CN103427566A - 一种集成控制装置的电机系统 - Google Patents

Abstract

一种集成控制装置的电机系统，包括具有旋转转子总成、定子总成和端盖的电机和电机控制装置，控制装置布置在电机的轴线方向的非轴输出端，二者通过螺栓固定在一起，其特征是：电机壳体外表面具有筋结构314，控制装置的柱体壳体31外表面具有筋结构314，形状为柱体的壳体不与电机接触的底面设有开口319，覆盖在所述开口319上的侧盖33上设有安装动力线紧固螺钉的通孔335，所述通孔335上覆盖着盖子34，壳体柱面上设有具有至少一个孔的平台311，控制出线函312设置在柱体壳体31的柱面上。

Description

一种集成控制装置的电机系统

所属技术领域

本发明涉及电机及其控制装置，特别涉及集成控制装置的电机系统。

背景技术

电机及其控制装置的小型化和能量高密度化是提高性价比的有效手段。

目前公知常用的中大功率电机及其控制装置采用分体结构，电机和控制器在空间布置上是分离的，二者之间的强电连接和控制弱电连接及冷却通道的连接需要额外的部件，成本高和故障点多。

申请号为102152765的发明记载了一种电动汽车用控制器的安装结构。如参照附图9(对应申请号为102152765的发明说明书附图1)正视图、图10(对应对应申请号为102152765的发明说明书附图2)右视图和图11(对应对应申请号为102152765的发明说明书附图3)结合端面图所示，包括电机1和电机控制器2，电机控制器2封装在一个盘状结构内；盘状结构的端面形状与所述的电机后端盖吻合，并与电机连接贴合在一起；其高压母线接口3和低压信号接口4设置在盘状结构的另一侧。三相交流接口6集中了三相出线在一起，水冷装置进出水口5和冷却装置水管的接口9构成水冷通道接口，位置传感器及温度传感器对外接口8设置在中间位置。

由于控制器的效率大于电机效率，电机的温度等级高于控制器，通常，电机壳体温度远高于控制装置壳体温度。申请号为102152765的发明使作为壳体的盘状结构与电机后端盖连接贴合，热量从电机传递到控制装置，控制装置的器件温度敏感，过高的温度影响功率输出甚至引起控制器寿命缩短。

申请号为102152765的发明中三相交流接口6集中了三相出线在一起进入到控制器内与控制器连接。电机绕组需要在定子的端部盘绕后集中到一起再引出电机外。该方式需要额外的引出线，集中到一起出线导致绕组端部过大，浪费铜材并形成过热点，容易引起绝缘劣化。

申请号为102152765的发明中，高压母线接口3布置在端部，此出线方向会造成内部布局困难，控制器体积过大和高压母线接口3难以固定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供解决上述问题的方案，提供一种散热效果良好、结构紧凑、电机发热量低且易于安装的低成本集成控制装置的电机系统。

本发明的目的是通过如下方式来达到(如图1-8)：

1.一种集成控制装置的电机系统，包括具有旋转转子总成、定子总成和端盖的电机和电机控制装置，控制装置布置在电机的轴线方向的非轴输出端，二者通过螺栓固定在一起，其特征是：

电机壳体外表面具有筋结构314，控制装置的柱体壳体31外表面具有筋结构314，柱体的壳体不与电机接触的底面设有开口319，覆盖在所述开口319上的侧盖33上设有安装动力线紧固螺钉的通孔335，所述通孔335上覆盖着盖子34，壳体柱面上设有具有至少一个孔的平台311，控制出线函312设置在柱体壳体31的柱面上。

2.根据上述1所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述的电机和控制装置间设有非金属垫片2。

3.根据上述1所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述控制装置的柱体壳体31内部具有截面内侧是正多边形且凸出内部柱面的台状安装部316。

4.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述控制装置的柱体壳体31底部具有以壳体31底部圆心为中心，120度均布的出线通孔315。

5.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：电流传感器322设置于焊有半导体器件324的pcb325和控制装置柱状壳体31底部之间。

6.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：在pcb325和电机控制装置柱状壳体31底部间设有嵌入电流传感器322的支撑件323。

7.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：半导体器件324均匀分布焊接在圆形pcb325边沿。

8.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：具有安装于线路板325上、有绕组出线安装孔327的安装部的弧状凸台集电极329。

9.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：电机端盖11具有以端盖圆心为中心，120度均布的出线通孔和突出端盖外表面的环形凸台111。

10.根据上述1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述的盖子34具有螺纹部342和法兰部343及套在螺纹部的O形圈341。

