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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere einen elektromagnetischen Vibrationsaktuator.
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Aktuatoren werden eingesetzt, um elektrische Signale in mechanische Bewegungen umzusetzen. Ein vorrangiges Einsatzgebiet dieser Aktuatoren ist die Erzeugung von haptischem und/ oder akustischem Feedback durch beispielsweise Schwingungen bzw. Vibrationen. Elektronische Geräte, wie beispielsweise Mobiltelefone, Tablets, Touchpads, Smartwatches, Spielekonsolen und Touchelemente für Schalter und dergleichen setzen Aktuatoren ein, um dem Benutzer ein spürbares und/ oder hörbares Feedback über Informationseingaben und Informationsausgaben zu geben.
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Mobiltelefone nutzen Vibrationen beispielsweise einerseits zur Informationsausgabe, um den Benutzer lautlos auf eingehende Anrufe hinzuweisen. In einer geräuschsensiblen Umgebung, beispielsweise in Meetings, kann hierdurch eine Informationsausgabe an den Nutzer erfolgen, ohne eine Störung der Umgebung zu erzeugen. In geräuschintensiven Umgebungen, wie beispielsweise auf Konzerten, in denen akustische Signale nicht wahrgenommen werden können, lassen sich hierdurch ebenfalls Informationen an den Benutzer übermitteln.
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Andererseits werden Vibrationen beispielsweise in modernen Mobiltelefonen mit Touchdisplay eingesetzt, um dem Benutzer ein Feedback auf seine Eingaben zu geben.
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Zur Erzeugung eines Feedbacks wird eine Vielzahl unterschiedlicher Aktuatoren eingesetzt. Häufig werden hierbei Elektromotoren mit einer exzentrischen Masse eingesetzt, auch Unwuchtmotoren genannt. Hierbei erfährt der Elektromotor eine Unwucht, die eine Vibration auf die mit dem Elektromotor befestigte Oberfläche überträgt. Aktuatoren, die einen Elektromotor aufweisen, benötigen einen vergleichsweise hohen Platzbedarf. Aufgrund der Ausgestaltung haben diese Unwuchtmotoren einen relativ hohen Bedarf an Energie und führen somit bei der Verwendung in tragbaren Geräten zu kürzeren Akkulaufzeiten. Darüber hinaus weisen Elektromotoren eine vergleichsweise hohe Reaktionszeit auf.
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Die Frequenz und die Amplitude des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, eines Unwuchtmotors sind zwangsweise aneinandergekoppelt. So lassen sich beispielsweise schnelle und starke oder langsame und schwache Vibrationen erzeugen. Jedoch ist es nicht möglich, schnelle und schwache oder starke und langsame Vibrationen zu erzeugen. Mit Hilfe von Unwuchtmotoren können keine komplexen Schwingungen des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, sondern lediglich sinusförmige Schwingungen erzeugt werden. So ist es nicht möglich, mit Hilfe von Unwuchtmotoren Schwingungen zu erzeugen, die einem komplexen Verlauf, beispielsweise von Tonwellen, entsprechen.
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Weitergehend sind lineare Aktuatoren und rotierende Aktuatoren bekannt. Derartige Aktuatoren weisen generell einen Spule-Stator mit innerhalb des Spule-Stators angeordneten Permanentmagnet-Oszillator auf. Hierbei wird der Permanentmagnet aufgrund der Anregung durch die mindestens eine Spule des Stators in lineare oder rotierende Oszillation, insbesondere eine Hin- und Herbewegung versetzt, wodurch es in der Regel zu Unwucht kommt. Hierdurch kann bspw. eine Vibration erzeugt werden. Derartige Aktuatoren weisen ebenfalls Nachteile auf. Bspw. ist ein Nachteil, dass der Permanentmagnet, insbesondere in Relation zu der mindestens einen Spule, eine ausreichende Größe aufweisen muss, so dass eine ausreichende Magnetkraft vorliegt, um die gewünschte Unwucht für Vibrationen zu erzeugen. Folglich liegt hierbei ein Miniaturisierungsproblem vor.
