触摸开关 |
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| 申请号 | CN201180059630.0 | 申请日 | 2011-12-22 | 公开(公告)号 | CN103262195A | 公开(公告)日 | 2013-08-21 |
| 申请人 | 澳大利亚克林普斯有限公司; | 发明人 | 伊利莎白·通德·尤哈斯; 西蒙·陈; 亚历山大·施特尔马赫; 詹姆斯·罗伯特·万德宗; | ||||
| 摘要 | 公开了一种触摸 开关 模 块 ，其用于与触摸开关面板一起使用以提供一种触摸开关。该触摸开关模块包括壳体、壳体内的触摸开关 电路 、以及用于在触摸开关电路与开关面板之间 接口 连接的触摸开关接口。还公开了一种触摸开关组件，一种用于与触摸开关模块一起使用的触摸开关面板，以及一种安装触摸开关模块的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种触摸开关模块，用于与开关面板一起使用，所述触摸开关模块包括： |
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| 说明书全文 | 触摸开关技术领域[0001] 本公开涉及电气开关，并且具体地涉及通过触摸或者接近进行致动的电气开关。 [0002] 优先权 [0004] 该文件的全部内容在此通过参引并入本文。 [0005] 相关文献的交叉引用 [0006] 在本申请中参考了下列文献： [0007] -以澳大利亚奇胜有限公司为名义的、名称为“USB Outlet charger(USB插座充电器)”的国际专利申请No.PCT/AU2011/001532。 [0008] 该文件的全部内容在此通过参引并入本文。 背景技术[0009] 存在有被称为触摸开关或者接近开关的一系列开关。这些开关仅通过使用者的触摸或者接近来关闭开关电路从而运作。当例如手指触摸开关时，开关检测板的电容上的差异。在其它形式中，当触摸开关被手指触摸时，触摸开关检测电路的一部分的电阻上的改变。发明内容 [0010] 根据一个方面，提供了一种用于与开关面板一起使用的触摸开关模块，该触摸开关模块包括： [0011] 壳体； [0012] 壳体内的触摸开关电路；以及 [0014] 在一个形式中，触摸开关模块还包括布置在触摸开关接口与触摸开关电路之间的偏压元件，其用于在安装时朝向开关面板偏压触摸开关接口。 [0015] 在一个实施方式中，偏压元件是弹簧。 [0016] 在一个形式中，触摸开关接口包括导电元件。 [0017] 在一个形式中，导电元件是导电板。 [0019] 在一个形式中，触摸开关模块还包括用于连接至供电电线的电气端子。 [0020] 在一个形式中，触摸开关模块还包括开关电路。 [0021] 在一个形式中，触摸开关模块还包括调光电路。 [0022] 在一个形式中，触摸开关模块还包括用于将开关命令发送至远程接收器的发送器。 [0023] 在一个形式中，壳体包括覆盖触摸开关接口的触摸开关接口盖。 [0024] 根据另一方面，提供了一种触摸开关组件，其包括： [0025] 第一方面的触摸开关模块；和 [0026] 操作性地连接至触摸开关模块的开关面板。 [0027] 在一个形式中，触摸开关组件包括开关面板和第一方面的触摸开关模块，触摸开关模块操作性地连接至开关面板，开关面板包括： [0028] 一块非导电材料；和 [0029] 用于连接至触摸开关模块的连接器。 [0030] 在一个形式中，开关面板包括至少一个凹口，该至少一个凹口用于接纳使用者的手指的一部分以操作触摸开关模块中的触摸开关电路。 [0031] 在一个形式中，开关面板包括位于开关面板的表面上的至少一个标记，以为使用者指示触摸面板的区域从而操作触摸开关模块中的触摸开关电路。 [0032] 在一个形式中，开关面板包括2、3、4、5、6、7或者8个凹口，其用于接纳使用者的手指的一部分以操作触摸开关模块中的触摸开关电路。 [0033] 根据第三方面，提供了一种将触摸开关模块安装在开关面板后面的方法，该方法包括如下步骤： [0034] 将触摸开关模块固定至开关面板组件；以及 [0035] 将开关面板组件固定至表面以覆盖表面中的孔。 [0036] 在一个形式中，方法还包括在将开关面板组件固定至表面的步骤之前将触摸开关模块的电气端子连接至供电电线的步骤。 [0037] 根据第四方面，提供了一种用于触摸开关模块的壳体，触摸开关模块用于与开关面板一起使用，该壳体包括： [0038] 接近端口，其用于将触摸开关电路插在壳体内；和 [0039] 触摸开关接口盖，其用于覆盖在触摸开关电路与开关面板之间接口连接的触摸开关接口。 [0041] 图1——示出了触摸开关模块的前视立体图； [0042] 图2——示出了图1的触摸开关模块的后视立体图； [0043] 图3——示出了触摸开关模块的分解图； [0044] 图4A——示出了触摸开关模块的第一侧视图； [0045] 图4B——示出了触摸开关模块的底端视图； [0046] 图4C——示出了触摸开关模块的顶端视图； [0047] 图4D——示出了触摸开关模块的第二侧视图； [0048] 图4E——示出了触摸开关模块的第三侧视图； [0049] 图4F——示出了沿着图4D的线A-A的横截面视图； [0050] 图5——示出了图4F中示出的弹簧机构的特写详细视图； [0051] 图6——示出了触摸开关电路的框图； [0052] 图7——示出了触摸开关电路的电路原理图； [0053] 图8——示出了具有两个开关的面板/触摸开关组合或组件的分解图； [0054] 图9——示出了具有多个开关组合的面板/触摸开关组合或组件的分解图； [0055] 图10——示出了触摸开关模块/面板接口的特写； [0056] 图11A——示出了具有球形凹口“按钮”的一系列面板； [0057] 图11B——示出了图11A的按钮的横截面视图； [0058] 图12——示出了具有椭圆形凹口“按钮”的一系列面板； [0059] 图12B——示出了图12A的按钮的横截面视图； [0060] 图13A——示出了具有圆形平底凹口“按钮”的一系列面板； [0061] 图13B——示出了图13A的按钮的横截面视图； [0062] 图14A至图14C——示出了具有其它不同形状凹口按钮的一系列面板； [0063] 图15——示出了具有使用平形面板的两个开关的面板/触摸开关组合的分解图； [0064] 图16——示出了安装触摸开关模块的方法的流程图；以及 [0065] 图17——示出了图16的具有额外步骤的方法的流程图。 具体实施方式[0066] 图1示出了根据如文中所述的一个方面的触摸开关模块100的前视立体图。在该示例中，触摸开关模块100包括壳体10，壳体10包括触摸开关接口盖11。如将在下文中更加具体描述的，触摸开关接口盖11覆盖触摸开关接口（在该视图中不可见）。如将在下文中更加具体描述的，在该视图中还示出了连接器元件12，连接器元件12用于将触摸开关模块100固定至面板格架。 [0067] 图2示出了触摸开关模块100的后视立体图。在该示例中示出的实施方式中，触摸开关模块100的后部设有电气端子71、72和73，以用于从例如墙壁凹部的内侧连接至相应的干线或者供电电线。在其它实施方式中，端子可以设置在模块100的侧面。在另一些实施方式中，当不需要将触摸开关模块100连接至干线或者供电电线时，不设有端子。该实施方式的示例包括仅用作触摸开关以提供开关命令的触摸开关模块，开关命令可以随后以无线的方式传输至位于远处的另一开关布置。 [0068] 图3示出了根据一个实施方式的触摸开关模块100的部件的分解图。示出的触摸开关壳体10为内部部件提供壳体或者罩。接近端口13设置成允许诸如触摸开关电路30之类的其它部件插入到壳体中。