WO2018162419A1 - Electromagnetic actuator - Google Patents

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WO2018162419A1
WO2018162419A1 PCT/EP2018/055355 EP2018055355W WO2018162419A1 WO 2018162419 A1 WO2018162419 A1 WO 2018162419A1 EP 2018055355 W EP2018055355 W EP 2018055355W WO 2018162419 A1 WO2018162419 A1 WO 2018162419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oscillator
stator
electromagnetic actuator
feedback
feedback element
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/055355
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ron Jagodzinski
Götz WINTERGERST
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 WO2018162419A1 publication Critical patent/WO2018162419A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16Motors 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

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator which is used in particular in mobile telephones, tablets, touchpads, smartwatches or switching elements, for example light switches.
  • a vibration is to be generated with the aid of the electromagnetic actuator, which is delivered by in particular one of the above-mentioned electronic devices as feedback.
  • Actuators are used to convert electrical signals into mechanical movements.
  • a primary field of application of these actuators is the generation of haptic and / or acoustic feedback by, for example, vibrations or vibrations.
  • Electronic devices such as cellular phones, tablets, touchpads, smartwatches, game consoles and touch elements for switches and the like employ actuators to provide the user with noticeable and / or audible feedback about information input and information output.
  • mobile phones use vibration to output information to silently alert the user to incoming calls.
  • this can be an information output to the user without causing a disturbance to the environment.
  • noisy environments such as at concerts where acoustic signals can not be perceived, information can also be transmitted to the user.
  • vibrations are used in modern mobile phones with touch display to give the user feedback on his inputs.
  • This function of the feedback is also used in other touch elements, such as touch-sensitive switching elements, such as touchpads. These touch elements do not have mechanical controls, such as push-buttons or foldable switches. Thus, the user receives no direct feedback.
  • actuators can be used for this purpose. Since touch elements offer several input options compared to mechanical switches, a specific feedback can be output with the help of actuators. Touch elements offer the possibility of different inputs, for example by a short touch, a long touch, repeated touch, a moving touch, a multi-touch or a simultaneous multiple movement, for example, "pinch to zoom", for generating. Actuators can then each have a specific feedback by, for example, different vibration intensities,
  • actuators To generate a feedback, a multiplicity of different actuators are used. Often this electric motors are used with an eccentric mass, also called unbalance motors. Here, the electric motor experiences an imbalance, which transmits a vibration to the surface fixed to the electric motor. Actuators that have an electric motor, require a relatively large amount of space. Due to the design of these unbalance motors have a relatively high energy demand and thus lead to shorter battery life when used in portable devices. In addition, electric motors have a comparatively high reaction time.
  • the frequency and the amplitude of the feedback, such as the vibration, of an unbalance motor are forcibly coupled together. For example, you can create fast and strong or slow and weak vibrations. However, it is not possible to produce fast and weak or strong and slow vibrations. With the help of unbalance motors can no complex vibrations of the feedback, for example, the vibration, but only sinusoidal vibrations are generated. Thus, it is not possible to generate vibrations with the aid of unbalance motors, which correspond to a complex course, for example of sound waves.
  • JP 2004050154 A Another type of actuators for generating a vibration is known from JP 2004050154 A.
  • an actuator for generating a linear vibration is described.
  • the document describes a housing in which a coil is located. Within the coil is a linear polarized permanent magnet, which is fixed on one side with a spring on the housing and on the other side is free to move. Due to the excitation of the permanent magnet through the coil, this performs a linear movement and acts with its free end on a vibrating plate, which is connected to the housing. The vibrating plate can thus be used to generate a haptic feedback. Due to the linear movement of the permanent magnet within the housing or within the coil, a large mass of air is moved. This causes noise and increased energy consumption.
  • the resilient structure of the actuator for generating a linear vibration leads to a very dominant natural frequency. This can lead to deviations between the desired feedback, for example the desired vibration, and the actually generated feedback. Around the given natural frequency, there is a limited effective frequency band, which is about +/- 5 to 10 Hz.
  • the object of the invention is to provide an electromagnetic actuator which has a small size.
  • the object is achieved by an electromagnetic actuator according to claim 1 or by a touch element according to claim 18.
  • the electromagnetic actuator according to the invention comprises at least one oscillator with a magnet and at least one stator with an electromagnet which at least partially surrounds the at least one oscillator.
  • the electromagnetic actuator has a feedback element, which is acted upon by the at least one oscillator.
  • the electromagnetic actuator is characterized in that the at least one oscillator, when excited by the at least one stator, effects a tilting movement acting on the feedback element.
  • the oscillator has a magnet as a magnet and the stator has no electromagnet, but another magnet, such as a permanent magnet.
  • the oscillator does not experience excitation by the stator, but the oscillator is self-excited and undergoes a tilting motion on the feedback element due to interactions with the stator.
  • a magnetic solid in particular a metal such as iron, cobalt and nickel, is used.
  • a tilting movement in particular means a two-dimensional movement.
  • the oscillator performs a linear and thus one-dimensional movement.
  • the oscillator of the present invention preferably performs a two-dimensional motion, ie in particular a simultaneous movement along an x and y axis.
  • this tumbling motion is composed of a plurality of two-dimensional tilting movements.
  • the wobble is described by a three-dimensional movement of the oscillator.
  • the electromagnetic actuator is configured such that the tumbling motion is about a tumbling center or a tumbling point.
  • this tumbling center is stationary relative to the stator and is located in particular in the center or in the center of the oscillator.
  • stator and oscillator Due to the magnets, which have stator and oscillator, stator and oscillator have the corresponding magnetic properties of the respective magnet. Thus, the stator and the oscillator have a magnetic field, a north pole, a south pole, field lines and so on.
  • An advantage of the present invention in particular due to the tilting movement, is that the electromagnetic actuator sets only a small amount of air in motion.
  • a vibration can be generated by noise in particular are avoided.
  • the oscillator is arranged inside the stator.
  • the oscillator is preferably arranged completely within the stator.
  • the oscillator and the stator are arranged relative to one another such that the center or the center of the oscillator lie in the center or center of the stator.
  • the oscillator and the stator are arranged relative to one another such that the center or the center of the magnetic field of the oscillator is located in the center or in the center of the magnetic field of the stator.
  • the electromagnetic actuator has a substantially stationary tilting axis about which the tilting movement of the oscillator takes place. This tilting axis extends in particular through the center or the center of the oscillator. Does the oscillator due to the excitation by the stator more tilting, it is possible that each tilting movement takes place along a tilting axis, which may be different tilting axes. However, such different tilt axes preferably have in common that all tilt axes extend through the center or the center of the oscillator and any tilt axis is stationary during the tilting movement associated with this tilting axis.
  • the electromagnetic actuator has a tumbling center about which the oscillator wobbles when the oscillator performs several tilting movements.
  • this tumbling center is stationary relative to the stator and / or located in the center of the oscillator.
  • the feedback element has a surface, in particular a membrane. Accordingly, this surface or membrane is the surface that transmits the feedback from the actuator to a user.
  • the surface or the membrane does not have to be flat, but can correspond to any imaginable, in particular outer, shape of an object. For example, a flat, curved, wavy, jagged, curved and / or curved surfaces is possible.
  • the feedback element is a haptic feedback element.
  • the actuator generates a vibration, a tremor, a shock, a particular single pulse, a vibration, or the like.
  • the oscillator is connected via a carrier element with the feedback element.
  • This is in particular an elastic carrier element.
  • a spring element such as a spring, a spiral, an element made of elastomer or a textile element can be used.
  • the excited oscillator can thus transmit pulses via the carrier element to the feedback element, which then experiences a vibration, a vibration, shocks, or the like, which can be delivered as feedback.
  • the carrier element absorbs these vibrations and transmits them to the feedback element. This starts, for example, to vibrate and thus gives a feedback.
  • the oscillator may be connected directly to the feedback element.
  • the feedback element may be an elastic feedback element, in particular an elastic membrane.
  • the oscillator upon excitation of the oscillator by the stator, the oscillator would transmit a vibration, impulse, or the like directly to the elastic membrane, thus causing it to vibrate, for example, as a feedback.
  • the oscillator may be connected to a non-elastic, in particular stiff carrier element.
  • This may be, for example, a rod which is connected, for example, via a ball joint or hinge joint with the feedback element.
  • the oscillator is movable, for example via a ball joint or hinge joint, connected to a rigid support member.
  • the oscillator Upon excitation of the oscillator by the stator thus the oscillator performs a tilting movement and transmits either via the non-elastic support member pulses to the feedback element, which then emits a feedback, such as a vibration.
  • the oscillator could hit a surface that is connected to the feedback element and thereby generate pulses and the feedback element transmitted, which thereby also gives a feedback, such as a vibration.
  • a support member may be used which is not directly connected to the feedback element, but, for example, on a holding device opposite the feedback element, such as a wall is mounted so that the attached to the support member oscillator to the Feedback element.
  • the oscillating oscillator for example, could impinge once or continuously on the feedback element and thus also cause a vibration of the feedback element.
  • this may be an elastic carrier element, on the other hand a non-elastic carrier element.
  • the oscillator and possibly the stator can be embedded in an elastic feedback element.
  • the elastic feedback element for example made of elastomer, could thus in particular completely encompass the oscillator.
  • the oscillator is not directly connected to the feedback element and otherwise has no connection to, for example, a wall.
  • the oscillator is surrounded by the stator and is located, for example, in a chamber.
  • the feedback element transmits impulses emanating from the stator instead of the oscillator, due to the interaction of stator and oscillator, and transmitted to the feedback element.
  • the oscillator has a magnetic orientation direction parallel to the particular flat surface of the feedback element.
  • the magnetic orientation direction describes the connecting line of the north pole and the south pole of a magnet. This connection line thus runs parallel to the particular flat surface of the feedback element.
  • a cylindrical diametrical magnet has the north pole on one half and the south pole on the other half.
  • the connecting line of these two poles describes the magnetic orientation direction.
  • this magnetic orientation direction is parallel to a preferably flat outer surface of the oscillator and / or the magnet.
  • the magnetic orientation direction of the oscillator is parallel to the particular flat surface of the feedback element.
  • the magnetic orientation direction of the oscillator preferably extends parallel to the outer surface of the oscillator and / or the magnet and also parallel to the surface of the feedback element.
  • the magnetic orientation direction of the oscillator is perpendicular to the magnetic field or to the magnetic orientation direction of the stator.
  • the magnetic field lines are almost straight from one opening to the other opening of the stator, starting from the south pole to the north pole. Accordingly, the field lines and thus the magnetic field and the magnetic orientation direction within the stator are parallel to the longitudinal sectional area of the stator.
  • the magnetic orientation direction of the oscillator is thus perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator. Consequently, the connecting line between the south and north pole of the oscillator is perpendicular to the connecting line between the south and north pole of the stator.
  • the embodiment described above describes the electromagnetic actuator having an oscillator, a stator and a feedback element such that the electromagnetic actuator is characterized in that the oscillator excited by the stator performs a tilting movement acting on the feedback element.
  • the electromagnetic actuator is characterized with an oscillator, a stator and a feedback element such that the magnetic orientation direction of the oscillator is perpendicular to the magnetic field or to the magnetic orientation direction of the stator.
  • the arrangement of an oscillator, the magnetic orientation direction parallel to the magnetic orientation direction of the stator which is arranged such that it performs a linear movement perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator.
  • the oscillator could be connected to the feedback element via a rail guide such that the magnetic orientation direction is parallel to the particular flat surface of the feedback element.
  • the oscillator would move linearly along the rail guide.
  • the oscillator Upon impact of the oscillator, for example on a buffer at one end of the rail guide, the oscillator would thus transmit a pulse to the feedback element which is delivered as feedback, in particular as vibration. Consequently, in this alternative definition of the invention, not the tilting movement but the magnetic orientation direction of the oscillator, which is perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator, is the decisive marking.
  • the oscillator has a diametrically poled magnet.
  • the diametral magnetization is not limited to the magnetization of a disc magnet, but also includes a diametrical, so lying in the opposite direction, magnetization in other magnet shapes or geometries than the of the disc magnet. This applies, for example, a magnetization in the longitudinal direction.
  • magnetic forms in particular diametrically polarized magnetic forms are conceivable that describe almost any external shape, such as a disc, a cuboid, a dice, a sphere, a ring, a cylinder, a cone, a prism, a horseshoe, a rod, a hanger, etc.
  • the magnet of the oscillator is a permanent magnet, also called a permanent magnet.
  • the stator surrounds the oscillator annular or oval. It is particularly preferred that the stator completely surrounds the oscillator. In particular, this means that the stator completely surrounds the oscillator with respect to a plane.
  • the stator may for example have the shape of a cylinder, in the interior of which the oscillator is arranged.
  • the electromagnet of the stator is in a particularly preferred embodiment, a coil.
  • a coil which has a cylindrical, for example annular or rectangular shape.
  • the winding of the coil consists of one or more wires, which in particular comprise copper. There are also several windings and the use of different wire materials possible.
  • a current with alternating current direction is applied to the stator.
  • the oscillator has an electromagnet instead of a permanent magnet or the like, an alternating current can likewise be applied to it.
  • the stator Due to the alternating current direction on the stator, the stator has an alternating polarity.
  • the north and south poles change their position.
  • the north and south poles thus alternately lie on one cylinder opening and alternately on the other cylinder opening.
  • the oscillator which in particular has a permanent magnet, preferably has a magnetic orientation direction which is perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator whose north and south pole alternate alternately.
  • the north pole of the oscillator is attracted by the south pole of the stator, which alternately changes its position.
  • the south pole of the oscillator is attracted by the north pole of the stator, which changes its position opposite to the south pole of the stator. Due to this alternating polarity or attraction, a reciprocating movement of the south and north pole sides of the oscillator and thus a tilting movement of the oscillator takes place.
  • one side of the oscillator is oriented in the direction of the north pole and another side in the direction of the south pole of the stator.
  • the tilting movement preferably takes place in such a way that the axis of symmetry which lies between the north pole and the south pole of the oscillator also corresponds to the tilt axis.
  • the tilting axis here refers to that axis which lies between the part of the oscillator, which is attracted in one direction and thus in particular tilts there, and the part of the oscillator which is attracted in the other direction and thus in particular tilts in that direction.
