一种伺服放大器以及伺服系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种伺服放大器以及伺服系统，以提高应用该伺服放大器的伺服系统的可靠性。该伺服放大器包括：散热器、电路板以及位于电路板和散热器之间的至少一个功率元件，其中，每一个功率元件的针脚端子固定插接至电路板并形成一个条形插接区域；对应每一个功率元件，散热器具有从散热器突出的且间隔开的至少两个侧连接柱，每一个侧连接柱朝向电路板的一端固定连接至电路板，并且所述的至少两个侧连接柱中，至少一个侧连接柱与电路板的固定位置位于该条形插接区域或者条形插接区域在其长度方向上的延伸区域以外的背离散热器的一侧。
【专利说明】
一种伺服放大器以及伺服系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种伺服放大器以及伺服系统。
【背景技术】
[0002]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，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。其一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，来实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。现有的伺服放大器通常包括PCB(Printed circuit board，印刷电路板)、IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)元件和散热器，其中IPM元件通过针脚端子以与PCB电连接，且IPM元件固定至散热器以用于IPM元件的散热，PCB的边缘区域与散热器固定连接。
[0003]但是在伺服放大器的使用过程中，当散热器受到外界的振动冲击时，散热器往往会导致PCB产生很大的振动幅度，甚至会导致位于散热器和PCB之间的IPM的损坏，例如IPM的针脚端子发生折断，从而导致伺服放大器的损坏。为了避免上述问题，现有技术通常是用钣金或金属骨架结构来固定PCB，以使得伺服放大器整体的固有频率变大，从而使得受到外界的冲击时的自身振动减弱，进而防止其元器件的损坏。
[0004]然而，通过增加钣金或金属骨架结构等部件后，又会使得放大器的成本增加，并且使得外形尺寸增大，从而导致不利于应用这种伺服放大器。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种伺服放大器，其功率元件与电路板的连接更加可靠，从而提高了应用该伺服放大器的伺服系统的可靠性。
[0006]为此，本实用新型实施方式的一个方面是提供了一种伺服放大器，包括:散热器、电路板以及位于所述电路板和所述散热器之间的至少一个功率元件，其中，每一个所述功率元件的针脚端子固定插接至所述电路板并形成一个条形插接区域；
[0007]对应每一个所述功率元件，所述散热器具有从所述散热器突出的且间隔开的至少两个侧连接柱，每一个所述侧连接柱朝向所述电路板的一端固定连接至所述电路板，并且所述至少两个侧连接柱中，至少一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置位于所述条形插接区域或者所述条形插接区域在其长度方向上的延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。
[0008]在使用本实施方式中提供的伺服放大器时，由于该伺服放大器的散热器通过侧连接柱与电路板固定连接，且针对每一个功率元件，至少一个侧连接柱与电路板的固定位置位于所述条形插接区域或所述延伸区域以外的背离所述散热器的一侧，从而伺服放大器的电路板不会由于散热器的振动而在电路板用于插接针脚端子的区域产生较大的振动幅度，进而有效地减小了在该区域内部所产生的应力集中，并且在针脚端子处所产生的应力还可以分散到侧连接柱上，因此能够有效地降低了针脚端子的损坏风险，提高了伺服放大器的可靠性;特别是，由于本实施方式仅仅通过在散热器上对应每一个功率元件而设置至少两个侧连接柱，并未在电路板上多处固定，就能够提高伺服放大器的可靠性，使得产品的成本较低、结构简单且体积较小。
[0009]另外，为了进一步防止功率元件的针脚端子在伺服放大器的使用过程中的损坏，提高其与电路板连接的可靠性，在本实用新型的又一实施方式中，所述至少两个侧连接柱中的每一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置均位于所述条形插接区域或者所述延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。
