CN219914464U - 一种光电式旋转编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电式旋转编码器，包括下端座、上端盖、空芯轴和设置在下端座和上端盖之间形成的容置空间中的编码盘组件，空芯轴两端转动连接于下端座和上端盖的两个中心孔，编码盘组件包括了动光栅盘、静光栅盘、光电发射器和电路板，动光栅盘与空芯轴同轴联动设置，静光栅盘和电路板分设于动光栅盘两侧，电路板上对应光电发射器设置有光电接收器。采用本技术方案，实现将编码盘组件安装在下端座和上端盖之间，通过合理优化结构布局，缩小了产品体积尺寸，这种旋转编码器具有精度高、结构紧凑、体积小、安装方便，抗干扰强等诸多优点，能够很好适用于电机、数控机械等对于位移、角度、运行速度的测量传感。

Description

一种光电式旋转编码器

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，具体涉及一种光电式旋转编码器。

背景技术

光电式旋转编码器中的角位移转换采用了光电扫描原理，读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的，此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口，接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。

现有如中国专利文献CN 202404112U公开了一种旋转编码器，包括机架、密封外壳、主轴、套设于主轴外侧的金属光栅盘，以及设于密封外壳内的电路板，主轴与机架之间套设有两轴承，使主轴通过两个轴承转动设置于机架上，其主轴的两端穿过两轴承后是伸出机架外，该金属光栅盘包括动光栅盘、及静光栅盘，动光栅盘是联动设置在主轴的一端上，静光栅盘和电路板都是安装在机架朝向密封外壳的这一侧，通过将密封外壳安装在机架上实现对金属光栅盘和电路板的密封遮罩。

从上述旋转编码器的结构可以看出，其仍存有以下问题:1.由于金属光栅盘和电路板都安装在机架外侧增加了安装高度，另外需要再装一个密封外壳保护，使得整个编码器体积做得较大，结构又复杂，制造成本高；2.主轴与轴承之间是存在配合公差，使主轴穿出轴承外的两端在转动时也会产生微小的晃动和偏心，导致动光栅盘在长期使用中会增大运动误差，从而影响产品的运行精度，增加了设备故障率。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的金属光栅盘和电路板都安装在机架外侧增加了安装高度，使得整个编码器体积做得较大，安装零部件又多，结构又复杂，增加制造成本的问题，从而提供一种结构紧凑，安装方便，缩小产品体积以及精度高的光电式旋转编码器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光电式旋转编码器，包括：

外壳，包括下端座和上端盖，和分别相对设置于所述下端座和上端盖的两个中心孔；

空芯轴，其两端转动连接于所述下端座和上端盖的两个中心孔；

编码盘组件，设置在所述下端座和上端盖之间密封形成的容置空间中，其包括与空芯轴同轴联动的设置于所述容置空间中的动光栅盘，和固定在所述下端座中且分设于所述动光栅盘两侧的静光栅盘和电路板，所述下端座中还设置有位于所述静光栅盘一侧的光电发射器，所述电路板与所述光电发射器电连接，且电路板上对应所述光电发射器设置有光电接收器。

上述的光电式旋转编码器中，所述下端座和上端盖的两个中心孔安装有连接所述空芯轴两端的两个轴承结构，所述空芯轴的两端通过两个轴承结构同轴心转动设置于两个中心孔，使所述动光栅盘跟随空芯轴在两个轴承结构之间转动。

上述的光电式旋转编码器中，所述下端座的中心孔安装有连接所述空芯轴一端的轴承结构，所述上端盖的中心孔安装有连接所述空芯轴另一端的环形轴封套。

上述的光电式旋转编码器中，所述空芯轴外侧固定套设有呈环形状的旋转支座，所述动光栅盘安装在所述旋转支座上。

上述的光电式旋转编码器中，所述光电发射器、静光栅盘、动光栅盘和电路板沿空芯轴的轴向依次间隔设置于容置空间中，所述下端座中成型有适合安装所述光电发射器的安装槽，所述静光栅盘对应设置在所述安装槽的开口处。

上述的光电式旋转编码器中，所述静光栅盘和动光栅盘分别部分覆盖住所述安装槽，使所述光电发射器的引线脚从静光栅盘和动光栅盘的外侧通过并连接在所述电路板上。

上述的光电式旋转编码器中，所述安装槽内设置有紧密包围所述光电发射器的绝缘套。

上述的光电式旋转编码器中，所述容置空间包括成型在下端座中且适合容纳所述动光栅盘和电路板的环形凹槽，所述环形凹槽的侧壁上开设有多个定位槽口，所述电路板的外圆周边上成型有匹配插入在多个定位槽孔的多个定位凸起，所述上端盖安装在所述下端座时配合精准定位住所述电路板。

