CN101382817A - 旋转控制旋钮组件 - Google Patents

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Abstract

一种旋转控制旋钮组件，其包括壳和旋钮，该旋钮安装来用于在壳上绕枢轴轴线做旋转运动。指针安装在旋钮上，并与枢轴轴线间隔开。在旋钮旋转的同时，指针以圆形路径运动。该组件进一步包括沿线性轴线以线性排列间隔的多个传感器。当指针沿其圆形路径运动，指针邻近传感器时，传感器中的每一个都将在探测到指针的存在时产生信号。该信号代表旋纽相对于壳的角度位置。

Description

旋转控制旋钮组件
技术领域
本发明主要涉及用于控制电装置的旋转输入装置或控制旋钮。
背景技术
旋转控制旋钮普遍用于控制多种电子装置，其范围从移动手持装置到控制面板，例如那些安装在交通工具内用于控制音频、视频、加热和通风以及导航系统的控制面板。控制旋钮被安装来做旋转运动，并通过使用者手动地旋转，以控制电装置或将某些输入提供到电装置。使用者能容易地将旋钮旋转到所希望的位置，以提供用于以某些预定的方式控制装置的输入。
一个常规的控制旋钮是旋转机电转换器或编码器。旋转机电转换器是一种具有连接到一端的旋转轴的装置，其能够物理地实现或断开到定向在弓形或圆形路径上的其他端的连接。由于旋转机电转换器的机械特性，随着时间的流逝，转换器可能会在使用中折断或失灵。
使用采用传感器代替机械接触转换器或电势计的旋转控制旋钮也是已知的。传感器检测旋钮的旋转运动，并产生传送到控制装置的信号，例如传送到微处理器，用于判断旋钮的旋转位置。用于旋转控制旋钮的已知传感器的实例包括霍尔效应传感器(Hall effect sensor)、光电传感器、射频传感器以及电容传感器。美国专利第5936613号公开了使用电容传感组件的旋转旋纽的一个实施方式。电容组件包括定位成绕旋钮的旋转轴的圆形方位的一对弓形轨迹(arcuate trace)。轨迹沿其长度具有变化的宽度。振荡电路电连接到轨迹。有一导电板固定到旋钮，并且该导电板定位成与圆形轨迹成稍微隔开的关系。在旋钮旋转时，导电板以弓形路径穿过轨迹的长度运动，并配合振荡电路提供表示旋钮位置的信号。
发明内容
本发明涉及控制旋钮组件，该组件包括壳和安装来用于在壳上绕枢轴轴线做旋转运动的旋钮。在旋钮上安装有指针，并且该指针安装成与枢轴轴线间隔开。在旋钮旋转时，指针以圆形路径运动。该组件进一步包括沿线性轴线以线性排列间隔开的多个传感器。当指针沿其圆形路径运动，指针邻近传感器时，传感器中的每一个都将在探测到指针的存在时产生信号。信号代表旋钮相对于壳的角度位置。
对本领域的技术人员来说，当结合附图阅读时，从以下优选实施方式的详细说明中可以看出，本发明的各种目的和优点是明显的。
附图说明
图1是交通工具的仪表面板的透视图，该仪表面板包括具有安装在其上的控制旋钮的控制面板。
图2是在控制旋钮组件的其中之一处通过控制面板而截取的剖视图。
图3是沿图2中的线3-3截取的剖视图。
图4是示意图，展示了指针在控制旋钮组件的传感器垫(sensor pad)上方的运动路径。
图5是传感器垫组件的替代的实施方式的示意图。
具体实施方式
现在参考图，在图1中展示了交通工具的仪表面板，该仪表面板通常以10指代。仪表面板10包括其上具有各种控制器、按钮和显示器的控制面板12。控制面板12用于操作和控制通常以13指代的各种交通工具电装置，例如气候控制系统(climate control system)、音频和视频系统以及导航系统。控制面板12包括至少一个旋转控制旋钮组件14。在所展示的实施方式中，有两个旋转控制旋纽组件14。如在图2中所极好显示的，控制旋钮组件14包括安装来在壳18上做旋转运动的旋纽16。壳18可包括安装在其上的任选的覆盖层17，该覆盖层包括旋钮16穿过其延伸的开口19。旋钮16具有基本上圆柱形的形状，并通过交通工具中的使用者或乘客手动地旋转，以控制装置13或将某些输入提供到装置13。使用者将旋纽16旋转到所希望的旋转位置，以提供用于以某些预定方式控制装置13的输入。例如，装置13可包括视觉显示器，其中使用控制旋钮组件14，以访问或选择用于控制装置13的菜单。尽管控制旋钮组件14被显示和描述为与交通工具电装置13一起使用，但是应理解控制旋钮组件14也可作为用于任何类型的装置或部件的输入装置使用，例如，用于手持装置和非交通工具的电装备。
