一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，包括具有旋轉轉子總成、定子總成和端蓋的電機和電機控制裝置，控制裝置布置在電機的軸線方向的非軸輸出端，二者通過螺栓固定在一起，其特征是：電機殼體外表面具有筋結構314，控制裝置的柱體殼體31外表面具有筋結構314，形狀為柱體的殼體不與電機接觸的底面設有開口319，覆蓋在所述開口319上的側蓋33上設有安裝動力線緊固螺釘?shù)耐?35，所述通孔335上覆蓋著蓋子34，殼體柱面上設有具有至少一個孔的平臺311，控制出線函312設置在柱體殼體31的柱面上。
【專利說明】一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)
所屬【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機及其控制裝置，特別涉及集成控制裝置的電機系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電機及其控制裝置的小型化和能量高密度化是提高性價比的有效手段。
[0003]目前公知常用的中大功率電機及其控制裝置采用分體結構，電機和控制器在空間布置上是分離的，二者之間的強電連接和控制弱電連接及冷卻通道的連接需要額外的部件，成本高和故障點多。
[0004]申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明記載了一種電動汽車用控制器的安裝結構。如參照附圖9 (對應申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明說明書附圖1)正視圖、圖10 (對應對應申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明說明書附圖2)右視圖和圖11 (對應對應申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明說明書附圖3)結合端面圖所示，包括電機I和電機控制器2，電機控制器2封裝在一個盤狀結構內(nèi)；盤狀結構的端面形狀與所述的電機后端蓋吻合，并與電機連接貼合在一起；其高壓母線接口 3和低壓信號接口 4設置在盤狀結構的另一側。三相交流接口 6集中了三相出線在一起，水冷裝置進出水口 5和冷卻裝置水管的接口 9構成水冷通道接口，位置傳感器及溫度傳感器對外接口 8設置在中間位置。
[0005]由于控制器的效率大于電機效率，電機的溫度等級高于控制器，通常，電機殼體溫度遠高于控制裝置殼體溫度。申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明使作為殼體的盤狀結構與電機后端蓋連接貼合，熱量從電機傳遞到控制裝置，控制裝置的器件溫度敏感，過高的溫度影響功率輸出甚至引起控制器壽命縮短。
[0006]申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明中三相交流接口 6集中了三相出線在一起進入到控制器內(nèi)與控制器連接。電機繞組需要在定子的端部盤繞后集中到一起再引出電機外。該方式需要額外的引出線，集中到一起出線導致繞組端部過大，浪費銅材并形成過熱點，容易引起絕緣劣化。
[0007]申請?zhí)枮?02152765的發(fā)明中，高壓母線接口 3布置在端部，此出線方向會造成內(nèi)部布局困難，控制器體積過大和高壓母線接口 3難以固定的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是提供解決上述問題的方案，提供一種散熱效果良好、結構緊湊、電機發(fā)熱量低且易于安裝的低成本集成控制裝置的電機系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的目的是通過如下方式來達到(如圖1-8):
[0010]1.一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，包括具有旋轉轉子總成、定子總成和端蓋的電機和電機控制裝置，控制裝置布置在電機的軸線方向的非軸輸出端，二者通過螺栓固定在一起，其特征是:
[0011]電機殼體外表面具有筋結構314，控制裝置的柱體殼體31外表面具有筋結構314，柱體的殼體不與電機接觸的底面設有開口 319，覆蓋在所述開口 319上的側蓋33上設有安裝動力線緊固螺釘?shù)耐?35，所述通孔335上覆蓋著蓋子34，殼體柱面上設有具有至少一個孔的平臺311，控制出線函312設置在柱體殼體31的柱面上。
[0012]2.根據(jù)上述I所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機和控制裝置間設有非金屬墊片2。
