CN110011655A - 一种无触点微动按键及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无触点微动按键及其实现方法。该按键包括触发磁环、磁敏元件，触发磁环为轴向充磁，触发磁环的上端面和下端面存在突变磁场，磁敏元件的初始位置设置于突变磁场的磁场强度为零的区域，当触发磁环向磁敏元件的方向或者远离磁敏元件的方向运动微小距离时，磁感应强度的变化量大于100mT，通过磁敏元件的磁通量发生突变，磁敏元件在无触点的前提下被稳定触发。磁环微小位移能够使端面轴心上的磁通量发生带有磁极相反的巨大差异，确保磁敏元件可靠触发；磁环与磁敏元件距离很近，其磁场能够完全将磁敏元件覆盖，可以有效抵御外部永磁铁的磁干扰；利用磁环作为磁敏元件的触发磁场，其特有的磁场分布能够有效缩短触发行程。

Description

一种无触点微动按键及其实现方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，特别涉及一种能够实现微小键程的磁敏按键及其制作方法。
背景技术
现有按键技术大多属于机械触点，以弹簧或者金属簧片的形变力作为回复力，存在按键抖动的使用问题，同时机械疲劳和锈蚀等问题，会影响到产品寿命。市场上同时也存在一些高端按键，具有抗疲劳和耐腐蚀等特点，但是售价颇高。现有的磁性按键大多具有体积大、键程长的特点，在微动开关领域尚未出现无触点磁敏按键。
一般说来，磁性按键由磁敏元件和触发磁铁两个基本元素构成。当触发磁铁运动时，作用在磁敏元件的磁感应强度会发生变化，以此来改变磁敏元件的输出状态。采用长方体形状的磁钢作为触发磁铁，虽然可以实现无触点的效果，但是其按键行程较长。因此，在操作频次较高或者安装空间狭小的环境中无法使用，需要采用创新的方法来解决缩短按键行程的问题。
发明内容
针对现有技术中按键存在的上述问题，本发明提供一种无触点微动按键及其实现方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种无触点微动按键，包括触发磁环、磁敏元件，所述触发磁环为轴向充磁，所述触发磁环的上端面和下端面存在突变磁场，所述突变磁场包含磁场强度为零的区域及分布于其两侧的极性相反的磁场，所述磁敏元件的初始位置设置于突变磁场的磁场强度为零的区域或远离磁环的零域一侧，当触发磁环向靠近磁敏元件的方向运动时，作用在磁敏元件的磁场从一种极性变化为另一种极性，且磁感应强度的变化量大于200Gs，通过磁敏元件的磁通量发生突变，磁敏元件在无触点的前提下被稳定触发。
更进一步地，还包括按键帽，所述触发磁环设置于所述按键帽上；所述触发磁环的上方设有复位磁钢，用于使按键帽复位；所述触发磁环的下方设有安装座，所述磁敏元件设置于安装座上。
更进一步地，所述复位磁钢为环形，其半径与触发磁环的半径相同。
更进一步地，所述触发磁环行程能够缩减至1mm。
更进一步地，所述磁敏元件具有大回差，所述回差是磁敏元件导通与截止之间所需磁感应强度的差值。
更进一步地，所述磁敏元件将磁通量变换转换为电信号对外输出。
本发明还提供一种无触点微动按键的实现方法，所述方法制成的按键包括动作单元、复位单元和感应单元，所述动作单元包括按键帽和触发磁环，所述复位单元包括复位磁钢，所述感应单元包括磁敏元件和安装座，所述磁敏元件的初始位置设置于触发磁环端面的磁场为零的区域或远离磁环的零域一侧；