上述的光电式旋转编码器中，所述下端座和上端盖分别为金属材料一体结构成型，所述下端座和上端盖之间的圆周侧壁上开设有穿线孔。

上述的光电式旋转编码器中，所述空芯轴包括沿其轴向贯穿成型的圆形轴孔或多边形轴孔。

本实用新型的技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本实用新型提供的光电式旋转编码器中，根据空芯轴的两端转动连接于下端座和上端盖的两个中心孔中，并将光电发射器、静光栅盘、动光栅盘和电路板依次排列安装在容置空间中，空心轴会带动所述动光栅盘同轴旋转，通过电路板上的光电接收器可以感受动光栅盘转动所产生的光变化，最终实现将光信号转换成相应的数字量信号输出的目的。这种设计的好处在于，实现将编码盘组件安装在下端座和上端盖之间形成的容置空间中，通过合理优化结构布局，减少了安装零部件，缩小了产品体积尺寸，简化了安装结构，从而节省成本，采用本技术方案的旋转编码器相比于现有编码器具有精度高、结构紧凑、体积小、安装方便，抗干扰强、经久耐等诸多优点，能够很好适用于电机、数控机械等对于位移、角度、运行速度的测量传感，有利于实现机械的自动化和智能化控制。

2.本实用新型提供的光电式旋转编码器中，空芯轴的两端是通过两个轴承结构分别转动设置于下端座和上端盖的两个中心孔，这种结构设置，由于空心轴的两端是通过两个轴承固定，这样可以避免空芯轴两端之间的这部分轴体发生偏心转动现象，根据光栅盘正好是设置在空心轴两端之间的这部分轴体上，从而可以保证空芯轴带动所述动光栅盘旋转起来更加稳定，减小动光栅盘运动误差，有效提高旋转编码器的运行精度。

3.本实用新型提供的光电式旋转编码器中，这种光电发射器是通过绝缘套固定在下端座的安装槽中，根据静光栅盘和动光栅盘只是部分覆盖住安装槽，因此，光电发射器的引线脚就可以从静光栅盘和动光栅盘的外侧穿过，并连接在电路板的连接孔中，以实现电路板与光电发射器之间的电连接，这样设计实现光电发射器和电路板在动光栅盘的两侧布置，且不影响到静光栅盘和动光栅盘的安装位置，安装较为方便，配合可靠。

4.本实用新型提供的光电式旋转编码器中，通过在下端座的环形凹槽侧壁上开设有多个定位槽口，并对应在外圆周边上成型有多个定位凸起，先将静光栅盘、动光栅盘及空芯轴都按顺序安装到下端座上，然后将线路板安装到下端座的环形凹槽中，通过多个定位凸起对应插入到多个定位槽口中对电路板在环形凹槽中起到定位安装作用，最后再将上端盖装配到下端座，这时的上端盖会精准定位住环形凹槽中的电路板，以限制电路板在上端盖和下端座之间发生位置晃动和偏移，这种安装结构简单，配合固定可靠，提高安装效率。

5.本实用新型提供的光电式旋转编码器中，这种空芯轴可以直接跟外部机械设备的连接轴配合使用，根据连接轴具有圆形或矩形等形状结构，所述空芯轴对应可以设计为圆形轴孔或多边形轴孔，只要将对应连接轴匹配插入到空芯轴的轴孔内即可实现安装，安装使用快捷，从而可以实现旋转编码器在机械设备上的快速安装。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的光电式旋转编码器的结构示意图；

图2为本实用新型的电路板安装于下端座的平面结构示意图；

图3为图2所述下端座隐藏电路板后的平面结构示意图；

图4为本实用新型的光电式旋转编码器另一替换方式的结构示意图；

附图标记说明：1、下端座；11、安装槽；12、绝缘套；13、定位槽口；2、上端盖；3、空芯轴；4、动光栅盘；41、旋转支座；5、静光栅盘；6、电路板；61、光电接收器；62、定位凸起；7、光电发射器；8、轴承结构；9、环形轴封套。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明：

实施例1

本实施例提供如图1-4所示的一种光电式旋转编码器，包括：

外壳，包括下端座1和上端盖2，和分别相对设置于所述下端座1和上端盖2的两个中心孔；

空芯轴3，其两端转动连接于所述下端座1和上端盖2的两个中心孔；

编码盘组件，设置在所述下端座1和上端盖2之间密封形成的容置空间中，其包括与空芯轴3同轴联动的设置于所述容置空间中的动光栅盘4，和固定在所述下端座1中且分设于所述动光栅盘两侧的静光栅盘5和电路板6，所述下端座1中还设置有位于所述静光栅盘5一侧的光电发射器7，所述电路板6与所述光电发射器7电连接，且电路板6上对应所述光电发射器7设置有光电接收器61。

