CN202488389U - 电动车无刷直流电机驱动控制器 - Google Patents
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Abstract
电动车无刷直流电机驱动控制器涉及电动车,尤其是一种电动车无刷直流电机的驱动控制器。该驱动控制器包括数字信号处理器1、蓄电池组2、***供电电路3、仪表盘通信电路4、开关电路5、开关管温度检测电路6、开关管驱动电路7、开关管过流保护电路8、电机转子位置检测电路9、无刷直流电机10、速度设定电路11、刹车电路12、倒车电路13、驱动控制器壳体。本实用新型以数字信号处理器为控制核心、采用场效应管作为开关管、装有电机转子位置检测器、加上完备的保护电路,能够满足电动汽车高速、高可靠性的要求,保证驱动控制器的控制精度和可靠性;功耗小、体积小、成本低廉,使用可靠。可广泛推广运用作电动车无刷直流电机驱动控制器。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动车,尤其是一种电动车无刷直流电机的驱动控制器。
背景技术
国内现有电动车的电机一般采用无刷直流电机驱动,而无刷直流电机需要专用的驱动器才能够驱动。现有的驱动器大多数采用专用芯片控制、小部分采用单片机控制。采用专用芯片控制的,需要有固定的***电路,电路的可更改性较差,不能够随意更改使用场合、如果需要变动、就需要修改电路;专用芯片控制器的***电路一般是以模拟电路为主,而模拟电路随温度的变化比较明显,控制参数容易发生变化。采用单片机控制的,能纠正专用芯片控制的弊端,但现有的单片机工作速度较低、单片机内部不具备电机驱动的专用电路,因此不能满足电动车高精度、高可靠性的使用场合。针对现有控制器存在的不足,选用高速的电机控制专用的数字信号处理器、对无刷直流电机进行控制,研制无刷直流电机的驱动控制器成为紧迫任务。
根据检索,国内尚未有与本实用新型相同的专利申请。
发明内容
针对上述存在的不足,本实用新型提供一种采用数字信号处理器、能够满足电动车高速、高可靠性要求的、装有电机转子位置检测器、具有完备保护电路的、能保证控制精度和可靠性的电动车无刷直流电机驱动控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:该一种电动车无刷直流电机驱动控制器包括数字信号处理器1、蓄电池组2、***供电电路3、仪表盘通信电路4、开关电路5、开关管温度检测电路6、开关管驱动电路7、开关管过流保护电路8、电机转子位置检测电路9、无刷直流电机10、速度设定电路11、刹车电路12、倒车电路13、驱动控制器壳体,所述的数字信号处理器1为控制核心,该数字信号处理器1为工业用数字信号处理器,能够完成定时、模数转换的功能,具有硬件生成电机驱动PWM波形的功能,该数字信号处理器1选用工业用数字信号处理器DSPIC30F2010对无刷直流电机进行控制;所述的蓄电池组2为48V蓄电池组,蓄电池组2电源经过开关电路5给无刷直流电机10提供驱动电源,同时蓄电池组2电源也通过***供电电路3为驱动控制器控制电路提供电源;所述的***供电电路3把48V直流电先经过二极管D4,再由开关型稳压芯片LM2576HV降压获得15V直流电和5V直流电,为功率管的驱动和控制芯片提供供电,***供电电路3由+15V输出端与开关管驱动电路7的U1、U2、U3第3引脚连接,向开关管驱动电路7输入15V直流电,由+5V输出端向数字信号处理器1的第20引脚输入+5V直流电,其中二极管D4在蓄电池电极接反的情况下可以起到保护***的作用;所述的仪表盘通信电路4完成驱动控制器与仪表盘信息通信的功能,该电路采用RS485专用芯片MAX485来实现,由数字信号处理器1第16、17、18引脚与MAX485通信芯片的1、2、3、4脚连接,向其输入蓄电池与控制器的详细信息,由MAX485通信芯片将电池与控制器的详细信息发送到仪表盘上;所述的开关电路5由开关管组构成,实现驱动电流相序的变换,满足无刷直流电机10的驱动要求,该开关管采用耐压100V,额定电流100A的场效应管并联组成,开关管组并联的时候,在每个功率管的驱动级串接5欧姆的电阻,其中+48V直