CN2377610Y - 一种机械式编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械式编码器,信号分割轮设有一呈齿轮形状的导电区,在导电区的凹齿处填入绝缘材料形成复数个绝缘区,信号分割轮整体均呈光滑圆盘状;共通端子一端搭设于信号分割轮轮面处的第一导电区,且与绝缘区错开;第一、第二信号端子分别搭设于信号分割轮轮周边的相对位置处;它生产、组装容易、成品率高、成本低,信号分割轮转动顺畅、所得的信号非常精确且稳定。

Description

一种机械式编码器

本实用新型涉及机械式编码器。

市面上现有的电脑周边产品如：鼠标、轨迹球(摩球)、印表机、扫描器等电子信息产品的内部，均设有一组或两组以上分别控制X、Y、Z轴的编码器，此编码器一般依其结构与接收信号方式的不同可分为以下三种：第一种是市场上最普遍使用的遮光式编码器，其主要结构是由发射器10、接收器20与光栅轮30组成，如图1所示，其光栅轮30为不透光材料，且在轮周边相等距离设有多个矩形透孔31。此种编码器工作时是靠光栅轮30的转动，使发射器10发射的光源，可由光栅轮30形成不遮蔽(ON)或遮蔽(OFF)的情况，产生固定间隔且连续的明暗信号，并被另一侧的接收器20接收，进而转换成数字逻辑信号。

该编码器结构主要是利用遮光的方式产生数字逻辑信号，因此其光栅轮30上的光栅32数越多，越容易产生光线的漫射与绕射现象，造成明暗信号无法正确分辨，而使接收器20无法正确地判定所接收的信号，使其应用上具有一定的限制，如解析度无法提高。

第二种是导光式编码器，如图2所示，由发射器10、接收器20与光栅轮30构成，其中：光栅轮30由透光材料制成，且于轮周处设有齿轮状的凸齿33与凹齿34，并于内部设有一折射面35，使发射器10发出的光源射入光栅轮30时，光源经光栅轮30内的折射面35，折射向凸齿33与凹齿34的圆周部分，而使光源可产生明(ON)、暗(OFF)的信号被接收器20接收，而转换成数字逻辑信号。

此种导光式编码器，虽比遮光式编码器具有更高的解析度，但其光栅轮30是用透光材料制成的，光源经过折射面35，将光源折射至位于90度角上的接收器20时，其光源至接收器20的距离较长，光源容易在到达接收器20前衰减或分散消失。为达到光源的稳定，可靠地提取信号，必须提高发射器10的发光强度，因而造成耗电增加、寿命缩短的现象。

第三种为机械式编码器如图3所示，其主要由信号分割轮40、共通端子54、第一信号端子52及第二信号端子53构成。其中，信号分割轮40呈圆盘状，其一侧表面上由圆盘中心向圆周处分别设有第一导电区41、第二导电区42、第三导电区43及不导电区44；共通端子54、第一信号端子52及第二信号端子53定位于同一水平线上，并搭设于信号分割轮40表面。共通端子54一直导通，所以第一导电区41、第二导电区42、第三导电区43相互导通，同时第二导电区42与第三导电区43相差90度的相位；当信号分割轮40转动时，第一信号端子52及第二信号端子53分别接收到相差90度相位的第二、第三导电区42、43(ON)或不导电区44(OFF)所形成的连续信号，此信号即为数字逻辑信号，且不需IC(数字器件)再作转换。

该种机械式编码器，最大的优点是耗电量非常低，不像遮光式编码器有光的漫射与绕射现象，及导光式编码器有耗电高、寿命短的现象；一般常运用在无线电产品、笔记型电脑等低耗电要求的产品上，虽比半光学式产品优良，但在实际应用上却仍有以下的缺点：

(1)信号分割轮一般以电路板形式制成，主要采用蚀刻或网印(丝印)加工，因此第一、第二、第三导电区与不导电区间将会产生一细微的高度差距，而使信号端子发生弹跳现象，造成信号不稳定，无法正确判断；

(2)因信号分割轮是以蚀刻或网印(丝印)方式加工，常造成导电区与不导电区之间并非为平直的直线，而产生锯齿状，使得信号端子所得到的信号不稳定，而无法正确判断；

(3)因信号分割轮以蚀刻或网印(丝印)方式加工，其产品误差较大，而共通端子、第一及第二信号端子又必须精确组装在同一水平线上，才可得到准确的信号，因此组装精度要求非常高且不能有任何误差，所以加工困难且成品率较低；

(4)共通端子、第一及第二信号端子组装在同一水平线上，并分别搭设于信号分割轮同一侧的轮面上，三支端子同时施压于信号分割轮的同一侧的轮面上，此压力会造成信号分割轮转动不畅。