上述实施方式是本实施例的核心技术方案，根据空芯轴3的两端转动连接于下端座1和上端盖2的两个中心孔中，并将光电发射器7、静光栅盘5、动光栅盘4和电路板6依次排列安装在容置空间中，空心轴会带动所述动光栅盘4同轴旋转，通过电路板6上的光电接收器61可以感受动光栅盘4转动所产生的光变化，最终实现将光信号转换成相应的数字量信号输出的目的。这种设计的好处在于，实现将编码盘组件安装在下端座和上端盖之间形成的容置空间中，通过合理优化结构布局，减少了安装零部件，缩小了产品体积尺寸，简化了安装结构，从而节省成本，采用本技术方案的旋转编码器相比于现有编码器具有精度高、结构紧凑、体积小、安装方便，抗干扰强、经久耐等诸多优点，能够很好适用于电机、数控机械等对于位移、角度、运行速度的测量传感，有利于实现机械的自动化和智能化控制。

作为一种优选实施方式，如图1所示，所述下端座1和上端盖2的两个中心孔安装有连接所述空芯轴3两端的两个轴承结构8，所述空芯轴3的两端通过两个轴承结构8同轴心转动设置于两个中心孔，使所述动光栅盘4跟随空芯轴3在两个轴承结构8之间转动。这种结构设置，由于空心轴的两端是通过两个轴承固定，这样可以避免所述空芯轴两端之间的这部分轴体发生偏心转动现象，根据动光栅盘正好是设置在空心轴两端之间的这部分轴体上，从而可以保证空芯轴3带动所述动光栅盘4旋转起来更加稳定，减小动光栅盘运动误差，有效提高旋转编码器的运行精度。

下面结合图1-3对编码盘组件的具体设置方式做详细说明：

所述空芯轴3外侧固定套设有呈环形状的旋转支座41，所述动光栅盘4安装在所述旋转支座41上，该动光栅盘4的中部为适合空心轴穿过的中部空腔，通过旋转支座41对动光栅盘4起到安装支撑作用，这种动光栅盘4的直径要大于旋转支座41的直径，可以避免动光栅盘4上的若干光栅孔不会被旋转支座41遮挡住，确保光电发射器7发出的光束可以穿过静光栅盘5和光栅盘后被光电接收器61所接收到，通过电路板上的信号处理电路将光信号转换为数字量信号。

作为一种具体结构设置，所述光电发射器7、静光栅盘5、动光栅盘4和电路板6沿空芯轴3的轴向依次间隔设置于容置空间中，所述下端座1中成型有适合安装所述光电发射器7的安装槽11，所述静光栅盘5对应设置在所述安装槽11的开口处，所述安装槽11内设置有紧密包围所述光电发射器7的绝缘套12，其中，所述静光栅盘5和动光栅盘4分别部分覆盖住所述安装槽11，使所述光电发射器7的引线脚从静光栅盘5和动光栅盘4的外侧通过并连接在所述电路板6上，所述光电发射器优选为红外发射管，所述光电接收器对应优选为红外接收管。根据上述结构可知，由于安装槽位置未被静光栅盘和动光栅盘完全覆盖，因此，所述光电发射器7的引线脚就可以从静光栅盘5和动光栅盘4的外侧穿过，并穿插连接在电路板的连接孔中，以实现所述电路板6与光电发射器7之间的电连接，这样设计实现所述光电发射器和电路板在所述动光栅盘4的两侧安装布置，且不影响到静光栅盘和动光栅盘的安装位置，安装较为方便，配合可靠。

如图3所示，所述容置空间包括成型在下端座1中且适合容纳所述动光栅盘4和电路板6的环形凹槽，所述环形凹槽的侧壁上开设有多个定位槽口13，所述电路板6的外圆周边上成型有匹配插入在多个定位槽孔的多个定位凸起62，所述上端盖2安装在所述下端座1时配合抵压住所述电路板6。在安装时，先将静光栅盘5、动光栅盘4及空芯轴3都按顺序安装到下端座1上，然后将线路板安装到下端座1的环形凹槽中，通过多个定位凸起62对应插入到多个定位槽口13中对电路板6在环形凹槽中起到定位安装作用，最后再将上端盖2装配到下端座1，这时的上端盖2会对环形凹槽中的电路板6实现精准定位，以限制所述电路板在上端盖和下端座之间发生位置晃动和偏移，这种安装结构简单，配合固定可靠，提高安装效率。

进一步优选设置的，所述空芯轴3包括沿其轴向贯穿成型的圆形轴孔或多边形轴孔，所述空芯轴3的一端具有伸出上端座外的凸起部，所述凸起部的侧壁是沿空芯轴3的径向延伸设置有螺孔结构，使螺孔结构与空芯轴3的轴孔相连通。这样设计的好处在于，这种空芯轴3可以直接跟外部机械设备的连接轴配合使用，根据连接轴具有圆形或矩形等形状结构，所述空芯轴3对应可以设计为圆形轴孔或多边形轴孔，只要将对应连接轴匹配插入到空芯轴的轴孔内即可实现安装，这样安装方便快捷，从而可以实现旋转编码器在机械设备上的快速安装。

