包括通过测量磁感应来检测其致动的旋转控制柄轴的便携式物体的制作方法

文档序号:14675688发布日期:2018-06-12 21:27
包括通过测量磁感应来检测其致动的旋转控制柄轴的便携式物体的制作方法

本发明涉及一种诸如钟表的小尺寸便携式物体,其包括用于控制该便携式物体的至少一个电子或机械功能的旋转控制柄轴。更具体地,本发明涉及这样的便携式物体,其中通过测量磁感应来检测所述旋转控制柄轴的致动。



背景技术:

本发明涉及诸如腕表的小尺寸便携式物体,其包括旋转控制柄轴,该旋转控制柄轴的致动控制其中设置有该旋转控制柄轴的便携式物体的机械或电子功能。

为了适当地执行所涉及的机械或电子功能,必须可以检测旋转控制柄轴的致动。在各种可能的解决方案之中,一种解决方案在于测量由与控制柄轴一体化的磁体的旋转产生的磁感应的变化。为了检测这种磁感应的变化,可以使用霍尔效应型磁传感器,其能够测量它所处的环境的磁感应的值。

通过测量磁感应来检测控制柄轴的旋转的领域中出现的一个常见问题是不同便携式物体之间的测量的再现性/重现性的问题。实际上,这里提及的便携式物体如腕表以工业化规模大量生产。因此有必要采取措施以确保各物体之间的磁感应测量的最佳可能的再现性,这些措施不会过多地增加便携式物体的最终成本价。为了确保磁感应测量的良好再现性,必须可以确保磁体和感应式传感器的正确的相对定位。



技术实现要素:

本发明的一个目的是通过提供一种便携式物体来解决上述问题以及其它问题,所述便携式物体包括用于控制便携式物体的至少一个机械或电子功能的旋转柄轴,借助于感应式传感器以可靠和可再现方式检测该旋转柄轴的致动。

为此,本发明涉及一种便携式物体,其包括:框架,该框架设置成用作用于旋转控制柄轴的支架/托架,所述旋转控制柄轴的致动控制便携式物体的至少一个电子或机械功能;磁化环,该磁化环由旋转控制柄轴驱动旋转,该磁化环的旋转由保持与框架的表面靠接的至少一个感应式传感器检测。

“感应式传感器”指由于由楞次定律和法拉第定律定义的感应现象而将从其中通过的磁场变换成电压的传感器。举例而言,该传感器可以是霍尔效应传感器或AMR(各向异性磁阻)、GMR(巨磁阻)或TMR(隧道磁阻)型的磁阻构件。

由于这些特征,本发明提供了一种便携式物体,其中通过借助于感应式传感器测量磁感应的变化来实现对用于控制便携式物体的至少一个机械或电子功能的控制柄轴的旋转的检测,所述磁感应的变化由通过控制柄轴驱动的磁化环的旋转引起。该传感器被保持与便携式物体的框架的表面靠接。因此,磁化环和感应式传感器的相对布置的精度仅由框架的制造精度决定。实际上,磁化环由控制柄轴驱动,所述控制柄轴由框架承载,并且感应式传感器被保持与框架的表面靠接。通常通过塑料材料的极高精度注塑来制造框架。因此,磁体和霍尔效应传感器的相对布置精度非常合意并且尤其可在不同便携式物体之间甚至在批量生产条件下完全再现,这是相当令人瞩目的。

根据形成从属权利要求的主题的本发明的其它特征:

-感应式传感器配置在便携式物体框架的容纳部内,在所述容纳部中它由弹性装置保持;

-便携式物体包括设置有弹性指状部的保持板,所述弹性指状部通过在感应式传感器上的加压来将感应式传感器保持在其所位于的容纳部内部;

-感应式传感器固定在柔性印刷电路板上并且弹性指状部在感应式传感器的固定部位处按压在柔性印刷电路板上;

-弹性指状部确保感应式传感器在竖直方向上固定不动;

-弹性指状部设置成将感应式传感器压靠在其内布置所述感应式传感器的容纳部的底部上;

-便携式物体包括设置在控制柄轴的纵向对称竖直平面的两侧的两个感应式传感器;

-两个感应式传感器关于旋转控制柄轴设置成使得,当磁化环由于旋转控制柄轴的致动而旋转时,两个感应式传感器产生以60°至120°之间的角度相对于彼此异相的信号。

由于这些其它特征,感应式传感器由弹性装置保持在该感应式传感器布置于其中的框架容纳部内,这使得可以补偿任何游隙并且因此确保磁体与感应式传感器之间的精确且可再现的定位。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从以下对根据本发明的便携式物体的示例性实施例的详细描述更清楚地显现,该示例仅通过参考附图的非限制性说明的方式给出,在附图中:

