一种无刷电机控制器系统及其装配方法与流程

本发明涉及园林电动工具控制技术领域，尤其涉及一种无刷电机控制器系统及其装配方法。

背景技术：

无刷电机控制器是直流转交流的逆变器，通常都需要用到多个to-220封装的mos管，mos管为大电流功率器件，工作电流大，工作时发热大。如图2所示，传统的控制器mos管安装工艺是将mos管焊接在pcb电路板上，pcb电路板设置扩大电流的铜条导体，以满足大电流所需，mos管的散热方式是将mos管散热金属衬底用螺丝固定在散热片(例如图2中的铝合金板)上，散热金属衬底本身与散热片之间进行绝缘处理，如增加导热绝缘的垫片以及螺丝的绝缘塑料套管，垫片本身导热系数比较低，导热效果不理想，螺丝安装过程的绝缘工艺很复杂，一方面存在漏电的风险，另一方面热量无法有效散发，容易造成mos管漏极击穿，故需要提出一种解决mos管散热的方案。

现有技术中也有解决mos管散热的方案，例如公开号为cn107276462a的中国专利公开了一种利于mos管散热的无刷电机控制器系统，该利于mos管散热的无刷电机控制器系统包括壳体以及内置于壳体中的电机本体、控制器，电机本体与控制器相互电连接；控制器包括通风基座、第一线路板、第二线路板；控制器的mos管设置于第二线路板，控制器的其余电子元器件设置于第一线路板；第一线路板与第二线路板电连接；通风基座设置有通风口，第一线路板、第二线路板均设置于通风基座上。所述现有的利于mos管散热的无刷电机控制器系统，将功耗高和发热量大的mos管独立设置在第二线路板，利于mos管的散热降温，能够避免mos管功率损耗增加甚至遭受热破坏，延长了电路系统的使用寿命。该方案也能够为mos管进行散热，但是，其散热效果仍然差，成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题目的在于提供一种无刷电机控制器系统及其装配方法，用以解决现有无刷电机控制器电路板散热效果差、成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无刷电机控制器系统，包括散热基板以及控制器控制主板；

所述散热基板上设置有信号输出端子以及多个mos管，所述mos管具有两个向上弯曲的管脚以及散热金属衬底，所述两个向上弯曲的管脚插入到所述控制器控制主板内；

所述控制器控制主板上设置有大电流回路，所述大电流回路与所述mos管的两个向上弯曲的管脚电连接，所述散热金属衬底焊接到所述散热基板上并与所述信号输出端子电连接。

优选的，所述散热基板为铝基板，所述散热基板的两个边角处分别设置有用于插设螺栓的螺孔，所述螺栓通过所述螺孔以固定安装散热片。

优选的，所述螺孔关于所述铝基板的几何中心呈中心对称。

优选的，多个所述mos管形成有第一mos管组以及第二mos管组，所述第一mos管组中mos管的源极与所述散热基板连接，第一mos管组中mos管的漏极与第二mos管组中mos管的漏极共同插入到所述控制器控制主板的同一个插孔内，所述第一mos管组mos管的栅极以及第二mos管组中mos管的栅极分别插入到所述控制器控制主板的不同插孔内。

优选的，所述第一mos管组与所述第二mos管组相对排列，第一mos管组以及第二mos管组中分别设置有三个mos管。

优选的，所述散热基板上还设置有正负贴片底座以及小电流回路，所述正负贴片底座插入所述控制器控制主板内，以使所述控制器控制主板与所述小电流回路连接。

优选的，所述控制器控制主板的底部设置有元器件，所述元器件的高度与所述散热片的高度相同，所述元器件包括贴片电感以及贴片电解电容。

一种无刷电机控制器系统的装配方法，包括步骤：

将mos管成型为贴片封装，通过自动贴片的方式焊接在散热基板上；

将mos管向上弯曲的管脚以及正负贴片底座分别插入到控制器控制主板内；

通过散热基板上的螺孔，将散热片安装固定在散热基板上。

采用本发明，在一方面通过mos的散热金属衬底作为大电流导体使用，减少发热，去除了需要额外安装大电流铜条作为导体，另一方面，控制器上的大电流回路以及小电流回路是互相分离的，方便散热，解决了发热影响整个电路板的问题，并且将mos管成型为贴片封装，可自动焊接在铝基板上，提高散热能力，避免了人工焊接，节省人工成本。

附图说明

图1是本发明一个实施方式提供的mos管结构示意图；

图2是现有无刷电机控制器系统中mos管安装方式；

图3是本发明一个实施方式提供的成型为贴片封装的mos管示意图；

图4是本发明一个实施方式提供的mos管、正负贴片底座以及基座的位置结构示意图；

图5是本发明一个实施方式提供的一种无刷电机控制器系统结构示意图；

图6是本发明一个实施方式提供的一种无刷电机控制器装配方法流程图；

其中，1、第一mos管，11、源极，12、漏极，13、栅极，2、第二mos管，22、漏极，23、栅极，3、散热金属衬底，4、散热基板，41、螺孔，5、信号输出端子，6、正负贴片底座，7、控制器控制主板，8、铝合金板，81、pcb电路板，82、焊接点。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

