CN105703526B - 一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，属于机械结构设计技术领域，该多叶准直器电机引线结构采用两个固定电路板，每个固定电路板包括在固定电路板上开有引线固定孔，动子预留孔及引线焊盘，布设在该电路板上的霍尔信号转换电路、外围排线接口及固定安装孔，以及连接引线；其中该两个固定电路板分别竖直固定在机架上的两端，每台微型直流电机动子及电机动力引线与电机信号输出引线尾端分别焊接在引线固定孔外周的引线焊盘上；该固定电路板通过固定安装孔固定在电机框后面，电机动力引线和信号输出引线经过电路板的连接引线至霍尔信号转换电路后，再连接至外围排线接口。本结构提高传感器信号的抗干扰性及传感器精度。

Description

一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构

技术领域

本发明属于机械结构设计技术领域，特别涉及多叶准直器中电机引线电器互联结构改进。

背景技术

多叶准直器是用来产生适形辐射野的机械运动部件，俗称多叶光栅、多叶光阑、MLC(Multi-Leaf Collimator)等等，多叶准直器广泛应用于医学领域，是放疗设备的核心部件，依靠多页准直器才可实现射线的适形成型。按照多叶准直器运动方式，多叶准直器有手动及电动两类，后者的功能远大于前者，是应用中的主要的形式和研发方向；

现有多页准直器的结构如图1主要分为：机架11，安装在机架上的钨合金叶片组件12，与钨合金叶片组12相连的驱动电机阵列13。多叶准直器是通过计算机控制电机阵列中的多个微型电机独立驱动每个叶片单独运动，达到射野动态或静态成形的目的。

多叶准直器叶片组件的叶片数量决定了控制照射野范围的精度，狭小空间内多数量微型电机的排布和外围引线等都产生了很多技术上的问题，由于多叶准直器叶片精度与密度很大，所以多叶准直器尾部电机排布也是高密度多层排布，这就导致了庞大数量的电机尾部柔性引线很难固定和向外延伸，在实际运动过程中会经常因为设备震动等外界因素导致电器互联失效。同时，高密度大功率微型电机群组电器互联引线相互之间，会造成相当大的干扰，高精度传感器信号线会受到大功率动力线和外界的电磁干扰。

一种常见的多叶准直器结构如图2所示，包括机架11，安装在机架上的钨合金叶片组件12，与钨合金叶片组12相连的驱动电机阵列13其中电机阵列13分别安装在钨合金叶片组12的叶片支架23两侧，每侧电机阵列13包括多台微型电机，每台微型电机的引线21及电机阵列支架21。

每侧多台微型电机(如64台微型直线电机)，按照8排、每排8列的非等间距方式排布(不限于此排布方式)。每台直线电机的引线包括4条动力驱动线和8条位置信号传感器信号线，分别从圆柱形直线电机尾部两侧引出。现有多页准直器中，一般都是采用将电机尾部引线直接捆扎成整体，或采用排线将电机引线接入电机驱动器。

多叶准直器微型直线电机的4根动力驱动线分为A、B两相，每相回路通过的瞬态最高电流约2A，每相回路通电形式为固定频率PWM方波脉冲，方波占空比以高的速刷新率变化。(电机不限于此种动力线方案)电机动力引线31连接至电机驱动器；

电机的位置信号传感器为霍尔传感器，每个电机内有两个相位相差90度的霍尔元件，每个霍尔元件有两路供电引线和两路差分信号输出引线，双霍尔元件共8条引线。(传感器不限于此种方案)霍尔传感器信号经过电机信号输出引线32连接至电机驱动器；

一般微型直线电机的定子长度为150mm，根据需求，直线电机内部动子的有效行程要大于180mm，所以电机动子的运动范围会超过电机定子引线端所在平面。(不限于此种尺寸的电机，只要是高密度电机排布都会涉及此类布线问题)