-图1是用于控制小尺寸便携式物体的至少一个电子功能的装置的在未组装状态下的透视图。

-图2是下框架的顶部透视图。

-图3是在图中从右至左从其后端延伸到其前端的控制柄轴的透视图。

-图4是光滑轴承以及由支承环和磁化环形成的磁性组件的在未组装状态下的透视图。

-图5是沿其内部设置有光滑轴承以及由支承环和磁化环形成的磁性组件的控制装置的竖直平面的纵向剖视图。

-图6是上框架的底部透视图。

-图7A是用于标定(确定/定位,index)控制柄轴的位置的板的顶部透视图。

-图7B是图7A中圈出的区域的更大比例尺视图。

-图8是设置成与板协作以用于标定控制柄轴的位置的定位弹簧的透视图。

-图9是用于限制控制柄轴位置标定板的位移的弹簧的顶部透视图。

-图10是拆卸板的透视图。

-图11是控制装置的一部分的纵向截面图,示出了尖头工具插入其中以将控制柄轴从位置标定板释放的孔。

-图12A是示出与位置标定板和定位弹簧协作的控制柄轴的透视图,该控制柄轴处于稳定位置T1。

-图12B是与图12A相似的视图,其中控制柄轴处于不稳定的推入位置T0。

-图12C是与图12A相似的视图,其中控制柄轴处于稳定的拉出位置T2。

-图13是第一和第二接触弹簧的透视图。

-图14A和14B是示出控制柄轴位置标定板的指状部与第三和第四接触弹簧之间的协作的示意图。

-图15是其上设置有第一和第二接触弹簧的接触片的柔性印刷电路板的部分透视图。

-图16是其上固定有感应式传感器的柔性印刷电路板的自由部分的透视图。

-图17A是控制装置的透视图,其中柔性印刷电路板的自由部分被折叠到该控制装置的背面上。

-图17B是控制装置的透视图,其中柔性印刷电路板的自由部分被折叠到该控制装置的背面上并且借助于通过螺钉固定在控制装置上的保持板保持。

-图18是用于借助于两个感应式传感器检测磁化环的位置的系统的正视图。

-图19是用于借助于单个感应式传感器检测磁化环的旋转的系统的正视图。

-图20是安装在便携式物体中的控制装置的透视图。

-图21是与图20相似的视图,其中控制柄轴被从便携式物体中移出。

-图22是将感应式传感器固定于它们在框架内的容纳部的底部上的简化模式的示意性视图。

-图23示出感应式传感器仅被保持抵靠在框架的支承面上的情形。

具体实施方式

本发明源于这样的总的发明构思,其在于特别是在大规模生产的情况下以可靠的且可在不同便携式物体之间再现的方式检测安装在诸如钟表的小尺寸便携式物体中的控制柄轴的旋转。为了克服该问题,使用优选双极但也可以是多极的磁化环。该磁化环由控制柄轴驱动旋转并且借助于感应式传感器来检测由于环的旋转而引起的磁感应的变化。为了确保不同便携式物体之间的测量的再现性,本发明教导了一种用作用于控制柄轴的支架并且感应式传感器被保持与其一个表面靠接的框架的使用。磁化环和感应式传感器的定位精度因此由框架的制造精度决定。在框架例如通过塑料材料的注塑制造或由诸如黄铜的非磁性金属材料制成的情况下,该精度是极佳的并且因此甚至在大规模工业制造条件下也确保了不同物体之间的测量的再现性。此外,在本发明的一个优选变型实施例中,由于感应式传感器由弹性装置保持在其容纳部内,这因而可以补偿任何游隙。

在全部下文中,后-前方向是沿控制柄轴的纵向对称轴线X-X从外部致动表冠朝向配备有控制装置的便携式物体的内部水平地延伸的直线方向,其平行于便携式物体的后部在其中延伸的平面。因此,控制柄轴将从后向前被推动,并且将从前向后被拉动。此外,竖直方向是垂直于控制柄轴在其中延伸的平面延伸的方向。

图1是用于控制诸如腕表的小尺寸便携式物体的至少一个电子功能的装置的处于未组装状态的透视图。整体上以总的附图标记1标示的该控制装置包括下框架2,该下框架例如由注塑材料或诸如黄铜的非磁性金属材料制成,并且用作设置有纵向对称轴线X-X的优选地呈细长且大致圆柱形的控制柄轴4的支架。该控制柄轴4设置成沿其纵向对称轴线X-X从前向后和从后向前滑动和/或在顺时针和逆时针方向上围绕所述同一纵向对称轴线X-X旋转。

