CN113168204A - 可调力设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调力设备，该可调力设备包括被机械导引以用于允许根据预定轨迹移位的构件以及用于通过第一铁磁结构(1、1a)与第二铁磁结构(3、3a)之间的磁性相互作用而对所述移位进行磁分度的装置，第二铁磁结构(3、3a)与磁体(7)集成在一起，其特征在于，所述磁体(7)至少部分地被电线圈(8、9)包围，所述电线圈(8、9)根据在所述线圈(8、9)中流动的电流的方向和幅度而改变所述永磁体(7)的磁化强度。

Description

可调力设备

技术领域

本发明涉及分度设备的领域，该分度设备包括能够根据旋转或线性移位而移动的按钮或附件，例如与用于提供表示控制按钮的位置和/或移位的模拟信号的电磁传感器相关联的调节按钮。

这样的设备通常包括手动控制构件，该手动控制构件在被用户致动时根据该构件所占据的不同位置引起上述元件的激活。

重要的是，用户在作用于该控制构件上时，例如通过越过硬点感觉到触觉效果，以便具有实际上已经进行了该操纵的感觉或者通过借助于触摸产生触觉反馈而在触觉上感知由用户操纵产生的增量的数目。该效果对应于控制构件的位置的分度。同样重要的是，能够根据例如使用同一按钮执行的控制类型或系统执行该动作的时间来动态地改变所感受到的感觉，从而丰富所给定的信息和用户体验。

作为示例，该控制设备被用于汽车工业中：它可以用于车辆中，以控制例如灯、后视镜、挡风玻璃雨刮器、空调、信息娱乐、收音机等的操作和调节。

该设备也用于各种行业中，特别是用于调节家用或工业设备。该设备也可以集成在电动马达中，以便获得可调节的力，比如能够控制的剩余扭矩(电动马达中没有电流)或用于返回至预定的稳定位置的力。

现有技术

已经从现有技术中已知手动控制设备比如微型开关或弹簧加载的推压按钮，其位置在带刻痕的斜面上被机械地分度。

在这些设备中，机械零件之间的摩擦通常会引起伴生力和过早磨损。

也已经提出了使用磁性相互作用的解决方案。EP1615250B1描述了一种用于控制至少一个元件特别是电路或机械构件的设备，该设备包括：壳体；手动控制构件；用于对所述控制构件的位置进行分度的装置，该装置包括呈环或盘的形式的具有相反极性的两个永磁体，一个永磁体是固定的且刚性地连接至所述壳体，并且另一永磁体是可移动的、刚性地连接至所述控制构件并且垂直于其纵向轴线安装；以及用于激活所述元件的装置，该装置根据所述控制构件占据的不同位置——其被称为“工作”位置——而作用在所述元件上。

FR2804240描述了一种用于通过磁开关来控制汽车中的电气功能的设备。该设备包括壳体、刚性地连接至旋转轴线的手动旋转控制构件，在该旋转轴线上安装有元件，该元件包括用于对控制构件的位置进行分度的装置以及与导电电路配合以提供与所述控制构件的各种移位相对应的电信息的开关装置，并且其特征在于，分度装置包括永磁体，永磁体中的一些永磁体是固定的，并且永磁体中的另一些永磁体能够随着旋转轴线旋转。

WO2011154322描述了一种具有至少两个切换或调节阶段的用于切换和/或调节功能的控制元件，该控制元件包括：可以从静置位置移位的能够手动致动的控制元件；至少三个永磁体，所述至少三个永磁体包括：第一可移动的永磁体，该第一可移动的永磁体在其移位区域中由控制元件以同步的方式驱动；第二可移动的永磁体，该第二可移动的永磁体在第一永磁体的移位区域的第一部分区域中由第一可移动的永磁体通过磁通量以同步的方式驱动，并且通过至少一个止挡件使该第二可移动的永磁体的随后的移位在第一永磁体的移位区域的至少第二部分区域中被阻挡；以及第三永磁体，该第三永磁体相对于控制元件固定以用于至少在第一永磁体上产生磁性恢复力。

现有技术的缺点

首先，现有技术的解决方案不是完全令人满意的，因为分度的刚度是固定且恒定的：现有技术的解决方案不可能以间接的方式改变触觉交互的性质，例如在控制按钮靠近目标位置时通过减小刚度改变触觉交互的性质，并且相反地，在目标位置较远且需要具有更大跳跃的移位时通过增加刚度改变触觉交互的性质。

本发明旨在通过允许在除了刚度改变的时间期间之外的控制构件的移位期间不消耗功率的情况下对分度刚度定律进行可参数化的调节来弥补该缺点。

特别地，这种解决方案排除了需要持续供电的机动化控制按钮。

发明内容

为了应对这些技术问题，本发明在其最一般的意义上涉及一种可调力设备，该可调力设备包括用于允许沿着预定轨迹移位的机械导引构件以及用于通过第一铁磁结构与第二铁磁结构之间的磁性相互作用而对所述移位进行磁分度的装置，第二铁磁结构刚性地连接至磁体，其特征在于，所述磁体至少部分地被电线圈包围，该电线圈根据在所述线圈中流动的电流的方向和幅度而改变所述永磁体的磁化强度。