如在图2和图3中所极好显示的，控制旋钮组件14的旋纽16被安装来在壳18上绕枢轴轴线X做旋转运动。在所展示的实施方式中，旋钮16安装在轴20上。在一个实施方式中，轴20通过示意性地以22指代的轴套或轴承组件可旋转地安装在壳18上。轴承组件22可为便于旋纽16和壳18之间的旋转连接的任何适当的结构。轴承组件22可为滚子轴承组件或球轴承组件。可替代地，轴承组件22可为由用于减小摩擦的材料制成的轴套。轴承组件22容纳在形成在壳18内的凹槽24内。壳18可为用于固定控制旋钮组件14的任何适当的结构。在所展示的实施方式中，壳18被界定为塑料内部装饰面板24的一部分。壳18包括轴20穿过其延伸的孔26。应理解，旋纽16可通过任何适当的方式而可旋转地安装在壳18上或相对于壳18安装。旋钮组件14可包括或者也可不包括轴20和/或轴承组件22。例如，壳18可包括形成在壳18中的凹槽或沟槽，该凹槽或沟槽与形成在旋纽16上的配合圆周凹槽或沟槽协作，使得旋纽可相对于壳18旋转地滑动。
旋钮16包括安装在其上的多个指针30。如以下将解释的，指针30具有用于检测旋纽16相对于壳18的旋转位置的传感系统的一部分功能。指针30以与枢轴轴线X径向地间隔的关系设置。如在图2中所极好显示的，指针30以朝向壳18的方向从旋钮16的近侧32延伸。指针30可通过任何适当方式连接到旋钮16，例如通过压配合、过盈配合连接到旋钮16，或通过紧固装置固定或连接。指针30可由任何材料制成。在一个实施方式中，指针30由金属材料制成，例如由铝、铜或铁制成。如在图3中所极好显示的，在旋纽组件14的实施方式中，安装了均等地圆周间隔排列的四个指针30，使得每一指针都与邻近的一个指针圆周地间隔90度。在旋纽16旋转时，指针30沿具有距枢轴轴线X的预设的半径R的圆形路径P运动。
控制旋钮组件14进一步包括传感器组件，该传感器组件通常以36指代。传感器组件36包括安装在板40上的多个传感器垫38a-g。如以下将解释的，通过探测邻近其的指针30的存在，传感器垫38a-g具有用于检测旋纽16相对于壳18的旋转位置的传感系统的一部分功能。尽管所展示的传感器组件36的实施方式包括七个传感器垫38a-g，但是应理解，传感器组件36可包括比传感器垫38a-g更少或更多的传感器垫。板40安装在壳18上，使得传感器垫38a-g面向旋纽16的近侧32。如以下将更详细地讨论的，传感器组件36通常沿指针30的路径P安装在壳上，使得在旋钮16旋转时，指针30将在传感器垫38a-g上方运动。板40可具有印刷电路板的形式，并可包括示意性地以42指代的各种电子装置，例如电容传感系统。传感器垫38a-g可作为雕刻在板40上的金属的轨迹而形成在板40上。例如，传感器垫38a-g可为雕刻或以其他方式沉积在板40的非导电衬底上的铜图形。可替代地，传感器垫38a-g可为单独地安装在板40上的分离的部件。
在一个实施方式中，传感器组件36具有接近式传感系统(proximitysensing system)的功能，使得可探测在传感器垫38a-g上方(或邻近于传感器垫38a-g)的指针30的存在。在更具体的实施方式中，指针30和传感器垫38a-g协作，以实现作为电容传感系统的一部分的功能。电容传感系统通常将有效电容转换为信号，例如二进制信号，其状态判断是否超过了有效电容。有效电容与物体，例如指针30，和感应板，例如传感器垫38a-g之间的距离有关。因此，根据电容的变化，通过相应的传感器垫38a-g来探测传感器垫38a-g之一的区域上方的指针30的存在。传感器垫38a-g可使用任何适当的方式来测量该电容。例如，可围绕传感器垫38a-g形成电场，在该电场中存在指针30的情况下，电场中断。此外，传感器组件36的电子装置42可包括将电容的变化转化成电压信号的变化的振荡电路。通常以43指代的控制装置，例如微处理器，接收电压信号，并根据电压的变化决定指针30是否处于相应的传感器垫38a-g上方。可通过装置43无线地或通过装置43和传感器垫38a-g之间的有线的电连接接受信号。
