WO2021052862A1 - Elektromagnetischer aktuator - Google Patents

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WO2021052862A1
WO2021052862A1 PCT/EP2020/075366 EP2020075366W WO2021052862A1 WO 2021052862 A1 WO2021052862 A1 WO 2021052862A1 EP 2020075366 W EP2020075366 W EP 2020075366W WO 2021052862 A1 WO2021052862 A1 WO 2021052862A1
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WO
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magnets
magnet
electromagnetic actuator
actuator
another
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PCT/EP2020/075366
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ron Jagodzinski
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.)
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Publication date
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Priority to US17/760,952 priority patent/US20220352803A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator, in particular an electromagnetic vibration actuator.
  • 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 through, for example, oscillations or vibrations.
  • Electronic devices such as cell phones, tablets, touch pads, smart watches, game consoles and touch elements for switches and the like use actuators in order to give the user perceptible and / or audible feedback about information inputs and information outputs.
  • Mobile phones use vibrations, for example, on the one hand to output information in order to silently inform the user of incoming calls.
  • information can be output to the user without disturbing the environment.
  • noisy environments for example at concerts, in which acoustic signals cannot be heard, information can also be transmitted to the user in this way.
  • vibrations are used, for example, in modern cell phones with touch displays, in order to give the user feedback on his inputs.
  • Electric motors with an eccentric mass also called unbalance motors
  • the electric motor experiences an imbalance which transmits a vibration to the surface attached to the electric motor.
  • Actuators that have an electric motor need one comparatively high space requirement. Due to the design, these unbalance motors have a relatively high energy requirement and thus lead to shorter battery life when used in portable devices. In addition, electric motors have a comparatively long response time.
  • the frequency and the amplitude of the feedback, for example the vibration, of an unbalance motor are forcibly coupled to one another.
  • fast and strong or slow and weak vibrations can be generated.
  • no complex oscillations of the feedback, for example the vibration but only sinusoidal oscillations can be generated. So it is not possible to generate vibrations with the help of unbalance motors that correspond to a complex course, for example of sound waves.
  • Linear actuators and rotating actuators are also known.
  • Such actuators generally have a coil stator with a permanent magnet oscillator arranged within the coil stator.
  • the permanent magnet is set into linear or rotating oscillation, in particular a back and forth movement, due to the excitation by the at least one coil of the stator, which generally results in an imbalance. In this way, for example, a vibration can be generated.
  • Such actuators also have disadvantages.
  • a disadvantage is that the permanent magnet, in particular in relation to the at least one coil, must have a sufficient size so that there is sufficient magnetic force to generate the desired unbalance for vibrations. Consequently, there is a problem of miniaturization here.
  • actuators in particular linear actuators and rotating actuators, are influenced by magnetic objects in the vicinity, in particular by ferromagnetic objects such as, for example, ferrous objects.
  • ferromagnetic objects such as, for example, ferrous objects.
  • the object of the invention is to create an electromagnetic actuator whose usability for emitting vibrations is improved.
  • the electromagnetic actuator is in particular a vibration actuator. Accordingly, it is preferred that the actuator is designed in such a way that it generates a mechanical movement that is used to output a perceptible signal or feedback.
  • the actuator has a first object. This first object has at least one magnet.
  • the actuator also has a second object.
  • the second object has at least one magnet. It is particularly preferred that the actuator consists of the first and the second object.
  • the first object and the second object are designed to be movable relative to one another. On the one hand, the first object is an oscillator and the second object is a stator. On the other hand, it is possible that the first object is a stator and the second object is an oscillator.
  • the oscillator is defined here in particular in such a way that it oscillates with respect to the surroundings and / or with respect to a recording object, such as a smartphone.
  • a recording object such as a smartphone.
  • the stator is stationary with respect to such a recording object and / or transmits feedback to it.
  • the first object is arranged essentially within the second object. Inside here means in particular that the first object is framed or encompassed by the second object.
  • enclosing means that the first object is arranged, in particular completely, within the outer contour of the second object. This framing can either be implemented in such a way that the first object is completely enclosed or at least partially exposed.
  • the second object has the shape of a hollow cuboid, for example, then the first object, “framed” according to the definition, in particular completely, is arranged within the outer contour of the second object. It is then possible, on the one hand, for the outer walls of the hollow cuboid to completely cover the first object. On the other hand, it is possible that, for example, parts of the outer walls of the hollow cuboid are missing and / or holes are present and thus at least parts of the first object are free, in particular freely visible. To encompass, however, means that the first object, preferably in at least one plane, is at least substantially encompassed by the second object.
  • the second object can have a hollow ring, oval, rectangular or polygonal shape and this shape can thus be arranged around the first object. It is possible here, for example, that this shape is not carried out continuously. If it is, for example, a ring shape, it is possible for the ring to consist of several partial circle elements and / or to have interruptions.
  • the actuator has at least one first actuator side. On the at least one actuator side, there is a magnetic action between the first object and the second object. Accordingly, the at least one actuator side is preferably an active actuator side. It is particularly preferred that one or more magnets of the first object and one or more magnets of the second object act on one another, the magnets that act on one another preferably being opposite one another.
  • the at least one actuator side is in particular an active magnetic side. It is particularly preferred that the actuator as a whole has a first actuator side and a second actuator side. On the at least one actuator side, particularly preferably on each actuator side, there is an odd number of poles of one object, opposite an even number of poles of the other object, in particular acting on one another. For example, if the first object on a first actuator side has three poles, for example south pole, north pole, south pole, then these three poles act on opposing poles, in particular two poles, for example south pole, north pole. Acting means in particular an interaction of the poles and / or magnets with one another, preferably attracting and / or repelling one another.
  • the first object or the second object has a preferably continuous change of at least one polarity in order to move the objects relative to one another. It is preferred here that the polarity of at least one magnet of the first object or the polarity of at least one magnet of the second object changes. Thus, with this at least one magnet, the north pole and south pole change position. It is particularly preferred that the polarity of all magnets of the first object or the polarity of all magnets of the second object changes.
  • the direction of magnetization of the magnets of the first object is substantially perpendicular to the direction of magnetization of the magnets of the second object.
  • the direction of magnetization means in particular a Connecting line between the north pole and south pole of a magnet
  • the direction of magnetization is particularly preferably a directed connecting line, for example an arrow, starting from the north pole towards the south pole. If, for example, in a preferred embodiment, the second object has axial magnets and the first object has coils, it is preferred that the axial axes of the axial magnets are perpendicular to the axial axes of the coils.
  • the first object and / or the second object is structurally and / or magnetically symmetrical, in particular with respect to one or two or three planes of symmetry. It is preferred that the magnets of the first object and / or the magnets of the second object are structurally and / or magnetically symmetrical, preferably with respect to one or two or three planes of symmetry. In a particularly preferred embodiment, the first object and the second object are structurally symmetrical with respect to three planes of symmetry, but only magnetically symmetrical with respect to two planes of symmetry.
  • Magnetically symmetrical here means that the magnetization direction, in particular the arrangement of the poles, is not symmetrical with respect to a plane of symmetry, that is to say, in particular, cannot be mirrored on this plane of symmetry in order to map the opposite side.
  • the first object and / or the second object and / or the entire actuator is structurally rotationally symmetrical about at least one of the x, y and z axes and / or magnetically rotationally symmetrical about the x or z axis.
  • the magnets of one object are electromagnets, preferably coils.