在后端6——一旦便携式物体配备有控制装置1,该后端便位于便携式物体外部——处,控制柄轴4将接纳致动表冠8(参见图20)。

在前端10——一旦控制装置1被组装好,该前端便位于控制装置1内部——处,控制柄轴4具有例如方形区段12并且相继接纳磁性组件14和光滑轴承16。

磁性组件14包括磁化环18和支承环20,磁化环18通常通过粘合剂固定在支承环20上(参见图4)。支承环20是具有大致圆柱形的构件。如在图5中所见,支承环20从后向前包括磁化环18接合在其上的具有第一外径D1的第一区段22a和具有比第一外径D1大的第二外径D2并且界定磁化环18与其靠接的台肩24的第二区段22b。支承环20的第一区段22a开设有方孔26,该方孔26的形状和尺寸适合控制柄轴4的方形区段12并与控制柄轴4形成滑动小齿轮型系统。换句话说,支承环20和磁化环18在控制柄轴4轴向地滑动时保持固定不动。然而,当控制柄轴4被旋转时,控制柄轴4驱动支承环20和磁化环18旋转。由前述内容显而易见的是,由支承环20承载的磁化环18不与控制柄轴4相接触,这可以在冲击施加至配备有控制装置1的便携式物体的情况下保护该磁化环。

光滑轴承16(参见图5)限定圆筒形壳体28,其第一内径D3稍稍地大于控制柄轴4的方形区段12内切在其中的圆的直径,以允许控制柄轴4轴向地滑动和/或在该圆筒形壳体28内部旋转。光滑轴承16因此确保了控制柄轴4的极佳的轴向引导。

应指出,设置在支承环20的第一区段22a中的方孔26通过圆孔30朝向控制装置1的前方延伸,圆孔30的第二内径D4配合在光滑轴承16的第三外径D5上。支承环20因此被装配成在光滑轴承16上自由旋转并且移动进入与光滑轴承16的轴向靠接,这确保了这两个构件的完美轴向对齐并且可以修正滑动小齿轮型联接器可能导致的任何同心问题。

观察到,为了其在轴向上固定不动,光滑轴承16在其外表面上设置有突出到分别设置在下框架2(参见图2)和上框架36(参见图6)中的第一沟槽34a和第二沟槽34b中的圆形挡圈32,所述上框架设置成覆盖下框架2并且例如由注塑材料或非磁性金属材料制成。以下将详细描述这两个框架,即下框架2和上框架36。

重点注意的是,上述磁性组件14和光滑轴承16仅出于说明性的目的而被示出。实际上,例如由钢或黄铜制成的光滑轴承16设置成防止例如由钢制成的控制柄轴4相对于下框架2和上框架36摩擦并且导致通常制造下框架2和上框架36的塑料材料的磨损。然而,在一个简化实施例中,可以设想不使用这种光滑轴承16并且将控制柄轴4设置成由下框架2直接承载。

同样,磁化环18和其上固定有该磁化环18的支承环20用于如下情形:通过由磁化环18的枢转引起的磁场的局部变化来检测控制柄轴4的旋转。然而,完全可以设想例如使用滑动小齿轮替代磁性组件14,所述滑动小齿轮将根据其位置来例如控制主发条的上条或配备有控制装置1的手表的时间设定。

同样重点注意的是,在其一部分长度上设置有方形区段的控制柄轴4的示例纯粹出于说明的目的给出。实际上,为了驱动磁性组件14旋转,控制柄轴4可具有除圆形区段以外的任何类型的区段,例如三角形或卵形区段。

下框架2和上框架36——其组合组件限定控制装置1的外部几何形状——例如呈大致平行六面体形状。下框架2形成接纳控制柄轴4的支架。为此(参见图2),下框架2包括朝向前方的具有半圆形轮廓的第一接纳表面38,其用作光滑轴承16的座部并且其中设置了接纳圆形挡圈32的第一沟槽34a。因此确保了光滑轴承16在轴向和旋转两个方面的固定不动。

下框架2还包括朝向后方的第二接纳表面40,其半圆形轮廓在控制柄轴4的纵向对称轴线X-X上定心,但其直径大于控制柄轴4的直径。重点应理解的是,控制柄轴4仅在组装好的控制装置1在被集成到便携式物体中之前被测试时的阶段搁靠在第二接纳表面40上。在该组装阶段,控制柄轴4出于测试目的插入控制装置1中并且水平地延伸,在其前端10由光滑轴承16并且在其后端6经由第二接纳表面40支承和轴向地引导。然而,一旦控制装置1被集成到便携式物体中,控制柄轴4便穿过设置在便携式物体的表壳中间部件48中的孔42,该控制柄轴在孔42中被引导和支承(参见图21)并且孔42由底部壳体49向下界定。