术语“磁性相互作用”应理解为是指由磁性装置通过改变由第一铁磁结构和第二铁磁结构以及磁体形成的磁路的总磁阻而产生的任何力。例如，这可能涉及带齿结构或具有可变气隙的结构或低矫顽场磁体与另一磁体的相互作用。

本发明还涉及一种不包括计算机指示设备的调节设备，该调节设备包括用于允许沿着预定轨迹移位的机械导引构件以及用于通过第一铁磁结构与第二铁磁结构之间的磁性相互作用而对所述移位进行磁分度的装置，第二铁磁结构刚性地连接至磁体，其特征在于，所述磁体至少部分地被电线圈包围，该电线圈根据在所述线圈中流动的电流的方向和幅度而改变所述永磁体的磁化强度。

优选地，

-磁体是具有小于100kA/m的矫顽场的磁体。

-所述第二磁化的铁磁结构还刚性地连接至具有大于100kA/m的矫顽场的第二永磁体。

-所述第二铁磁结构还通过连接磁体的两个相反极性的磁短路而磁性闭合。

-所述第二铁磁结构与第一铁磁结构一起在磁体的第一极性侧限定第一气隙并且在磁体的第二极性侧限定第二气隙。

根据变型，根据本发明的可调力设备还包括电子电路，该电子电路以脉冲方式控制向所述线圈的电力供应。

有利地，

-所述第一结构和所述第二结构具有齿，并且所述第二铁磁结构包括两个带齿的半管状部分，所述两个带齿的半管状部分一方面通过第二磁体连接，并且另一方面通过第一磁体连接，两个磁体的磁化方向是平行的。

-在第一结构与第二结构之间所述齿之间的角度偏差是相同的。

-在第一结构与第二结构之间所述齿之间的角度偏差是不同的。

-所述第二铁磁结构包括被所述两个磁体分开的两个同轴的盘，所述磁体具有管状形状和轴向磁化强度，并且所述磁体与所述盘同轴地布置。

-所述设备是旋转的，并且所述第一铁磁结构和所述第二磁性结构根据所述结构的相对角位置形成可变气隙。

本发明还涉及一种包括根据本发明的可调力设备的电动马达，其特征在于，所述设备集成在电动马达的定子中，并且其特征在于，所述设备对用于保持在稳定位置中或返回至预定位置的力进行控制。

有利地，所述第一结构是电动马达的缸盖，并且所述设备对用于保持在稳定位置中或返回至预定位置的力进行控制。

附图说明

在阅读了以下关于附图所图示的非限制性实施方式的描述时将更好地理解本发明，在附图中：

[图1]：图1是该设备的电磁结构的第一示例的立体图，

[图2a]：图2a

[图2b]：和图2b分别是图1的示例的截面图和俯视图，

[图3a]：图3a

[图3b]：和图3b以电磁结构的第二变型示出了根据半永磁磁体的磁化性质的磁场线，

[图4]：图4是依照根据本发明的设备的变型的电磁结构的局部截面的立体图，

[图5a]：图5a、

[图5b]：图5b

[图5c]：和图5c是具有磁场线布局的另一实施方式中的根据本发明的设备的俯视图，

[图6]：图6是根据本发明的设备的变型的电磁结构的局部截面的立体图，

[图7]：图7是根据本发明的设备的另一变型的电磁结构的局部截面的立体图，

[图8]：图8是根据本发明的设备的另一变型的电磁结构的局部截面的立体图，

[图9]：图9示出了根据本发明的线性运动设备的实施方式，

[图10a]：图10a、

[图10b]：图10b

[图10c]：和图10c分别以俯视图和截面图示出了被集成在电动马达中以用于产生返回至预定位置所用的力的设备的替代性实施方式——即被分开并且集成在齿轮马达中——的不同视图，

[图11]：图11示出了根据本发明的集成在电动马达中的设备的另一实施方式，

[图12]：图12示出了根据本发明的集成在控制按钮中的设备的替代型实施方式，

[图13a]：图13a

[图13b]：和图13b示出了用于管理弹簧的渐进推力的根据本发明的设备的替代性实施方式，

图14a和图14b示出了根据特定实施方式的使得可以产生两个不同类型的刻痕的根据本发明的设备的两个横截面图，

图15a和图15b示出了根据两个不同实施方式的用于产生多于两个的不同刻痕类型的根据本发明的设备的两个横截面图，

图16是根据本发明的设备的横截面图，该设备可以集成在致动器中以产生受控的制动扭矩，

图17是图10a中示出的实施方式的替代性实施方式中的根据本发明的设备的立体图，

图18是使用根据本发明的设备的用户界面的示例的框图，

图19分别是结合有根据本发明的设备并且能够根据至少三个不同的自由度定向的用户界面的示例的两个视图：立体图和纵向截面图。

具体实施方式

图1是分度设备的电磁结构的第一实施方式的示意性立体图，并且图2a和图2b分别示出了这种设备的截面图和俯视图。在图1和图2b中，粗箭头示出了元件的磁化方向。

分度设备的该示例包括由铁磁材料制成的带齿筒形件形成的第一结构(1)，并且该第一结构(1)在所示示例中具有径向延伸的20个齿(2)，齿的数量不受限制。该第一结构(1)绕轴(6)旋转，并且联接至手动致动的控制按钮(此处不可见)。

