CN207120665U - 一种电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机控制器，属于电气设备及电气工程技术领域。本实用新型的电机控制器包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，所述电源降压模块为三级降压模块，用于将电池电压转换成内部工作电压和外部工作电压。本实用新型的电机控制器结构简单，电源降压模块采用三级降压的电源设计，将内部电源和外部电源分开，提高整个电机控制器的稳定性，有效防止电机控制器失效。

Description

一种电机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制器，属于电气设备及电气工程技术领域。

背景技术

近年来，在相关政策对新能源汽车给予支持和鼓励下，新能源汽车产销快速增长。新能源电动汽车上的驱动系统主要由电机和电机控制器组成，新能源电动汽车电机控制器是新能源汽车的关键核心部件，目前在低速电动车上使用最为广泛的是交流异步电机控制器。交流异步电机控制器主要是用于控制交流异步电机，其工作原理是依靠电机定子产生旋转圆形磁场来感应转子，使转子产生感应电流，从而拖动转子旋转，定子磁场和转子磁场并不同步存在转速差，交流异步电机发展时间最为长久，工艺也最成熟，无论在可靠性、稳定性还是在环境适应能力上没有电机能与之相媲美。

现在市面上的电动车用的交流异步电机控制器大多由几个主要功能模块和信号模块组成，包括电源降压模块、报警模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、点火钥匙输入信号、油门信号、档位信号、通讯模块、电机驱动模块和电机模块等等。现有电机控制器存在如下几个缺点：

1、电源降压模块负责将电动车的电池电压降低到12V和5V，给主控模块及其他外围模块提供合适的电源。采用的方案大多是在电路上由一个反激开关电源模块，将电池电压(一般为48V、60V或72V)转换成12V电压，此12V电源分成三路，第一路12V给电机驱动模块供电；第二路12V给油门信号、脉冲输出信号、报警模块供电；第三路12V经过降压电路产生5V电压，5V电压给主控模块、电机温度检测模块、油门信号、电机驱动模块、编码器信号供电。采用这样的电源设计成本比较低，但是存在如下缺点：给电机驱动模块供电的是12V电压和5V电压，而电机驱动模块最合理的供电应该是15V电压和5V电压，使用12V电压代替15V电压可能会缩短电机驱动模块内电子器件的使用寿命；油门信号和脉冲输出信号是电机控制器对外输出的电源，在此方案中，采用同一个12V电源对外输出，同时对电机控制器内部的模块进行供电，如果油门信号或者脉冲输出信号收到干扰，干扰信号会沿着12V电源进入到电机控制器内部，从而影响到整个电机控制器的稳定工作；油门信号和编码器信号是电机控制器对外输出的电源，在此方案中，采用同一个5V电源对外输出，同时对电机控制器内部的模块进行供电，同样会产生上述干扰问题，另外5V电源同时给主控模块供电，严重情况下将导致主控芯片损坏，整个电机控制器失效。

2、电机温度检测模块用来检测电机在工作时候的温度，主控模块通过监测电机温度，实时判断电机温度是否过高，若温度过高，主控芯片会主动限制输出功率并由报警模块发出警报提示。在此方案中只有电机温度检测模块，却没有电路板温度检测模块。而电路板主要靠外壳进行散热，当电机驱动模块由于输出电流增大而导致电路板温度升高时，外壳温度也将升高，散热性能得不到保障，将影响电机驱动模块内部的器件使用寿命，严重时会导致器件失效。

3、过流检测模块是通过霍尔传感器检测控制器的输出电流，在电动车启动的时候，输出电流较大，一般可以达到几百安培。通过过流检测模块主控模块可以实时监控输出电流的大小，当发生过电流现象时，主动降低输出电流并通过报警模块发出报警。现在电机控制器厂商基本都采用主控模块的AD通道直接检测霍尔传感器的输出电压来判断是否过流，完全靠主控芯片的软件设置进行判断。如果软件设计不合理，或者主控芯片部分功能失效导致过流信号没有检测出来，将不能形成有效保护。

