CN100367635C - 带有编码器的电动机 - Google Patents
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Abstract
一种带有编码器的电动机组件，包括一个具有外壳的电动机和一个用于检测上述电动机输出轴旋转角的编码器。上述编码器包括一个用导电方式连接到上述电动机外壳的框架构件，一个支撑在上述框架构件上的电路板和一个上述电路板中提供的检测电路。上述带有编码器的电动机组件进一步包括一个连接到上述编码器电路板且包括一个信号线和一个屏蔽构件的输出信号电缆，和一个用于接地目的电气地连接上述输出信号电缆的上述屏蔽构件到上述电动机外壳的接地机构。上述接地机构包括一个上述电路板上的构图导体，一个相互连接上述导体到上述屏蔽构件的第一连接结构，和一个相互连接上述导体到上述框架构件的第二连接结构。上述第二连接结构包括一个上述电路板提供的连接上述导体的通孔金属镀层，和一个插入具有上述通孔金属镀层并紧固上述电路板在上述框架构件上的通孔的固定元件。当上述固定元件被固定时，上述通孔金属镀层和上述框架构件形成电接触。
Description
技术领域
本发明一般涉及一种电动机，更具体地涉及一种带有编码器的电动机组件，上述电动机组件包括一个提供给一个电缆的屏蔽接地装置，上述电缆具有一个用于输出编码器检测信号的信号线和一个用于屏蔽信号线的屏蔽构件。
背景技术
在电动机中，编码器用于检测位置数据，例如电动机轴的旋转角度，近来已经发展得以致于具有了更高精确度和分辨率的检测能力，因此，有必要充分地减少编码器输出信号中的噪声的影响。通常，为了减少噪声影响的目的，在其中一个具有用于输出编码器检测信号的信号线的电缆(在下文中写为输出信号电缆)中提供一个具有线性的、网络的或薄膜形状的屏蔽构件。为了接地目的，在上述输出信号电缆中提供的上述屏蔽构件通常是电连接到上述电动机的外壳。
日本未经审查的专利公告(Kokai)第2002-354756号(JP2002-354756A)公开了一种带有编码器的电动机，其特征为上述编码器的输出信号电缆通过一个具有接地导线的电缆连接器连接到上述编码器电路板上的板连接器。包含在上述输出信号电缆中的一个屏蔽构件通过电缆和板连接器的相互的连接端子、电路板上的一个模型导体和上述电缆连接器的接地导线连接到电动机的外壳上。上述接地导线在它的末端通过一个螺钉固定到上述电动机的外壳，因此上述屏蔽构件是电接地的。
日本未经审查的专利公告(Kokai)第2002-101605号(JP2002-101605A)中公开了一种带有编码器的电动机，其特征为上述编码器的输出信号电缆通过一个导电性的套筒被安装在上述电动机的外壳上。一个包含在上述输出信号电缆中的屏蔽构件通过除去电缆外皮而部分地暴露出来，并且通过固定上述导电的套筒到上述屏蔽构件的露出的部分以及到上述电动机的外壳而电连接到上述电动机的外壳以达到接地的目的。
日本未经审查的专利公告(Kokai)第10-239101号(JP10-239101A)中公开了一种带有编码器的电动机，其中上述电动机的导线中具有的一个屏蔽构件连接到一个编码器的外壳上。通过用一个螺钉把从上述导线延伸的上述屏蔽导线的末端固定到上述编码器的外壳，上述导线的屏蔽构件电连接到上述编码器的外壳以达到接地的目的。
发明内容
本发明的目的是为在带有编码器的电动机中使用的输出信号电缆提供一种改进的屏蔽接地装置，以便使输出信号电缆的连接操作更容易和降低操作费用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种带有编码器的电动机组件，其中包括：一个电动机外壳；一个编码器，包括以一种导电的方式附着到电动机外壳上的框架构件、一个由框架构件支撑的电路板和一个位于上述电路板中的检测电路；一个连接到上述编码器电路板并且包括一个信号线和一个屏蔽构件的输出信号电缆；和以电连接上述信号输出电缆的屏蔽构件到上述电动机的外壳以达到接地目的的一个接地机构；其中上述接地机构包括一个构图在电路板上的导体，一个相互地连接上述导体和上述屏蔽构件的第一连接结构，和一个相互地连接上述导体和上述框架构件的第二连接结构。
在上述的带有编码器的电动机组件中，上述第一连接结构可以包括一个连接到上述检测电路和上述电路板的导体的第一连接器，和一个连接到上述信号线和上述输出信号电缆的屏蔽构件的第二连接器，上述第一连接器和上述第二连接器能够相互耦合。