在该实施方式中，接近端口13由盖11覆盖，盖11也用作覆盖触摸开关接口20的触摸开关接口盖11。在其它实施方式中，接近端口13可以设置在另一位置中和/或由也不用作触摸开关接口盖11的盖覆盖。 [0069] 触摸开关模块100的部件包括触摸开关电路30，在文中示出的实施方式中，触摸开关电路30布设在触摸开关电路支架40上。在一些实施方式中，触摸开关电路支架40是印刷电路板（PCB）。图3中的示例示出两个完全不同的电路，一个电路位于前部面上，另一个电路位于侧面上。在一些实施方式中，触摸开关电路30分散到两个面或者更多个面上。在一些实施方式中，触摸开关电路30位于前部面上，而其它电路——例如开关电路、调光电路和/或发送电路——设置在其它面上。 [0070] 还在电路支架40的后端处示出了电气端子71、72和73。 [0071] 在一个方面中，触摸开关接口20由导电元件21提供。在一个实施方式中，导电元件21是导电板21。在一些实施方式中，触摸开关接口20还具有导电元件支架22，并且在一些实施方式中，触摸开关接口20还具有偏压元件23，偏压元件23用来朝向触摸开关接口盖11偏压导电元件21。在一些实施方式中，偏压元件23是导电的，并且在一些实施方式中，偏压元件23是弹簧。下文中将参照图5对触摸开关接口的功能进行更加详细地描述。 [0072] 图4A示出了具有电气端子71的触摸开关模块100的第一侧视图。图4B示出了触摸开关模块100的底端视图，其示出了用于远程或者中性71、负载72和有源73的所有三个电气端子。 [0073] 图4C示出了触摸开关模块100的顶端视图，其示出了触摸开关接口盖11。图4D示出了第二侧视图并且图4E示出了第三侧视图。 [0074] 图4F示出了沿着图4D的线A-A的横截面，其示出了包括触摸开关接口20的多个内部部件和电路支架40。如在该视图中可以见到的，多个电路可以支撑在触摸开关模块100内的电路支架40的不同面上。 [0075] 图5示出了图4F的顶部、并且尤其是触摸开关接口20布置的特写详细视图。如在视图中可以看到的，触摸开关接口盖11覆盖触摸开关接口20、并且尤其是导电元件或者板21，导电元件或者板21示出为压靠在盖11的内侧。板21由导电元件支架22支撑，导电元件支架22包括中央孔22a以接纳弹簧23。弹簧23本身导电并且与板21和触摸开关电路30电连接。电路30由电路支架40支撑。 [0076] 如在该视图中可以看到的，板21通过弹簧23偏压抵靠于盖11。这提供了在使用者通过触摸一开关面板（未在该视图中示出）致动触摸开关时在板21与使用者的手指之间的更好的相互作用，如将在下文中进一步描述的。可以理解，使导电元件或板21与盖11之间的间隙最小化将允许在检测当使用者的手指靠近板21时板21的电容与板21在其自身上的寄生电容相比的变化的过程中更有效地操作触摸开关。如本领域的普通技术人员将理解的，这产生触摸开关的致动。 [0077] 在其它实施方式中，偏压元件23可以由诸如张紧的金属元件之类的另一部件提供，或者在其它实施方式中，偏压元件不需要是导电的并且诸如电线之类分开的导电路径可以用于将板21电连接至电路30。导电弹簧的使用方便地提供所有功能，由此简化了装置的结构。 [0078] 图6示出了触摸开关电路30的主要部件的框图，且触摸开关接口21（在这种情形下为板21）作为输入。该电路示出触摸致动的切换开关机构。在该实施方式中，板21电连接至触摸感应检测器IC（集成电路）31，触摸感应检测器IC31在使用者触摸一开关面板时而致动触摸开关时通过检测输入至IC31的电容上的改变进行检测。响应于触摸检测，IC31产生开关命令，在该实施方式中，该开关命令致动继电器32。继电器32进而连接在有源端子73与负载端子72之间从而对所连接的负载（例如灯或者风扇，在该视图中未示出）的电源的接通和切断进行切换。在该实施方式中，触摸开关电路30还具有电源33，在这种情形下，电源33源自连接于端子71、72和73的经连接的供电电线或者干线。