当按下按键帽时，外力克服复位磁钢和触发磁环之间的吸引力，使触发磁环同步运动并逐步靠近磁敏元件，磁敏元件在按键帽逐步接近的过程中，感受的磁场发生急剧变化，磁敏元件在无触点的前提下被稳定触发，磁敏元件将磁通量变换转换为电信号对外输出，当按压按键帽的外力撤销时，触发磁环和复位磁钢间的吸引力使得按键帽和触发磁环回到初始位置，从而完成一个动作周期。
本发明具有如下有益效果：
1、磁环微小位移能够使端面轴心上的磁通量发生带有磁极相反的巨大差异，确保磁敏元件可靠触发。
2、磁环与磁敏元件距离很近，其磁场能够完全将磁敏元件覆盖，可以有效抵御外部永磁铁的磁干扰。
3、利用磁环作为磁敏元件的触发磁场，其特有的磁场分布能够有效缩短触发行程。
附图说明
图1是环形磁钢磁场的“零域”示意图；
图2是实施例一的无触点微动按键的结构示意图；
图3是实施例一的无触点微动按键的实现方法图。
图中标记：1-按键帽；2-复位磁钢；3-触发磁环；4-磁敏元件；5、安装座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例采用环形磁铁(触发磁环3)作为磁敏元件4的触发，可以有效缩短按键行程。该触发磁环3为轴向充磁，一端为N极，另一端为S极。在环形磁场的端面存在一个磁场为零的区域(后简称“零域”)，而沿着中轴线在零域两侧分布着极性相反的磁场，而且该磁场在空间分布上非常集中，如图1所示。也就是说，磁场从N极变化到S极只需要经过非常短的物理路径。将磁敏元件放置于零域中，采用机械力推动环形磁铁向磁敏元件靠近(反之亦然)，作用在磁敏元件的磁场会从一种极性变化为另一种极性，同时磁感应强度会产生大于100mT的变化量，能够稳定触发磁敏元件。由于零域及其附近两极磁场分布与其环形尺寸结构具有直接关系，因此将环形的高度减小，就意味着将零域及其附近磁场压缩得更小。进而在微小空间(可以小于2mm的距离)中实现了磁场极性反转与磁通量突变，为无触点微动方案提供了前提。
本实施例中，优选具有大回差特点磁敏元件4，回差指的是该元件导通(开状态)与截止(关状态)之间所需求磁感应强度的差值。举例说明，霍尔电路回差为200Gs，其导通状态所需400gs强度，那么磁场须由400GS将至200gs方可使其从导通状态变回截止状态。采用大回差磁敏元件的意义在于，将其导通状态和截止状态设计到磁环行程的两端，能够有效避免信号的抖动，提升信号的可靠性。
如图2所示，本实施例的无触点微动按键包括触发磁环3、磁敏元件4、按键帽1，按键帽上设有安装槽，所述触发磁环3设置于安装槽中，触发磁环3的上方设有复位结构(一般为软磁或永磁结构)，用于使按键帽1复位，触发磁环3的下方设有安装座5，所述磁敏元件4装配在安装座5上。所述磁敏元件4的初始位置设置于触发磁环3端面的磁场为零的区域，当触发磁环3向磁敏元件4的方向或者远离磁敏元件4的方向运动微小距离时，磁感应强度的变化量大于100mT，通过磁敏元件4的磁通量发生突变，磁敏元件4在无触点的前提下被稳定触发。
本实施例中，复位磁钢2优选为环形，其半径与触发磁环3的半径相同。
本实施例方法制成的按键包括动作单元、复位单元和感应单元，所述动作单元包括按键帽1和触发磁环3，所述复位单元包括复位磁钢2，所述感应单元包括磁敏元件4和安装座5，复位单元和感应单元分布在运动单元两侧，并相对独立固定。所述磁敏元件4的初始位置设置于触发磁环3端面的磁场为零的区域。
当按下按键帽1时，外力克服复位磁钢2和触发磁环3之间的吸引力，使触发磁环3同步运动并逐步靠近磁敏元件4，磁敏元件4在按键帽1逐步接近的过程中，感受的磁场发生急剧变化，磁敏元件4在无触点的前提下被稳定触发，磁敏元件4将磁通量变换转换为电信号对外输出，当按压按键帽1的外力撤销时，触发磁环3和复位磁钢2间的吸引力使得按键帽1和触发磁环3回到初始位置，从而完成一个动作周期。
