JP2020511302A

JP2020511302A - 機械的フィードバックユニット用電磁アクチュエータ

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Publication number: JP2020511302A
Application number: JP2019548453A
Authority: JP
Inventors: フスト，ヴィンフリート
Original assignee: ベーア−ヘラーサーモコントロールゲーエムベーハー
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: ES2882288T3; KR20190126361A; EP3593228B1; CN110383216A; KR102604526B1; EP3593228A1; CN110383216B; WO2018162704A1; US20200083790A1; JP7049359B2

Abstract

車両部品用の操作装置の機械的フィードバックのアクチュエータとしての電磁アクチュエータ（１０）には、固定子（１２）、及び運動軸（３６）に沿って並進的に可動するトランスレータ（２４）が設けられ、トランスレータ（２４）は、固定子（１２）との間隔を保ったまま、静止位置と少なくとも一つの端位置、好ましくは静止位置を基準に静止位置から運動軸（３６）に沿って対向方向に配置される二つの端位置の一方との間で前後に可動する。また、アクチュエータ（１０）は、移動中のトランスレータ（２４）を並進的に誘導するためのガイド機構（４０）を有し、ガイド機構（４０）は、運動軸（３６）を横切って延伸する板バネ（３８）を少なくとも一つ有し、板バネ（３８）は、中央の取付部（４６）及び取付部（４６）の両側にそれぞれ固定部（４２）を有する。トランスレータ（２４）が板バネ（３８）の取付部（４６）と機械的に連結され、固定部（４２）が固定子（１２）と機械的に連結される、又は、固定子（１２）が板バネ（３８）の取付部（４６）と機械的に連結され、固定部（４２）がトランスレータ（２４）と機械的に連結される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両部品用の操作装置の機械的フィードバックユニットのアクチュエータとしての電磁アクチュエータに関する。また、本発明は、操作装置の機械的フィードバックユニットのアクチュエータとしての該電磁アクチュエータを有する車両部品用の操作装置に関する。

近年の、特に車両部品の操作装置の操作コンセプトは、タッチパネルとして実装され操作領域が表示される操作面を有する操作要素を含む。操作領域に触れることにより命令が入力され、このとき有効な入力操作が触覚的にフィードバックされ、認識される。触覚的フィードバックは、操作要素が瞬間的に機械的励起することより行われ、この目的で例えば電磁アクチュエータが用いられる。

このような電磁アクチュエータは、できる限り正確に誘導されるアクチュエータであることが求められる。

電磁アクチュエータは、一般的に、固定子及び固定子に対し運動軸に沿って並進的に可動するトランスレータを有する。ここで、トランスレータは固定子の部品の間に配置されるが、並進移動中は、これらの部品に対し一定の間隔を保つ必要がある。そのため、電磁アクチュエータは、通例、移動中のトランスレータを並進的に誘導するためのガイド機構を有する。

ここで、ガイド機構は、トランスレータを静止位置に戻す機能を有することもある。このような吸引コイルアクチュエータ型の電磁アクチュエータがＤＥ−Ａ−１０２０１５２２０４９４に記載されている。しかし、そこで使用される板バネによる機械的ガイドは、並進移動がさらに大きくなると、トランスレータが固定子と一定の間隔を保つことを保証できなくなる。

ＪＰ−Ａ−２０１７−０１８９５８からは、筐体内で分銅が電磁作用により前後に可動する振動アクチュエータが公知である。そのため、分銅は、振動軸における端部に、板バネで弾性的に取り付けられている。

