CN219875710U - 一种基于压电反馈的按键 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压电反馈的按键，包括：上盖，其顶表面具有可按压区域；壳体，其具有顶部开口区，上盖安装于壳体上并封闭顶部开口区；PCB板，其置于壳体内，且其上设置主控单元和压电驱动单元；压电陶瓷单元，其对应可按压区域设置且分别与主控单元和压电驱动单元连接，压电陶瓷单元接收来自可按压区域的按压力后产生电信号，在主控单元接收到该电信号后驱动压电驱动单元工作，使压电陶瓷单元产生振动。本实用新型提出的基于压电反馈的按键，提高按键触发反馈效果，提升用户使用体验。

Description

一种基于压电反馈的按键

技术领域

本实用新型属于按键技术领域，具体地说，是涉及一种基于压电反馈的按键。

背景技术

随着智能化发展，对按键的要求也有所提升，例如在日新月异发展的汽车行业，智能座舱中通常会用到按键交互，在按键按下后，有时会无法得知是否成功触发对应的功能，因此，用户对智能座舱的按键体验需求也越来越高。传统物理按键是通过按钮受压的实际动作行程，导致弹性零件力值反馈实现用户交互，交互形式比较单一。

在移动终端中常用的振动马达的原理是利用偏心电机产生振动。偏心电机转动时，安装在电机转子上的偏心凸轮做圆周运动，从而产生离心力，由于离心力方向随凸轮的转动而不断变化，从而产生振动。将偏心电机与手机的控制电路结合起来，当接收到信号并需要以振动方式提醒的时候，手机的控制电路就会发出信号，控制偏心电机转子带动凸轮转动，从而产生振动提示用户。

但是，振动马达在温度较低时触感会明显下降，在零下10度以下甚至不能工作，降低使用触感。而且振动马达不能立即启动和停止，且机械噪音大，对内部的硬件也会有强烈的电磁干扰，不适合用在对电磁兼容性要求极其严格的车载坏境。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中采用传统按键实现交互单一的问题，提出一种基于压电反馈的按键，提高按键触发反馈效果，提升用户使用体验。

为实现上述实用新型/设计目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

本申请涉及一种基于压电反馈的按键，包括：

上盖，其顶表面具有可按压区域；

壳体，其具有顶部开口区，所述上盖安装于所述壳体上并封闭所述顶部开口区；

PCB板，其置于所述壳体内，且其上设置主控单元和与所述主控单元连接的压电驱动单元；

压电陶瓷单元，其对应所述可按压区域设置，且分别与所述主控单元和所述压电驱动单元连接，所述压电陶瓷单元接收来自所述可按压区域的按压力后产生电信号，在所述主控单元接收到所述电信号后驱动所述压电驱动单元工作，使所述压电陶瓷单元产生振动。

在本申请的一些实施例中，所述上盖朝向所述顶部开口区的内侧壁上设置有支撑板，所述压电陶瓷单元设置于所述支撑板上。

在本申请的一些实施例中，所述壳体内设对应于所述压电陶瓷单元的辅助支撑部，在所述上盖安装于所述壳体上时，所述辅助支撑部位于所述压电陶瓷单元的正下方，且两者之间具有间隙。

在本申请的一些实施例中，所述壳体包括：

筒状中壳体，其内设所述辅助支撑部；

下壳体，其可拆卸地安装于所述中壳体上，且与所述中壳体之间形成容纳空间，所述PCB板置于所述容纳空间内。

在本申请的一些实施例中，所述中壳体设置中隔板，所述中隔板朝向所述上盖的表面上设置所述辅助支撑部，在所述下壳体安装于所述中壳体上时，所述中隔板和所述下壳体之间形成所述容纳空间。

在本申请的一些实施例中，所述中隔板朝向所述容纳空间的表面设置有用于抵靠所述PCB板的若干支撑螺柱，所述PCB板上对应各支撑螺柱开设有第一安装孔，在所述下壳体底壁上对应各第一安装孔开设第二安装孔，在所述下壳体安装于所述中壳体上时，螺钉穿过第二安装孔和第一安装孔伸入支撑螺柱内。

