一种多同轴旋转指针电源信号传导结构的制作方法

本发明涉及景观钟(塔钟)领域，尤其涉及一种多同轴旋转指针电源信号传导结构。

背景技术：

景观钟(塔钟)作为城市美化环境的装饰越来越多，很多塔钟的机芯结构变成单片机控制的电机驱动，并且实现一定的智能化，塔钟不是单纯的机械钟或电子钟，而是成了机电钟。塔钟在夜晚光线不足的情况下，表针的位置难以辨识，因此在表针上布置led灯，从塔钟的机芯获取电源在光线不足的情况下点亮led灯，让指针变成电子灯光指针，就能让人们在光线不足的情况下清楚的辨识指针，还起到美化夜景，提升档次的作用。但是指针是旋转的，简单的布线会让电线在表轴上缠绕，最终扯断电线，影响表轴的转动，甚至造成损坏。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种多同轴旋转指针电源信号传导结构，由此解决给多个同轴转动的指针传递电源或其他控制信号的问题，不会造成线路绕轴。

钟表轴心结构设计主要考虑以下三点：

1)将表针稳定的固定在步进电机的输出轴上，不发生相对滑动；

2)两个表针相互不能干扰，各自按照需要的速度转动；

3)指针上led灯电源供电，线路不能缠绕。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多同轴旋转指针电源信号传导结构，包括依次设置的：同轴步进电机第一输出轴、同轴步进电机第二输出轴、电机端盖固定电刷盘、时针转盘阴面固定电刷盘、时针转盘阴面、时针转盘阳面、时针转盘阳面固定电刷盘、分针转盘固定电刷盘以及分针转盘；其中，所述同轴步进电机第一输出轴和所述同轴步进电机第二输出轴自同轴步进电机中延伸而出，所述同轴步进电机第一输出轴为外轴，所述同轴步进电机第二输出轴为内轴，所述同轴步进电机第二输出轴长于所述同轴步进电机第一输出轴；所述电机端盖固定电刷盘、所述时针转盘阴面固定电刷盘、所述时针转盘阴面、所述时针转盘阳面以及所述时针转盘阳面固定电刷盘的中心位置设有供所述同轴步进电机第一输出轴穿过的孔，所述分针转盘固定电刷盘和所述分针转盘的中心位置设有供所述同轴步进电机第二输出轴穿过的孔；在所述时针转盘阴面和所述时针转盘阳面的中间固定设有时针；分针则固定设于所述分针转盘上，且时针和分针上皆设有led灯；在时针转盘阴面近电机面上，设有用于镶嵌电刷盘的圆形内凹，圆形内凹的直径同电刷盘直径相等，内凹的深度与电刷盘厚度一致；在时针转盘阴面远电机面上，中间设有用于固定时针的凸起，所述凸起上设有垂直于动力轴的凹槽，用于与时针转盘阳面的凸起配合；在时针转盘阳面近电机面上，设有与时针转盘阴面远电机面上的凹槽相配合的凸起；在时针转盘阳面远电机面上，设有用于镶嵌电刷盘的圆形内凹，圆形内凹的直径同电刷盘直径相等，内凹的深度与电刷盘厚度一致。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述电机端盖固定电刷盘、所述时针转盘阴面固定电刷盘、所述时针转盘阳面固定电刷盘以及所述分针转盘固定电刷盘上皆设有多个铜环，多个铜环具有相同的圆心、相等的半径和宽度，多个铜环分别用于传输电源正极、负极和对表针上led灯显示效果进行控制的串行数据；所述时针转盘阴面固定电刷盘引出电源线和数据线穿过所述时针转盘阴面，连接到时针上，给时针上的led灯供电，同时电源线继续穿过所述时针转盘阳面，与固定在其背面的所述时针转盘阳面固定电刷盘的铜环相连；所述分针转盘固定电刷盘固定在所述分针转盘的背面，与所述时针转盘阳面固定电刷盘配合，将电源和数据引到分针及其led灯上。

