EP3841660A1 - Elektromagnetischer linearaktuator - Google Patents

Elektromagnetischer linearaktuator

Info

Publication number
EP3841660A1
EP3841660A1 EP19758684.5A EP19758684A EP3841660A1 EP 3841660 A1 EP3841660 A1 EP 3841660A1 EP 19758684 A EP19758684 A EP 19758684A EP 3841660 A1 EP3841660 A1 EP 3841660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oscillator
stator
linear actuator
electromagnetic linear
poles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19758684.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ron Jagodzinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nui Lab GmbH
Original Assignee
Nui Lab GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nui Lab GmbH filed Critical Nui Lab GmbH
Publication of EP3841660A1 publication Critical patent/EP3841660A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/12—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moving in alternate directions by alternate energisation of two coil systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/24—Casings; Enclosures; Supports specially adapted for suppression or reduction of noise or vibrations

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic linear actuator and a method for generating a mechanical movement, in particular a vibration, by means of an actuator.
  • Linear actuators are used as standard to generate mechanical movements.
  • a mechanical movement is preferably a continuous linear movement, for example a deflection of objects relative to one another. This can e.g. the function of a linear motor can be carried out and thus objects can be put into translation movements, for example. It is also possible to use the mechanical movement to generate a vibration and thus a haptic (and / or acoustic signal).
  • electromagnetic actuators offer the possibility of carrying out individual, singular linear movements. In this way, for example, an actuator can be created and thus the function of a switch or a valve can be triggered.
  • Solenoid actuators are currently frequently used as linear actuators.
  • An exemplary prior art solenoid actuator 100 is shown in FIG. 1.
  • the solenoid actuator 100 has a stator 40 and an oscillator 10 arranged within this stator.
  • the stator 40 has an electromagnet 42 designed as a coil in the form of a hollow cylinder with a circular base area.
  • the oscillator 10 has a permanent magnet 12 which has a solid circular cylinder shape.
  • the permanent magnet 12 is a bar magnet with a pole 14, in the form of a south pole, on one side and an opposite pole 16, in the form of a north pole, on the other side.
  • the electromagnet 42 is magnetized, in particular when there is a current flow through the coil, this has a magnetic pole 44 on one side and a magnetic pole 46 opposite the first magnetic pole on the other side.
  • current flows through the coil such that pole 44 is a north pole and pole 46 is a south pole.
  • permanent magnets 12 and electromagnets 42 have linear magnetization directions, which are parallel to one another and are located opposite one another, but are opposite in the direction. Due to the attraction of opposite poles of the permanent magnet 12 and the electromagnet 42, the permanent magnet moves along the arrow 60 relative to the electromagnet 42. This results in a mechanical movement that can be used, for example, for the function of an actuator.
  • linear actuators of the prior art are distinguished by simple manufacture and / or assembly with simple mounting of the magnet. They also have a constant field intensity independent of the magnet position. Nevertheless, such linear actuators have numerous disadvantages. For example, there is only a low field intensity between the magnet and the coil. Furthermore, there is a small number of windings with constant resistance. This is because the electrical resistance depends, among other things, on the wire length of the coil, but the field strength depends on the number of turns.
  • the object of the invention is to provide an optimized electromagnetic linear actuator. Another object of the invention is to provide an improved method for generating a mechanical movement, in particular a vibration.
  • the object is achieved according to the invention by an electromagnetic linear actuator according to claim 1 or by a method for generating a mechanical movement according to claim 22.
  • the electromagnetic linear actuator according to the invention has a first and a second element.
  • One of the elements, in particular the first element is a magnetic oscillator with at least one magnet.
  • the other element, in particular the second element is a magnetic stator with at least one magnet.
  • the at least one magnet of the oscillator and / or of the stator can, on the one hand, be a magnet that is already magnetized in the initial state and thus has a north pole and a south pole.
  • it can also be a device such as, for example, an electromagnet, which has no magnetization in the initial state.
  • the magnetization takes place only through a further step, which ensures that a magnetic field is formed.
  • the oscillator and / or the stator has a plurality of magnets, it is preferred that all magnets of the oscillator and / or of the stator each have parallel directions of magnetization. It is particularly preferred that the magnetization directions lie in one another and are therefore identical, but are independent of the direction.
  • the first element and the second element are linearly movable relative to one another. If, for example, there is a relative attraction or repulsion of the first and the second element, the first element and the second element move relative to one another, preferably towards or away from each other.
  • the Magnetization directions of the oscillator and the stator are parallel to each other.
  • the magnetization directions of the oscillator and the stator lie in one another. Interlaced here means again that the magnetization directions are identical but independent of direction.
  • Either the stator or the oscillator has two opposite, identical poles. Identical poles are either two south poles or two north poles. Opposing here means in particular that the two poles are in contact with one another and that there is an arrangement with opposite polarity.
  • either the stator or the oscillator has two counter-polar magnets.
  • the two north poles or the two south poles of these two magnets lie opposite one another, for example on the end face, so that the two magnets repel one another.
  • Removal of the two magnets relative to one another due to the repulsion can preferably be prevented by fixing the two magnets relative to one another.
  • An alternative or additional definition to the either opposite identical stator poles or oscillator poles is that either the oscillator or the stator has a singular pole in the middle. Thus, the oscillator or the stator only has a north pole or a south pole in the center.
  • the electromagnetic linear actuator is designed in such a way that the magnetization of the stator or oscillator changes. Due to the change in the magnetization of the stator or oscillator, there is a relative movement between the oscillator and the stator, and thus preferably a mechanical movement. It is particularly preferred that the electromagnetic linear actuator is designed in such a way that this change in magnetization takes place continuously or continuously. If, for example, the stator or the oscillator has electromagnets, the electromagnetic linear actuator is designed in such a way that the current flow through the electromagnets is reversed and consequently the poles of the electromagnets change.
  • the change in magnetization takes place in particular by means of one or more current sources and / or one or more control devices which the electromagnetic linear actuator according to the invention has in a preferred embodiment.
  • the power sources can be, for example, batteries and / or rechargeable batteries and / or the power network.
  • the first element is at least partially arranged within the second element.
  • the first element is arranged completely within the second element, so that the outer dimensions of the first element are completely arranged within the inner dimensions of the second element.
  • the second element is, for example, a hollow cylinder
  • the first element which is preferably formed as a solid cylinder, is located within the inner circumferential surface of the hollow cylinder and does not protrude beyond the two base surfaces of the hollow cylinder.
  • the second element preferably comprises the first element at least circumferentially.
  • the first element preferably shaped as a solid cylinder, is located within the inner circumferential surface of the hollow cylinder, that is to say circumferentially encompassed by the second element, but it is possible that the first Element protrudes from the hollow cylinder, for example, on one or both base surfaces.
  • the first element is essentially cylindrical.
  • the cylindrical shape corresponds, for example, to a circular cylindrical shape, but other cylindrical shapes such as, for example, cuboid or prism shapes are also possible.
  • the first element has the magnetic poles in the region of the cylinder base surfaces, preferably in the center of the cylinder base surfaces.
  • the first element has an axially ale magnetization, preferably along the axis of symmetry of the cylinder extending according to the height.
  • the first element preferably has a uniform cylindrical shape.
  • the shape of the first element is symmetrical with respect to at least one plane of symmetry, preferably the transverse plane.
  • the second element is substantially hollow-cylindrical.
  • the hollow cylindrical shape here corresponds, for example, to a hollow circular cylindrical shape, but other hollow cylindrical shapes such as, for example, cuboid or prism shapes are also possible.
  • the second element has the magnetic poles in the region of the cylinder base surfaces, preferably in the center of the cylinder base surfaces.
  • the second element has an axial magnetization, preferably along the axis of symmetry of the hollow cylinder which extends according to the height.
  • the second element can have a uniform cylindrical shape.
  • the shape of the second element can be symmetrical with respect to at least one plane of symmetry, preferably the transverse plane.
  • the second element is not uniform.
  • the shape of the hollow cylinder here includes, in particular, a hollow cylinder shape that is open on one or both long sides, but hollow cylinder shapes that are closed on one or both sides are also possible. Accordingly, it is preferred that the hollow cylinder is hollow, at least on the inside.
  • the second element has two hollow, preferably identical, half-cylinders, the second element consisting in particular of this.
  • Half cylinder here preferably means the longitudinally divided half of a cylinder. It is particularly preferred that the cylinder or the half-cylinder essentially has a cuboid or semi-cuboid shape. It is preferred that the half cylinders are connected to one another and preferably form the second element in this way.
  • the two are connected Hollow cylinder together in particular an essentially hollow cylindrical element.
  • the two open sides of the half-cylinders face each other when they are connected.
  • the two half cylinders are preferably arranged parallel to one another.
  • the two half-cylinders are particularly preferably arranged offset from one another by 180 °.
  • This offset of the two half cylinders relative to one another is carried out in particular about the width axis of the half cylinders. It is preferred that the half cylinders are closed on one side. In the case of half-cylinders closed on one side and offset by 180 °, it is preferred that the connected half-cylinders thus form a hollow cylinder shape of the second element which is closed on both sides. It is preferred that the two half-cylinders can be pushed one into the other and that this preferably results in a connection. Additionally or alternatively, it is also possible for the half cylinders to snap together.
  • the second element preferably on the inside, particularly preferably on the inner hollow cylinder surface, has a rib profile with at least one rib.
  • the rib profile is preferably arranged in the longitudinal direction, in particular parallel to the longitudinal axis, of the second element.
  • first element and the second element are coaxial with one another.
  • At least one of the magnets is a permanent magnet.
  • a permanent magnet is also called a permanent magnet.
  • the permanent magnet can in particular be in the form of a bar magnet, preferably cylindrical and particularly preferably circular cylindrical.
  • At least one of the magnets is an electromagnet.
  • the design as a coil is particularly preferred as the electromagnet.
  • the second element has at least two magnets arranged on the end face and coaxially to one another.
  • the magnets are preferably designed as hollow cylinders and particularly preferably as hollow circular cylinders.
  • the magnets in the face-end and coaxial arrangement are preferably designed with opposite polarity to one another. It is particularly preferred that the second element has exactly two magnets.
  • the two magnets of the second element are made in one piece. In the case of the one-piece design, it is particularly preferred that the two magnets are formed from a, preferably single, coil, the coil, in particular in the center, having a change in the winding direction.
  • one magnet is on one side of the change in winding direction and the other magnet is on the other side of the change in winding direction. Accordingly, two identical poles, that is to say two north poles or two south poles, of the two magnets lie opposite one another in the region of the change in winding direction.
  • the electromagnetic linear actuator according to the invention has at least one end element on one side, preferably in the outer end region of the linear actuator. It is particularly preferred that the electromagnetic linear actuator according to the invention has at least one terminating element on both sides of the electromagnetic linear actuator.
  • the at least one end element is in particular arranged on the outer end region of the second element. With the arrangement on the outside End region of the second element, it is preferred that the end element is arranged on the end face of the second element.
  • the at least one termination element preferably has at least one magnet.
  • the magnet is preferably axially magnetized and the magnetization direction is in particular parallel, particularly preferably one inside the other, to the magnetization directions of the oscillator and / or the stator.
  • the at least one magnet of the at least one terminating element is preferably designed as an electromagnet.
  • the at least one termination element is designed with at least one magnet
  • this magnet in each case has the same polarity or opposite polarity to the pole of the element, in particular the second element, on which this termination element is arranged. If, for example, the terminating element lies against the second element, preferably designed as a stator, two identical opposite poles of the terminating element and the second element lie opposite one another.
  • the at least one magnet of the at least one terminating element is an electromagnet
  • the electromagnet has an alternating polarity such that the change in polarity is in each case synchronous with the change in the element on which the end element is arranged. If, for example, a terminating element is then arranged on the second element, the second element being the stator, and if the stator changes its polarity, the at least one magnet of the corresponding terminating element also changes its polarity, so that in this case a polarity-reversed or polarity-reversed state of the terminating element relative to the element associated with the terminating element remains. It is preferred that the at least one end element is designed as a cover or as a hollow cylinder.
  • the end element is in particular formed in one piece with the element on which this end element is arranged. If the end element is a cover, which is arranged, for example, on the second element, which is designed as a hollow cylinder, it is preferred that the cover closes the hollow cylinder. In the case of a one-piece design of the lid and hollow cylinder, the lid and hollow cylinder preferably have a type of pot shape. If the second element corresponds to the stator in the form of a coil, a type of pot coil is thereby formed in particular.
  • the second element designed as a stator
  • a cover is arranged on each of the two open coil sides, so that two pot cylinders arise with their open sides assigned to each other.
  • the at least one end element is a hollow cylinder, this is preferably located face-to-face and coaxially on the element on which this end element is arranged. If this element is a hollow cylinder, a kind of elongated hollow cylinder is produced, with or without an interruption in between, the two hollow cylinders preferably having the same diameter.
  • the end element When the end element is configured as a cover on a hollow cylinder, an object located within the hollow cylinder, for example the oscillator, cannot penetrate the cover and thus cannot leave the hollow cylinder on this side. In the case of an embodiment of the end element as a hollow cylinder, however, an object arranged within the hollow cylinder, for example the oscillator, can at least partially penetrate into the hollow cylinder of the end element and thus at least partially leave the element assigned to this end element.
