CN114364219B - 伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服驱动器，属于驱动设备技术制造领域；本发明包括：箱体、散热水箱；箱体具有两个相互对应的第一侧板和第二侧板；散热水箱可滑动的安装于所述箱体内，散热水箱上设置有可膨胀的胶囊；散热水箱与第二侧板之间设置有用于收紧的弹簧，且散热水箱通过所述胶囊与所述第二侧板相抵靠；散热水箱设置有多个导热管；第一侧板上设置有多个金属散热器；胶囊膨胀，以使散热水箱朝第一侧板方向滑动，并通过导热管插入金属散热器内。本发明通过设置可以滑动的散热水箱，能够在循环水注入时膨胀胶囊，从而使散热水箱上的导热管与金属散热器相接触，从而保证了伺服驱动器的正常运转；而循环水暂停时，散热水箱自动在弹簧作用下回缩，解除了导热管与金属散热器的连接，从而便于检修和维护。

Description

伺服驱动器

技术领域

本发明涉及伺服驱动器制造技术，尤其涉及一种伺服驱动器，属于电控调频设备制造技术领域。

背景技术

交流伺服系统是一种控制电机转动的闭环控制系统，具有高动态性能，高位置精度，良好的低速转矩性能等特点。其中的伺服驱动器是交流伺服系统的一种重要功能部件，伺服驱动器又称伺服控制器或伺服放大器，用于接收伺服上位控制系统发出的指令，精准地控制电机转动。

伺服驱动器属于机电产品，在其工作过程中不断进行能量转换，能量不断转换的过程中会有损耗，且其中大部分损耗均转换为热量散出。热量的积累会影响发热元件的运行性能，且会因为温度过高导致元件寿命剧减。

伺服驱动器可视为一种特殊的变频器，基本的，变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、控制单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

现有技术中的伺服驱动器一般采用风冷散热，但是风冷散热容易积聚灰尘，从而造成设备工作不稳定；现有技术中还有采用水冷系统的伺服驱动器，水冷伺服器不与外界接触，采用纯密封结构；但是水冷系统结构复杂，不仅成本高昂，且在水冷系统停转时必须停机后进行拆卸，而散热管道与伺服驱动器内的部件紧密相连，这都给伺服驱动器的维护造成了很大的不便。

因此，现有技术中亟待一种结构设计合理，散热性能和维护性能良好的伺服驱动器，以满足各种使用环境的需要。

发明内容

本发明提供一种新的伺服驱动器，通过设置在工作过程中自动连接的散热水箱，从而能够保证工作时正常散热且停机时拆卸简单，以解决现有技术中维护性和散热性不能兼顾的技术问题。

本发明实施例的伺服驱动器，包括：箱体、散热水箱；所述箱体具有两个相互对应的第一侧板和第二侧板；

所述散热水箱可滑动的安装于所述箱体内，所述散热水箱上设置有可膨胀的胶囊；所述散热水箱与所述第二侧板之间设置有用于收紧的弹簧，且所述散热水箱通过所述胶囊与所述第二侧板相抵靠；

所述散热水箱朝向所述第一侧板的一侧设置有多个导热管；

所述第一侧板上设置有多个金属散热器；所述胶囊膨胀，以使所述散热水箱朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导热管插入所述金属散热器内。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述箱体内安装有两条可相对于所述箱体滑动且相互平行的导柱；所述导柱的一端与所述散热水箱相连，另一端设置有相变冷却装置；

所述第一侧板为均热板，所述金属散热器安装在该均热板上；所述相变冷却装置与所述均热板相贴合；

所述胶囊膨胀，以使所述散热水箱朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导柱带动所述相变冷却装置远离所述均热板。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述散热水箱上设置有调节螺栓，所述第二侧板上具有滑动孔；该调节螺栓可自由滑动的套设在该滑动孔内；所述弹簧套设在该调节螺栓上，且所述弹簧的两端分别与所述散热水箱和所述第二侧板相连。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述箱体内还设置有主控板，所述金属散热器均通过该主控板安装在所述均热板上，且所述金属散热器的底部与所述均热板相接触。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述相变冷却装置包括：金属壳体；该金属壳体内填充有纳米铜线和石蜡的混合物；所述相变冷却装置和所述均热板的接触面为锯齿形截面。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述散热风扇包括：设置于箱体顶部的抽风机，以及设置于所述箱体底部的进风风扇；

