CN110247520A - 一种集成电机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成电机控制系统，所述系统包括驱动电机和固定于驱动电机上方的电机控制器，所述电机控制器包括控制器箱体和设置于控制器箱体内部的薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板，所述控制器箱体固定于驱动电机上，所述输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于控制器箱体的底板上，所述输出模块和控制板均固定于功率模块上，所述输出模块分别与控制板和功率模块电气连接，所述输入模块与薄膜电容电气连接，所述驱动电机与输出模块电气连接。与现有技术相比，本发明具有集成程度高、体积小、重量轻以及散热性能良好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动控制领域，尤其是涉及一种集成电机控制系统。
背景技术
在石油资源日益匮乏和环境污染日趋严重的情况下，新能源汽车越来越受到市场的欢迎。随着新能源汽车业的不断发展，汽车内部布置空间越来越紧凑，整车对电机控制系统的功率密度要求越来越高，这样就要求整个电机控制系统的体积越来越小、功率密度越来越高，以满足整车对空间布置和功率密度的需求。而传统的新能源汽车通常采用驱动电机和电机控制器分离的结构，这样的结构会造成安装空间过大，电机控制系统的功率密度不高，难以满足整车装配要求；而如果将电机控制器和驱动电机集成在一起，由于电机控制器和驱动电机之间需要连接的信号线较多，而电机控制器本身体积又较大，因此会发生接线混乱以及容易对驱动电机产生过大压力的问题；同时驱动电机和电机控制器在工作过程中均会产生大量热量，二者集成在一起，如何有效的散热也成为一个亟待解决的问题。因此，现在迫切需要设计出一款集成度高、体积小、重量轻、散热性能良好的集成式电机控制系统，以满足国内新能源汽车行业的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种集成电机控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种集成电机控制系统，所述系统包括驱动电机和固定于驱动电机上方的电机控制器，所述电机控制器包括控制器箱体和设置于控制器箱体内部的薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板，所述控制器箱体固定于驱动电机上，所述输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于控制器箱体的底板上，所述输出模块和控制板均固定于功率模块上，所述输出模块分别与控制板和功率模块电气连接，所述输入模块与薄膜电容电气连接，所述驱动电机与输出模块电气连接。
优选地，所述功率模块包括IGBT、驱动板和电流传感器，所述IGBT固定于控制器箱体的底板上，所述驱动板和电流传感器均固定于IGBT上方，所述输出模块固定于驱动板上方并与IGBT电气连接，所述控制板固定于驱动板上方。
优选地，所述输入模块包括支座和磁环，所述支座固定于控制器箱体的底板上，所述磁环固定于支座内部，形成环形空间，汽车内部的整车高压线束穿过磁环与所述薄膜电容电气连接。
优选地，所述输入模块还包括高压输入插件，所述高压输入插件设置于控制器箱体外部，与整车高压线束集成为一体后穿过磁环与所述薄膜电容器电气连接。
优选地，所述输出模块包括三相输出极板和旋变信号线束，所述三相输出极板固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，所述旋变信号线束分别与控制板和驱动电机电气连接。
优选地，所述三相输出极板包括三相输出极板本体和包塑壳体，所述三相输出极板本体固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，所述包塑壳体覆盖于三相输出极板本体的外表面，所述包塑壳体上还设有缺口，所述缺口与旋变信号线束卡接。
优选地，所述控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，所述输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于底板上，所述侧盖板和顶部盖板通过与底板配合，实现对薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板的封装。
优选地，所述电机控制器还包括屏蔽板，所述屏蔽板设置于功率模块上方，所述控制板固定于屏蔽板上方。
优选地，所述控制板上还固定有信号接插件，所述信号接插件伸出至控制器箱体外部，所述信号接插件与控制器箱体的配合处通过平面密封圈密封。
优选地，所述控制器箱体的底板内部设有第一冷却水道，所述第一冷却水道的两端分别连接有第一进水口和第一出水口；所述驱动电机的壳体内部设置有第二冷却水道，所述第二冷却水道的两端分别连接有第二进水口和第二出水口，所述第一出水口与第二进水口相互连通。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的集成控制系统，通过将电机控制器进行高度封装于同一箱体内，并将薄膜电容、功率模块、控制板等相应电气连接后通过输出模块和输出模块引出输入端和输出端，即可直接将电机控制器通过输出模块连接至驱动电机上，这样可以大大解决现有的电机控制器与驱动电机集成在一体时发生的接线混乱情况；同时由于将电机控制器内部划分为几个主要模块，并将这几个主要模块均集成在一个控制器箱体内，因此可以大大减小电机控制器的体积和重量，从而使得电机控制器在与驱动电机集成在一体时，不会对驱动电机产生过大压力，保证了整个系统的安全和稳定，同时减小了整个系统的重量和体积。
