CN110770679A - 触感操作装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触感操作装置(200)和方法，该触感操作装置包括基板(210)、与该基板相连的固定不动的中间部(260)、可绕该固定不动的中间部(260)旋转且呈空心状的旋钮(202)和用于有目的性地影响该旋钮(202)的旋转运动的磁流变传动装置(1)。该传动装置(1)包括两个可彼此相对旋转的部件(2,3)，其中一个部件(3)被设计成能相对于基板(210)旋转的制动部件(3)。固定不动的中间部(260)利用支承臂(263)固定至基板(210)。传动装置(1)和支承臂(263)彼此相邻地设置并且径向安放在旋钮(202)内。旋钮(202)通过联接机构(270)抗旋转地联接至可旋转的制动部件(3)。

Description

触感操作装置和方法

本发明涉及具有磁流变传动装置的触感操作装置和方法。根据本发明的触感操作装置可以被用在各种技术领域，因此例如被用于操作工程设备如车辆、飞机、直升机、小船或工业设备或者用于操作洗衣机、厨具、收音机、拍照设备、摄像机系统、混声器、照明设备、HiFi设备、智能装置、笔记本电脑、个人电脑、智能手表或其它设备。

磁流变流体例如具有分散在油中的细微铁磁性颗粒例如像羰基铁粉。在磁流变液体中使用具有由制造决定的1至10微米直径的球形颗粒，在此，颗粒尺寸并不统一。如果这种磁流变流体被施以磁场，则磁流变流体的羰基铁粉沿磁场线结链，使得磁流变流体(MRF)的流变性能根据磁场形状和强度而受到显著影响。

WO2012/034697A1公开了一种磁流变传动装置，其具有两个可连接的部件，其连接强度可被影响。为了影响连接强度，在通道中设有磁流变介质。通过磁场，通道内的磁流变介质受到影响。在通道内设有旋转体，其上设置锐角的且包含磁流变介质的区域。该通道或至少其一部分可以被施以磁场生成装置的磁场，以可选择地使颗粒结链并且与旋转体楔紧或放开。磁流变传动装置也可以被用在用于操作技术设备的旋钮上。这种磁流变传动装置发挥作用并在构型相对小的同时允许传递相当高的力或力矩。WO2012/034697A1的公开内容完全被纳入本申请中。

WO2017/001696A1公开了一种触感操作装置，在这里，在操作钮上设有显示器。通过空心轴，可以给显示器提供所需的用于电流和数据的电线。为此，空心轴内的孔必须具有足够大的直径。空心轴的缺点也在于，所述轴的密封必须在两端进行，这是因为所述装置安装在内部以便可控地影响旋转运动。在轴的两端处的密封使密封数量提升到两个，由此，基本摩擦增大。另一个缺点在于，因轴直径较大而存在较大的密封直径和进而较大的摩擦半径，这也使基本力矩明显增加。然而，很低的基本力矩在许多应用中是非常有利的并且经常需要，以便在“空载运行(基本转矩)”中保持小的所需操作力。否则操作者可能会感到疲劳。WO2017/001696A1的公开内容也完全被纳入本申请中。

因此，本发明的任务是，提供一种具有磁流变传动装置的触感操作装置，借此使得能够实现在空载时的尽可能更低的基本力矩，其中尤其设有固定不动的中间部。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的触感操作装置和一种具有权利要求31的特征的方法来完成。本发明的优选改进方案是从属权利要求的主题。本发明的其它的优点和特征来自概述和实施例说明。

根据本发明的触感操作装置包括基板或基体，其中这种基板在优选设计中也可以被设计成支座。该触感操作装置包括与该基板连接的固定不动的中间部和可绕该固定不动的中间部旋转的呈空心状的旋钮和用于有目的性地影响该旋钮的旋转运动的磁流变传动装置。尤其是，利用该磁流变传动装置来有目的性地制动该旋钮的旋转运动。该(磁流变)传动装置包括两个可彼此相对转动的部件，其中一个所述部件被设计成相对于基板可旋转的制动部件(也称为旋转部件)。固定不动的中间部以一个支承臂(或者两个或更多个支承臂)被固定在基板上。该支承臂临近传动装置布置。该支承臂和该传动装置沿径向安置在该旋钮内。该旋钮通过联接机构抗旋转地联接到可旋转的制动部件。

尤其是，传动装置完全安放在旋钮的空腔内。

根据本发明的触感操作装置有许多优点。根据本发明的操作装置的一个显著优点在于，固定的中间部使得能够布置不会随旋钮旋转的固定不动的用户接口。该固定不动的中间部径向安放在旋钮内并且临近传动装置安置，从而该固定不动的中间部不会影响该传动装置的旋转运动。

传动装置和中间部优选彼此相邻和/或并排地径向安置在旋钮内。

尤其优选地，支承臂和传动装置并排布置。该支承臂因此未布置在该传动装置内，而是完全并列。支承臂和传动装置不会相互穿过。

支承臂和传动装置优选彼此偏心地和/或相对于旋钮偏心地布置。这意味着，所述支承臂和传动装置的对称轴线彼此间隔开。对称轴线尤其优选径向布置在旋钮内。

优选地，传动装置至少部分(尤其是完全)安置在旋钮的空腔内。该传动装置和中间部彼此相邻但不嵌套安装。本发明意义上的影响尤其是指对旋钮的旋转运动的制动(制动力矩)。

在一个简单设计中，另一个触感操作装置包括呈空心状的旋钮和用于有目的性地影响且尤其制动旋钮的旋转运动的磁流变传动装置。在此，旋钮通过联接机构抗旋转地联接至该传动装置。该操作装置可以包括基板，磁流变传动装置和联接机构布置和/或固定在该基板上。