所述抽风机和所述进风风扇分别与所述散热水箱的上下两端相对应。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述散热水箱朝向所述第二侧板的一侧设置有进水管和出水管；所述进水管和所述出水管之间设置有循环水箱。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述胶囊为多个，均为半椭圆结构的硅胶胶囊；多个所述胶囊均匀排布在所述散热水箱上，且多个所述胶囊均位于两个所述导柱之间。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述金属散热器包括：风冷散热器和金属块；所述风冷散热器上设置有散热片，该散热片位于所述抽风机和所述进风风扇之间；

所述金属块上设置有对接孔，所述金属块通过该对接孔与所述导热管相连。

如上所述的伺服驱动器，其中，所述散热水箱上设置有多个散热翅片；所述导热管具有自由端和固定端；所述导热管通过所述固定端套设在所述散热翅片内；所述自由端用于和对接孔相连，并在所述对接孔内滑动。

本发明实施例中，通过设置可以滑动的散热水箱，能够在循环水注入时膨胀胶囊，从而使散热水箱上的导热管与金属散热器相接触，从而保证了伺服驱动器的正常运转；而循环水暂停时，散热水箱自动在弹簧作用下回缩，解除了导热管与金属散热器的连接，从而便于检修和维护。

附图说明

图1为本发明实施例的伺服驱动器的工作状态侧剖结构图；

图2为本发明实施例的伺服驱动器的停机状态侧剖结构图。

具体实施方式

本发明所述的伺服驱动器可以采用以下材料和部件制成，且不限于如下材料和部件，例如：水箱、水管、导热铜管、散热器、风扇、金属泡沫、金属壳体、石蜡等。

如图1为本发明实施例的伺服驱动器的工作状态侧剖结构图；图2为本发明实施例的伺服驱动器的停机状态侧剖结构图。

本发明实施例的伺服驱动器包括：箱体1、散热水箱2；所述箱体1具有两个相互对应的第一侧板和第二侧板；第二侧板一般为可拆卸面板，用于在检修的过程中打开，并检查箱体内的零部件。

所述散热水箱2可滑动的安装于所述箱体1内，所述散热水箱2上设置有可膨胀的胶囊20；所述散热水箱2与所述第二侧板之间设置有用于收紧的弹簧70，且所述散热水箱2通过所述胶囊20与所述第二侧板相抵靠。

需要说明的是，本实施例中，散热水箱2朝向所述第二侧板的一侧设置有进水管21和出水管22；所述进水管21和所述出水管22之间设置有循环水箱，循环水箱上一般还设置有用于给进水管21供水的循环泵。循环泵工作时，高压水流痛进水管21流入散热水箱2，然后经过热交换后，从而出水管22处流出；由于循环泵驱动水流需要进行增压，则循环水工作状态下，胶囊就会膨胀，从而使散热水箱2原理第二侧板以在箱体1内进行滑动。

所述散热水箱2朝向所述第一侧板的一侧设置有多个导热管4；导热管是冷却棒适合细长型芯和普通冷却水无法到达的区域等狭窄位置,它有很好的热传递性能,从一端的热量可以迅速传递到另一端,在合适位置上接通冷却水,就实现了一个最佳的热转换过程。

所述第一侧板上设置有多个金属散热器；所述胶囊20膨胀，以使所述散热水箱2朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导热管4插入所述金属散热器内。

本发明实施例中，通过设置可以滑动的散热水箱2，能够在循环水注入时(水冷系统工作时)膨胀胶囊，从而使散热水箱2上的导热管4与金属散热器相接触，从而保证了伺服驱动器的正常运转；而循环水暂停时(水冷系统停止工作时)，散热水箱2自动在弹簧70作用下回缩，解除了导热管4与金属散热器的连接，从而能够很方便的从第二侧板方向拆卸整个水冷散热系统，这样的设计便于检修和维护。

通常情况下，如图2所示，本实施例的散热水箱2上设置有调节螺栓7；所述弹簧70套设在该调节螺栓7上，且所述弹簧70的两端分别与所述散热水箱2和所述第二侧板相连。

具体的，第二侧板上设置有滑动孔17，调节螺栓7可以在滑动孔17内自由滑动；调节螺栓7通过自身的丝杆安装在该散热水箱2上，弹簧70的两端拉紧散热水箱2和第二侧板；很显然的，调节螺栓7的一端具有螺帽71，可以拧动螺帽71来调节整个散热水箱2远离第二侧板的最大距离。