  • the tilting axis undergoes a rotation, but not in particular linear, ie along the field lines of the stator extending, displacement.
  • the position of the tilting axis is fixed.
  • an alternating current with different alternating frequencies is applied to the stator or to the coil of the stator.
  • the frequency of the pulses and in particular the frequency of the vibration of the feedback element can be influenced.
  • Another advantage of the present invention is that due to the tilting movement and the frequency of change a particularly comfortable feedback for a user can be generated. If the feedback is a vibration, then research has shown that especially frequencies around 200 Hz are perceived as pleasant for users.
  • the actuator of the present invention is by no means limited to particular frequencies nor to specific intervals. Rather, the particular entire perception spectrum of haptic perception ca 1-1000 Hz can be covered and a design of the effects individually according to the requirements.
  • a current with alternating voltage is applied to the stator or to the coil of the stator.
  • the current intensity and thus the magnetic field strength of the stator can be influenced.
  • the attraction of the coil and thus the action on the oscillator changes.
  • the voltage applied also changes the tilting movement of the oscillator, in particular its deflection.
  • the intensity of the pulses of the oscillator to the feedback element and thereby the intensity of the emitted vibration can be influenced.
  • a vibration signal is not limited to a continuous oscillation, but oscillations with different amplitudes and different period lengths can be generated, which can be varied at any time.
  • a wide variety of vibration signals can be generated.
  • a feedback for example a vibration, which corresponds to the feedback of other, in particular mechanical components.
  • the feel and / or the feedback of other components, such as switches simulate or imitate.
  • the electromagnetic actuator has a damper.
  • This damper prevents the oscillator from making direct contact with the stator or the feedback element, thus touching the stator or the feedback element.
  • the oscillator can accordingly have a damping layer or a damping jacket.
  • the stator or the feedback element may include a damping coating, a damping surface, a damping jacket, or the like. This damper can be arranged and designed such that this pulse, for example, triggered by shocks of the oscillator to the damper, transmits to the feedback element and this is a feedback, in particular a vibration is generated.
  • the touch element according to the invention which is provided, for example, for operating an electrical device, has a feedback element according to one of the above-mentioned embodiments.
  • the touch element is preferably a touch element of a mobile phone, a tablet, a touchpad, a smartwatch, a game console and in particular a switching element, for example for an electrical device, in particular a touch element, for a light switch. Due to the design of the feedback element according to the embodiments listed above, the touch element can thus experience in particular a vibration and pass on a feedback to a user. Another advantage of the invention is that due to the touch element according to the invention an optimal haptic feedback can be transmitted to the user.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of the electromagnetic actuator in the initial state
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of the electromagnetic actuator in tilting motion
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of the electromagnetic
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of the touch element in FIG.
  • the electromagnetic actuator 2 has a feedback element 4, which is embodied here as a rectangular surface or membrane.
  • a stator 6 is arranged in the illustrated embodiment, which has a coil 8.
  • the coil 8 is connected to a power source, not shown. This is in particular a household power supply or a portable power source, such as a battery or a rechargeable battery.
  • a control unit not shown, is arranged on the coil or between the coil and the energy source. With the help of this control unit could influence the current applied to the stator. For example, the voltage or current intensity, the duration over which a current is applied and / or the alternating frequency or the current direction can be influenced.
  • an elastic support member 18 disposed on the feedback element 4.
  • the support member 18 of the embodiment is formed as a spring element which is connected at one end to the feedback element 4 and at the other end to an oscillator 10.
  • the oscillator 10 has a magnet 12. This is designed in the most preferred embodiment as a disc magnet with diametrically poled magnetization, so that one half of a south pole 14 and the other half has a north pole 16.
  • the magnet 12 is a permanent magnet.
  • the magnetic orientation direction 36 of this magnet 12, that is to say the connecting line between the south pole 14 and the north pole 16, is arranged in a form illustrated here parallel to the feedback element 4 or to its surface.
  • the magnetic orientation direction 36 of the oscillator 10 or the magnet 12 is perpendicular to the lateral surface of the stator 6.
  • the magnetic field lines of the coil 8 extend within the coil 8 linearly from one to the other opening of the coil 8.
  • the technical direction of current is thus the north pole 26 of the coil 8 at one opening of the coil, and the south pole 24 of the coil 8 at the other opening of the coil.
  • the position of the south pole 24 and the north pole 26 of the coil changes 8.
  • the magnetic field lines of the coil 8 are accordingly within the coil linearly from the north pole 26 to the south pole 24.
  • the magnetic field lines of the coil 8 thus extend parallel to the lateral surface of the stator 6.
  • the magnetic field lines of the coil 8 continue to run perpendicular to the magnetic orientation direction 36 of the magnet 12.
  • the magnetic orientation direction 36 of the oscillator 10 is perpendicular to the magnetic orientation direction 38 (shown in FIG. 3) of the stator 6.
  • the north pole 26 is located at the upper opening of the coil 8 and the south pole 24 at the lower opening of the coil eighth
  • the south pole 14 of the magnet 12 which is designed here as a permanent magnet, attracted by the north pole 26 of the coil 8 and aligns one side of the oscillator 10 upwards.
  • the north pole 16 of the magnet 12 is attracted by the south pole 24 of the coil 8 and thus aligns another side of the oscillator 10 down.
  • the oscillator 10 is thus inclined and performs a tilting movement along the direction shown by arrow 32, in particular about the tilting axis 34.
  • the tilting axis 34 of this tilting movement in this case passes through the center or the center of the magnet 12.
  • the support member 18 undergoes a force or a deflection by the tilting movement, which is transmitted as an impulse to the feedback element 4. If a further tilting movement takes place after the first tilting movement, then it is possible that this tilting movement does not extend around the tilting axis 34 shown along the arrow 32, but takes place, for example, about a tilting axis which is orthogonal to the tilting axis 34.
  • Such a tilting axis runs as the tilting axis 34 parallel to the surface of the feedback element 4, but instead, as shown, a right-left-side tilting movement according to arrow 32, there is a forward / backward tilting movement.
  • the oscillator 10 as a whole describes a tumbling motion.
  • This wobbling movement takes place about a wobble center 35, which is shown in the center or in the center of the magnet 12.
  • the tumbling center 34 always lies within the magnet 12, that is, during the entire tumbling motion.
  • one side of the oscillator 10 may be due to the Tilting impinge on the surface of the feedback element 4 and also generate a pulse about this.
  • the oscillator 10 executes a particularly continuous tilting movement along arrow 32, in which alternately a first side of the oscillator 10 tilts down and another second side of the oscillator 10 upwards.
  • a first side of the oscillator 10 tilts down and another second side of the oscillator 10 upwards.
  • the current direction tilts a second side of the oscillator 10 down and a first side of the oscillator 10 upwards.
  • pulses are transmitted to the feedback element 4, which generate a haptic and / or acoustic feedback, such as a vibration, and feedback element 4 be delivered.
  • This feedback in particular this vibration, can be perceived, for example, by a touch of a user, preferably via one or more fingers.
  • the feedback in particular the vibration
  • the feedback element 4 controls the feedback.
  • this affects the frequency and on the other hand the intensity of the feedback, preferably the vibration.
  • the oscillator 10 executes 200 tilting movements per second and 200 pulses per second are transmitted to the feedback element 4. This thus emits a vibration with a frequency of 200 Hz.
  • the tilting movement of the oscillator 10 is stopped and thus generates no feedback.
  • FIG. 3 shows a cross section of the electromagnetic actuator 2 of the embodiment described above.
  • the oscillator 10 in this case has an optional damper, designed here as a damping sleeve 20, which surrounds the magnet 12.
  • an optional damper designed here as a damping sleeve 20, which surrounds the magnet 12.
  • the damping sheath 20 elastomers, plastic or textile.
  • Figure 4 shows another embodiment of the electromagnetic actuator 2.
  • the support member 18 is not connected to the feedback element 4, but with a holding device 28, for example a wall.
  • the support member 18 is formed here, for example, as an elastic spring element.
  • the arrangement of the oscillator 10 to the feedback element 4 is in this case selected such that the oscillator 10 during the tilting movement with the feedback element 4 comes into connection, or in particular continuously abuts with alternating sides of the oscillator 10 to the feedback element 4 , As a result, pulses are transmitted to the feedback element 4 and this gives a feedback, in particular a vibration.
  • FIG. 5 shows an electromagnetic actuator 2, which instead of an elastic support member 18 has a rigid support member. This is connected at one side to the oscillator 10 and connected to the other side movable with a ball joint 22 with the feedback element 4. It is next to the illustrated embodiment, instead of the movable connection the support member 18 with the feedback element 4, also a movable connection of the support member 18 with the oscillator 10, for example via a ball or hinge joint conceivable. In a tilting movement of the oscillator 10, sides of the oscillator 10 contact a damper surface 30, which is connected to the feedback element 4, in particular arranged thereon.
  • a feedback in particular a vibration.
  • a damper surface 30, as shown in Figure 5 is also used in another embodiment of the electromagnetic actuator 2.
  • the rigid support element 18 can logically be connected to a holding device instead of the feedback element 4 on the basis of the exemplary embodiment from FIG.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the electromagnetic actuator 2.
  • This embodiment has no carrier element, but the oscillator 10 is connected directly to a, in particular elastic, feedback element 4. Pulses, triggered by tilting movements of the oscillator 10, are thus transmitted directly to the feedback element 4 and this thus, for example, vibrated. It is also conceivable that the elastic feedback element 4 surrounds the oscillator 10 and possibly the stator 6 partially or completely. Pulses triggered by tilting of the oscillator 10 are thus also passed directly to the feedback element 4 and this particular vibration.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the electromagnetic actuator 2, in which the oscillator 10 is arranged loosely within the feedback element 4, which is designed as a chamber.
  • the oscillator 10 is connected with no components.
  • the stator 6 has an optional Damper sleeve 24 which is disposed within the stator 6. This damper sleeve 24 prevents direct contact of the oscillator 10 with the stator 6 and the coil 8.
  • a damper surface not shown, can be used on the feedback element, which covers the inside of the feedback element. If the oscillator 10 is excited by the coil 8 and set in tilting motion, there is an impulsive impulse transmission of the oscillator 10 to the feedback element 4. This gives thereby a feedback, in particular a vibration.
  • a certain current such as a direct current, the oscillator 10 can be placed in a rest position and held therein due to the magnetic attraction.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the touch element 40.
  • the touch element 40 may be, for example, a touch screen of a mobile phone or a tablet, a touchpad of a laptop, a display of a smartwatch, a controller of game consoles, an outer wall of a remote control, to a control panel for a switch, in particular a control panel for a light switch, or the like act.
  • the illustrated embodiment of the touch element 40 will be explained below by way of example with reference to a control panel for a light switch.
  • the control panel 40 of the light switch is a control surface with capacitive sensor technology. By touching with a finger 42, for example, by a short touch, an unillustrated light can be switched on and off.
  • a moving touch also called stroking
  • control panel light switch 40 may be confirmed to a user as haptic feedback through the use of an electromagnetic actuator 2.
  • inputs of a user are passed through fingers 42 via the not shown capacitive sensor of the light switch or the control panel 40 to a control unit, not shown.
  • this regulates the functions described above, switching on, switching off, dimming and dark dimming.
  • the feedback element controls the alternating frequency and the voltage of the current which is applied to the stator 6 or to the coil 8.
  • the feedback element returns a specific feedback, in particular a specific vibration, to the user, in particular to his finger 42.
  • the single touch of the control panel 40 which triggers the switching on of the light
  • the single touch of the control panel 40 can be confirmed via a short, less intense vibration with a frequency of 200 Hz.
  • the re-touching which for example causes a switching off of the light, could be confirmed by a long, intense vibration with a frequency of 200 Hz.
  • the dimming function could be confirmed by a sustained vibration at 200 Hz until the moving touch of the user with finger 42 and thus the dimming process has been completed.
  • a swipe to the right, light dimming could be confirmed by an increasing intensity of the vibration. Accordingly, a reduction in brightness, darkness, would be haptically transmitted to the user, in particular fingers 42, by a decreasing intensity of vibration.
  • the vibration With the aid of the freely adjustable frequency and intensity of the feedback, in particular the vibration, it is also possible to generate feedback which a user already receives from mechanical components, preferably switches, knows.
  • the typical vibration character of a switch, in particular a microswitch be simulated by means of an individual vibration and thus the user feedback are given that feels natural to him, because he already knows, for example, of a light switch or the like.

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  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

The invention relates to an electromagnetic actuator (2) comprising at least one oscillator (10) having a magnet (12), and at least one stator (6) having an electromagnet (8), which at least partially surrounds the at least one oscillator (10). In addition, the electromagnetic actuator (2) comprises a feedback element (4) on which the at least one oscillator (10) acts. The at least one oscillator (10) performs a tilting movement, acting on the feedback element (4), with stimulation by the at least one stator (6). The invention also relates to a touch element (40) having an electromagnetic actuator (2) of this type. The invention further relates to a method for generating a vibration by means of an electromagnetic actuator (2) having a stator (6) and an oscillator (10), wherein the oscillator (10) is made to perform a tilting and/or wobbling movement, wherein the tilt axis (34) of the tilting movement and/or the wobble centre of the wobbling movement is located, in particular stationarily, in the centre of the oscillator (10).

Description

Elektromagnetischer Aktuator  Electromagnetic actuator
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, der insbesondere in Mobiltelefonen, Tablets, Touchpads, Smartwatches oder Schaltelementen, beispielsweise Lichtschaltern, eingesetzt wird. Vorzugsweise soll mit Hilfe des elektromagnetischen Aktuators eine Vibration erzeugt werden, die von insbesondere einem der oben genannten elektronischen Geräte als Feedback abgegeben wird. The invention relates to an electromagnetic actuator which is used in particular in mobile telephones, tablets, touchpads, smartwatches or switching elements, for example light switches. Preferably, a vibration is to be generated with the aid of the electromagnetic actuator, which is delivered by in particular one of the above-mentioned electronic devices as feedback.