ＥＰ−Ａ−３０７０５７８及びＥＰ−Ａ−１９３９０６１には、操作ユニット用の振動アクチュエータが記載されている。

本発明の課題は、車両部品用の操作装置の機械的フィードバックユニットのアクチュエータとして、改善されたガイドを有する電磁アクチュエータを提供することである。

この課題を解決するため、本発明は、
固定子と、
固定子との間隔を保ったまま、静止位置と少なくとも一つの端位置、好ましくは静止位置を基準に静止位置から運動軸に沿って対向方向に配置される二つの端位置の一方との間で前後に可動し、運動軸に沿って並進的に可動するトランスレータと、
移動中のトランスレータを並進的に誘導するためのガイド機構とを備え、
ガイド機構は、運動軸を横切って延伸する板バネを少なくとも一つ有し、当該板バネは、中央の取付部及び取付部の両側にそれぞれ固定部を有し、
トランスレータが板バネの取付部と機械的に連結され、固定部が固定子と機械的に連結されるか又は固定子が板バネの取付部と機械的に連結され、固定部がトランスレータと機械的に連結される、
電磁アクチュエータを提供する。

本発明の電磁アクチュエータは、固定子及び運動軸に沿って並進的に可動するトランスレータを有する。ここで、トランスレータは、運動軸に沿って直線的に、又は、曲線に沿って移動することもできる。確かなのは、トランスレータが並進的に可動するということである。移動中、トランスレータと固定子の間隔は一定に保たれる。トランスレータは、静止位置と少なくとも一つの端位置の間で、前後に移動することができる。好ましくは、トランスレータは、静止位置から相反する二方向へそれぞれの端位置に移動でき、そこから再び静止位置に戻される。

本発明によれば、移動中のトランスレータを並進的に誘導するため、運動軸を横切って延伸する板バネを少なくとも一つ有するガイド機構が設けられている。板バネは、中央の取付部及び取付部の両側にそれぞれ固定部を有し、二つの固定部は、板バネの両端に設けられていることが好ましい。ここで、本発明によれば、二つの固定部は、固定子と機械的に連結され、取付部は、トランスレータと機械的に連結される。又は、本発明によれば、板バネの二つの固定部は、トランスレータと機械的に連結され、取付部は、固定子と機械的に連結される。

このような二つの端部が固定子又はトランスレータと接続する板バネの配置により、確実にトランスレータを固定子に対して平行に誘導することができる。この誘導は、ガイド機構が、トランスレータの運動軸を横切り、それぞれ中央の取付部及び取付部の両側に配置される二つの固定部を有する二つの板バネを有すること、及び、二つの板バネが、トランスレータの運動軸の延伸方向から見て、互いに間隔を保って、特にトランスレータ又は固定子の両端に配置されることにより改善することができる。トランスレータ及び固定子を二つの板バネの間もしくは二つの板バネ上に配置することにより、トランスレータもしくは固定子が、移動中（特にトランスレータ及び／又は固定子ならびに一又は複数の板バネを、運動軸ついて対称に形成する場合）に回転モーメントの影響を受けることなく、確実に平行に誘導される。したがって、追加の機械的ガイド要素を省略することができる。トランスレータは、二つの板バネにのみ機械的に固定される。板バネは、トランスレータの移動中に固定子との距離が変わらないようにし、トランスレータがいかなる回転モーメントの影響も受けないようにする。本発明の向きで、トランスレータの運動軸を横切り、かつ、トランスレータと固定子の空隙の方向を横切る、すなわち、トランスレータと固定子自身の間隙を横切る板バネを少なくとも一つの用いることの利点は、トランスレータと固定子の間隙を横切ってトランスレータを誘導することが理想的には確固となり、固定子との接触及び摩擦と騒音を回避できることにある。トランスレータは、その移動方向には固定子と緩く連結されている。本発明に従って配置され、延長線上の面が間隙を横切る向きにある板バネを少なくとも一つ有する本発明のガイド機構により、トランスレータと固定子の間隙、つまり、間隔が最小である電磁アクチュエータを提供することが可能となり、コンパクトで体積の小さい構造を実現できる。

本発明の別の有用な実施形態において、少なくとも一つの板バネの取付部が、取付部から突出する取付ラグを有し、それにより板バネがトランスレータもしくは固定子に取り付けられ、かつ、少なくとも一つの板バネの固定部のそれぞれに、突出する固定ラグが設けられ、それにより板バネが固定子もしくはトランスレータに固定されていてもよい。

