CN102741783A

CN102741783A - 操作装置

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Publication number: CN102741783A
Application number: CN2011800081588A
Authority: CN
Inventors: 英戈·措勒尔; 托尔斯藤·亚历山大·克恩
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: EP2534555A1; EP2534555B1; WO2011098453A1; DE102010007486A1; KR20120125278A; CN102741783B; US9389686B2; US20120306798A1; KR101800908B1

Abstract

本发明涉及一种操作装置，具有带有触觉反馈信号的操作元件，其中，操作人员能借助于输入机构来操纵操作元件，在该操作装置中提出，即该操作装置具有两个铁磁平面构件（1，2，101，102，200）和一个扁平线圈（4，401，402），其中，铁磁平面构件（1，2，101，102，200）利用其最大的面相互对准并且能相对彼此运动，并且其中，扁平线圈（4，401，402）布置在铁磁构件（1，2，101，102，200）之间，并且铁磁平面构件（1，2，101，102，200）能通过扁平线圈（4，401，402）的通电而相对彼此运动，并且能直接地或借助于耦合装置（500），对于操作人员在操作元件（600）处的触觉而言，感知其中一个铁磁平面构件（1，2，101，102，200）的运动。

Description

操作装置

技术领域

本发明涉及一种操作装置，具有带有触觉反馈信号的操作元件，其中，操作元件具有输入面，操作人员能借助于输入机构来操纵该操作元件。

背景技术

操作元件的触觉反馈信号首先需要用于操作人员无法直接感知由他实施的操作过程的情况。在带有机电开关的操作装置中，操作人员能通过操作元件的不同触感来感知开关触点的断开或闭合，而在使用电子开关时则不必如此。所以，背景技术中已知的操作元件借助于操作元件的能被操作人员感知的运动来提供关于已经完成的控制过程的触觉反馈信号。已知的触觉操作元件，例如用于所谓的触摸屏，所需的结构空间较大，驱动费用昂贵，而且当它被用在例如一个温差特别大的环境中时，例如用于须在严寒和酷暑时运行的机动车中，则需要有特殊的结构特点。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种具有带有触觉反馈信号的操作元件的操作装置，其所需的结构空间小、易于组装，并且能在艰苦的环境条件下没有问题地运转。

该目的由此实现，即操作装置具有两个铁磁平面构件和一个扁平线圈，其中，铁磁平面构件利用其最大的面相互对准并且能相对彼此运动，并且其中，扁平线圈布置在铁磁构件之间。此外，输入面既是铁磁平面构件的一部分，又能借助于耦合装置与其中一个铁磁平面构件耦合。最后，根据本发明的平面铁磁构件在扁平线圈通电时能相对彼此运动，并且能直接地或借助于耦合装置，对于操作人员在操作元件处的触觉而言，感知其中一个铁磁构件的运动。这些平面构件的表面例如可能相当平坦，但也可能有凸起，其能作为扁平线圈的线圈芯，或者也能用于集中磁通量。通过给线圈通电建立了磁场，并且两个铁磁板相互吸引。这一运动能被输入机构，例如操作人员的手指，直接感知或通过耦合装置感知。

如果由导体电路的扁平线圈在电路板上实现，扁平线圈就会非常易于生产并且耐用。要达到这一目的，例如这样蚀刻包铜的电路板，使导体电路保持线圈形状，其中导体电路优选地布置为螺旋形。但是，只要这些导体电路还具有足够的感应，那么原则上其它布置方式也是可能的。例如，也能通过使用一种诸如银膏的导体电路材料挤压电路板制成导体电路，来代替对导体电路的蚀刻。

如果扁平线圈布置在电路板的两侧上，就能实现一种非常有效的扁平线圈。另外，也能将多个具有扁平线圈的电路板上下重叠布置，以便实现相应更大的动力性能（Kraftentfaltung）。

如果扁平线圈具有铁磁的线圈芯，由扁平线圈产生的磁通量就得到调整，并且进一步加强了两个铁磁平面构件之间的力的作用。

如果线圈芯设计为一个或两个平面铁磁构件的一部分，则线圈芯非常容易实现。因此，一方面不需要额外的构件，并且另一方面还固定了扁平线圈的位置。

如果操作装置具有多个扁平线圈，就能增大铁磁平面构件的面积，而不需为扁平线圈花费更多的费用。通过使用两个在其之间布置有线圈的铁磁平面构件，原则上能在扁平线圈通电时使两个铁磁平面构件非常迅速地吸合，并且从而能留下能够被感知的印象。如果停止给扁平线圈通电，两个铁磁平面构件可以通过例如一个与其中一个铁磁平面构件连接在一起的弹簧元件重新回到其原始位置。原则上也可能不使用弹簧元件，条件是例如通过施加在可运动部件上的重力的作用使其重新回到原始位置。