Aktuatoren werden eingesetzt, um elektrische Signale in mechanische Bewegungen umzusetzen. Ein vorrangiges Einsatzgebiet dieser Aktuatoren ist die Erzeugung von haptischem und/ oder akustischem Feedback durch beispielsweise Schwingungen bzw. Vibrationen. Elektronische Geräte, wie beispielsweise Mobiltelefone, Tablets, Touchpads, Smartwatches, Spielekonsolen und Touchelemente für Schalter und dergleichen setzen Aktuatoren ein, um dem Benutzer ein spürbares und/ oder hörbares Feedback über Informationseingaben und Informationsausgaben zu geben. Actuators are used to convert electrical signals into mechanical movements. A primary field of application of these actuators is the generation of haptic and / or acoustic feedback by, for example, vibrations or vibrations. Electronic devices such as cellular phones, tablets, touchpads, smartwatches, game consoles and touch elements for switches and the like employ actuators to provide the user with noticeable and / or audible feedback about information input and information output.
Mobiltelefone nutzen Vibrationen beispielsweise einerseits zur Informationsausgabe, um den Benutzer lautlos auf eingehende Anrufe hinzuweisen. In einer geräuschsensiblen Umgebung, beispielsweise in Meetings, kann hierdurch eine Informationsausgabe an den Nutzer erfolgen, ohne eine Störung der Umgebung zu erzeugen . In geräuschintensiven Umgebungen, wie beispielsweise auf Konzerten, in denen akustische Signale nicht wahrgenommen werden können, lassen sich hierdurch ebenfalls Informationen an den Benutzer übermitteln. For example, mobile phones use vibration to output information to silently alert the user to incoming calls. In a noise-sensitive environment, such as in meetings, this can be an information output to the user without causing a disturbance to the environment. In noisy environments, such as at concerts where acoustic signals can not be perceived, information can also be transmitted to the user.
Andererseits werden Vibrationen in modernen Mobiltelefonen mit Touchdisplay eingesetzt, um dem Benutzer ein Feedback auf seine Eingaben zu geben. Diese Funktion des Feedbacks wird ebenfalls in anderen Touchelementen, wie beispielsweise berührungsempfindlichen Schaltelementen, beispielsweise Touchpads, eingesetzt. Diese Touchelemente verfügen nicht über mechanische Bedienelemente, wie beispielsweise eindrückbare Tasten oder umlegbare Schalter. Somit erhält der Benutzer kein direktes Feedback. Um dem Benutzer dennoch eine Bestätigung über seine Eingabe zu geben, können hierzu Aktuatoren eingesetzt werden. Da Touchelemente im Vergleich zu mechanischen Schaltern mehrere Eingabemöglichkeiten bieten, kann mit Hilfe von Aktuatoren ein jeweils spezifisches Feedback ausgegeben werden . Touchelemente bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Eingaben durch beispielsweise ein kurzes Berühren, ein langes Berühren, mehrmaliges Berühren, eine bewegte Berührung, eine mehrfache Berührung (Multi-touch) oder eine gleichzeitige mehrfache Bewegung, beispielsweise "pinch to zoom", zur Erzeugung. Aktuatoren können hierauf jeweils ein spezifisches Feedback durch beispielsweise verschiedenen Vibrationsintensitäten,On the other hand, vibrations are used in modern mobile phones with touch display to give the user feedback on his inputs. This function of the feedback is also used in other touch elements, such as touch-sensitive switching elements, such as touchpads. These touch elements do not have mechanical controls, such as push-buttons or foldable switches. Thus, the user receives no direct feedback. To give the user yet a confirmation of his input, actuators can be used for this purpose. Since touch elements offer several input options compared to mechanical switches, a specific feedback can be output with the help of actuators. Touch elements offer the possibility of different inputs, for example by a short touch, a long touch, repeated touch, a moving touch, a multi-touch or a simultaneous multiple movement, for example, "pinch to zoom", for generating. Actuators can then each have a specific feedback by, for example, different vibration intensities,
Vibrationszeitintervalle, usw. geben. Give vibration time intervals, etc.
Zur Erzeugung eines Feedbacks wird eine Vielzahl unterschiedlicher Aktuatoren eingesetzt. Häufig werden hierbei Elektromotoren mit einer exzentrischen Masse eingesetzt, auch Unwuchtmotoren genannt. Hierbei erfährt der Elektromotor eine Unwucht, die eine Vibration auf die mit dem Elektromotor befestigte Oberfläche überträgt. Aktuatoren, die einen Elektromotor aufweisen, benötigen einen vergleichsweise hohen Platzbedarf. Aufgrund der Ausgestaltung haben diese Unwuchtmotoren einen relativ hohen Bedarf an Energie und führen somit bei der Verwendung in tragbaren Geräten zu kürzeren Akkulaufzeiten. Darüber hinaus weisen Elektromotoren eine vergleichsweise hohe Reaktionszeit auf. To generate a feedback, a multiplicity of different actuators are used. Often this electric motors are used with an eccentric mass, also called unbalance motors. Here, the electric motor experiences an imbalance, which transmits a vibration to the surface fixed to the electric motor. Actuators that have an electric motor, require a relatively large amount of space. Due to the design of these unbalance motors have a relatively high energy demand and thus lead to shorter battery life when used in portable devices. In addition, electric motors have a comparatively high reaction time.
Die Frequenz und die Amplitude des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, eines Unwuchtmotors sind zwangsweise aneinander gekoppelt. So lassen sich beispielsweise schnelle und starke oder langsame und schwache Vibrationen erzeugen. Jedoch ist es nicht möglich, schnelle und schwache oder starke und langsame Vibrationen zu erzeugen. Mit Hilfe von Unwuchtmotoren können keine komplexen Schwingungen des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, sondern lediglich sinusförmige Schwingungen erzeugt werden . So ist es nicht möglich, mit Hilfe von Unwuchtmotoren Schwingungen zu erzeugen, die einem komplexen Verlauf, beispielsweise von Tonwellen, entsprechen. The frequency and the amplitude of the feedback, such as the vibration, of an unbalance motor are forcibly coupled together. For example, you can create fast and strong or slow and weak vibrations. However, it is not possible to produce fast and weak or strong and slow vibrations. With the help of unbalance motors can no complex vibrations of the feedback, for example, the vibration, but only sinusoidal vibrations are generated. Thus, it is not possible to generate vibrations with the aid of unbalance motors, which correspond to a complex course, for example of sound waves.
Eine weitere Art von Aktuatoren zur Erzeugung einer Vibration ist aus der Druckschrift JP 2004050154 A bekannt. Hierin ist ein Aktuator zur Erzeugung einer linearen Vibration beschrieben. Die Druckschrift beschreibt ein Gehäuse, in dem sich eine Spule befindet. Innerhalb der Spule ist ein linearpolarisierter Permanentmagnet, der auf der einen Seite mit einer Feder am Gehäuse befestigt ist und auf der anderen Seite frei beweglich ist. Aufgrund der Anregung des Permanentmagneten durch die Spule vollzieht dieser eine lineare Bewegung und wirkt dabei mit seinem freien Ende auf eine Vibrationsplatte ein, die mit dem Gehäuse verbunden ist. Die vibrierende Platte kann somit zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks genutzt werden. Aufgrund der linearen Bewegung des Permanentmagneten innerhalb des Gehäuses bzw. innerhalb der Spule, wird eine große Masse an Luft bewegt. Hierdurch kommt es zu Störgeräuschen und zu einem erhöhten Energiebedarf. Another type of actuators for generating a vibration is known from JP 2004050154 A. Herein, an actuator for generating a linear vibration is described. The document describes a housing in which a coil is located. Within the coil is a linear polarized permanent magnet, which is fixed on one side with a spring on the housing and on the other side is free to move. Due to the excitation of the permanent magnet through the coil, this performs a linear movement and acts with its free end on a vibrating plate, which is connected to the housing. The vibrating plate can thus be used to generate a haptic feedback. Due to the linear movement of the permanent magnet within the housing or within the coil, a large mass of air is moved. This causes noise and increased energy consumption.
Der federnde Aufbau des Aktuators zur Erzeugung einer linearen Vibration führt zu einer sehr dominanten Eigenfrequenz. Somit kann es zu Abweichungen zwischen dem gewünschten Feedback, beispielsweise der gewünschten Vibration, und dem tatsächlich erzeugten Feedback kommen . Um die vorgegebene Eigenfrequenz herum herrscht ein eingeschränktes effektives Frequenzband, das ca. +/- 5 bis 10 Hz ausmacht. The resilient structure of the actuator for generating a linear vibration leads to a very dominant natural frequency. This can lead to deviations between the desired feedback, for example the desired vibration, and the actually generated feedback. Around the given natural frequency, there is a limited effective frequency band, which is about +/- 5 to 10 Hz.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, der eine geringe Größe aufweist. The object of the invention is to provide an electromagnetic actuator which has a small size.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen elektromagnetischen Aktuator gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Touchelement gemäß Anspruch 18. Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator weist mindestens einen Oszillator mit einem Magnet und mindestens einen Stator mit einem Elektromagnet, der den mindestens einen Oszillator zumindest teilweise umgibt, auf. Darüber hinaus weist der elektromagnetische Aktuator ein Feedback-Element auf, auf das der mindestens eine Oszillator einwirkt. Der elektromagnetische Aktuator ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Oszillator bei Anregung durch den mindestens einen Stator eine auf das Feedback-Element einwirkende Kippbewegung vollzieht. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch denkbar, dass der Oszillator als Magnet einen Elektromagnet aufweist und der Stator keine Elektromagnet, sondern einen anderen Magnet, wie beispielsweise einen Permanentmagnet, aufweist. Folglich erfährt nicht der Oszillator eine Anregung durch den Stator, sondern der Oszillator wird durch sich selbst angeregt und vollzieht aufgrund von Wechselwirkungen mit dem Stator eine auf das Feedback-Element einwirkende Kippbewegung. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass statt eines Magneten, den der Oszillator bzw. der Stator aufweist, ein magnetischer Festkörper, insbesondere ein Metall, wie Eisen, Cobalt und Nickel, verwendet wird. The object is achieved by an electromagnetic actuator according to claim 1 or by a touch element according to claim 18. The electromagnetic actuator according to the invention comprises at least one oscillator with a magnet and at least one stator with an electromagnet which at least partially surrounds the at least one oscillator. In addition, the electromagnetic actuator has a feedback element, which is acted upon by the at least one oscillator. The electromagnetic actuator is characterized in that the at least one oscillator, when excited by the at least one stator, effects a tilting movement acting on the feedback element. In a further embodiment, it is also conceivable that the oscillator has a magnet as a magnet and the stator has no electromagnet, but another magnet, such as a permanent magnet. Consequently, the oscillator does not experience excitation by the stator, but the oscillator is self-excited and undergoes a tilting motion on the feedback element due to interactions with the stator. Moreover, it is also conceivable that instead of a magnet, which has the oscillator or the stator, a magnetic solid, in particular a metal such as iron, cobalt and nickel, is used.
Eine Kippbewegung bedeutet insbesondere eine zweidimensionale Bewegung. Bei einem Aktuator mit linearer Vibration, wie bspw. in JP 2004050154 A beschrieben, vollzieht der Oszillator eine lineare und somit eindimensionale Bewegung. Demgegenüber vollzieht der Oszillator der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine zweidimensionale Bewegung, also insbesondere eine gleichzeitige Bewegung entlang einer x- und y-Achse. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass der Oszillator ausgehend von der Ruhelage eine abwechselnde, in entgegengesetzter Richtung verlaufende, teilkreisförmige Bewegung vollzieht. Vollzieht der Oszillator mehrere Kippbewegungen ist es möglich, dass diese mehrere Kippbewegungen insgesamt eine Taumelbewegung des Oszillators beschreiben . Vorzugsweise setzt sich diese Taumelbewegung aus mehreren zweidimensionalen Kippbewegungen zusammen. Hierbei können diese mehreren zweidimensionalen Kippbewegungen in unterschiedliche Richtungen erfolgen. Möglich ist es jedoch auch, dass die Taumelbewegung durch eine dreidimensionale Bewegung des Oszillators beschrieben wird. Vollzieht der Oszillator eine Taumelbewegung ist es bevorzugt, dass der elektromagnetische Aktuator derart ausgeführt ist, dass die Taumelbewegung um ein Taumelzentrum bzw. einen Taumelpunkt erfolgt. Vorzugsweise ist dieses Taumelzentrum relativ zum Stator ortsfest und befindet sich insbesondere im Zentrum bzw. im Mittelpunkt des Oszillators. A tilting movement in particular means a two-dimensional movement. In an actuator with linear vibration, as described for example in JP 2004050154 A, the oscillator performs a linear and thus one-dimensional movement. In contrast, the oscillator of the present invention preferably performs a two-dimensional motion, ie in particular a simultaneous movement along an x and y axis. In this case, it is particularly preferable for the oscillator, starting from the rest position, to perform an alternating, part-circular movement running in the opposite direction. If the oscillator executes several tilting movements, it is possible that these oscillations describe a total of one tumbling movement of the oscillator. Preferably, this tumbling motion is composed of a plurality of two-dimensional tilting movements. In this case, these several two-dimensional tilting movements can take place in different directions. It is possible but also that the wobble is described by a three-dimensional movement of the oscillator. When the oscillator performs a tumbling motion, it is preferable that the electromagnetic actuator is configured such that the tumbling motion is about a tumbling center or a tumbling point. Preferably, this tumbling center is stationary relative to the stator and is located in particular in the center or in the center of the oscillator.
Aufgrund der Magnete, die Stator und Oszillator aufweisen, verfügen Stator und Oszillator über die entsprechenden magnetischen Eigenschaften des jeweiligen Magneten. Somit weist der Stator und der Oszillator ein Magnetfeld, einen Nordpol, einen Südpol, Feldlinien usw. auf. Due to the magnets, which have stator and oscillator, stator and oscillator have the corresponding magnetic properties of the respective magnet. Thus, the stator and the oscillator have a magnetic field, a north pole, a south pole, field lines and so on.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, insbesondere aufgrund der Kippbewegung, ist es, dass der elektromagnetische Aktuator nur eine geringe Luftmenge in Bewegung versetzt. Insbesondere im Vergleich zu anderen elektromagnetischen Aktuatoren kann hierdurch ein nahezu nicht hörbares haptisches Feedback, vorzugsweise eine Vibration, erzeugt werden, indem insbesondere Störgeräusche vermieden werden. An advantage of the present invention, in particular due to the tilting movement, is that the electromagnetic actuator sets only a small amount of air in motion. In particular, in comparison to other electromagnetic actuators thereby a virtually inaudible haptic feedback, preferably a vibration can be generated by noise in particular are avoided.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Oszillator innerhalb des Stators angeordnet. Hierbei ist der Oszillator vorzugsweise vollständig innerhalb des Stators angeordnet. According to a particularly preferred embodiment, the oscillator is arranged inside the stator. In this case, the oscillator is preferably arranged completely within the stator.
