對觸覺反饋致動器加以改善的操作元件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種對觸覺反饋致動器加以改善的操作元件(1)，具有：支架(9)；提供了觸敏輸入?yún)^(qū)(7)的安裝在支架上的控制零件(6)，基本與觸敏輸入?yún)^(qū)(7)所構(gòu)成的平面平行并且可往運(yùn)動方向(8)移動；用于引發(fā)控制零件(6)在運(yùn)動方向(8)上與支架產(chǎn)生相對運(yùn)動以提供觸覺反饋的致動器(2，3)，其至少包括通電導(dǎo)體(3)(該導(dǎo)體的走向即為一電流方向)和生成磁場的介質(zhì)(2d)，其中導(dǎo)體(3)和介質(zhì)(2d)布置在控制零件(6)或者支架上，彼此相鄰且有一定間隔并且至少部分地彼此平行，其中磁場的主磁場方向(2c)與運(yùn)動方向(8)垂直且與電流方向(10)垂直，并且電流方向(10)與運(yùn)動方向(8)垂直，生成磁場的介質(zhì)(2d)嵌入薄膜或者薄膜層結(jié)構(gòu)中。
【專利說明】
對觸覺反饋致動器加以改善的操作元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種操作元件，具體地帶有可移動的控制零件和驅(qū)動控制零件產(chǎn)生觸覺反饋的致動器。
【背景技術(shù)】
[0002]在已知的操作元件中，雖然一般都是通過電磁力引發(fā)偏轉(zhuǎn)，卻通常完全通過機(jī)械回復(fù)力，例如彈簧和類似的機(jī)構(gòu)，回復(fù)到初始位置。然而，這樣做有一缺點(diǎn)，即通過控制觸發(fā)動作，只能讓運(yùn)動流程產(chǎn)生有限的變化。此外，機(jī)械的回復(fù)機(jī)構(gòu)還會產(chǎn)生一定的磨損。同時，操作元件應(yīng)該有緊湊的設(shè)計，從而節(jié)約結(jié)構(gòu)空間和減輕重量，并且要具有高耐磨和耐溫性。將其應(yīng)用到車輛制造中時，尤其要滿足這些要求。
[0003]因此就需要有集成度高、磨損低、重量低的操作元件，以及需要明顯可個性化處理的觸感，尤其是需要可靠、可重復(fù)地回復(fù)到附屬的靜止位置中。根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件解決了這一問題。有利的設(shè)計方案分別都為從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。要指出的是，權(quán)利要求中列出的各項特征能夠以任意合理的技術(shù)方式互相組合，得到本發(fā)明的其它設(shè)計方案。專利說明，尤其是配合了專利圖的情況下，補(bǔ)充描述了本發(fā)明的特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種包括一支架和一控制零件的操作元件。控制零件有一觸敏輸入?yún)^(qū)，該輸入?yún)^(qū)可以是彎曲的平面。但優(yōu)先選擇平整的輸入?yún)^(qū)。控制零件安裝在支架上，基本與輸入?yún)^(qū)所構(gòu)成的平面平行并且可往一移動方向滑動。如果輸入?yún)^(qū)是彎曲的，所述的對移動方向進(jìn)行限制的平面，可通過輸入?yún)^(qū)的外周邊確定。例如，采用觸控板或者觸控屏作為帶有觸敏輸入?yún)^(qū)的控制零件。本發(fā)明采用“基本平行”這樣的表述，是為了確保也能夠?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明的安裝在支架上可旋轉(zhuǎn)的，例如懸掛安裝的可擺動控制零件包括在內(nèi)。優(yōu)選的設(shè)計方案預(yù)先考慮了控制零件相對于支架的純直線移動，例如就好像浮動軸承所設(shè)計的效果那樣。此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計，還可以選擇提供機(jī)械回復(fù)力，例如以重力或者磁力為基礎(chǔ)的力或者彈性形變產(chǎn)生的力，讓其發(fā)揮作用，實現(xiàn)控制零件自動(即不觸發(fā)下面所述的致動器)回復(fù)到偏轉(zhuǎn)之前的靜止位置中。但是按照本發(fā)明的要求，也可以預(yù)先設(shè)計讓控制零件有自由的運(yùn)動，也就是無法自主地回復(fù)到靜止位置的運(yùn)動。