在另一个根据本发明的触感操作装置中设有基板。另外，该触感操作装置还包括一个固定不动的中间部和呈空心状的可绕该中间部旋转的旋钮以及用于有目的性地影响旋钮的旋转运动的磁流变传动装置。传动装置以可相对于基板旋转的旋转部件安装在旋钮内，该旋钮通过联接机构抗旋转地联接至该传动装置。

在所有前述操作装置的优选设计中，旋钮通过联接机构如此抗旋转地联接至可旋转的制动部件，即在旋钮的旋转运动中所述旋钮和制动部件的相对空间取向改变。在此，空间取向也包括按照角度的取向，从而按照角度的不同的取向也是本申请意义上的不同的空间取向。

优选地，联接机构包括在旋钮和可旋转的制动部件上的联接件。还可以设置其它的联接件。例如可以设置另一个联接件，其一方面接触旋钮上的联接件，另一方面接触制动部件上的联接件。也可行的是，使用更多的联接件，它们随后总体上构成旋钮与可旋转的制动部件的连接。

优选的是，联接机构包括齿结构、齿轮、摩擦面、皮带、链条、驱动装置和/或行星齿轮驱动装置等。在一个简单设计中，联接机构可以由两个相互接合的齿轮或摩擦轮的摩擦面构成，从而形成抗旋转连接。

优选在旋钮的内轮廓上形成有内齿结构，并且在可旋转的部件的外轮廓上形成有与该内齿结构啮合的外齿结构。旋钮与可旋转的制动部件的连接可以通过直接啮合来实现，或者例如通过联接件如齿轮或链条等来实现。

优选地，电线沿轴向穿过旋钮。该电线可以包括用于供电的连接线、控制线和通信导线等。由所有这些类型的电线构成的组合也是可行的，由此一来，贯穿孔必须相应地较大。或许在安装时还必须使与电线相连的插头(接触件)穿过，这相应地需要很大空间。

在一个优选设计中，中间部包括支承臂，其在一端(间接或直接)连接至基板。在支承臂的另一端优选设置有一个承载部。该支承臂优选沿轴向延伸穿过旋钮。该承载部可用于支承不同的单元和装置。

优选地，支承臂相对于旋钮偏心地布置。支承臂尤其(也至少)用于引导电线。电线可以被固定在支承臂上。也可行的是，电线穿过空心的支承臂。为此，支承臂优选具有一个空腔或至少一个空腔。

优选在承载部中安装有至少一个照明单元。尤其优选在承载部中安装有至少一个用户接口。这种用户接口可以包括操作面板、显示器、3D显示器、带有或不带触觉反馈的触敏显示器(触摸显示器)和/或至少一个传感器。例如可以在用户接口上设置有传感器如指纹传感器或摄像机等，以记录下并识别使用者的指纹。尤其具有摄像物体识别功能的视频摄像机也可以被用来识别使用者或使用者进程。操作面板可以被设计成触摸面板并且用于输入指令和手势。在固定不动的中间部内的单元可以在使用者(例如手、手指)接近或离开时接通和/或断开。

视频摄像机也是指机器监看或图像理解，概括地讲是计算机辅助解决设定任务，其遵循人类视觉系统的能力。一种方法可以是用于更可靠地识别在真实环境中的3D物体的3D-物体识别(3D物体识别)。在此尤其涉及在尤其通过激光雷达传感器记录的3D点云中检测物体。

这不仅应识别动作(手势)，还应将其分配给人员并建立由此优化的操作模式/操作指导。例如在车辆中：操作手从左向右经过，则为驾驶员。如果手从右向左经过，则是副驾驶员(方向盘左设)。副驾驶员操作与车辆驾驶员不同的菜单并且需要不同的操作指导。此外，副驾驶员用左手操作该操作件，这对于惯用右手的人来说比较困难。操作件可以对此进行调整，例如增大开关力矩或步进角度，因为使用者的左手的触觉不佳或运动技能较弱。这在识别出各个手指且对此调整操作时是特别有利的。

另外，视频摄像机还可以在操作之前识别人员并调出或分配存储在系统内的操作模式。年青人或儿童在操作操作件时可以获得不同于例如成人的其它操作选项(用户指导)、菜单等。飞机驾驶员因此同样得到不同于副驾驶的其它操作模式。

还可以识别出使用者是否戴了手套。两者都改变了必要的触感反馈，已实现最佳的用户指导。

该系统具有学习能力(例如模糊逻辑)并且能广泛联网。

由此显著提高了操作质量并最大程度地减少了误操作。

在所有设计中优选的是，旋钮和可旋转的制动部件被分别可转动地安装。此时可行的是，旋钮和制动部件通过独立轴承(如滑动轴承或滚动轴承)来支承。但也可行的是，旋钮和可旋转的制动部件可转动地容纳且因此安装在相应的低摩擦的导向机构中。

尤其是，在优选设计中也可被称为制动装置的磁流变传动装置布置在旋钮内。可旋转的制动部件和旋钮可以嵌套安置。优选地，传动装置的部件之一被设计成固定不动的制动部件。但也可以想到，传动装置的两个部件均被设计成可旋转的。

该固定不动的制动部件优选径向地布置在内部并被可旋转的制动部件包围。可旋转的制动部件可以形成封闭的制动壳体。

固定不动的制动部件尤其包括与基板连接的轴，该轴然后尤其被可旋转的制动部件包围。该轴可以被设计成是细且实心的，而不必是空心的。优选地，没有电线或导线穿过该轴。

优选的是，传动装置具有恰好一个轴输出端，其通过恰好一个接触密封件被密封。该接触密封件尤其布置在可旋转的制动部件和固定不动的制动部件之间。该接触密封件可以被设计成密封环，并且例如可以被设计成O形环、密封唇、刮环或方形环。