  • the magnets of the other object are preferably designed as permanent magnets.
  • they are bar magnets, in particular cylinder-shaped or cuboid-shaped.
  • the magnetization of the permanent magnets is carried out axially - that is, they are axial magnets.
  • the at least one magnet of the first object is an electromagnet, in particular a coil
  • the at least one magnet of the second object is a permanent magnet.
  • the at least one magnet of the first object and the at least one magnet of the second object advantageously does not result in the actuator sticking to a magnetic, in particular ferromagnetic, environment.
  • the at least one magnet of the first object and the at least one magnet of the second object to be designed as an electromagnet, in particular as a coil.
  • the first object has a plurality of magnets. These magnets of the first object are preferably arranged parallel and / or at the same distance from one another. Equal spacing from one another means in particular that the magnets have the same spacing between them, that is to say the same spacing between one another, and / or the same core spacing, in particular the coil core spacing. The definition with regard to distance is meant here in particular in such a way that magnets lying next to one another have this same distance. If, for example, in a preferred embodiment, the first object has three magnets arranged next to one another, then the two outer magnets are in particular at the same distance from the magnet located in the middle.
  • the first object has a plurality of magnets
  • magnets arranged next to one another have, in particular, opposite directions of magnetization.
  • This definition with regard to opposite directions of magnetization is particularly preferably implemented in the case of magnets of the first object that are arranged parallel to one another and / or magnets of the first object that are magnetized parallel to one another.
  • the first object has two parallel magnets, it is preferred that the magnetization directions of these magnets are opposite, for example SN and NS.
  • the first object has three parallel magnets
  • the middle magnet has a magnetization direction opposite to the two outer magnets and consequently the two outer magnets have an identical magnetization direction, for example SN and NS and SN (or the other way around).
  • the magnet length of the at least one magnet of the second object corresponds to the core spacing, in particular the coil core spacing, of the magnets of the first object from one another.
  • the first object has a plurality of magnets, in particular a plurality of coils, the coils having an identical core spacing from one another. In particular, this advantageously results in an optimal actuator intensity.
  • the second object has two magnets opposite one another, the two magnets being arranged on both sides of the first object. Accordingly, the two magnets of the second object preferably comprise the first object. It is particularly preferred that the two magnets of the second object are arranged opposite one another with respect to the first object.
  • the two magnets of the second object have an identical or opposite direction of magnetization. If an identical magnetization direction is present, there is preferably a rotation of the first object, whereas in the case of opposing magnetization there is a linear deflection, in particular of the second object relative to the first object.
  • This essentially parallel deflection means in particular, that the first object moves in the area of the at least one actuator side with linear movement of the first object parallel to the magnetization direction of the first and / or the second object or with a rotational movement of the first object in the area of the at least one actuator side that is tangent to the rotation parallel to the magnetization direction (s) of the first object and / or of the second object.
  • the actuator is designed in such a way that the first object moves perpendicular to the magnetization direction (s) of the first object, or that the first object rotates around itself, the first object in particular in the area of at least one actuator side experiences a substantially parallel deflection to the magnetization direction (s) of the first object and / or of the second object.
  • the actuator is designed in such a way that there is an essentially parallel force action between the first object and the second object, in particular in the region of the at least one actuator side.
  • the effect of force here means in particular that the first object and the second object here, in particular in the area of the at least one actuator side, repel and / or attract each other.
  • the first object is mounted in a rotary and / or linear manner relative to the second object.
  • the first object has a first receiving body and / or the second object has a second receiving body.
  • the first and / or the second receiving body each receive the at least one magnet of the respective object, in particular fix it. If, for example, the first object has a receiving body and the first object has a plurality of magnets, then, preferably all, magnets of the first object are received by the receiving body and, in particular, are fixed to one another; the same applies, for example, to the second object or the second receiving body.
  • the actuator has a damping device for damping the movement of the first object relative to the second object.
  • the damping device is implemented, preferably on one side or on both sides, between the first and the second object.
  • One-sided or two-sided refers in particular to the movement sides of the oscillator.
  • the damping device has at least one damper.
  • the damper is, for example, a spring, preferably designed as a spring arm. Instead of or in combination with the spring, flexible and / or elastic damping elements are also possible as dampers.
  • the damping device is connected to the first receiving body and / or to the second receiving body, preferably in one piece, also to be referred to as integral.
  • the damping device and the first and / or the second receiving body comprise, in particular consist of, plastic.
  • a type of spring arm of the damping device is made in one piece between the first receiving body and the second receiving body.
  • the first object has three magnets and the second object has two magnets. In an alternative preferred embodiment, the first object has one magnet and the second object has two magnets. In a further alternative preferred embodiment, the first object has five magnets and the second object has four magnets.
  • two different magnetic poles of the second object are assigned to at least one, preferably each, magnetic pole of the first object opposite, these two different magnetic poles of the second object acting on the magnetic pole of the first object, in particular attracting it on the one hand and repelling it on the other.
  • at least one, preferably each, magnetic pole of the second object are assigned two different magnetic poles of the first object opposite, with these two different magnetic poles of the first object then again acting on the magnetic pole of the second object, in particular this on the one hand attract and on the other hand repel.
  • one magnetic pole of the other object is arranged centrally, in particular essentially centrally, with respect to the two opposite magnetic poles.
  • center means, in particular, an arrangement lying in between, whereby it is not necessary for one magnetic pole to lie centrally on a connecting line of the other two magnetic poles.
  • centrally or centrally means that the one magnetic pole is at the same distance from the two opposing magnetic poles.
  • the one pole and the two opposite poles are arranged approximately to one another in accordance with an isosceles triangle, the distance between one pole and the two opposite poles representing the same legs.
  • the definition corresponds to an equilateral triangle.
  • Figure 1 is a schematic, perspective view of an embodiment of an electromagnetic actuator according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of a further embodiment of an electromagnetic actuator according to the invention
  • FIG. 3 shows schematic views of a further embodiment of an electromagnetic actuator according to the invention in two states (I, II),
  • FIG. 4 shows schematic views of a further embodiment of an electromagnetic actuator according to the invention in two states (I, II),
  • FIGS. 5 to 7 are schematic views of further different embodiments according to the invention of an electromagnetic actuator
  • FIGS. 8a to 8d are schematic views of further different embodiments of an electromagnetic actuator according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of an electromagnetic actuator 10 according to the invention.
  • the electromagnetic actuator 10 has a first object 12 and a second object 16, which can be moved relative to one another along movement arrow 38.
  • Feedback is preferably generated via the movement, which, for example, can be given to the environment via the second object 16.
  • the second object 16 has two opposing magnets 18a, 18b, designed in particular as permanent magnets.
  • the magnets 18a, 18b are received by a receiving body 32 and, in particular, are firmly fixed therein. It is particularly preferred that the receiving body 32 can be connected to an object (not shown) on which feedback, such as, for example, a vibration, is to be given or passed on.
  • the two magnets 18a, 18b shown have parallel but opposite directions of magnetization 24 ', 24 "(see, for example, FIG. 2).
  • a first object 12 is movably arranged within the second object 16.
  • the first object 12 shown has three magnets, designed as coils 14a, 14b, 14c.
  • the coils 14a, 14b, 14c are fixed and thus immovable relative to one another, connected to one another (not shown), for example via a receiving body.
  • the coils 14a, 14b, 14c each have an opposite direction of magnetization lying next to one another.
