用于汽车中高性能低音播放的刚性结构的振动致动器

技术领域

本发明涉及一种用于激励/引起机动车辆的至少一个部件振动的致动器、一种具有这种致动器的部件布置结构、以及一种具有这种部件布置结构的机动车辆。

背景技术

如今，在机动车辆中，允许从比如无线电广播、CD或电子录音等源进行音频播放的娱乐系统是标准配置。为了车辆中的平衡音频播放，通常将音频信号划分成不同的频率范围，并且使用在各自情况中针对此目的进行优化的元件来播放。低音调播放需要足够重且大的扬声器、以及大的空间，以便产生相应的强有力的声音。然而，在车辆内部，在不压缩使用空间的情况下，仅小的空间通常可供使用。此外，这种扬声器的通常较重的重量对燃料消耗具有负面影响，并且因而也对污染物排放和行驶里程具有负面影响。

用于播放特别低的音调的扬声器通常已在壳体中集成地被安装于车辆内部。其已包含针对扬声器适配的共振空间。然而，这种扬声器-壳体组合具有上述缺点，比如，尤其是较大的体积和较高的重量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于机动车辆中音频播放的替代性的和/或改进的可能性。

根据本发明，这通过根据相应主权利要求的致动器、部件布置结构和机动车辆来实现。有利的实施例可以例如在相应从属权利要求中找到。权利要求的内容通过明确引用而并入说明书的内容中。

本发明优选地涉及一种用于激励机动车辆的至少一个部件振动的致动器。致动器具有壳体，该壳体被配置成连接到部件。致动器具有电线圈，该电线圈刚性地连接到壳体并且被配置成当电流流过电线圈时产生磁场。此外，致动器具有磁体，该磁体被布置成能够在壳体中以限定方式移动。受到致动器激励而振动的至少一个部件特别优选地是具有多个部件的结构、非常特别优选地包括壳体。

致动器优选地可以激励这种部件以合适的方式振动，振动进而可以发出空气传播的声音。与机动车辆中使用的已知扬声器相比，在机动车辆中使用这种致动器允许相当多地节省空间和重量。

有利的是，用于刚性结构的致动器被设计为被激励以实现汽车中高性能低音播放的部件。致动器自身不发出声音，而是激励车辆中原本就存在的结构(其中至少一个结构是待激励的部件)振动。通过这种激励，结构形成振动，并且最终以与传统低音扬声器相比有利的方式发出声音。在此无需额外的共振空间。所需的空间被降至最小。与传统的低音扬声器相比，致动器有利地减小到1/5至1/10，减轻到1/2至1/5。低音播放的性能，尤其是在极端功率峰值和永久最大负载方面，远远超过传统低音扬声器。

致动器的一个目的可以是例如产生颤动或振动，以便通过(一个或多个)合适的结构发出空气传播的声音或播放声音。

该结构有利地包括多个部件、尤其是彼此连接的部件，这些部件共同地或部分地被激励振动。

致动器优选地被配置成使得其特别适合播放低音调或低音播放，其中，致动器适合或也适合100Hz或200Hz以下的频率、尤其是在100Hz或200Hz以下下至至少60Hz、特别优选下至至少40Hz的频率，在各自情况中有利地具有最多-6dB、尤其是-3dB的振幅降。

有利地，致动器被配置成播放至少100dB的最大声压级。

特别地，致动器被设计的方式为使得其可以持续至少一小时连续产生至少80dB的声压级。

致动器的壳体优选地直接或经由至少一个紧固装置间接地连接到部件。在此，壳体和部件之间的连接直接或间接地被配置成特别是基本上刚性的和/或僵硬的。

有利地，部件被配置为机动车辆的以下结构之一：底板、门结构板、后备箱盖、备胎凹槽、车顶结构、横梁、挡泥板、纵梁、车门架、端壁或车架部分，尤其为以下结构之一：底板、后备箱盖或端壁。该结构特别优选地被配置为碳和/或玻璃纤维增强塑料GFK、和/或碳纤维增强塑料CFK。

电线圈在壳体中的优选的刚性布置有效地防止线圈与壳体之间的相对移动。由此可以防止部件可能彼此摩擦造成的磨损。这种布置也适用于连接电线圈的电缆，这将在下面更详细地讨论。

