CN110383216A - 用于机械反馈单元的电磁致动器 - Google Patents

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Abstract

电磁致动器(10)作为用于车辆部件的操作设备的机械反馈单元的执行机构，配备有定子(12)和可沿移动轴线(36)平移式移动的平移器(24)，该平移器能够在保持与所述定子(12)的距离的情况下在静止位置和至少一个最终位置、优选相对于所述静止位置从该静止位置出发在相反的方向上沿着所述移动轴线(36)布置的两个最终位置中的一个之间前后移动。此外，该致动器(10)具有用于在所述平移器移动时平移式引导该平移器的引导装置(40)，其中所述引导装置(40)具有至少一个横向于所述移动轴线(36)延伸的板式弹簧(38)，所述板式弹簧具有中间的安装区段(46)并且在所述安装区段(46)的两侧分别具有固定区段(42)。所述平移器(24)机械地耦合到所述板式弹簧(38)的安装区段(46)并且所述板式弹簧的固定区段(42)机械地耦合到所述定子(12)，或者所述定子(12)机械地耦合到所述板式弹簧(38)的安装区段(46)并且所述板式弹簧的固定区段(42)机械地耦合到所述平移器(24)。

Description

用于机械反馈单元的电磁致动器
技术领域
本发明涉及一种作为用于车辆部件的操作设备的机械反馈单元的执行机构的电磁致动器。此外，本发明涉及一种用于车辆部件的操作设备，所述操作设备具有这种电磁致动器作为所述操作设备的机械反馈单元的执行机构。
背景技术
现代操作概念，特别是用于车辆部件操作设备的现代操作概念具有带有操作表面的操作元件，该操作表面被实施为触摸屏并且在该操作表面上显示操作区。通过触摸操作区，输入指令，其中以触觉方式向人反馈和确认有效的操作输入。通过所述操作元件的短暂机械激励进行该触觉反馈，为此尤其是使用电磁致动器。
这种电磁致动器应具有得到尽可能精确引导的执行机构。
电磁致动器通常具有定子和平移器，所述平移器可沿运动轴线相对于定子平移式地移动。在此情况下，该平移器布置在所述定子的部分之间，该平移器应在其平移运动时相对于所述定子的部分保持恒定的距离。为此目的，电磁致动器在一般情况下具有用于在平移器的移动期间平移地引导所述平移器的引导装置。
该引导装置在此情况下有时也承担将平移器复位到其静止位置的功能。在DE-A-102015 220 494中描述了这种活动线圈致动器形式的电磁致动器。然而，在那里使用的借助于板式弹簧的机械引导不能保证在更大平移移动的情况下还能保持平移器与定子的恒定距离。
由JP-A-2017-018958公开了一种振动致动器，其中在框架内，可以通过电磁方式将重物向前和向后驱动。为此，该重物借助于板式弹簧弹性地支承到该重物位于振荡轴线中的端部上。
由EP-A-3 070 578和EP-A-1 939 061描述了用于操作单元的振动致动器。
发明内容
本发明的任务是说明一种具有改进的引导的电磁致动器，作为用于车辆部件的操作设备的机械反馈单元的执行机构。
为了解决该任务，本发明提供一种电磁致动器，该电磁致动器设置有：
-定子，
-可沿移动轴线平移式移动的平移器，其可以在保持与所述定子的距离的情况下在静止位置和至少一个最终位置、优选相对于所述静止位置从该静止位置出发在相反的方向上沿着所述移动轴线布置的两个最终位置中的一个最终位置之间前后移动，以及
-用于在所述平移器移动时平移式引导该平移器的引导装置，
-其中所述引导装置具有至少一个横向于移动轴线延伸的板式弹簧，所述板式弹簧具有中间的安装区段并且在所述安装区段的两侧分别具有固定区段，以及
-其中，或者所述平移器机械地耦合到所述板式弹簧的安装区段并且所述板式弹簧的固定区段机械地耦合到所述定子，或者所述定子机械地耦合到所述板式弹簧的安装区段并且所述板式弹簧的固定区段机械地耦合到所述平移器。
