CN116368447A - 具有磁流变制动机构的触觉操作装置 - Google Patents

Abstract

具有磁流变制动机构(1)的触觉操作装置(100)，磁流变制动机构具有固定不动的支座(4)和两个制动部件(2、3)。两个制动部件(2、3)之一不可旋转地连接至支座(4)。两个制动部件(2、3)可彼此相对绕旋转轴线(20)连续转动。第一制动部件(2)沿旋转轴线(20)延伸并包括由导磁性材料构成的芯(21)。第二制动部件(3)包括绕第一制动部件(2)延伸的空心构成的壳罩(13)。在第一和第二制动部件(2、3)之间形成至少一个环绕的且至少部分填充有磁流变介质(6)的制动缝隙部。在壳罩(13)与芯(21)之间容纳至少一个绕旋转轴线(20)缠绕且围绕芯(21)的电线圈(26)。形成两个径向的不同形成的制动缝隙部(5a、5b)，其中在第一制动缝隙部(5a)处在壳罩(13)与芯(21)之间形成盘形轮廓(41)且在第二制动缝隙部(5b)中在芯(21)的周面上设置多个滚子(11)。

Description

具有磁流变制动机构的触觉操作装置

本发明涉及触觉操作装置、尤其是触觉操作钮，其具有带有固定不动的支座和至少两个制动部件的磁流变制动机构，所述制动部件可绕旋转轴线彼此相对连续转动。

触觉操作或作动装置尤其可被用在机动车和其它车辆内的技术装置的操作中，故例如作为转盘、旋/压盘、用于信息娱乐系统、空调机(温度、通风级、分布)、作为变速器选档装置、用于导航、用在定速巡航系中、用在距离控制中、作为调节装置、用在转向装置(线控或概称转向)或方向盘中、用在双轮、三轮或四轮(如越野车，例如像Polaris公司的车辆)、摩托艇、滑雪车、全地形车的导杆或转向系中、用在底盘调节中、用在行驶模式调节中、用于雨刷器调节、用于窗调节或用于滑顶调节、用在泊车辅助中或用于调设(部分)自主驾驶或甚至作为方向盘替代品。

可以应用在机动车、飞机、飞行器、船舶、艇、农用技术领域中的例如拖拉机或联合收割机、收割机和其它农用田地机械。也可以应用在建筑机械和例如叉车等机器中，或也可应用在医用设备或工业设备中。

本发明也可以被用在洗衣机、厨房用具和家用电器、收音机、照相机和摄影机、高保真音响和电视机、智能设备、智能家用设备、笔记本电脑、个人电脑、智能手表的操作中或作为其输入机器、用在腕表冠状轮中或作为计算机鼠标或作为计算机鼠标中的转轮、用在游戏手柄中、用在游戏装备中、作为键盘中的旋钮或用在其它设备中。

磁流变流体例如具有分布于油中的细微铁磁性微粒，例如像羰基铁粉。在磁流变液体中使用近似圆形的或球形的具有由制造决定的1μm至10μm直径的微粒，其中微粒尺寸和微粒形状不统一。如果这种磁流变流体承受磁场作用，则磁流变流体的或磁流变介质的或磁流变流的羰基铁粒沿磁场线结链，使得磁流变介质的流变性能依据磁场的形状和强度受到显著影响(可传递的剪切应力)。

具有磁流变液体的制动单元已由现有技术公开，例如按照各不同结构尺寸(5Nm、12Nm、20Nm)的Lord公司的MRF制动器：https://www.lord.com/products-and-solutions/steer-by-wire-tactile-feedback-device。它们通常也作为“线控转向触觉反馈”来使用。制动器本身发挥功能。但MRF制动器的缺点是其相对于最大力矩(工作范围)的相对高的基本摩擦(基本力矩)。5Nm制动器的工作范围根据Lord公司的网页/说明书为0.5至5Nm(倍数10)，在12Nm制动器情况下，工作范围为1Nm至12Nm(倍数12)，在20Nm制动器情况下，工作范围为1Nm至20Nm(倍数20)。相对小的工作范围不足以用于许多应用场合，因为所述批量产品主要被用在大型马达应用场合(尤其是大多戴手套操作，如工业、农用机器、叉车...)。

小马达应用场合如在汽车中用三根手指操作带有旋/压盘的娱乐操作系统、游戏中操作游戏手柄、还有轿车的转向都需要显著较低的基本扭矩和较高的最大扭矩，即显著较大的工作范围。尤其是，高基本力矩会快速造成疲劳或精细调节过程因此在触觉上变得困难。然而已知的MRF制动器不允许大的工作范围，因为摩擦面积过大。较小摩擦面积虽会减小基本力矩，但因此也使最大力矩变小。

WO 2012/034697 A1公开了一种磁流变传动装置，其具有两个可接合的部件，其接合强度可受影响。为了影响接合强度，设有带有磁流变介质的通道。通过磁场，通道内的磁流变介质受到影响。在通道内设有转动体，在其上设置呈锐角的包含磁流变介质的区域。该通道的至少一部分可承受磁场发生器的磁场的作用，以可选择地使颗粒(磁性)结链并且与转动体楔紧或放开。磁流变传动装置也可以用在用于操作技术设备的旋钮处。这种磁流变传动装置发挥功能并且允许在相对小的构型或结构体积的同时传递相当高的力或转矩。

在WO 2012/034697 A1中也公开了一种旋钮或操作钮，在此，实际的钮被安装成可绕轴转动。通过由电线圈产生的磁场可以控制制动力矩。如果期望能产生更高的制动力矩，则可以代替球形转动体也采用柱形滚子，从而磁场作用于较大的距离或较大的面积(发生磁场集中和通过较大面积形成楔)。具有这种转动体或滚子的触觉操作装置使得能够实现针对触觉操作钮的令人满意的功能和很高的转矩，而同时在磁场关断下存在低的制动力矩/基本力矩(例如在50Nm最大力矩下小于0.5Nm)。最大可产生转矩与最小转矩(基础力矩)之比高(>100)。

但不利的是，只能在触觉操作装置的低转速下获得高的最大转矩。如果转速超过取决于各自结构的值，则最大力矩显著降低并且并非总能满足要求。

本发明的任务因此是提供一种触觉操作装置且尤其是具有磁流变制动机构或阻尼机构的触觉操作钮，借此可以在不同转速下产生低的基础力矩和相对高的最大转矩。

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

根据本发明的触觉操作装置尤其可设计成触觉操作钮或旋钮或转动件。触觉操作装置具有至少一个带有固定不动的支座和至少两个制动部件的磁流变制动机构。两个制动部件之一不可旋转地连接至支座。两个制动部件彼此相对地绕(同一)旋转轴线可连续转动。第一制动部件沿旋转轴线(在轴向上)延伸并且至少包括由导磁性材料构成的芯。第二制动部件包括围绕第一制动部件延伸的空心构成的壳罩。在第一与第二制动部件之间，形成至少一个环绕的并且至少部分填充有磁流变介质的制动缝隙部或间隙。在壳罩与芯之间容置至少一个围绕旋转轴线缠绕的且(径向)包围该芯的电线圈。包含有或形成有至少两个(功能)不同的且(优选)在径向和/或轴向上或倾斜形成的制动缝隙部。在第一制动缝隙部处，在壳罩与芯之间形成盘形轮廓。在(在壳罩与芯之间形成的)第二制动缝隙部中，在芯周面上安置多个滚子。这两个制动缝隙部优选形成在同一缝隙(制动缝隙)处。这两个制动缝隙部也可以形成在两个空间和/或结构分开的缝隙(制动缝隙)处。

根据本发明的触觉操作装置有许多优点。本发明的触觉操作装置的一个显著优点在于包含有两个功能不同的且分别在径向上(和/或在轴向上和/或倾斜)形成的制动缝隙部。由此可在不同的转速下以不同方式制动该触觉操作装置。一个制动缝隙部(由功能决定)在较低转速下产生较高转矩，而另一个制动缝隙部由其它结构决定地在较高转速下也产生相对高的转矩。由此在整个转速范围内获得恒定的最大转矩，这在许多应用场合中很有利。

根据本发明的触觉操作装置结构简单，仅采用少量零部件且允许容易且廉价的制造。基本摩擦小且可以对于不同的转速且也在停止情况下提供高的最大转矩。制造简单且低成本。

第一制动部件限定轴向。尤其是，第一制动部件的对称轴线是所述旋转轴线。优选地，第一制动部件的芯在轴向上延伸，但也可以相对于轴向略成一个角度。

本发明允许在结构空间小的情况下在不同转速下产生高的制动力矩。磁场分别基本在径向上或至少横向于旋转轴线地穿过在芯与壳罩之间的两个不同的制动缝隙部。

滚子尤其用作磁场集中器。因为有(作为磁场集中器的)滚子，故在一些磁场线与径向取向之间可能出现锐角，但通常或一般基本沿径向穿过磁场。同样情况也适用于具有盘形轮廓的另一制动缝隙部，在此，在盘形轮廓的径向端也可能出现磁场线的三维取向，但其一般或总体上还是又基本上径向取向。

