驱控一体化电机的制作方法

1.本发明涉及电机领域，具体涉及一种驱控一体化电机。


背景技术：

2.驱动电机的发展，越来越朝着低成本、小型化、轻量化和集成化的方向发展。而集成化是实现小型化、轻量化和低成本的基本途径之一。通常驱动电机系统的集成化，主要是通过电机与驱动控制器一体化来实现。
3.与传统电机与驱动控制器分离的状态不同。驱控一体化电机将功率器件、控制器件以及电机定子进行一体化设计安装，因此电机结构、控制器的布线、元器件的排布都会发生明显变化。同时电机与驱动器互相影响，对整个系统的温升、振动及电磁辐射扰动带来挑战。此外，电机产品通常需要满足高低温工作、高低温储存、低气压、振动、冲击、加速度、三防等严酷环境应力要求。因此，对于驱控一体化电机而言，需要着力解决驱动器与电机集成一体后出现的结构支撑、散热、抗电磁辐射扰动和电气连接等问题。


技术实现要素：

4.针对驱动器与电机集成一体后出现的结构支撑、散热、抗电磁辐射扰动和电气连接等问题，本发明提供一种驱控一体化电机，以简化安装程序，使结构模块化，利于后期维修，和/或提高散热效率、抑制或消除对外部的电磁辐射以及外部电磁场对电机内部的电磁干扰。
5.技术方案：本发明所述的驱控一体化电机，主要包括壳体、定子、汇流电路板、电缆线、散热底座、卷筒、控制电路板、驱动电路板；所述定子包括绕组以及与所述绕组电气连接的多个引出线头，所述引出线头通过所述汇流电路板、所述电缆线与所述控制电路板构成电气连接；所述控制电路板与所述驱动电路板间隔设置，两者之间的间隔由限位装置实现；所述控制电路板与所述驱动电路板电气连接，所述控制电路板和所述驱动电路板的外圆柱面由薄壁卷筒包裹，所述卷筒的外圆柱面套入所述散热底座的内圆柱孔；所述限位装置中空，螺杆依次穿过所述控制电路板、所述限位装置、所述驱动电路板和导热垫后，拧入所述散热底座的底部螺纹孔中。
6.进一步的，所述控制电路板与所述驱动电路板间还设有多个插针或连接电缆线，所述插针或所述连接电缆线两端分别插接或焊接在所述控制电路板与所述驱动电路板上，形成电气连接。
7.进一步的，多个绕线骨架的主体嵌入在所述定子中，并从所述定子中部向所述定子端部延伸出来，在所述定子端部形成凹槽；所述定子的引出线头引入到所述绕线骨架的凹槽内部，穿刺片的一端带有卡槽，另一端为细端，多个所述穿刺片的卡槽端分别插入到多个绕线骨架的凹槽中，所述穿刺片的卡槽端在所述绕线骨架的凹槽内部与所述引出线头通过压力穿刺的方式实现电气连接，所述穿刺片的细端焊接在所述汇流电路板的焊盘上，且与所述汇流电路板上的线路电气连接。
8.进一步的，所述汇流电路板与所述控制电路板上均设有矩形插座，所述电缆线的两端部均设有矩形插头，所述矩形插头分别插入所述汇流电路板和所述控制电路板上的矩形插座中实现电气连接。
9.进一步的，所述散热底座的开口端与所述壳体之间通过端盖连接，所述端盖上具有供所述电缆线通过的孔。
10.进一步的，所述汇流电路板为印制电路板，上面印制有能够使绕组构成星形连接或三角形连接的线路。
11.进一步的，所述卷筒由耐热柔软复合绝缘材料裁剪后卷制而成，或由导电金属材料卷制、整体机加或拉伸而成，或由耐热柔软复合绝缘材料和导电金属材料构成多层复合结构。
12.进一步的，所述穿刺片的卡槽棱边锋利无倒角。
13.进一步的，所述汇流电路板上还装有用于检测电机转子位置的霍尔元件。
14.进一步的，所述电缆线数量为多根，根据强电和弱电分为不同的电缆线；每个所述电缆线包括多根导线；所述电缆线柔性可弯曲。
15.进一步的，所述散热底座的桶形底部有多个具有内螺纹孔的螺纹孔凸台，螺杆拧入所述内螺纹孔，将焊接在所述驱动电路板上的功率管紧压在所述散热底座的底部面；所述螺纹孔凸台与所述散热底座一体化加工成型，或采用拧入螺柱，或焊接螺柱分体结构。
16.进一步的，所述散热底座的桶形底部还设有多处形状能够覆盖全部所述功率管区域的功率管凸台；所述功率管凸台的高度小于所述螺纹孔凸台的高度，所述功率管紧压在功率管凸台端面上。
17.进一步的，所述导热垫位于所述功率管与所述散热底座之间或所述功率管与所述功率管凸台端面之间；所述导热垫为柔性可压缩材质，所述导热垫的厚度大于所述螺纹孔凸台的端面和所述散热底座底面的高度之差，或者大于所述螺纹孔凸台的端面和所述功率管凸台端面的高度之差。
18.进一步的，所述散热底座与所述功率管的接触面或者所述功率管凸台端面平整光洁。
19.进一步的，所述限位装置为套设在螺杆上的套筒；所述散热底座的底部外表面上开有覆盖所有外底面的散热槽，所述散热槽为对称的人字形状。
20.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：一方面控制电路板和驱动电路板的外圆柱面由薄壁卷筒包裹后，套入桶形结构散热底座的内圆柱孔。当采用耐热柔软复合绝缘材料裁剪后卷制卷筒时，能够对螺杆固定的控制电路板和驱动电路板以辅助支撑，防止过定位。当采用导电金属材料卷制的卷筒或整体套筒时，能够有效屏蔽外部外界交变磁场对内部电路板、元器件和连接电缆的电磁干扰，也能够减小电机定子、电机转子、内部电路板、元器件和连接电缆对外界产生的辐射发射。
