CN118119158B - 一种高效能伺服驱动器热管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效能伺服驱动器热管理系统，包括主体组件，所述主体组件包括壳体、伺服驱动器主体、第一温度传感器、第二温度传感器、电流传感器和电压传感器；所述主体组件的内部设置有热管理组件，所述热管理组件包括储液箱、进液管、微型泵机、分流板、换热板、回液管、控制器、备用电源、充电口、半导体制冷器、第二风扇、隔板和加热器。本发明通过温度传感器分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度通过控制器分析温度数据，当驱动器内部温度超出设定值进行降温，若外部环境温度大于伺服驱动器主体内部，则第一风扇停止工作，减少空气交换，降低能耗，节约资源，提升热管理系统的效能。

Description

一种高效能伺服驱动器热管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种热管理系统，特别涉及一种高效能伺服驱动器热管理系统及其方法，属于伺服驱动器技术领域。

背景技术

伺服驱动器又称为“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，它通过位置、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，是传动技术的高端产品。伺服驱动器的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。伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。伺服驱动器是由电路板、微芯片、电线和连接器等电子元件制成的，它们连接到电机上，通过控制电机的旋转来实现各种运动和功能。

伺服驱动器在工作过程中，其输出功率可根据需要在一定范围内进行调整，通常情况下，调节伺服驱动器的输出功率，可以通过调整输入信号的电压和电流大小来实现，伴随着伺服驱动器输出功率的变化，其产生的热量也会相应发生变化，从而影响驱动器内部的温度。目前的伺服驱动器一般通过自然冷却或强制风冷的方式管理驱动器内部温度，但这些方式在连续高功率运行状态下难以为伺服驱动器提供良好的工作环境温度，且对于强制风冷设备而言，需要驱动器内部温度到达一定程度后方可触发，因此在驱动器功率上升后强制风冷设备需要等待一段时间后才会开启，具有延迟性，同时由于伺服驱动器需要在一定环境温度下才能保持稳定的工作状态，因此外部的环境温度同样会影响伺服驱动器的使用，而目前的伺服驱动器无法较好的适应低温环境下的启动和运行，且现有的伺服驱动器热管理系统在对设备进行温度管理时，其散热和制冷元件的工作功率保持固定，不利于节约能源。

例如CN202221724562.7《一种伺服驱动器》和CN202121418529.7《伺服驱动器散热结构和伺服驱动器》中公开的技术，通过自然冷却或强制风冷的方式对高温状态下的伺服驱动器进行冷却，降温效果一般，且强制风冷设备具有延迟性，同时伺服驱动器无法较好的适应低温环境下的启动和运行，风扇散热时功率保持固定，无法适应高温情况下的散热需求，低温情况下能耗较高，不利于节约能源。

为此，提出一种高效能伺服驱动器热管理系统及其方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高效能伺服驱动器热管理系统及其方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种高效能伺服驱动器热管理系统，包括主体组件，所述主体组件包括壳体、伺服驱动器主体、第一温度传感器、第二温度传感器、电流传感器和电压传感器；

所述伺服驱动器主体安装于所述壳体的内侧壁，所述第一温度传感器和第二温度传感器安装于所述伺服驱动器主体的顶部，所述电流传感器和电压传感器安装于所述伺服驱动器主体的底部；

所述主体组件的内部设置有热管理组件，所述热管理组件包括储液箱、进液管、微型泵机、分流板、换热板、回液管、控制器、备用电源、充电口、半导体制冷器、第二风扇、隔板和加热器；

所述储液箱固定连接于所述壳体的内侧壁底部，所述进液管和所述回液管连通于所述储液箱的顶部，所述微型泵机安装于所述进液管上，两个所述分流板分别连通于所述进液管和所述回液管的顶端，所述分流板的一侧连通有换热板，所述控制器安装于所述储液箱的顶部，所述半导体制冷器安装于所述储液箱的一侧，所述第二风扇安装于所述导体制冷器的一侧，所述加热器安装于所述储液箱的内侧壁底部。