在该第一结构(1)的内部同轴地布置有第二带齿的铁磁结构(3)，并且第二带齿的铁磁结构(3)相对于第一结构(1)的运动是固定的。该第二铁磁结构(3)包括两个固定的半管状部分(4a、4b)，所述两个固定的半管状部分(4a、4b)具有齿(11)，齿(11)朝向第一结构的齿(2)径向延伸并且具有与第一结构(1)的齿(2)相同的角度偏差。齿(2)和齿(11)的这种相同的角度偏差可以使得第一结构(1)与第二结构(3)之间的力最大化，并且因此可以使得提供给用户的触觉感觉最大化。然而，通过两个结构(1、3)上的齿的数量并且可以通过齿(2、11)之间的角度偏差的差异或者甚至通过两个结构(1、3)之间的齿(2、11)的不同宽度将有利地使得可以对这种触觉感觉进行调节。

所述两个半管状部分(4a、4b)一方面通过第一永磁体(5)——其优选为掺入稀土的具有高能量的永磁体——连接，第一永磁体(5)具有大于0.7特斯拉的典型剩磁以及通常为600kA/m并且在任何情况下均大于100kA/m的高的退磁矫顽场。磁化方向沿着磁体的最大尺寸，在这种情况下，磁化方向沿正交于旋转轴(6)的方向。永磁体(5)具有产生恒定磁场的功能，并且在该设备的使用期间一定不能退磁。

这两个半管状部分(4a、4b)另一方面也通过具有低矫顽场的第二磁体(7)连接，也就是说，通过具有通常为1.2特斯拉的剩磁以及通常为50kA/m并且在任何情况下均小于100kA/m的矫顽场的半永磁型磁体或AlNiCo型磁体连接。磁化方向沿着磁体的最大尺寸方向，并且使得两个磁体(5)和(7)的磁通量根据向第二低矫顽场磁体(7)赋予的磁化强度相加或相减，该第二低矫顽场磁体(7)具有在半管状部分(4a、4b)中流动的磁通量。磁体(7)的低矫顽场是必需的，以允许磁体(7)借助于位于其周围的线圈容易被磁化或退磁，并且这在有限能量的情况下进行，这使得磁体(7)可以在集成设备中使用，而无需使用功能强大且价格昂贵的电子产品。

该第二磁体(7)与第一磁体(5)平行地布置并且被两个电线圈(8、9)包围。在替代性实施方式中，可以仅安装一个线圈，对于该示例而言，出于平衡和空间优化的目的，两个线圈(8和9)被布置在导引轴(6)的两侧。

作为示例，每个线圈包括56匝(28匝/组)、以0.28mm的铜线串联而成，该线圈具有0.264Ω的终端电阻。

为了使低矫顽场磁体(7)的磁化极性反转，以直流电或电流脉冲的形式向线圈(8、9)施加电流，直流电或电流脉冲例如通过使电容器放电给出。作为示例，产生大约730At的磁通势的13安培的电流使得可以改变磁化强度。

该第一实施方式的操作如下：当处于正方向(任意参考方向)的直流电或电流脉冲流过线圈(8、9)从而在两个线圈之间产生附加磁场时，低矫顽场磁体(7)在使得两个磁体的磁通量相加并且主要以环路的方式流过两个磁体(5、7)和半管状部分(4a、4b)的方向上被磁化。结果，几乎没有或没有穿过第一结构(1)的磁通量，并且在两个结构(1、3)之间几乎没有或没有耦合，并且因此激活该结构的用户不会感觉到任何刻痕。在该特定示例中，两个磁体(5、7)的磁化平行并且垂直于两个半管状部分(3、4)之间的中间平面，尽管这种构型不是唯一的。

当处于负方向(任意参考方向)的电流脉冲流过线圈(8、9)从而产生再次在两个线圈之间相加的磁场时，低矫顽场磁体(7)在使得两个磁体的磁通量相减，并且主要以环路的方式流过两个磁体(5、7)和两个带齿结构(1、3)的方向上被磁化。这会导致显著的耦合或刻痕，并且设备的用户感知到明显的分度感觉，因此感觉到刻痕。

