專利名稱：操作裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種操作裝置，具有帶有觸覺反饋信號的操作元件，其中，操作元件具有輸入面，操作人員能借助于輸入機構(gòu)來操縱該操作元件。
背景技術(shù)：
操作元件的觸覺反饋信號首先需要用于操作人員無法直接感知由他實施的操作過程的情況。在帶有機電開關的操作裝置中，操作人員能通過操作元件的不同觸感來感知開關觸點的斷開或閉合，而在使用電子開關時則不必如此。所以，背景技術(shù)中已知的操作元件借助于操作元件的能被操作人員感知的運動來提供關于已經(jīng)完成的控制過程的觸覺反饋信號。已知的觸覺操作元件，例如用于所謂的觸摸屏，所需的結(jié)構(gòu)空間較大，驅(qū)動費用昂貴，而且當它被用在例如一個溫差特別大的環(huán)境中時，例如用于須在嚴寒和酷暑時運行的 機動車中，則需要有特殊的結(jié)構(gòu)特點。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有帶有觸覺反饋信號的操作元件的操作裝置，其所需的結(jié)構(gòu)空間小、易于組裝，并且能在艱苦的環(huán)境條件下沒有問題地運轉(zhuǎn)。該目的由此實現(xiàn)，即操作裝置具有兩個鐵磁平面構(gòu)件和一個扁平線圈，其中，鐵磁平面構(gòu)件利用其最大的面相互對準并且能相對彼此運動，并且其中，扁平線圈布置在鐵磁構(gòu)件之間。此外，輸入面既是鐵磁平面構(gòu)件的一部分，又能借助于耦合裝置與其中一個鐵磁平面構(gòu)件耦合。最后，根據(jù)本發(fā)明的平面鐵磁構(gòu)件在扁平線圈通電時能相對彼此運動，并且能直接地或借助于耦合裝置，對于操作人員在操作元件處的觸覺而言，感知其中一個鐵磁構(gòu)件的運動。這些平面構(gòu)件的表面例如可能相當平坦，但也可能有凸起，其能作為扁平線圈的線圈芯，或者也能用于集中磁通量。通過給線圈通電建立了磁場，并且兩個鐵磁板相互吸弓I。這一運動能被輸入機構(gòu)，例如操作人員的手指，直接感知或通過耦合裝置感知。如果由導體電路的扁平線圈在電路板上實現(xiàn)，扁平線圈就會非常易于生產(chǎn)并且耐用。要達到這一目的，例如這樣蝕刻包銅的電路板，使導體電路保持線圈形狀，其中導體電路優(yōu)選地布置為螺旋形。但是，只要這些導體電路還具有足夠的感應，那么原則上其它布置方式也是可能的。例如，也能通過使用一種諸如銀膏的導體電路材料擠壓電路板制成導體電路，來代替對導體電路的蝕刻。
如果扁平線圈布置在電路板的兩側(cè)上，就能實現(xiàn)一種非常有效的扁平線圈。另夕卜，也能將多個具有扁平線圈的電路板上下重疊布置，以便實現(xiàn)相應更大的動力性能(Kraftentfaltung)0如果扁平線圈具有鐵磁的線圈芯，由扁平線圈產(chǎn)生的磁通量就得到調(diào)整，并且進一步加強了兩個鐵磁平面構(gòu)件之間的力的作用。如果線圈芯設計為一個或兩個平面鐵磁構(gòu)件的一部分，則線圈芯非常容易實現(xiàn)。因此，一方面不需要額外的構(gòu)件，并且另一方面還固定了扁平線圈的位置。
如果操作裝置具有多個扁平線圈，就能增大鐵磁平面構(gòu)件的面積，而不需為扁平線圈花費更多的費用。通過使用兩個在其之間布置有線圈的鐵磁平面構(gòu)件，原則上能在扁平線圈通電時使兩個鐵磁平面構(gòu)件非常迅速地吸合，并且從而能留下能夠被感知的印象。如果停止給扁平線圈通電，兩個鐵磁平面構(gòu)件可以通過例如一個與其中一個鐵磁平面構(gòu)件連接在一起的彈簧元件重新回到其原始位置。原則上也可能不使用彈簧元件，條件是例如通過施加在可運動部件上的重力的作用使其重新回到原始位置。如果操作裝置具有三個鐵磁平面構(gòu)件，其中，相鄰的鐵磁平面構(gòu)件能相對彼此運動，并且在相鄰的鐵磁平面構(gòu)件之間分別布置至少一個扁平線圈，就能使扁平線圈通電時生成的力作用在兩個相反的方向上，例如與輸入機構(gòu)的運動方向相反或者沿輸入機構(gòu)的運動方向，目的是形成不同的觸覺印象。