在本实施例中，所述下端座1和上端盖2分别为金属材料一体结构成型，具体可优选采用铝材料制作而成，在相同体积下具有更轻质量，且结构性散热性，还具有良好的铸造性能和耐腐蚀性能，所述下端座1和上端盖2之间的圆周侧壁上开设有穿线孔，外部电源线通过穿线孔与旋转编码器内部的电路板相连，本实施例提供的旋转编码器做得更加扁平，体积更小，并在传统实芯轴基础上掏空做成空芯轴，这种空芯轴相对可以做大，加上起两端有两个轴承实现定位，安装受力也更稳定，运行精度更高。

在上述实施方式中，虽然所述空芯轴3优选采用两个轴承的方式实现在下端座1和上端盖2之间的安装，但作为一种可替换实施方式，参考图4所示，所述下端座1的中心孔安装有连接所述空芯轴3一端的轴承结构8，所述上端盖2的中心孔安装有连接所述空芯轴3另一端的环形轴封套9，即空芯轴3的一端固定连接在一个轴承上，其另一端是转动连接在环形轴封套9中，这种结构设置，在旋转编码器安装时，由于动光栅盘直径做得较大，加上空芯轴长度设置较短，单个轴承的间隙跳动可以忽略不计，所以省去上端盖位置的轴承，直接采用单轴承结构安装仍可以满足空芯轴与动光栅盘之间的同轴转动要求，这样设计可以使编码器结构变薄，安装起来也更方便，降低安装精度和节约安装空间。本领域技术人员能够根据描述对空芯轴的具体安装方式做出选择，再次不再对其它等同方式做一一赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种光电式旋转编码器，其特征在于，包括：

外壳，包括下端座(1)和上端盖(2)，和分别相对设置于所述下端座(1)和上端盖(2)的两个中心孔；

空芯轴(3)，其两端转动连接于所述下端座(1)和上端盖(2)的两个中心孔；

编码盘组件，设置在所述下端座(1)和上端盖(2)之间密封形成的容置空间中，其包括与空芯轴(3)同轴联动的设置于所述容置空间中的动光栅盘(4)，和固定在所述下端座(1)中且分设于所述动光栅盘两侧的静光栅盘(5)和电路板(6)，所述下端座(1)中还设置有位于所述静光栅盘(5)一侧的光电发射器(7)，所述电路板(6)与所述光电发射器(7)电连接，且电路板(6)上对应所述光电发射器(7)设置有光电接收器(61)。

2.根据权利要求1所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述下端座(1)和上端盖(2)的两个中心孔安装有连接所述空芯轴(3)两端的两个轴承结构(8)，所述空芯轴(3)的两端通过两个轴承结构(8)同轴心转动设置于两个中心孔，使所述动光栅盘(4)跟随空芯轴(3)在两个轴承结构(8)之间转动。

3.根据权利要求1所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述下端座(1)的中心孔安装有连接所述空芯轴(3)一端的轴承结构(8)，所述上端盖(2)的中心孔安装有连接所述空芯轴(3)另一端的环形轴封套(9)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述空芯轴(3)外侧固定套设有呈环形状的旋转支座(41)，所述动光栅盘(4)安装在所述旋转支座(41)上。

5.根据权利要求4所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述光电发射器(7)、静光栅盘(5)、动光栅盘(4)和电路板(6)沿空芯轴(3)的轴向依次间隔设置于容置空间中，所述下端座(1)中成型有适合安装所述光电发射器(7)的安装槽(11)，所述静光栅盘(5)对应设置在所述安装槽的开口处。

6.根据权利要求5所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述静光栅盘(5)和动光栅盘(4)分别部分覆盖住所述安装槽(11)，使所述光电发射器(7)的引线脚从静光栅盘(5)和动光栅盘(4)的外侧通过并连接在所述电路板(6)上。

7.根据权利要求6所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述安装槽(11)内设置有紧密包围所述光电发射器(7)的绝缘套(12)。

8.根据权利要求7所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述容置空间包括成型在下端座(1)中且适合容纳所述动光栅盘(4)和电路板(6)的环形凹槽，所述环形凹槽的侧壁上开设有多个定位槽口(13)，所述电路板(6)的外圆周边上成型有匹配插入在多个定位槽孔的多个定位凸起(62)。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述下端座(1)和上端盖(2)分别为金属材料一体结构成型，所述下端座(1)和上端盖(2)之间的圆周侧壁上开设有穿线孔。

10.根据权利要求1所述的光电式旋转编码器，其特征在于：所述空芯轴(3)包括沿其轴向贯穿成型的圆形轴孔或多边形轴孔。