一种复位灵敏的电磁摇杆传感器和控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及新型传感器技术领域，具体涉及一种复位灵敏的电磁摇杆传感器和控制装置。


背景技术：

2.摇杆传感器是传感器中的一种，常被用作无人机操作手柄、游戏手柄等。摇杆传感器主要包括摇杆和两个摆臂组件，拨动摇杆带动摆臂组件运作，使电位调节模组能够输出特定的电阻或电压。
3.现有的摇杆传感器主要有两种，一种是由电刷、电路板以及设置在电路板上的碳阻等组成的，通过外力使得电刷在碳阻上移动而在电路板上产生不同电阻值，然后由不同的电阻值产生的电信号不同达到利用摇杆传感器控制方向的作用。
4.例如，中国专利cn108269662a中公开了一种3d摇杆电位器，其外壳内设置有摇柄、下摇臂和塑胶盘，外壳外设置有胶转片和碳片，胶转片的两面分别与下摇臂和碳片固接，胶转片上设置有刷子，碳片上设置有碳膜层和端子，端子和刷子与该碳膜层连接。使用时通过摇柄带动下摇臂和塑胶盘的同步摆动，带动胶转片转动，从而使胶转片上的刷子在碳片上转动，而实现阻值的变化。但是，这种通过电刷和碳阻接触调节的方式普遍存在以下缺陷：若利用弹性较大的金属作为电刷时，电刷磨损的快，使用寿命短，若利用弹性较小的金属作为电刷时，电刷和碳阻之间容易出现接触不好、失灵的问题；且若使用高硬度的碳阻，电刷磨损的快，会产生较大的电性噪音，若使用低硬度的碳阻，碳阻上的碳粉很快就会被电刷磨掉，碳粉还会粘在电刷上，影响了电刷的电气性能，使得电位器出现功能异常的问题。所以此类电位器普遍存在使用寿命短和性能差的缺陷。
5.另一种是采用霍尔元件与安装在摇杆或摇臂上的磁铁组成的磁感应式电位器，通过霍尔元件检测到摇杆或摇臂上磁铁的移动而输出不同的电压值，从而达到利用摇杆电位器控制方向的作用。
6.例如，中国专利cn202423092u中公开了一种非接触式游戏机磁电摇杆，其包括控制杆、上摇臂和下摇臂，上摇臂的一端或者两端固定设置有永久磁铁，下摇臂的一端或者两端固定设置有永久磁铁，每块永久磁铁的附近设置有用于感应该永久磁铁位置变化的磁敏ic芯片，控制杆摆动工作时，上摇臂或下摇臂上的永久磁铁与磁敏ic芯片做相对的旋转运动，磁敏ic芯片通过检测该旋转位置变化而输出不同的电压值。但是，这种通过磁敏ic芯片检测上摇臂或下摇臂上的永久磁铁绕旋转轴(结构中心线)旋转所发生的旋转位置变化的方式，普遍存在以下缺陷：目前国内由于磁性材料生产工艺落后，生产出来的磁钢两个磁极间的磁力线中心轴线与磁钢的结构中心线存在较大的偏差，所以磁敏ic芯片所检测到的旋转位置变化存在较大偏差，导致这种摇杆电位器的控制精度低，根本不能进行实际应用，也就不能生产出这种磁感应式摇杆电位器。


技术实现要素：

7.因此，为了克服上述缺陷，本实用新型实施例提供一种复位灵敏的电磁摇杆传感器和控制装置，具有使用寿命长的优点，还具有控制精度高、体积小的优点。
8.为此，本实用新型实施例的一种复位灵敏的电磁摇杆传感器，包括摇杆组件和磁感应ic组件；
9.摇杆组件用于产生相互垂直的第一方向和第二方向的摆动，包括第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁随第一方向的摆动而摆动，第二磁铁随第二方向的摆动而摆动；还用于在产生第一方向或第二方向的摆动后能够自动复位；
10.磁感应ic组件包括第一磁感应元件和第二磁感应元件，用于产生与第一磁铁的摆动使第一磁铁与第一磁感应元件之间的距离发生的变化相对应的第一电信号和与第二磁铁的摆动使第二磁铁与第二磁感应元件之间的距离发生的变化相对应的第二电信号并输出。
11.优选地，所述摇杆组件还包括摇杆、弹簧和滑动座；
12.摇杆用于推动摇杆组件进行第一方向和第二方向的摆动；弹簧的一端套设在滑动座上，弹簧的另一端与摇杆的一端连接，在摇杆摆动时滑动座受压使弹簧被压缩或滑动座释压使弹簧恢复，用于控制摇杆的自动复位。
13.优选地，所述摇杆包括上杆柱、下杆柱和中心柱；
