CN102455190A - 一种磁感应式防水编码器 - Google Patents

Abstract

一种磁感应式防水编码器，包括壳体，其壳盖中心处设置轴座，其壳底中心处成型有与所述轴座同轴的凹腔，凹腔外侧壁成型有一安装槽；还包括：置于所述壳体内可转动的磁体组件，安装于所述轴座中一端与磁体组件连接的旋轴，置于壳底的所述凹腔中通过顶针与所述旋轴接触的第二磁体，以及三个霍尔元件，其中两个霍尔元件设置于壳体下方的线路板上，另一个霍尔元件置于壳底的所述安装槽内。本编码器结构简单、成本低，而且具有开关功能，还具有优良的防水性能，可以在潮湿或有水喷淋的环境中安全、稳定地工作。

Description

一种磁感应式防水编码器

技术领域

本发明涉及编码装置，特别是一种将角位移转换成编码数字化电信号的防水编码装置，同时具有开关功能，能够输出独立于编码信号的开关信号。

背景技术

编码器是把角位移或直线位移信号转换成编码数字化电信号的一种传感器装置。前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，以电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”；采用磁敏元件时以感应磁场的变化来表示代码状态。编码器广泛用于工控定位、转速测量、功率调节等。现有的编码器存在以下缺点：

光电式：安装的位置需要有透明玻璃材料，不防水、不耐污、成本高。

机械式：直接由金属接触实现开关，不防水，且易导电。有金属接触，无隔离功能。在一些厨房、浴室等场所的电器上使用不安全。且机械磨损影响使用寿命。

现有编码器只有编码功能，功能单一。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种结构简单、成本低，而且具有开关功能的编码装置。

本发明进一步的目的是提供一种还具有优良防水性能的编码装置，使得编码装置在潮湿或有水喷淋的环境中也能够安全、稳定地工作。

为了达到上述第一目的，本发明具有开关功能的编码装置，包括：

壳体，其壳盖中心处设置轴座，其壳底中心处成型有与所述轴座同轴的凹腔，凹腔外侧壁成型有一安装槽；

由支架及若干第一磁体组成的磁体组件，置于所述壳体内可转动，支架中心处设置驱动孔；

旋轴，安装于所述轴座中，一端连接磁体组件的驱动孔，另一端伸出壳体外连接旋钮；

第二磁体，置于壳底的所述凹腔中、与凹腔底之间设置复位弹簧，且通过顶针与所述旋轴接触；

三个霍尔元件，其中两个设置于壳体下方的线路板上，用于在第一磁体随旋轴同步转动时输出表示旋钮角位移的脉冲编码信号，另一个置于壳底的所述安装槽内，用于在第二磁体被旋轴压下时输出开关信号。

为达到上述进一步的目的，本发明在上述编码装置的基础上，进一步还包括一个由软质硅胶制成的防水套，该防水套包括与所述壳盖配合的平垫、平垫中部的轴座套、以及轴座套上端的旋轴套，平垫上表面设置若干向上的凸环，轴座套的内径小于所述轴座的外径。

进一步，还可包括旋钮的转动定位机构和升降定位机构，

所述转动定位机构含：

设置于所述支架顶面的环形槽内的若干第一凹坑，

设置于所述壳盖下端的至少两个空心柱体，

设置于所述空心柱体与所述支架顶面的环形槽之间的第一滚珠，以及，

设置于所述空心柱体内用于将第一滚珠压向所述环形槽的弹簧；

所述升降定位机构含：

设置于所述轴座侧壁的至少两个孔和装于该孔中的第二滚珠，

设置于所述旋轴上的凹环，以及，

能够将第二滚珠压向所述凹环的所述防水套。

构成所述磁体组件的支架可采用以下结构：支架具有一圆板，圆板下表面中心处设置支撑柱，支撑柱中心设置所述驱动孔，圆板下表面设置与所述驱动孔同轴的第一磁体安装槽。进一步还可在所述壳底的凹腔口部设置带顶针过孔的盖板，盖板与所述支架的支撑柱之间设置软质垫片，软质垫片起到缓冲与间隔作用，保证磁体组件转动时，支架和壳底不会被磨损。

进一步还可在所述支架内于若干第一磁体的上方设置导磁环，以增强导磁率。

本发明编码装置利用霍尔效应的原理对旋钮的角位移编码，并利用霍尔效应的原理检测旋钮的升降运动进而产生开关信号，其结构简单，成本低。而且其壳体和旋钮均可以采用塑料制成，完全实现了与内部电路的隔离，使用安全，克服了现有机械式编码器直接由金属接触实现开关，在厨房、浴室等场所的电器上使用不安全的缺陷。

