本發(fā)明涉及一種集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)，屬于電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)電力電子器件、電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)及新能源和新材料等高新技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)系統(tǒng)也正在經(jīng)歷巨大變革。在許多應(yīng)用領(lǐng)域，如水下航行器推進(jìn)、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)、航空航天動(dòng)力等，對(duì)電機(jī)的重量、體積、功率密度等要求極為嚴(yán)格。因此，一種體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的電機(jī)系統(tǒng)，可以有效降低這個(gè)設(shè)備(水下航行器、電動(dòng)汽車(chē)、航空器等)的重量，提高其運(yùn)行靈活性。

一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用于水下、航空航天、汽車(chē)等移動(dòng)設(shè)備的特種電機(jī)系統(tǒng)，都要有獨(dú)立的配套控制器，而這些應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)體積和重量的要求往往是極為苛刻的，能夠用于安裝動(dòng)力系統(tǒng)的空間更是非常有限，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)電機(jī)加控制器的動(dòng)力系統(tǒng)方案很難順利應(yīng)用。

cn103112573b公布了一種水下動(dòng)力裝置的推進(jìn)器，該裝置包括螺旋槳、主動(dòng)軸、磁耦合電機(jī)單元、控制器，采用磁耦合電機(jī)單元的電機(jī)與控制器集成裝置，解決了推進(jìn)器裝置在水下密封的問(wèn)題，推進(jìn)器和控制器裝在一個(gè)密封殼里，不在徐濤對(duì)主動(dòng)軸部分進(jìn)行動(dòng)密封，減小了研發(fā)和生產(chǎn)周期。

cn106300861a公布一種低壓智能微電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括電機(jī)本體和控制器兩部分，電機(jī)本體由轉(zhuǎn)子、機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子位置傳感器調(diào)節(jié)裝置、后端蓋、前軸承、后軸承，控制器由控制板、導(dǎo)電柱、功率模塊板。優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，便于安裝，結(jié)構(gòu)輕巧，控制簡(jiǎn)單可靠，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；電機(jī)與控制器集成在一體，比分體式結(jié)構(gòu)更節(jié)省體積，通過(guò)一系列的隔磁措施，大大提高了整個(gè)裝置的電磁兼容能力，通過(guò)最優(yōu)的控制方式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低壓大功率電機(jī)的高效率。

綜合分析以上兩個(gè)發(fā)明結(jié)構(gòu)，雖然都采用了電機(jī)與控制器集成的方案，但仍然存在明顯的缺點(diǎn)：兩個(gè)發(fā)明結(jié)構(gòu)只是將控制系統(tǒng)與電機(jī)套裝在一個(gè)殼體內(nèi)，而嚴(yán)格意義上控制器和電機(jī)仍然是獨(dú)立的，仍然有明顯的劃分界限，并且二者的支撐系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)都是獨(dú)立的，因此，以上兩個(gè)發(fā)明只是在結(jié)構(gòu)上更加緊湊，并不能達(dá)到節(jié)省空間和減少重量的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有電機(jī)及控制系統(tǒng)體積大、重量重，無(wú)法滿(mǎn)足特殊場(chǎng)合應(yīng)用需求的缺點(diǎn)，提供一種集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)，將控制器的主電路分解設(shè)計(jì)，嵌裝在電機(jī)本體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與控制器的高度集成。二者共用殼體、支撐系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)，有效降低了系統(tǒng)的整體體積和重量，提高了設(shè)備的運(yùn)行靈活性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)，所述電機(jī)系統(tǒng)包括控制板、主電路和電機(jī)本體，其中控制器包括控制板和主電路；所述主電路分解嵌裝在電機(jī)本體內(nèi)部，與電機(jī)本體共用機(jī)殼、支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)；所述電機(jī)本體包括機(jī)殼、左端蓋、右端蓋、定子、繞組、磁鋼、磁軛、輪轂及轉(zhuǎn)軸；所述主電路包括直流母線(xiàn)、母線(xiàn)電容、開(kāi)關(guān)管、電流傳感器及位置傳感器；

