DE102014008463A1

DE102014008463A1 - Electromagnetic actuator

Info

Publication number: DE102014008463A1
Application number: DE102014008463.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Bleckmann
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Ein elektromagnetischer Aktuator zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen einer Bedieneinrichtung, wobei durch Bestromung einer elektrischen Spule eine Kraftwirkung auf ein eine Bedienoberfläche aufweisendes flächiges Bauteil ausgeübt wird, die dieses zu einer temporären Verlagerung aus seiner Ruhelage antreibt, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktuator durch einen gegenüber dem die Bedienoberfläche aufweisenden flächigen Bauteil ortsfest angebrachten elektrischen Haftmagneten gebildet ist, der mit einem mit dem flächigen Bauteil fest verbundenen ferromagnetischen Element kooperiert, wobei der elektrische Haftmagnet mit dem ferromagnetischen Element unter Zwischenlage eines nichtmagnetischen elastischen Elements kraftschlüssig verbunden ist.An electromagnetic actuator for generating a haptic feedback when operating an operating device, wherein by energizing an electrical coil, a force is exerted on a surface having a user interface surface element, which drives this to a temporary displacement from its rest position, according to the invention is characterized in that the electromagnetic Actuator is formed by a relation to the user interface surface-mounted component fixedly mounted electric holding magnet, which cooperates with a firmly connected to the sheet member ferromagnetic element, wherein the electric magnet is non-positively connected to the ferromagnetic element with the interposition of a non-magnetic elastic element.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen einer Bedieneinrichtung, wobei durch Bestromung einer elektrischen Spule eine Kraftwirkung auf ein eine Bedienoberfläche aufweisendes flächiges Bauteil ausgeübt wird, die dieses zu einer temporären Verlagerung aus seiner Ruhelage antreibt, sowie eine Verwendung eines solchen Aktuators zur Ansteuerung eines als Schalterleiste ausgebildeten flächigen Bauteils.The invention relates to an electromagnetic actuator for generating a haptic feedback upon actuation of an operating device, wherein by energizing an electrical coil, a force is exerted on a user surface exhibiting surface member that drives this to a temporary displacement from its rest position, and a use of such Actuator for controlling a designed as a switch strip surface component.

Elektromagnetischen Aktuatoren der hier angesprochenen Art finden Verwendung etwa in einer Vorrichtung zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug, mit einer Bedienoberfläche mit mehreren Bedienfeldern, wobei durch eine manuelle Betätigung in Abhängigkeit davon, auf welchem der Bedienfelder diese erfolgt, eine zugeordnete Funktion ausgelöst wird. Zur Erkennung auf welchem ihrer Bedienfelder die Bedienoberfläche betätigt wird, werden dabei z. B. berührungssensitive Sensoren eingesetzt.Electromagnetic actuators of the type discussed here are used, for example, in a device for operating a plurality of functions in a motor vehicle, with a user interface having a plurality of control panels, wherein an associated function is triggered by a manual actuation depending on which of the control panels this takes place. To detect on which of its panels the user interface is pressed, z. B. touch-sensitive sensors used.

Eine derartige Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 111 543 A1 bekannt. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung ist eine mehrere Bedienfelder aufweisende Bedienoberfläche auf einem flächigen Bauteil angeordnet. Die Bedienoberfläche weist mehrere berührungssensitive Sensorflächen als Mittel zur Erkennung, auf welchem ihrer Bedienfelder sie betätigt wird, auf. Der zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen der Bedienoberfläche vorgesehene elektromagnetische Aktuator ist durch einander zugeordnete erste und zweite Anordnungen von mehreren Polschuhen gebildet, die einerseits an dem die Bedienoberfläche aufweisenden flächigen Bauteil sowie andererseits an einem gehäuseseitigen flächigen Bauteil vorhanden sind. Die gehäuseseitige Polschuhanordnung ist von mehreren elektrischen Spulen umgeben, durch deren Bestromung das die Bedienoberfläche aufweisende flächige Bauteil in eine laterale Bewegung versetzt wird.Such a device with an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1 is known from the German patent application DE 10 2011 111 543 A1 known. In the device described in this document, a user interface having a plurality of control panels is arranged on a planar component. The user interface has a plurality of touch-sensitive sensor surfaces as means for detecting on which of their panels it is operated on. The provided for generating a haptic feedback when operating the user interface electromagnetic actuator is formed by mutually associated first and second arrangements of a plurality of pole pieces, which are present on the one hand on the user surface having flat component and on the other hand on a housing-side planar component. The housing-side pole shoe arrangement is surrounded by a plurality of electrical coils, through the energization of which the user interface having flat component is set in a lateral movement.