Insbesondere sind der Oszillator und der Stator derart zueinander angeordnet, dass das Zentrum bzw. der Mittelpunkt des Oszillators im Zentrum bzw. Mittelpunkt des Stators liegen. In particular, the oscillator and the stator are arranged relative to one another such that the center or the center of the oscillator lie in the center or center of the stator.
In bevorzugter Ausführungsform sind der Oszillator und der Stator derart zueinander angeordnet, dass das Zentrum bzw. der Mittelpunkt des Magnetfeldes des Oszillators im Zentrum bzw. im Mittelpunkt des Magnetfeldes des Stators liegt. Bevorzugt ist es, dass der elektromagnetische Aktuator eine im Wesentlichen ortsfeste Kippachse aufweist, um die die Kippbewegung des Oszillators erfolgt. Diese Kippachse verläuft insbesondere durch das Zentrum bzw. den Mittelpunkt des Oszillators. Vollzieht der Oszillator aufgrund der Anregung durch den Stator mehrere Kippbewegungen, so ist es möglich, dass jede Kippbewegung entlang einer Kippachse erfolgt, wobei es sich um unterschiedliche Kippachsen handeln kann. Derartige unterschiedliche Kippachsen haben jedoch vorzugsweise gemeinsam, dass alle Kippachsen durch das Zentrum bzw. den Mittelpunkt des Oszillators verlaufen und jegliche Kippachse während der zu dieser Kippachse gehörenden Kippbewegung ortsfest ist. In a preferred embodiment, the oscillator and the stator are arranged relative to one another such that the center or the center of the magnetic field of the oscillator is located in the center or in the center of the magnetic field of the stator. It is preferred that the electromagnetic actuator has a substantially stationary tilting axis about which the tilting movement of the oscillator takes place. This tilting axis extends in particular through the center or the center of the oscillator. Does the oscillator due to the excitation by the stator more tilting, it is possible that each tilting movement takes place along a tilting axis, which may be different tilting axes. However, such different tilt axes preferably have in common that all tilt axes extend through the center or the center of the oscillator and any tilt axis is stationary during the tilting movement associated with this tilting axis.
In bevorzugter Ausführungsform weist der elektromagnetische Aktuator ein Taumelzentrum auf um das der Oszillator taumelt, wenn der Oszillator mehrere Kippbewegungen vollzieht. Vorzugsweise ist dieses Taumelzentrum relativ zum Stator ortsfest und/oder liegt im Zentrum des Oszillators. In a preferred embodiment, the electromagnetic actuator has a tumbling center about which the oscillator wobbles when the oscillator performs several tilting movements. Preferably, this tumbling center is stationary relative to the stator and / or located in the center of the oscillator.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Feedback-Element eine Oberfläche, insbesondere eine Membran, auf. Bei dieser Oberfläche bzw. Membran handelt es sich dementsprechend um die Fläche, die das von dem Aktuator ausgehende Feedback zu einem Benutzer überträgt. Die Oberfläche bzw. die Membran muss hierbei keineswegs flach sein, sondern kann jeder erdenkbaren, insbesondere äußeren Form eines Objekts entsprechen. Beispielsweise ist eine flache, gekrümmte, wellige, gezackte, gewölbte und/ oder gebogene Oberflächen möglich. In a particularly preferred embodiment, the feedback element has a surface, in particular a membrane. Accordingly, this surface or membrane is the surface that transmits the feedback from the actuator to a user. In this case, the surface or the membrane does not have to be flat, but can correspond to any imaginable, in particular outer, shape of an object. For example, a flat, curved, wavy, jagged, curved and / or curved surfaces is possible.
In besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei dem Feedback- Element um ein haptisches Feedback-Element. Demzufolge erzeugt der Aktuator eine Vibration, ein Beben, einen Stoß, einen insbesondere einzelnen Impuls, eine Schwingung bzw. eine wellenartige Verformung oder dergleichen . Bei der Berührung eines Benutzers mit dem Feedback-Element erfährt der Benutzer somit ein haptisches Feedback, insbesondere an seinen Fingern. In bevorzugter Ausführungsform ist der Oszillator über ein Trägerelement mit dem Feedback-Element verbunden. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein elastisches Trägerelement. Beispielsweise kann ein Federelement, wie eine Feder, eine Spirale, ein Element aus Elastomer oder ein Textilelement eingesetzt werden. Der angeregte Oszillator kann somit Impulse über das Trägerelement auf das Feedback-Element übertragen, das sodann eine Vibration, eine Schwingung, Stöße, oder dergleichen erfährt, die als Feedback abgegeben werden können. Wird somit beispielsweise der Oszillator aufgrund eines am Stator anliegenden Stroms in Schwingungen versetzt, nimmt das Trägerelement diese Schwingungen auf und überträgt sie an das Feedback- Element. Dieses fängt hierdurch beispielsweise an zu vibrieren und gibt so ein Feedback ab. In a particularly preferred embodiment, the feedback element is a haptic feedback element. As a result, the actuator generates a vibration, a tremor, a shock, a particular single pulse, a vibration, or the like. When a user touches the feedback element, the user thus experiences a haptic feedback, in particular on his fingers. In a preferred embodiment, the oscillator is connected via a carrier element with the feedback element. This is in particular an elastic carrier element. For example, a spring element, such as a spring, a spiral, an element made of elastomer or a textile element can be used. The excited oscillator can thus transmit pulses via the carrier element to the feedback element, which then experiences a vibration, a vibration, shocks, or the like, which can be delivered as feedback. Thus, if, for example, the oscillator is caused to vibrate due to a current applied to the stator, the carrier element absorbs these vibrations and transmits them to the feedback element. This starts, for example, to vibrate and thus gives a feedback.
Andererseits ist es in einer weiteren Ausführungsform möglich, dass der Oszillator direkt mit dem Feedback-Element verbunden ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Feedback-Element um ein elastisches Feedback-Element, insbesondere eine elastische Membran, handeln. Bei einer Anregung des Oszillators durch den Stator würde somit der Oszillator eine Schwingung, einen Impuls oder dergleichen direkt auf die elastische Membran übertragen und diese somit beispielsweise in Vibration versetzen, die als Feedback dient. On the other hand, in another embodiment it is possible for the oscillator to be connected directly to the feedback element. For example, the feedback element may be an elastic feedback element, in particular an elastic membrane. Thus, upon excitation of the oscillator by the stator, the oscillator would transmit a vibration, impulse, or the like directly to the elastic membrane, thus causing it to vibrate, for example, as a feedback.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Oszillator mit einem nicht elastischen, insbesondere steifen Trägerelement verbunden sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Stab handeln, der z.B. über ein Kugelgelenk oder Scharniergelenk mit dem Feedback-Element verbunden ist. Auch ist es möglich, dass der Oszillator beweglich, beispielsweise über ein Kugelgelenk oder Scharniergelenk, mit einem steifen Trägerelement verbunden ist. Bei einer Anregung des Oszillators durch den Stator vollzieht somit der Oszillator eine Kippbewegung und überträgt entweder über das nicht elastische Trägerelement Impulse an das Feedback-Element, das daraufhin ein Feedback, beispielsweise eine Vibration abgibt. Andererseits könnte der Oszillator auf eine Fläche auftreffen, die mit dem Feedback-Element verbunden ist und hierdurch Impulse erzeugen und auf das Feedback-Element übertragen, welches hierdurch ebenfalls ein Feedback, beispielsweise eine Vibration abgibt. In a further embodiment, the oscillator may be connected to a non-elastic, in particular stiff carrier element. This may be, for example, a rod which is connected, for example, via a ball joint or hinge joint with the feedback element. It is also possible that the oscillator is movable, for example via a ball joint or hinge joint, connected to a rigid support member. Upon excitation of the oscillator by the stator thus the oscillator performs a tilting movement and transmits either via the non-elastic support member pulses to the feedback element, which then emits a feedback, such as a vibration. On the other hand, the oscillator could hit a surface that is connected to the feedback element and thereby generate pulses and the feedback element transmitted, which thereby also gives a feedback, such as a vibration.
Darüber hinaus kann in einer weiteren Ausführungsform ein Trägerelement eingesetzt werden, das nicht direkt mit dem Feedback-Element verbunden ist, sondern beispielsweise an einer dem Feedback-Element gegenüberliegenden Haltevorrichtung, wie einer Wand so angebracht ist, dass der an dem Trägerelement angebrachte Oszillator zu dem Feedback-Element hinzeigt. Bei einer Anregung des Oszillators durch den Stator könnte der beispielsweise schwingende Oszillator einmalig oder fortwährend auf das Feedback-Element auftreffen und somit ebenfalls eine Vibration des Feedback-Elements hervorrufen. Hierbei kann es sich einerseits um ein elastisches Trägerelement, andererseits um ein nicht elastisches Trägerelement handeln. In einer weiteren Ausführungsform kann der Oszillator und ggf. der Stator in ein elastisches Feedback-Element eingelassen sein. Das elastische Feedback- Element, beispielsweise aus Elastomer, könnte somit den Oszillator insbesondere vollständig umfassen. Bei einer Anregung des Oszillators durch den Stator wird somit das elastische Feedback-Element direkt über den Oszillator beispielsweise in Schwingungen versetzt und gib somit eine Vibration ab. In addition, in a further embodiment, a support member may be used which is not directly connected to the feedback element, but, for example, on a holding device opposite the feedback element, such as a wall is mounted so that the attached to the support member oscillator to the Feedback element. Upon excitation of the oscillator by the stator, the oscillating oscillator, for example, could impinge once or continuously on the feedback element and thus also cause a vibration of the feedback element. On the one hand, this may be an elastic carrier element, on the other hand a non-elastic carrier element. In a further embodiment, the oscillator and possibly the stator can be embedded in an elastic feedback element. The elastic feedback element, for example made of elastomer, could thus in particular completely encompass the oscillator. When the oscillator is excited by the stator, the elastic feedback element is thus vibrated directly via the oscillator, for example, and thus emits a vibration.
