CN115765382A - 旋转输入控制装置和用户输入设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转输入控制装置及用户输入设备。输入控制装置包括：旋转输入机构，其设有磁体；电永磁体组件，其包括电永磁体和线圈；线圈设置在电永磁体上，以在通电时对电永磁体充磁或消磁；控制模块，用于控制线圈的电流，使得电永磁体处于充磁状态或消磁状态。通过对电永磁体的充磁或消磁，达到能够在用户进行旋转输入时产生棘轮阻尼手感、阻力恒定手感或无阻力手感的目的，且输入控制装置可采用贴片方案组装到用户输入设备中，便于组装。

Description

旋转输入控制装置和用户输入设备

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别是涉及一种旋转输入控制装置和用户输入设备。

背景技术

可旋转的输入控制装置用于电子设备中，以允许用户通过旋转旋钮或滚轮来进行输入。现有的可旋转的输入控制装置，其旋转手感单一。

目前，关于调节旋转手感的方案，常见的有：

(1)通过电机控制簧片的位移对簧片与齿状拨盘的啮合程度进行调控来达到调整旋钮手感的目的。该方案存在不足：电机尺寸难以缩小，占空间大，不适合紧凑的应用场景；簧片的寿命有限；装配复杂、用时长。

(2)通过控制电永磁体的磁场对弹性或磁性结构进行调控，该弹性或磁性结构上带有棘轮手感发生装置，通过对该结构的调控来控制结构之间的啮合程度来达到调整旋钮手感的目的。该方案存在不足：零件多、结构复杂、装配复杂。

(3)通过控制两个电永磁体之间磁路的来控制两个电永磁体对带有齿的转盘的电磁作用力，最终达到控制手感模式转换的目的。该方案存在不足：该控制方案需要不断地改变对电永磁体的控制电流，来保证两个电永磁体之间磁路的准确性，这样的控制方案复杂，对材料要求较高，需要不断地进行校准。此外，因为其中一个电永磁体不受电路控制，所以当该电永磁体退磁时无法对其进行再磁化，所以该方案在组装到某总体设备上时无法采用贴片方案。

发明内容

基于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种旋转输入控制装置，通过对电永磁体的充磁或消磁，达到能够在用户进行旋转输入时产生棘轮阻尼手感、阻力恒定手感或无阻力手感的目的，结构简单，控制简单方便。

为此，本发明提供如下技术方案。

本发明提供一种旋转输入控制装置，所述输入控制装置包括：

旋转输入机构，其设有磁体；

电永磁体组件，其包括电永磁体和线圈；所述线圈设置在所述电永磁体上，以在通电时对所述电永磁体充磁或消磁；

控制模块，用于控制所述线圈的电流，使得所述电永磁体处于充磁状态或消磁状态。

优选地，当所述电永磁体处于充磁状态时，其形成的磁场与所述磁体形成的磁场产生耦合，用以在所述旋转输入机构旋转时改变所述旋转输入机构的阻力分布；当所述电永磁体处于消磁状态时，所述旋转输入机构旋转时的阻力恒定或无阻力。

优选地，所述电永磁体上形成有至少两个凸起部，所述至少两个凸起部间隔开地设置；所述凸起部用以在所述线圈通电时集中所述电永磁体发射的电磁场。

优选地，所述磁体的数量为至少两个，所述至少两个磁体在所述旋转输入机构的旋转方向上均匀地间隔开设置；所述凸起部与所述至少两个磁体所在的第一圆周轨迹在所述旋转输入机构的轴向上位置相对。

优选地，所述旋转输入机构包括金属圆环，所述金属圆环为软磁结构；所述磁体设置于所述金属圆环上，且位于所述金属圆环和所述电永磁体组件之间。

优选地，所述电永磁体包括本体部和两个弓形部；两个所述弓形部分别位于所述本体部的两端；所述至少两个凸起部分别设置于两个所述弓形部上。

优选地，每个所述弓形部上的凸起部数量至少为两个；所述电永磁体上的全部的所述凸起部形成第二圆周轨迹，所述第一圆周轨迹与所述第二圆周轨迹在所述轴向上位置相对；所述弓形部上的相邻两个所述凸起部的圆心角与任意两个相邻的所述磁体的圆心角相等。

