CN108279790A - 光磁三维鼠标及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光磁三维鼠标及其实现方法，包括电路板和六自由度磁悬浮结构，六自由度磁悬浮结构包括与运动鼠标固连的磁性腔体以及悬浮于该磁性腔体内的磁悬浮体；磁性腔体形成六面体空间并相对于磁悬浮体可移动，任一面设置的第二永磁层与其相对的磁悬浮体一面的第一永磁层极性相同从而在磁悬浮体的六面同时产生相斥磁力使磁悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在该磁性腔体中。采用上述技术方案，通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬浮进而实现鼠标移动的三维加速度检测，运动鼠标的加速度的变化引起相应第一永磁层和第二永磁层磁力的变化通过该结构的压电感应层将磁力变化为电信号，使悬浮体和鼠标移动的加速度的关系即简单又精确。

Description

光磁三维鼠标及其实现方法

技术领域

本发明属于电子输入领域，更具体地说涉及一种光磁三维鼠标及其实现方 法。

背景技术

目前市面上主流的鼠标为二维光电鼠标，使用光学成像器件(“成像芯片”) 为测定位移的基础。典型的光电鼠标通常包括以下组成部分：发光二极管、光 学透镜、光学引擎、控制芯片、轻触式按键、滚轮、连线、接口(PS/2或USB或 无线)、PCB电路板、壳体等。工作方式是：发光二极管产生光电鼠标工作时所 需要的光源；光学透镜组件负责将发光二极管发出的光线传送至鼠标的底部， 并予以照亮，由凸透镜将已经被照亮的鼠标底部图像成像至光学引擎芯片底部 的小孔中；光学引擎一般包括一个半导体光学成像器件(微型摄像头)以及一个 专用于对这个摄像头采集到的图像数据进行快速处理的光学定位DSP(数字信 号处理器)，微型摄像头以一定的时间间隔不断进行图像拍摄，将图像转化成二 进制的数字图像矩阵，光学定位DSP则负责前后相邻图像矩阵的分析比较，对 比相邻图像中相同特征点的位置变化信息并据此计算出鼠标在X、Y两个坐标 方向上的移动方向和距离。但传统的二维鼠标却无法在三维空间使用，更不能 进行六自由度的操作。当二维鼠标上升离开鼠标垫一定距离时，由于出射光线 照射到鼠标垫时候入射角度比较大，大部分光线被反射到鼠标底部前端或前方， 无法被球面镜接收并会聚到光学成像器件成像，导致芯片无影像信号来计算鼠 标的位移，同时，其内置芯片也不存在第三维方向的数据处理功能，更不用说 进行六自由度的操作。因此，传统光电鼠标无法获取三维空间六个自由度的信 号。

然而，随着3D技术的飞速发展，给了人们更高的视觉体验，目前，已经有 三维电视、显示器等，同时在电子设备中的三维制图、三维游戏的快速发展， 传统二维鼠标已经无法满足在上述应用中的使用需求，因此，对鼠标提出了新 的功能需求：具有捕捉其三维空间运动的位置坐标的功能。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一 种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术之不足，提出了一种光磁三维鼠标及其实 现方法，通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬浮进而将鼠标移动转化 为磁悬浮体在磁性腔体内的位置变化，通过检测磁悬浮体在磁性腔体内的位置 变化，就实现鼠标的轨迹跟踪。相对于传统平面二维鼠标，本发明技术方案能 够脱离桌面限制，可以在任意空间下感应六自由度的移动，从而能够满足鼠标 在三维显示应用中的使用需求。

本发明的技术解决措施如下：

本光磁三维鼠标包括壳体，壳体内装设有电路板，所述壳体内还装设有六 自由度磁悬浮结构，所述六自由度磁悬浮结构包括与鼠标壳体固连的磁性腔体 以及悬浮于该磁性腔体内六面都具有剩磁磁场的磁悬浮体；

所述磁性腔体六面均带磁场并形成六面体磁场空间，其任一个面与其相对 的磁悬浮体一面的磁极相同从而在磁悬浮体的六面同时产生相斥磁力使所述磁 悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在该磁性腔体中；

鼠标移动时，所述磁性腔体相对于所述磁悬浮体移动并产生相对位移，使 施加在所述磁性腔体与所述磁悬浮体之间的磁力的发生变化导致所述磁悬浮体 在六面体磁场空间中的位置变化；