  • a combination of cover and hollow cylinder is also possible, so that in particular a cover is arranged on one side and a hollow cylinder on the other side. It is preferred that the at least one end element has at least partially a smaller circumference than the element on which this end element is arranged.
  • the at least one terminating element particularly preferably has a T-shaped cross section, it being preferred that the longitudinal bar (
  • the magnet of the at least one terminating element is designed as a coil which is wound around the longitudinal bar of the T-shape.
  • the magnets of the at least one end element and of the second element are formed in one piece. It is particularly preferred that the magnets are formed by a coil, in particular a single coil.
  • the linear actuator With a smaller coil diameter, more turns can be realized with the same wire length (same resistance), thus increasing the field strength. However, since the coil encompasses the oscillator, in particular with permanent magnets, this can only be achieved at the end regions of the stator. On the other hand, the field strength decreases considerably with increasing distance. It is therefore advantageous to implement the linear actuator with a magnetic stator in the form of a hollow cylinder and with a terminating element, for example compared to an implementation with a magnetic stator only with a terminating element.
  • the electromagnetic linear actuator according to the invention has a vibration damping device for damping the vibration of the first element relative to the second element.
  • this can on the one hand only dampen the movement of the first element relative to the second element, for example from a certain movement radius of the first element relative to the second element.
  • the freedom of movement of the first element relative to the second element is restricted.
  • the Vibration damping device is formed in one piece with the second element.
  • the vibration damping device preferably has at least one vibration damper on one side, preferably in each case at least one vibration damper on both sides, between the first and the second element.
  • the arrangement on one or both sides means the outer areas of the elements.
  • the second element which is in particular the stator, has an essentially hollow cylindrical shape, for example
  • the first element which is preferably the oscillator, in particular in the form of a cylinder
  • the vibration damper having a damping effect on the cylinder.
  • the hollow cylinder has at least one vibration damper on each of the two base surfaces, which act on the cylinder and consequently hold the cylinder in a damping manner within the hollow cylinder.
  • At least one of the vibration dampers is preferably a spring, in particular in the form of a coil spring, or a magnetic damper or a gas pressure damper or a hydraulic damper or an, in particular elastic, impact element.
  • the electromagnetic linear actuator has several vibration dampers, any combination of the vibration damper types is possible.
  • the vibration damper is a gas pressure damper, it can have a membrane within which the gas used for damping is arranged. Additionally or alternatively, the gas pressure damper can have valves, in particular controllable valves.
  • the electromagnetic linear actuator according to the invention has a connecting rod device, preferably connected to the first element, for transmitting a force from the electromagnetic linear actuator to the surroundings.
  • the push rod device here consists of at least one push rod, in particular two push rods. The push rod device can cooperate, for example, for damping with damping elements arranged outside the electromagnetic linear actuator or will serve to transmit a mechanical force to the environment of the electromagnetic linear actuator.
  • the first and / or the second element of the electromagnetic linear actuator according to the invention has at least one iron core and / or at least one iron jacket.
  • the bar magnet when designing the first element as an oscillator in the form of one or more permanent bar magnets, it is possible for the bar magnet to have an iron core in the center or for an iron core to be located between two, for example counter-polarized, bar magnets.
  • the bar magnet it is possible within the framework of the iron jacket that the bar magnet has iron elements on both sides, for example in the form of veneers.
  • the electromagnetic line actuator according to the invention is configured in such a way that if the first element has at least two counter-polar magnets arranged in series, then the second element has no counter-polar magnets arranged in series; and vice versa. If the design of the electromagnetic linear actuator according to the invention is, for example, such that the second element has two coils which are arranged coaxially to one another, then two north poles or two south poles lie opposite one another. Are according to the example above If there are more than two coils, for example three coils, there are two north poles or two south poles opposite each other at the points at which the coils lie opposite one another.
  • the stator has two identical starter poles on the outside on both sides, or the oscillator has two identical oscillator poles on the outside on both sides.
  • the stator has two identical starter poles on the outside on both sides
  • the stator overall has a singular pole in the middle, for example due to two identical poles lying opposite one another there.
  • the oscillator has two identical oscillator poles on the outside on the outside
  • this is reversed accordingly.
  • the stator has two identical starter poles on both sides, that these identical starter poles are each opposed by an identical and an inverted oscillator pole. This is again the case in the embodiment in which the oscillator has two identical oscillator poles on both sides on the outside.
  • the method according to the invention for generating a mechanical movement is in particular a method for generating a vibration.
  • the method is carried out by means of an actuator.
  • This actuator has a first and a second element, the one, in particular the first, element being a magnetic oscillator with at least one magnet, and the other, in particular the second, element being a magnetic stator at least one magnet.
  • the actuator is designed such that the magnetization direction of the oscillator and the stator are parallel and preferably lie one inside the other.
  • the method has the step of magnetizing, in which either the stator is magnetized in such a way that the stator has two identical starter poles lying opposite one another, or in that the oscillator is magnetized in such a way that the oscillator has two identical identical ones opposite one another Has oscillator poles.
  • the magnetizing step is preferably carried out by introducing current into the at least one magnet of the oscillator or into the at least one magnet of the stator, these magnets in particular being electromagnets.
  • the current is preferably introduced by means of a current source and / or control device. It is also possible that the one of the stator or oscillator that has not been magnetized in such a way that it has two identical poles lying opposite one another is also magnetized. In this case, however, such a magnetization is preferred that there are opposite different poles or a north pole on one side and a south pole on the other side.
  • the method according to the invention preferably has a change in magnetization either of the oscillator in such a way that the oscillator poles are reversed, or of the stator in such a way that the stator poles are reversed.
  • this change in magnetization can result in a relative movement between the oscillator and the stator due to the changing magnetic attraction. It is preferred that the magnetization change takes place continuously or continuously, so that there is a continuous or continuous oscillation of the oscillator relative to the stator.
  • the actuator used for the method also has a terminating element, which is in particular arranged coaxially to the second element, at least on one side, preferably on both sides of the second element with at least one, in particular axially magnetized magnet.
  • the further step of magnetizing this at least one magnet of the terminating element is preferably carried out in such a way that either identical or opposite poles of the terminating element and the second element result in opposition. This results in a polarity reversal or a reverse polarity of the terminating element with respect to the opposing second element.
  • At least a magnet of the at least one terminating element is preferably an electromagnet, in particular a coil.
  • the method according to the invention is carried out by means of a foregoing electromagnetic linear actuator.
  • An essential advantage of the present invention in particular of the embodiment with at least one end element, preferably embodied as a cover, is that a very strong actuator is present, so that, for example, intensive vibrations can be generated.
  • the actuator according to the invention enables a realistic click sensation, in particular in the case of stationary, capacitive user interfaces.
  • a switch behavior, or the feedback of a switch or the like to a user can be imitated on surfaces by means of the actuator according to the invention, or the like.
  • An additional aspect of the invention lies in an operating element with an actuator according to the invention as described above.
  • haptic and / or acoustic signals which the actuator according to the invention transmits by means of mechanical movement, preferably vibration, in particular to the surface of the operating element, can be given to a user operating the operating element.
  • Another aspect of the invention resides in a bicycle handle or a handlebar of a bicycle with an actuator according to the invention as described above.
  • haptic information for example from navigation devices or the like, can be transmitted to the cyclist.
  • a further aspect of the invention consists in a piece of seating furniture, in particular a gaming chair, with an actuator according to the invention as described above.
  • the haptic signals to a user sitting on the seating furniture preferably in computer games, for example in the case of shots, explosions, etc., can thus increase the degree of immersion, particularly in the context of virtual reality.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a solenoid actuator of the prior art
  • FIG. 2 shows a perspective view of an embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the electromagnetic linear actuator from FIG. 2,
  • FIG. 4 shows schematic sectional views of the electromagnetic actuator from FIG. 2 in motion
  • FIG. 5 shows a perspective view of a further embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of the electromagnetic linear actuator from FIG. 5,
  • FIGS. 7a to 7g are schematic sectional views of further embodiments of the electromagnetic linear actuator
  • FIGS. 8a to 8d are schematic sectional views of further embodiments of the electromagnetic linear actuator according to the invention.
  • FIGS. 9a to 9d different views of a further embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention
  • FIGS. 10a and 10b show different views of a further embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention.
  • FIGS. 11a and 11b show different views of a further embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention.
  • the electromagnetic linear actuator 1 shown in FIG. 2 has an oscillator 10 with a permanent magnet 12.
  • the oscillator 10 corresponds to the first element of the electromagnetic linear actuator 1.
  • the permanent magnet 12 has a full cylinder shape, with a circle as the base.
  • the oscillator pole 14 is located on one oscillator side 18, wherein it is a south pole (S). Accordingly, the other oscillator pole 16, embodied as the north pole (N), is located on the other oscillator side 20. Due to the design of the permanent magnet 12, there is no magnetic attraction from the center of the oscillator 22.
  • the oscillator 10 is arranged to be linearly movable within the stator 40, which is the second element.
  • the linear mobility is shown with arrow 60.
  • the stator 40 consists of two hollow cylindrical electromagnets 42 ', 42 ", which are designed in particular as a coil.
  • the electromagnet 42' is magnetized such that, for example by means of power sources and / or control units (not shown), that it is one has a north pole 44 'on the side shown on the left and a south pole 46' on the right side.
  • the electromagnet 42 ' is opposite the electromagnet 42' coaxially and on the end face.
  • the electromagnet 42 is magnetized in such a way that it has a south pole 44" on the left side and a north pole 46 "on the right side. Due to this arrangement of the electromagnets 42 ', 42", the stator 40 has in the middle two opposite, identical stator poles 46 ', 44 ", each of which is a south pole. Accordingly, the stator 40 has a virtual stator pole in the form of a south pole in the center 52. If there is a change in the magnetization of the two electromagnets 42 ', 42 "so that the north and south poles each swap their position, due to the magnetic attraction between stator 40 and oscillator 10, there is a linear relative movement along the direction of movement 60.
  • FIG. 3 shows the electromagnetic linear actuator 1 from FIG. 2 in a schematic sectional view.
  • the coil 43 'of the electromagnet 42' and the coil 43 "of the electromagnet 42" can be seen here schematically.
  • FIG. 4 shows three states of the electromagnetic linear actuator from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows the initial state.
  • the electromagnets 42 ′, 42 ′′ have no magnetization, for example because they do not have current flowing through them.
  • the oscillator 10 with the permanent magnet 12 is accordingly in the initial position, centrally within the stator 40.
  • FIG. 4 shows a magnetization state of the electromagnets 42 ', 42 ", which corresponds to the state from FIG. 2. Due to the magnetic attraction force, the oscillator 10 with the permanent magnet 12 moves linearly along the direction of movement 62, in the form shown to the left.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the electromagnetic linear actuator according to the invention, this embodiment essentially corresponding to the embodiment from FIG. 2.
  • the electromagnetic linear actuator 1 from FIG. 5 has two Closing elements 70, 72.
  • the end element 70 is designed as a cover and, preferably in one piece, connected to the electromagnet 42 'on the side shown on the left. Electromagnet 42 'and cover 70 accordingly form a coil pot.
  • the terminating element 72 is designed with an electromagnet 42 ".
  • the terminating element 70 has an electromagnet 71, designed as a coil.
  • the electromagnet 71 is magnetized such that the terminating element 70 is on the left-hand side has a south pole 74 and a north pole 76 on the right-hand side. Accordingly, the terminating element 70 has the same polarity as the electromagnet 42 ', so that the north pole 76 of the terminating element 70 is located opposite the south pole 44' of the electromagnet 42 ' -
  • the existing magnetization of the electromagnetic linear actuator 1 has a virtual south pole 78 on the left side (as well as on the right side). If there is a change in the magnetization of the electromagnets 42 ', 42 "(based on FIG. 4), the magnetization change takes place synchronously Electromagnets 71, 73, so that the poles 74, 76, 44 ', 46', 44 ", 46", 74 ', 76' each have the opposite pole sen.
  • the embodiment from FIG. 7a essentially corresponds to the embodiment from FIG. 6 (and FIG. 5).
  • the embodiment from FIG. 7a has a terminating element 70 with an electromagnet 71, the terminating element 70 being reverse-polarized with respect to the electromagnet 42 '.
  • the terminating element 70 and the electromagnet 42 ' there are two identical poles, namely the south pole 76 of the terminating element 70 and south pole 44 'of the electromagnet 42' opposite.
  • Due to the magnetization of the electromagnetic linear actuator 1 from FIG. 7a the latter has a virtual north pole 78 on the left-hand side (and on the right-hand side).
  • a virtual one is located between the terminating element 70 and the electromagnet 42 '(and the terminating element 72 and the electromagnet 42 ") South Pole 79.
