專利名稱：旋轉(zhuǎn)控制旋鈕組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于控制電裝置的旋轉(zhuǎn)輸入裝置或控制旋鈕。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)控制旋鈕普遍用于控制多種電子裝置，其范圍從移動手持裝置到控 制面板，例如那些安裝在交通工具內(nèi)用于控制音頻、視頻、加熱和通風(fēng)以及 導(dǎo)航系統(tǒng)的控制面板?？刂菩o被安裝來做旋轉(zhuǎn)運動，并通過使用者手動地 旋轉(zhuǎn)，以控制電裝置或?qū)⒛承┹斎胩峁┑诫娧b置。使用者能容易地將旋鈕旋 轉(zhuǎn)到所希望的位置，以^是供用于以某些預(yù)定的方式控制裝置的輸入。
一個常規(guī)的控制旋鈕是旋轉(zhuǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換器或編碼器。旋轉(zhuǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換器是 一種具有連接到一端的旋轉(zhuǎn)軸的裝置，其能夠物理地實現(xiàn)或斷開到定向在 弓形或圓形路徑上的其他端的連接。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換器的機(jī)械特性，隨 著時間的流逝，轉(zhuǎn)換器可能會在使用中折斷或失靈。
使用采用傳感器代替機(jī)械接觸轉(zhuǎn)換器或電勢計的旋轉(zhuǎn)控制旋鈕也是 已知的。傳感器檢測旋鈕的旋轉(zhuǎn)運動，并產(chǎn)生傳送到控制裝置的信號，例 如傳送到微處理器，用于判斷旋鈕的旋轉(zhuǎn)位置。用于旋轉(zhuǎn)控制旋鈕的已知
傳感器的實例包括霍爾效應(yīng)傳感器(Hall effect sensor)、光電傳感器、射 頻傳感器以及電容傳感器。美國專利第5936613號公開了使用電容傳感組 件的旋轉(zhuǎn)旋紐的一個實施方式。電容組件包括定位成繞旋鈕的旋轉(zhuǎn)軸的圓 形方位的一對弓形軌跡(arcuate trace)。軌跡沿其長度具有變化的寬度。振 蕩電路電連接到軌跡。有一導(dǎo)電板固定到旋鈕，并且該導(dǎo)電板定位成與圓 形軌跡成稍微隔開的關(guān)系。在旋鈕旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)電板以弓形路徑穿過軌跡的 長度運動，并配合振蕩電路提供表示旋鈕位置的信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及控制旋鈕組件，該組件包括殼和安裝來用于在殼上繞樞軸 軸線做旋轉(zhuǎn)運動的旋鈕。在旋鈕上安裝有指針，并且該指針安裝成與樞軸 軸線間隔開。在旋鈕旋轉(zhuǎn)時，指針以圓形路徑運動。該組件進(jìn)一步包括沿 線性軸線以線性排列間隔開的多個傳感器。當(dāng)指針沿其圓形路徑運動，指 針鄰近傳感器時，傳感器中的每一個都將在探測到指針的存在時產(chǎn)生信 號。信號代表旋鈕相對于殼的角度位置。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從以下優(yōu)選實施方式 的詳細(xì)說明中可以看出，本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點是明顯的。


圖1是交通工具的儀表面板的透視圖，該儀表面板包括具有安裝在其 上的控制旋鈕的控制面板。
圖2是在控制旋鈕組件的其中之一處通過控制面板而截取的剖視圖。 圖3是沿圖2中的線3-3截取的剖視圖。
圖4是示意圖，展示了指針在控制旋鈕組件的傳感器墊(sensorpad)上 方的運動路徑。
