一种微型伺服控制器

技术领域

本发明涉及伺服控制器技术领域，具体为一种微型伺服控制器。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，伺服驱动器已经广泛应用于各行业。在伺服驱动系统中，伺服驱动器(servodrives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统中较为关键的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。常见的伺服驱动器包含一个散热器，一块控制电路板和一块驱动电路板，以及各种端子和产品外壳。伺服驱动器的输出功率有大有小,大的能达到千瓦级别，小的能做到几瓦的级别。

现有方案大都是传统的交流伺服控制器，安装在电控柜内，通过外部线缆连接伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号，通过外部线缆连接伺服控制器和电源之间的电源信号，通过外部线缆连接伺服控制器和主控上位主机的通信信号。

现有技术存在以下缺陷与不足：

由于伺服控制器尺寸过大，伺服控制器无法靠近电机安装，导致伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号线缆长度大、易破损、故障高、连接不方便，且电机驱动信号通过很长的线缆传输，成本高，伺服系统的性能降低，EMC增大，系统性能、安全性、可靠性、易用性受影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种微型伺服控制器，可以靠近电机安装到运动结构上，伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号线缆长度大幅减小，降低了成本，提高了伺服系统性能，增大了安全性、可靠性、易用性。

为实现上述的一种微型伺服控制器降低成本，提高伺服系统性能，增大安全性、可靠性、易用性的目的，本发明提供如下技术方案：一种微型伺服控制器，包括接口板、控制板、功率板和散热结构，所述伺服控制器外部设置有AI信号，I0信号，上位主控，编码器，电机，电源。

优选的，所述伺服控制器实现上位主控输入、编码器输入、模拟量信号和数字量信号的输入、实现伺服电机的控制和驱动；所述AI信号实现模拟量信号的输入和输出；所述IO信号实现数字量信号的输入和输出；所述上位主控实现运动的命令给定；所述编码器实现电机位置信号的回馈；所述电机实现电能量和机械能的转换；所述电源实现电能量的输入。

优选的，所述伺服控制器和伺服电机之间通过外部线缆连接；所述伺服控制器和编码器之间通过外部线缆连接；所述伺服控制器和上位主控通过外部线缆或者无线连接；所述伺服控制器和电源通过外部线缆连接；所述伺服控制器和IO信号通过外部线缆连接；所述伺服控制器和AI信号通过外部线缆连接。

优选的，所述接口板包括电源和电机接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，所述电机和电源接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

所述接口板包括功率接头，实现板与板之间电源和电机驱动的连接，所述功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

优选的，所述控制板包括电源模块，实现电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，所述电源实现形式包括不限于buck、boost、反激等电力电子拓扑；

所述控制板包括控制模块，进行信号的处理，实现电机控制运算，输出电机的控制命令，并提供系统的软件保护，所述处理的信号包括不限于模拟传感信号、数字信号、模拟量信号、通信信号等形式，所述输出命令包括不限于脉冲信号、通信信号、模拟量信号等形式，所述软件保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护；

所述控制板包括功率接头，实现板与板之间电源和电机驱动的连接，所述功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

优选的，所述功率板包括电机驱动模块,根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，所述驱动模块实现形式包括不限于非隔离电路、隔离电路；

所述功率板包括功率模块，通过电源输入，根据驱动模块的驱动信号，实现能量的转换，所述功率模块实现的形式包括不限于MOSFET、IGBT、Sic、GaN、IPM等；

所述功率板包括模拟传感模块，检测模拟信号，输出给控制模块，检测的信号包括不限于相电流、母线电流、温度、电压等，所述检测的方式包括不限于霍尔传感、电阻传感等；

所述功率板包括硬件保护模块，根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作，保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护等；

所述功率板包括功率接头，实现板与板之间电源和电机驱动的连接，所述功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

优选的，所述散热结构，实现功率模块的散热，所述散热结构实现形式包括不限于铝片散热、铜皮散热、银粉烧结散热、水冷散热等。

优选的，所述接口板和控制板进行物理连接实现信号传递和结构固定，所述物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等；

所述控制板和功率板进行物理连接实现信号传递和结构固定，物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等；

所述功率板和散热结构进行物理连接实现热量传递和结构固定，所述物理连接形式包括不限于功率板上功率模块通过散热材料连接散热结构；所述功率板通过散热过孔连接散热材料，再连接到散热结构；所述功率板通过浸入导热材料连接到散热结构等；

所述接口板、控制板、功率板的功率接头进行物理连接实现能量传输，所述物理连接包括不限于三个板子之间连接，任意两个板子之间连接，连接的形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排、铜柱、银针等。