本发明将磁敏元件放置于零域中，采用机械力推动环形磁铁向磁敏元件靠近(反之亦然)，作用在磁敏元件的磁场会从一种极性变化为另一种极性，同时磁感应强度会产生大于100mT的变化量，能够稳定触发磁敏元件。本发明利用磁环在轴线靠近端面的位置存在一个突变的磁场，该磁场在轴线方向上的微小距离内的状态可以有-500Gs-0-+500Gs(或极性相反)。这样的磁场对于磁敏原来来说是极佳的工作环境，能够在微小的位以内实现可靠的触发。
由于零域及其附近两极磁场分布与其环形尺寸结构具有直接关系，因此将环形的高度减小，就意味着将零域及其附近磁场压缩得更小。进而在微小空间中实现了磁场极性反转与磁通量突变。磁环的这种磁场分布能够在极小的位移下，创造出改变磁敏元件的工作环境，使得磁环行程能够缩减至1mm之内，为无触点微动方案提供了前提。
本实施例中，磁敏元件可以采用装配在FR-4线路板上，该按键采用有5VDC供电，键程为1.5mm±0.2mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无触点微动按键，其特征在于：包括触发磁环(3)、磁敏元件(4)，所述触发磁环(3)为轴向充磁，所述触发磁环(3)的上端面和下端面存在突变磁场，所述突变磁场包含磁场强度为零的区域及分布于其两侧的极性相反的磁场，所述磁敏元件(4)的初始位置设置于突变磁场的磁场强度为零的区域或远离触发磁环(3)的零域一侧，当触发磁环(3)向靠近磁敏元件(4)的方向运动时，作用在磁敏元件(4)的磁场从一种极性变化为另一种极性，且磁感应强度的变化量大于200Gs，通过磁敏元件(4)的磁通量发生突变，磁敏元件(4)在无触点的前提下被稳定触发。
2.根据权利要求1所述的一种无触点微动按键，其特征在于：还包括按键帽(1)，所述触发磁环(3)设置于所述按键帽(1)上；所述触发磁环(3)的上方设有复位磁钢(2)，用于使按键帽(1)复位；所述触发磁环(3)的下方设有安装座(5)，所述磁敏元件(4)设置于安装座(5)上。
3.根据权利要求2所述的一种无触点微动按键，其特征在于：所述复位磁钢(2)为环形，其半径与触发磁环(3)的半径相同。
4.根据权利要求1所述的一种无触点微动按键，其特征在于：所述触发磁环(3)行程能够缩减至1mm。
5.根据权利要求1所述的一种无触点微动按键，其特征在于：所述磁敏元件(4)具有超过200Gs的大回差特点，所述回差是磁敏元件(4)导通与截止之间所需磁感应强度的差值。
6.根据权利要求1所述的一种无触点微动按键，其特征在于：所述磁敏元件(4)将磁通量变换转换为电信号对外输出。
7.一种无触点微动按键的实现方法，其特征在于：所述方法制成的按键包括动作单元、复位单元和感应单元，所述动作单元包括按键帽(1)和触发磁环(3)，所述复位单元包括复位磁钢(2)，所述感应单元包括磁敏元件(4)和安装座(5)，所述磁敏元件(4)的初始位置设置于触发磁环(3)端面的磁场为零的区域；
当按下按键帽(1)时，外力克服复位磁钢(2)和触发磁环(3)之间的吸引力，使触发磁环(3)同步运动并逐步靠近磁敏元件(4)，磁敏元件(4)在按键帽(1)逐步接近的过程中，感受的磁场发生急剧变化，磁敏元件(4)在无触点的前提下被稳定触发，磁敏元件(4)将磁通量变换转换为电信号对外输出，当按压按键帽(1)的外力撤销时，触发磁环(3)和复位磁钢(2)间的吸引力使得按键帽(1)和触发磁环(3)回到初始位置，从而完成一个动作周期。
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