线圈(8、9)中的电流强度有利地使得可以通过直接影响低矫顽场磁体(7)的磁化强度并且因此影响固定结构与可移动结构之间的耦合通量来调节触觉感觉。

图3a和图3b示出了根据本发明的设备的变型，对于该设备而言，仅存在低矫顽性磁体(7)以及相关联的包围磁体(7)的线圈(8)。在该变型中，保持了已经针对先前实施方式描述的第一带齿结构(1)和第二带齿结构(3)的功能。在该变型中，两个半管状部分(4a、4b)也通过由软铁磁材料制成的短路路径(12)互连。粗箭头示出了磁体(7)的磁化方向，并且该箭头的长度表示该磁化的强度。

该变型的操作如下：当低矫顽场磁体(7)被磁化至饱和时，也就是说，当磁化具有最大强度时，短路路径(12)磁饱和，并且短路路径(12)的磁渗透率低且接近空气的渗透率。在这种情况(图3a)下，由低矫顽场磁体(7)产生的磁场主要通过第一带齿结构(1)和第二带齿结构(3)，这促进了周期性扭矩的产生，从而引起刻痕效应并且因此用户操作第二结构(3)会感受到触觉感觉。在提供给线圈(8)的电流脉冲下，低矫顽场磁体(7)至少部分地退磁，并且磁化强度降低。结果，短路路径不再磁饱和，并且由低矫顽场磁体(7)产生的大部分磁通量循环穿过短路路径(12)(图3b)。这导致第一结构(1)和第二结构(3)的齿(2)之间的磁场大大减小，从而对应地减小了用户的刻痕和触觉感觉。通过影响线圈(8)中的脉冲电流的强度，可以调节低矫顽场磁体(7)中的剩余磁化水平，并且因此调节所获得的刻痕的强度。

应当注意的是，短路(12)的使用对于本发明而言不是绝对必要的，并且仅出于给出磁体(7)的最小磁化强度的公差的目的而使用。因此，可以通过仅影响线圈(8)的脉冲电流的强度以便调节低矫顽场磁体(7)的剩余磁化水平而省略短路路径(12)。

作为示例，如果低矫顽场磁体(7)在退磁之后提供了与其在饱和时具有的磁场相比小10倍的磁场，则观察到的剩余扭矩通常小100倍以上。

图4示出了一种变型，在该变型中，第二铁磁结构由两个带齿的盘(4c、4d)形成，所述两个带齿的盘(4c、4d)与第一结构(1)一起在形成于两个结构的接合部处的齿的区域中形成两个主气隙。第一高矫顽场永磁体(5)具有管状形状和轴向磁化强度。第二低矫顽场永磁体(7)与第一永磁体(5)同轴并且具有筒形形状和轴向磁化强度，并且在这种情况下，第二低矫顽场永磁体(7)刚性地连接至轴(6)。线圈(8)包围低矫顽场磁体(7)。在其他方面，该操作保持成与上述第一示例中所描述的操作类似，只要提供给线圈(8)的电脉冲方向将使低矫顽场磁体(7)在第一轴向方向或相反的第二轴向方向上磁化并且使磁场相加或相减以产生或抑制刻痕。

图5a至图5c是从上方观察的根据本发明的设备的替代性实施方式的类似视图。与上面呈现的实施方式不同，第一结构(1)和第二结构(3)不具有任何齿。特别地，第二结构(3)在其两个端部处通过磁极件(4e、4f)形成点而终止。这两个结构(1)与(3)之间的磁阻变化是通过磁极件(4e、4f)处的连续可变的气隙实现的，例如在这种情况下，是由于提供给第一结构(1)的大体椭圆形形状实现的，但是该形状不受限制。该操作也与上面呈现的操作类似。图5b示出了永磁体(5)和低矫顽性磁体(7)具有相同方向上的磁化方向的情况，这促进了磁通量在第一结构(1)和第二结构(3)中的循环，并且因此促进了这两个元件之间的力。在图5c中，永磁体(5)和低矫顽性磁体(7)的磁化方向相反，使得磁通量主要在第二结构(3)内部流动，从而使施加在两个结构(1)与(3)之间的力最小化或者甚至被抵消。

图6是另一替代性实施方式，其重复了上面呈现的带齿结构(1)和(3)的使用。该当前变型与第一实施方式的不同之处在于，一方面是与永磁体(5)和低矫顽性磁体(7)接触的第二结构(3)的设计，并且在这种情况下，第二结构(3)呈终止于齿的折叠片材的形式，而另一方面，两个结构(1)与(3)之间的齿(2)的数目不同。永磁体(5)呈平行六面体的形式，并且低矫顽性磁体(7)呈筒形件的形式，激活线圈(8、9)围绕该筒形件缠绕在轴(6)的两侧上。

图7是另一替代性实施方式，其主要不同于上述实施方式的地方在于，永磁体(5)轴向地放置在第二结构(3)的带齿的半管状部分(4a、4b)的平坦的延伸部(4a1、4b1)之间。在这种情况下，永磁体(5)具有相对于第一结构(1)的旋转的轴向磁化，并且单个线圈(8)围绕低矫顽性磁体(7)定位，低矫顽性磁体(7)具有垂直于旋转轴线的磁化方向。

