一种紧凑型舵用电子系统及舵机技术方案

本发明专利技术涉及一种紧凑型舵用电子系统及舵机，包括一体化成型的刚挠结合印制板；刚挠结合印制板的刚性板区域包括控制电路承载板、驱动电路承载板和功率电路承载板；控制电路承载板和驱动电路承载板通过第一挠性板连接；驱动电路承载板和功率电路承载板通过第二挠性板连接；通过对第一挠性板和第二挠性板进行弯折，使控制电路承载板和驱动电路承载板的安装位置平行，使功率电路承载板和驱动电路承载板的安装位置垂直，实现刚挠结合印制板在舵机外壳内置空间的紧凑安装。本发明专利技术采用刚挠印制板的平面化设计，折弯后的立体化布局，代替了内部电缆连接，使得结构更加紧凑，空间占比小，工艺性更加优化；节约了人员成本，保证了质量，降低了误操作概率。低了误操作概率。低了误操作概率。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型舵用电子系统及舵机


[0001]本专利技术涉及舵机
，具体涉及一种紧凑型舵用电子系统及舵机。

技术介绍

[0002]舵机中电机、减速器、传感器、丝杠、拨叉等机械执行机构的物理布局，造成了电路部分空间狭小且分散。传统的电路板堆叠方式，机电结合的程度不足，导致空间率不高。由于其机械结构的特殊性，而且无专用的电路插槽或者电路箱体，导致需要考虑电路板与电机传感器之间连接，或者电路板与电路板之间连接。采用对插接插件的安装方式，体积较大且需要留有插拔操作空间。尤其在空间狭小的机电产品设计中，如何合理的利用有限空间，而且还不带来附件的生产及安装难度，成为制约产品紧凑性的关键问题。

