CN108153435B - 一种磁滚轮阻尼装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁滚轮阻尼装置及其实现方法，装置包括磁滚轮和磁阻尼机构，所述磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调。本发明用了由磁滚轮和磁阻尼机构组成的磁滚轮阻尼装置来取代传统的机械滚轮，只需通过调节磁滚轮与磁阻尼磁铁或金属间的距离就可以利用磁场作用力原理提供不同大小的磁阻力，满足了不同的滚轮滑顺程度要求，不需要使用不同的材质，灵活，通用性强，且磁场作用力无摩擦损耗，延长了滚轮的使用寿命。本发明可广泛应用于手写设备领域。
Description
技术领域
本发明涉及手写设备领域，尤其是一种磁滚轮阻尼装置及其实现方法。
背景技术
在手写板市场，滚轮被广泛地使用。滚轮一般被应用来进行连续的数据调节，使用起来十分方便与直观，但每个使用者，对滚轮滑顺程度(即阻力程度)的要求皆不相同。目前手写设备常用的滚轮是机械滚轮，其一般通过摩擦阻力来带动滚轮旋转。为了满足不同的滚轮滑顺程度要求，现有的机械滚轮需要使用不同的材质，不够灵活，通用性不强。此外，机械滚轮会因摩擦阻力的存在而存在摩擦损耗，降低了滚轮的使用寿命。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种灵活、通用性强和使用寿命长的磁滚轮阻尼装置及其实现方法。
本发明所采取的第一技术方案是：
一种磁滚轮阻尼装置，包括磁滚轮和磁阻尼机构，所述磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调。
进一步，所述磁阻尼磁铁为第二多极磁铁，所述第二多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极。
进一步，所述磁阻尼磁铁固定不旋转或随着磁滚轮的旋转而旋转。
进一步，所述磁阻尼磁铁固定不旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数的一半，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
进一步，所述磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
进一步，还包括MCU和多个霍尔组件，所述多个霍尔组件位于第一多极磁铁的磁场内，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。
本发明所采取的第二技术方案是：
一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，包括以下步骤：
实时获取磁阻尼机构与磁滚轮的距离，其中，磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调；
根据实时获取的距离确定磁阻尼机构与磁滚轮间的磁阻力大小。
进一步，还包括以下步骤：
判断磁阻尼机构是否为磁阻尼磁铁，若是，则执行下一步骤，反之，则结束整个流程；
实时获取磁阻尼磁铁的旋转状态，所述磁阻尼磁铁的旋转状态包括固定不旋转和随着磁滚轮的旋转而旋转两种状态；
根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
进一步，所述根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数这一步骤，具体为：
若实时获取的旋转状态为固定不旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数÷2；
若实时获取的旋转状态为随着磁滚轮的旋转而旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数。
进一步，还包括通过多个霍尔组件和MCU来获取磁滚轮的旋转信息的步骤。
本发明的有益效果是：本发明一种磁滚轮阻尼装置及其实现方法，采用了由磁滚轮和磁阻尼机构组成的磁滚轮阻尼装置来取代传统的机械滚轮，只需通过调节磁滚轮与磁阻尼磁铁或金属间的距离就可以利用磁场作用力原理提供不同大小的磁阻力，满足了不同的滚轮滑顺程度要求，不需要使用不同的材质，灵活，通用性强，且磁场作用力无摩擦损耗，延长了滚轮的使用寿命。进一步，磁阻尼磁铁为第二多极磁铁，可在磁阻尼磁铁固定不旋转或随着磁滚轮的旋转而旋转时通过作用力由推斥力到恢复吸引力的整个过程为用户提供刻度感，功能更加丰富。
附图说明
图1为本发明磁阻尼机构为磁阻尼磁铁时磁滚轮阻尼装置的一种结构示意图；
图2为本发明磁阻尼机构为金属时磁滚轮阻尼装置的一种结构示意图；