如果操作装置具有三个铁磁平面构件，其中，相邻的铁磁平面构件能相对彼此运动，并且在相邻的铁磁平面构件之间分别布置至少一个扁平线圈，就能使扁平线圈通电时生成的力作用在两个相反的方向上，例如与输入机构的运动方向相反或者沿输入机构的运动方向，目的是形成不同的触觉印象。上述布置方式的一种特别简单的结构为，中间的铁磁平面构件具有两个凸起，其构成扁平线圈的线圈芯。从而能够固定扁平线圈，并同时集中磁通量。

如果操作装置具有弹性元件，该弹性元件在扁平线圈不通电时限定铁磁平面构件之间的间距，则可以通过输入机构确定对操作元件的操作，条件是操作装置具有一个用于测量两个相邻铁磁平面构件之间间距的间距装置。如果在此测出间距发生变化，则认为是操纵机构改变了间距，并且因此能确定对操作元件的操作。这种测量装置以最简单的方式由此实现，即该测量装置设计为用于测量一个或多个扁平线圈的电感的测量装置。所以，不需要额外的位移测量装置。更确切地说，通过借助于为控制操作装置和其它设备而配备的电子开关电路（例如微型计算机）对电感进行简单的测量，则能使用现有的扁平线圈。在铁磁平面构件彼此之间的间距同样能简单地通过电容测得。对此例如可以在其上布置了一个或多个扁平线圈的电路板上布置两个额外的导电平面，其电容随着铁磁平面构件与电路板之间的间距变化而改变，并且因此能推导出两个铁磁平面构件之间的间距。可以在生成扁平线圈的同时通过蚀刻包铜电路板或使用一种导电膏挤压形成两个导电平面，并且因此仅需要最少的额外费用。只要扁平线圈尚未通电，则扁平线圈同样也能用来测量电容。

操作元件例如可以设计为显示器。该显示器在最简单的情况下例如可以设置各种数字的按钮，例如采用电话键盘的形式。因此，如果用操纵机构触碰操作元件的相应数字并且显示器具有相应的能在显示器上确定输入机构位置的装置，就能选择不同的数字。如果上述显示器设计为光电显示器，则能在显示器上显示各种不同的菜单、子菜单或单值，并通过相应地触碰在显示器上显示的已选中的菜单、子菜单或数值的相应位置来完成。这种光电显示器例如可以设计为发光二极管矩阵、有机发光二极管显示器或液晶显示器，并且作为所谓的触摸屏是已经已知的。

为了实现平面铁磁构件的相对彼此的运动，以一股直流电流或一股低频交流电流给扁平线圈通电。另外，能以听觉范围内的频率，例如1千赫，来调制这股电流，从而使得能额外听到这一频率。因此能听到鼠标键点击的声音，这个声音听起来就如同机电开关开启或关闭的效果。

最后，能通过对铁磁平面构件进行变形处理，例如，通过深冲或深降（Tiefsenken），来形成用于扁平线圈的线圈芯。由此能进一步简化结构并降低价格。

附图说明

以下借助附图对本发明作进一步说明。图中示出：

图1a，1b：分别示出操作装置的触觉功能，

图2：示出带有扁平线圈的电路板的俯视图，

图3：示出穿过操作装置的第一实施例的部分剖面图，

图4：示出两个铁磁平面构件和一个带有扁平线圈的电路板的结构的分解图，

图5：示出两个铁磁平面构件和一个带有扁平线圈的电路板的另一分解图，

图6：示出穿过根据本发明的操作装置的一个实施例的部分剖面图，

图7：示出根据本发明的操作装置的另一个实施例的部分剖面图，

图8：示出根据本发明的操作装置的分解图。

具体实施方式

在图1a中可以看到两个铁磁平面构件1，2，其中，铁磁平面构件2具有两个凸起2a，2b。另外，还可以看到具有扁平线圈4的电路板3。凸起2a同时还用作为扁平线圈4的线圈芯。当一股电流流过扁平线圈4时，箭头所示的磁通量注入铁磁平面构件1和2中，并且从而形成一条闭合磁路，使两个铁磁平面构件1，2吸合。