在其它实施方式中，电路30由诸如电池之类的独立电源或者其它电源供电。 [0079] 如将理解到的，如果触摸开关用于控制调光电路而不是简单地打开和关掉负载的电源，IC31的输出可以提供至调光电路以控制提供至负载例如灯或者风扇的电力的程度。在其它实施方式中，IC31的输出可以提供至发送器以将该输出以无线的方式发送至与负载相关联的远程开关或者调光电路。 [0080] 因此，虽然图6中的电路将触摸开关电路30示出为包括触摸感应板21、触摸感应检测器IC31、继电器32以及电源33，但在一些实施方式中，触摸开关电路30将仅包括触摸感应板21和触摸感应检测器IC31并且在其它实施方式中将仅包括触摸感应检测器IC31。 [0081] 图7示出了体现图6的布置的示例电路的原理图。 [0082] 部件的功能和描述如下： [0084] R1——为用于线路电压瞬变的限流电阻器并且在该示例中为470ohms； [0085] DB1——提供低电压供给电流的全波整流； [0086] C2——提供所产生的全波低电压供给的平滑并且在这种情况下为47μF； [0088] 部件C1、R1、DB1、C2和Z1提供图6中示出的电源元件33。 [0089] RLY1——为用于控制所连接负载的继电器（图6中的元件32）并且作为示例由RTS3T048继电器提供； [0090] R2——为用于触摸感应IC分路电压调节器IC1的例如47k的限流电阻器； [0091] IC1——为用于触摸感应IC供电轨的分路电压调整器IC并且在该示例中由ZR431二极管提供； [0092] C3——为用于触摸感应IC供电轨的100nF的交流旁路电容器； [0093] IC2——为在该示例中由具有输入/输出1、2、3、4、5和6的AT42QT1012装置提供的触摸感应检测器（图6中的元件30）IC； [0094] C4——为例如22nF的触摸感应IC灵敏度调节电容器； [0095] R3——为用于继电器线圈驱动晶体管Q1的例如10k的限流电阻器；以及[0096] Q1——为在该示例中由BC846B装置提供的继电器线圈驱动晶体管。 [0097] 在检测到使用者触摸面板并引起如由IC2检测的板21的检测电容改变时，IC2在其输出（在该示例中的输出1）处产生开关命令。在该示例的电路中，该开关命令施加至晶体管Q1以致动继电器RLY1从而开关所连接负载（在该视图中未示出）的电力。在第二次触摸时，IC2将再次检测触摸并且产生另一开关命令以再次致动继电器RLY1从而将电力从负载端子并由此从所连接负载除去。 [0098] 如之前所述的，可以理解，IC2的输出可以施加到更复杂的开关电路，或者可以施加到调光电路的输入以控制输送至负载的电量，从而调节灯的亮度——如果负载是灯的话，或者改变风扇的速度——如果负载是风扇的话。 [0099] 可替代地，IC2的输出可以施加至发送器以将开关命令以无线的方式发送至远程的且与负载相关联的开关电路或者调光电路。 [0100] 在另外的实施方式中，可以存在有多个感应板21，其包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个或者更多个。每个感应板将输入提供至IC2，IC2可以编程为根据一个或多个感应板的致动的任意组合来产生输出开关命令。 [0101] 图8示出了文中描述的另一方面。在该方面中，触摸开关模块100与面板210组合使用以形成触摸开关组件200。在一个实施方式中，触摸开关组件设置成包括开关面板210、面板背部220以及面板格架230。 [0102] 在文中示出的实施方式中，通过将触摸开关模块100固定至面板格架230使得触摸开关接口盖11穿过格架孔231而构成触摸开关面板组件200。模块100经由模块100的外围附近的连接元件12固定至格架230。这些连接元件12锁定在格架230中的相应凹部（在该视图中未示出）中。