振动优选地为机械振动。这例如可以用致动器的振动来表示。这种振动可以传递到至少一个部件，然后该至少一个部件也执行相应的振动。致动器的振动优选地为以下振动：这些振动尤其是在传递到至少一个部件之后，使得发射空气传播的声波或者产生声波，然后声波通过空气进一步传播。特别地，振动可以具有20Hz与20kHz之间的频率，该频率大致对应于人的通常听觉范围。

致动器优选地具有电连接件/接头，例如借助于插入连接或夹紧连接，该电连接件可以完全或部分地整合在壳体中并且电连接到线圈。为此例如可以使用电缆。电缆可以在连接件与线圈之间形成电连接。这种电缆也可以用于例如将电连接件远离壳体布置。

电连接件有利地刚性连接到壳体。这样，尤其可以防止电连接件与壳体之间的相对移动，这样可以避免磨损。

电连接件与线圈之间的电连接优选地完全固定在壳体上。结果，可以有效防止电连接(例如电缆)与壳体之间的相对移动。这避免了材料的摩擦和疲劳、以及由此造成的磨损或磨耗。

磁体优选地可以是可激励的和/或可偏转的，尤其借助于线圈产生的磁场。从而可以产生振动。

磁体优选地可以仅在壳体中限定的一个空间方向上可移动。空间方向在此可以对应于一个方向与一个与之完全相反的方向的组合。换句话说，磁体可以沿着在壳体中限定的轴线进行一维移动。

致动器优选地具有弹簧结构，该弹簧结构被配置成将磁体预紧/偏置到静止位置/不工作位置。然后，磁体可以从所述静止位置出发尤其是借助于已经提到的由线圈产生的磁场偏转。

弹簧结构可以优选地被配置成以将磁体沿着每个可能的移动方向向静止位置复位的方式预紧磁体。可能的移动方向可以是例如由以上已经进一步提到的空间方向限定的那些方向。

弹簧结构优选地具有第一弹簧元件和第二弹簧元件，其中磁体被保持在第一弹簧元件与第二弹簧元件之间。第一弹簧元件优选地在第一方向上预紧磁体。第二弹簧元件优选地在与第一方向相反的第二方向或取向上预紧磁体。如果磁体如上所述相应地在一个空间方向上或仅在一维上可移动，则这可能是特别有利的。然后磁体通过弹簧结构在两个方向上预紧。

替代性地，优选地也可以仅使用一个弹簧元件，该弹簧元件例如可以在一个方向上或也可以在所有相关的方向上产生预紧。

该弹簧元件或第一弹簧元件优选地具有用于预紧磁体的多个弹簧臂。第二弹簧元件也优选地具有用于预紧磁体的多个弹簧臂。已经发现这种实施例对典型的应用是有利的。磁体尤其可以被布置在弹簧臂会合的相应位置处。

第一弹簧元件的弹簧臂可以优选地布置成星形或螺旋形。第二弹簧元件的弹簧臂也可以优选地布置成星形或螺旋形。磁体可以例如紧固在这种星形的中心，其中由此产生的弹簧效应被证明是有利的。

有利地，弹簧臂的布置被设计成对称的，或者替代性地，优选地被设计成不对称的，以防止固有振动。不对称在此特别优选地被配置为旋转不对称或平移不对称。

弹簧元件的材料厚度可以优选地被配置成恒定的、或者尤其是具有不同厚度。有利地，在弹簧元件的不同位置处设置不同的厚度，以实现弹簧的特殊振动特性和特殊复位特征。例如，弹簧元件可以借助于成型(Profilierung)获得更明显的渐进复位特征曲线。

有利地，至少一个弹簧臂或这些弹簧臂、和/或至少一个弹簧元件被成型地实施，以进一步改善刚性和振动特性。在此，该成型特别优选地通过至少一个肋和/或至少一个卷边和/或至少一个边缘和/或至少一个拱曲来实现，非常特别优选地对每个弹簧臂和/或每个弹簧元件都被成型。

