CN114600058A - 磁流变制动装置、特别是操作装置 - Google Patents
磁流变制动装置、特别是操作装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114600058A CN114600058A CN202080073451.1A CN202080073451A CN114600058A CN 114600058 A CN114600058 A CN 114600058A CN 202080073451 A CN202080073451 A CN 202080073451A CN 114600058 A CN114600058 A CN 114600058A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- magnetic field
- field sensor
- shaft
- shaft unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 294
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 71
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 21
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 14
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 9
- 210000003811 finger Anatomy 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910000595 mu-metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
- G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
- G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
- G05G1/10—Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
- F16D57/002—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders comprising a medium with electrically or magnetically controlled internal friction, e.g. electrorheological fluid, magnetic powder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/32—Details
- F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
- F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
- G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
- G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
- F16D2066/003—Position, angle or speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2121/00—Type of actuator operation force
- F16D2121/18—Electric or magnetic
- F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
- Mechanical Control Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于借助旋转运动调节操作状态的磁流变制动装置(1),具有至少一个轴单元(2)和至少一个能相对于轴单元(2)旋转的旋转体(3)。能借助至少一个磁流变制动机构(4)有针对性地调节用于该旋转体(3)的可旋转性的转矩。传感器装置(5)用于检测该旋转体(3)的旋转位置内腔并包括磁环单元(15)和至少一个抗转动地连接至轴单元(2)且在径向和/或轴向上邻近磁环单元(15)布置的磁场传感器(25)。该磁场传感器(25)也至少部分安置在该轴单元(2)内。
Description
本发明涉及一种用于改变旋转运动的转矩的磁流变制动装置,尤其是用于至少借助旋转运动来调节操作状态的磁流变操作装置。该制动装置具有至少一个轴单元和至少一个能相对于该轴单元旋转的旋转体。可以借助至少一个磁流变制动机构有针对性地调节用于旋转体的可旋转性的转矩。
这种制动装置允许特别有针对性的旋转运动减速乃至锁定。有时,所述制动装置被设计为操作装置。这种操作装置更频繁地应用在各种不同设备中并且例如在机动车(例如中控台、方向盘、座椅上的操作件...)、医疗技术设备(例如用于调整医疗仪器)或智能设备(例如智能手机、智能手表、计算机***设备、电脑鼠标、游戏控制器、操纵杆)、野外车辆(例如农业机械中的操作件)、艇/船、飞机中,例如用于选择菜单或能进行精确控制。借助磁流变制动装置,例如可以针对旋转运动调节出不同的力矩、止挡和锁止。因此,在调设操作状态时可以获得特殊触觉(触觉反馈),它支持使用者并允许非常有针对性的调设,进而降低操作复杂性。
为了能够有针对性地控制磁流变制动装置,通常设有用于监测旋转位置的传感器装置。但是,其在结构上安装在制动装置中带来显著困难。
因此,传感器装置(例如磁环与传感器之间距离)一般必须布置与待监控部件相关的很窄的公差范围内。例如,这些部件的距离的偏差会导致测量信号恶化和干扰噪声。这尤其在精细光栅、带有止挡或锁定的朝向一个旋转方向(顺时针或逆时针)的转动方向反转和精确调节选项中是很不利的(例如具有90.112增量的传感器)。此外,因为大多有大量相关的部件,故存在许多具有长公差链的接口,因而有大的总公差。
制动装置的大多很小的尺寸引起了其它问题。因此,例如呈拇指拨轮状的制动装置通常只提供12毫米的直径,就像例如在机动车的方向盘或方向盘辐杆中的可用一根手指(例如拇指)转动的滚轮(拨轮)中那样。因此,用于传感器装置的结构空间很有限。总之,由此存在在安装、成本和结构空间技术上的优化需求。
与之相比,本发明的任务是提供一种改进的制动装置。尤其应改善传感器装置的结构安装(结构空间要求、零部件布置、零部件的总公差…)。在此,最好应可实现在磁流变制动装置中的可靠且尽量精确的传感器检测和同时节省空间的集成。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的制动装置来完成。本发明的优选改进方案是从属权利要求的主题。本发明的其它优点和特征来自一般描述和实施例的描述。
根据本发明的制动装置按照磁流变来设计并用于改变旋转运动的转矩和/或减速旋转运动。该制动装置尤其是用于至少借助旋转运动来调节操作状态的磁流变操作装置。该制动装置包括至少一个轴单元。该制动装置包括至少一个旋转体。该旋转体可相对于轴单元和/或绕轴单元旋转。借助至少一个磁流变制动机构可有针对性地调节该旋转体(相对于轴单元)的可旋转性的转矩。尤其是,可以借助制动机构有针对性地减速和/或锁定旋转体的可旋转性。该制动装置包括至少一个传感器装置,其至少用于检测旋转体的尤其是与轴单元相关的旋转位置。在此,传感器装置包括至少一个抗转动连接至轴单元的磁场传感器。尤其是该磁场传感器在径向和/或轴向上与至少一个磁环单元相邻地布置。该传感器装置尤其包括至少一个磁环单元。该磁场传感器尤其(至少部分或基本或完全)布置在轴单元内。