上述布置方式的一種特別簡單的結(jié)構(gòu)為，中間的鐵磁平面構(gòu)件具有兩個凸起，其構(gòu)成扁平線圈的線圈芯。從而能夠固定扁平線圈，并同時集中磁通量。如果操作裝置具有彈性元件，該彈性元件在扁平線圈不通電時限定鐵磁平面構(gòu)件之間的間距，則可以通過輸入機構(gòu)確定對操作元件的操作，條件是操作裝置具有一個用于測量兩個相鄰鐵磁平面構(gòu)件之間間距的間距裝置。如果在此測出間距發(fā)生變化，則認為是 操縱機構(gòu)改變了間距，并且因此能確定對操作元件的操作。這種測量裝置以最簡單的方式由此實現(xiàn)，即該測量裝置設計為用于測量一個或多個扁平線圈的電感的測量裝置。所以，不需要額外的位移測量裝置。更確切地說，通過借助于為控制操作裝置和其它設備而配備的電子開關電路(例如微型計算機)對電感進行簡單的測量，則能使用現(xiàn)有的扁平線圈。在鐵磁平面構(gòu)件彼此之間的間距同樣能簡單地通過電容測得。對此例如可以在其上布置了一個或多個扁平線圈的電路板上布置兩個額外的導電平面，其電容隨著鐵磁平面構(gòu)件與電路板之間的間距變化而改變，并且因此能推導出兩個鐵磁平面構(gòu)件之間的間距?？梢栽谏杀馄骄€圈的同時通過蝕刻包銅電路板或使用一種導電膏擠壓形成兩個導電平面，并且因此僅需要最少的額外費用。只要扁平線圈尚未通電，則扁平線圈同樣也能用來測量電容。操作元件例如可以設計為顯示器。該顯示器在最簡單的情況下例如可以設置各種數(shù)字的按鈕，例如采用電話鍵盤的形式。因此，如果用操縱機構(gòu)觸碰操作元件的相應數(shù)字并且顯示器具有相應的能在顯示器上確定輸入機構(gòu)位置的裝置，就能選擇不同的數(shù)字。如果上述顯示器設計為光電顯示器，則能在顯示器上顯示各種不同的菜單、子菜單或單值，并通過相應地觸碰在顯示器上顯示的已選中的菜單、子菜單或數(shù)值的相應位置來完成。這種光電顯示器例如可以設計為發(fā)光二極管矩陣、有機發(fā)光二極管顯示器或液晶顯示器，并且作為所謂的觸摸屏是已經(jīng)已知的。為了實現(xiàn)平面鐵磁構(gòu)件的相對彼此的運動，以一股直流電流或一股低頻交流電流給扁平線圈通電。另外，能以聽覺范圍內(nèi)的頻率，例如I千赫，來調(diào)制這股電流，從而使得能額外聽到這一頻率。因此能聽到鼠標鍵點擊的聲音，這個聲音聽起來就如同機電開關開啟或關閉的效果。最后，能通過對鐵磁平面構(gòu)件進行變形處理，例如，通過深沖或深降(Tiefsenken)，來形成用于扁平線圈的線圈芯。由此能進一步簡化結(jié)構(gòu)并降低價格。


以下借助附圖對本發(fā)明作進一步說明。圖中示出圖la，Ib :分別示出操作裝置的觸覺功能，圖2 :示出帶有扁平線圈的電路板的俯視圖，圖3 :示出穿過操作裝置的第一實施例的部分剖面圖，圖4 :示出兩個 鐵磁平面構(gòu)件和一個帶有扁平線圈的電路板的結(jié)構(gòu)的分解圖，圖5 :示出兩個鐵磁平面構(gòu)件和一個帶有扁平線圈的電路板的另一分解圖，圖6 :示出穿過根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的一個實施例的部分剖面圖，圖7 :示出根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的另一個實施例的部分剖面圖，圖8 :示出根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的分解圖。
