CN114613634A - 按键结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种按键结构和电子设备，按键结构包括壳体、按键组件、直线驱动机构和位移检测机构，壳体具有在第一方向上延伸设置的安装部，按键组件包括安装架和安设于安装架上的按键，安装架沿第一方向可移动地设于壳体，直线驱动机构包括固定设于壳体的定子、以及沿第一方向可活动设于壳体的动子，动子与安装架驱动连接，定子和动子其中之一为扁平线圈，另一为磁体结构，磁体结构形成有磁场，扁平线圈处在磁场；位移检测机构包括分别设于安装架的感应件和设于安装部的检测件。通过将感应件和检测件设置在相互平行设置的安装架和安装部上，待检测的磁场的变化呈线性变化，以解决现有的按键结构监控按键位移量时，需要对位移传感器进行校准的问题。

Description

按键结构和电子设备

技术领域

本发明涉及游戏设备技术领域，尤其涉及按键结构和电子设备。

背景技术

随着元宇宙的兴起，玩家对虚拟世界的真实感受需求越来越高，班机作为力反馈的主要人机交互窗口，丰富真实的力反馈成为各家研究的重点，而实现丰富的力反馈效果需要实时监控出力部位的位置信息，配合闭环控制波形来实现。

现在市面绝大多数的扳机位置监控方案是扳机磁铁设置在扳机上，通过扣动扳机，磁铁跟随班机一起摆动，靠近主板的霍尔监控器，此种方案在扳机上需要额外设计磁铁固定部，结构复杂；并且接近式的方案由于磁场的非线性，后期需对霍尔传感器进行一对一校准，控制复杂。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种按键结构和电子设备，旨在解决现有的按键结构监控按键位移量时，需要对位移传感器进行校准的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种按键结构，其中所述按键结构包括：

壳体，具有在第一方向上延伸设置的安装部；

按键组件，包括安装架和安设于所述安装架上的按键，所述安装架沿所述第一方向可移动地设于所述壳体；

直线驱动机构，包括固定设于所述壳体的定子、以及沿所述第一方向可活动设于所述壳体的动子，所述动子与所述安装架驱动连接，所述定子和所述动子其中之一为扁平线圈，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述扁平线圈处在所述磁场；以及，

位移检测机构，包括感应件和检测件，所述感应件和所述检测件其中之一设于所述安装架，另一设于所述安装部。

可选地，所述壳体形成有安装通道，所述定子设于所述安装通道内，所述安装部位于所述安装通道外侧，且所述安装部上设有所述检测件；

所述安装架沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道，以具有露设于所述安装通道外的第一端、以及位于所述安装通道内的第二端，所述第一端设有与所述检测件对应设置的感应件，所述第二端驱动连接于所述动子。

可选地，所述感应件包括磁体，所述磁体的充磁方向沿所述第一方向设置，所述检测件包括霍尔传感器。

可选地，所述按键结构还包括控制器和供电模块，所述霍尔传感器用以检测所述磁体的位移信号，所述控制器与所述霍尔传感器和所述供电模块电性连接，以根据所述位移信号控制所述供电模块的电流大小和电流方向。

可选地，所述磁体结构包括磁体组，所述磁体组包括两个磁体，两个所述磁体之间形成磁间隙，所述扁平线圈设于所述磁间隙；

所述定子包括两个所述磁体，所述动子包括所述扁平线圈。

可选地，所述磁体组设置为至少两组，两组所述磁体组在所述第一方向上布设，两组所述磁体组位于所述磁间隙同一侧的磁体的极性反向设置，以使得所述磁间隙在对应所述两组磁体组处的磁场方向相反；

所述扁平线圈在所述第一方向上的两个相对设置的边、对应处在所述两组磁体组对应的所述磁间隙中。

可选地，所述壳体包括多个侧部，多个所述侧部围合形成沿所述第一方向延伸设置的安装通道，多个所述侧部包括呈相对设置的第一侧部和第二侧部，所述安装架沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道；

所述磁体结构和所述扁平线圈在所述第一侧部和所述第二侧部之间层叠设置。

可选地，所述按键结构还包括复位件，用以在所述按键活动时，与所述动子共同作用于所述按键。

本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的按键结构，所述按键结构包括：

壳体，具有在第一方向上延伸设置的安装部；

按键组件，包括安装架和安设于所述安装架上的按键，所述安装架沿所述第一方向可移动地设于所述壳体；

直线驱动机构，包括固定设于所述壳体的定子、以及沿所述第一方向可活动设于所述壳体的动子，所述动子与所述安装架驱动连接，所述定子和所述动子其中之一为扁平线圈，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述扁平线圈处在所述磁场；以及，