根据本发明的电磁致动器具有定子和平移器，该平移器可沿移动轴线平移式地移动。所述平移器在此情况下可以沿移动轴线线性移动，但是也可以沿曲线移动。重要的是，该平移器可以平移式地移动。在其移动时，所述平移器和所述定子之间的距离保持不变。所述平移器可以在静止位置和至少一个最终位置之间来回移动。优选地，该平移器可以从其静止位置出发在两个相反的方向上分别向一个最终位置移动，然后该平移器从最终位置再次移回到静止位置。
根据本发明提供了一种引导装置，用于在平移器移动时平移式地引导所述平移器，该引导装置具有至少一个横向于移动轴线延伸的板式弹簧。所述板式弹簧具有中间的安装区段并且在该安装区段两侧分别具有固定区段，其中两个固定区段优选地设置在所述板式弹簧的相对的端部处。根据本发明，现在两个固定区段机械地耦合到所述定子，并且所述安装区段机械地耦合到所述平移器。替代地，根据本发明，所述板式弹簧的两个固定区段机械地耦合到所述平移器，而所述板式弹簧的安装区段机械地耦合到所述定子。
所述板式弹簧的这种布置，即所述板式弹簧的两端连接到所述定子或所述平移器，产生了所述平移器相对于所述定子的精确平行引导。该引导可以通过以下方式加以改善：即所述引导装置具有两个横向于所述平移器的移动轴线延伸的板式弹簧，每个板式弹簧具有在中间的安装区段和两个布置在该安装区段两侧的固定区段，并且在所述平移器的移动轴线的延伸方向观察，这两个板式弹簧彼此间有距离，并且特别是布置在所述平移器或所述定子的彼此背离的端部处。由于所述平移器或所述定子布置在两个板式弹簧之间或在两个板式弹簧处，确保所述平移器或所述定子的精确平行引导，而所述平移器不会在其移动期间遭受转矩(特别是在所述平移器和/或所述定子与一个或多个所述板式弹簧关于移动轴线对称布置的情况下)。由此可以省去额外的机械引导元件。所述平移器以机械方式仅固定在两个板式弹簧处，这确保了在所述平移器移动时到定子的距离不会改变，并且所述平移器不会遭受转矩。使用处于根据本发明的以下取向——该取向横向于所述平移器的移动轴线以及横向于平移器和定子之间的气隙的取向、也就是横向于平移器和定子本身之间的气隙——的至少一个板式弹簧的优点在于：由此所述平移器横向于平移器和定子之间的气隙的引导理想地是刚性的，以避免与定子接触并从而避免摩擦和噪声。在所述平移器的移动方向上，该平移器与所述定子软耦合上。通过具有至少一个根据本发明布置的板式弹簧的根据本发明的引导装置，其中所述至少一个板式弹簧被定位成使得由所述板式弹簧张成的平面横向于气隙地取向，能够提供电磁致动器，该电磁致动器的气隙，即平移器和定子之间的电磁致动器距离最小，使得可以实现很小的小体积结构形状。
在本发明的另一合适的实施方式中可以规定，所述至少一个板式弹簧的安装区段具有从所述安装区段突出的安装接片，借助于所述安装接片将所述板式弹簧安装在所述平移器处或替代地安装在所述定子处，并且所述至少一个板式弹簧的每个固定区段配备有突出的固定接片，借助于所述固定接片将所述板式弹簧固定在所述定子处或者替换地固定在所述平移器处。
根据本发明的电磁致动器可以优选作为所谓活动线圈致动器来加以实现，其中，所述平移器被构造为板状平移器元件(平移器板元件)，其布置在所述定子的两个板状定子元件(定子板元件)之间。通过机械的垫片，两个定子板元件彼此保持一定距离。所述平移器板元件位于这两个定子板元件之间的空隙中，该平移器板元件借助于至少一个板式弹簧、优选地借助于两个板式弹簧而耦合到一个定子板元件或分别耦合到所述定子板元件之一。因此，在两个板式弹簧的情况下，两者都可以布置在所述平移器和所述定子板元件之一之间；替代的，一个板式弹簧可以布置在所述平移器板元件和一个定子板元件之间，而另一个板式弹簧布置在所述平移器板元件和另一个定子板元件之间。由于所述平移器的根据本发明的引导在所述平移器板元件相对于所述定子板元件纯平行移动而没有转矩作用于所述平移器板元件的情况下进行，因此能够在所述平移器板元件和两个定子板元件之间存在最小气隙的情况下实现前面描述的电磁致动器的构造。
在本发明的另一合适的实施方式中可以规定，或者所述定子具有至少一个永久磁铁和/或至少一个定子线圈以及所述平移器具有至少一个为了所述平移器的线性移动而与所述定子的永久磁铁和/或与所述定子线圈相互作用的平移器线圈，或者所述平移器具有至少一个永久磁铁和/或至少一个平移器线圈以及所述定子具有至少一个为了所述平移器的线性移动而与所述平移器的永久磁铁和/或所述平移器线圈相互作用的定子线圈，并且设置有操控单元以用于操控所述一个定子线圈和/或所述至少一个平移器线圈。