格架230之后经由诸如夹持结构之类的任何适当装置连接至面板背部220。面板背部220之后经由诸如穿过螺钉孔221的螺钉装置的任何适当装置围绕诸如墙壁的表面中的孔固定。 [0103] 在这一阶段，触摸开关接口盖11从格架230上突出。开关面板210之后通过诸如卡扣配合之类的任何适当方式固定至面板背部220，使得开关面板210的内部面操作性地连接至触摸开关模块100。在一个实施方式中，当开关面板210的内部面抵靠盖11的表面时，开关面板210操作性地连接至触摸开关模块。在另一实施方式中，当开关面板210的内部面足够接近触摸开关接口21（无论是否存在触摸开关接口盖11）使得使用者触摸开关面板210而致动触摸开关模块100内的触摸开关电路时，开关面板210操作性地连接至触摸开关模块。当使用者希望致动触摸开关时，使用者在指定区域例如凹口211处触摸开关面板210。指定区域和触摸开关模块一起有效地提供触摸开关。如本领域普通技术人员将理解的，在凹口211处对触摸面板210的作用改变了在板21处的电容（例如，见图6），该电容被IC31感测从而产生开关命令。 [0104] 在图8中示出的示例中，存在有具有类似附图标记元件的两个触摸开关模块100和100’。触摸开关模块100’位于凹口211’后面并且通过触摸凹口211’来致动。 [0105] 图9示出了提供一系列触摸开关的多种面板组合。示出了具有由相应数量的凹口或者指定区域提供的具有1、2以及6个开关的面板210。图9还示出了具有相应数量的格架孔231的相应的格架230。如可以在这些示例中见到的，触摸开关模块100固定至格架230且触摸开关接口盖11突出通过格架孔231。在主要示例中，格架230示出为固定至面板背部220，并且面板210将被固定在面板背部220上。 [0106] 可以理解，可以提供开关数量的任意其它组合，开关数量包括3、4、5、7、8、9、10或者更多个。 [0107] 图9示出了本系统的一个优点。具体地，在一个方面中，所描述的系统在能够调整适应所需的触摸开关数量以及能够改型现有的开关面板组件方面提供了极大灵活性。在一些示例中，触摸开关模块可以与诸如开关机构、调光机构和/或USB充电机构之类的其它类型模块机构结合。适合的USB充电机构的一个示例在以本申请人为名义提交的PCT专利申请No.PCT/AU2011/001532中描述。该文件的全部内容通过参引并入本文。 [0108] 图10示出了开关面板组件200的横截面视图，该开关面板组件200重点在于开关模块100/开关面板210的接口连接、并且具体在于开关面板210的“按钮”或者凹口211与导电元件或者板21之间的关系。图10示出了如何经由连接器12将开关模块100固定至面板格架230，并且触摸开关接口盖11位于触摸开关格架孔231内以突出通过格架孔231。 [0109] 当开关面板210置于面板格架230和面板背部220（在该视图中未示出）上时，开关面板210的内表面基本上平靠于触摸开关接口盖11的表面。在一些实施方式中，开关面板210的内表面与触摸开关接口盖11的表面之间可以存在有小的间隙。 [0110] 指定的区域——在这种情况下为凹口211——位于盖11上使得当使用者将其手指放到凹口211中以致动开关时，使用者的手指靠近板21放置。在没有使用者的手指的情况下，板21具有设定的寄生电容，但是当使用者的手指靠近板21时，电容量改变。如参照图6和图7之前描述的，电容量上的这种改变由IC2检测。 [0111] 在该视图中，还可以看到弹簧23如何朝向盖11和面板210的凹口211偏压板21从而改进上述相互作用。 [0112] 图11A示出了一系列面板，其中指定区域由圆形凹口“按钮”提供。所示出的多个开关面板210具有相应“按钮”或者凹口211，其包括1、2、3、4、5和6个凹口。在该示例中，如图11B的横截面视图中所示，凹口或者按钮是具有半球形凹口的圆形。 [0113] 图12A示出了具有椭圆形凹口“按钮”的一系列面板。