專利名稱：帶有混合磁性棘輪系統(tǒng)的輸入裝置的輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如鼠標(biāo)的輸入裝置上的輥或輪。明確地說(shuō)，本發(fā)明涉及為輥的使用者提供磁性棘輪或制動(dòng)力。
背景技術(shù)：
除主要輸入之外，輥通常用在鼠標(biāo)上，其在從鼠標(biāo)外殼底部突出的球上移動(dòng)鼠標(biāo)?；蛘呖纱媲蚨褂霉鈱W(xué)傳感器。例如在頂部具有球的跟蹤球、操縱桿等其它輸入裝置將具有用于提供輸入的可移動(dòng)部分。除此可移動(dòng)部分之外，還可添加輥。輥可用于例如卷動(dòng)或縮放的功能。由使用者的手指來(lái)操作輥，很類似于對(duì)收音機(jī)的撥動(dòng)。
針對(duì)鼠標(biāo)或其它裝置上的這些輥，存在許多不同的設(shè)計(jì)。實(shí)例包括第5,298,919號(hào)Multipoint Technology Corporation專利、第5,473,344號(hào)Microsoft專利、第5,313,230號(hào)和5,095,303號(hào)Apple Computer專利、第5,530,455號(hào)和5,446,481號(hào)Mouse Systems專利、第5,808,568號(hào)Primax Electronics專利和第6,157,369號(hào)Logitech專利。
力反饋已用于不同的輸入裝置，包括鼠標(biāo)。力反饋機(jī)構(gòu)的實(shí)例可在轉(zhuǎn)讓給ImmersionCorporation的許多專利中找到，例如第5,825,303號(hào)、第5,734,373號(hào)、第5,767,839號(hào)、第5,721,566號(hào)、第5,805,140號(hào)、第5,691,898號(hào)和第5,828,197號(hào)美國(guó)專利。
第6,128,006號(hào)Immersion Corporation專利描述鼠標(biāo)輪(輥)上的力反饋。所展示的機(jī)構(gòu)是直接連接到鼠標(biāo)輪的軸的電動(dòng)機(jī)或耦合到軸的滑輪傳動(dòng)裝置。討論例如磁性微粒制動(dòng)裝置或摩擦制動(dòng)裝置的被動(dòng)式致動(dòng)器。
第6,128,006號(hào)專利還描述許多不同類型的反饋?？商峁┓答佉阅M當(dāng)前由鼠標(biāo)輪中機(jī)械的彈簧式機(jī)構(gòu)提供的棘輪效果。反饋也可用于在顯示器上的文檔上橫越一條線時(shí)提供使用者反饋。可提供類似反饋以用于頁(yè)面的末尾或文檔的末尾。所述專利還描述了提供與文檔大小相關(guān)的反饋量。所述專利還描述了當(dāng)輪用于光標(biāo)時(shí)，可對(duì)光標(biāo)越過(guò)的圖形項(xiàng)目提供反饋。另外，輥可振動(dòng)以指示警報(bào)，例如電子郵件消息或程序錯(cuò)誤。
第6,300,938號(hào)Culver(Immersion)專利描述了可在圓柱形輥上使用的電磁制動(dòng)裝置。這可用于各種力反饋?zhàn)饔?，包括制?dòng)器。第6,809,727號(hào)Logitech專利描述了磁體、螺線管和電磁體用于輥中的力反饋的各種用途，以獲得包括制動(dòng)器或棘輪(ratcheting effect)效果在內(nèi)的各種作用。特別描述了電磁制動(dòng)裝置。
第5,583,541號(hào)、第5,696,537號(hào)和第6,809,722號(hào)美國(guó)專利中展示了用于例如通過(guò)使用鼠標(biāo)中的磁性球來(lái)檢測(cè)x-y移動(dòng)的磁體或磁力的使用。提到用于輸入裝置的磁性傳感器的其它專利包括第6,624,808號(hào)美國(guó)專利、第6,483,294號(hào)美國(guó)專利和Logitech的第6,400,356號(hào)美國(guó)專利。
力反饋的缺點(diǎn)是提供由使用者感覺(jué)的力所需的功率。這對(duì)于在無(wú)線鼠標(biāo)或依賴電池的其它裝置、或通過(guò)通用串行總線(USB)的有限功率來(lái)供電的裝置來(lái)說(shuō)尤其是個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于與計(jì)算機(jī)介接的輸入裝置的可旋轉(zhuǎn)輪。所述輸入裝置包括永磁體與電磁體。由將與所述永磁體和電磁體以磁性方式相互作用的材料制成的轉(zhuǎn)子耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪。所述永磁體和電磁體可用于控制施加到所述可旋轉(zhuǎn)輪的棘輪力。
可通過(guò)向所述電磁體施加電壓以使其磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)組合來(lái)加強(qiáng)棘輪力?；蛘?，可在相反的方向上向電磁體施加電壓以消除永磁體中的磁場(chǎng)。這可用于去除棘輪力，這在某些情形中是需要的，例如卷動(dòng)較長(zhǎng)的文檔。
在一實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種具有飛輪的可旋轉(zhuǎn)輪，所述飛輪與可旋轉(zhuǎn)輪嚙合。棘輪可與所述飛輪間斷性嚙合以提供一棘輪力。通過(guò)使所述棘輪分離，可允許所述飛輪旋轉(zhuǎn)，從而提供動(dòng)量以允許在某些情況下更容易地卷動(dòng)，例如卷動(dòng)通過(guò)一較長(zhǎng)的文檔。
在一個(gè)實(shí)施例中，棘輪可為橢圓狀，使得在其旋轉(zhuǎn)時(shí)，其直徑隨著其通過(guò)橢圓的較長(zhǎng)部分而變化。這向滾輪提供較大的力，且接著提供較弱的力以提供棘輪效果。用彈簧使橢圓狀的棘輪偏向飛輪?？衫缤ㄟ^(guò)使用螺桿來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的強(qiáng)度。另外，可提供螺線管以在需要使飛輪自由移動(dòng)時(shí)使棘輪分離。
為進(jìn)一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參考下文結(jié)合附圖所做的描述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的觸覺(jué)反饋電子裝置的方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的觸覺(jué)反饋軟件的方框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與轉(zhuǎn)子相互作用的組合的永磁體與電磁體的圖。
圖4是說(shuō)明圖3的永磁體及其通量場(chǎng)的圖。
圖5是說(shuō)明永磁體與電磁體的組合通量場(chǎng)的圖。
圖6是說(shuō)明消除永磁體通量場(chǎng)的電磁通量場(chǎng)的圖。
圖7是說(shuō)明產(chǎn)生消除效果的不同點(diǎn)的磁場(chǎng)方向的圖。
圖8是展示用于在一側(cè)消除磁場(chǎng)并在另一側(cè)放大磁場(chǎng)的Halbach陣列的模擬圖。
圖9是說(shuō)明與通過(guò)行星齒輪連接到滾輪的鐵棘輪相互作用的本發(fā)明的永久電磁體的圖。
圖10是展示添加用于控制永磁體到棘輪的距離的引導(dǎo)螺桿的圖9實(shí)施例的圖。
圖11是用于控制滾輪棘輪的飛輪和棘輪實(shí)施例的圖。
圖12是圖11的棘輪與飛輪相互作用的側(cè)視圖。
圖13是說(shuō)明與飛輪相抵的橢圓形棘輪的長(zhǎng)徑位置的圖12實(shí)施例的圖。
圖14是說(shuō)明通過(guò)螺線管而縮回的橢圓形棘輪的側(cè)視圖的圖。
圖15是用電磁體附接到軸的金屬棘輪的實(shí)施例的圖。
圖16是電控永磁體的圖。
圖17是一實(shí)施例的圖，其中保持器處于適當(dāng)位置以使用磁通量路徑調(diào)節(jié)來(lái)限制磁通量和避免對(duì)輪的力。
圖18是圖17的實(shí)施例的圖，其中已去除保持器以允許磁通量對(duì)輪施加力。
圖19是DC電動(dòng)機(jī)200的簡(jiǎn)化圖，所述DC電動(dòng)機(jī)200可耦合到輥輪或可形成控制裝置的輥輪的一部分。
具體實(shí)施例方式
系統(tǒng)概述圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于觸覺(jué)反饋的電子系統(tǒng)的方框圖。所展示的是具有用于檢測(cè)輥或輪的移動(dòng)的輥傳感器12的鼠標(biāo)10。傳感器信號(hào)被提供到ASIC14中的處理電路。ASIC14還從鼠標(biāo)傳感器16和按鈕傳感器18接收信號(hào)。鼠標(biāo)傳感器16提供來(lái)自鼠標(biāo)球上的兩個(gè)編碼器輥的檢測(cè)器信號(hào)，或光學(xué)鼠標(biāo)上的光學(xué)信號(hào)。
ASIC14還控制兩個(gè)輥致動(dòng)器20和22，如下文所述，所述兩個(gè)輥致動(dòng)器提供鼠標(biāo)輥或輪上的棘輪功能。需要電力的致動(dòng)器在線25上接收其來(lái)自USB24的電力。因此，需要最小化致動(dòng)器所使用的電量。由ASIC14接收到的傳感器信號(hào)被譯成數(shù)據(jù)包格式，且經(jīng)由USB24被傳輸?shù)街鳈C(jī)計(jì)算機(jī)26以用于控制顯示器28。主機(jī)26可響應(yīng)于顯示器20上光標(biāo)30的位置而將反饋信號(hào)提供回到ASIC14，例如在較長(zhǎng)的文檔中使用較少的棘輪。
在一個(gè)模式中，取代將發(fā)送到主機(jī)的傳感器信號(hào)，和接收回來(lái)的反饋信號(hào)，主機(jī)可設(shè)旁路以向鼠標(biāo)輥的旋轉(zhuǎn)提供制動(dòng)感覺(jué)。在先前的輥中，這是通過(guò)使用安裝在鼠標(biāo)中的彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)機(jī)械地完成的。在本發(fā)明中，這可通過(guò)使用圖1中的虛線34所指示的制動(dòng)局部反饋路徑的觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)來(lái)提供?？赏ㄟ^(guò)周期性地關(guān)閉磁系統(tǒng)來(lái)控制制動(dòng)器或棘輪的定時(shí)。來(lái)自輥傳感器12的輥傳感器信號(hào)指示輥已轉(zhuǎn)動(dòng)了預(yù)定量，可將信號(hào)提供給輥致動(dòng)器20和22中的適當(dāng)?shù)妮佒聞?dòng)器。這種局部反饋的使用消除了經(jīng)由USB或經(jīng)由無(wú)線鏈接發(fā)送數(shù)據(jù)的需要，排除了帶寬問(wèn)題且還提供更即時(shí)的反饋。
圖2是用于本發(fā)明的實(shí)施例中的軟件的方框圖。所展示的是具有輥36的鼠標(biāo)10。在鼠標(biāo)10內(nèi)的是包括用于控制鼠標(biāo)的程序38的處理器或ASIC14。將傳感器信號(hào)40提供給主機(jī)計(jì)算機(jī)26，尤其是主機(jī)中的驅(qū)動(dòng)器42。驅(qū)動(dòng)器接著可將信號(hào)提供給應(yīng)用程序44，所述應(yīng)用程序控制顯示器28上的特定圖形。在特定條件下，例如向上卷動(dòng)線或頁(yè)面時(shí)，可從應(yīng)用程序44將觸覺(jué)反饋信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)器42，且接著回到ASIC14作為控制命令46。響應(yīng)于這些控制命令，程序38將信號(hào)48提供到鼠標(biāo)10中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
組合的永磁體與電磁體圖3說(shuō)明由鐵制成的轉(zhuǎn)子50。轉(zhuǎn)子50可經(jīng)由輪軸或其它裝置耦合到輪(輥)。圖3展示永磁體52，優(yōu)選由釹(NdFeB)制成。永磁體52當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)與轉(zhuǎn)子互動(dòng)以提供變化的磁吸引量，因此模擬機(jī)械棘輪的感覺(jué)。將中和電磁體54安裝在永磁體52的鄰近處。
如圖4中所示，永磁體的通量線56僅提供足以給予棘輪功能的力。這是通過(guò)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)吸引轉(zhuǎn)子的指51來(lái)完成的。這不需要電力，且在沒(méi)有聲音或磨損的情況下提供可靠且順暢的棘輪作用。
圖5說(shuō)明來(lái)自永磁體52和電磁體54的組合的通量場(chǎng)58。可啟動(dòng)電磁體以在特定環(huán)境下提供此加強(qiáng)的通量場(chǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，如果執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作，那么可以與釹永磁體一樣的極性向電磁體施加電壓。兩個(gè)場(chǎng)然后彼此補(bǔ)充和加強(qiáng)，從而導(dǎo)致大得多的復(fù)合場(chǎng)，其約束鐵轉(zhuǎn)子50的旋轉(zhuǎn)并鎖定滾輪的旋轉(zhuǎn)。
圖6說(shuō)明由永磁體52和電磁體54產(chǎn)生的大量減小的組合的相反通量場(chǎng)60。當(dāng)需要使棘輪脫離時(shí)，可以永磁體的相反極性向電磁體施加電壓。結(jié)果是大小和強(qiáng)度大量減小的扭曲的組合場(chǎng)。因此，鐵轉(zhuǎn)子50受到磁場(chǎng)最小的影響，且可自由旋轉(zhuǎn)，從而允許滾輪利用其自身慣性自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)需要時(shí)可將其啟動(dòng)，例如在不需要棘輪作用的較長(zhǎng)文檔的情況下。
磁場(chǎng)的這個(gè)原理是用科學(xué)的方法研究出來(lái)，且是良好確立的技術(shù)，并且是Halbach陣列隱含的原理。圖7說(shuō)明Halbach陣列中的不同通量線的方向。圖8是展示說(shuō)明整個(gè)通量線的圖7的通量方向的模擬圖。這展示Halbach陣列可取消一側(cè)的場(chǎng)，并放大另一側(cè)的場(chǎng)。這是用于本發(fā)明的此實(shí)施例的混合棘輪中的原理。
圖9說(shuō)明與主滾輪62互動(dòng)的磁體和轉(zhuǎn)子。這個(gè)互動(dòng)是通過(guò)行星齒輪64來(lái)完成的。滾輪62圍繞軸66旋轉(zhuǎn)，同時(shí)行星齒輪64通過(guò)軸66與鐵轉(zhuǎn)子50嚙合。如先前所討論，轉(zhuǎn)子50與永磁體52以及電磁體54互動(dòng)以在需要時(shí)提供所需的棘輪力。如上文所注意，通過(guò)部分地向電磁體施加電壓，可按需要臨時(shí)增加或減小棘輪力。通過(guò)僅在需要增加棘輪力(暫停情況下)或消除棘輪力(無(wú)棘輪滾動(dòng)情況下)的非正常情形下使用電磁體，可最小化向電磁體施加電壓所用的電力。另外，鐵轉(zhuǎn)子或棘輪具有可充當(dāng)飛輪的益處，存儲(chǔ)動(dòng)量以允許主滾輪在其滾動(dòng)通過(guò)較長(zhǎng)文檔時(shí)保持旋轉(zhuǎn)。
圖10說(shuō)明添加了由DC電動(dòng)機(jī)70控制的引導(dǎo)螺桿68的圖9的實(shí)施例。DC電動(dòng)機(jī)促進(jìn)或妨礙引導(dǎo)螺桿通過(guò)控制永磁體和電磁體與鐵轉(zhuǎn)子之間的間隙72來(lái)增加或減小磁場(chǎng)。或者，使用者可手動(dòng)調(diào)節(jié)所述距離，并因此憑借從輸入裝置(例如，鼠標(biāo))的底部進(jìn)入的螺桿來(lái)調(diào)節(jié)棘輪力。
飛輪實(shí)施例圖11說(shuō)明使用飛輪80的本發(fā)明的實(shí)施例，所述飛輪80經(jīng)由軸66連接到圍繞軸66旋轉(zhuǎn)的滾輪62中的行星齒輪64。飛輪優(yōu)選具有黃銅或其它金屬或重材料內(nèi)部82，其中用于輪箍表面84的橡膠或其它軟材料繞著其圓周。輪箍表面與安裝在支撐臂90中的軸88上的橢圓形棘輪86嚙合。由螺線管-彈簧組合件92控制橢圓形棘輪86與飛輪80的嚙合。橡膠輪箍減少噪音，且允許與橢圓形棘輪的順暢嚙合。橢圓形棘輪可脫離出來(lái)，以允許飛輪自由旋轉(zhuǎn)。行星齒輪配置允許飛輪旋轉(zhuǎn)得比主輪快得多，從而允許建立動(dòng)量。
圖12是飛輪80和橢圓形棘輪86的側(cè)視圖。彈簧94向支撐臂90和橢圓形棘輪86的鐵核棒96提供偏向力。螺線管98與鐵核96相互作用以在需要時(shí)促進(jìn)或妨礙以嚙合或脫離棘輪?？捎善筋^螺桿100控制彈簧94的偏向力。當(dāng)主橡膠輪箍84旋轉(zhuǎn)時(shí)，橢圓形輪也旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致螺線管的鐵核插棒96進(jìn)出移動(dòng)，從而壓縮彈簧并產(chǎn)生棘輪效果。
圖13說(shuō)明圖12的實(shí)施例，其為當(dāng)橢圓形輪已旋轉(zhuǎn)90度至其最大位置時(shí)的情況，其提供與飛輪80相抵的最大力?；蛘呤褂每捎墒褂谜呔o固或放松的平頭螺桿，可在輸入裝置(例如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等)的底部具有一轉(zhuǎn)盤(pán)，以允許進(jìn)行調(diào)節(jié)而不需要任何工具。
圖14說(shuō)明圖12的實(shí)施例，其中螺線管經(jīng)致動(dòng)以縮回橢圓形棘輪86。此允許飛輪80自由旋轉(zhuǎn)，而沒(méi)有棘輪效果。例如，當(dāng)人員輸入較長(zhǎng)文檔并快速輕擊主滾輪時(shí)可將此致動(dòng)?？捎蓾L輪編碼器檢測(cè)到此角加速，且可響應(yīng)于縮回棘輪而向螺線管施加電壓。飛輪的慣性將允許主輪旋轉(zhuǎn)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，進(jìn)而允許使用者瀏覽整個(gè)較長(zhǎng)文檔，而不需要使用者的手指持續(xù)移動(dòng)滾輪。也可通過(guò)部分地向螺線管施加電壓來(lái)抵制彈簧而以電子方式部分地減小棘輪力。
圖15是滾輪110的圖，其中軸112附接到被壓按的金屬盤(pán)114。所述盤(pán)與電磁體116相互作用以產(chǎn)生棘輪效果。所述盤(pán)可具有齒來(lái)產(chǎn)生棘輪效果?；蛘?，所述盤(pán)可為光滑的，且開(kāi)啟和關(guān)閉電磁體來(lái)產(chǎn)生棘輪效果?？筛鶕?jù)感測(cè)到的輥的旋轉(zhuǎn)來(lái)脈動(dòng)電磁體?？赏ㄟ^(guò)改變提供給電磁體的電流來(lái)改變力的大小。在替代性實(shí)施例中，金屬盤(pán)可安裝在輥內(nèi)部，其中電磁體鄰近輥上的點(diǎn)，或具有圍繞輥的邊延伸的U形形狀。
電控永磁體技術(shù)混合式磁系統(tǒng)的一替代性實(shí)施例是使用電控永磁體系統(tǒng)。這些系統(tǒng)提供非常高的技術(shù)級(jí)的固定狀態(tài)解決方案，其解決了混合式磁系統(tǒng)中的某些缺陷。具有混合式磁體系統(tǒng)的主要缺陷在于，其需要持續(xù)的電力以用于自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)僅偶爾進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并無(wú)問(wèn)題。然而，如果使用者希望將自由轉(zhuǎn)動(dòng)作為默認(rèn)模式，那么顯然持續(xù)的電力消耗就變?yōu)橐粋€(gè)問(wèn)題。
電控永磁體技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槠鋬H需要電力來(lái)改變狀態(tài)。一旦處于所需狀態(tài)(例如自由轉(zhuǎn)動(dòng)或棘輪模式)，就不需要額外的電力。此實(shí)施例使用電控永磁體取代了先前系統(tǒng)中的電磁體和永磁體。電控永磁體具有永磁體和電磁體，其中與混合式實(shí)施例具有一個(gè)關(guān)鍵的不同。所述永磁體是由相對(duì)易于再磁化的材料制成的，例如磁鋼(Alnico)，不同于先前系統(tǒng)中使用的NdFeB。
圖16是電控永磁體119的圖。其包含由電力線圈122環(huán)繞的永磁體120。這可代替圖9的永磁體52和電磁體54的磁體系統(tǒng)。
當(dāng)電流在圍繞電控永磁體材料的電線線圈中流動(dòng)時(shí)，電磁場(chǎng)促使電控永磁體材料以相同的定向?qū)?zhǔn)，從而產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，其為兩個(gè)磁場(chǎng)的組合。在中斷線圈中的電流后，電控永磁體材料保持其磁定向，剩余的場(chǎng)略小于先前的場(chǎng)(具有電磁貢獻(xiàn))，但仍很大且會(huì)無(wú)限維持。為了消除磁場(chǎng)，通過(guò)使短暫的不規(guī)則AC電流穿過(guò)電線線圈，使電控永磁體材料返回到隨機(jī)的磁定向，便沒(méi)有了顯著的磁場(chǎng)。
為了開(kāi)啟系統(tǒng)(嚙合棘輪)，使短暫的電流脈沖通過(guò)電磁體線圈，此產(chǎn)生強(qiáng)大的但短暫的活動(dòng)磁場(chǎng)，其磁化電控永磁體材料。當(dāng)在極短的時(shí)間后關(guān)斷電流時(shí)，電磁體不再產(chǎn)生磁場(chǎng)，然而，永磁體保持其磁力。此永磁場(chǎng)可用于產(chǎn)生棘輪效應(yīng)或制動(dòng)效果。
為使棘輪離開(kāi)以自由滾動(dòng)，使電流在相反方向上通過(guò)電磁體。這產(chǎn)生中和永磁體的短暫磁場(chǎng)，從而關(guān)斷永磁體。通過(guò)控制電磁體中電流脈沖的持續(xù)時(shí)間，可改變永磁體的強(qiáng)度和極性，或使永磁體完全消磁。
此實(shí)施例提供可調(diào)節(jié)的棘輪力和制動(dòng)機(jī)構(gòu)，其為安靜的、固定狀態(tài)的，無(wú)磨損且僅需要用于改變狀態(tài)的電力。
保持器或通量路徑修改圖17-18的實(shí)施例使用磁通量路徑調(diào)節(jié)。圖17-18展示可將經(jīng)打孔的鐵輪124放在滾輪本身中，或作為圖9中由輪59展示的鐵棘輪。永磁體126具有兩個(gè)磁極128和130，其在底部處通過(guò)固定保持器132接合。保持器是用于限制磁通量和最小化逸離量的鐵或其它條狀物。圖17中磁體的頂部敞開(kāi)，其中磁通量線與輪的鐵齒124相互作用?？捎芍聞?dòng)器136維持保持器134遠(yuǎn)離通量線。
圖18展示保持器134已由致動(dòng)器136移動(dòng)而進(jìn)入通量線的路徑以限制通量，且避免與輪齒124的相互作用。保持器可在滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由致動(dòng)器136移動(dòng)進(jìn)入和退出某位置，從而給出棘輪反饋效果。另外，其可產(chǎn)生制動(dòng)效果。可通過(guò)將保持器完全移動(dòng)或僅部分移動(dòng)進(jìn)入某位置來(lái)控制制動(dòng)量，從而給出對(duì)磁通量限制程度的變化。對(duì)于自由滾動(dòng)模式，保持器維持在磁體上方以限制磁通量。
此實(shí)施例具有磁性棘輪的優(yōu)點(diǎn)，但僅需要電力來(lái)改變模式。其確實(shí)需要與固定狀態(tài)相對(duì)的移動(dòng)部件(保持器/致動(dòng)器)，且需要較大的力來(lái)移動(dòng)保持器。
圖19是DC電動(dòng)機(jī)200的簡(jiǎn)化圖，所述DC電動(dòng)機(jī)200可耦合到輥輪(例如，經(jīng)由齒輪系統(tǒng)、軸等)或可形成控制裝置的輥輪的一部分。DC電動(dòng)機(jī)包括第一和第二外殼202和203、第一和第二線圈210和215以及一組耦合到印刷電路板(PCB)225的傳感器220。第二外殼包括一組磁體230，且鄰近的磁體具有在大體上相對(duì)的方向上面對(duì)的磁極。外殼和磁體可耦合到輥輪的一部分，其中使用者推動(dòng)所述部分以旋轉(zhuǎn)輥輪，使得外殼和磁體隨著輥輪一起旋轉(zhuǎn)。在此實(shí)施例中，外殼和磁體可經(jīng)配置以相對(duì)于線圈和/或傳感器旋轉(zhuǎn)?；蛘撸€圈和/或傳感器可耦合到輥輪(例如，經(jīng)由軸235)，且可經(jīng)配置以圍繞輥輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)外殼和磁體大體上固定。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在輥輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，電流可被引導(dǎo)通過(guò)線圈中的一者或兩者以實(shí)現(xiàn)線圈與磁體之間的磁性相互作用，從而為輥輪提供棘輪力?？苫诒或?qū)動(dòng)通過(guò)線圈中的一者或兩者的電流量來(lái)增加或減小棘輪力的量值。或者，沒(méi)有電流被驅(qū)動(dòng)通過(guò)線圈，使得輥輪在順暢輥模式中(即，沒(méi)有棘輪效應(yīng))大體上順暢地旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電流可被驅(qū)動(dòng)通過(guò)線圈中的一者或兩者，使得線圈中的一者或兩者與磁體以磁性方式相互作用，以旋轉(zhuǎn)外殼且進(jìn)而旋轉(zhuǎn)輥輪?？善鹗歼@種自推進(jìn)輥輪模式以用于卷動(dòng)通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的文檔或類似物。此自推進(jìn)輥輪模式可基于在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的特定應(yīng)用程序而接通。計(jì)算機(jī)可經(jīng)配置以向鼠標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)以開(kāi)啟自推進(jìn)模式?；蛘?，控制裝置可檢測(cè)到使用者正以預(yù)定方式旋轉(zhuǎn)輥輪，從而開(kāi)啟自推進(jìn)模式。舉例來(lái)說(shuō)，使用者可i)旋轉(zhuǎn)輥輪持續(xù)比預(yù)定閾值時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間，ii)輥輪可高于固定速率旋轉(zhuǎn)，或iii)輥輪可在一段時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)重復(fù)固定數(shù)目的次數(shù)。自推進(jìn)模式可(例如)在使用者觸摸輥輪時(shí)關(guān)斷，或可基于從計(jì)算機(jī)接收到的控制命令而關(guān)斷。舉例來(lái)說(shuō)，如果開(kāi)啟自推進(jìn)模式以卷動(dòng)通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的文檔(例如，文本文檔、代碼、程序等)，那么在文檔的末尾，可關(guān)斷線圈的電流以關(guān)斷自推進(jìn)模式。
根據(jù)另一實(shí)施例，可開(kāi)啟線圈中的一者或兩者以對(duì)輥輪施加制動(dòng)動(dòng)作。舉例來(lái)說(shuō)，如果正卷動(dòng)文檔并到達(dá)文檔的末尾，可開(kāi)啟線圈以制動(dòng)輥輪，從而指示已到達(dá)文檔的末尾。將了解，制動(dòng)可用于多種應(yīng)用。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述組傳感器220包括磁場(chǎng)傳感器，例如Hall效應(yīng)傳感器、線圈或類似物。傳感器可經(jīng)配置以檢測(cè)在輥輪和磁體關(guān)于傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)磁體230的變化磁場(chǎng)。檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)磁體的變化磁場(chǎng)可由傳感器檢測(cè)以用于編碼輥輪旋轉(zhuǎn)。傳感器也可經(jīng)配置以檢測(cè)線圈中的一者或兩者的磁場(chǎng)。
根據(jù)另一實(shí)施例，電流可被驅(qū)動(dòng)通過(guò)線圈中的一者或兩者以實(shí)現(xiàn)輥輪“慢進(jìn)”模式。在慢進(jìn)模式中，可通過(guò)增加量以實(shí)現(xiàn)由控制裝置產(chǎn)生的控制信號(hào)增加來(lái)使輥輪向前或向后旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，輥輪可相對(duì)少量地旋轉(zhuǎn)以用于相對(duì)低速的卷動(dòng)或其它功能，且可相對(duì)較大量地旋轉(zhuǎn)以用于相對(duì)較高速的卷動(dòng)。在慢進(jìn)模式中，線圈中的一者或兩者與固定磁體之間的磁性相互作用可提供向“中性”位置的返回力。在中性位置，控制裝置不能向計(jì)算機(jī)提供卷動(dòng)命令。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不脫離本發(fā)明本質(zhì)特征的情況下可用其它特定形式體現(xiàn)本發(fā)明。舉例來(lái)說(shuō)，飛輪或磁性轉(zhuǎn)子可安裝在滾輪內(nèi)側(cè)，而不是偏離到一側(cè)且由軸連接。除黃銅之外的金屬可用于飛輪，例如鋼。因此，希望上文的描述是說(shuō)明性的，而不是限制由所附權(quán)利要求書(shū)陳述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一永磁體，其安裝在所述裝置中；一電磁體，其安裝在所述永磁體鄰近處；和一轉(zhuǎn)子，其由一將與所述永磁體和所述電磁體以磁性方式相互作用的材料制成，且耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪，并結(jié)合所述磁體中的至少一者進(jìn)行操作，以向所述可旋轉(zhuǎn)輪提供一棘輪力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一控制電路，其經(jīng)配置以向所述電磁體施加電壓，以提供來(lái)自所述永磁體和所述電磁體的一組合磁場(chǎng)，所述組合磁場(chǎng)大于僅來(lái)自所述永磁體的一磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一控制電路，其經(jīng)配置以向所述電磁體施加電壓，以至少部分地消除僅來(lái)自所述永磁體的一磁場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一將所述轉(zhuǎn)子連接到所述輪的軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其進(jìn)一步包含一附接到所述軸的一末端的行星齒輪，所述行星齒輪嚙合在所述輪的內(nèi)側(cè)一帶齒的齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一用于調(diào)節(jié)所述永磁體與所述電磁體之間的一距離的可移動(dòng)部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述可移動(dòng)部件可通過(guò)電力移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一控制電路，所述控制電路響應(yīng)于一來(lái)自所述主機(jī)的反饋信號(hào)而用于控制來(lái)自所述電磁體的一磁場(chǎng)的一數(shù)量和方向，以控制一棘輪效應(yīng)量和一棘輪力。
9.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一永磁體，其安裝在所述裝置中；一電磁體，其安裝在所述永磁體鄰近處；一轉(zhuǎn)子，其由一將與所述永磁體和所述電磁體以磁性方式相互作用的材料制成，且耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪，并結(jié)合所述磁體中的至少一者進(jìn)行操作，以向所述可旋轉(zhuǎn)輪提供一棘輪力；一軸，其將所述轉(zhuǎn)子連接到所述輪；一行星齒輪，其附接到所述軸的一末端，所述行星齒輪嚙合在所述輪的內(nèi)側(cè)一帶齒的齒輪；和一控制電路，其經(jīng)配置以向所述電磁體施加電壓，以提供來(lái)自所述永磁體和所述電磁體的一組合磁場(chǎng)，所述組合磁場(chǎng)大于僅來(lái)自所述永磁體的一磁場(chǎng)；其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以向所述電磁體施加電壓，以至少部分地消除來(lái)自所述永磁體的一磁場(chǎng)。
10.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一飛輪，其與所述可旋轉(zhuǎn)輪嚙合安裝；和一棘輪，其經(jīng)安裝以用于與所述飛輪間斷性嚙合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述飛輪為金屬的，且在其圓周上安裝有一橡膠輪箍。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述棘輪為橢圓狀，使得其在所述橢圓旋轉(zhuǎn)時(shí)用不同的力推動(dòng)所述飛輪。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述棘輪以可嚙合方式偏向所述飛輪。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其進(jìn)一步包含一經(jīng)安裝以嚙合所述棘輪與所述飛輪的螺線管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其進(jìn)一步包含一控制電路，所述控制電路用于響應(yīng)于允許所述可旋轉(zhuǎn)輪自由旋轉(zhuǎn)而沒(méi)有一棘輪效果的確定條件，促使所述螺線管使所述棘輪與所述飛輪分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其進(jìn)一步包含一用于使所述棘輪偏向所述飛輪的彈簧。
17.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中，且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一飛輪，其與所述可旋轉(zhuǎn)輪嚙合安裝，其中所述飛輪是金屬的，在其圓周上安裝有一橡膠輪箍；一棘輪，其經(jīng)安裝以用于與所述飛輪間斷性嚙合；其中所述棘輪為橢圓狀，使得其在所述橢圓旋轉(zhuǎn)時(shí)用不同的力推動(dòng)所述飛輪；一彈簧，其用于使所述棘輪偏向所述飛輪；和一螺線管，其經(jīng)安裝以嚙合所述棘輪與所述飛輪。