  • the central coil 14b thus has a magnetization direction opposite to that of the coils 14a, 14c, the coils 14a, 14c accordingly being identical
  • the magnet 18a lies opposite the coils 14a, 14b, 14c, in particular acting.
  • magnet 18b and coils 14a, 14b, 14c are correspondingly opposite one another.
  • an odd number of poles of the one object lie opposite an even number of poles of the other object on each actuator side.
  • three poles, that is to say an odd number, of the first object 12, two poles, that is an even number, of the second object 16 are concretely opposite each other. Due to the magnetization, in particular due to the pole arrangement on the respective actuator side 20, 22, there is a linear deflection of the first object 12 relative to the second object 16 in the illustrated embodiment (see FIG. 3).
  • a coordinate system is shown in the center of the actuator 10.
  • This coordinate system can be adopted accordingly in the other embodiments, in particular in FIGS. 2 to 8.
  • the actuator and the first object 12 and the second object 16 are structurally symmetrical with respect to the XY, XZ and YZ planes.
  • the actuator 10 and the first object 12 and the second object 16 are symmetrical with respect to the XY plane.
  • the second object 16 and thus also the entire actuator 10 is not symmetrical with respect to the XZ and YZ planes.
  • the first object 12 is symmetrical with respect to the XZ plane, but not with respect to the YZ plane. Instead of not symmetrical, it is preferred, alternatively, to speak of an inverted symmetry.
  • FIG. 2 shows a further schematically illustrated embodiment of an electromagnetic actuator.
  • the embodiment here is essentially based on the embodiment from FIG. 1.
  • the embodiment from FIG. 2 does not have a receiving body 32, or this is not shown.
  • the magnets 18a, 18b of the embodiment from FIG. 2 of the actuator 10 have a magnet length Lisa.
  • the magnet length of the magnet 18a is preferably identical to that of the magnet 18b. It is particularly preferred that the magnet length Lisa is identical to the coil core spacing AKi4b, i4c between coil 14b and coil 14c. It is particularly preferred that the coil core spacing between coil 14a and coil 14b is identical to that of coil 14b and coil 14c.
  • the distances Ai4a, i4b between coil 14a and coil 14b and Ai4b, i4c between coil 14b and coil 14c are also shown.
  • FIG. 3 shows two states of a further embodiment of an actuator 10 according to the invention, the embodiments being essentially based on the embodiments from FIGS. 1 and 2.
  • the permanent magnets 18a, 18b have an identical direction of magnetization (for functional reasons) compared to states I, II, but the direction of magnetization of magnet 18a and 18b is opposite in each individual state.
  • the coils 14a, 14b, 14c, on the other hand, in state I each have an opposite direction of magnetization 24 compared to state II. It is particularly preferred that the different directions of magnetization of the coils 14a, 14b, 14c are implemented by changing the direction of current flow through the coils 14a, 14c, 14c. Due to the action, in particular the attraction as well as the repulsion, on the actuator sides 20, 22, a linear movement (see movement arrow 38) of the first object 12 relative to the second object 16 takes place downwards in state I. In the second state, however, there is a corresponding upward movement shown.
  • FIG. 4 schematically shows another embodiment of an actuator 10 according to the invention.
  • the embodiment corresponds essentially to the embodiment from FIG. 3.
  • the magnets 18a, 18b have an identical magnetization direction. Because of the effect on the actuator sides 20, 22, which differs as a result, a rotational movement takes place along movement arrow 38, with an opposite rotational movement in states I and II he follows. In other words, the first object 12 is moved back and forth relative to the second object 16 between the movement states I, II.
  • FIGS. 5 to 7 are also based on the previous embodiments.
  • FIG. 5 only has two coils 14 a, 14 b of the first object 12.
  • the magnets 18a, 18b of the second object 16 are rotated by 90 ° (compared to the previous embodiments). Because of this rotated arrangement of the magnets 18a, 18b, an odd number of poles of one object are still located opposite an even number of poles of the other object, in particular acting, on the actuator sides 20, 22.
  • two poles of the first object 12 and one pole of the second object 16 lie opposite one another on each actuator side 20, 22.
  • the outer poles of the magnets 18a, 18b preferably have no effect, preferably no effect, on the respective actuator sides 20, 22.
  • FIG. 6 an embodiment of an actuator 10 according to the invention is shown schematically, which has only one coil 14 of the first object 12.
  • FIG. 7 An embodiment of an actuator 10 according to the invention is shown schematically in FIG. 7, the first object having five coils and the second object having four magnets. These coils and magnets, in particular the respective poles, act on one another on the actuator sides 20, 22.
  • FIGS. 8a to 8d are essentially based on the embodiments in FIGS. 1 and 3.
  • the magnets 18a, 18b are firmly connected to a receiving body 32, in particular embedded therein.
  • the coils of the first object 12 are firmly connected to a second receiving body 36, in particular also embedded therein.
  • the receiving body 32 is movable relative to the second receiving body 36.
  • the embodiment shown has a connecting device 30.
  • the connecting device 30 is embodied here by four connecting holes 34. For example, by means of screws, a connection to the environment can be established via the connecting holes 34.
  • the receiving body 32 is connected to the second receiving body 36 via arms 28a, 28b.
  • This connection is preferably made in one piece. It is particularly preferred that the arms 28a, 28b are designed to be flexible.
  • the relative movement is damped via the arms 28a, 28b.
  • the arms 28a, 28b are accordingly part of a damping device 26.
  • FIG. 8c shows an alternative damping device 26.
  • two spring elements 28a, 28b are arranged between receiving body 32 and receiving body 36, which likewise damp a relative movement.
  • the damping device is implemented by two, preferably elastic, damping elements 28a, 28b.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

Ein elektromagnetischer Aktuator (10), mit einem, mindestens einen Magnet (14) aufweisenden, ersten Objekt (12); und einem, mindestens einen Magnet (18) aufweisenden, zweiten Objekt (16). Das erste Objekt (12) und das zweite Objekt (16) sind beweglich relativ zueinander. Bei dem ersten Objekt (12) handelt es sich um einen Oszillator und bei dem zweiten Objekt (16) um einen Stator, oder bei dem ersten Objekt (12) handelt es sich um einen Stator und bei dem zweiten Objekt (16) um einen Oszillator. Das erste Objekt (12) ist im Wesentlichen innerhalb des zweiten Objekts (16) angeordnet ist. Der Aktuator weist mindestens eine erste, Aktuatorseite (20, 22) auf, an der sich Magnete (14, 18) des ersten Objekts (12) und des zweiten Objekts (16) einwirkend gegenüberliegen. An der mindestens einen Aktuatorseite (20, 22) liegen eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts einer gerade Anzahl an Polen des anderen Objekts gegenüberliegen.

Description

Elektromaanetischer Aktuator
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere einen elektromagnetischen Vibrationsaktuator.
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.
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.
Andererseits werden Vibrationen beispielsweise in modernen Mobiltelefonen mit Touchdisplay eingesetzt, um dem Benutzer ein Feedback auf seine Eingaben zu geben.
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.