流电源由蓄电池组2提供,U、V、W三端分别与无刷直流电机10的三根输入电缆连接,六个开关管组的驱动由开关管驱动电路7提供,六个开关管组分别由G1、G2、G3、G4、G5、G6和S1、S2、S3、S4、S5、S6端与开关管驱动电路7中相应的端连接,由开关电路5的CURRENT输出端分别向开关管过流保护电路8中的LM358N的A单元第2引脚及B单元第5引脚输入;所述的开关管温度检测电路6是用于检测开关管组的温度,对开关管组进行保护,温度检测电路6选用10K欧负温度系数温敏电阻对开关管的温度进行温度检测,当温度变化时,由于电阻变化分电压也会发生变化,这个电压由HEAD2的第2引脚输出端SENSOR1向数字信号处理器1的第4引脚输入,通过AD转换被数字信号处理器1识别进行保护;所述的开关管驱动电路7实现数字信号处理器1输出控制信号到场效应管驱动信号的转变,该电路采用三个具有自举功能的专用驱动芯片IR2110实现数字信号处理器1输出的5V控制信号转换为场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组,由数字信号处理器1的第26、24、22引脚分别向开关管驱动电路7中的三个专用驱动芯片U1、U2、U3的第12引脚输入L1N1、L1N2、L1N3信号,由数字信号处理器1的第25、23、21引脚分别向U1、U2、U3的第10引脚输入H1N1、H1N2、H1N3信号,由***供电电路3的+5V端分别向U1、U2、U3的第9引脚输入5V直流电,由开关管过流保护电路8的A单元运放分别向U1、U2、U3的第11引脚输入CURPROTECT信号,由U1、U2、U3第1、7引脚的G2、G1、G4、G3、G6、G5端分别与开关电路5的G2、G1、G4、G3、G6、G5端连接,由U1、U2、U3第2、5引脚的S2、S1、S4、S3、S6、S5端分别与开关电路5的S2、S1、S4、S3、S6、S5端连接, 由开关管驱动电路7分别向开关电路5输入场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组;所述的开关管过流保护电路8为过流检测电路,采用分流器对流经控制器的电流进行检测,分流器选用100A78mv的康铜分流器获得电流信号,该信号以电压的形式出现,该信号分别输入到运放LM358N的A单元和B单元,A单元工作在比较器模式,当该信号小于设定值时,运放A输出低电平,大于设定值时,运放A输出高电平,输出的信号被开关管驱动电路7和数字信号处理器1接收后,可以关闭驱动输出,保护主电路,B单元工作在放大器模式,输入的信号经过同向放大后送入数字信号处理器1进行AD转换被数字信号处理器1识别,用于电流的控制,由A单元的第1引脚向数字信号处理器1的第14引脚输入保护信号,由B单元的第7引脚向数字信号处理器1的第3引脚输入检测信号;所述的电机转子位置检测电路9,采用霍尔元件对无刷直流电机10的转子位置进行检测,获得转子正确的位置,由霍尔元件将转子三相位置信号向数字信号处理器1的第15、12、11引脚输入并被数字信号处理器1识别,为数字信号处理器1给定开关管组驱动信号提供依据,霍尔元件安放在无刷直流电机10的尾端;所述的无刷直流电机10为永磁无刷直流电机;所述的速度设定电路11是对速度的设定值进行检测,采用电阻分压的方式实现速度设定,当外接电阻发生变化时,接到AD转换器的电压就会发生变化,电压高时控制开关电路5使流过电机的电流大,电机转速高,电压低时控制开关电路5使流过电机的电流小,电机转速低,该电路由SPEED输出端与数字信号处理器1的第2引脚连接;所述的刹车电路12为刹车检测电路,该电路通过接口外接一个机械开关,当机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器1检测到,电机被驱动,当刹车时候,机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器1检测到,控制程序停止电机的驱动,该电路由BREAK输出端与数字信号处理器1的第5引脚连接;所述的倒车电路13为电机方向控制电路,该电路通过接口外接一个机械开关,机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器1检测到,驱动电机正向运转,当机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器1检测到,控制程序驱动电机反向运转, 