  • the embodiment from FIG. 7a differs from the embodiment from FIG. 6 in the end effect, in particular because of the active virtual poles at the end elements, which are shown as south poles. In the embodiment from FIG. 7a, this leads to a somewhat lower effect size compared to the embodiment from FIG. 6. With maximum deflection of the oscillator 10, however, this can be advantageous if, for example, the maximum deflection cannot be achieved, e.g. due to at least one damper (see Figures 8a - 8c).
  • the embodiment from FIG. 7b essentially corresponds to the embodiment from FIG. 7a.
  • the terminating element 70 from FIG. 7b is not designed as a cover, but rather as a hollow cylinder 70 with a coil 71. With a relative movement between the oscillator 10 and the stator 40, the oscillator 10 can consequently move, at least partially, out of the stator 40 and penetrate into the terminating element 70.
  • the effect size of the variants with at least one end element 70 in the form of a hollow cylinder is significantly less than designs with an end element in the form of a cover (for example FIG. 7a).
  • the design however, enables very simple assembly due to the open design and, in particular, due to a constant inner diameter.
  • soft oscillation of the oscillator 10 is made possible without additional damping.
  • the embodiment from FIG. 7c essentially corresponds to the embodiment from FIG. 6 (and FIG. 5).
  • the oscillator 10 has not only one permanent magnet 12 but two permanent magnets 12 ', 12 ".
  • An iron core 30 is arranged between the two permanent magnets 12' and 12" in order to optimize the magnetic force.
  • the embodiment from FIG. 7d essentially corresponds to the embodiment from FIG. 6 (and FIG. 5).
  • the permanent magnet 12 from FIG. 7d which is in particular of less width, has an iron jacket in the form of two iron jacket elements 32 ', 32 "on both sides. This allows the magnetization to be optimized.
  • the ferrite cores (for example from FIGS. 7c and 7d) make it possible, in particular, to implement inexpensive flywheels.
  • the embodiment from FIG. 7e has three electromagnets 42 ', 42'"arranged coaxially in series, the electromagnet 42 'being reverse-polarized to the electromagnet 42" and the electromagnet 42 “being reverse-polarized to the electromagnet 42'”.
  • the identical stator poles 46 ', 44 face each other between the electromagnet 42' and the electromagnet 42", each of which is a north pole.
  • the identical opposite stator poles 46 ", 44 '" are south poles. Accordingly, there is a virtual north pole at position 52 'between electromagnets 42', 42 "and a virtual south pole at position 52" between electromagnets 42 ", 42 '".
  • the oscillator 10 has two oppositely polarized permanent elements 12 ', 12 ", which are preferably fixed to one another.
  • the permanent magnets 12', 12" there are consequently two north poles at the oscillator poles 20 ', 18 ", whereby a virtual oscillator pole executed as North Pole at location 22 exists.
  • the embodiment from FIG. 7f essentially corresponds to the embodiment from FIG. 7e.
  • the embodiment from FIG. 7f has an iron core 30 between the two permanent magnets 12 ', 12 ", for adapting the magnetization.
  • the embodiment from FIG. 7g essentially corresponds to the embodiment from FIG. 3 (and FIG. 2).
  • the oscillator 10 from FIG. 7g has a permanent magnet 12, the width of which is greater than the width of the stator 40 or the outer spacing of the electromagnets 42 ', 42 ". Accordingly, the oscillator 10 stands out on both sides the stator 40 out.
  • the electromagnetic linear actuator 1 has a vibration damping device consisting of two vibration dampers 80 ′, 80 ′′.
  • these are two spring elements 80 ′, 80 ′′ that prevent the movement of the Damp oscillator 10 relative to stator 40.
  • the vibration damper 80 ′ (and / or the vibration damper 80 ′′) can be attached, in particular fastened, to the terminating element 70 (72) and / or the oscillator 10 and / or the stator 40.
  • the vibration damper 80 ′ (and the vibration damper 80 ′′) is only arranged, for example loosely, between the terminating element 70 (72) and the oscillator 10.
  • vibration damper 80 '(and the vibration damper 80 ") it is possible for the vibration damper 80 '(and the vibration damper 80 ") to be at a distance from the terminating element 70 (72) and / or from the oscillator. It is also possible for a vibration damper to be arranged on one side only. This possibility of only one-sided arrangement also applies to the embodiments from FIGS. 8b and 8c.
  • the embodiment from FIG. 8b does not have springs as vibration dampers, but rather magnetic dampers 80 ', 80 "in the end elements 70', 72.
  • the magnetic dampers 80 ′, 80 ′′ dampen the movement of the oscillator 10 relative to the stator 40.
  • the embodiment from FIG. 8c does not have magnetic dampers, but rather compressed air dampers 80 ', 80 ".
  • compressed air dampers 80', 80" have valves 82 ', 82 “and membrane 84 assigned to oscillator 10 , 84 "on. Compressed air, for example, exists between valve 82 'and membrane 84' (and between valve 82 “and membrane 84"), which dampens the movement of the oscillator 10 relative to the stator 40.
  • the valves 82, 82 ′′ are preferably designed to be adjustable so that variable damping can take place.
  • the embodiment from FIG. 8d shows push rods 90 ', 90 "connected to the oscillator 10 on both sides.
  • the push rod 90' extends from the oscillator 10 through an opening of the closing element 70.
  • the push rod 90" extends from the oscillator 10 an opening of the terminating element 72.
  • a force can be taken from the push rod in the vicinity and / or damping can be carried out in the vicinity of the electromagnetic linear actuator with the aid of a damping device (not shown). It is possible that only a single push rod 90 ', 90 "is provided.
  • FIGS. 9a to 9d show further preferred embodiments of the electromagnetic linear actuator 1 according to the invention.
  • the linear actuator of FIGS. 9a to 9d (and also of FIGS. 10a, 10b, 11a and 11b) has no, essentially, Circular cylindrical shape, but a rectangular cylindrical shape.
  • the oscillator 10 and the stator 40 likewise have a substantially rectangular hollow cylinder shape.
  • FIG. 9a shows a stator 40, which essentially consists of two elements, which are essentially hollow, rectangular half cylinders 40 ', 40 ".
  • the half cylinders 40', 40" are of identical design.
  • Each half cylinder 40 ', 40 has essentially two different sized rectangular shell shapes 98', 98".
  • the half cylinders 40 ', 40 are preferably open, and they are preferably closed at the other end. At this closed end, the half cylinders 40', 40" are each connected to a terminating element 70, 72, preferably in one piece ( see Figure 9d at I).
  • the end element 70 (and also the end element 72) preferably have a T-shaped cross section.
  • the longitudinal bar 96 of the T-shape is connected to the half cylinder 40 ′′ and has a cross bar 94 at the other end.
  • the half cylinders 40 ', 40 " are connected to one another by plugging in the twisted half cylinders 40', 40" (see FIG. 9c).
  • the oscillator 10 is arranged to be linearly movable.
  • the stator 40 has a rib profile with longitudinal ribs 92 on the inner circumferential surface, in particular to minimize the friction and to allow air circulation inside.
  • the oscillator 10 can slide along these ribs 92.
  • the oscillator 10 has a permanent magnet 12, preferably consists of it.
  • the permanent magnet 12 is in particular a linear magnetized permanent magnet.
  • FIG. 9b shows different views of the half cylinder 40 "with the oscillator 10 from FIG. 9a arranged therein.
  • I shows a top view.
  • II shows a side view and III shows a rear view.
  • I shows a vibration damping device consisting of two vibration dampers 80 ', 80 "', which is connected on one side of the half cylinder 40", in particular in one piece.
  • the vibration damping device is located in particular in the area of the terminating element 70.
  • the vibration damping device has two flexible arms 80 ', 80' ". When the oscillator 10 moves and the oscillator 10 hits the flexible arms 80 ', 80'. "give this flexibly in the longitudinal direction and thus dampen the oscillator 10 and in particular emit a pulse to the stator 40. By means of several pulses it is possible to generate a vibration by means of the linear actuator 1.
  • stator 40 Due to the identical design of the half cylinders 40 ', 40 "and the opposite plugging together, the stator 40 has vibration dampers at both longitudinal ends, so that when the oscillator 10 oscillates back and forth within the stator 40, damping and / or pulse transmission takes place on both sides.
  • FIG. 9c shows a top view of the assembled linear actuator 1 from FIG. 9a.
  • 9c schematically shows magnets 71, 73 of the terminating elements 70, 72 and stator magnets 42 ', 42 ". These magnets 71, 73, 42', 42" are formed by a single coil 43 and are therefore in particular in one piece.
  • the coil 43 is wound over the terminating elements 70, 72 and the stator 40.
  • the coil winding begins with one terminating element 70 or 72, runs over the stator 40 and ends with the other terminating element 70, 72.
  • the winding direction of the coil 43 is shown schematically by means of the X representation and the dot representation.
  • the coil is wound in the same direction, so that the magnet 71 of the terminating element 70 and the magnet 42 ′ have the same polarity.
  • the middle of the linear actuator 1 or the stator 40 there is a change in direction of the winding of the coil 43 in the winding reversal 45 (see also FIG. 9d).
  • the winding change is shown between the struts 98 ′, 98 ′′, it being preferred here to bend the coil 43 around one of the struts 98 ′′ (see FIG. 9d). Accordingly, an opposite winding of the coil 43 takes place on the right half of the linear actuator. As a result, the two magnets 42 ', 42 "of the stator 40 are mutually polarized.
  • FIG. 9d shows a further illustration of the linear actuator 1 based on FIG. 9c (although the vibration damper has been omitted for reasons of clarity).
  • FIG. 9d schematically shows the winding of the coil 43 and the change of winding direction at point 45 around the strut 98 ".
  • FIGS. 10a and 10b show a further embodiment of the linear actuator 1 according to the invention, the embodiment essentially corresponding to the embodiment from FIGS. 9a to 9d.
  • the embodiments differ in particular from the shape of the oscillator 10 and the stator 40, the linear actuator 1 from FIGS. 9a to 9d being flatter than that from FIGS. 10a to 10d or having a lower height.
  • the embodiments also differ in that only a flexible arm 80 'for vibration damping, preferably in one piece, is formed on one side with the half cylinder 40 ".
  • Figure 10b shows the following views:
  • I top view, II side view, III bottom view, IV front view and V rear view Preferred dimensions are shown in FIG. 10b. However, these dimensions are only exemplary dimensions that can also be removed (from the figure).
  • FIGS. 11a and 11b show a further embodiment of a linear actuator 1 according to the invention.
  • This embodiment essentially corresponds to the embodiment from FIGS. 10a and 10b, with (again) a different shape with respect to the oscillator 10 and the stator 40. It is essentially a more square shape compared to the embodiment from FIGS. 10a and 10b.

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Abstract

Ein elektromagnetischer Linearaktuator (1) der ein erstes und ein zweites Element aufweist. Bei dem einen Element handelt es sich um einen magnetischen Oszillator (10) mit zumindest einem Magnet (12), und bei dem anderen Element handelt es sich um einen magnetischen Stator (40) mit zumindest einem Magnet (42). Die beiden Elemente sind relativ linear zueinander beweglich und die Magnetisierungsrichtungen des Oszillators (10) und des Stators (40) sind parallel. Entweder der Stator (40) hat zwei sich gegenüberliegende identische Statorpole (44, 46), oder der Oszillator (10) hat zwei sich gegenüberliegende identische Oszillatorpole (14, 16). Ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung mittels eines Aktuators (1). Entweder erfolgt ein derartiges Magnetisieren eines Stators (40) des Aktuators (1), dass der Stator (40) zwei sich gegenüberliegend identische Statorpole (44, 46) aufweist, oder es erfolgt ein derartiges Magnetisieren eines Oszillators (10) des Aktuators (1), dass der Oszillator (10) zwei sich gegenüberliegend identische Oszillatorpole (14, 16) aufweist.

Description

Elektromagnetischer Linearaktuator
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Linearaktuator sowie ein Ver- fahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung, insbesondere einer Vib- ration, mittels eines Aktuators.
Linearaktuatoren werden standardmäßig eingesetzt, um mechanische Bewe- gungen zu erzeugen. Bei einer mechanischen Bewegung handelt es sich vor- zugsweise um eine fortwährende lineare Bewegung, beispielsweise einer Aus- lenkung von Objekten relativ zueinander. Hierdurch kann z.B. die Funktion eines Linearmotors ausgeführt werden und somit Objekte beispielsweise in Translati- onsbewegungen versetzt werden. Auch ist es möglich, mithilfe der mechani- schen Bewegung eine Vibration und somit ein haptisches- (und/oder akustisches Signal) zu erzeugen. Weitergehend besteht mittels elektromagnetischer Aktua- toren die Möglichkeit, einzelne, singuläre lineare Bewegungen zu vollziehen. Hierdurch können beispielsweise ein Stellglieder geschaffen werden und somit die Funktion eines Schalters oder eines Ventils ausgelöst werden.