Die Frequenz und die Amplitude des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, eines Unwuchtmotors sind zwangsweise aneinandergekoppelt. So lassen sich beispielsweise schnelle und starke oder langsame und schwache Vibrationen erzeugen. Jedoch ist es nicht möglich, schnelle und schwache oder starke und langsame Vibrationen zu erzeugen. Mit Hilfe von Unwuchtmotoren können keine komplexen Schwingungen des Feedbacks, beispielsweise der Vibration, sondern lediglich sinusförmige Schwingungen erzeugt werden. So ist es nicht möglich, mit Hilfe von Unwuchtmotoren Schwingungen zu erzeugen, die einem komplexen Verlauf, beispielsweise von Tonwellen, entsprechen.
Weitergehend sind lineare Aktuatoren und rotierende Aktuatoren bekannt. Derartige Aktuatoren weisen generell einen Spule-Stator mit innerhalb des Spule- Stators angeordneten Permanentmagnet-Oszillator auf. Hierbei wird der Permanentmagnet aufgrund der Anregung durch die mindestens eine Spule des Stators in lineare oder rotierende Oszillation, insbesondere eine Hin- und Herbewegung versetzt, wodurch es in der Regel zu Unwucht kommt. Hierdurch kann bspw. eine Vibration erzeugt werden. Derartige Aktuatoren weisen ebenfalls Nachteile auf. Bspw. ist ein Nachteil, dass der Permanentmagnet, insbesondere in Relation zu der mindestens einen Spule, eine ausreichende Größe aufweisen muss, so dass eine ausreichende Magnetkraft vorliegt, um die gewünschte Unwucht für Vibrationen zu erzeugen. Folglich liegt hierbei ein Miniaturisierungsproblem vor.
Ein weiterer Nachteil von bekannten Aktuatoren, insbesondere linearen Aktuatoren und rotierenden Aktuatoren, ist, dass diese von in der Umgebung befindlichen magnetischen Objekten, insbesondere von ferromagnetischen, wie bspw. eisenhaltigen, Objekten beeinflusst werden. Einerseits kommt es vor, dass die Aktuatorleistung hierdurch beeinträchtigt wird. Andererseits werden Aktuatoren häufig von derartigen Objekten angezogen und/oder haften an diesen an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, dessen Einsetzbarkeit zur Vibrationsabgabe verbessert ist.
Bei dem elektromagnetischen Aktuator handelt es sich insbesondere um einen Vibrationsaktuator. Demnach ist es bevorzugt, dass der Aktuator so ausgestaltet ist, dass dieser eine mechanische Bewegung erzeugt, die zur Abgabe eines wahrnehmbaren Signals bzw. Feedbacks dient. Der Aktuator weist ein erstes Objekt auf. Dieses erste Objekt weist mindestens einen Magnet auf. Ferner weist der Aktuator ein zweites Objekt auf. Das zweite Objekt weist mindestens einen Magnet auf. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aktuator aus dem ersten und dem zweiten Objekt besteht. Das erste Objekt und das zweite Objekt sind relativ zueinander beweglich ausgeführt. Einerseits handelt es sich bei dem ersten Objekt um einen Oszillator und bei dem zweiten Objekt um einen Stator. Andererseits ist es möglich, dass es sich bei dem ersten Objekt um einen Stator handelt und bei dem zweiten Objekt um einen Oszillator handelt. Der Oszillator ist hierbei insbesondere derart definiert, dass dieser gegenüber der Umgebung und/oder gegenüber einem Aufnahmeobjekt, wie bspw. einem Smartphone oszilliert. Andererseits ist es hingegen bevorzugt, dass der Stator gegenüber einem derartigen Aufnahmeobjekt feststeht und/oder ein Feedback hierauf überträgt. Das erste Objekt ist im Wesentlichen innerhalb des zweiten Objekts angeordnet. Innerhalb meint hierbei insbesondere, dass das erste Objekt vom zweiten Objekt eingefasst oder umfasst wird. Einfassen meint hierbei, dass das erste Objekt, insbesondere vollkommen, innerhalb der Außenkontur des zweiten Objekts angeordnet ist. Dieses Einfassen kann hierbei entweder derart ausgeführt sein, dass das erste Objekt vollkommen umschlossen ist oder zumindest teilweise freiliegt. Weist das zweite Objekt bspw. die Form eines Hohlquaders auf, so ist das erste Objekt, gemäß Definition "eingefasst", insbesondere vollständig, innerhalb der Außenkontur des zweiten Objekts, angeordnet. Hierbei ist es dann einerseits möglich, dass die Außenwände des Hohlquaders das erste Objekt vollkommen verdecken. Andererseits ist es möglich, dass beispielsweise Teile der Außenwände des Hohlquaders fehlen und/oder Löcher vorhanden sind und somit zumindest Teile des ersten Objekts frei, insbesondere frei sichtbar, liegen. Umfassen meint hingegen, dass das erste Objekt, vorzugsweise in mindestens einer Ebene von dem zweiten Objekt, zumindest im Wesentlichen umfasst wird. Beispielsweise kann das zweite Objekt eine hohle Ring-, Oval-, Rechteck-, oder Vieleck-Form aufweisen und diese Form somit um das erste Objekt herum angeordnet sein. Möglich ist es hierbei bspw., dass diese Form nicht kontinuierlich ausgeführt ist. Handelt es sich bspw. um eine Ringform so ist es möglich, dass der Ring aus mehreren Teilkreiselementen besteht und/oder Unterbrechungen aufweist. Der Aktuator weist mindestens eine erste Aktuatorseite auf. An der mindestens einen Aktuatorseite herrscht ein magnetisches Einwirken zwischen erstem Objekt und zweitem Objekt. Bevorzugt handelt es sich demnach bei der mindestens einen Aktuatorseite um eine Aktuatorwirkseite. Besonders bevorzugt ist es, dass ein oder mehrere Magnete des ersten Objekts und ein oder mehrere Magnete des zweiten Objekts aufeinander einwirken, wobei sich die aufeinander einwirkenden Magnete bevorzugt gegenüber liegen. Bei der mindestens einen Aktuatorseite handelt es sich insbesondere um eine magnetische Wirkseite. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aktuator insgesamt eine erste Aktuatorseite und eine zweite Aktuatorseite aufweist. An der mindestens einen Aktuatorseite, besonders bevorzugt an jeder Aktuatorseite, liegt eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts, einer geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts, insbesondere aufeinander einwirken, gegenüber. Weist beispielsweise an einer ersten Aktuatorseite das erste Objekt drei Pole, z.B. Südpol, Nordpol, Südpol, auf, so wirken diese drei Pole auf gegenüberliegende, insbesondere zwei Pole, z.B. Südpol, Nordpol, ein. Einwirken meint insbesondere eine Wechselwirkung der Pole und/oder Magnete aufeinander, vorzugsweise ein einander Anziehen und/oder ein einander Abstoßen.
In bevorzugter Ausführung weist das erste Objekt oder das zweite Objekt einen, vorzugsweise fortlaufenden, Wechsel mindestens einer Polarität auf, um eine Bewegung der Objekte zueinander zu vollziehen. Bevorzugt ist es hierbei, dass die Polarität mindestens eines Magnets des ersten Objekts oder die Polarität mindestens eines Magnets des zweiten Objekts wechselt. Somit wechselt bei diesem mindestens einen Magnet Nordpol und Südpol die Position. Besonders bevorzugt ist es, dass die Polarität aller Magnete des ersten Objekts oder die Polarität aller Magnete des zweiten Objekts wechselt.