在图3和图4所示的实施方式中，传感器垫38a-g沿线性轴线Y线性地排列。线性轴线Y与旋钮16的枢轴轴线X间隔开。在所展示的实施方式中，传感器垫38a-g具有矩形形状，其中每一传感器垫38a-g都具有同样的宽度W。但是，多个传感器垫38a-g可具有相比于其它传感器垫不同的长度。例如，距枢轴轴线X最近的传感器垫38d具有大于其它垫的长度的长度Ld。距枢轴轴线X最远的传感器垫38a和38g的长度分别具有小于传感器垫38b、38c、38e和38f的长度的长度La和长度Lg。在这一所展示的实施方式中，传感器垫38a-g的长度随它们距枢轴轴线X的距离的增加而减小。因此，传感器垫的长度(和面积)以梯度的方式区别，使得传感器垫的长度随它们距枢轴轴线的距离的增加而减小，其原因将在以下解释。
在操作中，使用者旋转旋钮16，以提供用于控制装置13的输入。例如，装置13可为气候控制系统、音频和视频系统和/或导航系统。旋钮16可通过使用者手动地旋转。替代地或补充地，旋钮组件14可在电动机(未显示)的辅助下旋转，例如，根据使用者的输入来操作红外或射频遥控装置。在旋钮16绕枢轴轴线X旋转时，指针30将沿路径P运动。注意传感器垫38a-g基本上位于指针30的路径P之下。为了讨论的方便，将根据图4所示的指针30a来描述操作，该指针沿路径P以顺时针方向旋转。如在图4中所示，指针30a基本上邻近传感器垫38a。在指针30a沿路径P以顺时针方向运动时，指针30a将从传感器垫38a的矩形区域上方穿过。在传感器垫38a-g的一个实施方式中，传感器垫38a产生电场。在指针30a穿过电场时，传感器组件36检测电容的变化，并产生代表性信号。控制装置43接受并监测该信号，以根据电容的变化来判断指针30a是否处于传感器垫38a的上方。注意，在图3和图4所示的实施方式中，传感器垫38a-g的面积形成为使得，在通过路径P的15度的扫掠中，如在图4中由角度A所指代的，指针30将处于传感器垫38a-g的上方，而与各个传感器垫38a-g相对于枢轴轴线X的位置无关。指针30a的进一步的顺时针运动将使指针30a前进到传感器垫38b的上方。与传感器垫38a和传感器垫38b有关的电容变化由控制装置43检测。因此，控制装置43能够探测到指针30a何时从一个传感器垫上方运动到另一邻近的传感器垫上方。当指针30a从一个传感器垫上方运动到另一邻近的传感器垫上方时，此检测使控制装置43能够判断旋钮16相对于壳18的旋转。在所示的实施方式中，对于旋钮16的每一转总共24个位置来说，控制装置43能够检测每一个15度的旋转运动。当然，可使用任何数量的传感器垫和指针来检测24之外的任何增量的旋转运动。控制装置43还能够通过探测指针30a在哪一传感器垫上方运动来探测旋钮16是否是以顺时针方向转动或以逆时针方向转动。例如，如果控制装置43探测到指针30a从传感器垫38a的上方运动到传感器垫38b的上方，则旋钮16是以顺时针旋转。如果需要，控制装置43不仅能够探测指针30相对于传感器组件36的位置，而且还可探测旋钮16的旋转速率。例如，当指针30从一个传感器垫上方运动到另一个传感器垫上方时，控制装置43能够判断时间的差别，从而判断旋转速率，并根据预定的方式调整输入信号。
在所展示的实施方式中，有七个传感器垫38a-g和四个指针30。这一空间排列保证总是有至少一个指针30处于传感器垫38a-g之一的上方，而无论旋钮16的位置如何。因此，通过具有四个指针30，可减小传感器组件36的尺寸，并具有相对少数的传感器垫38a-g。
注意，尽管在图4中所示的指针30具有基本上矩形的形状，但是指针30可具有任何形状。指针30还可具有相对于传感器垫38a-g的任何尺寸。最好将指针30的尺寸形成为足够大，以当中断电场时触发电容传感，同时又足够小，以便当指针30的一部分在第一传感器垫上方而指针30的其他部分在邻近第一传感器垫的第二传感器垫上方时，不会产生多次读取。