圖5是傳感器墊組件的替代的實施方式的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖，在圖1中展示了交通工具的儀表面板，該儀表面板通常 以10指代。儀表面板IO包括其上具有各種控制器、按鈕和顯示器的控制 面板12。控制面板12用于操作和控制通常以13指代的各種交通工具電裝 置，例如氣候控制系統(tǒng)(climate control system)、音頻和一見頻系統(tǒng)以及導(dǎo) 航系統(tǒng)。控制面板12包括至少一個旋轉(zhuǎn)控制旋鈕組件14。在所展示的實 施方式中，有兩個旋轉(zhuǎn)控制旋紐組件14。如在圖2中所極好顯示的，控制 旋鈕組件14包括安裝來在殼18上做旋轉(zhuǎn)運動的旋紐16。殼18可包括安
裝在其上的任選的覆蓋層17,該覆蓋層包括旋鈕16穿過其延伸的開口 19。 旋鈕16具有基本上圓柱形的形狀，并通過交通工具中的使用者或乘客手 動地旋轉(zhuǎn)，以控制裝置13或?qū)⒛承┹斎胩峁┑窖b置13。使用者將旋紐16 旋轉(zhuǎn)到所希望的旋轉(zhuǎn)位置，以提供用于以某些預(yù)定方式控制裝置13的輸 入。例如，裝置13可包括視覺顯示器，其中使用控制旋鈕組件14，以訪 問或選擇用于控制裝置13的菜單。盡管控制旋鈕組件14被顯示和描述為 與交通工具電裝置13 —起使用，但是應(yīng)理解控制旋鈕組件14也可作為用 于任何類型的裝置或部件的輸入裝置使用，例如，用于手持裝置和非交通 工具的電裝備。
如在圖2和圖3中所極好顯示的，控制旋鈕組件14的旋紐16被安裝 來在殼18上繞樞軸軸線X做旋轉(zhuǎn)運動。在所展示的實施方式中，旋鈕16 安裝在軸20上。在一個實施方式中，軸20通過示意性地以22指代的軸 套或軸承組件可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼18上。軸承組件22可為便于旋紐16和 殼18之間的旋轉(zhuǎn)連接的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。軸承組件22可為滾子軸承組件 或球軸承組件。可替代地，軸承組件22可為由用于減小摩擦的材料制成 的軸套。軸承組件22容納在形成在殼18內(nèi)的凹槽24內(nèi)。殼18可為用于 固定控制旋鈕組件14的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在所展示的實施方式中，殼18 被界定為塑料內(nèi)部裝飾面板24的一部分。殼18包括軸20穿過其延伸的 孔26。應(yīng)理解，旋紐16可通過任何適當(dāng)?shù)姆绞蕉尚D(zhuǎn)地安裝在殼18上 或相對于殼18安裝。旋鈕組件14可包括或者也可不包括軸20和/或軸承 組件22。例如，殼18可包括形成在殼18中的凹槽或溝槽，該凹槽或溝槽 與形成在旋紐16上的配合圓周凹槽或溝槽協(xié)作，使得旋紐可相對于殼18 ^走轉(zhuǎn)i也滑動。
旋鈕16包括安裝在其上的多個指針30。如以下將解釋的，指針30具 有用于檢測旋紐16相對于殼18的旋轉(zhuǎn)位置的傳感系統(tǒng)的一部分功能。指 針30以與樞軸軸線X徑向地間隔的關(guān)系i殳置。如在圖2中所極好顯示的， 指針30以朝向殼18的方向從旋鈕16的近側(cè)32延伸。指針30可通過任 何適當(dāng)方式連4妻到旋確丑16,例如通過壓配合、過盈配合連4妻到旋4丑16, 或通過緊固裝置固定或連接。指針30可由任何材料制成。在一個實施方
式中，指針30由金屬材料制成，例如由鋁、銅或鐵制成。如在圖3中所 極好顯示的，在旋紐組件14的實施方式中，安裝了均等地圓周間隔排列 的四個指針30，使得每一指針都與鄰近的一個指針圓周地間隔90度。在 旋紐16旋轉(zhuǎn)時，指針30沿具有距樞軸軸線X的預(yù)設(shè)的半徑R的圓形路徑 P運動。
控制旋鈕組件14進(jìn)一步包括傳感器組件，該傳感器組件通常以36指 代。傳感器組件36包括安裝在板40上的多個傳感器墊38a-g。如以下將 解釋的，通過探測鄰近其的指針30的存在，傳感器墊38a-g具有用于檢測 旋紐16相對于殼18的旋轉(zhuǎn)位置的傳感系統(tǒng)的一部分功能。盡管所展示的 傳感器組件36的實施方式包括七個傳感器墊38a-g,但是應(yīng)理解，傳感器 組件36可包括比傳感器墊38a-g更少或更多的傳感器墊。板40安裝在殼 18上，使得傳感器墊38a-g面向旋紐16的近側(cè)32。如以下將更詳細(xì)地討 論的，傳感器組件36通常沿指針30的路徑P安裝在殼上，使得在旋鈕16 旋轉(zhuǎn)時，指針30將在傳感器墊38a-g上方運動。板40可具有印刷電路板 的形式，并可包括示意性地以42指代的各種電子裝置，例如電容傳感系 統(tǒng)。傳感器墊38a-g可作為雕刻在板40上的金屬的軌跡而形成在板40上。 例如，傳感器墊38a-g可為雕刻或以其他方式沉積在板40的非導(dǎo)電襯底上 的銅圖形。可替代地，傳感器墊38a-g可為單獨地安裝在板40上的分離的 部件。