在上述装置中，上述第一连接器可以是一个固定在上述电路板上的板连接器。
而且，上述第一连接器可以包括一个连接到上述导体的第一导电壳，和上述第二连接器可以包括一个连接到上述屏蔽构件的第二导电壳，上述第二导电壳和上述第一导电壳能够耦合。
在上述装置中，上述第一连接器可以是一个附着到一个密封电路板的编码器外壳的外部连接器。
更进一步，上述第二连接结构可以包括一个在上述电路板中用于连接上述导体的通孔金属镀层，上述通孔金属镀层与上述框架构件形成电接触。
在上述装置中，上述第二连接结构可以更进一步地包括一个插入到一个具有通孔金属镀层的通孔中并将电路板紧固在框架构件上的固定元件。
或者，上述第二连接结构可以包括一个在电路板上的用来连接到上述导体的面和一个电连接上述面到上述框架构件的连接元件。
在上述装置中，上述连接元件可以包括一个将上述电路板紧固到上述框架构件上同时与上述面形成电接触的导电固定元件。
而且，第二连接结构可以包括一个在与该导体导电接触的同时将电路板固定到该框架构件上的导电紧固元件。
或者，上述第二连接结构可以包括一个在上述导体与上述框架部件电接触的条件下，紧固上述电路板到框架构件上的固定元件。
附图的简要说明
本发明的上述和其它目的、特征和优点将从以下结合附图的具体实施例的描述中变的更加明显，其中：
图1是按照本发明的带有编码器的电动机组件的一个实施例的示意图；
图2是如图1中所示的带有编码器的电动机组件的检测部分的典型的示意图；
图3A是如图1中所示的带有编码器的电动机组件的接地机构的示意性的平面视图；
图3B是如图3A中所示的接地机构的示意性的剖面视图；
图4A是如图3A中所示的接地机构的第二连接结构的放大的平面视图；
图4B是如图4A中所示的第二连接结构的放大的剖面视图；
图5A是按照另一个实施例的接地机构的第二连接结构的放大的平面视图；
图5B是如图5A中所示的第二连接结构的放大的剖面视图；
图6A是按照进一步的实施例的接地机构的第二连接结构的放大的平面视图；
图6B是如图6A中所示的第二连接结构的放大的剖面视图；
图7A也是按照进一步的实施例的接地机构的第一连接结构的局部的放大的前视图；
图7B是如图5A所示的第一连接结构的整体的示意性的说明；
图8A是一个输出信号电缆的横截面的视图，作为例子，可使用在如图1中所示的带有编码器的电动机组件中；和
图8B是如图8A所示的输出信号电缆的纵向的剖面视图。
详细的说明
本发明的实施例参照附图在下面进行了详细的描述。在附图中，相同或相似的组成部件采用相同的附图标记来表示。
参照上述附图，按照本发明的一个实施例，图1示意性地示出了的带有编码器的电动机组件10。上述带有编码器的电动机组件10包括一个具有电动机外壳12的电动机14，和一个用于检测电动机14的输出轴16的旋转角度的编码器18。上述编码器18包括一个以电连接方式附着在电动机外壳12上的框架构件20，一个支撑在上述框架构件20上的电路板22和在一个上述电路板22中提供的检测电路24(图2)。带有被编码器盖26覆盖的上述电路板22的编码器18被安装在电动机外壳12后部的终端区域。
如图2中典型地所示，上述编码器18的检测电路24包括一个光接收元件28，例如一个光电二极管，并且与一个附着在上述电动机14的输出轴16上的缝隙圆盘30相配合，与上述光接收元件28相对设置的一个固定缝隙平板34和一个光发射元件32，上述圆盘30处在光接收元件28与固定的缝隙平板34之间，这样就构成了上述编码器18的一个光学的检测部件36。应当注意的是本发明不限制上述编码器的检测部分的上述结构，而是也可以采取多种构造的检测部分，例如磁性的或其它光学类型。同样，本发明不仅可以应用在如图所示的实施例中的带有旋转编码器的旋转电动机中，而且可以应用在与线性编码器相结合的线性电动机中。
再次参照图1，上述带有编码器的电动机组件10更进一步包括一个连接到编码器18的电路板22并且包括一个信号线38和一个屏蔽构件40的输出信号电缆42，和一个将输出信号电缆42的屏蔽构件40电连接到电动机的外壳12用于接地目的的接地机构44。上述输出信号电缆42通过信号线38用于从编码器18的检测电路24到一个外部控制电路(未示出)传输一个检测信号输出。护层46内由金属制成的并具有一个线性的、网络的或薄膜形状的屏蔽构件40用于环绕上述信号线38(见图8A和8B)，并用于减少检测信号传输中噪声的影响。在上述带有编码器的电动机组件10中，一个电力线48被用于上述电动机14的电力供给。
