本发明涉及的是一种操控元件，带有可移动安装的操作件和致动器，用于驱动操作件以产生触觉反馈。
背景技术：
在已知的操控元件中，虽然一般都通过电磁力实现偏转，但却通常利用可弹性变形的复位装置(例如弹簧和类似装置)返回起始位置。但这种设计有个缺点，即运动曲线只能通过激励控制产生有限的变化。此外，机械性的复位装置要承受一定的磨损。同时操控元件还应具有紧凑的、节省空间和重量的设计，并且要有高度的耐磨损和热稳定性。这些要求尤其适用于汽车制造中的应用。
技术实现要素：
因此，需要操控元件具有以下特性操控元件：高集成密度、低磨损、轻重量；带有能够可靠地、能重复返回附属静止位置的复位装置，特别是该复位装置要能够在结构上产生几乎任意性的变化。这一任务被根据权利要求1的操控元件所解决。有利的实施例均为从属权利要求的对象。对该发明的同等有利的使用情况为附属用途权利要求的对象。应注意，权利要求中单独列出的特征可以任意的、技术上合理的方式彼此组合形成本发明的其它实施例。说明内容，尤其是配合图形所作的说明进一步地突出了本发明的特征和具体内容。
本发明涉及一种包含载体和操作件的操控元件。其操作件具有触感输入区。该输入区可以是一个曲面。首选平面输入区。操作件安装在载体上，整体上平行于输入区构成的平面，可往一个运动方向滑移。根据发明要求，载体这个概念要作广义上的解释，让载体可以具有任意的外形。例如，将操控元件固定在车厢的内衬板或隔板上即有载体了。例如，在弯曲的输入区中，前面所述确定了运动方向的平面由输入区的外围确定。带有触感输入区的操作件，例如可以是触控板或触摸显示屏。
通过本发明意义上的“整体上平行于”这个表述要保证的是，按照发明要求将载体上安装的可旋转摆动的(例如摆动悬挂式安装)操作件也包括在内。在一个优选的实施例中，操作件相对于载体进行的是纯平移式运动，例如与浮动式安装方案中的一样。
此外，根据发明要求，载体和操作件之间还至少设计了一对永磁体，用于引导，尤其是稳定操作件的运动和/或者操作件返回静止位置时的运动。这种磁相互作用磨损小，并且在使用了永磁体后可实现此类操控元件的节约结构空间的解决方案。由于具有多样话的布置方式和尺寸可变性，使用永磁体对可实现几乎任何一种力位移曲线(也称为复位特性)，区别于通过弹簧引发的理想弹性复位的直线走向。此外，对于从静止位置出发的两个径向相反的偏转方向，可以进行结构上相对简单的非对称复位特性调整。
引导功能指的是载体和操作件之间的永磁体对产生的磁相互作用，它可在规定的运动轨道上引导操作件。稳定功能指的是载体和操作件之间的永磁体对产生的磁引导效果，让操作件的运动对准下面所述致动器所确定的运动方向且确保操作件维持该运动方向。因此稳定是一种有引导的运动，例如要努力实现初始的、尽可能为横向的运动，且要压制与此偏离的运动方向(例如与运动方向垂直的振动模式或者旋转运动)或将其最小化。
根据本发明的解决方案的另一项优点是，操控元件很容易且只需通过永磁体对的偏转即可适应特定的安装状况。例如，操控元件可能面临这样的要求：在操作件和围绕该操作件的一块隔板之间偏转所需的间隙尺寸要最小化，但又要努力将偏转的速度尽可能地最大化。常用的弹簧，由于其力位移曲线通常是直线性的，因此只能在有限的范围内实现这种调校。
根据本发明，并非一定不能采用附加的复位和引导装置，例如可以设计更多的复位装置和/或引导装置。例如，弹性变形引起的复位和导向力还可用来自动往偏转发生之前的静止位置复位，即不触发下面要介绍的致动器。
为了让操作件往其自由度方向上发生电机运动，本发明设计了一个致动器(也称为执行机构)，用于让操作件相对于载体往运动方向运动。电机运动的作用是提供触觉反馈，例如先在第一运动方向上产生运动脉冲，然后再往相反运动方向复位。与输入区平行的驱动装置的优点是，致动器激励时，相对较大的输入区不会变成像扬声器振膜一样的声音辐射面。
