CN217656570U - 四电机控制器及电机组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种四电机控制器及电机组件，四电机控制器包括控制器箱体和控制模组，所述控制模组设置于所述控制器箱体的内部，所述控制模组包括主控板、直流电容模块和电机驱动组，所述主控板上设置有两个低压控制端口，用于连接外部控制器，所述直流电容模块包括直流母线母排、多个直流母线电容、高压监测单元，所述多个直流母线电容和所述高压监测单元安装到所述直流母线母排，所述电机驱动组连接到所述主控板和所述直流电容模块，所述电机驱动组包括第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、第三电机驱动单元和第四电机驱动单元。

Description

四电机控制器及电机组件

技术领域

本申请涉及电机控制器技术领域，且特别涉及一种四电机控制器及电机组件。

背景技术

近年来，纯电动汽车、无人车、物流车等地面车辆以及无人机、浮空器等四轴垂直起降飞行器的电力推进技术及其应用得到了飞速发展。以电能驱动的电动机带动螺旋桨产生飞行器推进动力也成为替代传统内燃式航空发动机的重要方案。

其中，四轮驱动的纯电动汽车、无人车、物流车等车辆，以及四轴垂直起降的无人机、浮空器等飞行器的分布式驱动的电机电控技术是目前的产品研发热点。电机控制器是电机电控系统的关键部件，其体积、重量、成本、稳定性等为关键性技术指标。

目前，现有的电机控制器多为单个电机控制器或者双电机控制器，其尺寸重量较大，成本也相对较高，难以满足分布式驱动的要求。

专利文献CN109131153A公开了一种新型电动汽车双电机控制器，由第一主控板、第二主控板和箱体组成。主控板包括电机控制芯片、电机驱动单元、直流支撑电容、直流母排、交流铜排。每个主控板即为一个电机驱动控制器，两个主控板共用一个冷却水道，分别控制两台电机。

专利文献CN105007000A公开了一种电动汽车双电机控制器，由设置有双电机控制芯片的主控板、两个驱动电机驱动模块、直流支撑电容等组成，其中两个驱动电机驱动模块布置在同一平面，主控板布置在两个驱动电机驱动模块上方。在直流接插件和交流接插件位置处设置了霍尔传感器。

专利文献CN205212736U公开了一种集成式多电机控制器以及多电机系统，其中集成式多电机控制器包括若干个电机控制单元和电源电路，其中主电机控制单元具有外部输入接口，其余电机控制单元为丛属电机控制单元。

四轮驱动的纯电动汽车或者四轴垂直起降的无人机，需要至少四个电机控制器驱动四台电机。这对电机控制器的体积、重量、成本和稳定性提出了很高的要求。目前的电机控制器方案采用多电机控制主板或芯片，其成本较高，直流及交流母排重量大。这类电机控制器难以满足分布式电驱动型式对电机控制器的诸多要求。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种四电机控制器及电机组件，适用于例如四轮独立驱动的纯电动汽车或者四轴垂直起降的无人机等场合，其具有结构紧凑、体积小、重量低、成本低、通用性强、稳定性好中的一个或多个优点。

本申请的实施方式提供一种四电机控制器，包括控制器箱体和控制模组，

所述控制模组设置于所述控制器箱体的内部，

所述控制模组包括主控板、直流电容模块和电机驱动组，

所述主控板上设置有两个低压控制端口，用于连接外部控制器，

所述直流电容模块包括直流母线母排、多个直流母线电容、高压监测单元，

所述多个直流母线电容和所述高压监测单元安装到所述直流母线母排，

所述电机驱动组连接到所述主控板和所述直流电容模块，

所述电机驱动组包括第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、第三电机驱动单元和第四电机驱动单元。