如图3A和3B所示，上述接地机构44包括一个构图在电路板22上的导体50，一个相互地连接上述导体50到上述屏蔽构件40的第一连接结构52，和一个相互地连接上述导体50到上述框架构件20的第二连接结构54。上述接地机构44用于保持上述输出信号电缆42的屏蔽构件40和上述电动机外壳12在一个相同的电位(或一个地电位)。为此目的，上述电动机外壳12和上述上述编码器18的框架构件20至少在其各自的相互连接部分使用良好的电传导材料制作而成。更进一步地，上述框架构件20，也称为编码器法兰(或法兰基座)，被使用如金属螺钉这样的大量的固定元件56固定地连接到上述电动机外壳12，以至于确保电动机外壳12和框架构件20的电传导条件(或地电位)。在这方面，上述电动机外壳12通过一个接地导线来接地，等等(未示出)。
上述接地机构44的导体50形成在电路板22表面的预定构图中以致于在第一连接结构52和第二连接结构54中延伸，其特征为编码器18的检测电路24的导线构图，使用例如已知的印刷电路板制造工艺。第一连接结构52包括一个用于连接上述检测电路24和上述电路板22的导体50的第一连接器58和一个用于连接信号线38和输出信号电缆42的屏蔽构件40的第二连接器60，上述第一连接器58和上述第二连接器60能够相互耦合。在上述说明的实施例中，上述第一连接器58是一个固定在上述电路板22表面上的板连接器，并且上述第一连接器的一个端子(未示出)被连接到上述导体50的一端。另一方面，上述第二连接器60的一个端子(未示出)作为一个电缆连接器被连接到屏蔽构件40。当上述第一和第二连接器58，60相互耦合在一起时，连接到上述导体50的前面的连接器的端子被连接到连接上述屏蔽构件40的后面的连接器。
如图4A和4B所示，上述第二连接结构54包括一个设在电路板22中的要连接到导体50的通孔金属镀层62，和一个插入具有通孔金属镀层62的通孔64中的固定元件66。上述通孔金属镀层62整体地提供，具有一个圆筒形部分62a和一对面部分62b，其中上述圆筒形部分62a延伸覆盖穿透上述电路板22相对两表面间的通孔64的整个内表面，而上述面部分62b在电路板22的相对的表面上沿着通孔64的相对端开口的外围延伸，一个面部分62b被连接到上述导体50。上述例如由金属螺钉构成的固定元件66具有与用于将电路板22紧固到框架构件20的多个固定元件68相同的结构。
因此，例如，当上述具有外螺纹66a的固定元件66被插入到通孔64和被拧紧到框架构件20形成的内螺纹20a中时，电路板22就被紧固到上述框架构件20，与此同时通孔金属镀层62和框架构件20形成导电接触。这样，上述导体50和上述框架构件20就通过通孔金属镀层62被电连接到一起。因此，通过上述第一连接结构52而连接到导体50的输出信号电缆42的屏蔽构件40被电连接到了通过上述第二连接结构54而连接到导体50的编码器18的框架构件20。在这方面，如已经描述的一样，上述框架构件20通过相互电连接而被附着到电动机外壳12，这样就使得屏蔽构件40被电连接到电动机外壳12而稳固地接地。
需要注意的是，在所描述的通孔金属镀层62的结构中具有一对面部分62b，上述固定元件66由一种绝缘材料制成，例如可以使用树脂。另一方面，如果固定元件66是由良好的电传导材料制成，例如使用金属，那么第二连接结构54的接地性能将显著提高。同样，如果通孔金属镀层62没有上述面部分62b，或者如果没有采用电镀的通孔，那么使用良好的电传导材料制成传导固定元件66是很有效的，因此当固定元件66被固定到框架构件20上时，导体50在其末端和固定元件66形成导电接触。
从上面可以被理解，按照上述接地机构44，在上述编码器18的组装过程中，连接上述输出信号电缆42到上述电路板22的步骤中，当信号线38也被连接到检测电路24时，同时连接上述屏蔽构件40和上述导体50是可能的。同样，在将上述电路板22紧固到上述框架构件20的步骤中，通过使用具有相同结构的固定元件66、68将导体50和框架构件20电连接也是可能的。因此，在带有编码器的电动机组件10中，在不需要提供如接地目的之外的连接导线这样的连接操作的复杂操作时，能够容易地在上述输出信号电缆42的屏蔽构件40和上述电动机14的外壳12之间建立电连接。因此，按照上述带有编码器的电动机组件10，能够简化输出信号电缆42的连接操作和减少其操作费用，从而使得能够有效地减少装配和制造上述组件10的费用和步骤的数量。应当注意的是还具有一个优点，消除了其中如撕掉上述输出信号电缆42的外皮46而暴露出上述屏蔽构件20的电缆端的过程，从而改善了电缆连接部分的防水性能。