機(jī)殼與定子之間分布一定數(shù)量的槽，最上方的槽內(nèi)安裝母線(xiàn)電容，其他槽內(nèi)分別安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)管；所述母線(xiàn)電容和開(kāi)關(guān)管的輸入端連接在直流母線(xiàn)上；所述直流母線(xiàn)分布于繞組的端部，直流母線(xiàn)從左端蓋上部的開(kāi)孔中穿出電機(jī)外，與外部電源線(xiàn)連接；電流傳感器固定在右端蓋內(nèi)側(cè)，電機(jī)電源線(xiàn)穿過(guò)電流傳感器后與開(kāi)關(guān)管的輸出端相連；左端蓋上與開(kāi)關(guān)管對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有穿線(xiàn)孔，驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)一端與開(kāi)關(guān)管連接，另一端從穿線(xiàn)孔穿出，通過(guò)接線(xiàn)端子與控制板連接；

所述控制板安裝在左端蓋外側(cè)；位置傳感器位于左端蓋與控制板之間，嵌裝在左端蓋上，與控制板連接。

所述機(jī)殼與定子之間的槽均勻分布，槽的數(shù)量為2～8個(gè)，槽的形狀可以為方形、圓形或多邊形。

所述槽優(yōu)選為4個(gè)槽，一個(gè)槽安裝母線(xiàn)電容，其他三個(gè)槽各安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)管。

所述母線(xiàn)電容和開(kāi)關(guān)管的輸入端通過(guò)接線(xiàn)柱連接在直流母線(xiàn)上。

所述控制板為圓形、方形或多邊形。

所述直流母線(xiàn)為三角形、方形或多邊形結(jié)構(gòu)。

所述位置傳感器與控制板通過(guò)端子連接。

所述主電路分解嵌裝在電機(jī)本體內(nèi)部時(shí)，與電機(jī)本體還共用支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。

本發(fā)明系統(tǒng)的工作過(guò)程：集成控制器的電機(jī)控制系統(tǒng)通電后，位置傳感器通過(guò)磁場(chǎng)或光電檢測(cè)轉(zhuǎn)軸位置，并將位置信號(hào)發(fā)送給控制板，控制板根據(jù)轉(zhuǎn)軸所在位置，將脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)發(fā)送給開(kāi)關(guān)管，控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通(脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高低電平，高電平控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，低電平控制開(kāi)關(guān)管關(guān)斷)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通使得直流母線(xiàn)電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)管、電流感器后進(jìn)入電機(jī)繞組，電機(jī)繞組通電后在電機(jī)圓周產(chǎn)生一個(gè)超前于轉(zhuǎn)軸的固定磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)拉動(dòng)磁鋼向磁場(chǎng)靠近，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸位置發(fā)生變化；轉(zhuǎn)軸位置變化后，位置傳感器將新的轉(zhuǎn)軸位置發(fā)送給控制板，控制板關(guān)斷當(dāng)前開(kāi)關(guān)管，同時(shí)導(dǎo)通其他相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管，使繞組的磁場(chǎng)發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而拉動(dòng)磁鋼并帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸繼續(xù)靠近，以此類(lèi)推，每次轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)都會(huì)造成繞組磁場(chǎng)的移動(dòng)，繞組磁場(chǎng)的移動(dòng)又會(huì)拉動(dòng)磁鋼繼續(xù)靠近，從而保證轉(zhuǎn)軸持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明為控制板、主電路構(gòu)成控制器與電機(jī)本體的高度集成結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)中體積最大的主電路部分采用分解設(shè)計(jì)，分散的嵌裝在電機(jī)本體內(nèi)部，可以大幅度減少系統(tǒng)的體積。

(2)現(xiàn)有技術(shù)是將控制板和控制器封裝在一個(gè)盒子里，組成控制器；本發(fā)明將控制板和主電路分開(kāi)，并且主電路也分散在電機(jī)本體內(nèi)部，因此二者共用機(jī)殼、支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，有效省去了控制器本身的散熱片、支架、殼體等部件，進(jìn)而大大減輕了系統(tǒng)的整體重量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2是本發(fā)明集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)外部正視圖；