在一個實施方式中，傳感器組件36具有接近式傳感系統(tǒng)(proximity sensing system)的功能，使得可探測在傳感器墊38a-g上方(或鄰近于傳 感器墊38a-g)的指針30的存在。在更具體的實施方式中，指針30和傳 感器墊38a-g協(xié)作，以實現(xiàn)作為電容傳感系統(tǒng)的一部分的功能。電容傳感 系統(tǒng)通常將有效電容轉(zhuǎn)換為信號，例如二進(jìn)制信號，其狀態(tài)判斷是否超過 了有效電容。有效電容與物體，例如指針30，和感應(yīng)板，例如傳感器墊 38a-g之間的距離有關(guān)。因此，根據(jù)電容的變化，通過相應(yīng)的傳感器墊38a-g 來探測傳感器墊38a-g之一的區(qū)域上方的指針30的存在。傳感器墊38a-g 可使用任何適當(dāng)?shù)姆绞絹頊y量該電容。例如，可圍繞傳感器墊38a-g形成 電場，在該電場中存在指針30的情況下，電場中斷。此外，傳感器組件
36的電子裝置42可包括將電容的變化轉(zhuǎn)化成電壓信號的變化的振蕩電路。 通常以43指代的控制裝置，例如微處理器，接收電壓信號，并根據(jù)電壓 的變化決定指針30是否處于相應(yīng)的傳感器墊38a-g上方?？赏ㄟ^裝置43 無線地或通過裝置43和傳感器墊38a-g之間的有線的電連接接受信號。
在圖3和圖4所示的實施方式中，傳感器墊38a-g沿線性軸線Y線性 地排列。線性軸線Y與旋鈕16的樞軸軸線X間隔開。在所展示的實施方 式中，傳感器墊38a-g具有矩形形狀，其中每一傳感器墊38a-g都具有同 樣的寬度W。但是，多個傳感器墊38a-g可具有相比于其它傳感器墊不同 的長度。例如，距樞軸軸線X最近的傳感器墊38d具有大于其它墊的長度 的長度Ld 。距樞軸軸線X最遠(yuǎn)的傳感器墊38a和38g的長度分別具有小于 傳感器墊38b、 38c、 38e和38f的長度的長度k和長度Lg。在這一所展示 的實施方式中，傳感器墊38a-g的長度隨它們距樞軸軸線X的距離的增加 而減小。因此，傳感器墊的長度(和面積)以梯度的方式區(qū)別，使得傳感 器塾的長度隨它們距樞軸軸線的距離的增加而減小，其原因?qū)⒃谝韵陆?釋。
在操作中，使用者旋轉(zhuǎn)旋鈕16,以提供用于控制裝置13的輸入。例 如，裝置13可為氣候控制系統(tǒng)、音頻和視頻系統(tǒng)和/或?qū)Ш较到y(tǒng)。旋鈕16 可通過使用者手動地旋轉(zhuǎn)。替代地或補(bǔ)充地，旋確丑組件14可在電動機(jī)(未 顯示)的輔助下旋轉(zhuǎn)，例如，根據(jù)使用者的輸入來操作紅外或射頻遙控裝 置。在旋鈕16繞樞軸軸線X旋轉(zhuǎn)時，指針30將沿路徑P運動。注意傳感 器墊38a-g基本上位于指針30的路徑P之下。為了討論的方便，將根據(jù)圖 4所示的指針30a來描述操作，該指針沿路徑P以順時針方向旋轉(zhuǎn)。如在 圖4中所示，指針30a基本上鄰近傳感器墊38a。在指針30a沿路徑P以 順時針方向運動時，指針30a將從傳感器墊38a的矩形區(qū)域上方穿過。在 傳感器墊38a-g的一個實施方式中，傳感器墊38a產(chǎn)生電場。在指針30a 穿過電場時，傳感器組件36檢測電容的變化，并產(chǎn)生代表性信號?？刂?裝置43接受并監(jiān)測該信號，以根據(jù)電容的變化來判斷指針30a是否處于傳 感器墊38a的上方。注意，在圖3和圖4所示的實施方式中，傳感器墊38a-g 的面積形成為使得，在通過路徑P的15度的掃掠中，如在圖4中由角度A
