CN1856696A - 用于指针指示器装置的微电机结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于指示器装置的微电机(1)，该指示器装置包括通常用在汽车的仪表板内的指针(4)。更具体地，本发明涉及下述类型的微电机(1)，该微电机包括壳体，其中一个区域的厚度E2小于壳体的最大厚度E1，从而形成在内部尤其在壳体的底部(2)上开口的自由空间或凹槽(34)。该凹槽(34)可有利地用于设置其中安装有微电机的仪表板的操作所必需的元件(18)，从而相对于现有技术的装置节约了空间。

Description

用于指针指示器装置的微电机结构

技术领域

本发明涉及一种用于指针指示器装置的微电机，该微电机包括一壳体，在该壳体内容纳有电机装置和用于从所述电机装置向具有轴线X1且能够驱动指针指示器的驱动轴传递运动的装置。此外，该壳体包括具有使所述驱动轴能够进入的孔的第一面和与所述第一面相对的第二面，使所述第一面与所述第二面隔开的距离限定了所述壳体的最大厚度E1。

本发明还涉及一种用于仪表板的包含上述类型的微电机的指示器装置，所述微电机设置在印制电路板上，指针指示器安装在所述微电机的驱动轴内。

这种指针指示器装置的一个常见的示例性应用是指示汽车的仪表板上测量的变量的变化，例如车辆的运动速度、车辆的发动机转速、燃料液位或发动机温度。

应该指出，在本文中，术语“电机”用于表示通常包括——作为示例——容纳在定子内的转子和转子激励线圈的组件，而术语“微电机”表示集成在一个封闭的壳体内并与用于驱动指针指示器的装置相关联的类型的“电机”。

背景技术

从现有技术中已知这种类型的装置。美国专利No.4,954,807公开了用于汽车的仪表板的一个示例性实施例，其中指示多种所测量的物理变量的各自的值。在该美国专利中解决了在本领域中已知的一个问题，即对尤其用于实现多个所测量的物理变量的各自的值的同时显示的装置的空间需求。实际上，如果要使所显示的信息保持一定程度的清晰度，则这些装置具有不可忽略的最小空间需求。

因此，上述美国专利提出了一种限制其组成元件的空间需求的仪表板结构。

但是，在过去几年里在汽车工业中所产生的技术进步促使设计者进一步丰富显示在仪表板上的信息。

从而，显示装置的组成元件的数目也在增加，特别是当以模拟形式实现所测量的物理变量的显示时。在这种情况下，必须使用电机，通常必须为每个必须显示的物理变量配备一个电机。此外，越来越多的电子元件集成在这些仪表板内以进行各种计算或执行各种显示功能。电机和电子元件通常安装在印制电路板上，而电机上则安装带有与所测量的物理变量有关的读数或刻度的表盘。

为了实现这种类型的仪表板的合理的整体空间需求，设计者必须一方面在所显示的信息的数量和另一方面承载仪表板的组成元件的印制电路板(PCB)的尺寸以及从PCB到安装在电机上的表盘的距离之间找到折衷方案。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种比现有技术的已知微电机更紧凑的微电机结构来克服现有技术的上述缺陷。更紧凑的微电机允许构造更紧凑的指针指示器装置，从而允许构造包括这种指针指示器装置或比具有相当尺寸的现有技术的仪表板显示更多信息的更紧凑的仪表板。

因此，本发明涉及上述类型的微电机，其特征在于，壳体具有厚度为E2的区域，E2小于最大厚度E1，从而在第二面中限定一开口凹槽。

由于这种结构，由该凹槽形成的在壳体外部的自由空间可以用于设置仪表板的组成元件，例如电子元件。

因此，在其中壳体通过第二面——通常通过底部——固定在PCB上的特定的非限制性示例中，在底部的一部分和PCB之间设有自由空间。在该自由空间内可以设置多个电子元件，而对于现有技术的结构，这些元件只能在壳体的旁边设置在PCB上，从而使得空间需求增加。

在本发明的一个具体实施例中，使用空心类型的驱动轴，壳体的底部包括设置成面向该轴的空心部的孔。然后将空心驱动轴与指针指示器相联接，该指针指示器的柄部(stem)是透明的，以使照亮其指示件的光线能够传播。因此，由于本发明的特殊结构，可以面对设置在壳体底部的孔直接在PCB上设置光源，以便照亮指针指示器。从而，可在将各种电子元件安装到PCB上的制造步骤期间将光源安装到PCB上。例如，可以使用与通常用于仪表板的外装设备(SMD)元件相兼容的发光二极管(LED)型光源。