进一步优选的：所述分流板和所述换热板为内部中空结构。

进一步优选的：所述换热板固定连接于所述伺服驱动器主体的外侧壁，所述换热板的一侧设置于所述伺服驱动器主体的内部。

进一步优选的：所述备用电源安装于所述储液箱的顶部，所述备用电源的一侧设置有充电口。

进一步优选的：所述控制器的信号输入端与所述第一温度传感器、第二温度传感器、电流传感器和电压传感器的信号输出端信号连接。

进一步优选的：所述隔板固定连接于所述储液箱的内侧壁。

进一步优选的：所述控制器的电性输出端与微型泵机、半导体制冷器；第二风扇和加热器的电性输入端电性连接。

进一步优选的：所述主体组件还包括显示屏、第一风扇、通风孔和导热板；

所述显示屏安装于所述伺服驱动器主体的顶部，所述第一风扇对称安装于壳体的前表面和后表面，所述通风孔均匀开设于所述壳体的一侧，所述导热板均匀固定连接于所述伺服驱动器主体的外侧壁。

另外，本发明还提供了一种高效能伺服驱动器热管理方法，包括以下步骤：

步骤一：通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度，并将信号发送至控制器；

步骤二：通过电流传感器和电压传感器分别检测伺服驱动器主体的电压和电流值，并将信号发送至控制器；

步骤三：通过控制器对数据进行分析，并自动开启热管理系统，通过第一风扇、微型泵机、半导体制冷器和第二风扇工作对伺服驱动器主体内部进行降温，通过加热器工作对伺服驱动器主体内部进行升温。

进一步优选的：在步骤三中，当伺服驱动器内部温度触发散热模式后，若外部环境温度大于伺服驱动器主体内部，则控制器控制第一风扇停止工作。

本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

一、本发明通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度，并将信号发送至控制器，通过控制器分析温度数据，当驱动器内部温度超出设定值开启降温系统，通过第一风扇、微型泵机、半导体制冷器和第二风扇进行降温，同时若外部环境温度大于伺服驱动器主体内部，则控制器控制第一风扇停止工作，减少内外空气交换，仅利用自身液冷进行降温，降低能耗，节约资源，若伺服驱动器内外部环境温度均低于预设数值，则启动加热器快速提升伺服驱动器内部温度，使其能够适应低温环境下的启动和运行。

二、本发明通过电流传感器和电压传感器分别检测伺服驱动器主体的电压和电流值，并将信号发送至控制器，控制器根据电流电压值计算输出功率，输出功率超出一定数值后分别开启强制风冷和液冷系统，从而根据功率自动调整散热方式，减少能源的浪费，在伺服驱动器内部升温速度提高时同步增加冷却功率，提升热管理系统的效能。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的后视结构图；

图3为本发明的壳体内部结构图；

图4为本发明的伺服驱动器主体仰视结构图；

图5为本发明的储液箱结构图；

图6为本发明的半导体制冷器结构图；

图7为本发明的储液箱内部结构图。

附图标记：10、主体组件；11、壳体；12、伺服驱动器主体；13、显示屏；14、第一温度传感器；15、第二温度传感器；16、第一风扇；17、通风孔；18、导热板；19、电流传感器；110、电压传感器；20、热管理组件；21、储液箱；22、进液管；23、微型泵机；24、分流板；25、换热板；26、回液管；27、控制器；28、备用电源；29、充电口；210、半导体制冷器；211、第二风扇；212、隔板；213、加热器。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1-7所示，本发明实施例提供了一种高效能伺服驱动器热管理系统，包括主体组件10，主体组件10包括壳体11、伺服驱动器主体12、第一温度传感器14、第二温度传感器15、电流传感器19和电压传感器110；

伺服驱动器主体12安装于壳体11的内侧壁，第一温度传感器14和第二温度传感器15安装于伺服驱动器主体12的顶部，电流传感器19和电压传感器110安装于伺服驱动器主体12的底部，第一温度传感器14和第二温度传感器15分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度；

主体组件10的内部设置有热管理组件20，热管理组件20包括储液箱21、进液管22、微型泵机23、分流板24、换热板25、回液管26、控制器27、备用电源28、充电口29、半导体制冷器210、第二风扇211、隔板212和加热器213；

储液箱21固定连接于壳体11的内侧壁底部，进液管22和回液管26连通于储液箱21的顶部，微型泵机23安装于进液管22上，两个分流板24分别连通于进液管22和回液管26的顶端，分流板24的一侧连通有换热板25，控制器27安装于储液箱21的顶部，半导体制冷器210安装于储液箱21的一侧，第二风扇211安装于半导体制冷器210的一侧，加热器213安装于储液箱21的内侧壁底部，电流传感器19和电压传感器110分别检测伺服驱动器主体12的电压和电流值，通过微型泵机23抽取用于热量交换的液体，液体通过分流板24进入不同的换热板25中，并通过换热板25与伺服驱动器主体12内的空气进行换热，从而降低或升高伺服驱动器主体12内部温度，通过控制半导体制冷器210工作可降低液体温度，实现液冷降温，通过加热器213可提高液体温度，实现升温功能，第二风扇211用于排出半导体制冷器210产生的热量。