第一弹簧元件和第二弹簧元件优选地以彼此尽可能远离地布置在壳体内和/或布置在壳体的相对置的端部处。由此可以尽可能最佳地产生弹簧力，尤其是达到可以自由选择壳体位置的效果。在壳体相对于地面或相对于其他外部元件处于任一位置时，磁体被适当地预紧到其静止位置并且可以通过磁场无限制地如所预期的那样偏转。最大可能的距离在此尤其可以涉及上面已经提到的规定了磁体的轴向移动的空间方向。

弹簧元件例如可以由塑料、金属或复合材料构成。由此可以影响声行为。特别地，可以以这种方式影响弹簧元件的阻尼行为。

特别优选地，弹簧元件尤其附加地被涂覆，例如用具有相对较高阻尼的一种或多种塑料、或用相对较重的材料被涂覆，以便阻尼和/或降低弹簧元件的固有振动行为。

磁体可以优选地在线圈内可移动。在线圈内的可移动性实现了线圈产生的磁场的效果特别好。

致动器优选地具有作为壳体或壳体部件的环，该环围绕线圈并且由导磁和/或导热材料形成。由导磁材料形成使得能够以优选的方式在线圈侧面产生磁性闭合。这大大改善了线圈产生的磁场的效果。

致动器的壳体优选地由导热系数为至少25W/(m K)、尤其是至少40W/(m K)的材料形成。这能够特别有利地消散壳体内部产生的热量。该热量尤其可能由流过线圈的电流和由于移动的磁体而可能产生的摩擦效应产生。由导热材料形成使得该热量优选地例如能够被消散到与壳体连接的部件或待激励的部件。从而有利地防止致动器过热。

致动器的壳体优选地具有至少0.08kJ/K的热容量、尤其是至少0.1kJ/K的热容量。由于这种特别高的特殊的热容量，由于临时负载峰值而产生的高热量输入可以被线圈吸收。

线圈与壳体的固定连接优选地可以通过导热性相对较高的粘合剂的粘合连接来产生。在此，粘合剂具有至少0.8W/(m K)、尤其是至少1W/(m K)的导热系数。粘合剂的层厚度在此有利地最大为0.3mm、尤其是小于0.1mm。这确保热量从线圈高效消散到壳体中。

优选的是，被固定连接到壳体的线圈的线圈承载件由导热性相对较高的材料形成，其导热系数为至少0.8W/(m K)、尤其是至少1W/(m K)，以确保热量从线圈高效消散到壳体中。

优选的是，壳体的借助于粘合连接而连接到线圈和/或线圈承载件的内表面被结构化和/或被成型。壳体的内表面或内部的表面，尤其是在其连接到线圈和/或线圈承载件的区域中，具有例如矩形轮廓和/或三角形轮廓和/或正弦曲线轮廓和/或圆弧形轮廓作为表面结构，以借助于增大接触表面来确保热量从线圈高效消散到壳体中。附加地或替代性地，其他成型部/肋可以有利地设置在壳体的外侧，从而确保到环境的改善的热传递。

根据优选的实施例，壳体在相对于线圈的第一轴向端部处具有第一罩盖。该第一罩盖尤其可以由塑料、非导磁和/或非导热材料、或导热材料形成。壳体还可以在相对于线圈的第二轴向端部处具有第二罩盖。该第二罩盖也尤其可以由塑料、非导磁和/或非导热材料、或导热材料形成。

由于相应的罩盖特别优选地由非导磁材料形成，所以可以将磁通量完全或部分地保持在壳体中，这防止例如其他部件的干扰。通过由非导热材料形成，可以防止或减少从致动器到接触元件的散热。

优选将塑料如PA6(聚酰胺6)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或PP(聚丙烯)用作非导热、非导磁材料。

特别地，可以提供壳体的三部分构造，即具有环和两个罩盖。

然而，相应的罩盖也可以例如被设计成导热的。特别地，罩盖同时可以被设计成不导磁的。结果，热量可以散发到另一元件，这样防止致动器过热。例如，铝或镁可以用作导热和非导磁材料。

