专利名称：用于小型电机的光编码器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于小型电机的光编码器设备，其光学检测电机轴的旋转。
技术背景
在一些情况下，需要一种连接到小型电机上，用于检测所述 电机的旋转速度和位置的设备。配置有用作检测设备的光编码器设备的 小型电机已经被应用在需要旋转控制的装置上，如自驱动电气元件和办 公自动化设备，例如打印机。
图8示出了将光编码器设备连接到电机上的传统技术(参见 日本专利申请公开号2003-199297)。如图8所示，在电机的扁平侧表面 (图8中的下表面)上形成有一对通孔，以连接到印刷电路板。所述印 刷电路板包括适于插入所述一对通孔中的一对接触柱，以及电子元件如 光传感器模块和连接器。
在沿着图中箭头所示方向从下面推动所述印刷电路板，使得 所述接触柱插入所述通孔后，将固定夹具从图中的上面装配到所述电机 上。亦即，沿箭头所示方向从所述电机的与印刷电路板相对的一侧推动 所述固定夹具，所述固定夹具的栓钉插入到形成在所述印刷电路板上的 相应的导引孔中，由此将印刷电路板组装起来。码盘固定在所述电机的 轴端。
如上所述，当使用图示印刷电路板时，就使用侧面具有阴端 子(通孔)的电机，通过竖立在所述印刷电路板上的接触柱将所述阴端 子与所述印刷电路板连接起来。由于所述接触柱施加给所述阴端子的接 触压力不能支撑所述印刷电路板，所以使用了昂贵的金属固定夹具。然 而，所述固定夹具的复杂形状极大地增加了成本。由于所述码盘与所述 传感器之间的定位是通过多个元件累积组装(如电机和码盘，所述夹具 和所述电机，所述夹具和所述电路板，以及所述电路板和所述传感器)实现的，因此定位的准确性令人担忧。
在电路板必须连接到电机的情况下，该电机是典型的一种阳 端子(电机端子)从端承口的端面而不是所述电机的侧面，沿着所述轴 的轴向突出(参见日本专利申请公开号2006-129692)。然而，在电机具 有小直径，如20mm的情况下，所述阳端子阻碍安装许多元件到尺寸有限 的所述电路板上。根据一可解决此缺陷的公知技术，使用一种阳端子从 其侧面(扁平面)突出的电机，并且印刷电路板连接到该阳端子上。由 于所述印刷电路板与电机之间的连接是通过焊接到所述阳端子上建立 的，所以可将所述印刷电路板固定到所述电机上。然而，由于所述印刷 电路板只是通过焊接固定的，所以印刷电路板对于外力的抵抗是不够的。 因此，必须使用强度高但价格贵的厚玻璃环氧板作为所述印刷电路板。 即使在这种情况下，也不能保证该种构造具有足够的坚固性。所述码盘 与所述光传感器模块间的位置关系非常重要。然而，传统的编码设备并 不具有用于在结构上定位所述光传感器模块的部分。因此，传统的编码 设备需要使用夹具或类似设备进行外部定位，并且与之相关的可行性和 定位的精确性让人担忧。发明内容
本发明已经解决了上述问题，并且本发明的一个目的是提供 与扁平状电机一起使用的光编码器设备，该扁平状电机即使在电机直径 小时，也可在其侧面(扁平面)支撑承载有不同元件的印刷电路板，所 述光编码器设备配置为增加所述印刷电路板和所述电机间的连接和固定 强度，从而实现足够的结构坚固性，并且使得光传感器模块相对于码盘 可靠地定位和固定，而无需使用夹具或类似设备外部定位。即使在使用 便宜印刷电路板的情况下，这种结构允许所述码盘和所述光传感器模块 准确定位，此定位是通过多个累积地组装的元件实现的。
根据本发明用于小型电机的光编码器设备包括连接到电机轴 的码盘，电机轴经由容纳在所述电机的端承口内的轴承支撑部分中的轴 承从电机向外延伸；以及印刷电路板，所述印刷电路板包括连接到其上 的光传感器模块，这样使得所述码盘的光学调制轨道部分定位在所述光 传感器模块的缺口中，其中所述光传感器模块包括用树脂制成的保持架和容纳在所述保持架中的光发射元件以及光接收元件。所述印刷电路板 固定到所述电机的扁平侧壁部分。所述保持架具有导向部分，其与保持 架一体形成以从保持架突出并与所述端承口的端面和所述轴承支撑部分 接触。所述印刷电路板以这样的状态固定，其中所述导向部分夹在所述 轴承支撑部分与所述印刷电路板之间，同时与所述端承口的端面接触， 由此将所述光传感器模块定位在电机的推力和径向方向。
