本發(fā)明涉及大功率永磁無刷直流電機控制器，主要應(yīng)用于家用電器、電動工具、工業(yè)設(shè)備、電動汽車、船舶的電力推進系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

公知的大功率永磁無刷直流電機，優(yōu)點眾多。一是起動力矩大、運行平穩(wěn)、噪音低；二是采用直流供電，幾乎不受電網(wǎng)電壓波動的影響；三是無電刷和機械換向器，可以無級調(diào)速, 有較寬的調(diào)速范圍、工作轉(zhuǎn)速范圍很大，因此可滿足各種運行模式下的轉(zhuǎn)速要求，因為電機定子為集中繞組，而轉(zhuǎn)子無繞組，特別適用于高速運轉(zhuǎn)；四是可以在超低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下保持輸出力矩, 這一點超越了交流變頻器的性能,完全可以取代小功率交流變頻調(diào)速系統(tǒng)；五是永磁無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，無需像異步電動機那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流，所以轉(zhuǎn)子中無交變磁通，轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，節(jié)能效果好，效率比同容量異步電動機高10%左右，是目前世界上推崇的能效電機。

基于以上的優(yōu)點，大功率永磁無刷直流電機已開始在家用電器、電動工具、工業(yè)設(shè)備、電動汽車、船舶的電力推進系統(tǒng)各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如，功率永磁無刷直流電機作為核心部件用于高速離心機萃取設(shè)備、無刷直流電機水泵、高頻混凝土震動棒、驅(qū)動渦旋式直流變頻空調(diào)、單螺桿氣泵總成、轉(zhuǎn)向壓力泵總成、抽油煙機、除塵器、地板打磨機、用于新能源電動汽車前橋/后橋驅(qū)動、無離合器的工業(yè)縫紉機驅(qū)動，可以說，其應(yīng)用范圍已涉及到現(xiàn)代社會的方方面面。

據(jù)此，本發(fā)明提出了一種大功率永磁無刷直流電機控制器，該控制器性能良好，硬件結(jié)構(gòu)簡單、整體緊湊，美觀大方，靈活可靠，提供了一種低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)和便于維護的大功率永磁無刷直流電機控制器的解決方案，特別適合額定功率大于3kW，小于10kW的永磁無刷直流電動機的控制開發(fā)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

作為一種大功率永磁無刷直流電機控制器主要面對的問題是：

1、散熱性：所有大功率永磁無刷直流電機控制器面臨最大的問題是散熱問題，如何減少熱阻，盡量提高散熱效率。

2、安全性：由于大功率永磁無刷直流電機可控參數(shù)多，開通角、關(guān)斷角、相電壓、相電流都可影響轉(zhuǎn)矩，因此要求VMOS功率變換器不至于發(fā)生一般逆變控制器所謂的VMOS管上下橋臂直通短路故障。

3、方便性：應(yīng)考慮方便調(diào)節(jié)、方便操作、方便接線的問題，具有較強的普適性應(yīng)用能力。

4、可維護性：一旦不慎損壞，維修方便。

5、經(jīng)濟性：大功率永磁無刷直流電機控制器如何做到系統(tǒng)最省，整體最優(yōu)。

技術(shù)方案

為此，本發(fā)明提出了一種大功率永磁無刷直流電機控制器設(shè)計方案，采用鋁型材外殼，適合額定功率小于10kW的永磁無刷直流電動機的控制。

一種大功率永磁無刷直流電機控制器，包括：拉蓋、∏型散熱體、前蓋板、后蓋板、航空插座、PCB電路板、軸流風(fēng)機，其要點在于：

所述的∏型散熱體是一個帶散熱肋條、貫穿式散熱風(fēng)洞、貫穿式散熱風(fēng)孔的鋁型材，鋁型材上開有一個散熱槽，散熱風(fēng)孔均勻地圍繞在散熱風(fēng)洞四周，所述的散熱風(fēng)洞內(nèi)部也均勻分布有散熱肋條，∏型散熱體上還有兩個圓弧形的導(dǎo)槽，鋁型材的拉蓋通過其兩端的導(dǎo)軌，穿過∏型散熱體上的導(dǎo)槽，使兩者連成一體，

