CN101464165B - 编码器、编码系统和用于制造编码器的方法 - Google Patents

编码器、编码系统和用于制造编码器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及编码器、编码系统和用于制造编码器的方法，其中编码器(5，205)包括：转子(25，225)，包括扫描单元(40)的定子(6，206)，电缆(70，270)，以及成型在该定子(6，206)和电缆(70，270)上的盖(110，310)。该扫描单元(40)被该盖(110，310)与外界密封，并且通过该盖(110，310)消除该电缆(70，270)的张力。此外，一种编码系统和用于制造编码器的方法也是本发明的主题。

Description

编码器、编码系统和用于制造编码器的方法
技术领域
本发明涉及一种具有成型盖的编码器，例如旋转编码器。本发明还涉及一种包含具有成型盖的编码器的编码系统。本发明还涉及一种用于制造具有成型盖的编码器的方法。
背景技术
旋转编码器用于测量旋转部件的角位移，典型地为空心或实心轴。典型的旋转编码器使用一个分离的塑料或金属部分作为该编码器的盖。该编码器可以被粘接该盖后提供给顾客，或者该盖可以由顾客安装。当该盖由编码器制造商安装时，它还会包括电缆张力消除。该盖可以固定有螺钉、胶水、摁扣、压配合装置或其组合。如果需要环境密封，那么通常可以使用o形环来密封该盖和编码器之间的接口。由于这种盖是在粘接到编码器之前形成为单独的部分，所以很重要的是要保持较低的尺寸容差以保证正确配合，这就会增加制造成本。而且，由于这些盖典型地需要额外的部件以粘接和/或密封，所以需要花费额外的时间和成本来制造和/或组装该多个部件。具有多个部件的复杂性还会减少该盖的粘接和/或密封特性的可靠性。这些盖还不能为电缆提供充分的张力消除以将电信号从编码器传输到例如控制系统。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的编码器。本发明的另一个目的是提供一种改进的编码系统。本发明的另一个目的是提供一种改进的制造编码器的方法。
根据本发明的第一方面，编码器包括：转子，包括轴和粘接到该轴的编码盘；定子，包括配置成生成对应于该编码盘的角位置的电信号的扫描单元；配置成传输该电信号的电缆；以及成型在该定子和电缆上的盖。该扫描单元被该盖与外界密封，通过该盖消除该电缆的张力。
该转子可以通过滚动轴承可旋转地支撑在定子内。
该盖可以接触该扫描单元的集成电路的电引线并使其绝缘。
该盖可以接触该集成电路的多个电引线并使其绝缘。
该盖可以包括围绕该电缆的管状延伸部。该管状延伸部的壁厚可以沿该管状延伸部的长度在远离定子的方向上成锥度。该管状延伸部可以是弹性柔性的。
该编码器可以包括该盖与定子之间的屏蔽。
该定子和电缆可以包括互补连接器，并且该盖可以被成型在该连接器上以防止该连接器分开。
该定子可以具有底部沟槽，该盖可以向该底部沟槽中延伸一定距离。
该定子可以具有围绕该定子表面延伸的沟道，并且该盖可以延伸到该沟道中。
该定子可以包括安装凸缘。该盖可以通过该定子的环形区域与该安装凸缘分离。
该环形区域的外径可以与该盖的外径相同。
该电缆可以包括一个大约180度的弯曲，并且该弯曲可以被该盖包围。
根据本发明的第二方面，编码系统包括编码器和电机。该编码器包括：转子，包括轴和粘接到该轴的编码盘；定子，包括配置成生成对应于该编码盘的角位置的电信号的扫描单元；配置成传输该电信号的电缆；以及成型在该定子和转子上的盖，该扫描单元被该盖与外界密封，通过该盖消除该电缆的张力。该电机包括可旋转地耦合到定子的转子，该编码器的转子耦合到该电机的转子，该编码器的定子耦合到该电机的定子。
根据本发明的第三方面，制造编码器的方法包括：将该编码器的定子和耦合到该定子的该编码器的电缆的一部分设置到一个模具中；和通过注塑过程在该定子和电缆上成型一个盖，该盖将该定子与外界密封并且消除该电缆的张力。
该盖可以由弹性体形成，并且该注塑可以包括低压注塑。
该方法可以包括在成型之前对该定子施加屏蔽。
该方法可以包括在成型之前将该电缆折叠大约180度，并且该盖被成型在该弯曲上。
应当认识到，该编码器、编码系统和制造编码器的方法可以具有这里所述的任何一个或多个特征。
附图说明
在阅读了以下对于典型实施例的具体说明病结合附图的基础上，将会清楚本发明的其他方面和优点。
这些显示了：图1：一个编码器的透视图。图2：图1所示编码器的侧视图。图3：图1所示编码器的部分侧视图。图4a：图1所示编码器具有成型盖的侧视图。图4b：图4a所示编码器的透视图。图5：一个编码器的透视图。图6：图5所示编码器被放置在模具中的透视图。图7：图5所示编码器和模具在注塑过程之后的透视图。图8：图7所示编码器在从该模具中拿出后的透视图。
