单极性磁感应按键开关及机械键盘论文和设计-张益乐

全文摘要

本实用新型公开了一种单极性磁感应按键开关及机械键盘，所述按键开关包括开关本体、单极性霍尔元件和磁性元件，开关本体包括可上下运动的按柄，单极性霍尔元件表面设置在PCB板上，且单极性霍尔元件的磁感应方向为垂直方向，磁性元件设置在按柄上，且磁性元件的NS极方向为水平方向；当按柄静止时，磁性元件位于单极性霍尔元件的一侧上方；随着按柄的上下运动，磁性元件沿单极性霍尔元件的水平面在垂直方向上做往复式运动，当磁性元件与单极性霍尔元件的水平面同面平行时，磁性元件的N极或S极与单极性霍尔元件水平正对。本实用新型的按键开关可以大大提高机械键盘的一致性和可靠性，导通形式多样，更容易量产，无需进行限位，稳定性更好。

主设计要求

1.一种单极性磁感应按键开关，包括开关本体，所述开关本体包括可上下运动的按柄，其特征在于，还包括单极性霍尔元件和磁性元件，所述单极性霍尔元件表面设置在PCB板上，且单极性霍尔元件的磁感应方向为垂直方向，所述磁性元件设置在按柄上，且磁性元件的NS极方向为水平方向；当按柄静止时，磁性元件位于单极性霍尔元件的一侧上方；随着按柄的上下运动，磁性元件穿过PCB板上的开孔沿单极性霍尔元件的水平面在垂直方向上做往复式运动，使单极性霍尔元件闭合或断开，磁性元件在随按柄上下运动的过程中，始终与单极性霍尔元件的水平面保持异面平行或同面平行，当磁性元件与单极性霍尔元件的水平面同面平行时，磁性元件的N极或S极与单极性霍尔元件水平正对。

设计方案

1.一种单极性磁感应按键开关，包括开关本体，所述开关本体包括可上下运动的按柄，其特征在于，还包括单极性霍尔元件和磁性元件，所述单极性霍尔元件表面设置在PCB板上，且单极性霍尔元件的磁感应方向为垂直方向，所述磁性元件设置在按柄上，且磁性元件的NS极方向为水平方向；

当按柄静止时，磁性元件位于单极性霍尔元件的一侧上方；随着按柄的上下运动，磁性元件穿过PCB板上的开孔沿单极性霍尔元件的水平面在垂直方向上做往复式运动，使单极性霍尔元件闭合或断开，磁性元件在随按柄上下运动的过程中，始终与单极性霍尔元件的水平面保持异面平行或同面平行，当磁性元件与单极性霍尔元件的水平面同面平行时，磁性元件的N极或S极与单极性霍尔元件水平正对。

2.根据权利要求1所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述单极性霍尔元件表面贴装在PCB板上表面或下表面。

3.根据权利要求1所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述磁性元件在往复式运动的范围内，当单极性霍尔元件和磁性元件的极性满足吸合的极性状态时，磁性元件具有能够使单极性霍尔元件吸合的磁场强度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述开关本体还包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体固定相连，所述下壳体安装在PCB板上，所述按柄可上下移动地设置在上壳体上，所述上壳体与下壳体之间形成容置空间，所述容置空间内设有第一弹性元件，所述第一弹性元件位于按柄下方。

5.根据权利要求4所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述容置空间内还设有第二弹性元件，所述按柄上设有驱动块，所述按柄下压或弹起时，所述驱动块作用在第二弹性元件上，使第二弹性元件的形状产生变化。

6.根据权利要求5所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述第二弹性元件为扭簧结构或弹片结构。

7.根据权利要求1-3任一项所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，还包括背光灯，所述背光灯设置在PCB板上，且位于开关本体的正下方。

8.根据权利要求7所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述开关本体为全透明结构。

9.根据权利要求7所述的单极性磁感应按键开关，其特征在于，所述开关本体为非透明结构，且开关本体上设有与背光灯对应的透光孔。

10.一种机械键盘，包括PCB板，其特征在于，还包括多个权利要求1-9任一项所述的单极性磁感应按键开关，所述PCB板上设有开孔，所述开孔位于按柄的正下方，所述开关本体通过固定板安装在PCB板上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单极性磁感应按键开关及机械键盘，属于机械键盘的研究领域。