根据本发明的制动装置提供许多优点。由此,磁场传感器的布置提供显著优势。由此实现伴随很短的构件公差链的节省节省空间的安装(小的总公差或在传感器固定与磁铁固定之间的构件较少),同时实现特别可靠的传感器检测。磁场传感器连接至轴单元在此提供了特别是公差优化的集成。此外,根据本发明的磁场传感器布置在充分可用的结构空间方面提供显著优势。这例如在很紧凑的手指拨轮或鼠标拨轮中提供很大的优势。此外,在本发明中可以获得传感器相对于与制动记过的磁场的特别有效且同时简单的屏蔽。
该轴单元尤其包括至少一个轴段,该轴段至少部分在径向上包围磁场传感器。该磁场传感器尤其(至少部分且特别是主要且优选完全地)安置在该轴段内。该轴单元尤其具有至少一个径向(特别是管状)壁,它至少部分提供该轴段。
特别优选和有利的是该轴段所具有的磁导率比尤其与制动装置的电线圈合作的芯更低。由此,一方面该磁场传感器没有不期望地相对于磁环单元的磁场被屏蔽。但另一方面,该磁场传感器由此也能特别便宜有效地被保护以免受到制动装置磁场的不希望的影响。
该芯尤其由导磁材料制成或至少包含这种材料。该芯尤其由铁磁材料制成。该芯的相对磁导率尤其大于1、优选大于10、特别优选大于100或大于1000。
特别是,该轴段的相对磁导率小于10,优选小于2,特别优选小于1。尤其是,该轴段由不导磁材料制成或至少包含这种材料。该轴段尤其由顺磁性材料和/或抗磁性材料制成。尤其是,该轴段由塑料制造。可能的是整个轴单元可以例如由塑料制成。于是,该芯优选单独形成并被固定在轴单元上或连接到轴单元。
特别是,该轴单元提供用于固定该制动装置的支撑结构或至少包括这样的支撑结构。尤其是,至少该制动装置可被固定在该轴单元上。尤其是该旋转体(借助至少一个支承机构)可旋转地安装在该轴单元上。该轴段优选提供该轴单元的至少一个支撑部分。该轴段尤其是该轴单元的一个轴向部段。
可能且有利的是将该轴单元设计成是多件式的。尤其是该轴单元于是包括至少两个轴段,即,至少一个(第一)轴段和至少另一个轴段。尤其是,另一个轴段具有比(一个或第一)轴段更高的磁导率。另一个轴段优选提供所述芯,或者是该芯的一部分。
该轴段可以在轴向和/或径向上彼此对准。尤其是,另一轴段在轴向上与(一个或第一)轴段相接。在此,另一轴段可以至少部分在径向上包围该轴段。尤其是,该轴段和另一轴段(或所有轴段)彼此固定连接,从而它们优选形成承载性轴单元。例如该轴段能被拧紧和/或粘接和/或以其它方式接合。
所述轴段和芯最好(牢固)相互连接。尤其是所述轴段和芯一起形成该轴单元或该轴单元的至少一个(尤其是支撑)部分。但也可行的是(第一)轴段形成该轴单元或该轴单元的支撑部分,并且另一个轴段、特别是芯由(第一)轴段支承。
该轴单元还可以包括至少三个轴段。于是,该芯尤其提供中心轴段,该中心轴段在轴向上由所述至少一个(第一)轴段和至少一个第三轴段界定。
该轴单元也可以设计成一件式。于是,该轴段尤其是该轴单元的一体的且尤其是不可无损分离的组成部分。尤其是,该芯于是形成相对于轴单元的单独部件,其优选可以被至少间接固定在其上。因此该轴单元特别优选设计为支座,其除了支承轴功能外还包括用于芯和/或线圈的容纳机构。
特别是,该芯布置成在轴向上与(第一)轴段相邻。尤其是,至少一个电线圈(线圈单元)围绕该芯和/或在该芯内布置且优选地缠绕。尤其是该电线圈在轴向上缠绕该芯且尤其限定出一个线圈平面,使得该电线圈的磁场横向于轴单元的纵轴线(经过轴单元)延伸。附加地或替代地,该电线圈可以在径向上缠绕该芯并且尤其限定出一个线圈平面,使得该电线圈的磁场沿着或平行于轴单元的纵轴线延伸。
该旋转体优选被设计为手指拨轮且特别优选设计为拇指拨轮。该旋转体优选被设计为圆柱形构件,它借助至少一个手指被置于旋转中。该制动装置尤其设置用于仅用一根手指操作。该制动装置尤其适合并设计成能在躺卧姿态中操作。该旋转体的旋转轴线尤其在此处于比竖直姿态更水平的姿态。但也可行的是,该制动装置可竖立操作(竖直取向)。在这种情况下,该制动装置尤其大多用两个以上的手指包围。该旋转体也可被设计为旋钮或类似物并且尤其包含至少一个推压功能和/或拉拽功能(压和/或拉)。该压/拉功能例如可用于选择或确认所选菜单。
尤其是,该旋转体或手指拨轮的直径小于50毫米,优选小于20毫米,特别优选小于15毫米。例如该旋转体的直径最大为12毫米。但对于某些应用场合可能且有利的是该旋转体具有更大或更小的直径。
可能的是,该旋转体被至少一个附加部件包围以增大直径。该附加部件例如被设计为环等。为了改善手感,该附加部件可具有至少一个轮廓并且尤其可以被滚花和/或覆橡胶等。
该磁环单元优选安置在该旋转体的一轴向端面上。这提供了磁环单元的特别有利的安装。磁环单元可以直接安装在轴向端面上。但也可能的是,该磁环单元也可以通过至少一个连接件被安装在该旋转体的轴向端面上。该磁环单元也可以安置在该旋转体的轴向端面上并通过相应的连接件被固定在该制动装置的另一位置上。
优选并且有利的是,该磁环单元至少部分呈环状包围该磁场传感器。尤其是该磁环单元在径向上布置在磁场传感器周围。尤其是,该磁环单元至少部分(优选完全)布置在轴单元之外。尤其是磁环单元围绕该轴单元的轴段。尤其是,该磁场传感器在轴向上相对于磁环单元定中布置。这是指该磁场传感器布置在与磁环单元相同的轴向纵向位置处。然而,该磁场传感器也可以在轴向上相对于磁环单元错开布置。在本发明范围内,这种位置说明且尤其是说明“径向”和“轴向”尤其涉及旋转体的旋转轴线。
还优选和有利的是,所述磁环单元和磁场传感器彼此同轴布置。即使在尺寸很小且例如在使用拇指拨轮的情况下,这也提供了特别节省结构空间地安装。尤其是该磁场传感器在此被磁环单元包围。该磁场传感器在此尤其在轴向和/或径向上相对于磁环单元定中。该磁场传感器尤其具有相对于磁环单元的旋转轴线的有目的的径向错移。但是,该磁场传感器也可以至少在轴向上相对于磁环单元错移布置。
可以规定,该磁场传感器被布置成相对于磁环单元的旋转轴线错开。当总体规定用于磁场传感器的中央布置时、例如当磁场传感器布置在轴单元内且被磁环单元呈环形包围时,也可以规定这样做。由于磁场传感器相对于磁环单元的旋转轴线有针对性地错开,故可以实现更好的旋转角度测量。因此,例如即使磁环单元只有两个磁极,也可以精确限定每个旋转位置,因而尽可能准确地测量每个角度。因此可以尤其不费力地实现绝对值传感器。
在一个特别优选的设计中,该磁场传感器布置在轴单元内。这提供该磁场传感器的特别紧凑且同时公差优化的安装。为此,该轴单元尤其具有至少一个孔,该磁场传感器安置在该孔中。尤其是该孔在该轴段内延伸。在本发明范围内,孔也尤其是指所有其它合适的凹槽和/或通孔,无论它们是否借助钻孔法产生。所述孔尤其在该轴单元的纵向上延伸。所述孔尤其设计成是连续的或者设计成盲孔。
尤其是该磁场传感器居中布置在轴单元内。尤其是该磁场传感器的至少一个有源传感器部分布置在该轴单元内。整个磁场传感器优选布置在轴单元内。可能的是该磁场传感器安装在轴单元之内和/或之外。特别是,磁场传感器的至少一个安装部分布置在轴单元之内和/或之外。在本发明范围内,用于磁场传感器的位置说明尤其涉及至少该有源传感器部分。
该磁场传感器优选布置在轴单元的孔中,该制动机构的至少一个电连接也穿过该孔。电连接在此尤其包括用于线圈单元的至少一个供电线和/或控制线。这提供结构空间的充分利用并同时提供传感器信号的尤其不费事的传输。特别是,该电连接在端侧从该轴单元伸出。
该磁场传感器尤其布置在至少一个印刷电路板上。该印刷电路板例如是印制品或至少包括印制品。至少该制动机构且尤其是线圈单元优选也与该印刷电路板电连接。优选地,至少一根用于触点接通该制动机构的接线也与该印刷电路板连接。优选且有利的是该印刷电路板布置在该轴单元内。还优选的是该接线伸出该轴单元。
尤其是,该印刷电路板在此安置在前述孔中。特别是该接线穿过该孔。尤其是该接线在前侧自轴单元伸出。这提供特别简易快速的安装,同时提供相应部件的紧凑安置。
尤其是该接线包括至少一个插头单元。例如设有具有六个或八个引脚的插头单元。因此该制动装置可以特别快速且同时可靠地连接到待操作的部件且例如车辆电子装置。也可以通过插上该插头将该操控单元固定在安装位置(如操控件的支座)上。
该磁场传感器最好被浇注在轴单元中和/或用至少一种材料包封注塑。尤其是,为此所述孔至少部分地填充有该材料。轴单元内的印刷电路板尤其优选地用至少一种材料来包封注塑。优选规定塑料或其它合适的材料。因此,能可靠地保护磁场传感器或印刷电路板以免受外部影响且同时被不费力地固定。