Ferner ist in einer weiteren Ausführungsform der Oszillator nicht direkt mit dem Feedback-Element verbunden und weist auch ansonsten keine Verbindung zu beispielsweise einer Wand auf. Hierbei ist der Oszillator von dem Stator umgeben und befindet sich beispielsweise in einer Kammer. Bei einer Anregung des Oszillators durch den Stator erfährt der insbesondere frei bewegliche Oszillator eine Kippbewegung, so dass dieser, beispielsweise durch ein Auftreffen, insbesondere auf eine Kammerinnenseite Impulse erzeugt, die auf das Feedback-Element übertragen werden und dieses beispielsweise in Vibrationen versetzt, sodass es ein Feedback abgibt. Auch ist es denkbar, dass das Feedback-Element Impulse überträgt, die von dem Stator statt dem Oszillator, aufgrund der Interaktion von Stator und Oszillator, ausgehen und auf das Feedback-Element übertragen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Oszillator eine zu der insbesondere flachen Oberfläche des Feedback-Elements parallel verlaufende magnetische Orientierungsrichtung auf. Die magnetische Orientierungsrichtung beschreibt die Verbindungslinie des Nordpols und des Südpols eines Magneten. Diese Verbindungslinie verläuft somit, bezogen auf die insbesondere flache Oberfläche des Feedback-Elements, parallel. Beispielsweise weist ein zylindrischer Diametralmagnet auf der einen Hälfte den Nordpol und auf der anderen Hälfte den Südpol auf. Die Verbindungslinie dieser beiden Pole beschreibt die magnetische Orientierungsrichtung. Insbesondere verläuft diese magnetische Orientierungsrichtung parallel zu einer vorzugsweise flachen Außenfläche des Oszillators und/ oder des Magneten. In einer Ausführungsform ist die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators parallel zu der insbesondere flachen Oberfläche des Feedback-Elements. Bevorzugt verlaufen somit die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators parallel zu der Außenfläche des Oszillators und/ oder des Magneten und ebenfalls parallel zu der Oberfläche des Feedback-Elements. Furthermore, in another embodiment, the oscillator is not directly connected to the feedback element and otherwise has no connection to, for example, a wall. In this case, the oscillator is surrounded by the stator and is located, for example, in a chamber. Upon excitation of the oscillator by the stator of the particular freely movable oscillator undergoes a tilting movement, so that this, for example, by impingement, in particular on a chamber inside generates pulses that are transmitted to the feedback element and this example, vibrated, so it give feedback. It is also conceivable that the feedback element transmits impulses emanating from the stator instead of the oscillator, due to the interaction of stator and oscillator, and transmitted to the feedback element. In a preferred embodiment, the oscillator has a magnetic orientation direction parallel to the particular flat surface of the feedback element. The magnetic orientation direction describes the connecting line of the north pole and the south pole of a magnet. This connection line thus runs parallel to the particular flat surface of the feedback element. For example, a cylindrical diametrical magnet has the north pole on one half and the south pole on the other half. The connecting line of these two poles describes the magnetic orientation direction. In particular, this magnetic orientation direction is parallel to a preferably flat outer surface of the oscillator and / or the magnet. In one embodiment, the magnetic orientation direction of the oscillator is parallel to the particular flat surface of the feedback element. Thus, the magnetic orientation direction of the oscillator preferably extends parallel to the outer surface of the oscillator and / or the magnet and also parallel to the surface of the feedback element.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steht die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators senkrecht zum Magnetfeld bzw. zur magnetischen Orientierungsrichtung des Stators. Innerhalb des Stators verlaufen die magnetischen Feldlinien nahezu geradlinig von der einen Öffnung zu der anderen Öffnung des Stators, ausgehend vom Südpol in Richtung Nordpol. Dementsprechend verlaufen die Feldlinien und somit das Magnetfeld und die magnetische Orientierungsrichtung innerhalb des Stators parallel zu der Längsschnittfläche des Stators. In besonders bevorzugter Ausführungsform steht somit die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators senkrecht zu der magnetischen Orientierungsrichtung des Stators. Folglich steht die Verbindungslinie zwischen Süd- und Nordpol des Oszillators senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen Süd- und Nordpol des Stators. Die oben beschriebene Ausführungsform beschreibt den elektromagnetischen Aktuator mit einem Oszillator, einem Stator und einem Feedback-Element derart, dass der elektromagnetische Aktuator dadurch gekennzeichnet ist, dass der durch den Stator angeregte Oszillator eine Kippbewegung durchführt, die auf das Feedback-Element einwirkt. Zur Definition der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht zwingend notwendig, dass der Oszillator eine Kippbewegung durchführt. Demgegenüber ist es möglich, dass der elektromagnetische Aktuator mit einem Oszillator, einem Stator und einem Feedback-Element derart gekennzeichnet ist, dass die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators senkrecht zum Magnetfeld bzw. zur magnetischen Orientierungsrichtung des Stators steht. Vorstellbar ist diesbezüglich die Anordnung eines Oszillators, dessen magnetische Orientierungsrichtung zur magnetischen Orientierungsrichtung des Stators parallel verläuft, der derart angeordnet ist, dass er eine lineare Bewegung senkrecht zur magnetischen Orientierungsrichtung des Stators vollzieht. Beispielsweise könnte der Oszillator derart über eine Schienenführung mit dem Feedback-Element verbunden sein, dass die magnetische Orientierungsrichtung parallel zu der insbesondere flachen Oberfläche des Feedback-Elements verläuft. Durch eine Anregung des Stators würde sich der Oszillator linear entlang der Schienenführung bewegen. Bei einem Auftreffen des Oszillators, beispielsweise auf einem Prellbock an einem Ende der Schienenführung würde der Oszillator somit einen Impuls an das Feedback- Element übertragen, das als Feedback, insbesondere als Vibration abgegeben wird. Folglich ist in dieser alternativen Definition der Erfindung nicht die Kippbewegung, sondern die magnetische Orientierungsrichtung des Oszillators die senkrecht auf der magnetischen Orientierungsrichtung des Stators steht die entscheidende Kennzeichnung. In a particularly preferred embodiment, the magnetic orientation direction of the oscillator is perpendicular to the magnetic field or to the magnetic orientation direction of the stator. Within the stator, the magnetic field lines are almost straight from one opening to the other opening of the stator, starting from the south pole to the north pole. Accordingly, the field lines and thus the magnetic field and the magnetic orientation direction within the stator are parallel to the longitudinal sectional area of the stator. In a particularly preferred embodiment, the magnetic orientation direction of the oscillator is thus perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator. Consequently, the connecting line between the south and north pole of the oscillator is perpendicular to the connecting line between the south and north pole of the stator. The embodiment described above describes the electromagnetic actuator having an oscillator, a stator and a feedback element such that the electromagnetic actuator is characterized in that the oscillator excited by the stator performs a tilting movement acting on the feedback element. However, to define the present invention, it is not absolutely necessary for the oscillator to perform a tilting movement. In contrast, it is possible that the electromagnetic actuator is characterized with an oscillator, a stator and a feedback element such that the magnetic orientation direction of the oscillator is perpendicular to the magnetic field or to the magnetic orientation direction of the stator. It is conceivable in this regard, the arrangement of an oscillator, the magnetic orientation direction parallel to the magnetic orientation direction of the stator, which is arranged such that it performs a linear movement perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator. For example, the oscillator could be connected to the feedback element via a rail guide such that the magnetic orientation direction is parallel to the particular flat surface of the feedback element. By excitation of the stator, the oscillator would move linearly along the rail guide. Upon impact of the oscillator, for example on a buffer at one end of the rail guide, the oscillator would thus transmit a pulse to the feedback element which is delivered as feedback, in particular as vibration. Consequently, in this alternative definition of the invention, not the tilting movement but the magnetic orientation direction of the oscillator, which is perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator, is the decisive marking.
In besonders bevorzugter Ausführungsform weist der Oszillator einen diametral gepolten Magnet auf. Die diametrale Magnetisierung beschränkt sich hierbei nicht auf die Magnetisierung eines Scheibenmagneten, sondern umfasst ebenfalls eine diametrale, also eine in entgegengesetzter Richtung liegende, Magnetisierung bei anderen Magnetformen bzw. -geometrien als die des Scheibenmagneten. Dies betrifft beispielsweise eine Magnetisierung in Längsrichtung. In a particularly preferred embodiment, the oscillator has a diametrically poled magnet. The diametral magnetization is not limited to the magnetization of a disc magnet, but also includes a diametrical, so lying in the opposite direction, magnetization in other magnet shapes or geometries than the of the disc magnet. This applies, for example, a magnetization in the longitudinal direction.
Weitergehend sind auch Magnetformen, insbesondere diametral gepolte Magnetformen denkbar, die nahezu jede äußere Form beschreiben, wie beispielsweise eine Scheibe, ein Quader, ein Würfeln, eine Kugeln, ein Ring, ein Zylinder, ein Kegel, ein Prisma, ein Hufeisen, ein Stab, ein Bügel usw. Furthermore, magnetic forms, in particular diametrically polarized magnetic forms are conceivable that describe almost any external shape, such as a disc, a cuboid, a dice, a sphere, a ring, a cylinder, a cone, a prism, a horseshoe, a rod, a hanger, etc.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Magnet des Oszillators um einen Permanentmagnet, auch Dauermagnet genannt. In a particularly preferred embodiment, the magnet of the oscillator is a permanent magnet, also called a permanent magnet.
Vorzugsweise umgibt der Stator den Oszillator ringförmig oder oval. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Stator den Oszillator vollständig umgibt. Insbesondere bedeutet dies, dass der Stator den Oszillator bezogen auf eine Ebene vollständig umgibt. Hierbei kann der Stator beispielsweise die Form eines Zylinders aufweisen, in dessen Inneren der Oszillator angeordnet ist. Preferably, the stator surrounds the oscillator annular or oval. It is particularly preferred that the stator completely surrounds the oscillator. In particular, this means that the stator completely surrounds the oscillator with respect to a plane. Here, the stator may for example have the shape of a cylinder, in the interior of which the oscillator is arranged.
Bei dem Elektromagnet des Stators handelt es sich in besonders bevorzugter Ausführungsform um eine Spule. Vorzugsweise handelt es sich um eine Spule, die eine zylinderförmige, beispielsweise ringförmige oder rechteckige Form aufweist. Die Wicklung der Spule besteht aus einem oder mehreren Drähten, die insbesondere Kupfer aufweisen. Es sind auch mehrere Wicklungen und die Verwendung von verschiedenen Drahtmaterialien möglich. The electromagnet of the stator is in a particularly preferred embodiment, a coil. Preferably, it is a coil which has a cylindrical, for example annular or rectangular shape. The winding of the coil consists of one or more wires, which in particular comprise copper. There are also several windings and the use of different wire materials possible.
Insbesondere liegt an dem Stator ein Strom mit alternierender Stromrichtung an. Weist der Oszillator statt eines Permanentmagneten oder dergleichen einen Elektromagnet auf, so kann ebenfalls an diesem ein alternierender Strom anliegen. Aufgrund der alternierenden Stromrichtung am Stator weist der Stator eine alternierende Polarität auf. Somit wechseln Nord- und Südpol jeweils die Position. Bei einem Stator, der eine insbesondere zylinderförmige Spule aufweist, liegt somit abwechselnd der Nord- und Südpol an der einen Zylinderöffnung bzw. abwechselnd an der anderen Zylinderöffnung. Aufgrund der alternierenden Polarität des Stators wechseln Nord- und Südpol des Stators jeweils ihre Position. Der Oszillator, der insbesondere einen Permanentmagnet aufweist, verfügt vorzugsweise über eine magnetische Orientierungsrichtung, die senkrecht zu der magnetischen Orientierungsrichtung des Stators steht, dessen Nord- und Südpol alternierend wechseln. Der Nordpol des Oszillators wird vom Südpol des Stators angezogen, der alternierend seine Position wechselt. Demgegenüber wird der Südpol des Oszillators vom Nordpol des Stators angezogen, der seine Position entgegen der des Südpols des Stators wechselt. Aufgrund dieser wechselnden Polarität bzw. Anziehung erfolgt eine hin und her verlaufende Bewegung der Süd- und Nordpolseiten des Oszillators und somit eine Kippbewegung des Oszillators. So richtet sich eine Seite des Oszillators in Richtung des Nordpols und eine andere Seite in Richtung des Südpols des Stators aus. Vorzugsweise erfolgt die Kippbewegung derart, dass die Symmetrieachse die zwischen Nordpol und Südpol des Oszillators liegt auch der Kippachse entspricht. Die Kippachse bezeichnet hierbei diejenige Achse, die zwischen dem Teil des Oszillators liegt, der in die eine Richtung angezogen wird und insbesondere somit dorthin kippt, und dem Teil des Oszillators, der in die andere Richtung angezogen wird und insbesondere somit in jene Richtung kippt. In particular, a current with alternating current direction is applied to the stator. If the oscillator has an electromagnet instead of a permanent magnet or the like, an alternating current can likewise be applied to it. Due to the alternating current direction on the stator, the stator has an alternating polarity. Thus, the north and south poles change their position. In the case of a stator which has a coil which is in particular cylindrical, the north and south poles thus alternately lie on one cylinder opening and alternately on the other cylinder opening. by virtue of The alternating polarity of the stator change the north and south poles of the stator respectively their position. The oscillator, which in particular has a permanent magnet, preferably has a magnetic orientation direction which is perpendicular to the magnetic orientation direction of the stator whose north and south pole alternate alternately. The north pole of the oscillator is attracted by the south pole of the stator, which alternately changes its position. In contrast, the south pole of the oscillator is attracted by the north pole of the stator, which changes its position opposite to the south pole of the stator. Due to this alternating polarity or attraction, a reciprocating movement of the south and north pole sides of the oscillator and thus a tilting movement of the oscillator takes place. Thus, one side of the oscillator is oriented in the direction of the north pole and another side in the direction of the south pole of the stator. The tilting movement preferably takes place in such a way that the axis of symmetry which lies between the north pole and the south pole of the oscillator also corresponds to the tilt axis. The tilting axis here refers to that axis which lies between the part of the oscillator, which is attracted in one direction and thus in particular tilts there, and the part of the oscillator which is attracted in the other direction and thus in particular tilts in that direction.
In einer weiteren Ausführungsform erfährt die Kippachse zwar eine Drehung, aber keine insbesondere lineare, also entlang der Feldlinien des Stators verlaufende, Verschiebung. Vorzugsweise ist die Position der Kippachse ortsfest. In a further embodiment, although the tilting axis undergoes a rotation, but not in particular linear, ie along the field lines of the stator extending, displacement. Preferably, the position of the tilting axis is fixed.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt an dem Stator bzw. an der Spule des Stators ein alternierender Strom mit verschiedenen Wechselfrequenzen, also Anzahl an Wechseln der Stromrichtung pro Zeiteinheit an. Hierdurch lässt sich die Häufigkeit des Kippens des Oszillators pro Zeiteinheit beeinflussen. Je häufiger die Stromrichtung geändert wird, also je höher die Wechselfrequenz, desto schneller kippt der Oszillator. Hierdurch kann die Frequenz der Impulse und insbesondere die Frequenz der Vibration des Feedback-Elements beeinflusst werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass aufgrund der Kippbewegung und der Wechselfrequenz ein besonders angenehmes Feedback für einen Benutzer erzeugt werden kann. Handelt es sich bei dem Feedback um eine Vibration, so haben Untersuchungen ergeben, dass insbesondere Frequenzen um 200 Hz für Benutzer als angenehm empfunden werden. In a particularly preferred embodiment, an alternating current with different alternating frequencies, that is to say a number of changes in the current direction per unit time, is applied to the stator or to the coil of the stator. This makes it possible to influence the frequency of tilting of the oscillator per unit of time. The more frequently the current direction is changed, ie the higher the alternating frequency, the faster the oscillator tilts. As a result, the frequency of the pulses and in particular the frequency of the vibration of the feedback element can be influenced. Another advantage of the present invention is that due to the tilting movement and the frequency of change a particularly comfortable feedback for a user can be generated. If the feedback is a vibration, then research has shown that especially frequencies around 200 Hz are perceived as pleasant for users.
Jedoch ist der Aktuator der vorliegenden Erfindung keineswegs auf bestimmte Frequenzen noch auf bestimmte Intervalle beschränkt. Vielmehr kann das insbesondere gesamte Wahrnehmungsspektrum der haptischen Wahrnehmung ca 1-1.000 Hz abgedeckt werden und eine Ausgestaltung der Effekte individuell den Anforderungen entsprechend erfolgen. However, the actuator of the present invention is by no means limited to particular frequencies nor to specific intervals. Rather, the particular entire perception spectrum of haptic perception ca 1-1000 Hz can be covered and a design of the effects individually according to the requirements.
Weitergehend liegt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Strom mit wechselnder Spannung am Stator bzw. an der Spule des Stators an. Hierdurch kann die Stromstärke und somit die magnetische Feldstärke des Stators beeinflusst werden. Durch eine Veränderung der magnetischen Feldstärke ändert sich die Anziehung der Spule und somit die Einwirkung auf den Oszillator. Je größer somit die anliegende Spannung am Stator, desto stärker wird der Oszillator von dem Stator beeinflusst, also angezogen bzw. abgestoßen. Demnach verändert sich durch die anliegende Spannung auch die Kippbewegung des Oszillators, insbesondere dessen Auslenkung. Infolgedessen kann beispielsweise die Intensität der Impulse des Oszillators auf das Feedback-Element und hierdurch die Intensität der abgegebenen Vibration beeinflusst werden. Furthermore, in a particularly preferred embodiment, a current with alternating voltage is applied to the stator or to the coil of the stator. As a result, the current intensity and thus the magnetic field strength of the stator can be influenced. By changing the magnetic field strength, the attraction of the coil and thus the action on the oscillator changes. Thus, the greater the voltage applied to the stator, the more the oscillator is influenced by the stator, that is, attracted or repelled. Accordingly, the voltage applied also changes the tilting movement of the oscillator, in particular its deflection. As a result, for example, the intensity of the pulses of the oscillator to the feedback element and thereby the intensity of the emitted vibration can be influenced.
