TWI571890B - 旋轉式可變電阻器 - Google Patents

Description

旋轉式可變電阻器

本發明係關於一種旋轉式可變電阻器，尤指一種利用三個輸入電路與一環型電阻層配合的旋轉式可變電阻器。

一般來說，日常生活中隨處可見利用可變電阻器來進行控制的電子裝置，例如在音響設備中用來控制音量；其中，可變電阻器的主要原理是在兩個固定接點之間設置一電阻，並供使用者透過將滑動接點在電阻上往復移動而產生兩個固定接點之間的分壓產生變動，進而產生相對應的分壓訊號。

承上所述，常見的可變電阻器依照其構造大概可分成往復滑動式的可變電阻器與旋轉式可變電阻器，而旋轉式可變電阻器的構造更可分成單圈電阻與多圈電阻的構造，單圈電阻型的可變電阻器主要是在一圈C型電阻的兩端設有接點，因此可以在兩端之間往復移動來產生一個分壓訊號，而多圈電阻的可變電阻器主要是利用多圈C型電阻來產生多個分壓訊號；然而，多圈電阻型的可變電阻器雖然可以輸出較多的分壓訊號，但由於其多圈電阻的構造會增加製程上的複雜度，導致不易生產，因此會相對的增加成本。而不管是單圈電阻型或多圈電阻型的旋轉式可變電阻器，都會因為受到C型電組的結構而限制了轉動角度。

有鑑於現有的旋轉式可變電阻器主要分為單圈式電阻結構或多圈式電阻結構，而單圈電阻結構的構造雖然簡單，但能輸出的分壓訊號較少，而多圈電阻結構雖然能輸出較多的分壓訊號，但其構造的較為複雜而不易生產製造，且兩者都會因為C型電組的設計而限制了旋轉角度；緣此，本案發明人為了解決現有的旋轉式可變電阻器無法同時兼顧簡單的構造與輸出多個分壓訊號，發明了一種旋轉式可變電阻器，以其利用簡單的構造來產生多個分壓訊號。

本發明為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一種旋轉式可變電阻器，包含一電阻電路模組、一固定架、一電刷組件以及一轉軸。電阻電路模組包含一電路基板、一輸出電路、三輸入電路以及一環型電阻層。電路基板係具有一電路設置部與一自該電路設置部延伸出之端子設置部。輸出電路包含一電刷接觸端以及一輸出端子連接端。電刷接觸端係設置於該電路設置部，具有一環狀電刷接觸區域，且該環狀電刷接觸區域具有一中心軸；輸出端子連接端係自該電刷接觸端延伸至該端子設置部。三輸入電路各具有一電阻接觸端與一輸入端子連接端，該三輸入電路之電阻接觸端中之任二者與該中心軸連線所形成之夾角皆為120度，該三輸入電路層之輸入端子連接端係分別自該三輸入電路層之電阻接觸端延伸至該端子設置部。環型電阻層係以該中心軸為中心而與該電刷接觸端同軸性地間隔設置，分別接觸於該三輸入電路層之電阻接觸端。固定架係固定地設置於該電阻電路模組上。電刷組件係受該固定架限位而保持可旋轉地跨接該環狀電刷接觸區域與該環型電阻層。轉軸係連結於該電刷組件，藉以與該電刷組件相連動。

由上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，該電阻電路模組更包含四個傳輸端子，其係分別電性連結於該三輸入電路層之輸入端子連接端與該輸出端子連接端。較佳者，該電阻電路模組更包含一絕緣基座，該電路基板係嵌設於該絕緣基座，且該些傳輸端子係自該絕緣基座穿設出。

由上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，該電刷組件包含一轉動件以及一電刷件。轉動件係可轉動地設置於該固定架中。電刷件係固設於該轉動件，並具有一內圈電刷與一外圈電刷。較佳者，該轉動件開設有一卡槽，該轉軸係可拆卸地卡合於該卡槽。此外，該電刷組件更包含一扣環，係用以卡扣該轉軸，藉以使該轉軸設置於該電刷組件。

由上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，旋轉式可變電阻器更包含一軸套，其係設置於該固定架，該轉軸係穿設於該軸套。

由上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，電阻電路模組更包含一絕緣層，係設置於該輸出電路與該環型電阻層之間。