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Ein weiterer Nachteil von bekannten Aktuatoren, insbesondere linearen Aktuatoren und rotierenden Aktuatoren, ist, dass diese von in der Umgebung befindlichen magnetischen Objekten, insbesondere von ferromagnetischen, wie bspw. eisenhaltigen, Objekten beeinflusst werden. Einerseits kommt es vor, dass die Aktuatorleistung hierdurch beeinträchtigt wird. Andererseits werden Aktuatoren häufig von derartigen Objekten angezogen und/oder haften an diesen an.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, dessen Einsetzbarkeit zur Vibrationsabgabe verbessert ist.
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Bei dem elektromagnetischen Aktuator handelt es sich insbesondere um einen Vibrationsaktuator. Demnach ist es bevorzugt, dass der Aktuator so ausgestaltet ist, dass dieser eine mechanische Bewegung erzeugt, die zur Abgabe eines wahrnehmbaren Signals bzw. Feedbacks dient. Der Aktuator weist ein erstes Objekt auf. Dieses erste Objekt weist mindestens einen Magnet auf. Ferner weist der Aktuator ein zweites Objekt auf. Das zweite Objekt weist mindestens einen Magnet auf. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aktuator aus dem ersten und dem zweiten Objekt besteht. Das erste Objekt und das zweite Objekt sind relativ zueinander beweglich ausgeführt. Einerseits handelt es sich bei dem ersten Objekt um einen Oszillator und bei dem zweiten Objekt um einen Stator. Andererseits ist es möglich, dass es sich bei dem ersten Objekt um einen Stator handelt und bei dem zweiten Objekt um einen Oszillator handelt. Der Oszillator ist hierbei insbesondere derart definiert, dass dieser gegenüber der Umgebung und/oder gegenüber einem Aufnahmeobjekt, wie bspw. einem Smartphone oszilliert. Andererseits ist es hingegen bevorzugt, dass der Stator gegenüber einem derartigen Aufnahmeobjekt feststeht und/oder ein Feedback hierauf überträgt. Das erste Objekt ist im Wesentlichen innerhalb des zweiten Objekts angeordnet. Innerhalb meint hierbei insbesondere, dass das erste Objekt vom zweiten Objekt eingefasst oder umfasst wird. Einfassen meint hierbei, dass das erste Objekt, insbesondere vollkommen, innerhalb der Außenkontur des zweiten Objekts angeordnet ist. Dieses Einfassen kann hierbei entweder derart ausgeführt sein, dass das erste Objekt vollkommen umschlossen ist oder zumindest teilweise freiliegt. Weist das zweite Objekt bspw. die Form eines Hohlquaders auf, so ist das erste Objekt, gemäß Definition „eingefasst“, insbesondere vollständig, innerhalb der Außenkontur des zweiten Objekts, angeordnet. Hierbei ist es dann einerseits möglich, dass die Außenwände des Hohlquaders das erste Objekt vollkommen verdecken. Andererseits ist es möglich, dass beispielsweise Teile der Außenwände des Hohlquaders fehlen und/oder Löcher vorhanden sind und somit zumindest Teile des ersten Objekts frei, insbesondere frei sichtbar, liegen. Umfassen meint hingegen, dass das erste Objekt, vorzugsweise in mindestens einer Ebene von dem zweiten Objekt, zumindest im Wesentlichen umfasst wird. Beispielsweise kann das zweite Objekt eine hohle Ring-, Oval-, Rechteck-, oder Vieleck-Form aufweisen und diese Form somit um das erste Objekt herum angeordnet sein. Möglich ist es hierbei bspw., dass diese Form nicht kontinuierlich ausgeführt ist. Handelt es sich bspw. um eine Ringform so ist es möglich, dass der Ring aus mehreren Teilkreiselementen besteht und/oder Unterbrechungen aufweist. Der Aktuator weist mindestens eine erste Aktuatorseite auf. An der mindestens einen Aktuatorseite herrscht ein magnetisches Einwirken zwischen erstem Objekt und zweitem Objekt. Bevorzugt handelt es sich demnach bei der mindestens einen Aktuatorseite um eine Aktuatorwirkseite. Besonders bevorzugt ist es, dass ein oder mehrere Magnete des ersten Objekts und ein oder mehrere Magnete des zweiten Objekts aufeinander einwirken, wobei sich die aufeinander einwirkenden Magnete bevorzugt gegenüber liegen. Bei der mindestens einen Aktuatorseite handelt es sich insbesondere um eine magnetische Wirkseite. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aktuator insgesamt eine erste Aktuatorseite und eine zweite Aktuatorseite aufweist. An der mindestens einen Aktuatorseite, besonders bevorzugt an jeder Aktuatorseite, liegt eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts, einer geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts, insbesondere aufeinander einwirken, gegenüber. Weist beispielsweise an einer ersten Aktuatorseite das erste Objekt drei Pole, z.B. Südpol, Nordpol, Südpol, auf, so wirken diese drei Pole auf gegenüberliegende, insbesondere zwei Pole, z.B. Südpol, Nordpol, ein. Einwirken meint insbesondere eine Wechselwirkung der Pole und/oder Magnete aufeinander, vorzugsweise ein einander Anziehen und/oder ein einander Abstoßen.