图3为本发明磁阻尼磁铁固定不旋转时的一种结构示意图；
图4为本发明磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而旋转时的一种结构示意图；
图5为本发明磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而开始进行旋转时的一种结构示意图；
图6为本发明磁阻尼磁铁与第一多极磁铁旋转至异性相斥位置时的一种结构示意图；
图7为本发明磁阻尼磁铁与第一多极磁铁旋转至同性吸引位置时的一种结构示意图；
图8为现有机械滚轮的爆炸图；
图9为图8机械滚轮的整机结构示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，一种磁滚轮阻尼装置，包括磁滚轮和磁阻尼机构，所述磁滚轮包括第一多极磁铁1，所述第一多极磁铁1包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁2或可被第一多极磁铁1吸引的金属4，所述磁阻尼磁铁2或金属4位于第一多极磁铁1的磁场内且与磁滚轮间的距离可调。
其中，图1中磁阻尼机构为磁阻尼磁铁，而图2中磁阻尼机构为金属，均能与第一多极磁铁相互作用产生吸引力，而且磁阻尼磁铁或金属的形状和材质不限。
进一步作为优选的实施方式，所述磁阻尼磁铁为第二多极磁铁，所述第二多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极。
参照图3和图4，进一步作为优选的实施方式，所述磁阻尼磁铁固定不旋转或随着磁滚轮的旋转而旋转。
图3中磁阻尼磁铁固定不旋转，而图4中磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而旋转。
进一步作为优选的实施方式，所述磁阻尼磁铁固定不旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数的一半，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
本实施例中，一格刻度感是指第一多极磁铁在旋转的过程中，磁阻尼磁铁与第一多极磁铁间的作用力从相吸→相斥→相吸的一个完整过程。由于磁滚轮旋转一圈即第一多极磁铁旋转一圈可能会出现多个上述完整过程，所以刻度感的总格数也可能为多格。本实施例因磁阻尼磁铁被固定，所以磁滚轮的第一多极磁铁在旋转时会一次跳两个磁极，因这过程中第一多极磁铁会经过一个磁阻尼磁铁中与磁滚轮上的磁极同性的磁极，所以会有一个磁极间的推斥力，最终磁滚轮会保持与磁阻尼磁铁的异性相吸状态。在磁滚轮旋转过程中的由推斥力再转到异性相吸的吸引力这过程就如同刻度感一般。刻度感与机械滚轮的机械卡位类似，在旋转后有因同性相斥的现象的推斥力而出现的卡位，让磁滚轮每一次旋转时每一卡位就如同一格刻度一样，限定每次旋转的角度。
进一步作为优选的实施方式，所述磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
本实施例中，一格刻度感是指磁阻尼磁铁和第一多极磁铁均在旋转的过程中，磁阻尼磁铁与第一多极磁铁间的作用力从相吸→相斥→相吸的一个完整过程。由于磁滚轮旋转一圈即第一多极磁铁旋转一圈可能会出现多个上述完整过程，所以刻度感的总格数也可能为多格。本实施例因磁阻尼磁铁也会旋转，初始时磁阻尼磁铁会因磁滚轮第一多极磁铁的异性相吸作用而被带动旋转，当磁阻尼磁铁和第一多极磁铁这两磁铁都在极性变换的边界时，会有短暂的同性相斥作用，随后两磁铁都会转到下一磁极，重新回到异性相吸的状态。在磁滚轮旋转过程中的由推斥力再转到异性相吸的吸引力这过程就如同刻度感一般。刻度感与机械滚轮的机械卡位类似，在旋转后有因同性相斥的现象的推斥力而出现的卡位，让磁滚轮每一次旋转时每一卡位就如同一格刻度一样，限定每次旋转的角度。
进一步作为优选的实施方式，还包括MCU和多个霍尔组件，所述多个霍尔组件位于第一多极磁铁的磁场内，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。
本发明还可利用多个霍尔组件，搭配MCU以及磁滚轮上的第一多极磁铁来实现手写设备的连续数据读写。滚轮在旋转时，带动第一多极磁铁旋转产生变化的磁场，该变化的磁场与固定位置的多个霍尔组件作用产生霍尔效应(Hall Effect)。因每一个霍尔组件的位置不同，所以在同一时间下，每一个霍尔组件所感应的霍尔电压(相位、电流等)均不相同，MCU根据这一现象去判断和获取各霍尔组件所输出的信号差异，进而判断和计算出第一多极磁铁(即滚轮)旋转的信息(包括旋转速度等)。
本发明还提供了一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，包括以下步骤：