参考图3、图4以及图5，本实施例提供了一种无刷电机控制器系统，包括散热基板4以及控制器控制主板7；

散热基板4上设置有信号输出端子5以及多个mos管，多个所述mos管包括第一mos管1及第二mos管2，第一mos管1以及第二mos管2具有两个向上弯曲的管脚以及散热金属衬底3，两个向上弯曲的管脚插入到控制器控制主板7内，控制器控制主板7内设置有大电流回路，大电流回路与第一mos管1、第二mos管2的两个向上弯曲的管脚连接，散热金属衬底3与信号输出端子5连接。

其中，所述大电流回路是指与所述mos管电连接，以通过上述mos管将驱动信号输出到无刷电机的电路回路。

无刷电机控制器为直流转交流的逆变器，一般在控制器控制主板上都设置有大电流回路，这是由于mos管为大电流功率器件，通过设置大电流回路来满足mos管所需大电流，在现有技术中，控制主板上还会小电流回路，用于输入输出控制信号。其中，所述小电流回路的电流小于所述大电流回路的电流。

其中，本实施例中的无刷电机控制器系统应用于园林电动工具领域。

参考图1，图1中示出了mos管的结构，其包括三个管脚以及散热金属衬底3，其为应用在无刷电机控制器上的常规mos管，在本实施例中不做详细的原理功能介绍。

参考图3，图3为本实施例提供的一种mos管的成型方式，现有传统的mos管采用的是to-220封装方式(如图1以及图2中的mos管)，而本实施例中，采用的为smd贴片封装，这种成型方式能够使得mos管可以采用自动贴片工艺，即可以通过贴片机等自动焊接贴在电路板上，而不需要使用电烙铁等对mos管的管脚处进行人工焊接，提高了焊接效率，节省人工成本。

并且图2中的mos管的散热金属衬底是通过螺丝等固定到铝合金板上的，这个过程一般也只能通过人工来装配，而本实施例中，由于采用了自动贴片工艺，直接将mos管焊接在散热基板4上，故不需要人工来固定mos管的散热金属衬底3，而且不需要使用绝缘垫片等进行隔离，保证了mos管不会发生击穿漏电现象。

并且由于本实施例中的散热基板4为铝基板，铝基板的导热系数非常好，当mos管焊接在铝基板上后，能够通过铝基板来进行有效的散热。

图3中的mos管有两种形态，一种mos管具有三个管脚(即第一mos管1)，其中的两个管脚12、13向上垂直弯曲，另一个管脚11向下弯曲，还有一种mos管具有两个管脚(即第二mos管2)，两个管脚21、22都是向上垂直弯曲的，这两种mos管的漏极12、漏极22(即向上垂直弯曲的管脚)共同插入到控制器控制主板7的同一个插孔内。

其中，可参考图4以及图5，控制器主板上设置有三个不同孔径的插孔，第一个插孔用于同时插入第一mos管1的漏极12以及第二mos管2的漏极22,第二个插孔用于插入第二mos管2的栅极23，第三个插孔用于插入第一mos管1的栅极13。

散热基板4上还设置有信号输出端子5，信号输出端子5与焊接在散热基板4上的mos管的散热金属衬底3连接，通过这种连接方式，将mos管的散热金属衬底3作为了大电流的输入输出，使得散热金属衬底3充当了现有技术中导热铜条的功能，避免了使用导流铜条，降低了生产成本。

信号输出端子5为一体成型的u形结构，包括上端金属片以及下端金属片，下端金属片焊接在散热基板4上，上端金属片上设置有圆形通孔，用于与无刷电机控制器的电机控制导线连接，以通过所述电机控制导线控制无刷电机工作。

本发明通过信号输出端子5与散热基板4及所述电机控制导线连接，避免了将电机控制导线焊接在铝基板上，以致不方便焊接，操作效率低，焊接不够稳定，使得输入输出导线容易从铝基板上脱落的问题。而本实施例通过设置信号输出端子5，能够使得导线可以通过圆形通孔与信号输出端子5以及整个铝基板电连接，其连接的更加牢固可靠，而且连接更加方便，连接效率更高。

进一步需要说明的是，mos管的散热金属衬底3本身也是mos管的g(栅极13)、d(漏极12)、s(源极11)三个极性中的一个，其为d(漏极12)，其本身也能够作为电气连接，这样使得控制器的大电流回路直接与mos管1、2连接，将mos管作为大电流的载体，从而不需要再pcb板上设置额外的导流铜条，节省了成本，并且由于mos管是焊接在导热系数非常好的铝基板上，从而能够有效散热，避免发热带来的影响。