(2)功率模块包括IGBT、驱动板和电流传感器，通过将驱动板和电流传感器均集成于IGBT上，使得整个功率模块的体积大大减小，而且驱动板除了可以为控制板提供驱动电路以外，还可以用于固定输出模块和控制板，因此可以进一步提高整个电机控制器的集成程度，继而提高整个系统的集成程度，减小系统的体积。
(3)输入模块包括支座和磁环，通过支座来固定磁环，再通过磁环引入整车高压线束来与薄膜电容连接，从而可以利用电动汽车本身的电能来为控制系统供电，结构简单且便于连接，因此可以提高控制系统的装配程度，适用范围广。
(4)输入模块还包括高压输出插件，该高压输出插件与整车高压线束一体穿过磁环后与薄膜电容器连接，为控制系统增加一种供电方式，提高控制系统的灵活性。
(5)输出模块包括三相输出极板和旋变信号线束，通过三相输出极板实现与驱动电机内三相输入极板的电气连接，通过旋变信号线束实现控制板与驱动电机内部的旋转变压器连接，这种接线方式简单，解决了现有电机控制系统中电机控制器和驱动电机之间接线混乱的问题。
(6)三相输出极板包括三相输出极板本体和包塑壳体，包塑壳体覆盖于三相输出极板本体的外表面且开设有缺口，该缺口与旋变信号线束卡接，缺口的设置可以进一步提高电机控制器和驱动电机之间接线的规范程度，从而提高装配效率，提高电机控制系统的使用范围。
(7)控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，侧盖板和顶部盖板通过与底板配合，实现对薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板的封装，从而减小电机控制器的体积，提高电机控制器的集成程度，继而提高电机控制系统的集成程度。
(8)控制板和驱动板之间还设有屏蔽板，可以避免控制板与驱动板上的集成电路相互之间发生电磁干扰，从而提高整个控制系统工作的稳定性。
(9)控制板上还固定有信号接插件，信号接插件伸出至控制器箱体外部，且信号接插件与控制器箱体的配合处通过平面密封圈密封，在保证了电机控制器的集成程度的同时为控制板提供了与外界的接口，便于对控制板内的数据进行保存以及维护。
(10)控制器箱体和驱动电机内均设有冷却水道，且两个水道相互连通，从而可以通过一次冷却水循环同时为电机控制器和驱动电机进行散热，既增强了散热能力而且也不会过大的增加控制系统的体积，在保证了集成程度的情况下实现了较好的散热。
附图说明
图1为集成电机控制系统的爆炸图；
图2为集成电机控制系统的平面示意图；
图3为集成电机控制系统的立体图；
其中，1为驱动电机，2为电机控制器，3为第一进水口，4为第二出水口，1-1为三相输入极板，1-2为呼吸器，2-1为薄膜电容，2-2为功率模块，2-2-1为IGBT，2-2-2为驱动板，2-2-3为电流传感器，2-3为输入模块，2-3-1为支座，2-3-2为磁环，2-4为三相输出极板，2-4-1为缺口，2-5为屏蔽板，2-6为控制板，2-7为控制器箱体，2-8为控制器箱盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
为了解决现有集成电机控制系统集成度低且接线混乱的问题，本实施例中提供了一种集成电机控制系统，包括驱动电机和固定于驱动电机上方的电机控制器，电机控制器包括控制器箱体和设置于控制器箱体内部的薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板，控制器箱体固定于驱动电机上，输入模块、薄膜电容和功率模块固定于控制器箱体的底板上，输出模块和控制板均固定于功率模块上，输出模块分别与控制板和功率模块电气连接，输入模块与薄膜电容电气连接，驱动电机与输出模块电气连接。
其中，功率模块包括IGBT、驱动板和电流传感器，IGBT固定于控制器箱体的底板上，驱动板和电流传感器均固定于IGBT上方，输出模块固定于驱动板上方并与IGBT电气连接，控制板固定于驱动板上方。输入模块包括支座和磁环，支座固定于控制器箱体的底板上，磁环固定于支座内部，形成环形空间，汽车内部的整车高压线束穿过磁环与所述薄膜电容电气连接。输入模块还包括高压输入插件，高压输入插件设置于控制器箱体外部，与整车高压线束集成为一体后穿过磁环与薄膜电容器电气连接。输出模块包括三相输出极板和旋变信号线束，三相输出极板固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，旋变信号线束分别与控制板和驱动电机电气连接。三相输出极板包括三相输出极板本体和包塑壳体，三相输出极板本体固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，包塑壳体覆盖于三相输出极板本体的外表面，包塑壳体上还设有缺口，缺口与旋变信号线束卡接。控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于底板上，侧盖板和顶部盖板通过与底板配合，实现对薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板的封装。电机控制器还包括屏蔽板，屏蔽板设置于功率模块上方，控制板固定于屏蔽板上方。控制板上还固定有信号接插件，信号接插件伸出至控制器箱体外部，信号接插件与控制器箱体的配合处通过平面密封圈密封。控制器箱体的底板内部设有第一冷却水道，第一冷却水道的两端分别连接有第一进水口和第一出水口；驱动电机的壳体内部设置有第二冷却水道，第二冷却水道的两端分别连接有第二进水口和第二出水口，第一出水口与第二进水口相互连通。