[0013]3.根據(jù)上述I所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述控制裝置的柱體殼體31內(nèi)部具有截面內(nèi)側是正多邊形且凸出內(nèi)部柱面的臺狀安裝部316。
[0014]4.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述控制裝置的柱體殼體31底部具有以殼體31底部圓心為中心，120度均布的出線通孔315。
[0015]5.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:電流傳感器322設置于焊有半導體器件324的pcb325和控制裝置柱狀殼體31底部之間。
[0016]6.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:在pcb325和電機控制裝置柱狀殼體31底部間設有嵌入電流傳感器322的支撐件323。
[0017]7.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:半導體器件324均勻分布焊接在圓形pcb325邊沿。
[0018]8.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:具有安裝于線路板325上、有繞組出線安裝孔327的安裝部的弧狀凸臺集電極329。
[0019]9.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:電機端蓋11具有以端蓋圓心為中心，120度均布的出線通孔和突出端蓋外表面的環(huán)形凸臺111。
[0020]10.根據(jù)上述I或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述的蓋子34具有螺紋部342和法蘭部343及套在螺紋部的O形圈341。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)上述1-10所述的的集成控制裝置的電機系統(tǒng)，筋結構有效的減小了熱阻，降低了繞組和半導體器件的溫度，提高了可靠性；熱隔離的電機和控制器使控制器溫度降低，提高了功率密度；充分利用了電機定子繞組漆包線的直接出線，以最小的長度連接到控制裝置，減小了電機端部，降低了發(fā)熱量，控制裝置內(nèi)部巧妙地布局，減小了 EMC，提高了器件的熱安全性，并使升功率得到提高20% ;簡潔方便的接線方式提高了生產(chǎn)率，降低了成本?？傊景l(fā)明提高了集成控制裝置的電機系統(tǒng)的性價比。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖1-8和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0023]圖1是本發(fā)明實施例的三維爆炸圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實施例的殼體結構三維圖。
[0025]圖3是本發(fā)明另外一種實施例的構造圖。
[0026]圖4是本發(fā)明實施例的PCB組件32的三維爆炸圖。
[0027]圖5是本發(fā)明實施例的支撐件的構造圖。
[0028]圖6和圖7是本發(fā)明實施例的中電機端蓋11構造圖。
[0029]圖8是本發(fā)明實施例的中的蓋子34構造圖。
[0030]其中:1.電機，2.墊片，3.控制裝置，11.電機端蓋，111.筋結構，112.筋結構，31.殼體，311.平臺，312.控制出線函，313.出線函，314.筋結構，315.出線通孔，316.臺狀安裝部，317.安裝孔，319.開口，321.彈簧壓板，322.傳感器，323.絕緣體，324.半導體器件，325.PCB，326.接線端子，327.出線安裝孔，328.電容器，329.集電極，330.接線柱，331.槽，333.嵌入孔，33.側蓋，335.通孔，34.蓋子，341.0型圈，342.螺紋部，343.法蘭部，344.夾持部，35.螺釘
[0031]圖9、圖10和圖11是現(xiàn)有技術的構造圖。
[0032]編號順序沿用了申請?zhí)枮?02152765說明書附圖順序，其中:1.電機，2.電機控制器，3.高壓母線接口，4.低壓信號接口 4，5.進出水口，6.三相交流接口，7.螺栓，8.位置傳感器及溫度傳感器對外接口
【具體實施方式】
[0033]下面參考附圖1-8來說明本發(fā)明的實施方式。