[0005]為了驅(qū)動控制零件在其自由度方向上進(jìn)行電動運(yùn)動，本發(fā)明設(shè)置了一致動器，用于引發(fā)控制零件相對于支架的運(yùn)動。這一運(yùn)動是為了提供觸覺反饋，例如通過一運(yùn)動脈沖實現(xiàn)，先往一方向運(yùn)動，隨之往相反的方向進(jìn)行返回運(yùn)動。驅(qū)動裝置平行于輸入?yún)^(qū)的好處是，致動器推進(jìn)的時候，相對較大的輸入?yún)^(qū)不會像一揚(yáng)聲器振膜那樣，成為一聲音輻射面。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的致動器至少有一通電的導(dǎo)體，也就是要有一加載了電流的導(dǎo)體，最好就是一通電導(dǎo)體。導(dǎo)體的走向就是電流方向。此外，該致動器還要有能夠產(chǎn)生磁場的介質(zhì)。導(dǎo)體和生成磁場的介質(zhì)彼此隔開，至少要一段段地彼此平行，例如通過一絕緣體或者空隙相隔地布置在控制零件或者支架上。最好是將導(dǎo)體固定在支架上，且將生成磁場的介質(zhì)，例如一個或者多個永磁體固定在控制零件上。根據(jù)本發(fā)明的要求，磁場的主磁場方向要與運(yùn)動方向垂直和與電流方向垂直。此外，電流方向還要與運(yùn)動方向垂直。通過電流換向可改變控制零件的運(yùn)動方向。這樣至少可以通過施加合適的電流通路，來調(diào)整換向，返回初始位置。因此，按照本發(fā)明的要求，在基本不依賴于純機(jī)械回復(fù)機(jī)構(gòu)后，觸覺體驗的多樣性明顯增加。例如，和存在的純機(jī)械回復(fù)動作相比，這樣可以提高回復(fù)的速度，或者可以通過逆轉(zhuǎn)電流方向，對控制零件的首次偏轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。此外，和通常有一線圈和附屬電樞的傳統(tǒng)致動器相比，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計方案還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是可以節(jié)省結(jié)構(gòu)空間。例如，根據(jù)本發(fā)明的致動器安裝在支架和控制零件構(gòu)成的間隙中。
[0007]在一個設(shè)計方案中，生成磁場的介質(zhì)含有一電磁鐵，例如如果是簡單結(jié)構(gòu)的電磁鐵，它就是固定在控制零件上的另一導(dǎo)體，只是在偏轉(zhuǎn)的情況下，該導(dǎo)體的電流與前述導(dǎo)體的電流方向相反。但是，在優(yōu)選的方案中，生成磁場的介質(zhì)都含有一個或者多個永磁體。
[0008]為了便于制造，按照本發(fā)明的設(shè)計，生成磁場的介質(zhì)都嵌入一薄膜或者一薄膜層結(jié)構(gòu)中。例如塑料薄膜，優(yōu)先選擇熱塑性塑料制成的薄膜。
[0009]優(yōu)先選擇以鈷釤、硬鐵氧體(例如鋇鐵氧體或者鍶鐵氧體，或者釹鐵硼(NdFeB))為基礎(chǔ)的、硬磁材料制成的介質(zhì)來生成磁場。硬磁材料最好是顆粒形狀的，并且至少要嵌入一薄膜層或者薄膜層結(jié)構(gòu)中。
[0010]在一個優(yōu)選的設(shè)計方案中，導(dǎo)體安裝在一塊電路板上。例如，它可以是電路板上的外部金屬層。這里的電路板可以是一單面或者雙面有裝備的電路板。此外，該電路板的一面或者兩面還設(shè)計有導(dǎo)體電路，或者采用多層電路板結(jié)構(gòu)。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的控制零件的一個優(yōu)選設(shè)計方案中，生成磁場的介質(zhì)有多個垂直于運(yùn)動方向的帶狀磁場，該磁場的極化方向在運(yùn)動方向上交替變化，并且導(dǎo)體是回紋波形的，整體上順著帶狀磁場。例如，這可以是帶狀的永磁體或者嵌入了永磁體的帶狀區(qū)域，在帶狀磁體或者區(qū)域中，極化方向垂直于導(dǎo)體和運(yùn)動方向，并且要么指向?qū)w，要么背向?qū)w。采用這種交替的布置方式，相鄰區(qū)域中的極化方向就相反。將導(dǎo)體與帶狀磁體區(qū)域相鄰、采用平繞組的形式進(jìn)行回紋波形布置，可實現(xiàn)節(jié)省結(jié)構(gòu)空間的效果，同時又可有效地驅(qū)動控制零件。
[0012]在一個設(shè)計方案中，控制零件和支架之間，尤其是生成磁場的介質(zhì)與支架之間的區(qū)域設(shè)計了一空隙。例如，空隙就是生成磁場的介質(zhì)與支架之間十分之幾毫米的間距。
[0013]在另一個優(yōu)選的設(shè)計方案中，由于有滑動接觸，所以在生成磁場的介質(zhì)和導(dǎo)體之間可實現(xiàn)相對運(yùn)動。為此，支架側(cè)或者控制零件側(cè)的表面中，至少有一個可以設(shè)計為對原始表面起到減少摩擦作用的層。例如，設(shè)計了一聚四氟乙烯層用于減少摩擦。例如，這個用于減少摩擦的層可以是提供了生成磁場的介質(zhì)的薄膜層結(jié)構(gòu)的外層。