Im Gegensatz zu dieser bekannten, sehr aufwendigen Anordnung stellt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine sehr einfache und kostengünstige Ausführung eines elektromagnetischen Aktuators zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung beim Betätigen der Bedienoberfläche zur Verfügung.In contrast to this known, very complex arrangement, the device according to the present invention, a very simple and inexpensive design of an electromagnetic actuator for generating a haptic feedback when operating the user interface available.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der elektromagnetische Aktuator durch einen gegenüber dem die Bedienoberfläche aufweisenden flächigen Bauteil ortsfest angebrachten elektrischen Haftmagneten gebildet ist, der mit einem mit dem flächigen Bauteil fest verbundenen ferromagnetischen Element kooperiert, wobei der elektrische Haftmagnet mit dem ferromagnetischen Element unter Zwischenlage eines nichtmagnetischen elastischen Elements kraftschlüssig verbunden ist.This is inventively achieved in that the electromagnetic actuator is formed by a relative to the user interface having surface component fixedly mounted electric holding magnet, which cooperates with a firmly connected to the sheet member ferromagnetic element, wherein the electric magnet with the ferromagnetic element with interposition of a Non-magnetic elastic element is non-positively connected.

Das nichtmagnetische elastische Element besteht vorzugsweise etwa aus Gummi, Silikon, einem thermoplastischen Elastomer oder einem ähnlichen Werkstoff.The non-magnetic elastic member is preferably made of rubber, silicone, a thermoplastic elastomer or the like.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.The invention is explained below with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators, verbunden mit einem eine Bedienoberfläche aufweisenden flächigen Bauteil 1 : A schematic representation of an electromagnetic actuator according to the invention, connected to a surface having a user interface surface

2: eine Darstellung einer Verwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators zur Ansteuerung eines als Schalterleiste ausgebildeten flächigen Bauteils 2 : A representation of a use of an electromagnetic actuator according to the invention for controlling a designed as a switch strip surface component

In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 6 schematisch dargestellt. Der elektromagnetische Aktuator 6 besteht im Wesentlichen aus einem elektrischen Haftmagneten 7 mit einem im Querschnitt kreisrunden und in dem hier dargestellten Längsschnitt E-förmig ausgebildeten ferromagnetischen Kern 8, in dem eine elektrische Spule 9 aus Kupferdraht aufgenommen ist. Durch Bestromung der elektrischen Spule 9 kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, durch das eine anziehende Kraftwirkung auf ein in der Nähe befindliches ferromagnetisches Element ausgeübt wird. Ein solches Element ist in der hier gezeigten Ausführung durch ein kreisrundes ferromagnetisches Plättchen 10 gebildet, dessen Fläche der Querschnittsfläche des ferromagnetischen Kerns 8 entspricht.In 1 is an embodiment of the electromagnetic actuator according to the invention 6 shown schematically. The electromagnetic actuator 6 consists essentially of an electric magnet 7 with a circular cross-section and in the longitudinal section shown here E-shaped ferromagnetic core 8th in which an electric coil 9 is taken from copper wire. By energizing the electric coil 9 a magnetic field can be generated by which an attractive force is exerted on a nearby ferromagnetic element. Such an element is in the embodiment shown here by a circular ferromagnetic plate 10 whose area is the cross-sectional area of the ferromagnetic core 8th equivalent.

