CN108415578B - 按键、键盘及键盘控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种按键，其包括键帽、键轴和底座。键轴安装在底座上，键帽通过键轴可滑动地安装在底座上。键帽设置有第一磁源；底座上设置有面向第一磁源靠近且与之相互排斥的第二磁源；键轴远离所述键帽一端设置有止退机构；底座的底部设置有磁传感器，键轴远离所述键帽的一端设置有用于触发所述磁传感器的第三磁源。利用第三磁源与磁传感器作用实现触发信号的输出，有利于提高工作动作的可靠性和性能的稳定性，响应速度快。键帽运动的磁源与信号触发的磁源分离，有利于削弱不同类型磁源间的相互干扰，有利于整体提高按键的可靠性，延长按键寿命。

Description

按键、键盘及键盘控制方法

技术领域

本发明涉及一种新型的按键、具有该按键的键盘及键盘控制方法。

背景技术

键盘为现代人不可或缺的设备之一。键盘上面有许多按键，用以供用户触压而输入信息或指令。现有的按键有多种方式产生按键信号，例如机械式按键用金属弹片触发电路开关而产生按键信号，或光学式按键则通过光线的接收或阻断而产生按键开关信号。但是每个用户拥有一种或两种以上不同的使用习惯，如今单一软硬度和灵敏度的按键无法满足不同用户或同一用户不同状态下的使用需求，而且使用寿命短。现今技术中存在出现有仅通过电磁线圈与磁体形成排斥力的实现回程的按键，但此按键异常耗电。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可靠性高且寿命长的按键。

本发明的第二目的是提供一种具有可靠性高且寿命长的按键的键盘。

本发明的第三目的是提供一种具可靠性高且寿命长的按键的键盘的使用方法。

为实现上述的第一目的，本发明提供一种按键，包括键帽、键轴和底座；键轴安装在底座上，键帽通过键轴可滑动地安装在底座上。键帽设置有第一磁源；底座上设置有面向第一磁源靠近且与之相互排斥的第二磁源；键轴远离键帽一端设置有止退机构；底座的底部设置有磁传感器，键轴远离键帽的一端设置有用于触发磁传感器的第三磁源。

由上述方案可见，键帽的第一磁源和底座上的第二磁源之间的排斥力构成按键的轴向运动的支撑力，有利于削弱键帽与底座之间的冲击，使键帽回程响应速度快。利用第三磁源与磁传感器作用实现触发信号的输出，有利于提高工作动作的可靠性和性能的稳定性，响应速度快。键帽运动的磁源与信号触发的磁源分离，有利于削弱不同类型磁源间的相互干扰，有利于整体提高按键的可靠性，延长按键寿命。止退机构的设置有利于防止键帽回程时的过度运动。

进一步方案为，第一磁源围绕键轴分布在键帽下侧。有利于提高键帽滑动的平稳性。

进一步方案为，底座面向键帽的开口端面呈锥形面；键帽面向底座的工作端面呈锥形面。有利于提高键帽的定位精准，减少键帽的晃动，从而提高按键触发精度，还有利于轴向磁力的集中。

进一步方案为，电磁屏蔽层包括包裹第一磁源的周向及上侧的第一磁屏蔽罩、包裹第二磁源的的周向及下侧的第二磁屏蔽罩及设置在底座上且环绕其周向及上侧的第三磁屏蔽层。有利于削弱按键外部磁场对按键工作的干扰。

进一步方案为，第二磁源包含永磁体和电磁线圈。永磁体和电磁线圈共同作用形成第二磁源的合成磁场以作用于第一磁源。有利于实时调节合成磁场，从而实现按键的软硬度的控制，达到调节按键的使用手感的目的。

另一进一步方案为，第二磁源包含永磁体和调磁部。有利于通过对第二磁源充消磁，调节第二磁源的磁场强度，从而调节第一磁源与第二磁源之间的排斥力，实现按键的软硬度的控制，调节按键的使用手感。

为实现上述的第二目的，本发明提供一种键盘，该键盘具有上述的按键。

进一步方案为，键盘还包括磁传感器，用于获取键帽的运动信息；数据存储单元，用于存储键帽的运动信息的值、预定运算规则和预定调磁规则；控制单元，用于根据运算规则计算键帽的运动信息的值，根据运动信息的值和预定调磁规则生成调磁信号；调磁控制单元，用于根据调磁信号通过调磁部对第二磁源的磁场强度进行调节。由此方案可见，本发明的键盘有利于根据用户的使用习惯调节键盘的软硬度，提高键盘的适用性，磁性的使用有利于提高键盘使用的可靠性和使用寿命。