本発明の電磁アクチュエータは、トランスレータが、固定子の二つの平板状の固定子要素（固定子板要素）の間に配置される平板状のトランスレータ要素（トランスレータ板要素）として形成される、いわゆる吸引コイルアクチュエータとして実現されることが好ましい。機械的スペーサにより、二つの固定子板要素の間隔が保たれる。二つの固定子板要素の間の空間には、トランスレータ板要素が存在し、少なくとも一つの板バネ、好ましくは二つの板バネで固定子板要素の一方もしくは各々に連結される。板バネが二つの場合は、両方ともトランスレータと一方の固定子板要素の間に配置されていてもよい。又は、一方の板バネが、トランスレータ板要素と一方の固定子板要素の間に配置され、他方の板バネが、トランスレータ板要素と他方の固定子板要素の間に配置されていてもよい。本発明に係るトランスレータの誘導は、固定子板要素に対して、トランスレータ板要素を純粋に平行移動させ、トランスレータ板要素に回転モーメントがかかることなく行うことができるため、上述の電磁アクチュエータの構成を、トランスレータ板要素と二つの固定子板要素の間隙を最小にして実現することができる。

本発明の別の有用な実施形態において、固定子が、少なくとも一つの永久磁石及び／又は少なくとも一つの固定子コイルを有し、トランスレータが、トランスレータを直線移動させるために固定子の永久磁石及び／又は固定子コイルと協働するトランスレータコイルを少なくとも一つ有していてもよい。又は、トランスレータが、少なくとも一つの永久磁石及び／又は少なくとも一つのトランスレータコイルを有し、固定子が、トランスレータを直線移動させるためにトランスレータの永久磁石及び／又は変換器コイルと協働する固定子コイルを少なくとも一つ有していてもよい。また、少なくとも一つの固定子コイル及び／又は少なくとも一つのトランスレータコイルを制御するための制御ユニットが設けられていてもよい。

本発明によれば、上記課題は、車両部品用の操作装置によっても実現される。当該操作装置は、
筐体と、
筐体内及び／又は筐体上に配置され、操作面を有する手動で操作可能な操作要素と、
上述の実施形態のいずれかに係る、操作要素の操作面の手動操作を触覚的に認識するために作動可能な電磁アクチュエータとを備え、
操作要素は、横方向及び／又は横成分を含む運動軸に沿って可動し、
アクチュエータの固定子が筐体と機械的に連結され、アクチュエータのトランスレータが操作要素と機械的に連結される、又は、アクチュエータの固定子が操作要素と機械的に連結され、アクチュエータのトランスレータが筐体と機械的に連結される。

以下に、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。各図において、下記のものが示される。

トランスレータの運動軸を横切る二つの板バネを有する本発明の電磁アクチュエータの一態様の斜視図。図１の電磁アクチュエータの側面図。図１の電磁アクチュエータの平面図。トランスレータが静止位置から二つの端位置のそれぞれ一方に移動した後の電磁アクチュエータの平面図。トランスレータが静止位置から二つの端位置のそれぞれ一方に移動した後の電磁アクチュエータの平面図。トランスレータの運動軸を横切る二つの板バネを有する本発明の電磁アクチュエータの別の一態様の斜視図。車両部品用の操作装置の構成の概略図。図中、操作装置の操作要素は、触覚フィードバックのため、及び、それにより入力操作を認識するために、図１から図５の電磁アクチュエータにより機械的に励起される。

図１は、本発明の一態様の電磁アクチュエータ１０の斜視図であり、図２及び図３は、それぞれ当該電磁アクチュエータの側面図及び平面図である。アクチュエータ１０は、固定子１２を有し、固定子１２は、本態様において、間隔をあけて積層される二つの固定子板要素１４、１６を有する。これらの固定子板要素１４、１６には、それぞれ永久磁石１８、２０が設けられている。二つのボルト状のスペーサ２２により、二つの固定子板要素１４、１６が互いに接続される。