尤其是，在与电线圈(紧)相连的轴向区域中形成盘形轮廓，或者在壳罩与芯之间形成盘形体，并且在(另一个)轴向局部中，多个滚子(作为磁场集中器)与电线圈(紧)相邻地布置在芯周面上。这些滚子尤其布置在横向于或垂直于旋转轴线的同一平面中。优选地，这些滚子可以完全围绕芯运动。芯的外表面在第二制动缝隙部中优选设计成柱形。

优选地，第一制动缝隙部的半径或(一般的或最大的)直径大致且尤其是正好与第二制动缝隙部的半径或(一般的或最大的)直径一样。由此在较高转速和从静止启动时也能产生大力矩。

磁流变介质尤其至少局部润湿第一和第二制动部件。

(至少一个)电线圈优选绕旋转轴线被缠绕并且基本在轴向上在芯内产生磁场。电线圈在此在径向上容纳在所述芯与壳罩之间。电线圈在此可以缠绕到芯上或者在内侧被固定在壳罩上。

该芯由(良)导磁性材料构成。第一制动部件包括该芯以及尤其是尤其至少部分或完全由非导磁性材料构成的轴或杆。优选地，所述轴(杆)和芯可分离地相互连接。

盘形轮廓至少部分或完全也由(良)导磁性材料构成。

在一个优选改进方案中，盘形轮廓被设计成单独的盘形体。也可能的是，盘形轮廓设计成与该芯成一体并且例如设计成T形，其中该T形状的长臂沿旋转轴线延伸。也可能的是，盘形轮廓的一部分与该芯成一体构成并且被补充单独的盘形体。在简单的特别优选的设计中，该盘形轮廓由固定在芯之处或之上的单独的盘形体构成。

盘形体优选安装到芯上。为此，芯尤其具有适配的容槽。可能且优选的例如是盘形体连接至或压紧到芯上。但也可能的是盘形轮廓或盘形体连接至壳罩并例如被压入其中。也可以想到使用两个相互匹配的盘形体，在它们之间形成径向的制动缝隙部。在此可以将空心柱形的第一盘形轮廓安装到芯上并且将具有相应大的内径的空心柱形的第二盘形轮廓装入壳罩中，从而两个盘形轮廓例如在轴向上相互对准并且两者间留下小的(径向)间隙。在两个盘形轮廓之间于是留有尤其是基本上径向形成的制动缝隙部。

在特别优选的设计中，盘形轮廓具有至少一个盘组。盘组尤其通过多个优选彼此紧贴的盘形板构成。这种设计例如允许作为冲切件加工盘形板。冲切件可以很容易且廉价地大批制造。如果它们相互重叠并且例如相互压紧，则可以简单且廉价地提供一种盘组或具有明显较厚的盘形体。由此可以很廉价地制造盘形板(也称为盘)还有盘组。一些盘也可以具有各种不同的性能(例如因为不同的材料)。一些盘也可以由(烧结的)磁性材料(例如钕)构成。

优选的是至少几个盘形板或几乎所有盘形板或所有盘形板分别设计成圆形并且具有相同的直径或相似的直径。但也可以采用几个或若干非圆形设计的盘形板，在其上例如径向靠外地形成非圆形外轮廓或齿结构或星结构。如果将设计成圆形和非圆形的盘形板重叠成一个盘组，则可以产生完整的外轮廓，其可能在局部导致较大磁场集中。也可能的是盘组包括多个设计成圆形(或非圆形)的具有不同外径的盘形板。因此可以交替设置具有较小和较大直径的圆形盘形板。

在特别优选的设计中，盘形轮廓总体上具有柱形外轮廓。也可能的是将盘形轮廓设计成星形轮廓或形成星形轮廓。作为盘形轮廓的星形轮廓可以具有(优选)在径向上和/或(可能)在轴向上凸出的磁场集中器，其一体连接至盘形轮廓或固定在其上。于是可能的是，在一个制动缝隙部处设置作为盘形轮廓的星形轮廓。于是在另一制动缝隙部处包含有转动体。

尤其是在这种设计中，可以在制动缝隙部处在壳罩与芯之间布置至少一个星形轮廓作为盘形轮廓。由此在星形轮廓区域中出现在制动缝隙部范围内可变的缝隙高度。在此设计中，第二制动缝隙部优选也是轴向靠外的制动缝隙部。

在星形轮廓处优选形成或布置磁场集中器，其(径向)突入该缝隙中，从而在星形轮廓区域内出现具有可变的缝隙高度的环绕的第二制动缝隙部。

作为磁场集中器的元件可以从星形轮廓径向向内凸出或径向向外凸出或轴向凸出。磁场集中器例如可以设计成齿形、弓形、正弦形、梯形并且能有序地或无序地分散布置并且不一样高。

星形轮廓也可在轴向上形成。这意味着出现在轴向上可变的缝隙高度。由此该磁场可以在轴向上集中在具有较小缝隙高度的位点处，并且在较高的缝隙中被减小。也可以想到由“径向”和“轴向”的组合或/和倾斜的星形轮廓。

可能且优选的是，盘形轮廓在至少一个轴向侧具有(轴向)朝外凸出的外轮廓。盘形轮廓在此可以总体上设计成锥形、凸肚形、倒圆状或阶梯状。尤其是，盘形轮廓在外轮廓区域内被设计成回转对称。向外凸出的外轮廓例如可以支承在盖等上或在那里被引导。向外凸出的外轮廓由此允许提供磁流变颗粒储存器。

在所有设计中优选的是，在第二制动缝隙部中在壳罩与芯之间用于一个滚子的径向空隙大于第一制动缝隙部中的缝隙高度(在盘形轮廓区域内)。径向空隙在此是第二制动缝隙部中的缝隙高度减去滚子直径的差。通常，径向空隙在滚子的径向外侧和径向内侧大致均匀地分布。在简单的情况下，滚子在径向上居中布置并且滚子外表面距壳罩内表面的径向距离和芯的外周面距滚子的径向内外表面的径向距离大致相等。

在第二制动缝隙部中的用于一个滚子的径向空隙(总体上)优选超过在第一制动缝隙部中的缝隙高度的两倍，尤其至少是其三倍。这意味着，在正常情况下，滚子径向向内和径向向外具有比在第一制动缝隙部中在盘形体处的缝隙高度形体更大的空隙。也可能且优选的是，在第二制动缝隙部中用于一个滚子的径向空隙是在第一制动缝隙部中的缝隙高度的四倍以上。优选地，在盘形轮廓处的制动缝隙部处的缝隙高度小于0.15mm且优选小于0.1mm。

优选地，在第二制动缝隙部中的径向空隙和在盘形轮廓处在第一制动缝隙部中的缝隙高度以及在第三制动缝隙部中的缝隙高度(显著)小于在缝隙其它区域内的径向距离。电线圈外径或覆于电线圈的覆层或电线圈包封的外径至壳罩的径向内壁的径向距离(在轴向上)在两个制动缝隙部外优选(显著)大于在两个制动缝隙部中。尺寸差可以达到和远超过2倍或3倍。

在具体设计中，在第二制动缝隙部中的用于一个滚子的径向空隙约为0.2mm，而在第一制动缝隙部中的缝隙高度约为0.05mm。在此，可能分别存在+/-50％的偏差。于是，因为在芯的对置两侧分别设有滚子，故总体上在触觉操作钮处在滚子区域中的径向间隙是径向空隙的两倍，总体上在此例子中是0.4mm。具有0.05mm缝隙高度的第一制动缝隙部的区域中，于是总体上出现2×0.05mm、即0.1mm的径向间隙。

因为该间隙很小，故在许多情况下可以至少在触觉操作装置的具有盘形轮廓的端头放弃单独支承。盘形轮廓于是与壳罩一起负责相对于芯引导或支承壳罩。这允许更简单且还成本更低的结构。

在所有设计中，内轮廓或者优选是壳罩可以是非圆形的(例如椭圆形…)。芯也可以相对于壳罩偏心地安装。由此在转动时得到变化的相对间隙(局部)。

在特别优选的设计中，第一和第二制动缝隙部形成在电线圈的不同的轴向侧。尤其优选地，至少一个制动缝隙部在轴向上间接或直接邻接电线圈。

滚子轴向宽度优选在盘形轮廓的轴向宽度的一半至两倍之间。这允许特别有效地在盘形轮廓的制动缝隙部中传输磁场，由此也允许在滚子区域内在第二制动缝隙部处的磁场高度集中。由此增强在第一制动缝隙部与第二制动缝隙部中的制动作用，但同时保持短的轴向结构长度。