优选地，所述线圈的数目为两个，两个所述线圈分别缠绕在所述本体部的所述两端。

优选地，所述电永磁体为中心对称结构；和/或

所述电永磁体为半硬磁体。

优选地，所述输入控制装置还包括：

基座；

轴承，其设于所述基座中，用于支撑所述旋转输入机构。

优选地，所述控制模块包括：

输入输出接口；

控制单元，其包括充消磁控制器和驱动器，所述充消磁控制器与所述输入输出接口电连接并用以控制所述驱动器对所述线圈通电。

优选地，所述控制模块还包括储能单元，所述储能单元包括：

电容器储能阵列；

储能控制器，用以在所述电容器储能阵列的电压在预设电压范围内时向所述充消磁控制器发送允许通电的指令；反之，所述储能控制器控制所述电容器储能阵列充电。

本发明还提供一种用户输入设备，包括如上所述的旋转输入控制装置。

本发明具有以下技术效果：

本发明提供一种旋转输入控制装置，通过控制线圈对电永磁体组件的电永磁体进行充磁或消磁，改变电永磁体对旋转输入机构的磁体产生的电磁作用力，进而改变旋转输入机构旋转时的阻力分布，从而能够在用户进行旋转输入时产生棘轮阻尼手感、阻力恒定手感或无阻力手感，其结构简单，控制简单方便。此外，输入控制装置可采用贴片方案组装到用户输入设备中，便于组装。

附图说明

图1为本发明的旋转输入控制装置的***结构示意图；

图2为本发明的旋转输入组件的局部立体结构示意图；

图3为本发明的一实施例中磁体与金属圆环的装配结构示意图；

图4为本发明的旋转输入组件的结构剖视图；

图5为本发明的电永磁体的立体结构示意图；

图6为本发明的电永磁体处于充磁状态时的磁场示意图；

图7为本发明的旋转输入组件和电永磁体组件耦合磁场线侧视图；

图8为本发明的旋转输入组件和电永磁体组件耦合磁场线俯视图；

图9为本发明的旋转输入控制装置的结构剖视图；

图10为本发明的控制模块的模块示意图。

附图标记说明

1、旋转输入机构；

11、磁体；12、金属圆环；13、旋钮；14、按键部；15、主体部；

2、电永磁组件；

21、电永磁体；211、凸起部；212、本体部；213、弓形部；22、线圈；

3、控制模块；31、输入输出接口；311、电源输入接口；312、控制信号输入接口；313、状态输出接口；32、控制单元；321、充消磁控制器；322、驱动器；33、储能单元；331、电容器储能阵列；332、储能控制器；34、检测单元；

4、基座；

5、轴承。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与本申请所属的技术领域中的技术和科学术语的含义相同。

在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于本发明的简化描述，而不是指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，即不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述清楚的目的，不能理解为所指示特征的相对重要性或所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个；“若干个”的含义是至少一个；另有明确限定的除外。

在本发明中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等应作广义理解。例如，“连接”，可以是固定连接、可拆卸连接或一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的限定，第一特征在第二特征“上”、“之上”、“上方”和“上面”、“下”、“之下”、“下方”或“下面”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征的水平高度高于第二特征的水平高度。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征的水平高度小于第二特征的水平高度。

下面根据图1至图10详细说明本发明的旋转输入控制装置。

在本实施方式中，输入控制装置包括旋转输入机构1、电永磁体组件2和控制模块3。

在本实施方式中，如图1至图9所示，旋转输入机构1设有磁体11；电永磁体组件2包括电永磁体21和线圈22，线圈22设置在电永磁体21上。控制模块3用以控制线圈22的通电状况，进而使得电永磁体21处于充磁状态或消磁状态。

在本实施方式中，由于电永磁体21具有充磁和消磁两种状态，输入控制装置可以通过贴片方案组装到用户输入设备上，便于组装。

在一实施方式中，当电永磁体21处于充磁状态时，其形成的磁场与磁体11产生耦合，在旋转输入机构1旋转的过程中，由于电永磁体21对磁体11产生的电磁作用力发生变化，进而能够改变旋转输入机构1的阻力分布，形成具有不同阻尼感的棘轮阻尼手感。当电永磁体21处于消磁状态时，磁体11与电永磁体21之间处于解耦状态，旋转输入机构1旋转时的阻力恒定或无阻力。用户根据对旋转手感的喜好，自行选择棘轮阻尼手感、阻力恒定手感或无阻力手感，或者根据用户在用户输入设备上的选择的菜单匹配相对应的手感模式，旋转的手感多样化，用户体验感更佳，且旋转输入控制装置结构简单，控制简单方便。

