(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザと相互作用する要素(1)と、
該ユーザ相互作用要素が回転するように固定される、縦軸(X)を有する回転シャフト(2、102、202)と、
磁気粘性タイプの流体と相互作用し、前記シャフト(2、102、202)に回転するように固定される要素(12、112、212)と、
前記流体の粘性を変えるように設計された、前記流体中に磁界を生成するシステム(6)と、
前記磁界を変えるために前記磁界生成システム(6)に命令を生成することができる制御ユニットと、
前記相互作用要素(12、112、212)、前記磁気粘性流体及び、前記磁界生成システムを収容するハウジング(8)であって、当該ハウジングは、側壁(8.1)及び、2つの端部壁(8.2、8.3)から形成され、前記回転シャフト(2)が、前記端部壁の1つ(8.3)を貫通し、前記ハウジング(8)まで達して、前記ユーザ相互作用要素が前記ハウジングの外側に配置され、前記ハウジングが、前記磁気粘性流体を画定する密封チャンバを形成する、ハウジングと、を備える触覚インタフェースであって、
前記磁界生成システムは、可変磁界を生成する手段(20、120、220)及び永久磁界を生成する手段(18、18”、118、218)を備え、
前記永久磁界を生成する手段(18、18”、118、218)は、当該手段が、前記磁界生成システムへの電力の供給がないときに、前記流体の粘性を増大させるようにハウジング(8)内に配置され、
前記永久磁界を生成する手段は、少なくとも前記流体相互作用要素(12)の内部に配置され、該要素(12)に対して不動であり、且つ前記可変磁界を生成するのに用いる手段(20)は、前記流体相互作用要素(12)の内部に配置され、該要素(12)に対して不動であることを特徴とする、触覚インタフェース。
【請求項２】
前記永久磁界を生成する手段(18、18”、118、218)は、前記ハウジングの内側、及び/又は、前記ハウジングの側壁(8.1)内に配置される、請求項1に記載の触覚インタフェース。
【請求項３】
前記シャフト(2、102、202)の、少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサ(28、128、228)を備え、
前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサ(28、128、228)によって提供される情報の関数として前記命令を生成する、請求項1又は2に記載の触覚インタフェース。
【請求項４】
前記制御ユニットは、一定の又は可変の時間間隔にて、前記磁界生成システムへの命令を生成する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項５】
前記磁界を生成するシステム(6)は、放射磁界を生成する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項６】
前記永久磁界を生成する手段(18、18’、118、218)は、少なくとも1つの永久磁石を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項７】
前記可変磁界を生成する手段(20、120、220)は、少なくとも1つの電磁コイルを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項８】
前記流体相互作用要素(12、112)は、前記縦軸(X)を中心に回転する、少なくとも1つの円筒形状の側壁(12.1、112.1)と、非磁性材料製のヘッド部(12.2)とを備え、
前記ヘッド部(12.2)は、前記回転シャフト(2、102、202)に固定され、
前記流体は、前記側壁(12.1、112.1)の内面及び外面に接触する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項９】
前記流体相互作用要素(12)は、互いに間隔をあけて、前記非磁性材料製のヘッド部(12.2)に固定される、数個の同心状の側壁(12.1’、12.1’’)を備える、請求項8に記載の触覚インタフェース。
【請求項１０】
前記コイル(20)は、前記永久磁石(18)を包囲する、請求項6を引用する請求項7、又は、請求項6及び請求項7を引用する請求項8又は請求項9のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１１】
前記永久磁石(18)は、前記コイル(20)を包囲する少なくとも1つのスリーブから形成される、請求項6を引用する請求項7、又は、請求項6及び請求項7を引用する請求項8又は請求項9のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１２】