[0034]一種實施例，一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，包括具有旋轉轉子總成、定子總成和端蓋的電機I和電機控制裝置3，控制裝置3布置在電機I的軸線方向的非軸輸出端，二者通過螺栓固定在一起，其特征是:
[0035]電機殼體外表面具有筋結構314,控制裝置的柱體殼體31外表面具有筋結構314,基本為柱體的殼體不與電機接觸的底面設有開口 319，覆蓋在開口 319上的側蓋33上設有安裝動力線緊固螺釘?shù)耐?35，所述通孔335上覆蓋著蓋子34，殼體31柱面上設有具有至少一個孔的平臺311，控制出線函312設置在柱體殼體31的柱面上。
[0036]電機I由旋轉部分的轉子總成和靜止部分定子總成和端蓋構成，電機可以是大功率BLDC,交流異步電機和永磁同步電機，優(yōu)選永磁同步電機。
[0037]電機殼體外表面具有筋結構314,控制裝置的柱體殼體31外表面具有筋結構314,筋結構和殼體為一體，具有徑向向外拔模斜度，材料與殼體相同。筋結構也可以由波紋狀的鋁薄板垂直的釬焊接在圓柱的殼體表面。該結構增加了電機殼體和控制裝置殼體的外表面積，熱阻降低，在自然風冷卻的環(huán)境中提高系統(tǒng)的熱可靠性。
[0038]如圖1和圖2所示，電機殼體外表面的筋結構314設置成與電機軸垂直的圓周方向，本實施例中，筋的高度是30mm，筋結構314沿圓周方向上連續(xù)，形成環(huán)狀物。
[0039]在其他的實施例中，筋結構314沿圓周方向上不連續(xù)，呈斷續(xù)狀分布在圓周上。
[0040]在圖3所示實施例中，電機殼體外表面的筋結構314設置成與電機軸方向平行的方向上，筋結構314可以連續(xù)，也可以不連續(xù)。
[0041]柱體殼體不與電機接觸的底面設有開口 319，如圖1和圖4所示，通過該開口 319，安裝控制裝置內(nèi)的絕緣體323、傳感器322、pcb組件32、控制電路板36。在該開口 319上用螺栓安裝側蓋33。
[0042]覆蓋在殼體開口 319上的側蓋33上設有安裝動力線緊固螺釘?shù)耐?35，通孔335上安裝著蓋子34。
[0043]如圖1和圖2中所示，平臺311設置在殼體31的柱面上，安裝固定直流動力電纜的螺釘(圖中沒有畫出)的通孔335設置在側蓋33上，在控制器組裝完成后，側蓋33固定在殼體31上，直流動力電纜通過殼體31上的平臺311的孔插入控制器內(nèi)部，固定用螺栓通過設置在側蓋上的通孔335置入，固定工具也通過通孔335進入，將螺栓固定在圖4中的接線柱330上。該方式實現(xiàn)不打開控制裝置安裝動力線，最大程度的保護控制器內(nèi)部部件。
[0044]該動力線安裝方式，便于裝配安裝工作，節(jié)省工時，電纜的輸出方向符合車輛布置方向，電纜沒有直徑小的具有損壞性的折彎，耐震性和可靠性都得到提高。
[0045]在其他實施例中，平臺311發(fā)置在側蓋33上，通孔335設置在殼體柱面上。電纜通過側蓋33上的平臺311進入控制裝置，固定用螺栓通過設置在殼體柱面上的通孔335置入，固定工具也通過殼體柱面上的通孔335進入控制裝置。殼體柱面上的通孔335通過螺紋安裝著蓋子34。
[0046]直流動力電纜固定在平臺311上，并通過固定在平臺上的出線函313實現(xiàn)防水防塵密封。出線函313可以選用Ieinouoer的lne-m_ex系列金屬防水接頭,也可以選用其他家類似功能產(chǎn)品。
[0047]直流動力電纜穿過設置在平臺311上的孔進入控制裝置內(nèi)部，孔的數(shù)量和使用的出線函相關，如圖的實施例，平臺上需要設置兩個孔。當使用一體化的出線函，僅需要一個圓形或橢圓形孔。
[0048]本實施例中，控制出線函313設置在柱體殼體31柱面上。在其他實施例中如圖，控制出線函可以設置在側蓋33上。優(yōu)選控制出線函設置在柱體殼體柱面上。
[0049]控制出線函直接和控制板連接或通過線束和控制板連接，控制出線函設置在柱體殼體柱面上可以簡化安裝結構，便于裝配工作，節(jié)省工時。
[0050]另外一種實施例中，根據(jù)上述特征還包含電機和控制裝置間設置的非金屬墊片2。
[0051]電機和控制裝置間設有墊片2，使電機端蓋和控制器殼體隔開，防止熱量從電機傳遞到控制裝置3，控制裝置3中的器件溫度敏感，過高的溫度影響控制器壽命。
[0052]墊片2設計成環(huán)狀，最大直徑和電機端蓋相同。也可以設計成圓餅形。
[0053]墊片2可以選用玻璃纖維板、聚氨酯板、高密度聚苯乙烯板或鋁箔復合材料。
[0054]另外一種實施例中，控制裝置的柱體殼體31內(nèi)部具有截面內(nèi)側是正多邊形且凸出內(nèi)部柱面的臺狀安裝部316。