本实施例中，具体的：分流板24和换热板25为内部中空结构。

本实施例中，具体的：换热板25固定连接于伺服驱动器主体12的外侧壁，换热板25的一侧设置于伺服驱动器主体12的内部，换热板25的一侧与伺服驱动器主体12内部空气接触，以便于液冷降温。

本实施例中，具体的：备用电源28安装于储液箱21的顶部，备用电源28的一侧设置有充电口29，备用电源28用于防止输入电路出现故障导致热管理系统失效。

本实施例中，具体的：控制器27的信号输入端与第一温度传感器14、第二温度传感器15、电流传感器19和电压传感器110的信号输出端信号连接。

本实施例中，具体的：隔板212固定连接于储液箱21的内侧壁，通过隔板212改变储液箱21内部液体流动方向。

本实施例中，具体的：控制器27的电性输出端与微型泵机23、半导体制冷器210；第二风扇211和加热器213的电性输入端电性连接。

本实施例中，具体的：主体组件10还包括显示屏13、第一风扇16、通风孔17和导热板18；

显示屏13安装于伺服驱动器主体12的顶部，第一风扇16对称安装于壳体11的前表面和后表面，通风孔17均匀开设于壳体11的一侧，导热板18均匀固定连接于伺服驱动器主体12的外侧壁，显示屏13用于显示各项温度数值和驱动器的输出功率，通风孔17为内外空气交换提供窗口。

另外，本发明还提供了一种高效能伺服驱动器热管理方法，包括以下步骤：

步骤一：通过第一温度传感器14和第二温度传感器15分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度，并将信号发送至控制器27；

步骤二：通过电流传感器19和电压传感器110分别检测伺服驱动器主体12的电压和电流值，并将信号发送至控制器27；

步骤三：通过控制器27对数据进行分析，并自动开启热管理系统，通过控制第一风扇16、微型泵机23、半导体制冷器210和第二风扇211工作对伺服驱动器主体12内部进行降温，通过控制加热器213工作对伺服驱动器主体12内部进行升温。

本实施例中，具体的：在步骤三中，当伺服驱动器内部温度触发散热模式后，若外部环境温度大于伺服驱动器主体12内部，则控制器27控制第一风扇16停止工作。

本发明在工作时：本发明通过导热板18导出伺服驱动器主体12内部温度，通过第一风扇16加快壳体11内外空气交换速度，从而利用强制风冷的方式对伺服驱动器进行降温，通过微型泵机23抽取储液箱21内用于热量交换的液体，液体通过分流板24进入不同的换热板25中，并通过换热板25与伺服驱动器主体12内的空气进行换热，从而降低或升高伺服驱动器主体12内部温度，通过控制半导体制冷器210工作可降低液体温度，实现液冷降温，通过加热器213可提高液体温度，实现升温功能。

本发明设置有两种触发方式，第一种通过第一温度传感器14和第二温度传感器15分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度，并将信号发送至控制器27，通过控制器27分析温度数据，当驱动器内部温度超出设定值开启降温系统，通过第一风扇16、微型泵机23、半导体制冷器210和第二风扇211进行降温，适用于伺服驱动器低功率长时间工作导致热量积聚的情况；若外部环境温度大于伺服驱动器主体12内部，则控制器27控制第一风扇16停止工作，减少内外空气交换，仅利用自身液冷进行降温，适用于热量积聚的情况下但外部温度较高，风冷无法降温的情况；若伺服驱动器内外部环境温度均低于预设数值，则启动加热器213快速提升伺服驱动器内部温度，使其能够适应低温环境下的启动和运行，适用于低温的情况；

第二种通过电流传感器19和电压传感器110分别检测伺服驱动器主体12的电压和电流值，并将信号发送至控制器27，控制器27根据电流电压值计算输出功率，输出功率超出一定数值后依次开启强制风冷和液冷系统，即超出第一设定值后开启风冷，超出第二设定值后风冷和液冷系统同时工作，从而根据功率自动调整散热方式，在伺服驱动器内部升温速度提高时同步增加冷却功率。