前記永久磁界を生成する手段(18’’)は、ベル状の前記流体相互作用(12)の、2つの同心状の側壁(12.1’、12.1’’)の間に配置され、これらの側壁に対して不動である、請求項9に記載の触覚インタフェース。
【請求項１３】
前記永久磁界を生成する手段は、前記流体相互作用要素(12、112、212)に固定され、且つ前記可変磁界を生成する手段(20、120、220)は、該流体相互作用要素に対して不動である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１４】
前記可変な磁界を生成する手段(20、32)は、該手段に対して不動である前記相互作用要素の内部に配置される、請求項13に記載の触覚インタフェース。
【請求項１５】
前記永久磁界を生成する手段及び前記可変磁界を生成する手段は、前記流体相互作用要素に固定される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１６】
前記シャフト(102、202)は、前記磁界生成システムを貫通する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１７】
前記位置、角度、又は角加速度センサ(28、128、228)は、シャフトの縦方向一端に設けられ、前記シャフトに回転するように固定される部分と、前記シャフトに対して不動である部分とを備える、請求項1〜16のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１８】
前記シャフト(2、102、202)に固定される部分は、光学ホイールであり、且つ前記不動部分は、光学フォークである、請求項1〜17のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１９】
前記シャフト(102)を片側から反対側へと貫通し、縦方向に動くことができるロッド(103)を備え、該ロッド(103)の変位を検出するためのデバイス(134)が設けられている、請求項1〜18のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項２０】
前記ユーザ相互作用要素の温度を変えることができる熱デバイスを備える、請求項1〜19のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項２１】
前記熱デバイスは、少なくとも1つのペルチェ・セルを備える、請求項20に記載の触覚インタフェース。
【請求項２２】
前記ユーザ相互作用要素を振動させることが可能なデバイスを備えた、請求項1〜21のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項２３】
フレーム(42)と、該フレームに取り付けた、請求項1〜22のいずれか一項に記載のインタフェースとを備え、
前記インタフェースは、前記シャフトの軸(X)に沿って自由に動く、触覚アセンブリ。
【請求項２４】
前記インタフェースは、前記縦軸(X)に対して直角の、少なくとも1つの方向(Y、Z)に沿って自由に並進する、請求項23に記載の触覚アセンブリ。
【請求項２５】
前記インタフェースは、前記縦軸(X)に対して直角の、少なくとも1つの方向(Y、Z)を中心に自由に回転する、請求項23又は24に記載の触覚アセンブリ。
【請求項２６】
前記縦軸に対して直角の、少なくとも1つの軸に沿って動くか、あるいは、前記縦軸を中心に回転する間に、抵抗に抗する、フォースフィードバック・デバイスを備えた、請求項24又は25に記載の触覚アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、触覚デバイスの分野並びに、仮想現実及び自動車の分野において用いられる、ユーザにフォースフィードバックを提供する感覚的なインタフェースに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の触覚インタフェースは、例えば自動車に搭載される触覚インタフェースとして用いられ、車の運転手の役に立つ。このインタフェースは、フォースフィードバックを有するノブ状をしているため、ユーザは、例えばGPS(全地球測位システム)、ラジオ、空調などのような、様々な車載機又は装備品とやりとりをすることができる。
【０００３】
このようなノブは、実際には、最高級の車に用いられている。
【０００４】
このノブは、感覚的なフォースフィードバックを有していない。1つのノッチから次のノッチへと変えるのにユーザが感じる抵抗力は不変であり、これはノブの設計中に予め規定されている。従って、フォースフィードバックの強度は一定であり、ノブ又は必要とされる制御機種の操作速度に無関係である。
【０００５】