21.另一方面采用穿刺片插入绕线骨架的凹槽，并与预先放置在凹槽内的定子引出线头通过穿刺压接的方式实现电气连接，同时，穿刺片的另一端与印制有星形连接或三角形连接线路的汇流电路板焊接，这两种电气连接方式，用来代替传统的导线/电缆线的焊接/压接/接线片连接，简化了制造程序，降低了工艺条件，提高了可靠性。在汇流电路板上印制不同的布板走线，实现电机定子绕组星形或三角形连接，提高了绕组的通用性。同时，通过
对穿刺片的结构设计，将其设计为一端具有卡槽、且卡槽棱边锋利无倒角的结构，更有利于穿刺片与引出线头的电气接触，防止电机在工作过程中穿刺片与绕组引线电连接不稳定的问题，确保高可靠的电气连接。
22.本发明所述的驱控一体化电机，能够在同时确保可靠的电气连接、有效的散热和合理的结构支撑前提下，实现驱控一体化电机小型化、集成化和低成本。
附图说明
23.图1为本发明的实施例的驱控一体化电机的剖视图；
24.图2为本发明的实施例的驱控一体化电机的爆炸视图；
25.图3为本发明的实施例的定子的结构示意图；
26.图4为本发明的实施例的穿刺片的结构示意图；
27.图5为本发明的实施例的散热底座的外部结构示意图；
28.图6为本发明的实施例的散热底座的内部结构示意图；
29.图7为本发明的实施例的导热垫的结构示意图；
30.图8为本发明的实施例的汇流电路板的布线原理图。
31.附图标记说明：
[0032]1‑
壳体、2
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定子、3
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绕线骨架、4
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穿刺片、5
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汇流电路板、6a
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第一矩形插座、6b
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第二矩形插座、7a
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第一矩形插头、7b
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第二矩形插头、8
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端盖、9a
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强电电缆线、9b
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弱电电缆线、10
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散热底座、11
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卷筒、12
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控制电路板、13
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螺杆、14
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套筒、15
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插针、16
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驱动电路板、17
‑
导热垫、18
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功率管、19
‑
螺纹孔凸台、20
‑
散热槽、21
‑
功率管凸台、22
‑
功率管凸台端面。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明从电气连接、结构支撑、电磁屏蔽和功率管散热四个角度，进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图1和图2所示，是本发明驱控一体化电机的剖面视图和三维爆炸视图，该结构可适用于任意类型的电机。
[0034]
如图1、图2所示，驱控一体化电机，主要包括壳体1、定子2、绕线骨架3、穿刺片4、汇流电路板5、矩形插座、矩形插头、端盖8、电缆线、散热底座10、卷筒11、控制电路板12、驱动电路板16。
[0035]
汇流电路板5为印制电路板，上面印制有能够使绕组构成星形连接或三角形连接的线路，实现电机定子2绕组星形或三角形连接。穿刺片4的一端带有卡槽，另一端为细端，如图4所示。定子2包括绕组以及与绕组电气连接的多个引出线头；多个绕线骨架3的主体嵌入在定子2中，并从定子2中部向定子2端部延伸出来，在定子2端部形成凹槽；定子2引出线头引入到绕线骨架3的凹槽内部，多个穿刺片4的卡槽端分别插入到多个绕线骨架3的凹槽中，穿刺片4的卡槽端在绕线骨架3的凹槽内部与定子2引出线头通过压力穿刺的方式，实现电气连接，穿刺片4的细端焊接在汇流电路板5的焊盘上、且与汇流电路板5上的线路电气连接。