[0010]具体的，在本实用新型的一个优选的实施方式中，所述至少两个侧连接柱中的一个侧连接柱与所述电路板的固定位置位于所述延伸区域上，从而能够更加有效地保护功率元件的所有针脚端子，进一步提高功率元件与电路板插接的可靠性。
[0011]另外，由于伺服放大器中的功率元件通常为两个甚至多个，因而为了提高电路板的空间利用率，简化电路板的制造工艺，在本实用新型的一个优选实施方式中，部分相邻的两个所述功率元件之间设置一个侧连接柱。在这一基础上，在本实用新型的一个【具体实施方式】中，所述功率元件的数量为两个，所述侧连接柱的数量相应地可以为三个。因此在该实施方式中，通过三个侧连接柱与电路板的连接就可以实现对两个功率元件的针脚端子的保护。
[0012]另外，在本实用新型所提供的伺服放大器的实现过程中，为了有利于实现散热器对功率元件的散热并且进一步保护功率元件与电路板之间的连接，往往还将功率元件固定至散热器，例如可以通过导热胶将其附接至散热器，或者通过螺钉等连接件将其固定至散热器。
[0013]另外，为了保护伺服放大器的各个构成组件，本实用新型所提供的伺服放大器通常还包括壳体，所述散热器和所述电路板还分别固定至所述壳体。
[0014]功率元件作为伺服放大器中的关键元件，可以有多种类型，具体地，在本实用新型的一个实施方式中，所述功率元件例如优选为智能功率模块。
[0015]上述伺服放大器可用于伺服系统中，以提高伺服系统的可靠性，因此本实用新型的另一方面还提供一种伺服系统，包括伺服电机、以及上述任一所述的伺服放大器，其中所述伺服放大器与所述伺服电机连接以控制所述伺服电机。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型提供的伺服放大器的第一实施方式的立体结构示意图；
[0017]图2为图1中示出的伺服放大器的主视结构示意图；
[0018]图3为图1中示出的处于装配状态的功率元件和电路板；
[0019]图4为图1中示出的功率元件的立体结构示意图；
[0020]图5为图1中示出的散热器的立体结构示意图；
[0021 ]图6为本实用新型提供的伺服放大器的第二实施方式的主视结构示意图；
[0022]图7为本实用新型提供的伺服放大器的第三实施方式的立体结构示意图；
[0023]图8为图7中示出的散热器的立体结构示意图；
[0024]图9为本实用新型提供的伺服放大器的又一实施方式的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]在应用伺服放大器的伺服系统中，需要伺服放大器具有极高的可靠性，本实用新型提供的伺服放大器的散热器针对每一个功率元件，具有从所述散热器突出的至少两个侧连接柱，每一个所述侧连接柱朝向电路板的一端固定连接至所述电路板，并且所述至少两个侧连接柱中，至少一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置位于相应的功率元件的针脚端子与电路板所形成的条形插接区域或者该条形插接区域在其长度方向上的延伸区域以外的背离所述散热器的一侧，有效地提高了功率元件与电路板的插接可靠性。
[0026]为更清楚地理解本实用新型的实施方式，参照附图，以具体的实施例进行详细说明。
[0027]如图1至图5所示，为本实用新型的第一实施方式中的伺服放大器，该伺服放大器包括散热器11、电路板12以及位于电路板12和散热器11之间的两个功率元件(13a，13b)，其中，每一个功率元件(13a，13b)固定至散热器11 (例如参照图4和图5，通过4个螺钉穿过相应的螺纹孔113来固定连接)，且每一个功率元件(13a，13b)的针脚端子131固定插接至电路板12并分别形成条形插接区域A、B;
[0028]其中对应每一个功率元件，散热器11具有从散热器11突出的且间隔开的两个侧连接柱，即，两个侧连接柱11 la、11 Ib对应功率元件13a，两个侧连接柱11 Ic、11 Id对应功率元件13b，每一个侧连接柱朝向电路板12的一端固定连接至电路板12;并且其中侧连接柱Illa与电路板12的固定位置a位于条形插接区域A在其长度方向(如图2中双向箭头Y所示的方向)上的延伸区域C以外的背离散热器11的一侧(即如图2中单向箭头F所示的一侧)，其中侧连接柱Illb与电路板12的固定位置b位于条形插接区域A在其长度方向(如图2中双向箭头Y所示的方向)上的延伸区域C上;侧连接柱lllc、llld与电路板12的固定位置c、d位于条形插接区域B在其长度方向(如图2中双向箭头Y所示的方向)上的延伸区域D以外的背离散热器11的一侧(即如图2中单向箭头F所示的一侧)，从而散热器的侧连接柱和电路板的连接与散热器和功率元件的连接构成了用于功率元件的保护区域。