在至少一个可能的实施方式中，所述控制器箱体包括顶板、底板、冷却板、第一侧立板、第二侧立板、第三侧立板、第四侧立板，

所述第一侧立板上开有通孔，在其中设置两个直流母线输入接口，所述第一侧立板上还开有低压控制端口孔洞，在其中放置所述主控板的所述两个低压控制端口，

所述第二侧立板与所述第一侧立板相对设置，

所述第三侧立板上开有通孔，在其中设置第一电机驱动单元输出接口、第二电机驱动单元输出接口和两个冷却液接口，

所述第四侧立板与所述第三侧立板相对设置，所述第四侧立板上开有通孔，在其中设置第三电机驱动单元输出接口和第四电机驱动单元输出接口。

在至少一个可能的实施方式中，所述冷却板的内部形成有冷却液流动通道，

所述冷却液流动通道由密封沟槽与密封胶圈限定，

所述冷却液流动通道连接到所述第三侧立板上的所述两个冷却液接口，分别用于冷却液流入和流出。

在至少一个可能的实施方式中，所述电机驱动组安装于所述冷却板的表面，

所述冷却板的表面放置所述电机驱动组的位置上设置有浅槽，所述浅槽上涂抹有导热硅脂。

在至少一个可能的实施方式中，所述主控板包括电源管理单元、电机位置处理单元、电机温度处理单元、电机驱动组温度处理单元、外部开关信号处理单元、脉冲宽度调制信号处理单元、通信处理单元，用于采集外部负载的电机的位置信息与温度信息、所述电机驱动组的温度信息和电流信息，并与所述外部控制器的指令进行对比，分析计算所述电机的驱动信号，进而控制所述电机驱动组的工作。

在至少一个可能的实施方式中，所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第三电机驱动单元、所述第四电机驱动单元分别包括功率模块和驱动模块，

所述功率模块包括三相全桥模块及安装于所述三相全桥模块上的功率电路板，

所述驱动模块包括安装于所述三相全桥模块的驱动控制板，所述驱动控制板能够驱动所述三相全桥模块的内部功率管。

在至少一个可能的实施方式中，所述直流电容模块的所述高压监测单元连接到所述主控板，

所述直流母线母排的两侧分别连接多个母排固定架，

所述多个母排固定架将所述直流母线母排连接到所述控制器箱体，

所述直流母线母排的一端连接到所述第一侧立板的所述直流母线输入接口。

在至少一个可能的实施方式中，所述直流母线母排的两侧设置有多个电路螺柱孔，通过螺柱与所述电机驱动组连接，

所述电路螺柱孔通过电路连接到所述直流母线母排的直流输出接口，用于将直流母线的电压通过所述螺柱传导至所述电机驱动组。

在至少一个可能的实施方式中，所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第三电机驱动单元、所述第四电机驱动单元分别连接到所述第三侧立板和所述第四侧立板上的所述第一电机驱动单元输出接口、所述第二电机驱动单元输出接口、所述第三电机驱动单元输出接口、所述第四电机驱动单元输出接口，用于输出三相交流电信号至外部负载的电机。

本申请的实施方式还提供一种电机组件，包括：

一个或多个电机；以及前述的四电机控制器。

附图说明

图1为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的分解立体图。

图2为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制器箱体的立体图。

图3为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制器箱体的内部结构图。

图4A为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制器箱体的冷却板的俯视图。

图4B为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制器箱体的冷却板的内部结构图。

图5为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的剖视图。

图6为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的安装示意图。

图7为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的立体图。

图8A为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的主控板的俯视图。

图8B为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的主控板的立体图。

图9A为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的直流电容模块的俯视图。

图9B为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的直流电容模块的立体图。

图10为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的电机驱动组的立体图。

图11A为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的第一电机驱动单元的正视图。

图11B为根据本申请的一个实施方式的四电机控制器的控制模组的第一电机驱动单元的立体图。

附图标记说明

100 控制器箱体

110 顶板

120 底板

130 冷却板

140 第一侧立板

141 直流母线输入接口

142 低压控制端口孔洞

150 第二侧立板

160 第三侧立板

161 第一电机驱动单元输出接口

162 第二电机驱动单元输出接口

163 冷却液接口

170 第四侧立板

171 第三电机驱动单元输出接口

172 第四电机驱动单元输出接口

200 控制模组

210 主控板

211 低压控制端口

220 直流电容模块

221 直流母线母排

222 直流母线电容

223 母排固定架

224 高压监测单元

230 电机驱动组

231 第一电机驱动单元

232 第二电机驱动单元

233 第三电机驱动单元

234 第四电机驱动单元

2311 驱动模块

2312 功率模块

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。

本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请的实施方式提供一种四电机控制器及电机组件。

如图1所示，本实施方式的四电机控制器可以包括控制器箱体100、控制模组200。

如图1、图2和图3所示，控制器箱体100可以包括顶板110、底板120、冷却板130、第一侧立板140、第二侧立板150、第三侧立板160、第四侧立板170。顶板110、底板120、第一侧立板140、第二侧立板150、第三侧立板160、第四侧立板170可以组成长方体结构。