在一个有利设计中,磁场传感器在轴单元的一个轴向端安置在端侧,特别优选居中安置于端侧。在此,该磁场传感器部分布置在轴单元内。这种安装在传感器质量以及安装成本和空间要求方面都具有优势。尤其是,该磁场传感器安置在轴单元的布置在旋转体内的端面上。在此,该磁环单元优选布置在旋转体外。然而,该磁环单元也可以布置在旋转体内。在这样的设计中,该磁场传感器可以关于轴向相对于磁环单元错移地布置。但该磁场传感器也可以位于与磁环单元相同的轴向纵向位置。
该磁场传感器尤其直接安装在该轴单元之上和/或之中。例如该磁场传感器可借助包覆注塑等与该轴单元连接。但也可能的是该磁场传感器借助至少一个连接结构被固定在轴单元上。该磁场传感器也可至少部分被嵌入该轴单元的端面中。也能规定该磁场传感器在径向上布置在该轴单元的一轴向端上。
尤其是该磁环单元至少部分呈环形围绕该轴单元。尤其是该磁环单元在径向上布置在该轴单元周围。尤其是,该磁环单元关于轴单元纵向布置。尤其是,该磁环单元和轴单元以彼此同轴的方式布置。在此,该轴单元优选位于该布置的中心。
在一个有利且优选的改进方案中,该磁场传感器至少部分布置在所述磁环单元和轴单元之间。尤其是该磁场传感器于是在径向上布置在磁环单元内侧。尤其是该磁环单元于是呈环状包围该磁场传感器。
优选的是该旋转体借助至少一个支承机构可旋转地安装在轴单元上。例如该支承机构包括至少一个滚动轴承和/或滑动轴承和/或至少一个另一适当构型的轴承。
该制动机构优选包括至少一个楔形支承机构。该制动机构也可以配属有至少一个楔形支承机构。该楔形支承机构尤其包括至少一个且优选包括多个滚子。可以设有圆柱形滚子和/或球形滚子。楔形支承机构在此尤其被设计为滚动轴承或至少包括这种滚动轴承。
该制动机构特别适合且设计用于借助所述楔形支承机构和线圈单元以及磁流变介质有针对性地印尼和/或减速和/或锁定该旋转体的可旋转性。该制动机构特别适合且设计成借助所述楔形支承机构和线圈单元以及磁流变介质在减速或锁定之后也有针对性地又减小用于旋转体可转动性的转矩。
在此,该楔形支承机构、尤其是其滚动轴承和优选其滚子优选在轴向上布置在所述磁环单元和制动机构、尤其是制动机构的线圈单元之间。因此得到磁环单元距线圈单元的磁场的很有利的间隔。
阻尼尤其通过已在申请人的早期专利申请中(例如在DE102018100390.0中)公开的所谓的楔形效应发生。为此,旋转体内的滚子靠近线圈单元和轴单元就位。滚子被磁流变流体包围。线圈单元的磁场通过旋转体的外壳穿过滚子并穿过轴单元闭合。在此,在磁流变流体中形成楔,所述楔制动滚子的运动、进而旋转体的运动。滚子可以是滚珠、滚柱或其它零件。
该磁场传感器尤其在轴向上布置在所述楔形支承机构和磁环单元之间。该磁场传感器也可在轴向上布置在所述线圈单元和磁环单元之间。
该磁环单元尤其在轴向上布置在所述楔形支承机构和磁场传感器之间。该磁环单元可以在轴向上布置在所述线圈单元和磁场传感器之间。这样的实施方式允许结构紧凑且同时允许有利的检测质量。
可能的是,该磁场传感器和/或磁环单元可布置在轴单元端面也贴靠于此的旋转体端面上,磁场传感器的至少一条信号线从该轴单元端面上引出,使得信号线不经过制动机构的磁场。这具有以下优点,磁场传感器的信号不受线圈机构的磁场的干扰。尤其是该制动装置的接线也布置在该端面处。端面尤其理解为轴向端区。
也可行的是,该磁场传感器和特别是还有磁环单元可以布置在旋转体的、与轴单元端面相对的端面上,磁场传感器的至少一条信号线从该轴单元端面伸出。在这样的设计中,在信号线中的信号传输最好以光学方式进行。因此,即使穿过线圈机构的磁场,磁场传感器的信号也不会被不利地干扰。尤其是,至少在信号线经过线圈机构的磁场的地方,以光学方式进行信号传输。尤其是该信号线至少部分包括至少一个光波导或者被设计成光波导。尤其是该信号线至少部分延伸穿过该轴单元中的孔。
该信号线优选至少部分通过该轴单元中的至少一个孔提供。轴单元本身优选用作光波导。该孔尤其是上述孔。在这样的实施方式中,该磁场传感器尤其在端侧布置在轴单元上或在轴单元内。
在所有设计中特别优选的是,所述磁环单元和/或磁场传感器布置在由旋转体界定的(径向)外周线内。尤其是所述磁环单元和/或磁场传感器不突出超过该旋转体的(径向)圆周。尤其是所述磁环单元和/或磁场传感器不突出超过旋转体的半径。尤其是所述磁环单元和磁场传感器在径向上布置在旋转体的外周线内侧。尤其是该外周线在此由旋转体本身而不是由布置在旋转体上的附加部件界定。
可行的是,该磁环单元布置在由旋转体限定的容纳空间之外。在此,至少一个密封机构尤其设置在所述磁环单元和旋转体之间。尤其是该密封机构密封贴靠所述旋转体和轴单元以防止布置在容纳空间中的磁流变介质逸出。尤其是该密封机构包括至少一个密封部分,该密封部分贴靠于轴单元。尤其是该密封机构包括至少一个密封部分,该密封部分贴靠于该旋转体。该密封机构包括至少一个滑动密封或被设计成滑动密封。但也可行的是该磁环单元也可以布置在该容纳空间内。
至少一个、特别是导磁的壁优选布置在所述磁环单元和制动装置特别是其线圈单元之间。尤其是该壁适合且设计用于屏蔽该磁环单元的磁场,使得其不会漏散到该制动机构和/或容纳空间中,由此不利地影响该磁流变介质。
为此,所述壁尤其包括铁磁性和/或顺磁性材料或由这种材料构成。该壁也可以包括抗磁性材料或由抗磁性材料构成。可能的是该旋转体和/或芯由这种材料制成。例如含有例如69%-82%的镍的镍铁合金设置作为该材料。屏蔽该磁场的其它金属(所谓的μ金属)也是可能的。尤其是,该壁具有至少1000、优选至少10000、特别优选是至少100000或至少500000的相对磁导率。
该壁优选至少部分由该旋转体的端壁提供。它尤其是轴单元未穿过的封闭端壁。于是,该壁尤其与该旋转体设计成一体。
也可行且优选的是,该壁至少部分封闭该旋转体的敞开构成的端面。于是优选的是该轴单元延伸穿过该壁。于是该壁尤其具有至少一个用于轴单元的通孔。将壁设计成用于密封机构的支撑结构也是可行和有利的。尤其是,用于轴单元和旋转体的至少一个密封部分被固定在该壁上。在这种实施方式中,该壁尤其被固定在该轴单元上。
可能的是,该磁场传感器安置在由旋转体限定的容纳空间内。该旋转体尤其提供容纳空间。该磁场传感器尤其借助至少一个密封单元相对于布置在容纳空间中的磁流变介质被分隔开。该密封单元尤其包括至少一个在径向上包围轴单元地延伸的密封环(O形环)等。尤其是该密封单元交替密封贴靠所述旋转体和轴单元。优选的是该磁场传感器借助该轴单元的至少一个壁相对于磁流变介质被分隔开。
尤其是,该磁场传感器于是至少部分布置在该旋转体的端面***中。尤其是,该磁环单元于是位于该旋转体之外。该***尤其居中布置在该端面上。在这样的设计中,该磁场传感器尤其在前侧布置在轴单元之中和/或之上。该***尤其布置在轴单元未自此突出的旋转体端面上。该磁场传感器也可布置在旋转体之外。
可能且优选的是,该磁场传感器适合并设计成除了旋转位置外还检测旋转体相对于轴单元的至少一个轴向位置。尤其是,该磁场传感器于是被设计为三维磁场传感器。尤其是,该轴向位置的测量借助磁环单元来进行。尤其是,轴向位置通过磁环单元相对于磁场传感器的轴向位置来检测。这种设计对于制动装置是很有利的,在此该操作状态也借助压拉运动来调节。尤其是,该制动装置适合并设计成也借助至少一个推压运动来调节操作状态。为了旋转体的旋转运动,推压运动尤其在旋转轴线的方向上进行。
在一个有利改进方案中,该磁场传感器包括至少两个传感器单元。尤其是,该传感器单元径向相邻布置。所述传感器单元优选在径向上围绕同一个中心布置。该中心尤其位于该轴单元的纵轴线或旋转轴线上。由此能明显改善测量结果。可行的是将该传感器单元布置在同一个印刷电路板上。在此,传感器单元同心围绕印刷电路板布置。尤其是每个传感器单元具有至少一个有源传感器部分。尤其是该传感器单元在径向上被同一个磁环单元包围。
尤其是该旋转体可绕该轴单元旋转。尤其是,该轴单元被设计为固定不动的。尤其是,该轴单元提供用于容置在其上的部件的且特别是用于安装在其上的旋转体和/或用于制动机构和/或用于传感器装置的支撑结构。可以规定,该轴单元在该制动装置的按规定的安装状态下可被连接到至少一个托架等上。该轴单元尤其包括至少一个轴、尤其是空心轴,或者被设计成轴、尤其是空心轴。尤其是该轴单元的(假想)纵轴线提供该旋转体的(假想)旋转轴线。特别是,所述轴单元和旋转体以相互同轴的方式布置。
也可能的是,该轴单元是可旋转的或形成旋转部分,并且包围该轴的旋转体被设计为固定不动。尤其是该轴单元于是可旋转地容纳在该旋转体中。该轴单元于是也可被称为轴。