该电路由DIRECTION输出端与数字信号处理器1的第6引脚连接;所述的驱动控制器壳体上作有蓄电池组2电源线接入口、电机转子位置检测电路9的输出口、仪表盘通信电路4的输出口、速度设定电路11输出口、刹车电路12及倒车电路13的输出口、霍尔元件装在无刷直流电机10的尾端,其余的电气元器件都安装在驱动控制器壳体上。
本实用新型的有益效果是:
①本实用新型与采用专用芯片控制的驱动控制器比较,其电路的可更改性好,能随意更改使用场合、而不需更改***电路设计,也纠正了专用芯片模拟电路受温度变化影响控制精度和可靠性的缺陷,提高控制器的控制精度和可靠性。
②本实用新型采用高速的专门用于电机控制的数字信号处理器对无刷直流电机进行控制,具有完备的过温保护和过流保护电路,与采用单片机控制的驱动控制器比较,其工作速度高,能够满足电动车高速、高可靠性要求、提高了控制器的工作可靠性。软件上采用模糊控制,使控制更稳定。
③本实用新型的电动车无刷直流电机驱动控制器功耗小、体积小、成本低廉,使用可靠。
本实用新型可广泛推广运用作所有电动车无刷直流电机驱动控制器。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构框图。
图2是本实用新型的数字信号处理器1的最小***电路图。
图3是本实用新型的***供电电路3的电路原理图。
图4是本实用新型的仪表盘通信电路4的电路原理图。
图5是本实用新型的开关电路5的电路原理图。
图6是本实用新型的开关管温度检测电路6的电路原理图。
图7是本实用新型的开关管驱动电路7的电路原理图。
图8是本实用新型的开关管过流保护电路8的电路原理图。
图9是本实用新型的电机转子位置检测电路9的电路原理图。
图10是本实用新型的速度设定电路11的电路原理图。
图11是本实用新型的刹车电路12的电路原理图。
图12是本实用新型的倒车电路13的电路原理图。
具体实施方式
利用附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示,本实用新型的电动车无刷直流电机驱动控制器包括数字信号处理器1、蓄电池组2、***供电电路3、仪表盘通信电路4、开关电路5、开关管温度检测电路6、开关管驱动电路7、开关管过流保护电路8、电机转子位置检测电路9、无刷直流电机10、速度设定电路11、刹车电路12、倒车电路13、驱动控制器壳体,所述的蓄电池组2为48V蓄电池组,蓄电池组2电源经过开关电路5给无刷直流电机10提供驱动电源,同时蓄电池组2电源也通过***供电电路3为驱动控制器提供电源,蓄电池组2选用48V120Ah的铅酸蓄电池,蓄电池组的容量根据续航里程的大小决定。
如图2所示是本实用新型的数字信号处理器1的最小***电路图,所述的数字信号处理器1为控制核心,该数字信号处理器1为工业用数字信号处理器,能够完成定时、模数转换的功能,具有硬件生成电机驱动PWM波形的功能,该数字信号处理器1选用工业用数字信号处理器DSPIC30F2010对无刷直流电机进行控制,DSPIC30F2010专门用于电机的驱动,特别适合无刷直流电机的驱动。
如图3所示,所述的***供电电路3把48V直流电先经过二极管D4,再由开关型稳压芯片LM2576HV降压获得15V直流电和5V直流电,为功率管的驱动和控制芯片提供供电,***供电电路3由+15V输出端与开关管驱动电路7的U1、U2、U3第3引脚连接,向开关管驱动电路7输入15V直流电,由+5V输出端向数字信号处理器1的第20引脚输入+5V直流电,其中二极管D4在蓄电池电极接反的情况下可以起到保护***的作用,选用开关型稳压芯片功耗小,稳定性高。
如图4所示,所述的仪表盘通信电路4完成驱动控制器与仪表盘信息通信的功能,该电路采用RS485专用芯片MAX485来实现,由数字信号处理器1第16、17、18引脚与MAX485通信芯片的1、2、3、4脚连接,向其输入蓄电池与控制器的详细信息,由MAX485通信芯片将电池与控制器的详细信息发送到仪表盘上,电路4在工作时,驱动控制器与仪表盘之间信息传送采用带屏蔽的双绞线完成,能够提高通信的抗干扰能力。