二つの固定子板要素１４、１６の間に、トランスレータ２４が配置されており、本態様においては、トランスレータ板要素２６として実装される。トランスレータ板要素２６には、少なくとも一つの電気コイル２８が設けられている。トランスレータ２４には、電気配線３０がつながっており、例えば符号３２で示すプラグにより、制御ユニット３４と電気的に接続できる。コイル２８を制御することにより、トランスレータ２４が、電流の方向に従って、二つの相反する方向の一方に移動する。トランスレータ２４が移動する際の運動軸は、図１では符号３６で示される（例えば図６参照）。

連結要素３７が、トランスレータ２４と接続されている。これにより、トランスレータ２４が、トランスレータ２４により移動される物体、例えば弾性的に取り付けられる車両操作装置の操作要素と機械的に接続される（例えば図６参照）。

本発明によれば、トランスレータ２４は、二つの固定子板要素１４、１６の一方と連結されるが、この連結は、運動軸３６の延伸方向には緩く、横切る方向には強固である。この強固な連結により、トランスレータ２４が運動軸３６に沿って移動する際に、固定子１２の方向に移動しないようにすることができる。これにより、トランスレータ２４の上下の、固定子板要素１４、１６との間隙は、トランスレータ２４の移動時に変化しない。この強固な連結により、運動軸３６を横切って負荷がかかるときも、アクチュエータの間隙は変化しない。

このような、トランスレータ２４と本態様における上部固定子板要素１４との特殊な機械的連結は、二つの板バネ３８により実現され、固定子板要素１４、１６との間隙を保ったまま、トランスレータ２４を並進的に誘導するためのガイド機構４０が保証される。各板バネ３８は、両端に固定部４２を一つずつ有し、そのそれぞれに、板バネ３８の当該端部から横に突出して屈曲する固定ラグ４４が設けられている。各板バネ３８の二つの固定部４２の間には、取付部４６があり、当該板バネ３８の端部間の中央に配置されている。取付部４６から、取付ラグ４８が張り出している。本態様において、取付ラグ４８は、上部固定子板要素１４に固定されており、固定ラグ４４は、トランスレータ２４に固定されている。上部固定子板要素１４は、板バネ３８の取付部４６の領域において、互いに反対方向に突出し、取付ラグ４８が固定される取付凸部５０を有する。これらの取付凸部５０により、運動軸３６に沿った、固定子板要素１４の（前後の）端部５２のぞれぞれの間に、隣接する板バネ３８との間隔５４が形成される。これにより、トランスレータ２４に付随する、板バネ３８の固定部４２が、上部固定子板要素１４と衝突することなく、トランスレータ２４は、運動軸３６に沿って両方向に特定のルートで移動することができる。図４及び図５に、この様子を示す。

図６は、別の実施形態を有するアクチュエータ１０’の構成を示す。図中、図１から図５のアクチュエータ１０に、構造的又は機能的に対応する要素には同じ符号を付す。

図１から図５のアクチュエータ１０と異なり、図６のアクチュエータ１０’では、板バネ３８が、各々の取付部４６において、トランスレータ２４の一つの取付凸部５０に固定されており、固定部４２で両固定子板要素１４、１６に接続されている。したがって、板バネ３８は、固定子板要素１４、１６のスペーサとしても機能する。なお、図６に部分的に示すように、スペーサ２２が別途設けられていてもよい。

以下に、フォースフィードバック機能を有する車両部品用の操作装置における電磁アクチュエータの利用可能性について、図７を用いて述べる。

図７に、操作要素１１２を有する操作ユニット１１０の側面模式図を示す。本態様において、操作要素１１２は、複数のシンボル領域１１６を表示できる操作面１１４を有するディスプレイアセンブリとして実装される。操作要素１１２には、通例、バックライトが設けられている。

