TW201806470A

TW201806470A - 控制器總成

Info

Publication number: TW201806470A
Application number: TW106103962A
Authority: TW
Inventors: 飯島英二; 藤原篤; 廣瀬毅
Original assignee: Ｓｍｃ股份有限公司
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-02-16
Also published as: JP2017157579A; JP6673546B2; DE102017103044A1; TWI701990B; US10063004B2; CN107135630B; KR102503472B1; KR20170101828A; US20170250493A1; CN107135630A

Abstract

一種控制器總成(10)，包括複數個控制器單元(20，60)，以及插在該等控制器單元(20，60)之間的散熱單元(80)。公、母連接器(24，52)設置在該等控制器單元(20，60)中，以及該等連接器(24，52)安裝至該散熱單元(80)的母、公連接器(130，134)，藉此在其間建立電氣接觸。在驅動電力致動器(110a，110b)時，通過設在該散熱單元(80)上的複數個散熱突出物(92)將在該等控制器單元(20，60)之電路板(22)中所產生的熱耗散至外部，以便冷卻該等電路板(22)的熱產生源。

Description

控制器總成

本發明係有關於一種控制器，且更具體而言，有關於一種控制器總成，其能夠使複數個控制器配置成堆疊狀態，以及適當地釋放由連接至該等控制器之負載所產生的熱。

傳統上，控制器一直用作為機器人控制裝置以供給致動器的必要電力以供延伸及旋轉機器人的手臂，以及傳輸用於進行各種操作的控制訊號。日本早期公開專利公開號2007-175856提出一種機器人控制器，其可擴大機器人之安裝及置放的自由性，且對於由機器人之操作所產生之熱的冷卻效率沒有不良影響。更具體而言，圖示一種組態，其中配置緊鄰構成用於驅動機器人之馬達驅動器之電路板的散熱鰭片。

使用於日本早期公開專利公開號2007-175856之機器人控制器的馬達驅動器係容納於相對大型主體殼體的內部，該殼體由一對右、左側板、頂板及一對前、後側板構成。此外，從該專利文獻之第1圖所示的內容可知，其結構係應用於單一主控制器。因此，由此類主控制器不可能構思出在有限空間內控制多個相同致動器的想法，再者，它難以回應最小化的需求。

此外，小型控制器的安裝位置可能不是實際進行工作的部位，在許多情形下，此一小型控制器係安裝在集中控制電氣配線的配電板中。不過，此一配電板沒有足夠的空間供安裝控制器，儘管該控制器為小型，以及即使該控制器可被裝入於其中，也難以增添或改變後續控制器。

另一方面，如果從配電板到致動器的距離很長，不僅難以配置用以供給驅動及傳輸控制訊號之電力的纜線，也在供給電力期間出現損耗的缺點。為了避免這種麻煩，已有可將控制器設置於工作部位附近而不要求將控制器安裝於配電板中的需求。

不過，在工作部位，通常存在冷卻液、灰塵及其類似者四散且經歷對流的情況。因此，出現控制器本身需要設有防塵和防滴結構的新需求。不過，在控制器供給大電流以便驅動致動器下，由於裝設於其內部的電子組件會產生大量的熱，必須單獨採用對抗措施以回應所產生的熱。

因此之故，例如，如果企圖安裝多個個別控制器於有限空間內，則必須重新考慮如安裝間隔、散熱風扇、通風開口等等之類特徵的限制，而且實際上，達成此一控制器的小型化尺寸以及節省空間有困難。

已設計出本發明，以便一次解決此類問題，而且目標為提供一種控制器總成，其中可配置多個緊鄰的個別控制器，以及，藉由將各個控制器所產生的熱適當地釋放到外部，可提高冷卻效率，以及可做出空間經濟及小型的控制器總成。

為了解決這些問題，本發明的特徵為一種控制器總成，其包括各自連接至致動器的多個控制器單元，以及插在該等控制器單元之間的散熱單元，其中該散熱單元包括經組構成可使該等控制器單元之熱產生源所產生之熱耗散到外部的多個散熱突出物。