具体的，如图1、图5所示，冷却板130可以与底板120重叠并固定安装。如图4A、图4B和图5所示，冷却板130内部可以通过设置密封沟槽与密封胶圈形成冷却液流动通道，用于通过冷却液。如图2、图3、图6所示，第一侧立板140上开有通孔用于设置两个直流母线输入接口141。第一侧立板140上还可以开有低压控制端口孔洞142，用于放置主控板210的两个低压控制端口211。第二侧立板150位于第一侧立板140对侧。第三侧立板160位于第一侧立板140与第二侧立板150的邻侧。第三侧立板160上可以开有通孔用于设置第一电机驱动单元输出接口161、第二电机驱动单元输出接口162、两个冷却液接口163。两个冷却液接口163连接到冷却板130内部的冷却液流动通道，分别用于流入和流出冷却液。第四侧立板170位于第三侧立板160对侧，第四侧立板170上可以开有通孔用于设置第三电机驱动单元输出接口171、第四电机驱动单元输出接口172。

优选的，顶板110、底板120、第一侧立板140、第二侧立板150、第三侧立板160、第四侧立板170的材质可以采用铝合金。冷却液的类型可以为去离子水、乙醇水溶液、氟化液、乙二醇-水溶液等。第二侧立板150表面可以适当铣削以减轻重量。

如图1、图6、图7所示，控制模组200安装于控制器箱体100内部(包括实质上或基本上安装于控制器箱体100内部，即，不排除个部部位或接口突出到箱体100的外部)，控制模组200可以包括主控板210、直流电容模块220、电机驱动组230。

具体的，如图7、图8A和图8B所示，主控板210一端可以设置两个低压控制端口211。低压控制端口211用于与外部控制器的插头连接，用于主控板210与外部控制器的通讯并为主控板210提供电源。两个低压控制端口211可以插入第一侧立板140上的低压控制端口孔洞142。主控板210上设置有控制芯片。主控板210可以包括电源管理单元、电机位置处理单元、电机温度处理单元、电机驱动组温度处理单元、外部开关信号处理单元、脉冲宽度调制(PWM)信号处理单元、通信处理单元等。主控板210的各单元协作可以采集外部负载的四台电机的位置信息与温度信息，电机驱动组230的温度信息和电流信息，并与外部控制器的指令进行对比，分析计算电机驱动信号，进而控制电机驱动组230的工作。主控板210两侧还可以设置有螺栓孔，用于通过螺栓与直流电容模块220紧固连接。

优选的，连接主控板210的低压控制端口211的插头可以具有较高的防水等级，以增强该四电机控制器在较复杂环境下工作的稳定性和可靠性。

如图7、图9A和图9B所示，直流电容模块220可以包括直流母线母排221、多个直流母线电容222(示例性的，图中为15个，标示出其中3个)、多个母排固定架223(示例性的，图中为10个，标示出其中5个)、高压监测单元224。

具体的，直流电容模块220设置于主控板210下方。直流母线母排221两侧可以分别连接多个母排固定架223(示例性的，图中每侧连接5个)，母排固定架223再分别通过螺栓连接到第三侧立板160和第四侧立板170上。直流母线母排221一端可以连接到第一侧立板140上的直流母线输入接口141。直流母线母排221上可以设置多个直流母线电容222，直流母线电容222可以通过焊接固定安装到直流母线母排221。直流母线母排221上同时还可以设置高压监测单元224，用于监测直流电容模块220的电路状态，包括直流母线的电压及电流信息。高压监测单元224连接到主控板210。