该设备中电机引线为柔性导线，位置存在不确定性，传统方案中采用扎带等将导线固定，使其避开动子在平面内的运动空间，但是在动子运动过程中，可能会因为震动等原因导致引线移动至动子运动空间内，致使动子与电机引线出现刮擦，顶撞，久而久之导致引线外皮被磨破或引线直接被大推力动子撞断，传统走线固定的方法不仅繁杂，且其工艺性和设备稳定性都很差。

微型直线电机结构如图3所示：包括电机动力引线31、电机信号输出引线32、电机定子33和电机动子34。

该种结构存在如下问题：

1、电机数量众多，在制造和维修过程中接线工艺性差，如果其中一台电机损坏，必将要拆开整体线束，对损坏电机进行检修更换，然后再重新固定所有线束；

2、众多信号线以不规则状态排布在动力线中，导致信号线其内部传输的信号受到干扰，影响电机运动的精度和可靠性，从而影响多页准直器整机的工作可靠性；

3、传统整体捆线方案在结构上具有局限性，无法满足永磁直线电机驱动的多页光栅对结构的要求，即无法捆扎电机动子形成大于电机定子的一系列电机。

发明内容

本发明的目的在于为克服已有技术的不足，设计一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，本发明利用电路板来固定多叶准直器中高密度电机的引线，并把动力驱动线路与传感器信号线路引至高密度电机群组的侧面——电机框两侧，以方便采用常规柔性导线与电机驱动器相连接；改善电机群组传感器信号的电器互联方法，提高传感器信号传输过程中的抗干扰性；对电机传感器输出的微弱信号做集成化滤波放大处理，提高传感器精度。

本发明提出的一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，其中多叶准直器包括机架，安装在机架上的钨合金叶片组件，与钨合金叶片组相连的驱动微型电机阵列；电机阵列支架及每台微型电机的引线及引线结构；其特征在于，所述多叶准直器电机引线结构采用两个固定电路板，每个固定电路板包括在固定电路板上开有与每个微电机相应位置的引线固定孔，动子预留孔及引线焊盘，布设在该电路板上的霍尔信号转换电路、外围排线接口及固定安装孔，以及连接于引线焊盘，霍尔信号转换电路及外围排线接口之间的连接引线；其中该两个固定电路板分别竖直固定在机架上的两端，驱动微型电机阵列中每台微型直流电机动子及电机动力引线与电机信号输出引线分别穿过固定电路板的动子预留孔和引线固定孔，每条引线尾端分别焊接在引线固定孔外周的引线焊盘上；固定后的电机动子引线与电机动子运动轴向成倒锥形分布，该固定电路板通过固定安装孔固定在电机框后面，电机动力引线通过电路板的连接引线引出至电路板两侧的外围排线接口，电机信号输出引线经过电路板的连接引线至霍尔信号转换电路后，再连接至外围排线接口，外围排线接口通过导线或排线连接至电机驱动器。

本发明的特点：

该发明主要解决了多叶准直器多数量结构电机尾部布线问题。即解决了由于多叶准直器单侧尾部有数量多达64个(不限于此数量)不规则紧密排布的微型大功率直线电机，且排布电机信号线和动力线所在平面空间与电机动子运动空间相互碰撞干涉的问题。

本发明在机械结构上：通过采用双面电磁屏蔽的电路板，解决多电机动子与电机引线干涉问题，解决了电机引线引出至电机框架两侧的问题。

本发明在电路上：通过采用上述电路板，使得电机传感器中微弱的信号在密集、强电磁干扰下得到保护，提高了电机传感器的信噪比，提高了电机的检测精度和控制的稳定性。避免了信号在长线传输过程中收到其它外围干扰。

本发明通过电路板结构，将电机引线通过穿线孔，并采用热缩管进行热缩固定。然后再将电机的动力线和信号线分别焊接或插接到工艺电路板上，通过电路板内部走线将电机引线引致电机框架外围，并经过相应的转化电路连接至电机驱动器，该转化电路包括对微弱信号的滤波和放大电路。