进一步方案为，灵敏度设置单元，用于设置位置传感器在有效的感应区间内的有效触发位置。有利于调节键盘按键的灵敏度。

为实现上述第三目的，本发明提供一种键盘的控制方法，步骤如下：

S1. 位置传感器检测键帽的运动信息，数据存储单元存储运动信息。

S2. 控制单元根据运算规则计算键帽的运动信息的值，根据运动信息的值和预定调磁规则生成调磁信号。

S3. 调磁控制单元根据调磁信号通过调磁部调节第二磁源的磁场强度。

由上述方案可见，本发明的键盘控制方法有利于键盘自适应地根据用户的适应习惯调节按键的软硬度，调节键盘的使用手感。

附图说明

图1是本发明按键第一实施例的结构示意图；

图2是本发明按键调磁部的示意图

图3是本发明按键第二实施例的结构示意图；

图4是本发明按键第三实施例的一种按键的立体图；

图5是图4的立体剖视图；

图6是本发明按键第四实施例的立体图；

图7是图6立体剖视图；

图8是图6平面剖视图；

图9是本发明键盘的示意图；

图10是本发明键盘的按键灵敏度控制示意图；

图11是本发明键盘的控制方法流程图。

具体实施例

为能方便描述，定义靠近键盘的键帽的一端为上侧，远离键帽的一端为下侧。

按键第一实施例

如图1所示，按键100包括键帽101、键轴102和底座103。键轴102可滑动地安装在底座103上，键帽101通过键轴102可滑动地安装在底座103上。键帽101面向底座103的工作端面1011设置有第一磁源104，底座103上靠近键帽101的开口端面1031上设置有第二磁源105，第一磁源104和第二磁源105相互排斥。当键帽101沿键轴103轴线下压时，键帽101通过磁源之间的排斥作用迅速完成回程动作，磁体间的排斥力还有利于削弱键帽101与底座103的冲击，避免磁体因碰撞而损坏。键轴102在远离键帽101的一端设置有止退机构1021，用于防止键帽101和键轴102在第一磁源104和第二磁源105之间的排斥力的用作下，避免过度回程而脱离底座103。

优选的，第一磁源围绕键轴分布在键帽上。有利于提高键帽滑动的平稳性。

第二磁源105包含永磁体1051和调磁部1052。永磁体1051的工作面面向第一磁源104。通过调磁部1052对永磁体1051进行充消磁，从而调节第二磁源105的磁场强度。按键上设置有电磁屏蔽层，电磁屏蔽层包括包裹第一磁源104的周向及上侧的第一磁屏蔽罩1012、包裹第二磁源105的周向及下侧的第二磁屏蔽罩1032和设置在底座上且环绕其周向及上侧的第三磁屏蔽层1031。电磁屏蔽层1031不限于设置在底座103内壁，还可以是设置在底座外壁，设置的电磁屏蔽层可选用涂料、表贴或嵌装的设置方法，电磁屏蔽层还可以是整体地成型为按键的底座。电磁屏蔽层用于屏蔽底座外部的磁场对磁传感器的干扰。电磁屏蔽层有利于较大程度地削弱磁源和调磁部1052对按键外部的电磁干扰。也较大地削弱外部对底座内部的电磁干扰。

可选的，如图2所示，调磁部包括第一充磁线圈151和第二充磁线圈152。既可以仅使用单组充磁线圈对第二磁源1051进行充消磁；也可以是第一充磁线圈151和第二充磁线圈152同时使用，对第二磁源1051进行充消磁，有利于提高完成充磁动作的响应速度。第一充磁线圈151和第二充磁线圈152同时使用时，两组的充磁线圈还可以根据充磁的需要，接通不同大小的电流，对第二磁源1051进行充消磁。第一充磁线圈151和第二充磁线圈152的线圈匝数还可以是不相等的，通过使用不同匝数的线圈，达到不同的充磁效果，实现调节第二磁源1051的磁场强度。调磁部不限于仅使用一个充磁线圈或两个充磁线圈，还可以是使用两个以上的充磁线圈。