在一实施方式中，磁体11为硬磁结构。

在一实施方式中，如图5所示，电永磁体21上形成有至少两个凸起部211，至少两个凸起部211间隔开地设置；凸起部211用以在线圈22通电时集中电永磁体21发射的电磁场。具体地，当电永磁体21处于充磁状态时，电永磁体21的两端分别构成N极和S极两个磁极。电永磁体21的两端均设置凸起部211，或电永磁体21的一端设置凸起部211，用以集中电永磁体21发生的电磁场。其中，电永磁体21的N极和S极如图6至图8所示。

应当理解，还可通过电永磁体21的两个磁极处的尺寸设计或其他结构形式来集中电永磁体21发生的电磁场。

进一步地，如图2至图4所示，磁体11的数量为至少两个，至少两个磁体在旋转输入机构1的旋转方向上均匀地间隔开设置，即,全部的磁体11沿第一圆周轨迹均匀地分布。如图7至图9所示，凸起部211与至少两个磁体所在的第一圆周轨迹在旋转输入机构的轴向上位置相对，能够缩短磁体11与凸起部211之间的距离，在电永磁体21处于充磁状态时能够加强磁体11与凸起部211之间的电磁作用力，进而增强阻力改变带来的手感，此外，在旋转输入机构1停止旋转时，至少一凸起部211能够与一磁体11产生对吸，使得旋转输入机构1能够稳定地处于静止状态。磁体11的数量可以为两个、三个、四个甚至更多个。

进一步地，如图3所示，旋转输入机构1包括金属圆环12，金属圆环12为软磁结构；磁体11设置于金属圆环12上，且位于金属圆环12和电永磁体组件2之间。设置金属圆环12，一方面起到固定磁体11的作用，另一方面用以在电永磁体21处于充磁状态时，金属圆环12具有磁性，能够将电永磁体21产生的电磁场集中在金属圆环12的内部区域，以增强电永磁体21的电磁作用力，从而增强电永磁体21与磁体11之间的电磁作用力，起到导磁作用。当电永磁体21的消磁时，金属圆环12不具有磁性。

应当理解，上述的圆形的金属圆环12可以替换为金属方环或其他形状的金属环，用以固定磁体11及用以起到导磁的作用。

在一实施方式中，如图5和图6所示，电永磁体21包括本体部212和两个弓形部213；两个弓形部213分别位于本体部212的两端；至少两个凸起部211分别设置于两个弓形部213上。应当理解，本体部212的两端还可设置椭圆部、方块部或其他形状的结构来替代弓形部213。

进一步地，每个弓形部213上的凸起部211数量至少为两个；电永磁体21上的全部的凸起部211形成第二圆周轨迹，第一圆周轨迹与第二圆周轨迹在轴向上位置相对；弓形部213上的相邻两个凸起部211的圆心角与任意两个相邻的磁体的圆心角相等。这样，通过设置凸起部211的位置及相邻两个凸起部211的位置关系，在电永磁体21处于充磁状态下，能够使得在旋转输入机构1旋转时产生周期性的阻力分布。

具体地，在电永磁体21处于充磁体状态时，当某个磁体11在其旋转方向上位于两个相邻的凸起部211的正中间时，两个凸起部211施加于该磁体11的电磁作用力相等，电永磁体21对旋转输入机构1产生的电磁作用力处于平衡状态，此时，旋转输入机构1受到的切向阻力最小；当旋转输入机构1产生微小旋转时，这个平衡的电磁作用力被打破，旋转输入机构1会在电磁作用力下被拉向与其距离更近的凸起部211，直至凸起部211与一个磁体11对吸，如图8所示；当旋转输入机构1继续旋转，电永磁体21对旋转输入机构1的电磁作用力随着旋转输入机构1的旋转逐渐增大，此时，凸起部211会在电磁作用力下被拉向之前与其对吸的磁体11。由此使得旋转输入机构1在旋转时产生周期性变化的阻力的分布，从而产生棘轮阻尼手感。当电永磁体21消磁，周期性磁场消失，进而周期性的阻力分布消失，此时，输入控制装置处于无阻尼或恒阻尼状态。