实时获取磁阻尼机构与磁滚轮的距离，其中，磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调；
根据实时获取的距离确定磁阻尼机构与磁滚轮间的磁阻力大小。
其中，根据磁场相关理论，磁阻尼机构与磁滚轮间的磁阻力大小与它们间的距离成反比。
进一步作为优选的实施方式，还包括以下步骤：
判断磁阻尼机构是否为磁阻尼磁铁，若是，则执行下一步骤，反之，则结束整个流程；
实时获取磁阻尼磁铁的旋转状态，所述磁阻尼磁铁的旋转状态包括固定不旋转和随着磁滚轮的旋转而旋转两种状态；
根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
进一步作为优选的实施方式，所述根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数这一步骤，具体为：
若实时获取的旋转状态为固定不旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数÷2；
若实时获取的旋转状态为随着磁滚轮的旋转而旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数。
进一步作为优选的实施方式，还包括通过多个霍尔组件和MCU来获取磁滚轮的旋转信息的步骤。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
本具体实施例公开了一种在手写设备上搭配磁滚轮技术使用的磁阻力产生技术。该技术在不干扰多个霍尔组件的空间位置的前提下，新增了另一多极磁铁(本具体实施例名为磁阻尼磁铁)，通过磁阻尼磁铁与磁滚轮间的距离远近来提供不同大小的磁阻力。其中，磁阻尼磁铁，可被固定，也可转动，还也可改变与磁滚轮的距离远近。当磁滚轮在旋转时，因同性相斥的现象，使得磁滚轮旋转时，会有一格一格的刻度感，当磁阻尼磁铁距离磁滚轮接近时，刻度感明显，且滚轮旋转起来的阻力较大；当磁阻尼磁铁距离磁滚轮渐远时，刻度感会降低，并且磁滚轮旋转起来会较为滑顺。
以图5为例，假设第一多极磁铁的磁极总数为16，磁阻尼磁铁的磁极总数为2，当磁滚轮受外力旋转时带动第一多极磁铁旋转，磁阻尼磁铁也会因磁场产生的吸引力跟着旋转。当第一多极磁铁旋转超过11.25度到达图6所示的位置时，2极的磁阻尼磁铁会从因同性相斥而从被吸引状态改为被推斥状态，所以磁滚轮的第一多极磁铁会被推往下一个磁极到达图7所示的位置，同时，二极的磁阻尼磁铁也会再旋转90度，从被推斥状态改为被吸引状态。
也就是说，图6所示的第一多极磁铁(即滚轮)旋转超过11.25度后，因为磁铁同性相斥以及异性相吸的物理现象，让滚轮有助力地从11.25度跳入22.5度，此时第一多极磁铁和磁阻尼磁铁这两磁铁相吸，若无外力，就不再转动。此时磁滚轮给人的使用感受就如同机械滚轮一样，在旋转后有机械卡位，让磁滚轮每一次旋转的每一卡位就如一格刻度一样，限定每次旋转的角度。当然也可施加足够大的外力，让磁滚轮一直旋转，但磁滚轮经过一个卡位，就有一刻度感的产生。
如图3所示，当磁阻尼磁铁固定不旋转时，磁滚轮旋转一圈对应的刻度感的数量，为第一多极磁铁磁极数除以2。以16极的磁滚轮为例，当磁阻尼磁铁固定不旋转时，磁滚轮旋转一圈，会有8格的刻度感。
如图4-7所示，当磁阻尼磁铁可旋转时，磁滚轮旋转一圈对应的刻度感的数量，与第一多极磁铁磁极数相同。以16极的磁滚轮为例，当磁阻尼磁铁在可旋转状态下时，磁滚轮旋转一圈，会有16格的刻度感。
此外，磁阻尼磁铁，还可以改用能被磁铁吸引的金属材质来替代。如图2所示，当金属4距离磁滚轮(即第一多极磁铁1)越近，磁滚轮旋转的阻力越大；金属4距离磁滚轮越远，滚轮旋转的阻力越小。金属4不限形状，只要能与磁滚轮发生作用即可，但此种磁阻力发生方式，磁滚轮在旋转时不会有刻度感。
而当磁阻尼磁铁远离与磁滚轮作用的有效距离后，磁滚轮会无刻度感，且因阻力变小而能很滑顺地旋转。
传统统机械滚轮的结构如图8和图9所示，一般会使用弹簧72去顶齿盘26，所以其在旋转时，弹簧72与齿盘26交互作用，产生刻度感及声响，但因齿盘26为塑料材质，所以其会有摩擦损耗的问题。而本发明的磁阻尼装置，除了能提供磁阻力外，还能提供刻度感，不会有声响，且不会有摩擦损耗的问题。