所述磁性腔体六面内壁均设置光定位阵列，该光定位阵列包括多个光发射 管和/或光接收管，光发射管和光接收管一一对应设置在所述磁性腔体相对两侧 的内壁的光定位阵列；所述电路板实时控制光定位阵列中每个光发射管的工作 状态并接收对应的光接收管的信号从而获取所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的 位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

在上述的光磁三维鼠标，所述磁悬浮体采用软磁内层以及固连设置该软磁 内层每个面上的第一永磁层且相对两面的第一永磁层相向磁极极性相反。

在上述的光磁三维鼠标，所述软磁密封层与固定板一体设置。

在上述的光磁三维鼠标，所述磁性腔体由六块磁板拼接而成并形成六面体 磁场空间，所述磁板从外到内依次固连设置固定板、第二永磁层和光定位阵列。

在上述的光磁三维鼠标，所述磁性腔体由六块磁板拼接形成六面体空间， 所述磁板从外到内依次设置固定板、压电感应层、第二永磁层和光定位阵列。

在上述的光磁三维鼠标，所述软磁密封层设有小孔，压电感应层的信号线 从孔中引出并与电路板相连。

在上述的光磁三维鼠标，第一永磁层采用充磁装置经均匀充磁。

在上述的光磁三维鼠标，充磁装置包括竖直设置的下充磁头和位于下充磁 头正上方的上充磁头，本装置还包括四个圆周分布且水平设置的侧向面充磁头， 所述的侧向面充磁头位于下充磁头和上充磁头之间，在下充磁头的上端设有第 一充磁接触平面，在上充磁头的下端设有与所述的第一充磁接触平面平行的第 二充磁接触平面，在每个侧向面充磁头的内端分别设有竖直设置的第三充磁接 触平面。

设计的上充磁头、下充磁头和四个侧向面充磁头，其可以实现一次六个面 的充磁；上充磁头、下充磁头和四个侧向面充磁头，相对的两个磁头和被充磁 的悬浮体形成闭合磁路，提高了充磁磁场强度，而且还提高了充磁效率，生产 效率非常高。

其次，通过上述结构的设计，避免了在充磁的过程中六面磁悬浮体的位移， 同时，由于磁头采用软磁材料，还大幅度减少了漏磁的现象。

充磁接触平面的面积与六面磁悬浮体的各个面的面积和形状相同。

在上述的六面磁悬浮体的充磁装置中，所述的下充磁头结构、上充磁头结 构和侧向面充磁头的结构相同，包括锥形段和与锥形段大头端连接的平直段， 在平直段和/或锥形段外侧分别套设有通电线圈。

锥形段的设计，其可以实现避让，同时，还可以进一步提高充磁效率。

在上述的光磁三维鼠标中，所述的下充磁头固定在机架上；或者在机架上 设有驱动所述的下充磁头在竖直方向升降的第一升降驱动机构。

第一升降驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。

在下充磁头和机架之间设有第一竖直导向结构。

这里的第一竖直导向结构包括导柱结合导套的结构。

在上述的光磁三维鼠标中，所述的机架上设有驱动所述的上充磁头在竖直 方向升降的第二升降驱动机构。

第二升降驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。

在上述的光磁三维鼠标中，每个侧向面充磁头分别与水平驱动机构连接， 且所述的水平驱动机构分别连接在机架上。

水平驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。

通过上述的驱动机构的设计，其可以实现自动化的生产动作，无形中提高 了生产效率。

在上述的光磁三维鼠标中，所述的机架上设有套设在下充磁头外侧的筒状 支撑，在筒状支撑的上端连接有四根圆周分布的悬臂梁，在每根悬臂梁的悬空 端分别连接有倾斜向内朝上设置的倾斜支撑且所述的倾斜支撑上端汇聚至环形 套周向，四个侧向面充磁头一一设置在所述的悬臂梁上，上充磁头设置在环形 套内。

通过设计筒状支撑、悬臂梁、倾斜支撑和环形套，其构成一个固定支撑架， 充磁头集于一个固定支撑架上，不仅便于装置的拆装，而且还进一步降低了装 置的维修难度。

在上述的光磁三维鼠标中，在下充磁头的上端套设有固定框，以及位于固 定框上方的定位框，在固定框和定位框之间设有轴向弹性结构且定位框套在第 一充磁接触平面外围，在机架或固定框上设有驱动所述的定位框在竖直方向升 降的升降驱动机构。