进一步地，每个弓形部213上的凸起部211数量可以三个、四个甚至更多个，如图5和图6所示，为了给旋转输入机构1形成棘轮阻尼手感的同时还要使得用户能够轻松地旋转起旋转输入机构1，每个弓形部213上的凸起部211数量为三个。

在一实施方式中，如图5和图6所示，线圈22的数目为两个，两个线圈22分别缠绕在本体部212的两端。当两个线圈22通以同方向的电流时，电永磁体21处于充磁状态；当两个线圈22通以震荡电流时，电永磁体21退回至消磁状态。通过改变线圈22的通电量，来调节电永磁体21的电磁作用力，从而形成不同阻尼感的棘轮阻尼手感。

在一实施方式中，如图5和图6所示，电永磁体21为中心对称结构，有利于产生均匀的电磁场。两个线圈22对称地设置于电永磁体21上。

在一实施方式中，电永磁体21为半硬磁体，半硬磁体不会产生漏磁现象，无需对电永磁体组件2的磁性衰弱进行校准，输入控制装置的控制简单。通过电磁作用力产生棘轮阻尼手感，可靠且寿命长。此外，只需一个半硬磁体，结构简单、零件少、便于装配。

在一实施方式中，电永磁体21具有1-20kA/m的固有矫顽磁力。

在一实施方式中，如图1、图4和图9所示，旋转输入机构1包括旋钮13，旋转旋钮13以输入旋转信息；若干磁体11与旋钮13同步运动。

进一步地，如图1所示，旋转输入机构1包括菜单选择部14，用以输入菜单选择信号。菜单选择部14的结构形式包括但不限于按键选择部或触控选择部。

进一步地，菜单选择部14与旋钮13同步旋转。

进一步地，如图1、图2和图4所示，旋转输入机构1包括主体部15，若干磁体11和旋钮13均设于主体部15，以便于装配。

在一实施方式中，如图1和图9所示，输入控制装置还包括基座4和轴承5，轴承5设于基座4中，用于稳定支撑旋转输入机构1。旋转输入机构在轴承5的作用下，能够相对基座4作稳定地旋转运动。轴承5具有稳定性高、寿命长、转动光滑等特点，能够保证无阻尼模式和恒定阻尼模式的稳定性。

进一步地，旋转输入机构1通过主体部15与轴承5相连，并轴承5的配合下，能够相对基座4旋转。

在一实施方式中，如图10所示，控制模块3包括输入输出接口31和控制单元32，控制单元32包括充消磁控制器321和驱动器322，充消磁控制器321与输入输出接口31电连接，并用以控制驱动器322对线圈22通电。输入输出接口31用以与外界设备通信连接，用户在外界设备上进行手感选择后或用户输入设备根据用户选择的菜单匹配出相对应的手感模式后，手感模式对应为充磁指令信号或消磁指令信号并输入至输入输出接口31，输入输出接口31将该信号传输至充消磁控制器321，充消磁控制器321产生特定极性和持续时间的脉冲电压信号或者产生双极性且具有特性频率和幅度的脉冲电压信号，以控制驱动器322对线圈22通电，进而通过线圈22对电永磁体21进行充磁或消磁操作。

进一步地，输入输出接口31包括电源输入接口311、控制信号输入接口和状态输出接口312。状态输出接口312用以在控制模块3发生异常时向用户发出提示。其中，控制信号输入接口用以输入充磁指令信号或消磁指令信号。

进一步地，充消磁控制器321包括但不限于MCU((Microcontroller Unit，微控制单元)、逻辑器件、有源器件或无源器件。

在一实施例中，如图10所示，控制模块3还包括储能单元33，储能单元33包括电容器储能阵列331和储能控制器332。储能控制器332用以在电容器储能阵列331的电压在预设电压范围内时向充消磁控制器321发送允许通电的指令；反之，当电容器储能阵列331的电压超出预设电压范围内时，储能控制器332控制电容器储能阵列331充电，以保证电容器储能阵列331的电压能够稳定维持在预设电压范围内。当控制模块3控制电永磁体21充磁或消磁时，通过储能控制器332来减少充磁或消磁操作对输入电流的影响。