具体实施方式
参照图1和2，编码器5具有基板10，该基板10具有安装凸缘15和外壳部分20。该安装凸缘15能够将编码器5安装到例如电机上，例如电动机。基板10与不随着转子旋转的部件一起构成编码器5的定子6。转子25被布置在基板10中，包括轴30和粘接到该轴30并与之一起旋转的编码盘35，如图3所示。扫描单元40生成对应于该编码盘35的角位置的电信号。该扫描单元40包括光电二极管检测器45，其探测从光源50发出并经过该编码盘35的狭缝的光。该光电二极管检测器45被安装在印刷电路板60的衬底上，该印刷电路板60通过夹片62安装到基板10上。虽然所示系统使用了光学编码技术，但是应当认识到，也可以使用其他编码技术例如磁编码。转子25通过滚动轴承55可旋转地安装到定子6上。扫描单元40具有集成电路65，该集成电路65具有电引线67并且被安装到印刷电路板60上以处理该光电二极管信号。在处理后，该电信号通过电缆70传输，该电缆70包括被外套80覆盖的导线束75。该导线75可以被分别绝缘。电缆70除了传输电信号之外，还可以为编码器提供电能、控制命令等。通过将电缆70的连接器85例如外连接器配合到扫描单元40的连接器90例如内连接器而将电缆70连接到扫描单元40。该连接器90具有与连接器85的对应电触点耦合以传输电信号的电触点95。在注塑过程之前，电缆70可以在方向90上弯曲，从而使得电缆70的导线75折叠或弯曲大约180度。
在注塑过程之后(以下将参照图5-8更具体说明)，形成具有由聚合物例如弹性体构成的成型盖110的编码器，参见图4a和4b。该盖110被形成在定子6的基板10的环形区域115上方。该环形区域115具有在注塑过程期间与注塑机器的模具形成密封的外径，从而阻止该聚合物流到该环形区域115的顶面之下，以及用于使基板10位于该模具中心。虽然盖110可以被利用定子6与盖110内表面之间的摩擦力和/或粘合力固定以防止滑动，但是该盖110也可以通过沟道125固定，如图2所示。该注入的聚合物在注塑过程期间流入到沟道125中。在该聚合物冷却变硬之后，就能够通过与沟道125的底部沟槽130之间的机械干涉而防止滑离定子6。虽然该沟道125的截面轮廓被显示为矩形，但是应当认识到，该沟道轮廓可以是任何适合的形状，例如弧形、曲线、三角形等等。
管状延伸部140沿着电缆70的一部分延伸以便为电缆70提供张力消除。也就是说，成型盖110被成型到电缆70上以便为电缆70提供张力消除。随着该管状延伸部140在远离定子6的方向145上延伸，该管状延伸部140的外径逐渐变小，在这种情况下近似为线性。因为该管状延伸部140的内径近似为恒定的，所以该变小的直径导致该管状延伸部140的壁厚沿着该管状延伸部140在远离定子6的方向145上逐渐变小。该减小的结构在朝着定子6的区域提供更大的弯曲阻力，在远离定子6的区域提供更小的弯曲阻力。这样可以提供更渐进的可挠性，导致电缆70上的张力减少。该管状延伸部140是可弹性柔性的，并且由与该盖110其余部分相同的注入材料形成，例如弹性体材料。
由于电缆70被折叠以使得电缆70的导线在注塑过程之前具有大约180度的弯曲，所以能够保护导线75不受轴向力所导致的张力的影响，例如拉伸电缆70。在该注塑过程期间，该注入的聚合物在导线束75周围和其中流动，包括该弯曲或折叠部分。这样就得到了盖110，其中在该盖110内的一个固定位置上保持和支撑该导线75。这将会是很危险的，因为该导线在其与连接器85相结合的位置会比沿着其长度的位置更脆弱。例如，当电缆70被拉伸时，该阻力被沿着盖110和导线75外表面质检的接触区域分布，而不是局限在导线75和连接器85之间的结合处。该电缆70的折叠还减少了在连接器85和连接器90之间的连接的张力，因为轴向拉力不会使得该连接分开。
因为该注入的聚合物在定子6的部件例如导线75、连接器85、90和集成电路65周围自由流动，所以这些部件被支撑、绝缘并且与该盖110外部的环境密封。该增加的支撑可以防止由于机械振动导致的破坏和/或信号衰减。该增加的绝缘可以提供对于该集成电路65的相邻露出导线或引线67之间的电磁干扰和短电路的屏蔽。该密封防止了由于环境暴露例如水和粉尘破坏对编码器造成的破坏。盖110还保护该部件不受例如当该单元掉落到硬表面时发生的碰撞的破坏。
编码器5在注塑之前不需要任何屏蔽，因为外壳部分20、印刷电路板60和环形区域115阻止了注入聚合物流入外壳部分20的内部，其中设置有编码盘35。如果存在使得注入聚合物能够流入外壳部分20内部的孔，那么在注塑过程之前可以利用例如胶水密封这种孔。对于例如在印刷电路板60和外壳部分20之间可能存在的任何间隙也是这样。此外，或者作为替代，可以应用屏蔽，如图5所示。该屏蔽可以是胶带或粘合带的形式。