定位框的内壁上沿口设有倒角。

升降驱动机构包括若干圆周分布的气缸或者油缸。

通过上述结构的设计，其可以实现六面磁悬浮体定位的准确性，避免了位 置的偏离导致后续需要重新矫正，无形中提高了生产效率。

在上述的光磁三维鼠标中，所述的固定框外侧设有若干下定位缺口，在定 位框的外侧设有若干与所述的下定位缺口一一对应的上定位缺口，在定位框和 固定框之间设有导向框，在导向框的周向设有若干与所述的下定位缺口一一对 应的导向凸条且所述的导向凸条竖直设置，导向凸条的上端卡于所述的上定位 缺口内并与上定位缺口固定连接，导向凸条的下端卡于所述的下定位缺口内并 与下定位缺口滑动连接。

通过上述结构的设计，其可以实现在竖直方向上升降的平顺性，同时，还 可以进一步提高整体的结构强度。

在上述的六面磁悬浮体的充磁装置中，所述的轴向弹性结构包括设置在导 向框下端和固定框上端之间的若干弹簧。

本光磁三维鼠标的制造方法包括以下步骤：

(1)、形成六自由度磁悬浮结构，并利用六面同时产生相斥磁力使磁悬浮 体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在磁性腔体中；

(2)、磁性腔体与鼠标壳体固连并感应鼠标的移动；

(3)、鼠标移动时，磁性腔体相对于磁悬浮体移动并产生相对位移，使施 加在所述磁性腔体与所述磁悬浮体之间的磁力的发生变化导致所述磁悬浮体在 六面体磁场空间中的位置变化；

(4)、电路板实时获取所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置并根据所 述磁悬浮体的位置变化生成光标移动的位移数据。

在上述的光磁三维鼠标的制造方法中，所述磁性腔体六面内壁均设置光定 位阵列，该光定位阵列包括多个光发射管和/或光接收管，光发射管和光接收管 一一对应设置在所述磁性腔体相对两侧的内壁的光定位阵列；所述电路板实时 控制光定位阵列中每个光发射管的工作状态并接收对应的光接收管的信号从而 获取所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移 数据。

在上述的光磁三维鼠标的制造方法中，所述电路板至少包括驱动单元、信 号提取模块、处理单元；所述驱动单元用于产生驱动信号，以驱动所述光发射 管产生光信号；所述信号提取模块用于获取所述光接收管由光信号产生的感应 信号并将该感应信号发送给处理单元；所述处理单元根据感应信号计算所述磁 悬浮体在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

在上述的光磁三维鼠标的制造方法中，所述磁性腔体由六块磁板拼接形成 六面体空间，所述磁板从外到内依次设置固定板、压电感应层、第二永磁层和 光定位阵列。

在上述的光磁三维鼠标的制造方法中，所述压电感应层、第二永磁层的尺 寸小于固定板的尺寸。

与现有技术相比较，本发明通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬 浮，进而将鼠标移动转化为磁悬浮体在磁性腔体内的位置变化，通过实时检测 磁悬浮体在磁性腔体内的位置变化，就实现鼠标的移动轨迹跟踪。相对于传统 平面二维鼠标，本发明技术方案能够脱离桌面限制，可以在任意空间下感应六 自由度的移动，从而能够满足鼠标在三维显示应用中的使用需求。

附图说明

图1为本发明光磁三维鼠标结构示意图。

图2为本发明提供的磁性腔体内内置有磁悬浮体的结状态示意图。

图3为本发明提供的磁性腔体内内置有磁悬浮体的剖视图。

图4为本发明提供的磁性腔体剖视图。

图5为本发明提供的磁悬浮体立体结构图。

图6为本发明提供的磁悬浮体的剖视图。

图7是本发明提供的充磁装置的简化结构示意图。

图8是本发明提供的充磁头结构示意图。

图9是本发明提供的充磁装置的结构示意图。

图10是图9中的A处放大结构示意图。

图11是本发明提供的固定框结构示意图。

图12是本发明提供的筒状支撑内置有竖直杆的结构示意图。

图13是本发明提供的六面磁悬浮体放置在定位框内的状态示意图。

图14为本发明磁板结构示意图。

图15为本发明另一视角磁板结构示意图。

图16为本发明三维鼠标立体结构示意图。

图中，电路板1、磁性腔体2、压电感应层21、固定板22、第二永磁层23、 磁悬浮体3、软磁内层31、第一永磁层32、软磁密封块4、壳体5、下充磁头 A1、第一充磁接触平面A11、上充磁头A2、第二充磁接触平面A21、侧向面充 磁头A3、第三充磁接触平面A31、机架A4、筒状支撑A5、悬臂梁A51、倾斜 支撑A52、环形套A53、固定框A6、定位框A61、下定位缺口A62、上定位缺 口A63、导向框A64、导向凸条A65、弹簧A66、锥形段a、平直段b、通电线 圈c。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。