上述任务根据本发明也借助于用于车辆部件的操作设备加以实现，其中该控制设备配备有
-壳体，
-布置在壳体中和/或壳体上的可手动操纵的操作元件，其具有操作表面，
-其中所述操作元件可横向移动和/或可沿着具有横向分量的移动轴线移动，以及
-根据前述变型之一的电磁致动器，其可被激活以用于触觉确认对所述操作元件的操作表面的手动操纵，
-其中所述致动器的定子机械地耦合到所述壳体以及所述致动器的平移器机械地耦合到所述操作元件，或者所述致动器的定子机械地耦合到所述操作元件以及所述致动器的平移器机械地耦合到所述壳体。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明。在此情况下，具体地：
图1示出了根据本发明的具有两个横向于平移器的移动轴线延伸的板式弹簧的电磁致动器的实施例的透视图，
图2示出了根据图1的电磁致动器的侧视图，
图3示出了根据图1的电磁致动器的俯视图，
图4和图5分别示出了在电磁致动器激活以将平移器从其静止位置移动到两个可能最终位置中的一个最终位置之后所述电磁致动器的俯视图，
图6示出了根据本发明的具有两个横向于平移器的移动轴线延伸的板式弹簧的电磁致动器的替代实施例的透视图，以及
图7示意性地示出了用于车辆部件的操作设备的结构，其中为了触觉反馈的目的以及由此为了确认操作者输入的目的而借助于按照图1-5的电磁致动器机械地激励操作设备的操作元件。
具体实施方式
图1以透视图示出根据本发明的实施例的电磁致动器10，其中图2和图3分别从侧面和从上面示出该电磁致动器的视图。致动器10具有定子12，该定子在本实施例中具有两个保持间距的、上下叠加布置的定子板元件14，16。这些定子板元件14，16分别配备有永久磁铁18和20。两个螺栓状垫片22将两个定子板元件14，16彼此连接。
在这两个定子板元件14，16之间布置平移器24，该平移器在本实施例中作为平移器板元件26实施。平移板元件26配备有至少一个电线圈28。电导线30导向平移器24，该电导线例如可借助于用32表示的插头与操控单元34电连接。通过对线圈28进行操控，平移器24移动，而且是根据向两个相反方向中的一个方向流动的电流方向。在图1中用36表示移动器24沿其移动的移动轴线(参见例如图6)。
耦合元件37与平移器24连接，该耦合元件37实现了平移器24与车辆操作设备的从平移器24到移动物体的例如弹性支承的操作元件机械连接(例如参见图6)。
根据本发明，平移器24耦合到两个定子板元件14和16中的一个，而且在移动轴线36的延伸方向是软的以及在横向于该移动轴线的方向是刚性的。通过该刚性耦合实现了平移器24在沿着移动轴线36移动时不能向定子12的方向移动。由此，当平移器24移动时，在平移器24上方和下方与定子板元件14，16之间的气隙保持不变。通过该刚性耦合，致动器间隙在横向于移动轴线36加载时也不会改变。
在本实施例中平移器24与上定子板元件14的这种特殊的机械耦合通过两个板式弹簧38实现，用于平移式引导平移器24的引导装置40在保持至定子板元件14，16的气隙的情况下确保该机械耦合。每个板式弹簧38在其两个端部处分别具有固定区段42，每个固定区段配备有倾斜的固定接片44，每个固定接片侧向地从所涉及的板式弹簧38的端部突出。在每个板式弹簧38的两个固定区段42之间存在安装区段46，该安装区段布置在所涉及板式弹簧38的端部之间的中心。安装接片48分别从安装区段46伸出。在本实施例中，安装接片48被固定在上定子板元件14处，而固定接片44被固定在平移器24处。上定子板元件14在板式弹簧38的安装区段46的区域中具有彼此相反取向的、突出的安装凸起50，安装接片48被固定在安装凸起50处。由于这些安装凸起50，在定子板元件14的沿着移动轴线36存在的每个(前和后)端部52与相应的相邻板式弹簧38之间形成距离54，使得现在平移器24可沿着移动轴线36在两个方向上分别移动特定的路径，而在此过程中由平移器24一起带动的、板式弹簧38的固定区段42不会与上定子板元件14碰撞。这种状况在图4和5中示出。