与现有技术相比，本发明提供了一种微型伺服控制器，具备以下有益效果：

本一种微型伺服控制器，使用者不需要再把伺服驱动器安装到电控柜内，不再需要通过很长的外部线缆实现伺服控制器和伺服电机的连接，可以靠近电机安装到运动结构上，伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号线缆长度大幅减小，降低了成本，提高了伺服系统性能，增大了安全性、可靠性、易用性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种微型伺服控制器，包括接口板、控制板、功率板和散热结构，伺服控制器外部设置有AI信号，I0信号，上位主控，编码器，电机，电源。

综上，伺服控制器实现上位主控输入、编码器输入、模拟量信号和数字量信号的输入、实现伺服电机的控制和驱动；AI信号实现模拟量信号的输入和输出；IO信号实现数字量信号的输入和输出；上位主控实现运动的命令给定；编码器实现电机位置信号的回馈；电机实现电能量和机械能的转换；电源实现电能量的输入。

伺服控制器和伺服电机之间通过外部线缆连接；伺服控制器和编码器之间通过外部线缆连接；伺服控制器和上位主控通过外部线缆或者无线连接；伺服控制器和电源通过外部线缆连接；伺服控制器和IO信号通过外部线缆连接；伺服控制器和AI信号通过外部线缆连接。

通过将伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号线缆长度大幅减小，降低了成本，提高了伺服系统性能；

接口板包括上位接头和上位驱动模块，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括不限于EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量等；

接口板包括编码器接头和编码器驱动模块，实现编码器的连接和驱动，编码器包括不限于增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器等；接口板包括IO接头和IO驱动模块，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括不限于+5V到+24V TTL、Open D等；接口板包括AI接头和AI驱动模块，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号形式包括不限于+1V到+12V模拟量信号等；接口板包括功率接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等，

通过设置接口板实现编码器的连接和驱动，实现数字量信号的连接和驱动，实现模拟量信号的连接和驱动，实现电源的输入和电机驱动的输出；

控制板包括电源模块，实现电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，电源实现形式包括不限于buck、boost、反激等电力电子拓扑；控制板包括控制模块，进行信号的处理，实现电机控制运算，输出电机的控制命令，并提供系统的软件保护，处理的信号包括不限于模拟传感信号、数字信号、模拟量信号、通信信号等形式，输出命令包括不限于脉冲信号、通信信号、模拟量信号等形式，软件保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护等；功率板包括功率接头，实现板与板之间电源和电机驱动的连接，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等，

通过设置控制板实现电源的转换，实现电机控制运算，实现电源的输入和电机驱动的输出；

功率板包括电机驱动模块,根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，驱动模块实现形式包括不限于非隔离电路、隔离电路等；功率板包括功率模块，通过电源输入，根据驱动模块的驱动信号，实现能量的转换，功率模块实现的形式包括不限于MOSFET、IGBT、Sic、GaN、IPM等；功率板包括模拟传感模块，检测模拟信号，输出给控制模块，检测的信号包括不限于相电流、母线电流、温度、电压等，检测的方式包括不限于霍尔传感、电阻传感等；功率板包括硬件保护模块，根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作，保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护等；功率板包括功率接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等，

通过设置功率板驱动功率模块实现能量转化，进行硬件保护动作，实现电源的输入和电机驱动的输出；

散热结构，实现功率模块的散热，散热结构实现形式包括不限于铝片散热、铜皮散热、银粉烧结散热、水冷散热等，

通过设置散热结构，实现功率模块的散热，提高伺服系统性能，增大安全性；

接口板和控制板进行物理连接实现信号传递和结构固定，物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等；控制板和功率板进行物理连接实现信号传递和结构固定，物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等；功率板和散热结构进行物理连接实现热量传递和结构固定，物理连接形式包括不限于功率板上功率模块通过散热材料连接散热结构；功率板通过散热过孔连接散热材料，再连接到散热结构；功率板通过浸入导热材料连接到散热结构等；接口板、控制板、功率板的功率接头进行物理连接实现能量传输，物理连接包括不限于三个板子之间连接，任意两个板子之间连接，连接的形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排、铜柱、银针等，

通过接口板、控制板、功率板的功率接头通过物理连接实现信号传递和结构固定以及能量传输。

本发明的工作使用流程以及安装方法为，本一种微型伺服控制器在使用时，使用者不需要再把伺服驱动器安装到电控柜内，不再需要通过很长的外部线缆实现伺服控制器和伺服电机的连接，可以靠近电机安装到运动结构上，伺服控制器和伺服电机之间的驱动信号和编码器信号线缆长度大幅减小，降低了成本，提高了伺服系统性能，增大了安全性、可靠性、易用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。