CN114758908B - 按键结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种按键结构及电子设备，按键结构包括壳体、按键组件和直线驱动组件，按键组件可移动地设于壳体；直线驱动组件包括固定设于壳体内的定子、以及沿按键组件的移动方向可移动地设于壳体内的动子，动子与按键组件驱动连接，其中，定子和动子其中之一为线圈结构，另一为磁体结构，磁体结构形成有磁场，线圈结构处在磁场，线圈结构包括铁芯、以及绕设于铁芯周侧的线圈，通过在铁芯靠近磁体结构的侧边设置平衡磁体，因平衡磁体的充磁方向与磁体结构对应设置的部分的充磁方向反向设置，使得磁体部与铁芯之间的静磁力抵消，以免铁芯在移动的过程中发生波动，以解决现有的按键结构在增大驱动力的同时，所带来的磁力驱动不稳定的问题。

Description

按键结构和电子设备

技术领域

本发明涉及游戏设备领域，尤其涉及按键结构和电子设备。

背景技术

目前，家用游戏设备为提升用户体验，在游戏控制手柄设备上增加了多种力反馈装置，以实现游戏内容与玩家的交互。

现有力反馈方案为使用机械弹簧提供不通电的基准力反馈的效果，通电线圈提供的洛仑磁力作为驱动力，通过控制线圈电流方向、大小能对基准力进行调节，以实现大小及方向可调节的触觉反馈，但是单纯依靠通电线圈产生的洛仑磁力难以满足对大驱动力的需求，并且洛仑磁力的驱动同时会引入了静磁力，使得磁力驱动的方式不稳定。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种按键结构，旨在解决现有的按键结构在增大驱动力的同时，所带来的磁力驱动不稳定的问题。

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；

按键组件，可移动地设于所述壳体；以及，

直线驱动组件，包括固定设于所述壳体内的定子、以及沿所述按键组件的移动方向可移动地设于所述壳体内的动子，所述动子与所述按键组件驱动连接，其中，所述定子和所述动子其中之一为线圈结构，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述线圈结构处在所述磁场，所述线圈结构包括铁芯、以及绕设于所述铁芯周侧的线圈；

其中，所述线圈组件还包括设于所述铁芯两侧的平衡磁体，所述磁体结构具有与所述平衡磁体对应设置的两个磁体部，所述平衡磁体的充磁方向与所述磁体部的充磁方向反向设置。

可选地，所述定子包括所述磁体结构，所述动子包括所述线圈结构；

所述磁体结构包括至少两组磁体组，每一所述磁体组包括两个磁体，两个所述磁体之间形成磁间隙，所述线圈结构设于所述磁间隙；

两组所述磁体组在所述移动方向上布设，两组所述磁体组位于所述磁间隙同一侧的磁体的充磁方向反向设置，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；

所述线圈结构在所述移动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；

所述两个磁体部在所述按键组件的移动方向上设于两组所述磁体组之间。

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移动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，所述按键组件沿所述移动方向可滑动地设于所述安装通道；

所述磁体结构和所述线圈结构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安装架，所述安装架沿所述移动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和位于所述安装通道内的第二端，所述第一端与所述按键组件连接，所述第二端形成有安装槽，所述安装槽用以容置所述动子。

可选地，所述安装槽为环形槽，所述扁平线圈卡持于所述环形槽内。

可选地，所述壳体包括与所述磁体结构对应设置的磁轭。

可选地，所述按键结构还包括控制器、位移传感器和供电模块，所述位移传感器用以检测所述按键组件的位移信号，所述控制器与所述位移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，所述按键结构还包括复位件，用以在所述按键组件活动时，与所述动子共同作用于所述按键组件。

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

壳体；

按键组件，可移动地设于所述壳体；以及，

直线驱动组件，包括固定设于所述壳体内的定子、以及沿所述按键组件的移动方向可移动地设于所述壳体内的动子，所述动子与所述按键组件驱动连接，其中，所述定子和所述动子其中之一为线圈结构，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述线圈结构处在所述磁场，所述线圈结构包括铁芯、以及绕设于所述铁芯周侧的线圈；