根據此組態，由於該等散熱單元設有提供擴大散熱面積的多個散熱突出物，能夠將各個控制器單元所產生的熱有效地耗散到外部，此外，由於該等控制器單元及該等散熱單元直接互相連續地連接，故可排除控制器單元與散熱單元之間的無用空間，以及達成節省空間。

在本發明的控制器總成中，該散熱單元可包括經組構成各自可電氣連接至該等控制器單元之連接器的數個連接器。

根據此組態，由於用於與該等控制器單元之連接器電氣連接的連接器設在該等散熱單元上，因此不需要考慮外部配線的配置，而且實現以下優點：散熱單元與控制器單元的結合強壯又耐用，同時連接的外觀看起來不錯且簡單。

在本發明的控制器總成中，該散熱單元對於該等控制器單元可附接及可拆卸。

根據此組態，由於該等散熱單元各自與該等控制器單元以可拆卸方式接合，而不限制連續地連接在一起之控制器單元與散熱單元的個數，因此有利於維修操作。

在本發明的控制器總成中，該等控制器單元之各者及該散熱單元係具有長方體形狀，在該等控制器單元之各者及該散熱單元中的一表面上設有嵌合凸部(fitting projection)，同時在其另一表面上設有嵌合凹部(fitting recess)，以及藉由將該等控制器單元中之每一者的嵌合凸部嵌合於該散熱單元的嵌合凹部，以及將該散熱單元的嵌合凸部嵌合於該等控制器單元的嵌合凹部，而將該等控制器單元及該散熱單元連續地連接在一起。

根據此結構，由於該等控制器單元與該等散熱單元藉由嵌合凸部與嵌合凹部的公、母卡合而連續地連接在一起，這有利於組裝及分解，因為這兩個單元容易互相接合及脫離，此外，在發現連續地連接至該等控制器單元的特定控制器單元故障時，可輕易進行操作以便只移除及檢驗該特定控制器單元。

在本發明的控制器總成中，防塵或防滴密封構件可設置成環繞該等控制器單元之各者及該散熱單元之嵌合凸部周邊。

根據此組態，能夠避免出現於工廠或其類似者中之細微灰塵或水滴變成黏著至控制器單元之電路板以及在其中導致故障的情況。

在本發明的控制器總成中，暴露該等連接器的開口可各自設置在該等控制器單元之各者及該散熱單元之嵌合凸部及嵌合凹部的內側上。

根據此組態，由於開口設在嵌合凸部及嵌合凹部之內側上用以藉此連續地連接該等控制器單元與該等散熱單元，而且以面對該等開口的關係裝設該等連接器，所以可實現以下優點：可簡化及縮小該結構，而不提供用於該等連接器的特別安裝部位。

在本發明的控制器總成中，該等控制器單元之各者的一表面可包括散熱板，以及可將該散熱單元的另一表面安置成與該散熱板接觸。

根據此組態，由於構成控制器單元之一側面的散熱板經設置成緊鄰用作熱產生源的電路板，以及該散熱單元的另一表面經安置成與該散熱板直接接觸，可更有效地耗散所產生的熱而且熱可傳遞至該散熱單元。

在本發明的控制器總成中，散熱片可設在該散熱單元的另一表面上，以及可將該散熱片安置成與該散熱板接觸。

根據此組態，該控制器單元的側板由該散熱板構成，以及此外，設在散熱單元上的散熱片以壓抵該散熱板的方式配置。因此，可更有效地達成在該等控制器單元中產生之熱的耗散。

在本發明的控制器總成中，凹陷部份可設在該散熱單元的另一表面上，以及該散熱片可設置於該凹陷部份中。

根據此組態，由於該散熱片設置於該凹陷部份中，所以該散熱片的厚度不會妨礙該等散熱單元與該等控制器單元的連續地連接。

根據本發明，可設置多個緊鄰的控制器單元，以及在此同時，藉由用設置成與該等控制器單元接觸的該等散熱單元將各個控制器單元所產生的熱適當釋放到外部，可提高與該等控制器單元有關的冷卻效率，以及有可能得到空間經濟及小型的控制器總成。