尽管，在上述实施例中，为了连接上述导体50到框架构件20，图4A和4B所示的上述通孔金属镀层62被用于连接上述第二连接结构54，因此可以采用其它方式。例如，如图5A和5B所示，上述第二连接结构54可包括一个在电路板22上用于连接上述导体50和一个电连接上述面70到上述框架构件20的连接元件66′的面70。在本实施例中，其中在上述电路板22中形成一个无金属镀层通孔72穿透上述相对的表面，上述的面70在上述电路板22上沿上述无金属镀层通孔72的一个开口端的边缘环状地延伸，被构图的面70连接到上述导体50。用良导电材料制成的导电固定元件66′形成上述连接元件66′，导电固定元件66′与上述固定元件68(图3A)有相同的结构。
因此，例如，当具有外螺纹的上述导电固定元件66′插入上述无金属镀层通孔72并被旋转进入在框架构件20中形成的内螺纹20a时，上述电路板22紧固到上述框架构件20，与此同时，上述固定元件66′的顶部66b和面70形成导电接触。因此，上述导体50和上述框架构件20通过面70和上述导电固定元件66′被相互电连接。从而，上述输出信号电缆42的屏蔽构件40经上述第一连接结构52连接到上述导体50，屏蔽构件40电连接到上述编码器18的框架构件20。在这一方面，在上述两者被相互电连接的条件下，上述述框架构件20附着在上述电动机外壳12上，如已经所描述的一样，做为这样一个结果，上述屏蔽构件40被电连接到上述电动机外壳20以致稳定的接地。
或者，如图6A和图6B中所示，上述第二连接结构54可包括紧固上述电路板22到上述框架构件20上的一个固定元件66，能够使上述导体50与上述框架构件20产生导电接触。在本实施例中，其中在上述电路板22中由穿透上述相对的表面形成一个无金属镀层通孔72，被构图的上述导体50从第一连接器58(图3B)延伸到上述电路板22的后表面，以致上述导体的末端紧密的接近上述无金属镀层通孔72的开口边缘。在这方面，用印刷电路板的制造技术制成的上述导体50通常用一个保护层覆盖，以致必须预先去掉上述导体末端的期望长度50a上的上述保护层。
因此，例如，当上述具有外螺纹66a的固定元件66插入无金属镀层通孔72并被旋转进入在框架构件20中形成的内螺纹20a时，上述电路板22紧固到上述框架构件20，与此同时，上述电路板22的后表面上的导体50形成直接电接触并电连接到上述框架20。因此，上述输出信号电缆42的屏蔽构件40经上述第一连接结构52连接到上述导体50，上述屏蔽构件40电连接到上述编码器18的框架构件20，上述框架构件经上述第二连接结构54电连接到上述导体50。在这一方面，上述框架构件20附着在上述电动机外壳12上，这样上述两者被相互电连接，如已经所描述的一样，做为这样一个结果，上述屏蔽构件40被电连接到上述电动机外壳20以致稳定的接地。
更进一步，作为上述第一连接结构52相互连接着上述电路板22上的导体50和上述输出信号电缆42的屏蔽构件40，除了上述实施例之外的系统也可以采用。例如，如图7A和7B所示，作为上述第一连接结构52的第一连接器，可以采用附着在密封上述电路板22的编码器盖26上的外部连接器74。上述外部连接器74为输出信号提供多个端子76，上述端子76通过一条内部电缆78和板连接器80的相应端子(未示出)连接。在电路板22上，板连接器80的一个端子(未示出)连接到导体50(图3A)，由此上述外部连接器74的一个端子76被电连接到上述导体50。另一方面，连接到上述输出信号电缆42的第二连接器60提供多个端子孔(未示出)单独地连接到上述外部连接器74的端子76，一个端子孔被连接到上述屏蔽构件40(图8A)。当上述外部连接器74和上述第二连接器60完全耦合时，上述连接导体50的前一个连接器的端子76连接到上述连接屏蔽构件40的后一个连接器的端子孔。意识到具有这种装置和上述导体50的第一连接结构52和第二连接结构54的组合也确保上述输出信号电缆42的屏蔽构件40接地(即与上述电动机外壳12同电位)。