Gegenwärtig werden häufig Solenoid-Aktuatoren als Linearaktuatoren einge- setzt. Ein beispielhafter Solenoid-Aktuator 100 des Stands der Technik ist in Figur 1 dargestellt. Der Solenoid-Aktuator 100 weist einen Stator 40 und einen innerhalb dieses Stators angeordneten Oszillator 10 auf. Der Stator 40 weist einen, als Spule ausgeführten, Elektromagnet 42 in Form eines Hohlzylinders mit kreisförmiger Grundfläche auf. Demgegenüber weist der Oszillator 10 einen Permanentmagneten 12 auf, der eine massive Kreiszylinderform hat. Der Per- manentmagnet 12 ist als Stabmagnet mit einem Pol 14, in Form eines Südpols, auf der einen Seite und einem entgegengesetzten Pol 16, in Form eines Nord- pols, auf der anderen Seite. Bei einer Magnetisierung des Elektromagneten 42, insbesondere bei einem Stromfluss durch die Spule, weist dieser an der einen Seite einen Magnetpol 44 und an der anderen Seite einem dem ersten Magnet- pol entgegengesetzten Magnetpol 46 auf. In dargestellter Ausführungsform ist die Spule derart stromdurchflossen, dass der Pol 44 ein Nordpol und der Pol 46 ein Südpol ist. Demnach weisen Permanentmagnete 12 und Elektromagnete 42 lineare Magnetisierungsrichtungen auf, die parallel zueinander sind und einan- der liegen, jedoch, gemäß der Richtung, entgegengesetzt sind. Aufgrund der Anziehung entgegengesetzter Pole des Permanentmagneten 12 und des Elekt- romagneten 42 bewegt sich der Permanentmagnet entlang des Pfeils 60 relativ zum Elektromagnet 42. Hierdurch erfolgt eine mechanische Bewegung, die bei- spielsweise für die Funktion eines Stellglieds verwendet werden kann. Wird, nach einer, insbesondere vollständigen, Bewegung des Permanentmagneten 12 in Pfeilrichtung 60, die Richtung des Stromflusses durch den Elektromagneten 42 umgekehrt, so wechselt Nord- und Südpol des Elektromagneten 42. Hier- durch kommt es zu einer Umkehr der Bewegungsrichtung 60 des Permanent- magneten 12. Erfolgt eine fortwährende Änderung der Stromrichtung, so wird der Oszillator 10 mit Permanentmagnet 12 in Oszillation relativ zum Stator 40 mit Elektromagnet 42 versetzt. Mittels dieser fortwährenden mechanischen Be- wegung kann beispielsweise eine Vibration erzeugt werden.
Derartige Linearaktuatoren des Stands der Technik zeichnen sich durch eine einfache Fertigung und/oder Montage mit einfacher Lagerung des Magneten aus. Weitergehend verfügen sie über eine gleichbleibende Feldintensität unab- hängig von der Magnetposition. Nichtsdestotrotz weisen derartige Linearaktua- toren zahlreiche Nachteile auf. So ist beispielsweise lediglich eine geringe Fel- dintensität zwischen Magnet und Spule gegeben. Weitergehend liegt eine ge- ringe Wicklungszahl bei konstantem Widerstand vor. Dies liegt daran, dass der elektrische Widerstand u. a. abhängig von der Drahtlänge der Spule, die Feld- stärke jedoch abhängig von der Windungszahl ist. Aufgabe der Erfindung ist es einen optimierten elektromagnetischen Linearak- tuator zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein ver- bessertes Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung, insbeson- dere einer Vibration zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen elektromagneti- schen Linearaktuator gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Erzeu- gung einer mechanischen Bewegung gemäß Anspruch 22.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Linearaktuator weist ein erstes und ein zweites Element auf. Bei einem der Elemente, insbesondere bei dem ersten Element, handelt es sich um einen magnetischen Oszillator mit zumindest einem Magnet. Bei dem anderen Element, insbesondere bei dem zweiten Element han- delt es sich um einen magnetischen Stator mit zumindest einem Magnet. Bei dem mindestens einem Magnet des Oszillators und/oder des Stators kann es sich einerseits um einen Magnet handeln, der bereits im Ausgangszustand mag- netisiert ist und somit ein Nordpol und ein Südpol aufweist. Andererseits kann es sich jedoch auch um eine Vorrichtung wie beispielsweise einen Elektromag- neten handeln, die im Ausgangszustand noch keine Magnetisierung aufweist. Hierbei erfolgt die Magnetisierung erst durch einen weiteren Schritt, der dafür sorgt, dass ein Magnetfeld gebildet wird. Handelt es sich hierbei beispielsweise um einen Elektromagnet in Form einer Spule, so bildet ein Stromfluss durch die Spule das Magnetfeld. Weist der Oszillator und/oder der Stator mehrere Mag- nete auf, so ist es bevorzugt, dass jeweils alle Magnete des Oszillators und/oder des Stators parallele Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Besonders bevor- zugt ist es, dass die Magnetisierungsrichtungen ineinander liegen und somit identisch, jedoch richtungsunabhängig sind. Das erste Element und das zweite Element sind relativ zueinander linear beweglich ausgebildet. Kommt es somit beispielsweise zu einer relativen Anziehung oder Abstoßung des ersten und des zweiten Elements, so bewegt sich das erste Element und das zweite Element relativ zueinander, vorzugsweise aufeinander zu bzw. voneinander weg. Die Magnetisierungsrichtungen des Oszillators und des Stators sind parallel zuei- nander. Besonders bevorzugt ist, dass die Magnetisierungsrichtungen des Os- zillators und des Stators ineinander liegen. Ineinanderliegend meint hierbei er- neut, dass die Magnetisierungsrichtungen identisch jedoch richtungsunabhängig sind. Entweder der Stator oder der Oszillator weist zwei sich gegenüberliegende identische Pole auf. Bei identischen Polen handelt es sich entweder um zwei Südpole oder zwei Nordpole. Gegenüberliegend meint hierbei insbesondere, dass die beiden Pole aneinander anliegen und derart eine gegengepolte Anord- nung vorliegt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beispielsweise weist entweder der Stator oder der Oszillator zwei gegengepolte Magnete auf. Hierbei liegen sich die beiden Nordpole oder die beiden Südpole dieser beiden Magnete, beispielsweise stirnseitig gegenüber, so dass sich die beiden Magnete abstoßen. Ein Entfernen der beiden Magnete relativ zueinander aufgrund der Abstoßung kann vorzugsweise durch eine Fixierung der beiden Magnete relativ zueinander verhindert werden. Eine Alternative oder zusätzliche Definition zu den sich entweder gegenüberliegenden identischen Statorpolen oder Oszillator- polen besteht darin, dass entweder der Oszillator oder der Stator mittig einen singulären Pol aufweist. Somit verfügt der Oszillator oder der Stator mittig le- diglich über einen Nordpol oder einen Südpol.
Bevorzugt ist es, dass der elektromagnetische Linearaktuator derart ausgeführt ist, dass eine Änderung der Magnetisierung von Stator oder Oszillator erfolgt. Aufgrund der Änderung der Magnetisierung von Stator oder Oszillator kommt es zu einer Relativbewegung zwischen Oszillator und Stator und somit vorzugs- weise zu einer mechanischen Bewegung. Besonders bevorzugt ist es, dass der elektromagnetische Linearaktuator derart ausgeführt ist, dass diese Magnetisie- rungsänderung andauernd bzw. fortlaufend erfolgt. Weist somit beispielsweise der Stator oder der Oszillator Elektromagnete auf, so ist der elektromagnetische Linearaktuator derart ausgeführt, dass der Stromfluss durch die Elektromagnete umgekehrt wird und folglich die Pole der Elektromagnete wechseln. Die Ände- rung der Magnetisierung, vorzugsweise die Änderung des Stromflusses, erfolgt insbesondere mittels einer oder mehrerer Stromquellen und/oder einer oder mehrerer Steuereinrichtungen, die der erfindungsgemäße elektromagnetische Linearaktuator in bevorzugter Ausführungsform aufweist. Bei den Stromquellen kann es sich beispielsweise um Batterien und/oder Akkus und/oder das Strom- netz handeln.
Es ist bevorzugt, dass das erste Element zumindest teilweise innerhalb des zwei- ten Elements angeordnet ist. Insbesondere ist hierbei das erste Element voll- ständig innerhalb des zweiten Elements angeordnet, so dass die Außenabmaße des ersten Elements vollständig innerhalb der Innenabmaße des zweiten Ele- ments angeordnet sind. Handelt es sich bei dem zweiten Element beispielsweise um einen Hohlzylinder, so befindet sich das erste Element, das vorzugsweise als Vollzylinder ausgeformt ist, innerhalb der inneren Mantelfläche des Hohlzylin- ders und steht nicht über die beiden Grundflächen des Hohlzylinders hinaus. Bei einer nur teilweisen Anordnung des ersten Elements innerhalb des zweiten Ele- ments umfasst das zweite Element das erste Element vorzugsweise zumindest umfangsmäßig. Handelt es sich hierbei beispielsweise bei dem zweiten Element erneut um einen Hohlzylinder, so befindet sich das erste Element, vorzugsweise ausgeformt als Vollzylinder, innerhalb der inneren Mantelfläche des Hohlzylin- ders, also umfangsmäßig umfasst vom zweiten Element, jedoch ist es möglich, dass das erste Element beispielsweise an einer oder beiden Grundflächen aus dem Hohlzylinder heraussteht.
In bevorzugter Ausführungsform ist das erste Element im Wesentlichen zylin- derförmig ausgebildet. Die Zylinderform entspricht hierbei beispielsweise einer Kreiszylinderform, jedoch sind auch sonstige Zylinderformen wie beispielsweise Quader- oder Prismenformen möglich. Bevorzugt ist es, dass das erste Element die magnetischen Pole im Bereich der Zylindergrundflächen, vorzugsweise im Zentrum der Zylindergrundflächen, aufweist. Bei der zylinderförmigen Ausge- staltung des ersten Elements ist es bevorzugt, dass das erste Element eine axi- ale Magnetisierung, vorzugsweise entlang der sich gemäß der Höhe erstrecken- den Symmetrieachse des Zylinders, aufweist. Das erste Element weist vorzugs- weise eine gleichmäßige Zylinderform auf. Insbesondere ist die Form des ersten Elements symmetrisch bezüglich zumindest einer Symmetrieebene, bevorzugt der Transversalebene.
Das zweite Element ist in bevorzugter Ausführungsform im Wesentlichen hohl- zylinderförmig ausgebildet. Die Hohlzylinderform entspricht hierbei beispiels- weise einer hohlen Kreiszylinderform, jedoch sind auch sonstige hohle Zylinder- formen wie beispielsweise Quader- oder Prismenformen, möglich. Bevorzugt ist es, dass das zweite Element die magnetischen Pole im Bereich der Zylinder- grundflächen, vorzugsweise im Zentrum der Zylindergrundflächen, aufweist. Bei der hohlzylinderförmigen Ausgestaltung des zweiten Elements ist es bevorzugt, dass das zweite Element eine axiale Magnetisierung, vorzugsweise entlang der sich gemäß der Höhe erstreckenden Symmetrieachse des Hohlzylinders, auf- weist. Das zweite Element kann eine gleichmäßige Zylinderform aufweisen. Ins- besondere kann die Form des zweiten Elements symmetrisch bezüglich zumin- dest einer Symmetrieebene, bevorzugt der Transversalebene. Besonders bevor- zugt ist es jedoch, dass das zweite Element nicht gleichmäßig ist. Die Form des Hohlzylinders umfass hierbei insbesondere eine an einer oder beider Längssei- ten offene Hohlzylinderform, jedoch sind auch ein- oder beidseitig geschlossene Hohlzylinderformen möglich. Demnach ist es bevorzugt, dass der Hohlzylinder zumindest im Inneren hohl ist.
In bevorzugter Ausführung weist das zweite Element zwei hohle, vorzugsweise identische, Halbzylinder auf, wobei das zweite Element insbesondere hieraus besteht. Halbzylinder meint hierbei bevorzugt die längs-geteilte Hälfte eines Zy- linders. Besonders bevorzugt ist es, dass der Zylinder bzw. der Halbzylinder im Wesentlichen eine Quader- bzw. Halbquaderform aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Halbzylinder miteinander verbunden sind und vorzugsweise derart das zweite Element ausbilden. Hierbei bilden die beiden miteinander verbundenen Hohlzylinder gemeinsam insbesondere ein im Wesentlichen hohlzylinderförmi- ges Element aus. Insbesondere weisen die beiden offenen Seiten der Halbzylin- der bei der Verbindung ebendieser aufeinander zu. Bevorzugt sind die beiden Halbzylinder parallel zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt sind die bei- den Halbzylinder um 180 ° zueinander versetzt angeordnet. Dieser Versatz der beiden Halbzylinder zueinander, also die 180 ° Drehung, ist hierbei insbeson- dere um die Breitenachse der Halbzylinder ausgeführt. Bevorzugt ist es, dass die Halbzylinder einseitig geschlossen sind. Bei einseitig geschlossenen Halbzy- lindern und Versatz um 180 ° ist es bevorzugt, dass die verbundenen Halbzy- linder somit eine beidseitig geschlossene Hohlzylinderform des zweiten Ele- ments ausbilden. Es ist bevorzugt, dass die beiden Halbzylinder ineinander ge- schoben werden können und vorzugsweise hierdurch eine Verbindung erfolgt. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Halbzylinder miteinander einrasten.