前端蓋板上，分別伸出W相銅條、V相銅條、U相銅條、B+銅條、R銅條、B-銅條，前端蓋板上安裝有14芯航空插座，

后端蓋板上，安裝有軸流風(fēng)機，軸流風(fēng)機安裝的位置正好對準(zhǔn)∏型散熱體的散熱風(fēng)洞和散熱風(fēng)孔的位置，

PCB電路板上焊接有雙核單片機、前置驅(qū)動芯片、VMOS功率管、電容器，W相銅條、V相銅條、U相銅條、B+銅條）、R銅條、B-銅條的另一端焊接在PCB電路板上，以上所述的銅條上均有加強筋，其B+銅條和R銅條有多個安裝孔，VMOS功率管的固定散熱安裝分兩步進行：

先安裝上臂的VMOS功率管，將B+銅條貼裝在∏型散熱體上開有散熱槽的一邊，然后通過螺絲穿過VMOS功率管的散熱面上的安裝孔，再穿過B+銅條上的安裝孔，將VMOS功率管和B+銅條同時固定在∏型散熱體上的VMOS功率管安裝孔處，

再安裝下臂的VMOS功率管，下臂的VMOS功率管的散熱面上預(yù)先貼好聚酯薄膜片，將R銅條貼裝在∏型散熱體上開有散熱槽的另一邊，然后通過螺絲穿過VMOS功率管的散熱面上的安裝孔，再穿過R銅條上的安裝孔，將VMOS功率管和R銅條同時固定在∏型散熱體上的VMOS功率管安裝孔處。

所述的雙核單片機為TSSOP-38表貼封裝，是指同時帶有一個專用永磁無刷直流電機旋轉(zhuǎn)矢量運算內(nèi)核和一個通用單片機運算內(nèi)核的單片機，所述的前置驅(qū)動芯片的輸入控制引腳分別與雙核單片機的I/O引腳相連。

所述的前端蓋板和后端蓋板均為可耐高熱的絕緣材料，在前端蓋板上，各個銅條伸出處均標(biāo)有W、V、B+、R、B-的字符。

所述的康銅條通過螺絲直接與前端蓋板上伸出的R銅條與B-銅條相連。

大功率永磁無刷直流電機控制器安裝時，拉蓋朝上，∏型散熱體上的散熱肋條朝下，∏型散熱體兩邊各有二個環(huán)形的安裝孔。

技術(shù)效果

本發(fā)明所提出的大功率永磁無刷直流電機控制器，具有如下有益效果：

1、本發(fā)明采用了多管齊下的散熱方案，其中包括設(shè)計了由鋁型材構(gòu)成的∏型散熱體，∏型散熱體兼具散熱肋條、貫穿式的散熱風(fēng)洞和散熱風(fēng)孔，通過強制性的軸流風(fēng)機冷卻，熱阻明顯減少，散熱效果大大加強。

2、本發(fā)明的弱電控制輸入均采用航空插座連接器完成，安裝、調(diào)試和使用特別方便。

3、本發(fā)明的強電輸出均采用銅排接線，而且強電包括U、V、W相線和電源線均在同側(cè)，接線標(biāo)識簡單明了。

4、本發(fā)明的拉蓋與∏型散熱體采用導(dǎo)軌安裝模式，85%以上的元件為表面貼焊接，因此特別便于維護和維修。

5、本發(fā)明所提出的大功率永磁無刷直流電機控制器方案，其性能良好，硬件結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟性能好、整體緊湊，美觀大方，靈活可靠，提供了一種低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)和便于維護的大功率永磁無刷直流電機控制器的解決方案。