在本申请的一些实施例中，所述下壳体内设有用于定位所述PCB板的定位柱，对应所述PCB板上开设供所述定位柱穿过的定位孔。

在本申请的一些实施例中，所述中壳体和下壳体相互卡接。

在本申请的一些实施例中，所述上盖朝向所述顶部开口区的内侧壁上形成有若干热熔柱，所述支撑板上对应若干热熔柱的部分上形成有若干连接孔，对应热熔柱穿过对应连接孔固定。

在本申请的一些实施例中，所述压电陶瓷单元粘贴至所述支撑板上。

在本申请的一些实施例中，所述压电陶瓷单元包括若干个压电陶瓷片。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

通过用户手按可按压区域时，压电陶瓷单元受压变形产生电信号，进而驱动压电陶瓷单元产生振动，实现向用户触觉反馈，提醒用户按键操作完成，且使用范围广、实时性好，且温度使用范围宽，适合推广使用。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的按键实施例的框图；

图2是本实用新型所提出的按键实施例的结构图；

图3是本实用新型所提出的按键实施例的分解图；

图4是本实用新型所提出的按键实施例的剖视图；

图5是本实用新型所提出的按键实施例中中壳体的结构图一；

图6是本实用新型所提出的按键实施例中中壳体的结构图二；

图7是本实用新型所提出的按键实施例中上盖的结构图；

附图标记：

100-按键；110-上盖；111-可按压区域；112-热熔柱；113-凸台；120-中壳体；121/121'-辅助支撑部；122-中隔板；123-卡块；124-点胶槽；125-支撑螺柱；126-避让孔；130-下壳体；131-定位柱；132-卡口；133-第一安装孔；140-PCB板；141-定位孔；142-第二安装孔；150/150'-压电陶瓷片；160-支撑板；161-连接孔；

170-主控单元；180-压电驱动单元；190-压电陶瓷单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为了向用户按压按键时，能够向用户提供触觉反馈，直观反映该按键操作是否成功触发，参见图1至图7，本申请涉及一种基于压电反馈的按键100，其利用压电陶瓷单元190的逆压电效应，使压电陶瓷单元190产生振动，以直观反馈至用户。

该按键100包括上盖110、壳体、PCB板140和压电陶瓷单元190。

壳体具有顶部开口区，上盖110安装于壳体上并封闭该顶部开口区。

参见图2，该上盖上110形成有可按压区域111，用于用户手指按压，该可按压区域111可以设计为方形、圆形、椭圆形等形状。

PCB板140为器件载体，其上设置有主控单元170和压电驱动单元180，该压电驱动单元180和主控单元170连接，参见图1。

对应该可按压区域111设置有压电陶瓷单元190，用于在用户手指按压可按压区域111时，压力传递至压电陶瓷单元190，压电陶瓷单元190在感受到压力后输出电信号（例如电压信号），该电信号能够传输至主控单元110。

在本申请的一些实施例中，压电陶瓷单元190包括多个压电陶瓷片（参见图3中示出的压电陶瓷片150和150'），多个压电陶瓷片对应可按压区域111的布置方式以在用户手指按压时能够易于使压电陶瓷片感受到压力即可。

该压电陶瓷单元190与压电驱动单元180驱动连接，参见图1。

该主控单元170接收到该电信号后驱动压电驱动单元180工作，使压电陶瓷单元190产生振动。

在本申请的一些实施例中，多个压电陶瓷片和可按压区域111位于上盖110的不同侧，可以将多个压电陶瓷片沿可按压区域111相对区域的边缘对应设置，形成环形振动结构。

采用此环形振动结构，使压电陶瓷单元190所产生的振动覆盖可按压区域111的各方位，以加强按压时反馈的触感，使在可按压区域111的任何位置按压时都可以感到足够明显的触感。

