CN110471489A - 一种双轴霍尔操纵杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操纵杆设计技术领域，尤其涉及一种双轴霍尔操纵杆，包括：一第一本体，第一本体的中心位置具有一半球孔；一轴杆，轴杆的一端为一中空结构的球体，球体可转动的设置于半球孔内；一磁钢，设置于球体内；一线路板，线路板上设有一霍尔传感器，线路板固定于第一本体的底部，以使霍尔传感器位于轴杆的回转中心并与磁钢对应；一弹性触块，固定于球体的底部；一微动开关，绕弹性触块的周向设置，当球体转动一预设角度时，弹性触块触发微动开关，以使微动开关输出对应的方向信号。有益效果：能够同时兼容开关量信号、模拟量信号以及数字量信号；操作角度更大，增加了产品应用的灵活性、通用性。

Description

一种双轴霍尔操纵杆

技术领域

本发明涉及操纵杆设计技术领域，尤其涉及一种小型的双轴霍尔操纵杆。

背景技术

传统的小型操纵杆仅可单独的输出开关量信号或模拟量信号或数字量信号，但无法同时输出开关量信号、模拟量信号和数字量信号。可同时输出开关量信号、模拟量信号和数字量信号的操纵杆体积均较大，且其原理为在每个转轴上安装电位器实现角度的模拟量信号或数字量信号的输出，无法实现产品的小型化。

针对传统操纵杆所存在的不足，本领域技术人员尝试了利用霍尔原理在操纵杆转轴下方安装磁钢，在磁钢的下方再对应设置线路板的方式来实现产品的小型化。但该方法仍无法解决同时兼容开关量信号和模拟量信号的问题，同时，还存在操作角度小(15°左右)的问题。因此，现需一种能够同时兼容开关量信号、模拟量信号以及数字量信号，且操作角度更大的操纵杆。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种双轴霍尔操纵杆。

具体技术方案如下：

本发明包括一种双轴霍尔操纵杆，包括：

一第一本体，所述第一本体的中心位置具有一半球孔；

一轴杆，所述轴杆的一端为一中空结构的球体，所述球体可转动的设置于所述半球孔内；

一磁钢，设置于所述球体内，以使所述磁钢随所述球体转动；

一线路板，所述线路板上设有一霍尔传感器，所述线路板固定于所述第一本体的底部，以使所述霍尔传感器位于所述轴杆的回转中心并与所述磁钢对应；

所述霍尔传感器用以检测所述磁钢分别于X轴和Y轴的位置信息，并将所述位置信息转换为对应的角度信号，以通过所述线路板输出；

一弹性触块，固定于所述球体的底部；

一微动开关，绕所述弹性触块的周向设置，当所述球体转动一预设角度时，所述弹性触块触发所述微动开关，以使所述微动开关输出对应的方向信号。

优选的，所述半球孔的两侧具有一对相对设置的限位槽，且所述球体的两侧具有一对相对设置的止动部件，一对所述止动部件分别设置于一对所述限位槽内，以避免所述球体沿轴向旋转。

优选的，所述双轴霍尔操纵杆还包括：

一第二本体，固定于所述第一本体的底部；

所述第二本体的底部设有多个安装孔，所述微动开关通过任一所述安装孔固定于所述第二本体的底部。

优选的，所述线路板包括复数个定位孔，且所述第一本体的底部包括与复数个所述定位孔对应设置的复数根定位柱，以使所述线路板通过复数个所述定位孔固定于复数根所述定位柱上。

优选的，所述轴杆背向所述球体的一端设有一开关把手，所述开关把手为中空结构，且所述开关把手内设有至少一个开关按钮。

优选的，所述第一本体的顶部设有一限位板，所述限位板内设有一十字形槽，用以对所述轴杆进行限位和导向。

优选的，所述双轴霍尔操纵杆还包括：

一滑块，设置于所述球体的顶部；

一复位弹簧，所述复位弹簧的一端连接所述滑块，所述复位弹簧的另一端固定于所述轴杆背向所述球体的一端；

当所述轴杆被推动时，所述滑块上升以使所述复位弹簧压缩，当停止推动所述轴杆后，所述复位弹簧自动复位，将所述滑块向下推动，以使轴杆复位。

优选的，所述弹性触块为螺旋状，且所述弹性触块的中心设有一凹槽；

所述球体的底部包括一突出部，所述突出部卡合于所述凹槽内，以使所述弹出触块固定于所述球体的底部。

优选的，所述开关按钮通过开关引线连接于线路板。

优选的，还包括：

一防尘罩，套设于所述轴杆上，且所述防尘罩的底部通过一安装面板固定于所述第一本体的顶部。

本发明技术方案的有益效果在于：提供一种双轴霍尔操纵杆，能够同时兼容开关量信号、模拟量信号以及数字量信号；并且，双轴霍尔操纵杆的操作角度更大，增加了产品应用的灵活性、通用性。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例中的双轴霍尔操纵杆的结构示意图；

