CN107404265A - 永磁直流无刷电机扁平式控制器 - Google Patents

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    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
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Abstract

一种三相永磁直流无刷电机扁平式控制器,由上盖板、中框架、下盖板、PCB电路板、一体化出线插座组成,其要点是,设计了基于上盖板、中框架、PCB电路板和下盖板四合一的拓扑结构,并解决了散热问题,控制器上盖板与中框架和下盖板合拢后,厚度纤薄至15.2毫米。另一方面,本发明支持线控与遥控的双工作模式,为了克服同频干扰,本发明支持时分多址和时分双工技术。本发明还设计了一款专用的一体化插座,所有强、弱信号可分类集成接入控制器,以实现连接系统的最省和整体最优。本发明特别适合安装在对体积或高度有要求的特殊场合,主要用于紧凑型电动车、全电驱游艇、机器人、家庭厨电设备的三相永磁直流无刷电机的控制。

Description

永磁直流无刷电机扁平式控制器
技术领域
本发明涉及一种扁平结构的永磁直流无刷电机控制器,主要用于紧凑型电动车、全电驱游艇、扫地吸尘机器人、壁挂式家庭厨电设备和人工智能控制设备的三相永磁直流无刷电机的控制。
背景技术
传统的永磁直流无刷电机控制器出于散热的要求,大多采用带肋形条的铝型材,除开防护等级差之外,外观不免粗大笨拙,因此不适合安装在对体积或高度有特殊要求的场合。
目前,在控制功率不小于2000W的条件下,尚无厚度低于15.5毫米,具有防水功能的永磁直流无刷电机控制器见诸报道。
传统的永磁直流无刷电机控制器由于沿袭电动车控制模式,基本上只有单一线控的操作模式。
即使是具有遥控功能的永磁直流无刷电机控制器,通常采用的315MHz或433MHz的公共开放的无线遥控玩具频道,在限定500米的范围内,多个遥控装置如果重复使用同一频率,将不可避免产生相互间的同频干扰,导致遥控失败。
永磁直流无刷电机控制器通常没有专用的控制插座,出线选择从控制器外壳的一端单边引出,不免显得凌乱。
发明内容
本发明的第一个目的是设计出一种基于上盖板、中框架、PCB电路板和下盖板四合一的拓扑结构,以实现永磁直流无刷电机控制器结构的扁平化,同时提高防护等级,以便于安装在对体积、高度和外观上有特殊要求的场合。
本发明的第二个目的是设计一种既支持线控又支持遥控工作模式的永磁直流无刷电机控制器,以改变控制器长期为单一线控的操作模式。
本发明的第三个目的是设计一种适合永磁直流无刷电机控制器的一体化专用插座,以改变控制器接线繁琐和杂乱无序的状态,实现三相永磁直流无刷电机与控制器之间的连接达到系统最省,整体最优的目的。
据此,提出如下的技术方案:
一种永磁直流无刷电机扁平式控制器,由上盖板1、中框架2、下盖板3、PCB电路板4、一体化出线插座9组成,其要点在于:
所述的上盖板1为带散热肋条圆盘形状,上盖板1上有六个上盖板安装孔13,上盖板1的内壁有一道防水凹槽14,上盖板1的中心位置处开有一个中心孔11,安装有一体化出线插座9;
所述的下盖板3为六边形状,六边形边沿形成下盖板壁32,每一边伸出一个安装耳33,安装耳33上开有下盖板安装孔31;
所述的中框架2的外侧为带散热肋条圆盘形状,内侧为带散热衬片21的六边形,散热衬片21上开有VMOS管固定孔23,带上凸的圆形支柱24,散热衬片21的中央部分开有一个六边形孔25,六边形孔25的每一个角上有一个弧形支撑挡板24;
所述的中框架2上开有六个安装通孔22,中框架2与上盖板1相接触的一端有一圈上凸的防水壁26,上盖板1与中框架2合拢后,中框架2上的防水壁26恰好嵌入上盖板1内壁的防水凹槽14中;
中框架2与下盖板3相接触的一端开有六边形的中框凹槽27,六边形下盖板3与中框架2合拢后,下盖板壁32恰好嵌入到中框架2的中框凹槽27中;
所述的PCB电路板4为六边形状,可嵌入散热衬片21中央部分的六边形孔25中,PCB电路板4与六个弧形支撑挡板24相接触,所述的PCB电路板4上焊接有ARM芯片5、无线接收模块7、信号调理芯片8、驱动芯片10、蜂鸣器41、电解电容器组42,六边形的PCB电路板4的每一边上还焊接有四个卧式安放的VMOS管6,通过螺丝将VMOS管6固定在散热衬片21的VMOS管固定孔23处;
所述的一体化出线插座9由三部分组成,一部分是功率插孔,包含电源(+)正极91、电源(-)负极95、三相U极92、三相V极93、三相W极94, 一部分包括五芯霍尔传感器输入信号96,另一部分包括十芯控制信号97,这三部分集中在圆形插座壁90所包围的区域中,所述的一体化出线插座9的插座壁90边沿带锁紧卡口98。