垂直移動方向（両矢印１１８参照）の移動動作を行うため、また、そのような移動動作を横方向に（図７の両矢印１２０参照）認識するために、操作要素１１２は、模式的に示される第１及び第２のバネ１２２、１２４を介して、筐体１２６に弾性的に取り付けられている。センサ１２８によって、操作要素１１２が垂直運動軸１１８に沿って移動したことが確認される。これは評価及び制御ユニット３４において判断され、これに基づき、評価及び制御ユニット３４がアクチュエータ１０（又は１０’）を制御する。アクチュエータ１０（又は１０’）の固定されている固定子１２は、筐体１２６に支えられ、トランスレータ２４は、連結要素３７により操作要素１１２と（又は逆の関係で）機械的に連結される。トランスレータ２４の作用運動軸は、両矢印３６により表される。

操作要素１１２が大型化・複雑化するほど、作製が困難になり、専有面積が増大する。操作面１１４全体で触覚フィードバックが均一であることが求められる場合、触覚フィードバックの際に、操作要素１１２が並進移動のみを行う必要がある。トランスレータ２４の直線誘導がこれに寄与する。

つまり、図７では、触覚フィードバックがアクティブの時、操作要素１１２の純粋に並進的な移動には、横成分と垂直成分の両方が含まれる。このフィードバック運動が純粋に横方向でないということは、操作要素１１２の操作面１１４全体で触覚受容が均一である必要があることには関係ない。確かなのは、触覚フィードバックがアクティブの時、操作要素１１２が決して回転運動を行わないことであり、操作要素１１２は、空間において好適に平行移動のみを行う。これもトランスレータ２４の直線誘導により支持されている。

図６の操作ユニット１１０におけるアクチュエータ１０（又は１０’）の上述の配置は、本発明に必須ではないが、触覚フィードバックに関して一定の有効性がある。このことは、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０５１４１６にも記載されており、その内容を参照し、本特許出願の対象に含める。

１０アクチュエータ
１０’ アクチュエータ
１２固定子
１４上部固定子板要素
１６下部固定子板要素
１８永久磁石
２０永久磁石
２２スペーサ
２４トランスレータ
２６トランスレータ板要素
２８コイル
３０配線
３２プラグ
３４制御ユニット
３６トランスレータの運動軸
３７連結要素
３８板バネ
４０板バネ用ガイド機構
４２固定部
４４固定ラグ
４６取付部
４８取付ラグ
５０取付凸部
５２運動軸の延長上の、各固定子板要素の端部
５４固定子板要素端部と隣接する板バネの間隔
１１０操作ユニット
１１２操作要素
１１４操作面
１１６シンボル領域
１１８垂直運動軸
１２０両矢印
１２２バネ
１２４バネ
１２６筐体
１２８センサ