图2为本发明实施例中的双轴霍尔操纵杆的操作示意图；

图3为本发明实施例中的双轴霍尔操纵杆的电路原理图；

图4为本发明实施例中的弹性触块的结构示意图；

图5为本发明实施例中的轴杆的结构示意图；

图6为本发明实施例中的第一本体的顶部结构示意图；

图7为本发明实施例中的第一本体的底部结构示意图；

图8为本发明实施例中的第二本体的顶部结构示意图；

图9为本发明实施例中的第二本体的底部结构示意图；

图10为本发明实施例中的铜球盖的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种双轴霍尔操纵杆，如图1所示，包括：

一第一本体1，第一本体1的中心位置具有一半球孔10(图6所示)；

一轴杆2，如图5所示，轴杆2的一端为一中空结构的球体20，球体20可转动的设置于半球孔10内；

一磁钢3，设置于球体20内，以使磁钢3随球体20转动；

一线路板4，线路板4上设有一霍尔传感器，线路板4固定于第一本体1的底部，以使霍尔传感器位于轴杆2的回转中心并与磁钢3对应；

霍尔传感器用以检测磁钢3分别于X轴和Y轴的位置信息，并将位置信息转换为对应的角度信号，通过线路板4输出；

一弹性触块5，固定于球体20的底部；

一微动开关6，绕弹性触块5的周向设置，当球体20转动一预设角度时，弹性触块5触发微动开关6，以使微动开关6输出对应的方向信号；

一第二本体7，固定于第一本体1的底部；

第二本体7的底部设有多个安装孔70，微动开关6通过任一安装孔70固定于第二本体7的底部。

具体地，本实施例中双轴霍尔操纵杆主要包括尼龙注塑的第一本体1(图6和图7所示)和第二本体7(图8和图9所示)，第一本体1的底部和第二本体7的顶部分别设有四个对应的孔。双轴霍尔操纵杆还包括可在第一本体1和第二本体7的中心转动的轴杆2，设置于轴杆2的回转中心的线路板4，以及安装于轴杆2的底部，用于触发微动开关6的弹性触块5。第一本体1为产品的安装基准，轴杆2可穿入第一本体1中心的半球孔10，并且球体20可在半球孔10内转动；线路板4为T型，采用三根定位柱11将线路板4固定于第一本体1的底部，以使线路板4处于球体20的圆心，即轴杆2的回转中心，线路板4上还设有一霍尔传感器，霍尔传感器与线路板4电性连接；线路板3的下方，即球体20内侧的底部还设有一磁钢3，磁钢3跟随轴杆2的转动而转动，而霍尔传感器固定于线路板4上，因此，磁钢3在转动的过程中，与霍尔传感器之间的相对位置发生变化，霍尔传感器以回转中心为坐标原点，通过检测磁钢3产生的磁场强度来检测其于X轴和Y轴的位置信息，从而采集到轴杆2的转动角度，并将位置信息转换成角度信号反馈给线路板4，霍尔传感器采集到的角度信号可通过线路板4上的接插件输出。

具体地，如图2所示，在本实施例中，当推动轴杆2达到一预设角度(本实施例中为5°)时，球体20底部的弹性触块5转动触碰到微动开关6，从而触发微动开关6，当微动开关6被触发后，输出该微动开关对应的方向信号。微动开关6可选用市场上的各类成熟型号，通过触发力的选择，及在第二本体7底部不同的安装孔的位置选择，实现不同角度的信号触发，如图9所示，第二本体7底部包括多个角度的安装孔，可根据实际需要将微动开关6安装在特定的安装孔内。霍尔传感器采用MLX90333双路输出芯片，X轴和Y轴的角度信号通过双路输出，该角度信号可自由选择为模拟信号或数字信号，亦可对信号的输出曲线自由定义，有极高的灵活性，从而实现了同时输出开关量信号、模拟量信号和数字量信号。