优选的，第一磁屏蔽罩1012一体成型于键帽101内，第二磁屏蔽罩1032一体成型于底座103内，有利于简化结构，节省安装空间。

可选的，当键帽101和键轴102为一体结构时，有利于提高按键100的结构强度；当键轴102和止退机构1021为一体结构时，有利于键帽的更换。

优选的，键帽101面向底座103的工作端面1011呈锥形面，底座103面向键帽101的入口端面1031呈锥形面。通过锥形面定位，有利于提高定位精准，减少键帽的晃动，提高按键触发精度，有利于集中轴向的磁力。底座103上靠近键帽101的位置上设置有光源1033，光源优选为LED灯光源。键帽101上设置有透光部，光源1033透过透光部使键帽101散发亮光。

底座103的底部安装有磁传感器107，磁传感器优选为位置传感器。键轴103在远离键帽101的一端端部设置有触发磁传感器107的第三磁源106。当键轴103向下运动时，带动第三磁源106向磁传感器107靠近，第三磁源106靠近磁传感器107达预定距离时，磁传感器107输出触发信号。用于形成输出信号的第三磁源106与用于按键的磁源分离使用，有利于防止磁源间的相互干扰。

磁传感器107还可以用于根据第三磁源的不同的位置连续输出相应的触发信号，例如按键作为油门开关时，键帽位于初始位置，油门值为零；油门随键帽下压距离增大而增大。有利于提高油门触发信号输出的响应速度。

磁传感器不限于是用位置传感器，也可以是开关传感器。还可以是位置传感器和开关传感器混合使用。

按键第二实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于第二磁源的位置上的磁场强度的调节方式。

如图3所示，按键200的键帽201通过键轴202可滑动地安装在底座203上，键帽201上安装有第一磁源204，底座203上安装有第二磁源205，第二磁源205包含永磁体2051和电磁线圈2052。第一磁源204和第二磁源205之间形成的排斥力对键帽201起到支撑作用，而且在键帽201受力向下运动后使键帽201迅速恢复初始位置。当电磁线圈206通电，永磁体2051和电磁线圈2052形成一个合成磁场，并与第一磁源204产生新的排斥力作用于键帽201和底座203之间。当电磁线圈2052通电产生的磁场强度与永磁体2051的磁场强度的方向相同时，合成磁场的磁场强度增大，排斥力随之增大，从而促使按键手感变硬；当电磁线圈2052通电产生的磁场强度与永磁体2051的磁场强度的方向相反时，合成磁场的磁场强度减小，排斥力随之减小，从而促使按键手感变软。键盘还可以仅通过调节电磁线圈的电流大小，实现键盘手感软硬度的调节；也可以同时调节电磁线圈的电流大小和方向，实现键盘手感软硬度的调节。永磁和电磁的结合可以降低线圈的能耗。

本发明还可以通过记录在均匀力度下键帽下压位置、以及对应位置上的电磁线圈电流的大小，获取相对的工作曲线，根据该工作曲线对合成磁场进行调节。合成磁场的磁场强度随键帽的下压深度增加而减小，有利于保证用户能在均匀力度下使用按键，提高用户体验。按键所在的键盘可以单独控制一个按键在均匀力度下使用按键，合成磁场的磁场强度随键帽的下压深度而改变。键盘还可以按区域控制按键，每个区域的均匀的下压力度可以被分别。

按键第三实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于第二磁源的安装位置。

如图4和图5所示，按键300包括设置键帽301、键轴302和底座303。键帽301通过螺钉3011固定在键轴上。底座303包含上底座3031和下底座3032。第一磁源204通过屏蔽罩3041围绕键轴302分布在键帽下侧。与第一磁源304相互作用的第二磁源305通过屏蔽罩3051围绕键轴302分布在上底座3031上侧。第一磁源204表面设置有保护层3042，第二磁源305表面设置有保护层3052。优选的，保护层为碳纤层，具备减震缓冲的功能，有利于保护磁源，延长键帽寿命。第一磁源304与第二磁源305产生用于键帽回程运动的排斥力。键轴302远离键帽301一端设置有止退机构3021。上底座3031面向键帽301的开口端面呈锥形面，键帽301面向上底座3031的工作端面呈锥形面，有利于键帽运动的定位精度。下底座3032设置有磁传感器307。用于触发磁传感器307的第三磁源306通过螺钉3011固定在键轴302上。