应理解，指针30和传感器垫38a-g无需具有作为电容传感系统的一部分的功能，且指针30和传感器垫38a-g可具有其他接近式传感系统的功能，例如霍尔效应传感器、光电、光学以及射频传感器。传感器垫38a-g可包括探测是否存在邻近其的指针30的任何电路或部件。
如果需要，旋钮16可操作来提供除旋钮16的旋转以外的其他形式的输入。例如，旋钮16可具有可通过使用者操作的安装在该旋钮上的一个或多个转换器(未显示)。作为另一个实例，旋钮16可连接到以60示意性地指代的压按转换器组件(push switch assembly)，而该压按转换器组件连接到控制组件43。通过沿轴线X拉和/或压旋钮16来操作压按转换器组件60。因此，旋钮16可通过旋转和压/拉旋钮16来提供输入。
如以上所述，传感器垫38a-g不需具有如图3和图4所示的尺寸和构型，而是可具有任何适当的形状。在图5中展示了传感器组件70的一个替代的实施方式，其可用于传感器组件36。传感器组件70在结构和功能上类似于以上描述的传感器组件36。一个例外是，传感器组件70包括每一传感器垫都具有几乎相同尺寸的多个传感器垫72。此种构型可更经济地制造，特别是在传感器垫72是安装在传感器组件70的板上的分离部件的情况下。传感器垫72类似于传感器垫38a-g的以线性设置排列。在所展示的实施方式中，传感器垫72具有基本上矩形的形状。由于感应垫72尺寸相同，但距枢轴轴线X的距离不同，因此，横跨传感器垫72的区域运动的指针30的角度距离可能会不统一，例如，相比于传感器组件36的15度扫掠。因此，其中指针30在最接近于枢轴轴线X的传感器垫72上方的可探测的角度距离可能会小于指针30在距枢轴轴线X最远的传感器垫72上方的角度距离。尽管这些角度距离可能不统一，但是差别可充分地足够小，使得所述差别基本上通过使用者不可探测或可忽略。
根据专利法规的条款，已经在本发明优选实施方式中解释和展示了本发明的操作原理和方式。但是，应理解本发明可按所具体解释和展示的以外的方式实施，而不偏离本发明的主旨和范围。

Claims (14)

1.一种控制旋钮组件，其包括
壳；
旋钮，其安装来用于在所述壳上绕枢轴轴线做旋转运动；
指针，其安装在所述旋钮上，并与所述枢轴轴线间隔开，在所述旋钮旋转时，所述指针以圆形路径运动；
其中，所述组件进一步包括沿线性轴线以线性排列间隔的多个传感器，当所述指针沿其圆形路径运动，所述指针邻近所述传感器时，所述传感器中的每一个在探测到所述指针的存在时产生信号，其中所述信号代表所述旋钮相对于所述壳的角度位置。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述传感器中的每一个都为界定一个区域的垫的形式，使得当所述指针邻近所述垫的区域时，所述传感器能够探测所述指针的存在。
3.如权利要求2所述的组件，其中所述多个传感器具有同样的宽度，所述宽度界定为相对于所述线性轴线的基本上垂直的尺寸。
4.如权利要求3所述的组件，其中所述多个传感器基本上具有相同的形状。
5.如权利要求2所述的组件，其中所述多个传感器中的至少两个具有彼此不同的面积。
6.如权利要求5所述的组件，其中所述传感器的面积根据其距所述枢轴轴线的距离而变化。
7.如权利要求6所述的组件，其中所述多个传感器的面积随所述枢轴轴线距所述多个传感器的距离的增加而相对于彼此减小。
8.如权利要求2所述的组件，其中所述传感器中的每一个都为矩形垫的形式。
9.如权利要求1所述的组件，其中所述旋钮包括以彼此间的角度距离间隔的多个指针。
10.如权利要求9所述的组件，其中有以90度彼此间隔的四个指针。
11.如权利要求9所述的组件，其中所述指针中的每一个都为界定一个区域的垫的形式，使得当所述指针邻近所述垫的区域时，所述传感器能够探测所述指针的存在，且其中所述传感器的垫的尺寸和所述指针在所述旋纽上的间隔使得将有至少一个指针处于所述垫中之一的上方，而与所述旋纽的旋转位置无关。
12.如权利要求1所述的组件，其中所述传感器通过电容感测来探测所述指针的存在。
13.如权利要求12所述的组件，其中所述指针是金属的。
14.如权利要求1所述的组件，其中所述旋纽连接到压按转换器组件。
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