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In bevorzugter Ausführung weist das erste Objekt oder das zweite Objekt einen, vorzugsweise fortlaufenden, Wechsel mindestens einer Polarität auf, um eine Bewegung der Objekte zueinander zu vollziehen. Bevorzugt ist es hierbei, dass die Polarität mindestens eines Magnets des ersten Objekts oder die Polarität mindestens eines Magnets des zweiten Objekts wechselt. Somit wechselt bei diesem mindestens einen Magnet Nordpol und Südpol die Position. Besonders bevorzugt ist es, dass die Polarität aller Magnete des ersten Objekts oder die Polarität aller Magnete des zweiten Objekts wechselt.
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Es ist bevorzugt, dass die Magnetisierungsrichtung der Magnete des ersten Objekts im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der Magnete des zweiten Objekts ist. Magnetisierungsrichtung meint hierbei insbesondere eine, Verbindungslinie zwischen Nordpol und Südpol eines Magnets Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Magnetisierungsrichtung um eine gerichtete Verbindungslinie, bspw. einen Pfeil, ausgehend vom Nordpol hin zum Südpol. Weist bspw., in einer bevorzugten Ausführungsform, das zweite Objekt Axialmagnete und das erste Objekt Spulen auf, so ist es bevorzugt, dass die Axialachsen der Axialmagnete senkrecht zu den Axialachsen der Spulen stehen.
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In bevorzugter Ausführungsform ist das erste Objekt und/oder das zweite Objekt strukturell und/oder magnetisch symmetrisch, insbesondere bzgl. einer oder zwei oder drei Symmetrieebenen. Bevorzug ist es, dass die Magnete des ersten Objekts und/oder die Magnete des zweiten Objekts strukturell und/oder magnetisch symmetrisch, vorzugsweise bezüglich einer oder zwei oder drei Symmetrieebenen sind. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das erste Objekt und das zweite Objekt strukturell bzgl. drei Symmetrieebenen symmetrisch, jedoch lediglich bzgl. zwei Symmetrieebenen magnetisch symmetrisch. Magnetisch symmetrisch meint hierbei, dass die Magnetisierungsrichtung, insbesondere die Anordnung der Pole, nicht bzgl. einer Symmetrieebene symmetrisch ist, also insbesondere nicht an dieser Symmetrieebene spiegelbar um die gegenüberliegende Seite abzubilden. Insbesondere ist das erste Objekt und/oder das zweite Objekt und/oder der gesamte Aktuator strukturell drehsymmetrisch um mindestens eine, der x-, y- und z-Achse und/oder magnetisch drehsymmetrisch um die x- oder z-Achse.