在下框架2中还设置有具有半圆形轮廓的第三间隙面44a和第四间隙面46a并且在上框架36中设置有互补的间隙面44b和46b(参见图6)以接纳由磁化环18和其支承环20形成的磁性组件14。应注意,当控制装置1被组装好并安装在便携式物体中时,磁化环18及其支承环20不与第三和第四间隙面44a和46a以及互补的间隙面44b和46b相接触。还应注意,第三间隙面44a及其对应的互补间隙面44b由用于轴向地锁定磁性组件14的圆形挡圈50界定。

如在图3中可见的,在方形区段12后方,控制柄轴4具有圆柱形区段52,其直径介于控制柄轴4的方形区段12内切于其中的圆的直径与所述控制柄轴4的后部区段54的原始直径之间,致动表冠8固定在后部区段54的端部上。该直径减小的圆柱形区段52形成沟槽56,在该沟槽56内部布置有用于控制柄轴4的位置标定板58(参见图7A)。为此,位置标定板58具有与直径减小的圆柱形区段52的轮廓一致的曲形部分60。位置标定板58可例如通过冲压薄的导电金属板片来获得。然而,也可设想例如通过模制装载有导电粒子的硬塑料材料来制造位置标定板58。位置标定板58在沟槽56中的接合确保了控制柄轴4与位置标定板58之间从前向后和从后向前的平移联接。然而,如以下将变得更清楚的,位置标定板58在垂直于控制柄轴4的纵向对称轴线X-X的竖直方向z上相对于控制柄轴4是自由的。

如在图7A中可见的,位置标定板58是大致平的和大体U形的部件。该位置标定板58包括彼此平行地延伸并通过曲形部分60彼此连接的两个大致直线的引导臂62。这两个引导臂62例如靠着设置在下框架2中的两个立柱64(具体参见图2)被轴向地引导。在其两个引导臂62的引导下,位置标定板58沿边缘68滑动,边缘68设置在上框架36中且其周界对应于位置标定板58的周界(参见图6)。位置标定板58还包括在两个引导臂62的任一侧竖直向下延伸的两个指状部66a、66b。在沿边缘68滑动的过程中,位置标定板58具有确保控制柄轴4从前向后和从后向前的平移引导的功能。指状部66a、66b特别是用来防止位置标定板58在其平移时顶住。

在位置标定板58的引导臂62中设置有呈现近似矩形轮廓的两个孔口70(特别是参见图7B)。这两个孔口70在控制柄轴4的纵向对称轴线X-X的两侧对称地延伸。两个孔口70的最靠近控制柄轴4的纵向对称轴线X-X的侧边具有由通过峰部76分开的第一凹部74a和第二凹部74b形成的大致正弦形状的轮廓72。

设置在引导臂62中的两个孔口70用来接纳定位弹簧80的两个端部78(参见图8)。该定位弹簧80大体呈U形,具有在水平面中延伸并通过基部84彼此连接的两个臂82。在这两个臂的自由端,两个臂82延伸有直立的两个大致线性心轴。定位弹簧80旨在经下框架2的底部安装在控制装置1中,使得心轴86的端部78突伸到位置标定板58的孔口70中。以下将看到,位置标定板58与定位弹簧80之间的协作使得可以在不稳定的推入位置T0与两个稳定位置T1和T2之间标定控制柄轴4的位置。

上文提到,位置标定板58与控制柄轴4平移联接,但它在竖直方向z上相对于控制柄轴4是自由的。因此有必要采取措施以防止位置标定板58在通常使用条件下例如在重力作用下与控制柄轴4分离。为此(参见图9和11),用于限制位置标定板58在竖直方向z上的位移的弹簧88被安置在位置标定板58上方且距离较短的距离处。位移限制弹簧88被限制在控制装置1的下框架2和上框架36之间,但在通常使用条件下不与位置标定板58相接触,这防止了寄生摩擦力施加在控制柄轴4上,这种寄生摩擦力将使控制柄轴难以操作并导致磨损问题。然而,位移限制弹簧88充分靠近位置标定板58以防止位置标定板非有意地与控制柄轴4分离。

位移限制弹簧88包括大致直线型的中央部分90以及从该中央部分90的端部延伸出的两对弹性臂92和94。这些弹性臂92和94在位移限制弹簧88的中央部分90的任一侧远离中央部分90在其中延伸的水平面向上延伸。随着这些弹性臂92和94在上框架36与下框架2接合时被压缩,它们沿竖直方向z向位移限制弹簧88施加弹性。在弹性臂92和94对之间还设置有一对并且优选两对刚性凸耳96,其在位移限制弹簧88的中央部分90的任一侧垂直向下延伸。在上框架36被安置在下框架2上时移动成靠接在下框架2上的这些刚性凸耳96确保了在控制装置1的通常操作状态下在位置标定板58与位移限制弹簧88之间提供最小空间。