所指代的，指針30將處于傳感器墊38a-g的上方，而與各個傳感器墊38a-g 相對于樞軸軸線X的位置無關(guān)。指針30a的進(jìn)一步的順時針運動將使指針 30a前進(jìn)到傳感器墊38b的上方。與傳感器墊38a和傳感器墊38b有關(guān)的 電容變化由控制裝置43檢測。因此，控制裝置43能夠探測到指針30a何 時從一個傳感器墊上方運動到另一鄰近的傳感器墊上方。當(dāng)指針30a從一 個傳感器墊上方運動到另一鄰近的傳感器墊上方時，此檢測使控制裝置43 能夠判斷旋鈕16相對于殼18的旋轉(zhuǎn)。在所示的實施方式中，對于旋鈕16 的每一轉(zhuǎn)總共24個位置來說，控制裝置43能夠檢測每一個15度的旋轉(zhuǎn) 運動。當(dāng)然，可使用任何數(shù)量的傳感器墊和指針來檢測24之外的任何增 量的旋轉(zhuǎn)運動?？刂蒲b置43還能夠通過探測指針30a在哪一傳感器墊上方
如果控制裝置43探測到指針30a從傳感器墊38a的上方運動到傳感器墊 38b的上方，則旋鈕16是以順時針旋轉(zhuǎn)。如果需要，控制裝置43不僅能 夠探測指針30相對于傳感器組件36的位置，而且還可探測旋鈕16的旋 轉(zhuǎn)速率。例如，當(dāng)指針30從一個傳感器墊上方運動到另一個傳感器墊上 方時，控制裝置43能夠判斷時間的差別，從而判斷旋轉(zhuǎn)速率，并根據(jù)預(yù) 定的方式調(diào)整輸入信號。
在所展示的實施方式中，有七個傳感器墊38a-g和四個指針30。這一 空間排列保證總是有至少一個指針30處于傳感器墊38a-g之一的上方，而 無論旋鈕16的位置如何。因此，通過具有四個指針30，可減小傳感器組 件36的尺寸，并具有相對少數(shù)的傳感器墊38a-g。
注意，盡管在圖4中所示的指針30具有基本上矩形的形狀，但是指 針30可具有任何形狀。指針30還可具有相對于傳感器墊38a-g的任何尺 寸。最好將指針30的尺寸形成為足夠大，以當(dāng)中斷電場時觸發(fā)電容傳感， 同時又足夠小，以便當(dāng)指針30的一部分在第一傳感器墊上方而指針30的 其他部分在鄰近第一傳感器墊的第二傳感器墊上方時，不會產(chǎn)生多次讀 取。
應(yīng)理解，指針30和傳感器墊38a-g無需具有作為電容傳感系統(tǒng)的一部 分的功能，且指針30和傳感器墊38a-g可具有其他接近式傳感系統(tǒng)的功能，
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例如霍爾效應(yīng)傳感器、光電、光學(xué)以及射頻傳感器。傳感器墊38a-g可包 括探測是否存在鄰近其的指針30的任何電路或部件。
如果需要，旋鈕16可操作來提供除旋鈕16的旋轉(zhuǎn)以外的其他形式的 輸入。例如，旋鈕16可具有可通過使用者操作的安裝在該旋鈕上的一個 或多個轉(zhuǎn)換器(未顯示)。作為另一個實例，旋鈕16可連接到以60示意 性地指代的壓按轉(zhuǎn)換器組件(push switch assembly),而該壓按轉(zhuǎn)換器組件連 接到控制組件43。通過沿軸線X拉和/或壓旋鈕16來操作壓按轉(zhuǎn)換器組件 60。因此，旋鈕16可通過旋轉(zhuǎn)和壓/拉旋鈕16來提供輸入。
如以上所述，傳感器墊38a-g不需具有如圖3和圖4所示的尺寸和構(gòu) 型，而是可具有任何適當(dāng)?shù)男螤?。在圖5中展示了傳感器組件70的一個 替代的實施方式，其可用于傳感器組件36。傳感器組件70在結(jié)構(gòu)和功能 上類似于以上描述的傳感器組件36。 一個例外是，傳感器組件70包括每 一傳感器墊都具有幾乎相同尺寸的多個傳感器墊72。此種構(gòu)型可更經(jīng)濟(jì)地 制造，特別是在傳感器墊72是安裝在傳感器組件70的板上的分離部件的 情況下。傳感器墊72類似于傳感器墊38a-g的以線性設(shè)置排列。在所展示 的實施方式中，傳感器墊72具有基本上矩形的形狀。由于感應(yīng)墊72尺寸 相同，但距樞軸軸線X的距離不同，因此，橫跨傳感器墊72的區(qū)域運動 的指針30的角度距離可能會不統(tǒng)一，例如，相比于傳感器組件36的15 度掃掠。因此，其中指針30在最接近于樞軸軸線X的傳感器墊72上方的 可探測的角度距離可能會小于指針30在距樞軸軸線X最遠(yuǎn)的傳感器墊72 上方的角度距離。盡管這些角度距離可能不統(tǒng)一，^f旦是差別可充分地足夠 小，使得所述差別基本上通過使用者不可探測或可忽略。