Mit Hilfe der frei wählbaren Frequenz und Intensität ist es möglich, nahezu jede Schwingung zu erzeugen und somit beispielsweise verschiedene Vibrationssignale abzugeben. Ein Vibrationssignal ist hierbei nicht auf eine kontinuierliche Schwingung beschränkt, sondern es können Schwingungen mit verschiedenen Amplituden und verschiedenen Periodendauern erzeugt werden, die sich jederzeit variieren lassen. Somit lassen sich unterschiedlichste Vibrationssignale erzeugen. Auch ist es möglich, ein Feedback, beispielsweise eine Vibration, abzugeben, die dem Feedback von anderen, insbesondere mechanischen Bauteilen entspricht. Somit lässt sich die Haptik und/ oder das Feedback von anderen Bauteilen, wie beispielsweise Schaltern, simulieren bzw. imitieren. Mit Hilfe einer spezifischen Schwingung, die eine Vibration erzeugt, lässt sich beispielsweise der Schwingungscharakter eines Mikroschalters nachstellen. With the help of the freely selectable frequency and intensity, it is possible to generate almost any vibration and thus to give, for example, different vibration signals. In this case, a vibration signal is not limited to a continuous oscillation, but oscillations with different amplitudes and different period lengths can be generated, which can be varied at any time. Thus, a wide variety of vibration signals can be generated. Also it is possible to get a feedback, for example a vibration, which corresponds to the feedback of other, in particular mechanical components. Thus, the feel and / or the feedback of other components, such as switches, simulate or imitate. By means of a specific vibration that generates a vibration, for example, the vibration character of a microswitch can be adjusted.
In einer weiteren Ausführungsform weist der elektromagnetische Aktuator einen Dämpfer auf. Dieser Dämpfer verhindert, dass der Oszillator direkten Kontakt mit dem Stator bzw. mit dem Feedback-Element hat und somit den Stator oder das Feedback-Element berührt. Der Oszillator kann dementsprechend eine Dämpfungsschicht bzw. einen Dämpfungsmantel aufweisen. Ebenfalls kann der Stator oder das Feedback-Element eine dämpfende Beschichtung, eine dämpfende Oberfläche, einen dämpfenden Mantel, oder dergleichen aufweisen. Dieser Dämpfer kann derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass dieser Impulse, beispielsweise ausgelöst durch Stöße des Oszillators auf den Dämpfer, an das Feedback-Element überträgt und dieses hierüber ein Feedback, insbesondere eine Vibration erzeugt wird. In a further embodiment, the electromagnetic actuator has a damper. This damper prevents the oscillator from making direct contact with the stator or the feedback element, thus touching the stator or the feedback element. The oscillator can accordingly have a damping layer or a damping jacket. Also, the stator or the feedback element may include a damping coating, a damping surface, a damping jacket, or the like. This damper can be arranged and designed such that this pulse, for example, triggered by shocks of the oscillator to the damper, transmits to the feedback element and this is a feedback, in particular a vibration is generated.
Das erfindungsgemäße Touchelement, das beispielsweise zur Bedienung eines elektrischen Geräts vorgesehen ist, weist ein Feedback-Element nach einer der oben genannten Ausführungsformen auf. The touch element according to the invention, which is provided, for example, for operating an electrical device, has a feedback element according to one of the above-mentioned embodiments.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Touchelement um ein Touchelement eines Mobiltelefones, eines Tablets, eines Touchpads, einer Smartwatches, einer Spielekonsolen und insbesondere um ein Schaltelement, beispielsweise für ein elektrisches Gerät, insbesondere um ein Touchelement, für einen Lichtschalter. Aufgrund der Ausgestaltung des Feedback-Elements entsprechend der oben aufgeführten Ausführungsformen kann das Touchelement somit insbesondere eine Vibration erfahren und hierüber ein Feedback an einen Benutzer weitergeben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass aufgrund des erfindungsgemäßen Touchelements ein optimales haptisches Feedback an den Benutzer übertragen werden kann. The touch element is preferably a touch element of a mobile phone, a tablet, a touchpad, a smartwatch, a game console and in particular a switching element, for example for an electrical device, in particular a touch element, for a light switch. Due to the design of the feedback element according to the embodiments listed above, the touch element can thus experience in particular a vibration and pass on a feedback to a user. Another advantage of the invention is that due to the touch element according to the invention an optimal haptic feedback can be transmitted to the user.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen : Show it :
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht des elektromagnetischen Aktuators im Ausgangszustand Fig. 1 is a schematic perspective view of the electromagnetic actuator in the initial state
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht des elektromagnetischen Aktuators in Kippbewegung  Fig. 2 is a schematic perspective view of the electromagnetic actuator in tilting motion
Fig. 3 eine schematisch Schnittansicht des elektromagnetischen  Fig. 3 is a schematic sectional view of the electromagnetic
Aktuators im Ausgangszustand  Actuator in the initial state
Fign . 4-7 verschiedene Ausführungsformen des elektromagnetischen  Fign. 4-7 different embodiments of the electromagnetic
Aktuators im Ausgangszustand  Actuator in the initial state
Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht des Touchelements im  8 is a schematic perspective view of the touch element in FIG
Verwendungszustand  using state
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator 2 weist in der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein Feedback-Element 4 auf, das hier als rechteckige Oberfläche bzw. Membran ausgeführt ist. Hierauf ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stator 6 angeordnet, der eine Spule 8 aufweist. Die Spule 8 ist mit einer nicht dargestellten Energiequelle verbunden. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine haushaltsübliche Stromversorgung oder um eine tragbare Energiequelle, wie eine Batterie oder einen Akku. Bevorzugt ist es, dass an der Spule oder zwischen Spule und Energiequelle eine nicht dargestellte Steuereinheit angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Steuereinheit ließe sich der Strom beeinflussen, der an dem Stator anliegt. Beispielsweise kann die Spannung bzw. Stromstärke, die Dauer über die ein Strom angelegt wird und/ oder die Wechselfrequenz bzw. die Stromrichtung beeinflusst werden. Innerhalb der Spule ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein elastisches Trägerelement 18 auf dem Feedback- Element 4 angeordnet. Das Trägerelement 18 des Ausführungsbeispiels ist als Federelement ausgebildet, das an einem Ende mit dem Feedback-Element 4 und an dem anderen Ende mit einem Oszillator 10 verbunden ist. In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the electromagnetic actuator 2 according to the invention has a feedback element 4, which is embodied here as a rectangular surface or membrane. In this case, a stator 6 is arranged in the illustrated embodiment, which has a coil 8. The coil 8 is connected to a power source, not shown. This is in particular a household power supply or a portable power source, such as a battery or a rechargeable battery. It is preferred that a control unit, not shown, is arranged on the coil or between the coil and the energy source. With the help of this control unit could influence the current applied to the stator. For example, the voltage or current intensity, the duration over which a current is applied and / or the alternating frequency or the current direction can be influenced. Inside the coil is shown in the Embodiment, an elastic support member 18 disposed on the feedback element 4. The support member 18 of the embodiment is formed as a spring element which is connected at one end to the feedback element 4 and at the other end to an oscillator 10.
In dargestellter Ausführungsform weist der Oszillator 10 einen Magnet 12 auf. Dieser ist in der besonders bevorzugten Ausführungsform als Scheibenmagnet mit diametral gepolter Magnetisierung ausgeführt, so dass die eine Hälfte einen Südpol 14 und die andere Hälfte einen Nordpol 16 aufweist. Vorzugsweise ist der Magnet 12 ein Permanentmagnet. Die magnetische Orientierungsrichtung 36 dieses Magneten 12, also die Verbindungslinie zwischen Südpol 14 und Nordpol 16, ist in hier dargestellter Form parallel zum Feedback-Element 4 bzw. zu dessen Oberfläche angeordnet. Darüber hinaus steht die magnetische Orientierungsrichtung 36 des Oszillators 10 bzw. des Magneten 12 senkrecht zu der Mantelfläche des Stators 6. In an illustrated embodiment, the oscillator 10 has a magnet 12. This is designed in the most preferred embodiment as a disc magnet with diametrically poled magnetization, so that one half of a south pole 14 and the other half has a north pole 16. Preferably, the magnet 12 is a permanent magnet. The magnetic orientation direction 36 of this magnet 12, that is to say the connecting line between the south pole 14 and the north pole 16, is arranged in a form illustrated here parallel to the feedback element 4 or to its surface. In addition, the magnetic orientation direction 36 of the oscillator 10 or the magnet 12 is perpendicular to the lateral surface of the stator 6.
Bei Anlegen eines elektrischen Stroms an den Stator 6 bzw. die Spule 8 erfolgt ein Stromfluss durch den Leiter der Spule 8, insbesondere durch den gewickelten Kupferdraht, so dass sich ein Magnetfeld in der Umgebung der Spule 8 und des Stators 6 aufbaut. Die magnetischen Feldlinien der Spule 8 verlaufen innerhalb der Spule 8 linear von der einen zur anderen Öffnung der Spule 8. Je nach technischer Stromrichtung befindet sich somit der Nordpol 26 der Spule 8 an der einen Öffnung der Spule, und der Südpol 24 der Spule 8 an der anderen Öffnung der Spule. Bei einem Wechsel der technischen Stromrichtung, beispielsweise durch Anlegen eines alternierenden Stroms, wechselt die Position des Südpols 24 und des Nordpols 26 der Spule 8. Die magnetischen Feldlinien der Spule 8 verlaufen dementsprechend innerhalb der Spule linear vom Nordpol 26 zum Südpol 24. Je nach technischer Stromrichtung und der daraus resultierenden Position des Nordpols 26 und des Südpols 24 verlaufen die magnetischen Feldlinien von der einen Öffnung zur anderen Öffnung der Spule 8 oder umgekehrt. Insbesondere verlaufen die magnetischen Feldlinien der Spule 8 somit parallel zu der Mantelfläche des Stators 6. Weitergehend stehen die magnetischen Feldlinien der Spule 8 senkrecht auf der magnetischen Orientierungsrichtung 36 des Magneten 12. Somit steht die magnetische Orientierungsrichtung 36 des Oszillators 10 senkrecht zu der magnetischen Orientierungsrichtung 38 (dargestellt in Fig. 3) des Stators 6. When an electrical current is applied to the stator 6 or the coil 8, a current flows through the conductor of the coil 8, in particular through the wound copper wire, so that a magnetic field builds up in the vicinity of the coil 8 and the stator 6. The magnetic field lines of the coil 8 extend within the coil 8 linearly from one to the other opening of the coil 8. Depending on the technical direction of current is thus the north pole 26 of the coil 8 at one opening of the coil, and the south pole 24 of the coil 8 at the other opening of the coil. When changing the technical direction of current, for example by applying an alternating current, the position of the south pole 24 and the north pole 26 of the coil changes 8. The magnetic field lines of the coil 8 are accordingly within the coil linearly from the north pole 26 to the south pole 24. Depending on the technical Current direction and the resulting position of the north pole 26 and the south pole 24 extend the magnetic field lines from one opening to the other opening of the coil 8 or vice versa. In particular, the magnetic field lines of the coil 8 thus extend parallel to the lateral surface of the stator 6. The magnetic field lines of the coil 8 continue to run perpendicular to the magnetic orientation direction 36 of the magnet 12. Thus, the magnetic orientation direction 36 of the oscillator 10 is perpendicular to the magnetic orientation direction 38 (shown in FIG. 3) of the stator 6.
Wird beispielsweise ein Gleichstrom an die Spule 8 angelegt, der die Spule im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 von unten nach oben durchfließt, befindet sich der Nordpol 26 an der oberen Öffnung der Spule 8 und der Südpol 24 an der unteren Öffnung der Spule 8. Somit wird der Südpol 14 des Magneten 12, der hier als Permanentmagnet ausgebildet ist, vom Nordpol 26 der Spule 8 angezogen und richtet eine Seite des Oszillators 10 nach oben aus. Der Nordpol 16 des Magneten 12 wird vom Südpol 24 der Spule 8 angezogen und richtet somit eine andere Seite des Oszillators 10 nach unten aus. Der Oszillator 10 stellt sich somit schräg und führt eine Kippbewegung entlang der mit Pfeil 32 dargestellten Richtung, insbesondere um die Kippachse 34 aus. Die Kippachse 34 dieser Kippbewegung verläuft hierbei durch das Zentrum bzw. den Mittelpunkt des Magneten 12. Das Trägerelement 18 erfährt durch die Kippbewegung eine Kraft- bzw. eine Auslenkung, die als ein Impuls an das Feedback-Element 4 übertragen wird. Erfolgt nach der ersten Kippbewegung eine weitere Kippbewegung, so ist es möglich, dass diese Kippbewegung nicht um die gezeigte Kippachse 34 entlang des Pfeils 32 verläuft, sondern beispielsweise um eine Kippachse, die orthogonal zur Kippachse 34 steht, erfolgt. Eine derartige Kippachse verläuft wie die Kippachse 34 parallel zur Oberfläche des Feedback-Elements 4, jedoch anstatt, wie dargestellt, eine rechts-linksseitige Kippbewegung gemäß Pfeil 32, erfolgt eine vorwärts-/rückwärts gerichtete Kippbewegung. Folglich beschreibt derart der Oszillator 10 insgesamt eine Taumelbewegung. Diese Taumelbewegung erfolgt um ein Taumelzentrum 35, welches dargestellt im Zentrum bzw. im Mittelpunkt des Magneten 12 liegt. Während der gesamten Taumelbewegung verändert dieses Taumelzentrum 35 seine Lage relativ zur Spule 8 nicht. Ebenfalls liegt das Taumelzentrum 34 stets, also während der gesamten Taumelbewegung, innerhalb des Magneten 12. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Seite des Oszillators 10 aufgrund der Kippbewegung auf die Oberfläche des Feedback-Elements 4 auftreffen und hierüber ebenfalls einen Impuls erzeugen. For example, if a DC current is applied to the coil 8, which flows through the coil in the illustrated embodiment of FIG. 2 from bottom to top, the north pole 26 is located at the upper opening of the coil 8 and the south pole 24 at the lower opening of the coil eighth Thus, the south pole 14 of the magnet 12, which is designed here as a permanent magnet, attracted by the north pole 26 of the coil 8 and aligns one side of the oscillator 10 upwards. The north pole 16 of the magnet 12 is attracted by the south pole 24 of the coil 8 and thus aligns another side of the oscillator 10 down. The oscillator 10 is thus inclined and performs a tilting movement along the direction shown by arrow 32, in particular about the tilting axis 34. The tilting axis 34 of this tilting movement in this case passes through the center or the center of the magnet 12. The support member 18 undergoes a force or a deflection by the tilting movement, which is transmitted as an impulse to the feedback element 4. If a further tilting movement takes place after the first tilting movement, then it is possible that this tilting movement does not extend around the tilting axis 34 shown along the arrow 32, but takes place, for example, about a tilting axis which is orthogonal to the tilting axis 34. Such a tilting axis runs as the tilting axis 34 parallel to the surface of the feedback element 4, but instead, as shown, a right-left-side tilting movement according to arrow 32, there is a forward / backward tilting movement. Thus, the oscillator 10 as a whole describes a tumbling motion. This wobbling movement takes place about a wobble center 35, which is shown in the center or in the center of the magnet 12. During the entire tumbling movement of this tumbling center 35 does not change its position relative to the coil 8. Also, the tumbling center 34 always lies within the magnet 12, that is, during the entire tumbling motion. In another embodiment, one side of the oscillator 10 may be due to the Tilting impinge on the surface of the feedback element 4 and also generate a pulse about this.