壳体优选地具有从外部可接近的孔或从外部可接近的其他紧固装置，该从外部可接近的孔具有内螺纹。这种紧固装置例如也可以被设计为没有螺纹的通孔、或以其他合适的方式进行设计。由此可以将壳体额外地例如刚性地紧固到与已经提到的机动车辆的部件不同的元件上，例如紧固到机动车辆的车身或地板上。由此可以实现与另一元件、尤其是更刚性的元件的关连，使得可以以有利的方式激励部件。

磁体的质量优选地在致动器的其他部件的质量的80％与致动器的其他部件的质量的120％之间的范围内。已经证明这样的值是有利的、尤其是从声学的角度来看。

壳体可以优选地设计成完全或基本上径向对称。已经证明这是易于生产和使用的设计。然而，其他设计，例如四角形、正方形或矩形设计、或具有不同数量的角的设计也是可能的。

壳体例如可以设计成封闭的、敞开的或部分敞开的。封闭的设计尤其可以实现一定程度的保护，防止灰尘、液体或其他污染物进入。

磁体优选地具有磁性中心部分、第一极板和第二极板。在此，该中心部分优选地被第一极板和第二极板包围。磁性中心部分尤其可以沿着磁体的单个可能的移动方向、或第一极板与第二极板之间的空间方向布置。已经证明这种设计是有利的。

第一极板和/或第二极板优选地被分配给磁体、尤其是在相反两侧上，在致动器未偏转状态下，磁体在极板之间、特别优选地在中心处。

有利地，被分配给磁体的第一极板的向外指向的表面、即背离磁体的表面优选地呈凹形，尤其是就其截面而言，并且因此第一极板在外边缘处的厚度大于在其中心处的厚度。在较厚的外边缘和较薄的中心部分之间的过渡部在此尤其以线性倾斜/下落或以圆弧形倾斜或抛物线形倾斜的方式设计。此外，极板沿着其外边缘、尤其是向外指向的表面的外边缘特别优选地具有凸缘、尤其是厚度基本上恒定的凸缘，该凸缘可以占据极板的总延伸部(Gesamtausdehnung)的最多20％。有利地，第一极板的朝向磁体取向的表面被设计成基本上是平面的。

同样，第二极板优选地在其向外指向的一侧上以与第一极板相同的方式在第二极板的向外指向的表面上被成形。特别地，在第二极板的情况中，朝向磁体取向的一侧或表面也基本上是平面的。通过这种设计一方面可以使极板的外部区域中的磁通密度较高；另一方面可以使相应相邻的弹簧元件更靠近极板布置。由此可以总体上节省构造空间。

有利地，第一极板和/或第二极板在其向外指向的表面方面被配置成使得第一极板和/或第二极板在第一极板和/或第二极板的中心具有基本上平坦的部分表面或平台(Plateau)。

有利的是，第一极板和/或第二极板在面向磁体的一侧上被设计成基本上是平面的，并且在背离磁体的一侧或外侧上被设计成在截面上呈凹形，因此极板的整个截面呈凹形。第一极板和/或第二极板的外侧尤其在周向边缘上具有凸缘，极板在凸缘处的厚度或材料厚度大于在中心处，其中极板在外侧的中心的区域中(尤其是在各自情况中)具有基本上平坦的平台。凸缘与平台之间的过渡部在此特别优选地被设计为线性过渡部或圆弧形过渡部或抛物线形过渡部或这些过渡形状中的两个或三个的组合。

磁体或磁性中心部分可以由例如钕合金或铁素体合金构成。

此外，本发明优选地涉及一种用于机动车辆的部件布置结构，其中该部件布置结构具有用于机动车辆的至少一个部件和根据本发明的致动器。致动器在此刚性地连接到部件。关于致动器，可以参考本文描述的所有实施例和变体。

借助于优选的和/或根据本发明的部件布置结构，可以简单地激励部件振动产生声波，使得部件可以用作机动车辆中的音频播放系统的一部分。与通常需要单独振膜的、非常占用空间且更重的单独扬声器相比，根据本发明的部件布置结构能相当多地节省空间和重量。

本发明还涉及一种具有至少一个根据本发明的部件布置结构的机动车车辆。关于部件布置结构、尤其是关于包含在其中的致动器，可以参考本文描述的所有实施例和变体。由此可以实现以上已经描述的优点，尤其是与具有传统扬声器的实施例相比，机动车辆可以具有更大的空间和/或更轻的重量。