14.上杆柱和下杆柱共轴连接；下杆柱内部具有圆柱空腔，圆柱空腔用于容纳弹簧和滑动座；中心柱连接位于下杆柱的圆柱空腔内，与下杆柱共轴。
15.优选地，所述摇杆还包括连接柱；两个连接柱共轴相对设置在下杆柱两侧。
16.优选地，所述摇杆还包括连接环；连接环紧贴下杆柱的外表面连接两个连接柱。
17.优选地，所述摇杆还包括缓冲条；缓冲条安装在上杆柱的摆动接触面上。
18.优选地，所述滑动座包括中心套柱、滑动连接环和弧形底座；中心套柱为中空结构，供中心柱插入连接；滑动连接环连接在中心套柱和弧形底座之间；弧形底座的工作面为外凸弧形面。
19.优选地，还包括外壳，外壳包括上壳体、底座和下盖板；上壳体罩设连接在底座上面，下盖板盖设连接在底座下面，摇杆组件被上壳体和底座所包围封装，摇杆组件的上部伸出上壳体顶板上的通孔，磁感应ic组件被下盖板和底座所包围封装。
20.优选地，所述底座包括弧形凸包；弧形凸包为母线为内凹弧线的圆锥体。
21.本实用新型实施例的一种控制装置，包括上述的复位灵敏的电磁摇杆传感器。
22.本实用新型实施例的复位灵敏的电磁摇杆传感器和控制装置，具有如下优点：
23.1.通过设置磁铁与磁感应元件的组合来获得摇杆组件的两个方向的摆动并转换产生相应的电信号输出，磁铁与磁感应元件之间无接触，从而避免了摩擦，提高了使用寿命。
24.2.因摆动使磁铁与相应的磁感应元件之间的距离发生了变化，有效规避了现有磁铁存在的两个磁极间的磁力线中心轴线与磁铁的结构中心线存在较大的偏差的缺陷，也避免了因该缺陷的存在而降低控制精度，而且磁感应元件在距离检测方面具有高精度的优点，从而大大提高了复位灵敏的电磁摇杆传感器的控制精度，并能应用于实际产品中。
25.3.通过在下杆柱内设置圆柱空腔，使弹簧和滑动座可以容纳其内，使结构更加紧
凑，减小了体积，有利于小型化。并且通过将磁感应ic组件集成在底座内，提高了安全性的同时，相较于同行极大减小了尺寸面积，有利于小型化，可以让客户的手柄、遥控器尺寸更小巧轻薄。
26.4.由于弧形底座与弧形凸包之间的滑动摩擦面为相互匹配的弧形，限制了摇杆过摆动的同时，也使滑动座能更多的向内部移动，增加了弹簧的压缩量，摇杆复位时弹簧能提供更大的弹力，提高了复位速度，使操作更快速、灵敏。弧形相比于平面，其线条也更加圆滑，减小阻力，进一步提高灵敏度。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式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实用新型的一些实施方式，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。
28.图1为本实用新型实施例1中复位灵敏的电磁摇杆传感器的一个具体示例的爆炸图；
29.图2为本实用新型实施例1中复位灵敏的电磁摇杆传感器的一个具体示例的整体结构图；
30.图3为本实用新型实施例1中上摇臂的一个具体示例的结构图；
31.图4为本实用新型实施例1中下摇臂的一个具体示例的结构图；
32.图5为本实用新型实施例1中摇杆的一个具体示例的结构图；
33.图6为本实用新型实施例1中摇杆的一个具体示例的俯视图；
34.图7为本实用新型实施例1中滑动座的一个具体示例的结构图；
35.图8为本实用新型实施例1中上壳体的一个具体示例的结构图；
36.图9为本实用新型实施例1中底座和下盖板的一个具体示例的结构图；
37.图10为本实用新型实施例1中摇杆直立状态时的一个具体示例的结构图；
38.图11为本实用新型实施例1中摇杆倾斜状态时的一个具体示例的结构图；
39.图12为本实用新型实施例1中复位灵敏的电磁摇杆传感器的一个具体示例的组装流程图；
40.图13为本实用新型实施例1中复位灵敏的电磁摇杆传感器的一个具体示例的原理示意图。