Wird statt eines Gleichstroms ein alternierender Strom an die Spule 8 angelegt, so wechselt die Position des Nordpols 26 der Spule 8 und des Südpols 24 der Spule 8 alternierend. Dementsprechend führt der Oszillator 10 eine insbesondere fortwährende Kippbewegung entlang Pfeil 32 aus, bei der abwechselnd eine erste Seite des Oszillators 10 nach unten und eine andere zweite Seite des Oszillators 10 nach oben kippt. Bei einem Wechsel der Stromrichtung kippt eine zweite Seite des Oszillators 10 nach unten und eine erste Seite des Oszillators 10 nach oben. Somit erfolgt eine alternierende und insbesondere fortwährende Kippbewegung des Oszillators 10 mit Magnet 12 entlang Pfeil 32. Hierdurch werden Impulse an das Feedback-Element 4 übertragen, die ein haptisches und/ oder akustisches Feedback, wie beispielsweise eine Vibration, erzeugen und von Feedback-Element 4 abgegeben werden. Dieses Feedback, insbesondere diese Vibration, kann beispielsweise durch eine Berührung eines Benutzers, vorzugsweise über einen oder mehrere Finger, wahrgenommen werden. If an alternating current is applied to the coil 8 instead of a direct current, the position of the north pole 26 of the coil 8 and of the south pole 24 of the coil 8 changes alternately. Accordingly, the oscillator 10 executes a particularly continuous tilting movement along arrow 32, in which alternately a first side of the oscillator 10 tilts down and another second side of the oscillator 10 upwards. When changing the current direction tilts a second side of the oscillator 10 down and a first side of the oscillator 10 upwards. Thus, there is an alternating and in particular continuous tilting movement of the oscillator 10 with magnet 12 along arrow 32. In this way, pulses are transmitted to the feedback element 4, which generate a haptic and / or acoustic feedback, such as a vibration, and feedback element 4 be delivered. This feedback, in particular this vibration, can be perceived, for example, by a touch of a user, preferably via one or more fingers.
Je nach Wechselfrequenz, also Häufigkeit des Wechsels, der Stromrichtung und je nach anliegender Spannung am Stator 6 kann somit das Feedback, insbesondere die Vibration, variieren. Einerseits betrifft dies die Frequenz und andererseits die Intensität des Feedbacks, vorzugsweise der Vibration. Wird beispielsweise die Stromrichtung 200 Mal pro Sekunde gewechselt führt der Oszillator 10 somit 200 Kippbewegungen pro Sekunde aus und es werden 200 Impulse pro Sekunde an das Feedback-Element 4 übertragen. Diese gibt somit eine Vibration mit einer Frequenz von 200 Hz ab. Bei Stoppen des Stromflusses wird auch die Bewegung, insbesondere die Kippbewegung, des Oszillators 10 gestoppt und somit kein Feedback mehr erzeugt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise ein anhaltender Gleichstrom, an die Spule 8 angelegt wird und somit eine fortwährende Kippbewegung und dadurch beispielsweise ausgelöste Vibration abrupt angehalten und weitere Bewegungen des Oszillators 10 verhindert werden. Erfolgt das Anlegen einer hohen Spannung an den Stator 6, wird Oszillator 10 entsprechend weit ausgelenkt und es erfolgt die Übertragung eines starken Impulses an das Feedback-Element 4. Diese gibt hierdurch beispielsweise eine intensive Vibration an einen Benutzer ab. Infolgedessen lässt sich insbesondere die Intensität der Vibration durch Variieren der am Stator 6 anliegenden Spannung verändern. Depending on the alternating frequency, ie frequency of change, the current direction and depending on the voltage applied to the stator 6, the feedback, in particular the vibration, can thus vary. On the one hand this affects the frequency and on the other hand the intensity of the feedback, preferably the vibration. If, for example, the current direction is changed 200 times per second, the oscillator 10 thus executes 200 tilting movements per second and 200 pulses per second are transmitted to the feedback element 4. This thus emits a vibration with a frequency of 200 Hz. When stopping the flow of current and the movement, in particular the tilting movement of the oscillator 10 is stopped and thus generates no feedback. In addition, there is the possibility that, for example, a sustained DC current is applied to the coil 8 and thus a continuous tilting movement and thus, for example triggered vibration abruptly stopped and further movements of the oscillator 10 can be prevented. If the application of a high voltage to the stator 6, oscillator 10 is deflected correspondingly far and there is the transmission of a strong pulse to the feedback element 4. This is, for example, from an intense vibration to a user. As a result, in particular, the intensity of the vibration can be varied by varying the voltage applied to the stator 6.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt des elektromagnetischen Aktuators 2 der oben beschriebenen Ausführungsform. Der Oszillator 10 weist hierbei einen optionalen Dämpfer, hier ausgebildet als Dämpfungshülle 20, auf, die den Magnet 12 umgibt. Hierdurch können direkte Berührungen des Magneten 10 mit dem Stator 6 bzw. der Spule 8 und dem Feedback-Element 4 verhindert werden. Vorzugsweise weist die Dämpfungshülle 20 Elastomere, Kunststoff oder Textil auf. FIG. 3 shows a cross section of the electromagnetic actuator 2 of the embodiment described above. The oscillator 10 in this case has an optional damper, designed here as a damping sleeve 20, which surrounds the magnet 12. As a result, direct contact of the magnet 10 with the stator 6 or the coil 8 and the feedback element 4 can be prevented. Preferably, the damping sheath 20 elastomers, plastic or textile.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektromagnetischen Aktuators 2. Hierbei ist das Trägerelement 18 nicht mit dem Feedback- Element 4 verbunden, sondern mit einer Haltevorrichtung 28, beispielsweise einer Wand. Das Trägerelement 18 ist hierbei beispielsweise als elastisches Federelement ausgebildet. Die Anordnung des Oszillators 10 zu dem Feedback-Element 4 ist hierbei derart gewählt, dass der Oszillator 10 während der Kippbewegung mit dem Feedback-Element 4 in Verbindung kommt, bzw. insbesondere fortwährend mit wechselnden Seiten des Oszillators 10 an das Feedback-Element 4 stößt. Hierdurch werden Impulse an das Feedback- Element 4 übertragen und dieses gibt ein Feedback, insbesondere eine Vibration ab. Figure 4 shows another embodiment of the electromagnetic actuator 2. Here, the support member 18 is not connected to the feedback element 4, but with a holding device 28, for example a wall. The support member 18 is formed here, for example, as an elastic spring element. The arrangement of the oscillator 10 to the feedback element 4 is in this case selected such that the oscillator 10 during the tilting movement with the feedback element 4 comes into connection, or in particular continuously abuts with alternating sides of the oscillator 10 to the feedback element 4 , As a result, pulses are transmitted to the feedback element 4 and this gives a feedback, in particular a vibration.
Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 2, der statt eines elastischen Trägerelements 18 ein starres Trägerelement aufweist. Dieses ist an einer Seite mit dem Oszillator 10 verbunden und an der anderen Seite beweglich mit einem Kugelgelenk 22 mit dem Feedback-Element 4 verbunden. Weitergehend ist neben der dargestellten Ausführungsform, statt der beweglichen Verbindung des Trägerelements 18 mit dem Feedback-Element 4, auch eine bewegliche Verbindung des Trägerelements 18 mit dem Oszillator 10, beispielsweise über eine Kugel- oder Scharniergelenk denkbar. Bei einer Kippbewegung des Oszillators 10 berühren Seiten des Oszillators 10 eine Dämpferfläche 30, die mit dem Feedback-Element 4 verbunden, insbesondere auf diesem angeordnet ist. Die Impulse, die durch das Auftreffen des Oszillators auf die Dämpferfläche 30 erzeugt werden, übertragen sich auf das Feedback-Element 4, das hierdurch ein Feedback, insbesondere eine Vibration abgibt. Selbstverständlich bedarf es nicht zwingend der Dämpferfläche 30 und es ist auch ein direktes Auftreffen des Oszillators 10 auf das Feedback-Element 4 möglich . The embodiment shown in Figure 5 shows an electromagnetic actuator 2, which instead of an elastic support member 18 has a rigid support member. This is connected at one side to the oscillator 10 and connected to the other side movable with a ball joint 22 with the feedback element 4. It is next to the illustrated embodiment, instead of the movable connection the support member 18 with the feedback element 4, also a movable connection of the support member 18 with the oscillator 10, for example via a ball or hinge joint conceivable. In a tilting movement of the oscillator 10, sides of the oscillator 10 contact a damper surface 30, which is connected to the feedback element 4, in particular arranged thereon. The pulses that are generated by the impact of the oscillator on the damper surface 30, transferred to the feedback element 4, thereby giving off a feedback, in particular a vibration. Of course, it is not mandatory that the damper surface 30 and it is also a direct impact of the oscillator 10 on the feedback element 4 possible.
Konsequenterweise ist es denkbar, dass eine Dämpferfläche 30, wie in Figur 5 dargestellt, auch in einer anderen Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators 2 eingesetzt wird. Ebenfalls kann logischerweise das starre Trägerelement 18 in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel aus Figur 4 mit einer Haltevorrichtung statt dem Feedback-Element 4 verbunden werden. Consequently, it is conceivable that a damper surface 30, as shown in Figure 5, is also used in another embodiment of the electromagnetic actuator 2. Likewise, the rigid support element 18 can logically be connected to a holding device instead of the feedback element 4 on the basis of the exemplary embodiment from FIG.
Figur 6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektromagnetischen Aktuators 2 dar. Diese Ausführungsform weist kein Trägerelement auf, sondern der Oszillator 10 ist direkt mit einem, insbesondere elastischen Feedback-Element 4 verbunden. Impulse, ausgelöst durch Kippbewegungen des Oszillators 10, werden somit direkt an das Feedback-Element 4 übertragen und dieses somit beispielsweise in Vibration versetzt. Denkbar ist es auch, dass das elastische Feedback-Element 4 den Oszillator 10 und ggf. den Stator 6 teilweise oder vollständig umgibt. Impulse, ausgelöst durch Kippbewegungen des Oszillators 10, werden somit ebenfalls direkt an das Feedback-Element 4 weitergegeben und dieses insbesondere in Vibration versetzt. FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the electromagnetic actuator 2. This embodiment has no carrier element, but the oscillator 10 is connected directly to a, in particular elastic, feedback element 4. Pulses, triggered by tilting movements of the oscillator 10, are thus transmitted directly to the feedback element 4 and this thus, for example, vibrated. It is also conceivable that the elastic feedback element 4 surrounds the oscillator 10 and possibly the stator 6 partially or completely. Pulses triggered by tilting of the oscillator 10 are thus also passed directly to the feedback element 4 and this particular vibration.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators 2, bei dem der Oszillator 10 lose innerhalb des Feedback-Elements 4, das als Kammer ausgebildet ist, angeordnet ist. Hierbei ist der Oszillator 10 mit keinerlei Bauteilen verbunden. Der Stator 6 weist eine optionale Dämpferhülse 24 auf, die innerhalb des Stators 6 angeordnet ist. Diese Dämpferhülse 24 verhindert direkte Berührung des Oszillators 10 mit dem Stator 6 bzw. der Spule 8. Ebenfalls kann eine nicht dargestellte Dämpferfläche auf dem Feedback-Element eingesetzt werden, die die Innenseite des Feedback-Elements bedeckt. Wird der Oszillator 10 durch die Spule 8 angeregt und in Kippbewegung versetzt, erfolgt eine stoßende Impulsübertragung des Oszillators 10 an das Feedback-Element 4. Dieses gibt hierdurch ein Feedback, insbesondere eine Vibration ab. Durch Anlegung eines bestimmten Stroms, beispielsweise eines Gleichstroms, kann der Oszillator 10 aufgrund der magnetischen Anziehung in eine Ruhelage versetzt und darin gehalten werden. FIG. 7 shows a further embodiment of the electromagnetic actuator 2, in which the oscillator 10 is arranged loosely within the feedback element 4, which is designed as a chamber. Here, the oscillator 10 is connected with no components. The stator 6 has an optional Damper sleeve 24 which is disposed within the stator 6. This damper sleeve 24 prevents direct contact of the oscillator 10 with the stator 6 and the coil 8. Also, a damper surface, not shown, can be used on the feedback element, which covers the inside of the feedback element. If the oscillator 10 is excited by the coil 8 and set in tilting motion, there is an impulsive impulse transmission of the oscillator 10 to the feedback element 4. This gives thereby a feedback, in particular a vibration. By applying a certain current, such as a direct current, the oscillator 10 can be placed in a rest position and held therein due to the magnetic attraction.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform des Touchelements 40. Bei dem Touchelement 40 kann es sich beispielsweise um ein Touchscreen eines Mobiltelefons oder eines Tablets, um ein Touchpad eines Laptops, um ein Display einer Smartwatches, um eine Steuerung von Spielekonsolen, um eine Außenwand einer Fernbedienung, um ein Bedienfeld für einen Schalter, insbesondere um ein Bedienfeld für einen Lichtschalter, oder dergleichen handeln. Im Folgenden wird die dargestellte Ausführungsform des Touchelemts 40 beispielhaft anhand eines Bedienfelds für einen Lichtschalter erläutert. Bei dem Bedienfeld 40 des Lichtschalters handelt es sich um einen Bedienfläche mit kapazitiver Sensortechnik. Durch Berührung mit einem Finger 42 lässt sich beispielsweise durch eine kurze Berührung ein nicht dargestelltes Licht an- und ausschalten. Durch eine bewegte Berührung, auch Streichen genannt, lässt sich eine Dimmfunktion ausführen und somit die Helligkeit des Lichts beeinflussen . Wird beispielsweise das Bedienfeld 40 durch den Finger 42 berührt und während der Berührung der Finger nach rechts bewegt, nimmt die Helligkeit zu. Diese Funktion wird im Rahmen dieser Schrift als Helldimmen bezeichnet. Bei einer Bewegung nach links verringert sich die Helligkeit des Lichts. Diese Funktion wird im Rahmen dieser Schrift als Dunkeidimmen bezeichnet. Konsequenterweise ist es möglich, dass ein ausgeschaltetes Licht nicht erst eingeschaltet werden muss, bevor die Dimmfunktion genutzt wird, sondern durch die bewegte Berührung ebenfalls das Licht eingeschaltet wird. FIG. 8 shows an embodiment of the touch element 40. The touch element 40 may be, for example, a touch screen of a mobile phone or a tablet, a touchpad of a laptop, a display of a smartwatch, a controller of game consoles, an outer wall of a remote control, to a control panel for a switch, in particular a control panel for a light switch, or the like act. The illustrated embodiment of the touch element 40 will be explained below by way of example with reference to a control panel for a light switch. The control panel 40 of the light switch is a control surface with capacitive sensor technology. By touching with a finger 42, for example, by a short touch, an unillustrated light can be switched on and off. A moving touch, also called stroking, can be used to perform a dimming function and thus influence the brightness of the light. For example, if the control panel 40 is touched by the finger 42 and moved to the right while touching the fingers, the brightness increases. This function is referred to as dimming in the context of this document. Moving to the left decreases the brightness of the light. This feature is referred to in this document as Dunkeidimmen. Consequently, it is possible that a switched off light does not have to be turned on before the Dimming function is used, but by the moving touch also the light is turned on.