4、通讯模块是电机控制器与外界进行信息交换的通道，与电机控制器进行信息交换的途径基本可以分两种，一种是与电动车ECU(电动车的大脑)进行通讯，另一种是技术人员进行调试升级使用。现在与电动车ECU通讯一般采用脉冲输出模块，主要用来提供电机转速信号，由主控模块输出一定频率的脉冲，电动车ECU检测到以后识别出是多大的转速，再由转速仪表呈现给驾驶员。脉冲输出模块是最简单和原始的通讯方式，其功能比较单一，传输电机转速信号后就不能传输其他信息了。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电机控制器包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，该电机控制器结构简单，电源降压模块采用三级降压的电源设计，将内部电源和外部电源分开，提高整个电机控制器的稳定性，有效防止电机控制器失效。

本实用新型提供技术方案如下：

一方面，本实用新型提供了一种电机控制器，包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，所述主控模块用于控制协调整个电机控制器的工作；所述温度检测模块用于检测电机和电机控制器的温度；所述过流检测模块用于检测电机控制器的输出电流；所述电池电压检测模块用检测电池电压；所述通讯模块用于电机控制器与外部进行通讯；所述电机驱动模块用于驱动电机转动；所述电源降压模块为三级降压模块，用于将电池电压转换成内部工作电压和外部工作电压。

根据本实用新型的一实施方式，所述电源降压模块包括同步降压电路单元、与同步降压电路单元分别连接的第一路供电电路单元、第二路供电电路单元以及第三路供电电路单元，所述同步降压电路单元包括一同步降压芯片，用于将电池电压转换为内部第一工作电压，所述第一路供电电路单元包括第一降压电路，用于将内部第一工作电压转换成内部第二工作电压，所述第二路供电电路单元包括第二降压电路，用于将内部第一工作电压转换成外部第三工作电压，所述第三路供电电路单元包括第三降压电路，用于将内部第一工作电压转换成外部第四工作电压。

根据本实用新型的另一实施方式，所述内部第一工作电压为15V电压，所述内部第二工作电压为5V电压，所述外部第三工作电压为12V电压，所述外部第四工作电压为5V电压。

根据本实用新型的另一实施方式，还包括与所述主控模块连接的报警模块、点火钥匙模块、油门信号模块、档位信号模块以及电机模块，所述电机模块包括交流异步电机和编码器信号单元。

根据本实用新型的另一实施方式，所述通讯模块包括脉冲输出单元、串口调试单元和CAN通信单元，所述脉冲输出单元用于与电动车ECU进行通讯，所述串口调试单元用于电机控制器调试升级，所述CAN通信单元用于与电动车ECU之间进行数据传输。。

根据本实用新型的另一实施方式，所述CAN通信单元的传输数据包括电机转速信号、电机温度、电路板温度、过流检测结果、电池电压检测数据和电动车ECU发送的指令的一种或多种。

根据本实用新型的另一实施方式，所述内部第一工作电压用于给电机驱动模块和报警模块供电，所述内部第二工作电压用于给主控模块、温度检测模块和电机驱动模块供电，所述外部第三工作电压用于给油门信号模块和脉冲输出单元供电，所述外部第四工作电压用于给油门信号模块、编码器信号单元供电。

根据本实用新型的另一实施方式，所述温度检测模块包括电机温度检测单元和电路板温度检测单元，分别用于检测电机和控制器电路板的温度。

根据本实用新型的另一实施方式，所述过流检测模块包括霍尔传感器和硬件比较电路，所述霍尔传感器用于将电机控制器的输出电流转换成电压信号，所述硬件比较电路用于设定所述电压信号的上下限值。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的电机控制器包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，结构简单，其电源降压模块采用三级降压的电源设计，将内部电源和外部电源分开，两者互不干扰，提高整个电机控制器的稳定性，有效防止电机控制器失效。本实用新型的通讯模块既保留了脉冲输出单元和串口调试单元，又采用CAN通信单元实现电机控制器与电动车ECU的通讯，根据电动车ECU的要求，电机控制器可以传输除了电机转速信号以外的其他数据，避免单一通信方式存在的缺点。本实用新型的温度检测模块除了采用电机温度检测外，增加了电路板温度的检测，能够更好的监测电路板的工作状态，防止因内部温度过高而导致的器件寿命变短或者器件失效，进一步提高电机控制器的稳定性。本实用新型的过流检测模块增加硬件保护功能，增加了第二道保险，使得保护更加可靠。