Es ist bevorzugt, dass die Magnetisierungsrichtung der Magnete des ersten Objekts im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der Magnete des zweiten Objekts ist. Magnetisierungsrichtung meint hierbei insbesondere eine, Verbindungslinie zwischen Nordpol und Südpol eines Magnets Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Magnetisierungsrichtung um eine gerichtete Verbindungslinie, bspw. einen Pfeil, ausgehend vom Nordpol hin zum Südpol. Weist bspw., in einer bevorzugten Ausführungsform, das zweite Objekt Axialmagnete und das erste Objekt Spulen auf, so ist es bevorzugt, dass die Axialachsen der Axialmagnete senkrecht zu den Axialachsen der Spulen stehen.
In bevorzugter Ausführungsform ist das erste Objekt und/oder das zweite Objekt strukturell und/oder magnetisch symmetrisch, insbesondere bzgl. einer oder zwei oder drei Symmetrieebenen. Bevorzug ist es, dass die Magnete des ersten Objekts und/oder die Magnete des zweiten Objekts strukturell und/oder magnetisch symmetrisch, vorzugsweise bezüglich einer oder zwei oder drei Symmetrieebenen sind. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das erste Objekt und das zweite Objekt strukturell bzgl. drei Symmetrieebenen symmetrisch, jedoch lediglich bzgl. zwei Symmetrieebenen magnetisch symmetrisch. Magnetisch symmetrisch meint hierbei, dass die Magnetisierungsrichtung, insbesondere die Anordnung der Pole, nicht bzgl. einer Symmetrieebene symmetrisch ist, also insbesondere nicht an dieser Symmetrieebene spiegelbar um die gegenüberliegende Seite abzubilden. Insbesondere ist das erste Objekt und/oder das zweite Objekt und/oder der gesamte Aktuator strukturell drehsymmetrisch um mindestens eine, der x-, y- und z-Achse und/oder magnetisch drehsymmetrisch um die x- oder z-Achse.
In bevorzugter Ausführung sind die Magnete des einen Objekts Elektromagnete, vorzugsweise Spulen. Die Magnete des anderen Objekts sind hierbei vorzugsweise ausgeführt als Permanentmagnete. Bei der Ausführung als Permanentmagnete ist es bevorzugt, dass es sich um, insbesondere Zylinder- oder quaderförmige, Stabmagnete handelt. Es ist bevorzugt, dass die Magnetisierung der Permanentmagnete axial ausgeführt ist - es sich also um Axialmagnete handelt. Sobald das eine und/oder das andere Objekt lediglich einen Magnet aufweist, ist es sodann bevorzugt, dass lediglich dieser eine Magnet gemäß der vorstehenden Definition ausgeführt ist. In besonders bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen Magnet des ersten Objekts um einen Elektromagnet, insbesondere eine Spule und bei dem mindestens einen Magnet des zweiten Objekts um einen Permanentmagnet. Insbesondere aufgrund der vorstehend genannten besonders bevorzugten Ausführung bzgl. der Magnete und der damit umgesetzten inneren Anordnung der Elektromagnete kommt es vorteilhaft zu keinem Anheften des Aktuators an einer magnetischen, insbesondere ferromagnetischen Umgebung. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass der mindestens eine Magnet des ersten Objekts und der mindestens eine Magnet des zweiten Objekts ausgeführt ist als Elektromagnet, insbesondere als Spule. Vorzugsweise zum Wechsel der Polarität ist es bevorzugt, die Stromrichtung des an der Spule anliegenden Stroms zu ändern. Hierdurch kann insbesondere die Bewegung der Objekte zueinander erreicht werden.
Es ist bevorzugt, dass das erste Objekt mehrere Magnete aufweist. Diese Magnete des ersten Objekts sind vorzugsweise parallel und/oder mit gleichem Abstand zueinander angeordnet. Gleicher Abstand zueinander meint insbesondere, dass die Magnete einen gleichen Zwischenabstand, also eine gleiche Entfernung zwischen einander, und/oder einen gleichen Kernabstand, insbesondere Spulenkernabstand, aufweisen. Die Definition bzgl. Abstand ist hierbei insbesondere derart gemeint, dass nebeneinanderliegende Magnete diesen gleichen Abstand aufweisen. Weist das erste Objekt bspw. in bevorzugter Ausführung drei nebeneinander angeordnete Magnete auf, so weisen die beiden außenliegenden Magnete insbesondere den gleichen Abstand zum in der Mitte liegenden Magnet auf.
Weist das erste Objekt in bevorzugter Ausführungsform mehrere Magnete auf, so weisen nebeneinander angeordnete Magnete insbesondere entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen auf. Diese Definition bzgl. entgegengesetzter Magnetisierungsrichtungen ist insbesondere bevorzugt bei parallel zueinander angeordneten Magneten des ersten Objekts und/oder parallel zueinander magnetisierten Magneten des ersten Objekts umgesetzt. Weist bspw. in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das erste Objekt zwei parallele Magnete auf, so ist es bevorzugt, dass die Magnetisierungsrichtungen dieser Magnete entgegengesetzt sind, beispielsweise S-N und N-S. Weist hingegen in einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel das erste Objekt drei parallele Magnete auf, so ist es bevorzugt, dass der mittlere Magnet eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung zu den beiden äußeren Magneten aufweist und folglich die beiden äußeren Magnete eine identische Magnetisierungsrichtung aufweisen, beispielsweise S-N und N-S und S-N (oder umgekehrt). In bevorzugter Ausführung entspricht die Magnetlänge des mindestens einen Magnets des zweiten Objekts dem Kernabstand, insbesondere dem Spulenkernabstand, der Magnete des ersten Objekts zueinander. In dieser Ausführung weist das erste Objekt mehrere Magnete, insbesondere mehrere Spulen auf, wobei die Spulen einen identischen Kernabstand zueinander aufweisen. Insbesondere liegt hierdurch vorteilhaft eine optimale Aktuatorintensität vor.
Es ist bevorzugt, dass das zweite Objekt gegenüberliegend zwei Magnete aufweist, wobei die zwei Magnete beidseitig des ersten Objekts angeordnet sind. Vorzugsweise umfassen die zwei Magnete des zweiten Objekts demnach das erste Objekt. Besonders bevorzugt ist es, dass die zwei Magnete des zweiten Objekts stirnseitig gegenüberliegend bzgl. des ersten Objekts angeordnet sind.
In bevorzugter Ausführungsform weisen die zwei Magnete des zweiten Objekts eine identische oder entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung auf. Vorzugsweise kommt es bei Vorliegen einer identischen Magnetisierungsrichtung zu einer Rotation des ersten Objekts, wobei es hingegen bei entgegengesetzter Magnetisierung zu einer linearen Auslenkung, insbesondere von zweitem Objekt relativ zu erstem Objekt, kommt.
Bevorzugt ist es, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass sich das erste Objekt senkrecht zu der/zu den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts bewegt. Alternativ zu der senkrechten Bewegung ist es bevorzugt, dass das erste Objekt um sich selbst rotiert. Besonders bevorzugt ist es, dass das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite eine im wesentlichen parallele Auslenkung zu der/zu den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts erfährt. Mit dieser im Wesentlichen parallelen Auslenkung ist insbesondere gemeint, dass sich das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite bei linearer Bewegung des ersten Objekts parallel zu der Magnetisierungsrichtung des ersten und/oder des zweiten Objekts bewegt oder bei rotatorischer Bewegung des ersten Objekts im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, die Tangente an der Rotation parallel zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass sich das erste Objekt senkrecht zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts bewegt, oder, dass das erste Objekt um sich rotiert, wobei insbesondere das erste Objekt im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, eine im Wesentlichen parallele Auslenkung zu der/den Magnetisierungsrichtung/en des ersten Objekts und/oder des zweiten Objekts erfährt.