例如，根据本发明的致动器至少包括一个在发生触觉反馈时会通电(即加载电流)且会产生磁场的电磁铁，该电磁铁带有至少一个线圈，与操作件端的电枢通过磁场协同作用，相对于载体，将操作件驱动和偏转出静止位置。例如，根据本发明的致动器可布置于载体和操作件构成的空隙中。
根据一个优选的实施例，永磁体对由两个静止时彼此反极性相对的永磁体构成。例如，可以这样调整永磁体，让永磁体对的一个永磁体的磁北极准确地与永磁体对另一个永磁体的磁南极彼此相对。
构成永磁体对的永磁体，优先采用这样的磁定向：在永磁体对中，每个永磁体的两极在静止位置分别彼此反极性地相对布置。磁定向指的是永磁体磁南极和磁北极之间的中央连接线。这一实施形式的优点是，随着偏转的增加复位力将具有局部的最大值，该最大值在经过以下状态时出现：同名的磁极彼此接近且达到对偏转起限制作用的排斥状态时。当在此磁定向平行或垂直于运动方向的时候，也能体现这么设计的优点。
在另一个实施例中，至少一个永磁体的磁定向垂直或平行于运动方向。例如，布置两个永磁体的位置，让两个磁定向彼此平行。
在另一个实施例中，永磁体对的至少一个永磁体上设计有一块极板(也称为强度钢片)，即软磁材料钢片。这样将使磁场成形和聚集，以便有针对性地调整复位效果。
构成永磁体对的永磁体，其彼此相对的极面优先采用全等设计，并且在此更有利的设计是，极面在静止位置中要重叠，例如用以达到一个偏转的线性力位移曲线。
在另外一个优选实施例中，构成永磁体对的永磁体，其彼此相对的极面并非全等且/或者在静止位置中在运动方向上彼此错开排列，以改变复位特性。例如，用构成永磁体对的两个永磁体的不同大小的、彼此相对的极面形成相对扩展的区域，在该区域中复位力主要线性地取决于偏转程度。错开布置之后，例如对于从静止位置出发的两个径向相反的偏转方向，可实现非对称的复位特性。
例如在永磁体对的永磁体之间设计一个空隙，即几十毫米的净间距。但永磁体对的永磁体最好彼此有接触。例如，为了减少滑动摩擦，至少给永磁体的接触表面涂上一层含聚四氟乙烯的材料。
在另一个优选实施例中，在外形尺寸方面，永磁体对的永磁体处于静止位置时是彼此对称的，例如仅在磁定向上有区别。
在另一个实施例中，永磁体对的永磁体，磁定向是彼此垂直的。例如，一个永磁体的磁定向平行于运动方向，而磁定向垂直于运动方向。
在另一个优选的变型方案中，永磁体对的永磁体具有一定的布置和构造，使得在垂直于运动方向的方向中，导向作用，尤其是稳定作用在程度上强于往静止位置的复位过程。换种说法，垂直于运动方向起作用的、永磁体对引起的导向力，尤其是具有稳定作用的力，在相同的偏转条件下，其数值要大于往运动方向起作用的、永磁体对引起的复位力。
此外，本发明还涉及采用前述实施形式之一的操控元件用于汽车。
附图说明
下面将根据以下图形进一步阐释本发明内容。这里的图形仅作示例，仅代表优选的实施型式。图形具体为：
图1根据本发明的操控元件的第一实施形式的剖视图；
图2根据本发明的操控元件的第二实施形式的剖视图；
图3根据本发明的操控元件的第三实施形式的剖视图；
图4a和4b根据本发明的永磁体对的排列关系图示；
图5示出了力位移曲线；
图6a至6e根据本发明的永磁体对的其它排列关系的图示。
具体实施方式
图1显示的是根据本发明的操控元件1的第一实施形式。该操控元件有一个载体3，用于固定在未显示出的中控台或固定在汽车的内衬板上。载体3上安装了一个操作件2，上面有一个触感的、朝向操作者的输入区10。例如，操作件2可以是触控屏，即触感输入区和电子像素矩阵显示器的组合体，或者也可以是无显示内容的触控板。操作件2通过一个致动器7、8往与触感输入区10平行的方向9运动，即偏转出静止位置，以产生触觉反馈，例如在检测到触感输入区上的接触动作时。容纳于载体3和操作件2之间空隙11中的致动器7、8在载体侧有一个电磁铁7，在操作件侧有一个电枢8，它们彼此产生磁交互作用。有多个永磁体对20被设计用于在偏转过程中引导操作件2和将操作件2复位到单稳静止位置中，这些永磁体对分别由一个第一永磁体4和一个第二永磁体5构成。