在优选设计中，传动装置在一侧具有轴输出端并在相反侧具有封闭壁。可旋转的制动部件于是总体形成具有轴输出端的封闭的制动壳体。

在所有设计中，可能且优选的是，旋钮整体上被设计成近似套筒形。

旋钮优选包括两个可轴向相对移动的管状部，所述管状部尤其通过联接销或导向机构等抗旋转地连接。尤其是，可移动的管状部通过偏置机构被偏置向轴向移出位置。

优选地，旋钮或一个管状部通过至少一个轴承被安装在基板上。该旋钮和/或该旋钮的一个管状部尤其是可轴向移动的(推/拉)。该旋钮和/或该旋钮的一部分优选可轴向移动(推/拉或+/-Z)并且在最终位置区域中提供触感反馈。也可行的是，在旋钮中集成其它按压功能，以便在轴向操作旋钮时发出信号，并且尤其是返回一个触感反馈。拉动按钮(拉)也是可行的。同样，整个操作件也可以横向移动(X和Y方向/移动)。

优选给旋钮配属至少一个例如呈操作传感器形式的用于检测轴向运动的传感器和/或用于检测角度变化或绝对角度位置的传感器。

在所有设计中优选的是，旋钮的净内径与传动装置的外径之差为大于3毫米且小于50毫米。所述差优选在10毫米至30毫米之间。

在优选设计中，旋钮的外径在10毫米至90毫米之间，尤其在20毫米至90毫米之间。旋钮的高度优选在10毫米至60毫米之间。

在所有设计中优选的是，传动装置包括磁路和磁场生成装置，该磁场生成装置具有至少一个电线圈和在固定不动的制动部件与可旋转的制动部件之间的间隙。在传动装置的两个部件之间的间隙或通道优选具有或配备有磁流变介质。

尤其优选地，在固定不动的制动部件与可旋转的制动部件之间或者说在传动装置的两个可彼此相对转动的部件之间设置多个旋转体，它们尤其用作磁场集中器。所述旋转体尤其被磁流变介质包围。旋转运动受到在磁流变传动装置的两个部件之间的间隙或通道内的旋转体的影响的工作方式在WO2012/034697A1和WO2017/001696A1中有所描述，并且该方式以相似或相同的方式适用于本发明的结构。

本发明的一个显著优点也在于，由于旋钮转速有规律地增加，因此本来很低的基本力矩还可以被进一步减小。在一个特定设计中，该比率为3:1，但也可以更高，比如大于或等于2:1且小于或等于4:1。在传动装置处的有效基本力矩由此被相应减小，这再次明显有助于灵活性。

在根据本发明的用于有目的性地影响和/或制动旋钮的旋转运动的方法中，其中该旋钮具有固定不动的中间部和集成的角度传感器以及间接连接的传动装置和显示单元如显示器，旋钮的旋转运动期间的制动力矩根据当前选择的(尤其是在显示单元上显示的)菜单和/或菜单项(在显示单元上)而被改变。

另一方法用于调节触感操作装置、尤其是智能设备，其中该方法包括：

-提供用于手动操作的旋转件，其具有固定不动的中间部和可绕该固定不动的中间部旋转且呈空心状的旋转部，如旋钮；

-在手动操作时用传感器(如旋转编码器或角度传感器)检测该旋转部的旋转；

-根据旋转件的手动操作控制触感操作装置(例如像智能设备)的输入并且根据触感操作装置或智能设备的当前所选的菜单调节该旋转件的性能。

本发明的其它优点和特征来自以下参照附图所描述的实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明的触感操作装置的立体分解示意图；

图2示出了根据图1的触感操作装置的分解侧视图；

图3示出了根据本发明的触感操作装置；

图4示出了根据图1至图3的触感操作装置的旋转体的高度示意性横截面；

图5示出了触感操作装置的横截面；

图6示出了触感操作装置的高度示意性剖面俯视图；

图7示出了触感操作装置的另一横截面；

图8至图10示出了其它触感操作装置的示意性剖面俯视图；

图11a至图11c示出了与根据本发明的触感操作装置的旋转角度相关的可能的转矩曲线；

图12示出了另一个触感操作装置的一部分的横截面。

图1示出了根据本发明的触感操作装置200的立体分解示意图，其具有基体210或基板210。容座210a可以被设计成与基板成一体，但也可以被设计为单独件，并且用于容纳磁流变传动装置1。

磁流变传动装置1在此包括可旋转的制动部件3，其由可旋转的制动部件3的主体部分和下部分3a构成。在安装时，两个部分3、3a被压紧并因此整体上形成一个封闭的壳体或者说可旋转的制动部件3。在可旋转的制动部件3中安装有固定不动的制动部件或部件2，其通过固定不动的轴212从可旋转的部件3伸出。固定不动的轴212被固定在基板210或容座210a上。例如该轴可通过螺钉与容座210a或基板210固定在一起，从而轴212和进而固定不动的制动部件2被固定安放在基板210上。可旋转的制动部件3或3a通过滚动轴承30相对于基板210或容座210a可旋转地安放。在安装时，将由硬或硬化的或镀覆(硬铬层)的材料构成的护套287推到由磁导性材料构成的轴212上。部分3a中的密封件46作用于护套287上，从而即使在操作期间也不会在固定不动的轴212上出现沟槽。