Bevorzugt ist es, dass das zweite Element, bevorzugt an der Innenseite, beson- ders bevorzugt an der inneren Hohlzylindermantelfläche, ein Rippenprofil mit zumindest einer Rippe aufweist. Das Rippenprofil ist vorzugsweise in Längsrich- tung, insbesondere parallel zur Längsachse, des zweiten Elements angeordnet. Hierdurch ist es insbesondere vorteilhaft möglich bei einer Bewegung des ersten Elements relativ zum zweiten Element, die Reibung zwischen den Elementen zu minimieren und/oder eine Luftzirkulation im Inneren zu ermöglichen.
Bei einer zylinderförmigen Ausgestaltung des ersten Elements und einer hohl- zylinderförmigen Ausgestaltung des zweiten Elements, ist es bevorzugt, dass das erste Element und das zweite Element koaxial zueinanderstehen.
Insbesondere handelt es sich bei zumindest einem der Magnete, vorzugsweise dem mindestens einem Oszillatormagnet um einen Permanentmagnet. Ein Per- manentmagnet wird auch als Dauermagnet bezeichnet. Der Permanentmagnet kann insbesondere in Form eines Stabmagneten, bevorzugt zylinderförmig und besonders bevorzugt kreiszylinderförmig ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist es, dass es sich bei zumindest einem der Magnete, insbesondere dem mindestens einen Statormagnet, um ein Elekromagnet handelt. Als Elekt- romagnet wird hierbei insbesondere die Ausführung als Spule bevorzugt.
In bevorzugter Ausführungsform weist das zweite Elemente zumindest zwei stirnseitig und koaxial zueinander angeordnete Magnete auf. Die Magnete sind hierbei bevorzugt als Hohlzylinder und besonders bevorzugt als Hohlkreiszylin- der ausgestaltet. Die Magnete sind bei der stirnseitigen und koaxialen Anord- nung vorzugsweise gegengepolt zueinander ausgeführt. Besonders bevorzugt ist es, dass das zweite Element exakt zwei Magnete aufweist. In bevorzugter Ausführung sind die beiden Magnete des zweiten Elements einstückig ausge- führt. Bei der einstückigen Ausführung ist es besonders bevorzugt, dass die bei- den Magnete aus einer, vorzugsweise einzigen, Spule gebildet werden, wobei die Spule, insbesondere mittig, einen Wechsel der Wicklungsrichtung aufweist. Hierbei ist es bevorzugt, dass demnach der eine Magnet einseitig des Wicklungs- richtungswechsels und der andere Magnet auf der anderen Seite des Wicklungs- richtungswechsels ist. Demnach liegen sich im Bereich des Wicklungsrichtungs- wechsels bevorzugt zwei identische Pole, also zwei Nordpole oder zwei Südpole, der beiden Magnete gegenüber.
Insbesondere weist der erfindungsgemäße elektromagnetische Linearaktuator mindestens ein Abschlusselement einseitig, vorzugsweise im äußeren Ab- schlussbereich des Linearaktuators auf. Besonders bevorzugt ist, dass der er- findungsgemäße elektromagnetische Linearaktuator jeweils mindestens ein Ab- schlusselement beidseitig des elektromagnetischen Linearaktuators aufweist. Das mindestens eine Abschlusselement befindet sich insbesondere angeordnet am äußeren Endbereich des zweiten Elements. Bei der Anordnung am äußeren Endbereich des zweiten Elements ist es bevorzugt, dass das Abschlusselement stirnseitig des zweiten Elements angeordnet ist.
Das mindestens eine Abschlusselement weist bevorzugt mindestens einen Mag- net auf. Der Magnet ist hierbei vorzugsweise axialmagnetisiert und die Magne- tisierungsrichtung liegt insbesondere parallel, besonders bevorzugt ineinander, zu den Magnetisierungsrichtungen des Oszillators und/oder des Stators. Der mindestens eine Magnet des mindestens einen Abschlusselements ist bevorzugt als Elektromagnet ausgeführt.
Bei der Ausführung des mindestens einen Abschlusselements mit mindestens einem Magnet ist es bevorzugt, dass dieser Magnet jeweils gleichgepolt oder gegengepolt zu dem Pol des Elements, insbesondere des zweiten Elements, an dem dieses Abschlusselement angeordnet ist. Liegt somit beispielsweise das Ab- schlusselement an dem zweiten Element, vorzugsweise ausgeführt als Stator an, so liegen sich zwei identische entgegengesetzte Pole des Abschlusselements und des zweiten Elements gegenüber.
Handelt es sich bei dem mindestens einem Magnet des mindestens einen Ab- schlusselements um einen Elektromagnet, so ist es bevorzugt, dass der Elekt- romagnet eine derartig alternierende Polarität aufweist, dass die Änderung der Polarität jeweils synchron zu der Änderung des Elements ist, an dem das Ab- schlusselement angeordnet ist. Ist hiernach beispielsweise ein Abschlussele- ment an dem zweiten Element angeordnet, wobei es sich bei dem zweiten Ele- ment um den Stator handelt und wechselt der Stator seine Polarität, so wechselt synchron hierzu der mindestens eine Magnet des entsprechenden Abschlussele- ments ebenfalls seine Polarität, so dass hierbei bevorzugt ein gegengepolter oder gleichgepolter Zustand des Abschlusselements zu dem, dem Abschlussele- ment zugeordneten, Element bestehen bleibt. Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Abschlusselement als Deckel oder als Hohlzylinder ausgebildet ist. Das Abschlusselement ist hierbei insbesondere einstückig mit dem Element ausgebildet, an dem dieses Abschlusselement an- geordnet ist. Handelt es sich bei dem Abschlusselement um einen Deckel, der beispielsweise an dem zweiten Element angeordnet ist, welches als Hohlzylinder ausgeformt ist, so ist es bevorzugt, dass der Deckel den Hohlzylinder ver- schließt. Bei einer einstückigen Ausgestaltung von Deckel und Hohlzylinder bi I- den Deckel und Hohlzylinder bevorzugt eine Art Topfform. Entspricht das zweite Element dem Stator in Spulenform, so ist hierdurch insbesondere eine Art Topf- Spule gebildet. Bei einer bevorzugten Ausbildung des elektromagnetischen Li- nearaktuators, bei dem das zweite Element, ausgebildet als Stator, zwei Spulen aufweist, die koaxial und stirnseitig zueinander angeordnet sind, so ist an den beiden offenen Spulenseiten jeweils ein Deckel angeordnet, so dass zwei Topf- zylinder entstehen, die mit ihren offenen Seiten zueinander zugeordnet sind. Handelt es sich bei dem mindestens einen Abschlusselement um einen Hohlzy- linder, so liegt dieser vorzugsweise stirnseitig und koaxial an dem Element an, an dem dieses Abschlusselement angeordnet ist. Handelt es sich bei diesem Element um einen Hohlzylinder, so wird eine Art verlängerter Hohlzylinder, mit oder ohne Unterbrechung dazwischen, erzeugt, wobei die beiden Hohlzylinder vorzugsweise den gleichen Durchmesser aufweisen. Bei der Ausgestaltung des Abschlusselements als Deckel an einem Hohlzylinder, kann ein sich innerhalb des Hohlzylinders befindliches Objekt, beispielsweise der Oszillator, den Deckel nicht durchdringen und somit den Hohlzylinder diesseitig nicht verlassen. Bei einer Ausgestaltung des Abschlusselements als Hohlzylinders hingegen kann ein innerhalb des Hohlzylinders angeordnetes Objekt, beispielsweise der Oszillator, zumindest teilweise in den Hohlzylinder des Abschlusselements eindringen und somit zumindest teilweise das diesem Abschlusselement zugeordnete Element verlassen. Es ist auch eine Kombination aus Deckel und Hohlzylinder möglich, so dass insbesondere einseitig ein Deckel und anderseitig ein Hohlzylinder an- geordnet ist. Bevorzugt ist es, dass das mindestens eine Abschlusselement zu- mindest teilweise einen geringeren Umfang als das Element aufweist, an dem dieses Abschlusselement angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist das min- destens eine Abschlusselement einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei es be- vorzugt ist, dass der Längsbalken (| ) der T-Form mit dem Element, vorzugs- weise einstückig, verbunden ist, an dem dieses Abschlusselement angeordnet ist. Demnach ist es bevorzugt, dass der Querbalken ( ) der T-Form von dem Element, an dem dieses Abschlusselement angeordnet ist, über den Längsbal- ken beabstandet ist. In bevorzugter Ausführung ist der Magnet des mindestens eine Abschlusselement als Spule ausgeführt, die um den Längsbalken der T- form gewickelt ist.
Es ist bevorzugt, dass die Magnete des mindestens eine Abschlusselement sowie des zweiten Elements einstückig ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist es, dass die Magnete durch eine, insbesondere einzige Spule gebildet sind.
Bei geringerem Durchmesser einer Spule lassen sich bei gleicher Drahtlänge (gleichem Widerstand) mehr Windungen realisieren und somit die Feldstärke steigern. Da allerdings die Spule den Oszillator, insbesondere mit Permanent- magneten, umfasst, lässt sich dies nur an den Endbereichen des Stators reali- sieren. Andererseits nimmt die Feldstärke mit zunehmendem Abstand erheblich ab. Somit ist eine Umsetzung des Linearaktuators mit magnetischem Stator in Hohlzylinderform und mit Abschlusselement vorteilhaft, bspw. gegenüber einer Umsetzung mit magnetischem Stator lediglich mit Abschlusselement.
Es ist bevorzugt, dass der erfindungsgemäße elektromagnetische Linearaktua- tor eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Schwingungsdämpfung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element aufweist. Beispielsweise kann hierdurch einerseits lediglich eine Dämpfung der Bewegung des ersten Elements relativ zum zweiten Element, beispielsweise ab einem gewissen Bewegungsra- dius des ersten Elements relativ zum zweiten Element, erfolgen. Andererseits ist es hierdurch auch möglich, dass die Bewegungsfreiheit des ersten Elements relativ zum zweiten Element eingeschränkt ist. Bevorzugt ist es, dass die Schwingungsdämpfungsvorrichtung einstückig mit dem zweiten Element ausge- bildet ist.
Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Schwingungsdämpfer einseitig, vorzugsweise jeweils mindestens einen Schwin- gungsdämpfer beidseitig, zwischen dem ersten und dem zweiten Element auf. Die einseitige bzw. beidseitige Anordnung meint hierbei die äußeren Bereiche der Elemente. Weist das zweite Element, bei dem es sich insbesondere um den Stator handelt, beispielsweise im Wesentlichen eine Hohlzylinderform auf und ist das erste Element, bei dem es sich vorzugsweise um den Oszillator, insbe- sondere in Form eines Zylinders, handelt, innerhalb des Hohlzylinders angeord- net, so befindet sich zumindest ein Schwingungsdämpfer im Bereich einer Grundfläche des Hohlzylinders, wobei der Schwingungsdämpfer dämpfend auf den Zylinder einwirkt. Bei dem vorstehend genannten Beispiel ist es bevorzugt, dass der Hohlzylinder an den beiden Grundflächen jeweils mindestens einen Schwingungsdämpfer aufweist, die auf den Zylinder einwirken und folglich den Zylinder dämpfend innerhalb des Hohlzylinders halten.
Bevorzugt handelt es sich bei zumindest einem der Schwingungsdämpfer um eine Feder, insbesondere ausgeführt als Schraubenfeder, oder einen Mag- netdämpfer oder einen Gasdruckdämpfer oder einen Hydraulikdämpfer oder ein, insbesondere elastisches, Prallelement. Weist der elektromagnetische Linearak- tuator mehrere Schwingungsdämpfer auf, so ist jegliche Kombination der Schwingungsdämpferarten möglich. Handelt es sich bei dem Schwingungs- dämpfer um einen Gasdruckdämpfer, so kann dieser einen Membran aufweisen, innerhalb der das zur Dämpfung verwendete Gas angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Gasdruckdämpfer Ventile, insbesondere regelbare Ventile, aufweisen. Bevorzugt ist es, dass der erfindungsgemäße elektromagnetische Linearaktua- tor eine, vorzugsweise mit dem ersten Element verbundene, Schubstangenvor- richtung zur Übertragung einer Kraft von dem elektromagnetischen Linearaktu- ator an die Umgebung aufweist. Die Schubstangenvorrichtung besteht hierbei zumindest aus einer Schubstange, insbesondere zwei Schubstangen. Die Schubstangenvorrichtung kann beispielsweise zur Dämpfung mit außerhalb des elektromagnetischen Linearaktuators angeordneten Dämpfungselementen zu- sammenwirken oder wird zur Übertragung einer mechanischen Kraft an die Um gebung des elektromagnetischen Linearaktuators dienen.