滚子轴向宽度与电线圈轴向宽度之比优选在1:5至3:1之间，在优选设计中在2:3至3:2之间。

盘形轮廓的轴向宽度与电线圈的轴向宽度之比优选在1:5至3:2之间，在优选设计中在2:3至3:2之间。在这里，盘形轮廓的轴向宽度是指在制动缝隙部处的盘形轮廓宽度。如果盘形轮廓应该例如径向向外缩窄且盘形轮廓轴向宽度径向朝外减小，则是指在径向外端附近的盘形轮廓轴向宽度。

在所有设计中特别优选的是，磁回路的磁场至少部分分别在轴向上穿过芯和壳罩并且有相当一部分在径向上且特别优选基本在径向上穿过第三制动缝隙部。此外，第一电线圈的磁场的相当一部分在径向上且尤其最好基本在径向上穿过第一制动缝隙部，而第二电线圈的磁场穿过第二制动缝隙部。在简单的设计中，每个电线圈围绕芯被缠绕并且在旋转轴线的轴向上在芯内分别产生磁场，磁场在电线圈的各自末端被径向朝外传导并且在一个轴向端经过盘形轮廓和第一或第二制动缝隙部离开并在另一轴向端分别通过第三制动缝隙部分别从芯进入壳罩或相反。这种设计允许特别简单、低成本且还是有效的结构。

滚子优选至少部分且尤其是几乎完全或完全由导磁性材料构成。

也可以设有导磁性物体或滚子。非传导性物体可以用作占位件或导向件并且具有任何形状。因此可以在(导磁性)滚子之间设置非导磁性物体。多个非传导性物体(如导向件)可以相互连接，例如呈笼状。这简化了安装。

尤其优选地，盘形轮廓可转动地引导壳罩并用作支承部位。

优选地，在制动部件之间形成闭合的腔。尤其是，闭合的腔至少有相当一部分且尤其是基本上填充有磁流变介质如磁流变流体和/或例如(干的或粉末状)羰基铁粉。尤其是第二制动部件可转动地容置在第一制动部件上。

第一制动部件优选包括轴，其至少部分由非导磁性材料构成。在该轴上固定有由磁性材料构成的芯。

优选地，第二制动部件可轴向移动地容置在第一制动部件上。这例如(也)可以用于实现在温度变化和/或泄漏时的体积补偿。优选的是两个制动部件的相对的径向位置和/或轴向位置用传感器来测量。

在所有设计中优选的是，在腔的一端、尤其在远端设置点击件。这种点击件尤其允许两个状态，其中在点击件操作之后，例如板片可听闻地和/或触觉可感知地被切换且同时执行(小)的轴向位移。这种例如设计成速动件或速动片的点击件例如从键盘或其它装置中知道并且允许在按键操作等时的廉价且有效可感知的反馈。

点击件优选安置在腔的一端。尤其优选地，弹性膜将腔与点击件分隔开。点击件可以设计成速动件或速动片。由此可以在该轴进一步插入腔中或又拔出时提供在腔处的体积补偿。

在特别优选的改进方案中如此设计速动片，在速动片的两个状态之间的所限定的速动片体积的改变适配于轴的横截面积乘以在操作时的速动片的轴错位。尤其是，两个体积相差不到50％或25％并且优选不到10％或不到5％。速动片适配于轴的这种设计用于只需提供小的体积或有可能甚至不必提供体积用于速动片操作时的体积补偿。

与也在腔的远端附近将第一制动缝隙部设计成具有盘形轮廓相关地使用在腔的远端上的点击件或速动件允许壳罩的特别简单有效的引导和支承，因为仅存在小的径向间隙并且盘形轮廓因此能在壳罩的径向上担负(在许多情况下)充分的引导工作。

在优选改进方案中包含有一个传感器装置或至少一个传感器装置用于检测芯与壳罩之间的相对转动角度。

优选包含有一个传感器装置或至少一个传感器装置用于检测壳罩相对于芯的相对轴向位置。该传感器装置或至少一个传感器装置尤其优选地包括至少一个磁场传感器，其设计成检测转动角度和轴向位置。在特别有利的设计中，该传感器装置包括至少一个霍尔传感器。

在简单的优选设计中，磁场传感器容置在固定不动的制动部件上并遇到沿径向作用的磁场作用。借此可通过磁场传感器相对于磁场的取向确定转动角度。传感器装置相对于壳罩的轴向位移可通过磁场强度的强弱来推导。

转矩传感器可以测量该转矩。

由传感器装置获得的数据可由电子装置继续处理并且也被转发至外部设备。如果例如触觉操作装置作为旋钮/旋压钮被安装在车辆中(在方向盘、中央扶手、车载电脑等中)以控制收音机和/或导航系统、改变底盘设定等，则关于角度变化的数据可在车辆内被传输给车载电脑/车辆电子装置/外部电子装置。可从中查明关于公路状况的信息和/或使用者的用户特性可被记录、评估和优化。人工智能于是可从中推导出使用者期望并且优化/简化仪器控制。

特别优选地包含有至少一个用于相对于电线圈的磁场至少部分屏蔽传感器装置的屏蔽机构。屏蔽机构优选包括至少一个屏蔽体。屏蔽体尤其设计成将用于对磁场传感器施以规定(如径向)磁场的磁环单元与电线圈的干扰磁影响屏蔽开。为此，屏蔽体最好局部围绕磁环单元。优选地，屏蔽机构朝向三侧包围磁环单元，即从轴向两侧和径向朝外。屏蔽机构优选包括至少一个布置在屏蔽体和磁环单元之间的隔离单元。由此，使磁环单元的磁场与屏蔽体分离。另外，优选包含有至少一个布置在屏蔽体和壳罩之间的磁去耦机构。隔离单元和/或去耦机构优选具有比屏蔽体小许多倍的导磁性。优选地，所述屏蔽机构和磁环单元彼此间隔布置。

屏蔽机构能够明显改善测量质量。尤其是由此可以获得精细的角度分辨率和小的轴向距离。

在所有设计中优选的是，在壳罩处形成旋钮或转动轮。旋钮可以通过一种覆层形成。

优选包含有至少一个用于照明至少部分透明构成的旋钮的发光件。

优选地，在一些可磁极化颗粒之间可以获得大于300kA/m的磁场强度。肯定在电线圈产生最大磁场或在预定额定范围内的磁场时。在制动缝隙内的(可产生的)磁场强度优选大于500kA/m。

在所有设计中优选的是，包含至少一个用于主动转动其中一个所述制动部件的驱动装置。由此，不仅可以产生制动力矩，也可以获得主动转动，由此可以得到扩展的触觉反馈。

本发明的仪器部件包括一个如上所述的触觉操作装置。也可能的是包含两个以上的触觉操作装置。这种仪器部件可以包括用户接口、操作面板、显示器、带有或不带触觉反馈的触敏显示器和/或至少一个传感器或其它输入和输出可能方式。

用户接口可以尤其(也)通过感应耦合被充电。因为尤其是在其上固定有旋钮和进而还有用户接口的外制动部件是可转动的，故用于电连接的电缆无法马上引导至外远端。通过卷簧或滑动触点的接触是可能的，但基础力矩增大，因而不是特别优选的。

在LED或发光件区域安装有用于感应耦合的电线圈，其不仅可被用于能量传递、也可被用于数据传输。因此，以感应方式将所需电能传输至用户接口并且传输数据以便进行显示。数据链接也可以通过其它无线方式实现。

磁线圈的控制优选大多或主要在工作时间内以尤其是12V电压进行。在触觉上(通常)特别有利的是，磁流变制动机构的制动力矩尽量快速地达到最大值或设定值。这有时仅只能以较大电压实现。最大制动力矩通常通过制动缝隙内的最大磁场来获得。因为磁场通过电线圈(磁线圈)内的电流产生，故因此也必须尽量快速地将电流调节至最大值。原则上，人们可以将电压调节到高值，在具体情况下不是至例如12V而是至例如24V。但所有构件(电线圈或磁线圈、线圈金属线等)为此必须被相应不同设计(并且例如使用具有较大直径的金属线)。