作为优选的实施方式，弹性触块5采用3D打印技术制作而成，材质为特殊尼龙材料，具有良好的结构强度、韧性和抗疲劳性。弹性触块5安装于球体20底部的突出部，如图4所示，弹性触块5具有螺旋线型结构，利用打印材料的弹性和螺旋线的结构，实现在双轴霍尔操纵杆推动较小角度(约5°左右)时触发微动开关6，输出方向信号，如图2所示，在触发微动开关6后，继续推动双轴霍尔操纵杆时，弹性触块5的螺旋结构发生压缩变形，使轴杆2可继续推动(大于20°)而不被微动开关6顶住限位，这一过程通过线路板4输出双轴霍尔操纵杆的转动角度的模拟信号或数字信号。此设计兼顾了微动开关6小行程的触发和双轴霍尔操纵杆大行程的操作角度，使开关信号和角度的模拟信号、数字信号兼容。同时，弹性触块5利用3D打印工艺生产，可根据产品选用的微动开关6的种类打印不同尺寸的弹性触块5，实现不同型号，不同角度的微动开关触发，可使开关信号和角度的模拟信号、数字信号灵活组合，实现多功能的操控。

具体地，如图3所示，霍尔传感器采用MLX90333 KGO双路芯片。该芯片具有三维模式，可直接输出磁钢3的于X轴、Y轴的位置信息。该芯片为双路芯片，本电路中将双路的电源合并，减少了接插件针脚。本电路中包含一块MLX90333 KGO芯片和8个100nF电容，其中第一电容C1、第四电容C4设置于电源输入端，用于对电源的滤波；第二电容C2、第三电容C3设置于电源接地端，用于对电源的反向滤波；第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8分别连接于第一X轴输出端X-OUT1、第一Y轴输出端Y-OUT1、第二X轴输出端X-OUT2、第二Y轴输出端Y-OUT2与地线之间，用于对输出的角度信号进行滤波保护。

在一种较优的实施例中，如图7所示，半球孔10的两侧具有一对相对设置的限位槽101，同时，如图5所示，球体20的两侧具有一对相对设置的止动部件201，一对止动部件201分别设置于半球孔10的一对限位槽101内，以避免球体20沿轴向旋转。止动部件201的尺寸应与限位槽101的尺寸适配。

在一种较优的实施例中，如图1所示，第一本体1的顶部设有一限位板12，限位板12内设有十字形槽，用以对轴杆2进行限位和导向。

具体地，通常操纵杆的转动方向包括“前”、“后”、“左”、“右”四个方向，为了对轴杆2的转动方向进行限制，因此，在限位板12套设于轴杆2上，以使轴杆2在限位板12的十字形槽内转动。由于限位板12采用不锈钢材料，为了避免轴杆2在转动过程中被限位板12刮伤，在轴杆2能够与限位板12接触的部分设置一保护套21。

在一种较优的实施例中，如图1所示，双轴霍尔操纵杆还包括：

一滑块8，设置于球体20的顶部；

一复位弹簧9，复位弹簧9的一端连接滑块8，复位弹簧9的另一端固定于轴杆2背向球体20的一端；

当轴杆2被推动时，滑块3上升以使复位弹簧9压缩，当停止推动轴杆2后，复位弹簧9自动复位，将滑块8向下推动，以使轴杆2复位。

具体地，通过上述技术方案，如图2所示，在用户推动轴杆2时，滑块8的一侧被第二本体7的顶部限位，以使滑块8对复位弹簧9施加外力，使复位弹簧9压缩；当用户松开轴杆2后，复位弹簧9自动复位，从而带动轴杆2自动复位。因此，只有在用户对操纵杆进行操作时，微动开关6才会开启，而在停止推动操纵杆时，微动开关6也会立即关闭，这属于“Dead ManSwitch”(死人开关系统)，目的在于避免因设备长期开启无人管理而造成的安全隐患。

在一种较优的实施例中，如图10所示，线路板4为T型结构，线路板4包括复数个定位孔，且第一本体1的底部包括与复数个定位孔对应设置的复数根定位柱11，以使线路板4通过复数个定位孔固定于复数根定位柱11上。在本实施例中，定位孔和定位柱11的数量应适配，定位孔和定位柱11的数量均为三个。

在一种较优的实施例中，如图4所示，弹性触块5为螺旋状，且弹性触块5的中心设有一凹槽50；

球体20的底部包括一突出部202，突出部202卡合于凹槽50内，以使弹出触块5固定于球体20的底部。

在一种较优的实施例中，如图1所示，轴杆2背向球体20的一端设有一开关把手22，开关把手22为中空结构，且开关把手22内设有至少一个开关按钮(图中未显示出)，开关按钮通过开关引线连接于线路板4。