图8是与图4的实施方式类似的实施方式，其中，不同之处在于永磁体(5)和低矫顽性磁体(7)不是同轴的。永磁体(5)以也为轴向的磁化方向轴向延伸，并且低矫顽性磁体(7)平行于被线圈(8)包围的永磁体(5)。

图9是根据本发明的线性运动设备的实施方式。该线性运动设备包括呈棒状或条状——该形状不受限制——的形式的可线性移动的元件(13)，可线性移动的元件(13)终止于与定子(15)的齿(2)磁性协作的带齿的磁通量收集器(14)。定子(15)和可线性移动的元件(13)分别是旋转壳体的第一结构(1)和第二结构(3)的等同物。因此，定子(15)具有垂直于可线性移动的元件(13)延伸的永磁体(5)，其磁化沿着该延伸定向。低矫顽性磁体(7)与永磁体(5)平行地延伸，并且低矫顽性磁体(7)被线圈(8)包围，从而允许对其磁化强度进行调制。

图10a和图11是根据本发明的设备的两个特定变型，其旨在将可变且可控制的力结合在电动马达或致动器中。

在图10a中，由点虚线椭圆(DI)界定的根据本发明的设备被集成在马达中，该马达包括马达定子(16)，该马达定子(16)具有相对于磁化转子(18)径向延伸的磁极(17)。在此处给出的示例中，该磁化转子(18)承载有小齿轮(19)，该小齿轮(19)旨在驱动外部构件或机械减速齿轮。三个磁极(17)承载马达线圈(20)，以便产生驱动磁性转子(18)的旋转场，磁极的数量没有限制。马达定子(16)的一个特定磁极(17a)与平行于所述特定磁极(17a)延伸的永磁体(5)相关联——永磁体(5)的磁化方向沿着该延伸方向——并且与平行于永磁体(5)的低矫顽性磁体(7)相关联。特定磁极(17a)被激活线圈(8)包围，并且在磁性转子(18)侧具有端部(21)，这使得可以将永磁体(5)和低矫顽性磁体(7)磁性连接。取决于流过线圈(8)的电流脉冲，低矫顽性磁体具有与永磁体(5)的磁化方向处于相同或相反方向的磁化方向。如果磁化处于相同方向，则两个磁体(5)和(7)的磁通量从端部(21)分散并且与磁化转子(18)相互作用，以便产生将磁化转子(18)保持就位或使所述磁化转子(18)返回至预定位置的力。如果磁化处于彼此相反的方向，则两个磁体(5)和(7)的磁通量在端部(21)中循环，而不与磁化转子(18)相互作用，从而不会在转子(18)上产生力。

根据本发明的设备使得例如可以通过增加以下各者而可以将可控制的力引入到电动马达或致动器中：用于维持限定位置的扭矩、用于返回至预定位置的扭矩或周期性的剩余扭矩。

例如，在图10b中，图10a的马达与运动减速齿轮(29)和扭力弹簧(30)相关联，以形成齿轮马达，使其返回至参考位置(所谓的故障安全位置)通过由点虚线椭圆(DI)界定的根据本发明的设备来控制。弹簧(30)定位在输出轮(31)上并且向输出轮(31)施加扭矩。在其中马达必须到达给定位置的操作模式中，根据本发明的设备被启用成使得其在转子(18)与端部(21)之间产生磁性相互作用，从而在转子(18)上产生扭矩。通过运动减速器齿轮(29)的作用，该磁性扭矩被放大并且定大小成大于由弹簧(30)在输出轮(31)处产生的扭矩。因此，该设备可以保持任何位置而无需消耗电流。另一方面，如果通过使低矫顽性磁体(7)处的磁化反转而使根据本发明的设备不被启用，则转子(18)与端部(21)之间的磁性相互作用扭矩被抑制或最小化。结果，从弹簧(30)施加至输出轮的扭矩产生力，该力将使输出轮(31)返回至预定位置(例如，借助止挡件)。因此，根据本发明的设备使得可以实现可控制的返回力/故障安全力。目的是能够使马达的尺寸最小化，这不必通过电流来不断克服弹簧(30)的回复力。

该特定实施方式——其包括与减速齿轮和该减速齿轮的输出轮上的弹簧相关联的根据本发明的设备——的应用示例是其在闭门器中的使用。在这种情况下，例如，可以通过使根据本发明的设备处的相互作用扭矩最小化来使门在其大部分行程中的关闭时间最小化，并且然后可以通过产生相互作用扭矩在门的行程的最后部分制动关闭。该设备的尺寸将使得可以通过在门的关闭期间也影响低矫顽场磁体(7)的磁化周期来按需修改期望的制动特性。应当注意的是，也可以利用诸如图13a和图13b中示出的设备来设想该应用。