在图1所示的实施形式中，两个永磁体对4、5彼此接触，并且永磁体对20的永磁体4、5中至少有一个带有降低摩擦的涂层6，例如含聚四氟乙烯的涂层。例如，永磁体4、5通过一个这里未详细展示的粘接层与操作件2或者载体3相连，并且在图1所示的静止位置中彼此相对排列。
从注视输入区10的操作者角度看，永磁体对20被布置在操作件2下方，准确地说是在输入区10边缘区域下方。
图2显示的是根据本发明的操控元件1的第二实施形式。它与之前介绍的实施形式的区别在于：多个永磁体对20的永磁体4、5并非彼此接触，而是分别通过一个空隙彼此隔开。此外这里还设计了轴承12。例如，这一轴承12可以是不会产生复位效果的结构，例如滚动轴承，或者可以补充或调整永磁体对20或多个永磁体对20产生的复位效果。例如，轴承可以是布置在载体3和操作件2之间的弹簧或者弹性体元件。
图3显示的是根据本发明的操控元件1的第三实施形式。它与之前介绍的第一实施形式的区别在于：多个永磁体对20的永磁体4、5也不彼此接触，并且增加设计了一个轴承12。这一轴承12可以不具有复位效果，例如可以是滚动轴承结构，或者可以补充或调整永磁体对20产生的复位效果。例如，轴承可以是布置在载体3和操作件2之间的弹簧或者弹性体元件。此外，如图1和2的实施形式，从注视输入区10的操作者角度看，这里的永磁体对20并非布置在操作件2下方，而是在与操作件2等高的位置，并且在这里主要承担的功能是：在致动器7、8引起偏转的时候将操作件2稳定引导在最初通过致动器确定的运动方向9上。
图4a和4b显示的是由永磁体4、5构成的永磁体对20可能的根据本发明的布置形式和实施例。在这里，除了其极性布置和磁定向21之外，永磁体对20的永磁体4、5彼此呈镜像对称布置形态。因此，永磁体对20的彼此相对的永磁体4、5的彼此相对的极面，不仅是全等的，而且采用的布置形式使其可以在所示的静止位置中重叠。例如，在图4a的实施形式中，两个永磁体4、5的磁定向21平行于运动方向9，但彼此相反，因此在所示的静止位置中不同名的磁极彼此相对。
之前介绍的实施例的特点是力位移曲线8(这里也称为复位特性)，和通过图5的功能介绍可知的一样，在该曲线中，复位力f的施加取决于偏转x。这里，永磁体对20的两个永磁体4、5具有相对布置结构，线性复位动作将出现在覆盖该结构最多50％的区域内，并且在达到局部的最大值之后，复位力f将开始减弱。在根据本发明的操控元件1的一个优选实施例中，该区域(复位力f和偏转x在该区域内为线性关系)被用作致动器7、8引起的偏转的工作区w，例如为此可相应地触发致动器7、8。
图6a至6e分别显示了永磁体对30的进一步的根据本发明的实施例。例如，在图6a至6c的实施形式中，永磁体对20两个永磁体4、5的磁定向21平行于运动方向9。这里设计了极板15来影响永磁体对20引起的复位，例如用以实现非线性的力位移曲线，和/或者根据从静止位置出发的不同的径向相反的偏转方向(如双箭头符号9所示)和偏转的程度让复位力呈现不对称的特性。因此，在图6a所示的变型方案中，仅在永磁体对20的一个永磁体5的两个磁极上各有一块极板15。
在图6b所示的实施方式中，仅在永磁体对20的一个永磁体5的一个磁极上有一块极板15，以此对从静止位置出发的两个可能的、相反的偏转引发不同的复位特性。
图6d显示的是永磁体对4、5的一种实施形式，在该实施形式中，由于静止位置中相对的极面具有尺寸差异，且两个构成永磁体对20的永磁体4、5中，较小的极面相对于较大的极面被布置在中间位置，因此实现了一种相对于两个偏转方向对称的复位特性，但同时具有相对扩大的、其中的复位力与偏转线性相关的工作区。
图6e显示的也是一种实施形式，其中，永磁体对20的两个永磁体4、5的磁定向21彼此垂直并且在静止位置中彼此错开，只有一个永磁体5的磁极与相同永磁体对20的永磁体4的不同名的磁极彼此相对。在该实施形式中，相对于从静止位置出发的偏转方向9实现了非对称的复位特性。