(磁场)传感器的电连接优选不是通过电缆或连线方式进行,而是通过可以彼此相对移动的且彼此未牢固接合的触点,例如通过滑动触点。(磁场)传感器的电连接也可以是无线的并且例如通过感应能量和数据传输和/或光传输和/或无线电传输、例如WLAN、蓝牙等进行。磁场传感器的电连接也可以通过卷簧和/或柔性电缆进行。当未规定或仅规定完整旋转一圈或仅几圈时,这是有利的。尤其是,磁场传感器的至少一个信号线被如此设计。可能的是该制动机构(特别是电线圈)的电触点接通可被这样设计,例如借助感应电流传输。
该旋转体尤其设计成套筒状并且尤其由导磁材料构成。尤其是该旋转体包括至少一个旋转套筒或被设计成旋转套筒。该旋转体尤其设计为旋钮。尤其是该旋转体设计成圆柱形。该旋转体尤其具有两个端面和在它们之间延伸的圆柱形壁。在此,该旋转体优选具有至少一个封闭的端面。也可能的是两个端面至少部分是封闭的。尤其是该旋转体被设计成一体式的,其中该圆柱形壁尤其一体连接至至少一个端壁。
该轴单元尤其延伸到旋转体中并优选延伸到其容纳空间中。尤其是该旋转体如此设计和布置在轴单元上,即,该轴单元在一个敞开端面从旋转体延伸出。在此,特别是旋转体的另一端面是封闭的。
尤其是,该制动机构尤其包括至少一个用于产生有针对性的磁场的可控的线圈单元。该制动机构和优选至少该线圈单元尤其不可旋转地安置在该轴单元上。
该制动机构尤其包括至少一种磁流变介质。该介质尤其是流体,其最好包括液体作为颗粒载体。尤其是,磁性的且优选铁磁性的颗粒存在于该流体中。也可能的是,该介质仅包含颗粒并且放弃载体介质(真空)。
尤其可以根据由传感器装置检测的至少一个信号来控制该制动机构。优选设有用于根据传感器装置来控制该制动机构的控制装置。尤其是,该控制装置适合并设计用于根据传感器信号的信号用线圈单元产生有针对性的磁场。该制动机构尤其也是阻尼机构。
尤其是,为所述介质设置至少一个容纳空间。尤其是该容纳空间由旋转体提供。可能的是将其它部件和例如楔形支承机构和/或线圈单元和/或磁场传感器和/或磁环单元布置在容纳空间中。该容纳空间可以被细分为彼此密封的部分空间。优选为磁流变介质设置一个部分空间。尤其是该磁场传感器安置在另一个部分空间内或装有该介质的部分空间中。
尤其是,该制动装置、尤其该制动机构包括至少一个楔形支承机构并优选包括至少一个滚动轴承。尤其是,该楔形支承机构、优选是其滚动子(直接)被介质包围。该制动装置优选包括至少一个密封机构和/或至少一个密封单元,以防止介质自容纳空间逸出。尤其是该容纳空间相对于该旋转体和轴单元被密封。该楔形支承机构尤其在径向上包围该轴单元。
该传感器装置尤其被设计为绝对值传感器。该传感器装置也可被设计成增量传感器或其它合适的构型。该传感器装置尤其与该控制装置和/或该制动机构有效连接。
该磁环单元尤其被设计为呈环状闭合。该磁环单元也可以设计成是开口环状。尤其是该磁环单元包括至少一个永磁体或被设计成永磁体。特别是,该磁环单元提供至少一个磁北极和至少一个磁南极。尤其是,至少一个用于将其磁场与线圈单元磁场屏蔽开的屏蔽机构被分配给该磁环单元。该屏蔽机构尤其包括上述壁或由上述壁提供。
该磁场传感器特别适合并设计用于检测该磁环单元的磁场取向。尤其是该磁场传感器被设计为霍尔传感器(尤其是3D霍尔传感器)或至少包括这种霍尔传感器。
用于测量磁环单元的磁场的其它合适类型的传感器也是可能的。
适用于本发明的制动装置也在专利申请DE102018100390.0中有所描述。DE102018100390.0的全部公开内容兹成为本申请公开内容的一部分。
在所有设计中特别优选地包括至少一个屏蔽机构,其用于至少部分将传感器装置相对于该制动机构的线圈单元(电线圈)的磁场屏蔽开。该屏蔽机构包括至少一个(至少部分、尤其完全)包围磁环单元的屏蔽体和至少一个设置在所述屏蔽体和磁环单元之间的隔离单元以及至少一个设置在所述屏蔽体和旋转体之间的磁去耦机构。该分隔单元和去耦装置尤其具有比该屏蔽体低多倍的磁导率。
尤其是,在所述磁场传感器和磁环单元之间不设置该屏蔽体,使得该屏蔽体未相对于磁环单元的待测磁场屏蔽该磁场传感器。
该屏蔽体优选在径向外侧至少部分包围该磁环单元和/或该屏蔽体至少在面对该制动机构的线圈单元的至少一个轴向侧至少部分包围该磁环单元。
该屏蔽体优选被设计为具有L形或U形横截面的屏蔽环。
该分隔单元尤其包括至少一个在所述屏蔽体和磁环单元之间延伸的间隙和至少一种布置在该间隙中的填充介质。该填充介质优选将该磁环单元抗扭连接到该屏蔽体。
申请人保留要求保护一种传感器装置的权利,该传感器装置包括至少一个轴单元和至少一个可相对于该轴单元旋转的旋转体、至少用于检测旋转体的旋转位置的至少一个传感器装置。在此,所述轴单元、旋转体和传感器装置如在此针对本发明的制动装置所描述的那样设计。
从以下参照附图所解释的实施例的描述中得到本发明的其它优点和特征,附图示出:
图1以单纯的侧视截面示意图示出根据本发明的制动装置;
图2至图4示出该制动装置的其它设计的单纯的其它侧视截面示意图;
图5以单纯的侧视截面示意图示出本发明制动装置的轴单元;
图6至图7a以单纯的侧视截面示意图示出其它制动装置;
图7b至图7d示出图7a的制动装置的细节图;
图7e示出传感器信号变化曲线的示意图;和
图8a至图8e是制动装置的立体示意图。
图1示出根据本发明的制动装置1,该制动装置在此设计成操作装置100并且具有可转动的且被设计成手指拨轮23或拇指拨轮102的用于调节操作状态的旋转体3。所述操作在此至少通过旋转该旋转体3来进行。
旋转体3借助在此未详细示出的支承机构可旋转地安装在轴单元2上。轴单元2在此形成第一制动部件2,而旋转体形成第二制动部件3。旋转体3也可以借助在此设计成滚动轴承的楔形支承机构6可旋转地安装在轴单元2上。但楔形支承机构6优选没有或仅部分地设置用于在轴单元2上的旋转体3的支承22,而是用于下面介绍的制动机构4。在此,楔形支承机构6的滚子在此用作以下详述的制动体44。
轴单元2可以安装在待操作的物体上并且例如安装在机动车内室或医用仪器或智能设备上。为此,轴单元2能具有在此未详细示出的安装机构。
在此可以规定,旋转体3也可以沿纵向或沿旋转轴线在轴单元2上移动。于是,通过旋转以及通过按压和/或拉拽或移动该旋钮3进行操作。
旋转体3在此被设计成套筒状并且包括圆柱形壁和与之一体连接的端壁。轴单元2在该旋转体3的一个敞开端面处伸出。
指拨轮23可以配备在此用虚线表示的附加部件33。由此实现直径增大,从而使可旋转性变得容易,例如在计算机鼠标103或游戏控制器的可用一根手指拨转的滚轮的情况下,特别是游戏手柄105或计算机键盘拇指拨轮102中的滚轮的情况下。
旋钮3的旋转运动在此通过设置在旋钮3内的容纳空间13中的磁流变制动机构4来阻尼。制动机构4利用线圈单元24产生磁场,该磁场作用在位于容纳空间13中的磁流变介质34上。这导致在介质34中的可磁极化颗粒的局部强烈交联。制动机构4由此允许有针对性的减速,甚至完全锁定和特别是也有针对性的旋转运动放开。因此,可以在旋转体3的旋转运动期间利用制动机构4进行触觉反馈,例如通过相应可感知的锁止件或通过可动态调节的止挡。
为了线圈单元24的通电和控制,制动机构4在此包括电连接14,该电连接14例如被设计为印刷电路板35或印制体或电缆线的形式。接线11在此延伸穿过沿轴单元2的纵向延伸的孔12。
容纳空间13在此通过密封机构7和密封单元17被对外密封以防止介质34逸出。介质34在此为磁流变介质34。密封机构7在此封闭该旋转体3的敞开端面。为此,第一密封部分37贴靠于旋转体3的内侧面。第二密封部分37贴靠在轴单元3上。密封部分27、37在此被固定和/或形成在设计成壁8的支撑结构上。
密封单元17在此被设计为O形环并在径向上包围轴单元3。密封单元17贴靠轴单元2和旋转体3。由此,填充有介质34的容纳空间13部分相对于容纳空间13的另一部分被密封。
在此设有传感器装置5用于监测旋转体3的旋转位置以便能用于控制该制动机构4。传感器装置5包括磁环单元15和磁场传感器25。
磁环单元15在此被径向极化并具有北极和南极。在此设计成霍尔传感器的磁场传感器25测量发自磁环单元15的磁场并因此允许可靠确定旋转角度。
另外,磁场传感器25在此优选设计为是三维立体的,从而除了旋转之外还可以测量旋转体3相对于轴单元2的轴向位移。由此,旋转和按钮功能(压/拉)可同时用同一个磁场传感器25来测量。但制动装置1也能仅配备有旋转功能。