进一步地，所述电机端盖固定电刷盘、所述时针转盘阴面固定电刷盘、所述时针转盘阳面固定电刷盘以及所述分针转盘固定电刷盘大小相同，厚薄相等。

本发明的有益效果是：

1.有效解决给同轴转动多个表针供电或提供信息线路问题；

2.结构简单，稳定性好；

3.成本低。

附图说明

图1为本发明的多同轴旋转指针电源信号传导结构的结构示意图；

图2为本发明的表针形状示意图；

图3a为本发明的时针转盘阴面近电机面示意图；

图3b为本发明的时针转盘阴面远电机面示意图；

图4a为本发明的时针转盘阳面近电机面示意图；

图4b为本发明的时针转盘阳面远电机面示意图；

图5为本发明的表轴结构装配爆炸图；

图6为本发明的表轴结构装配完成效果图；

图7a为本发明的电刷盘正面示意图；

图7b为本发明的电刷盘背面示意图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1同轴步进电机第一输出轴

2同轴步进电机第二输出轴

3电机端盖固定电刷盘

4时针转盘阴面固定电刷盘

5时针转盘阴面

6时针转盘阳面

7时针转盘阳面固定电刷盘

8分针转盘固定电刷盘

9分针转盘

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请先参照图1所示，其为本发明的多同轴旋转指针电源信号传导结构的结构示意图。所述传导结构包括依次设置的：同轴步进电机第一输出轴1、同轴步进电机第二输出轴2、电机端盖固定电刷盘3、时针转盘阴面固定电刷盘4、时针转盘阴面5、时针转盘阳面6、时针转盘阳面固定电刷盘7、分针转盘固定电刷盘8以及分针转盘9；其中，两个输出轴自同轴步进电机中延伸而出，所述同轴步进电机第一输出轴1为外轴，所述同轴步进电机第二输出轴2为内轴，所述同轴步进电机第二输出轴2长于所述同轴步进电机第一输出轴1；所述电机端盖固定电刷盘3、所述时针转盘阴面固定电刷盘4、所述时针转盘阴面5、所述时针转盘阳面6以及所述时针转盘阳面固定电刷盘7的中心位置设有供所述同轴步进电机第一输出轴1穿过的孔，所述分针转盘固定电刷盘8和所述分针转盘9的中心位置设有供所述同轴步进电机第二输出轴2穿过的孔。

请再参照图2所示，其为本发明的表针形状示意图；表轴的转盘需要两个，一个套在同轴步进电机的外轴上，固定时针，带动时针转动；一个套在同轴步进电机的内轴上，固定分针，带动分针转动。同时，两个转盘还要具备固定圆形电刷、传递电源的作用，因此，表轴的转盘是个圆形构件，其上有一个圆台，圆台需要根据表针尾部的孔的形状进行切削。孔是方形加两个半圆构成的跑道形状，所以转盘上突出的平台应是圆台切掉两个弧，使之成为跑道型，并能恰好与表针尾部的孔进行匹配。

本发明的时针转盘由阴面和阳面配合组成，时针夹在时针转盘阴面5和时针转盘阳面6的中间。时针和分针的转盘可用尼龙棒切削成型，然后用铣床铣出上面的凹槽来；亦可采用3d打印机打印出来，比用尼龙棒加工的效率显著提高，成本大幅降低。

下面，请参照图3a、3b所示，图3a为本发明的时针转盘阴面近电机面示意图；图3b为本发明的时针转盘阴面远电机面示意图；在近电机面上，为了镶嵌电刷盘，可铣掉1.5mm，形成中间圆形内凹，但不以此为限；圆形内凹的直径同电刷盘直径相等；在远电机面上，中间设有用于固定时针的凸起，所述凸起上设有垂直于动力轴的凹槽，用于与时针转盘阳面的凸起配合，使两面一起运动，不发生相对滑动。

请再参照图4a、4b所示，图4a为本发明的时针转盘阳面近电机面示意图；图4b为本发明的时针转盘阳面远电机面示意图；近电机面是面向阴面扣入阴面的一侧，设有与时针转盘阴面远电机面上的凹槽相配合的凸起；远电机面是时针转盘阳面的另一侧，其上也铣出直径与电刷盘直径相等的圆形内凹，内凹的深度与电刷盘厚度一致，约1.5mm。

表轴转盘凸起的台上有垂直于表轴的小孔，用以拧紧螺丝顶在步进电机的输出轴上，防止转盘和步进电机的输出轴之间发生相对滑动。此外，还可在平台上沿平行于输出轴的轴向刻出两条用以埋下电源线的沟槽。