技术实现思路

[0003]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种紧凑型舵用电子系统及舵机，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0004]本专利技术提供的技术方案是：
[0005]本专利技术公开了一种紧凑型舵用电子系统，包括一体化成型的刚挠结合印制板；所述刚挠结合印制板的刚性板区域包括控制电路承载板、驱动电路承载板和功率电路承载板；
[0006]所述控制电路承载板和驱动电路承载板通过第一挠性板连接；所述驱动电路承载板和功率电路承载板通过第二挠性板连接；
[0007]通过对第一挠性板和第二挠性板进行弯折，使控制电路承载板和驱动电路承载板的安装位置平行，使所述功率电路承载板和驱动电路承载板的安装位置垂直，用于实现刚挠结合印制板在舵机外壳内置空间的紧凑安装。
[0008]进一步地，所述控制电路承载板和驱动电路承载板均为一整块的刚性电路板；
[0009]所述第一挠性板一端与控制电路承载板的边缘连接，另一端与驱动电路承载板的边缘连接；通过将所述第一挠性板向内两次90
°
折弯后，使所述控制电路承载板与驱动电路承载板平行；
[0010]所述功率电路承载板包括四块分立的、结构相同的功率电路子板；所述第二挠性板包括四块结构相同的L型挠性电路板；
[0011]四块L型挠性电路板的长边所对应的一端分别与驱动电路承载板的边缘连接，使四块L型挠性电路板均匀分布于驱动电路承载板的四周；四块L型挠性电路板的短边所对应的一端分别与四块功率电路子板的边缘连接；
[0012]每块L型挠性板的长边对应的一端向所述控制电路承载板所处位置的相反方向折弯90
°
，短边一端向内弯折90
°
，使四块功率电路子板分别与驱动电路承载板垂直，且四块功率电路子板之间的空间位置呈十字形。
[0013]进一步地，还包括安装结构；所述安装结构包括一个基座、四块垂直安装板和一块
水平安装板；
[0014]所述基座的安装面与舵机外壳垂直，与水平安装板平行；所述四块垂直安装板为形状相同的矩形金属板；所述四块垂直安装板分别安装于基座的安装面与水平安装板之间，与水平安装板与基座的安装面保持垂直；并且四块垂直安装板之间的空间位置呈十字形；
[0015]每块矩形金属板用于固定一块功率电路子板，并与功率电路子板上的功率元件紧密接触，作为功率元件的散热板；
[0016]水平安装板设置三个等角度的安装孔和三个等角度、等长度的安装柱；
[0017]所述安装孔用于安装驱动电路承载板；所述安装柱用于安装控制电路承载板。
[0018]进一步地，所述控制电路承载板，用于承载舵用电子系统的嵌入式控制电路、传感器调理电路、通讯电路和第一电源转换电路；
[0019]所述传感器调理电路，用于对包括温度、角度、电流和扭矩在内的传感器采集信号进行调理得到舵机传感信号；
[0020]所述嵌入式控制电路，用于在内部采用“一拖四”控制程序，根据所述舵机传感信号和外部控制信号产生四路包括PWM&DIR在内的舵机控制逻辑，分别用于对舵机四个无刷电机的运动进行控制；
[0021]所述通讯电路，用于接收外部控制信号和向外部发送舵机的状态信号；
[0022]所述第一电源转换电路，用于对外部输入的电压进行转换，为控制电路承载板上的电路单元供电。
[0023]进一步地，所述嵌入式控制电路包括处理器STM32G474RET3和对应的外围电路；
[0024]所述传感器调理电路为恒流式阻敏传感器信号调理电路，对包括电阻式RTD温度传感器、应变片式扭矩传感器和功率电阻式母线电流传感器采集的传感器信号进行调理；
[0025]所述通讯电路，包括RS422和CAN双通讯接口。
[0026]进一步地，所述驱动电路承载板，用于承载舵用电子系统的无刷电机驱动电路、电流监测电路和第二电源转换电路；
[0027]所述无刷电机驱动电路，根据采集的无刷电机转子霍尔传感信息和嵌入式控制电路输出的四路舵机控制逻辑，生成舵机四个无刷电机转动所需的三相驱动电压；
[0028]电流监测电路，用于监测舵机四个无刷电机的母线电流得到电流信息；
[0029]第二电源转换电路，用于对外部输入的电压进行转换，为驱动电路承载板上的电路单元进行供电。
[0030]进一步地，所述无刷电机驱动电路包括四个相同的电机驱动子电路；每个电机驱动子电路采用驱动逻辑产生芯片UCC2626，根据对应的无刷电机转子霍尔传感信息和嵌入式控制电路输出的PWM&DIR舵机控制逻辑，生成对应无刷电机转动所需的三相驱动电压；
[0031]所述电流监测电路包括四个相同的电流监测子电路；每个电流监测子电路采用隔离式Σ
‑
Δ型调制器AD7403，监测对应无刷电机的母线电流。
[0032]进一步地，每个功率电路子板用于承载舵用电子系统的一个无刷电机的三相逆变功率电路、温度监测电路和底层供电电路；
[0033]所述三相逆变功率电路，采用DirectFET封装的驱动管和功率MOS管对输入的三相驱动电压进行驱动放大和功率放大，输出到对应的无刷电机；
[0034]所述温度监测电路采用电阻式RTD温度传感器对功率器件散热和温度进行监测。
[0035]进一步地，所述第一挠性板和第二挠性板还用于作为刚性板区域之间的信号传输通道；
[0036]所述第一挠性板和第二挠性板至少包括三层金属导电层，其中最上层和最下层为金属导电层，用于屏蔽外面电磁干扰，避免信号传输在挠性板产生信号失真；中间层的金属导电层，用于建立刚性板区域之间的信号传输通道。
[0037]本专利技术还公开了一种舵机，包括如上所述的紧凑型舵用电子系统。
[0038]本专利技术至少可实现以下有益效果之一：
[0039]本专利技术采用刚挠印制板的平面化设计，折弯后的立体化布局，代替了内部电缆连接，使得结构更加紧凑，空间占比小，工艺性更加优化；
[0040]刚挠印制板的三维立体化设计，节约了装配时间，省略了电装焊接和现场检验的过程，产品质量的设计保证比重变大，工艺的保证性弱化；节约了人员成本，保证了质量，降低了误操作概率。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型舵用电子系统，其特征在于，包括一体化成型的刚挠结合印制板；所述刚挠结合印制板的刚性板区域包括控制电路承载板、驱动电路承载板和功率电路承载板；所述控制电路承载板和驱动电路承载板通过第一挠性板连接；所述驱动电路承载板和功率电路承载板通过第二挠性板连接；通过对第一挠性板和第二挠性板进行弯折，使控制电路承载板和驱动电路承载板的安装位置平行，使所述功率电路承载板和驱动电路承载板的安装位置垂直，用于实现刚挠结合印制板在舵机外壳内置空间的紧凑安装。2.根据权利要求1所述的紧凑型舵用电子系统，其特征在于，所述控制电路承载板和驱动电路承载板均为一整块的刚性电路板；所述第一挠性板一端与控制电路承载板的边缘连接，另一端与驱动电路承载板的边缘连接；通过将所述第一挠性板向内两次90
°
折弯后，使所述控制电路承载板与驱动电路承载板平行；所述功率电路承载板包括四块分立的、结构相同的功率电路子板；所述第二挠性板包括四块结构相同的L型挠性电路板；四块L型挠性电路板的长边所对应的一端分别与驱动电路承载板的边缘连接，使四块L型挠性电路板均匀分布于驱动电路承载板的四周；四块L型挠性电路板的短边所对应的一端分别与四块功率电路子板的边缘连接；每块L型挠性板的长边对应的一端向所述控制电路承载板所处位置的相反方向折弯90
°
，短边一端向内弯折90
°
，使四块功率电路子板分别与驱动电路承载板垂直，且四块功率电路子板之间的空间位置呈十字形。3.根据权利要求2所述的紧凑型舵用电子系统，其特征在于，还包括安装结构；所述安装结构包括一个基座、四块垂直安装板和一块水平安装板；所述基座的安装面与舵机外壳垂直，与水平安装板平行；所述四块垂直安装板为形状相同的矩形金属板；所述四块垂直安装板分别安装于基座的安装面与水平安装板之间，与水平安装板与基座的安装面保持垂直；并且四块垂直安装板之间的空间位置呈十字形；每块矩形金属板用于固定一块功率电路子板，并与功率电路子板上的功率元件紧密接触，作为功率元件的散热板；水平安装板设置三个等角度的安装孔和三个等角度、等长度的安装柱；所述安装孔用于安装驱动电路承载板；所述安装柱用于安装控制电路承载板。4.根据权利要求2所述的紧凑型舵用电子系统，其特征在于，所述控制电路承载板，用于承载舵用电子系统的嵌入式控制电路、传感器调理电路、通讯电路和第一电源转换电路；所述传感器调理电路，用于对包括温度、角度、电流和扭矩在内的传感器采集信号进行调理得到舵机传感信号；所述嵌入式控制电路，用于在内部采用“一拖四”控制程序，根据所述舵机传感信号和外部控制信号产生四路包括PWM&DIR在内...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一通，魏厚震，余东东，李磊，马俊，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：