Der elektrische Haftmagnet 7 ist mit dem ferromagnetischen Plättchen 10 unter Zwischenlage eines nichtmagnetischen elastischen Plättchens 11 kraftschlüssig verbunden. Das nichtmagnetische elastische Plättchen 11 kann etwa aus Gummi, Silikon, einen thermoplastischen Elastomer oder einem ähnlichen Werkstoff bestehen. Bei Bestromung der Spule 9 zieht der Haftmagnet 7 das ferromagnetische Plättchen 10 an und dieses bewegt sich auf den Haftmagneten 7 zu, wobei das elastische Plättchen 11 zusammengepresst wird. Wird die Bestromung der elektrischen Spule 9 unterbrochen, entspannt sich das elastische Plättchen 11 und das ferromagnetische Plättchen 10 wird in seine ursprüngliche Position zurück verlagert.The electric magnet 7 is with the ferromagnetic plate 10 with the interposition of a non-magnetic elastic plate 11 positively connected. The non-magnetic elastic plate 11 may be made of rubber, silicone, a thermoplastic elastomer or a similar material. When energizing the coil 9 pulls the magnet 7 the ferromagnetic plate 10 and this moves on the magnet 7 too, with the elastic plate 11 is compressed. Is the energization of the electric coil 9 interrupted, relaxes the elastic plate 11 and the ferromagnetic plate 10 is moved back to its original position.

Das ferromagnetische Plättchen 10 selbst ist, wie hier schematisch dargestellt, andererseits mit einem als Schalterleiste ausgebildeten flächigen Bauteil 2 fest verbunden. Der elektrische Haftmagnet 7 ist gegenüber dem als Schalterleiste ausgebildeten flächigen Bauteil 2 ortsfest angebracht, so dass die beschriebene Bewegung des Plättchens 10 unmittelbar auf das flächige Bauteil 2 übertragen wird. The ferromagnetic plate 10 itself is, as shown schematically here, on the other hand with a designed as a switch strip surface component 2 firmly connected. The electric magnet 7 is opposite to the formed as a switch strip flat component 2 fixedly attached, so that the described movement of the plate 10 directly on the sheet-like component 2 is transmitted.

Die 2 zeigt schematisch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 6 zur Ansteuerung eines als Teil einer Schalterleiste 1 ausgebildeten flächigen Bauteils 2. Die Schalterleiste 1 ist zur Bedienung mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen und weist dazu auf dem flächigen Bauteil 2 mehrere Bedienfelder 2a, 2b, ... auf, wobei jedes dieser Bedienfelder zumindest einer der bedienbaren Funktionen in der Weise zugeordnet ist, dass bei einer manuellen Betätigung der Schalterleiste 1 in Abhängigkeit davon, auf welchem der Bedienfelder 2a, 2b, ... sie betätigt wird, die diesem jeweils zugeordnete Funktion ausgelöst wird.The 2 schematically shows a use of an electromagnetic actuator according to the invention 6 for controlling one as part of a switch panel 1 trained flat component 2 , The button bar 1 is intended for the operation of several functions in a motor vehicle and points to the flat component 2 several control panels 2a . 2 B , ..., wherein each of these panels is associated with at least one of the operable functions in such a way that upon manual actuation of the button bar 1 depending on which of the panels 2a . 2 B , ... it is actuated, which is triggered this assigned function.