背景技术

机械键盘是一种常见的键盘，其每一个按键都有一个单独的开关来控制闭合。机械键盘一直作为一种高端产品的代表，受到越来越多的电脑使用者和游戏玩家的欢迎，但是传统的机械键盘是在下壳体上设置一导通组件，该导通组件包括一动簧片与一静簧，通过按压按压按柄使动簧片与静簧片上接触点闭与合，来实现电的通断。因焊接与PCB板，想要拆卸维修非常麻烦，容易接触不良，使用寿命短等缺点。

目前市面上出现了一种新的键盘，其利用霍尔元件代替原来的光晶体装置，霍尔元件具有无触点、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，但是这种键盘存在以下缺陷：

1)由于磁铁磁场强度差异，加上霍尔元件对磁场感应强度的差异，也就是按键开关的导通点不一致，表现在按键开关上，就是触发点不一致，假设整体移动距离是4mm，对于同一个按键开关而言，有可能在下压1mm处导通，再次触发有可能在下压2mm 处导通，按键开关的导通点不是一个精确的点，而是一个模糊的点，导致某一个位置的霍尔元件不断地在开与关之间转换，从而造成按键开关不断发码。

2)由于键盘一般有100个按键开关，即100个导通点，霍尔元件没有办法对强弱变化的一致性进行控制，导致输结构动作和功能输入始终无法一致，用户手感和体验感大大降低。

3)抗干扰能力不强，只要外来磁场足够强大，对于某个按键开关，只要靠近该按键开关都会触发该按键开关导通，对于整个键盘，当外来磁铁靠近时，会有大部分的按键开关被不可知地触发，给用户带来不可知的损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种单极性磁感应按键开关，该按键开关通过磁性元件与单极性霍尔元件在水平方向上相对错位的放置方式，将磁场强度从强弱变成了有无，可以大大提高机械键盘的一致性和可靠性，可以做到常开或常闭形式，导通形式多样，更容易量产，无需进行限位，稳定性更好。

本实用新型的另一目的在于提供一种包含上述单极性磁感应按键开关的机械键盘。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种单极性磁感应按键开关，包括开关本体、单极性霍尔元件和磁性元件，所述开关本体包括可上下运动的按柄，所述单极性霍尔元件表面设置在PCB板上，且单极性霍尔元件的磁感应方向为垂直方向，所述磁性元件设置在按柄上，且磁性元件的NS 极方向为水平方向；

进一步的，所述单极性霍尔元件表面贴装在PCB板上表面或下表面。

进一步的，所述磁性元件在往复式运动的范围内，当单极性霍尔元件和磁性元件的极性满足吸合的极性状态时，磁性元件具有能够使单极性霍尔元件吸合的磁场强度。

进一步的，所述开关本体还包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体固定相连，所述下壳体安装在PCB板上，所述按柄可上下移动地设置在上壳体上，所述上壳体与下壳体之间形成容置空间，所述容置空间内设有第一弹性元件，所述第一弹性元件位于按柄下方。