图1b与图1a的区别在于，设有两个扁平线圈4，它们并排分布在电路板3上，并且替代凸起2b设有另一个凸起2a，其同样作为两个扁平线圈的其中一个的线圈芯。为了生成如箭头所示的磁通量，示出的两个扁平线圈4必须具有不同的绕线方向，或者在绕线方向相同的情况下，由电流沿不同的方向流过。

在图2中可以看到一个电路板3和六个扁平线圈4以及开口5和6。开口5布置在扁平线圈的中心内部，并且用于容纳线圈芯、例如图1中的凸起2a。开口6用于容纳弹性元件，下文中将结合图5对弹性元件作进一步描述。在这个实施例中，扁平线圈5通过蚀刻原先的完全包铜的电路板3而形成。也能例如使用一种导电膏压在电路板上，从而形成扁平线圈。线圈4的形状不一定是图中所示的螺旋形。例如还能将线圈制成矩形回纹形或椭圆形，当然，优选的是图中所示的螺旋形布置方式。

作为穿过根据本发明的操作装置的部分剖面图，在图3示出了两个铁磁平面构件1，2，两个分别具有一个扁平线圈4的电路板3，一个弹簧元件7和一个止挡部8。另外，图中字母E表示地面，F表示作为可能的操作人员的输入机构的手指。因此，在这一实施例中，同时示出了铁磁平面构件和操作元件的输入面。结构元件2，7和8处的地面符号E表示这些元件位置固定。在没有外力作用的情况下，弹簧元件7将铁磁平面构件固定在限定的位置上。如果现在如图中所示，手指触碰铁磁平面构件1或与铁磁平面构件1耦合的操作元件、例如显示器，就会给扁平线圈4通电，从而使铁磁平面构件1被拉向铁磁平面构件2。止挡部8阻止两个铁磁平面构件相互接触。例如能通过使用测量装置测量两个铁磁平面构件1，2之间的间距来识别操作机构，并且间距变小时探测到触碰。但这种测距装置不是必需的。例如，也能将这个操作元件设计为所谓的触摸屏，其与铁磁平面构件1相连接，例如由此实现，即它直接布置在铁磁平面构件上方。这种触摸屏支配着一个探测装置，利用该探测装置探测到操作机构触碰了触摸屏的哪个位置，并且也能确定对整个操作元件的触碰。

两个扁平线圈4提高了对铁磁平面构件1的力的作用，以便于能够获得特别强的触感。

图4中的分解图示出一个铁磁平面构件1，一个带有六个凸起2a的铁磁平面构件2和一个带有六个扁平线圈4的电路板3。凸起2a用作为扁平线圈4的线圈芯。

图5中的分解图示出一个铁磁平面构件1，一个带有多个凸起2a和弹性元件9的铁磁平面构件2。弹性元件9例如设计为硅柱，并且因此充当弹簧元件和止挡部，这是因为它们只能在一定范围内压缩。在组装时，将这些弹性元件穿入电路板3的开口6，从而在安装完成后使铁磁平面构件1能够平放在这些弹性元件之上。弹性元件9例如也可以设计为圆锥形、金字塔形、方形或类似立体形状，其原料采用弹性材料，例如硅酮。

图6中示出根据本发明的操作装置的另一种布置方式。除了铁磁平面构件1和2以及具有扁平线圈4的电路板3之外，图中还示出了壳体底面10和壳体盖板11。壳体底面10由此形成，即铁磁平面构件2与壳体底面部分这样挤压包封，即铆钉形凸起10a被压铸穿过铁磁平面构件1的开口，并且从而使铁磁平面构件与壳体底面10相连接。具有铆钉形凸起11a的壳体盖板11以相似的方式与铁磁平面构件1相连接或者说耦合。壳体盖板11还具有通过壳体盖板变细部分11c与壳体盖板11的其余部分相连接的壳体盖板框架11b。只要扁平线圈4不通电，用作为弹簧元件的壳体盖板变细部分11c就会将壳体盖板11固定在限定的位置上。

图7中的操作装置的部分剖面图示出铁磁平面构件101，102，200，具有扁平线圈401，402的电路板300，耦合装置500和触摸屏600形式的操作元件，弹簧元件7和操作人员的手指F。铁磁平面构件200具有凸起200a，200b，其用作为扁平线圈401，402的线圈芯。