本实用新型的目的是要提供一种机械式编码器，它的信号分割轮转动顺畅、所得的信号非常精确且稳定。

本实用新型的目的是这样实现的：一种机械式编码器，主要由信号分割轮及端子组件组成，该端子组件包括第一信号端子、第二信号端子及共通端子，信号分割轮设有一呈齿轮形状的导电区，在该导电区的凹齿处填入绝缘材料而形成复数个绝缘区，该信号分割轮整体均呈光滑圆盘状；第一、第二信号端子及共通端子固定在基座上，该共通端子一端搭设于信号分割轮轮面处的第一导电区，且与绝缘区错开；第一、第二信号端子分别搭设于信号分割轮轮周边的相对位置处；信号分割轮在转动时，共通端子永远与第一导电区导通，搭设于信号分割轮轮周边的第一、第二信号端子连续接收到相隔九十度相位差的导通、断开的连续信号。

端子组件内的第一、第二信号端子的一端设于信号分割轮轮周边的同一侧，且该第一、第二信号端子与信号分割轮搭设的位置是一前、一后相差有一固定距离，此距离恰好可使所得的信号相差九十度相位。

其中的盘体状信号分割轮，将其分别利用左、右两相等盘体以相位相差九十度的形式相互重叠或一体重叠制成，第一、第二信号端子分别搭设于信号分割轮同一侧轮周边的左、右两盘体处，且位于同一直线位置。

本实用新型具有以下优点：

1、以导电材料制成齿轮形状为第一导电区，再将不导电材料利用埋入射出加工的方式填入其凹齿内，使信号分割轮成为一光滑的圆盘体；因此，信号分割轮的轮面与圆周边均可成为一平滑的平面，导电区与不导电区间不会产生高度差距；且导电区与不导电区之间也可成为平直的直线，使第一、第二信号端子可得到非常精确的信号；

2、将第一、第二信号端子搭设于圆周边上，使第一、第二信号端子产生的压力只有轴心方向的力，可大大减少对信号分割轮造成的阻力，信号分割轮的转动乃相对更为顺畅，所得的信号更为稳定。

3、将第一、第二信号端子及共通端子的位置，利用射出成型制作一基座使其成为一组件，除可完全固定第一、第二信号端子及共通端子的位量外，同时于组装时也可节省非常多的时间。

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的一种机械式编码器的具体结构和工作原理。

图1为现有的遮光式编码器的立体图；

图2为现有导光式编码器立体图；

图3为现有机械式编码器结构示意图；

图4为本实用新型的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为本实用新型的一实施例示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为本实用新型的另一实施例示意图；

图9为图8的侧视图；

图10为本实用新型依据图4的动作示意图；

图11为本实用新型依据图4的动作示意图；

图12为本实用新型依据图4的动作示意图；

图13为本实用新型依据图4的动作示意图；

图14为本实用新型使用于鼠标轨迹轮的实施例图；

图15为本实用新型使用于鼠标轨迹球的实施例图。

本实用新型提供一种机械式编码器的改良结构，如图4、5所示，主要由信号分割轮40及端子组件50两部分构成。

其中的信号分割轮40，其整体成一圆盘状，主要先由导电材料制成一如齿轮状的第一导电区41，再利用埋入射出加工的方式，将不导电材料(如塑胶)填入第一导电区41的凹齿中以成为复数个不导电区44；而此两种方式制成的信号分割轮40，其整体成为一光滑的圆盘体，因此各导电区与不导电区间将不会产生会使信号端子发生弹跳现象、造成信号不稳定、无法正确判断细微的高度差距。

其中的端子组件50，包括有基座51、第一信号端子52、第二信号端子53及共通端子54。其基座51主要为射出(注塑)成型，以固定第一信号端子52、第二信号端子53及共通端子54的位置，共通端子54一端可搭设于信号分割轮40的一轮面的第一导电区41上，且因其搭设于信号分割轮40一轮面的凹齿与轮心之间(如图4、5)，故绝不会与不导电区44接触；第一信号端子52及第二信号端子53一端分别搭设于信号分割轮40轮周边的相对位置上，并利用该信号分割轮40的轮周边处具有的复数个属于第一导电区41的凸齿及相对复数个属于不导电区44的凹齿，以具有固定间隔且连续的形式，其所得的导通(ON)、不导通(OFF)信号可相隔90度相位差。

如图10、11、12、13所示的动作示意图，实施时，当信号分割轮40开始转动，共通端子54因搭设于信号分割轮40的轮面上，且不会与不导电区44接触，所以共通端子54将永远导通；而搭设于信号分割轮40轮周边处的第一、第二信号端子52、53可连续接收到第一导电区41与不导电区44所造成ON、OFF的连续信号(或称0、1；0、1；··连续信号)，此固定间隔且连续的导通(ON)、或不导通(OFF)信号为标准的方波信号，且相隔九十度相位差，为可直接供IC判读的数字逻辑信号。如图10所示，第一、第二信号端52、53分别搭设于不导电区44及第一导电区41，可分别接收到0、1的信号；如图11所示，分别搭接于两不导电区44，可分别接收到0、0的信号；如图12所示，分别搭设于第一导电区41及不导电区44而可分别接收到1、0的信号；如图13所示，分别搭接于两第一导电区41，可分别接收到1、1的信号，可如此往复构成一循环信号：由0、1；0、0；1、0，而到1、1。

如图6、7所示为本实用新型的一实施例示意图，其信号分割轮40同样以导电材料制成一齿轮形状，再以埋入射出加工的方式将不导电材料填入凹齿内，而成为复数个不导电区44。