优选地，在优选设计和改进方案中，仅在触觉反馈开始时调节出较高电压(高于持久工作所需)。尤其是在触觉反馈开始时或几乎紧接在其后，优选将较高电压设置在0.5ms至50ms之间的时段内、优选在1ms至20ms之间的时段内且尤其优选在5ms至15ms之间的时段内(例如比在持久工作时所需的高1.1倍或1.2倍或1.5倍或2倍或3倍)。维持较高电压，直到电流(或磁场)达到期望的后续值或最大值(近似例如到90％或95％)和/或达到或超过较高电压可作用于此的时段。接着将电压回调至例如12V的较低电压。该系统能更快速地反应并且更快速地调节出期望的制动力矩。由此获得更接近矩形。可以调节出(近似)阶梯状变化曲线。

尤其在现代的电动车中，在车辆中存在多种电压并且可实现高电流，因此它们不必准确地产生或转变。在电动车中也可以有高许多的电压(如高达800伏)和这种电流强度，使得前述性能可被有利利用。

申请人保留要求保护一种方法的权利。这种根据本申请的方法用于触觉控制一种具有至少一个磁流变制动机构的装置。磁流变制动机构包括两个(以上)制动部件。这两个制动部件可彼此相对运动。第一制动部件包括由导磁性材料构成的芯。在第一和第二制动部件之间形成至少一个至少部分填充有磁流变介质的制动缝隙(缝隙)。至少一个电线圈对制动缝隙施以可控磁场。为了获得更快速且尤其阶梯式的制动强度变化，至少一个电线圈的至少一个功率参数在变化开始时的第一起价内比为了获得所力求的制动强度而长久所需的更强地改变。

这种本申请的方法也是很有利的。它允许更好地控制制动作用。尤其可以获得改善的电压响应。可以实现阶梯状制动作用变化过程。由此，制动强度可以比在传统控制中更像“矩形”地变化。优选地，电线圈的至少一个功率参数在第一时段中与在第二时段中相比相对于前一时刻的改变强至少10％或20％或30％或50％或100％。

尤其是，第二时段的长度超过第一时段的3倍或5倍。优选地，第一时段的长度在3ms至30ms之间、尤其在5ms至20ms之间。第一时段可以在具体设计中约为10ms+/-5ms。

在优选改进方案中，为了改变制动强度而改变电线圈的电流和/或电压。尤其优选地，电压作为功率参数被改变。

优选地，至少两个电线圈的功率(功率参数)被改变。

制动缝隙可以包括至少两个或三个制动缝隙部。也可以设置超过两个的制动缝隙。尤其是，至少两个制动缝隙部可接受不同电线圈的磁场的作用。

可能且优选的是，为了形成触觉止挡或可感格栅，至少一个电线圈的功率参数(至少一个功率参数、尤其电压)在增高(相对于前一时刻)时对于第一时段被调设为比对于第二时段高，第二时段与第一时段相接且比第一时段长。

在优选改进方案中，用根据本申请的就像在本申请范围内公开的装置执行该方法。因此，这种装置可部分或完全具有在所有权利要求中描述的特征。该方法可利用在本申请范围内公开的特征执行。相应用途也是可能的。

根据本发明的用途要求保护应用在具有制动机构的触觉操作装置中，以便在较大转速范围内产生高的制动力矩，其中该制动机构包括至少两个不同的径向形成的制动缝隙部。在第一制动缝隙部处例如在壳罩与芯之间形成盘形轮廓以在较高转速下产生高的制动力矩。在第二制动缝隙部中例如多个滚子布置在芯的周面上以在较低转速下产生高的制动力矩。为了使用，尤其采用触觉操作装置或仪器部件的如上所述或在以下实施例范围内所公开的设计或改进方案。

在所有设计中，操作或作动装置也可以通过传动机构、皮带(齿形带/扁平带)、连杆或其它方式被增速或减速安装，使得与之连接的制动机构的操作角度和转动角度是不同的。

触觉操作装置或触觉操作或作动装置也可以被设计成操纵杆装置或操纵杆。操纵杆装置也可以通过传动机构、皮带(齿形带/扁平带)、连杆或其它方式被增速或减速安装，使得与之先练的制动机构的操作角度和转动角度是不同的。

在触觉操作装置或操作或作动装置或配备有它的仪器的所有改进方案和设计中，可以包含用于主动转动其中一个所述制动部件的至少一个驱动装置。优选地，操作钮、操作滚轮或转动单元可主动转动。由此可回馈给使用者更多触觉信息。

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，其中：

图1a至图1b示出了具有磁流变制动机构的触觉操作装置的立体示意图；

图2示出了具有磁流变制动机构的触觉操作装置的侧视图；

图3a至图3c示出了触觉操作装置的各不同截面；

图4a至图4b示出了传感器装置和测量结果的极其示意性图示；

图5示出了具有处于不同位置的速动片的触觉操作装置的极其示意性图示；

图6至图8以截面图示出了另一触觉操作装置；

图9示出了用于控制电线圈的极其示意性电路；以及

图10示出了相对于电输入功率的电动机和磁流变制动机构的转矩曲线；

图11示出了相对于时间的用于两个不同电流强度曲线的磁流变制动机构所出现的制动力矩曲线；

图12示出了根据本发明的具有驱动装置的触觉操作或作动装置的示意图。

图1a和图1b示出了两个不同的根据本发明的触觉操作装置100，它们分别包括磁流变制动机构1并且可以被用在不同的仪器部件200处。

图1a示出了作为触觉操作装置100的触觉操作钮101。操作钮101通过托架50被固定并且例如可以安装在机动车中。操作钮101通过壳罩13或安装在其上的转动件来操作。用户接口43还可被用来传输信息。

在图1b中，仪器部件200被示出为具有触觉操作装置100的拇指拨轮102。拇指拨轮102例如优选可被用在机动车方向盘等中。但拇指拨轮不限于所述应用场合。拇指拨轮102总体上也可以视安装情况的不同用任何其它手指或同时用多个手指来使用。

触觉操作装置100例如可以被用于操作机器、医用仪器、计算机游戏机、音乐终端机、输入机器或被用在机动车中和用于机动车。在机动车中，触觉操作装置100例如可以被用于操作空调机、收音机、娱乐系统、导航系统、距离控制系统、驾驶辅助系统、废物利用调节系统、用于调节座椅和用于使用信息娱乐系统。也可以应用在其它仪器或其它装置上。

图2示出了触觉操作装置100的侧视图，其可被用作操作钮101。触觉操作装置100包括支座4，其能通过螺母51例如被固定在托架50上。触觉操作装置100包括具有两个制动部件2、3的磁流变制动机构1，在图2中看不到其中的在此靠内的制动部件2。内制动部件2连接至支座4。支座4和内制动部件2在此设计成固定不动。另一制动部件3包括壳罩13且可转动地容置在第一制动部件2上。

触觉操作装置100具有紧凑结构并且在具备在此呈两件式的作为屏罩的屏蔽体76的屏蔽机构75内具备在此看不到的用于检测壳罩13的转动位置和轴向位置的传感器装置70。通过销16，壳罩13被连接至左侧盖14和右侧盖15，以密封内部闭合的腔10。

在图3a至图3c中绘制出了例如图2的根据本发明的触觉操作装置100的可能的横截面。在此，触觉操作装置100具备磁流变制动机构1。在支座4上容置有制动部件2，其沿轴向延伸并且固定在芯21上。芯21在径向上被作为外制动部件或第二制动部件3的壳罩13包围。

导磁性芯21被绕芯21缠绕的电线圈26包围。该电线圈延伸经过轴向宽度26e。在芯21的朝向支座4的一端形成盘形轮廓41，盘形轮廓在此安装在芯上并且例如被压紧。盘形轮廓41为此具有设计成空心柱形的盘形体42。在芯上的容槽也可以设计成非圆形。

芯21尤其可以由烧结材料(金属)制造。芯因此可以简单地以期望形状来制造。

盘形体42在此由盘组44构成，其通过多个薄盘形板46构成。在此，盘形板46分别设计成冲切件并且例如可以由1mm、2mm或3mm厚的导磁性金属板冲切而成。故可以简单且廉价地冲切出所需数量的盘形板，以便产生盘形体42的期望厚度。

一些盘形板46相互压紧在一起并被安装在芯21上且因此例如被螺纹连接或压紧。在盘形体42区域中在盘形轮廓41的外径与壳罩13的内周面之间留有具有小缝隙高度41b的制动缝隙部5a。盘形轮廓41的轴向宽度41e或其制动缝隙部5a在此通过盘形板46的数量来确定并且可被选为大于或小于所示情况。

盘形轮廓41在此轴向紧接电线圈26，该电线圈容置于线圈架26b中并且径向靠外地通过填料28被完全密封。

盘形体42连接至芯21和固定不动的制动部件2并且在工作中不转动。这允许形成孔或凹空部以便用于电连接电线圈26的电缆45穿过。电线圈26可以由此被简单、廉价且快速地连接。