参见图1-3，所示为本发明光磁三维鼠标的结构框图，包括壳体5，壳体5 内装设有电路板1，以及六自由度磁悬浮结构，六自由度磁悬浮结构包括与鼠标 壳体固连的磁性腔体2以及悬浮于该磁性腔体内六面都具有剩磁磁场的磁悬浮 体3。磁性腔体2为密闭磁性腔体2，与鼠标壳体固连设置，用于感应鼠标移动； 电路板1与密闭磁性腔体2组装一体并分别与设置在磁性腔体2的六面的光定 位阵列电性连接，用于实时获取所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置并根 据所述磁悬浮体的位置变化计算出鼠标的移动轨迹并生成光标移动的位移数 据。

参见图3-4，密封磁性腔体2由六块磁板拼接形成封闭六面体空间，从而形 成密闭磁场空间。磁板从外到内依次设置固定板22、第二永磁层23以及光定位 阵列，每个磁板的固定板22与其相邻磁板的固定板22之间具有固定结构，该 固定结构可以采用现有技术的常规技术手段，其目的是使磁板紧密固定并形成 密封腔体。磁性腔体2每面的第二永磁层23与其相对的磁悬浮体3一面的磁极 相同，从而能够同时产生相斥磁力使磁悬浮体3达到六面磁力平衡状态并悬浮 在磁性腔体2中。在静止时，磁悬浮体3能够一直处于平衡状态。鼠标移动时， 磁性腔体2与鼠标壳体5固连，跟随鼠标一起移动，而磁悬浮体3由于惯性作用仍然保持静止，由此，磁性腔体2相对于所述磁悬浮体3移动并产生相对位 移，使施加在所述磁性腔体2与所述磁悬浮体3之间的磁力的发生变化导致磁 悬浮体3在相斥磁力作用下移动直至达到新的平衡状态。因此，鼠标移动时， 磁悬浮体3在六面体磁场空间中出现位置变化的过程。也即，本发明采用上述 六自由度磁悬浮结构，将鼠标的移动过程转化为磁悬浮体3在磁性腔体2内六 面体磁场空间中的位置变化，通过实时获取磁悬浮体3的位置信息以及结合鼠 标初始状态便能计算出鼠标的移动轨迹。

磁性腔体2六面内壁均设置光定位阵列，该光定位阵列包括多个光发射管 和/或光接收管，光发射管和光接收管一一对应设置在所述磁性腔体相对两侧的 内壁的光定位阵列；光定位阵列中设置的管子越多，定位精度越高。在实际中， 可以将磁性腔体某一面的光定位阵列均设置为光发射管，而其相对一面的光定 位阵列均设置光接收管，当然也可以将光发射管和光接收管混合设置在光定位 阵列中。

进一步的，电路板1至少包括驱动单元、信号提取模块、处理单元；所述 驱动单元用于产生驱动信号，以驱动所述光发射管产生光信号；所述信号提取 模块用于获取所述光接收管由光信号产生的感应信号并将该感应信号发送给处 理单元；所述处理单元根据感应信号计算所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的位 置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

采用光定位阵列实现磁悬浮体在六面体空间中定位的原理如下，在无遮挡 情况下，光发射管和相对应的光接收管之间的光路是连同的，也即，当光发射 管发射光信号时光接收管能够接收到相应的光信号，如果光发射管发射光信号 而光接收管没有接收到相应的光信号，则说明光路被磁悬浮体2所遮挡，所有 被遮挡的光路即为磁悬浮体2所处的空间位置，通过六面光定位阵列从而能够 精确获取磁悬浮体2在磁性腔体内的空间位置。电路板实时控制光定位阵列中 每个光发射管的工作状态并接收对应的光接收管的信号从而获取所述磁悬浮体 在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

