一种按键结构和游戏机的制作方法

1.本发明涉及力反馈装置技术领域，特别涉及一种按键结构和具有该按键结构的游戏机。


背景技术：

2.相关技术中，在一些游戏机的输入控制部分(如游戏手柄)中，为了提升用于的游戏体验和游戏逼真性，有的会设置一些能够进行力反馈的按键结构，这种按键结构可以将游戏中一些特定的内容或者场景的信息电流产生触觉力而反馈到按键上，这样用户触摸按键时可以直接体验到由游戏内容反馈的力，实现游戏内容与玩家更加直接的交互。
3.现有力反馈方案大多结合机械弹簧和电磁结构，其中使用机械弹簧提供不通电的基准力反馈的效果，使用通电线圈提供的安培力作为动态调节力，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。但上述结构中，电磁结构提供的动态调节力的范围相对较小，而通过增大电流的方式调节安培力大小又会引入损耗、散热、功耗增加等新的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种按键结构和游戏机，旨在进一步提升力反馈范围以提升用户的游戏体验感。
5.为实现上述目的，本发明提出的按键结构，包括：
6.壳体；
7.按键，所述按键的一端伸入所述壳体内，并与所述壳体可伸缩连接，另一端位于所述壳体外侧；
8.弹性件，所述弹性件设于所述壳体和所述按键之间；以及
9.电磁模块，包括位于所述壳体内的第一磁组件、第二磁组件、第一线圈和第二线圈；所述第一磁组件包括两个上下同极相对设置的第一磁体，所述第二磁组件套装于所述第一磁组件外侧，包括两个上下同极相对设置的第二磁体，且所述第一磁体和所述第二磁体在相对位置处的磁极相反；所述第一线圈套接于所述第一磁体和第二磁体之间，所述第二线圈套接于所述第二磁体的外侧，且所述第一线圈和所述第二线圈的电流方向相反，并均与所述按键连接。
10.可选的，所述第一磁组件还包括第一磁轭，所述第一磁轭设于两个所述第一磁体之间；所述第二磁组件还包括环形的第二磁轭，所述第二磁轭套装于所述第一磁组件外侧，并设于两个所述第二磁体之间。
11.可选的，所述第一磁轭和所述第二磁轭的高度相同，且上表面位于同一平面上。
12.可选的，所述第一磁体、所述第二磁体、所述第一磁轭和所述第二磁轭的中心位于同一直线上。
13.可选的，所述壳体包括底筒和盖板：所述底筒的一端具有开口；所述盖板连接于所
述底筒并封盖所述开口，所述盖板开设有避让口，所述避让口适于所述按键穿过。
14.可选的，所述按键包括键本体和连接骨架，所述键本体包括键帽和竖立于所述键帽中心的连接柱；所述连接柱的端部自所述避让口伸入所述底筒内，并与所述第一线圈连接；所述连接骨架包括活动环和连接臂；所述活动环可活动地插设于所述底筒内，并与所述第二线圈连接；所述连接臂的一端连接于所述活动环，另一端经所述避让口伸出并与所述键帽连接。
15.可选的，所述连接柱内设有空腔；所述弹性件设于所述空腔内，且一端与所述键帽抵接，另一端伸入所述避让口并与所述第一磁体抵接。
16.可选的，所述活动环包括分体设置的第一环和第二环，所述第一环与所述连接臂连接，且所述第一环和所述第二环分别连接于所述第二线圈的两端；所述第二线圈的长度与所述第一线圈相同，并连接于所述连接柱的端面上。
17.可选的，所述连接臂为多个，多个所述连接臂沿所述活动环的周向间隔均匀设置，并与所述键本体面向所述连接臂的一侧边开设的限位口适配插装。
18.本发明还提出了一种游戏机，包括如上所述的按键结构。
19.本发明技术方案中的按键结构，通过将按键的一端伸入到壳体内，使壳体与按键滑动连接，同时在按键和壳体之间连接弹性件，从而使用户可以对按键进行按压操作，并能依靠弹性件的弹性回复力实现按压回复；而通过在壳体内设置电磁模块，使两个上下同极相对设置的第二磁体套接于两个上下同极相对设置的第二磁体外侧，且第一磁体和第二磁体在相对位置处的磁极相反，使第一线圈套接于第一磁体和第二磁体之间、第二线圈套接于第二磁体的外侧、且两者电流方向相反，这样当电磁模块的第一线圈和第二线圈中通入游戏信息电流时，第一线圈和第二线圈跟随按键相对第一磁体和第二磁体相对上下运动过程中，由于第一磁体和第二磁体同极相对且相对位置处磁极相反，使得第一磁体、第二磁体的磁场可以穿过第一线圈、第二线圈而产生感应电流，此时第一线圈、第二线圈受到安培力方向相同并在其作用下发生运动，从而带动连接的按键进行运动，进而使按键受力动作，实现力的反馈、实现用户对游戏内容反馈力的触觉接收。而且通过在第二磁组件和第二线圈构成的单组轴向充磁组的基础上，再其中心位置再放置一个第一线圈和第二磁组件，使得内外线圈充分利用径向磁通来产生轴向力，进而进一步提高了电磁模块的输出力，使反馈力具有更大的动态调节范围，进而大大提升了用户的游戏体验感。
