自独立由接口板输入，当一块主控板电源出现故障，不影响其另一块主控板正常工作；第一主控板和第二主控板上的主控芯片通过CAN通信通过线束在接口板连接在一起，相互通信校验。其中，第一主控板通过电源输入端口7和信号输入端口8与接口板11相连接；第二主控板通过电源端口17和信号端口18与接口板11相连接。

进一步的，参见图3，所述电机控制器还包括：壳体24和端盖25，所述壳体24与所述端盖25之间采用固定螺栓32的方式连接；

所述第一驱动板1、所述第一主控板6、所述第二驱动板22、所述第二主控板19和所述接口板11分别设置在所述壳体24内部；所述第一驱动板1和所述第二驱动板22并列设置在所述壳体24的底部一侧，底部的另一侧设有所述直流支撑薄膜电容38；所述壳体24底部在所述第一驱动板1和所述第二驱动板22之间设有所述直流叠层母排39；

参见图4和图5，所述壳体24的中部设有用于隔离所述第一驱动板1和所述第二驱动板22产生的电磁干扰的屏蔽板34，所述屏蔽板34上固定安装所述第一主控板6、所述第二主控板19和所述接口板11。

在具体实施时，电机控制器的壳体及端盖采用铝合金材料一体压铸成型，在保证机械强度要求的情况下采取减重措施。电机控制器的底部四个底座通过螺栓孔29固定在电机控制器的安装支架上；两个主控板与两个驱动板之间布置金属的屏蔽板34，并尽可能的减少开孔。屏蔽板34起到支撑两个主控板以及屏蔽IGBT功率模块部分带来的电磁感扰隔离的作用；壳体同一侧安装的高压连接器和信号连接器均选用为IP67防护等级的连接器。

进一步的，所述第一三相交流连接器26、所述第二三相交流连接器28、所述接口板11和所述直流接插件27均穿透壳体24并采用法兰的连接方式设置在壳体24的同一侧；且所述直流接插件27设置在所述第一三相交流连接器26和所述第二三相交流连接器28之间；所述接口板11在所述直流接插件27的上部。

在具体实施时，第一三相交流连接器26、第二三相交流连接器28和直流接插件27、接口板11采用法兰安装在壳体同一侧面上，不仅方便整车电气连接和维护，更可以压缩控制器的体积。

进一步的，所述第一主控板6和所述第二主控板19分别设置在所述第一驱动板1和所述第二驱动板22的上方；所述接口板11上分别设置有：

与所述第一主控板相连接的第一信号端口10以及第一电源端口9，

与所述第二主控板相连接的第二信号端口15以及第二电源端口16，

与外部总线相连的CAN总线接口12，

高压互锁器接口14，和

端盖开启感应开关13。

在具体实施时，接口板11上装有端盖开启感应开关13和高压互锁器接口14组成的高压互锁监测电路，当高压回路异常断开时，及时断开高压电源输出。高压互锁HVIL(High Voltage Interlock Loop)，通过使用电气小信号来检查整个高压产品、导线、连接器及护盖的电气完整性(连续性)，识别回路异常断开时，及时断开高压电。

进一步的，所述端盖开启感应开关13焊接在所述接口板11上，所述端盖开启感应开关13的输出端分别与第一主控板6和第二主控板相19连接。

在具体实施时，直流接插件27、第一三相交流连接器26和第二三相交流连接器28采用甩线连接到接口板11的高压互锁器接口14与端盖开启感应开关13组成高压互锁检测电路并送入第一主控板6和第二主控板19，此电路系统可以用来确保整个系统高压总线上电之前的整个高压总线的完整性和控制器端盖25是否被打开，如果有回路有异常断开，将立即切断高压电源输出，并启动主动放电，保障使用者的安全。

进一步的，所述壳体24上设置有液冷散热水道和散热孔31；所述液冷散热水道在所述第一驱动板1和所述第二驱动板22下方通过密封圈设置在壳体24侧壁上，且所述液冷散热水道的中部设置有导流翅片；

在具体实施时，冷却水通过进水口30进入液冷散热水道，直接和IGBT功率模块Pin-Fin接触冷却散热，将IGBT功率模块产生的热量直接快速的带走，通过出水口33流出，采用Pin-Fin水冷IGBT功率模块比传统的间接隔板冷效果更好，可以降低热阻，提高功率密度。液冷散热水道中进水、出水处采用倾斜方向使进出冷却液均匀分布，保证功率器件得到良好的冷却效果。

所述端盖与所述壳体通过导电胶条密封。

在具体实施时，端盖24与壳体25采用固定螺栓32并且通过导电胶条35密封，可以更好使端盖24和壳体25形成密封和电气回路，屏蔽从内部及外部产生的电磁波。壳体25外部装有两个透气阀31，平衡电机控制器工作时温升引起的内外压差，及内部气体急速膨胀时泄放的作用。

按照本发明所述，此种形式的电机控制器具有电气和结构简单紧凑，安装调试维修方便，连接线束少；优良的防水、电磁屏蔽及散热性能；而且体积小、重量轻，空间利用率高，功率体积比≥22.5kw/L，而目前市场上电动汽车双电机控制器的功率体积比都低于此数值。

通过上述描述可知，本发明实施例提供的电机控制器，第一主控板和第二主控板各自独立供电，可以使两部分IGBT功率驱动模块各自独立运行；IGBT模块Pin-Fin结构直接水冷散热方式，具有良好的散热、可降低热阻提高双控制器功率体积比；高压互锁检测电路和主动放电电阻保证了使用安全；传感器设计在驱动板上减少了接插件线束，增加其各模块之间电气的可靠性；高低压连接器安装为壳体的同一侧面，便宜维修安装、维护及调试；从而改善双电机控制器体积大，内部线束多、电源可靠性差、高压电检测安全防护安全、控制器系统性能差等缺点，实现模块化、智能化、集成化、轻量化设计，从而降低双电机控制器的体积，充分利用整车空间。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。