ノブによって加えられる抵抗力は、減速ギアに関連するDCモータによって得られる。第1に、この種の抵抗発生器は、ユーザがその力を感じるほどの感度を提供していない。第2に、そのサイズ及び質量は無視することができない。このことが、搭載システムにおける用途を制限している。
【０００６】
磁気粘性流体を用いてフォースフィードバックを得る触覚インタフェースもある。この流体に磁界を印加することによって、その流体の見掛けの粘度が増加するため、ノブに固定されて、この流体中に浸漬された要素に制動力を加えることができる。この種のインタフェースは、特許文献1に記載されている。しかしながら、搭載システムに適用する場合に、既知の構造を有する既知のインタフェースは、そのサイズと、ノブによって発生させる抵抗トルクと、磁気粘性流体中に磁界を発生するための電力の消費量との間で魅力的な妥協点を見出すことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第2002/0057152号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の1つの目的は、より小さな体積の範囲内で、広範囲にわたる抵抗トルクを発生するフォースフィードバックを有し、消費電力を搭載用途に適合させた、触覚インタフェースを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、相互作用する、使いやすくて、直感的で、高性能なツールを提供するフォースフィードバックを有する、触覚インタフェースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的は、ユーザによって操作されるノブの動きに対する抵抗力が磁気粘性流体を用いて生成され、この流体の見かけの粘度の変更が、可変磁界を生成するシステムに関連付けた、1個又は数個の永久磁石を有する磁気回路によって得られる、触覚インタフェースによって達成される。
【００１１】
従って、現状の技術による、磁気粘性流体を用いるインタフェースとは異なり、本発明では、電力の供給がない場合でも抵抗力を与えることができる。永久磁石の磁界は、可変磁界を生成するシステムを用いて、なくすか、あるいは、強化することもでき、可変磁界生成システムは、フォースフィードバックの値を固定させる電気モータを有する既存のインタフェースとは異なり、各種類のインタフェース動作に適用できる広範囲の抵抗トルクを生成するのに用いることができる。
【００１２】
例えば、磁石によって発生される磁界は、流体の見かけの粘度がノブのいかなる動きも阻止し、従って、インタフェースを電流がない状態にロックするのに十分である。このインタフェースは、可変磁界を生成するシステムを用いて磁界をかけることによってアンロックされる。既存のインタフェースとは異なり、これにより、ノブを阻止するのに磁界生成システムに電力を供給する必要がなくなり、あるいは、ノブをロック又はアンロックして、インタフェースを使用し難くし、直感的でなくするのに複雑な機構を必要としなくて済む。
【００１３】
この広範囲の抵抗トルクは、最大の抵抗力を生成するのに必要とされる磁界の一部又は全部が、永久磁石によって、電力を消費せずに生成されるため、低消費電力にて得られると共に、サイズも制限される。
【００１４】
さらに、本発明によれば、作動範囲を既存のインタフェースの作動範囲と同じとすることができるが、電力消費量は低減される。電力は、磁石の磁界に加えられ、従って、知覚されるトルクの大きさを増大させる磁界を生成するか、あるいは、磁石の磁界に対抗し、磁石の効果を相殺する磁界を生成するのに用いられる。このことは、所定電力の使用範囲を2倍にする。
【００１５】
従って、開発した触覚インタフェースは、サイズをより小さくし、電力消費量をより低くしながら、磁気粘性流体により、ノブにかかる力を半能動的に制御して、異なる感覚を生成することができる。「半能動システム」とは、「能動システム」と「受動システム」との間で兼ね合いを取るシステムを意味する。それは、リアルタイムで制御することができるが、エネルギーは、制御システムに注入されない。それは、所定の制御則に従って、エネルギーを吸収/散逸することによる反応によって、ユーザが感知する触覚フィードバックを制御する。
【００１６】
一の特に有利な実施例では、相互作用要素は、円形の断面を有する円筒状の要素を備え、磁界を生成する手段は、この相互作用要素に対して半径方向の磁界を生成する。
【００１７】
次に、本発明の主題は、主として、ユーザと相互作用する要素と、該ユーザ相互作用要素が回転するように固定される、縦軸を有する回転シャフトと、磁気粘性タイプの流体と相互作用し、前記シャフトに回転するように固定される要素と、前記流体中に磁界を生成するシステムと、前記磁界を変えるために前記磁界生成システムに命令を生成することができ、可変磁界を生成する手段及び永久磁界を生成する手段を有する制御ユニットとを備えた、触覚インタフェースである。