Diese vier beispielhaften Funktionen, Einschalten, Ausschalten, Helldimmen und Dunkeidimmen, des Lichtschalters mit Bedienfeld 40 können einem Benutzer als haptisches Feedback durch den Einsatz eines elektromagnetischen Aktuators 2 bestätigt werden. Somit werden Eingaben eines Benutzers durch Finger 42 über den nicht dargestellten kapazitiven Sensor des Lichtschalters bzw. des Bedienfelds 40 an eine nicht dargestellte Steuereinheit weitergegeben. Diese regelt einerseits die oben beschriebenen Funktionen, Einschalten, Ausschalten, Helldimmen und Dunkeidimmen. Andererseits steuert diese die Wechselfrequenz und die Spannung des Stroms der am Stator 6 bzw. an der Spule 8 anliegt. Somit gibt das Feedback-Element je nach Eingabe des Benutzers ein spezifisches Feedback, insbesondere eine spezifische Vibration an den Benutzer, insbesondere an dessen Finger 42 zurück. Insbesondere kann zwischen Dauer, Frequenz und Intensität des Feedbacks, vorzugsweise der Vibration variiert werden. Beispielsweise kann das einmalige Berühren des Bedienfelds 40, das ein Einschalten des Lichts auslöst, über eine kurze, wenig intensive Vibration mit einer Frequenz von 200 Hz bestätigt werden. Das erneute Berühren, das beispielsweise ein Ausschalten des Lichts bewirkt, ließe sich durch eine lange, intensive Vibration mit einer Frequenz von 200 Hz bestätigen. Die Dimmfunktion ließe sich demgegenüber durch eine solange anhaltende Vibration mit 200 Hz bestätigen, bis die bewegte Berührung des Benutzers mit Finger 42 und somit der Dimmvorgang abgeschlossen ist. Darüber hinaus könnte ein Streichen nach rechts, Helldimmen, durch eine ansteigende Intensität der Vibration bestätigt werden. Entsprechend würde eine Verringerung der Helligkeit, Dunkeidimmen, durch eine abnehmende Vibrationsintensität an den Benutzer, insbesondere an Finger 42, haptisch weitergegeben werden. These four exemplary functions, power on, power off, dimming, and dimming, of the control panel light switch 40 may be confirmed to a user as haptic feedback through the use of an electromagnetic actuator 2. Thus, inputs of a user are passed through fingers 42 via the not shown capacitive sensor of the light switch or the control panel 40 to a control unit, not shown. On the one hand, this regulates the functions described above, switching on, switching off, dimming and dark dimming. On the other hand, it controls the alternating frequency and the voltage of the current which is applied to the stator 6 or to the coil 8. Thus, depending on the user's input, the feedback element returns a specific feedback, in particular a specific vibration, to the user, in particular to his finger 42. In particular, it is possible to vary between the duration, frequency and intensity of the feedback, preferably the vibration. For example, the single touch of the control panel 40, which triggers the switching on of the light, can be confirmed via a short, less intense vibration with a frequency of 200 Hz. The re-touching, which for example causes a switching off of the light, could be confirmed by a long, intense vibration with a frequency of 200 Hz. In contrast, the dimming function could be confirmed by a sustained vibration at 200 Hz until the moving touch of the user with finger 42 and thus the dimming process has been completed. In addition, a swipe to the right, light dimming, could be confirmed by an increasing intensity of the vibration. Accordingly, a reduction in brightness, darkness, would be haptically transmitted to the user, in particular fingers 42, by a decreasing intensity of vibration.
Mit Hilfe der frei einstellbaren Frequenz und Intensität des Feedbacks, insbesondere der Vibration, lassen sich darüber hinaus Feedbacks erzeugen, die ein Benutzer bereits von mechanischen Bauteilen, vorzugsweise Schaltern, kennt. So kann beispielsweise der typische Schwingungscharakter eines Schalters, insbesondere eines Mikroschalters, mit Hilfe einer individuellen Vibration simuliert werden und somit dem Benutzer ein Feedback gegeben werden, dass sich für ihn natürlich anfühlt, weil er es beispielsweise schon von einem Lichtschalter oder dergleichen kennt. With the aid of the freely adjustable frequency and intensity of the feedback, in particular the vibration, it is also possible to generate feedback which a user already receives from mechanical components, preferably switches, knows. Thus, for example, the typical vibration character of a switch, in particular a microswitch, be simulated by means of an individual vibration and thus the user feedback are given that feels natural to him, because he already knows, for example, of a light switch or the like.

Claims

Ansprüche claims
1. Elektromagnetischer Aktuator (2) mit 1. Electromagnetic actuator (2) with
einem Oszillator (10) mit einem Magnet (12),  an oscillator (10) with a magnet (12),
einem Stator (6) mit einem Elektromagnet (8), der den Oszillator zumindest teilweise umgibt und  a stator (6) having an electromagnet (8) which surrounds the oscillator at least partially and
einem Feedback-Element (4), auf das der Oszillator (10) einwirkt d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass  a feedback element (4), which is acted upon by the oscillator (10), in that a
der Oszillator (10) bei Anregung durch den Stator (6) eine auf das Feedback-Element (6) einwirkende Kippbewegung vollzieht.  the oscillator (10) when excited by the stator (6) performs a tilting movement acting on the feedback element (6).
2. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (10), insbesondere vollständig, innerhalb des Stators (6) angeordnet ist. 2. Electromagnetic actuator (2) according to claim 1, characterized in that the oscillator (10), in particular completely, within the stator (6) is arranged.
3. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum des Oszillators (10) im Zentrum des Stators (6) liegt. 3. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1 - 2, characterized in that the center of the oscillator (10) in the center of the stator (6).
4. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum des Magnetfelds des Oszillators (10) im Zentrum des Magnetfelds des Stators (6) liegt. 4. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-3, characterized in that the center of the magnetic field of the oscillator (10) in the center of the magnetic field of the stator (6).
5. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen relativ zum elektromagnetischen Aktuator (2) ortsfeste Kippachse (34), um die die Kippbewegung des Oszillators (10) erfolgt, wobei die Kippachse (34) insbesondere durch das Zentrum des Oszillators (10) verläuft. 5. Electromagnetic actuator (2) according to one of claims 1 - 4, characterized by a substantially relative to the electromagnetic actuator (2) fixed tilting axis (34) about which the tilting movement of the oscillator (10), wherein the tilting axis (34) in particular through the center of the oscillator (10).
6. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch ein Taumelzentrum des Oszillators (10), wobei der Oszillator (10) bei mehreren Kippbewegungen eine Taumelbewegung im Wesentlichen um das Taumelzentrum vollzieht, wobei vorzugsweise das Taumelzentrum ortsfest relativ zum Stator (6) ist und/oder im Zentrum des Oszillators (10) liegt. 6. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-5, characterized by a wobble center of the oscillator (10), wherein the oscillator (10) in a plurality of tilting movements a tumbling motion essentially takes place about the wobble center, wherein preferably the wobble center is stationary relative to the stator (6) and / or lies in the center of the oscillator (10).
7. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedback-Element (4) eine Oberfläche, insbesondere eine Membran aufweist. 7. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-6, characterized in that the feedback element (4) has a surface, in particular a membrane.
8. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedback-Element (4) ein haptisches und/oder akustisches Feedback-Element ist. 8. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-7, characterized in that the feedback element (4) is a haptic and / or acoustic feedback element.
9. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (10) über ein Trägerelement (18) mit dem Feedback-Element (4) verbunden ist, wobei das Trägerelement (18) insbesondere elastisch ist und vorzugsweise als Federelement ausgestaltet ist. 9. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-8, characterized in that the oscillator (10) via a carrier element (18) with the feedback element (4) is connected, wherein the carrier element (18) is in particular elastic and is preferably designed as a spring element.
10. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (10) aufgrund der Anregung durch den Stator (6) eine Verformung und/oder Bewegung des Trägerelements (18) und/oder des Feedback-Elements (4) bewirkt. 10. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-9, characterized in that the oscillator (10) due to the excitation by the stator (6), a deformation and / or movement of the carrier element (18) and / or the feedback Elements (4) causes.
11. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedback-Element (4) aufgrund der Kippbewegung des Oszillators (10) eine Vibration erfährt. 11. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-10, characterized in that the feedback element (4) due to the tilting movement of the oscillator (10) experiences a vibration.
12. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (10) eine zu der insbesondere flachen Oberfläche des Feedback-Elements (4) parallel verlaufende magnetische Orientierungsrichtung (36) aufweist. 12. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-11, characterized in that the oscillator (10) has a to the particular flat surface of the feedback element (4) parallel magnetic orientation direction (36).
13. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Orientierungsrichtung (36) des Oszillators (10) senkrecht zum Magnetfeld, insbesondere zu der magnetischen Orientierungsrichtung (38) des Stators (6) verläuft. 13. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-12, characterized in that the magnetic orientation direction (36) of the oscillator (10) perpendicular to the magnetic field, in particular to the magnetic orientation direction (38) of the stator (6).
14. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) des Oszillators (10) ein diametral-gepolter Magnet und/oder ein Permanentmagnet ist. 14. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-13, characterized in that the magnet (12) of the oscillator (10) is a diametrically-poled magnet and / or a permanent magnet.
15. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) den Oszillator (10), vorzugsweise ringförmig, oval oder rechteckig, insbesondere vollständig umgibt. 15. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-14, characterized in that the stator (6) surrounds the oscillator (10), preferably annular, oval or rectangular, in particular completely.
16. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6), insbesondere der Elektromagnet (8) eine Spule aufweist. 16. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-15, characterized in that the stator (6), in particular the electromagnet (8) has a coil.
17. Elektromagnetischer Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stator (6) ein Strom mit alternierender Stromrichtung und/ oder unterschiedlicher Spannung anliegt. 17. Electromagnetic actuator (2) according to any one of claims 1-16, characterized in that on the stator (6) a current with alternating current direction and / or different voltage is applied.
18. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 - 17, gekennzeichnet durch einen Dämpfer (20, 24, 30), der verhindert, dass der Oszillator (10) das Feedback-Element (4) und/oder den Stator (6) direkt berührt. 18. Electromagnetic actuator according to one of claims 1-17, characterized by a damper (20, 24, 30), which prevents the oscillator (10), the feedback element (4) and / or the stator (6) directly touches ,
19. Touchelement (40) mit 19. Touch element (40) with
einer berührungsempfindlichen, insbesondere kapazitiven Fläche, und einem Aktuator nach einem der Ansprüche 1 - 18. a touch-sensitive, in particular capacitive surface, and an actuator according to one of claims 1-18.
20. Touchelement (40) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Touchelement (40) um ein Schaltelement, insbesondere um einen Lichtschalter handelt. 20. Touch element (40) according to claim 19, characterized in that it is the touch element (40) is a switching element, in particular a light switch.
21. Verfahren zur Erzeugung einer Vibration, mittels eines elektromagnetischen Aktuators (2) mit einem Stator (6) und einem Oszillator (10), mit 21. A method for generating a vibration by means of an electromagnetic actuator (2) with a stator (6) and an oscillator (10), with
einem Bewegen des Oszillators (10) in einer Kippbewegung und/oder Taumelbewegung, wobei die Kippachse (34) der Kippbewegung und/oder das Taumelzentrum der Taumelbewegung, insbesondere ortsfest, im Zentrum des Oszillators (10) liegen.  a movement of the oscillator (10) in a tilting and / or wobbling motion, wherein the tilting axis (34) of the tilting movement and / or the tumbling center of the tumbling motion, in particular stationary, in the center of the oscillator (10).
22. Verfahren zur Erzeugung einer Vibration nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels der Merkmale eines elektromagnetischen Aktuators (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 erfolgt. 22. A method for generating a vibration according to claim 21, characterized in that the method by means of the features of an electromagnetic actuator (2) according to one of claims 1 to 20 takes place.
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