所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器有线控和遥控两种工作模式,线控工作模式由一体化出线插座9上的十芯控制信号97完成,十芯控制信号97分别接入信号调理芯片8的输入端,信号调理芯片8的输出端再与ARM芯片5的I/O引脚相连;
遥控工作模式时,所述的无线接收模块7采用220MHz至420MHz的工业无线遥控频段,支持时分多址(TDMA)和时分双工(TDD)技术,无线控制信号经无线接收模块7解调后,无线接收模块7再将数据上传至ARM芯片5的串行数据输入引脚,然后ARM芯片5将其解码转换成操作命令,同时ARM芯片5控制蜂鸣器41发出响应的提示声响。
永磁直流无刷电机扁平式控制器有两种装配固定方法,一是上盖板1上的六个安装螺丝12穿过上盖板安装孔13、中框架2上的安装通孔22与下盖板3上的安装孔31后,直接与金属安装底板拧在一起;二是上盖板1上的六个安装螺丝12分成两组,三个安装螺丝12穿过上盖板安装孔13、中框架2上的安装通孔22拧入下盖板3上的安装孔31中,使永磁直流无刷电机扁平式控制器合拢,再用上盖板1上的另外三个安装螺丝12穿过上盖板安装孔13、中框架2上的安装通孔22与下盖板3上的安装孔31后,直接与金属安装底板拧在一起。
永磁直流无刷电机扁平式控制器上盖板1与中框架2和下盖板3合拢后,不包括一体化出线插座9,厚度低至15.2毫米。
技术效果
本发明提出的永磁直流无刷电机扁平式控制器有如下有益效果:
1.为了实现永磁直流无刷电机控制器的扁平化,本发明设计了基于上盖板、中框架、PCB电路板和下盖板四合一的拓扑结构,同时解决了散热问题,控制器上盖板与中框架和下盖板合拢后,厚度低至15.2毫米,特别适合安装在对体积或高度有要求的特殊场合。
2. 本发明支持线控或遥控工作模式,同时也支持线控与遥控的双工作模式,线控工作模式由一体化出线插座上的十芯控制信号完成;遥控工作模式由无线接收模块完成,采用220MHz至420MHz的工业无线遥控频段,为了克服同频干扰,本发明支持时分多址(TDMA)和时分双工(TDD)技术,无线控制信号解码后,无线接收模块将数据上传至ARM芯片的串行数据输入引脚。
3. 本发明设计了一种适合永磁直流无刷电机控制器的一体化插座,所述的U、V、W三相控制信号、供电电源、霍尔位置传感信号以及控制信号分类集成接入,实现了系统最省,整体最优。
附图说明
图1 永磁直流无刷电机扁平式控制器外形图;
图2 永磁直流无刷电机扁平式控制器爆炸图一;
图3永磁直流无刷电机扁平式控制器爆炸图二;
图4 永磁直流无刷电机扁平式控制器爆炸图三;
图5 永磁直流无刷电机扁平式控制器爆炸图四;
图6 永磁直流无刷电机扁平式控制器爆炸图五;
图7 中框及PCB电路板正视图;
图8 中框正面外形图;
图9 中框背面外形图;
图10去掉中框后PCB电路板正面外形图;
图11去掉中框后的PCB电路板背面外形图;
图12一体化出线插座外形图;
图13 一体化出线插座正视图。
标号说明:
1 上盖板
11 中心孔 12 安装螺丝
13 上盖板安装孔 14 防水凹槽
2 中框架
21 散热衬片 22 安装通孔
23 VMOS管固定孔 24 弧形支撑挡板
25 六边形孔 26 防水壁
27 中框凹槽
3 下盖板
31 下盖板安装孔 32 下盖板壁
33 安装耳
4 PCB电路板
41 蜂鸣器 42 电解电容器组
5 ARM芯片
6 VMOS管
7 无线接收模块
8 信号调理芯片
9 一体化出线插座
90 插座壁 91 电源(+)正极
92 三相U极 93 三相V极
94 三相W极 95 电源(-)负极
96 五芯霍尔传感器输入信号 97 十芯控制信号
98 锁紧卡口
10 驱动芯片
具体实施方式
为了使本技术领域的工程技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
一种永磁直流无刷电机扁平式控制器,由上盖板(1)、中框架(2)、下盖板(3)、PCB电路板(4)、一体化出线插座(9)组成,其要点在于:
所述的上盖板(1)为带散热肋条圆盘形状,上盖板(1)上有六个上盖板安装孔(13),上盖板(1)的内壁有一道防水凹槽(14),上盖板(1)的中心位置处开有一个中心孔(11),安装有一体化出线插座(9);
所述的下盖板(3)为六边形状,六边形边沿形成下盖板壁(32),每一边伸出一个安装耳(33),安装耳(33)上开有下盖板安装孔(31);