根據(jù)專利法規(guī)的條款，已經(jīng)在本發(fā)明優(yōu)選實施方式中解釋和展示了本 發(fā)明的操作原理和方式。但是，應(yīng)理解本發(fā)明可按所具體解釋和展示的以 外的方式實施，而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種控制旋鈕組件，其包括殼；旋鈕，其安裝來用于在所述殼上繞樞軸軸線做旋轉(zhuǎn)運動；指針，其安裝在所述旋鈕上，并與所述樞軸軸線間隔開，在所述旋鈕旋轉(zhuǎn)時，所述指針以圓形路徑運動；其中，所述組件進(jìn)一步包括沿線性軸線以線性排列間隔的多個傳感器，當(dāng)所述指針沿其圓形路徑運動，所述指針鄰近所述傳感器時，所述傳感器中的每一個在探測到所述指針的存在時產(chǎn)生信號，其中所述信號代表所述旋鈕相對于所述殼的角度位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述傳感器中的每一個都為界定 一個區(qū)域的墊的形式，使得當(dāng)所述指針鄰近所述墊的區(qū)域時，所述傳感器 能夠探測所述指針的存在。
3. 如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述多個傳感器具有同樣的寬度， 所述寬度界定為相對于所述線性軸線的基本上垂直的尺寸。
4. 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述多個傳感器基本上具有相同 的形狀。
5. 如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述多個傳感器中的至少兩個具 有彼此不同的面積。
6. 如權(quán)利要求5所述的組件，其中所述傳感器的面積根據(jù)其距所述 樞軸軸線的距離而變化。
7. 如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述多個傳感器的面積隨所述樞 軸軸線距所述多個傳感器的距離的增加而相對于彼此減小。
8. 如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述傳感器中的每一個都為矩形 墊的形式。
9. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述旋鈕包括以彼此間的角度距 離間隔的多個指針。
10. 如權(quán)利要求9所述的組件，其中有以90度彼此間隔的四個指針。
11. 如權(quán)利要求9所述的組件，其中所述指針中的每一個都為界定一 個區(qū)域的墊的形式，使得當(dāng)所述指針鄰近所述墊的區(qū)域時，所述傳感器能 夠探測所述指針的存在，且其中所述傳感器的墊的尺寸和所述指針在所述 旋紐上的間隔使得將有至少 一個指針處于所述墊中之一的上方，而與所述 旋紐的旋轉(zhuǎn)位置無關(guān)。
12. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述傳感器通過電容感測來探測 所述指針的存在。
13. 如權(quán)利要求12所述的組件，其中所述指針是金屬的。
14. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述旋紐連接到壓按轉(zhuǎn)換器組件。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)控制旋鈕組件，其包括殼和旋鈕，該旋鈕安裝來用于在殼上繞樞軸軸線做旋轉(zhuǎn)運動。指針安裝在旋鈕上，并與樞軸軸線間隔開。在旋鈕旋轉(zhuǎn)的同時，指針以圓形路徑運動。該組件進(jìn)一步包括沿線性軸線以線性排列間隔的多個傳感器。當(dāng)指針沿其圓形路徑運動，指針鄰近傳感器時，傳感器中的每一個都將在探測到指針的存在時產(chǎn)生信號。該信號代表旋紐相對于殼的角度位置。
文檔編號G05G1/00GK101382817SQ20081021550
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者約瑟·伽卡斯·米雷特, 阿爾伯托·加西亞·布里茲 申請人:李爾公司