[0029]在此需要说明的是，为了清楚起见，在图2中仅示出了条形插接区域A在其长度方向上的一侧的延伸区域C，以及条形插接区域B在其长度方向上的一侧的延伸区域D，但是应该理解条形插接区域的延伸区域应当为分别向两侧延伸。
[0030]在现有技术的伺服放大器中，散热器的振动会使得电路板受到振动冲击，从而将应力集中到功率元件的针脚端子，使得这些针脚端子受到很大的应力，该应力进而转化为剪切力，当剪切力大于针脚端子的材料的疲劳强度时，针脚端子就会折断。
[0031]然而，在使用本实施方式中提供的伺服放大器时，由于该伺服放大器的散热器通过侧连接柱(llla，lllb，lllc，llld)与电路板12固定连接，因而伺服放大器的电路板不会由于散热器的振动而在电路板用于插接针脚端子的区域产生较大的振动幅度，进而有效地减小了在该区域内部所产生的应力集中，并且在针脚端子处所产生的应力还可以分散到侧连接柱上，因此能够有效地降低了针脚端子的损坏风险，提高了伺服放大器的可靠性；
[0032]特别是，由于本实施方式仅仅通过在散热器上对应每一个功率元件而设置两个侧连接柱，并未在电路板上多处固定(也就是说，只是在条形插接区域的附近增加了电路板与散热器的连接，改变了电路板的固定方式)，就能够提高伺服放大器的可靠性，使得产品的成本较低、结构简单且体积较小。
[0033]当然，在本实施方式中仅示出了两个功率元件，并且每一个功率元件对应设置两个侧连接柱，但是应当理解的是，功率元件的数量并不限于两个，具体根据伺服放大器的要求来确定，例如一个、三个等等；同样地，侧连接柱的数量不限于两个，具体根据伺服放大器的功率元件的大小、和电路板的可用于固定连接的区域来确定，以确保针脚端子的安全性；
[0034]另外，在本实施方式中示出了其中一个功率元件13b整体位于散热器与电路板之间，而功率元件13a的一部分位于散热器与电路板之间(参照图2所示，功率元件13a的针脚端子131暴露于散热器的外部)。但是应当理解的是，功率元件的布置方式并不限于以上所示出的方式，例如还可以是，所有的功率元件均整体位于散热器与电路板之间，也可以是所有的功率元件的针脚端子均暴露于散热器的外部，在此不作具体限定。
[0035]另外，需要说明的是，本实施方式中示出的侧连接柱的形状仅为示例性的，但是其它的侧连接柱的形状也是可以的，例如可以为棱柱或不规则的柱子等;并且，在图2所示的实施方式中，对应功率元件13b的两个固定位置c、d均位于条形插接区域B的延伸区域D以外的背离散热器11的一侧，但是应当理解的是，侧连接柱的这种布置为一种较为优选的实施方式，其它的布置也是可以的，例如，对应功率元件13b的一个固定位置c位于条形插接区域B的延伸区域D以外的背离散热器11的一侧，另一个固定位置d位于条形插接区域B以外的背离散热器11的一侧(参照图2中单向箭头E所示的一侧)，等等。
[0036]参照图6，示出了本实用新型的第二实施方式的伺服放大器的主视结构示意图，该伺服放大器与第一实施方式所示出的伺服放大器类似，区别仅在于，其中侧连接柱111a、Illb与电路板12的固定位置均位于条形插接区域A在其长度方向上的延伸区域以外的背离散热器11的一侧，侧连接柱lllc、llld与电路板12的固定位置均位于条形插接区域B在其长度方向上的延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。
[0037]当使用本实施方式的伺服放大器时，能够更加有效地保护功率元件的针脚端子，进一步提高伺服放大器的可靠性。
[0038]参照图7，示出了本实用新型的第三实施方式的伺服放大器，该伺服放大器与第二实施方式所示出的伺服放大器类似，区别仅在于其中散热器11的侧连接柱为三个(参照图8)，两个功率元件之间仅设置一个侧连接柱111b，S卩，位于两个功率元件之间的一个侧连接柱Illb由它们所共用，从而可以减少电路板的用于机械连接的区域，简化电路板的制造工艺，提高电路板的空间利用率，并有效地降低了产品的成本。
[0039]在本实施方式中，仅示出了两个功率元件的情况，但是对于本领域技术人员可以理解的是，对于多个功率元件的情况，距离一定间隔的相邻的两个功率元件之间同样地均可以仅设置一个侧连接柱。
[0040]参照图9，示出了本实用新型的第四实施方式的伺服放大器，在前述任一实施方式的基础上，该伺服放大器还包括用于保护伺服放大器的各构成组件的壳体14，散热器和电路板(不可见)还分别固定在壳体14内。