图11是集成在电动马达中的该可控制的力设备的变型，该电动马达的定子与图10的定子具有类似性，并且具有共用的参考元件。然而，在该示例情况下，该设备集成在磁化转子(18)内部并且没有特定的磁极。定子实际上是电动马达的常规的未修改的定子。磁化转子(18)包括铁磁轭(22)，该铁磁轭(22)等同于图1中示出的设备的第一结构(1)。在该第一结构(1)内部，可以找到与图1中的元件相同的元件。轭(22)与第二固定结构(3)之间的可控制的相互作用使得可以对施加至磁化转子(18)的力进行调制。

图12示出了结合有根据本发明的设备的可手动控制的按钮(23)，对于该按钮(23)而言，第一带齿结构(1a)与第二带齿结构(3a)之间的相互作用用于控制阻挡力。第一结构(1a)和第二结构(3a)可以相对于彼此轴向移动，永磁体(5)被集成在第一结构(1)的平面中，并且低矫顽性磁体(7)和激活线圈(8)被集成在第二结构(3a)的平面中。在两个结构(1a、3b)之间的接合部处，设置有制动盘(24)，该制动盘(24)径向延伸并且刚性地连接至按钮(23)的带齿的支承件(25)。因此，盘(24)刚性地连接至按钮(23)。

当低矫顽力磁体(7)的磁化方向与永磁体(5)的磁化方向相同时，两个磁体(5、7)的磁通量分别在按钮(23)的带齿的支承件(25)和第一结构(1a)的带齿的支承件(26)中流动，因此产生了由按钮(23)的用户感觉到的刻痕力。当低矫顽性磁体(7)的磁化方向与永磁体(5)的磁化方向相反时，两个磁体(5、7)的磁通量主要在两个结构(1a、3a)之间的气隙(27)中流动，这促进了该气隙(27)的闭合并且因此促进了制动盘(24)在两个支承件(25、26)之间的夹持。然后，可以通过改变低矫顽性磁体(7)的磁化方向并且通过借助于一个或更多个弹簧(28)的作用重新打开气隙(27)来实现返回至刻痕状态。因此，借助于根据本发明的设备，不仅可以实现刻痕感觉，而且还可以通过阻挡按钮的运动来模拟到达停止点。

图13a和图13b分别是与机械运动减速齿轮(29)和推动设备(32)相关联的根据本发明的设备(DI)——在这种情况下，其根据图1中的给出的实施方式——的俯视图和立体图。推动设备(32)包括压缩弹簧(33)和支承平面(34)。运动减速齿轮(29)在输出轮(31)上具有绞盘(35)，在绞盘(35)上缠绕有线缆(36)，该线缆(36)进一步连接至平坦的支承件(34)。压缩弹簧(33)在一个纵向侧部(A)上固定并且在另一纵向侧部(B)上向支承平面(34)施加力。通过管理根据本发明的设备的磁化，可以在所述设备处产生磁源力。通过减速齿轮(29)的作用，施加至输出轮(31)并且因此施加至绞盘(35)的扭矩被放大并且定大小成保持线缆(36)抵抗弹簧(33)的力。通过改变根据本发明的设备处的磁化强度，使磁源力消除或最小化，这会使绞盘(35)处的力消除或最小化，并且因此允许弹簧(33)使支承平面沿图13a中的粗箭头的方向前进。因此，也可以将角运动施加至支承平面的该设备可以有利地管理压缩弹簧的力，以实现支承平面(34)的逐渐前进。例如，可以想象将这种设备用于注射器泵或管理任何分配器的剂量、或者甚至管理门的关闭。

图14a和图14b示出了具有相同拓扑结构的两种磁性构型，其目的是允许根据低矫顽场磁体(7)的磁化方向感觉到不同数量的刻痕。如图14a中的粗箭头所示的那样定向，该磁体(7)的磁化强度使得其通过齿的第一图案产生在第一结构(1)与第二结构(3)之间流动的磁通量，所述齿由第二结构(3)的部分(4a)承载，并且在该构型中以与第一结构(1)的齿(2)相同的周期间隔开。

根据图14b中示出的第二构型并且如粗箭头所表示的，磁体(7)的磁化处于与上述磁化相反的方向，并且磁通量通过齿的第二图案在第一结构(1)与第二结构(3)之间流动，所述齿由第二结构(3)的部分(4b)承载并且被间隔开以产生用于扭矩的第二机械周期。根据该第二构型产生的扭矩的机械频率等于第一结构(1)上的均匀间隔的齿的数量与第二结构(3)上的根据由部分(4b)承载的齿的第二图案均匀间隔的齿的数量之间的LCM。要放置在该图案上的齿的数量等于由部分(4b)承载的齿的第二图案上的均匀间隔的齿的数目除以该齿数与第一结构(1)的齿数之间的GCD。