螺帽71起到限位作用，能够保证胶囊膨胀时，整个散热水箱2不会远离或脱离第二侧板。

本实施例的伺服驱动器，所述箱体1内安装有两条可相对于所述箱体1滑动且相互平行的导柱23；所述导柱23的一端与所述散热水箱2相连，另一端设置有相变冷却装置5；固－液相变储热(蓄冷)装置是利用相变材料(phase change material－PCM)从固相熔化为液相过程中，可以从环境吸收热量；而当其从液相凝结为固相过程中，又可以向环境释放出热量的特性，达到热量的储存和释放目的。

优选的，所述胶囊20为多个，均为半椭圆结构的硅胶胶囊；多个所述胶囊20均匀排布在所述散热水箱2上，且多个所述胶囊20均位于两个所述导柱之间。从而保证导柱23能够顺畅的滑动，不会卡死。

所述第一侧板为均热板10，所述金属散热器安装在该均热板10上；所述相变冷却装置5与所述均热板10相贴合；从而能够通过接触换热来吸收均热板10上各种电子部件所产生的热量。

所述胶囊20膨胀，以使所述散热水箱2朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导柱23带动所述相变冷却装置5远离所述均热板10。

也就是说，在进行水冷循环散热时，相变冷却装置5与均热板10不接触，主要通过水冷循环进行热量交换；当水冷系统停止工作或者故障时，胶囊20失去水压的膨胀作用，散热水箱2在弹簧作用下开进第二侧板，此时相变冷却装置5与均热板10相贴合，采用相变散热的模式进行工作，还能保证整个伺服驱动器工作15-25分钟，这保证了伺服系统的运行稳定性，从而为水循环系统突然断电或者其它状态下保证一定时间的正常运转。

在本实施例中，所述箱体1内还设置有主控板9，所述金属散热器均通过该主控板9安装在所述均热板10上，且所述金属散热器的底部与所述均热板10相接触。由于主控板的上很难设置过多的通孔结构，所以金属散热器的底部只能通过边缘接触的方式连接均热板10。

进一步的，所述相变冷却装置5包括：金属壳体；该金属壳体内填充有纳米铜线和石蜡的混合物；所述相变冷却装置5和所述均热板10的接触面为锯齿形截面，从而增大接触面积，保证良好的导热效果。

纳米铜线具有优良的传染性能，能够使整个相变装置中的石蜡发生吸热相变作用。本发明中的石蜡主要采用的18烷(C18H38)的熔点是28.2℃(纯度99.9％±0.08)，熔化潜热是237kJ/kg，然而，其导热系数在28℃下仅为0.150W/(m·℃)。为了提高其导热能力必须填充具有高导热系数的材料。

一般的，基于散热方面考虑，伺服驱动器内部需要进行散热设计的元件主要有制动电阻、直流母线电容、驱动板、控制板，这些部件均安装在主控板9上。

制动电阻主要用于控制机械负载比较重的、制动速度要求非常快的场合，将电机所产生的再生电能通过制动电阻消耗掉，或者是将再生电能反馈回电源。在具体实施中由于电机的启停、变速较为频繁，因此，制动电阻的发热量较大。

直流母线电容可以用于补偿逆变器所需功率与整流桥输出功率之差、提供逆变器的输入电流、减小开关频率的电流谐波进入电网、吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量、提供瞬时峰值功率、保护逆变器或变频器免受电网瞬时峰值冲击。温度过高也会降低直流母线电容的使用寿命，导致伺服驱动器的失效。

驱动板采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压，由于驱动板在伺服驱动器的整个运行过程中，始终需要保持运动，因此，驱动板的发热量较高；驱动板温度过高会带来的驱动延迟增大、电机驱动丢步等问题。

控制板，也叫CPU板，处理各种信号以及控制程序等部分，是伺服器中最关键的零部件之一。CPU的工作环境不宜太高，以免对性能造成影响。

因此，制动电阻、直流母线电容、驱动板和控制板上均设置有单独的金属散热器，通过该金属散热器与导热管相接触，以保证这些关键部件的运行和散热。这些关键部件在水循环系统停止时，还可以通过金属散热器与均热板相接触，将热量传递给均热板，从而被相变冷却装置吸热。

本实施例的伺服驱动器，所述散热风扇包括：设置于箱体1顶部的抽风机61，以及设置于所述箱体1底部的进风风扇62；进风风扇62面积大于抽风机61的散热面积。

所述抽风机61和所述进风风扇62分别与所述散热水箱2的上下两端相对应。由于本发明主要通过水冷散热，所以散热风扇只起到辅助作用，因此散热风扇上的滤网可以更加密集，除尘效果更好，箱体1内的洁净程度得到保证。