在此在近端、即芯21的朝向支座4的一端形成盘形轮廓41。在远端、即在芯21的另一端形成制动缝隙部5b。该制动缝隙部5b延伸经过轴向宽度11e。滚子11在那里分散布置在芯21的周面上。滚子11局部增强磁场。滚子11可形成一种磁场集中器80以在穿过制动缝隙部5b时局部增强磁场。

通过制动缝隙部5b可获得很高的制动力矩，尤其在壳罩13的低转速情况下。通过在盘形轮廓41区域中的制动缝隙部5a，可以将较强的磁场从芯21传递入壳罩13，因为缝隙高度41b显著小于在其制动缝隙部5b区域内的径向空隙11c。由此可产生尤其在较高转速下也能实现的高转矩。由此可在整个转速范围内提供高的转矩。

制动缝隙部5b的轴向宽度11e和制动缝隙部5a的宽度41e在此大致相等(+/-25％)并且一起略短于电线圈26。总体上获得很紧凑的结构。

壳罩13在图3a中被旋钮23状的覆层49包围。旋钮23被设计成至少部分透明，以便能通过呈如LED形式的发光件18被照明。照明在此可以根据状况或也与状况无关地被控制。

在前端，壳罩13内的闭合腔110通过前盖14被封闭，制动部件2穿过前盖。密封件38用于密封。在后端或远端处，腔110首先由弹性膜31界定，在此设计为速动片状的点击件29朝外与之相接。

通过旋钮23的轴向操作，速动片或点击件被操作，并且壳罩13总体大致向左运动。该轴向运动可以通过具有在支座或第一制动部件2内的磁场传感器72的传感器装置70进行检测，磁场传感器在径向上被磁环单元71包围。磁场传感器72尤其设计成霍尔传感器72并且探测径向磁场相对于磁场传感器72的取向。借此，壳罩13相对于芯21的角度位置可被测知。由点击件29操作引起的壳罩13的轴向位移导致在磁环单元71与磁场传感器72之间的相对轴向位移，这决定了探测信号的强度变化。借此可以检测点击件的操作。

图3b示出了具有磁流变制动机构的触觉操作装置100的略有不同的图示，其中在这里不同于图3a而省去覆层49或旋钮23。

图3a与图3b之间的主要区别在于，在图3b中具有盘形轮廓41的第一制动缝隙部5a设置在壳罩13的远端，而具有转动体11的第二制动缝隙部5b设置在壳罩13的近端。

在此设计中例如可以在腔110外在密封件38与传感器装置70之间还设有用于相对于制动部件2支承壳罩13的支承件。但在此也可能的是，该支承在一端仅通过密封件38实现，在另一远端仅通过盘形轮廓41实现。

图3b举例绘制出了几条磁场线8，它们指明在芯21和壳罩13内的磁场线的基本轴向的走向。另外也能看到，在制动缝隙部5a和5b内分别发生磁场线8的(大致)径向穿过。在制动缝隙部5a内在较高转速下产生较高转矩，而在制动缝隙部5b内在较低转速下产生较高力矩。

磁场传感器72安装在传感器电路板79上并且可以通过针状触点79a被接触。借此也给电线圈26供应电流。

至少在传感器装置70和磁场传感器72的区域内形成优选由导磁性较差或非导磁性的材料构成的内制动部件2，以确保尽量无干扰地探测在轴12或第一制动部件2内的磁环单元71的磁场的取向和强度。在那里，尤其以受保护的方式容纳传感器装置70(防水防尘)。

在图3b中能看到O形圈39，其相对于壳罩13密封盖14。

图3c基本上示出了制动缝隙部5a和5b的横截面示意图。在此，左侧示出了制动缝隙部5b，其中在芯21内能看到滚子11示意性环绕布置在其上。滚子总体上又被壳罩13包围。滚子分别具有直径11d。径向缝隙高度11b略大于直径11d。径向空隙11c是缝隙高度11b和直径11d之差。径向空隙11c通常径向靠内和径向靠外地相对均匀划分。

在腔110内容纳有磁流变介质，其含有磁流变颗粒19。在腔110内在制动部件2、3之间设有缝隙5。腔110在此至少部分填充有磁流变介质6。该介质在此优选是磁流变流体，其例如作为载体液包含油，油中有铁磁性颗粒19。乙二醇、脂肪、水和粘稠物质也可被用作载体介质，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)。在此情况下仅将可受磁场影响的颗粒19填充到腔110中。

铁磁性颗粒19优选是羰基铁粉，其中，所述颗粒的尺寸分布取决于具体应用场合。具体优选的是在1至10微米之间的颗粒尺寸分布，但在这里也可以实现20、30、40和50微米的更大颗粒。视应用场合状况的不同，颗粒尺寸也可以明显增大，甚至进入毫米范围(颗粒球)。颗粒也可以具有特殊的涂层/皮壳(钛涂层、陶瓷皮、碳皮等)，以便它们更好地承受视应用场合不同而出现的高压力载荷。磁流变颗粒可以针对所述应用场合不仅由羰基铁粉(纯铁)制造，也可以例如由特殊铁(硬化钢)制造。

可能的是仅将可被磁场影响的颗粒填充到例如缝隙5或腔110中，其中或许空气或惰性气体被添加。当例如仅使用空气或其它气体时，可以为此混合各种不同的固体以改善一定性能。例如石墨粉可被混合以减小羰基铁颗粒之间的摩擦，因为石墨呈现出润滑作用。颗粒尤其是可以涂覆有PTFE。涂覆PTFE或相似涂层尤其可防止颗粒结团以及形成较大的块。这种较大的块不容易分解或者在某些情况下甚至不再分解。或者，盘形体或滚动体也可以被涂覆PTFE以便减小摩擦。在采用MRF但没有油或其它流体作为载体介质的情况下，必须保证水在制动腔(MR空间或MRF空间)中冷凝。例如硅酸胶(称为硅胶)或其它干燥剂为此可被混合，其吸收水并因此去除环境中的水分。

在所有的设计、改进方案和实施例中优选可以采用不含载体液体的粉末。于是可以采用高达约80体积百分比的羰基铁(铁粉)，这显著增大制动力矩，当其余设计参数与之适配(例如每个颗粒的场强应该在此情况下就像在磁流变液体(MRF)中一样大致保持不变，即，在制动缝隙部或制动缝隙或有效缝隙内的场强应该在从例如LORD MRF 140(40体积百分比羰基铁连同例如作为载体液的油)变换为80％羰基铁粉(无载体液))时达到双倍高。我们在此提到高于200kA/m直至高达1000kA/m(1000000A/m)以上值的缝隙内磁场强度。在有效缝隙内以粉末为介质的另一优点是，必然出现很小的沉积和未在“MR液体内的铁粉被吸引向磁场梯度(力总是朝向较强磁场作用于磁化颗粒，载体介质将被“排挤”)”意义上形成块，因此获得高的颗粒集中。有望实现最大颗粒集中。这改善了力矩的可再现性(相同电流下总是出现相似的制动力矩)。

在其它设计中特别优选的是可磁极化颗粒(尤其在用作干粉末时)(相当一部分)包含非圆形颗粒(非球形粒)，在此最大直径和与之垂直的最大横向延伸尺寸之比为大于1.25或1.5。该比例也可作为最大纵向延伸尺寸与最大横向延伸尺寸之比形成，其中尤其测量相互垂直的纵向延伸尺寸和横向延伸尺寸。

非圆形颗粒的使用是特别有利的，因为它们允许有效的倾斜结构，因为颗粒的分别不同的非圆形部分相互夹紧或相互楔紧。

也可能且优选的是最大直径和与之垂直的最大横向延伸尺寸之比为1.75或2.0或更大。

优选地，可磁极化颗粒的至少一个部分被设计成在磁场影响下以面的方式相互夹紧或楔紧。这例如在如下颗粒的情况下是可能的，颗粒在局部设计成角状或例如总体呈三角形或多角形等。因此，两个(以上)相应设计的颗粒相互夹紧并且能造成很有效的颗粒相互结团和两个制动部件或离合部件相互夹紧和制动。

优选地，可磁极化颗粒的至少一个部分被设计成在磁场影响下在两个以上的彼此间隔的位点处相互夹紧或楔紧。这种非圆形构成的颗粒允许很有效地增大制动力或制动力矩，因为它们不同于球形颗粒地并非仅在一个位点或小的角度区域内接触，而是在多个位点或以面的方式接触。