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In bevorzugter Ausführung sind die Magnete des einen Objekts Elektromagnete, vorzugsweise Spulen. Die Magnete des anderen Objekts sind hierbei vorzugsweise ausgeführt als Permanentmagnete. Bei der Ausführung als Permanentmagnete ist es bevorzugt, dass es sich um, insbesondere zylinder- oder quaderförmige, Stabmagnete handelt. Es ist bevorzugt, dass die Magnetisierung der Permanentmagnete axial ausgeführt ist - es sich also um Axialmagnete handelt. Sobald das eine und/oder das andere Objekt lediglich einen Magnet aufweist, ist es sodann bevorzugt, dass lediglich dieser eine Magnet gemäß der vorstehenden Definition ausgeführt ist. In besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen Magnet des ersten Objekts um einen Elektromagnet, insbesondere eine Spule und bei dem mindestens einen Magnet des zweiten Objekts um einen Permanentmagnet. Insbesondere aufgrund der vorstehend genannten besonders bevorzugten Ausführung bzgl. der Magnete und der damit umgesetzten inneren Anordnung der Elektromagnete kommt es vorteilhaft zu keinem Anheften des Aktuators an einer magnetischen, insbesondere ferromagnetischen Umgebung. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass der mindestens eine Magnet des ersten Objekts und der mindestens eine Magnet des zweiten Objekts ausgeführt ist als Elektromagnet, insbesondere als Spule. Vorzugsweise zum Wechsel der Polarität ist es bevorzugt, die Stromrichtung des an der Spule anliegenden Stroms zu ändern. Hierdurch kann insbesondere die Bewegung der Objekte zueinander erreicht werden.
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Es ist bevorzugt, dass das erste Objekt mehrere Magnete aufweist. Diese Magnete des ersten Objekts sind vorzugsweise parallel und/oder mit gleichem Abstand zueinander angeordnet. Gleicher Abstand zueinander meint insbesondere, dass die Magnete einen gleichen Zwischenabstand, also eine gleiche Entfernung zwischen einander, und/oder einen gleichen Kernabstand, insbesondere Spulenkernabstand, aufweisen. Die Definition bzgl. Abstand ist hierbei insbesondere derart gemeint, dass nebeneinanderliegende Magnete diesen gleichen Abstand aufweisen. Weist das erste Objekt bspw. in bevorzugter Ausführung drei nebeneinander angeordnete Magnete auf, so weisen die beiden außenliegenden Magnete insbesondere den gleichen Abstand zum in der Mitte liegenden Magnet auf.
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Weist das erste Objekt in bevorzugter Ausführungsform mehrere Magnete auf, so weisen nebeneinander angeordnete Magnete insbesondere entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen auf. Diese Definition bzgl. entgegengesetzter Magnetisierungsrichtungen ist insbesondere bevorzugt bei parallel zueinander angeordneten Magneten des ersten Objekts und/oder parallel zueinander magnetisierten Magneten des ersten Objekts umgesetzt. Weist bspw. in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das erste Objekt zwei parallele Magnete auf, so ist es bevorzugt, dass die Magnetisierungsrichtungen dieser Magnete entgegengesetzt sind, beispielsweise S-N und N-S. Weist hingegen in einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel das erste Objekt drei parallele Magnete auf, so ist es bevorzugt, dass der mittlere Magnet eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung zu den beiden äußeren Magneten aufweist und folglich die beiden äußeren Magnete eine identische Magnetisierungsrichtung aufweisen, beispielsweise S-N und N-S und S-N (oder umgekehrt).
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In bevorzugter Ausführung entspricht die Magnetlänge des mindestens einen Magnets des zweiten Objekts dem Kernabstand, insbesondere dem Spulenkernabstand, der Magnete des ersten Objekts zueinander. In dieser Ausführung weist das erste Objekt mehrere Magnete, insbesondere mehrere Spulen auf, wobei die Spulen einen identischen Kernabstand zueinander aufweisen. Insbesondere liegt hierdurch vorteilhaft eine optimale Aktuatorintensität vor.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Objekt gegenüberliegend zwei Magnete aufweist, wobei die zwei Magnete beidseitig des ersten Objekts angeordnet sind. Vorzugsweise umfassen die zwei Magnete des zweiten Objekts demnach das erste Objekt. Besonders bevorzugt ist es, dass die zwei Magnete des zweiten Objekts stirnseitig gegenüberliegend bzgl. des ersten Objekts angeordnet sind.
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In bevorzugter Ausführungsform weisen die zwei Magnete des zweiten Objekts eine identische oder entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung auf. Vorzugsweise kommt es bei Vorliegen einer identischen Magnetisierungsrichtung zu einer Rotation des ersten Objekts, wobei es hingegen bei entgegengesetzter Magnetisierung zu einer linearen Auslenkung, insbesondere von zweitem Objekt relativ zu erstem Objekt, kommt.