本发明的有益效果是：根据上述1-10所述的的集成控制装置的电机系统，筋结构有效的减小了热阻，降低了绕组和半导体器件的温度，提高了可靠性；热隔离的电机和控制器使控制器温度降低，提高了功率密度；充分利用了电机定子绕组漆包线的直接出线，以最小的长度连接到控制装置，减小了电机端部，降低了发热量，控制装置内部巧妙地布局，减小了EMC，提高了器件的热安全性，并使升功率得到提高20％；简洁方便的接线方式提高了生产率，降低了成本。总之，本发明提高了集成控制装置的电机系统的性价比。

附图说明

下面结合附图1-8和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的三维爆炸图。

图2是本发明实施例的壳体结构三维图。

图3是本发明另外一种实施例的构造图。

图4是本发明实施例的PCB组件32的三维爆炸图。

图5是本发明实施例的支撑件的构造图。

图6和图7是本发明实施例的中电机端盖11构造图。

图8是本发明实施例的中的盖子34构造图。

其中：1.电机，2.垫片，3.控制装置，11.电机端盖，111.筋结构，112.筋结构，31.壳体，311.平台，312.控制出线函，313.出线函，314.筋结构，315.出线通孔，316.台状安装部，317.安装孔，319.开口，321.弹簧压板，322.传感器，323.绝缘体，324.半导体器件，325.PCB，326.接线端子，327.出线安装孔，328.电容器，329.集电极，330.接线柱，331.槽，333.嵌入孔，33.侧盖，335.通孔，34.盖子，341.O型圈，342.螺纹部，343.法兰部，344.夹持部，35.螺钉

图9、图10和图11是现有技术的构造图。

编号顺序沿用了申请号为102152765说明书附图顺序，其中：1.电机，2.电机控制器，3.高压母线接口，4.低压信号接口4，5.进出水口，6.三相交流接口，7.螺栓，8.位置传感器及温度传感器对外接口

具体实施方式

下面参考附图1-8来说明本发明的实施方式。

一种实施例，一种集成控制装置的电机系统，包括具有旋转转子总成、定子总成和端盖的电机1和电机控制装置3，控制装置3布置在电机1的轴线方向的非轴输出端，二者通过螺栓固定在一起，其特征是：

电机壳体外表面具有筋结构314，控制装置的柱体壳体31外表面具有筋结构314，基本为柱体的壳体不与电机接触的底面设有开口319，覆盖在开口319上的侧盖33上设有安装动力线紧固螺钉的通孔335，所述通孔335上覆盖着盖子34，壳体31柱面上设有具有至少一个孔的平台311，控制出线函312设置在柱体壳体31的柱面上。

电机1由旋转部分的转子总成和静止部分定子总成和端盖构成，电机可以是大功率BLDC，交流异步电机和永磁同步电机，优选永磁同步电机。

电机壳体外表面具有筋结构314，控制装置的柱体壳体31外表面具有筋结构314，筋结构和壳体为一体，具有径向向外拔模斜度，材料与壳体相同。筋结构也可以由波纹状的铝薄板垂直的钎焊接在圆柱的壳体表面。该结构增加了电机壳体和控制装置壳体的外表面积，热阻降低，在自然风冷却的环境中提高系统的热可靠性。

如图1和图2所示，电机壳体外表面的筋结构314设置成与电机轴垂直的圆周方向，本实施例中，筋的高度是30mm，筋结构314沿圆周方向上连续，形成环状物。

在其他的实施例中，筋结构314沿圆周方向上不连续，呈断续状分布在圆周上。

在图3所示实施例中，电机壳体外表面的筋结构314设置成与电机轴方向平行的方向上，筋结构314可以连续，也可以不连续。

柱体壳体不与电机接触的底面设有开口319，如图1和图4所示，通过该开口319，安装控制装置内的绝缘体323、传感器322、pcb组件32、控制电路板36。在该开口319上用螺栓安装侧盖33。

覆盖在壳体开口319上的侧盖33上设有安装动力线紧固螺钉的通孔335，通孔335上安装着盖子34。

如图1和图2中所示，平台311设置在壳体31的柱面上，安装固定直流动力电缆的螺钉(图中没有画出)的通孔335设置在侧盖33上，在控制器组装完成后，侧盖33固定在壳体31上，直流动力电缆通过壳体31上的平台311的孔插入控制器内部，固定用螺栓通过设置在侧盖上的通孔335置入，固定工具也通过通孔335进入，将螺栓固定在图4中的接线柱330上。该方式实现不打开控制装置安装动力线，最大程度的保护控制器内部部件。

该动力线安装方式，便于装配安装工作，节省工时，电缆的输出方向符合车辆布置方向，电缆没有直径小的具有损坏性的折弯，耐震性和可靠性都得到提高。

在其他实施例中，平台311发置在侧盖33上，通孔335设置在壳体柱面上。电缆通过侧盖33上的平台311进入控制装置，固定用螺栓通过设置在壳体柱面上的通孔335置入，固定工具也通过壳体柱面上的通孔335进入控制装置。壳体柱面上的通孔335通过螺纹安装着盖子34。