Es ist bevorzugt, dass der Aktuator derart ausgeführt ist, dass eine zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt, insbesondere im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, im Wesentlichen parallele Krafteinwirkung herrscht. Krafteinwirkung meint hierbei insbesondere, dass sich das erste Objekt und das zweite Objekt hier, insbesondere im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite, abstößt und/oder anzieht.
In bevorzugter Ausführung ist das erste Objekt relativ zum zweiten Objekt rotatorisch und/oder linear gelagert.
Bevorzugt ist es, dass das erste Objekt einen ersten Aufnahmekörper aufweist und/oder das zweite Objekt einen zweiten Aufnahmekörper aufweist. Der erste und/oder der zweite Aufnahmekörper nehmen hierbei jeweils den mindestens einen Magnet des jeweiligen Objekts auf, fixieren diesen insbesondere. Weist somit bspw. das erste Objekt einen Aufnahmekörper auf und weist das erste Objekt mehrere Magnete auf, so sind, vorzugsweise alle, Magnete des ersten Objekts vom Aufnahmekörper aufgenommen und insbesondere zueinander fixiert; das gleiche gilt bspw. für das zweite Objekt bzw. den zweiten Aufnahmekörper.
In bevorzugter Ausführung weist der Aktuator eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Bewegung des ersten Objekts relativ zum zweiten Objekt auf. Insbesondere ist die Dämpfungsvorrichtung, vorzugsweise einseitig oder beidseitig, zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt ausgeführt. Einseitig oder beidseitig bezieht sich hierbei insbesondere auf Bewegungsseiten des Oszillators. Besonders bevorzugt ist es, dass die Dämpfungsvorrichtung mindestens einen Dämpfer aufweist. Bei dem Dämpfer handelt es sich bspw. um eine Feder, vorzugsweise ausgeführt als Federarm. Anstelle oder in Kombination zu der Feder sind als Dämpfer auch flexible und/oder elastische Dämpfungselemente möglich. In bevorzugter Ausführung ist die Dämpfungsvorrichtung mit dem ersten Aufnahmekörper und/oder mit dem zweiten Aufnahmekörper verbunden, vorzugsweise einstückig, auch als integral zu bezeichnen, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, dass die Dämpfungsvorrichtung sowie der erste und/oder der zweite Aufnahmekörper Kunststoff aufweisen, insbesondere daraus bestehen. Bei der Ausführung, bei der die Dämpfungsvorrichtung sowie der erste und der zweite Aufnahmekörper einstückig ausgebildet sind ist es bevorzugt, dass zwischen erstem Aufnahmekörper und zweitem Aufnahmekörper einstückig eine Art Federarm der Dämpfungsvorrichtung ausgeführt ist.
In bevorzugter Ausführung weist das erste Objekt drei Magnete und das zweite Objekt zwei Magnete auf. In einer alternativen bevorzugten Ausführung weist das erste Objekt einen Magnet und das zweite Objekt zwei Magnete auf. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführung weist das erste Objekt fünf Magnete und das zweite Objekt vier Magnete auf.
Es ist bevorzugt, dass zumindest einem, vorzugweise jedem, Magnetpol des ersten Objekts gegenüberliegend zwei unterschiedliche Magnetpole des zweiten Objekts zugeordnet sind, wobei diese zwei unterschiedlichen Magnetpole des zweiten Objekts auf den Magnetpol des ersten Objekts einwirken, insbesondere diesen einerseits anziehen und andererseits abstoßen. Alternativ zu der vorstehenden Definition ist es bevorzugt, dass zumindest einem, vorzugsweise jedem, Magnetpol des zweiten Objekts gegenüberliegend zwei verschiedene Magnetpole des ersten Objekts zugeordnet sind, wobei wiederum dann diese zwei verschiedenen Magnetpole des ersten Objekts auf den Magnetpol des zweiten Objekts einwirken, insbesondere diesen einerseits anziehen und andererseits abstoßen.
Bei der vorstehend beschriebenen Definition bzgl. der zwei unterschiedlichen Magnetpole des einen Objekts, die einem Magnetpol des anderen Objekts gegenüberliegen ist es bevorzugt, dass der eine Magnetpol des anderen Objekts mittig, insbesondere im Wesentlichen zentral, bzgl. der zwei gegenüberliegenden Magnetpole angeordnet ist. Mittig meint hierbei insbesondere eine dazwischenliegende Anordnung, wobei es nicht notwendig ist, dass der eine Magnetpol mittig auf einer Verbindungslinie der anderen beiden Magnetpole liegt. Besonders bevorzugt ist es, dass mittig bzw. zentral meint, dass der eine Magnetpol zu den beiden gegenüberliegenden Magnetpolen einen gleichen Abstand aufweist. Besonders bevorzugt ist es, dass der eine Pol sowie die beiden gegenüberliegenden Pole etwa zueinander gemäß einem gleichschenkligen Dreieck angeordnet sind, wobei der Abstand des einen Pols zu den beiden gegenüberliegenden Polen die gleichen Schenkel darstellt. Alternativ zu der gleichschenkligen Definition ist es möglich, dass die Definition einem gleichseitigen Dreieck entspricht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators
Figur 2 eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators
Figur 3 schematische Ansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators in zwei Zuständen (I, II),
Figur 4 schematische Ansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators in zwei Zuständen (I, II),
Figuren 5 bis 7 schematische Ansichten weiterer verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen eines elektromagnetischen Aktuators, und Figuren 8a bis 8d schematische Ansichten weiterer verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen eines elektromagnetischen Aktuators.
Ähnliche oder identische Bauteile, bzw. Elemente werden in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen, bzw. Variationen (bspw. 14 und 14a, oder 24 und 24', etc.) davon, identifiziert. Insbesondere zur verbesserten Übersichtlichkeit werden, vorzugsweise bereits identifizierte, Elemente nicht in allen Figuren mit Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators 10. Der elektromagnetische Aktuator 10 weist ein erstes Objekt 12 und ein zweites Objekt 16 auf, die relativ zueinander beweglich entlang Bewegungspfeil 38 sind. Über die Bewegung wird bevorzugt ein Feedback erzeugt, das bspw. über das zweite Objekt 16 an die Umgebung abgegeben werden kann.
Das zweite Objekt 16 weist zwei gegenüberliegende Magnete 18a, 18b, ausgeführt insbesondere als Permanentmagnete, auf. Die Magnete 18a, 18b sind von einem Aufnahmekörper 32 aufgenommen, und insbesondere fest hierin fixiert. Besonders bevorzugt ist es, dass der Aufnahmekörper 32 mit einem nicht dargestellten Objekt verbunden werden kann, an welchem ein Feedback, wie bspw. eine Vibration, abgegeben oder weitergegeben werden soll. Dargestellt weisen die beiden Magnete 18a, 18b parallele, jedoch entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen 24', 24" (siehe beispielhaft Figur 2) auf.