直流母线母排221的两侧还可以设有多个螺栓孔，用于和主控板210通过螺栓紧固连接。直流母线母排221的两侧还可以设置有多个电路螺柱孔，用于与电机驱动组230通过螺柱连接，并用金属防松螺母紧固。电路螺柱孔可以通过电路连接到直流母线母排221的直流输出接口，可以将直流母线的电压通过螺柱传导至电机驱动组230。

优选的，直流母线母排221可以由印刷电路板(PCB)制成，直流母线母排221可依照直流母线电容222的容值及封装进行设计，同时电路设计方案尽可能减小寄生电感。连接直流母线母排221与电机驱动组230的螺柱可以选用铜制螺柱。

如图10所示，电机驱动组230可以包括第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234。

具体的，如图1、图5和图6所示，电机驱动组230可以通过螺栓固定到冷却板130的上方。第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234可以位于同一平面且呈矩形分布。

优选的，冷却板130表面的第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234的安装位置可以设置0.1mm深的凹槽，用于涂抹导热硅脂。导热硅脂可以使电机驱动组230与冷却板130之间的热阻降低，实现冷却板130对电机驱动组230的良好导热。

进一步的，如图11A、图11B所示，第一电机驱动单元231可以包括驱动模块2311和功率模块2312。功率模块2312可以包括三相全桥模块及安装于三相全桥模块上的功率电路板，驱动模块2311可以包括安装于三相全桥模块的的驱动控制板。驱动控制板能够驱动三相全桥模块的内部功率管。

相同的，第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234均可以包括上述驱动模块和功率模块。

进一步的，第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234分别通过电线束连接到主控板210上的相应接口(该电线束连接图中未画出)。优选的，上述电线束可以为排线、杜邦线等。

如图7、图10所示，第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234分别与直流母线母排221上的螺柱孔通过螺柱连接。

如图1、图6所示，第一电机驱动单元231、第二电机驱动单元232、第三电机驱动单元233、第四电机驱动单元234分别连接到第三侧立板160和第四侧立板170上的第一电机驱动单元输出接口161、第二电机驱动单元输出接口162、第三电机驱动单元输出接口171、第四电机驱动单元输出接口172。用于输出三相交流电信号至外部负载电机，进而控制外部负载电机的工作。

本申请的实施方式还提供一种电机组件，包括一个或多个电机，尤其是四个电机，其使用的控制系统包括上述的四电机控制器。

本申请的四电机控制器，采用一个数字信号处理(DSP)单元即可完成对四台电机的驱动控制，简化了系统的物料清单。同时，控制器对外通信可以仅采用一条控制器局域网络(CAN)总线即可完成四台电机的驱动，相比四台分散的电机控制器，节省了三条控制器局域网络(CAN)总线线束。有利于降低系统成本、减轻系统重量。

应当理解，本实施方式的部分方面或特征可以适当地组合。

下面简单说明本申请的上述实施方式的部分有益效果。

(i)本申请的四电机控制器，共用直流母线母排并集成了四个电机驱动单元形成电机驱动组。同时四电机控制器共用水冷结构。使得本申请的四电机控制器结构紧凑，具有较小的体积和较轻的重量。

(ii)本申请的四电机控制器，其直流母线母排采用印刷电路板(PCB)制成。直流母线母排与电机驱动单元间的连接采用标准铜螺柱连接，避免采用需要定制的相对昂贵的母排，有利于大批量生产时降低成本。

(iii)本申请的四电机控制器，控制器箱体将内部元件与外界隔绝，采用防水插头，使得该控制器防水防尘效果较好。其冷却板设计和导热硅脂的应用可以增强控制器的散热效果，使其工作状态稳定。

可以理解，在本申请中，未特别限定部件或构件的数量时，其数量可以是一个或多个，这里的多个是指两个或更多个。对于附图中示出和/或说明书描述了部件或构件的数量为例如两个、三个、四个等的具体数量的情况，该具体数量通常是示例性的而非限制性的，可以将其理解为多个，即两个或更多个，但是，这不意味着本申请排除了一个的情况。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本申请。本领域技术人员可以在本申请的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本申请的范围。