按键第四实施例

根据图6至图7对按键400综合分析。按键400的键帽401通过键轴402安装在底座403上。键轴402上设置有第一定位槽404和第二定位槽405，滑槽靠近键帽401的一端设置有第一磁源406。底座403上设置有第一定位柱407和第二定位柱408，定位柱远离底座403的一端设置有第二磁源408。第一磁源406和第二磁源408工作面的极性相同，通过第一磁源406和第二磁源408形成的排斥力，作用于键帽下压后的回程动作，提高键帽回程的响应速度。定位槽与定位柱的设置，有利于提高键轴的定位精度，降低键帽的晃动，从而提高按键触发精度。

优选的，第一磁源406的上侧及其周向设置有第一磁屏蔽层4061和第二屏蔽层4062，用于屏蔽磁回路，削弱磁源对外界的干扰。

键轴402的下端设置有第三磁源409，底座403的底部设置有磁传感器410，按键400通过键帽401下压，驱使第三磁源409向磁传感器410靠近，并在预定位置上输出信号。同时第二磁源408远离磁传感器410，削弱第二磁源408对第三磁源409和磁传感器410工作的干扰。

优选的，第二磁源408远离磁传感器410的一端设置有倾斜端面，有利于磁源的磁性在向下的空间内的衰减，进一步削弱第二磁源408对磁传感器的干扰。

按键400设置有上底座411，上底座411通过螺钉412安装在底座402，并将键轴402锁紧于按键400内部，并通过止退机构413防止键轴401在磁源的排斥作用下脱离底座。

如图8所示，按键400的底座402上设置有光源4130。键帽401由内至外囊括有透光部4011、具有预浸布的加固部4012、具有碳纤维增强树脂的抗摩擦部4013。光源4130通过键轴402内的透光槽4014及由透光材料制成的透光部4011在键帽401顶端散发亮光，使按键适应在光线不足的环境使用。

可选的，具有碳纤维增强树脂的抗摩擦部4013还可以是在包裹于加固部4012周向，以保证结构强度的。同时加固部4012的预浸布可设置为键帽的触摸面，有利于增强用户的触摸手感。

键盘实施例

如图1 所示，键盘的控制系统包括按键100、磁传感器107、数据存储单元108、控制单元109、调磁控制单元110。磁传感器107、数据存储单元108、控制单元109、调磁控制单元110和调磁部1052通过电路111电连接，图中使用虚线表示系统内的电路111。

作为磁传感器107用于获取键帽101的运动信息；数据存储单元108用于存储键帽101的运动信息的值、预定运算规则和预定调磁规则。控制单元109用于根据运算规则计算键帽101的运动信息的值，根据运动信息的值和预定的调磁规则生成调磁信号。调磁控制单元110用于根据调磁信号通过调磁部1052对第二磁源的磁场强度进行调节。

调磁控制单元110不限于对按键进行独立控制，还可以对按键进行区域控制，调磁控制单元110按区域设置控制该区域内所有的按键。一个区域内的所有按键的调磁部1052通过并联方式连接，有利于同时调节区域内按键的第二磁源的磁场强度。进一步的，一个区域内的所有按键的调磁部1052通过并联方式连接，且在各并联的支路上通过继电器连接，可以实现对每个按键依次调磁处理，有利于减小每次充消磁的总电量，实现调磁部的充电器小型化，节省空间。

如图9所示，调磁控制单元包含开关121、调节器122和指示器123。用户打开开关121，通过调节器122对调磁部1052进行手动调节，从而调节第二磁源充磁的磁场强度，并在指示器123显示调节结果，实现键盘按键的软硬度的手动调节。

键盘还安装有灵敏度设置单元，包含开关131、调节器132和指示器133。用户打开开关131，通过调节器132对位置传感器的有效触发位置进行手动调节，并在指示器133显示调节结果，实现键盘按键的灵敏度的调节。