采用上述技术方案，通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬浮，进 而将鼠标移动转化为磁悬浮体在磁性腔体内的位置变化，通过实时检测磁悬浮 体在磁性腔体内的位置变化，就实现鼠标移动轨迹跟踪并依此生成光标移动的 位移数据。

参见图5-6，磁悬浮体3采用软磁内层31且在其每个面设置与其尺寸相适 应的第一永磁层32并形成六面磁场，设置在磁悬浮体3相对两面的第一永磁层 的相向磁极极性相反。其中，第一永磁层为永磁体，由硬磁材料制成，其特点 是具有高矫顽力、剩磁大、磁化后不易退磁；正六面体软磁内层31为软磁体， 由软磁材料制成，其特点是矫顽力低、剩磁低、易磁化、易去磁。在相对两面 的相向磁极极性相反的第一永磁层的作用下，由于软磁内层31本身不带磁性且 极易磁化，第一永磁层能磁化与紧密设置的软磁内层31，使软磁内层31也呈现 磁极性，从而能够起到磁传导的作用。也即，软磁内层31与第一永磁层N级端 相连接的一面被磁化为S极，而其对面与另一第一永磁层S级端相连接被磁化 为N极，由此，在软磁内层31内部形成由N极到S极磁通路，这样两片第一 永磁层形成了完整的磁通路。同理，当在六面带磁性的第一永磁层的作用下， 由于软磁内层31的磁化作用，便能形成六面带磁的悬浮体。本发明通过软磁和 永磁相结合的方式，巧妙地使软磁内层31成为了传递第一永磁层固有磁能量媒 介，从而形成六面带磁的悬浮体。同时，软磁和永磁都极易加工，可以方便地 将悬浮体小型化。

当将上述磁悬浮体3置于所示密闭磁性腔体2中，并使磁悬浮体3任一面 的磁极与其对应的磁板永磁层的磁极极性相同从而在磁悬浮体3的六面同时产 生相斥磁力，这样磁悬浮体3在六面相斥磁力的作用下能够达到六面磁力平衡 状态，从而悬浮在该密封磁性腔体2中。

采用上述技术方案，通过在密闭六面体磁场空间设置六面带磁的悬浮体， 在六面相斥磁力的作用下使悬浮体达到六面磁力平衡状态，从而仅采用永磁结 构便实现六自由度悬浮；采用上述结构，鼠标移动过程完全反应在磁悬浮体3 在密闭磁性腔体2中运动轨迹的变化，因此，本发明技术方案能够脱离桌面限 制，可以在任意空间下感应六自由度的移动，从而能够满足鼠标在三维显示应 用中的使用需求。

在一种优选实施方式中，还包括用于封闭所述磁性腔体的软磁密封层，软 磁密封层采用软磁材料，用于封闭所述磁性腔体内的磁场。采用该结构设计， 能够有效防止外界的磁场对里边部件的干扰同时阻止里边的磁场对外界的干 扰，从而提高加速度计的准确度。进一步地，软磁密封层包括六块与所述固定 板一一对应的软磁密封块4，各块软磁密封块4之间密封连接且内部形成密封空 腔。

进一步的，软磁密封层与固定板一体设置，也即软磁密封块4与固定板一 体设置。固定板22采用软磁材料，比如硅钢片、坡莫合金、纯铁等，由于固定 板22采用软磁形成密闭腔体，从而能够防止密闭磁性腔体2漏磁，也防止外边 磁场对内部磁力的干扰，提高加速度检测准确度和精度。

在一种优选实施方式中，相邻磁板的磁力感应结构之间形成间隙，即，磁 性腔体2任一个面的第二永磁层与其相邻面的第二永磁层之间留有间隙，由于 存在间隙，即便温度变化引起热胀冷缩，也不会破坏腔体的密闭结构。

在一种优选实施方式中，磁性腔体2由六块磁板拼接形成六面体空间，所 述磁板从外到内依次设置固定板22、第二永磁层23和光定位阵列。采用磁板拼 接工艺，大大降低了磁性腔体制造难度。当然，磁性腔体2也可以采用五面一 体成型另一面封闭形成固定封闭结构，一体成型工艺可以采用3D打印技术，在 将第二永磁层23和光定位阵列安装规定在其每个内壁上。