附图说明

图1为本实用新型的电机控制器的一个实施例的结构框图；

图2为本实用新型的电机控制器电源降压模块的一个实施例的结构框图；

图3为本实用新型的电机控制器电源降压模块的一个实施例的局部电路图；

图4为本实用新型的电机控制器过流检测模块的一个实施例的局部电路图；

图5为本实用新型的电机控制器温度检测模块的一个实施例的局部电路图；

图6为本实用新型的电机控制器CAN通信单元的一个实施例的局部电路图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电机控制器，包括主控模块1、与主控模块分别连接的电源降压模块2、温度检测模块3、过流检测模块4、电池电压检测模块5、通讯模块6以及电机驱动模块7，其中，主控模块用于控制协调整个电机控制器的工作；温度检测模块用于检测电机和电机控制器的温度；过流检测模块用于检测电机控制器的输出电流；电池电压检测模块用检测电池电压；通讯模块用于电机控制器与外部进行通讯；电机驱动模块用于驱动电机转动；电源降压模块为三级降压模块，用于将电池电压转换成内部工作电压和外部工作电压。

本实用新型实施例的电机控制器包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，结构简单，其电源降压模块采用三级降压的电源设计，将内部电源和外部电源分开，提高整个电机控制器的稳定性，有效防止电机控制器失效。

作为上述实施例的一个举例说明，如图2和3所示，本实用新型实施例的电源降压模块包括同步降压电路单元21、与同步降压电路单元分别连接的第一路供电电路单元22、第二路供电电路单元23以及第三路供电电路单元24，同步降压电路单元包括一同步降压芯片211，用于将电池电压转换为内部第一工作电压，第一路供电电路单元包括第一降压电路221，用于将内部第一工作电压转换成内部第二工作电压，第二路供电电路单元包括第二降压电路231，用于将内部第一工作电压转换成外部第三工作电压，第三路供电电路单元包括第三降压电路241，用于将内部第一工作电压转换成外部第四工作电压。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图3所示，本实用新型实施例的内部第一工作电压为15V电压，内部第二工作电压为5V电压，外部第三工作电压为12V电压，外部第四工作电压为5V电压。现在电动车电池普遍使用的电压等级为48V、60V或72V，电源降压模块负责将电动车的电池电压降低到15V、12V和5V，给主控模块及其他外围模块提供合适的电源。

本实用新型实施例的电源降压模块通过同步降压电路单元的同步降压芯片将电池电压转换成内部第一工作电压即15V直流电源，内部第一工作电压分四路进行供电，一路直接对内提供15V直流电源，第二路通过第一路供电电路单元的第一降压电路将内部第一工作电压转换为内部第二工作电压即5V电压，第二路通过第二路供电电路单元的第二降压电路用于将内部第一工作电压转换成外部第三工作电压即12V电压，第三路通过第三路供电电路单元的第三降压电路将内部第一工作电压转换成外部第四工作电压即5V电压。本实用新型实施例的电源降压模块将电机控制器内部电源与外部电源进行分离，使两者互不干扰，提高整个电机控制器的稳定性，有效防止电机控制器失效。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图1所示，本实用新型实施例的电机控制器还包括与主控模块1连接的报警模块8、点火钥匙模块9、油门信号模块10、档位信号模块11以及电机模块12，电机模块包括交流异步电机121和编码器信号单元122。