与图3相同，地面符号E仍然表示与地面符号E连接的构件（此处是指铁磁平面构件101，102）位置固定。

当线圈401通电时，铁磁平面构件200被拉向铁磁平面构件101的方向，因此通过耦合装置500将触摸屏600抬起，并且从而提高了作用在手指F上的压力。当扁平线圈402通电时，铁磁平面构件200被拉向铁磁平面构件102的方向，使触摸屏600远离手指F，从而减小作用在手指F上的压力。触摸屏600包含探测装置，该探测装置能探测到手指F的存在。因此就能根据想要得到哪种触感来给线圈401或402通电。还能交替地给线圈401，402通电，从而使触摸屏600交替地向上和向下运动。因此，能根据线圈401，402的通电情况而实现不同的触感模式。

在图8中示出根据本发明的操作装置的一个实施例的部分分解图。图中示出壳体底面100，具有触摸屏600的壳体盖板110和位于壳体底面100与壳体盖板110之间的铁磁平面构件1，电路板3以及铁磁平面构件2。也能采用一套如图7中所描述的系统来代替铁磁平面构件1，2和电路板3。在触摸屏600上显示出十进制键盘。因为触摸屏600具有光电显示器，因此替代已经示出的十进制键盘，当然还能依次显示出各个能显示的符号、菜单或子菜单。针对不同的显示和选项，也能生成不同的触觉效果。因此例如能改变扁平线圈401，402的电流振幅和/或通电频率。

Claims

1.一种操作装置，具有带有触觉反馈信号的操作元件，其中，所述操作元件具有输入面，操作人员能借助于输入机构来操纵所述操作元件，其特征在于，所述操作装置具有两个铁磁平面构件（1，2，101，102，200）和一个扁平线圈（4，401，402），其中，所述铁磁平面构件（1，2，101，102，200）利用其最大的面相互对准并且能相对彼此运动，并且其中，所述扁平线圈（4，401，402）布置在所述铁磁构件（1，2，101，102，200）之间，所述输入面既是所述铁磁平面构件（1）的一部分，又能借助于耦合装置（11a，500）与其中一个所述铁磁平面构件（1，200）耦合，所述铁磁平面构件（1，2，101，102，200）在所述扁平线圈（4，401，402）通电时能相对彼此运动，并且能直接地或借助于所述耦合装置（500，11a），对于操作人员在所述操作元件（600）处的触觉而言，感知其中一个所述铁磁平面构件（1，2，101，102，200）的运动。

2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，由导体电路构成的所述扁平线圈（4，401，402）在电路板（3，300）上实现。

3.根据权利要求2所述的操作装置，其特征在于，所述扁平线圈（4，401，402）布置在所述电路板（3，300）的两侧上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述扁平线圈（4，401，402）具有铁磁的线圈芯。

5.根据权利要求4所述的操作装置，其特征在于，所述线圈芯（2a，2b，200a，200b）设计为一个或两个所述铁磁平面构件（1，2，101，102，200）的一部分。

6.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置具有多个扁平线圈（4，401，402）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置具有三个铁磁平面构件（101，102，200），其中，相邻的铁磁平面构件能相对彼此运动，并且在所述相邻的铁磁平面构件（101，102，200）之间分别布置至少一个扁平线圈（401，402）。

8.根据权利要求7所述的操作装置，其特征在于，位于中间的所述铁磁平面构件（101，102，200）具有两个凸起（200a，200b），所述凸起构成所述扁平线圈（401，402）的所述线圈芯。

9.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置具有弹性元件（7，9），所述弹性元件在所述扁平线圈（4，401，402）不通电时限定所述铁磁平面构件（1，2，101，102，200）之间的间距。

10.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置具有间距测量装置，用于测量两个相邻的铁磁平面构件（1，2，101，102，200）之间的间距。

11.根据权利要求10所述的操作装置，其特征在于，所述测量装置设计用于测量所述扁平线圈（4）或所述扁平线圈（401，402）的电感的变化。

12.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，所述操作元件设计为显示器（600）。

13.根据权利要求12所述的操作装置，其特征在于，所述显示器（600）具有能在所述显示器上确定所述输入机构的位置的装置。

14.根据权利要求13所述的操作装置，其特征在于，所述显示器（600）设计为光电显示器。

15.根据前述权利要求中任一项所述的操作装置，其特征在于，一个扁平线圈（4，401，402）或多个扁平线圈（4，401，402）能加载在音频范围内经过调制的电流。

16.根据权利要求4至15中任一项所述的操作装置，其特征在于，通过对所述铁磁平面构件（2，200）进行变形处理，制成一个或多个铁磁的线圈芯。