上述的他调节器122和调节器132可以是按钮、旋钮、滚轮等调节开关。

使用键轴从起始位置到触发位置的行程表示按键的灵敏度，行程越短，键盘的灵敏度越高。如图10所示，第三磁源106安装在键轴102的一端，按键处于自然状态时第三磁源106位于作为起始位置的第一工作位置141，此时第三磁源106和作为磁传感器107的位置传感器之间具有最大的有效感应区间。设置第二工作位置142为初始的有效触发位置，第二工作位置142位于键轴102与磁传感器107的垂线上。键轴受压迫下压运动使第三磁源106到达第二工作位置142时，磁传感器107输出触发信号。保持键盘按键软硬度不变的情况下对键盘的灵敏度进行调节。当设置的有效触发位置低于第二工作位置142时，降低按键的灵敏度；当设置的有效触发位置高于第二工作位置142时，提高按键的灵敏度。在调节按键灵敏度的时候还可以对按键软硬的进行调节，键盘可调节状态包括按键手感硬灵敏度高、手感软灵敏度高、手感硬灵敏度低、手感软灵敏度低。

本发明的键盘通过调节磁源的磁场强度调节键盘按键的手感，通过位置传感器可以输出线性信号，可满足不同用户在不同环境及状态下使用的控制需求，不仅满足用户长时间打字，又可以满足游戏需求。例如键盘的按键作游戏的油门控制时，可通过位置传感器输出的线性信号可以表示油门值的大小，即油门输出的值的大小随按键的下压的深度增加而变大。有利于准确、快速、灵活的切换油门，实现键盘按键功能的多样化。

键盘控制方法实施例

如图11所示，键盘的控制方法，步骤如下：

S1. 位置传感器检测键帽的运动信息，数据存储单元存储运动信息。

S2. 控制单元，根据运算规则计算键帽的运动信息的值，根据运动信息的值和预定调磁规则生成调磁信号。

S3. 调磁控制单元根据调磁信号通过调磁部调节第二磁源的磁场强度。

由此方案可见，本发明的键盘控制方法有利于键盘自适应地根据用户的使用习惯调节按键的软硬度。键帽的运动信息可以是键帽的位置信息、下压时间信息、速度信息的至少一种。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.按键，包括键帽、键轴和底座，所述键帽通过所述键轴可滑动地安装在所述底座上，其特征在于：

所述键帽设置有第一磁源；

所述底座上设置有面向所述第一磁源且与之相排斥的第二磁源；

所述键轴远离所述键帽一端设置有止退机构；

所述底座的底部设置有磁传感器，所述键轴远离所述键帽的一端设置有用于触发所述磁传感器的第三磁源；

所述按键上设置有电磁屏蔽层；

所述电磁屏蔽层包括设置在所述底座上且环绕其周向及上侧的第三磁屏蔽层；

所述第二磁源位于所述第三磁屏蔽层外侧。

2.根据权利要求1所述按键，其特征在于：

所述第一磁源围绕所述键轴分布在所述键帽下侧。

3.根据权利要求2所述按键，其特征在于：

所述底座面向所述键帽的开口端面呈锥形面；

所述键帽面向所述底座的工作端面呈锥形面。

4.根据权利要求3所述按键，其特征在于：

所述电磁屏蔽层包括包裹所述第一磁源的周向及上侧的第一磁屏蔽罩、包裹第二磁源的周向及下侧的第二磁屏蔽罩。

5.根据权利要求4所述按键，其特征在于：

所述第二磁源包含永磁体和电磁线圈。

6.根据权利要求4所述按键，其特征在于：

所述第二磁源包含永磁体和调磁部。

7.一种键盘，其特征在于：

所述键盘具有权利要求1至6任一所述按键。

8.根据权利要求7所述键盘，其特征在于：

所述键盘，还包括所述磁传感器，用于获取所述键帽的运动信息；

所述磁传感器为位置传感器；

数据存储单元，用于存储所述键帽的运动信息的值、预定运算规则和预定调磁规则；

控制单元，用于根据所述运算规则计算所述键帽的运动信息的值，根据所述运动信息的值和所述预定调磁规则生成调磁信号；

调磁控制单元，用于根据所述调磁信号通过调磁部对所述第二磁源的磁场强度进行调节。

9.根据权利要求8所述键盘，其特征在于：

灵敏度设置单元，用于手动设置所述位置传感器在有效的感应区间内的有效触发位置。

10.一种键盘的控制方法，其特征在于，所述键盘为权利要求8至9任一所述的键盘，步骤如下：

S1. 所述位置传感器检测所述键帽的运动信息，所述数据存储单元存储所述运动信息；

S2. 所述控制单元根据所述运算规则计算所述键帽的运动信息的值，根据所述运动信息的值和所述预定调磁规则生成调磁信号；

S3. 所述调磁控制单元根据调磁信号通过所述调磁部调节所述第二磁源的磁场强度。

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