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

背景技術(shù)：

隨著近年來電力電子器件、電機設計技術(shù)及新能源和新材料等高新技術(shù)的發(fā)展，電機系統(tǒng)也正在經(jīng)歷巨大變革。在許多應用領域，如水下航行器推進、電動汽車驅(qū)動、航空航天動力等，對電機的重量、體積、功率密度等要求極為嚴格。因此，一種體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的電機系統(tǒng)，可以有效降低這個設備(水下航行器、電動汽車、航空器等)的重量，提高其運行靈活性。

一般來說，應用于水下、航空航天、汽車等移動設備的特種電機系統(tǒng)，都要有獨立的配套控制器，而這些應用場合對體積和重量的要求往往是極為苛刻的，能夠用于安裝動力系統(tǒng)的空間更是非常有限，從而導致傳統(tǒng)電機加控制器的動力系統(tǒng)方案很難順利應用。

cn103112573b公布了一種水下動力裝置的推進器，該裝置包括螺旋槳、主動軸、磁耦合電機單元、控制器，采用磁耦合電機單元的電機與控制器集成裝置，解決了推進器裝置在水下密封的問題，推進器和控制器裝在一個密封殼里，不在徐濤對主動軸部分進行動密封，減小了研發(fā)和生產(chǎn)周期。

cn106300861a公布一種低壓智能微電機結(jié)構(gòu)，包括電機本體和控制器兩部分，電機本體由轉(zhuǎn)子、機殼、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、導電柱、功率模塊板。優(yōu)點在于，動態(tài)響應快，便于安裝，結(jié)構(gòu)輕巧，控制簡單可靠，環(huán)境適應能力強；電機與控制器集成在一體，比分體式結(jié)構(gòu)更節(jié)省體積，通過一系列的隔磁措施，大大提高了整個裝置的電磁兼容能力，通過最優(yōu)的控制方式設計，實現(xiàn)了低壓大功率電機的高效率。

綜合分析以上兩個發(fā)明結(jié)構(gòu)，雖然都采用了電機與控制器集成的方案，但仍然存在明顯的缺點：兩個發(fā)明結(jié)構(gòu)只是將控制系統(tǒng)與電機套裝在一個殼體內(nèi)，而嚴格意義上控制器和電機仍然是獨立的，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)都是獨立的，因此，以上兩個發(fā)明只是在結(jié)構(gòu)上更加緊湊，并不能達到節(jié)省空間和減少重量的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有電機及控制系統(tǒng)體積大、重量重，無法滿足特殊場合應用需求的缺點，提供一種集成控制器的電機系統(tǒng)，將控制器的主電路分解設計，嵌裝在電機本體內(nèi)部，實現(xiàn)電機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，提高了設備的運行靈活性。

為實現(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系統(tǒng)，所述電機系統(tǒng)包括控制板、主電路和電機本體，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本體內(nèi)部，與電機本體共用機殼、支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)；所述電機本體包括機殼、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、母線電容、開關管、電流傳感器及位置傳感器；

機殼與定子之間分布一定數(shù)量的槽，最上方的槽內(nèi)安裝母線電容，其他槽內(nèi)分別安裝一個開關管；所述母線電容和開關管的輸入端連接在直流母線上；所述直流母線分布于繞組的端部，直流母線從左端蓋上部的開孔中穿出電機外，與外部電源線連接；電流傳感器固定在右端蓋內(nèi)側(cè)，電機電源線穿過電流傳感器后與開關管的輸出端相連；左端蓋上與開關管對應位置開有穿線孔，驅(qū)動信號線一端與開關管連接，另一端從穿線孔穿出，通過接線端子與控制板連接；