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Bevorzugt ist es, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass sich das erste Objekt senkrecht zu der/zu den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts bewegt. Alternativ zu der senkrechten Bewegung ist es bevorzugt, dass das erste Objekt um sich selbst rotiert. Besonders bevorzugt ist es, dass das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite eine im wesentlichen parallele Auslenkung zu der/zu den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts erfährt. Mit dieser im Wesentlichen parallelen Auslenkung ist insbesondere gemeint, dass sich das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite bei linearer Bewegung des ersten Objekts parallel zu der Magnetisierungsrichtung des ersten und/oder des zweiten Objekts bewegt oder bei rotatorischer Bewegung des ersten Objekts im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, die Tangente an der Rotation parallel zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts ist.
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Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass sich das erste Objekt senkrecht zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts bewegt, oder, dass das erste Objekt um sich rotiert, wobei insbesondere das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, eine im Wesentlichen parallele Auslenkung zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts erfährt.
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Es ist bevorzugt, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass eine zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt, insbesondere im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, im Wesentlichen parallele Krafteinwirkung herrscht. Krafteinwirkung meint hierbei insbesondere, dass sich das erste Objekt und das zweite Objekt hier, insbesondere im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, abstößt und/oder anzieht.
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In bevorzugter Ausführung ist das erste Objekt relativ zum zweiten Objekt rotatorisch und/oder linear gelagert.
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Bevorzugt ist es, dass das erste Objekt einen ersten Aufnahmekörper aufweist und/oder das zweite Objekt einen zweiten Aufnahmekörper aufweist. Der erste und/oder der zweite Aufnahmekörper nehmen hierbei jeweils den mindestens einen Magnet des jeweiligen Objekts auf, fixieren diesen insbesondere. Weist somit bspw. das erste Objekt einen Aufnahmekörper auf und weist das erste Objekt mehrere Magnete auf, so sind, vorzugsweise alle, Magnete des ersten Objekts vom Aufnahmekörper aufgenommen und insbesondere zueinander fixiert; das gleiche gilt bspw. für das zweite Objekt bzw. den zweiten Aufnahmekörper.
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In bevorzugter Ausführung weist der Aktuator eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Bewegung des ersten Objekts relativ zum zweiten Objekt auf. Insbesondere ist die Dämpfungsvorrichtung, vorzugsweise einseitig oder beidseitig, zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt ausgeführt. Einseitig oder beidseitig bezieht sich hierbei insbesondere auf Bewegungsseiten des Oszillators. Besonders bevorzugt ist es, dass die Dämpfungsvorrichtung mindestens einen Dämpfer aufweist. Bei dem Dämpfer handelt es sich bspw. um eine Feder, vorzugsweise ausgeführt als Federarm. Anstelle oder in Kombination zu der Feder sind als Dämpfer auch flexible und/oder elastische Dämpfungselemente möglich.
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In bevorzugter Ausführung ist die Dämpfungsvorrichtung mit dem ersten Aufnahmekörper und/oder mit dem zweiten Aufnahmekörper verbunden, vorzugsweise einstückig, auch als integral zu bezeichnen, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, dass die Dämpfungsvorrichtung sowie der erste und/oder der zweite Aufnahmekörper Kunststoff aufweisen, insbesondere daraus bestehen. Bei der Ausführung, bei der die Dämpfungsvorrichtung sowie der erste und der zweite Aufnahmekörper einstückig ausgebildet sind ist es bevorzugt, dass zwischen erstem Aufnahmekörper und zweitem Aufnahmekörper einstückig eine Art Federarm der Dämpfungsvorrichtung ausgeführt ist.
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In bevorzugter Ausführung weist das erste Objekt drei Magnete und das zweite Objekt zwei Magnete auf. In einer alternativen bevorzugten Ausführung weist das erste Objekt einen Magnet und das zweite Objekt zwei Magnete auf. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführung weist das erste Objekt fünf Magnete und das zweite Objekt vier Magnete auf.