[0041]用于伺服放大器的功率元件的种类有多种，在本实用新型的一个优选实施方式中，功率元件优选为IPM，其兼有大功率晶体管的高电流、低饱和电压和高耐压的优点，以及场效应晶体管的高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，并且IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减少了系统的体积，缩短了开发时间，也增强了系统的可靠性。
[0042]在此需要说明的是，本领域技术人员根据本实用新型的上述各个实施方式可知:
[0043]本实用新型提供的伺服放大器，包括:散热器、电路板以及位于所述电路板和所述散热器之间的至少一个功率元件，其中，每一个所述功率元件的针脚端子固定插接至所述电路板并形成一个条形插接区域;对应每一个所述功率元件，所述散热器具有从所述散热器突出的且间隔开的至少两个侧连接柱，每一个所述侧连接柱朝向所述电路板的一端固定连接至所述电路板，并且所述至少两个侧连接柱中，至少一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置位于所述条形插接区域或者所述条形插接区域在其长度方向上的延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。因此在使用本实用新型所提供的伺服放大器时，由于该伺服放大器的散热器通过侧连接柱与电路板固定连接，从而伺服放大器的电路板不会由于散热器的振动而在电路板用于插接针脚端子的区域产生较大的振动幅度，进而有效地减小了在该区域内部所产生的应力集中，并且应力还可以分散至侧连接柱上，因此有效地降低了针脚端子的损坏风险，提高了伺服放大器的可靠性。
[0044]以上参照附图对本实用新型的具体实现方式进行了详细说明，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种伺服放大器，包括:散热器、电路板以及位于所述电路板和所述散热器之间的至少一个功率元件，其中，每一个所述功率元件的针脚端子固定插接至所述电路板并形成一个条形插接区域;其特征在于， 对应每一个所述功率元件，所述散热器具有从所述散热器突出的且间隔开的至少两个侧连接柱，每一个所述侧连接柱朝向所述电路板的一端固定连接至所述电路板，并且所述至少两个侧连接柱中，至少一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置位于所述条形插接区域或者所述条形插接区域在其长度方向上的延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。2.根据权利要求1所述的伺服放大器，其特征在于，所述至少两个侧连接柱中的每一个所述侧连接柱与所述电路板的固定位置均位于所述条形插接区域或者所述延伸区域以外的背离所述散热器的一侧。3.根据权利要求1所述的伺服放大器，其特征在于，所述至少两个侧连接柱中的一个侧连接柱与所述电路板的固定位置位于所述延伸区域上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的伺服放大器，其特征在于，所述功率元件的数量为多个，其中部分相邻的两个所述功率元件之间设置一个所述侧连接柱。5.根据权利要求4所述的伺服放大器，其特征在于，所述功率元件的数量为两个，所述侧连接柱的数量为三个。6.根据权利要求1所述的伺服放大器，其特征在于，每一个所述功率元件固定至所述散热器。7.根据权利要求1所述的伺服放大器，其特征在于，所述伺服放大器还包括壳体，所述散热器和所述电路板还分别固定至所述壳体。8.根据权利要求1所述的伺服放大器，其特征在于，所述功率元件为智能功率模块IPM。9.一种伺服系统，其特征在于，包括伺服电机、以及根据权利要求1至8中任一项所述的伺服放大器，其中所述伺服放大器与所述伺服电机连接以控制所述伺服电机。
【文档编号】H05K7/20GK205694033SQ201620581779
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月14日 公开号201620581779.5, CN 201620581779, CN 205694033 U, CN 205694033U, CN-U-205694033, CN201620581779, CN201620581779.5, CN205694033 U, CN205694033U
【发明人】梁晓东, 相晓鸥, 高吉灵
【申请人】株式会社安川电机