Claims

特に車両部品に設けられる操作装置の操作を触覚的にフィードバックするための操作装置の機械的フィードバックユニット用電磁アクチュエータであって、
固定子（１２）と、
前記固定子（１２）に対し、運動軸（３６）と直交する間隙距離を保ったまま、静止位置と少なくとも一つの端位置の間で前後に可動し、前記運動軸（３６）に沿って並進的に可動するトランスレータ（２４）と、
移動中の前記トランスレータ（２４）を並進的に誘導するためのガイド機構（４０）とを備え、
前記ガイド機構（４０）は、前記運動軸（３６）及び前記固定子（１２）と前記トランスレータ（２４）との間隙距離の方向を横切って延伸する少なくとも一つの板バネ（３８）を有し、前記板バネ（３８）は、中央の取付部（４６）及び前記取付部（４６）の両側にそれぞれ固定部（４２）を有し、
前記トランスレータ（２４）が前記板バネ（３８）の前記取付部（４６）と機械的に連結され、前記固定部（４２）が前記固定子（１２）と機械的に連結されるか、又は前記固定子（１２）が前記板バネ（３８）の前記取付部（４６）と機械的に連結され、前記固定部（４２）が前記トランスレータ（２４）と機械的に連結される電磁アクチュエータ。
前記トランスレータ（２４）が、前記固定子（１２）に対し、前記運動軸（３６）と直交する間隙距離を保った状態で、静止位置と、前記静止位置を基準にそこから前記運動軸（３６）に沿って対向方向に存在する二つの端位置の一方との間で前後に可動することを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
前記少なくとも一つの板バネ（３８）の前記取付部（４６）が、突出する取付ラグ（４８）を有し、前記取付ラグ（４８）により、前記板バネ（３８）が前記トランスレータ（２４）に取り付けられること、及び、前記少なくとも一つの板バネ（３８）の前記固定部（４２）の各々に、突出する固定ラグ（４４）が設けられ、前記固定ラグ（４４）により、前記板バネ（３８）が前記固定子（１２）に装着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
前記少なくとも一つの板バネ（３８）の前記取付部（４６）が、前記取付部（４６）から突出する取付ラグ（４８）を有し、前記取付けラグ（４８）により、前記板バネ（３８）が前記固定子（１２）に取り付けられること、及び、前記少なくとも一つの板バネ（３８）の前記固定部（４２）の各々に、突出する固定ラグ（４４）が設けられ、前記固定ラグ（４４）により、前記板バネ（３８）が前記トランスレータ（２４）に装着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
前記ガイド機構（４０）が、前記トランスレータ（２４）の前記運動軸（３６）を横切って延伸する二つの板バネ（３８）を有し、前記板バネ（３８）は、それぞれ中央の取付部（４６）及び前記取付部（４６）の両側に配置される二つの固定部（４２）を有すること、及び、前記二つの板バネ（３８）が、前記トランスレータ（２４）の前記運動軸（３６）の延伸方向から見て、互いに間隔をあけて、特に前記トランスレータ（２４）又は前記固定子（１２）の両端に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
前記固定子（１２）が、二つの平板状の固定子要素（１４、１６）を有すること、及び、前記トランスレータ（２４）が、前記固定子要素（１４、１６）の間に配置される平板状のトランスレータ要素（２６）として形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
前記固定子（１２）が、少なくとも一つの永久磁石（１８、２０）及び／又は少なくとも一つの固定子コイルを有し、前記トランスレータ（２４）が、前記トランスレータ（２４）を直線移動させるために前記固定子（１２）の前記永久磁石（１８、２０）及び／又は前記固定子コイルと協働する変換器コイル（２８）を少なくとも一つ有すること、又は、前記トランスレータ（２４）が、少なくとも一つの永久磁石及び／又は少なくとも一つのトランスレータコイル（２８）を有し、前記固定子（１２）が、前記トランスレータ（２４）を直線移動させるために前記トランスレータ（２４）の永久磁石及び／又は前記トランスレータコイル（２８）と協働する固定子コイルを少なくとも一つ有すること、及び、前記少なくとも一つの固定子コイル及び／又は前記少なくとも一つのトランスレータコイル（２８）を制御するための制御ユニット（３４）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
筐体（１２６）と、
前記筐体（１２６）内及び／又は前記筐体（１２６）上に配置され、操作面（１１４）を有する手動で操作可能な操作要素（１１２）と、
前記操作要素（１１２）の前記操作面（１１４）の手動操作を触覚的に認識するために作動可能な、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ（１０）とを備え、
前記操作要素（１１２）は、横方向及び／又は横型構成要素を含む運動軸に沿って可動し、
前記アクチュエータ（１０）の前記固定子（１２）が前記筐体（１２６）と機械的に連結され、前記アクチュエータ（１０）の前記トランスレータ（２４）が前記操作要素（１１２）と機械的に連結される、又は、前記アクチュエータ（１０）の前記固定子（１２）が前記操作要素（１１２）と機械的に連結され、前記アクチュエータ（１０）の前記トランスレータ（２４）が前記筐体（１２６）と機械的に連結される車両部品用の操作装置。