41.附图标记：1-外壳，2-摇杆组件，3-开关子，4-磁感应ic组件，11-上壳体，12-底座，13-下盖板，121-开关子安装座，122-第一支撑座，123-第二支撑座，124-第三支撑座，125-弧形凸包，21-上摇臂，22-摇杆，23-弹簧，24-滑动座，25-下摇臂，26-固定块，27-导套，28-第一磁铁，29-第二磁铁，211-第一转轴，212-第一吊舱，213-第一舱室，214-轴桥，215-限位孔，221-上杆柱，222-下杆柱，223-连接柱，224-连接环，225-缓冲条，226-中心柱，227-圆柱空腔，241-中心套柱，242-滑动连接环，243-弧形底座，251-第三转轴，252-第四转轴，253-连接框，254-第三吊舱，255-第三舱室，256-限位块，2531-第一轴壁，2532-第二轴壁，2533-第一摆壁，2534-第二摆壁，2535-第一连接孔，2536-第二连接孔，41-第一磁感应元件，42-第二磁感应元件。
具体实施方式
42.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本实用新型。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
45.实施例1
46.本实施例提供一种复位灵敏的电磁摇杆传感器，如图1和图2所示，包括摇杆组件2和磁感应ic组件4；
47.摇杆组件2包括第一磁铁28和第二磁铁29，摇杆组件2用于产生相互垂直的第一方向和第二方向的摆动，以及跟随第一方向的摆动的第一磁铁产生的第一磁场的摆动和跟随第二方向的摆动的第二磁铁产生的第二磁场的摆动；还用于在产生第一方向或第二方向的摆动后能够自动复位；优选地，第一磁铁28和第二磁铁29为长方体形或正方体形。
48.磁感应ic组件4包括第一磁感应元件41和第二磁感应元件42，用于产生与第一磁铁的摆动使第一磁铁与第一磁感应元件之间的距离发生的变化相对应的第一电信号和与第二磁铁的摆动使第二磁铁与第二磁感应元件之间的距离发生的变化相对应的第二电信号并输出。优选地，第一磁感应元件41和第二磁感应元件42为线性霍尔元件。第一、第二电信号包括但不限于电压信号。
49.上述复位灵敏的电磁摇杆传感器，通过设置磁铁与磁感应元件的组合来获得摇杆组件的两个方向的摆动并转换产生相应的电信号输出，磁铁与磁感应元件之间无接触，从而避免了摩擦，提高了使用寿命。例如采用合成碳膜和电刷工艺制作的传统摇杆传感器，因工作中电刷一直与碳膜在进行摩擦，耐久寿命通常仅能达到200万次甚至更低。而上述复位灵敏的电磁摇杆传感器因非接触式设计，没有电刷与碳膜的接触摩擦，寿命能达到500万次以上甚至更长。另外，因摆动使磁铁与相应的磁感应元件之间的距离发生了变化，通过设置
两组磁感应元件分别感测两个方向的摆动带来的距离变化的这种方式，改变了现有的通过检测磁铁绕旋转轴(结构中心线)旋转所发生的旋转位置变化的方式，从而有效规避了现有磁铁存在的两个磁极间的磁力线中心轴线与磁铁的结构中心线存在较大的偏差的缺陷，也避免了因该缺陷的存在而降低控制精度，而且磁感应元件在距离检测方面具有高精度的优点，从而大大提高了复位灵敏的电磁摇杆传感器的控制精度，并能应用于实际产品中。
50.优选地，摇杆组件2还包括摇杆22、弹簧23和滑动座24；
51.摇杆22用于推动摇杆组件2进行第一方向和第二方向的摆动；弹簧23的一端套设在滑动座24上，弹簧23的另一端与摇杆22的一端连接，在摇杆22摆动时滑动座24受压使弹簧23被压缩或滑动座24释压使弹簧23恢复，用于控制摇杆的自动复位。
52.优选地，摇杆组件2还包括上摇臂21和下摇臂25；
53.上摇臂21和下摇臂25分别套设在摇杆22上，摇杆22推动上摇臂21进行第一方向的摆动，摇杆22推动下摇臂25进行第二方向的摆动；
54.第一磁铁28安装在上摇臂21上，随上摇臂21一起摆动，第一磁感应元件41的感应面设于第一磁铁28的正下方，与第一磁铁28摆动方向所在平面垂直；第二磁铁29安装在下摇臂上，随下摇臂21一起摆动，第二磁感应元件42的感应面设于第二磁铁29的正下方，与第二磁铁29摆动方向所在平面垂直；磁感应元件的感应面为被测磁场强度检测面，磁感应元件的输出电信号与穿过感应面的磁场强度成正比，也可以说是与磁铁与磁感应元件之间的距离成正比。