Innerhalb des zweiten Objekts 16 ist ein erstes Objekt 12 beweglich angeordnet. Dargestellt weist das erste Objekt 12 drei Magnete, ausgeführt als Spulen 14a, 14b, 14c auf. Die Spulen 14a, 14b, 14c sind fest und somit unbeweglich relativ zueinander, miteinander verbunden (nicht dargestellt), beispielsweise über einen Aufnahmekörper. Die Spulen 14a, 14b, 14c weisen jeweils nebeneinanderliegend eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung auf. Dargestellt weist somit die mittlere Spule 14b eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung zu der Spulen 14a, 14c auf, wobei die Spulen 14a, 14c demnach eine identische
Magnetisierungsrichtung aufweisen. Die Magnetisierungsrichtungen der Spulen 14a, 14b, 14c sind jedoch parallel zueinander. Darüber hinaus weisen die Spulen 14a, 14b, 14c einen gleichen Abstand zueinander auf.
An einer ersten Aktuatorseite 20 liegt der Magnet 18a den Spulen 14a, 14b, 14c, insbesondere einwirkend, gegenüber. Auf der gegenüberliegenden zweiten Aktuatorseite 22 liegt sich Magnet 18b und Spulen 14a, 14b, 14c entsprechend gegenüber. Je Aktuatorseite liegen in dieser (sowie in den übrigen dargestellten) Ausführungsformen eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts eine geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts gegenüber. In dieser Darstellung liegen konkret je Aktuatorseite drei Pole, also eine ungerade Anzahl, des ersten Objekts 12, zwei Polen, also eine gerade Anzahl, des zweiten Objekts 16 gegenüber. Aufgrund der Magnetisierung, insbesondere aufgrund der Polanordnung an der jeweiligen Aktuatorseite 20, 22 erfolgt in dargestellter Ausführungsform eine lineare Auslenkung des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16 auf (siehe Figur 3).
Dargestellt ist im Zentrum des Aktuators 10 ein Koordinatensystem eingezeichnet. Dieses Koordinatensystem kann entsprechend in die übrigen Ausführungsformen, insbesondere der Figuren 2 bis 8, übernommen werden. Insbesondere mit Blick auf dieses Koordinatensystem ist der Aktuator und das erste Objekt 12 und das zweite Objekt 16 strukturell symmetrisch bzgl. der XY-, XZ-, und YZ-Ebene. Mit Blick auf die Magnetisierung hingegen ist der Aktuator 10 und das erste Objekt 12 und das zweite Objekt 16 bzgl. der XY-Ebene symmetrisch. Das zweite Objekt 16 und somit auch der gesamte Aktuator 10 ist bzgl. der XZ-, und YZ-Ebene nicht symmetrisch. Das erste Objekt 12 ist zwar bzgl. der XZ-Ebene symmetrisch jedoch nicht bzgl. der YZ-Ebene. Anstelle nicht symmetrisch kann bevorzugt, alternativ auch von einer invertierten Symmetrie gesprochen werden.
Figur 2 zeigt eine weitere schematisch dargestellte Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators. Die Ausführungsform basiert hierbei im Wesentlichen auf der Ausführungsform aus Figur 1. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus Figur 1 weist die Ausführungsform aus Figur 2 jedoch keinen Aufnahmekörper 32 auf, bzw. dieser ist nicht dargestellt. Die Magnete 18a, 18b der Ausführungsform aus Figur 2 des Aktuators 10 weisen eine Magnetlänge Lisa auf. Bevorzugt ist die Magnetlänge des Magnet 18a identisch mit der des Magnet 18b. Besonders bevorzugt ist es, dass die Magnetlänge Lisa identisch zum Spulenkernabstand AKi4b, i4c zwischen Spule 14b und Spule 14c. Besonders bevorzugt ist es, dass der Spulenkernabstand zwischen der Spule 14a und der Spule 14b identisch zu dem der Spule 14b und der Spule 14c ist. Dargestellt sind ebenfalls die Abstände Ai4a, i4b zwischen Spule 14a und Spule 14b sowie Ai4b, i4c zwischen Spule 14b und Spule 14c.
Figur 3 zeigt zwei Zustände einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10, wobei sich die Ausführungsformen im Wesentlichen auf den Ausführungsformen aus den Figuren 1 und 2 basiert.
Die Permanentmagnete 18a, 18b weisen (funktionsbedingt) im Vergleich zu den Zuständen I, II eine identische Magnetisierungsrichtung auf, wobei die Magnetisierungsrichtung von Magnet 18a und 18b in jedem einzelnen Zustand jedoch entgegengerichtet ist.
Die Spulen 14a, 14b, 14c hingegen weisen im Zustand I jeweils eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung 24 im Vergleich zu Zustand II auf. Besonders bevorzugt ist es, dass die unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen der Spulen 14a, 14b, 14c durch einen Wechsel der Stromflussrichtung durch die Spulen 14a, 14c, 14c umgesetzt ist. Aufgrund des Einwirkens, insbesondere des Anziehens sowie des Abstoßens, an den Aktuatorseiten 20, 22, erfolgt im Zustand I eine lineare Bewegung (siehe Bewegungspfeil 38) des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16 nach unten. Im zweiten Zustand hingegen erfolgt entsprechend eine dargestellte Bewegung nach oben.
Figur 4 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Aktuators 10. Die Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus Figur 3. In dem Unterschied zu der Ausführungsform aus Figur 3 weisen die Magnete 18a, 18b eine identische Magnetisierungsrichtung auf. Aufgrund des sich hierdurch unterscheidenden Einwirkens auf den Aktuatorseiten 20, 22 erfolgt demnach eine rotatorische Bewegung entlang Bewegungspfeil 38, wobei in den Zuständen I und II eine entgegengesetzte Rotationsbewegung erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt zwischen den Bewegungszuständen I, II ein Hin- und Herbewegen des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16.
Die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in schematischer Ansicht, der Figuren 5 bis 7 basieren ebenfalls auf den vorhergehenden Ausführungsformen.
Figur 5 weist lediglich zwei Spulen 14a, 14b des ersten Objekts 12 auf. Darüber hinaus sind die Magnete 18a, 18b des zweiten Objekts 16 um 90° gedreht (im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen) angeordnet. Aufgrund dieser gedrehten Anordnung der Magnete 18a, 18b liegen sich an den Aktuatorseiten 20, 22, noch immer eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts einer geraden Anzahl an Polen des anderen Objekts, insbesondere einwirkend, gegenüber. In der Ausführungsform liegen je Aktuatorseite 20, 22 zwei Pole des ersten Objekts 12, einem Pol des zweiten Objekts 16, gegenüber. Die außenliegenden Pole der Magnete 18a, 18b haben bevorzugt keine Wirkung, vorzugsweise kein Einwirken, an den jeweiligen Aktuatorseiten 20, 22.
In Figur 6 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10 schematisch dargestellt, die lediglich eine Spule 14 des ersten Objekts 12 aufweist.
In Figur 7 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 10 schematisch dargestellt, wobei das erste Objekt fünf Spulen aufweist und das zweite Objekt vier Magnete aufweist. An den Aktuatorseiten 20, 22 wirken diese Spulen und Magnete, insbesondere die jeweiligen Pole aufeinander ein.
Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aktuators 10 der Figuren 8a, bis 8d basieren im Wesentlichen auf den Ausführungsformen der Figuren 1 und 3.