如上所述，相較於先前技術之旋轉式可變電阻器需要透過多圈C型電阻的配合才能產生多個分壓訊號，本發明利用一環型電阻層、三個輸入電路與一輸出電路的配合來形成無轉動角度限制的電路模組，且在任何角度皆能產生二個相對應的分壓訊號，藉以供使用者透過二相對應的分壓訊號來精準的判斷電刷的位置。

100‧‧‧旋轉式可變電阻器

1‧‧‧電阻電路模組

11‧‧‧絕緣基座

111‧‧‧容置槽

112‧‧‧穿孔

12‧‧‧電路基板

121‧‧‧電路設置部

122‧‧‧端子設置部

13‧‧‧輸出電路

131‧‧‧電刷接觸端

1311‧‧‧環狀電刷接觸區域

132‧‧‧輸出端子連接端

14a、14b、14c‧‧‧輸入電路

141a、141b、141c‧‧‧電阻接觸端

142a、142b、142c‧‧‧輸入端子連接端

15‧‧‧環型電阻層

16‧‧‧絕緣層

17‧‧‧傳輸端子

2‧‧‧固定架

3‧‧‧電刷組件

31‧‧‧轉動件

311‧‧‧卡槽

32‧‧‧電刷件

321‧‧‧外圈電刷

322‧‧‧內圈電刷

33‧‧‧扣環

4‧‧‧軸套

5‧‧‧轉軸

C‧‧‧中心軸

C1、C2、C3‧‧‧曲線

R‧‧‧轉動方向

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之立體示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之立體分解示意圖； 第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之電阻電路模組之平面示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之電阻電路模組之電路示意圖；以及第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之轉軸的旋轉角度與電阻電路模組輸出的分壓訊號之曲線示意圖。

請參閱第一圖至第四圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之立體示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之立體分解示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之電阻電路模組之平面示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之電阻電路模組之電路示意圖。

如圖所示，一種旋轉式可變電阻器100包含一電阻電路模組1、一固定架2、一電刷組件3、一軸套4以及一轉軸5。

電阻電路模組1包含一絕緣基座11、一電路基板12、一輸出電路13、三輸入電路14a、14b、14c、一環型電阻層15、一絕緣層16以及四個傳輸端子17(圖中僅標示一個)。

絕緣基座11具有一容置槽111與四個穿孔112(圖中僅標示一個)，其中四個穿孔112是分別連通於容置槽111。

電路基板12是嵌設於容置槽111中，並具有一電路設置部121與一自電路設置部121延伸出之端子設置部122。

輸出電路13包含一電刷接觸端131以及一輸出端子連接端132。電刷接觸端131是設置於電路設置部121，並具有一環狀電刷接觸區域1311， 且環狀電刷接觸區域1311具有一中心軸C。輸出端子連接端132是自電刷接觸端131延伸至端子設置部122。

輸入電路14a具有一電阻接觸端141a與一輸入端子連接端142a，電阻接觸端141a是設置於電路設置部121。輸入端子連接端142a是自電阻接觸端141a延伸至端子設置部122。

輸入電路14b具有一電阻接觸端141b與一輸入端子連接端142b，電阻接觸端141b是設置於電路設置部121，且電阻接觸端141a以及電阻接觸端141b與中心軸C連線所形成之夾角為120度。輸入端子連接端142b是自電阻接觸端141b延伸至端子設置部122。

輸入電路14c具有一電阻接觸端141c與一輸入端子連接端142c，電阻接觸端141c是設置於電路設置部121，且電阻接觸端141a以及電阻接觸端141c與中心軸C連線所形成之夾角為120度，而電阻接觸端141c以及電阻接觸端141c與中心軸C連線所形成之夾角亦為120度。輸入端子連接端142c是自電阻接觸端141c延伸至端子設置部122。如上所述，上述三個輸入電路14a、14b與14c中之電阻接觸端141a、電阻接觸端141b與電阻接觸端141c任二者與中心軸C連線所形成之夾角皆為120度。