此外，如果微电机通过微电机的第一面——通常是微电机盖——固定在PCB上，则用于光源的支承件可以在底部的位于凹槽内的部分固定到壳体上。当然，以如下方式设置支承件，即，当光源设置在该支承件内时，发射出的光沿驱动轴的空心部的方向——即朝向指针指示器的柄部——传播。

如果壳体是通过塑料成型制成，则可以将光源支承件与壳体成型为单个部件，或者可以提供用于设置可拆除的附加支承件的固定装置。

本发明的另一个目的是提出一种允许同一指针多次拆卸和再安装到电机上而不会损坏的指针指示器装置。

为此，根据本发明的指示器装置优选还包括允许所述指针多次从所述轴上拆卸下来的机械装置。具体地，该指针可以多次拆卸，而驱动轴或指针不会发生致使它们不可用的损坏。

更具体地，当指针的柄部放入空心轴时所发生的任何变形均发生作用，但是所涉及的各个元件仍保持在它们各自的弹性变形范围内。

附图说明

通过阅读下面参考附图并通过非限制性示例给出的详细说明，可以更清楚地发现本发明的其它特征和优点，在附图中：

-图1示出根据本发明的第一实施例的指示器装置的一个部分的透视图；

-图2a示出图1中所示的指示器装置的简化剖视图；

-图2b示出图1中所示的指示器装置的一个细部的正视图；

-图2c示出图2a中所示指示器装置的一可选实施例的示意性剖视图；

-图3示出根据本发明的第二实施例的指示器装置的一个部分的剖视图，该剖视图与图2a类似。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施例的用于仪表板的指示器指针装置的一个部分的分解透视图。

图1所示的装置包括包含一壳体的微电机1，该壳体尤其由被盖3封闭的底部2构成，在该壳体内容纳有用于驱动指示器指针4的多个元件(图2a中所示)。指针4包括固定在指示件(index)6上的柄部5——作为非限制性示例这里所示的柄部5为圆柱形，指示件6的功能是指示与表盘上带有的读数或刻度相对的所测量出的物理变量的值(在图2a中可看到)。

壳体的盖3尤其包括一孔7，指针的柄部5穿过该孔以便将指针固定在微电机的驱动轮副(在图2a和2b中也可看到)上。应该指出，在仪表板的装配过程中，在将表盘放入微电机之后，将指针的柄部插入驱动轴。

微电机1安装在印制电路板(PCB)8上——作为非限制性示例这里所示的印刷电路板为圆盘形式。为此，PCB设有三个孔9、10和11，支脚12和13插入这些孔内，作为示例，这里有三个支脚，但在图1的视图中仅能看到两个。

在图1中还可看到设置在壳体内部的用于向电机的部件提供电能的接点14。该接点设置成被压入或焊接在一未示出的PCB的孔内，该孔以常规方式连接到PCB的印制电路通道(未示出)上。

此外，在图1中还可看到，壳体的底部2包括凹进部分15，该凹进部分在壳体底部限定一凹槽乃至两个各自具有不同厚度的壳体区域。电机的部件所在的第一区域16的厚度E1比驱动轮副的一部分所在的第二区域17的厚度E2大。

在图1中还概略示出一附加元件18，该元件将面对壳体的第二区域17而设置在PCB上，即，设置在该凹槽内。一般来说，该元件18可以是用在仪表板中的厚度小于E1-E2的任何元件。或者，可以设想面对壳体的第二区域17在PCB上，即在该凹槽内，设置多个各自的厚度均小于E1-E2的元件。

根据对本发明的当前实施例的一种优选变型，如果有多个元件18，则至少其中一个元件18是光源，优选为发光二极管。如图中所示，将该二极管直接地或者通过特定支承件插入PCB内。此外，应该指出，可以使用常规类型的具有1、2或3种颜色的二极管，而不会脱离本发明的范围。

根据本发明的微电机的具体结构和二极管18的布置在图2a所示的剖视图中显得更清楚。

微电机1包括一常规类型的电机，该电机包括其中设有用于容纳转子21的开口的定子20。用于向电机供应能量的装置也设置在定子20上，在图2a中以两个线圈22的形式表示，这两个线圈通过它们各自的接线柱14被供电。

转子21固定在一轴23上，该轴23一方面可枢转地安装在壳体的底部2内，另一方面可枢转地安装在盖3内。轴23还包括与中间轮24的齿圈相啮合的齿圈，该中间轮与轴25一同形成中间轮副26。与轴23一样，轴25一方面可枢转地安装在底部2内，另一方面可枢转地安装在壳体的盖3内。