可旋转的制动部件3或其上部在外周面上具有外齿结构272，该外齿结构在安装状态下与旋钮202的内齿结构271啮合。由此，旋钮202的旋转运动被传递至可旋转的制动部件3。

旋钮202在此基本上由两个部分构成，即一个上管状部281和一个下管状部282，在这里在下管状部内形成所述内齿结构271。

两个管状部281、282抗旋转地相互联接。这例如可以通过联接销283来实现，该联接销被插入到管状部281、282内的相应容槽中。弹簧284可以插入到联接销283中，从而所述弹簧将管状部281、282偏置向轴向彼此远离的基本位置。代替插入孔中的联接销，也可以采用线性导向机构(球循环导向机构、线性球导向机构、异型导向机构...)。

在旋钮202的内部的空腔261中设置固定不动的中间部260并且连接至基板210。该固定不动的中间部260包括支承臂263，其从在一端的基板210延伸至上端，在该上端形成有一个承载部264。该承载部264用于支承电路板280和安置在其上的照明单元266。在这里，用户接口267被安置在顶部，其可以提供该触感操作装置的操作面板。例如该操作面板也可以被设计成显示器或者触敏显示器。

图2示出了图1的触感操作装置200的分解侧视图。可旋转的制动部件3包括下部分3a和上部分3b，两者加一起被统称为可旋转的部件3并且自身容纳固定不动的制动部件2。另外，在可旋转的制动部件3内还安装有旋转体11和包括线圈架26a在内的线圈26。剩下的空腔被磁流变介质6(见图4)充满。轴212通过与安装在轴212上的护套287配合的密封件46对外密封。

管状部281、282组合得到旋钮202，该旋钮是中空的并且呈套筒状。这意味着旋钮202不仅在上轴向端、也在下轴向端被设计成是敞开的并且没有壁。在上轴向端和进而在远离基板210的一端，触感操作装置200通过操作面板268被封闭，该操作面板尤其被设计成是触敏的或压敏的。

图3示出了如图1和图2的分解图示中示出的触感操作装置200的一个实施例的立体图。基板210可以设计成是不同长度的和不同形状的。在根据图3的图示中，触感操作装置200适于悬停在背景前。具有用户接口267的旋钮202例如可以被照明单元266照亮。在表面上可以例如集成有传感器275。也可行的是，用户接口267的表面总体上或部分例如适于记录图像，从而在用手指接触后例如能由触感操作装置200记录下并识别指纹。

图4示出了根据本发明的用于影响两个部件2、3之间的力传递的磁流变传动装置1的高度示意性横截面图。在此，在图4的两个部件2、3之间设有作为单独件4的旋转体11。在此，旋转体11被设计成球14。但也可行的是，旋转体11被设计成柱体或椭圆体、辊或其它可旋转的旋转体。非旋转对称旋转体像例如具有特定表面结构的齿轮或旋转体11实际上也可以被用作旋转体。旋转体11不用于相互支承，而是用来传递转矩。

在磁流变传动装置1的部件2、3之间设有通道5，在此，在通道中填充有介质6。该介质在此是磁流变流体20，其例如作为载体液体包含油，油中有铁磁性颗粒19。乙二醇、脂肪、黏稠物质也可以被用作载体介质，但不限于此。载体介质也可以是气态的，或者可以省去载体介质(真空)。在这种情况下，仅将可被磁场影响的颗粒填充入该通道。

铁磁性颗粒19优选是羰基铁粉，其中颗粒的尺寸分布取决于具体应用场合。特别优选的是，颗粒尺寸分布在1至10微米之间，但在这里，20、30、40或50微米的更大颗粒也是可行的。根据应用场合的不同，颗粒尺寸可能更大，甚至进入毫米范围(颗粒球)。所述颗粒还可以具有特殊涂层/外皮(钛涂层、陶瓷皮、碳皮等)，以便更好地承受住根据应用场合而出现的高的压力载荷。MR颗粒可以针对该应用场合不仅由羰基铁粉(纯铁)制成，也例如由特殊铁(硬化钢)制成。

旋转体11通过两个部件2、3的相对运动17而被设置成绕其旋转轴线12旋转，并且实际上在部件3的表面上经过。

同时，旋转体11也在另一部件2的表面上运动，从而在那里存在相对速度18。

确切地说，旋转体11不直接接触部件2和/或部件3的表面并因此不直接在该表面上滚动。旋转体11至部件2或3的表面之一的自由间距9例如是140微米。在颗粒尺寸在1-10微米之间的一个特定设计中，该自由间距尤其在75-300微米之间，尤其优选在100-200微米之间。

自由间距9尤其至少是典型的平均颗粒直径的10倍。优选地，自由间距9至少是最大的典型颗粒的10倍。因为没有直接接触，故在部件2、3的相对运动时存在很小的基本摩擦/摩擦力/摩擦力矩。

如果对磁流变传动装置1施以磁场，则根据旋转体11与部件2、3之间的距离形成磁场线。旋转体由铁磁性材料例如在此是ST37(S235)构成。ST37型钢具有约2000的透磁率。磁场线穿过旋转体并集中在旋转体内。在磁场线在旋转体上的在此沿径向的入射面和出射面上，在通道5内存在高磁通密度。在那里，不均匀的强力磁场导致了可磁性极化的颗粒19的局部强力交联。旋转体11朝向在磁流变流体中形成的楔形的旋转运动显著增强了该效果，并且可能的制动力矩或离合力矩被极度增大远超通常在磁流变流体中可产生的值。旋转体11和部件2、3优选至少部分由铁磁性材料构成，因此旋转体11和部件2、3之间距离越小，磁通密度越高。由此在介质内形成基本上呈楔形的区域16，在该区域中，磁场的梯度在接触部位或最小距离区域处朝向锐角急剧增大。

