滚轮结构及输入装置的制作方法

本发明涉及输入设备，具体涉及一种滚轮结构及输入装置。

背景技术：

1、鼠标是一种用于计算机等电子设备的外围接口设备，是一种允许用户与计算机进行交互的装置，其功能包括在显示器上快速定位光标等，常见的输入装置例如鼠标。在输入装置上，一般设有滚轮，用户通过拨动滚轮，并通过滚轮输出的各种输出信号对显示器上的图像、网页等观察窗口进行滚动、缩放等操作。

2、相关技术中，滚轮作为输入设备进行人机交互的一个重要部件，其需要在用于转动滚轮时通过触感、声音等方式为用户提供反馈，提升人机交互的体验，常见的反馈方式包括通过棘轮和棘齿的配合，在滚轮转动过程中产生声音和顿挫感等，在需要滚轮持续滚动或者快速滚动等使用场景下，由于滚轮受到棘轮和棘齿的卡滞阻力，滚轮快速转动或者持续转动比较吃力，并且在失去用户手指推力后会停止转动，因此滚轮还设有使棘轮和棘齿分离的飞轮模式，在失去用户手指推力后滚轮在惯性下继续转动。

3、然而，在上述相关技术中，在需要滚轮快速转动或持续转动的场景下，由于棘轮和棘齿分离，滚轮滚动时顿挫感消失从而导致失去人机交互反馈，影响使用手感。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种滚轮结构及输入装置，以解决在用户需要滚轮快速转动或者持续转动时，顿挫感产生的人机交互反馈体验与滚轮顺畅、快速转动之间的矛盾。

2、第一方面，本发明提供了一种滚轮结构，包括轮体，与输入装置的基架转动连接；磁性组件，包括第一码盘和第二码盘，所述第一码盘设于所述轮体上，所述第二码盘设于所述基架上并与所述第一码盘相对设置，所述第一码盘包括呈环形阵列分布的多个第一磁体，多个所述第一磁体朝向所述第二码盘的一侧n极和s极交替分布，所述第二码盘包括多个第二磁体，所述第二磁体分别与至少一个所述第一磁体相对设置，且多个所述第二磁体朝向所述第一码盘的一侧n极和s极交替分布；磁传感器，设于所述轮体的一侧，并且与所述第一码盘相对设置，所述磁传感器被配置为感测所述第一磁体的磁场信号，所述第一磁体的磁场信号用于判断所述转动轮体的转动位置和转动方向。

3、有益效果：轮体与基架转动连接，构成滚轮基本结构，第一码盘和第二码盘相对设置，并且第一码盘和第二码盘上分别沿环形轨迹或部分环形轨迹设置有多个第一磁体和第二磁体，并且第一磁体和第二磁体朝向彼此相对一侧的磁极均为交替分布，在轮体绕转轴转动时，第二码盘上多个第二磁体对第一码盘上多个第一磁体的磁力是引力和斥力交替变化的，导致在轮体转动的过程中，受到沿转动方向的推力，和相反于转动方向的阻力也是交替变化的，从而在转动过程中产生顿挫感，为用户提供人机交互反馈，由于滚轮受到的总阻力较小，滚轮在保留了人机交互反馈功能的同时更容易顺畅的、连续的转动，有效调节滚轮转动时产生的顿挫感的人机交互反馈体验和滚轮快速旋转之间的矛盾。同时，由于为使用人员提供顿挫感的第一码盘和第二码盘并没有直接接触，因此两者之间并不会产生磨损，有效的延长了滚轮结构的服役寿命；另外，第二码盘对第一码盘产生沿轴向的引力或斥力，进而使轮体与基架转动连接的部位受到轴向的推力，并产生摩擦力，以及轮体与基架转动连接处本身转动时存在的摩擦力，均为轮体的转动提供“刹车效果”，使轮体在转动过程中减速，除此之外，由于多个第一磁体和第二磁体的设置，轮体在转动过程中会受到磁力势垒的影响，轮体转动克服磁力势垒需要消耗动能，为轮体的转动提供了“刹车效果”，对滚轮快速转动的速度和时长进行控制，平衡了用户对滚轮快速、顺畅转动需求以及需要滚轮自然减速以避免过度操作之间矛盾。通过在轮体一侧设置于第一码盘正对的磁传感器，从而使第一码盘在于第二码盘配合提供人机交互反馈的同时，也作为轮体转动方向和转动角度的检测单元，从而无需额外设置检测轮体转动的装置，节约了空间并降低了成本。另外，本技术的滚轮结构在用于鼠标时，由于第一磁体和第二磁体分别设置在第一码盘或第二码盘上，并且第二码盘位于轮体一侧，第一磁体和第二磁体的布置空间很充裕，使布置方式更加自由，例如可以调整第一磁体沿第二码盘切向的宽度与第二磁体沿第二码盘切向的宽度比例、并且可以调整相邻的第一磁体之间的空隙大小、相邻第二磁体之间的空隙大小，进而使阻滞感力度的变化范围、阻滞感的变化周期均能够在一个宽泛的范围内进行调整，可以根据需要设置出具有不同手感滚轮的产品，具有良好的适配性，能够满足不同消费者的需求。