进一步的，所述容置空间内还设有第二弹性元件，所述按柄上设有驱动块，所述按柄下压或弹起时，所述驱动块作用在第二弹性元件上，使第二弹性元件的形状产生变化。

进一步的，所述第二弹性元件为扭簧结构或弹片结构。

进一步的，所述上壳体上设有固定扣和开口，上壳体通过固定扣与下壳体固定相连，所述按柄穿过开口，且可上下运动地设置在上壳体上。

进一步的，还包括背光灯，所述背光灯设置在PCB板上，且位于开关本体的正下方。

进一步的，所述开关本体为全透明结构。

进一步的，所述开关本体为非透明结构，且开关本体上设有与背光灯对应的透光孔。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种机械键盘，包括PCB板以及上述的单极性磁感应按键开关，所述PCB板上设有开孔，所述开孔位于按柄的正下方，所述开关本体通过固定板安装在PCB板上。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型将单极性霍尔元件设置在PCB板上，以及将磁性元件设置在按柄上，且磁性元件位于单极性霍尔元件的一侧上方，由于单极性霍尔元件和磁性元件在水平方向上相对错位的放置方式，当按柄静止时，磁性元件处于原始位置时单极性霍尔元件保持一种稳定的电平状态，当按柄下压使磁性元件到达单极性霍尔元件的一侧下方时，单极性霍尔元件保持另外一种稳定的电平状态，即按键开关有了精确的导通点，从而使得机械键盘的多个按键开关都具备了极好的一致性，而且抗干扰能力大大加强，在极端强磁干扰下，常闭型按键开关宁可不发码，也不会发错码，常开型按键开关在应用于机械键盘时，不同的按键数可以共用一个程序；此外，充分利用了PCB 上的开孔，可以作为超薄式按键开关使用，并且采用单极性霍尔元件，功耗更低，可以做成无线键盘或蓝牙键盘。

2、本实用新型开关在高低电平发生转换时是一个瞬间的极其短暂的时间变量，在变化后又是一个稳定量，也就是说，单极性霍尔元件是一个性能极其优秀的开关，变化的瞬间在数毫秒以下且导通点一致，变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了开关的稳定性和可靠性。

3、本实用新型的开关本体(上壳体、下壳体以及按柄)与单极性霍尔元件是分离设置的，即机械和电子是完全分离设置的，这样就有利于PCB板的拆卸，方便维护及维修；由于机械和电子是分离设置的，所以单极性霍尔元件可以安装在PCB板上表面，也可以安装在PCB板下表面，不仅安装方便，而且便于维护。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的侧视结构图。

图2为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的俯视结构图。

图3为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的按柄处于原始位置的磁感应原理图。

图4为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至临界位置的正视结构图。

图5为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至临界位置的磁感应原理图。

图6为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至下限位置的正视结构图。

图7为本实用新型实施例1的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至下限位置的磁感应原理图。

图8为本实用新型实施例2的单极性磁感应按键开关的按柄处于原始位置的磁感应原理图。

图9为本实用新型实施例2的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至临界位置的磁感应原理图。

图10为本实用新型实施例2的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至下限位置的磁感应原理图。

图11为本实用新型实施例3的单极性磁感应按键开关的按柄处于原始位置的磁感应原理图。

图12为本实用新型实施例3的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至临界位置的磁感应原理图。

图13为本实用新型实施例3的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至下限位置的磁感应原理图。

图14为本实用新型实施例4的单极性磁感应按键开关的按柄处于原始位置的磁感应原理图。

图15为本实用新型实施例4的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至临界位置的磁感应原理图。

图16为本实用新型实施例4的单极性磁感应按键开关的按柄向下运动至下限位置的磁感应原理图。

图17为本实用新型实施例5的单极性磁感应按键开关的俯视结构图。

图18为本实用新型实施例6的单极性磁感应按键开关的俯视结构图。

图19为本实用新型实施例7的单极性磁感应按键开关的俯视结构图。

图20为本实用新型实施例8的单极性磁感应按键开关的俯视结构图。

其中，1-单极性霍尔元件，2-磁性元件，3-PCB板，4-上壳体，5-下壳体，6-按柄， 7-第一弹性元件，8-开孔，9-背光灯，10-透光孔，A11-第一磁力线，A12-第二磁力线，A13-第三磁力线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种单极性磁感应按键开关，包括开关本体、单极性霍尔元件1和磁性元件2，单极性霍尔元件1设置在PCB板3上，具体地，单极性霍尔元件1通过焊接的方式贴装在PCB板3上表面或下表面，且单极性霍尔元件 1的磁感应方向为垂直方向。

所述开关本体包括上壳体4、下壳体5和按柄6，上壳体4与下壳体5固定相连，下壳体5安装在PCB板3上，按柄6可上下运动地设置在上壳体4上，具体地，上壳体4上设有固定扣(图中未示出)和开口(图中未示出)，上壳体4通过固定扣与下壳体5固定相连，按柄6穿过开口，且可上下运动地设置在上壳体4上。