尽管在旋转体11与部件2、3之间存在一定距离，但所述表面的彼此相对速度会导致旋转体11的旋转运动。该旋转运动在没有或有作用的磁场8的情况下都可以进行。

当磁流变传动装置1经受在此在图4中未示出的磁场生成装置7的磁场8的作用时，磁流变流体20的各个颗粒19沿着磁场8的场线结链。要注意的是，在图4中绘制出的矢量仅高度示意性地表示与MRF20的影响相关的场线区。场线基本垂直于铁磁性构件的表面进入通道5并且不必尤其笔直地在锐角区域10中延伸。

同时，在旋转体11的周面上比如使磁流变流体20的材料处于旋转中，从而在部件3与旋转体11之间形成锐角区域10。在另一侧，在旋转体11与部件2之间形成相同的锐角区域10。锐角区域10可以例如在设计成柱形的旋转体11的情况下具有楔形16。由于楔形16，旋转体11的进一步旋转收到阻碍，因此磁场对磁流变流体的影响增加，因为锐角区域10内的作用磁场导致那里的介质6的更强结合。由此，聚集成堆的磁流变流体的作用被增强(流体内的结链和进而结合或黏度)，这使得旋转体11的进一步旋转或运动变得困难。

通过楔形16可以传递比能用只利用了剪切运动而没有楔形效应的相似结构所实现的高出许多的力或力矩。

可直接通过所加载的磁场传递的力只是可由该装置传递的力的一小部分。楔形结构以及进而机械力增强可以通过磁场来控制。磁流变效应的机械增强可以达到以下程度，当颗粒被楔紧时，即便所加磁场被关断之后也可以实现力传递。

事实表明，锐角区域10的楔形作用导致一定强度的明显增大的磁场8作用。此时该作用可被增强很多倍。在一个特定情况下，观察到的两个部件2、3的相对速度的影响比现有技术中的MRF离合器中的影响大致强10倍。可能的增强取决于各种因素。如有必要，其可以通过旋转体11的更大的表面粗糙度来增强。也可行的是，在旋转体11的外表面上设置向外突出的凸起，该凸起可以导致更强的楔形。

楔形作用或楔形效应以面的方式分散到旋转体11和部件2或部件3上。

图5示出了触感操作装置202的一个实施方式的横截面。触感操作装置200安装在基板210上，该基板在此包括用于磁流变传动装置1的单独的容座210a。传动装置1包括两个部件2、3，其中，部件2被设计成固定不动的制动部件并且与容座210a螺钉固定在一起。制动部件2具有在此大致呈蘑菇形设计并且包括轴212并且在蘑菇形部分中容纳在线圈架26a内的电线圈26作为磁场生成装置7。电线圈26围绕固定不动的制动部件2的对称轴线被卷绕。

可旋转的制动部件3包括一个上部分和一个下部分3a，它们在安装时相互压紧。在可旋转的制动部件3的两个部分之间的所绘制出的密封件用于密封可能有的间隙。也可以想到部分3a向上延长且具有齿结构。部分3于是被设计为封盖。

在可旋转的制动部件3中安装有旋转体11，其被引导在固定不动的制动部件2和可旋转的制动部件3的相应容槽内。在旋转体11上示例性地示出了磁场8，其穿过旋转体11，其中，旋转体11在此被设计成球14。球14安置在间隙5内，该间隙中填充有磁流变介质且尤其是磁流变流体。

旋钮202具有较大的内径并且如图1和图2所示地在内周面上具有内齿结构271，该内齿结构在这里在左侧与可旋转的制动部件3的外齿结构272啮合。

由此，在这里在右侧形成一个自由间隙，固定不动的中间部260安置在其中，中间部从基板起一直延伸到可旋转的制动部件3上方。在可旋转的制动部件3的上方，固定不动的中间部260形成一个承载部264，照明单元266、用户接口267和操作面板168安装在该承载部上。

旋钮202的管状部281、282在这里通过联接销283相互连接。在空心的联接销283内设置有弹簧284，它们将两个管状部偏置到轴向相互分隔开的基本位置。

旋钮202通过滚动轴承276直接安装在基板210上。传动装置1或可旋转的制动部件3通过也被设计成滚动轴承的轴承30可旋转地安装在基板210或容座210a上。

角度传感器206检测旋钮202的角度位置。当旋钮202轴向操作时，操作传感器204被启动，这在图5中看不到。

图6以俯视图示出了示意性横截面，其中在这里能明显看到旋钮202和传动装置1的不同大小的直径。传动装置1通过联接机构270抗旋转地连接至旋钮202，从而旋钮202的旋转被直接转换为传动装置1的旋转或者传动装置1的可旋转的制动部件3的旋转。在此，联接机构270包括在旋钮202上的内齿结构271和在可旋转的制动部件3上的外齿结构272。在这里也能看到用于固定不动的中间部260的自由空间，旋钮202因此可以从基板侧穿过，而不会妨碍该旋钮或可旋转的制动部件的旋转运动。在固定不动的中间部260的内部空腔261中，可以穿过电线241，以便给用户接口267、照明单元266或操作面板268供应电流并且用于提供通信导线。