由以下結合附圖的說明可更加明白本發明的以上及其他目標、特徵及優點，其中以例舉示範實施例方式顯示本發明的較佳具體實施例。

10‧‧‧控制器總成

20‧‧‧第一控制器單元、控制器單元

22‧‧‧電路板

24‧‧‧第一連接器、公連接器、連接器

26‧‧‧殼體

28‧‧‧散熱板

30‧‧‧橢圓形開口、開口

32‧‧‧嵌合凸部

34、124‧‧‧o環、密封構件

36‧‧‧蓋體

38a‧‧‧驅動電源端子

38b‧‧‧位置資訊輸入端子

38c‧‧‧接觸輸入端子

40a、40b‧‧‧發光元件

42a、42b‧‧‧貫通孔

44‧‧‧軌道插入凹部

46a、46b‧‧‧凸緣

48a、48b‧‧‧凹槽

50‧‧‧嵌合凹部

52‧‧‧第二連接器、母連接器、連接器

60‧‧‧第二控制器單元、控制器單元

70‧‧‧輸入單元

72a、72b、72c‧‧‧電源供應器端子

80‧‧‧散熱單元

90‧‧‧端塊

92‧‧‧散熱突出物

94‧‧‧第一散熱凹槽

96‧‧‧第二散熱凹槽

98a、98b‧‧‧貫通孔

99‧‧‧凸部

100‧‧‧軌道

110a、110b‧‧‧電力致動器

120‧‧‧矩形連接段、連接段

122‧‧‧嵌合凸部

126‧‧‧開口

128‧‧‧平板形附接段、附接段

130‧‧‧第三連接器、母連接器

132‧‧‧嵌合凹部

134‧‧‧第四連接器、公連接器

136‧‧‧凹陷部份

138a、138b‧‧‧散熱片

140‧‧‧凹部

142a、142b‧‧‧凹槽

150‧‧‧軌道插入凹部

152a、152b‧‧‧軌道附接凹槽

154a、154b‧‧‧貫通孔

160‧‧‧纜線

170a、170b‧‧‧平台

第1圖的透視圖圖示本發明控制器總成的使用狀態；第2圖的透視圖圖示控制器總成與電力致動器的連接關係；第3圖的透視圖圖示構成控制器總成之一部份的第一控制器單元；第4圖的透視圖圖示從與第3圖所示相反之方向觀看第一控制器單元之側面的狀態；第5圖的透視圖圖示使用於控制器總成的散熱單元；第6圖的透視圖圖示從與第5圖所示相反之方向觀看散熱單元之側面的狀態；以及第7圖為圖示於第5圖及第6圖之散熱單元的前視圖。

以下會參考附圖詳述本發明控制器總成的較佳具體實施例。

第1圖的透視圖圖示根據本具體實施例之控制器總成的使用狀態，以及第2圖的透視圖圖示根據本具體實施例之控制器總成連接至電力致動器的狀態。

根據本具體實施例的控制器總成10基本上由下列構成：數個第一控制器單元20；第二控制器單元60，在縱向比第一控制器單元20短；輸入單元70，裝在第二控制器單元60之側面上；散熱單元80，連結至第一控制器單元20；以及端塊90，從該控制器總成之外側壓抵散熱單元80中之一者，藉此用未圖示之繫桿使第一控制器單元20、第二控制器單元60、散熱單元80及輸入單元70緊固在一起。從第1圖可輕易明白，控制器總成10係用軌道100裝在所欲位置。

第2圖的透視圖圖示電力致動器110a、110b與控制器總成10連接的連接狀態。電力及控制訊號從第一控制器單元20及第二控制器單元60傳輸至致動器，藉此驅動電力致動器110a、110b的未圖示馬達，使得平台170a、170b透過滾珠螺桿前進或縮回。