在一种优选实施方式中，所述磁性腔体2设有小孔，压电感应层的信号线 从孔中引出并与电路板相连。

在一种优选实施方式，第一永磁层紧贴设置在正六面体软磁内层31的面上， 这是因为永磁体与软磁体之间的气隙磁导率小于软磁材料的磁导率，在一种优 选实施方式中，磁悬浮体3的六面形成强度均等的磁场，这样，如果密闭磁性 腔体2六面内壁也形成均匀强度均等的磁场，磁悬浮体3将悬浮在密闭磁性腔 体2的中心位置，从而使磁悬浮体3六向的自由行程均等，提高了测量的量程 和精度。

在一种优选实施方式中，第一永磁层采用充磁装置经均匀充磁之后，再设 置在正六面体软磁内层31的六个面，从而能够以一种简单的工艺制备磁悬浮体 3。

采用现有技术充磁方法虽然可以获得磁场强度相同的多片第一永磁层，但 其设置在六面体软磁内层31后，由于工艺原因，磁悬浮体3的六面磁场会出现 强度偏差。为了克服该技术问题，本发明提出一种用于三维加速度计的磁悬浮 体3的充磁方法，在正六面体软磁内层31的六个面均设置第一永磁层后再对磁 悬浮体3进行整体充磁，通过充磁强度控制从而确保磁悬浮体3六面的磁场强 度均等。

如图7-13所示，所述的充磁装置包括竖直设置的下充磁头A1和位于下充 磁头A1正上方的上充磁头A2，本装置还包括四个圆周分布且水平设置的侧向 面充磁头A3，

上述的下充磁头A1、上充磁头A2和侧向面充磁头A3分别设置在机架上。

进一步地，下充磁头A1固定在机架A4上。

在机架A4上设有驱动所述的上充磁头A2在竖直方向升降的第二升降驱动 机构。

每个侧向面充磁头A3分别与水平驱动机构连接，且所述的水平驱动机构分 别连接在机架A4上。

侧向面充磁头A3两两一组且相向运动或者相反运动。

所述的侧向面充磁头A3位于下充磁头A1和上充磁头A2之间。

如图7和图9所示，在下充磁头A1的上端设有第一充磁接触平面A11，在 上充磁头A2的下端设有与所述的第一充磁接触平面A11平行的第二充磁接触平 面A21，在每个侧向面充磁头A3的内端分别设有竖直设置的第三充磁接触平面 A31。下

具体地，如图8所示，本实施例的下充磁头A1结构、上充磁头A2结构和 侧向面充磁头A3的结构相同，包括锥形段a和与锥形段a大头端连接的平直段 b，在平直段b和锥形段a外侧分别套设有通电线圈c。

锥形段a的设计，其扩大了磁场。

在机架A4上设有套设在下充磁头A1外侧的筒状支撑A5，在筒状支撑A5 的内壁设有若干圆周分布的竖直杆，在每根竖直杆上分别包覆有铝箔反射层， 竖直杆合围成一圈且下充磁头A1位于围成一圈的竖直杆内，其次，在筒状支撑 A5下端设有若干圆周分布的通孔，在每个通孔内分别设有轴流风扇，在筒状支 撑A5的上端连接有四根圆周分布的悬臂梁A51，在每根悬臂梁A51的悬空端分 别连接有倾斜向内朝上设置的倾斜支撑A52且所述的倾斜支撑A52上端汇聚至 环形套A53周向，即，倾斜支撑A52上端与环形套A53周向连接，四个侧向面 充磁头A3一一设置在所述的悬臂梁A51上，上充磁头A2设置在环形套A53 内。

在下充磁头A1的上端套设有固定框A6，以及位于固定框A6上方的定位框 A61，在固定框A6和定位框A61之间设有轴向弹性结构且定位框A61套在第一 充磁接触平面A11外围，在机架A4或固定框A6上设有驱动所述的定位框A61 在竖直方向升降的升降驱动机构。

其次，在固定框A6外侧设有若干下定位缺口A62，在定位框A61的外侧设 有若干与所述的下定位缺口A62一一对应的上定位缺口A63，在定位框A61和 固定框A6之间设有导向框A64，在导向框A64的周向设有若干与所述的下定位 缺口A62一一对应的导向凸条A65且所述的导向凸条A65竖直设置，导向凸条 A65的上端卡于所述的上定位缺口A63内并与上定位缺口A63固定连接，导向 凸条A65的下端卡于所述的下定位缺口A62内并与下定位缺口A62滑动连接。