直流动力电缆固定在平台311上，并通过固定在平台上的出线函313实现防水防尘密封。出线函313可以选用leinouoer的lne-m-ex系列金属防水接头，也可以选用其他家类似功能产品。

直流动力电缆穿过设置在平台311上的孔进入控制装置内部，孔的数量和使用的出线函相关，如图的实施例，平台上需要设置两个孔。当使用一体化的出线函，仅需要一个圆形或椭圆形孔。

本实施例中，控制出线函313设置在柱体壳体31柱面上。在其他实施例中如图，控制出线函可以设置在侧盖33上。优选控制出线函设置在柱体壳体柱面上。

控制出线函直接和控制板连接或通过线束和控制板连接，控制出线函设置在柱体壳体柱面上可以简化安装结构，便于装配工作，节省工时。

另外一种实施例中，根据上述特征还包含电机和控制装置间设置的非金属垫片2。

电机和控制装置间设有垫片2，使电机端盖和控制器壳体隔开，防止热量从电机传递到控制装置3，控制装置3中的器件温度敏感，过高的温度影响控制器寿命。

垫片2设计成环状，最大直径和电机端盖相同。也可以设计成圆饼形。

垫片2可以选用玻璃纤维板、聚氨酯板、高密度聚苯乙烯板或铝箔复合材料。

另外一种实施例中，控制装置的柱体壳体31内部具有截面内侧是正多边形且凸出内部柱面的台状安装部316。

如图2所示的实施例中，在柱体壳体31内部的安装部是一环状凸台，凸台外侧和壳体31连为一体或紧密接触，凸台截面内侧是正多边形，正多边形的内切圆小于壳体内圆形成凸台，正多边形的边数和半导体器件或模块数量相同。正多边形的边线所在的面为安装平面，安装平面宽度和半导体器件相同，安装高度不小于半导体器件高度。安装平面与凸台顶面成锐角。

在其他实施例中，安装平面与凸台顶面垂直。

环状凸台正多边形至少是正三边形，即内部截面是三角形的凸台。

在其他的实施例中，环状凸台以其顶面所在的圆心到凸台外侧的圆间的线段三等分，形成三个独立的凸台，三个独立的凸台不互相接触的围成断续环状的安装部。

如图2所示的实施例中，在凸台的顶面上设有螺纹孔，半导体器件通过预先成型的弹簧压板321压紧安装在安装部316的螺纹孔上。

在其他的实施例中，安装平面上设有垂直于该平面的螺纹孔，半导体器件通过该螺纹孔用螺钉固定。

在图1和图2和图4所示的实施例中，安装在安装部316上的半导体器件324是MOSFET，半导体器件324可以选用MOSFET半桥、IGBT或IGBT半桥。

控制装置的柱体壳体31底部具有以壳体31底部圆心为中心，120度均布的出线通孔315。

通常，电机绕组在定子的端部焊接绕组出线，绕组出线盘绕端部三相集中到一起再引出电机外。该方式需要额外的引出线再加上集中到一起出线导致绕组端部过大，浪费铜材并形成过热点，引起绝缘劣化。

如图2所示的实施例中，在柱体壳体31靠近电机侧，以柱体底面圆心360°内均布着3个电机绕组出线口315，电机绕组出线直接从该孔进入控制装置内，并与与之对应的端子直接连接。

该实施例中，出线口315设成圆形，也可以设成槽口形。

如图4、图6图7所示的实施例，在与出线口315位置对应的位置，PCB325上也设有均布的三个孔。它们共同形成绕组出线通道。

电流传感器322设置于焊有半导体器件324的pcb325和控制装置柱状壳体31底部之间。

通常，电流传感器322套装在接线柱330上，电流传感器322占用了电容器的空间，减少了电容器的数量。

如图4所示的实施例，电流传感器322设置于焊有半导体器件324的pcb325和控制装置柱状壳体31底部之间，充分利用了pcb325的绝缘空间，控制装置结构紧凑。

在pcb325和电机控制装置柱状壳体31底部间设有嵌入电流传感器322的支撑件323。

如图1和图4所示的实施例，支撑件323介于pcb325和壳体31的底面之间，电流传感器322与出线孔同心的嵌入到支撑件323中。

如图5所示，在支撑件323与pcb325非接触侧，设有电流传感器322嵌入的槽331，同时设有与接线柱330位置对应的螺母嵌入孔333，在中间设有通孔。

一种结构，半导体器件324均匀分布焊接在圆形pcb325边沿。

图4所示的实施例中，pcb325为圆形，上面焊接着电容器328、接线柱330、接线端子326和半导体器件324。

半导体器件324均匀分布焊接在圆形pcb325边沿，半导体器件324的底面和圆形pcb325的外圆相切。

图4所示的实施例中，半导体器件324和pcb325的圆顶面成锐角，在其他实施例中，半导体器件324和pcb325的圆顶面成直角。

电容器328可以选用电解电容器和薄膜电容器，焊接在pcb325的中央，电容器328的两极分别和两个接线柱330、半导体器件324的D(C)极和S(E)极相连。

接线柱330是中空的柱体，先焊接在pcb325上，直流动力电缆进入控制装置后，螺栓穿过接线柱330与支撑件323内嵌入的螺母连接，将直流动力电缆压紧在pcb324上。