以下詳述用前述方式構成之控制器總成10的各種構成元件。

第3圖的透視圖圖示構成控制器總成10之一部份的第一控制器單元20。第一控制器單元20有瘦長的長方體形狀，以及第一控制器單元20中含有電路板22，在電路板22上安裝電路組件用以控制電力致動器110a及110b的操作。第一連接器24設在電路板22上以便與另一第一控制器單元20建立電氣連接。電路板22之一部份與第一連接器24係從構成第一控制器單元20之長方體形殼體26之一部份的散熱板28暴露於外部。更具體而言，散熱板28由有優異導熱性的構件製成，並且在中央部份下面有橢圓形開口30。此外，裝設包圍開口30的橢圓形嵌合凸部32。第一連接器24通過開口30暴露於外部。橢圓形環狀凹槽係設置成環繞嵌合凸部32，然後將o環34(密封構件)嵌合於凹槽。

如稍後將討論者，o環34用來在第一控制器單元20連結至另一第一控制器單元20或第二控制器單元60時以及也在第一控制器單元20連結至散熱單元80時確保防塵和防滴狀態。更具體而言，儘管電路板22通過開口30暴露於外部，然而透過嵌合凸部32，在第一控制器單元20用o環34與另一控制器單元或散熱單元連結時，可避免引進灰塵及水氣導致電路板22電氣損壞。

蓋體36設置在殼體26的上半部上且能夠自由打開及關閉。藉由打開蓋體36，能夠設定附接至電路板 22的未圖示之旋轉開關或其類似者以及未圖示的開關群組。用於供給電力給第2圖之電力致動器110a及110b的驅動電源端子38a，用於輸入偵測構成電力致動器110a及110b之平台170a及170b之移動方向及移動距離之感測器之輸出訊號的位置資訊輸入端子38b，以及用於輸入裝在電力致動器110a及110b上之自動開關或其類似者之輸出的接觸輸入端子38c均設在殼體26的一窄側面上。

在第3圖中，元件符號40a及40b表明用於使得從外部能夠視覺確認第一控制器單元20之操作狀態的發光元件，以及元件符號42a及42b表明供未圖示之繫桿插穿以便整合成為如第1圖控制器總成10所示之一體結構的貫通孔。

在此情形中，供軌道100插穿的軌道插入凹部44係設在構成第一控制器單元20之殼體26的嵌合凸部32下面，以及供軌道100之凸緣46a、46b嵌合的凹槽48a、48b係設在軌道插入凹部44的兩個端部。

如第4圖所示，在第一控制器單元20中與散熱板28相反的側面上，在對應至設於散熱板28之開口30的位置形成大小與嵌合凸部32相同的橢圓形嵌合凹部50，以及設置位在與第一連接器24相反之側的第二連接器52。更具體而言，嵌合凹部50用作對應至開口30的開口，以及如同第一連接器24，第二連接器52通過該開口暴露於外部，該開口為嵌合凹部50的內側。在該具體實施例中，假設第一連接器24為公連接器，第二連接器52作為母連接器，而在第一連接器24連結至另一第一控制器單元20時，藉由與母頭第二連接器52配合可建立電氣連接。

第二控制器單元60基本上由與第一控制器單元20相同的構成元件構成，但是與其不同的是第二控制器單元60在縱向的長度比第一控制器單元20的短。因此，相同的元件符號用來命名相同的構成元件，並且省略此類特徵的詳細說明。

如第1圖所示，輸入單元70連接至第二控制器單元60。用於輸入電力的電源供應器端子72a至72c設置於輸入單元70中。輸入單元70屬於先前技術，因此，在此省略輸入單元70的詳細說明。