其中，所述铁芯在靠近所述磁体结构的侧边设置有平衡磁体，所述平衡磁体的充磁方向与所述磁体结构对应设置的部分的充磁方向反向设置。

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，在需要模拟虚拟的反馈力和按键的活动行程无直接联系时，通过将动子和定子中的一个设置为线圈结构，另一个设置为磁体结构，所述线圈结构处于所述磁体结构产生的磁场中，因所述线圈组件包括线圈和铁芯，所述线圈在通电状态下，根据左手定则，所述线圈和所述磁体结构之间产生相互作用的安培力，从而反馈到所述动子上，同时，所述铁芯的周侧绕设有所述线圈，根据右手定则，所述铁芯产生磁性，其磁极方向与所述磁体结构的磁场方向互相吸引或排斥，使得所述铁芯能够相对所述磁体结构沿按键组件的移动方向活动，在线圈受到安培力驱动的同时，还叠加所述铁芯所受的静磁力，因所述铁芯在移动的同时，会受到其对应设置的所述磁体部的静磁力，该静磁力使得所述铁芯的行程与其呈现余弦变化的波动，通过在铁芯靠近所述磁体结构的侧边设置平衡磁体，因所述平衡磁体的充磁方向与所述磁体结构对应设置的部分的充磁方向反向设置，使得所述磁体部与所述铁芯之间的静磁力得以抵消，以免所述铁芯在移动的过程中发生波动，以解决现有的按键结构在增大驱动力的同时，所带来的磁力驱动不稳定的问题。

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爆炸示意图；

图2为图1中的按键结构的剖面示意图；

图3为图1中的磁体结构和线圈结构的剖面示意图；

图4为图1中的磁体结构和线圈结构的磁极示意图；

图5为图1中的磁体结构的充磁方向；

图6为图1中的磁体部和平衡磁体的充磁方向。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	按键结构	40	线圈结构
1	壳体	41	铁芯
				11	第一侧部	42	线圈
12	第二侧部	43	平衡磁体
				2	按键组件	431	磁体部
3	定子	5	安装架
				30	磁体结构	6	复位件
31	磁体组	7	磁轭
				4	动子

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。

目前，家用游戏设备为提升用户体验，在游戏控制手柄设备(包含传统游戏手柄及AR/VR新型手持式手柄等)上设计了力反馈装置，增加了多种力反馈模式，以实现游戏内容与玩家的交互，模拟真实力反馈效果。而现有力反馈的方案是使用传统压缩弹簧与普通转子电机带动齿轮箱配合实现转轴式力反馈效果，单体占用空间大，模组结构复杂，难以小型化。

为了解决上述问题，本发明提供一种按键结构，图1至图6为本发明提供的按键结构的具体实施例。

请参阅图1至图6，所述按键结构包括壳体1、按键组件2和直线驱动组件，所述按键组件2可移动地设于所述壳体1；所述直线驱动组件包括固定设于所述壳体1内的定子3、以及沿所述按键组件2的移动方向可移动地设于所述壳体1内的动子4，所述动子4与所述按键组件2驱动连接，其中，所述定子3和所述动子4其中之一为线圈结构40，另一为磁体结构30，所述磁体结构30形成有磁场，所述线圈结构40处在所述磁场，所述线圈结构40包括铁芯41、以及绕设于所述铁芯41周侧的线圈42；其中，所述线圈42组件还包括设于所述铁芯41两侧的平衡磁体43，所述磁体结构30具有与所述平衡磁体43对应设置的两个磁体部431，所述平衡磁体43的充磁方向与所述所述磁体431的充磁方向反向设置。