4、在一种可选的实施方式中，所述第二码盘呈圆形或环形，且与所述轮体同轴设置。

5、有益效果：第二码盘设置成圆形或者环形，便于与第一码盘的环形对应，并在轮体侧面整个环形或圆形空间内设置第二磁体，提升第二磁体的设置数量，加强第一码盘与第二码盘之间的磁作用力，从而提升轮体转动过程中产生的阻滞感，并且加强第一轮盘和第二轮盘上第一磁体与第二磁体之间的总的轴向作用力，进而使轮体转动过程中受到的阻力提升，增加对轮体转动的减速效果。

6、在一种可选的实施方式中，所述第二码盘呈部分圆形或部分环形，且所述第二码盘与所述轮体同轴设置，多个所述第二磁体沿所述第二码盘的环形或部分环形轨迹依次分布。

7、有益效果：通过将第二码盘设置成部分环形或部分圆形，在轮体转动过程中，第一码盘上的多个第一磁体依次经过与第二码盘相对的位置，并且依次受到第二码盘上第二磁体的磁力作用，保留了第一码盘与第二码盘之间磁作用力造成的阻滞感和减速效果的同时，减少了第二码盘的占用空间，提升了空间利用率，从而优化了滚轮的结构。

8、在一种可选的实施方式中，所述第二码盘具有多个，多个所述第二码盘分别与所述第一码盘的不同区域相对设置。

9、有益效果：通过在第二码盘设置成部分环形或者部分圆形的基础上，设置多个第二码盘分别与第一码盘的不同位置相对，从而在减少了第二码盘在输入设备上占用空间的同时，提升了第二磁体的布置面积，从而提升了第一码盘与第二码盘之间的磁作用力，增大了轮体转动过程中产生的阻滞感，提升了人机交互反馈的触感，并且提升了轮体转动过程中受到的阻力。

10、在一种可选的实施方式中，所述基架包括固定轴，所述轮体通过轴承与所述固定轴转动配合，所述固定轴上固设有与所述轮体侧壁相对的安装板，所述第二码盘安装于所述安装板上。

11、有益效果：由于基架包括固定轴，并且轮体通过轴承与固定轴转动配合，使轮体可以更加顺畅的在基架上转动，并且在轮体上的第一码盘受到第二码盘的轴向磁作用力时，轴向力从轮体传递至轴承的外圈，使轴承外圈和内圈之间的摩擦阻力变大，从而对轮体的转动产生阻力，使轮体在转动过程中逐渐减速。

12、在一种可选的实施方式中，所述固定轴包括棱柱段和圆柱段，所述棱柱段的截面为多边形，所述圆柱段的截面为圆形，所述安装板设于所述棱柱段，所述轴承设于所述圆柱段。

13、有益效果：通过固定轴设置成棱柱段和圆柱段，并且将安装板设置于棱柱段上，有助于将安装板与固定轴固定连接，避免由于连接松动导致安装板在第一码盘对第二码盘的磁作用力下随之转动导致结构失效的可能性，同时，圆柱段的设置便于固定轴与更多种类和型号的轴承适配，提升了结构的泛用性，降低生产制造的成本，并提升结构的可靠性。

14、在一种可选的实施方式中，所述第一磁体的磁极沿第一码盘切向宽度与所述第二磁体的磁极沿所述第二码盘切向宽度之间的比值为1：1.3至1.3：1。

15、有益效果：通过调整第一磁体和第二磁体沿第一码盘或第二码盘切线方向上的宽度，可以调整第一码盘和第二码盘之间磁引力和磁斥力作用的变化周期，从而调整阻滞感的密集程度以及阻滞力度，同时也可以调整磁力势垒的势能变化周期，进而改变对轮体转动的减速效率。