接下來，給出散熱單元80的說明，其設置於控制器總成10中以便與第一控制器單元20緊密接觸。

如第5圖所示，散熱單元80由在水平方向及垂直方向有實質相同長度的長方體製成，然而有與第一控制器單元20不同的厚度。散熱單元80由有優異散熱性質的材料一體成形為較佳，例如，諸如鋁或銅的金屬材料、樹脂材料、等等。在散熱單元80的一表面上，有梯形橫截面的眾多散熱突出物92沿著在水平方向及垂直方向的直線連續成一直線地設置。在散熱突出物92中，在各個毗鄰散熱突出物92之間垂直地形成第一散熱凹槽94，以及更提供在水平方向(參考第7圖)延伸的第二散熱凹槽96。此外，為了提供對應至第一控制器單元20之貫通孔42a的貫通孔98a，提供高度與散熱突出物92相同但是在水平及垂直方向之長度大於散熱突出物92的凸部99。

矩形連接段120設在散熱單元80中設有散熱突出物92的側面上。儘管連接段120可與散熱突出物92一體成形，然而替換地，連接段120可與散熱突出物92分開成形。在此情形下，在散熱單元80中提供連接段120嵌合的空間，使得連接段120可被併入其中。連接段120中設有對應至第一控制器單元20之貫通孔42b的貫通孔98b，以及對應至第一控制器單元20之嵌合凸部32的嵌合凸部122。

如同嵌合凸部32的情形，裝配環繞在嵌合凸部122之周邊的o環124(密封構件)。在位在嵌合凸部122內側上的開口126中提供平板形附接段128。對應至第一控制器單元20之第一連接器24的第三連接器130設置在附接段128上。第一連接器24與第三連接器130有實質相同的結構，因此，省略第三連接器130的詳細說明。

第6圖的視圖圖示散熱單元80在與第5圖所示相反之側面上的組態。大小對應至第一控制器單元20之嵌合凹部50的嵌合凹部132設在散熱單元80之背面側上。嵌合凹部132的內側也用作對應至設在嵌合凸部122之內側上的開口126的開口。第四連接器134藉由從設置在嵌合凹部132之內側上的平板形附接段128向外突出而暴露於外部。第四連接器134有對應至位在第一控制器單元20後側之第二連接器52的大小及形狀。在散熱單元80的嵌合凹部132上方設置有寬幅L形狀的凹陷部份136。

接下來，在凹陷部份136中配置第一散熱片138a及第二散熱片138b。第一散熱片138a及第二散熱片138b的厚度稍微大於凹陷部份136的深度，而且散熱片138a、138b展現優異的彈性。散熱片138a、138b由有高導熱性的材料製成，以及如第1圖所示，當散熱單元80與第一控制器單元20組合時，散熱片138a、138b壓抵散熱板28，從電路板22接收通過散熱板28傳輸的熱，並且傳遞此熱至散熱突出物92的側面。因此，第一散熱片138a與第二散熱片138b經配置成對應至在第一控制器單元20內部之電路板22上最有可能產生熱的位置為較佳。或者，在凹陷部份136中，可在最有可能產生熱的一位置處只設置一個散熱片。第三連接器130對應至第一控制器單元20的第一連接器24，同時第四連接器134對應至第二連接器52，以及第一連接器24及第三連接器130與第二連接器52及第四連接器134有公/母關係。在第5圖至第7圖中，元件符號140表明對應至第一控制器單元20之軌道插入凹部44的凹部，然而元件符號142a及142b表明對應至軌道插入凹部44之凹槽48a及48b的凹槽。

最後，給出與端塊90有關的描述。由第1圖可明白，端塊90由例如鋁之金屬材料、樹脂材料等一體成形，其具有較薄的上半部及較厚的下半部，且設置於散熱單元80的一側面上。特別是，藉由覆蓋散熱單元80的連接段120，可封閉開口126。因此之故，儘管省略其圖示，但仍提供大小與開口126相同且可嵌合於嵌合凸部122的凹部為較佳。端塊90設有用以附接至軌道100的軌道插入凹部150，同時，可嵌合於軌道100之凸緣46a、46b的軌道附接凹槽152a、152b設在軌道插入凹部150在其寬度方向的兩個端部。圖中，元件符號154a表明對應至散熱單元80之貫通孔98a的貫通孔，而元件符號154b表明對應至散熱單元80之貫通孔98b的貫通孔。

用以上方式構成的第一控制器單元20、第二控制器單元60、輸入單元70及散熱單元80係用以下方式組裝在一起。

首先，使用未圖示之螺絲或其類似者，將軌道100固定於將會組裝控制器總成10的位置中，之後，將輸入單元70、第二控制器單元60、第一控制器單元20、散熱單元80、第一控制器單元20及散熱單元80以此順序插在軌道100的凸緣46a、46b上，最後，將端塊90插入並定位於軌道100上。

接下來，繫桿(未圖示)插入穿過端塊90的貫通孔154a、154b、散熱單元80之貫通孔98a、98b、第一控制器單元20的貫通孔42a、42b、第二控制器單元60的未圖示貫通孔、及輸入單元70的未圖示貫通孔，以及藉由在對面上之螺帽的螺絲嚙合，將第一控制器單元20、第二控制器單元60、散熱單元80、輸入單元70及端塊90一體地固定在一起。

此外，纜線160的末端係各自連接至第一控制器單元20的驅動電源端子38a、位置資訊輸入端子38b 及接觸輸入端子38c，以及第二控制器單元60的驅動電源端子38a、位置資訊輸入端子38b及接觸輸入端子38c，然而電力致動器110a、110b係連接至纜線160的另一端。就此情形而言，相對大型的電力致動器110a連接至第一控制器單元20而相對小型的電力致動器110b連接至第二控制器單元60為較佳。由於大型電力致動器110a與小型電力致動器110b的負載彼此不同，所以彼等所產生的熱量也不同，以及根據產生熱量的此一差異，將大型散熱單元連接至第一控制器單元20。另一方面，關於產生相對少之熱量的第二控制器單元60，不安裝散熱單元於其上，反而使輸入單元70與其直接連接。

在完成上述預備步驟後，供給電力至輸入單元70的電源供應器端子72a至72c，經由第一控制器單元20及第二控制器單元60傳輸控制訊號，然後驅動及控制電力致動器110a及110b。更具體而言，從驅動電源端子38a供給電力至電力致動器110a及110b，以及在驅動彼之未圖示馬達時，連接至馬達驅動軸的滾珠螺桿經歷旋轉，以及藉由以螺絲固定於滾珠螺桿上之滾球螺帽的位移，使連接至滾球螺帽的平台170a及170b移位。平台170a及170b的移動方向及移動量用未圖示之偵測裝置(感測器)偵測，其資訊從位置資訊輸入端子38b供給至第一控制器單元20及第二控制器單元60的電路板22，以及進行電性處理。結果，可掌握電力致動器110a及110b的操作狀態。

當電力致動器110a及110b以此方式通電時，由於電力是在電力致動器110a及110b由第一控制器單元20及第二控制器單元60控制時供給，所以會在電路板22的電路等等產生熱。例如，像這樣所產生的熱通過經設置成與散熱板28接觸的散熱單元80而釋放到外部。更具體而言，在散熱單元80中，熱是經由大量的散熱突出物92釋放。特別是，由於散熱突出物92有梯形橫截面，所以熱耗散面積會擴大，從而進一步增強散熱效果。

用前述方式，根據本具體實施例，該等散熱單元設置在驅動及控制電力致動器的控制器單元上，而且該等散熱單元有效地將在該等控制器本身中產生的熱耗散至外部。此外，由於可連續設置大量的控制器單元而不限制控制器單元的個數，所以可得到具有優異散熱效果的控制器總成而不需要增加安裝空間的尺寸。

儘管以上已詳述本發明的一較佳具體實施例，然而本發明的控制器總成不限於本具體實施例，而且不言而喻，具體實施例可做出各種設計修改而不脫離如隨附申請專利範圍所述的本發明實質範疇。

例如，根據本具體實施例，散熱單元的散熱突出物經形成有梯形橫截面。不過，除了梯形，不用說，在藉由構造有截頭錐形或其他多邊形的散熱突出物來擴大散熱面積的情形下，也可得到相同的優點及效果。