附圖說明

圖1大功率永磁無刷直流電機控制器外形圖一；

圖2大功率永磁無刷直流電機控制器外形圖二；

圖3大功率永磁無刷直流電機控制器爆炸圖三；

圖4大功率永磁無刷直流電機控制器爆炸圖四；

圖5大功率永磁無刷直流電機控制器爆炸圖五；

圖6大功率永磁無刷直流電機控制器爆炸圖六；

圖7大功率永磁無刷直流電機控制器去掉拉蓋后的爆炸圖七；

圖8大功率永磁無刷直流電機控制器去掉拉蓋后爆炸圖八；

圖9∏型散熱體視圖；

圖10大功率永磁無刷直流電機控制器去掉拉蓋后爆炸圖九；

圖11大功率永磁無刷直流電機控制器去掉拉蓋后爆炸圖十；

圖12大功率永磁無刷直流電機控制器去掉拉蓋和∏型散熱體后視圖。

標(biāo)號說明：

1 拉蓋 2 ∏型散熱體

3 前端蓋板 4 后端蓋板

5 航空插座 6 PCB電路板

7 軸流風(fēng)機 8 VMOS管

9 散熱肋條 10 散熱風(fēng)洞

11 W相銅條 12 V相銅條

13 U相銅條 14 B+銅條

15 R銅條 16 B-銅條

17 前置驅(qū)動芯片 18 導(dǎo)槽

19 散熱風(fēng)孔 20 控制器安裝孔

21 單片機 22 散熱槽

23 VMOS功率管安裝孔 24 加強筋

25 VMOS功率管 26 電容器

27 康銅條 28 導(dǎo)軌

具體實施方式

本發(fā)明如圖1至圖12所示。下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方案：

一種大功率永磁無刷直流電機控制器，包括：拉蓋（1）、∏型散熱體（2）、前蓋板（3）、后蓋板（4）、航空插座（5）、PCB電路板（6）、軸流風(fēng)機（7），其特征在于：

所述的∏型散熱體（2）是一個帶散熱肋條（9）、貫穿式的散熱風(fēng)洞（10）和貫穿式的散熱風(fēng)孔（19）的鋁型材，鋁型材的下端開有一個散熱槽（22），從而將本為T形狀的散熱體分割成∏型散熱體，使∏型散熱體（2）的一邊安裝上臂的VMOS功率管，另一側(cè)安裝下臂的VMOS功率管，為了減少熱阻，∏型散熱體（2）的中部有一個散熱風(fēng)洞（10），散熱風(fēng)洞（10））四周圍繞有輔助的散熱風(fēng)孔（19），所述的散熱風(fēng)洞（10）內(nèi)部也均勻分布有散熱肋條，∏型散熱體（2）上還有兩個圓弧形的導(dǎo)槽（18），鋁型材的拉蓋（1）通過其兩端的導(dǎo)軌（28），可穿過∏型散熱體（2）上的導(dǎo)槽（18），使兩者連成一體，這種設(shè)計是防水的，

前端蓋板（3）上，分別伸出W相銅條（11）、V相銅條（12）、U相銅條（13）、B+銅條（14）、R銅條（15）、B-銅條（16），前端蓋板（3）上安裝有14芯航空插座（15），

后端蓋板（4）上，安裝有軸流風(fēng)機（7），軸流風(fēng)機（7）安裝的位置正好對準(zhǔn)∏型散熱體（2）的散熱風(fēng)洞（10）和散熱風(fēng)孔（19）的位置，

PCB電路板（6）上焊接有雙核單片機（21）、前置驅(qū)動芯片（17）、VMOS功率管（25）、電容器（26），W相銅條（11）、V相銅條（12）、U相銅條（13）、B+銅條（14）、R銅條（15）、B-銅條（16）的另一端焊接在PCB電路板（6）上，以上所述的銅條上均有加強筋（24），其B+銅條（14）和R銅條（15）有多個安裝孔，這些孔是為安裝VMOS功率管（25）而準(zhǔn)備的，VMOS功率管（25）的固定散熱安裝分兩步進行：

先安裝上臂的VMOS功率管（25），將B+銅條（14）貼裝在∏型散熱體（2）上開有散熱槽（22）的一邊，然后通過螺絲穿過VMOS功率管（25）的散熱面上的安裝孔，再穿過B+銅條（14）上的安裝孔，將VMOS功率管（25）和B+銅條（14）同時固定在∏型散熱體（2）上的VMOS功率管安裝孔（23）處，

再安裝下臂的VMOS功率管（25），下臂的VMOS功率管（25）的散熱面上預(yù)先貼好聚酯薄膜片，將R銅條（15）貼裝在∏型散熱體（2）上開有散熱槽（22）的另一邊，然后通過螺絲穿過VMOS功率管（25）的散熱面上的安裝孔，再穿過R銅條（15）上的安裝孔，將VMOS功率管（25）和R銅條（15）同時固定在∏型散熱體（2）上的VMOS功率管安裝孔（23）處。