所述的中框架(2)的外侧为带散热肋条圆盘形状,内侧为带散热衬片(21)的六边形,散热衬片(21)上开有VMOS管固定孔(23),带上凸的圆形支柱(24),散热衬片(21)的中央部分开有一个六边形孔(25),六边形孔(25)的每一个角上有一个弧形支撑挡板(24);
所述的中框架(2)上开有六个安装通孔(22),中框架(2)与上盖板(1)相接触的一端有一圈上凸的防水壁(26),上盖板(1)与中框架(2)合拢后,中框架(2)上的防水壁(26)恰好嵌入上盖板(1)内壁的防水凹槽(14)中;
中框架(2)与下盖板(3)相接触的一端开有六边形的中框凹槽(27),六边形下盖板(3)与中框架(2)合拢后,下盖板壁(32)恰好嵌入到中框架(2)的中框凹槽(27)中;
所述的PCB电路板(4)为六边形状,可嵌入散热衬片(21)中央部分的六边形孔(25)中,PCB电路板(4)与六个弧形支撑挡板(24)相接触,所述的PCB电路板(4)上焊接有ARM芯片(5)、无线接收模块(7)、信号调理芯片(8)、驱动芯片(10)、蜂鸣器(41)、电解电容器组(42),六边形的PCB电路板(4)的每一边上还焊接有四个卧式安放的VMOS管(6),通过螺丝将VMOS管(6)固定在散热衬片(21)的VMOS管固定孔(23)处;
所述的一体化出线插座(9)由三部分组成,一部分是功率插孔,包含电源(+)正极(91)、电源(-)负极(95)、三相U极(92)、三相V极(93)、三相W极(94), 一部分包括五芯霍尔传感器输入信号(96),另一部分包括十芯控制信号(97),这三部分集中在圆形插座壁(90)所包围的区域中,所述的一体化出线插座(9)的插座壁(90)边沿带锁紧卡口(98)。
所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器有线控和遥控两种工作模式,线控工作模式由一体化出线插座(9)上的十芯控制信号(97)完成,十芯控制信号(97)分别接入信号调理芯片(8)的输入端,信号调理芯片(8)的输出端再与ARM芯片(5)的I/O引脚相连;
遥控工作模式时,所述的无线接收模块(7)采用220MHz至420MHz的工业无线遥控频段,支持时分多址(TDMA)和时分双工(TDD)技术,无线控制信号经无线接收模块(7)解调后,无线接收模块(7)再将数据上传至ARM芯片(5)的串行数据输入引脚,然后ARM芯片(5)将其解码转换成操作命令,同时ARM芯片(5)控制蜂鸣器(41)发出响应的提示声响。
永磁直流无刷电机扁平式控制器有两种装配固定方法,一是上盖板(1)上的六个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)与下盖板(3)上的安装孔(31)后,直接与金属安装底板拧在一起;二是上盖板(1)上的六个安装螺丝(12)分成两组,三个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)拧入下盖板(3)上的安装孔(31)中,使永磁直流无刷电机扁平式控制器合拢,再用上盖板(1)上的另外三个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)与下盖板(3)上的安装孔(31)后,直接与金属安装底板拧在一起。
永磁直流无刷电机扁平式控制器上盖板(1)与中框架(2)和下盖板(3)合拢后,不包括一体化出线插座(9),厚度低至15.2毫米。
本发明的新颖巧妙之处在于:
本发明设计了一种基于上盖板、中框架、PCB电路板和下盖板四合一的拓扑结构,VMOS管以卧式安装在中框架散热衬片上,较好地解决了VMOS管的散热问题;由于PCB电路板只与六个弧形支撑挡板相接触,因此也最大限度地阻止了发热量向PCB电路板的热传递。控制器上盖板与中框架和下盖板合拢后,身纤体薄,厚度只有15.2毫米,特别适合安装在对体积或高度有要求的特殊场合。
本发明支持线控或遥控工作模式,同时也支持线控与遥控双工作模式,线控工作模式由一体化出线插座上的十芯控制信号完成;遥控工作模式由无线接收模块完成,采用220MHz至420MHz的工业无线遥控频段,为了克服同频干扰,本发明采用了数字增强型无绳通信技术(DECT),支持时分多址(TDMA)和时分双工(TDD)操作。
本发明还专门设计了一种适合永磁直流无刷电机控制器的一体化插座,所述的U、V、W三相控制信号、供电电源、霍尔位置传感信号以及控制信号既分类清楚又可集成接入,实现了连接系统最省而整体最优。