18.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中，且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一電控永磁體，其安裝在所述裝置中；和一轉(zhuǎn)子，其由一將與所述電控永磁體以磁性方式相互作用的材料制成，且耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪，并結(jié)合所述電控永磁體進(jìn)行操作，以向所述可旋轉(zhuǎn)輪提供一力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其進(jìn)一步包含一耦合到所述輪傳感器和所述電控永磁體的控制器，所述控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)脈動(dòng)所述電控永磁體來(lái)修改其狀態(tài)，以提供一棘輪力。
20.一種用于與一主機(jī)計(jì)算機(jī)介接的使用者輸入裝置，其包含一可旋轉(zhuǎn)輪，其安裝在所述輸入裝置中，所述輪可由一使用者的一手指旋轉(zhuǎn)；一輪傳感器，其安裝在所述輸入裝置中，且向所述主機(jī)計(jì)算機(jī)提供一指示所述輪的一旋轉(zhuǎn)位置的輪信號(hào)；一永磁體，其安裝在所述裝置中；一保持器，其安裝在所述永磁體鄰近處；一致動(dòng)器，其耦合到所述保持器，使得所述保持器可在所述永磁體上移動(dòng)以抑制來(lái)自所述永磁體的通量，且可從所述永磁體去除以允許所述通量逸離；和一轉(zhuǎn)子，其由一將與所述永磁體以磁性方式相互作用的材料制成，且耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪，并結(jié)合所述磁體進(jìn)行操作，以向所述可旋轉(zhuǎn)輪提供一力。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其進(jìn)一步包含一耦合到所述輪傳感器和所述致動(dòng)器的控制器，所述控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而脈動(dòng)所述致動(dòng)器而移動(dòng)所述保持器來(lái)修改來(lái)自所述永磁體的通量，以提供一棘輪力。
22.一種用于一使用者輸入裝置的輥輪，其包含一輥輪體；至少一第一線圈，其旋轉(zhuǎn)地耦合到所述輥輪體；和一組磁體，其耦合到所述輥輪體且經(jīng)配置以隨著所述輥輪體一起旋轉(zhuǎn)，且相對(duì)于所述線圈旋轉(zhuǎn)；其中電流經(jīng)配置以被驅(qū)動(dòng)通過(guò)所述線圈來(lái)提供所述線圈與所述磁體之間的磁性相互作用，以在所述輥輪體旋轉(zhuǎn)時(shí)提供一棘輪效應(yīng)力。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的輥輪，其中當(dāng)沒(méi)有電流被驅(qū)動(dòng)通過(guò)所述線圈時(shí)，那么所述輥輪經(jīng)配置以在一順暢輥模式中旋轉(zhuǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的輥輪，其進(jìn)一步包含一組磁場(chǎng)傳感器，其中所述磁體經(jīng)配置以相對(duì)于所述磁場(chǎng)傳感器旋轉(zhuǎn)，且所述磁場(chǎng)傳感器經(jīng)配置以檢測(cè)來(lái)自所述旋轉(zhuǎn)的磁體的變化磁場(chǎng)，以用于編碼所述輥輪體的旋轉(zhuǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的輥輪，其中所述磁場(chǎng)傳感器包括Hall效應(yīng)傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的輥輪，其進(jìn)一步包含一第二線圈，其中所述首先提到的線圈和所述第二線圈經(jīng)配置以基于通過(guò)所述線圈被交替驅(qū)動(dòng)的電流來(lái)旋轉(zhuǎn)所述輥輪體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于與一計(jì)算機(jī)介接的一輸入裝置的可旋轉(zhuǎn)輪。所述輸入裝置包括一永磁體與一電磁體。由將與所述永磁體和電磁體以磁性方式相互作用的材料制成的一轉(zhuǎn)子耦合到所述可旋轉(zhuǎn)輪。所述永磁體和電磁體可用于控制一施加到所述可旋轉(zhuǎn)輪的棘輪力。在一替代實(shí)施例中，一具有一飛輪的可旋轉(zhuǎn)輪與一輥嚙合。一棘輪可與所述飛輪間斷性嚙合以提供一棘輪力。通過(guò)使所述棘輪分離，可允許所述飛輪旋轉(zhuǎn)，從而提供動(dòng)量以允許在某些情況下更容易地卷動(dòng)，例如卷動(dòng)通過(guò)一較長(zhǎng)文檔。
文檔編號(hào)G06F3/038GK101021760SQ200710080268
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者蒂莫西·奧沙利文 申請(qǐng)人:羅技?xì)W洲公司