位移检测机构，包括感应件和检测件，所述感应件和所述检测件其中之一设于所述安装架，另一设于所述安装部。

可选地，所述电子设备包括游戏操作装置或者移动终端设备。

本发明提供的技术方案中，所述扁平线圈和所述磁体结构之间产生相互作用的电磁力，从而反馈到所述动子上，所述动子与所述按键驱动连接，使得反馈力能够作用于用户的手指，并且，在壳体上设置沿第一方向延伸设置的安装部，并且动子沿第一方向可移动地设于所述壳体，使得安装于所述安装架上的按键也被所述动子驱动沿所述第一方向活动，通过将感应件和检测件分别设置在相互平行设置的所述安装架和所述安装部上，在所述按键随着所述安装架沿第一方向活动的时候，所述位移检测机构可以检测到所述按键在所述第一方向上的位移量，所述感应件与所述检测件只存在在所述第一方向上距离的变化，不涉及到多个维度的变化，使得所述检测件所检测的变量比较单一，待检测的磁场的变化呈线性变化，以解决现有的按键结构监控按键位移量时，需要对位移传感器进行校准的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的按键结构一实施例的立体示意图；

图2为图1中的按键结构的爆炸结构示意图；

图3为图1中磁体结构和霍尔磁铁的磁场方向的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	按键结构	31a	磁体结构
1	壳体	30	磁体组
				11	安装部	311	磁体
12	安装通道	32	动子
				2	按键组件	321	扁平线圈
21	安装架	4	位移检测机构
				22	按键	41	感应件
3	直线驱动机构	42	检测件
				31	定子	5	复位件

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

随着元宇宙的兴起，玩家对虚拟世界的真实感受需求越来越高，班机作为力反馈的主要人机交互窗口，丰富真实的力反馈成为各家研究的重点，而实现丰富的力反馈效果需要实时监控出力部位的位置信息，配合闭环控制波形来实现。现在市面绝大多数的扳机位置监控方案是扳机磁铁设置在扳机上，通过扣动扳机，磁铁跟随班机一起摆动，靠近主板的霍尔监控器，此种方案在扳机上需要额外设计磁铁固定部，结构复杂；并且接近式的方案由于磁场的非线性，后期需对霍尔传感器进行一对一校准，控制复杂。

为了解决上述问题，本发明提供一种按键结构100，图1至图3为本发明提供的按键结构100的具体实施例。

请参阅图1至图3，所述按键结构100包括壳体1、按键22组件2、直线驱动机构3和位移检测机构4，所述壳体1具有在第一方向上延伸设置的安装部11，所述按键22组件2包括安装架21和安设于所述安装架21上的按键22，所述安装架21沿所述第一方向可移动地设于所述壳体1，所述直线驱动机构3包括固定设于所述壳体1的定子31、以及沿所述第一方向可活动设于所述壳体1的动子32，所述动子32与所述安装架21驱动连接，所述定子31和所述动子32其中之一为扁平线圈321，另一为磁体结构31a，所述磁体结构31a形成有磁场，所述扁平线圈321处在所述磁场；所述位移检测机构4包括感应件41和检测件42，所述感应件41和所述检测件42其中之一设于所述安装架21，另一设于所述安装部11。

本发明提供的技术方案中，所述扁平线圈321和所述磁体结构31a之间产生相互作用的电磁力，从而反馈到所述动子32上，所述动子32与所述按键22驱动连接，使得反馈力能够作用于用户的手指，，所述直线驱动机构3的整体结构在满足力反馈效果的前提下，能够实现扁平化及小型化超薄设计，并且，在壳体1上设置沿第一方向延伸设置的安装部11，并且动子32沿第一方向可移动地设于所述壳体1，使得安装于所述安装架21上的按键22也被所述动子32驱动沿所述第一方向活动，通过将感应件41和检测件42分别设置在相互平行设置的所述安装架21和所述安装部11上，在所述按键22随着所述安装架21沿第一方向活动的时候，所述位移检测机构4可以检测到所述按键22在所述第一方向上的位移量，所述感应件41与所述检测件42只存在在所述第一方向上距离的变化，不涉及到多个维度的变化，使得所述检测件42所检测的变量比较单一，待检测的磁场的变化呈线性变化，以解决现有的按键结构100监控按键22位移量时，需要对位移传感器进行校准的问题。