图7示出了图5的触感操作装置200的修改的实施方式，其中在此也示出了操作传感器204。不同于根据图5的实施例，在根据图7的实施例中设有呈柱形或辊状的旋转体11。固定不动的制动部件2可以在至旋转体11的磁场过渡区域内具有车削环形槽(槽)。该槽可以是空着的，但也可以装有呈橡胶圈(O形环、环形软线、矩形环...)形式的摩擦件。由此可以实现旋转体11的强制旋转。如在图5中描述的那样，在根据图7的实施方式中，齿结构也可以是滚珠轴承的内主体3a的一部分并且通过盖被封闭。

此外，作为示例，绘制出了永磁体25，其可以提供永磁场。永磁体25的磁场可以受到电线圈26的磁场的影响，并且如果极性合适，也可以被抵消。也可行的是，永磁体25通过电线圈26的电脉冲进行调节。

图8以俯视图示出了示意性横截面，其中在这里，触感操作装置200又具有旋钮202和带有外部的可旋转的制动部件3和内部的固定不动的制动部件2的传动装置1。通过固定不动的中间部260，电线241可以被引导至看不到的操作面板。固定不动的中间部260的最大宽度通过旋钮202的内径185与传动装置1的外径286之差得到。

在根据图8的图示中，联接机构270也可以通过可旋转的制动部件3的外表面和旋钮202的内表面上的摩擦面形成。

图9示出了另一变型，其中在这里，传动装置1又具有外部的可旋转的制动部件3。该可旋转的制动部件3可绕传动装置1和旋钮202的中心对称轴线旋转。联接机构270在此例如包括作为旋钮202的内齿结构与传动装置1的外齿结构之间的联接件的齿轮273。由此，也提供足够的结构空间用于固定不动的中间部260。

图10示出了又一变型，在此，联接机构270包括皮带274或链条，借此从中心旋转轴202a起将旋转运动传递至可旋转的制动部件3。在该设计中，固定不动的制动部件2围绕可旋转的制动部件3。在该设计中，例如旋钮202可以用透明板盖住，在透明板上居中安装有旋转轴202a，其穿过操作面板268延伸入旋钮202的内部空腔中，在该处设置有用于与传动装置1连接的皮带274。在这个设计中也在内部空腔261中得到足以用于固定不动的中间部260的结构空间。如果采用电容传感器或光学传感器，则即便用户接口267被旋钮202的例如透明的壁遮盖，该用户接口267也可以被用来输入数据。

在图11a、图11b和图11c中示出了依据转速动态产生的磁场或动态产生的制动力矩的可能变型实施方式。根据菜单选项，可以产生截然不同的制动力矩。用于机动车中的菜单示例：通风水平；左侧或右侧的温度；座椅调节；声强。操作菜单可以通过按压或拉拔操作件来选择。

图11a在此示出了一个变型，在此产生一个左末端止挡228和一个右末端止挡229。当旋钮202进一步旋转时，在那里产生一个大的磁场或止挡力矩238，由此旋钮202以高阻力对抗旋转运动。

紧接在左侧末端止挡228的侧旁设置第一网格点226，其对应于第一菜单项225。如果应选择下一菜单项，则旋钮202必须被顺时针旋转。为此，必须克服动态产生的较高磁场或制动力矩239或其摩擦力矩，随后才到达下一网格点226。在图11a中，对于网格点226和位于其间的区域在特定角度范围内产生恒定磁场，该恒定磁场在所述网格点处明显小于在位于其间的区域中，并且更明显小于在止挡228、229处。

各网格点之间的角度间距237可动态改变并且适配于可供使用的网格点或菜单项的数量。

图11b示出了一个变型，在这里，磁场不会朝着末端止挡228、229猛然增大，而是取一个陡的走势。此外，在至两个旋转侧的网格点226处分别提供磁场的坡状斜率，由此相应的旋转方向上的旋转阻力增大。在这里，利用相同的操作装置200只提供三个网格点226，其角度间距237大于在根据图11a的示例中的情况。

图11c示出了一个变型，在这里，在各个网格点226之间存在较小的旋转阻力并且仅在紧邻网格点226的位置处产生一个更强的磁场239，以便能够在各个网格点226处实现咬合，并且同时在各个网格点之间仅提供较低的旋转阻力。

原则上，图11a、图11b、图11c的工作方式与磁场变化过程的混合也是可行的。

例如可以在不同的下级菜单中进行磁场分布的相应不同的调整。优选地，电流强度变化和进而转矩变化协调地进行(顺畅过渡，圆滑...)，从而获得触觉良好的或舒适的操作感觉。

在所有情况下，也可行的是，例如在波纹(网格)的情况下，不像迄今那样在同极性的低电流强度和高电流强度之间切换(即例如+0.2至+0.8A＝波纹)，而是交替改变极性，即从+0.2至+0.8A，随后下一个波纹是-0.2A至-0.8A，接着是下一个瞬间峰值+0.2至+0.8A，诸如此类。

优选低合金钢可以维持剩磁场。优选对所述钢定期或根据需要进行消磁(交变磁场)。

如果旋转单元未被旋转、即角度不变，则电流优选随着时间连续减小。电流也可以根据速度(旋转单元的角速度)而改变。

图12示出了一个另选实施方式，其结构基本上与图5和/或图7的结构一致。

仅示出了布置在触感操作装置202内的传动装置1。该传动装置1安装在一个单独的容座210a上。传动装置1又包括两个部件2、3，其中所述部件2被设计成固定不动的制动部件并且通过螺钉278与容座210a固定在一起。制动部件2具有在此大致呈蘑菇形的设计并且包括轴212并且在蘑菇形部分之中或之处容纳在线圈架中的电线圈26。电线圈26绕固定不动的制动部件2的对称轴线卷绕。