进一步地，上壳体4与下壳体5之间形成容置空间，该容置空间内设有第一弹性元件7，第一弹性元件7位于按柄6下方，该第一弹性元件7可以为弹簧，其使得按柄 6可以被下压(向下运动)和弹起(向上运动)；磁性元件2设置在按柄6上，且磁性元件2的NS极方向为水平方向，从图2中可以看到，本实施例的磁性元件2设置在按柄6的前侧，单极性霍尔元件1位于磁性元件2的前侧下方，其采用单极霍尔效应的芯片，随着按柄6的上下运动，磁性元件2可穿过PCB板3上的开孔沿单极性霍尔元件1的水平面这一中心面在垂直方向上做往复式运动。

本实施例的单极性霍尔元件1为S极性的单极性霍尔元件，在有磁场时闭合，在无磁场时断开，当磁性元件2的S极靠近S极性的单极性霍尔元件的正面感应时，S 极性的单极性霍尔元件吸合，输出低电平，当磁性元件2的N极靠近S极性的单极性霍尔元件的正面感应时，S极性的单极性霍尔元件不动作，输出高电平，这种现象称之为S极性的单极性霍尔元件正面特性；S极性的单极性霍尔元件在其180度背面的特性等效于N极性的单极性霍尔元件的正面特性，当磁性元件2的N极靠近S极性的单极性霍尔元件的背面感应时，等效于磁性元件2的N极靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，S极性的单极性霍尔元件吸合，输出低电平，当磁性元件2的S极靠近S极性的单极性霍尔元件的背面感应时，等效于磁性元件2的S极靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，S极性的单极性霍尔元件不动作，输出高电平。

本实施例的按键开关为常开型按键开关，磁性元件2前端为N极，后端为S极，如图1和图3所示，当按柄6静止时，磁性元件2位于单极性霍尔元件1的前侧上方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11和第二磁力线A12都无法再垂直方向上切割单极性霍尔元件1，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1的状态不产生影响，而第三磁力线A13的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，但是第三磁力线A13是N极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1不动作，输出高电平。

如图4和图5所示，当按柄6从原始位置向下运动至临界位置(距离原始位置1.8mm)时，磁性元件2的N极与单极性霍尔元件1水平正对，且磁性元件2与单极性霍尔元件1同面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11、第二磁力线A12和第三磁力线A13在垂直方向上都无法切割单极性霍尔元件1，所以单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

如图6和图7所示，当按柄6从临界位置向下运动至下限位置(距离原始位置4mm)时，磁性元件2随按柄6穿过PCB板3上的开孔8向下运动至单极性霍尔元件1的前侧下方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第二磁力线 A12和第三磁力线A13都无法再垂直方向上切割霍尔元件，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1状态不产生影响，只有第一磁力线A11的垂直分量切割单极性霍尔元件 1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，第一磁力线A11是N极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的背面，相当于第一磁力线A11是N极方向靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

当按柄6从下限位置向上运动至临界位置时，与从临界位置向下运动至下限位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1吸合，保持低电平，直到临界位置处，单极性霍尔元件1不动作，输出高电平。

当按柄6从临界位置向上运动至原始位置时，与从原始位置向下运动至临界位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

以上是按柄6在下压和弹起的全部状态，磁性元件2在临界位置与下限位置的运动范围内(包含下限位置)，具有能够使单极性霍尔元件1吸合的磁场强度，可以看到磁性元件2在随按柄6上下运动的过程中，始终与单极性霍尔元件1的水平面保持异面平行或同面平行，其中当磁性元件2随按柄6向下运动至与单极性霍尔元件1同面平行时为单极性霍尔元件1状态变化的转折点，对应在电平上依次为高电平、高电平、低电平；相反，当磁性元件2随按柄6向上运动回到初始状态时，对应在电平上就是低电平、高电平、高电平，从以上过程中我们可以看出，单极性霍尔元件1状态发生改变后，不论是高电平，还是低电平，都保持了一段时间，这对于状态变化后的高低电平的稳定性起到了至关的作用，这样按键开关在高低电平发生转换时是一个瞬间的极其短暂时间变量，在变化后又是一个稳定量，也就是说，单极性霍尔元件是一个性能极其优秀的开关，变化的瞬间在数毫秒以下且导通点一致，变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了按键开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了按键开关的稳定性。