该环形振动结构并非必须是封闭的环形，也可以是未封闭的环形，只要能够保证压电陶瓷单元190的振动能够兼顾到可按压区域111的各方位即可。

如下，参见图1，将对在主控单元170接收到该电信号后，压电驱动单元180驱动压电陶瓷单元190产生振动的过程进行描述。

在本申请的一些实施例中，参见图3，并列设置有两个压电陶瓷片，可以记为压电陶瓷片150和压电陶瓷片150'。

压电驱动单元180可以包括DC-DC升压电路（未示出）、对应压电陶瓷片150的第一滤波器（未示出）和第一放大器（未示出）、对应压电陶瓷片150'的第二滤波器和第二放大器。

主控单元170可可采用AVR单片机、AT单片机等单片机芯片。

主控单元170上设置有第一引脚、第二引脚和第三引脚。

DC-DC升压电路与按键100的电源输入端连接，将从电源输入端输入的电压升压后发送到第一放大器和第二放大器。

主控单元170通过第三引脚与DC-DC升压电路连接，在主控单元170接收到如上所述的电信号后通过第三引脚发送第三PWM信号到DC-DC升压电路，以控制DC-DC升压电路的输出电压。DC-DC升压电路是通过主控单元170发送的第三PWM信号的占空比来控制输出电压的。

DC-DC升压电路是一个开关直流升压电路，也可采用一些专门的高压集成的芯片来完成开关直流升压的功能。

主控单元170在接收到如上所述的电信号后，还通过第一引脚发送第一PWM信号到第一滤波器进行滤波，第一滤波器用于将滤波后的第一PWM信号发送到第一放大器进行放大，第一放大器用于将放大后的第一PWM信号发送到两个压电陶瓷片150和150'的正极。

主控单元170在接收到如上所述的电信号后，还通过第二引脚发送第二PWM信号到第二滤波器进行滤波，第二滤波器用于将滤波后的第二PWM信号发送到第二放大器进行放大，第二放大器用于将放大后的第二PWM信号发送到两个压电陶瓷片150和150'的负极。

第三PWM信号是用于控制DC-DC升压电路37的输出电压的。

DC-DC升压电路的输出电压是根据两个压电陶瓷片150和150'振动所需的电压而确定的，用于提供第一放大器和第二放大器放大第一PWM信号和第二PWM信号所需电压。

第一PWM信号和第二PWM信号相位相反，并分别发送到两个电压陶瓷片150和150'的正极和负极，从而产生足够的驱动电压，以驱动两个压电陶瓷片150和150'振动。

上述所描述的内容也可参见申请号201520688324.9中公开的内容。

在本申请的一些实施例中，该压电驱动单元180可以为功率驱动器，其输入端与主控单元170连接，输出端与压电陶瓷片150和150'连接。

该功率驱动器的具体结构可以参见申请号201510171932.7中公开的功率驱动器的结构，在此不做赘述。

如此，能够完成在按压可按压区域110时，能够通过压电陶瓷片150和150'的振动向用户手指反馈。

在本申请中的一些实施例中，为了形成该按键100，参见图2至图7，对上盖110、壳体、PCB板140和压电陶瓷单元190进行了布置。

参见图3，在本申请中，压电陶瓷单元190包括压电陶瓷片150和150'。

参见图3和图4，上盖110朝向顶部开口区的内侧壁上设置有支撑板160，压电陶瓷片150和150'设置在支撑板160远离可按压区域111的一侧面上，使可按压区域111和压电陶瓷片150和150'位于支撑板160的两侧。

采用支撑板160安装压电陶瓷片150和150'，在用户手部按压可按压区域111时，压力通过支撑板160传递至压电陶瓷片150和150'。

压电陶瓷片150和150'可以（例如通过3M胶）胶粘至支撑板160上，如此，上盖110、支撑板160和压电陶瓷片150和150'形成一个上盖组件。

为了方便在上盖110上安装支撑板160，在上盖110的内侧壁上设置有多个热熔柱（参见图5，标记出其中一个热熔柱112）。

对应多个热熔柱112中每个，在支撑板160上形成有若干个连接孔（参见图3，标记出其中一个连接孔161），该热熔柱112的数量和连接孔161的数量相同。

在安装支撑板160时，各热熔柱112穿过各连接孔161进行配合，采用热铆工艺使支撑板160安装于上盖110上，此种安装方式精度高、强度大。

在本申请的一些实施例中，PCB板140设置于壳体内，且与上盖组件中的压电陶瓷单元190通过线束连接。

在本申请的一些实施例中，由于压电陶瓷片150和150'会因所传递的压力在Z向变形，但又考虑到压电陶瓷片150和150'本身脆性不好，过压而使得变形量过大时会有损坏风险，为了规避此风险，参见图6，在壳体内设置有辅助支撑部。