16、在一种可选的实施方式中，多个所述第一磁体之间设有空隙，和/或，多个所述第二磁体之间设有空隙。

17、有益效果：通过使第一码盘上的第一磁体之间设置空隙，以及选择性的在第二码盘的第二磁体之间设置空隙，从而能够调整降低磁力势垒的密度，降低轮体在转动过程中动能的损耗，从而减少对轮体转动的阻力，另外，多个第一磁体之间和多个第二磁体之间均设有空隙的方案能够降低生产成本，降低装配难度。

18、在一种可选的实施方式中，还包括处理单元，所述磁传感器设于安装板上，所述磁传感器与所述处理单元连接，所述磁传感器将磁场信号转化为电信号输出至所述处理单元，所述处理单元被配置为接收所述磁传感器的输出信号并对其进行处理解析，得到所述轮体的转动位置及转动方向。

19、有益效果：通过磁传感器将第一码盘上的磁场信号转化为电压信号，处理单元对磁传感器输出的电压信号进行处理解析后可以得到滚轮的转动的角度或转动方向。或者，通过设置的磁传感器将第一码盘上的磁场信号转化为电压信号，处理单元对信号进行处理解析后可以得到滚轮的转动的角度或转动方向。

20、在一种可选的实施方式中，所述磁传感器包括两个磁传感单元，两个所述磁传感器单元被配置为检测所述第一码盘上所述第一磁体产生的磁场信号，两个所述磁传感单元具有一定间隔，且所述间隔不能为1/2np，其中，p为所述第一磁体n极与s极交替的周期，n为大于或等于0的整数，使两个所述磁传感单元输出具有相位差的信号至所述处理单元，所述处理单元对两个所述磁传感单元输出信号的相位差进行处理和解析，得到所述轮体的转动位置及转动方向。

21、有益效果：通过间隔设置两个磁传感单元，并限制磁传感单元的间隔不能为1/2np，从而保证了两个磁传感单元所检测到的第一码盘上第一磁体的磁信号以及两个磁传感单元输出的电信号具有相位差，便于处理单元根据具有相位差的信号数据判断轮体的转动位置及转动方向。

22、第二方面，本发明还提供了一种输入装置，包括：基架；上述的滚轮结构，所述轮体与所述基架转动连接。

23、有益效果：输入装置通过采用上述的滚轮结构，由于上述滚轮结构不存在棘轮与棘爪之间的磨损，有效的延长了滚轮结构的寿命，避免由于滚轮结构功能失效对输入装置整体使用造成影响，同时通过第一码盘和第二码盘之间的磁力作用，不仅能够产生阻滞感为用户提供人机交互反馈，还能够在避免磨损的情况下为快速转动的轮体提供阻力，使轮体逐渐减速。

24、综上所述，本发明提供的一种滚轮结构及输入装置具有以下有益效果：通过设置第一码盘、第二码盘及磁性组件等部件的配合，在第一码盘和第二码盘相对转动的过程中，磁性组件之间的引力和斥力交替变化，在轮体转动过程中产生顿挫感，为用户提供人机交互，并且由于滚轮受到的总阻力较小，从而在保留了人机交互反馈的同时更容易顺畅、连续的转动，有效的调节了滚轮转动时产生顿挫感与人机交互反馈体验以及滚轮快速旋转之间的矛盾，同时也减少了磨损对滚轮结构服役寿命的影响。另外，在滚轮转动过程中，受到作用于转轴轴向的磁力、摩擦阻力以及克服磁力势垒需要消耗动能的影响，为轮体的转动提供“刹车效果”，减少滚轮过度转动的情况。

25、另外，本发明通过对第一码盘、第二码盘、第一磁体、第二磁体和固定轴等结构的具体形式的设计，提升了空间利用率、优化了滚轮结构并提升了结构可靠性。通过调整第一磁体和第二磁体的尺寸比例，能够改变第一码盘和第二码盘之间引力与斥力变化的周期，以及控制第一磁体之间或第二磁体之间的空隙，调整了阻滞感密集程度和阻滞力度，并改变对轮体的减速效率、降低装配难度等。

26、此外，通过磁传感器检测第一码盘上的磁场信号，再通过对磁场信号的处理和分析，能够得到滚轮的转动角度和转动方向，使第一码盘除了具有能够提供阻滞感的人机交互反馈的功能之外，还具有配合相应处理单元实现滚轮转动角度和位置检测的功能。