如图5所示,所述的开关电路5由开关管组构成,实现驱动电流相序的变换,满足无刷直流电机10的驱动要求,该开关管采用耐压100V,额定电流100A的场效应管并联组成,开关管组并联的时候,在每个功率管的驱动级串接5欧姆的电阻,其中+48V直流电源由蓄电池组2提供,U、V、W三端分别与无刷直流电机10的三根输入电缆连接,六个开关管组的驱动由开关管驱动电路7提供,六个开关管组分别由G1、G2、G3、G4、G5、G6和S1、S2、S3、S4、S5、S6端与开关管驱动电路7中相应的端连接,由开关电路5的CURRENT输出端分别向开关管过流保护电路8中的LM358N的A单元第2引脚及B单元第5引脚输入。
如图6所示,所述的开关管温度检测电路6是用于检测开关管组的温度,对开关管组进行保护,温度检测电路6选用10K欧负温度系数温敏电阻对开关管的温度进行温度检测,当温度变化时,由于电阻变化分电压也会发生变化,这个电压由HEAD2的第2引脚输出端SENSOR1向数字信号处理器1的第4引脚输入,通过AD转换被数字信号处理器1识别,然后进行保护。
如图7所示,所述的开关管驱动电路7实现数字信号处理器1输出控制信号到场效应管驱动信号的转变,该电路采用三个具有自举功能的专用驱动芯片IR2110实现数字信号处理器1输出的5V控制信号转换为场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组,由数字信号处理器1的第26、24、22引脚分别向开关管驱动电路7中的三个专用驱动芯片U1、U2、U3的第12引脚输入L1N1、L1N2、L1N3信号,由数字信号处理器1的第25、23、21引脚分别向U1、U2、U3的第10引脚输入H1N1、H1N2、H1N3信号,由***供电电路3的+5V端分别向U1、U2、U3的第9引脚输入5V直流电,由由开关管过流保护电路8的A单元运放分别向U1、U2、U3的第11引脚输入CURPROTECT信号,由U1、U2、U3第1、7引脚的G2、G1、G4、G3、G6、G5端分别与开关电路5的G2、G1、G4、G3、G6、G5端连接,由U1、U2、U3第2、5引脚的S2、S1、S4、S3、S6、S5端分别与开关电路5的S2、S1、S4、S3、S6、S5端连接, 由开关管驱动电路7分别向开关电路5输入场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组。
如图8所示,所述的开关管过流保护电路8为过流检测电路,采用分流器对流经控制器的电流进行检测,分流器选用100A78mv的康铜分流器获得电流信号,该信号以电压的形式出现,该信号分别输入到运放LM358N的A单元和B单元,A单元工作在比较器模式,当该信号小于设定值时,运放A输出低电平,大于设定值时,运放A输出高电平,输出的信号被开关管驱动电路7和数字信号处理器1接收后,可以关闭驱动输出,保护主电路,B单元工作在放大器模式,输入的信号经过同向放大后送入数字信号处理器1进行AD转换被数字信号处理器1识别,用于电流的控制,由A单元的第1引脚向数字信号处理器1的第14引脚输入保护信号,由B单元的第7引脚向数字信号处理器1的第3引脚输入检测信号。
如图9所示,所述的电机转子位置检测电路9,采用霍尔元件对无刷直流电机10的转子位置进行检测,获得转子正确的位置,由霍尔元件将转子三相位置信号向数字信号处理器1的第15、12、11引脚输入并被数字信号处理器1识别,为数字信号处理器1给定开关管组驱动信号提供依据,霍尔元件安放在无刷直流电机10的尾端。所述的无刷直流电机10为永磁无刷直流电机。
如图10所示,所述的速度设定电路11是采用电阻分压的方式实现速度设定,当外接电阻发生变化时,接到AD转换器的电压就发生变化,电压高时控制开关电路5使流过电机的电流大,电机转速高,电压低时控制开关电路5使流过电机的电流小,电机转速低,该电路由SPEED输出端与数字信号处理器1的第2引脚连接。