通过将从电机的侧壁部分突出的一对电机端子焊接到位于印 刷电路板背面上的印刷配线部分，从而将所述印刷电路板固定到电机的 所述侧壁部分上。将与所述端承口一体形成并环绕所述一对电机端子的 接线板装配到形成在所述印刷电路板上的孔中，由此将所述印刷电路板 相对于所述电机定位。所述一对电机端子在由酚树脂形成的并只在背面 具有印刷配线部分的单面印刷电路板的背面侧弯曲，并焊接到所述印刷 配线部分。通过将形成在保持架底面的多个凸台插入到形成于所述印刷 电路板上的相应的孔或凹口中，而将所述光传感器模块定位。所述导向 部分沿垂直方向从保持架突出从而形成L的形状。所述导向部分具有圆 形表面，其具有与所述轴承支撑部分的侧面的圆形形状对应的形状，并 与所述轴承支撑部分的侧面接触。[OOIO]根据本发明，提供了一种用于扁平型电机的改进的光编码器 设备，该扁平型电机可在其扁平侧面上支撑承载有不同元件的印刷电路 板，即使当电机的直径小时。该光编码器设备可增加所述印刷电路板和 所述电机间的连接和固定强度，从而实现足够的结构坚固性，并且使得 光传感器模块能够相对于码盘可靠地定位和固定，而无需借助于夹具或 类似设备进行外部定位。由于所述码盘和光传感器模块的定位可通过使 用单一部件例如设置在所述光传感器模块上的所述导向部分并使用所述 电机端承口的表面作为参考来实现，因此实现了高的定位精确性。这使 得之间累积组装了多个元件的所述码盘和所述光传感器模块能够精确定 位，即使在使用便宜的薄的印刷电路板(单面酚板)时。
图1A是电机的截面图，定位使得扁平表面在本图中面朝上，电机端子(阳端子)从该扁平表面突出；
图1B为从所述电机的外侧看电机的透视图2为透视图，显示将编码器设备安装到电机上，从而完成组装后 的状态；
图3A为单个码盘的透视图3B为将所述码盘固定到电机轴上的所述电机的透视图； 图4A和4B为从不同方向看，光传感器模块的外观的视图； 图5A和5B为在将所述光传感器模块固定到印刷电路板上之前，从 不同方向看，印刷电路板的视图6A和6B为将所述光传感器模块固定到印刷电路板上时，所述印 刷电路板的视图，其中图6A示出了所述印刷电路板的前表面侧(附接元 件的一侧)，图6B为所述印刷电路板的背面侧(印刷电路所在面)； 图7A为显示将所述印刷电路板固定到电机上的透视图； 图7B为将所述印刷电路板固定到所述电机上的局部截面图；以及 图8为将光编码器设备固定到电机上的传统技术的视图；
具体实施例方式现在将借助于实例描述本发明。图1A只是电机的截面图，定 位使得扁平表面在本图中面朝上，电机端子(阳端子)从该扁平表面突 出；图1B为从所述电机的外侧看电机的透视图。 一对磁铁，作为定子磁 极，固定到由金属制成的电机外壳的拱形壁部分的内表面上。转子可旋 转地固定在所述电机外壳上。通过将整流器和由层压芯和线圈形成的转 子磁极整体组装到电机轴上，构造成所述转子。所述电机外壳具有位于 相对侧的扁平壁部分(扁平面)和在所述扁平壁部分之间延伸的拱形壁 部分，这样所述电机外壳整体具有底部空心管状形状。当将整体组装到 所述电机轴上的所述转子通过其开口插入到所述电机外壳中后，将由树 脂(例如聚酰胺)制成的端承口固定到所述电机外壳上，以封闭其开口。 该端承口具有一圆柱形周壁，其在相对侧具有扁平壁部分(扁平面)如 在所述电机外壳中；和与所述圆柱形周壁一体形成的端壁，这样所述端 壁包围所述端承口的所述圆柱形周壁的末端。所述端承口的端壁就是一 所述电机轴从中穿过的壁，并且垂直于所述电机轴，并包括图示的一体形成的轴承支撑部分。所述端承口的相对扁平壁部分之一具有与该端承 口一体形成的接线板，这样该接线板环绕一对阳端子并从相应的扁平壁 部分突出。正如下面将要描述的，这个接线板被装配进入形成在印刷电
路板上的接线板接收矩形孔(图5)中。所述电机轴可旋转地由位于所述电机外壳的底部部分中心的