所示出的多个开关面板210具有相应的“按钮”或者凹口211，其包括1、2、3、4、5和6个凹口。在该示例中，如图12B的横截面视图中所示，凹口或者按钮是具有半球形凹口的椭圆形。 [0114] 图13A示出了具有圆形平底凹口“按钮”的一系列面板。所示出的多个开关面板210具有相应的“按钮”或者凹口211，其包括1、2、3、4、5和6个凹口。在该示例中，如图13B的横截面视图中所示，凹口或者按钮是具有平底凹口的圆形。 [0115] 图14A、14B和14C示出了具有不同形状的凹口或者按钮的一系列开关面板210。在图14A中，凹口211是具有平底凹口的方形。图14B是具有平底凹口的菱形。在图14C中，凹口211是具有平底凹口的八边形。 [0116] 还可以理解，在这些图上示出的面板210也可以具有任意形状或者构型。 [0117] 图15示出了具有两个触摸开关模块100和100’的面板/触摸开关组合或者组件的分解图。在这种布置中，面板210没有凹口。但是，在盖11和11’上的面板210后面的区域在被使用者触摸时能够用作触摸开关。在这种布置中，“作用”区域或者指定区域可以通过面板210表面上的标记例如在作用区域上的线、图案或者色块进行识别。 [0118] 在另一实施方式中，指定区域由位于面板210后面并且照射穿过透明或者半透明材料的面板210的灯来指示。 [0119] 图16示出了将触摸开关模块安装在开关面板后面的方法的流程图，该面板覆盖诸如墙壁之类的表面中的孔。在第一步骤400中，如例如图9中所示，将触摸开关模块100操作性地连接至开关面板组件200。在步骤410中，将操作性地连接触摸开关模块100的面板组件200在表面或者墙壁中的孔上连接或者固定至诸如墙壁之类的表面。这提供面板触摸开关的功能性。 [0120] 可以理解，操作性连接是触摸开关模块100和面板210的允许触摸开关通过使用者触摸面板210的指定区域进行致动的任意连接或者相对放置。也可以理解，将触摸开关模块100操作性地连接至面板210或者与面板210操作性地连接可以包括通过使用如例如参照图8前述的面板格架和/或面板背部。 [0121] 在一些实施方式中，其中，触摸开关模块100将要连接至干线或者电源，该方法还包括步骤：在将开关面板固定至墙壁以覆盖孔之前，将能够通过墙壁的孔接近的干线或者供电电线连接。 [0122] 图17示出了包括该额外步骤的方法的流程图。在该示例中，如例如图9中所示，在第一步骤500中，将触摸开关模块100操作性地连接至开关面板210。在步骤510中，将触摸开关模块100连接至例如从表面的后面接近的干线或者供电电线。在一个实施方式中，电线经由端子71、72和73（例如，见图2）连接至触摸开关模块100。在步骤520中，将操作性连接触摸开关模块100的面板210在表面或者墙壁中的孔上连接或者固定至诸如墙壁之类的表面。这提供面板触摸开关的功能性。 [0123] 在文中描述的另一方面中，提供了用于触摸开关模块100的壳体10。在一个实施方式中，壳体10包括用于将触摸开关电路30插在壳体10内的接近端口13；以及用于覆盖触摸开关接口20的触摸开关接口盖11，触摸开关接口20在触摸开关电路30与开关面板之间接口连接。这种壳体的示例在图3中示出。 [0124] 贯穿下述的说明书和权利要求，除非上下文中另外要求，否则用词“包括”和“包含”以及诸如“由……组成”和“含有”之类的变形将被理解为暗指包含所述的整体或者整体的组，但是不排除任意其它整体或者整体的组。 [0125] 在本说明书中对现有技术的参照不是并且不应看做是承认对这种现有技术形成公知常识的一部分的任何形式的暗示。 [0126] 虽然已经参照特定实施方式描述了上述的多个方面，但是，可以理解，可以在随附权利要求的范围内做出许多变型和改型。 |
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