为了实现背景发光功能，本实施例的按键开关还包括背光灯9，该背光灯9采用LED灯，其设置在PCB板3上，具体可以贴装在PCB板3上，本实施例的开关本体为非透明结构，可以在上壳体4和下壳体5上设置与背光灯9对应的透光孔10，通过透光孔10可以透射背光灯9所发出的光；本领域技术人员可以理解，本实施例的开关本体也可以为透明结构，直接透射背光灯9所发出的光。

由以上所述可知，本实施例的按键开关有以下特点：

1)本实施例的按键开关将单极性霍尔元件1感应的磁场由原来的强弱变化变成有无变化，使得按键开关的导通位置更加精确，即按键开关有了精确的导通点，从而使得键盘的100多个按键开关都具备了极好的一致性。

2)本实施例的按键开关为常开型按键开关，常态下，磁性元件2处于单极性霍尔元件1的一侧上方，此时单极性霍尔元件1不受磁性元件2的作用，输出高电平，磁性元件2向下运动至单极性霍尔元件1的一侧下方时，电平转换为低电平输出，按键被释放时，先是低电平，后是高电平，这种在变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了按键开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了按键开关的稳定性。

3)本实施例的按键开关抗干扰能力大大加强，在极端强磁干扰下，比全极性霍尔元件的抗干扰性提高了一倍。

4)本实施例的按键开关可以采用超薄式按键开关。

5)本实施例的按键开关可以采用全透明的按键开关。

一般情况下，有磁场时单极性霍尔元件1闭合，输出低电平，无磁场时单极性霍尔元件1断开，输出高电平，但也可以做到有磁场时单极性霍尔元件1断开，输出低电平，无磁场时单极性霍尔元件1闭合，输出高电平，可以根据实际需要进行调整。

本实施例利用上述的按键开关，可生产出一种机械键盘，该机械键盘包括PCB板 3和多个上述的按键开关，PCB板3与按键开关之间可以设有固定板，开关本体上的下壳体通过固定板安装在PCB板3上；PCB板3与固定板之间通过螺钉或卡合的方式固定。

实施例2：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例1，单极性霍尔元件1也同样为S极性的单极性霍尔元件，具体区别如下：

本实施例的按键开关为常闭型按键开关，磁性元件2前端为S极，后端为N极，如图8所示，当按柄6静止时，磁性元件2位于单极性霍尔元件1的前侧上方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11和第二磁力线A12都无法再垂直方向上切割单极性霍尔元件1，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1的状态不产生影响，而第三磁力线A13的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，并且第三磁力线A13是S极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

如图9所示，当按柄6从原始位置向下运动至临界位置时，磁性元件2的S极与单极性霍尔元件1水平正对，且磁性元件2与单极性霍尔元件1同面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11、第二磁力线A12和第三磁力线A13在垂直方向上都无法切割单极性霍尔元件1，所以单极性霍尔元件1不动作，输出高电平。

如图10所示，当按柄6从临界位置向下运动至下限位置时，磁性元件2随按柄6 穿过PCB板3上的开孔8向下运动至单极性霍尔元件1的前侧下方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第二磁力线A12和第三磁力线A13都无法再垂直方向上切割霍尔元件，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1状态不产生影响，只有第一磁力线A11的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，第一磁力线A11是S极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的背面，相当于第一磁力线A11是S极方向靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

当按柄6从下限位置向上运动至临界位置时，与从临界位置向下运动至下限位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平，在临界位置处也同样保持高电平。

当按柄6从临界位置向上运动至原始位置时，与从原始位置向下运动至临界位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