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Es ist bevorzugt, dass zumindest einem, vorzugweise jedem, Magnetpol des ersten Objekts gegenüberliegend zwei unterschiedliche Magnetpole des zweiten Objekts zugeordnet sind, wobei diese zwei unterschiedlichen Magnetpole des zweiten Objekts auf den Magnetpol des ersten Objekts einwirken, insbesondere diesen einerseits anziehen und andererseits abstoßen. Alternativ zu der vorstehenden Definition ist es bevorzugt, dass zumindest einem, vorzugsweise jedem, Magnetpol des zweiten Objekts gegenüberliegend zwei verschiedene Magnetpole des ersten Objekts zugeordnet sind, wobei wiederum dann diese zwei verschiedenen Magnetpole des ersten Objekts auf den Magnetpol des zweiten Objekts einwirken, insbesondere diesen einerseits anziehen und andererseits abstoßen.
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Bei der vorstehend beschriebenen Definition bzgl. der zwei unterschiedlichen Magnetpole des einen Objekts, die einem Magnetpol des anderen Objekts gegenüberliegen ist es bevorzugt, dass der eine Magnetpol des anderen Objekts mittig, insbesondere im Wesentlichen zentral, bzgl. der zwei gegenüberliegenden Magnetpole angeordnet ist. Mittig meint hierbei insbesondere eine dazwischenliegende Anordnung, wobei es nicht notwendig ist, dass der eine Magnetpol mittig auf einer Verbindungslinie der anderen beiden Magnetpole liegt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass mittig bzw. zentral meint, dass der eine Magnetpol zu den beiden gegenüberliegenden Magnetpolen einen gleichen Abstand aufweist. Besonders bevorzugt ist es, dass der eine Pol sowie die beiden gegenüberliegenden Pole etwa zueinander gemäß einem gleichschenkligen Dreieck angeordnet sind, wobei der Abstand des einen Pols zu den beiden gegenüberliegenden Polen die gleichen Schenkel darstellt. Alternativ zu der gleichschenkligen Definition ist es möglich, dass die Definition einem gleichseitigen Dreieck entspricht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators
- 2 eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators
- 3 schematische Ansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators in zwei Zuständen (I, II),
- 4 schematische Ansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators in zwei Zuständen (I, II),
- 5 bis 7 schematische Ansichten weiterer verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen eines elektromagnetischen Aktuators, und
- 8a bis 8d schematische Ansichten weiterer verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen eines elektromagnetischen Aktuators.
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Ähnliche oder identische Bauteile, bzw. Elemente werden in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen, bzw. Variationen (bspw. 14 und 14a, oder 24 und 24', etc.) davon, identifiziert. Insbesondere zur verbesserten Übersichtlichkeit werden, vorzugsweise bereits identifizierte, Elemente nicht in allen Figuren mit Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators 10. Der elektromagnetische Aktuator 10 weist ein erstes Objekt 12 und ein zweites Objekt 16 auf, die relativ zueinander beweglich entlang Bewegungspfeil 38 sind. Über die Bewegung wird bevorzugt ein Feedback erzeugt, das bspw. über das zweite Objekt 16 an die Umgebung abgegeben werden kann.
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Das zweite Objekt 16 weist zwei gegenüberliegende Magnete 18a, 18b, ausgeführt insbesondere als Permanentmagnete, auf. Die Magnete 18a, 18b sind von einem Aufnahmekörper 32 aufgenommen, und insbesondere fest hierin fixiert. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aufnahmekörper 32 mit einem nicht dargestellten Objekt verbunden werden kann, an welchem ein Feedback, wie bspw. eine Vibration, abgegeben oder weitergegeben werden soll. Dargestellt weisen die beiden Magnete 18a, 18b parallele, jedoch entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen 24', 24" (siehe beispielhaft 2) auf.
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Innerhalb des zweiten Objekts 16 ist ein erstes Objekt 12 beweglich angeordnet. Dargestellt weist das erste Objekt 12 drei Magnete, ausgeführt als Spulen 14a, 14b, 14c auf. Die Spulen 14a, 14b, 14c sind fest und somit unbeweglich relativ zueinander, miteinander verbunden (nicht dargestellt), beispielsweise über einen Aufnahmekörper. Die Spulen 14a, 14b, 14c weisen jeweils nebeneinanderliegend eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung auf. Dargestellt weist somit die mittlere Spule 14b eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung zu der Spulen 14a, 14c auf, wobei die Spulen 14a, 14c demnach eine identische Magnetisierungsrichtung aufweisen. Die Magnetisierungsrichtungen der Spulen 14a, 14b, 14c sind jedoch parallel zueinander. Darüber hinaus weisen die Spulen 14a, 14b, 14c einen gleichen Abstand zueinander auf.