55.优选地，如图3所示，上摇臂21包括第一转轴211、第二转轴、第一吊舱212、第一舱室213、轴桥214和限位孔215；
56.第一转轴211和第二转轴共轴设置，轴桥214架设连接在第一转轴211和第二转轴之间，轴桥214的中部具有限位孔215，限位孔215用于供摇杆22上部穿过，摇杆22在第一方向进行摆动推动轴桥214绕第一转轴211的轴线在第一方向进行摆动，从而带动整个上摇臂在第一方向进行摆动；优选地，轴桥214为上弯拱形。
57.第一吊舱212固定连接在第一转轴211的下方，随轴桥214同步摆动，第一吊舱212中空部为第一舱室213，第一舱室213用于容纳第一磁铁28，所以第一磁铁28随上摇臂(即摇杆在第一方向)同步摆动。优选地，上摇臂还可包括第二吊舱，固定连接在第二转轴的下方，也随轴桥同步摆动，其中空部为一可容纳磁铁的舱室。
58.优选地，如图4所示，下摇臂25包括第三转轴251、第四转轴252、连接框253、第三吊舱254和第三舱室255；
59.第三转轴251和第四转轴252共轴设置，连接框253连接在第三转轴251和第四转轴252之间，连接框253为上下开口贯通的环形框，用于供摇杆22下部穿过；优选地，连接框253包括第一轴壁2531、第二轴壁2532、第一摆壁2533和第二摆壁2534，第三转轴251的一端连接在第一轴壁2531上，第四转轴252的一端连接在第二轴壁2532上，第一摆壁2533和第二摆壁2534平行架接在第一轴壁2531和第二轴壁2532之间，第一摆壁2533中部开设有第一连接孔2535，第二摆壁2534中部开设有第二连接孔2536；第一连接孔2535和第二连接孔2536共轴线，共轴线与摆动的第二方向平行，用于将摇杆22下部分别与第一摆壁2533和第二摆壁2534可沿共轴线转动的连接；摇杆22在第二方向进行摆动推动第一摆壁2533和第二摆壁2534绕第三转轴251的轴线在第二方向进行摆动，从而带动整个下摇臂在第二方向进行摆
动；
60.第三吊舱254固定连接在第三转轴251的下方，随第一摆壁2533和第二摆壁2534同步摆动，第三吊舱254中空部为第三舱室255，第三舱室255用于容纳第二磁铁29，所以第二磁铁29随下摇臂(即摇杆在第二方向)同步摆动。优选地，下摇臂还可包括第四吊舱，固定连接在第四转轴的下方，也随第一摆壁和第二摆壁同步摆动，其中空部为一可容纳磁铁的舱室。
61.优选地，下摇臂25还包括限位块256；限位块256连接在第四转轴252的另一端的端面上，用于限制下摇臂沿第四转轴的轴线移动。
62.上述复位灵敏的电磁摇杆传感器，通过在转轴下方固定连接用于容纳磁铁的吊舱，使得磁铁能够跟随上下摇臂同步摆动，如图13所示，第一磁铁28的实线图为复位状态，虚线图为跟随上摇臂/下摇臂同步摆动的一种瞬时状态，第一磁铁28与第一磁感应元件41之间的距离由复位状态的d变化为瞬时状态的d
′
，这种距离的变化是磁感应元件能够灵敏检测到的，精度高。而且由于无论磁铁的结构中心线或磁力中心轴线是否位于转轴轴线处，磁铁摆动过程中都能使其与磁感应元件之间的距离产生变化，有效规避了磁铁的固有特性缺陷，提高了控制精度。
63.优选地，如图5和图6所示，摇杆22包括上杆柱221、下杆柱222和中心柱226；
64.上杆柱221和下杆柱222共轴连接；下杆柱222内部具有圆柱空腔227，圆柱空腔227用于容纳弹簧23和滑动座24；中心柱226连接位于下杆柱222的圆柱空腔227内，与下杆柱222共轴，中心柱226用于插入滑动座24。通过在下杆柱内设置圆柱空腔，使弹簧和滑动座可以容纳其内，使结构更加紧凑，减小了体积，有利于小型化。
65.优选地，摇杆22还包括连接柱223；两个连接柱223共轴相对设置在下杆柱222两侧，用于与下摇臂25连接时插入第一连接孔2535和第二连接孔2536形成可转动连接。
66.优选地，摇杆22还包括连接环224；连接环224紧贴下杆柱222的外表面连接两个连接柱223，以减小连接柱所受应力，进一步延长使用寿命。