在示出的情况下，在第一结构(1)上设置有以15°均匀间隔的24个齿，并且在由定子的部分(4a)承载的齿的第一图案上设置有以15°间隔的3个齿。产生的扭矩的机械周期为360/LCM(24；360/15°)或15°。由部分(4b)承载的齿的第二图案具有以20°间隔开的3个齿。产生的扭矩的机械周期为360/LCM(24；360/20＝18)或5°。

放置在由部分(4b)承载的齿的该第二图案上的齿的数量为：18个齿/GCD(18；24)＝3。

图15a是图14a和图14b中的实施方式的扩展版本，其使得可以获得4种不同的操作模式。该实施方式具有呈环的形式的第一带齿结构(1)，该第一带齿结构(1)具有在其内表面上分布并且径向向内定向的齿(2)、在这种情况下包括三个半管状部分(4a、4b和4c)的第二铁磁结构(3)、高矫顽场永磁体(5)和两个低矫顽场磁体(7a和7b)。两个低矫顽场磁体(7a和7b)各自被线圈包围，使得可以对其磁化强度(分别为9a和9b)进行反转和/或调制。

半管状部分(4a、4b)在其外筒形侧部上各自具有一组齿(11a、11b)，从而允许半管状部分(4a、4b)的齿与环的齿相互作用。半管状部分(4c)具有使得可以确保磁通环路并且优化磁扭矩的形状。在这种情况下，半管状部分(4c)不具有齿而是具有恒定的半径(11c)，以确保磁通量在第一结构(1)相对于第二结构(3)的任何相对位置中循环。

第二铁磁结构(3)是通过使磁体(5、7a和7b)和半管状部分(4a、4b和4c)在正交方向上交替产生的。这样，如果所有磁体的磁化方向被选择成使得磁通量仅循环穿过第二铁磁结构(3)，则该设备可以具有大致为零的扭矩。根据图14a和图14b的教示，通过改变一个或更多个低矫顽场磁体(7a或7b)的磁化方向，磁通量将仅通过半管状部分中的2个半管状部分——(4a、4b)或(4a、4c)或(4b、4c)——朝向第一带齿结构(1)定向，因此根据第一铁磁结构(1)和第二铁磁结构(3)的几何特性获得3个不同的静磁扭矩。

图15b是图15a中呈现的实施方式的替代性实施方式，其也使得可以获得4种不同的操作模式。为此目的，该实施方式具有呈环的形式的第一带齿结构(1)，该第一带齿结构(1)具有分布在其内表面上的齿(2)，其在这种情况下包括三个半管状部分(4a、4b和4c)、高矫顽场永磁体(5)和两个低矫顽场磁体(7a和7b)。两个低矫顽场磁体(7a和7b)各自被线圈包围，从而使得可以对它们的磁化强度(分别为9a和9b)进行反转和/或调制。第二铁磁结构(3)存在于第一结构(1)内部，并且包括一组均匀分布的齿(2)。

半筒形部分(4a、4b)在其内筒形侧部上各自具有一组齿(分别为11a、11b)，从而允许半筒形部分(4a、4b)的齿与转子的齿相互作用。半管状部分(4c)具有使得可以确保磁通环路并且优化磁扭矩的形状。在这种情况下，半管状部分(4c)不具有齿而是具有恒定的半径(11c)，以确保磁通量在第一结构(1)相对于第二结构(3)的任何相对位置中循环。

在图16中示出的构型中，根据低矫顽场磁体(7)的取向方向并且考虑到上面已经指出的教示，磁通量主要在第一结构(1)中流动，而不会与第二结构(3)相互作用或几乎不与第二结构(3)相互作用，或者磁通量经由齿在第二结构(3)中流动，并且然后根据第一结构(1)相对于第二结构(3)的相对位置产生扭矩。因此，与高矫顽场永磁体(5)的磁性协作——这是产生这种效应的原因——取决于由包围其的电线圈(8)感应的低矫顽场永磁体(7)的磁化的取向方向。特别地并且作为示例，这样的设备可以用于为必须根据需要被夹持或释放的设备创建附加的位置保持功能。

图17示出了图10a、图10b和图10c中提出或示出的实施方式的替代性实施方式。在该实施方式中，根据本发明的设备(DI)直接集成在马达的控制线圈(20’)中的一个控制线圈中。这样，通过与马达的转子(18)的磁性相互作用而进行的刻痕或不刻痕的功能可以直接通过作为马达的电相的线圈(20’)来控制。在控制马达时，在线圈(20’)中流动的电流不得超过用于修改低矫顽场磁体(7)的永久磁化强度的限制。应当注意的是，以上述情况为例，可以以不同的方式来制造设备(DI)。

图18是根据本发明的设备(DI)在被集成在用于管理用户界面的完整系统中时的框图。在该示例中，根据本发明的设备(DI)被刚性地连接至该用户界面以及位置传感器，并且根据本发明的设备(DI)由微控制器控制。根据该实施方式，取决于由位置传感器检测到的并且经由信号(38)发送回到微控制器的指示接口位置的信号，该微控制器将经由控制信号(37)控制根据本发明的设备(DI)的一个或多个线圈。因此，通过根据上述功能创建、修改或取消刻痕，根据本发明的设备(DI)可以通过根据本发明的设备在用户界面上的动作(39)动态地改变——也就是说，在操作期间并且取决于接口位置——用户的感觉。