[0014]在與運(yùn)動方向平行的方向上，導(dǎo)體的直徑最好比緊鄰的生成磁場的介質(zhì)小。例如，導(dǎo)體的直徑比緊鄰的永磁體的最近極的尺寸小。例如，在上述方向上，導(dǎo)體的直徑為附屬永磁體最近極的順著運(yùn)動方向的橫向尺寸的2/3或者更小。
[0015]根據(jù)另一個設(shè)計方案，生成磁場的介質(zhì)包含一用于磁軛的鐵磁層或者含有鐵磁顆粒的層。例如，這個層是包含生成磁場的介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)的一部分。例如，這是一外部的直接與控制零件相接的、將薄膜層結(jié)構(gòu)密封到控制零件的層。這樣做可減輕控制零件側(cè)電子器件的磁負(fù)擔(dān)，例如設(shè)計用來在觸敏輸入?yún)^(qū)進(jìn)行接觸檢測的電子裝置。
[0016]此外，本發(fā)明還涉及一種產(chǎn)生觸覺反饋的方法，該方法使用了前述結(jié)構(gòu)形式的操作元件，其中，在控制零件從其靜止位置移動出來之后，由于導(dǎo)體中有初始的電流方向，所以回復(fù)動作只能或者可以由第二個與初始電流方向相反的電流方向引發(fā)。
[0017]第二個電流方向引發(fā)的回復(fù)力最好能增強(qiáng)機(jī)械引發(fā)的同向回復(fù)力，最好是至少能將其增強(qiáng)至兩倍。例如，可以將彈簧力作為機(jī)械回復(fù)力。
[0018]此外，本發(fā)明還涉及之前所述設(shè)計形式的操作元件在汽車中的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡釋，附圖在此僅作示例，僅表現(xiàn)出了一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)類型，其中所示為:
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的操作元件I的設(shè)計形式主要構(gòu)成部分的截面圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明的操作元件I的另一個設(shè)計形式的截面圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的操作元件I的第一個設(shè)計形式。該操作元件有一支架9和一控制零件6?？刂屏慵?是一塊觸控板并有一平整的觸敏輸入?yún)^(qū)7?？刂屏慵?安裝在支架9上并且可以滑動，其自由度產(chǎn)生的運(yùn)動方向8與輸入?yún)^(qū)7平行?？刂屏慵?通過一摩擦系數(shù)相對于觸控板較低的層2e，例如聚四氟乙烯制成的層，安放在支架上，從而形成“松散”的接觸面。此外，支承機(jī)構(gòu)還包括一未展示出來的防掉落裝置和/或用于使控制零件復(fù)位的裝置和/或用于機(jī)械引發(fā)移位的裝置。這些裝置都未顯示于圖上。支架9包含一電路板4。電路板4在下部，也就是其背對控制零件6的一側(cè)還有一起電磁屏蔽作用的金屬層5。在其上部，也就是面向控制零件6的一側(cè)，加了一金屬涂層，作為經(jīng)過電路板4表面的回紋波形導(dǎo)體3。導(dǎo)體3是根據(jù)本發(fā)明要求的致動器2，3的一部分，用于在運(yùn)動方向8上驅(qū)動控制零件6。導(dǎo)體3有垂直于圖1投影面的平行段。給導(dǎo)體3提供電流時，電流方向同樣與投影面垂直，由于導(dǎo)體3以平繞組的形式呈回紋波形分布在電路板4上，所以電流方向在導(dǎo)體3的兩個相鄰平行段之間交替換向，分別往觀察者的方向去或者從觀察者離開?？刂屏慵?cè)的薄膜層結(jié)構(gòu)2與導(dǎo)體3相接，位于支架9上。薄膜層結(jié)構(gòu)2是根據(jù)本發(fā)明要求的致動器2，3的一部分，相當(dāng)于電動驅(qū)動裝置的一轉(zhuǎn)子。薄膜結(jié)構(gòu)2有一2b層，永磁顆粒嵌入其中，使該層形成多條與導(dǎo)體段平行的帶子，其中，每條生成一磁場的帶子都有一位于投影面中且與運(yùn)動方向8垂直的極化方向2c，并且相鄰最近的帶子有一反向的、位于投影面中且與運(yùn)動方向8垂直的極化方向2c。兩個直接相鄰的不同名磁極(分別由一 2d帶子定義)的中點(diǎn)間距等于兩個直接相鄰的導(dǎo)體段的中點(diǎn)間距。此外，薄膜層結(jié)構(gòu)2還包含一覆蓋了 2c磁層的鐵磁層2a，用于2c層的磁回流。