Insbesondere weist das erste und/oder das zweite Element des erfindungsge- mäßen elektromagnetischen Linearaktuators mindesten einen Eisenkern und/o- der mindestens einen Eisenmantel auf. Beispielsweise ist es hierbei möglich, bei der Ausgestaltung des ersten Elements als Oszillator in Form einer oder mehre- rer permanenter Stabmagnete, dass der Stabmagnet mittig einen Eisenkern aufweist oder sich zwischen zwei, beispielsweise gegengepolten, Stabmagneten ein Eisenkern befindet. Andererseits ist es, im Rahmen des Eisenmantels mög- lich, dass der Stabmagnet beidseitig Eisenelemente, zum Beispiel in Form von Verblendungen, aufweist.
Bevorzugt ist es, dass entweder das erste Element oder das zweite Element zumindest zwei in Reihe angeordnete gegengepolte Magnete aufweist. Folglich liegen sich bei den zumindest zwei Magneten zwei identische Pole gegenüber. In bevorzugter Ausführung ist der erfindungsgemäße elektromagnetische Line- araktuator hierbei derart ausgestaltet, dass falls das erste Element zumindest zwei in Reihe angeordnete gegengepolte Magnete aufweist, dass dann das zweite Element keine in Reihe angeordneten gegengepolte Magnete aufweist; und umgekehrt. Ist die Ausführung des erfindungsgemäßen elektromagneti- schen Linearaktuators beispielsweise derart, dass das zweite Element zwei Spu- len aufweist, die koaxial zueinander angeordnet liegen, so liegen sich zwei Nord- pole oder zwei Südpole gegenüber. Sind gemäß des vorstehenden Beispiels mehr als zwei Spulen, beispielsweise drei Spulen, vorhanden, so liegen sich an den Punkten an denen die Spulen sich gegenüber liegen jeweils zwei Nordpole oder zwei Südpole gegenüber.
Es ist bevorzugt, dass entweder der Stator beidseitig außen zwei identische Starterpole aufweist, oder der Oszillator beidseitig außen zwei identische Oszil- latorpole aufweist. Bei der Ausführung, bei der der Stator beidseitig außen zwei identische Starterpole aufweist, ist es bevorzugt, dass der Stator mittig insge- samt einen singulären Pol, beispielsweise aufgrund zwei sich dort gegenüberlie- genden identischen Polen, aufweist. Bei der Ausführung, bei der der Oszillator beidseitig außen zwei identische Oszillatorpole aufweist, ist dies entsprechend umgekehrt. Weitergehend ist es bevorzugt, dass wenn der Stator beidseitig au- ßen zwei identische Starterpole aufweist, dass diesen identischen Starterpolen jeweils ein identischer und ein umgekehrter Oszillatorpol gegenüberstehen. Er- neut ist dies bei der Ausführung, bei der der Oszillator beidseitig außen zwei identische Oszillatorpole aufweist entsprechend ausgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Be- wegung handelt es sich insbesondere um ein Verfahren zur Erzeugung einer Vibration. Die Ausführung des Verfahrens erfolgt mittels eines Aktuators. Dieser Aktuator weist ein erstes und ein zweites Element auf, wobei es sich bei dem einen, insbesondere dem ersten, Element um einen magnetischen Oszillator mit zumindest einem Magneten, und bei dem anderen, insbesondere bei dem zwei- ten, Element um einen magnetischen Stator mit zumindest einem Magneten handelt. Weitergehend ist der Aktuator derart ausgeführt, dass die Magnetisie- rungsrichtung des Oszillators und des Stators parallel sind und vorzugsweise ineinander liegen. Das Verfahren weist den Schritt des Magnetisierens auf, wo bei entweder der Stator derart magnetisiert wird, dass der Stator zwei sich ge- genüberliegende identische Starterpole aufweist, oder dass der Oszillator derart magnetisiert wird, dass der Oszillator zwei sich gegenüberliegende identische Oszillatorpole aufweist. Der Schritt des Magnetisierens erfolgt vorzugsweise mit- tels Stromeinleitung in den mindestens einen Magnet des Oszillators bzw. in den mindestens einen Magnet des Stators, wobei es sich bei diesen Magneten ins- besondere um Elektromagneten handelt. Die Stromeinleitung erfolgt bevorzugt mittels Stromquelle und/oder Steuereinrichtung. Auch ist es möglich, dass der- jenige von Stator oder Oszillator, der nicht derart magnetisiert wurde, dass er zwei sich gegenüberliegende identische Pole aufweist, ebenfalls magnetisiert wird. Hierbei ist dann allerdings eine derartige Magnetisierung bevorzugt, dass sich gegenüberliegende unterschiedliche Pole oder einseitig ein Nordpol und an der anderen Seite ein Südpol ergibt.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren eine Magnetisierungsände- rung entweder des Oszillators derart, dass eine Umkehr der Oszillatorpole er- folgt, oder des Stators derart, dass eine Umkehr der Statorpole erfolgt. Insbe- sondere ausgehend von der Ruhestellung zwischen Oszillator und Stator kann aufgrund dieser Magnetisierungsänderung eine Relativbewegung zwischen Os- zillator und Stator, aufgrund der sich ändernden magnetischen Anziehung, er- folgen. Bevorzugt ist es, dass die Magnetisierungsänderung andauernd bzw. fortlaufend erfolgt, sodass eine andauernde bzw. fortlaufende Oszillation von Oszillator relativ zu Stator erfolgt.
In bevorzugter Ausführungsform weist der für das Verfahren verwendete Aktu- ator ferner jeweils ein insbesondere koaxial zum zweiten Element angeordnetes, Abschlusselement zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig des zweiten Ele- ments mit mindestens einem, insbesondere axial magnetisierten Magneten auf. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt hierbei vorzugsweise der weitere Schritt der Magnetisierung dieses mindestens einen Magneten des Ab- schlusselements derart, dass sich entweder identische oder entgegengesetzte Pole des Abschlusselements und des zweiten Elements gegenüberstehend erge- ben. Somit erfolgt eine Gleichpolung oder eine Gegenpolung des Abschlussele- ments bzgl. des gegenüberstehenden zweiten Elements. Bei dem mindestens einen Magneten des mindestens einen Abschlusselementes handelt es sich hier- bei bevorzugt um einen Elektromagneten, insbesondere eine Spule.
Es ist bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines vorste- henden elektromagnetischen Linearaktuators durchgeführt wird.
Ein Wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, insbesondere der Ausfüh- rungsform mit mindestens einem Abschlusselement, vorzugsweise ausgeführt als Deckel liegt darin, dass ein sehr starker Aktuator vorliegt, somit also bei- spielsweise intensive Vibrationen erzeugt werden können.
Weitergehend ermöglich der erfindungsgemäße Aktuator ein realistisches Klick- Empfinden insbesondere bei unbewegten, kapazitiven Bedienoberflächen. Somit kann bspw. ein Schalterverhalten, bzw. das Feedback eines Schalters oder der- gleichen an einen Benutzer, mittels des erfindungsgemäßen Aktuators an Ober- flächen, oder ähnlichem imitiert werden.
Ein zusätzlicher Aspekt der Erfindung liegt in einem Bedienelement mit einem erfindungsgemäßen Aktuator gemäß der vorstehenden Beschreibung. Hiermit können haptische und/oder akustische Signale, die der erfindungsgemäße Ak- tuator mittels mechanischer Bewegung, vorzugsweise Vibration, insbesondere auf die Oberfläche des Bedienelements überträgt, an einen das Bedienelement bedienenden Benutzer abgegeben werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Fahrradgriff oder einer Lenk- stange eines Fahrrads, mit einem erfindungsgemäßen Aktuator gemäß der vor- stehenden Beschreibung. Derart lassen sich beispielsweise haptische Informati- onen bspw. von Navigationsgeräten oder ähnlichem an den Fahrradfahrer über- mitteln. Darüber hinaus besteht ein weiterer Aspekt der Erfindung in einem Sitzmöbel, insbesondere einem Gaming-Stuhl, mit einem erfindungsgemäßen Aktuator ge- mäß der vorstehenden Beschreibung. Somit kann aufgrund von haptischen Sig- nalen an einen auf dem Sitzmöbel sitzenden Benutzer, vorzugsweise bei Com- puterspielen bspw. bei Schüssen, Explosionen, etc., der Immersionsgrad, ins- besondere im Rahmen von virtueller Realität gesteigert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme der anliegenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Solenoid-Aktuators des Standes der Technik,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen elektromagnetischen Linearaktuators,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht des elektromagnetischen Linea- raktuators aus Figur 2,
Figur 4 schematische Schnittansichten des elektromagnetischen Aktuators aus Figur 2 in Bewegung,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearaktuators,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht des elektromagnetischen Linea- raktuators aus Figur 5,
Figuren 7a bis 7g schematische Schnittansichten weiterer Ausführungsformen des elektromagnetischen Linearaktuators, Figuren 8a bis 8d schematische Schnittansichten weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearaktua- tors,
Figuren 9a bis 9d verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearaktuators
Figuren 10a und 10b verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearak- tuators, und
Figuren 11a und 11b verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearak- tuators.
Identische Elemente werden in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert. Zur Übersichtlichkeit sind, insbesondere bei bereits vorhergehend identifizierte Elemente, nicht in allen Figuren Bezugszeichen vorgesehen. Treten identische Elemente mehrfach in einer durch eine Figur dargestellten Ausfüh- rungsform auf, beispielsweise weil ein Bauteil mehrfach vorhanden ist, so wird zwischen derartigen Elementen mittels Apostrophen unterschieden.
Der Solenoid-Aktuator 100 des Standes der Technik aus Figur 1 wurde bereits eingangs diskutiert.
Der in Figur 2 dargestellte elektromagnetische Linearaktuator 1 weist einen Os- zillator 10 mit einem Permanentmagneten 12 auf. Der Oszillator 10 entspricht hierbei dem ersten Element des elektromagnetischen Linearaktuators 1. Der Permanentmagnet 12 weist eine Vollzylinderform, mit einem Kreis als Grundflä- che, auf. An der einen Oszillatorseite 18 befindet sich der Oszillatorpol 14, wobei es sich hierbei um einen Südpol (S) handelt. Auf der anderen Oszillatorseite 20 befindet sich dementsprechend der andere Oszillatorpol 16, ausgeführt als Nordpol (N). Von der Oszillatormitte 22 geht aufgrund der Ausführung des Per- manentmagneten 12 keine magnetische Anziehungskraft aus.
Der Oszillator 10 ist linear beweglich innerhalb des Stators 40, der das zweite Element darstellt, angeordnet. Die lineare Beweglichkeit ist mit Pfeil 60 darge- stellt. Der Stator 40 besteht aus zwei hohlzylinderförmigen Elektromagneten 42', 42", die insbesondere als Spule ausgebildet sind. In dargestellter Ausfüh- rungsform ist der Elektromagnet 42' derart, beispielsweise mittels nicht darge- stellter Stromquellen und/oder Steuereinheiten, magnetisiert, dass dieser ein auf der links dargestellten Seite einen Nordpol 44' und auf der rechten Seiten einen Südpol 46' aufweist. Koaxial und stirnseitig liegt dem Elektromagnet 42' der Elektromagnet 42" gegenüber. Der Elektromagnet 42" ist derart magneti- siert, dass dieser auf der linken Seite einen Südpol 44" und auf der rechten Seite einen Nordpol 46" aufweist. Aufgrund dieser Anordnung der Elektromag- neten 42', 42" weist der Stator 40 in der Mitte zwei sich gegenüberliegende identische Statorpole 46', 44" auf, die jeweils ein Südpol sind. Demnach verfügt der Stator 40 in der Mitte 52 über einen virtuellen Statorpol in Form eines Süd- pols. Kommt es zu einer Änderung der Magnetisierung der beiden Elektromag- nete 42', 42", sodass Nord- und Südpol jeweils ihre Position tauschen, erfolgt aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen Stator 40 und Oszillator 10 eine lineare Relativbewegung entlang der Bewegungsrichtung 60. Bei einer andauernden bzw. fortlaufenden Magnetisierungsänderung der Elektromagnete 42', 42" kommt es zu einer andauernden Oszillation, somit also zu einer andau- ernden Hin- und Herbewegung, relativ zwischen Oszillator 10 und Stator 40. Hierdurch wird eine mechanische Bewegung ausgelöst, die beispielsweise einer Vibration entsprechen kann. Figur 3 zeigt den elektromagnetischen Linearaktuator 1 aus Figur 2 in schema- tischer Schnittansicht. Zu sehen ist hierbei schematisch die Spule 43' des Elekt- romagneten 42' und die Spule 43" des Elektromagneten 42".
Figur 4 zeigt drei Zustände des elektromagnetischen Linearaktuators aus Figur 2.
I. (Figur 4) zeigt den Ausgangszustand. Im Ausgangszustand weisen die Elekt- romagnete 42', 42" keine Magnetisierung auf, da sie beispielsweise nicht strom- durchflossen sind. Der Oszillator 10 mit Permanentmagnet 12 befindet sich demnach in der Ausgangslage, mittig innerhalb des Stators 40.
II. (Figur 4) zeigt einen Magnetisierungszustand der Elektromagnete 42', 42", der dem Zustand aus Figur 2 entspricht. Aufgrund der magnetischen Anzie- hungskraft bewegt sich der Oszillator 10 mit Permanentmagnet 12 linear ent- lang der Bewegungsrichtung 62, in dargestellter Form nach links.