由于两个表针在不停的转动，将5v电源从钟表的表盘后面引到两个表针上比较复杂。可以采用两种方案来解决这个问题，一是使用多层电刷，将电源引到两个表针上；二是采用无线供电方式，将电源引到表针上。

第一种方案优势在于电源利用率高，没有线圈转换的损耗，电路的结构比较简单，不会造成表针重量的增加。第二种方案优点是机械结构简单，缺点是电源利用率低，无线转换电路安置在表针上，增加表针的重量。

电刷盘与表针转盘的安装顺序如图1所示，需要将七层结构依次装配到同轴步进电机的动力输出轴上。图5为本发明的表轴结构装配爆炸图；图6为本发明的表轴结构装配完成效果图。

请再参照图7a、7b，图7a为本发明的电刷盘正面示意图；图7b为本发明的电刷盘背面示意图；本发明的多同轴旋转指针电源信号传导结构中共有四个相同大小、厚薄的电刷盘，每一个电刷盘上都有三个铜环，三个铜环具有相同的圆心，环的宽度是一致的，每个电刷盘上相应位置的三个铜环的半径、宽度都是相同的。铜环的数量、半径、粗细一致，每个铜环下有过孔，将信号引到电刷盘的背面，并设有引线焊接点。所述时针转盘阴面固定电刷盘(4)以及所述分针转盘固定电刷盘(8)的铜环上焊接富有弹性的金属小簧片，用以改善与相对面上铜环的导电接触性能。

铜环数量由电源和数据线的数量决定，最少有两个铜环，分别用于传导电源的正负极。每个铜环下有过孔，将信号引到电刷盘的背面，并设有引线焊接点。例如，三个铜环分别传输电源正极、负极和对表针上led灯显示效果进行控制的串行数据。如果对led灯显示的效果没有太多的要求，仅是灯全部亮或全部灭的简单效果，那么第三条铜环可以不连接线路。

四个电刷盘中最靠近步进电机的所述电机端盖固定电刷盘3需固定在同轴步进电机的端盖上，保持静止，安装时需注意，有铜环的一面向外，无铜环的一面用万能胶粘在电机端盖上并与电机端盖绝缘；也可以加螺丝固定，注意螺丝不要影响两片电刷盘之间的转动。所述时针转盘阴面固定电刷盘4镶嵌并粘接固定在所述时针转盘阴面5的近电机端，将随着时针转盘的转动而转动。所述时针转盘阳面固定电刷盘7镶嵌并粘接固定在所述时针转盘阳面6的远电机端，也将随着时针转盘的转动而转动。由于时针转盘的两面是凹凸扣在一起，形成一个整体一起运动，所以不会发生相对滑动，所以所述时针转盘阴面固定电刷盘4和所述时针转盘阳面固定电刷盘7皆随着时针转盘的转动而转动，也不会发生相对的滑动。所述时针转盘阴面固定电刷盘4从背面引线焊接点引出电源线和数据线穿过所述时针转盘阴面5，连接到时针上，给时针上的led灯供电，同时电源线继续穿过所述时针转盘阳面6，与固定在其背面的电刷盘的背面相应焊点连接，从而和处于正面的铜环相连。需要说明的是：时针转盘带动时针转动，二者之间是相对静止的；转盘固定在电机输出轴上，动力输出轴转动带动转盘转动，转盘带动表针转动，因此，在时针转盘的阴面和阳面之间的表针处不会发生电线的缠绕。

所述分针转盘固定电刷盘8粘接固定在所述分针转盘9的背面，和所述时针转盘阳面固定电刷盘7配合，将电源和数据引到分针上，电线从所述分针转盘固定电刷盘8的背面引到所述分针转盘9的正面，然后连接到分针上的led灯上，给led供电或控制led的发光效果。

电刷盘线路板可使用厚度约为1.5mm的覆铜板，可用pcb雕刻机进行雕刻，也可以由专业pcb制作厂加工制作。电刷盘线路板雕刻或制作出来之后，用紫铜片制作电刷小簧片，用作电刷片，保证两层电刷盘在转动中能良好接触。触点的大小、角度应控制合理，既要良好接触，又不能造成太大的摩擦阻力。

本发明设置了多层电刷盘和转盘结构，实现多指针独立供电，理论上指针的数量可以无限增加，只需要按照这种结构增加电刷盘和转盘；电刷盘可以有多个电刷轨道，实现多路信号的传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。