驱动轮副27设置在微电机壳体内并包括带齿的驱动轮28，该驱动轮安装在从该驱动轮沿指针方向延伸的空心轴29上，轮28与中间轮副26的轴25啮合。

应该指出，此处所示的微电机包括优选由成型塑料材料制成的壳体。因此，设有凹凸部(relief)以用于承载驱动轮副27，以便适当定位该轮副并允许该轮副以最小的摩擦自行转动。

空心轴29包括内接触表面30，该内接触表面与指示器指针4的柄部5机械连接。用于将指示器指针4容纳在空心轴29内的机械连接装置可以是常规类型。但是，在下文中将参照图2b和2c更详细地说明指示器指针4的柄部5与驱动轮副27之间的连接装置的一个优选实施例。

有利地，驱动轮副27优选通过常规的塑料成型工艺制成单个部件。

图2a示出根据本发明的一个示例性的微电机，其中表盘31已经放置在抵靠壳体的盖3的适当位置。表盘31包括允许指示器指针4的柄部5穿过的孔32。

此外，还示出微电机通过其底部2——更具体地说是通过与PCB的适配的孔9、10和11配合的支脚12和13——固定在PCB 8上。

图2a更清楚地示出壳体的底部2的凹进部分15的形状。作为非限制性示例，所示的凹进部分基本垂直于PCB的表面33，微电机抵靠该表面33设置。

凹进部分15在壳体的底部形成凹槽34，这对应于微电机壳体内的两个空间区域。在图2a右侧示出的第一空间区域16对应于壳体厚度E1，其大于图2a左侧示出的第二区域17内的壳体厚度E2。

实际上，应该指出，电机的通常占据大部分空间的元件是线圈。因此，申请人观察到，通过使用紧凑的电机结构，可以限制微电机在包含除线圈之外的元件的部分内的空间需要，尤其是厚度。

因此，在根据本发明的微电机中，将电机的组成元件，即定子20、转子21和线圈22设置在厚度为E1的壳体的第一空间区域16内。从而，在用于容纳微电机的比线圈22小的组成元件——这里尤其指驱动轮副——的空间区域17内，壳体可具有减小的厚度E2。

对微电机组成元件所占据空间的这种分配以及对凹进部分15的设置有利地在微电机的一个部分——即位于第二空间区域17的部分——与PCB 8之间留出凹槽34。

在仪表板上为车辆的使用者提供越来越多的信息的趋势导致控制仪表板上的显示所需的电子元件增加。

自由空间或凹槽34的存在使电子元件可以设置在该自由空间或凹槽内，否则它们只能设置在具有现有技术中已知的结构的微电机壳体的突出部的外侧。因此，凹槽34优化了PCB 8的表面33的占用情况。应该指出，凹槽34的较大尺寸允许多种常规电子元件设置在其中。

在图2a中所示为单独一个元件，其作为示例并且根据本发明的指示器装置的一种优选实施方式。

在作为非限制性示例示出的该实施方式中，在第二空间区域17内在PCB 8上设有光源。更具体地，壳体的底部2包含孔35，当指示器指针4的柄部5安装在驱动轮副27中时，柄部5的自由端36位于该孔内。为了有效地照亮指示件6，在此处由承载发光二极管或LED 38的支承件37表示的光源定位成面对孔35，从而由LED 38发射出的最大数量的光直接射入指针4的柄部5内。则指示器指针4可以通过常规成型方法制成单个部件。

除了照明效率高和节约空间外，根据本发明的微电机结构还具有另外一个优点，即，用于照亮指示器指针4的光源设置在开放环境中。因此，改善了由LED产生的热扩散并降低了位于光源附近的元件温度升高的危险。

当然，如果凹槽34提供了足够的空间，则可以在第二空间区域17内在LED 38附近设置其它元件。

如前所述，图2b示出指针的柄部5与驱动轮副27之间的连接装置的一个优选实施例，该图单独示出该驱动轮副27并从上方观察。在图2b中可以看到，空心轴29在与该图的平面平行的中间平面内具有包括多个基本直线的面30的截面，此处所示的实施例中有八个面。当然，图2b中所示的面的数目不是限制性的，对于具体的结构，本领域的技术人员可以毫不费力地确定最合适的面的数目。优选地，空心轴29的截面可以是多边形并包括n个面，n大于或等于3。特别地，从与柄部的机械连接效率和制造的复杂程度之间取得折衷的观点看，该轴优选具有6-8个面。