具體實施例方式在圖Ia中可以看到兩個鐵磁平面構(gòu)件1，2，其中，鐵磁平面構(gòu)件2具有兩個凸起2a，2b。另外，還可以看到具有扁平線圈4的電路板3。凸起2a同時還用作為扁平線圈4的線圈芯。當一股電流流過扁平線圈4時，箭頭所示的磁通量注入鐵磁平面構(gòu)件I和2中，并且從而形成一條閉合磁路，使兩個鐵磁平面構(gòu)件1，2吸合。圖Ib與圖Ia的區(qū)別在于，設有兩個扁平線圈4，它們并排分布在電路板3上，并且替代凸起2b設有另一個凸起2a，其同樣作為兩個扁平線圈的其中一個的線圈芯。為了生成如箭頭所示的磁通量，示出的兩個扁平線圈4必須具有不同的繞線方向，或者在繞線方向相同的情況下，由電流沿不同的方向流過。在圖2中可以看到一個電路板3和六個扁平線圈4以及開口 5和6。開口 5布置在扁平線圈的中心內(nèi)部，并且用于容納線圈芯、例如圖I中的凸起2a。開口 6用于容納彈性元件，下文中將結(jié)合圖5對彈性元件作進一步描述。在這個實施例中，扁平線圈5通過蝕刻原先的完全包銅的電路板3而形成。也能例如使用一種導電膏壓在電路板上，從而形成扁平線圈。線圈4的形狀不一定是圖中所示的螺旋形。例如還能將線圈制成矩形回紋形或橢圓形，當然，優(yōu)選的是圖中所示的螺旋形布置方式。作為穿過根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的部分剖面圖，在圖3示出了兩個鐵磁平面構(gòu)件1,2,兩個分別具有一個扁平線圈4的電路板3，一個彈簧元件7和一個止擋部8。另外，圖中字母E表示地面，F(xiàn)表示作為可能的操作人員的輸入機構(gòu)的手指。因此，在這一實施例中，同時示出了鐵磁平面構(gòu)件和操作元件的輸入面。結(jié)構(gòu)元件2，7和8處的地面符號E表示這些元件位置固定。在沒有外力作用的情況下，彈簧元件7將鐵磁平面構(gòu)件固定在限定的位置上。如果現(xiàn)在如圖中所示，手指觸碰鐵磁平面構(gòu)件I或與鐵磁平面構(gòu)件I耦合的操作元件、例如顯示器，就會給扁平線圈4通電，從而使鐵磁平面構(gòu)件I被拉向鐵磁平面構(gòu)件2。止擋部8阻止兩個鐵磁平面構(gòu)件相互接觸。例如能通過使用測量裝置測量兩個鐵磁平面構(gòu)件
1,2之間的間距來識別操作機構(gòu)，并且間距變小時探測到觸碰。但這種測距裝置不是必需的。例如，也能將這個操作元件設計為所謂的觸摸屏，其與鐵磁平面構(gòu)件I相連接，例如由此實現(xiàn)，即它直接布置在鐵磁平面構(gòu)件上方。這種觸摸屏支配著一個探測裝置，利用該探測裝置探測到操作機構(gòu)觸碰了觸摸屏的哪個位置，并且也能確定對整個操作元件的觸碰。兩個扁平線圈4提高了對鐵磁平面構(gòu)件I的力的作用，以便于能夠獲得特別強的觸感。
圖4中的分解圖示出一個鐵磁平面構(gòu)件1，一個帶有六個凸起2a的鐵磁平面構(gòu)件2和一個帶有六個扁平線圈4的電路板3。凸起2a用作為扁平線圈4的線圈芯。圖5中的分解圖示出一個鐵磁平面構(gòu)件1，一個帶有多個凸起2a和彈性元件9的鐵磁平面構(gòu)件2。彈性元件9例如設計為硅柱，并且因此充當彈簧元件和止擋部，這是因為它們只能在一定范圍內(nèi)壓縮。在組裝時，將這些彈性元件穿入電路板3的開口 6，從而在安裝完成后使鐵磁平面構(gòu)件I能夠平放在這些彈性元件之上。彈性元件9例如也可以設計為圓錐形、金字塔形、方形或類似立體形狀，其原料采用彈性材料，例如硅酮。圖6中示出根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的另一種布置方式。除了鐵磁平面構(gòu)件I和2以及具有扁平線圈4的電路板3之外，圖中還示出了殼體底面10和殼體蓋板11。殼體底面10由此形成，即鐵磁平面構(gòu)件2與殼體底面部分這樣擠壓包封，即鉚釘形凸起IOa被壓鑄穿過鐵磁平面構(gòu)件I的開口，并且從而使鐵磁平面構(gòu)件與殼體底面10相連接。具有鉚釘形凸起Ila的殼體蓋板11以相似的方式與鐵磁平面構(gòu)件I相連接或者說耦合。殼體蓋板11 還具有通過殼體蓋板變細部分Ilc與殼體蓋板11的其余部分相連接的殼體蓋板框架lib。只要扁平線圈4不通電，用作為彈簧元件的殼體蓋板變細部分Ilc就會將殼體蓋板11固定在限定的位置上。圖7中的操作裝置的部分剖面圖示出鐵磁平面構(gòu)件101，102，200，具有扁平線圈401，402的電路板300，耦合裝置500和觸摸屏600形式的操作元件，彈簧元件7和操作人員的手指F。鐵磁平面構(gòu)件200具有凸起200a，200b，其用作為扁平線圈401，402的線圈芯。