轴承和位于端承口中心的轴承所支承。所述端承口侧的轴承容纳在与所 述端承口一体形成的轴承支撑部分中。与所述整流器接触的一对电刷与
从所述端承口的相应的扁平壁部分向外突出的一对电机端子(阳端子) 电连接。从外部给所述电机端子供应电力。所述小型电机自身的上述结 构是普通的一种。图2为透视图，显示将编码器设备安装到电机上，从而完成 组装后的状态。显然，为了简化插图，未示出所述印刷电路板背面的焊 接。如图2所示，将只在背面具有印刷配线部分(未示出)的单面印刷 电路板安装到所述电机上。显示所述电机的阳端子处于这样的状态，其 中所述阳端子在所述印刷电路板的背面侧弯曲。然而，在随后的环节中， 所述阳端子被焊接到所述印刷电路板上用于电和机械连接。将电路元件， 例如一光传感器模块和一连接器固定到所述印刷电路板的前表面上。所 述光传感器模块包括一体组装到光传感器模块保持架的光接收元件和光 发射元件。进一步地，将码盘固定到所述电机轴的一部分，该部分从电 机的端承口向外延伸。将所述码盘沿着所述轴的轴向方向固定到所述电 机轴上，这样将所述码盘的光调制轨道部分定位在介于相对的所述光传 感器模块的发光和光接收元件之间的缺口中。所述码盘和支承安装到其 上的多个电路元件的所述印刷电路板构成了光编码器设备，用于检测电 机的旋转速度和位置。本发明特征在于所述光传感器模块保持架的形状， 和在将所述光传感器模块保持架固定到所述印刷电路板上后印刷电路板 到所述电机的连接和固定。现在将参考显示相关部分的详细视图，来描 述这些特征。图3A为单个码盘的透视图；和图3B为将所述码盘固定到电 机轴上的所述电机的透视图。将所述码盘沿着电机轴的轴向方向连接到 所述电机，并随后固定到其上。所述码盘本身是普通的，并且可以普通的方式被固定。图示的码盘由中心凸缘部分和固定到该凸缘部分圆周的 光调制轨道部分组成。通过压入配合或类似方式，将所述凸缘部分定位、 安装到从所述轴承支撑部分向所述端承口的外部延伸的所述电机轴的延 伸部分。在所述凸缘部分被压入配合的情况下，所述凸缘部分优选地由 树脂构成。可选择地，考虑到强度，该凸缘部分也可由铁或黄铜构成。 所述光调制轨道部分包括光调制轨道，其中多个狭缝以恒定间距沿着圆
周方向设置，并且随着所述电机轴的旋转，允许产生大约50脉冲/转速。 从所述旋转光调制轨道部分的一面发射，从另一面接收的光从所述旋转 光调制轨道部分的狭缝部分通过，并被无狭缝部分所阻止，由此可检测 所述旋转速度和位置。图4A和4B为从不同方向看，光传感器模块的外观的视图。 所述光传感器模块由用树脂形成的保持架以及在该保持架内容纳到位的 光发射元件和光接收元件组成。所述光传感器模块的保持架通过喷射模 塑法由树脂(例如聚碳酸酯) 一体形成，并具有用于将所述光发射元件 和所述光接收元件配置在所述保持架中的凹部，使得它们相互面对。将 用于接收和定位光发射和光接收元件的所述凹部配置成这样，使得每个 凹部的三个壁表面具有多个(2*3面=6总共)肋条，用于防止相应的元 件从中离开，并且所述元件被压靠向剩余的壁面。在容纳有光发射和光 接收元件的所述光传感器模块保持架的缺口 (gap)部分，所述保持架具 有孔或凹槽(未示出)，所述光发射元件的光发射部分和所述光接收元件 的光接收部分通过该孔或凹槽(未示出)相互面对，这样光电二极管(所 述光接收元件)可接收到从红外发光二极管(所述光发射元件)发射出 的红外光。由于所述保持架由可阻挡红外光的聚碳酸酯(黑)构成，所 述保持架可抑制不规则反射的红外光进入所述光接收元件。所述码盘的光调制轨道部分定位和配置在所述光传感器模块
的缺口中。将所述光发射元件和光接收元件的各端子插入到所述印刷电 路板的端子接收孔中，并通过焊接用于固定。显然，所述图示光接收元 件具有三个端子，因为该光接收元件如此设置使得两个光电二极管连接 起来，从而检测具有彼此间具有相移的信号，由此不仅检测旋转速度， 而且还检测电机旋转的方向。