图5-8所示的编码器205具有与上面对编码器所述的相似的特征，除了提供屏蔽190以阻止注入聚合物流入编码器205内部。
在施加该屏蔽190之前或之后，通过将连接器285插入到连接器290中而将电缆270连接到定子206的印刷电路板260。然后在方向299上折叠电缆270以形成大约180度的弯曲。定子206、转子225和电缆270的一部分被插入到低压注塑机的模具212中，如图6所示。图6中仅示出了该模具212的前一半。该模具对应的另一半被降低以形成注入腔。该模具的另一半基本上是该模具212的前一半的镜象。电缆270的外套280的一部分被包含在该注入腔内，从而使得完整编码器的导线275不会暴露在该注塑盖310和外套280之间。
当该模具闭合后，聚合物例如弹性体被在低压下注入到该注入腔中。当该聚合物基本上固化后，打开该模具，如图7所示，取出具有成型盖310的完整的编码器205，该成型盖310具有管状延伸部340，如图8所示。这样形成的盖310为电缆270提供了例如防尘、防水和张力消除。
编码器5是以与关于编码器205所述的相同方式形成的，除了不施加屏蔽。
虽然参照特定示例和典型实施例描述了本发明，但是应当认识到，前面的说明决不是限制。此外，这里所述的特征可以任意组合使用。

Claims (1)

1.一种编码器( 5 , 205 ),包括:
转子( 25 , 225 ),包括轴( 30 )和粘接到该轴( 30 )的编码盘( 35 ); 
定子( 6 , 206 ),包括配置成生成对应于该编码盘( 35 )的角位置的电信号的扫描单元( 40 );
配置成传输该电信号的电缆( 70 , 270 )，所述电缆包括被外套（80）覆盖的导线（75）束;以及
成型在该定子( 6 , 206 )和电缆( 70 , 270 )上的盖( 110 , 310 )，所述盖由聚合物形成;
该盖( 110 , 310 ) 接触该扫描单元(40)的集成电路( 65 )的电引线( 67 )并使其绝缘；
该定子( 6 , 206 ) 和电缆( 70 , 270 )包括互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 ),该盖( 110 , 310 )被成型在该互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 )上以防止该互补连接器 ( 85 , 90 , 285 , 290 )分开；
注入的聚合物在导线（75）、互补连接器（85，90）和集成电路（65）周围自由流动，使得这些部件被支撑、绝缘并且与该盖（110）的外部的环境密封；
其中该扫描单元(40)被该盖( 110 , 310 )与外界密封,并且通过该盖( 110 , 310 )消除该电缆( 70 , 270 )的张力。
2 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该转子( 25 , 225 ) 通过滚动轴承( 55 )可旋转地支撑在定子( 6 , 206 )内。
3 .如权利要求1所述的编码器( 5 , 205 ),其中该盖( 110 , 310 ) 接触该集成电路( 65 )的多个电引线( 67 )并使其绝缘。
4 .如权利要求 1所述的编码器( 5 , 205 ),其中该盖( 110 , 310 ) 包括围绕该电缆( 70 , 270 )的管状延伸部( 140 , 340 )。
5 .如权利要求 4 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该管状延伸部(140 , 340 )的壁厚沿该管状延伸部( 140 , 340 )的长度在远离定子( 6 ,206 )的方向上成锥度。
6 .如权利要求 4 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该管状延伸部(140 ,340 )是弹性柔性的。
7 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),还包括该盖( 110 , 310 )与定子( 6 , 206 )之间的屏蔽。
8 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该定子( 6 , 206 ) 具有底部沟槽( 130 ),该盖( 110 , 310 )向该底部沟槽( 130 )中延伸一定距离。
9 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该定子( 6 , 206 )具有围绕该定子( 6 , 206 )表面延伸的沟道( 125 ),该盖( 110 , 310 ) 延伸到该沟道( 125 )中.