Claims (10)

1.一种四电机控制器，其特征在于，包括控制器箱体和控制模组，

所述控制模组设置于所述控制器箱体的内部，

所述控制模组包括主控板、直流电容模块和电机驱动组，

所述主控板上设置有两个低压控制端口，用于连接外部控制器，

所述直流电容模块包括直流母线母排、多个直流母线电容、高压监测单元，

所述多个直流母线电容和所述高压监测单元安装到所述直流母线母排，

所述电机驱动组连接到所述主控板和所述直流电容模块，

所述电机驱动组包括第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、第三电机驱动单元和第四电机驱动单元。

2.根据权利要求1所述的四电机控制器，其特征在于，所述控制器箱体包括顶板、底板、冷却板、第一侧立板、第二侧立板、第三侧立板、第四侧立板，

所述第一侧立板上开有通孔，在其中设置两个直流母线输入接口，所述第一侧立板上还开有低压控制端口孔洞，在其中放置所述主控板的所述两个低压控制端口，

所述第二侧立板与所述第一侧立板相对设置，

所述第三侧立板上开有通孔，在其中设置第一电机驱动单元输出接口、第二电机驱动单元输出接口和两个冷却液接口，

所述第四侧立板与所述第三侧立板相对设置，所述第四侧立板上开有通孔，在其中设置第三电机驱动单元输出接口和第四电机驱动单元输出接口。

3.根据权利要求2所述的四电机控制器，其特征在于，

所述冷却板的内部形成有冷却液流动通道，

所述冷却液流动通道由密封沟槽与密封胶圈限定，

所述冷却液流动通道连接到所述第三侧立板上的所述两个冷却液接口，分别用于冷却液流入和流出。

4.根据权利要求2所述的四电机控制器，其特征在于，

所述电机驱动组安装于所述冷却板的表面，

所述冷却板的表面放置所述电机驱动组的位置上设置有浅槽，所述浅槽上涂抹有导热硅脂。

5.根据权利要求1所述的四电机控制器，其特征在于，所述主控板包括电源管理单元、电机位置处理单元、电机温度处理单元、电机驱动组温度处理单元、外部开关信号处理单元、脉冲宽度调制信号处理单元、通信处理单元，用于采集外部负载的电机的位置信息与温度信息、所述电机驱动组的温度信息和电流信息，并与所述外部控制器的指令进行对比，分析计算所述电机的驱动信号，进而控制所述电机驱动组的工作。

6.根据权利要求1所述的四电机控制器，其特征在于，所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第三电机驱动单元、所述第四电机驱动单元分别包括功率模块和驱动模块，

所述功率模块包括三相全桥模块及安装于所述三相全桥模块上的功率电路板，

所述驱动模块包括安装于所述三相全桥模块的驱动控制板，所述驱动控制板能够驱动所述三相全桥模块的内部功率管。

7.根据权利要求2所述的四电机控制器，其特征在于，

所述直流电容模块的所述高压监测单元连接到所述主控板，

所述直流母线母排的两侧分别连接多个母排固定架，

所述多个母排固定架将所述直流母线母排连接到所述控制器箱体，

所述直流母线母排的一端连接到所述第一侧立板的所述直流母线输入接口。

8.根据权利要求7所述的四电机控制器，其特征在于，

所述直流母线母排的两侧设置有多个电路螺柱孔，通过螺柱与所述电机驱动组连接，

所述电路螺柱孔通过电路连接到所述直流母线母排的直流输出接口，用于将直流母线的电压通过所述螺柱传导至所述电机驱动组。

9.根据权利要求2所述的四电机控制器，其特征在于，所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第三电机驱动单元、所述第四电机驱动单元分别连接到所述第三侧立板和所述第四侧立板上的所述第一电机驱动单元输出接口、所述第二电机驱动单元输出接口、所述第三电机驱动单元输出接口、所述第四电机驱动单元输出接口，用于输出三相交流电信号至外部负载的电机。

10.一种电机组件，其特征在于，包括：

一个或多个电机；以及

权利要求1至9中任一项所述的四电机控制器。

Images