图6示出了替代设计的致动器10'，其中在结构上或功能上与图1-5的致动器10相对应的元件被用相同的附图标记表示。
与按照图1至图5的致动器10不同，在图6的致动器10'情况下板式弹簧38在相应的安装区段46中被固定在平移器24的安装凸起50处并且在固定区段42处与两个定子板元件14，16连接。因此，板式弹簧38也用作针对定子板元件14，16的垫片；但仍然可以设置单独的垫片22，如在图6中以虚线示出的。
下面应根据图7再次讲述在用于具有“力反馈”功能的车辆部件的操作设备的情况下采用所述电磁致动器的可能性。
在图7中以侧视图并且示意性地示出具有操作元件112的操作单元110。操作元件112在本实施例中作为具有操作表面114的显示组件而实施，在该操作表面上可以显示多个符号字段116。操作元件112在通常情况下是背面照明的。
为了在垂直移动方向上实施操纵移动(见图7中的双箭头118)以及为了在横向方向上确认这种操纵移动(见图7中的双箭头120)，操作元件112经由示意性表示的第一和第二弹簧122，124弹性地支承在壳体126处。借助于传感器128可以确定，操作元件112已沿垂直移动轴线118移动。这在评估和操控单元34中加以确定，接着该分析和操控单元操控致动器10(或10')。致动器10(或10')的固定定子12被支撑在壳体126上，而平移器24借助于耦合元件37机械耦合到操作元件112(或反之亦然)。平移器24的有效移动轴线根据双箭头36示出。
操作元件112被构造得越大和越复杂，该操作元件就越难并且需要越多的结构空间。现在，如果要求经由整个操作表面114的触觉反馈应当看起来是相同的，则操作元件112应当在触觉反馈时仅执行平移移动。平移器24的线性引导有助于此。
因此，操作元件112在活动的触觉反馈时的纯平移移动根据图7既具有横向分量又具有垂直分量。反馈移动不是纯横向这一事实对于“经由操作元件112的整个操作表面114的触觉感觉应当是相同的”这一点不起作用。重要的是，操作元件112在活动的触觉反馈时绝不经历旋转的运动分量，因此在这方面有利的是仅发生操作元件112在空间中的平行推移，这同样通过平移器24的线性引导加以支持。
前面描述的在图6的操作单元110中布置致动器10(或10')对于本发明来说不是强制的，但在触觉反馈方面提供某些优势，这同样在PCT申请PCT/EP2017/051416中描述过，其内容在此通过引用属于本专利申请的主题。
附图标记列表
10 致动器
10' 致动器
12 定子
14 上定子板元件
16 下定子板元件
18 永久磁铁
20 永久磁铁
22 垫片
24 平移器
26 平移器板元件
28 线圈
30 导线
32 插头
34 操控单元
36 平移器的移动轴线
37 耦合元件
38 板式弹簧
40 用于板式弹簧的引导装置
42 固定区段
44 固定接片
46 安装区段
48 安装接片
50 安装凸起
52 每个定子板元件的位于所述移动轴线的延伸方向上的端部
54 定子板元件至相邻板式弹簧的距离
110 操作单元
112 操作元件
114 操作表面
116 符号字段
118 垂直移动轴线
120 双箭头
122 弹簧
124 弹簧
126 壳体
128 传感器

Claims (8)

1.一种电磁致动器，用于特别是为车辆部件设置的操作设备的机械反馈单元以用于对所述操作设备的操作进行触觉式的反馈，具有
-定子(12)，
-能够沿移动轴线(36)平移式移动的平移器(24)，其能够在保持与所述定子(12)的气隙距离的情况下在静止位置和至少一个最终位置之间前后移动，所述气隙距离与所述移动轴线(36)正交地定向，以及
-用于在所述平移器(24)移动时平移式引导该平移器(24)的引导装置(40)，
-其中所述引导装置(40)具有至少一个既横向于所述移动轴线(36)、又横向于定子(12)与平移器(24)之间的所述气隙距离的取向而延伸的板式弹簧(38)，所述板式弹簧具有中间的安装区段(46)并且在所述安装区段(46)的两侧分别具有固定区段(42)，以及