其壳体内没有任何电子元件和电路，因此即使有水沿旋轴渗入其壳体内，也不会影响编码装置工作。

其采用特殊结构的防水套后，不但可以防止水沿安装孔渗入机箱内，和防止水沿旋轴渗入编码装置的壳体内，保证本编码装置在潮湿或有水喷淋的环境中也能够安全、稳定地工作，使用寿命长；而且该防水套还作为旋钮升降定位机构中的弹性部件，对第二滚珠施加向旋轴上的凹环运动的力。

其设置有旋钮的转动定位机构和升降定位机构，一方面可以有效解决旋钮受振动容易产生小幅度转动和升降的问题，另一方面在转动或升降旋钮时可以产生档位手感。

附图说明

图1为典型实施例防水编码装置的结构示意图；

图2为其安装在机壳上的状态图；

图3为其爆炸图；

图4为其支架的俯视图；

图5为其霍尔元件的位置示意图；

图6为其两个霍尔元件输出的旋钮角位移编码信号的波形图；

图7为其另一个霍尔元件输出的开关脉冲信号的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参照图1-4，本具有开关功能的防水编码装置包括：壳体1，磁体组件4，旋轴3，第二磁体6，三个霍尔元件8a、8b、8c，防水套2，旋钮的转动定位机构和升降定位机构。

壳体1由下壳12和壳盖11组成，壳盖11中心处设置轴座111，壳底中心处成型有与所述轴座111同轴的凹腔121，凹腔121外侧壁成型有一安装槽122；

磁体组件4由支架42及四个第一磁体41组成，磁体组件4置于所述壳体1内可转动，支架42中心处设置驱动孔421；

旋轴3安装于所述轴座111中，旋轴3一端连接磁体组件4的驱动孔421，另一端伸出壳体1外连接旋钮(图中未示出)；

第二磁体6置于壳底的所述凹腔121中，第二磁体6与凹腔121底之间设置复位弹簧7，第二磁体6中部通过顶针5与所述旋轴3接触；

两个霍尔元件8a、8b设置于壳体1下方的线路板8d上，用于在第一磁体41随旋轴3同步转动时输出表示旋钮角位移的脉冲编码信号，另一个霍尔元件8c置于壳底的所述安装槽122内，用于在第二磁体6被旋轴3压下后输出开关信号。

防水套2由软质硅胶制成，该防水套2包括与所述壳盖11配合的平垫21、平垫21中部的轴座套22、以及轴座套22上端的旋轴套23，平垫23上表面设置若干向上的凸环24，轴座套22的内径小于所述轴座111的外径。

旋钮的转动定位机构含：设置于所述支架42顶面的环形槽422内的若干第一凹坑423，设置于所述壳盖11下端的至少两个空心柱体113，设置于空心柱体113与所述支架顶面的环形槽422之间的第一滚珠424，以及设置于空心柱体113内用于将第一滚珠424压向环形槽422的弹簧425。支架42顶面的环形槽422作为第一滚珠424的运动轨道，环形槽422内的若干第一凹坑423对第一滚珠424起定位作用，在转动旋钮的过程中，磁体组件4同步转动，使第一滚珠424在环形槽422内运动，当第一滚珠424从第一凹坑423脱出至环形槽422时，需要克服弹簧425的压力，从而能够产生档位手感。另一方面，旋钮转动后，第一滚珠424落入相应的第一凹坑423，此时需要克服弹簧425的压力才能脱出第一凹坑423，因此可以避免受振动时旋钮和旋轴3小幅度转动而产生错误的角位移编码信号。

旋钮的升降定位机构含：设置于所述轴座111侧壁的两个孔112和装于孔122中的第二滚珠112’，设置于所述旋轴3上的凹环31，以及所述防水套2。由于防水套2采用软质硅胶制成，且其轴座套22的内径小于所述轴座111的外径，因此防水套2能够将第二滚珠112’压向旋轴3上的凹环31。该升降定位机构一方面可以避免受振动时旋钮和旋轴3产生小幅度升降，避免产生错误的开关信号，另一方面在升降旋钮用于输出开关信号时可以产生档位手感。

构成磁体组件4的支架42具有一圆板420，圆板420下表面中心处设置支撑柱426，支撑柱426中心设置所述驱动孔421，圆板420下表面设置与所述驱动孔420同轴的第一磁体安装槽427。所有第一磁体41固定地安装于第一磁体安装槽427内，呈环状排列。

壳底的凹腔121口部设置带顶针过孔的盖板123，盖板123与所述支架42的支撑柱423之间设置软质垫片124。软质垫片124起缓冲与间隔作用，保证磁体组件4转动时，支架42和壳底不会被磨损。