下定位缺口的敞口处口径小于下定位缺口的内径。

上定位缺口的敞口处口径小于上定位缺口的内径。

导向凸条A65的外径大于下定位缺口的敞口处口径，导向凸条A65的外径 大于上定位缺口的敞口处口径。

进一步地，轴向弹性结构包括设置在导向框A64下端和固定框A6上端之 间的若干弹簧A66。

当六面磁悬浮体放置到位后，此时的升降驱动机构驱动定位框A61向下移 动，避免干扰侧向面充磁头靠近六面磁悬浮体。

本六面磁悬浮体的充磁方法包括如下步骤：

A、定位，将六面磁悬浮体放置在下充磁头A1的第一充磁接触平面A11上， 上充磁头A2向下移动并迫使第二充磁接触平面A21与六面磁悬浮体的上表面 接触，然后四个侧向面充磁头A3中的两两相向对置的侧向面充磁头A3分别相 向向内移动并迫使第三充磁接触平面A31一一压迫在六面磁悬浮体的四个周向 平面上；

B、充磁，下充磁头A1、上充磁头A2和侧向面充磁头A3通电，即，实现 充磁。

本发明还公开了一种光磁三维鼠标的实现方法，包括以下步骤：

(1)、形成六自由度磁悬浮结构，并利用六面同时产生相斥磁力使磁悬浮 体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在磁性腔体中；

(2)、磁性腔体与鼠标壳体固连并感应鼠标的移动；

(3)、鼠标移动时，磁性腔体相对于磁悬浮体移动并产生相对位移，使施 加在所述磁性腔体与所述磁悬浮体之间的磁力的发生变化导致所述磁悬浮体在 六面体磁场空间中的位置变化；

(4)、电路板实时获取所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置并根据所 述磁悬浮体的位置变化生成光标移动的位移数据。

在上述步骤中，磁性腔体六面内壁均设置光定位阵列，该光定位阵列包括 多个光发射管和/或光接收管，光发射管和光接收管一一对应设置在所述磁性腔 体相对两侧的内壁的光定位阵列；所述电路板实时控制光定位阵列中每个光发 射管的工作状态并接收对应的光接收管的信号从而获取所述磁悬浮体在所述磁 性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

在上述步骤中，电路板至少包括驱动单元、信号提取模块、处理单元；所 述驱动单元用于产生驱动信号，以驱动所述光发射管产生光信号；所述信号提 取模块用于获取所述光接收管由光信号产生的感应信号并将该感应信号发送给 处理单元；所述处理单元根据感应信号计算所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的 位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

在上述步骤(1)中，磁性腔体由六块磁板拼接而成并形成六面体磁场空间， 所述磁板从外到内依次固连设置固定板、第二永磁层和光定位阵列。

在上述步骤(1)中，所述磁悬浮体3采用正六面体软磁内层31且在每个 面设置与其尺寸相适应的永磁层并形成六面磁场，且所述磁悬浮体3相对两面 的相向磁极极性相反。

在上述光磁三维鼠标及其实现方法中，另一种优选的实施方式中，所述磁 板从外到内依次设置固定板22、压电感应层21、第二永磁层23和光定位阵列， 电路板1还包括为其提供供电的储能单元，该储能单元与密闭磁性腔体2的六 面的压电感应层21电性连接，用于存储压电感应层21产生的电能(感应电流)。 固定板22、压电感应层21和第二永磁层23之间形成磁力感应结构，压电感应 层21紧密设置在固定板22和第二永磁层23之间，第二永磁层所受相斥磁力的 变化能够完全转化为压电感应层21所受的压力，并产生与受力强度相对应的电 能；其实现原理是，当第二永磁层受到一定相斥磁力时，该相斥磁力传导至压 电感应层21使其所承受的压力发生变化，由于压电感应层21由压电材料制备 而成，在受力后压电材料的微观结构发生变化会产生与受力强度相对应的电能， 因此，上述结构能够实现将运动的动能转换为电能，收集所产生的电能就能够 用于为外接设备提供电能。

上述六自由度磁悬浮结构用于在鼠标移动状态下产生微能量并将产生的微 能量存储在储能单元中。该技术方案，可以应用于无线鼠标中，作为辅助供电 以提高无线鼠标中储能单元(电池)的使用寿命，或者实现一种自供电的无线 鼠标而无需设置电池。