-其中，所述平移器(24)机械地耦合到所述板式弹簧(38)的安装区段(46)并且所述板式弹簧(38)的固定区段(42)机械地耦合到所述定子(12)，或者所述定子(12)机械地耦合到所述板式弹簧(38)的安装区段(46)以及所述板式弹簧(38)的固定区段(42)机械地耦合到所述平移器(24)。
2.根据权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，所述平移器(24)能够在保持至所述定子(12)的、与所述移动轴线(36)正交地定向的气隙距离的情况下而在静止位置与两个最终位置之一之间来回移动，所述两个最终位置从该静止位置出发沿着所述移动轴线(36)而位于相对于所述静止位置相反的方向上。
3.根据权利要求1或2所述的电磁致动器，其特征在于，所述至少一个板式弹簧(38)的安装区段(46)具有从所述安装区段(46)突出的安装接片(48)，所述板式弹簧(38)借助于所述安装接片被安装在所述平移器(24)处，并且所述至少一个板式弹簧(38)的每个固定区段(42)配备有突出的固定接片(44)，所述板式弹簧(38)借助于所述固定接片被固定在所述定子(12)处。
4.根据权利要求1或2所述的电磁致动器，其特征在于，所述至少一个板式弹簧(38)的安装区段(46)具有从所述安装区段(46)突出的安装接片(48)，所述板式弹簧(38)借助于所述安装接片被安装在所述定子(12)处，并且所述至少一个板式弹簧(38)的每个固定区段(42)配备有突出的固定接片(44)，所述板式弹簧(38)借助于所述固定接片被固定在所述平移器(24)处。
5.根据权利要求1至4之一所述的电磁致动器，其特征在于，所述引导装置(40)具有横向于所述平移器(24)的移动轴线(36)延伸的两个板式弹簧(38)，这两个板式弹簧分别具有在中间的安装区段(46)和两个布置在所述安装区段(46)两侧的固定区段(42)，以及在所述平移器(24)的移动轴线(36)的延伸方向上观察，所述两个板式弹簧(38)彼此间有间距地布置并且特别是布置在所述平移器(24)或所述定子(12)的彼此背离的端部处。
6.根据权利要求1至5之一所述的电磁致动器，其特征在于，所述定子(12)具有两个板状的定子元件(14，16)，并且所述平移器(24)被构造为布置在所述定子元件(14，16)之间的板状平移器元件(26)。
7.根据权利要求1至6之一所述的电磁致动器，其特征在于，所述定子(12)具有至少一个永久磁铁(18，20)和/或至少一个定子线圈以及所述平移器(24)具有至少一个为了所述平移器(24)的线性移动而与所述定子(12)的永久磁铁(18，20)和/或与所述定子线圈相互作用的平移器线圈(28)，或者所述平移器(24)具有至少一个永久磁铁和/或至少一个平移器线圈(28)以及所述定子(12)具有至少一个为了所述平移器(24)的线性移动而与所述平移器(24)的永久磁铁和/或所述平移器线圈(28)相互作用的定子线圈，并且设置操控单元(34)以用于操控所述至少一个定子线圈和/或所述至少一个平移器线圈(28)。
8.一种用于车辆部件的操作设备，具有
-壳体(126)，
-布置在所述壳体(126)中和/或所述壳体(126)上的可手动操纵的操作元件(112)，所述操作元件具有操作表面(114)，
-其中所述操作元件(112)能够横向移动和/或能够沿着具有横向分量的移动轴线移动，以及
-根据前述权利要求之一所述的电磁致动器(10)，该电磁致动器能够被激活以用于触觉式地确认对所述操作元件(112)的操作表面(114)的手动操纵，
-其中所述致动器(10)的定子(12)机械地耦合到所述壳体(126)以及所述致动器(10)的平移器(24)机械地耦合到所述操作元件(112)，或者所述致动器(10)的定子(12)机械地耦合到所述操作元件(112)以及所述致动器(10)的平移器(24)机械地耦合到所述壳体(126)。
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