67.优选地，摇杆22还包括缓冲条225；缓冲条225安装在上杆柱221与上摇臂21的摆动接触面上，以减小接触磨损，进一步延长使用寿命，也提升了操作手感。优选地，缓冲条225采用橡胶等弹性材料制作。
68.优选地，如图7所示，滑动座24包括中心套柱241、滑动连接环242和弧形底座243；中心套柱241为中空结构，与中心柱226相配合，供中心柱226插入连接；滑动连接环242连接在中心套柱241和弧形底座243之间，工作时与圆柱空腔227的内壁产生上下滑动。弧形底座243的工作面为外凸弧形面，更加适合于摆动，减小了施加到摇杆上的推力的力度，提升了灵敏度。优选地，弧形底座243的中部为内凹结构，用于容纳底座12上的弧形凸包125。优选地，为防止滑动连接环在上下滑动时产生转动，在圆柱空腔227的内壁上均匀设置限位条，相应地滑动连接环也由均匀排布的滑动条围绕构成，滑动条之间的间隙用于容纳限位条。
69.优选地，摇杆组件2还包括固定块26和导套27；固定块26连接在下摇臂25的第四转轴252和外壳1之间，导套27连接在下摇臂25的第三转轴251和外壳1之间，用于将下摇臂封装在外壳内，且导套的使用还能延长使用寿命。
70.优选地，如图8和图9所示，复位灵敏的电磁摇杆传感器还包括外壳1，外壳1包括上壳体11、底座12和下盖板13；上壳体11罩设连接在底座12上面，下盖板13盖设连接在底座12
下面，摇杆组件2被上壳体11和底座12所包围封装，摇杆组件2(如摇杆22)的上部伸出上壳体11顶板上的通孔，以方便用户推动，磁感应ic组件4被下盖板13和底座12所包围封装，使运动部件与电气部件分别设置于两个不同空间内，进行了有效电隔离，提高了安全性。并且通过将磁感应ic组件集成在底座内，相较于同行极大减小了尺寸面积，有利于小型化，可以让客户的手柄、遥控器尺寸更小巧轻薄。
71.优选地，底座12包括弧形凸包125；弧形凸包125为母线为内凹弧线的圆锥体，如图10所示，当摇杆静止时，弧形凸包刚好位于摇杆滑动座弧形底座中部内凹处，可保持直立状态；如图11所示，当拨动摇杆摆动时，滑动座下部的弧形底座243会被弧形凸包125挤压，滑动座24向摇杆内部移动，弹簧23受力压缩，当释放摇杆时，弹簧23需释放弹力，推动滑动座24向摇杆外部移动，直至滑动座24呈直立状态时停止，此时摇杆复位至直立状态。由于弧形底座243与弧形凸包125之间的滑动摩擦面为相互匹配的弧形，限制了摇杆过摆动的同时，也使滑动座能更多的向内部移动，增加了弹簧的压缩量，摇杆复位时弹簧能提供更大的弹力，提高了复位速度，使操作更快速、灵敏。弧形相比于平面，其线条也更加圆滑，能减小滑动时的摩擦力，减小拨动阻力和复位阻力，进一步提高灵敏度。
72.优选地，底座12还包括开关子安装座121、第一支撑座122、第二支撑座123和第三支撑座124，开关子安装座121、第一支撑座122、第二支撑座123和第三支撑座124分别分布于底座12的不同边侧；开关子3安装在开关子安装座121上，开关子3用于控制磁感应ic组件4供电源的通断；第一支撑座122和第二支撑座123相对设置，用于支撑上摇臂21；第三支撑座124和安装在底座上的固定块26相对设置，用于支撑下摇臂25。
73.如图12所示，一种示例的复位灵敏的电磁摇杆传感器的组装流程为：
74.a.分别将第一磁铁和第二磁铁装入第一吊舱和第三吊舱内；
75.b.将摇杆与下摇臂铆合；
76.c.将导套与下摇臂组合；
77.d.将固定块与上壳体组合；
78.e.将a、b、c、d所获得的组合件组装到一起；
79.f.将弹簧和滑动座顺序装入摇杆下部圆柱空腔内，滑动座插入中心柱；
80.g.将底座、磁感应ic组件和下盖板组合；
81.h.将开关子安装到g所获得的组合件上；
82.i.将f所获得的组合件与h所获得的组合件组装到一起，完成组装。
83.实施例2
84.本实施例提供一种控制装置，包括实施例1中的复位灵敏的电磁摇杆传感器，可作为无人机、游戏机等的操控部件。
85.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。