本发明提供的技术方案中，在需要模拟虚拟的反馈力和按键的活动行程无直接联系时，通过将动子4和定子3中的一个设置为线圈结构40，另一个设置为磁体结构30，所述线圈结构40处于所述磁体结构30产生的磁场中，因所述线圈42组件包括线圈42和铁芯41，所述线圈42在通电状态下，根据左手定则，所述线圈42和所述磁体结构30之间产生相互作用的安培力，从而反馈到所述动子4上，同时，所述铁芯41的周侧绕设有所述线圈42，根据右手定则，所述铁芯41产生磁性，其磁极方向与所述磁体结构30的磁场方向互相吸引或排斥，使得所述铁芯41能够相对所述磁体结构30沿按键组件2的移动方向活动，在线圈42受到安培力驱动的同时，还叠加所述铁芯41所受的静磁力，因所述铁芯41在移动的同时，会受到其对应设置的所述磁体部431的静磁力，该静磁力使得所述铁芯41的行程与其呈现余弦变化的波动，通过在铁芯41靠近所述磁体结构30的侧边设置平衡磁体43，因所述平衡磁体43的充磁方向与所述磁体结构30对应设置的部分的充磁方向反向设置，使得所述磁体部431与所述铁芯41之间的静磁力得以抵消，以免所述铁芯41在移动的过程中发生波动，以解决现有的按键结构在增大驱动力的同时，所带来的磁力驱动不稳定的问题。

具体地，请参阅图2至图5，，在本实施例中，所述定子3包括所述磁体结构30，所述动子4包括所述线圈结构40，所述磁体结构30包括至少两组磁体组31，每一所述磁体组31包括两个磁体311，两个所述磁体311之间形成磁间隙，所述线圈结构40设于所述磁间隙，在所述线圈结构40通以交流电时，处在所述磁间隙中的所述线圈结构40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线圈结构40所受到力的作用的方向，当需要增大反馈力的阻碍感时，可将所述线圈结构40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，可将所述线圈结构40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3可以是包括两个所述磁体311，所述动子4包括所述线圈结构40，当两个所述磁体311固定于所述壳体1的时候，所述线圈结构40被安培力驱动活动，当然，当所述线圈结构40固定于所述壳体1的时候，安培力作用于两个所述磁体311，所述线圈结构40可以认定为所述定子3，两个所述磁体311可以理解为所述动子4。在本实施例中，两组所述磁体组31在所述移动方向上布设，两组所述磁体组31位于所述磁间隙同一侧的磁体311的充磁方向反向设置，以使得所述磁间隙在对应所述两组磁体组31处的磁场方向相反，所述线圈结构40在所述移动方向上的两个相对设置的边、对应处在所述两组磁体组31对应的所述磁间隙中，这样所述线圈结构40在所述移动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31和所述线圈结构40之外，还可以改变所述线圈结构40的电流值，当电流值越大，安培力越大，反之安培力越小，所述两个磁体部431在所述按键组件2的移动方向上设于两组所述磁体组31之间。

需要说明的是，因在设置两组磁体组31时，为了使得两组所述磁体组31的磁场更为集中，在所述两个磁体部431的充磁方向需要设置得与所述磁体311的充磁方向相互垂直，但是如此设置，所述两个磁体部431会与所述所述铁芯41之间产生静磁力，该静磁力会影响所述铁芯41的平移活动。通过设置所述平衡磁体43，并且将其充磁方向与所述所述磁体431的充磁方向反向设置，所述平衡磁体43作用于所述铁芯41上的静磁力呈现正弦波动，正好与所述两个磁体部431作用于所述铁芯41上的呈现余弦波动的静磁力抵消，以平衡静磁力。并且在本实施例中，可以合理设置所述平衡磁体43与所述铁芯41的尺寸关系，以调整正弦和余弦波动关系中的静磁力的波峰值。

具体地，为了配合所述线圈结构40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移动方向延伸设置的安装通道，优选地，所述安装通道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11和第二侧部12，所述按键组件2沿所述移动方向可滑动地设于所述安装通道，所述磁体结构30和所述线圈结构40在所述第一侧部11和所述第二侧部12之间层叠设置，使得所述按键结构在厚度方向上结构紧凑，适合不同类型的手柄扳机的需求。

具体地，在本实施例中，所述按键结构还包括安装架5，所述安装架5沿所述移动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和位于所述安装通道内的第二端，所述第一端与所述按键组件2连接，通过设置所述安装架5，可以使得所述按键组件2在所述移动方向上获得更大的活动行程，使得用户操作体验感更强，并且在所述第二端形成有安装槽，所述安装槽用以容置所述线圈结构40，当所述线圈结构40受到安培力的驱动时，所述线圈结构40对所述安装槽的侧壁施加作用力，从而实现所述按键组件2的磁力驱动的力反馈。