圖3是本發(fā)明集成控制器的電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部正視圖，圖中：1外部電源線(xiàn)、2左端蓋、3直流母線(xiàn)、4直插端子、5位置傳感器、6控制板、7接線(xiàn)端子、8接線(xiàn)柱、9驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)、10開(kāi)關(guān)管、11電機(jī)電源線(xiàn)、12電流傳感器、13轉(zhuǎn)軸、14輪轂、15磁軛、16磁鋼、17繞組、18右端蓋、19定子、20母線(xiàn)電容、21機(jī)殼、22穿線(xiàn)孔、23槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明電機(jī)系統(tǒng)由控制板6、主電路和電機(jī)本體組成。電機(jī)本體由機(jī)殼21、左端蓋2、右端蓋18、定子19、繞組17、磁鋼16、磁軛15、輪轂14和轉(zhuǎn)軸13。主電路由直流母線(xiàn)3、母線(xiàn)電容20、開(kāi)關(guān)管10、電流傳感器12和位置傳感器5組成。主電路分解嵌裝在電機(jī)本體內(nèi)部，與電機(jī)本體共用機(jī)殼、支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。

如圖1、圖2和圖3所示，機(jī)殼21與定子19之間均勻分布一定數(shù)量的槽23；本發(fā)明實(shí)施例采用方形槽，槽23的數(shù)量為2～8個(gè)，最上方的槽23內(nèi)安裝母線(xiàn)電容20，其他槽23內(nèi)分別安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)管10。本發(fā)明實(shí)例電機(jī)控制系統(tǒng)共需要3個(gè)開(kāi)關(guān)管10和1個(gè)母線(xiàn)電容20，因此槽23的數(shù)量為4個(gè)；本發(fā)明實(shí)例所采用的開(kāi)關(guān)管10和母線(xiàn)電容20均為方形，4個(gè)槽23也均優(yōu)選采用了方形槽。一方面，方形槽能夠方便的對(duì)開(kāi)關(guān)管10和母線(xiàn)電容20進(jìn)行配合固定，另一方面，方形槽能夠保證機(jī)殼21與開(kāi)關(guān)管10和母線(xiàn)電容20更好就接觸，提高散熱效果，同時(shí)進(jìn)一步提高了電機(jī)的可靠性。

母線(xiàn)電容20和開(kāi)關(guān)管10的輸入端通過(guò)接線(xiàn)柱8連接在直流母線(xiàn)3上。直流母線(xiàn)3優(yōu)選為多邊形結(jié)構(gòu)，分布于繞組17端部，直流母線(xiàn)3從左端蓋2上部的開(kāi)孔中穿出電機(jī)外，與外部直流電源線(xiàn)1連接。本發(fā)明實(shí)施例中直流母線(xiàn)3的多邊形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證每個(gè)邊都能分別與母線(xiàn)電容20或開(kāi)關(guān)管10的接線(xiàn)柱8保持平行，且良好接觸，一方面安裝固定，另一方面也提高了電機(jī)的可靠性。

如圖1、圖2和圖3所示，電流傳感器12固定在右端蓋18內(nèi)側(cè)，電機(jī)電源線(xiàn)11穿過(guò)電流傳感器12后與開(kāi)關(guān)管10的輸出端相連。左端蓋2上與開(kāi)關(guān)管10對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有穿線(xiàn)孔22，驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(xiàn)9一端與開(kāi)關(guān)管10連接，另一端從穿線(xiàn)孔22穿出，通過(guò)接線(xiàn)端子7與控制板6連接?？刂瓢?優(yōu)選為圓形，安裝在左端蓋2外側(cè)。位置傳感器5位于左端蓋2與控制板6之間，嵌裝在左端蓋2上，與控制板6連接。本發(fā)明由于左端蓋2為圓形，因此控制板6安裝在左端蓋6上，因此設(shè)計(jì)成圓形能夠最大限度的利用有效空間，進(jìn)一步減輕了系統(tǒng)的整體重量。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。