Die Schalterleiste ist zur Ermöglichung der Betätigung um eine Drehachse 3, die in der Zeichnung auch als Y-Achse bezeichnet ist, verschwenkbar gelagert. Sie besteht im Wesentlichen aus dem in sich relativ biegeweich ausgebildeten flächigen Bauteil 2, auf dessen in der Darstellung sichtbaren Oberfläche die Bedienfelder 2a, 2b, ... angeordnet sind. Mit dem flächigen Bauteil 2 fest verbunden sind mehrere Versteifungsrippen 5, die sich parallel zu der in der Zeichnung mit X bezeichneten Achse erstrecken. Das flächige Bauteil 2 und die Versteifungsrippen 5 sind vorzugsweise als Kunststoffteil einstückig miteinander ausgebildet. Die Versteifungsrippen 5 erzeugen durch ihre Ausrichtung in X-Richtung und ihre Verbindung mit dem flächigen Bauteil 2 dessen Biegesteifigkeit in seiner Quererstreckung. Im Bereich ihrer der Verbindung mit dem flächigen Bauteil 2 abgewandten Enden nehmen die Versteifungsrippen 5 die Drehachse 3 auf, um die sie frei drehbeweglich sind. Insgesamt bewirkt die beschriebene Anordnung also, dass die Schalterleiste 1 bezüglich ihrer Längserstreckung biegeweich und bezüglich der dazu senkrechten Quererstreckung biegesteif ausgeführt ist. Zusätzlich sind die Versteifungsrippen 5 mit jeweils zwei als Filmscharnieren ausgebildeten Gelenken 5', 5'' versehen. Die Gelenke 5', 5'' befinden sich jeweils in der Nähe der Drehachse 3 sowie in der Nähe der Verbindung der Versteifungsrippe 5 mit dem flächigen Bauteil 2. Sie ermöglichen Bewegungen der Versteifungsrippen 5 um Achsen, die zu in der Darstellung als Z-Achse bezeichneten Richtung parallel sind. Diese Richtung entspricht im Wesentlichen der Richtung der Betätigung der Schalterleiste 1.The switch panel is for enabling the operation about a rotation axis 3 , which is also referred to in the drawing as a Y-axis, pivotally mounted. It consists essentially of the relatively flexible in itself formed sheet-like component 2 , on whose surface visible in the representation the control panels 2a . 2 B , ... are arranged. With the flat component 2 firmly connected are several stiffening ribs 5 which extend parallel to the axis designated X in the drawing. The flat component 2 and the stiffening ribs 5 are preferably formed integrally with each other as a plastic part. The stiffening ribs 5 generate by their orientation in the X direction and their connection to the sheet-like component 2 its bending stiffness in its transverse extension. In the area of their connection to the sheet-like component 2 opposite ends take the stiffening ribs 5 the axis of rotation 3 on which they are freely rotatable. Overall, the arrangement described thus causes the switch panel 1 flexible in bending with respect to its longitudinal extension and rigid with respect to the perpendicular transverse extension is executed. In addition, the stiffening ribs 5 each with two formed as film hinges joints 5 ' . 5 '' Mistake. The joints 5 ' . 5 '' are each near the axis of rotation 3 and near the connection of the stiffening rib 5 with the flat component 2 , They allow movements of the stiffening ribs 5 around axes that are parallel to the direction called Z-axis in the illustration. This direction corresponds essentially to the direction of actuation of the switch panel 1 ,

Wie insbesondere aus 2 c) ersichtlich ist, ergibt sich durch die jeweils zwei Gelenke 5', 5'' jeweils einer Versteifungsrippe 5 die Möglichkeit, durch parallele Knickungen aller Versteifungsrippen 5 mittels des erfindungsgemäßen Aktuators 6 eine Verschiebung des flächigen Bauteils 2 in Y-Richtung, also parallel zu der Drehachse 3 vorzunehmen. Die gleichzeitig auch in X-Richtung erfolgende Verschiebung ist praktisch vernachlässigbar, da bereits die Verschiebung in Y-Richtung nur um einen sehr geringen Betrag erfolgt.As in particular from 2 c) can be seen results from the two joints 5 ' . 5 '' each a stiffening rib 5 the possibility of parallel buckling of all stiffening ribs 5 by means of the actuator according to the invention 6 a shift of the sheet-like component 2 in the Y direction, ie parallel to the axis of rotation 3 make. The simultaneous displacement in the X-direction is virtually negligible, since the displacement in the Y-direction is already effected only by a very small amount.