本实施例中，根据上述结构实现的集成电机控制系统如图1～图3所示，从图中可以看出，该系统主要由驱动电机1和电机控制器2组成，电机控制器主要由薄膜电容2-1、功率模块2-2、输入模块2-3、三相输出极板2-4、屏蔽板2-5、控制板2-6、控制器箱体2-7、控制器箱盖2-8组成；功率模块2-2是将电机控制器的几个主要电气件模块化设计制造，包括IGBT2-2-1、驱动板2-2-2和电流传感器2-2-3；输入模块2-3包括支座2-3-1和磁环2-3-2，薄膜电容2-1、IGBT2-2-1和支座2-3-1固定在控制器箱体2-7上，控制器箱体2-7对应薄膜电容2-1和IGBT2-2-1位置下方设置了冷却水道；驱动板2-2-2和电流传感器2-2-3固定在IGBT2-2-1上，磁环2-3-2套在支座内部的环形空间，并用环氧固化，整车高压线束穿过磁环2-3-2与薄膜电容2-1电气连接；三相输出极板2-4置于驱动板2-2-2上与IGBT2-2-1电气连接，三相输出极板2-4的包塑体上开设一个缺口2-4-1，旋变信号线束卡在缺口2-4-1里；屏蔽板2-5设置于驱动板2-2-2上，控制板2-6固定在屏蔽板2-5上，控制板上面的信号插件穿过控制器箱体2-7侧壁，配合处通过平面密封圈密封；控制器箱盖2-8固定在控制器箱体2-7上；控制器箱体侧面设置了高压输入插件，高压输入插件与整车高压线束一体穿过磁环内腔与薄膜电容电气连接；控制器箱体2-7设置于驱动电机1上方，即控制器箱体2-7固定在驱动电机1的机壳上表面，配合处通过平面密封圈密封；从电机控制器2里面引出的旋变信号线束和三相输出极板2-4穿过驱动电机1机壳分别与旋转变压器和三相输入极板1-1电气连接，驱动电机机壳的前端面设置了呼吸器1-2，且本实施例中，驱动电机的输出端为内花键结构；电机控制器2的控制器箱体2-7底部设置了散热水道以及与之连通的进水口3，驱动电机1设置了C型水道以及与之连通的出水口4，控制器箱体2-7的散热水道与电机控制器2的进水口3连通，电机控制器2的出水口与驱动电机1的冷却水道连通，冷却液先通过电机控制器2的进水口3进入到控制器箱体2-7的散热水道中，然后再经过电机控制器2的出水口流入驱动电机1的冷却水道中，最后经过驱动电机1的出水口4流出。
Claims (10)
1.一种集成电机控制系统，其特征在于，所述系统包括驱动电机和固定于驱动电机上方的电机控制器，所述电机控制器包括控制器箱体和设置于控制器箱体内部的薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板，所述控制器箱体固定于驱动电机上，所述输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于控制器箱体的底板上，所述输出模块和控制板均固定于功率模块上，所述输出模块分别与控制板和功率模块电气连接，所述输入模块与薄膜电容电气连接，所述驱动电机与输出模块电气连接。
2.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述功率模块包括IGBT、驱动板和电流传感器，所述IGBT固定于控制器箱体的底板上，所述驱动板和电流传感器均固定于IGBT上方，所述输出模块固定于驱动板上方并与IGBT电气连接，所述控制板固定于驱动板上方。
3.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述输入模块包括支座和磁环，所述支座固定于控制器箱体的底板上，所述磁环固定于支座内部，形成环形空间，汽车内部的整车高压线束穿过磁环与所述薄膜电容电气连接。
4.根据权利要求3所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述输入模块还包括高压输入插件，所述高压输入插件设置于控制器箱体外部，与整车高压线束集成为一体后穿过磁环与所述薄膜电容器电气连接。
5.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述输出模块包括三相输出极板和旋变信号线束，所述三相输出极板固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，所述旋变信号线束分别与控制板和驱动电机电气连接。
6.根据权利要求5所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述三相输出极板包括三相输出极板本体和包塑壳体，所述三相输出极板本体固定于功率模块上方，并分别与功率模块和驱动电机电气连接，所述包塑壳体覆盖于三相输出极板本体的外表面，所述包塑壳体上还设有缺口，所述缺口与旋变信号线束卡接。
7.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，所述输入模块、薄膜电容和功率模块均固定于底板上，所述侧盖板和顶部盖板通过与底板配合，实现对薄膜电容、功率模块、输入模块、输出模块和控制板的封装。
8.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述电机控制器还包括屏蔽板，所述屏蔽板设置于功率模块上方，所述控制板固定于屏蔽板上方。
9.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述控制板上还固定有信号接插件，所述信号接插件伸出至控制器箱体外部，所述信号接插件与控制器箱体的配合处通过平面密封圈密封。
10.根据权利要求1所述的集成电机控制系统，其特征在于，所述控制器箱体的底板内部设有第一冷却水道，所述第一冷却水道的两端分别连接有第一进水口和第一出水口；所述驱动电机的壳体内部设置有第二冷却水道，所述第二冷却水道的两端分别连接有第二进水口和第二出水口，所述第一出水口与第二进水口相互连通。
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