以上是按柄6在下压和弹起的全部状态，磁性元件2在原始位置与临界位置的运动范围内(包含原始位置)，具有能够使单极性霍尔元件1吸合的磁场强度，可以看到磁性元件2在随按柄6上下运动的过程中，始终与单极性霍尔元件1的水平面保持异面平行或同面平行，其中当磁性元件2随按柄6向下运动至与单极性霍尔元件1同面平行时为单极性霍尔元件1状态变化的转折点，对应在电平上依次为低电平、高电平、高电平；相反，当磁性元件2随按柄6向上运动回到初始状态时，对应在电平上就是高电平、高电平、低电平，从以上过程中我们可以看出，单极性霍尔元件1状态发生改变后，不论是高电平，还是低电平，都保持了一段时间，这对于状态变化后的高低电平的稳定性起到了至关的作用，这样按键开关在高低电平发生转换时是一个瞬间的极其短暂时间变量，在变化后又是一个稳定量，也就是说，单极性霍尔元件是一个性能极其优秀的开关，变化的瞬间在数毫秒以下且导通点一致，变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了按键开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了按键开关的稳定性。

以上所述，本实施例的按键开关为常闭型按键开关，常态下，磁性元件2处于单极性霍尔元件1的一侧上方，此时单极性霍尔元件1受到磁性元件2的作用，输出低电平，磁性元件2向下运动至单极性霍尔元件1的一侧下方时，电平转换为高电平输出，按键被释放时，先是高电平，后是低电平，这种在变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了按键开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了按键开关的稳定性。

实施例3：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例1，具体区别如下：

本实施例的单极性霍尔元件1为N极性的单极性霍尔元件，当磁性元件2的N极靠近N极性的单极性霍尔元件的正面感应时，N极性的单极性霍尔元件吸合，输出低电平，当磁性元件2的S极靠近N极性的单极性霍尔元件的正面感应时，N极性的单极性霍尔元件不动作，输出高电平，这种现象称之为N极性的单极性霍尔元件正面特性；N极性的单极性霍尔元件在其180度背面的特性等效于S极性的单极性霍尔元件的正面特性，当磁性元件2的S极靠近N极性的单极性霍尔元件的背面感应时，等效于磁性元件2的S极靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，N极性的单极性霍尔元件吸合，输出低电平，当磁性元件2的N极靠近N极性的单极性霍尔元件的背面感应时，等效于磁性元件2的N极靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，N极性的单极性霍尔元件不动作，输出高电平。

本实施例的按键开关为常开型按键开关，磁性元件2前端为S极，后端为N极，如图11所示，当按柄6静止时，磁性元件2位于单极性霍尔元件1的前侧上方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11和第二磁力线A12都无法再垂直方向上切割单极性霍尔元件1，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1的状态不产生影响，而第三磁力线A13的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，但是第三磁力线A13是S极方向靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1不动作，输出高电平。

如图12所示，当按柄6向下运动至临界位置时，磁性元件2的S极与单极性霍尔元件1水平正对，且磁性元件2与单极性霍尔元件1同面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11、第二磁力线A12和第三磁力线A13在垂直方向上都无法切割单极性霍尔元件1，所以单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

如图13所示，当按柄6从临界位置向下运动至下限位置时，磁性元件2随按柄6 穿过PCB板3上的开孔8向下运动至单极性霍尔元件1的前侧下方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第二磁力线A12和第三磁力线A13都无法再垂直方向上切割霍尔元件，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1状态不产生影响，只有第一磁力线A11的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，第一磁力线A11是N极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的背面，相当于第一磁力线A11是S极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

当按柄6从临界位置向上运动至原始位置时，与从原始位置向下运动至临界位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

以上所述，本实施例的按键开关为常开型按键开关，常态下，磁性元件2处于单极性霍尔元件1的一侧上方，此时单极性霍尔元件1不受磁性元件2的作用，输出高电平，磁性元件2向下运动至单极性霍尔元件1的一侧下方时，电平转换为低电平输出，按键被释放时，先是低电平，后是高电平，这种在变化后的电平又能至少维持数十毫秒以上，完全杜绝了按键开关的按一次发两次码的的双击性，极大地提高了按键开关的稳定性。

实施例4：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例3，单极性霍尔元件1也同样为N极性的单极性霍尔元件，具体区别如下：