端子组件50也同样包括有基座51、第一信号端子52、第二信号端子53及共通端子54；其中，共通端子54一端同样搭设于信号分割轮40的轮面的第一导电区41上而呈永远导通；但第一信号端子52及第二信号端子53的一端可搭设于信号分割轮40轮周边的同一侧，且该第一、第二信号端子52、53与信号分割轮40搭设的位置一前、一后而相差有一固定距离，其距离恰好可使所得的信号相差九十度相位。

如此，当信号分割轮40转动时，搭设于圆周边上的第一、第二信号端子52、53则可接收到导通(ON)或不导通(OFF)的连续信号，此固定间隔且连续的导通(ON)或不导通(OFF)的信号为可直接供IC判读的数字逻辑信号。

如图8、9所示为本实用新型的另一实施例示意图，其主要由如图6、7所示的前一实施例变化而来，其信号分割轮40原来设有固定间隔的齿轮状第一导电区41，亦可将其分别利用左、右两相等盘体以相位相差九十度的形式相互重叠、一体制成，并于该左、右两盘体的凹齿处再经埋入射出不导电材料而构成不导电区44，此时信号分割轮40整体仍为完整的光滑平面；共通端子54搭设于信号分割轮40的一侧轮面上永远与第一导电区41导通，第一、第二信号端子52、53则分别搭设于信号分割轮40同一侧轮周边的左、右两盘体处，且位于同一直线位置。因此，当信号分割轮40转动，第一、第二信号端子52、53则可接收到导通(ON)或不导通(OFF)的连续信号，此固定间隔且连续的导通(ON)或不导通(OFF)的信号为可直接供IC判读的数字逻辑信号。

如图6、7的一实施例，利用长、短不同的第一、第二信号端子52、53，使用于导电、不导电区均为固定形式的信号分割轮40上，产生固定间隔且连续的导通或不导通的信号；而如图8、9的另一实施例，利用左、右两盘体的导电及不导电区具有固定相位差的信号分割轮40，使用于同一长短的第一、第二信号端子52、53，产生固定间隔且连续的导通或不导通的信号。

如图14所示，为将图4、5的本实用新型结构使用于鼠标轨迹轮的实施例图；所谓鼠标轨迹轮，其被设置于鼠标左、右两键中间，而用以拖动WINDOWS视窗电脑软体的视窗上下拖曳棒之用，尤其适用于网路的浏揽网页上下拖曳用。

如图15所示，亦为将图4、5的本实用新型结构使用于鼠标轨迹球的实施例图。

当然，本实用新型不限定使用在鼠标轨迹轮或鼠标轨迹球，所有必须使用此一输入构件的装置均适用。

本实用新型用导电材料制成齿轮状，再于其凹齿处用埋入射出加工方式填入不导电材料，即可制成一整体均为光滑圆盘状的信号分割轮，完全克服了上述以电路板形式制成的现有机械编码器，其信号分割轮制造生产不易且信号端子会发生弹跳而造成信号不稳定并因而无法正确判断的缺点；由于其第一、第二信号端子搭设于信号分割轮的相对轮周边上，而只有共通端子被搭设于信号分割轮的一轮面上，使之只有轴心方向的施力，而无横向力作用，有效地减少信号端子对信号分割轮所造成的阻力，使信号分割轮转动更顺畅，信号的稳定性更佳；由于将信号端子与共通端子，利用射出成型使其成为一组件，不但尺寸位置准确且组装时也可节省相当多的时间，可降低成品率及生产成本，达到生产简易、信号稳定性高、成品率高、降低成本，进而提高产品的稳定性，达到产品升级及增加产品竞争力。

Claims (3)

1、一种机械式编码器，主要由信号分割轮及端子组件组成，该端子组件包括第一信号端子、第二信号端子及共通端子，其特征在于：信号分割轮设有一呈齿轮形状的导电区，在该导电区的凹齿处填入绝缘材料而形成复数个绝缘区，该信号分割轮整体均呈光滑圆盘状；第一、第二信号端子及共通端子固定在基座上，该共通端子一端搭设于信号分割轮轮面处的第一导电区，且与绝缘区错开；第一、第二信号端子分别搭设于信号分割轮轮周边的相对位置处；信号分割轮在转动时，共通端子永远与第一导电区导通，搭设于信号分割轮轮周边的第一、第二信号端子连续接收到相隔九十度相位差的导通、断开的连续信号。

2、如权利要求1所述的一种机械式编码器，其特征在于：端子组件内的第一、第二信号端子的一端设于信号分割轮轮周边的同一侧，且该第一、第二信号端子与信号分割轮搭设的位置是一前、一后相差有一固定距离，此距离恰好可使所得的信号相差九十度相位。

3、如权利要求1所述的一种机械式编码器，其特征在于：其中的盘体状信号分割轮，将其分别利用左、右两相等盘体以相位相差九十度的形式相互重叠或一体重叠制成，第一、第二信号端子分别搭设于信号分割轮同一侧轮周边的左、右两盘体处，且位于同一直线位置。

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