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An einer ersten Aktuatorseite 20 liegt der Magnet 18a den Spulen 14a, 14b, 14c, insbesondere einwirkend, gegenüber. Auf der gegenüberliegenden zweiten Aktuatorseite 22 liegt sich Magnet 18b und Spulen 14a, 14b, 14c entsprechend gegenüber. Je Aktuatorseite liegen in dieser (sowie in den übrigen dargestellten) Ausführungsformen eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts eine geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts gegenüber. In dieser Darstellung liegen konkret je Aktuatorseite drei Pole, also eine ungerade Anzahl, des ersten Objekts 12, zwei Polen, also eine gerade Anzahl, des zweiten Objekts 16 gegenüber. Aufgrund der Magnetisierung, insbesondere aufgrund der Polanordnung an der jeweiligen Aktuatorseite 20, 22 erfolgt in dargestellter Ausführungsform eine lineare Auslenkung des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16 auf (siehe 3).
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Dargestellt ist im Zentrum des Aktuators 10 ein Koordinatensystem eingezeichnet. Dieses Koordinatensystem kann entsprechend in die übrigen Ausführungsformen, insbesondere der 2 bis 8, übernommen werden. Insbesondere mit Blick auf dieses Koordinatensystem ist der Aktuator und das erste Objekt 12 und das zweite Objekt 16 strukturell symmetrisch bzgl. der XY-, XZ-, und YZ-Ebene. Mit Blick auf die Magnetisierung hingegen ist der Aktuator 10 und das erste Objekt 12 und das zweite Objekt 16 bzgl. der XY-Ebene symmetrisch. Das zweite Objekt 16 und somit auch der gesamte Aktuator 10 ist bzgl. der XZ-, und YZ-Ebene nicht symmetrisch. Das erste Objekt 12 ist zwar bzgl. der XZ-Ebene symmetrisch jedoch nicht bzgl. der YZ-Ebene. Anstelle nicht symmetrisch kann bevorzugt, alternativ auch von einer invertierten Symmetrie gesprochen werden.
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2 zeigt eine weitere schematisch dargestellte Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators. Die Ausführungsform basiert hierbei im Wesentlichen auf der Ausführungsform aus 1. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus 1 weist die Ausführungsform aus 2 jedoch keinen Aufnahmekörper 32 auf, bzw. dieser ist nicht dargestellt.
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Die Magnete 18a, 18b der Ausführungsform aus 2 des Aktuators 10 weisen eine Magnetlänge L18a auf. Bevorzugt ist die Magnetlänge des Magnet 18a identisch mit der des Magnet 18b. Besonders bevorzugt ist es, dass die Magnetlänge L18a identisch zum Spulenkernabstand AK14b, 14c zwischen Spule 14b und Spule 14c. Besonders bevorzugt ist es, dass der Spulenkernabstand zwischen der Spule 14a und der Spule 14b identisch zu dem der Spule 14b und der Spule 14c ist. Dargestellt sind ebenfalls die Abstände A14a, 14b zwischen Spule 14a und Spule 14b sowie A14b, 14c zwischen Spule 14b und Spule 14c.
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3 zeigt zwei Zustände einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10, wobei sich die Ausführungsformen im Wesentlichen auf den Ausführungsformen aus den 1 und 2 basiert.
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Die Permanentmagnete 18a, 18b weisen (funktionsbedingt) im Vergleich zu den Zuständen I, II eine identische Magnetisierungsrichtung auf, wobei die Magnetisierungsrichtung von Magnet 18a und 18b in jedem einzelnen Zustand jedoch entgegengerichtet ist.
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Die Spulen 14a, 14b, 14c hingegen weisen im Zustand I jeweils eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung 24 im Vergleich zu Zustand II auf. Besonders bevorzugt ist es, dass die unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen der Spulen 14a, 14b, 14c durch einen Wechsel der Stromflussrichtung durch die Spulen 14a, 14c, 14c umgesetzt ist. Aufgrund des Einwirkens, insbesondere des Anziehens sowie des Abstoßens, an den Aktuatorseiten 20, 22, erfolgt im Zustand I eine lineare Bewegung (siehe Bewegungspfeil 38) des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16 nach unten. Im zweiten Zustand hingegen erfolgt entsprechend eine dargestellte Bewegung nach oben.