具体地，开关把手22可通过螺纹拧于轴杆2的顶端，为了便于用户操作，可在开关把手22内设置1～2个开关按钮，轴杆2的主体也为中空结构，开关引线穿过轴杆2的主体将开关按钮和线路板连接起来。线路板4上设有四个引线焊盘，可将开关把手22上的开关引线焊接于线路板4上，将开关按钮形成的开关信号通过线路板4上的接插件输出。

作为优选的实施方式，开关按钮上的开关引线还可以穿过线路板4开口的堵头13伸到第一本体1的外侧。堵头13用于在产品不安装线路板4时，将第一本体1上的开口封堵，堵头13上带有四个出线孔，可让开关按钮上的开关引线从此穿出。

在一种较优的实施例中，双轴霍尔操纵杆还包括一防尘罩14，套设于轴杆2上，且防尘罩14的底部通过一安装面板15固定于第一本体1的顶部。

具体地，防尘罩14采用橡胶材质，安装面板15为工字槽结构，设置于第一本体1的顶部，可用于固定防尘罩14。防尘罩14套设于轴杆2上，其顶端套于轴杆2的复位弹簧9的顶部，其下端嵌设于安装面板15的工字槽内。

在一种较优的实施例中，铜球盖16通过冲压制成，装于第一本体1的底部，用于将轴杆2固定于第一本体1的半球孔10内。铜球盖16的侧边镂空，可使线路板4穿过，铜球盖16的顶部镂空，可露出球体20底部设置的突出部202，从而使弹性触块5安装于突出部202上。

本发明技术方案的有益效果在于：提供一种双轴霍尔操纵杆，能够同时兼容开关量信号、模拟量信号以及数字量信号；并且，双轴霍尔操纵杆的操作角度更大，增加了产品应用的灵活性、通用性。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双轴霍尔操纵杆，其特征在于，包括：

一第一本体，所述第一本体的中心位置具有一半球孔；

一轴杆，所述轴杆的一端为一中空结构的球体，所述球体可转动的设置于所述半球孔内；

一磁钢，设置于所述球体内，以使所述磁钢随所述球体转动；

一线路板，所述线路板上设有一霍尔传感器，所述线路板固定于所述第一本体的底部，以使所述霍尔传感器位于所述轴杆的回转中心并与所述磁钢对应；

所述霍尔传感器用以检测所述磁钢分别于X轴和Y轴的位置信息，并将所述位置信息转换为对应的角度信号，以通过所述线路板输出；

一弹性触块，固定于所述球体的底部；

一微动开关，绕所述弹性触块的周向设置，当所述球体转动一预设角度时，所述弹性触块触发所述微动开关，以使所述微动开关输出对应的方向信号。

2.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述半球孔的两侧具有一对相对设置的限位槽，且所述球体的两侧具有一对相对设置的止动部件，一对所述止动部件分别设置于一对所述限位槽内，以避免所述球体沿轴向旋转。

3.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述双轴霍尔操纵杆还包括：

一第二本体，固定于所述第一本体的底部；

所述第二本体的底部设有多个安装孔，所述微动开关通过任一所述安装孔固定于所述第二本体的底部。

4.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述线路板包括复数个定位孔，且所述第一本体的底部包括与复数个所述定位孔对应设置的复数根定位柱，以使所述线路板通过复数个所述定位孔固定于复数根所述定位柱上。

5.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述轴杆背向所述球体的一端设有一开关把手，所述开关把手为中空结构，且所述开关把手内设有至少一个开关按钮。

6.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述第一本体的顶部设有一限位板，所述限位板内设有一十字形槽，用以对所述轴杆进行限位和导向。

7.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述双轴霍尔操纵杆还包括：

一滑块，设置于所述球体的顶部；

一复位弹簧，所述复位弹簧的一端连接所述滑块，所述复位弹簧的另一端固定于所述轴杆背向所述球体的一端；

当所述轴杆被推动时，所述滑块上升以使所述复位弹簧压缩，当停止推动所述轴杆后，所述复位弹簧自动复位，将所述滑块向下推动，以使轴杆复位。

8.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述弹性触块为螺旋状，且所述弹性触块的中心设有一凹槽；

所述球体的底部包括一突出部，所述突出部卡合于所述凹槽内，以使所述弹出触块固定于所述球体的底部。

9.根据权利要求5所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，所述开关按钮通过开关引线连接于线路板。

10.根据权利要求1所述的双轴霍尔操纵杆，其特征在于，还包括：

一防尘罩，套设于所述轴杆上，且所述防尘罩的底部通过一安装面板固定于所述第一本体的顶部。