在上盖110封闭壳体的顶部开口时，辅助支撑部正好位于压电陶瓷单元的正下方且两者之间具有间隙，间隙值的设定可以根据实际情况确定。

在本申请中的一些实施例中，该间隙可以设计约为0.2mm。

辅助支撑部可以为多条辅助支撑筋形成的区域。

在本申请的一些实施例中，参见图3、图4和图6，由于并列设置有压电陶瓷片150和压电陶瓷片150'，因此，对应也并列设置有两个辅助支撑部121和121'。

在本申请的一些实施例中，为了方便装配，参见图3，壳体包括筒状中壳体120和下壳体130，筒状中壳体120可拆卸地安装于下壳体130上。

参见图6，如上所述的两个辅助支撑部121和121'内设于中壳体120内。

具体地，在中壳体120内设中隔板122，中隔板122朝向顶部开口区的侧面上形成如上所述的辅助支撑部121和121'，中隔板122下部和下壳体130形成容纳区间，PCB板140设置于该容纳空间内。

具体地，为了确保PCB板140安装的稳定性，参见图4，PCB板140设置于下壳体130内。

可以在下壳体130底壁上设置多个第一安装孔（参见图3，标记出其中一个第一安装孔133），对应地PCB板140上设置有对应各第一安装孔133的第二安装孔（参见图3，标记出其中一个第二安装孔142），其中第一安装孔133的数量和第二安装孔142的数量相等。

在中隔板122朝向容纳空间的表面上设置有用于抵靠PCB板140的若干个支撑螺柱（参见图7，标记出其中一个支撑螺柱125），支撑螺柱125的数量和第二安装孔142的数量相等。

在安装PCB板140时，参见图4，螺钉穿过第一安装孔133和第二安装孔142并伸入支撑螺柱125内，实现将PCB板140安装于下壳体130内部，螺钉对PCB板140的固定以及支撑螺柱125对PCB板140的抵靠，使得PCB板140稳定位于下壳体130内，如此，PCB板140、下壳体130和中壳体120组装成整体。

由于压电陶瓷片150和150'位于上盖110上，且PCB板140位于下壳体130内，因此，参见图6，在中隔板122上还开设有用于供压电陶瓷片150/150'和PCB板140连接的线束穿过的避让孔126。

为了方便定位PCB板140，各第一安装孔133和各第二安装孔142正对，以便于快速固定PCB板，参见图3和图4，在下壳体130内底壁上设置有用于定位PCB板140的定位柱131，对应地，PCB板140上开设供定位柱131穿过的定位孔141。

在安装PCB板140时，利用定位柱131对PCB板140进行定位时，第一安装孔133和第二安装孔142正对。

为了稳定中壳体120和下壳体130之间的连接，在本申请中的一些实施例中，中壳体120和下壳体130相互卡接。

参见图3，可以在中壳体120的外周面上形成有若干卡块（参见图3，标记出其中一个卡块123），下壳体130的外周面上形成有与中壳体120上的卡块123配合的若干卡口（参见图3，标记出其中一个卡口132），中壳体120和下壳体130通过卡块123和卡口132相互卡接。

在替代性实施例中，在中壳体120的外周面上形成有若干卡口，下壳体130的外周面上形成有与中壳体120上的卡口配合的若干卡块，中壳体120和下壳体130通过卡块和卡口相互卡接。

卡块123和卡口132的数量不限制，只要两者保持一一对应即可。

PCB板140、中壳体120和下壳体130的装配过程可以描述如下。

（1）先将PCB板140定位至下壳体130内；（2）将中壳体120卡接至下壳体130上，确保支撑螺柱125、第一安装孔133和第二安装孔142一一正对；（3）采用螺钉穿过第一安装孔133、第二安装孔142并伸入支撑螺柱125内。