优选地，可磁极化颗粒的至少一个部分具有至少一个凹槽部。这种向内隆起的凹槽部允许特别有效地与其它颗粒的部分楔紧。

优选地，至少一个离合或制动部件的至少一个邻接制动缝隙的表面壁设计成至少部分不光滑或(局部)凹凸不平。也可能的是该颗粒或可磁极化颗粒的相当一部分有序或无序地在外表面上具有突出部或凸起和/或凹部。由此可以加强与颗粒一起倾斜。例如至少一个表面可以具有呈在高尔夫球时的尖凹坑或倒圆凹坑形式的凸起和/或凹部。也可能的是表面具有尖或倒圆的锯齿轮廓。(至少其中几个)凸起或凹部的相对高度优选为可磁极化颗粒的最小直径的至少5％或10％。

事实表明，可以用高磁场强度获得特别有效的一些颗粒的倾斜和夹紧。为此在制动缝隙内优选产生大于150千安/米(kA/m)或250千安/米或500kA/m以上的磁场强度。尤其是可在制动缝隙内产生或在那里将产生大于500千安/米(kA/m)或750千安/米或1000kA/m以上的磁场强度。

当仅采用粉末而不带液态载体介质时，可以选择不同的密封类型并且基本摩擦由此被减小。因此，该密封不必被强烈压紧到表面上，因为不必针对液体进行密封，而是仅针对颗粒来密封。但也可以采用例如非接触式轴封如迷宫密封。这种密封仅安放在两个相互转动部件之一上。另外，温度关联性被降低或几乎被消除。流态载体介质随变化的温度改变其黏度，而羰基铁粉在很大的温度范围内几乎不改变其性能(直至达到居里温度)。由温度引起的体积变化在粉末情况下也是可忽略不计的，因为颗粒在一些颗粒的体积变化时能相互再分布。

羰基铁颗粒的最大体积占比在粉末形态(约74％)下也比在具有例如作为载体介质的油的MRF中更高。

磁流变颗粒19在磁场加载下结链，如在图3c中左侧极其示意性示出的那样。由此出现楔效果，其在低和中等转速下导致制动力矩的显著加强。

为了更详细说明该效果，参照申请人的国家申请WO 2018/215350 A1中的图4，其关于效果解释以适当方式被完全纳入本申请的公开范围内。

在图3c中的右侧示出了在盘形轮廓41区域中的制动缝隙部5a的横截面。盘形轮廓41提供盘形体42，其在此安装到芯21上。径向靠外地在盘形轮廓41的外轮廓与壳罩13的内周面之间存在缝隙高度41b，其明显小于且可选择为明显小于制动缝隙部5b中的径向空隙11c。盘形体42可以被设计成盘组44且包括多个盘形板46。

仅示例性地在图3c的右侧部分中用虚线绘制出滚子11以表明区别。可以清楚看到，在盘形体42的情况下实现较小的缝隙高度。由此可以在那里获得并传输大的制动力矩和高的磁场强度，这于是也在其它制动缝隙部5b中造成相应较高的磁场强度和制动作用。

图4a详细示出了传感器装置70。第一制动部件2和在此被设计成壳罩13的第二制动部件3仅被表明(虚线)。传感器装置70通过去耦机构78以磁去耦方式支承在可转动的第二制动部件上。屏蔽机构75在此由三个屏蔽体76构成，它们减小电线圈26的磁场8的漏磁。屏蔽机构75也可以仅由多个罐状体或一个罐状体和一个盘状体组成，它们相互连接。

此外，还设有用于磁隔离的隔离单元77。磁环单元71被用于测量磁流变制动机构1的取向或转动角度。磁场传感器72布置于在该区域中未设计成磁性的第一制动部件2内。就像例如通过速动片操作所造成的微小相对轴向位移可以被用于探测操作钮101的操作，如图4b所示。由箭头示出的磁场线的转动角度和取向可以通过磁场传感器72来检测。

这种轴向位移造成传感器装置70的接收信号68根据图4b的图示变化。图4b示出了由磁场传感器72检测的信号68的振幅69的与制动部件2、3的彼此相对轴向位移(按压)相关的变化曲线。磁场传感器72相对于磁环单元71的轴向位移造成探测到的信号68的振幅69的改变。操作钮101的轴向位移或下压(按压)因此可以被测知。由此优选确认选择或设定。

利用相同的传感器72，也可以测知转动角度，其中为了测知转动角度，磁场8的方向(所绘箭头)被查明。该强度确定轴向位置。因此可以从信号68的改变中推断出按键或速动片29的操作。这是有利的，因为唯一的(多维)霍尔传感器可被用来确定角度位置和确定轴向位置。

图5极其示意性地示出了具有处于两个不同位置的速动片29的触觉操作装置，其中在左侧绘制出了未操作位置，在右侧示出了操作后位置。在左侧图示中，速动片向外且在此向下凸起并且在这里通过导向机构29a在芯内被引导(但未被支承，故几乎无摩擦)。

在图5的右半侧中能看到所限定的三角形的体积29b。体积29b大致由三维锥体来表明。如果触觉操作钮100被操作且速动片29从静止位置(移出)转移入在平面中的线性位置，则壳罩13相对于第一制动部件2在此轴向向下移动。由此，该轴的或第一制动部件2的轴向部段22插入壳罩13内部当中。速动片29的体积变化29b优选被如此设定尺寸，其基本上对应于第一制动部件2的插入体积。插入体积从轴向位移22乘以在轴12上的第一制动部件2的横截面积来计算。通过表面29b基本接近它，可以尽量减小或防止在腔110内的压力形成。体积平衡也可以通过膜31来提供，如前面已讨论的那样。

图6示出了另一触觉操作装置的横截面示意图，其中第一制动部件2例如用无头螺钉被固定在支座4上。在此设计中也设有两个制动缝隙部5a、5b，其中在制动缝隙部5a处形成盘形轮廓41并且在制动缝隙部5b处在芯21的周面上容置滚子11或转动体。滚子通过支架11f被引导。

盘形轮廓41在此在轴向外端具有向外凸出的外轮廓47，其在此例如设计成锥形，但也可以设计成轴颈状。由此在角部区域中分别余留下用于磁流变颗粒的储存器32，以保证给制动缝隙部充分供应磁流变颗粒。尤其是，羰基铁颗粒从环境被吸引且在磁场过渡区中被集中。

螺钉48用于填充或排空该腔110。

图7和图8示出了触觉操作装置的另外两个实施例，其中在两种情况下盘形轮41设计成在远端由制动缝隙部5a。

在图7中示意性地能看到用于滚子11的单独的容纳环如何在制动缝隙部5b中通过螺母40b被固定在芯21上。

图8示出了一个实施例，在此，用于滚子11的单独的容纳环和用于盘形体42的盘组44都通过螺母40b被分别固定在芯21上。

在图8中，盖14安装在前端(左端)，盖15安装在后端。

盘形体41可以单独一体式构成或者也可以设计成具有多个盘形板46的盘组44。

总体提供了一种可以成本很低廉地制造的触觉操作装置，其中通过借助盘形轮廓41的“支承”可以节约至少一个支承件，由此也降低结构高度。实现很小的基本摩擦。由于采用少量零部件，故制造变得简单和低成本。因零部件较少，也改善了误差要求，因为避免误差链。例如呈旋钮状的触觉操作钮或具有触觉操作机构的转动件可被用在截然不同的领域。

必要时，借助速动件或速动片或按键等的操作可被检测。旋钮的照明例如可以通过LED等进行。旋钮体于是可以相应部分或完全设计成乳白色，以获得相应的控制作用。

图9示意性示出了用于快速控制电线圈26的电路。电线圈26(磁线圈)在此例如可以通过H电路来控制。它在此仅通过开关来表明。在正常工作或持久工作中所用的具有例如12V(或也是3V或6V；视应用场合不同的适当电压)的较低电压的电压源35a提供用于正常工作的电压。对于电压高峰，为此通过开关接通具有例如18V或24V(或例如6V或12V)的较高电压的电压源35b。具有较低电压的电压源35a于是被暂时断开。在达到最大电流后，具有较高电压的电压源35b又与所述电路和电线圈26隔断开并又接通具有较低电压的电压源35a。开关在此可以是任何电气元件，它们尤其是能够实现毫秒级的通断。

由此，电线圈26内的电流更快速达到期望值。在一个具体情况中在10ms内而不是在40ms内达到期望电流强度。电压之间的切换可通过电路实现。

图10以示意图示出了两个所产生的制动力矩曲线，其中在电输入功率(被标准化且因而在此无量纲，X轴)上方绘制出了所产生的制动力矩(被标准化且因此在此无量纲，Y轴)。在左侧示出了用于BLDC电机(无刷直流电机)的曲线，在右侧示出了用于磁流变制动机构的曲线。可以看到电动机的相同的制动力矩需要比磁流变制动机构高许多的功率。对于“14”的制动力矩，电动机需要超过“130”的标准化功率，而磁流变制动机构需要不到“0.3”的(显著)较低功率。功耗的比例大于100:1并且在此约为500:1。