Im Magnetisierungszustand III. (Figur 4) ist eine Magnetisierungsänderung der Elektromagnete 42', 42" erfolgt, sodass Nordpol und Südpol jeweils ihre Position gewechselt haben. Diese Änderung führt dazu, dass der Oszillator 10 mit Per- manentmagnet 12 ausgehend von der Position II. einer Linearbewegung entlang der Bewegungsrichtung 64, dargestellt nach rechts, vollzieht. Ein andauernder Wechsel zwischen dem Zustand II. und dem Zustand III. führt zu einer fortlau- fenden Oszillation des Oszillators 10 innerhalb des Stators 40, sodass es zu einer mechanischen Bewegung kommt und derart beispielsweise eine Vibration er- zeugt wird.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektro- magnetischen Linearaktuators, wobei diese Ausführungsform im Wesentlichen der Ausführungsform aus Figur 2 entspricht. Im Gegensatz zu der Ausführungs- form aus Figur 2 weist der elektromagnetische Linearaktuator 1 aus Figur 5 zwei Abschlusselemente 70, 72 auf. Das Abschlusselement 70 ist hierbei als Deckel ausgeführt und, vorzugsweise einstückig, mit dem Elektromagnet 42' auf der links dargestellten Seite verbunden. Elektromagnet 42' und Deckel 70 bilden demnach einen Spulen-Topf. In entsprechender Weise ist das Abschlusselement 72 mit Elektromagnet 42" ausgeführt. Wie in Figur 6 zu sehen, weist das Ab- schlusselement 70 einen Elektromagnet 71, ausgeführt als Spule, auf. Der Elektromagnet 71 ist derart magnetisiert, dass das Abschlusselement 70 links- seitig dargestellt einen Südpol 74 und rechtseitig dargestellt einen Nordpol 76 aufweist. Demnach ist das Abschlusselement 70 gleichgepolt zu dem Elektro- magnet 42', sodass sich der Nordpol 76 des Abschlusselements 70 gegenüber- liegend dem Südpol 44' des Elektromagneten 42' befindet. Aufgrund der vor- handenen Magnetisierung des elektromagnetischen Linearaktuators 1 weist die- ser linksseitig (sowie rechtseitig) einen virtuellen Südpol 78 auf. Kommt es zu einer Änderung der Magnetisierung der Elektromagnete 42', 42" (in Anlehnung an Figur 4), so erfolgt synchron eine Magnetisierungsänderung der Elektromag- nete 71, 73, sodass die Pole 74, 76, 44', 46', 44", 46", 74', 76' jeweils den umgekehrten Pol aufweisen.
Hier und auch bei anderen Ausführungsformen mit mindestens einem Abschlus- selement ist neben der synchronen Magnetisierungsänderung auch lediglich eine Magnetisierungsänderung der Elektromagnete 71, 73 der Abschlusselemente 70, 72 oder der Elektromagnete 42', 42" insbesondere in Hohlzylinderform mög- lich.
Die Ausführungsform aus Figur 7a entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 6 (und Figur 5). Im Unterschied zu der Ausführungsform aus Figur 6 weist die Ausführungsform aus Figur 7a jedoch ein Abschlusselement 70 mit Elektromagnet 71 auf, wobei das Abschlusselement 70 gegengepolt zu dem Elektromagnet 42' ist. Somit liegen sich bzgl. Abschlusselement 70 und Elekt- romagnet 42' zwei identische Pole, nämlich Südpol 76 des Abschlusselements 70 und Südpol 44' des Elektromagneten 42' gegenüber. Aufgrund der Magneti- sierung des elektromagnetischen Linearaktuators 1 aus Figur 7a verfügt dieser linksseitig (und rechtsseitig) über einen virtuellen Nordpol 78. Weitergehend befindet sich zwischen dem Abschlusselement 70 und dem Elektromagnet 42' (sowie dem Abschlusselement 72 und dem Elektromagnet 42") ein virtueller Südpol 79.
Die Ausführungsform aus Figur 7a unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 6 im Endeffekt insbesondere aufgrund der wirkenden innenliegenden virtuellen Pole bei den Abschlusselementen, wobei es sich dargestellt um Süd- pole handelt. Dies führt in der Ausführungsform aus Figur 7a zu einer etwas geringeren Effektstärke, verglichen mit der Ausführungsform von Figur 6. Bei maximaler Auslenkung des Oszillators 10 kann dies jedoch von Vorteil sein, wenn bspw. die maximale Auslenkung nicht erreicht werden kann, z.B. aufgrund mindestens eines Dämpfers (siehe Figuren 8a - 8c).
Die Ausführungsform aus Figur 7b entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 7a. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 7a ist das Abschlusselement 70 aus Figur 7b nicht als Deckel, sondern als Hohlzylinder 70 mit Spule 71 ausgeführt. Bei einer Relativbewegung zwischen Oszillator 10 und Stator 40 kann sich folglich der Oszillator 10 aus dem Stator 40, zumindest teilweise, herausbewegen und in das Abschlusselement 70 eindringen.
Die Effektstärke der Varianten mit mindestens einem Abschlusselement 70 in Hohlzylinderform (bspw. Figur 7b) ist wesentlich geringer als Ausführungen mit Abschlusselement in Deckelform (bspw. Figur 7a). Die Bauform ermöglicht jedoch eine sehr einfache Montage durch die offene Ausgestaltung sowie ins- besondere aufgrund eines gleichbleibenden Innendurchmessers. Zusätzlich wird ein weiches Ausschwingen des Oszillators 10 ohne zusätzliche Dämpfung ermöglicht. Die Ausführungsform aus Figur 7c entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 6 (und Figur 5). Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 6 weist der Oszillator 10 nicht nur einen Permanentmagnet 12, sondern zwei Permanentmagnete 12', 12" auf. Zwischen den beiden Permanentmagneten 12' und 12" ist zur Optimierung der Magnetkraft ein Eisenkern 30 angeordnet.
Die Ausführungsform aus Figur 7d entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 6 (und Figur 5). Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 6 weist der Permanentmagnet 12 aus Figur 7d, der insbesondere weniger breit ausgeführt ist, einen Eisenmantel, in Form von zwei Eisenmantelelementen 32', 32" beidseitig auf. Hierdurch lässt sich die Magnetisierung optimieren.
Die Ferritkerne (bspw. aus Fig. 7c und Fig. 7d) ermöglichen insbesondere die Verwirklichung von kostengünstigen Schwungmassen.
Die Ausführungsform aus Figur 7e weist drei koaxial in Reihe angeordnete Elekt- romagnete 42', 42'" auf, wobei der Elektromagnet 42' gegengepolt zu dem Elektromagnet 42" und der Elektromagnet 42" gegengepolt zu dem Elektro- magnet 42'" ausgeführt ist. Zwischen dem Elektromagnet 42' und dem Elektro- magnet 42" stehen sich die identischen Statorpole 46', 44" gegenüber, wobei es sich jeweils um Nordpole handelt. Bezüglich der Elektromagnete 42", 42" handelt es sich bei den identischen gegenüberliegenden Statorpolen 46", 44'" um Südpole. Demnach existiert zwischen den Elektromagneten 42', 42" ein vir- tueller Nordpol an der Stelle 52' und zwischen dem Elektromagneten 42", 42'" ein virtueller Südpol an der Stelle 52". Der Oszillator 10 weist zwei gegengepolte Permanente 12', 12" auf, die vorzugsweise aneinander fixiert sind. Zwischen den Permanentmagneten 12', 12" liegen sich in dargestellter Ausführungsform folglich zwei Nordpole an den Oszillatorpolen 20', 18" gegenüber, wodurch ein virtueller Oszillatorpol ausgeführt als Nordpol an der Stelle 22 existiert. Die Ausführungsform aus Figur 7f entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 7e. Im Unterschied zu der Ausführungsform aus Figur 7e weist die Ausführungsform aus Figur 7f einen Eisenkern 30 zwischen den beiden Per- manentmagneten 12', 12", zur Anpassung der Magnetisierung, auf.
Die Ausführungsform aus Figur 7g entspricht im Wesentlichen der Ausführungs- form aus Figur 3 (und Figur 2). Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 3 weist der Oszillator 10 aus Figur 7g einen Permanentmagnet 12 auf, dessen Breite größer ist als die Breite des Stators 40, bzw. des Außenabstands der Elektromagnete 42', 42". Demnach steht der Oszillator 10 beidseitig aus dem Stator 40 heraus.
In der Ausführungsform aus Figur 8a weist der elektromagnetische Linearaktu- ator 1 eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung bestehend aus zwei Schwin- gungsdämpfern 80', 80" auf. Hierbei handelt es sich in dargestellter Ausfüh- rungsform um zwei Federelemente 80', 80", die die Bewegung des Oszillators 10 relativ zum Stator 40 dämpfen. Möglich ist es, dass der Schwingungsdämpfer 80' (und/oder der Schwingungsdämpfer 80") an dem Abschlusselement 70 (72) und/oder dem Oszillator 10 und/oder dem Stator 40 angebracht, insbesondere befestigt, ist. Auch ist es möglich, dass der Schwingungsdämpfer 80' (und der Schwingungsdämpfer 80") lediglich, beispielsweise lose, zwischen Abschlussele- ment 70 (72) und Oszillator 10 angeordnet ist. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Schwingungsdämpfer 80' (und der Schwingungsdämpfer 80") einen Abstand zum Abschlusselement 70 (72) und/oder zum Oszillator aufweist. Es ist auch möglich, dass lediglich einseitig ein Schwingungsdämpfer angeordnet ist. Diese Möglichkeit der lediglich einseitigen Anordnung gilt ebenfalls für die Aus- führungsformen aus den Figuren 8b und 8c.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 8a weist die Ausführungsform aus Figur 8b keine Federn als Schwingungsdämpfer, sondern Magnetdämpfer 80', 80" in den Abschlusselementen 70', 72 auf. Im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten 12 des Oszillators 10 sorgen die Mag- netdämpfer 80', 80" für eine Dämpfung der Bewegung des Oszillators 10 relativ zum Stator 40.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 8b weist die Ausführungsform aus Figur 8c keine Magnetdämpfer, sondern Druckluftdämpfer 80', 80" auf. In dargestellter Ausführungsform weisen die Druckluftdämpfer 80', 80" Ventile 82', 82" sowie dem Oszillator 10 zugeordnete Membrane 84, 84" auf. Zwischen Ven- tile 82' und Membran 84' (sowie zwischen Ventil 82" und Membran 84") besteht beispielsweise Druckluft, die für eine Dämpfung der Bewegung des Oszillators 10 relativ zum Stator 40 sorgt. Die Ventile 82, 82" sind hierbei vorzugsweise einstellbar ausgeführt, sodass eine variable Dämpfung erfolgen kann.
Die Ausführungsform aus Figur 8d zeigt beidseitig des Oszillators 10 mit diesem verbundene Schubstangen 90', 90". Die Schubstange 90' erstreckt sich ausge- hend vom Oszillator 10 durch eine Öffnung des Abschlusselements 70. Die Schubstange 90" erstreckt sich ausgehend vom Oszillator 10 durch eine Öffnung des Abschlusselements 72. Derart ist es möglich, eine mechanische Bewegung des Oszillators 10 an die Umgebung des elektromagnetischen Linearaktuators zu übertragen. Hierdurch kann beispielsweise in der Umgebung eine Kraft von der Schubstange abgenommen werden und/oder mit Hilfe einer nicht darge- stellten Dämpfungsvorrichtung in der Umgebung des elektromagnetischen Li- nearaktuators eine Dämpfung vorgenommen werden. Möglich ist es, dass ledig- lich eine einzelne Schubstange 90', 90" vorgesehen ist.
Die Figuren 9a bis 9d zeigen weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfin- dungsgemäßen elektromagnetischen Linearaktuators 1. Im Gegensatz zu den Figuren 1 bis 8 weist der Linearaktuator der Figuren 9a bis 9d (sowie der Figuren 10a, 10b, 11a und 11b) keine, im Wesentlichen, Kreiszylinderform, sondern eine rechteckige Zylinderform auf. Demnach weist ebenfalls der Oszillator 10 sowie der Stator 40 im Wesentlichen eine rechteckige Hohlzylinderform auf. Figur 9a zeigt einen Stator 40, der im Wesentlichen aus zwei Elementen besteht, die im Wesentlichen hohle, rechteckige Halbzylinder 40', 40" sind. Die Halbzy- linder 40', 40" sind hierbei identisch ausgeführt. Jeder Halbzylinder 40', 40" weist im Wesentlichen zwei verschieden große rechteckige Schalenformen 98', 98" auf. An einem stirnseitigen Ende sind die Halbzylinder 40', 40" vorzugsweise offen, wobei sie am anderen stirnseitigen Ende vorzugsweise geschlossen sind. An diesem geschlossenen Ende sind die Halbzylinder 40', 40" jeweils mit einem Abschlusselement 70, 72, vorzugsweise einstückig, verbunden (siehe Figur 9d bei I). Das Abschlusselement 70 (sowie das Abschlusselement 72) weisen hier- bei vorzugsweise einen Querschnitt mit T-Form auf. Der Längsbalken 96 der T- Form ist hierbei mit dem Halbzylinder 40" verbunden und weist am anderen Ende einen Querbalken 94 auf.