位移限制弹簧88确保控制装置1的可拆性。实际上,在不存在位移限制弹簧88的情况下,位置标定板58将必须与控制柄轴4一体化,并且因此控制柄轴4不再可被拆卸。如果控制柄轴4不能被拆卸,配备有控制装置1的钟表的机芯也不能被拆卸,这特别是在昂贵钟表的情况下是不可设想的。因此,当例如通过将下框架2和上框架36接合而形成的控制装置1安装在便携式物体内部并且控制柄轴4从便携式物体的外部插入控制装置1中时,控制柄轴4通过克服位移限制弹簧88的弹力而稍微抬起位置标定板58。如果控制柄轴4继续被向前推动,则存在位置标定板58在重力作用下落入沟槽56中的时刻。控制柄轴4和位置标定板58然后平移联接。

设置了拆卸板98以允许控制柄轴4的拆卸(参见图10)。该拆卸板98大体呈H形并且包括直部段100,该直部段平行于控制柄轴4的纵向对称轴承X-X延伸并且在其上附接有第一横向部102和第二横向部104。第一横向部102还在其两个自由端设置有大致成直角地向上折叠的两个凸耳106。拆卸板98被接纳在设置于下框架2中并且位于控制柄轴4下方的容纳部108内。该容纳部108经由在控制装置1的下表面112中开口的孔110与控制装置1的外部连通(参见图11)。通过将尖头工具插入孔110中,可在拆卸板98上施加推力,该拆卸板进而经由其两个凸耳106克服位移限制弹簧88的弹力而推动位置标定板58。位置标定板58然后离开设置在控制柄轴4中的沟槽56,并且在控制柄轴4上施加轻微的向后的牵引力便足以从控制装置1移除控制柄轴4。

控制柄轴4可从其稳定的休止位置T1被向前推入不稳定的位置T0或被拉出到稳定位置T2。控制柄轴4的这三个位置T0、T1和T2通过位置标定板58与定位弹簧80之间的协作标定。更具体地(参见图12A),稳定的休止位置T1对应于定位弹簧80的心轴86的端部78突出到设置在位置标定板58的引导臂62中的两个孔口70的第一凹部74a中的位置。控制柄轴4可从该稳定的休止位置T1被向前推入不稳定位置T0(参见图12B)。在该移位期间,定位弹簧80的心轴86的端部78离开第一凹部74a并且顺循第一斜面轮廓114移动,该第一斜面轮廓在陡峭的第一坡度α(参见图7B)上逐渐远离控制柄轴4的纵向对称轴线X-X。为了迫使定位弹簧80的心轴86的端部78离开第一凹部74a并且通过远离彼此地移动而接合在第一斜面轮廓114上,用户因此必须克服显著的阻力。

当它们到达过渡点116时,心轴86的端部78接合在以比第一斜面轮廓114的第一坡度α低的第二坡度β从第一斜面轮廓114延伸的第二斜面轮廓118上。在定位弹簧80的心轴86的端部78经过过渡点116并接合在第二斜面轮廓118上的瞬间,用户继续移动控制柄轴4所需的力急剧下降并且用户感受到表示控制柄轴4在位置T1与位置T0之间过渡的喀塔声。随着它们顺循第二斜面轮廓118移动,定位弹簧80的心轴86继续远离它们的休止位置稍微移动并且倾向于在对抗由用户在控制柄轴4上施加的推力的它们的弹性复位力的作用下试图再次朝向彼此移动。只要用户释放控制柄轴4上的压力,定位弹簧80的心轴86就自发地顺着第一斜面轮廓114向下返回并且它们的端部78将再次就位在设置于位置标定板58的引导臂62中的两个孔口70的第一凹部74a内。控制柄轴4因此从其不稳定位置T0自动返回其第一稳定位置T1。

第一接触弹簧120a和第二接触弹簧120b设置成被压缩在设置于下框架2中的第一空腔122a和第二空腔122b内部。这些第一和第二接触弹簧120a和120b可以是螺旋接触弹簧、带状弹簧或其它弹簧。两个空腔122a、122b优选但非必要地水平地延伸。由于两个接触弹簧120a、120b以压缩状态安装,所以它们的定位精度取决于下框架2的制造公差。下框架2的制造精度比第一和第二接触弹簧120a、120b的制造精度高。因此,控制柄轴4的位置T0被检测的精度高。