導(dǎo)體段3中的電流和2b層定義的交替性磁場之間相互的電磁作用，保證了控制零件6在運(yùn)動方向8中產(chǎn)生運(yùn)動脈沖。例如，可以通過往導(dǎo)體3添加反向電流和/或通過圖中未顯示的機(jī)械回復(fù)裝置，返回圖1所示的初始位置。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的操作元件I的另一個設(shè)計形式，它與圖1所示方案的不同之處在于，生成磁場的介質(zhì)2不是用薄膜層結(jié)構(gòu)形成的，而是將永磁體2c并排形成2c層。此外，控制零件6通過一空隙與支架9間隔排列，在此產(chǎn)生一可在支架9上方自由擺動的軸承，例如通過圖中未顯示的控制零件6的擺動軸承來實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.操作元件(I)，具有: 支架(9); 提供了觸敏輸入?yún)^(qū)(7)的控制零件(6)，其中控制零件(6)安裝在支架(9)上，基本與觸敏輸入?yún)^(qū)(7)所構(gòu)成的平面平行并且可往一運(yùn)動方向(8)移動； 用于引發(fā)控制零件(6)在運(yùn)動方向(8)上與支架(9)產(chǎn)生相對運(yùn)動以提供觸覺反饋的致動器(2，3)，其中致動器(2，3)至少包括一通電導(dǎo)體(3)和生成磁場的介質(zhì)(2d)，其中該導(dǎo)體的走向即為一電流方向，其中導(dǎo)體(3)和生成磁場的介質(zhì)(2d)布置在控制零件(6)或者支架(9)上，彼此相鄰且有一定間隔并且至少部分地彼此平行，其中磁場的主磁場方向(2c)與運(yùn)動方向(8)垂直且與電流方向(10)垂直，以及電流方向(10)與運(yùn)動方向(8)垂直，生成磁場的介質(zhì)(2d)嵌入薄膜或者薄膜層結(jié)構(gòu)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中生成磁場的介質(zhì)(2d)包括至少一個永磁體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中生成磁場的介質(zhì)(2d)固定在控制零件上并且導(dǎo)體(3)固定在支架上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中生成磁場的介質(zhì)(2d)具有以鈷釤、硬鐵氧體為基礎(chǔ)的硬磁材料，其中硬鐵氧體包括鋇鐵氧體或者鍶鐵氧體或者釹鐵硼(NdFeB)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的操作元件(I)，其中顆粒狀的硬磁材料至少存在于一薄膜層或者一薄膜層結(jié)構(gòu)中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中控制零件(6)以可轉(zhuǎn)動或者純直線移動的方式安裝在支架(9)上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中控制零件(6)還可以通過基于重力、磁吸力和/或彈性形變的回復(fù)力自動返回靜止位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中導(dǎo)體(3)安裝在電路板(4)上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中生成磁場的介質(zhì)(2d)定義了多個垂直于運(yùn)動方向的帶狀磁場，這些磁場的極化方向在運(yùn)動方向上交替變化，并且導(dǎo)體(3)是回紋波形的，整體上順著帶狀磁場。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其通過滑動接觸(2e)，在生成磁場的介質(zhì)和導(dǎo)體之間實現(xiàn)了相對運(yùn)動。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I )，在與運(yùn)動方向平行的方向上，導(dǎo)體的直徑比緊鄰的生成磁場的介質(zhì)小。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中致動器(2，3)包含用于磁軛的鐵磁層或者含有鐵磁顆粒的層(2a)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作元件(I)，其中控制零件(6)是一塊觸控板或者觸控顯示器。
【文檔編號】G06F3/01GK205540569SQ201620104982
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】B·斯密特, T·博登施泰因
【申請人】普雷有限公司