图19a和图19b是使用根据本发明的设备(DI)的同一用户界面的两个不同的视图：一个是分解图且另一个是纵向截面图。在该示例中，该设备(DI)被集成在接口(40)内部，该接口(40)可以由用户根据三种可能的旋转自由度来旋转。因此，根据上述任一示例中的教示，设备(DI)可以根据所述设备(DI)的构型来改变用户的感觉。在该示例中，第二结构(3)刚性地连接至球形接头指状件(43)，因此允许三个旋转自由度。围绕设备的主旋转轴线(A)的旋转是自由的，而其他两个旋转自由度受到球形接头指状件(43)与具有锥形体(44)的形状的支承件(41)的机械配合的限制。还可以设想允许沿着轴线(A)平移的附加自由度。

Claims (15)

1.一种可调力设备，包括：用于允许沿着预定轨迹的移位的机械导引构件以及用于通过第一铁磁结构(1、1a)与第二铁磁结构(3、3a)之间的磁性相互作用而对所述移位进行磁分度的装置，所述第二铁磁结构(3、3a)刚性地连接至磁体(7)，其特征在于，所述磁体(7)至少部分地被电线圈(8、9)包围，所述电线圈(8、9)根据在所述线圈(8、9)中流动的电流的方向和幅度而改变所述永磁体(7)的磁化强度。

2.根据权利要求1所述的可调力设备，其特征在于，所述磁体(7)是具有小于100kA/m的矫顽场的磁体。

3.根据权利要求1所述的可调力设备，其特征在于，所述第二磁化的铁磁结构(3)还刚性地连接至具有大于100kA/m的矫顽场的第二永磁体(5)。

4.根据权利要求1所述的可调力设备，其特征在于，所述第二铁磁结构(3)还通过连接所述磁体(7)的两个相反极性的磁短路(12)而磁性闭合。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的可调力设备，其特征在于，所述第二铁磁结构(3、3a)与所述第一铁磁结构(1)一起在所述磁体(7)的第一极性侧限定第一气隙并且在所述磁体(7)的第二极性侧限定第二气隙。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的可调力设备，其特征在于，所述可调力设备还包括电子电路，所述电子电路以脉冲方式控制向所述线圈(8、9)的电力供应。

7.根据权利要求3所述的可调力设备，其特征在于，所述第一结构(1)和所述第二结构(3)具有齿(2)，并且，所述第二铁磁结构(3)包括两个带齿的半管状部分(4a、4b)，所述两个带齿的半管状部分(4a、4b)一方面通过所述第二磁体(5)连接，并且另一方面通过所述第一磁体(7)连接，两个磁体(5、7)的磁化方向是平行的。

8.根据权利要求7所述的可调力设备，其特征在于，在所述第一结构(1)与所述第二结构(3)之间，所述齿之间的角度偏差是相同的。

9.根据权利要求7所述的可调力设备，其特征在于，在所述第一结构(1)与所述第二结构(3)之间，所述齿之间的角度偏差是不同的。

10.根据权利要求1所述的可调力设备，其特征在于，所述第二铁磁结构(3)包括被所述两个磁体(5、7)分开的两个同轴的盘(4a、4b)，所述磁体具有管状形状和轴向磁化强度，并且所述磁体与所述盘(4a、4b)同轴地布置。

11.根据权利要求1至6中的任一项所述的可调力设备，其特征在于，所述设备是旋转的，并且，所述第一铁磁结构(1)和所述第二磁性结构(3)根据所述结构(1、3)的相对角位置形成可变气隙。

12.一种包括根据权利要求1所述的可调力设备的电动马达，其特征在于，所述设备(DI)集成在所述电动马达的定子中，并且，所述设备对用于保持在稳定位置中或返回至预定位置的力进行控制。

13.一种包括根据权利要求1所述的可调力设备的电动马达，其特征在于，所述第一结构(1)是所述电动马达的缸盖，并且，所述设备对用于保持在稳定位置中或返回至预定位置的力进行控制。

14.根据权利要求1所述的可调力设备，其特征在于，所述设备(DI)与运动减速齿轮(29)相关联，并且，所述运动减速齿轮(29)的输出轮(31)刚性地连接至绞盘(35)，线缆一方面刚性地连接至所述绞盘(35)并且另一方面刚性地连接至支承平面(34)，并且，弹簧(33)向所述平坦的支承件施加力或扭矩。

15.一种包括根据权利要求12至14中的任一项所述的可调力设备的闭门器机构，其特征在于，所述力设备(DI)通过改变所述磁体(7)的磁化强度来控制门的关闭速度。

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