Zur Ausbildung des Linearaktuators werden die bei den Halbzylinder 40', 40", wie in Figur 9 angedeutet, miteinander durch steckendes Verbinden der ver- drehten Halbzylinder 40', 40" verbunden (siehe Figur 9c).
Im inneren Hohlraum des Stators 40 ist der Oszillator 10 linear beweglich an- geordnet. Insbesondere zur Minimierung der Reibung sowie zur Ermöglichung von Luftzirkulation im Inneren weist der Stator 40 an der inneren Mantelfläche ein Rippenprofil mit längsverlaufenden Rippen 92 auf. Auf diesen Rippen 92 kann der Oszillator 10 entlanggleiten.
Der Oszillator 10 weist einen Permanentmagnet 12 auf, besteht vorzugsweise daraus. Bei dem Permanentmagnet 12 handelt es sich insbesondere um einen linearmagnetisierten Permanentmagnet.
Figur 9b zeigt verschiedene Ansichten des Halbzylinders 40" mit darin angeord- netem Oszillator 10 aus Figur 9a. I zeigt eine Draufsicht. II zeigt eine Seitenansicht und III zeigt eine Rückansicht.
In I ist eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, bestehend aus zwei Schwin- gungsdämpfern 80', 80"' zu sehen, die einseitig des Halbzylinders 40", insbe- sondere einstückig, verbunden ist. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung be- findet sich insbesondere im Bereich des Abschlusselements 70. Die Schwin- gungsdämpfungsvorrichtung weist zwei flexible Arme 80', 80'" auf. Bei einer Bewegung des Oszillators 10 und einem Auftreffen des Oszillators 10 auf die flexiblen Arme 80', 80'" geben diese in Längsrichtung flexibel nach und dämpfen somit den Oszillator 10 und geben insbesondere einen Impuls an den Stator 40 ab. Mittels mehrerer Impulse ist es möglich eine Vibration mittels des Linearak- tuators 1 zu erzeugen. Aufgrund der identischen Ausgestaltung der Halbzylinder 40', 40" und dem entgegengesetzten Zusammenstecken weist der Stator 40 an beiden längsseitigen Enden Schwingungsdämpfer auf, sodass bei einem Hin- und Heroszillieren des Oszillators 10 innerhalb des Stators 40 beidseitig eine Dämpfung und/oder Impulsübertragung stattfindet.
Figur 9c zeigt eine Draufsicht auf den zusammengesetzten Linearaktuator 1 aus Figur 9a.
In Figur 9c sind schematisch Magnete 71, 73 der Abschlusselemente 70, 72 sowie Statormagnete 42', 42" dargestellt. Diese Magnete 71, 73, 42', 42" sind durch eine einzige Spule 43 ausgebildet und somit insbesondere einstückig.
Die Spule 43 ist hierbei über die Abschlusselemente 70, 72 sowie den Stator 40 gewickelt. Insbesondere beginnt die Spulenwicklung bei einem Abschlussele- ment 70 oder 72, verläuft über den Stator 40 und endet bei dem anderen Ab- schlusselement 70, 72. Mittels der X-Darstellung sowie der Punktdarstellung ist die Wicklungsrichtung der Spule 43 schematisch dargestellt. Im Bereich des (links dargestellten) Ab- schlusselements 70 sowie im Bereich der linken Hälfte des Stators 40 ist die Spule in gleicher Richtung gewickelt, sodass Magnet 71 des Abschlusselements 70 sowie Magnet 42' gleichgepolt sind. In der Mitte des Linearaktuators 1 bzw. des Stators 40 erfolgt ein Richtungswechsel der Wicklung der Spule 43 in Wick- lungsumkehr 45 (siehe auch Figur 9d). Dargestellt erfolgt der Wicklungswechsel zwischen den Streben 98', 98", wobei es bevorzugt ist, die Spule 43 hierbei um eine der Streben 98" zu knicken (siehe Figur 9d). Auf der rechten Hälfte des Linearaktuators erfolgt demnach eine entgegengesetzte Wicklung der Spule 43. Hierdurch ergibt sich, dass die beiden Magnete 42', 42" des Stators 40 gegen- gepolt zueinander sind. Ein beispielhafter erster Magnetisierungszustand der Spule 43 und somit der Magnete 71, 73, 42', 42" ist über die Buchstaben S, N, dargestellt.
Figur 9d zeigt eine weitere Darstellung des Linearaktuators 1 basierend auf Figur 9c (wobei jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen der Schwingungsdämpfer weg- gelassen wurde). Figur 9d zeigt schematisch die Wicklung der Spule 43 sowie den Wicklungsrichtungswechsel in Punkt 45 um die Strebe 98".
Vorteilhaft ist mit der Ausführung aus den Figuren 9a bis 9d eine Umsetzung der vier Magnete 71, 73, 42', 42" inklusive mittiger Gegenpolung mittels ledig- lich einer Spule 43 umgesetzt.
Die Figuren 10a und 10b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Linearaktuators 1, wobei die Ausführung im Wesentlichen der Ausfüh- rung aus den Figuren 9a bis 9d entspricht. Die Ausführungsformen unterschei- den sich hierbei insbesondere durch die Form des Oszillators 10 sowie des Sta- tors 40, wobei der Linearaktuator 1 aus den Figuren 9a bis 9d flacher als der aus den Figuren 10a bis lOd ist, bzw. eine geringere Höhe aufweist. Darüber hinaus unterscheiden sich die Ausführungsformen auch darin, dass einseitig le- diglich ein flexibler Arm 80' zur Schwingungsdämpfung, vorzugsweise einstü- ckig, mit dem Halbzylinder 40" ausgebildet ist.
Figur 10b zeigt folgende Ansichten :
I Draufsicht, II Seitenansicht, III Unteransicht, IV Frontansicht und V Rückan- sicht. In Figur 10b sind bevorzugte Maße dargestellt. Bei diesen Maßen handelt es sich jedoch lediglich um beispielhafte Maße, die auch (aus der Figur) entfernt werden können.
Die Figuren 11a und 11b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Linearaktuators 1. Diese Ausführungsform entspricht hierbei im We- sentlichen der Ausführungsform aus den Figuren 10a und 10b, wobei (erneut) eine andere Form bezüglich des Oszillators 10 sowie des Stators 40 vorliegt. Im Wesentlichen handelt es sich um eine quadratischere Form verglichen mit der Ausführung aus den Figuren 10a und 10b.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) mit einem ersten Element und einem zweiten Element, wobei es sich bei dem einen, insbesondere dem ersten, Element um einen magnetischen Oszillator (10) mit zumindest einem Magnet (12), und bei dem anderen, insbesondere dem zweiten, Element um einen magnetischen Stator (40) mit zumindest einem Magnet (42) handelt, wobei die beiden Elemente relativ linear zueinander beweglich sind, und wobei die Magnetisierungsrichtungen des Oszillators (10) und des Stators (40) parallel, vorzugsweise ineinander liegend, sind, dadurch gekennzeichnet , dass entweder der Stator (40) zwei sich gegenüberliegende identische Statorpole (44, 46) aufweist, oder der Oszillator (10) zwei sich gegenüberliegende identische Oszillatorpole (14, 16) aufweist.
2. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine, insbesondere andauernde, Änderung der Magnetisierung von Stator (10) oder Oszillator (40), zur Erzeugung der Relativbewegung zwi- schen Oszillator (10) und Stator (40).
3. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element, zumindest teilweise, innerhalb des zweiten Elements angeordnet ist.
4. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element im Wesentlichen zylin- derförmig, insbesondere kreiszylinderförmigen ist, wobei das erste Ele- ment vorzugsweise eine axiale Magnetisierung aufweist.
5. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element im Wesentlichen hohl- zylinderförmig, insbesondere hohlkreiszylinderförmigen oder hohlquader- förmig ist, wobei das zweite Element vorzugsweise eine axiale Magnetisie- rung aufweist.
6. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element zwei verbundene, vor- zugsweise gesteckte, Halbzylinder (40', 40") aufweist, insbesondere dar- aus besteht.
7. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei zumindest einem der Magnete (12, 42), insbesondere dem mindestens einem Oszillatormagnet (12), um einen Permanentmagnet, vorzugsweise in Form eines Stabmagneten, han- delt.
8. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei zumindest einem der Magnete (12, 42), insbesondere dem mindestens einem Statormagnet (42), um ei- nen Elektromagnet, vorzugsweise um eine Spule, handelt.
9. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element zumindest zwei stirn- seitig und koaxial zueinander angeordnete hohlzylinderförmige, insbeson- dere hohlkreiszylinderförmige, Magnete (12, 42) aufweist.
10. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens ein Abschlusselement (70, 72) einseitig, insbesondere jeweils mindestens ein Abschlusselement (70, 72) beidseitig, des zweiten Elements.
11. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mindestens eine Abschlusselement (70, 72) min- destens einen, vorzugsweise axial magnetisierten, Magnet (71, 73) auf- weist.
12. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (71, 73) des Abschlussele- ments (70, 72) jeweils gleichgepolt oder gegengepolt zu dem Pol (14, 16, 44, 46) des Elements ist, an dem dieses Abschlusselements (70, 72) an- geordnet ist.
13. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abschlusselement (70, 72) als Deckel oder als Hohlyzylinder ausgebildet ist, wobei das Ab- schlusselement (70, 72) insbesondere einstückig mit dem Element ausge- bildet ist, an dem dieses Abschlusselements (70, 72) angeordnet ist.
14. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Schwingungsdämpfung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Ele- ment.
15. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungsvorrichtung mindestens ei- nen Schwingungsdämpfer (80) einseitig, vorzugsweise jeweils mindestens einen Schwingungsdämpfer (80) beidseitig, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, aufweist.
16. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei zumindest einem der Schwin- gungsdämpfer (80) handelt um :
- eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, oder
- einen Magnetdämpfer, oder
- einen Gasdruckdämpfer, oder
- einen Hydraulikdämpfer, oder
- ein, insbesondere elastisches, Prallelement
17. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
16, gekennzeichnet durch eine, vorzugsweise mit dem ersten Element ver- bundene, Schubstangenvorrichtung (90) zur Übertragung einer Kraft von dem elektromagnetischen Linearaktuator an die Umgebung.
18. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element und/oder das zweite Element aufweist: mindestens einen Eisenkern (30) und/oder mindestens einen, zumindest teilweisen, Eisenmantel (32).
19. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
18, dadurch gekennzeichnet, dass entweder das erste Element oder das zweite Element zumindest zwei in Reihe angeordnete gegengepolte Mag- nete (12, 42) aufweist.
20. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (10) oder der Stator (40) eine, insbesondere einzige, Spule (43) mit Wicklungsrichtungswechsel, zur Erzeugung der zwei sich gegenüberliegende identische Statorpole (44, 46) oder der zwei sich gegenüberliegende identische Oszillatorpole (14, 16) aufweist.
21. Elektromagnetischer Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Stator (40) beidseitig au- ßen zwei identische Statorpole (44, 46) aufweist, oder der Oszillator (10) beidseitig außen zwei identische Oszillatorpole aufweist.
22. Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung, insbesondere ei- ner Vibration, mittels eines Aktuators (1), wobei der Aktuator aufweist: ein erstes Element und ein zweites Element, wobei es sich bei dem einen, insbesondere dem ersten, Element um einen magnetischen Oszillator (10) mit zumindest einem Magnet, und bei dem anderen, insbesondere dem zweiten, Element um einen magneti- schen Stator (40) mit zumindest einem Magnet handelt, wobei die Magnetisierungsrichtungen des Oszillators (10) und des Stators (40) parallel, vorzugsweise ineinander liegend, sind, gekennzeichnet durch entweder ein derartiges Magnetisieren des Stators (40), dass der Stator (40) zwei sich gegenüberliegend identische Statorpole (44, 46) aufweist, oder ein derartiges Magnetisieren des Oszillators (10), dass der Oszillator (10) zwei sich gegenüberliegend identische Oszillatorpole (14, 16) auf- weist.
23. Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine, insbesondere andauernde, Magnetisie- rungsänderung entweder des Oszillators (10) derart, dass eine Umkehr der Oszillatorpole (14, 16) erfolgt, oder des Stators (40) derart, dass eine Um- kehr der Statorpole (44, 46) erfolgt, zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Oszillator (10) und Stator (40).
24. Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) ferner jeweils ein, insbesondere koaxial zum zweiten Element angeordnetes, Abschlussele- ment (70, 72) zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig des zweiten Elements mit mindestens einem, insbesondere axial magnetisierten, Mag- neten (71, 73), aufweist, und dass jeweils dieser mindestens eine Magnet derart magnetisiert wird, dass sich identische oder entgegengesetzte Pole (74, 76) des Abschlusselements (70, 72) und des zweiten Elements ge- genüber stehen.
25. Verfahren zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) nach den Merkmalen einer der Ansprüche 1 bis 21 ausgestaltet ist.
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