接线端子326分布在半导体器件324附近，将控制板36的信号传递到pcb325上，驱动半导体器件324的通断。

一种集电极为具有安装于线路板325上、有绕组出线安装孔327的安装部的弧状凸台。如图4所示的实施例，集电极329的弧状凸台和线路板325通过位于集电极325上的螺纹孔紧密固定，集电极329通过线路板325上的敷铜电极连接半导体器件324形成的半桥结构的中点。

在本实施例中，集电极329和线路板325接触的部位设置了凸起，增加了接触压力。在其他的实施例中，凸起消失，集电极329和线路板325以平面式接触。

集电极上设有绕组出线安装部，安装部上设有安装孔327。在图4所示的实施例中，安装部高出弧状凸台，在安装部的侧面设有安装孔327，绕组出线固定在安装孔327上。安装部可以不高出弧状凸台，安装孔327也可以设置在安装部的顶面。

一种电机端盖11具有以端盖圆心为中心，120度均布的出线通孔和突出端盖外表面的环形凸台111。

通常，电机绕组在定子的端部焊接绕组出线，绕组出线盘绕端部后多相集中到一起再从电机端盖引出电机外。该出线方式导致绕组端部过大，浪费材料并形成过热点，易引起绝缘劣化。

电机端盖11具有以端盖圆心为中心，120度均布的出线通孔，各相独自就近引出，解决了上述问题，且和控制装置的集电极329就近连接，安装方式简单。

突出端盖外表面的环形凸台111内安装着位置传感器，位置传感器可以是光电编码器、霍尔传感器、旋转变压器等，环形凸台111伸入支撑件323内。该结构缩短了电机的轴向尺寸，提高了功率密度。

一种盖子盖子34具有螺纹部342和法兰部343及套在螺纹部的O形圈341。

盖子34的螺纹部342内径大于紧固螺母的e值，螺纹长度小于侧盖的厚度。法兰直径大于螺纹外径。

O型圈内径和螺纹的大径是相等的，盖子压紧后起到密封的作用。

在法兰的另一侧有盖子的夹持部344，夹持部可以是六角头，也可以采用内六角、内十字，当使用内六角或内十字时，夹持部不高于法兰平面。

盖子34的螺纹部342与侧盖33上的螺纹孔335紧固并实现密封。

盖子34可以选用金属材料，也可以选用塑料。O型圈选用标准件。

Claims (10)

1.一种集成控制装置的电机系统，包括具有旋转转子总成、定子总成和端盖的电机和电机控制装置，控制装置布置在电机的轴线方向的非轴输出端，通过螺栓固定，其特征是：

电机壳体外表面具有筋结构(314)，控制装置的柱体壳体(31)外表面具有筋结构(314)，形状为柱体的壳体不与电机接触的底面设有开口(319)，覆盖在所述开口(319)上的侧盖(33)上设有安装动力线紧固螺钉的通孔(335)，所述通孔(335)上覆盖着盖子(34)，壳体柱面上设有具有至少一个孔的平台(311)，控制出线函(312)设置在柱体壳体(31)的柱面上。

2.根据权利要求1所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述的电机和控制装置间设有非金属垫片(2)。

3.根据权利要求1所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述控制装置的柱体壳体(31)内部具有截面内侧是正多边形且凸出内部柱面的台状安装部(316)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述控制装置的柱体壳体(31)底部具有以壳体(31)底部圆心为中心，120度均布的出线通孔(315)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：电流传感器(322)设置于焊有半导体器件(324)的PCB(325)和控制装置柱状壳体(31)底部之间。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：在PCB(325)和电机控制装置柱状壳体(31)底部间设有嵌入电流传感器(322)的支撑件(323)。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：半导体器件(324)均匀分布焊接在圆形PCB(325)边沿。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：具有安装于线路板(325)上、有绕组出线安装孔(327)的安装部的弧状凸台集电极(329)。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：电机端盖(11)具有以端盖圆心为中心，120度均布的出线通孔和突出端盖外表面的环形凸台(111)。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种集成控制装置的电机系统，其特征在于：所述的盖子(34)具有螺纹部(342)和法兰部(343)及套在螺纹部的O形圈(341)。

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