具体原理如下：通过在密闭六面体磁场空间设置六面带磁的悬浮体，在六 面相斥磁力的作用下使悬浮体达到六面磁力平衡状态，从而仅采用永磁结构便 实现六自由度悬浮；采用上述结构，鼠标任一方向的运动状态变化均能完全反 应在密闭磁性腔体的六面与磁悬浮体之间的相斥磁力，同时，本发明有创造性 的提出了磁力感应结构从而能够将六面的磁力变化转换为电能。这样，在鼠标 移动时，磁力平衡状态不断打破，运动状态变化均能使密闭磁性腔体的六面与 磁悬浮体之间的相斥磁力发生变化并通过磁力感应结构转换为电能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还 可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的 保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它 实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要 符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光磁三维鼠标，其包括壳体，壳体内装设有电路板，其特征在于，所述壳体内还装设有六自由度磁悬浮结构，所述六自由度磁悬浮结构包括与鼠标壳体固连的磁性腔体以及悬浮于该磁性腔体内六面都具有剩磁磁场的磁悬浮体；

所述磁性腔体六面均带磁场并形成六面体磁场空间，其任一个面与其相对的磁悬浮体一面的磁极相同从而在磁悬浮体的六面同时产生相斥磁力使所述磁悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在该磁性腔体中；

鼠标移动时，所述磁性腔体相对于所述磁悬浮体移动并产生相对位移，使施加在所述磁性腔体与所述磁悬浮体之间的磁力的发生变化导致所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置变化；

所述磁性腔体六面内壁均设置光定位阵列，该光定位阵列包括多个光发射管和/或光接收管，光发射管和光接收管一一对应设置在所述磁性腔体相对两侧的内壁的光定位阵列；所述电路板实时控制光定位阵列中每个光发射管的工作状态并接收对应的光接收管的信号从而获取所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

2.根据权利要求1所述的光磁三维鼠标，其特征在于，所述磁悬浮体采用软磁内层以及固连设置该软磁内层每个面上的第一永磁层且相对两面的第一永磁层相向磁极极性相反。

3.根据权利要求1或2所述的光磁三维鼠标，其特征在于，所述磁性腔体由六块磁板拼接而成并形成六面体磁场空间，所述磁板从外到内依次固连设置固定板、第二永磁层和光定位阵列。

4.根据权利要求3所述的光磁三维鼠标，其特征在于，所述磁性腔体任一个面的第二永磁层与其相邻面的第二永磁层之间留有间隙。

5.根据权利要求3所述的光磁三维鼠标，其特征在于，还包括用于封闭所述磁性腔体的软磁密封层，所述软磁密封层采用软磁材料，用于封闭所述磁性腔体内的磁场。

6.根据权利要求5所述的光磁三维鼠标，其特征在于，所述软磁密封层与固定板一体设置。

7.根据权利要求3所述的光磁三维鼠标，其特征在于，所述磁性腔体设有小孔，光定位阵列的信号线从孔中引出并与电路板电气连接。

8.一种光磁三维鼠标的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、形成六自由度磁悬浮结构，并利用六面同时产生相斥磁力使磁悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在磁性腔体中；

(2)、磁性腔体与鼠标壳体固连并感应鼠标的移动；

(3)、鼠标移动时，磁性腔体相对于磁悬浮体移动并产生相对位移，使施加在所述磁性腔体与所述磁悬浮体之间的磁力的发生变化导致所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置变化；

(4)、电路板实时获取所述磁悬浮体在六面体磁场空间中的位置并根据所述磁悬浮体的位置变化生成光标移动的位移数据。

9.根据权利要求8所述的运动轨迹跟踪方法，其特征在于，所述磁性腔体六面内壁均设置光定位阵列，该光定位阵列包括多个光发射管和/或光接收管，光发射管和光接收管一一对应设置在所述磁性腔体相对两侧的内壁的光定位阵列；所述电路板实时控制光定位阵列中每个光发射管的工作状态并接收对应的光接收管的信号从而获取所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。

10.根据权利要求9所述的运动轨迹跟踪方法，其特征在于，所述电路板至少包括驱动单元、信号提取模块、处理单元；所述驱动单元用于产生驱动信号，以驱动所述光发射管产生光信号；所述信号提取模块用于获取所述光接收管由光信号产生的感应信号并将该感应信号发送给处理单元；所述处理单元根据感应信号计算所述磁悬浮体在所述磁性腔体中的位置变化，并依此生成光标移动的位移数据。