图2c示意性地通过剖视图示出根据参照图2b说明的指针柄部和驱动轮副之间的连接装置的一个可选实施例的指示器指针装置的一个部分。

图2c示出微电机100由盖103封闭。图中示出空心轴129的端部139穿过适配于盖103上的孔开口到盖的外部，该孔的壁起到径向导引该轴的作用。

可以看到，轴129包括两个纵向狭槽140，这两个狭槽几乎在轴的伸出壳体的整个部分上延伸。狭槽140基本上沿径向相对，以便限定两个能够以弹性方式相对移动的具有半圆形截面的舌状件141。还可以看到，每个舌状件141在轴的端部139附近具有小的肩部142。因此，每个舌状件141在沿壳体的方向从肩部142延伸出来的部分内厚度较大。

此外，从图2c可清楚看出，除了从基部143伸出的指示件106和直径基本小于基部143的柄部105以外，指针104还包括环144。环144从指针的指示件106的底面145延伸并与柄部105同轴。此处以非限制性方式示出的环144的高度略大于指示件的基部143的高度。环144的内径略大于空心轴129的外径。

从而，当指针104安装在微电机上时，环144将夹紧轴129。

应该指出，图2c特意被简化以便清楚地显示与本发明有关的技术要素。

因此，没有示出用于驱动一驱动轮副127的电机装置以及传动齿轮系。图2c示意性地示出微电机1的两分壳体，即底部102和盖103，所示支承件146与底部102形成为一个部件。

图2c更清楚地示出指针柄部105与空心驱动轴129之间的接触区域。柄部105容纳在空心轴129内，从而柄部的基部143与小的肩部142相对。从而，每个舌状件141通过其肩部142向指针柄部105的基部143施加压力。

还可以看到，当将指针104放置在空心轴129内的适当位置时，环144抵靠舌状件141设置。从而，舌状件141受到环状的环144施加的压力，该压力趋向于朝空心轴129的内部——即逆着指针柄部105的基部143——推回舌状件。因此，环144的结构加强了由肩部142与柄部105之间的接触所产生的摩擦，以便驱动轮副127无滑移地向指针104传递旋转运动。

此外，还应该指出，应将柄部105、空心轴129的内部以及环144的尺寸调节到制造公差以内，使得当柄部105容纳在轴129内部时，上述三个元件中的每一个在其弹性范围内有轻微变形。

这个特定的特征允许以后将指针104从轴129上拆卸下来时不会损坏柄部105，同时保证该装置的应用所要求的机械连接性能。回到上述在用于汽车的仪表板领域的应用示例，这种类型的指示器装置必须满足的一个要求涉及在指针与轴之间没有滑移的情况下，驱动轮副127必须能够向指针104传递的最小力矩。

因而，申请人在许多试验中能够证明可以在传递的转矩和指针在损坏前可以承受拆卸的次数之间找到折衷。作为示例，申请人发现，对于汽车工业中所需要的力矩数量级——即5mN·m左右，可以调整轴和指针柄部各自的尺寸，使得指针柄部最多可以拆卸五次而不会损坏。

还应该指出，从将指针装配到微电机上的观点看，前述可选实施例还具有两个另外的优点。一方面，如果指针和空心轴相对于轴线X1都具有旋转对称性，则不管指针和空心轴的角度位置怎样都可以进行装配。此外，所述组件的结构允许指针不以和空心轴的预定的相对轴向位置而是在一定范围内装配到空心轴上。换句话说，这一特征允许在一定程度上调整指针相对于微电机的轴向位置，以便考虑例如将具有不同厚度的表盘与根据本发明的单一类型的指示器装置一起使用。

还应该指出，可以有利地将刚刚说明的两种变型结合起来，使得空心轴包含多个面，同时指针在指示件的基部包含环。

图3通过示例示出本发明的第二实施例。微电机的设置是已知的，其中微电机通过盖而不是如图1和2a所示通过底部固定在PCB上。使用与前述图中所用的参考标号相同的参考标号来指示相同的元件。

微电机1的壳体内的设置与前述的相同。但是，根据本实施例，微电机1通过盖3固定在PCB 8上。PCB 8还安装在表盘31上并且还设有孔40以便为指示器指针4留出通道。

根据本实施例，由于光源不能既固定在PCB 8上又面对指针4的柄部5，因此必须对前述说明中的光源的支承件做一些修改。

在壳体的底部且例如基本垂直于该底部设置一延伸部41或支承件，将光源或LED 42固定在该延伸部或支承件上以便定位成与柄部5相对。在这种情况下，使用“侧面LED”，即，光的发射方向基本垂直于LED通过其固定到支承件上的表面，并且该“侧面LED”能够发射一种、两种或者三种不同颜色的光。