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4 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Aktuators 10. Die Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus 3. In dem Unterschied zu der Ausführungsform aus 3 weisen die Magnete 18a, 18b eine identische Magnetisierungsrichtung auf. Aufgrund des sich hierdurch unterscheidenden Einwirkens auf den Aktuatorseiten 20, 22 erfolgt demnach eine rotatorische Bewegung entlang Bewegungspfeil 38, wobei in den Zuständen I und II eine entgegengesetzte Rotationsbewegung erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt zwischen den Bewegungszuständen I, II ein Hin- und Herbewegen des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16.
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Die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in schematischer Ansicht, der 5 bis 7 basieren ebenfalls auf den vorhergehenden Ausführungsformen.
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5 weist lediglich zwei Spulen 14a, 14b des ersten Objekts 12 auf. Darüber hinaus sind die Magnete 18a, 18b des zweiten Objekts 16 um 90° gedreht (im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen) angeordnet. Aufgrund dieser gedrehten Anordnung der Magnete 18a, 18b liegen sich an den Aktuatorseiten 20, 22, noch immer eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts einer geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts, insbesondere einwirkend, gegenüber. In der Ausführungsform liegen je Aktuatorseite 20, 22 zwei Pole des ersten Objekts 12, einem Pol des zweiten Objekts 16, gegenüber. Die außenliegenden Pole der Magnete 18a, 18b haben bevorzugt keine Wirkung, vorzugsweise kein Einwirken, an den jeweiligen Aktuatorseiten 20, 22.
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In 6 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10 schematisch dargestellt, die lediglich eine Spule 14 des ersten Objekts 12 aufweist.
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In 7 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10 schematisch dargestellt, wobei das erste Objekt fünf Spulen aufweist und das zweite Objekt vier Magnete aufweist. An den Aktuatorseiten 20, 22 wirken diese Spulen und Magnete, insbesondere die jeweiligen Pole aufeinander ein.
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Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aktuators 10 der 8a, bis 8d basieren im Wesentlichen auf den Ausführungsformen der 1 und 3.
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Die Magnete 18a, 18b sind fest mit einem Aufnahmekörper 32 verbunden, insbesondere in diesen eingelassen. Die Spulen des ersten Objekts 12 sind mit einem zweiten Aufnahmekörper 36 fest verbunden, insbesondere ebenfalls in diesen eingelassen. Der Aufnahmekörper 32 ist relativ zum zweiten Aufnahmekörper 36 beweglich.
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Insbesondere zur Befestigung des Aktuators, vorzugsweise des zweiten Objekts 16, mit der Umgebung weist die dargestellte Ausführungsform eine Verbindungsvorrichtung 30 auf. Die Verbindungsvorrichtung 30 ist hierbei ausgeführt durch vier Verbindungslöcher 34. Beispielsweise mittels Schrauben kann über die Verbindungslöcher 34 eine Verbindung zu der Umgebung hergestellt werden.
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In 8b ist der Aufnahmekörper 32 über Arme 28a, 28b mit dem zweiten Aufnahmekörper 36 verbunden. Diese Verbindung ist bevorzugt einstückig ausgeführt. Besonders bevorzugt ist es, dass die Arme 28a, 28b flexibel ausgestaltet sind. Bei einer Bewegung des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16, insbesondere einer linearen Bewegung erfolgt somit über die Arme 28a, 28b einer Dämpfung der Relativbewegung. Die Arme 28a, 28b sind demnach Teil einer Dämpfungsvorrichtung 26.
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8c zeigt eine Alternative Dämpfungsvorrichtung 26. Schematisch sind hier zwei Federelemente 28a, 28b zwischen Aufnahmekörper 32 und Aufnahmekörper 36 angeordnet, die ebenfalls eine Relativbewegung dämpfen.
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In 8d ist die Dämpfungsvorrichtung durch zwei, vorzugsweise elastische, Dämpfungselemente 28a, 28b ausgeführt.