一般情况下，所述金属散热器包括：风冷散热器90和金属块91；所述风冷散热器90上设置有散热片，该散热片位于所述抽风机61和所述进风风扇之间62；驱动板和控制板一般设置为风冷散热器90，由于能够承受一定的高温，且散热面积较大，所以风冷的散热效果在这些部件上能够具有优良的性价比。

制动电阻和直流母线电容上设置金属块91进行传热；所述金属块91上设置有对接孔，所述金属块91通过该对接孔与所述导热管4相连。

进一步的，所述散热水箱20上设置有多个散热翅片40；所述导热管4具有自由端和固定端；所述导热管4通过所述固定端套设在所述散热翅片40内；所述自由端用于和对接孔相连，并在所述对接孔内滑动。

这样的设计，能发挥风冷散热的优势，可以通过一定的空气流动带走大量的热量，而且本发明的风冷模式，其抽风机61设置于箱体1顶部，即便是抽风机61不工作，热量也能够通过抽风机61向高处自然流动，温度越高时，散热翅片协助散热的效果越好，还能够通过进风风扇62吸入外界的冷空气，从而大大降低了散热风扇的功率，起到节能的效果。

另外，本发明的伺服驱动器制作成本不高，小巧精致，结构设计紧凑，能高自动化运行，安全性良好、成本相对较低、成品质量稳定，维护检修方便，适用于各种改型的伺服驱动器。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助一些变形加必需的通用技术叠加的方式来实现；当然也可以通过简化上位一些重要技术特征来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分为：整体的结构和连接方式，并配合本发明各个实施例所述的结构。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种伺服驱动器，其特征在于，包括：箱体、散热水箱；所述箱体具有两个相互对应的第一侧板和第二侧板；

所述散热水箱可滑动的安装于所述箱体内，所述散热水箱上设置有可膨胀的胶囊；所述散热水箱与所述第二侧板之间设置有用于收紧的弹簧，且所述散热水箱通过所述胶囊与所述第二侧板相抵靠；

所述散热水箱朝向所述第一侧板的一侧设置有多个导热管；

所述第一侧板上设置有多个金属散热器；所述胶囊膨胀，以使所述散热水箱朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导热管插入所述金属散热器内；

所述散热水箱朝向所述第二侧板的一侧设置有进水管和出水管；所述进水管和所述出水管之间设置有循环水箱，该循环水箱上还设置有用于给所述进水管供水的循环泵。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述箱体内安装有两条可相对于所述箱体滑动且相互平行的导柱；所述导柱的一端与所述散热水箱相连，另一端设置有相变冷却装置；

所述第一侧板为均热板，所述金属散热器安装在该均热板上；所述相变冷却装置与所述均热板相贴合；

所述胶囊膨胀，以使所述散热水箱朝所述第一侧板方向滑动，并通过所述导柱带动所述相变冷却装置远离所述均热板。

3.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述散热水箱上设置有调节螺栓，所述第二侧板上具有滑动孔；该调节螺栓可自由滑动的套设在该滑动孔内；所述弹簧套设在该调节螺栓上，且所述弹簧的两端分别与所述散热水箱和所述第二侧板相连。

4.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，所述箱体内还设置有主控板，所述金属散热器均通过该主控板安装在所述均热板上，且所述金属散热器的底部与所述均热板相接触。

5.根据权利要求4所述的伺服驱动器，其特征在于，所述相变冷却装置包括：金属壳体；该金属壳体内填充有纳米铜线和石蜡的混合物；所述相变冷却装置和所述均热板的接触面为锯齿形截面。

6.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，所述胶囊为多个，均为半椭圆结构的硅胶胶囊；多个所述胶囊均匀排布在所述散热水箱上，且多个所述胶囊均位于两个所述导柱之间。

7.根据权利要求5所述的伺服驱动器，其特征在于，所述金属散热器包括：风冷散热器和金属块；所述风冷散热器上设置有散热片；

所述金属块上设置有对接孔，所述金属块通过该对接孔与所述导热管相连。

8.根据权利要求7所述的伺服驱动器，其特征在于，所述散热水箱上设置有多个散热翅片；所述导热管具有自由端和固定端；所述导热管通过所述固定端套设在所述散热翅片内；所述自由端用于和对接孔相连，并在所述对接孔内滑动。

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