如在图13和15中可见的,第一和第二接触弹簧120a、120b的端部之一弯曲以形成两个接触凸耳124,接触凸耳124将移动至靠接在设置于柔性印刷电路板128的表面处的两个对应的第一接触片126上。定位弹簧80的心轴86的端部78接合在设置于位置标定板58的两个孔口70的第二斜面轮廓118上的时刻与位置标定板58的指状部66a、66b与第一和第二接触弹簧120a、120b相接触的时刻一致。由于该位置标定板58是导电的,当指状部66a、66b与第一和第二接触弹簧120a、120b相接触时,电流从位置标定板58通过并且检测出第一接触弹簧120a与第二接触弹簧120b之间的电接触的闭合。

第一和第二接触弹簧120a、120b具有相同长度。然而,优选地,第一空腔122a将例如比第二空腔122b长,特别是考虑到公差问题(两个空腔122a、122b之间的长度差为数十分之一毫米)。因此,当控制柄轴4被向前推动到位置T0时,与容纳在最长的第一空腔122内部的第一接触弹簧120a对齐的位置标定板58的指状部66a将与第一接触弹簧120a相接触并且开始压缩第一接触弹簧120a。控制柄轴4将继续向前移动并且位置标定板58的第二指状部66b将与容纳在最短的第二空腔122b内部的第二接触弹簧120b相接触。此刻,位置标定板58将与第一和第二接触弹簧120a、120b相接触并且电流将流经位置标定板58,这允许检测出第一和第二接触弹簧120a、120b之间的电接触的闭合。注意到的是,位置标定板58的指状部66a、66b移动至与第一和第二接触弹簧120a、120b相靠接。因此在控制柄轴4被向前推入位置T0并且闭合第一和第二接触弹簧120a、120b之间的回路时不存在摩擦或磨损。还注意到,第一和第二空腔122a和122b的长度差确保了电接触的闭合和对应的命令向配备有控制装置1的便携式物体中的输入仅在感受到喀塔声之后发生。

当位置标定板58的两个指状部66a、66b与第一和第二接触弹簧120a、120b相接触时,容纳在最长的第一空腔122a内部的第一接触弹簧120a处于压缩状态。因此,当用户释放控制柄轴4上的压力时,该第一接触弹簧120a松弛并且迫使控制柄轴4从其不稳定的推入位置T0返回其第一稳定位置T1。第一和第二接触弹簧120a、120b因此同时用作处于其第一稳定位置T1的控制柄轴4的电接触部和弹性复位装置。

可以从第一稳定位置T1将控制柄轴4向后拉入第二稳定位置T2(参见图12C)。在该移动期间,定位弹簧80的心轴86的端部78将弹性地变形以从第一凹部74a进入到第二凹部74b,从而经过设置在位置标定板58的引导臂62中的两个孔口70的峰部76。当控制柄轴4到达其第二稳定位置T2时,位置标定板58的两个指状部66a、66b移动至与容纳在设置于下框架2中的第三和第四空腔132a、132b内部的第三和第四接触弹簧130a和130b(参见图13)靠接。这些第三和第四接触弹簧130a、130b可以是螺旋接触弹簧、带状弹簧或其它弹簧。由于控制装置1中的空间原因,第三和第四空腔132a、132b优选地竖直地延伸。由于位置标定板58是导电的,所以当指状部66a、66b与第三和第四接触弹簧130a、130b相接触时,电流流经位置标定板58并且检测出这些接触弹簧130a、130b之间的电接触的闭合。

应注意的是,在稳定位置T2的情况下,位置标定板58的指状部66a、66b也与第三和第四接触弹簧130a、130b靠接,由此避免任何摩擦引起的磨损风险。此外,第三和第四接触弹簧130a、130b能够在位置标定板58的指状部66a、66b与其碰撞时弯曲,并且因此能够吸收位置标定板58的定位精度的任何不足。

优选但非必要地,第三和第四接触弹簧130a、130b设置成屈曲地工作(参见图14A和14B)。实际上,对于直径恒定的接触弹簧130a、130b,位置标定板58的指状部66a、66b在接触弹簧130a、130b在下框架2和上框架36中的附接点附近的大表面上与该接触弹簧相接触。接触面与接触弹簧130a、130b的附接点的接近性引起接触弹簧130a、130b中的剪切应力,该剪切应力可导致接触弹簧的过早磨损和断裂。为了克服此问题,接触弹簧130a、130b优选大致在中间高度处具有增大的直径134,其在控制柄轴4被拉入其稳定位置T2时与位置标定板58的指状部66a、66b相接触。在它们的上端处,第三和第四接触弹簧130a、130b在设置于上框架36中的两个孔136内被引导并与设置于柔性印刷电路板128的表面处的第二接触片138相接触。清楚的是,当控制柄轴4被向后拉入其稳定位置T2时,位置标定板58的指状部66a、66b在减小的表面上与第三和第四接触弹簧130a、130b在它们的最大直径134处相接触,这允许接触弹簧130a、130b在它们在下框架2和上框架36中的两个附接点之间弯曲。