进一步地，储能单元33还用以为控制单元32提供能量。

在一实施方式中，如图10所示，控制模块3还包括检测单元34，用以检测旋转输入机构1的旋转角度。

进一步地，检测单元34包括但不限于光电编码器、机械编码器或检测电路。

本发明还提供一种用户输入设备，包括如上所述的旋转输入控制装置。通过旋转输入控制装置为用户提供旋转输入的功能的同时还可为用户提供棘轮阻尼、无阻尼或恒阻尼的旋转手感，能够提高用户的使用体验感。

具体地，用户输入设备包括手持万用表或其他任意需要旋转输入的设备。

应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不对本发明专利的保护范围进行限制。

Claims (13)

1.一种旋转输入控制装置，其特征在于，所述输入控制装置包括：

旋转输入机构(1)，其设有磁体(11)；

电永磁体组件(2)，其包括电永磁体(21)和线圈(22)；所述线圈(22)设置在所述电永磁体(21)上，以在通电时对所述电永磁体充磁或消磁；

控制模块(3)，用于控制所述线圈(22)的电流，使得所述电永磁体(21)处于充磁状态或消磁状态。

2.根据权利要求1所述的旋转输入控制装置，其特征在于，当所述电永磁体(21)处于充磁状态时，其形成的磁场与所述磁体(11)形成的磁场产生耦合，用以在所述旋转输入机构(1)旋转时改变所述旋转输入机构(1)的阻力分布；当所述电永磁体(21)处于消磁状态时，所述旋转输入机构(1)旋转时的阻力恒定或无阻力。

3.根据权利要求1所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述电永磁体(21)上形成有至少两个凸起部(211)，所述至少两个凸起部(211)间隔开地设置；所述凸起部(211)用以在所述线圈(22)通电时集中所述电永磁体(21)发射的电磁场。

4.根据权利要求3所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述磁体(11)的数量为至少两个，所述至少两个磁体在所述旋转输入机构(1)的旋转方向上均匀地间隔开设置；所述凸起部(211)与所述至少两个磁体所在的第一圆周轨迹在所述旋转输入机构的轴向上位置相对。

5.根据权利要求4所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述旋转输入机构(1)包括金属圆环(12)，所述金属圆环(12)为软磁结构；所述磁体(11)设置于所述金属圆环(12)上，且位于所述金属圆环(12)和所述电永磁体组件(2)之间。

6.根据权利要求4所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述电永磁体(21)包括本体部(212)和两个弓形部(213)；两个所述弓形部(213)分别位于所述本体部(212)的两端；所述至少两个凸起部(211)分别设置于两个所述弓形部(213)上。

7.根据权利要求6所述的旋转输入控制装置，其特征在于，每个所述弓形部(213)上的凸起部(211)数量至少为两个；所述电永磁体(21)上的全部的所述凸起部(211)形成第二圆周轨迹，所述第一圆周轨迹与所述第二圆周轨迹在所述轴向上位置相对；所述弓形部(213)上的相邻两个所述凸起部(211)的圆心角与任意两个相邻的所述磁体的圆心角相等。

8.根据权利要求6所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述线圈(22)的数目为两个，两个所述线圈(22)分别缠绕在所述本体部(212)的所述两端。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述电永磁体(21)为中心对称结构；和/或

所述电永磁体(21)为半硬磁体。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述输入控制装置还包括：

基座(4)；

轴承(5)，其设于所述基座中，用于支撑所述旋转输入机构(1)。

11.根据权利要求1-8中任意一项所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述控制模块(3)包括：

输入输出接口(31)；

控制单元(32)，其包括充消磁控制器(321)和驱动器(322)，所述充消磁控制器(321)与所述输入输出接口(31)电连接并用以控制所述驱动器(322)对所述线圈(22)通电。

12.根据权利要求11所述的旋转输入控制装置，其特征在于，所述控制模块(3)还包括储能单元(33)，所述储能单元(33)包括：

电容器储能阵列(331)；

储能控制器(332)，用以在所述电容器储能阵列(331)的电压在预设电压范围内时向所述充消磁控制器(321)发送允许通电的指令；反之，所述储能控制器(332)控制所述电容器储能阵列(331)充电。

13.一种用户输入设备，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的旋转输入控制装置。

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