所述图示光传感器模块具有与所述树脂支持架一体形成的L 状突出部分(导向部分)，和多个位于所述光传感器模块的表面(底面) 上的凸台(一个介于所述光发射元件和光接收元件之间的圆形凸台，和 两个位于所述导向部分背面的矩形凸台)，所述印刷电路板与其进行接 触。所述导向部分如沿垂直于所述保持架本体的方向，突出以形成L状 形状的原因是为了增加定位的准确性。所述导向部分(图4B)的高度理 想情况下大致等于所述轴承支撑部分沿推力方向的高度。此外，所述导 向部分的突出长度理想情况下如此设置，使得该导向部分具有足以与所 述轴承支撑部分接触的长度，但并不从所述端承口的端面突出。在图4A 和4B所示光传感器模块的情况下，所述印刷电路板从图4A的左侧与光 传感器模块进行接触，并且所述端承口的端面从图4A的下侧与光传感器 模块进行接触。此外，在所述导向部分的与所述印刷电路板接触的表面 的相对侧形成有R (圆形)表面，以与所述轴承支撑部分的圆柱形侧面接
触o图5A和5B为在将所述光传感器模块固定到印刷电路板上之 前，从不同方向看，印刷电路板的视图。将元件如电阻和连接器，安装 到图示印刷电路板的前表面(所述元件安装侧)。所述元件的电气端子穿 过设置在所述印刷电路板上的相应孔，从印刷电路板的背面突出，并被 焊接固定到形成在所述背面的印刷配线部分(未示出)。该印刷电路板具 有接线板接收矩形孔，其接收设置在所述端承口的扁平壁部分的接线板。 此外，沿所述接线板接收矩形孔的较长侧形成两个凹口，将设置在所述 光传感器模块的导向部分的底面上的所述(两)矩形凸台装配到该凹口 中。所述印刷电路板理想情况下具有与所述端承口的接线板高度相对应 的厚度t (例如1.2咖)。图6A和6B为将所述光传感器模块固定到印刷电路板上时， 所述印刷电路板的视图，其中图6A示出了所述印刷电路板的前表面(所 述元件安装面)，图6B为所述印刷电路板的背面(印刷电路所在面)。将 所述光传感器模块安装并相对于所述印刷电路板(图5)定位，所述印刷 电路板包括安装到其前表面(所述元件安装面)的元件，如电阻和连接 器。所述光传感器模块的电气端子穿过设置在印刷电路板上的相应通孔，并从其后面突出。那时，将位于所述光传感器模块的底面上的圆形凸台 和两个矩形凸台装配到印刷电路板的相应的凸台孔和(两个)凹口中， 由此将光传感器模块定位。随后，将所述电气端子焊接并安装到位于所 述板背面的印刷配线(铜箔图案)部分。将从所述光传感器模块延伸的 电源线和信号线通过所述印刷配线和连接器引导到印刷电路板的外侧。图7A为显示将所述印刷电路板固定到电机上的透视图；以 及图7B为将所述印刷电路板固定到所述电机上的局部截面图。将其上连 接并固定有各种电路元件的所述印刷电路板(图6)安装到所述电机的一 扁平壁部分(图3)，所述码盘固定到电机轴上。图示的印刷电路板不仅 在所述端承口的相应的扁平面的上方延伸，而且在所述电机外壳(部分C) 的相应的扁平面上方延伸。将该印刷电路板以这样的方式安装到电机上， 其中形成环绕所述成对阳端子并从所述扁平面突出的端承口的接线板装 配到印刷电路板的接线板接收矩形孔中，与所述光传感器模块保持架一 体形成的L形突出部分(导向部分)与端承口 (end bell)的端面和轴 承支撑部分接触。因此，所述印刷电路板(并且因此，光传感器模块) 被定位在所述电机的推力方向(电机的轴向方向)和径向方向。亦即， 由于所述导向部分，其为所述光传感器模块保持架的一部分，沿着相互 正交的两方向与所述端承口的端面和所述轴承支撑部分接触，所述光传 感器模块经所述导向部分相对于电机定位。此后，为了建立所述电路板 与电机间的连接，所述阳端子沿相对的、朝外的方向弯曲到印刷电路板 上(见图2),并焊接到所述印刷配线部分。从而将所述编码器设备组装 到电机上。如上所述，印刷电路板安装到端承口的接线板上，并且电机 的所述阳端子朝外弯曲，由此可降低所述编码器设备的厚度(图7B中垂 直方向的长度)。此外，通过向外弯曲所述电机端子，可将印刷电路板暂 时固定，从而改善了可操作性。也可通过将分别设置在光传感器模块和 印刷电路板上的板导向部分(凸台和相应的凸台孔和凹口)相互组装，