本实用新型实施例的报警模块是在电机控制器运行出现故障，或者运行中各功能模块的数据超标时发出报警信号，根据故障原因，蜂鸣器会发出不同频率的鸣叫声。点火钥匙模块传输开关信号，驾驶员点火时会产生该信号，点火后电机控制器的各部分功能开启工作。油门信号模块包括两个信号，由油门踏板提供，一个是油门踏板有效信号，用来指示油门踏板已被踩下，将会有油门大小信号输出，另一个是油门大小信号，用来指示油门踩下的程度。档位信号模块是用来指示驾驶员挂的档位，分为前进挡，后退档，空挡。交流异步电机由电机驱动模块来驱动，电机驱动模块将电动车电池的直流电源转换成三相交流电源，通过调节三相交流电的电流大小来控制电机的转动情况。电机模块是电动车动力的来源，主控模块根据驾驶员对油门、档位等部件的操作，识别出驾驶员需要输出多少动力，然后通过对电机驱动模块的控制，使电机实现需要的转动，带动电动车前进或者后退。电机模块内有温度传感器和编码器信号单元，温度传感器给主控模块提供电机温度，编码器信号单元则给主控模块提供电机转速，使电机控制器实现闭环控制。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图1所示，本实用新型实施例的通讯模块6包括脉冲输出单元61、串口调试单元62和CAN通信单元63，其中脉冲输出单元用于与电动车ECU进行通讯，串口调试单元用于电机控制器调试升级，CAN通信单元用于与电动车ECU之间进行数据传输。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图所示，本实用新型实施例的CAN通信单元的传输数据包括电机转速信号、电机温度、电路板温度、过流检测结果、电池电压检测数据和电动车ECU发送的指令的一种或多种。

本实用新型实施例的通讯模块既保留了脉冲输出单元和串口调试单元，又采用CAN通信单元实现电机控制器与电动车ECU的通讯，根据电动车ECU的要求，电机控制器可以传输除了电机转速信号以外的其他数据，比如电机控制器检测到的电机温度，电路板温度，过流检测结果，电池电压检测数据以及电机控制器可以接受电动车ECU发送的指令来对电机运行状态进行控制。本实用新型实施例采用多种通讯方式，避免单一通信方式存在的缺点，而采用CAN总线方式实现电机控制器与电动车ECU的通讯，将所有的线束由电脑集中控制，所有的控制指令由电脑变成数字信号，降低了故障率，提高了自动化程度，同时具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。

作为上述实施例的另一个举例说明，本实用新型实施例的内部第一工作电压用于给电机驱动模块和报警模块供电，内部第二工作电压用于给主控模块、温度检测模块和电机驱动模块供电，外部第三工作电压用于给油门信号模块和脉冲输出单元供电，外部第四工作电压用于给油门信号模块、编码器信号单元供电。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图1所示，本实用新型实施例的温度检测模块3包括电机温度检测单元31和电路板温度检测单元32，分别用于检测电机和控制器电路板的温度。

本实用新型实施例的温度检测模块是用来检测电机温度和电机控制器电路板温度，电机温度检测单元用来检测电机在工作时候的温度，主控模块通过监测电机温度，实时判断电机温度是否过高，若温度过高，主控芯片会主动限制输出功率并由报警模块发出警报提示。本实用新型实施例的温度检测模块在检测电机温度的基础上增加的对电路板温度的检测，主控模块通过监测电路板温度，实时判断电路板温度是否过高，若温度过高，主控芯片会主动限制输出功率并由报警模块发出警报提示。本实用新型实施例的温度检测模块除了采用电机温度检测外，增加了电路板温度的检测，能够更好的监测电路板的工作状态，防止因内部温度过高而导致的器件寿命变短或者器件失效，进一步提高电机控制器的稳定性。