旋轴3上于所述壳盖11和所述支架42之间设置限位凸台32，可以防止旋轴3从壳体1脱出。

在所述支架42内四个第一磁体41的上方还设置一个导磁环43，以增强导磁率，导磁环43采用一个薄金属圈。

本实施例中，磁体组件4有四个第一磁体41，它们采用圆柱形磁钢，四个第一磁体41呈环状排列，相邻第一磁体41的极性相反。所述线路板8d上的两个霍尔元件8a、8b到旋轴3转动轴线a的垂线a1、a2之间的夹角为45度，参见图5。当转动旋钮时，旋轴3驱动磁体组件4同步转动，磁体组件4的所有第一磁体41的磁场均有机会穿透两个霍尔元件8a、8b。这样，两个霍尔元件8a、8b就能根据旋钮的转动输出表示旋钮角位移的脉冲编码信号。图6所示A、B两组脉冲序列分别为转动旋钮时两个霍尔元件8a、8b输出信号的波形图，可以看出它不但可以将旋钮旋转的角度转换成脉冲序列，还可以识别旋钮的旋转方向。

向下按下旋钮时，旋轴3推动顶针5进而将第二磁体6向下推，当第二磁体6经过霍尔元件8c时，霍尔元件8c的输出发生翻转，停止按压旋钮后，复位弹簧7使第二磁体6、顶针5及旋轴3复位。图7所示为霍尔元件8c输出的开关脉冲信号的波形图，可以看出，旋钮被按压一次，霍尔元件8c就会输出一个开关脉冲信号。

Claims (9)

1.一种具有开关功能的编码装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，其壳盖(11)中心处设置轴座(111)，其壳底中心处成型有与所述轴座同轴的凹腔(121)，凹腔(121)外侧壁成型有一安装槽(122)；

由支架(42)及若干第一磁体(41)组成的磁体组件(4)，置于所述壳体(1)内可转动，支架(42)中心处设置驱动孔(421)；

旋轴(3)，安装于所述轴座(111)中，一端连接磁体组件(4)的驱动孔(421)，另一端伸出壳体(1)外连接旋钮；

第二磁体(6)，置于壳底的所述凹腔(121)中、与凹腔(121)底之间设置复位弹簧(7)，且通过顶针(5)与所述旋轴(3)接触；

三个霍尔元件(8a、8b、8c)，其中两个设置于壳体下方的线路板(8d)上，用于在第一磁体(41)随旋轴(3)同步转动时输出表示旋钮角位移的脉冲编码信号，另一个置于壳底的所述安装槽(122)内，用于在第二磁体(6)被旋轴压下时输出开关信号。

2.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：还包括一个由软质硅胶制成的防水套(2)，该防水套(2)包括与所述壳盖(11)配合的平垫(21)、平垫中部的轴座套(22)、以及轴座套上端的旋轴套(23)，平垫上表面设置若干向上的凸环(24)，轴座套(22)的内径小于所述轴座(111)的外径。

3.根据权利要求2所述的编码装置，其特征在于：还包括旋钮的转动定位机构和升降定位机构，

所述转动定位机构含：

设置于所述支架(42)顶面的环形槽(422)内的若干第一凹坑(423)，

设置于所述壳盖(11)下端的至少两个空心柱体(113)，

设置于所述空心柱体(113)与所述支架(42)顶面的环形槽(422)之间的第一滚珠(424)，以及，

设置于所述空心柱体(113)内用于将第一滚珠(424)压向所述环形槽(422)的弹簧(425)；

所述升降定位机构含：

设置于所述轴座(111)侧壁的至少两个孔(112)和装于该孔中的第二滚珠(112’)，

设置于所述旋轴(3)上的凹环(31)，以及，

能够将第二滚珠(112’)压向所述凹环(31)的所述防水套(2)。

4.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：构成所述磁体组件(4)的支架(42)具有一圆板(420)，圆板下表面中心处设置支撑柱(426)，支撑柱中心设置所述驱动孔(421)，圆板下表面设置与所述驱动孔(421)同轴的第一磁体安装槽(427)。

5.根据权利要求4所述的编码装置，其特征在于：所述壳底的凹腔(121)口部设置带顶针过孔的盖板(123)，盖板(123)与所述支架(42)的支撑柱(426)之间设置软质垫片(124)。

6.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：所述旋轴(3)上于所述壳盖(11)和所述支架(42)之间设置限位凸台(32)。

7.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：所述支架(42)内于若干第一磁体(41)的上方设置导磁环(43)。

8.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于：所述线路板(8d)上的两个霍尔元件(8a、8b)到旋轴转动轴线(a)的垂线(a1、a2)之间的夹角为45度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的编码装置，其特征在于：相邻第一磁体(41)的极性相反。

Images