在具有上述装置的第一连接结构52中，可以采用另外的构造，即上述外部连接器和第二连接器74，60的导电壳被分配一条接地线，代替上述构造，即上述外部连接器74的一个端子76和上述第二连接器60的一个端子分配接地线。在这种结构中，外部(或第一)连接器74包括由象金属那样的良导电材料制成的第一导电壳74a，并且上述第一导电壳74a通过上述内部电缆78连接到上述板连接器80的相应端子，上述端子依次连接到上述电路板22上的导体50(图3A)。因此，上述外部连接器74的第一导电壳74a电气地连接到上述导体50。另一方面，上述第二连接器60包括象金属那样的良导电材料制成的第二导电壳60a，上述导电壳连接到上述屏蔽构件40(图8A)。当上述外部连接器74和上述第二连接器60完全地耦合时，连接上述导体50的前一个连接器的第一导电壳74a和连接上述屏蔽构件40的后一个连接器的第二导电壳60a导电地耦合。意识到带有这种装置和上述导体50的第一连接结构52和第二连接结构54的组合也确保上述输出信号电缆42的屏蔽构件40接地(即与上述电动机外壳12同电位)。
虽然带有涉及首选实施例的发明被详细地公开和描述，但是所属域的技术人员懂得没有背离下列权利要求的精神和范畴的各种变化和改变。
Claims (11)
1.一种带有编码器的电动机组件，包括：一电动机外壳；一个编码器，其包括一个用导电方式附着在上述电动机外壳上的框架构件、一个支撑在上述框架构件上的电路板和一个在上述电路板中提供的检测电路；一个连接到上述编码器的上述电路板上并且包括一根信号线和一个屏蔽构件的输出信号电缆；和一个用于接地目的把上述输出信号电缆的上述屏蔽构件电气连接到上述电动机外壳上的接地机构；其中：上述接地机构包括一个在上述电路板上要被构图的导体，一个相互连接上述导体到上述屏蔽构件上的第一连接结构，和一个相互连接上述导体到上述框架构件上的第二连接结构。
2.如权利要求1所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第一连接结构包括一个连接到上述电路板的上述检测电路和上述导体上的第一连接器和一个连接到上述输出信号电缆的上述信号线和上述屏蔽构件上的第二连接器，上述第一连接器和上述第二连接器能够相互耦合。
3.如权利要求2所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第一连接器是一个固定在上述电路板上的板连接器。
4.如权利要求2所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第一连接器包括一个连接到上述导体上的第一导电壳，上述第二连接器包括一个连接到上述屏蔽构件上的第二导电壳，上述第二导电壳和上述第一导电壳能够耦合。
5.如权利要求4所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第一连接器是一个附着在密封上述电路板的编码器盖上的外部连接器。
6.如权利要求1所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第二连接结构包括一个在所述电路板中提供的要被连接到上述导体上的通孔金属镀层，上述通孔金属镀层和上述框架构件形成电接触。
7.如权利要求6所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第二连接结构更进一步包括一个插入具有上述通孔金属镀层的通孔中并紧固上述电路板到上述框架构件上的固定元件。
8.如权利要求1所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第二连接结构包括一个提供在上述电路板上要被连接到上述导体的面和一个电气地连接上述面到上述框架构件上的连接元件。
9.如权利要求8所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述连接元件包括一个紧固上述电路板到上述框架构件上同时和上述面形成导电接触的导电固定元件。
10.如权利要求1所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第二连接结构包括一个紧固上述电路板到上述框架构件上同时与上述导体导电的导电固定元件。
11.如权利要求1所述的带有编码器的电动机组件，其特征在于：上述第二连接结构包括一个在使上述导体和上述框架构件产生导电接触的条件下，紧固上述电路板到上述框架构件上的固定元件。
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