如图11所示,所述的刹车电路12为刹车检测电路,该电路通过接口外接一个机械开关,当机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器1检测到,电机被驱动,当刹车时候,机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器1检测到,控制程序停止电机的驱动,该电路由BREAK输出端与数字信号处理器1的第5引脚连接。
如图12所示所述的倒车电路13为电机方向控制电路,该电路通过接口外接一个机械开关,机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器1检测到,驱动电机正向运转,当机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器1检测到,控制程序驱动电机反向运转, 该电路由DIRECTION输出端与数字信号处理器1的第6引脚连接。
所述的驱动控制器壳体上作有蓄电池组2电源线接入口、电机转子位置检测电路9的输出口、仪表盘通信电路4的输出口、速度设定电路11输出口、刹车电路12及倒车电路13的输出口、霍尔元件装在无刷直流电机10的尾端,其余的电气元器件都安装在驱动控制器壳体上。
本实用新型可广泛推广运用作所有电动车无刷直流电机驱动控制器。
Claims (1)
1.电动车无刷直流电机驱动控制器,其特征在于:该电动车无刷直流电机驱动控制器包括数字信号处理器(1)、蓄电池组(2)、***供电电路(3)、仪表盘通信电路(4)、开关电路(5)、开关管温度检测电路(6)、开关管驱动电路(7)、开关管过流保护电路(8)、电机转子位置检测电路(9)、无刷直流电机 (10)、速度设定电路(11)、刹车电路(12)、倒车电路(13)、驱动控制器壳体,所述的数字信号处理器(1)为控制核心,该数字信号处理器(1)为工业用数字信号处理器,能够完成定时、模数转换的功能,具有硬件生成电机驱动PWM波形的功能,该数字信号处理器(1)选用工业用数字信号处理器DSPIC30F2010对无刷直流电机进行控制;所述的蓄电池组(2)为48V蓄电池组,蓄电池组(2)电源经过开关电路(5)给无刷直流电机(10)提供驱动电源,同时蓄电池组(2)电源也通过***供电电路(3)为驱动控制器控制电路提供电源;所述的***供电电路(3)把48V直流电先经过二极管D4,再由开关型稳压芯片LM2576HV降压为15V直流电和5V直流电,为功率管的驱动和控制芯片提供供电,***供电电路(3)由+15V输出端与开关管驱动电路(7)的U1、U2、U3第3引脚连接,向开关管驱动电路(7)输入+15V直流电,由+5V输出端向数字信号处理器(1)的第20引脚输入+5V直流电,其中二极管D4在蓄电池电极接反的情况下可以起到保护***的作用;所述的仪表盘通信电路4完成驱动控制器与仪表盘信息通信的功能,该电路采用RS485专用芯片MAX485来实现,由数字信号处理器(1)第16、17、18引脚与MAX485通信芯片的1、2、3、4脚连接,向其输入蓄电池与控制器的详细信息,由MAX485通信芯片将电池与控制器的详细信息发送到仪表盘上;所述的开关电路(5)由开关管组构成,实现驱动电流相序的变换,满足无刷直流电机(10)的驱动要求,该开关管采用耐压100V,额定电流100A的场效应管并联组成,开关管组并联时,在每个功率管的驱动级串接5欧姆的电阻,其中+48V直流电源由蓄电池组(2)提供,U、V、W三端分别与无刷直流电机(10)的三根输入电缆连接,六个开关管组的驱动由开关管驱动电路(7)提供,六个开关管组分别由G1、G2、G3、G4、G5、G6和S1、S2、S3、S4、S5、S6端与开关管驱动电路(7)中相应的端连接,由开关电路(5)的CURRENT输出端分别向开关管过流保护电路(8)中的LM358N的A单元第2引脚及B单元第5引脚输入;所述的开关管温度检测电路(6)是用于检测开关管组的温度,对开关管组进行保护,温度检测电路(6)选用10K欧负温度系数温敏电阻对开关管的温度进行温度检测,当温度变化时,由于电阻变化分电压也会发生变化,这个电压由HEAD2的第2引脚输出端SENSOR1向数字信号处理器(1)的第4引脚输入,通过AD转换被数字