環型電阻層15是以中心軸C為中心而與電刷接觸端131同軸性地間隔設置在電路設置部121上，並分別覆蓋而接觸於電阻接觸端141a、141b與141c。

絕緣層16是設置於輸出電路13與環型電阻層15之間。

四個傳輸端子17是分別穿設於四個穿孔112，並分別電性連結於三輸入端子連接端142a、142b、142c與輸出端子連接端132。

固定架2是固定地設置於電阻電路模組1之絕緣基座11上。

電刷組件3包含一轉動件31、一電刷件32以及一扣環33。轉動件31是受固定架2限位而保持可旋轉地設置於固定架2上，且轉動件31開設有一卡槽311。電刷件32是設置於轉動件31面向電路基板12之一側，並具有一外圈電刷321與一內圈電刷322，外圈電刷321是彈性地抵接於環型電阻層15，而內圈電刷322是一體成型地連結於外圈電刷321，並彈性地抵接於電刷接觸端131，藉以使環狀電刷接觸區域1311跨接於環型電阻層15。扣環33是限位地設置於轉動件31上。此外，在本實施例中，外圈電刷321是以兩個併排之金屬彈性爪抵接於環型電組層15，而內圈電刷322則是以兩個對稱設置之金屬彈性爪抵接於電刷接觸端131，且電刷件32在本實施例中為金屬銅片，而在其他實施例中亦可為其他導電金屬片，或者其他具有導電功能的彈片。

軸套4是設置於固定架2上，轉軸5是穿設於軸套4，並可拆卸地卡合於轉動件31之卡槽311，且扣環33是卡扣於轉軸5插設至卡槽之一端，藉以使轉軸5連動於電刷組件3。

請繼續參閱第五圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之旋轉式可變電阻器之轉軸的旋轉角度與電阻電路模組輸出的分壓訊號之曲線示意圖。如圖所示，以電阻接觸端141a為基準起始點，當電刷組件3受到轉軸5之帶動而由電阻接觸端141a沿一轉動方向R轉動120度至電阻接觸端141b時，輸入端子連接端142a輸出的分壓訊號會由0V(伏特)遞增至5V，相當於曲線C1在0度與120度區間的變化，而輸入端子連接端142b所輸出的分壓訊號會相對的由5V遞減至0V，相當於曲線C3在0度與120度區間的變化，而同時輸入端子連接端142c所輸出的分壓訊號則維持在0V，意即無分壓訊號輸出。

當電刷組件3受到轉軸5之帶動而由電阻接觸端141b沿轉動方向R轉動120度至電阻接觸端141c時，輸入端子連接端142a輸出的分壓訊號維持在0V，意即無分壓訊號輸出，而輸入端子連接端142b所輸出的分壓訊號會相對的由0V遞增至5V，相當於曲線C2在120度與240度區間的變化，而同時輸入端子連接端142c所輸出的分壓訊號會相對的由5V遞減至0V，相當於曲線C1在120度與240度區間的變化。

當電刷組件3受到轉軸5之帶動而由電阻接觸端141c沿轉動方向R轉動120度至電阻接觸端141a時，輸入端子連接端142a所輸出的分壓訊號會相對的由5V遞減至0V，相當於曲線C2在240度與360度區間的變化，而輸入端子連接端142b所輸出的分壓訊號維持在0V，意即無分壓訊號輸出，而同時輸入端子連接端142c所輸出的分壓訊號會相對的由0V遞增至5V，相當於曲線C3在240度與360度區間的變化。

需特別說明的是，在第五圖中，曲線C1在240度至360度的區間為0V，然而為了顯示出曲線C1是在360度內循環旋轉，因此在曲線C1在240度至360度的區間時是以略高於0V基準線的方式表示，但曲線C1在240度至360度的區間實際上仍為0V，意即無訊號輸出；以此類推，曲線C2在0度至120度之間同樣為0V，但仍以略高於0V基準線的方式表示，而曲線C3在120度至240度之間同樣是以略高於0V基準線的方式表示。