此外，本发明涉及致动器、尤其是根据本发明的致动器在机动车辆中的应用。关于根据本发明的致动器，可以参考本文描述的所有实施例和变体。

通常，致动器或激振器可以描述为其自身不发出声音，而是激励车辆中的现有结构。这种激励使得结构振动，从而结构自身发出声音。与等效的低音扬声器相比，致动器通常减小到1/5至1/10，减轻到1/2至1/5。

如本文所描述的致动器、低音致动器或激振器例如可以优选地具有以下特征，这些特征可以单独使用或组合使用：

-致动器的线圈直接连接到外壳，例如以粘结方式或以其他方式连接，磁体通常位于内部，例如位于线圈直径的内部，并且通常可移动地安装。

-作为壳体或壳体部件的外环例如可以由导热金属或导热材料构成，线圈可以例如紧固到该外环上，其中，该环例如可以闭合磁通回路并且还可以将由线圈产生的热量消散到外部，并在外侧消散到环境中。

-致动器可以安装在车辆内外的各种位置。致动器优选地可以安装到板结构上，比如底板、车门结构板、后备箱盖、备胎凹槽、车顶结构、横梁、挡泥板、纵梁、端壁或机动车辆的其他部件上。

-致动器能够相同适用地定位在所有空间方向上。这尤其可以通过在尽可能远离彼此的平面上居中布置磁体系统或磁体来实现。

-磁体系统的居中布置和弹簧布置可以在一个部件中实施，该部件可以由比如塑料、金属或复合材料等不同材料构成，由此可以影响或优化声学特性。

-致动器可以具有从顶部到底部是连续的中心孔，以便能够将致动器居中地紧固在螺栓上。

-可移动的磁体系统或芯的质量例如可以是致动器的外芯或其他部件的质量大约±20％。由此，致动器可以以高于和低于其自身的共振频率运行。-致动器壳体在原则上可以设计成各种形式，但是对于组装以及对于生产而言对称设计可能是有利的。

-材料可以例如被实施为不同的。磁体可以由例如钕合金或铁素体合金构成。此外，壳体可以设计成敞开的或部分敞开的。除了已经提到的中心孔，致动器也可以经由在外部的紧固或经由粘合连接或焊接连接而连接。也可设想一种结构，其中磁体系统不完全位于线圈直径内，其中线圈也可以部分地被磁体包围。

附图说明

进一步的特征和优点将由本领域技术人员参照附图从以下描述的示例性实施例中获得。在附图中：

图1：以侧向分解视图示出了致动器，

图2：以透视分解视图示出了致动器，

图3：示出了处于组装好状态的致动器，

图4：示出了弹簧元件的替代性实施例，

图5：示出了极板的示例性截面。

具体实施方式

图1以侧向分解视图示出了根据本发明的一个示例性实施例的致动器5。

致动器5具有壳体10。壳体10由第一罩盖12、第二罩盖16和环14形成。两个罩盖12、16布置在外侧，并且由非导热的、非导磁材料构成。然而，应提及的是，所述两个罩盖12、16中的一者或两者也可以由例如导热、非导磁材料构成。环14由导热、导磁材料构成。

致动器5具有由第一弹簧元件22和第二弹簧元件24构成的弹簧结构20。其设计将在下文进一步更详细地讨论。

致动器5具有由线圈承载件32、第一线圈段34和第二线圈段36构成的线圈。两个线圈段34、36在此布置到线圈承载件32上。电流可以流过线圈段34、36，使得在线圈30中产生磁场。

致动器5具有磁体40。该磁体由磁性中心部分42、以及第一非磁性极板44和第二非磁性极板46构成。中心部分42在此被容纳在两个极板44、46之间。

两组各四个螺钉18、19均用于紧固所提及的部件。替代性地，例如，通过粘合剂粘结、焊接或铆接的紧固也是可能的。

图2以透视分解视图示出了致动器5。在此可以看出，第一弹簧元件22共有四个弹簧臂26。相应地，第二弹簧元件24共有四个弹簧臂28。

在组装好的状态下，磁体40被设计成使得两个极板44、46直接邻接磁性中心部分42。磁体40然后通过两个轴向邻近的弹簧元件22、24保持为整体。结果，磁体40仅在一个轴向方向上可移动，其中磁体被弹簧元件22、24预紧在中心的静止位置上。