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。

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

所述槽優(yōu)選為4個槽，一個槽安裝母線電容，其他三個槽各安裝一個開關管。

所述母線電容和開關管的輸入端通過接線柱連接在直流母線上。

所述控制板為圓形、方形或多邊形。

所述直流母線為三角形、方形或多邊形結(jié)構(gòu)。

所述位置傳感器與控制板通過端子連接。

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

本發(fā)明系統(tǒng)的工作過程：集成控制器的電機控制系統(tǒng)通電后，位置傳感器通過磁場或光電檢測轉(zhuǎn)軸位置，并將位置信號發(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)動信號通過驅(qū)動信號線發(fā)送給開關管，控制相應開關管導通(脈寬調(diào)制驅(qū)動信號為高低電平，高電平控制開關管導通，低電平控制開關管關斷)，開關管導通使得直流母線電流流經(jīng)開關管、電流感器后進入電機繞組，電機繞組通電后在電機圓周產(chǎn)生一個超前于轉(zhuǎn)軸的固定磁場，該磁場拉動磁鋼向磁場靠近，從而帶動轉(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，控制板關斷當前開關管，同時導通其他相應的開關管，使繞組的磁場發(fā)生移動，進而拉動磁鋼并帶動轉(zhuǎn)軸繼續(xù)靠近，以此類推，每次轉(zhuǎn)軸的移動都會造成繞組磁場的移動，繞組磁場的移動又會拉動磁鋼繼續(xù)靠近，從而保證轉(zhuǎn)軸持續(xù)轉(zhuǎn)動。

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計，分散的嵌裝在電機本體內(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盒子里，組成控制器；本發(fā)明將控制板和主電路分開，并且主電路也分散在電機本體內(nèi)部，因此二者共用機殼、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，進而大大減輕了系統(tǒng)的整體重量。

附圖說明

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

圖2是本發(fā)明集成控制器的電機系統(tǒng)外部正視圖；

圖3是本發(fā)明集成控制器的電機系統(tǒng)內(nèi)部正視圖，圖中：1外部電源線、2左端蓋、3直流母線、4直插端子、5位置傳感器、6控制板、7接線端子、8接線柱、9驅(qū)動信號線、10開關管、11電機電源線、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母線電容、21機殼、22穿線孔、23槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明電機系統(tǒng)由控制板6、主電路和電機本體組成。電機本體由機殼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3、母線電容20、開關管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本體內(nèi)部，與電機本體共用機殼、支撐系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。

如圖1、圖2和圖3所示，機殼21與定子19之間均勻分布一定數(shù)量的槽23；本發(fā)明實施例采用方形槽，槽23的數(shù)量為2～8個，最上方的槽23內(nèi)安裝母線電容20，其他槽23內(nèi)分別安裝一個開關管10。本發(fā)明實例電機控制系統(tǒng)共需要3個開關管10和1個母線電容20，因此槽23的數(shù)量為4個；本發(fā)明實例所采用的開關管10和母線電容20均為方形，4個槽23也均優(yōu)選采用了方形槽。一方面，方形槽能夠方便的對開關管10和母線電容20進行配合固定，另一方面，方形槽能夠保證機殼21與開關管10和母線電容20更好就接觸，提高散熱效果，同時進一步提高了電機的可靠性。

母線電容20和開關管10的輸入端通過接線柱8連接在直流母線3上。直流母線3優(yōu)選為多邊形結(jié)構(gòu)，分布于繞組17端部，直流母線3從左端蓋2上部的開孔中穿出電機外，與外部直流電源線1連接。本發(fā)明實施例中直流母線3的多邊形結(jié)構(gòu)設計可以保證每個邊都能分別與母線電容20或開關管10的接線柱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)，電機電源線11穿過電流傳感器12后與開關管10的輸出端相連。左端蓋2上與開關管10對應位置開有穿線孔22，驅(qū)動信號線9一端與開關管10連接，另一端從穿線孔22穿出，通過接線端子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，因此設計成圓形能夠最大限度的利用有效空間，進一步減輕了系統(tǒng)的整體重量。

提供以上實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，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。