信号处理器(1)识别进行保护;所述的开关管驱动电路(7)实现数字信号处理器(1)输出控制信号到场效应管驱动信号的转变,该电路采用三个具有自举功能的专用驱动芯片IR2110实现数字信号处理器(1)输出的5V控制信号转换为场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组,由数字信号处理器(1)的第26、24、22引脚分别向开关管驱动电路(7)中的三个专用驱动芯片U1、U2、U3的第12引脚输入L1N1、L1N2、L1N3信号,由数字信号处理器(1)的第25、23、21引脚分别向U1、U2、U3的第10引脚输入H1N1、H1N2、H1N3信号,由***供电电路3的+5V端分别向U1、U2、U3的第9引脚输入+5V直流电,由开关管过流保护电路8的A单元运放分别向U1、U2、U3的第11引脚输入CURPROTECT信号,由U1、U2、U3第1、7引脚的G2、G1、G4、G3、G6、G5端分别与开关电路(5)的G2、G1、G4、G3、G6、G5端连接,由U1、U2、U3第2、5引脚的S2、S1、S4、S3、S6、S5端分别与开关电路(5)的S2、S1、S4、S3、S6、S5端连接, 由开关管驱动电路(7)分别向开关电路(5)输入场效应管需要的15V驱动信号,驱动开关管组;所述的开关管过流保护电路(8)为过流检测电路,采用分流器对流经开关管的电流进行检测,分流器选用100A78mv的康铜分流器获得电流信号,该信号以电压的形式出现,分别输入到运放LM358N的A单元和B单元,A单元工作在比较器模式,当该信号小于设定值时,运放A输出低电平,大于设定值时,运放A输出高电平,输出的信号被开关管驱动电路(7)和数字信号处理器(1)接收后,可以关闭驱动输出,保护主电路,B单元工作在放大器模式,输入的信号经过同向放大后送入数字信号处理器(1)进行AD转换被数字信号处理器(1)识别,用于电流的控制,由A单元的第1引脚向数字信号处理器(1)的第14引脚输入保护信号,由B单元的第7引脚向数字信号处理器(1)的第3引脚输入检测信号;所述的电机转子位置检测电路(9),采用霍尔元件对无刷直流电机(10)的转子位置进行检测,获得转子正确的位置,由霍尔元件将转子三相位置信号向数字信号处理器(1)的第15、12、11引脚输入并被数字信号处理器(1)识别,为数字信号处理器(1)给定开关管组驱动信号提供依据,霍尔元件安放在无刷直流电机(10)的尾端;所述的无刷直流电机(10)为永磁无刷直流电机;所述的速度设定电路(11)是对速度的设定值进行检测,采用电阻分压的方式实现速度设定,当外接电阻发生变化时,接到AD转换器的电压就会发生变化,电压高时控制开关电路(5)使流过电机的电流大,电机转速高,电压低时控制开关电路(5)使流过电机的电流小,电机转速低,该电路由SPEED输出端与数字信号处理器(1)的第2引脚连接;所述的刹车电路(12)为刹车检测电路,该电路通过接口外接一个机械开关,当机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器(1)检测到,电机被驱动,当刹车时候,机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器(1)检测到,控制程序停止电机的驱动,该电路由BREAK输出端与数字信号处理器(1)的第5引脚连接;所述的倒车电路(13)为电机方向控制电路,该电路通过接口外接一个机械开关,机械开关接通,电路输出的低电平被数字信号处理器(1)检测到,驱动电机正向运转,当机械开关断开,电路输出的高电平被数字信号处理器(1)检测到,控制程序驱动电机反向运转, 该电路由DIRECTION输出端与数字信号处理器(1)的第6引脚连接;所述的驱动控制器壳体上作有蓄电池组(2)电源线接入口、电机转子位置检测电路(9)的输出口、仪表盘通信电路(4)的输出口、速度设定电路(11)输出口、刹车电路(12)及倒车电路(13)的输出口、霍尔元件装在无刷直流电机(10)的尾端,其余的电气元器件都安装在驱动控制器壳体上。
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