传感器装置5特别有利地被集成到制动装置1中。为此,磁场传感器25在此被***轴单元2的孔12中。磁环单元15在径向上包围磁场传感器25并被固定在旋转体3上。这样做的优点是长度公差不会起效,而只有要精确产生的直径公差才起效。在旋转的旋转体3与静止不动的轴单元2之间的径向支承气隙也相应小,并且在批量制造中也可良好控制。
另一个优点是旋转体3和轴单元2之间的轴向运动或位移不会不利地影响传感器信号,因为测量是在径向上进行并且径向距离对于测量信号质量基本上是决定性的。
一个优点也是在此所示的布置对污垢和液体特别不敏感,因为该传感器靠内布置。此外,磁场传感器25例如可以在孔12内用塑料包封注塑。
为了进一步改善磁场传感器25的安装,它在此安置在印刷电路板35或印制体上。线圈单元24或其连接14在此也在印刷电路板35上被触点接通。
此外,接线11也被连接在印刷电路板35上,整个制动装置1借此被连接至待操作的***。因此,可以将6针或8针插头固定在印刷电路板35上,于是,磁场传感器25和线圈单元24都借此被连接到相应的控制器。在此,用于传输传感器信号的信号线45也布置在接线11中。因此,制动装置1可以很容易快速地安装。为了将整个***设计成相对于错误和干扰很不易出错,印刷电路板35可以与轴单元2内的磁场传感器25一起在孔12内被注入。
图2示出制动装置1的一个设计,其在传感器装置5的结构安装方面基本上与之前所述的实施方式不同。此时,磁环单元15在此布置在旋转体3的、封闭的或轴单元2未穿过的封闭端面上。
在此,为了磁场传感器25规定了在轴单元内和在旋转体3内的特别节省空间的安装。为此,磁场传感器25以有源传感器部件安置在容纳空间13中。磁场传感器25的另一部分延伸到轴单元2中并被固定在那里。在此,磁场传感器25位于容纳空间13的通过密封单元17与具有介质34的部分分隔开的部分中。容纳空间13的该部分在此位于旋转体3的中央***内。在此,磁场传感器25被固定在轴单元2的一端面上。
磁环单元15的轴向错移定位在此是极其示意化的并且例如也能紧贴旋转体3进行,使得磁环单元15呈环状围绕磁场传感器25。
在在此所示的设计中,磁场传感器25布置在旋转体3的与用于信号线45或接线11的出口侧相对的端面上。因此,该传感器信号在此穿过轴单元2内的孔12地被引导到相对侧,并且因此必然经过线圈单元24的磁场。
为了避免信号干扰,信号传输在此以光学方式进行。为此,光信号在此简单地穿过轴单元2的孔12发射。但也可以规定,信号线45至少在线圈单元24区域中被设计为光波导。为了收发信号,设置相应的在此未被详细示出的光电二极管。
图3示出一个设计,其在轴单元2的结构设计方面与之前所述的实施方式基本不同。在此,轴单元2包括径向包围磁场传感器25的轴段415。轴段415具有比芯21更低的磁导率,该芯在此承载制动机构4的电线圈24的绕组。因此,磁环单元15的磁场可以很好地在磁场传感器25区域中穿透轴单元2,从而可实现更高的传感器分辨率。
芯21在此提供轴单元2的承载用第二轴段425。为此,轴段415、425在此相互牢固连接,例如螺纹联接。轴段415、425尺寸在此被设计成密封部分37贴靠芯21。因为芯21在此由比轴段415更硬的材料构成,故可靠避免在轴单元2上的密封部分37的磨合。
图4示出轴单元2的一个设计,在此,第二轴段425在径向上局部围绕第一轴段415。第二轴段425在此又通过用于线圈24的芯21来提供。在此,第一轴段415被设计为在磁场传感器25的轴向区域中外露。因此,磁场传感器25在那里没有相对于芯21被屏蔽。在制动机构4的区域中,第二轴段425或芯21于是径向包围第一轴段415。由此能尤其不费事地安装该芯21。
在图1至图4所示的实施方式中,壁8被设计为是导磁的。由此可以防止磁环单元15的磁场和线圈单元24的磁场相互不利影响。例如该壁8由屏蔽磁场的金属形成,并且例如由相对磁导率至少为100000的金属形成。例如该壁8由镍铁合金制成。同时,壁8在此用作用于密封机构7的连接点。为了使图2所示的磁环单元15的磁场相对于线圈单元24的磁场屏蔽开,在那里由导磁性材料制成旋转体3的端面。
图5示出轴单元2的细节图,其在此由三个轴段415、425、435组成。在此,第一轴段415用作磁场传感器25的容座并为此如之前关于图3和图4所述地构成。由芯21形成的第二轴段425在此与之相连。在此,随后是形成轴单元2的轴向端的第三轴段435。由此,旋转体3例如能被固定在第三轴段435上。也可能的是,另一个芯21与第三轴段435相接。因此可以产生具有强烈制动效果的相应广泛的磁场。
图6示出根据本发明的制动装置,其具有用于将传感器装置5与制动机构4的线圈单元24的磁场屏蔽开的屏蔽机构9。此处所示的制动装置1不同于前述的制动装置1,除了屏蔽机构9之外还表现在旋转体3和附加部件33的设计。这里所示的制动装置1例如是计算机鼠标103的鼠标拨轮106或手指拨轮23或拇指拨轮102。
旋转体3在此被设计为圆柱形套筒并在其外侧完全被附加部件33包围。在此,附加部件33在背离磁环单元15的径向端面处封闭该旋转体3。
附加部件33具有直径明显更大的径向环绕凸起。由此,在此所示的制动装置1特别好地适合作为计算机鼠标103的鼠标拨轮106等。该凸起在这里被设计为具有一个槽,在此,在该槽中嵌入一个特别是手不滑的材料和例如橡胶。
在此所示的制动装置1具有两个彼此间隔开的楔形支承机构6。楔形支承机构6分别配备有多个在径向上围绕轴单元2布置的制动体44。线圈单元24布置在楔形制成机构6之间。制动体44在此例如是滚子,其在旋转体3的内侧或轴单元2的外侧上滚动或者设置在那里,且与轴单元的外侧具有小的、特别是最小的距离。
磁环单元15抗转动地接合至旋转体3,使得磁环单元15在旋转体3旋转时也随之旋转。磁场传感器25在此被***轴单元2的孔12中。磁环单元15在径向上包围磁场传感器25并在轴向上设于末端。磁场传感器25在此以相对于磁环单元15的轴向中心轴向错位的方式布置。由此出现旋转体3相对于轴单元2的轴向位置的分辨率很高且可重复的感测。
屏蔽机构9包括在此设计为屏蔽环190的屏蔽体19。屏蔽机构9还包括分隔单元29,分隔单元在此通过填充有填充介质291的间隙290提供。另外,屏蔽机构9包括磁去耦机构39,其在此通过去耦套筒390和去耦间隙391提供。
去耦套筒190在此包括轴向壁392,密封机构7布置在该轴向壁上。此外,可以在轴向壁392上设置在此未被详细示出的支承机构22。
屏蔽体19在此配备有L形横截面并且由尤其磁导性的材料制成。屏蔽体19在其径向外侧以及在其面向线圈单元24的轴向侧包围磁环单元15。为了磁去耦,间隙290设置在屏蔽体19和磁环单元15之间并被填充有填充介质291。在此,填充介质291具有很低的磁导率。此外,磁环单元15经由填充介质291被固定在屏蔽体19上。
通过去耦机构39获得在旋转体3与屏蔽体19之间的磁去耦。为此,去耦套筒390和布置在去耦间隙391中的填充介质291也具有很低的磁导率。在此,去耦套筒391不可转动地连接至屏蔽体19和附加部件33以及旋转体3。
为了能够更好地将旋转体3与传感器装置5分离,旋转体3在此布置成与去耦套筒390轴向间隔开。旋转体3的朝向磁环单元15的端部在此不超过制动体44。此外,旋转体3相对于附加部件33轴向回缩或缩短。由此以很小的结构空间得到旋转体3和去耦套筒390的特别有利的磁性和空间分隔。
由于线圈单元24的磁场为了制动效果而流经旋转体3,故这种构造提供了特别好的屏蔽。为了使磁通量尽可能少地影响磁场传感器25,旋转体3在轴向上更早地结束并且不导磁的附加部件33承担结构功能(支承点、密封点...)。由此,距磁场传感器25的距离也变大并且组件总体变得更轻。
旋转体3由尤其导磁性的材料制成。而附加部件33和去耦套筒390由非导磁性的材料制成。在这里,屏蔽体19和旋转体3例如由μ金属构成。此处被描述为非导磁的部件例如由塑料制成并且具有小于10的相对磁导率。
通常会干扰旋转角度测量的有问题的场主要是径向场。所述场在此利用起到壳罩作用的由合适材料如导磁钢构成的屏蔽体19被屏蔽。此外,还可以加强磁环单元15的磁场。由此,磁环单元15的尺寸可设定得更小(更薄),从而可以节约材料、结构体积和生产成本。