本发明通过以上结构达到的有益效果：

采用本发明的结构解决了上述多叶准直器多数量电机尾部布线问题，保证了电机动子在运动过程中不会与工艺电路板和电机引线相互刮擦、顶撞。且该结构中电路板采用双面电磁屏蔽方案，使高敏感性电机位置传感器信号线得到电磁保护。提高了传感器信号的精度和抗干扰性，增加了设备的稳定性。同时该套方案的结构设计和电路设计都大大优化了整个电机尾部的安装、维修工艺性和稳定性。

附图说明

图1为一般多页准直器整机结构示意图。

图2为一般多页准直器尾部电机群组固定方式以及引线排布结构示意图。

图3为一般多页准直器单个直线电机结构示意图。

图4为本发明的整体结构示意图。

图5为本发明的固定电路板的结构分布示意图

图6为本发明一个电机导线引出与固定板连接结构示意图

具体实施方式

本发明设计出的一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构结合附图及实施例进一步说明如下：

本发明的基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构如图4所示，其中多叶准直器与传统多叶准直器结构相同，包括机架11，安装在机架上的钨合金叶片组件12，与钨合金叶片组12相连的驱动微型电机阵列13，电机阵列支架22；每台微型电机的引线21(如图2所示)及引线结构。其区别之处在于，本发明电机引线结构与传统多叶准直器电机引线结构不相同。本发明的的多叶准直器电机引线结构采用两个固定电路板50。每个固定电路板的结构如图5、6所示，包括在固定电路板上开有与每个微电机相应位置的引线固定孔51，动子预留孔54及引线焊盘42，布设在该电路板上的霍尔信号转换电路52、外围排线接口53及固定安装孔55，以及连接于引线焊盘42，霍尔信号转换电路52及外围排线接口53之间的连接引线。其中该两个固定电路板分别竖直固定在机架11上的两端，驱动微型电机阵列13中每台微型直流电机动子34及电机动力引线31与电机信号输出引线32分别穿过固定电路板的动子预留孔54和引线固定孔51，每条引线尾端分别焊接在引线固定孔51外周的引线焊盘42上，固定后的引线与电机动子34运动轴向成倒锥形分布，该固定电路板50通过固定安装孔55利用螺栓固定在电机框22后面，其机械结构保证了电机13在运动的时候电机动子34不会与电路板50相互接触与顶撞，电机定子33所引出的电机动力引线31和电机信号输出引线32通过电路板50上的引线固定孔51，到达电路板背面，并通过焊接方式焊接到引线焊盘42上，电机动力引线31通过电路板的连接引线引出至电路板两侧的外围排线接口53，电机信号输出引线32经过电路板的连接引线至转换电路52后，在连接至外围排线接口53，外围排线接口53通过导线或排线连接至电机驱动器。

本发明的固定电路板的具体实现方式及功能说明如下：

固定电路板50具体结构如图5所示：该电路板为多层多孔结构，包括在多层电路板上开设的动子预留通孔54和引线固定通孔51，电路板安装定位通孔55，以及设置在电路板面层上的引线焊盘42，霍尔信号转换电路52，外围排线接口53及设置电路板内层的连接引线。上述各种孔的位置与电机框22所固定电机阵列13的位置严格对应，且要保证其相互对应的位置精度。功能：该结构满足了电机动子34在运动过程中可以穿过电路板50所在平面，且不与电路板50相互碰撞，引线固定孔51是为了固定电机阵列13的引线束21，使得在电机动子34运动过程中不与电机信号输出引线32和电机动力引线31相互刮蹭。

引线焊盘42，霍尔信号转换电路52，外围排线接口53及引线连接线均采用常规技术制作或采用常规产品。

电路板50背对电机框22侧有众多的引线焊盘42结构，围绕在动子预留孔54和引线固定孔51周围，引线焊盘42所对应的为电路板连接引线线，其对应于电机33电机动力引线31与电机信号输出引线32的连接线。功能：该结构实现了由电机动力引线31与电机信号输出引线32连接到电路板连接引线的功能。本发明连接引线线也可采用其他相似连接结构如：接插件连接、柔性排线焊接、穿孔连接等都在属于本发明的保护范围之内。