[0055]如圖2所示的實施例中，在柱體殼體31內(nèi)部的安裝部是一環(huán)狀凸臺，凸臺外側和殼體31連為一體或緊密接觸，凸臺截面內(nèi)側是正多邊形，正多邊形的內(nèi)切圓小于殼體內(nèi)圓形成凸臺，正多邊形的邊數(shù)和半導體器件或模塊數(shù)量相同。正多邊形的邊線所在的面為安裝平面，安裝平面寬度和半導體器件相同，安裝高度不小于半導體器件高度。安裝平面與凸臺頂面成銳角。
[0056]在其他實施例中，安裝平面與凸臺頂面垂直。
[0057]環(huán)狀凸臺正多邊形至少是正三邊形，即內(nèi)部截面是三角形的凸臺。
[0058]在其他的實施例中，環(huán)狀凸臺以其頂面所在的圓心到凸臺外側的圓間的線段三等分，形成三個獨立的凸臺，三個獨立的凸臺不互相接觸的圍成斷續(xù)環(huán)狀的安裝部。
[0059]如圖2所示的實施例中，在凸臺的頂面上設有螺紋孔，半導體器件通過預先成型的彈簧壓板321壓緊安裝在安裝部316的螺紋孔上。
[0060]在其他的實施例中，安裝平面上設有垂直于該平面的螺紋孔，半導體器件通過該螺紋孔用螺釘固定。
[0061]在圖1和圖2和圖4所示的實施例中，安裝在安裝部316上的半導體器件324是MOSFET,半導體器件324可以選用MOSFET半橋、IGBT或IGBT半橋。
[0062]控制裝置的柱體殼體31底部具有以殼體31底部圓心為中心，120度均布的出線通孔 315。[0063]通常，電機繞組在定子的端部焊接繞組出線，繞組出線盤繞端部三相集中到一起再引出電機外。該方式需要額外的引出線再加上集中到一起出線導致繞組端部過大,浪費銅材并形成過熱點，引起絕緣劣化。
[0064]如圖2所示的實施例中，在柱體殼體31靠近電機側，以柱體底面圓心360°內(nèi)均布著3個電機繞組出線口 315，電機繞組出線直接從該孔進入控制裝置內(nèi)，并與與之對應的端子直接連接。
[0065]該實施例中，出線口 315設成圓形，也可以設成槽口形。
[0066]如圖4、圖6圖7所示的實施例，在與出線口 315位置對應的位置，PCB325上也設有均布的三個孔。它們共同形成繞組出線通道。
[0067]電流傳感器322設置于焊有半導體器件324的pcb325和控制裝置柱狀殼體31底部之間。
[0068]通常，電流傳感器322套裝在接線柱330上，電流傳感器322占用了電容器的空間，減少了電容器的數(shù)量。
[0069]如圖4所示的實施例，電流傳感器322設置于焊有半導體器件324的pcb325和控制裝置柱狀殼體31底部之間，充分利用了 pcb325的絕緣空間，控制裝置結構緊湊。
[0070]在pcb325和電機控制裝置柱狀殼體31底部間設有嵌入電流傳感器322的支撐件323。
[0071]如圖1和圖4所示的實施例，支撐件323介于pcb325和殼體31的底面之間，電流傳感器322與出線孔同心的嵌入到支撐件323中。
[0072]如圖5所示，在支撐件323與pcb325非接觸側，設有電流傳感器322嵌入的槽331，同時設有與接線柱330位置對應的螺母嵌入孔333，在中間設有通孔。
[0073]一種結構，半導體器件324均勻分布焊接在圓形pcb325邊沿。
[0074]圖4所示的實施例中，pcb325為圓形，上面焊接著電容器328、接線柱330、接線端子326和半導體器件324。
[0075]半導體器件324均勻分布焊接在圓形pcb325邊沿,半導體器件324的底面和圓形pcb325的外圓相切。
[0076]圖4所示的實施例中，半導體器件324和pcb325的圓頂面成銳角，在其他實施例中，半導體器件324和pcb325的圓頂面成直角。
[0077]電容器328可以選用電解電容器和薄膜電容器，焊接在pcb325的中央，電容器328的兩極分別和兩個接線柱330、半導體器件324的D(C)極和S(E)極相連。
[0078]接線柱330是中空的柱體，先焊接在pcb325上，直流動力電纜進入控制裝置后，螺栓穿過接線柱330與支撐件323內(nèi)嵌入的螺母連接，將直流動力電纜壓緊在pcb324上。
[0079]接線端子326分布在半導體器件324附近，將控制板36的信號傳遞到pcb325上，驅動半導體器件324的通斷。
[0080]一種集電極為具有安裝于線路板325上、有繞組出線安裝孔327的安裝部的弧狀凸臺。如圖4所示的實施例，集電極329的弧狀凸臺和線路板325通過位于集電極325上的螺紋孔緊密固定，集電極329通過線路板325上的敷銅電極連接半導體器件324形成的半橋結構的中點。
[0081]在本實施例中，集電極329和線路板325接觸的部位設置了凸起，增加了接觸壓力。在其他的實施例中，凸起消失，集電極329和線路板325以平面式接觸。
[0082]集電極上設有繞組出線安裝部，安裝部上設有安裝孔327。在圖4所示的實施例中，安裝部高出弧狀凸臺，在安裝部的側面設有安裝孔327，繞組出線固定在安裝孔327上。安裝部可以不高出弧狀凸臺，安裝孔327也可以設置在安裝部的頂面。