10 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该定子( 6 , 206 ) 包括安装凸缘( 15 )。
11 .如权利要求 10 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该盖( 110 , 310 ) 通过该定子( 6 , 206 )的环形区域( 115 )与该安装凸缘( 15 )分离。
12 .如权利要求 11 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该环形区域( 115 ) 的外径与该盖( 110 , 310 )的外径相同。
13 .如权利要求 1 所述的编码器( 5 , 205 ),其中该电缆( 70 , 270 ) 包括一个180度的弯曲,并且该弯曲被该盖( 110 , 310 )包围。
14 .一种编码系统,包括编码器( 5 , 205 ),其包括:
转子( 25 , 225 ),包括轴( 30 )和粘接到该轴( 30 )的编码盘( 35 ); 定子( 6 , 206 ),包括配置成生成对应于该编码盘( 35 )的角位置的电信号的扫描单元( 40 );
配置成传输该电信号的电缆( 70 , 270 )，所述电缆包括被外套（80）覆盖的导线（75）束;以及
成型在该定子( 6 , 206 )和电缆( 70 , 270 )上的盖( 110 , 310 )，所述盖由聚合物形成; 
该盖( 110 , 310 ) 接触该扫描单元(40)的集成电路( 65 )的电引线( 67 )并使其绝缘；
该定子( 6 , 206 ) 和电缆( 70 , 270 )包括互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 ),该盖( 110 , 310 )被成型在该互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 )上以防止该互补连接器 ( 85 , 90 , 285 , 290 )分开；
注入的聚合物在导线（75）、互补连接器（85，90）和集成电路（65）周围自由流动，使得这些部件被支撑、绝缘并且与该盖（110）的外部的环境密封；
该扫描单元( 40 )被该盖( 110 , 310 )与外界密封,并且通过该盖( 110 , 310 )消除该电缆( 70 , 270 )的张力;和
电机,具有可旋转地耦合到定子( 6 , 206 )的转子( 25 , 225 ), 该编码器( 5 , 205 )的转子耦合到该电机的转子( 25 , 225 ),该编码器( 5 , 205 )的定子( 6 , 206 )耦合到该电机的定子( 6 , 206 )。
15 .一种制造编码器( 5 , 205 )的方法,所述编码器( 5 , 205 )包括转子( 25 , 225 ),转子包括轴( 30 )和粘接到该轴( 30 )的编码盘( 35 ); 定子( 6 , 206 )，包括配置成生成对应于该编码盘( 35 )的角位置的电信号的扫描单元( 40 );以及电缆( 70 , 270 )，被配置成传输该电信号，所述方法包括:
将该编码器( 5 , 205 )的定子( 6 , 206 )和耦合到该定子( 6 , 206 ) 的该编码器( 5 , 205 )的电缆( 70 , 270 )的一部分设置到一个模具中，所述电缆包括被外套（80）覆盖的导线（75）束; 和
通过注塑过程在该定子( 6 , 206 )和电缆( 70 , 270 )上成型一个盖( 110 , 310 )，所述盖由聚合物形成,该盖( 110 , 310 ) 接触该扫描单元(40)的集成电路( 65 )的电引线( 67 )并使其绝缘；该定子( 6 , 206 ) 和电缆( 70 , 270 )包括互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 ),该盖( 110 , 310 )被成型在该互补连接器( 85 , 90 , 285 , 290 )上以防止该互补连接器 ( 85 , 90 , 285 , 290 )分开；注入的聚合物在导线（75）、互补连接器（85，90）和集成电路（65）周围自由流动，使得这些部件被支撑、绝缘并且与该盖（110）的外部的环境密封；该盖( 110 , 310 )将该定子( 6 , 206 )与外界密封并且消除该电缆( 70 , 270 )的张力。
16 .如权利要求 15 所述的方法,其中该盖( 110 , 310 )由弹性体形成,并且该注塑包括低压注塑。
17 .如权利要求 15 所述的方法,还包括:
在成型之前对该定子( 6 , 206 )施加屏蔽。
18 .如权利要求 15 所述的方法,其中该盖( 110 , 310 )包括沿着该电缆( 70 , 270 )延伸一定距离的管状延伸部( 140 , 340 )。
19 .如权利要求 15 所述的方法,还包括在成型之前将该电缆( 70 , 270 )折叠180度弯曲,该盖( 110 , 310 )被成型在该弯曲上。
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