20.此外，本发明技术方案在按压按键后，弹性件的弹性力能够配合电磁驱动力实现反馈力大小的调节。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
22.图1为本发明中按键结构一实施例的结构示意图；
23.图2为图1的爆炸结构示意图；
24.图3为图1中一视角的截面示意图，其中，图中虚线箭头方向为磁路方向。
25.附图标记说明：
26.100-按键结构；
27.10-壳体，11-底筒，12-盖板；
28.20-按键，21-键本体，211-键帽，212-连接柱；22-连接骨架，221-活动环，221a-第一环，221b-第二环，222-连接臂；
29.30-弹性件；
30.40-电磁模块，41-第一磁组件，411-第一磁体，412-第一磁轭，42-第二磁组件，421-第二磁体，422-第二磁轭，43-第一线圈，44-第二线圈。
具体实施方式
31.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。
32.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)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。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.另外，在本发明中如涉及“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“且/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a且/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。
35.本发明提出了一种按键结构100。
36.请结合参照图1-3，在本发明实施例中，该按键结构100包括壳体10、按键20、弹性件30以及电磁模块40。其中，按键20的一端伸入所述壳体10内，并与壳体10可伸缩连接，另一端位于壳体10外侧；弹性件30的两端分别与按键20和壳体10抵接；电磁模块40设于壳体10内，并连接于按键20，适于产生电磁驱动力以至按键20中。
37.本技术中，壳体10的外形可以设计为圆柱形，其内部形成有安装空间，电磁模块40安装于该安装空间内，按键20的部分结构伸入该安装空间内，并与电磁模块40连接。可以理解地，壳体10应当使用导磁材料制作，例如壳体10的材质可以但不限于是纯铁、硅钢、坡莫合金以及一般用冷轧碳钢薄板及钢带(spcc)等等。
38.按键20主要是用于供用于进行按压操作。弹性件30可以是弹簧、弹片或者弹性塑
料件等，其可以在按压按键20后提供回复力，并跟电磁模块40产生的电磁驱动力一起传递至按键20供用户进行触觉接收。
39.实际应用中，用户在游戏使用时，按下按键20进行游戏操作，例如假定为一个驾驶游戏操作时，当游戏内汽车静止时，游戏信息不产生电流，此时用户按压下按键20后，感受到的反馈力即为弹性件30的回弹力；当汽车在开动时，此时在游戏场景中的阻力较小，因此该游戏信息电流为负向电流，负向电流通过电磁模块40产生的电磁驱动力方向与弹性件30的回弹力方向相反，用户感受的反馈力为弹性件30回弹力减去电磁驱动力，即用户感受到的游戏反馈力也较小，容易开动；同理，当汽车撞上障碍时，此时游戏信息电流为正向电流，电磁驱动力方向与弹性件30回弹力方向相同，因此用户感受到的游戏反馈力为回弹力与电磁驱动力之和，此时对应游戏内容反馈力变大，难以开动。
40.进一步的，电磁模块40包括第一磁组件41、第二磁组件42、第一线圈43和第二线圈44，第二磁组件42套装于第二磁组件42的外侧，第一线圈43套设于第一磁组件41与第二磁组件42之间的间隙中，第二线圈44套装于第二磁组件42的外侧，且第一磁组件41、第二磁组件42轴向充磁且充磁方向相反，第一线圈43和第二线圈44电流方向相反。