进一步地，为了实现尽可能的超薄化，在本实施例中，所述安装槽为环形槽，所述线圈结构40卡持于所述环形槽内，通过所述环形槽的周壁对所述线圈结构40的周侧进行卡持，在保证所述安装架5的强度的情况下，所述环形槽可以设置得与所述线圈结构40同等高度尺寸，或是尺寸更小，以实现扁平化。

因所述磁体结构30具有磁场，为了使得所述磁体结构30产生的磁场能够最大能效的作用于所述线圈结构40，在本实施例中，所述壳体1包括与所述磁体结构30对应设置的磁轭磁轭7，因磁轭磁轭7的导磁率较高，能够约束所述磁场，以使得所述磁体结构30的磁场能够发挥较大的能效。

在本实施例中，所述按键结构还包括控制器、位移传感器和供电模块，所述供电模块用以给所述线圈结构40提供不同大小和不同电流方向的电流，所述位移传感器用以检测所述按键组件2的位移信号，所述控制器与所述位移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2，在本实施例中，所述按键结构还包括设于所述按键组件2和所述壳体1之间的复位件6，用以在所述按键组件2活动时，与所述动子4共同作用于所述按键组件2，所述复位件6具体为弹簧，所述弹簧的一端与所述按键组件2连接，另一端与所述壳体1连接，以在所述按键组件2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组件2的时候，所述复位件6产生的弹力反馈给用户手指，并且提供所述按键组件2复位的复位力，当在按压所述按键组件2的操作过程中，所述复位件6产生的弹力和所述动子4和所述定子3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，按压所述按键组件2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组件2后，感受到的反馈力即为所述复位件6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，负向电流通过所述线圈结构40，并与所述磁体结构30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，该按键结构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；

按键组件，可移动地设于所述壳体；以及，

直线驱动组件，包括固定设于所述壳体内的定子、以及沿所述按键组件的移动方向可移动地设于所述壳体内的动子，所述动子与所述按键组件驱动连接，其中，所述定子和所述动子其中之一为线圈结构，另一为磁体结构，所述磁体结构形成有磁场，所述线圈结构处在所述磁场，所述线圈结构包括铁芯、以及绕设于所述铁芯周侧的线圈；

其中，所述线圈组件还包括设于所述铁芯两侧的平衡磁体，所述磁体结构具有与所述平衡磁体对应设置的两个磁体部，所述平衡磁体的充磁方向与所述磁体部的充磁方向反向设置。

2.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述定子包括所述磁体结构，所述动子包括所述线圈结构；

所述磁体结构包括至少两组磁体组，每一所述磁体组包括两个磁体，两个所述磁体之间形成磁间隙，所述线圈结构设于所述磁间隙；

两组所述磁体组在所述移动方向上布设，两组所述磁体组位于所述磁间隙同一侧的磁体的充磁方向反向设置，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；

所述线圈结构在所述移动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；

所述两个磁体部在所述按键组件的移动方向上设于两组所述磁体组之间。

3.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移动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，所述按键组件沿所述移动方向可滑动地设于所述安装通道；

所述磁体结构和所述线圈结构在所述第一侧部和所述第二侧部之间层叠设置。

4.如权利要求3所述的按键结构，其特征在于，所述按键结构还包括安装架，所述安装架沿所述移动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和位于所述安装通道内的第二端，所述第一端与所述按键组件连接，所述第二端形成有安装槽，所述安装槽用以容置所述动子。

5.如权利要求4所述的按键结构，其特征在于，所述安装槽为环形槽，所述线圈结构卡持于所述环形槽内。

6.如权利要求1所述的按键结构，其特征在于，所述壳体包括与所述磁体结构对应设置的磁轭。

7.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控制器、位移传感器和供电模块，所述位移传感器用以检测所述按键组件的位移信号，所述控制器与所述位移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。

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，用以在所述按键组件活动时，与所述动子共同作用于所述按键组件。

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。