参考图4，本实施例中的铝基板的两个边角处分别设置有螺孔41，螺孔41关于铝基板的几何中心呈中心对称。

螺栓可以通过螺孔41来将散热片固定在铝基板上，图4中未示出散热片的安装位置，需要了解的是，散热片用来进一步的为mos管进行散热的，其具体的安装位置可以根据实际情况做出调节，本实施例不做说明。

通过设置成中心对称的两个螺孔41，使得只需要边角上的两个螺孔41就能够有效的固定散热片，而不需要提供六个螺孔来固定mos管的散热金属衬底来进行散热，减少了螺孔的数量，提高安装装配的操作效率。

图4中包括有两组mos管组，即第一mos管组以及第二mos管组，第一mos管组与第二mos管管组相对排列，每一组mos管组内包括并列的三个mos管，其中第一mos管组中第一mos管1的s极(源极11)与散热基板4连接，第一mos管组中第一mos管1的d极(漏极12)与第二mos管组第二mos管的d极(漏极22)共同插入到控制器控制主板7的同一插孔内，因而不仅便于装配，生产效率高，而且提高了电路的集成度，减小了体积，第一mos管组中第一mos管1的g极(栅极13)以及第二mos管组中第二mos管2的g极(栅极23)分别插入到控制器控制主板7的不同内。

较佳地，第一mos管组中第一mos管1的d极(漏极12)与第二mos管组第二mos管的d极(漏极22)间隔预设距离，第一mos管组中第一mos管1的d极(漏极12)与第二mos管组第二mos管的d极(漏极22)之间通过焊接物焊接相连，因而不仅固定较可靠，而且更容易装配。在一种较佳实施例中，第一mos管组中第一mos管1的d极(漏极12)与第二mos管组第二mos管的d极(漏极22)插入的插孔由两个相交的圆孔形成，因而固定较可靠。可以理解的是，所述插孔的形状及结构在此不做具体限定。

通过图4以及图2对比可见，图4中的第一mos管1以及第二mos管2是贴在散热基板4上的，通过自动焊接的方式与散热基板4连接，mos管的散热金属衬底3充当了大电流导体，图2中的mos管需要通过螺丝来将散热金属衬底3固定在铝合金板上，并且散热金属衬底3与铝合金板之间还需要绝缘垫片，这种方式容易产生击穿漏电等，并且图2中的pcb板上还需要增加导流铜条来引导大电流，增加了成本。

本实施例中，散热基板4上还设置有正负贴片底座6以及小电流回路，正负贴片底座6插入控制器控制主板7内，以使控制器控制主板7与小电流回路连接。

小电流回路包括用于控制信号输入输出的回路，与常规的无刷电机控制器类似，一般常规的无刷电机控制器都具有小电流回路以及大电流回路，本文不做详细说明。

通过在散热基板4上设置小电流回路，使得小电流回路与大电流回路分割开来，小电流回路位于散热基板4上，大电流回路位于控制器控制主板7上，散热基板4通过mos管1、2与控制器控制主板7上的大电流回路连接，控制器控制主板7通过正负贴片底座6与散热基板4上的小电流回路连接。

小电流回路与大电流回路分隔开之后，能够避免发热对整体pcb板的影响。

本实施例中，在控制器控制主板7的底部设置有元器件，元器件的高度与散热片的高度相同，元器件包括贴片电感以及贴片电解电容。

控制器控制主板7的底部与散热基板4的上表面相对，散热基板4的上表面上设置有mos管，在控制器控制主板7的底部设置大电流回路的元器件或控制器的其它元器件，能够有效降低整个控制器的高度，充分利用空间。

由于在散热基板4上还需要设置散热片，故元器件的高度不能超过散热片的高度，这样才能使得整个控制器的结构更加紧凑，缩小控制器整体的体积，方便安装装配。

本实施例在一方面通过mos的散热金属衬底作为大电流导体使用，减少发热，去除了需要额外安装大电流铜条作为导体，另一方面，控制器上的大电流回路以及小电流回路是互相分离的，方便散热，解决了发热影响整个电路板的问题，并且将mos管成型为贴片封装，可自动焊接在铝基板上，提高散热能力，避免了人工焊接，节省人工成本。

实施例二

本实施例提供了一种无刷电机控制器系统的装配方法，如图6所示，包括步骤：

将mos管成型为贴片封装，通过自动贴片焊接在散热基板上；

将mos管向上弯曲的管脚以及正负贴片底座分别插入到控制器控制主板内；

通过散热基板上的螺孔，将散热片安装固定在散热基板上。

本实施例中的安装方式相对于现有的控制器装配方式是非常的便捷，现有的mos管由于采用的是to-220封装，其不能够采用自动贴片工艺直接焊接在散热基板上，需要人工进行焊接，并且散热金属衬底还需要通过螺丝来固定在铝合金板上，这个过程同样需要人工固定，整个装配过程操作步骤比较繁琐。

而本实施中的装配方式，mos管可以采用贴片机自动贴片，将其焊接在散热基板上，并且不需要螺丝等固定mos管的散热金属衬底，节省了人工操作成本，提高整体的装配效率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。