作为上述实施例的另一个举例说明，如图1所示，本实用新型实施例的过流检测模块4包括霍尔传感器41和硬件比较电路42，霍尔传感器用于将电机控制器的输出电流转换成电压信号，硬件比较电路用于设定电压信号的上下限值。电机控制器的输出电流通过霍尔传感器转换成电压信号，之后通过硬件比较电路的比较器设定电压的上下限，例如：上限设置为4.02V，下限设置为0.98V，对应保护的是交流电流±300A。若电流超出设定的界限，通过逻辑或门芯片组合后输出信号，此信号连接到电机驱动模块的PWM驱动电路，关断PWM信号输出，电机驱动模块将停止运行。当发生过流现象时，软件保护功能会先于硬件保护功能起作用，此时主控模块会发出减小输出电流信号并报警提示，当过流现象消失时，电机控制器恢复正常工作。如果软件保护失效，并没有形成有效保护，硬件保护功能就会起作用，直接关断输出电流，此时需要重新点火启动恢复电机控制器工作。本实用新型实施例的过流检测模块增加硬件保护功能，增加了第二道保险，而且因为硬件过流保护是不需要主控芯片控制的，只要检测到过流不需要经过主控芯片判断，马上实行关断输出的功能，使得保护更加可靠。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电机控制器，其特征在于，包括主控模块、与主控模块分别连接的电源降压模块、温度检测模块、过流检测模块、电池电压检测模块、通讯模块以及电机驱动模块，所述主控模块用于控制协调整个电机控制器的工作；所述温度检测模块用于检测电机和电机控制器的温度；所述过流检测模块用于检测电机控制器的输出电流；所述电池电压检测模块用检测电池电压；所述通讯模块用于电机控制器与外部进行通讯；所述电机驱动模块用于驱动电机转动；所述电源降压模块为三级降压模块，用于将电池电压转换成内部工作电压和外部工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种电机控制器，其特征在于，所述电源降压模块包括同步降压电路单元、与同步降压电路单元分别连接的第一路供电电路单元、第二路供电电路单元以及第三路供电电路单元，所述同步降压电路单元包括一同步降压芯片，用于将电池电压转换为内部第一工作电压，所述第一路供电电路单元包括第一降压电路，用于将内部第一工作电压转换成内部第二工作电压，所述第二路供电电路单元包括第二降压电路，用于将内部第一工作电压转换成外部第三工作电压，所述第三路供电电路单元包括第三降压电路，用于将内部第一工作电压转换成外部第四工作电压。

3.根据权利要求2所述的一种电机控制器，其特征在于，所述内部第一工作电压为15V电压，所述内部第二工作电压为5V电压，所述外部第三工作电压为12V电压，所述外部第四工作电压为5V电压。

4.根据权利要求2或3所述的一种电机控制器，其特征在于，还包括与所述主控模块连接的报警模块、点火钥匙模块、油门信号模块、档位信号模块以及电机模块，所述电机模块包括交流异步电机和编码器信号单元。

5.根据权利要求4所述的一种电机控制器，其特征在于，所述通讯模块包括脉冲输出单元、串口调试单元和CAN通信单元，所述脉冲输出单元用于与电动车ECU进行通讯，所述串口调试单元用于电机控制器调试升级，所述CAN通信单元用于与电动车ECU之间进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的一种电机控制器，其特征在于，所述CAN通信单元的传输数据包括电机转速信号、电机温度、电路板温度、过流检测结果、电池电压检测数据和电动车ECU发送的指令的一种或多种。

7.根据权利要求5或6所述的一种电机控制器，其特征在于，所述内部第一工作电压用于给电机驱动模块和报警模块供电，所述内部第二工作电压用于给主控模块、温度检测模块和电机驱动模块供电，所述外部第三工作电压用于给油门信号模块和脉冲输出单元供电，所述外部第四工作电压用于给油门信号模块、编码器信号单元供电。

8.根据权利要求1所述的一种电机控制器，其特征在于，所述温度检测模块包括电机温度检测单元和电路板温度检测单元，分别用于检测电机和控制器电路板的温度。

9.根据权利要求1所述的一种电机控制器，其特征在于，所述过流检测模块包括霍尔传感器和硬件比较电路，所述霍尔传感器用于将电机控制器的输出电流转换成电压信号，所述硬件比较电路用于设定所述电压信号的上下限值。