應(yīng)指出的是，這種安裝模式下，由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)比鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大很多，因此能將VMOS功率管（25）工作時產(chǎn)生的熱量快速地傳導(dǎo)開來；∏型散熱體（2）上貫穿式的散熱風(fēng)洞（10）和散熱風(fēng)孔（19）結(jié)構(gòu)，又人為地增加了導(dǎo)熱路徑和散熱面積；軸流風(fēng)機（7）則大大降低了VMOS功率管（25）熱沉的溫度。

所述的雙核單片機（21）為TSSOP-38表貼封裝，是指同時帶有一個專用永磁無刷直流電機旋轉(zhuǎn)矢量運算內(nèi)核和一個通用單片機運算內(nèi)核的單片機，所述的前置驅(qū)動芯片（17）的輸入控制引腳分別與雙核單片機（21）的I/O引腳相連。

所述的前端蓋板（3）和后端蓋板（4）均為可耐高熱的絕緣材料，在前端蓋板（3）上，各個銅條伸出處均標(biāo)有W、V、B+、R、B-的字符。

所述的康銅條（27）通過螺絲直接與前端蓋板（3）上伸出的R銅條（15）與B-銅條（16）相連，從而保證用于檢測相電流的康銅條（27）工作時產(chǎn)生的發(fā)熱量便于散發(fā)。

大功率永磁無刷直流電機控制器安裝時，拉蓋（1）朝上，∏型散熱體（2）上的散熱肋條（9）朝下，直接與安裝平臺相接接觸，∏型散熱體（2）兩邊各有二個環(huán)形的安裝孔（20）。

本發(fā)明的安全性是這樣實現(xiàn)的：一是通過輸出控制前置驅(qū)動IC芯片內(nèi)部的邏輯互鎖技術(shù)，規(guī)避了VMOS管可能產(chǎn)生的上下橋臂直通短路故障；二是雙核單片機引腳獲取康銅條對電流的采樣值后，會對電流敏感值從硬件上快速作出判斷，過流時將自動封鎖關(guān)閉VMOS管的上下橋臂，從而排除了由于軟件編程錯誤帶來的安全風(fēng)險。

本發(fā)明最重要的創(chuàng)建在于：通過設(shè)計一種上部平直、中部圓凸、下部開槽的∏型散熱體結(jié)構(gòu)，用最經(jīng)濟的方式實現(xiàn)了一種多管齊下的散熱方案，這種同時兼具散熱肋條、貫穿式的散熱風(fēng)洞和散熱風(fēng)孔的結(jié)構(gòu)，使∏型散熱體除了兼具散熱功能之外，同時可兼做控制器殼體，并通過強制性的軸流風(fēng)機冷卻，熱阻明顯減少，散熱效果大大加強。

本發(fā)明意想不到的效果主要有四個：

一是解決了大功率永磁無刷直流電機控制器與結(jié)構(gòu)成本之間的矛盾，所述的∏型散熱體鋁型材可一次拉伸成型，無須額外加工。

二是解決了大功率永磁無刷直流電機控制器散熱方面的老大難問題，尤其是康銅條發(fā)熱體直接安裝在控制器外側(cè)。

三是解決了大功率永磁無刷直流電機控制器安裝制造上的麻煩，上下橋臂VMOS功率管從∏型散熱體的開槽處分開連接，通過銅牌實現(xiàn)功率走線，控制器上無任何其它接線，PCB板無須另外連接，在結(jié)構(gòu)上做到系統(tǒng)最省，整體最優(yōu)。

四是通過帶有專用永磁無刷直流電機旋轉(zhuǎn)矢量運算內(nèi)核和一個通用單片機運算內(nèi)核的單片機，使控制的實時性大大加強。

本發(fā)明的弱電輸入和強電輸出均在前端蓋板處完成，弱電輸入控制由航空插座完成，接線標(biāo)識簡單明了，安裝、維修和使用特別方便。

本發(fā)明所提出的大功率永磁無刷直流電機控制器方案，其性能良好，硬件結(jié)構(gòu)簡單、整體緊湊，美觀大方，靈活可靠，提供了一種低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)和便于維護的大功率永磁無刷直流電機控制器的解決方案，特別適合額定功率大于3kW，小于10kW的永磁無刷直流電動機的控制開發(fā)。