根据本发明,该结构也被如此改善,即,屏蔽体19的壁厚被改变并且在磁环单元15和屏蔽体19之间设置间隙290。通过磁环单元15与屏蔽体19之间的间隙290,可以最佳调整所述屏蔽和加强。在此如此选择屏蔽体19的材料,即其不会进入磁饱和状态,以致充分屏蔽外磁场(处于饱和的材料使磁场像空气一样通过,即具有磁场常数μ0)。在磁环单元15和屏蔽体19之间的间隙290的有利设计中,磁场没有通过屏蔽体19闭合太多,并且在磁场传感器25中心的磁场足够均匀并且与没有屏蔽体19的相同或更大的磁环单元15相比被增大。
在此所示的屏蔽机构9的尺寸很好地适用于计算机鼠标103的鼠标拨轮106,并且例如具有以下尺寸。屏蔽环190为0.5毫米厚,在屏蔽环190与磁环单元15之间的距离也为0.5毫米,磁环单元15的宽度为2毫米,磁环单元15的直径为8毫米。在这种情况下,线圈单元24的可能干扰场为140μT,由此得到角度测量的0.1°可能误差(参见地球磁场:在欧洲约为48μT)。
图7a示出一个变型,在此集成有推挽功能。按钮474可***作并被自动复位。两个支承点412、418的直径在这里被选择为尺寸相同。由此,在第一制动部件2(对应于轴单元)相对于第二制动部件3(对应于旋转体)的相对轴向位移期间,腔室内体积不会改变。第一制动部件2按照图7a的取向向左位移导致了磁场传感器25距磁环单元15的距离的增大或改变。
根据图7e的视图,接收信号468因轴向位移而改变。图7e示出通过磁场传感器25检测的信号468的幅值469依据制动部件2、3的轴向位移(水平轴线)的变化曲线。磁场传感器25相对于磁环单元15的轴向位移造成检测信号468的幅值469改变。因此可以检测附加部件33的轴向位移或下压或附加部件33的横向位移。旋转角度也可以用相同的磁场传感器25来检测,其中磁场方向被确定以便检测旋转角度。强度决定了轴向位置。因此,可以从信号468的变化推断出制动装置1或按钮474的轴向操作。这是有利的,因为可以使用唯一的(多维)霍尔传感器来确定角位置并确定轴向位置。
在图7a中,第一制动部件2设置在第二制动部件3内部且通过支座404以形状配合和/或传力配合的方式保持。支座404例如可被固定在外控制台或设备上。支座404一般抗旋转地固定。第二制动部件3相对于第一制动部件2可连续转动地容置在其上。
如图7b和图7c所示,支座404优选可以设计成两件式。由此尤其简化了在第一制动部件2内的电线、尤其是传感器线45的安装。电缆可以穿过在此敞开的电缆贯穿机构或孔12铺设。
在图7d中再次具体示出传感器装置5。第一制动部件2和在此被设计成旋转件的第二制动部件3仅被表明(虚线)。传感器装置5通过去耦装置39以磁去耦方式支撑在可旋转的第二制动部件3上。屏蔽装置9在此由三件式屏蔽体19组成。此外,还设有用于磁隔离的分隔单元29。磁环单元15被用于测量磁流变制动装置1的取向或旋转角度。磁场传感器25布置在第一制动部件2内。例如,小的相对轴向位移还可被用于检测例如控制按钮101的按下。
图8a至图8f示出配备有本发明的设备。制动装置1在此被分别设计为触觉操作装置100。
图8a示出触觉操作按钮101。操作按钮通过控制台50被固定。操作按钮101通过套筒部来操作。用户界面还可被用于传输信息。
制动装置1如图8b所示为具有触觉操作装置100的拇指拨轮102。例如拇指拨轮102优选可被用在方向盘中。然而,拇指拨轮102不限于此应用场合。视安装情况的不同,拇指拨轮102通常也可以与任何其它手指一起使用。
根据本发明的制动装置1在图8c和图8d中被设计为计算机鼠标103的鼠标拨轮106。磁流变制动装置1可被用于控制触觉反馈。
图8e示出具有作为触觉操作装置100的制动装置1的操纵杆104。图8f示出具有制动装置1的游戏手柄105以用于依据游戏情况给予玩家触觉反馈。
优选的低合金钢可以保持剩余磁场。所述钢最好(例如通过特殊的交变场)被定期或根据需要被退磁。
材料FeSi3P(硅钢)或同类材料被优选被用于被磁场流经的部件。
在所有情况下都能执行语音控制或声音控制。通过语音控制,能自适应地控制该制动机构。
当旋转单元未被旋转时,即当角度是恒定时,电流优选随着时间连续减小。电流也可以根据速度(旋转单元的旋转角速度)而变化。
所提出的传感器结构原理并非单纯被局限于磁流变旋转阻尼器,也可被应用在具有可旋转部件的、在此期望特别有利的旋转角度测量任何设备上。
附图标记列表
1 制动装置
2 轴单元
3 旋转体
4 制动机构
5 传感器装置
6 楔形支承机构
7 密封机构
8 壁
9 屏蔽机构
11 接线
12 孔
13 容纳空间
14 连接
15 磁环单元
17 密封单元
19 屏蔽体
21 芯
22 支承机构
23 手指拨轮
24 线圈单元
25 磁场传感器
27 密封部分
29 分隔单元
33 附加部件
34 介质
35 印刷电路板
37 密封部分
39 去耦机构
44 制动体
45 信号线
50 控制台
100 操作装置
101 操作头
102 拇指拨轮
103 电脑鼠标
104 操纵杆
105 游戏手柄
106 鼠标拨轮
190 屏蔽环
226 格点
228 末端止挡
229 末端止挡
237 角距离
238 止挡力矩
239 锁止力矩
240 基本力矩
290 间隙
291 填充介质
390 去耦套筒
391 去耦间隙
392 轴向壁
404 支座
412 支承点
415 轴段
416 直径
417 直径
418 支承点
425 轴段
435 轴段
448 滑环导向件
468 信号
469 幅值
474 按钮
Claims (19)
1.一种用于改变旋转运动的转矩的磁流变制动装置(1),特别是用于至少借助旋转运动来调节操作状态的磁流变操作装置(100),所述磁流变制动装置(1)具有至少一个轴单元(2)和至少一个能相对于所述轴单元(2)旋转的旋转体(3),其中,借助至少一个磁流变制动机构(4)能够有针对性地调节用于所述旋转体(3)的可旋转性的转矩,并且所述磁流变制动装置(1)包括至少用于检测所述旋转体(3)的旋转位置的至少一个传感器装置(5),其中,所述传感器装置(5)包括至少一个磁环单元(15)和以抗转动的方式连接至所述轴单元(2)以及在径向和/或轴向上邻近所述磁环单元(15)布置的至少一个磁场传感器(25),其特征在于,所述磁场传感器(25)至少部分安置在所述轴单元(2)内。
2.根据权利要求1所述的磁流变制动装置(1),其中,所述轴单元具有至少局部径向包围所述磁场传感器(25)的至少一个轴段,并且其中,所述轴段的磁导率低于与所述制动机构(4)的电线圈合作的芯。
3.根据权利要求1或2所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)安置在所述旋转体(3)的一个轴向端面上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)至少局部呈环状围绕所述磁场传感器(25)和/或所述轴单元(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)和所述磁场传感器(25)以相互同轴的方式布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)安置在所述轴单元(2)的孔(12)中,所述制动机构(4)的电连接(14)也穿过所述孔。
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)安置在至少一个印刷电路板(35)上,并且其中,至少所述制动机构(4)也被电连接在所述印刷电路板(35)上,并且其中,至少一根用于触点接通所述制动装置(1)的接线(11)也连接在所述印刷电路板(35)上,并且其中,所述印刷电路板(35)安置在所述轴单元(2)内并且所述接线(11)从所述轴单元(2)延伸出来。
8.根据权利要求7所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)在所述轴单元(2)内用至少一种材料包封注塑,和/或其中,所述印刷电路板(35)在所述轴单元(2)内用至少一种材料包封注塑。