41.该实施例中，第一磁组件41和第二磁组件42套装设置，且充磁方向相反，使第二磁组件42能够与位于其中心的第一磁组件41形成磁回路，进而增加气隙磁通密度。第一线圈43和第二线圈44位于同一回路，且通过绕匝设置具有相反的电流方向，其中第一线圈43位于第一磁组件41和第二磁组件42所形成的磁场中，并受其影响，第二线圈44受第二磁组件42所形成的磁场中，并受其影响，基于磁场方向和电流方向影响，在同一电流作用下，第一线圈43和第二线圈44受到的安培力方向相同。
42.根据电磁驱动原理，第一线圈43和第二线圈44通入电流后，在相对磁组件的磁场中运动时，第一线圈43和第二线圈44产生感应电流，此时，受磁场方向和电流方向影响，第一线圈43和第二线圈44受到的安培力方向相同，进而在安培力的作用下发生运动，从而带动连接的按键20进行运动，进而使按键20受力动作，实现力反馈。而当第一线圈43、第二线圈44根据游戏信息受到不同大小、不同方向的电流时，其受到的安培力大小、方向也不同，如此传递到按键20时实现了力反馈增强或者削弱的效果。相较于单磁组线圈的电磁模块40，本技术因设置有双磁组线圈，且双线圈均能够提供驱动力，因此进一步提高了电磁模块40的输出力，使其在相同的电流作用下能够提供更大的动态调节范围。
43.参照图3，进一步的，第一磁组件41包括两个上下相对设置的第一磁体411，第二磁组件42包括两个上下相对设置的第二磁体421，且远离按键20的第一磁体411和第二磁体421的端部固定于壳体10的底壁。
44.具体的，第一磁体411和第二磁体421均可以是永磁体，例如磁铁，并在需要固定连接时通过粘接固定于壳体10的底壁。实际应用中，当第一线圈43、第二线圈44中通入电流时，第一磁组件41和第二磁组件42形成为电磁驱动器中的定子，而第一线圈43、第二线圈44形成为动子，因此第一线圈43、第二线圈44相对第一磁组件41和第二磁组件42运动时，第一磁体411和第二磁体421的磁感线穿过线圈，从而产生安培力对按键20的运动进行增强或者抑制。
45.进一步地，第一磁组件41中，两个第一磁体411相互靠近的一端的磁性相同。如此设置，使得两个第一磁体411形成为两个单独的磁体，这样使两个磁体两端的磁路均可以穿
过第一线圈43，即，使得更多磁感线穿过第一线圈43。当第一线圈43通电后产生的磁感更强，从而使用户通过触摸按键20可以更加灵敏的接收力反馈。上述结构同样适用于第二磁组件42。
46.因此，本发明技术方案的按键结构100，通过将按键20一端伸入壳体10内，与壳体10活动连接，另一端位于壳体10外，同时在按键20与壳体10之间连接弹性件30，从而使用户可以对按键20进行按压操作，并能依靠弹性件30的弹性回复力实现按压回复；而通过在壳体10内设置电磁模块40，这样电磁模块40可以根据游戏信息的电流来产生电磁驱动力，从而使电磁驱动力反馈传递到按键20上，实现用户对游戏内容反馈力的触觉接收。该结构中，无需设计额外的驱动结构和减速机构，从而避免了形成空隙行程，使反馈力可以直接的传递到按键20被用户接收，进而大大提升了用户的游戏体验感。
47.此外，本发明技术方案在按压键本体21后，弹性件30的弹性力能够配合电磁驱动力实现反馈力大小的调节。
48.进一步地，第一磁组件41还包括第一磁轭412，第一磁轭412设于两个第一磁体411之间；第二磁组件42还包括环形的第二磁轭422，第二磁轭422套装于第一磁组件41外侧，并设于两个第二磁体421之间。其中，第一磁轭412可以粘接固定于两个第一磁体411之间，第二磁轭422可以粘接固定于两个第二磁体421之间，通过第一磁轭412和第二磁轭422的设置，使得两个第一磁体411相靠近的一端的磁力线可以通过第一磁轭412进行传输，两个第二磁体421相靠近的一端的磁力线可以通过第二磁轭422进行传输，第一磁体411和第二磁体421相靠近的一端的磁感线也可以通过第一磁轭412传输，从而进一步增加了电磁模块40整体的磁场强度。
49.进一步地，第一磁轭412和第二磁轭422的高度相同，且上表面位于同一平面上。通过对第一磁轭412、第二磁轭422的高度及位置的限制，使得位于第一磁轭412、第二磁轭422同一侧的第一磁体411和第二磁体421的端面位于同一平面上，进而使第一磁体411和第二磁体421形成的磁感线方向基本与第一线圈43垂直，从而进一步增加电磁模块40整体的磁场强度。
50.进一步地，第一磁体411、第二磁体421、第一磁轭412和第二磁轭422的中心位于同一直线上。如此设置，使得第一线圈43、第二线圈44在上下运动过程中，不会与第一磁组件41、第二磁组件42的各部分产生干涉。