承上所述，在實務運用上，使用者是將輸出端子連接端132、輸入端子連接端142a、輸入端子連接端142b與輸入端子連接端142c連接至一控制器(圖未示)，並藉由控制器分別設定輸入端子連接端142a、輸入端子連接端142b與輸入端子連接端142c為高電位時測試輸出端子連接端132之分壓訊號，以依據所量測到的分壓訊號判斷出電刷組件3的位置，而由以上實施例所述，控制器例如是先設定輸入端子連接端142a與輸入端子連接端 142c為高電位，而輸入端子連接端142b為低電位，進而量測輸出端子連接端132得到一第一分壓訊號值V1；接著，設定輸入端子連接端142b與輸入端子連接端142c為高電位，而輸入端子連接端142a為低電位，進而量測輸出端子連接端132得到一第二分壓訊號值V2；然後，設定輸入端子連接端142a與輸入端子連接端142b為高電位，而輸入端子連接端142c為低電位，進而量測輸出端子連接端132得到一第三分壓訊號值V3；當透過上述之設定方法得到第一分壓訊號值V1、第二分壓訊號值V2與第三分壓訊號值V3後，比較第一分壓訊號值V1、第二分壓訊號值V2與第三分壓訊號值V3，當第一分壓訊號值V1≦第二分壓訊號值V2，且第一分壓訊號值V1≦第三分壓訊號值V3，可以判斷出電刷組件3停留在電阻接觸端141a與電阻接觸端141c之間，而當第一分壓訊號值V1≦第二分壓訊號值V2，且第三分壓訊號值V3≦第一分壓訊號值V1，可以判斷出電刷組件3停留在電阻接觸端141a與電阻接觸端141b之間，進一步地，當第二分壓訊號值V2≦第一分壓訊號值V1，且第二分壓訊號值V2<第三分壓訊號值V3，可以判斷出電刷組件3停留在電阻接觸端141b與電阻接觸端141c之間，否則，當第二分壓訊號值V2≦第一分壓訊號值V1，且第三分壓訊號值V3<第二分壓訊號值V2，可以判斷出電刷組件3停留在電阻接觸端141a與電阻接觸端141b之間。

如上所述，相較於先前技術之旋轉式可變電阻器需要透過多圈C型電阻的配合才能產生多個分壓訊號，本發明利用一環型電阻層、三個輸入電路與一輸出電路的配合來形成無轉動角度限制的電路模組，且在任何角度皆能產生二個相對應的分壓訊號，而使用者更可透過二相對應的分壓訊號依據相對應的判斷規則來精準的判斷出電刷的位置。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇 加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

12‧‧‧電路基板

121‧‧‧電路設置部

122‧‧‧端子設置部

13‧‧‧輸出電路

131‧‧‧電刷接觸端

1311‧‧‧環狀電刷接觸區域

132‧‧‧輸出端子連接端

14a、14b、14c‧‧‧輸入電路

141a、141b、141c‧‧‧電阻接觸端

142a、142b、142c‧‧‧輸入端子連接端

15‧‧‧環型電阻層

16‧‧‧絕緣層

C‧‧‧中心軸

R‧‧‧轉動方向

Claims (8)

1. 一種旋轉式可變電阻器，包含：一電阻電路模組，包含：一電路基板，係具有一電路設置部與一自該電路設置部延伸出之端子設置部；一輸出電路，係包含：一電刷接觸端，係設置於該電路設置部，具有一環狀電刷接觸區域，且該環狀電刷接觸區域具有一中心軸；以及一輸出端子連接端，係自該電刷接觸端延伸至該端子設置部；三輸入電路，各具有一電阻接觸端與一輸入端子連接端，該三輸入電路之電阻接觸端中任二者與該中心軸連線所形成之夾角皆為120度，該三輸入電路層之輸入端子連接端係分別自該三輸入電路層之電阻接觸端延伸至該端子設置部；以及一環型電阻層，係以該中心軸為中心而與該電刷接觸端同軸性地間隔設置，分別接觸於該三輸入電路層之電阻接觸端；一固定架，係固定地設置於該電阻電路模組上；一電刷組件，係受該固定架限位而保持可旋轉地跨接該環狀電刷接觸區域與該環型電阻層；以及 一轉軸，係連結於該電刷組件，藉以與該電刷組件相連動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該電阻電路模組更包含四個傳輸端子，係分別電性連結於該三輸入電路層之輸入端子連接端與該輸出端子連接端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該電阻電路模組更包含一絕緣基座，該電路基板係嵌設於該絕緣基座，且該些傳輸端子係自該絕緣基座穿設出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該電刷組件包含：一轉動件，係可轉動地設置於該固定架中；以及一電刷件，係固設於該轉動件，並具有一內圈電刷與一外圈電刷。
5. 如申請專利範圍第4項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該轉動件開設有一卡槽，該轉軸係可拆卸地卡合於該卡槽。
6. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該電刷組件更包含一扣環，係用以卡扣該轉軸，藉以使該轉軸設置於該電刷組件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉式可變電阻器，更包含一軸套，係設置於該固定架，該轉軸係穿設於該軸套。
8. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉式可變電阻器，其中，該電阻電路模組更包含一絕緣層，係設置於該輸出電路與該環型電阻層之間。