由于这种结构，安装该LED无需增加对微电机在厚度方面的空间要求。本领域的技术人员可以毫不费力地使用适于实施本发明的任何常规类型的从LED到PCB的电连接装置。例如，可以设想在微电机壳体内包覆模制电连接器(未示出)，以便经由壳体的延伸部41提供从LED到PCB的电连接。

当然，本领域的技术人员能够在不脱离本发明的范围的情况下提供在微电机壳体内固定LED的可选解决方案，例如直接固定而无需任何支承件。

前述说明对应于具体实施例，并且决不应被认为是限制性的，特别是关于形成电机的各种结构元件及其各自位置的所述和所示的形式。

同样，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下毫不费力地将凹槽的形状改为适应他们的特定需求。作为示例，应该指出，根据本发明的凹槽不一定如图中所示在微电机壳体的侧壁上开口。

由于本发明可以用于任何类型的需要电机驱动运动元件——例如模拟指示器元件——并且必须考虑空间要求的限制的电子设备，因此这种控制装置的可能的应用是非常广泛的。

Claims (13)

1.用于指示器指针装置的微电机，该微电机包括壳体，在该壳体内容纳有电机装置(20、21、22)和用于从所述电机装置向具有轴线X1且能够驱动指示器指针(4)的驱动轴(29)传递运动的装置(26)，所述壳体包括具有使所述驱动轴(29)能够进入的孔(7)的第一面和与所述第一面相对的第二面，使所述第一面与所述第二面隔开的距离限定了所述壳体的最大厚度E1，所述第一面和第二面通过至少一个侧面彼此连接，其特征在于，所述壳体具有厚度为E2的区域，且E2小于所述最大厚度E1，从而在所述第二面内限定一开口的凹槽(34)，所述凹槽(34)也在所述侧面上开口。

2.根据权利要求1的微电机，其特征在于，所述凹槽(34)设置在所述第二面的至少部分地与所述驱动轴(29)相对的区域内。

3.根据权利要求1或2的微电机，其特征在于，所述驱动轴(29)是空心的，壳体的所述第二面包括设置成基本与空心轴的所述轴线X1相对的孔(35)。

4.根据权利要求3的微电机，其特征在于，所述微电机还包括设置在所述孔(35)的区域内的用于接纳光源(42)的支承件(41)，壳体和所述光源支承件(41)的总厚度小于或等于壳体的最大厚度E1。

5.根据权利要求4的微电机，其特征在于，所述壳体包括限定所述第二面且由盖(3)封闭的底部(2)，所述盖限定所述第一面，底部(2)具有至少一个形成所述凹槽(34)的凹进部分(15)。

6.根据权利要求1或2的微电机，其特征在于，所述壳体的厚度基本等于所述最大厚度E1的区域对应于其中设置所述电机装置(20、21、22)的壳体内部的第一空间区域(16)，而壳体的基本与所述凹槽(34)相对的区域对应于其中设置所述驱动轴(29)的壳体内部的第二空间区域(17)。

7.根据权利要求1或2的微电机，其特征在于，壳体的所述第二面包括至少一个用于将壳体定位和/或固定在支承装置(8)上的支脚(12、13)。

8.根据权利要求3的微电机，其特征在于，该微电机还包括在指针和轴不会发生损坏以致不能使用的情况下，允许所述指针(4；104)多次从轴(29；129)上拆卸下来的机械装置(29、30；129、140、141、144)。

9.根据权利要求8的微电机，其特征在于，所述机械装置(30)尤其设置在所述空心轴(29)内，所述空心轴在基本垂直于所述轴线X1的平面内具有n边形形状的截面，n大于或等于3，指针的所述柄部(5)是圆柱形的。

10.根据权利要求8的微电机，其特征在于，所述机械装置尤其包括固定在所述指针(143)的所述指示件(106)上的环(144)，所述环(144)围绕指针(104)的所述指示件(106)的基部(143)同心地设置，并且该环的直径略大于所述轴(129)的外径。

11.用于仪表板的指示器装置，该指示器装置包括根据前述任一项权利要求的安装在印制电路板(8)上的微电机(1)。

12.根据权利要求11的指示器装置，其特征在于，当所述微电机通过第二面安装到所述印制电路板(8)上时，至少一个元件(18)设置在所述印制电路板上，同时至少部分地位于所述凹槽(34)内。

13.根据权利要求12的指示器装置，其特征在于，当所述驱动轴(29)为空心时，所述元件(18)包括一光源(38)，该指示器装置还包括具有透明柄部(5)的指示器指针(4)，该柄部(5)容纳在所述驱动轴(29)内。

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