从结构上实现光传感器模块与印刷电路板之间的定位。如上所述，实现了光传感器模块在电机的推力方向和径向方
向的定位。亦即，通过使导向部分与所述端承口的端面接触，使光传感
器模块在电机的推力方向定位。此外，通过将印刷电路板固定在这样的状态，其中上述导向部分夹在所述轴承支撑部分和印刷电路板之间，使
得所述导向部分的R (圆)表面与所述轴承支撑部分的圆形(R)部分紧 密接触，使光传感器模块在电机的径向方向定位。图示结构不仅允许在推 力和径向方向上的这种定位，而且具有抵抗施加于印刷电路板的外力的 坚固性。亦即，由于所述导向部分夹在所述印刷电路板与轴承支撑部分 之间，所述导向部分作为用于对抗沿方向A (图7B)施加在所述印刷电 路板上的外力的支承。与此同时，与所述电机外壳接触的印刷电路板的 端部(C部)作为一支承，这样图示结构也具有足够程度的坚固性抵抗沿 方向B施加的外力。因此，不需要印刷电路板本身具有大的机械强度。 此外，只需要在所述印刷电路板的一面对元件进行焊接。相应地，可使 用便宜的低强度的单面印刷电路板(例如薄的酚醛树脂板(t=1.2mm))。 此外，由于焊接只在电路板的背面进行，所以所述印刷电路板可作为一 壁并阻止在焊接工作过程中产生的焊剂和焊料颗粒粘附到传感器模块和 电路元件上。
权利要求
1、一种用于小型电机的光编码器设备，包括安装到电机轴上的码盘，电机轴经容纳在电机端承口的轴承支撑部分内的轴承从电机朝外延伸；以及包括安装到其上的光传感器模块的印刷电路板，这样所述码盘的光调制轨道部分定位在光传感器模块的缺口中，所述光传感器模块包括由树脂制成的保持架以及容纳在该保持架中的光发射元件和光接收元件，其中所述印刷电路板被固定到所述电机的扁平侧壁部分；所述保持架具有导向部分，其与所述保持架一体形成以从保持架突出，并与所述端承口的端面和轴承支撑部分接触；以及所述印刷电路板被固定在这样的状态，其中所述导向部分夹在所述轴承支撑部分与印刷电路板之间，同时与所述端承口的端面接触，由此所述光传感器模块在电机的推力和径向方向上被定位。
2、 根据权利要求1的用于小型电机的光编码器设备，其中通过将从电机的 侧壁部分突出的一对电机端子焊接至啦于所述印刷电路板背面的印刷配线部 分，从而将所述印刷电路板固定到所述电机的所述侧壁部分。
3、 根据权利要求2的用于小型电机的光编码器设备，其中将与所述 端承口一体形成并环绕所述一对电机端子的接线板装配入形成在印刷电路板上的孔中，由此所述印刷电路板相对于电机被定位。
4、 根据权利要求3的用于小型电机的光编码器设备，其中所述一对 电机端子在由酚醛树脂构成并只在背面具有印刷配线部分的单面印刷电 路板的背面侧弯曲，并且被焊接到该印刷配线部分上。
5、 根据权利要求1的用于小型电机的光编码器设备，其中通过将形 成在所述保持架底面上的多个凸台插入到形成在所述印刷电路板上的相 应孔或凹口中，对所述光传感器模块定位。
6、 根据权利要求1的用于小型电机的光编码器设备，其中所述导向 部分在垂直方向上从所述保持架突出以形成L状。
7、 根据权利要求1的用于小型电机的光编码器设备，其中所述导向 具有圆形表面，其具有与所述轴承支撑部分侧面的圆形相对应的形状， 并与所述轴承支撑部分的侧面接触。
全文摘要
光传感器模块包括由树脂制成的保持架和容纳在该保持架中的光发射元件和光接收元件。印刷电路板安装到电机的扁平侧壁部分。所述树脂保持架具有与其一体形成并且与端面和端承口的轴承支撑部分相接触的导向部分。所述印刷电路板固定在这样的状态，其中所述导向部分夹在所述轴承支撑部分和所述印刷电路板之间，同时与端承口的端面接触，由此所述光传感器定位在电机的推力和径向方向上。
文档编号H02K11/00GK101286672SQ20081012589
公开日2008年10月15日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年2月19日
发明者五十岚公平 申请人:马渊马达株式会社