磁流变离合装置和制动器通常具有以下优点，它们为了接合或阻尼运动只需要少量电流、轻柔、产生少量热并且很快速反应(ms)等。少量电流需求在诸如电动车的电池驱动部件的情况下是特别有利的，在此，所有部件的耗电自动强烈地体现在车辆行程距离上。但在具有内燃机或一般电气设备的车辆中，耗电也是主题。

图11在时间(X轴)上方示出了用于两个不同的电流强度曲线的磁流变制动机构1的所得到的制动力矩曲线(Y轴)。在此，虚线曲线在图的上半部中示出了传统曲线，在此，电流强度被直接提高至所力求的电流强度。电线圈261的电压可作为功率参数。在开始时，应在前一时刻270突然增大制动力矩。为此在前一时刻270显著提高功率参数271。确切说，需要比长久达到随后要调节出的制动力矩更强地提高。功率参数271比第二功率参数272高至少10％或20％。在这里甚至还可以更高。可清楚看到制动力矩曲线265通过所述过度增大快速许多地达到所力求的值。由此可获得更好地接近箱形变化曲线。

在此，例如在0.1秒时刻将电流强度从0安培提高至2安培。所得到的制动力矩曲线或接合强度曲线在图11的下半部中被虚线示出。可传递的制动力矩在虚线曲线中从0.1秒开始时刻在约25毫秒(0.125秒时刻)内增大至约1.25的读取值(标准化至例如中等值或标准单位)，并且在约75毫秒(0.175秒时刻)后渐近(近似)达到调节出的约为1.5的极限值。

而在离合过程开始时或在制动或阻尼过程开始时将电流强度三倍提高到例如在此是6安培，就像用实线示出的那样，制动力矩强许多地增大并且已经在约10毫秒后达到1.5的终值。在此，具有更高电流强度的“电流暴增”在此仅启动约10ms。随后，如上面实线所示地将电流强度降低至2安培。通过短暂提高电流强度(电流暴增)，可以进行离合力矩、阻尼力矩或制动力矩的明显更快速的调设(以供使用)。这在许多方面极其有利，因为可以体验到快速停住和直接触觉感觉(反馈)。在现实中，能很明显地注意到两条曲线之间的差异。

电压和电流的组合也是可能的。超过24伏或更高的电压(如超过100伏)也是可能的。

代替一个电线圈，也可以使用两个以上的电线圈，它们被设计成不同(金属线粗细、绕组数量、材料...)并且被不同供电以获得增压效果。

图12示出了根据本申请的用于操作各不同仪器、机构和装置的触觉操作装置100，就像在本申请和说明书中(前言、概述、实施例说明和权利要求书)说明的那样。为了旋转而采用例如旋钮23(也呈操作滚轮状)。也可使用转向单元或方向盘来操作。旋钮23或操作钮101可以尤其是不可旋转地连接至轴311。

触觉操作装置100也可以被设计为线控转向装置。

在此实施例中以及在所有其它实施例、设计和改进方案中，可以包含致动器装置303，以便将转动运动转换为其它运动。致动器装置303也可以尤其是电连接至操作钮101。

操作钮101的转动运动借助传感器装置70和例如转角传感器被测知。依据转动角度，致动器装置303于是控制其它的部件或致动器。

在此，设计成电动机的驱动装置307被连接至轴311。通过驱动装置307，可以主动转动操作钮101。由此，操作钮101在规定情况下被(主动)转动，例如但并非仅在转向(模拟)时，以赋予操作者相应的触觉反馈。

操作钮或可转动的操作件101的运动可以借助磁流变制动机构1有目的地进行制动。为了依据各不同参数和例如角度控制制动机构1还有驱动装置307，在此可设置控制装置302。控制装置302为此有效连接至传感器装置70。

控制装置302例如也考虑辅助系统304的数据。由此可以视行驶状况有目的地影响可转动的操作件101的运动。控制装置102也能与其它在此未详细示出的传感器有效连接，以便能依据其它参数有目的地影响行为。

制动机构1在此配备有安全装置306，其从此处看不到的缝隙5中取出在此也看不到的磁流变介质6。因此例如可以在有干扰时很顺利可靠地取消制动力矩。缝隙5和介质6因此可被选择，就像在本申请范围内所描述和在其它图中示出的那样。

如图12所示的根据本发明的操作或作动装置100可以用于转动操作或作动单元的在此未详细示出的操作或作动机构。操作或作动单元101在此被设计成转动钮，其不可旋转地连接至轴311。

操作或作动装置100在此也可以被设计成游戏的线控转向装置(游戏；力反馈方向盘)，但不限于此。为此，致动器装置303用于将用操作或作动单元101执行的转向运动转换为(竞技)游戏(如极品飞车；赛车计划；摩托GP；飞行模拟器…)中的(虚拟)车辆运动。例如在摩托车情况下，致动器装置303转向(虚拟的)整个或这些车轮。致动器装置303于是仅电连接至转向单元101。

转向单元的转动运动借助传感器装置70和例如转角传感器被测知。依据转动角度，致动器装置303于是例如转动视频游戏中的车轮。

在此，设计成电动机的驱动装置307被接合至该轴(如转向轴)311。通过驱动装置307，可主动转动转向单元301。由此，转向单元301例如在弯道行驶或回调时被驱动运动，就像也在真正车辆内的传统机械转向装置中那样。

操作或作动单元101的运动可借助磁流变制动机构1被有目的地制动。为了依据各不同参数和例如转向角度控制制动机构1还有驱动装置307，在此设置(转向)控制装置302。(转向)控制装置302为此有效连接至传感器装置70。

(转向)控制装置302例如也考虑(驾驶)辅助系统304的数据或其它游戏玩家或游戏状况(模拟赛车手；竞赛模拟器…)的数据。由此能视行驶状况有目的地影响转向单元301的运动。(转向)控制装置102也可以有效连接至游戏机的其它此处未被详细示出的传感器或信息源，以便能有针对性地依据其它参数影响转向行为。

操作钮也可以被用在工业设备之处或之中、计算机外围设备、汽车、飞机等中并且可以被补充前述的主动部件。

本发明提供一种触觉操作装置，其结构紧凑、结实耐用并且很有利。触觉操作装置尤其好地适于应用在汽车行业中，但也可以被用在所有可能的仪器和机器中。

该结构的一大优势是在外部无需电缆、传感器和电子装置。因此在所有设计方案中可以实现高的IP等级。原则上全都隐藏在安装挡板之后。

电线圈优选完全与具有磁流变介质的空间分隔开，尤其通过填料。

在优选设计方案中可以实现轴向位移，其中尤其是液体量在内部被移动。在盖与盘形轮廓之间优选设有足够的空间，以便位于其间的介质(或液体)(羰基)未被密封(否则这可能导致高的轴向调节力)。由此提供附加的MRF储存器，颗粒能自此补流入盘形轮廓或滚子的区域中。即，磁性颗粒总是流向较强的场，因为磁性颗粒被磁场梯度吸引。

密封件优选在轴上延伸。得到回转运动(超过100000转是可能的)并且可能出现用于按键的线性运动。因此，该密封件未磨合并形成槽道且因而摩擦小且泄漏(携油)在使用寿命期间内不会很高，具有硬工作面的相应的材料副是优选的。

如上所述地使用具有不同的磁场集中器的两排。第一制动缝隙部5a配备有盘形轮廓。第二制动缝隙部5b配备有滚子且尤其是辊。滚子且尤其是具有圆形内环的辊允许高的静态力矩。盘形轮廓允许良好磁场传递和高转速下的高力矩。

也称为混合解决方案的组合解决方案融合两个优点。而磁场的轴向过渡部在现有技术中具有较小的过渡面积且因此出现较小制动力矩。另外，轴向磁场过渡具有较小的距离(半径)并因此已经产生较小力矩。也沿径向的具有盘形轮廓的制动缝隙部5a与之相比具有较大直径并因此在相同的力下产生较大力矩。另外，该面积较大，因为较大周面限定较大面积。当轮廓盘的宽度大于直径的1/6时，在(相当大的)径向制动缝隙部处的可传递制动力矩已经大于在轴向面上的最大可传递制动力矩！最后，磁讯号因在盘形轮廓处的较小缝隙高度而变小。所有这些造成即便在较高转速下的较高制动力矩。