Der Schalterleiste 1 sind mehrere in Richtung ihrer Längserstreckung verteilt angeordnete Kraftsensoren 4 zugeordnet. Diese sind in der dargestellten Ausführungsform so angeordnet, dass sich unter jeder Versteifungsrippe 5 jeweils ein Kraftsensor 4 befindet, der ein bei auf die jeweilige Versteifungsrippe 5 bei Drehung um die Drehachse 3 ausgeübtes Drehmoment abstützt und die entsprechende Kraft misst. Bei einer an einem beliebigen Ort auf dem flächigen Bauteil 2 erfolgenden Krafteinleitung im Sinne einer Betätigung erfährt der diesem Ort am nächsten liegende Kraftsensor 4 die höchste Kraft. Da das flächige Bauteil 2 auch in seiner Längserstreckung nur begrenzt biegeweich ist, erfahren auch die benachbarten Kraftsensoren 4 noch Betätigungskräfte, die jedoch mit der Entfernung von dem Ort der Krafteinleitung immer geringer werden. Aus der Verteilung bzw. dem Profil der bei einer Betätigung der Schalterleiste 1 gemessenen Kräfte aller Kraftsensoren 4 lässt sich somit nicht nur die Betätigung als solche feststellen, sondern auch der Ort der Krafteinleitung und somit das mit der Betätigung gemeinte Bedienfeld 2a, 2b, ... ermitteln.The button bar 1 are several distributed in the direction of their longitudinal extension arranged force sensors 4 assigned. These are arranged in the illustrated embodiment so that under each stiffening rib 5 one force sensor each 4 the one at on the respective stiffening rib 5 upon rotation about the axis of rotation 3 exerts applied torque and measures the corresponding force. In one at any location on the sheet member 2 The introduction of force in the sense of an actuation experiences the force sensor closest to this location 4 the highest power. Because the flat component 2 Even in its longitudinal extent only limited flexing soft, experienced also the adjacent force sensors 4 still actuating forces, but with the distance from the place of application of force are getting smaller. From the distribution or the profile of the actuation of the button bar 1 measured forces of all force sensors 4 Thus, not only can the actuation be determined as such, but also the location of the introduction of force and thus the control panel intended to be actuated 2a . 2 B , ... determine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011111543 A1 [0003]

Claims

Electromagnetic actuator ( 6 ) for generating a haptic feedback when operating an operating device, wherein by energizing an electric coil ( 9 ) a force acting on a surface having a user interface ( 2 ) is exerted, which drives this to a temporary displacement from its rest position, characterized in that the electromagnetic actuator ( 6 ) by an opposite to the user interface having flat component ( 2 ) fixedly mounted electric holding magnets ( 7 ) formed with one with the flat component ( 2 ) firmly connected ferromagnetic element ( 10 ) cooperates, wherein the electric magnet ( 7 ) with the ferromagnetic element ( 10 ) with the interposition of a non-magnetic elastic element ( 11 ) is positively connected.

Electromagnetic actuator according to claim 1, characterized in that the nonmagnetic elastic element ( 11 ) consists of an elastomeric plastic.

Use of an electromagnetic actuator according to claim 1 or 2 for controlling a switch strip ( 1 ) formed flat component ( 2 ) with several control panels ( 2a . 2 B , ...).

Use according to claim 3, characterized in that the switch panel ( 1 ) with respect to its longitudinal extent flexible and with respect to the perpendicular transverse extension is designed rigid, and that the switch panel ( 1 ) several distributed in the direction of their longitudinal extension force sensors ( 4 ) assigned.

Use according to claim 4, characterized in that the force sensors ( 4 ) when pressing the button bar ( 1 ) about a rotation axis ( 3 ) support applied torque.

Use according to claim 5, characterized in that the force sensors ( 4 ) for determining a by pressing the button bar ( 1 ) used to identify which of their control panels ( 2a . 2 B , ...) the button bar ( 1 ) is used, is used.