中壳体120和下壳体130采用卡接和螺钉连接，在对PCB板140进行维修时，也方便拆卸。

在本申请的一些实施例中，上盖110和中壳体120可以采用胶粘、卡接等方式连接。

参见图4和图6，中壳体120的顶部开口区的周向边缘形成有点胶槽124，对应地，在上盖110底表面的周向边缘形成有凸台113，在上盖110安装于中壳体120上时，凸台113嵌入点胶槽124，使上盖110胶粘至中壳体120上。

本申请涉及的按键100，能够利用压电陶瓷片150/150'的性能，将压电陶瓷片150/150'应用于按键100上，能够在用户手部按压可按压区域110时向用户反馈振动，提醒用户已触发按键操作，提升用户交互体验；此种按键100无需采用电子件实现触觉反馈，实时性高、反馈及时、使用寿命长且温度使用范围宽。

根据如上所述的按键100的结构，可以将多个按键组合设置，实现多个按键一体制作。

具体地，可以设置一张大PCB板，在该PCB板上设置有作为数据处理中心的MCU，对应每个按键设置有相应的的压电陶瓷单元及其压电驱动单元，各压电陶瓷单元均与MCU和各自的压电驱动单元连接，此种设置方式提升整个按键外观美感，适用于对外观要求极高的智能座舱中。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于压电反馈的按键，其特征在于，包括：

上盖，其顶表面具有可按压区域；

壳体，其具有顶部开口区，所述上盖安装于所述壳体上并封闭所述顶部开口区；

PCB板，其置于所述壳体内，且其上设置主控单元和与所述主控单元连接的压电驱动单元；

压电陶瓷单元，其对应所述可按压区域设置，且分别与所述主控单元和所述压电驱动单元连接，所述压电陶瓷单元接收来自所述可按压区域的按压力后产生电信号，在所述主控单元接收到所述电信号后驱动所述压电驱动单元工作，使所述压电陶瓷单元产生振动。

2.根据权利要求1所述的按键，其特征在于，所述上盖朝向所述顶部开口区的内侧壁上设置有支撑板，所述压电陶瓷单元设置于所述支撑板上。

3.根据权利要求2所述的按键，其特征在于，所述壳体内设对应于所述压电陶瓷单元的辅助支撑部，在所述上盖安装于所述壳体上时，所述辅助支撑部位于所述压电陶瓷单元的正下方，且两者之间具有间隙。

4.根据权利要求3所述的按键，其特征在于，所述壳体包括：

筒状中壳体，其内设所述辅助支撑部；

下壳体，其可拆卸地安装于所述中壳体上，且与所述中壳体之间形成容纳空间，所述PCB板置于所述容纳空间内。

5.根据权利要求4所述的按键，其特征在于，所述中壳体设置中隔板，所述中隔板朝向所述上盖的表面上设置所述辅助支撑部，在所述下壳体安装于所述中壳体上时，所述中隔板和所述下壳体之间形成所述容纳空间。

6.根据权利要求5所述的按键，其特征在于，所述中隔板朝向所述容纳空间的表面设置有用于抵靠所述PCB板的若干支撑螺柱，所述PCB板上对应各支撑螺柱开设有第一安装孔，在所述下壳体底壁上对应各第一安装孔开设第二安装孔，在所述下壳体安装于所述中壳体上时，螺钉穿过第二安装孔和第一安装孔伸入支撑螺柱内。

7.根据权利要求6所述的按键，其特征在于，所述下壳体内设有用于定位所述PCB板的定位柱，对应所述PCB板上开设供所述定位柱穿过的定位孔。

8.根据权利要求4所述的按键，其特征在于，所述中壳体和下壳体相互卡接。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的按键，其特征在于，所述上盖朝向所述顶部开口区的内侧壁上形成有若干热熔柱，所述支撑板上对应若干热熔柱的部分上形成有若干连接孔，对应热熔柱穿过对应连接孔固定。

10.根据权利要求2至8任一项所述的按键，其特征在于，所述压电陶瓷单元粘贴至所述支撑板上。