用于按压功能的体积补偿可以通过在壳罩的末端上的膜来提供。点击件如速动片(金属弹片)位于膜后。它提供触觉可感的压力点。此外，人们听到在达到压力点时的点击并且速动片将整个钮或壳罩又压回到初始位置(类似于计算机鼠标中的鼠标键)。

于是，该膜密封MRF腔。在膜后的体积在按压时作为体积补偿。在正常位置中，速动片具有隆凸。如果钮在轴向上被移动，则制动机构的定子压到膜和速动片上。速动片由此被压平。

触觉操作装置的设计还可以被如此增值，即给该盖补充不同的光效。一个低成本的变型是使用具有透明件的盖板/盖，透明件从下方用LED被照明。为此，可以将透明套安装在壳罩上或者被加工到盖中，或者盖的整个内表面可被设计成这样(掉转的盆)。为此，透明部分可以在边缘处被倾斜打磨，以将光转向至期望方向。

作为透明材料，可以再次使用玻璃或者PMMA(有机玻璃)。PMMA的优点是，可以使用乳白色玻璃，其在内部折射光并因此可以均匀照亮整个表面。为了照明可以采用一个或多个也可以有不同颜色的LED。

在所有设计方案中，外制动部件也能设计成不可旋转并且内制动部件可以是可转动部件。在此情况下，电线圈借助导线的电接触必须通过外制动部件实现，或者例如通过滑动触点实现。

附图标记列表

1磁流变制动机构

2,3制动部件

4支座

5缝隙

5a用于41的制动缝隙部

5b用于11的制动缝隙部

6介质

8磁场、场

10尖角区域

11滚子

11b 5b的缝隙高度

11c 5b中的径向空隙

11d 11的直径

11e 11的轴向宽度

11f支架

12轴

13壳罩

14封闭

15封闭、盖

16销

18发光件

19磁性颗粒

20旋转轴线、轴向

21芯

22毂

23旋钮

26线圈

26b线圈架

26e轴向宽度

28填料

29速动片

29a导向机构

29b体积

31膜

32储存器

35a 12V电压源

35b 18V电压源

38密封件

39O形圈

40b螺母

41盘形轮廓

41b 5a的缝隙高度

41e 5a的轴向宽度

42盘形体

42a容槽

43用户接口

44盘组

45电缆

46盘形板

47所产生的外轮廓

48填充螺钉

49覆层

50托架

51螺母

68信号

69振幅

70传感器装置

71磁环单元

72磁场传感器

75屏蔽机构

76屏蔽体

77分隔单元

78去耦机构

79传感器电路板

79a针形触点

80磁场集中器

100触觉操作装置

101操作头

102操作滚轮

110闭合腔

200机器部件

265制动强度

266第一功率参数

267第二功率参数

270前一时刻

271第一时段

272第二时段

302控制装置

303致动器装置

304辅助系统

305顽磁机构

306安全装置

307驱动装置

311轴

Claims (32)

1.一种具有磁流变制动机构(1)的触觉操作装置(100)(尤其是触觉操作钮)，所述磁流变制动机构具有固定不动的支座(4)和至少两个制动部件(2、3)，其中，这两个制动部件(2、3)中的一个不可旋转地连接至所述支座(4)，并且其中，这两个制动部件(2、3)能彼此相对绕旋转轴线(20)连续转动，其中，第一制动部件(2)沿所述旋转轴线(20)延伸并且包括由导磁性材料构成的芯(21)，并且其中，第二制动部件(3)包括绕所述第一制动部件(2)延伸的空心构成的壳罩(13)，其中，在所述第一制动部件(2)与所述第二制动部件(3)之间形成至少一个环绕的且至少部分填充有磁流变介质(6)的制动缝隙部，其中，在所述壳罩(13)与所述芯(21)之间容纳绕所述旋转轴线(20)缠绕并且围绕所述芯(21)的至少一个电线圈(26)，其特征是，包含有至少两个不同的径向形成的制动缝隙部(5a、5b)，其中，在第一制动缝隙部(5a)处在所述壳罩(13)与所述芯(21)之间形成盘形轮廓(41)，并且其中，在第二制动缝隙部(5b)中在所述芯(21)的周面上设置多个滚子(11)。

2.根据权利要求1所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形轮廓(41)作为单独的盘形体(42)构成或者与所述芯(21)成一体地构成。

3.根据权利要求2所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形体(42)安装在所述芯(21)上并且具有适配于所述芯(21)的容槽(42a)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形轮廓(41)连接至所述芯(21)并且例如与所述芯(21)压紧或螺纹连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形轮廓(41)被设计成具有多个盘形板(46)的盘组(44)。

6.根据权利要求5所述的触觉操作装置(100)，其中，至少一个盘形板(46)作为冲切件构成。

7.根据前两项权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘组(44)包括基本设计为圆形和非圆形的多个盘形板(46)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形轮廓(41)在至少一个轴向侧具有向外凸出的外轮廓(47)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述第二制动缝隙部(11a)中在所述壳罩(13)与所述芯(21)之间的用于一个滚子(11)的径向空隙(11c)大于在所述第一制动缝隙部(5a)中的缝隙高度(41b)。

10.根据权利要求9所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述第二制动缝隙部(11a)中的用于一个滚子(11)的径向空隙(11c)大于在所述第一制动缝隙部(5a)中的所述缝隙高度(41b)的两倍。

11.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述第一制动缝隙部(5a)和所述第二制动缝隙部(5b)形成在所述电线圈(26)的不同的轴向侧。

12.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述滚子(11)的轴向宽度(11e)在所述盘形轮廓(41)的轴向宽度(41e)的一半与两倍之间。

13.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述滚子(11)的轴向宽度(11e)与所述电线圈(26)的轴向宽度(26e)之比在1:5与3:2之间，并且其中，所述盘形轮廓(41)的轴向宽度(41e)与所述电线圈(26)的轴向宽度(26e)之比在1:5与3:2之间。

14.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，磁回路的磁场(8)至少部分分别在轴向上穿过所述芯(21)和所述壳罩(13)，并且基本在径向上穿过所述第一制动缝隙部(5a)和所述第二制动缝隙部(5b)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述盘形轮廓(41)可转动地引导所述壳罩(13)并且用作支承部位。

16.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述盘形轮廓处的所述制动缝隙部(5a)处的缝隙高度(41b)小于0.15mm或小于0.1mm。

17.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述制动部件(2、3)之间形成闭合腔(110)，并且其中，所述闭合腔(110)至少有相当一部分填充有磁流变介质(6)，如磁流变流体和/或羰基铁粉。

18.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述第二制动部件(3)可轴向移动地容置在所述第一制动部件(2)上。

19.根据前两项权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述腔(110)的远端(115)设有点击件(29)。

20.根据权利要求19所述的触觉操作装置(100)，其中，弹性膜(31)将所述腔(110)与所述点击件(29)分隔开。

21.根据前两项权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，所述点击件被设计成速动片，并且其中，所述速动片的限定体积的改变适配于所述轴的横截面积乘以操作时所述速动片的轴错位。

22.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，包含用于检测所述芯(21)与所述壳罩(13)之间的相对转动角度的传感器装置(70)。

23.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，包含用于检测所述壳罩(13)相对于所述制动部件(2)的相对轴向位置的传感器装置(70)。

24.根据前三项权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，包括用于至少部分屏蔽所述传感器装置(70)免受所述电线圈(26)的磁场影响的屏蔽机构(75)。

25.根据权利要求24所述的触觉操作装置(100)，其中，包含用于照明至少部分透明构成的容置于所述壳罩(13)上的旋钮(23)的发光件(18)。

26.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在可单独磁极化的颗粒之间的磁场强度大于300kA/m。

27.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，其中，在所述制动缝隙内的磁场强度大于500kA/m。

28.根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)，包括用于使所述两个制动部件(2、3)中的一个主动转动的至少一个驱动装置。

29.一种操作钮(101)，所述操作钮(101)具有根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)。

30.一种仪器部件(200)，所述仪器部件(200)具有根据前述权利要求中任一项所述的触觉操作装置(100)。

31.根据权利要求30所述的仪器部件(200)，包括至少一个用户接口(43)、操作面板、显示器、带有或不带触觉反馈的触敏显示器和/或至少一个传感器。

32.将具有制动机构的触觉操作装置用于在较大转速范围内产生高制动力矩的用途，其中，所述制动机构包括至少两个不同的径向形成的制动缝隙部(5a、5b)，其中，在第一制动缝隙部(5a)处在壳罩(13)与芯(21)之间形成盘形轮廓(41)以在较高转速下产生高制动力矩，并且其中，在第二制动缝隙部(5b)中在所述芯(21)的周面上布置多个滚子(11)以在较低转速下产生高制动力矩。

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