如图所示，极板44、46被设计成在其向外指向的表面上凹形拱曲。这使得磁体40能够特别节省空间地布置在弹簧元件22、24之间，并且允许在极板的边缘区域中的特别高的磁通密度。在组装好的状态下，线圈30径向围绕磁体40。线圈30在此牢固地固定在壳体10中。通过向线圈30施加电压，磁体40可以偏转离开其静止位置，其结果是产生振动。特别地，在此可以施加调制音频信号的电压。然后，磁体40根据该音频信号振动，并产生相应的振动。在此使用由导磁材料制成的环14来提供有利的磁性闭合。

从第一罩盖12向内延伸的第一圆柱形突出部13和从第二罩盖16向内延伸的第二圆柱形突出部17用来限定磁体40可沿其移动的轴向方向。

图3示出了处于组装好状态的致动器5。在此可以看出，在第一罩盖12的外侧上布置有三个圆柱形的接触点7。致动器5可以利用所述接触点邻接机动车辆的部件。此外，在中心处布置有孔8，在孔中设计有螺纹。致动器5因此可以紧固到部件。第二罩盖16也被相应地配置。

通过将致动器8紧固或应用到机动车辆的部件上，上面已经进一步提到的由磁体40可以产生的振动可以被传递到该部件。这样，部件自身可以被激励振动，使得其发射声波。这些声波通常可以在车辆内部听到。这样，可以在不提供单独的扬声器的情况下产生声音，这在低频下特别合适并且使得明显节省空间和重量。

应指出，例如，孔8也可以用于将致动器5连接到刚性部件例如车辆的车身部件，并且致动器5可以在相反侧上连接到待激励振动的部件。这样，例如车辆的车身等固定的部件可以用作关连件(Referenz)，相对于其激励振动。

图4示出了弹簧元件的替代性实施例，在此示例性地示出了第一弹簧元件22。其可以在参照图1至图3描述的实施例的背景下代替在这些附图中示出的第一弹簧元件22和/或在这些附图中示出的第二弹簧元件24使用。

与可以在图2中看到的星形设计相比，图4中所展示的弹簧元件22的弹簧臂26被设计成螺旋形。从而可以实现不同的弹簧特性。

图5示意性地示出了示例性极板44、46的截面。通过举例方式，极板在面向磁体(未展示)的一侧上被配置成基本上是平面61。背离磁体的一侧或外侧或表面62呈凹形，因此极板的整个截面呈凹形。外侧在周向边缘上具有凸缘63，极板在凸缘处的厚度或材料厚度大于在中心处的厚度或材料厚度。极板在外侧的中心区域中具有基本上平坦的平台64。凸缘63和平台64之间的过渡部65可以以各种方式设计；例如在左侧展示了线性过渡部、圆弧形过渡部和抛物线形过渡部。

如果在进行过程中发现一个特征或一组特征不是绝对必要的，则申请人在此即力求至少一项独立权利要求的表述不再具有该特征或该组特征。这例如可以是在申请日存在的权利要求的子组合或者在申请日存在的权利要求的、受其他特征限制的子组合。这种需要重新表述的权利要求或特征组合也应理解为被本申请的披露内容覆盖。

还应指出，在各种实施例或示例性实施例中描述的和/或在附图中示出的本发明的改进、特征和变体可以以任何期望的方式彼此组合。单个或多个特征可以任何期望的方式彼此互换。由此产生的特征的组合也应被理解为被本申请的披露内容覆盖。

在从属权利要求中的反向引用不应被理解为放弃获得对于反向引用的从属权利要求的特征的独立的实质性保护。这些特征也可以以任何期望的方式与其他特征组合。

仅在说明书中披露的特征或仅在说明书或权利要求中结合其他特征披露的特征原则上可以具有对本发明而言至关重要的独立意义。因此，为了区别于现有技术，它们也可以单独地包括在权利要求中。