Die Magnete 18a, 18b sind fest mit einem Aufnahmekörper 32 verbunden, insbesondere in diesen eingelassen. Die Spulen des ersten Objekts 12 sind mit einem zweiten Aufnahmekörper 36 fest verbunden, insbesondere ebenfalls in diesen eingelassen. Der Aufnahmekörper 32 ist relativ zum zweiten Aufnahmekörper 36 beweglich. Insbesondere zur Befestigung des Aktuators, vorzugsweise des zweiten Objekts 16, mit der Umgebung weist die dargestellte Ausführungsform eine Verbindungsvorrichtung 30 auf. Die Verbindungsvorrichtung 30 ist hierbei ausgeführt durch vier Verbindungslöcher 34. Beispielsweise mittels Schrauben kann über die Verbindungslöcher 34 eine Verbindung zu der Umgebung hergestellt werden.
In Figur 8b ist der Aufnahmekörper 32 über Arme 28a, 28b mit dem zweiten Aufnahmekörper 36 verbunden. Diese Verbindung ist bevorzugt einstückig ausgeführt. Besonders bevorzugt ist es, dass die Arme 28a, 28b flexibel ausgestaltet sind. Bei einer Bewegung des ersten Objekts 12 relativ zum zweiten Objekt 16, insbesondere einer linearen Bewegung erfolgt somit über die Arme 28a, 28b einer Dämpfung der Relativbewegung. Die Arme 28a, 28b sind demnach Teil einer Dämpfungsvorrichtung 26.
Figur 8c zeigt eine Alternative Dämpfungsvorrichtung 26. Schematisch sind hier zwei Federelemente 28a, 28b zwischen Aufnahmekörper 32 und Aufnahmekörper 36 angeordnet, die ebenfalls eine Relativbewegung dämpfen.
In Figur 8d ist die Dämpfungsvorrichtung durch zwei, vorzugsweise elastische, Dämpfungselemente 28a, 28b ausgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetischer Aktuator (10), insbesondere Vibrationsaktuator, mit einem, mindestens einen Magnet (14) aufweisenden, ersten Objekt (12); und einem, mindestens einen Magnet (18) aufweisenden, zweiten Objekt (16); wobei das erste Objekt (12) und das zweite Objekt (16) beweglich relativ zueinander sind; es sich bei dem ersten Objekt (12) um einen Oszillator und bei dem zweiten Objekt (16) um einen Stator, oder bei dem ersten Objekt (12) um einen Stator und bei dem zweiten Objekt (16) um einen Oszillator handelt; und das erste Objekt (12) im Wesentlichen innerhalb des zweiten Objekts (16) angeordnet ist; gekennzeichnet durch mindestens eine erste, vorzugsweise eine erste und eine zweite, Aktuatorseite (20, 22), wobei an der mindestens einen Aktuatorseite (20, 22), Magnete (14, 18) des ersten Objekts (12) und des zweiten Objekts (16) einwirkend gegenüberliegen, wobei an der mindestens einen Aktuatorseite (20, 22) eine ungerade Anzahl an Polen des einen Objekts einer gerade Anzahl an Polen des anderen Objekts, insbesondere aufeinander einwirkend, gegenüberliegen.
2. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen, vorzugsweise fortlaufenden, Wechsel der Polarität des mindestens einen Magnet (14) des ersten Objekts (12) oder des mindestens einen Magnet (14) des zweiten Objekts (16), um eine Bewegung der Objekte zueinander zu vollziehen.
3. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsrichtung (24) des mindestens einen Magnet (14) des ersten Objekts (12) senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung (24) des mindestens einen Magnet (14) des zweiten Objekts (16) ist.
4. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt (12), insbesondere der mindestens eine Magnet (14) des ersten Objekts (12), und/oder das zweite Objekt (16), insbesondere der mindestens eine Magnet (18) des zweiten Objekts (16), strukturell und/oder magnetisch symmetrisch, insbesondere bezüglich einer, zwei oder drei Symmetrieebenen, sind.
5. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet des einen Objekts Elektromagnete, vorzugsweise Spulen, und der mindestens eine Magnet des anderen Objekts einen Permanentmagnet aufweisen, insbesondere daraus bestehen.
6. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt (12) mehrere Magnete (14) aufweist, wobei diese Magnete (14) des ersten Objekts (12) parallel und/oder mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind, und/oder nebeneinander angeordnete Magnete (14) des ersten Objekts (12) entgegengesetzt Magnetisierungsrichtungen (24) aufweisen.
7. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlänge des mindestens einen Magnets (18) des zweiten Objekts (16) dem Kernabstand der Magnete (14) des ersten Objekts (12) zueinander entspricht.
8. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Objekt (16) gegenüberliegend zwei Magnete (18) aufweist, wobei die Magnete (18) beidseitig des ersten Objekts (12) angeordnet sind.
9. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Magnete (18) des zweiten Objekts (16) eine identische oder entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung (24) aufweisen.
10. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) derart ausgeführt ist, dass sich das erst Objekt (12) senkrecht zu der/den Magnetisierungsrichtung/en (24) des ersten Objekts (12) bewegt, oder, dass das erste Objekt (12) um sich rotiert, wobei insbesondere das erste Objekt (12) im Bereich der mindestens einen Aktuatorseite (20, 22), eine im Wesentlichen parallele Auslenkung zu der/den Magnetisierungsrichtung/en (24) des ersten Objekts (12) und/oder des zweiten Objekts (16) erfährt.
11. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine rotatorische und/oder lineare Lagerung des ersten Objekts (12) relativ zum zweiten Objekt (16).
12. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt (12) einen ersten Aufnahmekörper (32) aufweist und/oder das zweite Objekt (16) einen zweiten Aufnahmekörper (36) aufweist, wobei der/die Aufnahmekörper (32, 36) jeweils den mindestens einen Magnet (14, 18) des jeweiligen Objekts (12, 16) fixieren.
13. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Dämpfungsvorrichtung (26) zur Dämpfung der Bewegung des ersten Objekts (12) relativ zum zweiten Objekt (16), wobei insbesondere die Dämpfungsvorrichtung (26), vorzugsweise beidseitig, zwischen erstem und zweitem Objekt mindestens einen Dämpfer (28) aufweist.
14. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) mit dem ersten Aufnahmekörper (26) und/oder mit dem zweiten Aufnahmekörper (32) verbunden, vorzugweise einstückig, ist.
15. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objekt (12) drei Magnete (14) aufweist und das zweite Objekt (16) zwei Magnete (18) aufweist; oder das erste Objekt (12) einen Magnet (14) aufweist und das zweite Objekt (16) zwei Magnete (18) aufweist; oder das erste Objekt (12) fünf Magnete (14) aufweist und das zweite Objekt (16) vier Magnete (18) aufweist.
16. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem, vorzugsweise jedem, Magnetpol des ersten Objekts (12) gegenüberliegend zwei unterschiedliche Magnetpole des zweiten Objekts (16) zugeordnet sind, die auf diesen Magnetpol des ersten Objekts (12) einwirken, oder zumindest einem, vorzugsweise jedem, Magnetpol des zweiten Objekts (16) gegenüberliegend zwei verschiedene Magnetpole des ersten Objekts (12) zugeordnet sind, die auf diesen Magnetpol des zweiten Objekts (16) einwirken.
17. Elektromagnetischer Aktuator (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnetpol des einen Objekts mittig, insbesondere im Wesentlichen zentral, bezüglich der zwei gegenüberliegenden Magnetpole des anderen Objekts angeordnet ist.
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