[0083]一種電機端蓋11具有以端蓋圓心為中心，120度均布的出線通孔和突出端蓋外表面的環(huán)形凸臺111。
[0084]通常，電機繞組在定子的端部焊接繞組出線，繞組出線盤繞端部后多相集中到一起再從電機端蓋弓I出電機外。該出線方式導致繞組端部過大,浪費材料并形成過熱點，易引起絕緣劣化。
[0085]電機端蓋11具有以端蓋圓心為中心，120度均布的出線通孔，各相獨自就近引出，解決了上述問題，且和控制裝置的集電極329就近連接，安裝方式簡單。
[0086]突出端蓋外表面的環(huán)形凸臺111內(nèi)安裝著位置傳感器，位置傳感器可以是光電編碼器、霍爾傳感器、旋轉變壓器等，環(huán)形凸臺111伸入支撐件323內(nèi)。該結構縮短了電機的軸向尺寸，提高了功率密度。
[0087]一種蓋子蓋子34具有螺紋部342和法蘭部343及套在螺紋部的O形圈341。
[0088]蓋子34的螺紋部342內(nèi)徑大于緊固螺母的e值，螺紋長度小于側蓋的厚度。法蘭直徑大于螺紋外徑。
[0089]O型圈內(nèi)徑和螺紋的大徑是相等的，蓋子壓緊后起到密封的作用。
[0090]在法蘭的另一側有蓋子的夾持部344，夾持部可以是六角頭，也可以采用內(nèi)六角、內(nèi)十字，當使用內(nèi)六角或內(nèi)十字時，夾持部不高于法蘭平面。
[0091]蓋子34的螺紋部342與側蓋33上的螺紋孔335緊固并實現(xiàn)密封。
[0092]蓋子34可以選用金屬材料，也可以選用塑料。O型圈選用標準件。
【權利要求】
1.一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，包括具有旋轉轉子總成、定子總成和端蓋的電機和電機控制裝置，控制裝置布置在電機的軸線方向的非軸輸出端，通過螺栓固定，其特征是: 電機殼體外表面具有筋結構(314),控制裝置的柱體殼體(31)外表面具有筋結構(314)，形狀為柱體的殼體不與電機接觸的底面設有開口(319)，覆蓋在所述開口(319)上的側蓋(33)上設有安裝動力線緊固螺釘?shù)耐?335)，所述通孔(335)上覆蓋著蓋子(34)，殼體柱面上設有具有至少一個孔的平臺(311)，控制出線函(312)設置在柱體殼體(31)的柱面上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機和控制裝置間設有非金屬墊片(2)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述控制裝置的柱體殼體(31)內(nèi)部具有截面內(nèi)側是正多邊形且凸出內(nèi)部柱面的臺狀安裝部(316)。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述控制裝置的柱體殼體(31)底部具有以殼體(31)底部圓心為中心，120度均布的出線通孔(315)。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:電流傳感器(322)設置于焊有半導體器件(324)的PCB (325)和控制裝置柱狀殼體(31)底部之間。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:在PCB(325)和電機控制裝置柱狀殼體(31)底部間設有嵌入電流傳感器(322)的支撐件(323)。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:半導體器件(324)均勻分布焊接在圓形PCB(325)邊沿。
8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:具有安裝于線路板(325)上、有繞組出線安裝孔(327)的安裝部的弧狀凸臺集電極(329)。
9.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:電機端蓋(11)具有以端蓋圓心為中心，120度均布的出線通孔和突出端蓋外表面的環(huán)形凸臺(111)。
10.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種集成控制裝置的電機系統(tǒng)，其特征在于:所述的蓋子(34)具有螺紋部(342)和法蘭部(343)及套在螺紋部的O形圈(341)。
【文檔編號】H02K11/00GK103427566SQ201310335167
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權日:2013年8月5日
【發(fā)明者】楊玉春, 谷孝娟, 王國強 申請人:北京睿德昂林新能源技術有限公司