具体地，所述位移检测机构4可以是通过红外检测、可以是通过磁感应检测、还可以是电容电阻进行检测，为了使得所述位移检测机构4能够精准的检测，不受其它因素干扰，在本实施例中，所述壳体1形成有安装通道12，所述定子31设于所述安装通道12内，所述安装部11位于所述安装通道12外侧，且所述安装部11上设有所述检测件42，所述安装架21沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道12，以具有露设于所述安装通道12外的第一端、以及位于所述安装通道12内的第二端，所述第一端设有与所述检测件42对应设置的感应件41，所述第二端驱动连接于所述动子32。因所述定子31和所述动子32均设于所述安装通道12内，并且所述定子31和所述动子32之间是通过电磁力驱动的方式驱动，可以理解的是，因所述磁体结构31a形成有磁场，若所述位移检测机构4的作用原理和磁场变化相关，则所述磁场会对所述位移检测机构4造成一定的影响，影响检测结果。而所述磁场分布于所述安装通道12内，而所述安装部11和所述安装架21的第二端设于所述安装通道12外侧，使得所述位移检测机构4处于所述安装通道12外，这样所述位移检测机构4受到所述磁体结构31a形成的磁场的干扰因素大大的减少。

可以理解的是，因所述安装通道12的体积相对于所述安装架21的体积来说较大，为了实现所述直线驱动机构3的超薄化，其体积尽可能的小，其结构尽可能的扁平，将所述安装部11设于所述安装通道12外部，所述安装部11与所述安装架21间隔设置，将所述位移检测机构4设于所述安装部11与所述安装架21之间的间隙处，这样使得所述位移检测机构4尽可能不占用所述安装通道12内部的空间，使得所述直线驱动机构3更为轻薄，结构更为紧凑。

具体地，在本实施例中，所述感应件41包括磁体，所述磁体的充磁方向沿所述第一方向设置，所述检测件42包括霍尔传感器，通过所述霍尔传感器检测所述磁体周侧的产生的磁场经所述霍尔传感器的磁通量的变化，可以精确检测所述安装架21的位移量，也反映了所述按键22的位移量。因所述霍尔传感器的检测原理为现有技术，本申请不再做具体阐述。

进一步地，所述按键结构100还包括控制器和供电模块，所述供电模块用以给所述扁平线圈321提供不同大小和不同电流方向的电流，所述霍尔传感器用以检测所述磁体的位移信号，所述控制器与所述霍尔传感器和所述供电模块电性连接，以根据所述位移信号控制所述供电模块的电流大小和电流方向。

进一步地，请参阅图3，在本实施例中，所述磁体结构31a包括磁体组30，所述磁体组30包括两个磁体311，两个所述磁体311之间形成磁间隙，所述扁平线圈321设于所述磁间隙，所述定子31包括两个所述磁体311，所述动子32包括所述扁平线圈321。在所述扁平线圈321通以交流电时，处在所述磁间隙中的所述扁平线圈321的一部分将产生安培力，具体可以根据左手定则进行判断：伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指向的就是安培力方向(即导体受力方向)。由此可以得出在磁场中扁平线圈321所受到力的作用的方向，当需要增大反馈力的阻碍感时，可将所述扁平线圈321内的电流方向设置为其产生的安培力朝向用户手指的方向，当需要有泄力感时，可将所述扁平线圈321内的电流方向设置为其产生的安培力背向用户手指的方向。

需要说明的是，因安培力是磁体311和通电导线之间相互作用而产生的力，可以理解的是，所述定子31可以是包括两个所述磁体311，所述动子32包括所述扁平线圈321，当两个所述磁体311固定于所述壳体1的时候，所述扁平线圈321被安培力驱动活动，当然，当所述扁平线圈321固定于所述壳体1的时候，安培力作用于两个所述磁体311，所述扁平线圈321可以认定为所述定子31，两个所述磁体311可以理解为所述动子32。

进一步地，因所述扁平线圈321在横截面上的两个部分的导线的电流方向反向设置，为了使得反馈力的力度有较大的区间值，能够充分满足用户的体验感，在本实施例中，所述磁体组30设置为至少两组，两组所述磁体组30在所述第一方向上布设，两组所述磁体组30位于所述磁间隙同一侧的磁体311的极性反向设置，以使得所述磁间隙在对应所述两组磁体组30处的磁场方向相反，所述扁平线圈321在所述第一方向上的两个相对设置的边、对应处在所述两组磁体组30对应的所述磁间隙中。这样所述扁平线圈321在所述第一方向上的两个相对设置的边都能够同时感应到同方向的安培力，使得所述反馈力的理论值增大了一倍。当然，调节反馈力的大小，除了可以设置更多的所述磁体组30和所述扁平线圈321之外，还可以改变所述扁平线圈321的电流值，当电流值越大，安培力越大，反之安培力越小。

具体地，为了配合所述扁平线圈321的扁平化和超薄化设计，请参阅图3，在本实施例中，所述壳体1包括多个侧部，多个所述侧部围合形成沿所述第一方向延伸设置的安装通道12，优选地，所述安装通道12的横截面的形状为长方形，多个所述侧部包括呈相对设置的第一侧部和第二侧部，所述按键22组件22沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道12，所述磁体结构31a和所述扁平线圈321在所述第一侧部和所述第二侧部之间层叠设置，使得所述按键结构100在厚度方向上结构紧凑，适合不同类型的手柄扳机的需求。