可旋转的制动部件3包括一个上部分或盖3b和一个下部分3a，它们在安装时被相互压紧。可以在可旋转的制动部件3的两个部分之间使用密封件来密封可能有的间隙。在这里，在(下)部分3a上形成外齿结构272。部分3b形成盖。

在可旋转的制动部件3中安装有旋转体11，它们被引导在固定不动的制动部件2和可旋转的制动部件3的相应容槽内。磁场8例如在旋转体11上以两个磁场线绘制出并且穿过旋转体11，其中该旋转体11在此被设计成柱形或辊形。旋转体11布置在间隙内，该间隙中填充有磁流变介质且尤其是磁流变流体。在这里设有周向的槽2a，其有助于将磁场集中在旋转体11上。

外齿结构272形成在下部分3a上的事实使得能够改善磁场。它可以实现较大壁厚(在预定的结构体积内)。

部件3通过滚动轴承30相对于容座可旋转地安装。角度传感器206(如旋转编码器)用于检测角度位置。

在该设计中，齿结构272不再像在图7中那样是盖3b的一部分，而是形成在部分3a上。由此，在那里可以产生一个更强的磁场并且获得更高的制动力矩。另外还使用辊(图5：球；图6：辊)。槽或切口2a集中磁场。用于填充该单元的螺钉3c居中布置在盖3b中并且具有密封环。

在所有设计中，产生制动力矩的部分(14；3a；2...)的接触面积可以具有表面结构(粗糙度；精细图案)。

触感操作装置也可以包含至少一个扬声器(声源)、蓝牙单元、WLAN、无线电模块、麦克风或振动马达。

固定不动的中间部可以包括以下部分，但不限于此：

●静态部分(例如制造商的徽标、背景照明徽标...)。可行且优选的是中间部于是不具有直接功能。

●触摸板(有功能)，

●屏幕(LCD、OLED、量子点、电子墨水屏、透明显示器...)

ο有源

■彩色LCD(TFT)

■OLED

■荧光显示器

■电子发光显示器

■量子点

■微LED

■透明显示器

ο无源

■单色LCD

■反光彩色LCD

■电子油墨单色/彩色

■倒装式显示器

■翻转点

●触屏

ο电阻系统

ο表面熔融系统

ο投射电容系统

ο电感系统

■包含笔

οSAW(表面声波)–“(声)波控系统”

ο光学系统(一般是监视器前的红外光栅)

ο色散信号技术系统

●3D手势触摸板

类似于电容式接触检测，手势技术利用电场测量来识别手势。

ο2D手势识别

●全息投影仪

ο投影3D物体

●ARS(增强现实系统)

在这里是指计算机辅助对现实感知的扩展

●摄像机

ο座椅控制

ο容貌识别

●指纹

ο个人身份(车辆起动...)

●虹膜扫描器

ο个人身份

●在脉搏测量仪处

LED照亮所放的手指。由于血液以规则的时间间隔穿过静脉，反射光的颜色以相同间距改变。光电二极管测量颜色变化并且将该信息传送至系统，系统由其来计算脉搏频率。

ο脉搏升高时，致动器可以给出不同的反馈

●接近传感器/红外传感器

利用红外线来检查是否有物体接近触觉旋钮。

ο节电模式

●RGB传感器

由带有滤色器的光电二极管构成，不仅可以测量光源的强度，也可以测量光源的色温。这意味着屏幕可以提供更多的对比度还有更好的颜色饱和度。

●NFC(近场通信Near Field Communication，缩写NFC)

基于RFID技术的国际传输标准，用于通过电磁感应使用几厘米的短距离松散耦合线圈进行非接触式数据交换，数据传输速率高达424kbit/s。

ο通过身份证解锁

ο用智能手机进行身份鉴别

●气体传感器

用于测量室内空气质量。作为在芯片上有多个传感器元件的长期稳定的金属氧化物气体传感器，SGP提供关于空气质量的详细数据，

οAlkomat

ο氧含量->疲劳风险

●湿度传感器

ο测量湿度

●声音指纹(麦克风)

用于表征声音或录音的数字代码，此时考虑具体声音状况。

ο安全特征

●微尘传感器(PM2.5)

●二氧化碳传感器(CO₂)

所有这些传感器都能与车辆或至少一个待操作物体联网。从这些传感器生成的信息可用于优化操作或增加客户利益。

附图标记列表

1传动装置 212轴

2部件、固定不动的制动部件 226网格点

227旋转方向

2a槽 228末端止挡

3部件、可旋转的制动部件 229末端止挡

237角间距

3a 3的部分 238止挡力矩

3b 3的部分、盖 239制动力矩

3c螺钉 240基本力矩

4单独件 241电线

5间隙、通道 260固定不动的中间部

6介质 261 202内的空腔

7磁场生成装置 262 202的内轮廓

263支承臂

8场 264承载部

9自由间距 265 263内的空腔

10锐角区域 266照明单元

11旋转体、可旋转的传动件 267用户接口

268操作面板

12旋转轴线 268a显示单元

14球 270联接机构

15柱 271(内)齿结构

16楔形 272(外)齿结构

17相对运动方向 273齿轮

274皮带、链条

18相对运动方向 275传感器

276 202的轴承

19磁性颗粒 277轴输出端

25永磁体 278侧

26线圈 279侧

26a线圈架 280电路板

27控制装置 281管状部

30轴承 282管状部

46密封环 283联接销

200操作装置 284弹簧

202旋钮 285 202的内径

204操作传感器 286 1的直径

206角度传感器 287保护套

210基板

210a容座

Claims (32)