與圖3相同，地面符號E仍然表示與地面符號E連接的構(gòu)件(此處是指鐵磁平面構(gòu)件101，102)位置固定。當線圈401通電時，鐵磁平面構(gòu)件200被拉向鐵磁平面構(gòu)件101的方向，因此通過耦合裝置500將觸摸屏600抬起，并且從而提高了作用在手指F上的壓力。當扁平線圈402通電時，鐵磁平面構(gòu)件200被拉向鐵磁平面構(gòu)件102的方向，使觸摸屏600遠離手指F，從而減小作用在手指F上的壓力。觸摸屏600包含探測裝置，該探測裝置能探測到手指F的存在。因此就能根據(jù)想要得到哪種觸感來給線圈401或402通電。還能交替地給線圈401，402通電，從而使觸摸屏600交替地向上和向下運動。因此，能根據(jù)線圈401，402的通電情況而實現(xiàn)不同的觸感模式。在圖8中示出根據(jù)本發(fā)明的操作裝置的一個實施例的部分分解圖。圖中示出殼體底面100，具有觸摸屏600的殼體蓋板110和位于殼體底面100與殼體蓋板110之間的鐵磁平面構(gòu)件1，電路板3以及鐵磁平面構(gòu)件2。也能采用一套如圖7中所描述的系統(tǒng)來代替鐵磁平面構(gòu)件1，2和電路板3。在觸摸屏600上顯示出十進制鍵盤。因為觸摸屏600具有光電顯示器，因此替代已經(jīng)示出的十進制鍵盤，當然還能依次顯示出各個能顯示的符號、菜單或子菜單。針對不同的顯示和選項，也能生成不同的觸覺效果。因此例如能改變扁平線圈401,402的電流振幅和/或通電頻率。
權(quán)利要求
1.一種操作裝置，具有帶有觸覺反饋信號的操作元件，其中，所述操作元件具有輸入面，操作人員能借助于輸入機構(gòu)來操縱所述操作元件，其特征在于，所述操作裝置具有兩個鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)和一個扁平線圈(4，401，402)，其中，所述鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)利用其最大的面相互對準并且能相對彼此運動，并且其中，所述扁平線圈(4，401，402)布置在所述鐵磁構(gòu)件(1，2，101，102，200)之間，所述輸入面既是所述鐵磁平面構(gòu)件(I)的一部分，又能借助于耦合裝置(11a，500)與其中一個所述鐵磁平面構(gòu)件(1，.200)耦合，所述鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)在所述扁平線圈(4，401，402)通電時能相對彼此運動，并且能直接地或借助于所述耦合裝置(500，11a)，對于操作人員在所述操作元件(600)處的觸覺而言，感知其中一個所述鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)的運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的操作裝置，其特征在于，由導體電路構(gòu)成的所述扁平線圈(4，.401，402)在電路板(3,300)上實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作裝置，其特征在于，所述扁平線圈(4，401，402)布置在所述電路板(3，300)的兩側(cè)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述扁平線圈(4，401，.402)具有鐵磁的線圈芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操作裝置，其特征在于，所述線圈芯(2a，2b，200a，200b)設計為一個或兩個所述鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)的一部分。