本实施例的按键开关为常闭型按键开关，磁性元件2前端为N极，后端为S极，如图14所示，当按柄6静止时，磁性元件2位于单极性霍尔元件1的前侧上方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11和第二磁力线A12都无法再垂直方向上切割单极性霍尔元件1，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1的状态不产生影响，而第三磁力线A13的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，并且第三磁力线A13是N极方向靠近N极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

如图15所示，当按柄6从原始位置向下运动至临界位置时，磁性元件2的N极与单极性霍尔元件1水平正对，且磁性元件2与单极性霍尔元件1同面平行，此时磁性元件2的第一磁力线A11、第二磁力线A12和第三磁力线A13在垂直方向上都无法切割单极性霍尔元件1，所以单极性霍尔元件1不动作，输出高电平。

如图16所示，当按柄6从临界位置向下运动至下限位置时，磁性元件2随按柄6 穿过PCB板3上的开孔8向下运动至单极性霍尔元件1的前侧下方，且磁性元件2与单极性霍尔元件1异面平行，此时磁性元件2的第二磁力线A12和第三磁力线A13都无法再垂直方向上切割霍尔元件，所以这两组磁力线对单极性霍尔元件1状态不产生影响，只有第一磁力线A11的垂直分量切割单极性霍尔元件1可能会对单极性霍尔元件1产生影响，第一磁力线A11是N极方向靠近N极性的单极性霍尔元件的背面，相当于第一磁力线A11是N极方向靠近S极性的单极性霍尔元件的正面，所以单极性霍尔元件1仍不动作，保持高电平。

当按柄6从临界位置向上运动至原始位置时，与从原始位置向下运动至临界位置是一个等效的逆向过程，单极性霍尔元件1吸合，输出低电平。

实施例5：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例1～4，区别为：如图17所示，单极性霍尔元件1位于磁性元件2的左侧下方，磁性元件2的左端为N极，右端为S极。

实施例6：

本实施例的按键开关的主要结构实施例5，如图18所示，单极性霍尔元件1位于磁性元件2的左侧下方，且在PCB板3上顺时针旋转90度，磁性元件2的左端为N 极，右端为S极。

实施例7：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例1～4，区别为：如图19所示，单极性霍尔元件1位于磁性元件2的右侧下方，磁性元件2的左端为N极，右端为S极。

实施例8：

本实施例的按键开关的主要结构同实施例7，区别为：如图20所示，单极性霍尔元件1位于磁性元件2的右侧下方，且在PCB板3上逆时针旋转90度，磁性元件2 的左端为N极，右端为S极。

实施例9：

本实施例的按键开关为青轴、茶轴等按键开关，为了实现按键开关在按压后产生声音和段落感，本实施例的按键开关，在容置空间内还设有第二弹性元件，本实施例的第二弹性元件为扭簧结构或弹片结构，按柄6上设有驱动块，按柄6下压或弹起时，驱动块作用在第二弹性元件上，使第二弹性元件的形状产生变化，从而产生声音和段落感。其余同实施例1-8。

综上所述，本实用新型将单极性霍尔元件设置在PCB板上，以及将磁性元件设置在按柄上，且磁性元件位于霍尔开关的一侧上方，由于单极性霍尔元件和磁性元件在水平方向上相对错位的放置方式，当按柄静止时，磁性元件处于原始位置时单极性霍尔元件保持一种稳定的电平状态，当按柄下压使磁性元件到达与霍尔开关的一侧下方时，单极性霍尔元件保持另外一种稳定的电平状态，即按键开关有了精确的导通点，从而使得机械键盘的多个按键开关都具备了极好的一致性，而且抗干扰能力大大加强，在极端强磁干扰下，常闭型霍尔开关宁可不发码，也不会发错码，常开型按键开关在应用于机械键盘时，不同的按键数可以共用一个程序；此外，充分利用了PCB上的开孔，可以作为超薄式按键开关使用，并且采用单极性霍尔元件，功耗更低，可以做成无线键盘或蓝牙键盘。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

设计图

单极性磁感应按键开关及机械键盘论文和设计

单极性磁感应按键开关及机械键盘论文和设计-张益乐

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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