1.一种触感操作装置(200)，该触感操作装置具有基板(210)、与该基板相连的固定不动的中间部(260)、可绕该固定不动的中间部(260)旋转且呈空心状的旋钮(202)以及用于有目的性地影响所述旋钮(202)的旋转运动的磁流变传动装置(1)，其中，所述传动装置(1)包括两个可彼此相对旋转的部件(2,3)，其中一个所述部件(3)被设计成能相对于所述基板(210)旋转的制动部件(3)，

其特征是，

所述固定不动的中间部(260)利用支承臂(263)固定在所述基板(210)上，并且所述传动装置(1)和所述支承臂(263)彼此相邻地设置并且径向安放在所述旋钮(202)内，

并且所述旋钮(202)通过联接机构(270)抗旋转地联接至所述可旋转的制动部件(3)。

2.根据权利要求1所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)通过所述联接机构(270)抗旋转地联接至所述可旋转的制动部件(3)，从而在所述旋钮(202)进行旋转运动时，所述旋钮(202)和所述可旋转的制动部件(3)的相对空间取向改变。

3.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述联接机构(270)包括在所述旋钮(202)和所述可旋转的制动部件(3)上的联接件(271,272)。

4.根据权利要求3所述的操作装置(200)，其中，所述联接机构(270)包括齿结构(271,272)、齿轮(273)、摩擦面、皮带(274)、链条(274)、驱动装置和/或行星齿轮驱动装置。

5.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，在所述旋钮(202)的内轮廓(262)上形成内齿结构(271)，在所述可旋转的制动部件(3)的外轮廓(263)上形成与所述内齿结构(271)啮合的外齿结构(272)。

6.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，电线(241)沿轴向穿过所述旋钮(202)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述中间部(260)包括支承臂(263)，所述支承臂的一端连接至所述基板(210)，并且在所述支承臂(263)的另一端设置有承载部(264)。

8.根据权利要求7所述的操作装置(200)，其中，所述支承臂(263)相对于所述旋钮(202)偏心地设置。

9.根据前面两项权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述支承臂(263)用于引导所述电线(241)。

10.根据前面三项权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，在所述承载部(264)上安放有照明单元(266)。

11.根据前面四项权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，在所述承载部(264)上安放有至少一个用户接口(267)。

12.根据权利要求11所述的操作装置(200)，其中，所述用户接口(267)包括操作面板(268)、显示器、带有或不带触觉反馈的触敏显示器和/或至少一个视频摄像机或传感器(275)。

13.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)和所述可旋转的制动部件(3)可单独旋转地安装。

14.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述传动装置的所述部件(2,3)中的一个被设计成固定不动的制动部件(2)。

15.根据权利要求14所述的操作装置(200)，其中，所述固定不动的制动部件(2)径向靠内设置并且被所述可旋转的制动部件(3)包围。

16.根据前面两项权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述固定不动的制动部件(2)包括连接至所述基板(210)的轴(212)。

17.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述传动装置(1)具有恰好一个轴输出端(277)，该轴输出端通过恰好一个接触密封件(46)被密封。

18.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述传动装置(1)在一侧(278)具有轴输出端(277)并在相反一侧(279)具有封闭的壁。

19.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)被设计成套筒状。

20.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)包括两个可轴向相对移动的管状部(281,282)，所述管状部尤其通过联接销(283)彼此抗旋转地联接。

21.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)通过至少一个轴承(276)安装在所述基板(210)上。

22.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)可轴向移动。

23.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)可轴向移动并且在最终位置区域内提供触觉反馈。

24.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)配备有用于检测轴向操作和/或用于检测角度变化或绝对角位置的至少一个传感器(204)。

25.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)的净内径(285)与所述传动装置(1)的外径(286)之差为大于3毫米且小于50毫米。

26.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述旋钮(202)的外径在20毫米至90毫米之间，和/或其中，所述旋钮的高度在10毫米至60毫米之间。

27.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，所述传动装置(1)包括磁路和具有电线圈(26)的磁场生成装置(7)以及在所述固定不动的制动部件与所述可旋转的制动部件之间的间隙(5)，所述间隙中设有磁流变介质(6)。

28.根据权利要求27所述的操作装置(200)，其中，在所述固定不动的制动部件(2)与所述可旋转的制动部件(3)之间设置有旋转体(11)，所述旋转体被所述磁流变介质(6)包围。

29.根据前述权利要求中的一项所述的操作装置(200)，其中，包含控制装置(27)，该控制装置被设计成利用所述电线圈(26)产生对所述旋钮(202)的可变的制动作用。

30.一种触感操作装置(200)，该触感操作装置具有呈空心状的旋钮(202)和用于有目的性地制动所述旋钮(202)的旋转运动的磁流变传动装置(1)，

其特征是，

所述旋钮(202)通过联接机构(270)抗旋转地联接至所述传动装置(1)。

31.一种用于有目的性地影响旋钮(202)的旋转运动的方法，所述旋钮具有固定不动的中间部(260)和集成的角度传感器(206)以及间接联接的传动装置(1)和显示单元(268a)，

其特征是，

所述旋钮(202)进行旋转运动时的制动力矩根据刚刚选择的菜单而改变。

32.一种用于调节触感操作装置(200)的方法，其中，该方法包括：

-提供用于手动操作的旋转件，该旋转件具有固定不动的中间部(260)和可绕该固定不动的中间部(260)旋转的呈空心状的旋转部，如旋钮(202)；

-在对所述旋转部进行手动操作时，利用传感器、如旋转编码器或其它角度传感器来检测所述旋转部(202)的旋转；

-根据对所述旋转件的手动操作来控制所述触感操作装置(200)的输入，并且根据所述触感操作装置(200)的当前所选的菜单来调节所述旋转件的性能。

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