进一步地，请参阅图2，在本实施例中，所述按键结构100还包括设于所述按键22和所述壳体1之间的复位件5，用以在所述按键22活动时，与所述动子32共同作用于所述按键22，所述复位件5具体为弹簧，所述弹簧的一端与所述按键22连接，另一端与所述壳体1连接，以在所述按键22相对所述壳体1活动时发生形变，以产生弹性恢复力从而提供复位力。当用户手指需要按压操作所述按键22的时候，所述复位件5产生的弹力反馈给用户手指，并且提供所述按键22复位的复位力，当在按压所述按键22的操作过程中，所述复位件5产生的弹力和所述动子32和所述定子31之间的电磁力的共同形成的合力反馈到用户手指。

在实际应用中，用户在游戏使用时，扣动扳机，按压所述按键22进行进行游戏操作，例如假定为赛车游戏操作时，当游戏内的汽车处于静止状态时，游戏的信息不产生电流，此时用户按压下所述按键22后，感受到的反馈力即为所述复位件5产生的复位弹力；当汽车在开动时，此时在游戏场景中的阻力较小，所述供电模块提供的电流为负向电流，负向电流通过所述扁平线圈321，并与所述磁体结构31a之间产生的安培力方向与前述的排斥力方向相反，用户感受的反馈力为复位弹力减去安培力的合力，即用户感受到的游戏反馈力也较小，比较容易开动；同理，当汽车撞上障碍时，此时所述供电模块提供的电流为正向电流，安培力方向与复位弹力方向相同，因此用户感受到的游戏反馈力为复位弹力与安培力之和，此时对应游戏内容反馈力变大，难以开动。

本发明还提供一种电子设备，所述电子设备可以是游戏手柄，可以是游戏机、游戏操作装置或者移动终端设备等，该电子设备包括所述按键结构100，该按键结构100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种按键结构，其特征在于，包括：

壳体，具有在第一方向上延伸设置的安装部；

按键组件，包括安装架和安设于所述安装架上的按键，所述安装架沿所述第一方向可移动地设于所述壳体；

直线驱动机构，包括固定设于所述壳体的定子、以及沿所述第一方向可活动设于所述壳体的动子，所述动子与所述安装架驱动连接，所述定子和所述动子其中之一为扁平线圈，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述扁平线圈处在所述磁场；以及，

位移检测机构，包括感应件和检测件，所述感应件和所述检测件其中之一设于所述安装架，另一设于所述安装部。

2.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述壳体形成有安装通道，所述定子设于所述安装通道内，所述安装部位于所述安装通道外侧，且所述安装部上设有所述检测件；

所述安装架沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道，以具有露设于所述安装通道外的第一端、以及位于所述安装通道内的第二端，所述第一端设有与所述检测件对应设置的感应件，所述第二端驱动连接于所述动子。

3.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述感应件包括磁体，所述磁体的充磁方向沿所述第一方向设置，所述检测件包括霍尔传感器。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的按键结构，其特征在于，所述按键结构还包括控制器和供电模块，所述霍尔传感器用以检测所述磁体的位移信号，所述控制器与所述霍尔传感器和所述供电模块电性连接，以根据所述位移信号控制所述供电模块的电流大小和电流方向。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的按键结构，其特征在于，所述磁体结构包括磁体组，所述磁体组包括两个磁体，两个所述磁体之间形成磁间隙，所述扁平线圈设于所述磁间隙；

所述定子包括两个所述磁体，所述动子包括所述扁平线圈。

6.如权利要求5所述的按键结构，其特征在于，所述磁体组设置为至少两组，两组所述磁体组在所述第一方向上布设，两组所述磁体组位于所述磁间隙同一侧的磁体的极性反向设置，以使得所述磁间隙在对应所述两组磁体组处的磁场方向相反；

所述扁平线圈在所述第一方向上的两个相对设置的边、对应处在所述两组磁体组对应的所述磁间隙中。

7.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述壳体包括多个侧部，多个所述侧部围合形成沿所述第一方向延伸设置的安装通道，多个所述侧部包括呈相对设置的第一侧部和第二侧部，所述安装架沿所述第一方向可滑动地设于所述安装通道；

所述磁体结构和所述扁平线圈在所述第一侧部和所述第二侧部之间层叠设置。

8.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述按键结构还包括复位件，用以在所述按键活动时，与所述动子共同作用于所述按键。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的按键结构。

10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括游戏操作装置或者移动终端设备。

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