通过两种触发方式并行运行，使伺服驱动器能够适应各种不同的温度环境和工作状态，提高热管理系统的效能，降低能耗，节约资源。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高效能伺服驱动器热管理系统，包括主体组件（10），其特征在于：所述主体组件（10）包括壳体（11）、伺服驱动器主体（12）、第一温度传感器（14）、第二温度传感器（15）、电流传感器（19）和电压传感器（110）；

所述伺服驱动器主体（12）安装于所述壳体（11）的内侧壁，所述第一温度传感器（14）和第二温度传感器（15）安装于所述伺服驱动器主体（12）的顶部，所述电流传感器（19）和电压传感器（110）安装于所述伺服驱动器主体（12）的底部；

所述主体组件（10）的内部设置有热管理组件（20），所述热管理组件（20）包括储液箱（21）、进液管（22）、微型泵机（23）、分流板（24）、换热板（25）、回液管（26）、控制器（27）、备用电源（28）、充电口（29）、半导体制冷器（210）、第二风扇（211）、隔板（212）和加热器（213）；

所述储液箱（21）固定连接于所述壳体（11）的内侧壁底部，所述进液管（22）和所述回液管（26）连通于所述储液箱（21）的顶部，所述微型泵机（23）安装于所述进液管（22）上，两个所述分流板（24）分别连通于所述进液管（22）和所述回液管（26）的顶端，所述分流板（24）的一侧连通有换热板（25），所述控制器（27）安装于所述储液箱（21）的顶部，所述半导体制冷器（210）安装于所述储液箱（21）的一侧，所述第二风扇（211）安装于所述导体制冷器（210）的一侧，所述加热器（213）安装于所述储液箱（21）的内侧壁底部。

2.根据权利要求1所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述分流板（24）和所述换热板（25）为内部中空结构。

3.根据权利要求2所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述换热板（25）固定连接于所述伺服驱动器主体（12）的外侧壁，所述换热板（25）的一侧设置于所述伺服驱动器主体（12）的内部。

4.根据权利要求1所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述备用电源（28）安装于所述储液箱（21）的顶部，所述备用电源（28）的一侧设置有充电口（29）。

5.根据权利要求1所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述控制器（27）的信号输入端与所述第一温度传感器（14）、第二温度传感器（15）、电流传感器（19）和电压传感器（110）的信号输出端信号连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述隔板（212）固定连接于所述储液箱（21）的内侧壁。

7.根据权利要求5所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述控制器（27）的电性输出端与微型泵机（23）、半导体制冷器（210）；第二风扇（211）和加热器（213）的电性输入端电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种高效能伺服驱动器热管理系统，其特征在于：所述主体组件（10）还包括显示屏（13）、第一风扇（16）、通风孔（17）和导热板（18）；

所述显示屏（13）安装于所述伺服驱动器主体（12）的顶部，所述第一风扇（16）对称安装于壳体（11）的前表面和后表面，所述通风孔（17）均匀开设于所述壳体（11）的一侧，所述导热板（18）均匀固定连接于所述伺服驱动器主体（12）的外侧壁。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高效能伺服驱动器热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过第一温度传感器（14）和第二温度传感器（15）分别检测伺服驱动器内部和外部环境温度，并将信号发送至控制器（27）；

步骤二：通过电流传感器（19）和电压传感器（110）分别检测伺服驱动器主体（12）的电压和电流值，并将信号发送至控制器（27）；

步骤三：通过控制器（27）对数据进行分析，并自动开启热管理系统，通过控制第一风扇（16）、微型泵机（23）、半导体制冷器（210）和第二风扇（211）工作对伺服驱动器主体（12）内部进行降温，通过控制加热器（213）工作对伺服驱动器主体（12）内部进行升温，若外部环境温度大于伺服驱动器主体（12）内部，则控制器（27）控制第一风扇（211）停止工作；若伺服驱动器主体（12）内外部环境温度均低于预设数值，则控制器（27）启动加热器（213）提升伺服驱动器内部温度； 控制器（27）根据伺服驱动器主体（12）的电流和电压值计算输出功率，输出功率超出第一设定值后开启风冷，超出第二设定值后风冷和液冷系统同时工作。

10.根据权利要求9所述的一种高效能伺服驱动器热管理方法，其特征在于：在步骤三中，当伺服驱动器内部温度触发散热模式后，若外部环境温度大于伺服驱动器主体（12）内部，则控制器（27）控制第一风扇（16）停止工作。