综上所述，本发明一种磁滚轮阻尼装置及其实现方法，采用了由磁滚轮和磁阻尼机构组成的磁滚轮阻尼装置来取代传统的机械滚轮，只需通过调节磁滚轮与磁阻尼磁铁或金属间的距离就可以利用磁场作用力原理提供不同大小的磁阻力，满足了不同的滚轮滑顺程度要求，不需要使用不同的材质，灵活，通用性强，且磁场作用力无摩擦损耗，延长了滚轮的使用寿命，也不会有声响。本发明在无摩擦损耗的前提下，可以通过距离调整磁滚轮的滑顺程度，还可通过第一多极磁铁的总磁极数来调整的刻度感数量，这是传统机械滚轮难以实现的。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：包括磁滚轮和磁阻尼机构，所述磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调；所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数的一半或等于第一多极磁铁的总磁极数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
2.根据权利要求1所述的一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：所述磁阻尼磁铁为第二多极磁铁，所述第二多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极。
3.根据权利要求2所述的一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：所述磁阻尼磁铁固定不旋转或随着磁滚轮的旋转而旋转。
4.根据权利要求3所述的一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：所述磁阻尼磁铁固定不旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数的一半。
5.根据权利要求3所述的一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：所述磁阻尼磁铁随着磁滚轮的旋转而旋转时，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种磁滚轮阻尼装置，其特征在于：还包括MCU和多个霍尔组件，所述多个霍尔组件位于第一多极磁铁的磁场内，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。
7.一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
实时获取磁阻尼机构与磁滚轮的距离，其中，磁滚轮包括第一多极磁铁，所述第一多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述磁阻尼机构采用磁阻尼磁铁或可被第一多极磁铁吸引的金属，所述磁阻尼磁铁或金属位于第一多极磁铁的磁场内且与磁滚轮间的距离可调；所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数等于第一多极磁铁的总磁极数的一半或等于第一多极磁铁的总磁极数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程；
根据实时获取的距离确定磁阻尼机构与磁滚轮间的磁阻力大小。
8.根据权利要求7所述的一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，其特征在于：还包括以下步骤：
判断磁阻尼机构是否为磁阻尼磁铁，若是，则执行下一步骤，反之，则结束整个流程；
实时获取磁阻尼磁铁的旋转状态，所述磁阻尼磁铁的旋转状态包括固定不旋转和随着磁滚轮的旋转而旋转两种状态；
根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述一格刻度感代表第一多极磁铁与磁阻尼磁铁间的作用力由吸引力变为推斥力，再由推斥力变为吸引力的整个过程。
9.根据权利要求8所述的一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，其特征在于：所述根据实时获取的旋转状态计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数这一步骤，具体为：
若实时获取的旋转状态为固定不旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数÷2；
若实时获取的旋转状态为随着磁滚轮的旋转而旋转状态，则根据第一多极磁铁的总磁极数计算磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数，所述磁滚轮旋转一圈对应的刻度感格数＝第一多极磁铁的总磁极数。
10.根据权利要求7所述的一种磁滚轮阻尼装置的实现方法，其特征在于：还包括通过多个霍尔组件和MCU来获取磁滚轮的旋转信息的步骤。
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