本发明的固定结构与多叶准直器电机连接关系：电机33在安装到电机框22后，其的电机动力引线31和电机信号输出引线32通过电路板50的引线固定孔51后，焊接到引线焊盘42上。

电路板50通过固定孔55固定到电机框22，多叶准直器电机电路结构中的信号集成电路连接至电路板50，并与电机信号输出引线32电气互联，转换完的信号经过外围排线接口53与电机驱动器相连。

以上结构实现了电机33到电机驱动器的电气互联。

由于电机动子直径对于整个电机外径较大，且工作过程中会穿过电路板安装平面，其结构(如图4)所示，电路板(50)、引线焊盘(42)、引线穿孔(43)，所以工艺电路板需要在相对应位置进行开孔，以保证在动子运动过程中不会顶撞、刮擦所设计的电路板。且电路板的开口位置要和安装电机的动子一一对应。

该方案中电机与电机驱动器的连线在电路板中集成，但是由于电机引线仍为柔性导线，且采用了电路板将电机引线引出到电机框外围，所以电机尾部导线相对较短，仅预留约10CM长度供给引线的固定和焊接。并且该设计中，电机两侧引线采用电路板上的引线固定孔(如图4)引线穿孔(43)来保证引线的位置，固定后的引线与电机动子运动轴向成倒锥形分布，保证了在动子运动过程中不会与电机引线出现接触刮擦，更保证了电机动子不会顶撞附近引线。

该电路板实施例采用6层板，顶层和底层电路为动力引线连接线布线层，顶层底层内部相邻的两层为屏蔽层，采用铺铜接地的方案，中间内部两层为信号引线连接线布线层，实现了顶层、底层动力引线连接线与中间内部两层信号引线连接线之间的电磁屏蔽。采用6层板不仅是因为布线空间有限，而是为了保障大功率变频动力线与高敏感性的位置传感器信号线之间不产生互相干扰，这种结构使得动力引线和外部所产生的电磁干扰被屏蔽层所屏蔽，内部信号线得到良好的电磁兼容性保护，提高了设备的精度、保证了设备的稳定性。

Claims (3)

1.一种基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，其中多叶准直器包括机架，安装在机架上的钨合金叶片组件，与钨合金叶片组相连的驱动微型电机阵列；电机阵列支架及每台微型电机的引线及引线结构；其特征在于，所述多叶准直器电机引线结构采用两个固定电路板，每个固定电路板包括在固定电路板上开有与每个微电机相应位置的引线固定孔，动子预留孔及引线焊盘，布设在该电路板上的霍尔信号转换电路、外围排线接口及固定安装孔，以及连接于引线焊盘，霍尔信号转换电路及外围排线接口之间的连接引线；其中该两个固定电路板分别竖直固定在机架上的两端，驱动微型电机阵列中每台微型直流电机动子及电机动力引线与电机信号输出引线分别穿过固定电路板的动子预留孔和引线固定孔，每条引线尾端分别焊接在引线固定孔外周的引线焊盘上；固定后的电机动子引线与电机动子运动轴向成倒锥形分布，该固定电路板通过固定安装孔固定在电机框后面，电机动力引线通过固定电路板的连接引线引出至固定电路板两侧的外围排线接口，电机信号输出引线经过固定电路板的连接引线至霍尔信号转换电路后，再连接至外围排线接口，外围排线接口通过导线或排线连接至电机驱动器。

2.如权利要求1所述基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，其特征在于，所述固定电路板为多层多孔结构，包括在多层电路板上开设的动子预留通孔和引线固定通孔，电路板安装定位通孔，以及设置在电路板面层上背对电机框侧的引线焊盘，霍尔信号转换电路，外围排线接口及设置电路板内层的连接引线。

3.如权利要求2所述基于电路板的多叶准直器电机引线固定结构，其特征在于，所述固定电路板采用6层板，顶层和底层电路为动力引线连接线布线层，顶层底层内部相邻的两层为屏蔽层，中间内部两层为信号引线连接线的布线层，两层屏蔽层实现顶层、底层与信号引线之间的电磁屏蔽。