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述操作裝置具有多個扁平線圈(4，401，402)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述操作裝置具有三個鐵磁平面構(gòu)件(IOI，102，200 )，其中，相鄰的鐵磁平面構(gòu)件能相對彼此運動，并且在所述相鄰的鐵磁平面構(gòu)件(101，102，200)之間分別布置至少一個扁平線圈(401，402)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作裝置，其特征在于，位于中間的所述鐵磁平面構(gòu)件(101，.102,200)具有兩個凸起(200a，200b)，所述凸起構(gòu)成所述扁平線圈(401，402)的所述線圈
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述操作裝置具有彈性元件(7，9)，所述彈性元件在所述扁平線圈(4，401，402)不通電時限定所述鐵磁平面構(gòu)件(1,2,101,102，200)之間的間距。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述操作裝置具有間距測量裝置，用于測量兩個相鄰的鐵磁平面構(gòu)件(I，2，IOI，102，200 )之間的間距。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的操作裝置，其特征在于，所述測量裝置設計用于測量所述扁平線圈(4)或所述扁平線圈(401，402)的電感的變化。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，所述操作元件設計為顯示器(600)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的操作裝置，其特征在于，所述顯示器(600)具有能在所述顯示器上確定所述輸入機構(gòu)的位置的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的操作裝置，其特征在于，所述顯示器(600)設計為光電顯示器。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的操作裝置，其特征在于，一個扁平線圈(4，401，402)或多個扁平線圈(4，401，402)能加載在音頻范圍內(nèi)經(jīng)過調(diào)制的電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求4至15中任一項所述的操作裝置，其特征在于，通過對所述鐵磁平面構(gòu)件(2，200 )進行變形處理，制成一個或多個鐵磁的線圈芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作裝置，具有帶有觸覺反饋信號的操作元件，其中，操作人員能借助于輸入機構(gòu)來操縱操作元件，在該操作裝置中提出，即該操作裝置具有兩個鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)和一個扁平線圈(4，401，402)，其中，鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)利用其最大的面相互對準并且能相對彼此運動，并且其中，扁平線圈(4，401，402)布置在鐵磁構(gòu)件(1，2，101，102，200)之間，并且鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)能通過扁平線圈(4，401，402)的通電而相對彼此運動，并且能直接地或借助于耦合裝置(500)，對于操作人員在操作元件(600)處的觸覺而言，感知其中一個鐵磁平面構(gòu)件(1，2，101，102，200)的運動。
文檔編號G06F3/046GK102741783SQ201180008158
公開日2012年10月17日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者托爾斯藤·亞歷山大·克恩, 英戈·措勒爾 申請人:大陸汽車有限責任公司