9.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)至少局部呈环状包围所述轴单元(2)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述旋转体(3)能借助至少一个楔形支承机构(6)被减速和/或锁定,并且其中,所述楔形支承机构(6)在轴向上被布置在所述磁环单元(15)与所述制动机构(4)的线圈单元(24)之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)和/或所述磁环单元(15)被布置在所述旋转体(3)的一端面上,在该端面上也贴靠有所述轴单元(2)的一端面,所述磁场传感器(25)的至少一根信号线(45)从所述旋转体的端面引出,使得所述信号线(45)未延伸经过所述制动机构(4)的磁场。
12.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)和所述磁环单元(15)被布置在所述旋转体(3)的与所述轴单元(2)的一端面相对的端面上,所述磁场传感器(25)的至少一根信号线(45)从所述旋转体的端面引出,并且其中,在所述信号线(45)中的信号传输以光学方式进行。
13.根据权利要求12所述的磁流变制动装置(1),其中,所述信号线(45)至少部分穿过所述轴单元(2)内的至少一个孔来提供,使得所述轴单元(2)本身用作光波导。
14.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)和/或所述磁场传感器(25)被布置在由所述旋转体(3)界定的径向外周线内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁环单元(15)安置在由所述转体(3)界定的容纳空间(13)之外,并且其中,在所述磁环单元(15)与所述旋转体(3)之间设有至少一个密封机构(7),所述密封机构密封贴靠所述旋转体(3)和所述轴单元(2),以防止安置在所述容纳空间(13)内的磁流变介质(34)流出。
16.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,在所述磁环单元(15)与所述制动装置(4)之间布置至少一个导磁的壁(8)。
17.根据权利要求15和16所述的磁流变制动装置(1),其中,所述壁(8)至少部分由所述旋转体(3)的一个端壁提供,和/或其中,所述壁(8)至少部分封闭所述旋转体(3)的敞开构成的端面,和/或其中,所述壁(8)被设计为用于所述密封机构(7)的支承结构。
18.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)安置在由所述旋转体(3)界定的容纳空间(13)内,并且其中,所述磁场传感器(25)借助至少一个密封单元(17)与布置在所述容纳空间(13)中的磁流变介质(34)隔开。
19.根据前述权利要求中任一项所述的磁流变制动装置(1),其中,所述磁场传感器(25)适合并被设计成除了所述旋转体(3)的旋转位置外还测量所述旋转体(3)关于所述轴单元(2)的至少一个轴向位置。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019129548.3A DE102019129548A1 (de) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere Bedieneinrichtung |
DE102019129548.3 | 2019-10-31 | ||
DE102019135030.1 | 2019-12-18 | ||
DE102019135030.1A DE102019135030B4 (de) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere Bedieneinrichtung |
PCT/EP2020/080613 WO2021084121A1 (de) | 2019-10-31 | 2020-10-31 | Magnetorheologische bremsvorrichtung, insbesondere bedieneinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114600058A true CN114600058A (zh) | 2022-06-07 |
CN114600058B CN114600058B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=73544123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202080073451.1A Active CN114600058B (zh) | 2019-10-31 | 2020-10-31 | 用于改变旋转运动的转矩的磁流变制动装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220403897A1 (zh) |
EP (1) | EP4052111A1 (zh) |
JP (1) | JP7397530B2 (zh) |
KR (1) | KR20220048027A (zh) |
CN (1) | CN114600058B (zh) |
WO (1) | WO2021084121A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021107573B4 (de) | 2021-03-24 | 2023-05-11 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere Bedieneinrichtung |
DE102021111965A1 (de) | 2021-05-06 | 2022-11-10 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere Bedieneinrichtung |
DE102021111973A1 (de) | 2021-05-06 | 2022-11-10 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere Bedieneinrichtung |
DE102022116018A1 (de) * | 2022-06-27 | 2023-12-28 | Inventus Engineering Gmbh | Haptische Bedieneinrichtung |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002108470A (ja) * | 2000-06-19 | 2002-04-10 | Koninkl Philips Electronics Nv | 触覚的な制御素子として電子制御される回転流体ノブ |
JP2006349073A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Ntn Corp | 電磁クラッチ用軸受 |
JP2011027719A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Ntn Corp | 自動車駆動用モータの回転角度検出装置および回転角度検出装置付き軸受 |
EP2803888A1 (de) * | 2013-05-13 | 2014-11-19 | SIPOS Aktorik GmbH | Stellantrieb |
US20160378131A1 (en) * | 2010-09-15 | 2016-12-29 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic operating device with a rotating element and method |
CN107710106A (zh) * | 2015-07-01 | 2018-02-16 | 因文图斯工程有限公司 | 包括带旋转单元的触觉操作装置的小型计算机和方法 |
WO2018092411A1 (ja) * | 2016-11-21 | 2018-05-24 | アルプス電気株式会社 | 入力装置 |
EP3382495A1 (fr) * | 2017-03-27 | 2018-10-03 | Dav | Dispositif de commande pour habitacle de véhicule |