[0036]
汇流电路板5上印制的线路如图8所示，图中，u/v/w/x/y/z是通过穿刺片4转接而
来的多个定子2引出线头，在汇流电路板5中，通过不同的覆铜走线，可以更为灵活方便的实现电机绕组的多种连接方式。汇流电路板5上可以安装霍尔元件，用以检测安装在电机转子的永磁磁环的位置，从而检测出电机转子的角度和转速。穿刺片4的卡槽棱边锋利无倒角能够保证良好的电接触。
[0037]
汇流电路板5和控制电路板12上分别设有第一矩形插座6a、第二矩形插座6b，电缆线的两个端部分别设有第一矩形插头7a、第二矩形插头7b，电缆线两端的第一矩形插头7a、第二矩形插头7b分别与汇流电路板5和控制电路板12上的第一矩形插座6a、第二矩形插座6b相连，从而实现汇流电路板5与控制电路板12之间的电气连接。电机内部的电气连接通常包括强电，例如电机的u/v/w三相线，和弱电，例如转子的位置传感器信号线，因此，电缆线数量不限于1，在图1和图2所示的实施例中，强电和弱电分开走不同的电缆线，即图1中的强电电缆线9a和弱电电缆线9b，每个电缆线可包括多根导线；此外，电缆线采用柔性可弯曲的线缆，由于控制电路板12为刚性固定，并且存在机械加工公差，导致控制电路板12和汇流电路板5产生装配不同心或不平行等问题，柔性电缆线连接能够减小或消除这种位移偏差所产生的影响。
[0038]
控制电路板12与驱动电路板16间隔设置，两者之间的间隔由限位装置实现，限位装置为套设在螺杆13上的套筒14。控制电路板12与驱动电路板16之间还设有插针15或连接电缆线，多个插针或连接电缆线两端分别插接或焊接在控制电路板(12)与驱动电路板(16)上；控制电路板12和驱动电路板16的外圆柱面由薄壁卷筒11包裹，卷筒11的外圆柱面套入桶形结构散热底座10的内圆柱孔；限位装置中空，螺杆13依次穿过控制电路板12、限位装置、驱动电路板16和导热垫17后，拧入散热底座10的底部螺纹孔中；
[0039]
散热底座10的开口端与壳体1之间通过端盖8连接，端盖8上具有供电缆线通过的孔，强电电缆线9a和弱电电缆线9b穿过端盖8上的孔，连接汇流电路板5和控制电路板12。
[0040]
本实施例卷筒11的结构特征用来实现电机内部的结构支撑和电磁辐射抗扰防护。由于控制电路板12和驱动电路板16通过长螺杆13固定，由此形成的悬臂结构，需要增加辅助支撑，根据需要，卷筒11可以采用耐热柔软复合绝缘材料裁剪后卷制而成，这种柔性卷筒11能够起到辅助支撑作用，并且防止过定位。卷筒11也可采用导电金属材料卷制、整体机加或拉伸而成，导电金属材料能够对其内侧的控制电路板12、驱动电路板16、元器件、连接电缆等形成屏蔽作用，有利于减小内部电路板、元器件和连接电缆对外界产生的辐射发射，同时削弱外界交变磁场对电机内部的电磁干扰。卷筒11的层数不限于1层，可以由上述两种不同材料构成多层复合结构，以确保卷筒11同时具备电磁屏蔽和软性辅助结构支撑的作用。
[0041]
本实施例通过以下结构或特征，实现对驱动控制器中的主要发热元件功率管18的散热。散热底座10为桶形结构，其桶形底部有多处含有内螺纹孔的螺纹孔凸台19，见图6所示；功率管18焊接在驱动电路板16上，当螺杆13拧入散热底座10的内螺纹孔后，通过拧紧螺杆13，将功率管18压紧在散热底座10的底部内表面上。功率管18与散热底座10的底部内表面直接接触，或者在功率管18与散热底座10的底部内表面之间设置导热垫17，通过热传导的方式来散热。
[0042]
导热垫17如图7所示，具备较高的导热系数，并且导热垫17为柔性可压缩，导热垫17的厚度略大于螺纹孔凸台19的端面和散热底座10的底部面的高度之差，这样能够确保拧紧螺杆13以后，导热垫17发生压缩，从而在接触面产生预压力，确保功率管18、导热垫17和
散热底座10的底部面之间良好的热传导。
[0043]
螺纹孔凸台19的端面高度超出散热底座10的底部面，这样能够确保驱动电路板16的底面印制板覆铜线不会直接与散热底座10的底部面接触而发生短路故障。螺纹孔凸台19与散热底座10可以一体化加工成型，也可以采用拧入螺柱或焊接螺柱等分体结构。
[0044]
散热底座10的底部面与功率管18接触的区域表面具有较高的光洁度，这些特征能够减小热阻，提高导热效能；桶形散热底座10的外底面开有散热槽20，见图5所示，散热槽20覆盖所有外底面，散热槽20为对称分布的人字形状。散热槽20扩大了热对流和热辐射的面积，从而强化了电机的散热。
[0045]
另外，也可以在散热底座10的桶形底部设置多处形状能够覆盖全部功率管区域的功率管凸台21，见图6(b)所示，功率管凸台端面22平整光洁，用以减小热阻，提高导热效能；功率管凸台端面22的高度小于螺纹孔凸台19的端面的高度，焊接在驱动电路板16上的功率管18紧压在功率管凸台端面22上，通过功率管凸台21来热传导散热。或者，在功率管18与功率管凸台端面22之间也设置厚度略大于螺纹孔凸台19的端面和功率管凸台端面22的高度之差的导热垫17。
[0046]
上述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。