在图15中,下框架2和上框架36已被有意省略以有利于对附图的理解。如图15中所示,柔性印刷电路板128固定在位于便携式物体的表盘侧的板140上。它特别是包括形状和尺寸适合接纳上框架36的切口142。柔性印刷电路板128的一部分144保持自由(参见图16)。柔性印刷电路板128的该自由部分144除第三接触片148以外还承载有多个电子部件146,至少一个且在所示的示例中两个感应式传感器150固定在第三接触片148上。将感应式传感器150固定在第三接触片148上允许这些感应式传感器150经由柔性印刷电路板128与电源以及容纳在便携式物体内部的微处理器(未示出)连接。电源将为感应式传感器150供给操作所需的能量,并且微处理器将接收和处理由感应式传感器150供给的信号。

柔性印刷电路板128的自由部分144通过两个条形件152与柔性印刷电路板128的其余部分连接,这允许自由部分144在上框架36和下框架2的组件周围折叠,并且然后向下折叠在下框架2的下表面112上,使得感应式传感器150穿过设置在下框架2的下表面112中的两个容纳部156。这样定位在它们的容纳部156内的感应式传感器150精确地位于磁化环18下方,这确保了控制柄轴4的旋转方向的可靠检测。

一旦柔性印刷电路板128的自由部分144已向下折叠在下框架2上(参见图17A),该组件就被设置有至少一个弹性指状部160(在示出的示例中为两个)的保持板158覆盖,该弹性指状部160在感应式传感器150上施加竖直向上定向的弹性压力以便将感应式传感器150压靠在它们的容纳部156的底部上(参见图17B)。弹性指状部160优选地在感应式传感器150被固定的部位迫压在柔性印刷电路板128上。保持板158例如借助于两个螺钉162固定在下框架2上。

为了简化,可以(参见图22)通过将一个或多个感应式传感器150固定在通过例如属于具有两个条形件152的类型的导电元件与柔性印刷电路板128连接的刚性印刷电路板164上来省去保持板158及其弹性指状部160。薄粘接剂膜166沉积在容纳部156的底部上,然后刚性印刷电路板164被压靠在下框架2上,使得感应式传感器150与容纳部156的底部粘接结合。甚至可以(参见图23)省去容纳部156并且借助于薄粘接剂膜166简单地结合感应式传感器150或借助于弹性指状部160将感应式传感器150弹性地保持靠在下框架2的支承面168上。

控制柄轴4由用作支架的下框架2承载。同样,两个感应式传感器150布置在设置于所述下框架2中的两个容纳部156内,并且通过一个或两个弹性指状部160(参见图18)被压靠在这些容纳部156的底部上。因此,感应式传感器150和相对于控制柄轴4固定地安装的磁化环18的相对定位精度仅由下框架2的制造精度决定。例如由注塑塑料或诸如黄铜的非磁性金属材料制成的下框架2的制造精度甚至在大规模生产的情况下也足以确保感应式传感器150和磁化环18的正确定位。此外,由于感应式传感器150通过弹性指状部160被弹性地压靠在容纳部156的底部上,这使得可以补偿制造公差引起的任何游隙。这些制造公差尤其可由将感应式传感器150焊接在柔性印刷电路板128上的工序带来。该焊接操作例如使用沉积在柔性印刷电路板128的接触片148上的焊膏在炉内进行。

一个或多个感应式传感器150优选取向成使得它们的感测元件检测仅沿竖直方向z的磁感应的变动。换句话说,感应式传感器对磁感应沿正交的x和y轴的水平分量完全不敏感。

在设置了单个感应式传感器150的情况下(参见图19),控制柄轴4的旋转幅度和位置可仅利用平均精度决定。实际上,当磁化环18由于控制柄轴4的致动而旋转时,感应式传感器150产生正弦信号,其变化幅度根据所涉及的角度的值而变动。例如,在接近值π/2的区域内,正弦信号仅轻微变化,使得仅能以平均精度确定控制柄轴4的移动量和位置。然而,在接近值π的区域内,正弦信号急剧变动,使得能以高精度确定控制柄轴4的旋转量和位置。

在人们可对控制柄轴4的位置和旋转量的检测的平均精度满意的情况下,上述系统完全是适合的。然而,在需要很高测量精度的情况下,优选为根据本发明的便携式物体配备两个感应式传感器150。实际上,通过两个感应式传感器150的使用设置,可以以提高的精度确定控制柄轴4的旋转幅度和方向两者。为了实现这一点,将两个感应式传感器150以等距离设置在控制柄轴4的竖直纵向对称平面P的两侧。优选地,两个感应式传感器150关于控制柄轴4设置成使得,当磁化环18由于控制柄轴4的致动而旋转时,两个感应式传感器150产生以60°至120°之间且优选地等于90°的角度δ相对彼此异相的正弦信号sin(x)和sin(x+δ)。为了计算两个感应式传感器和磁化环18的相对布置,例如可以借助于有限元计算软件来进行逐次迭代。

由于通过两个感应式传感器150产生的正弦测量信号sin(x)和sin(x+δ)之间的相移δ,当算出这两个测量信号之间的比率的反正切函数时,获得直线。因此,可以从控制柄轴4的旋转运动获得来自由控制柄轴4、磁化环18和两个感应式传感器150形成的系统的线性响应。控制柄轴4的旋转的这种线性化有利地容许控制柄轴4的位置的绝对检测。换句话说,可以在任何时间知道控制柄轴4的旋转方向和位置。此外,由于相移δ,始终存在这种的情形,即当通过两个感应式传感器150产生的正弦测量信号sin(x)之一轻微变化时,另一正弦信号sin(x+δ)更急剧地变化,反之亦然,如此使得这两个信号之间的比率始终给出与控制柄轴4的旋转有关的精确信息。

上文提到,感应式传感器150优选地定向成使得,它们的感测元件仅检测沿竖直轴线z的磁感应的波动。该磁感应的分量是由磁化环18和便携式物体外部的磁场产生的沿z轴的感应之和。然而,假设感应式传感器150彼此非常靠近,那么外部磁场对其施加的影响对于两个感应式传感器150而言大致相同。因此,计算两个正弦信号sin(x)和sin(x+δ)之间的比率消除了归因于便携式物体外部的磁场的磁感应的分量。来自由控制柄轴4、磁化环18和感应式传感器150形成的系统的响应因此完全不受外部磁场的影响,并且不必采取措施以将便携式物体磁屏蔽。同样,系统的响应不受温度的影响,因为温度对两个感应式传感器的影响相同。

毋容置疑的是,本发明并不限于刚才已描述的实施例,并且本领域技术人员可设想各种简单的改型和变型而不脱离如通过附后权利要求限定的本发明的范围。特别地,磁化环的尺寸可扩展成使得它对应于中空圆柱体。

术语表

1 控制装置

2 下框架

4 控制柄轴

X-X 纵向对称轴线

6 后端

8 致动表冠

10 前端

12 方形区段

14 磁性组件

16 光滑轴承

18 磁化环

20 支承环

22a 第一区段

D1 第一外径

22b 第二区段

D2 第二外径

24 台肩

26 方孔

28 圆筒形壳体

D3 第一内径

30 圆孔

D4 第二内径

D5 第三外径

32 圆形挡圈

34a 第一沟槽

34b 第二沟槽

36 上框架

38 第一接纳表面

40 第二接纳表面

42 孔

44a,46a 第三和第四底切面

44b,46b 互补底切面

48 表壳中间部件

49 底部

50 圆形挡圈

52 圆柱形区段

54 后部区段

56 沟槽

58 位置标定板

60 曲形部分

62 引导臂

64 立柱

66a,66b 指状部

68 边缘

70 孔口

72 轮廓

74a 第一凹部

74b 第二凹部

76 峰部

78 端部

80 定位弹簧

82 臂

84 基部

86 心轴

88 位移限制弹簧

90 中央部分

92 弹性臂对

94 弹性臂对

96 刚性凸耳

98 拆卸板

100 直部段

102 第一横向部

104 第二横向部

106 凸耳

108 容纳部

110 孔

112 下表面

114 第一斜面轮廓

α 第一坡度

116 过渡点

118 第二斜面轮廓

β 第二坡度

120a,120b 第一和第二接触弹簧

122a,122b 第一和第二空腔

124 接触凸耳

126 第一接触片

128 柔性印刷电路板

130a,130b 第三和第四接触弹簧

132a,132b 第三和第四空腔

134 增大的直径

136 孔

138 第二接触片

140 板

142 切口

144 自由部分

146 电子部件

148 第三接触片

150 感应式传感器

152 条形件

156 容纳部

158 保持板

160 弹性指状部

162 螺钉

164 刚性印刷电路板

166 粘接剂层

168 支承表面

再多了解一些
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