DE102018100390A1 (de) * | 2018-01-10 | 2019-07-11 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheologische Bremseinrichtung |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015119505B4 (de) * | 2015-07-21 | 2022-12-08 | Inventus Engineering Gmbh | Türkomponente mit einer steuerbaren Dämpfereinrichtung |
-
2020
- 2020-10-31 US US17/772,355 patent/US20220403897A1/en active Pending
- 2020-10-31 KR KR1020227008985A patent/KR20220048027A/ko not_active Application Discontinuation
- 2020-10-31 JP JP2022525517A patent/JP7397530B2/ja active Active
- 2020-10-31 CN CN202080073451.1A patent/CN114600058B/zh active Active
- 2020-10-31 EP EP20811526.1A patent/EP4052111A1/de active Pending
- 2020-10-31 WO PCT/EP2020/080613 patent/WO2021084121A1/de unknown
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002108470A (ja) * | 2000-06-19 | 2002-04-10 | Koninkl Philips Electronics Nv | 触覚的な制御素子として電子制御される回転流体ノブ |
JP2006349073A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Ntn Corp | 電磁クラッチ用軸受 |
JP2011027719A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Ntn Corp | 自動車駆動用モータの回転角度検出装置および回転角度検出装置付き軸受 |
US20160378131A1 (en) * | 2010-09-15 | 2016-12-29 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic operating device with a rotating element and method |
EP2803888A1 (de) * | 2013-05-13 | 2014-11-19 | SIPOS Aktorik GmbH | Stellantrieb |
CN107710106A (zh) * | 2015-07-01 | 2018-02-16 | 因文图斯工程有限公司 | 包括带旋转单元的触觉操作装置的小型计算机和方法 |
WO2018092411A1 (ja) * | 2016-11-21 | 2018-05-24 | アルプス電気株式会社 | 入力装置 |
EP3382495A1 (fr) * | 2017-03-27 | 2018-10-03 | Dav | Dispositif de commande pour habitacle de véhicule |
DE102018100390A1 (de) * | 2018-01-10 | 2019-07-11 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheologische Bremseinrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114600058B (zh) | 2023-12-08 |
WO2021084121A1 (de) | 2021-05-06 |
US20220403897A1 (en) | 2022-12-22 |
JP2023500860A (ja) | 2023-01-11 |
EP4052111A1 (de) | 2022-09-07 |
KR20220048027A (ko) | 2022-04-19 |
JP7397530B2 (ja) | 2023-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114600058B (zh) | 用于改变旋转运动的转矩的磁流变制动装置 | |
CN105509775B (zh) | 用于检测运动元件位移的磁场传感器装置 | |
CN107209231B (zh) | 基于磁体的转角测量*** | |
EP1584908B1 (en) | Torque detecting apparatus and manufacturing method thereof | |
EP1751645B1 (en) | Inductive sensor for vehicle electronic throttle control | |
JP6426859B2 (ja) | 磁石式角変位計測システム | |
US8089459B2 (en) | Manual control device including a magnetoresistive sensor element | |
JP2015537207A (ja) | 可動構成部材の動きを検出する磁気的測定装置及び対応するセンサ装置 | |
EP2549236B1 (en) | Stationary magnet variable reluctance magnetic sensors | |
US20100117630A1 (en) | Displacement sensing device | |
JP2019132754A (ja) | センサユニット | |
JP2011107134A (ja) | センサユニットを有するころ軸受け装置 | |
US4665362A (en) | Magnetic-type of analog distance sensor having a hall effect sensing element | |
EP2913237B1 (en) | Operator interface controllable brake with field responsive material | |
EP2192675A1 (en) | Hysteresis brake | |
CN115004126A (zh) | 具有磁流变制动器装置的装置部件 | |
US20230036212A1 (en) | Magnetorheological braking device, in particular operating apparatus | |
KR101518899B1 (ko) | 차량용 가속페달 각도 검지장치 | |
JP2003533920A (ja) | それぞれ1つのコアを有する2つのコイルから成る誘導性伝送器 | |
JP4633746B2 (ja) | 可動部材の検出装置 | |
CN111712689A (zh) | 手节气门传感器 | |
CN114364947B (zh) | 包括用于确定可线性移动部件的位置的测量装置的线性致动器 | |
JP3959303B2 (ja) | 車高検出装置 | |
CN107074278B (zh) | 具有无间隙的驱动装置的sas | |
CN118265647A (zh) | 用于机动车辆的具有扭矩传感器单元和转向角传感器单元的传感器装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |