伺服驱动器及伺服驱动系统的制作方法

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体而言，涉及一种伺服驱动器及伺服驱动系统。

背景技术：

伺服驱动器是用来控制伺服电机(伺服马达)的一种器件，一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。从结构上看，伺服驱动器和变频器差不多，但对元器件的精度和可靠性要求更高。伺服电机中AC220V伺服电机应用最为广泛，现有的用于控制AC220V伺服电机的伺服驱动器体积较大，降低了伺服驱动器应用的灵活性和广泛性，而市场上的小型化伺服驱动器一般为低压产品，不能够满足常用电压等级下小体积、低成本、高功率密度的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种伺服驱动器及伺服驱动系统，以解决上述问题。

本实用新型实施例提供的伺服驱动器，包括产生控制信号的控制板，以及将所述控制板产生的控制信号放大以控制伺服电机工作状态的功率板，所述功率板设置于所述控制板的一侧，且与所述控制板存在间隔；

所述控制板包括控制板裸板，向所述功率板发送控制信号的微控制单元，向所述微控制单元输入控制指令信号的通信器件，采集伺服电机编码器产生的编码信号的编码通信电路，获取编码通信电路采集的编码信号，根据所述编码信号生成参考控制信号，并将所述参考控制信号发送至所述微控制单元的现场可编程门阵列控制器，以及为所述微控制单元、通信器件和现场可编程门阵列控制器提供工作电能的控制电源，所述通信器件和现场可编程门阵列控制器分别与所述微控制单元连接，所述编码通信电路与所述现场可编程门阵列控制器连接，所述控制电源分别与所述微控制单元、通信器件和现场可编程门阵列控制器连接，所述微控制单元、通信器件、编码通信电路、现场可编程门阵列控制器和控制电源设置于所述控制器裸板；

所述功率板包括功率板裸板，接收所述控制信号并对所述控制信号进行放大的功率模块，通过外接直流电源为所述功率模块提供电能的直流电源输入端，采集所述功率模块的电流信号的电流采集电路，以及与伺服电机连接以向伺服电机发送控制信号的电机输出端，所述直流电源输入端和电流采集电路分别与所述功率模块连接，所述电机输出端与所述电流采集电路连接，所述功率模块和电流采集电路分别与所述微控制单元连接，所述功率模块、直流电源输入端、电流采集电路和电机输出端设置于所述功率板裸板。

进一步地，所述控制板还包括改变控制电源输出的电源电压的电源转换电路，所述电源转换电路一端分别与所述微控制单元、通信器件和现场可编程门阵列控制器连接，另一端与所述控制电源连接。

进一步地，所述通信器件为以太网控制自动化技术通信模块，所述以太网控制自动化技术通信模块包括以太网控制自动化技术处理器和与所述以太网控制自动化技术处理器连接的控制输入端和控制输出端，所述以太网控制自动化技术处理器与所述微控制单元连接。

进一步地，所述编码通信电路、控制输入端和控制输出端设置于所述控制板裸板的一侧。

进一步地，所述功率板还包括对所述控制板的弱电流和所述功率板的强电流进行隔离的隔离电路，所述微控制单元和功率模块通过所述隔离电路连接。

进一步地，所述功率板还包括抑制所述功率模块的浪涌电压和浪涌电流的吸收电路，所述吸收电路与所述功率模块连接。

进一步地，所述功率板还包括为外设用电设备提供工作电能的直流电源输出端，所述直流电源输出端与所述直流电源输入端连接。

进一步地，所述直流电源输入端、电机输出端和直流电源输出端设置于所述功率板裸板的一侧。

进一步地，所述伺服驱动器还包括固定铜柱，所述控制板裸板和功率板裸板通过所述固定铜柱连接固定。

本实用新型实施例还提供了一种伺服驱动系统，包括上述伺服驱动器。

本实用新型实施例提供的伺服驱动器及伺服驱动系统，设置了通过外接直流电源为所述功率模块提供电能的直流电源输入端，相较于传统的设置有逆变电路和整流滤波电路的伺服驱动器而言，体积更加小巧，增强了应用的灵活性和广泛性。此外，所述伺服驱动器的控制板和功率板分层设计，降低干扰的同时提高整机的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种伺服驱动器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种控制板的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的一种功率板的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的伺服驱动器的另一种结构示意图。

图标：10-伺服驱动器；100-控制板；110-控制板裸板；120-微控制单元；130-通信器件；131-以太网控制自动化技术处理器；132-控制输入端；133-控制输出端；140-编码通信电路；150-现场可编程门阵列控制器；160-控制电源；170-电源转换电路；200-功率板；210-功率板裸板；220-功率模块；230-直流电源输入端；240-电流采集电路；250-电机输出端；260-隔离电路；270-吸收电路；280-直流电源输出端；300-固定铜柱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种伺服驱动器10，所述伺服驱动器10包括产生控制信号的控制板100，以及将所述控制板100产生的控制信号放大以控制伺服电机工作状态的功率板200，所述功率板200设置于所述控制板100的一侧，且与所述控制板100存在间隔。本实施例中，所述伺服驱动器10的控制板100和功率板200分层设计，降低干扰的同时提高整机的安全性。

可选地，所述伺服驱动器10还包括固定铜柱300，所述控制板裸板110和功率板裸板210通过所述固定铜柱300连接固定。使得所述控制板100设置于所述功率板200的上方，并且和所述功率板200存在间隔。

请参阅图2，本实施例中，所述控制板100包括控制板裸板110，向所述功率板200发送控制信号的微控制单元120(Microcontroller Unit，MCU)，向所述MCU120输入控制指令信号的通信器件130，采集伺服电机编码器产生的编码信号的编码通信电路140，获取编码通信电路140采集的编码信号，根据所述编码信号生成参考控制信号，并将所述参考控制信号发送至所述MCU120的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)控制器150，以及为所述MCU120、通信器件130和PFGA控制器150提供工作电能的控制电源160。

所述通信器件130和PFGA控制器150分别与所述MCU120连接，所述编码通信电路140与所述PFGA控制器150连接，所述控制电源160分别与所述MCU120、通信器件130和PFGA控制器150连接。所述MCU120、通信器件130、编码通信电路140、PFGA控制器150和控制电源160设置于所述控制器裸板。

由上可知，本实施例所述的伺服驱动器10采用MCU120与PFGA控制器150连接双核设计，保障了伺服驱动器10的高性能。

本实施例中，所述控制板100还包括电源转换电路170。所述电源转换电路170一端分别与所述MCU120、通信器件130和PFGA控制器150连接，另一端与所述控制电源160连接。所述电源转换电路170用于改变控制电源160输出的电源电压，以将控制电源160输出的电源电压转换为所述MCU120、通信器件130和PFGA控制器150适用的电源电压等级。如此，所述MCU120、通信器件130和PFGA控制器150即可通过同一电源实现供电，进一步减小了所述伺服驱动器10的体积。

可选地，所述通信器件130为以太网控制自动化技术通信模块，包括以太网控制自动化技术(Ethernet Control Automation Technology，EtherCAT)处理器131和与所述EtherCAT处理器131连接的控制输入端132和控制输出端133，所述EtherCAT处理器131与所述MCU120连接。本实施例所述型伺服驱动器10采用EtherCAT总线控制，相较于传统伺服驱动器10的脉冲方向控制方式而言，体积更加小巧并且性能更加优异。

为了实现良好的整机布局，最大限度利用空间尺寸，同时，为了保证用户连接线路的方便性，可选地，所述编码通信电路140、控制输入端132和控制输出端133设置于所述控制板裸板110的一侧，并且所述编码通信电路140的端口、控制输入端132的端口和控制输出端133的端口均朝向远离所述控制板裸板110的一侧。

请参阅图3和图4，所述功率板200包括功率板裸板210，接收所述控制信号并对所述控制信号进行放大的功率模块220，通过外接直流电源为所述功率模块220提供电能的直流电源输入端230，采集所述功率模块220的电流信号的电流采集电路240，以及与伺服电机连接以向伺服电机发送控制信号的电机输出端250。

所述直流电源输入端230和电流采集电路240分别与所述功率模块220连接，所述电机输出端250与所述电流采集电路240连接，所述功率模块220和电流采集电路240分别与所述MCU120连接，所述功率模块220、直流电源输入端230、电流采集电路240和电机输出端250设置于所述功率板裸板210。

常用的伺服驱动器10多采用交流220V电源提供工作电能，对应直流310V的功率电源。通过上述设置，所述型伺服驱动器10即可直接采用直流310V的功率电源提供工作电能，相较于传统的设置有逆变电路和整流滤波电路的伺服驱动器10而言，体积更加小巧，增强了应用的灵活性和广泛性。

可选地，所述功率板200还包括对所述控制板100的弱电流和所述功率板200的强电流进行隔离的隔离电路260，所述MCU120和功率模块220通过所述隔离电路260连接。

可选地，所述功率板200还包括吸收电路270，所述吸收电路270与所述功率模块220连接。本实施例中，所述吸收电路270用于抑制所述功率模块220的浪涌电压和浪涌电流，从而避免了所述伺服驱动器10启动或断电时，所述功率模块220中所设置的半导体元件损坏，同时也避免了噪声的产生。

可选地，所述功率板200还包括为外设用电设备提供工作电能的直流电源输出端280，所述直流电源输出端280与所述直流电源输入端230连接。其中，所述外设用电设备可以是另一台伺服驱动器10。如此，即可实现多台伺服驱动器10的共母线连接，并且，具有布线简单、维护方便和成本低廉等性能。

同样，为了实现良好的整机布局，最大限度利用空间尺寸，同时，为了保证用户连接线路的方便性，可选地，所述直流电源输入端230、电机输出端250和直流电源输出端280设置于所述功率板裸板210的一侧，并且所述直流电源输入端230的端口、电机输出端250的端口和直流电源输出端280的端口均朝向远离所述功率板裸板210的一侧。

通过上述设置，本实施例所述的伺服驱动器10的体积可以缩小为长宽高分别为85cm*55cm*30cm，并且最大可带载750W伺服电机，具有成本低和性价比极高的优点。并且，本实施例所述的伺服驱动器10所选元件最大限度上选用市面上常用的元件，避免因特殊定制而导致成本增加。

本实用新型实施例还提供了一种伺服驱动系统，所述伺服驱动系统包括上述伺服驱动器10。

综上所述，本实用新型实施例提供的伺服驱动器10及伺服驱动系统，设置了通过外接直流电源为所述功率模块220提供电能的直流电源输入端230，相较于传统的设置有逆变电路和整流滤波电路的伺服驱动器10而言，体积更加小巧，增强了应用的灵活性和广泛性。此外，所述伺服驱动器10的控制板100和功率板200分层设计，降低干扰的同时提高整机的安全性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。