51.本技术中壳体10包括底筒11和盖板12，底筒11的一端具有开口，盖板12连接于底筒11并封盖开口，所述盖板12开设有避让口，避让口适于按键20穿过。
52.其中，底筒11可以为u形筒结构，盖板12则对应为圆形盖板12，并且盖板12可拆卸地封盖于底筒11的开口处。为了便于电磁模块40与按键20的连接，尤其是便于按键20与第一线圈43和第二线圈44的连接，避让口开设于盖板12的中心处和边缘处。
53.本技术中按键20包括键本体21和连接骨架22，键本体21包括键帽211和竖立于键帽211中心的连接柱212；连接柱212的端部自避让口伸入底筒11内，并与第一线圈43连接；连接骨架22包括活动环221和连接臂222；活动环221可活动地插设于底筒11内，并与第二线圈44连接；连接臂222的一端连接于活动环221，另一端经避让口伸出并与键帽211连接。
54.键本体21中的键帽211主要是用于供用户进行按压操作，其外形可以是对应壳体10形成为圆形盖体结构，以使按键结构100整体外观美观；键本体21中的连接柱212自盖板
12中心处的避让口伸入到底筒11内，并与电磁模块40中的第一线圈43连接，主要用于向键帽211提供第一线圈43的驱动力。连接骨架22中的连接臂222一端自避让口伸入底筒11并与活动环221连接，另一端于底筒11外侧与键帽211连接；活动环221位于底筒11内，并与电磁模块40中的第二线圈44连接，主要用于通过连接臂222向键帽211提供第二线圈44的驱动力。如此则按压键帽211后，连接柱212和活动环221可以于底筒11内自由活动。实现键帽211与线圈的连接。
55.进一步地，连接柱212内设有空腔；弹性件30设于空腔内，且一端与键帽211抵接，另一端伸入避让口并与第一磁体411抵接。第一磁体411固定于底筒11内，弹性体的端部可通过与第一磁体411抵接以实现与底筒11连接，具体的，弹性件30的两端可通过粘接或者焊接分别于键帽211和第一磁体411进行固定。弹性件30设于连接柱212内，可利用连接柱212作为导向以限定其形变方向。如此，连接骨架22和连接柱212通过避让口伸入底筒11内与底筒11的内壁发生相对滑动，而弹性件30则在连接骨架22和连接柱212发生滑动后提供回弹，且不与连接骨架22和连接柱212产生干涉，安装结构简单，且便于组装和拆卸。
56.进一步地，活动环221包括分体设置的第一环221a和第二环221b，第一环221a与连接臂222连接，且第一环221a和第二环221b分别连接于第二线圈44的两端；第二线圈44的长度与第一线圈43相同，并连接于连接柱212的端面上。第一环221a和第二环221b的端面可通过粘接分别与第二线圈44的两端进行固定，一方面，使连接骨架22与第二线圈44在径向方向上不重叠，进而能够降低径向方向上的占用空间，便于优化底筒11的尺寸，另一方面，使第二线圈44两端均具有保护、限位结构，进而在底筒11内滑动时，不与底筒11的底壁和盖板12接触。同理，第一线圈43的端面通过粘接与连接柱212的端面连接，以降低在径向方向上的占用空间，同时连接柱212与连接骨架22因均与键帽211连接而具有相同的滑动位移，使第一线圈43和第二线圈44也具有相同的位移，当其长度与第二线圈44相同时，第一线圈43也不会与底筒11的底壁和盖板12接触。
57.进一步地，连接臂222的数量为多个，多个连接臂222沿活动环221的周向间隔均匀设置；并与键帽211面向连接臂222的一侧边开设的限位口适配插装。具体而言，连接臂222的数量可以是2个、3个、4个或者更多，优选地，连接臂222222的数量为3个，3个连接臂222于活动环221的周沿相互间隔120
°
夹角设置。设置多个连接臂222可以使键本体21的受力更加均匀，而且安装的稳定性也更好。限位口能够对连接臂222的位置进行限制，使连接臂222与脚毛固定后不会轻易偏移、脱落，从而提高键帽211与连接臂222安装的稳定性。
58.本发明还提出一种游戏机，该游戏机包括按键结构100，该按键结构100可以设于游戏机的手柄或者操作板上，该按键结构100的具体结构参照上述实施例，由于本游戏机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
59.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。