上述为本发明的优选实施方案。本文中,应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,仅用于帮助理解本发明核心思想,而不应理解为对本发明的限制。所属领域的技术人员都明白,在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内,在形式和细节上对本发明所作出的各种变化,都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种永磁直流无刷电机扁平式控制器,由上盖板(1)、中框架(2)、下盖板(3)、PCB电路板(4)、一体化出线插座(9)组成,其特征在于:
所述的上盖板(1)为带散热肋条圆盘形状,上盖板(1)上有六个上盖板安装孔(13),上盖板(1)的内壁有一道防水凹槽(14),上盖板(1)的中心位置处开有一个中心孔(11),安装有一体化出线插座(9);
所述的下盖板(3)为六边形状,六边形边沿形成下盖板壁(32),每一边伸出一个安装耳(33),安装耳(33)上开有下盖板安装孔(31);
所述的中框架(2)的外侧为带散热肋条圆盘形状,内侧为带散热衬片(21)的六边形,散热衬片(21)上开有VMOS管固定孔(23),带上凸的圆形支柱(24),散热衬片(21)的中央部分开有一个六边形孔(25),六边形孔(25)的每一个角上有一个弧形支撑挡板(24);
所述的中框架(2)上开有六个安装通孔(22),中框架(2)与上盖板(1)相接触的一端有一圈上凸的防水壁(26),上盖板(1)与中框架(2)合拢后,中框架(2)上的防水壁(26)恰好嵌入上盖板(1)内壁的防水凹槽(14)中;
中框架(2)与下盖板(3)相接触的一端开有六边形的中框凹槽(27),六边形下盖板(3)与中框架(2)合拢后,下盖板壁(32)恰好嵌入到中框架(2)的中框凹槽(27)中;
所述的PCB电路板(4)为六边形状,可嵌入散热衬片(21)中央部分的六边形孔(25)中,PCB电路板(4)与六个弧形支撑挡板(24)相接触,所述的PCB电路板(4)上焊接有ARM芯片(5)、无线接收模块(7)、信号调理芯片(8)、驱动芯片(10)、蜂鸣器(41)、电解电容器组(42),六边形的PCB电路板(4)的每一边上还焊接有四个卧式安放的VMOS管(6),通过螺丝将VMOS管(6)固定在散热衬片(21)的VMOS管固定孔(23)处;
所述的一体化出线插座(9)由三部分组成,一部分是功率插孔,包含电源(+)正极(91)、电源(-)负极(95)、三相U极(92)、三相V极(93)、三相W极(94), 一部分包括五芯霍尔传感器输入信号(96),另一部分包括十芯控制信号(97),这三部分集中在圆形插座壁(90)所包围的区域中,所述的一体化出线插座(9)的插座壁(90)边沿带锁紧卡口(98)。
2.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器,其特征在于:所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器有线控和遥控两种工作模式,线控工作模式由一体化出线插座(9)上的十芯控制信号(97)完成,十芯控制信号(97)分别接入信号调理芯片(8)的输入端,信号调理芯片(8)的输出端再与ARM芯片(5)的I/O引脚相连;
遥控工作模式时,所述的无线接收模块(7)采用220MHz至420MHz的工业无线遥控频段,支持时分多址(TDMA)和时分双工(TDD)技术,无线控制信号经无线接收模块(7)解调后,无线接收模块(7)再将数据上传至ARM芯片(5)的串行数据输入引脚,然后ARM芯片(5)将其解码转换成操作命令。
3.根据权利要求1所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器,其特征在于:永磁直流无刷电机扁平式控制器有两种装配固定方法,一是上盖板(1)上的六个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)与下盖板(3)上的安装孔(31)后,直接与金属安装底板拧在一起;二是上盖板(1)上的六个安装螺丝(12)分成两组,三个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)拧入下盖板(3)上的安装孔(31)中,使永磁直流无刷电机扁平式控制器合拢,再用上盖板(1)上的另外三个安装螺丝(12)穿过上盖板安装孔(13)、中框架(2)上的安装通孔(22)与下盖板(3)上的安装孔(31)后,直接与金属安装底板拧在一起。
4.根据权利要求1或3所述的永磁直流无刷电机扁平式控制器,其特征在于:永磁直流无刷电机扁平式控制器上盖板(1)与中框架(2)和下盖板(3)合拢后,不包括一体化出线插座(9),厚度低至15.2毫米。
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