【００１８】
本発明による触覚インタフェースは、前記シャフト用に対する、少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサを備え、前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサによって提供される情報の関数として命令を生成する。
【００１９】
他の例では、制御ユニットは、一定の又は可変の所定時間間隔にて、磁界生成システムへの命令を生成する。
【００２０】
前記磁界を生成するシステムは、減衰力を増大させることができる放射磁界を生成するのが有利である。
【００２１】
例えば、永久磁界を生成する手段は、少なくとも1つの永久磁石を備え、可変磁界を生成する手段は、少なくとも1つの電磁コイルを備える。これらの2つの要素は、強磁性体でできた磁気回路を伴う。コイルの中心線が、回転軸の中心線と一致するのが有利である。
【００２２】
例えば、流体相互作用要素は、縦軸を中心に回転する、少なくとも1つの円筒形状の側壁とヘッド部とを備え、前記ヘッド部は、回転シャフトに固定され、流体は、前記側壁の内面及び外面に接触する。前記流体相互作用要素は、互いに間隔をあけて、ヘッド部に固定される、数個の同心状の側壁を備え、流体に印加されるせん断力を増大させるのが有利である。
【００２３】
一の例示的な実施形態において、永久磁界を生成する手段は、流体相互作用要素の内部に配置され、該要素に対して不動であり、且つ可変磁界を生成するのに用いる手段は、流体相互作用要素の内部に配置され、該要素に対して不動である。このコイルは、永久磁石を包囲することができる。
【００２４】
一の変形例では、永久磁石は、コイルを包囲する少なくとも1つのスリーブを備える。
【００２５】
他の変形例では、永久磁界を生成する手段は、相互作用要素の、2つの同心状の側壁の間に配置され、これらの側壁に対して不動である。
【００２６】
さらに別の変形例では、永久磁界を生成する手段は、流体相互作用要素に固定され、且つ可変磁界を生成する手段は、該流体相互作用要素に対して不動である。
【００２７】
可変磁界を生成する手段を流体相互作用要素の内部に配置し、該要素に対して不動とすることもできる。
【００２８】
永久磁界を生成する手段及び可変磁界を生成する手段を、流体相互作用要素に固定することもできる。
【００２９】
他の例示的な実施形態においては、シャフトは、磁界生成システムを貫通する。
【００３０】
例えば、位置センサを軸の縦方向端部にて設けることができ、当該位置センサは、回転するようにシャフトに固定される部分と、シャフトに対して不動である部分とを備えることができる。シャフトに固定する部分を光学ホイールとし、且つ不動部分を光学フォークとすることができる。
【００３１】
本発明によるインタフェースは、シャフトを片側から反対側へと貫通し、縦方向に動くことができるロッドを備え、該ロッドの変位を検出するためのデバイスが設けられているのが有利である。
【００３２】
このインタフェースは、ユーザ相互作用要素の温度を変えることができる熱デバイスを備えることもでき、この熱デバイスは、少なくとも1つのペルチェ・セル(Peitier cell)、及び/又は、ユーザ相互作用要素を振動させることが可能なデバイスを備える。
【００３３】
本発明の主題は、フレームと、このフレームに取り付けた、本発明によるインタフェースとを備え、前記インタフェースは、前記シャフトの軸に沿って自由に動く、触覚アセンブリにもある。
【００３４】
このインタフェースを、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの方向に沿って自由に並進し、及び/又は、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの方向を中心に自由に回転するものとすることができる。
【００３５】
本発明による触覚アセンブリは、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの軸に沿って、あるいは、前記縦軸を中心に回転する間に、抵抗に抗する、フォースフィードバック・デバイスを備えることができる。
【００３６】
本発明は、以下の記載及び添付の図面を読んだ後に、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明による触覚インタフェースの第1の例示的な実施形態の縦方向概略断面図である。
【図１Ｂ】図1Aに示すインタフェースの産業的な実施形態の透視縦方向断面図である。
【図２】永久磁石が自由に動く、図1に示すインタフェースの第1の変形例の縦方向断面図である。
【図３】図1に示すインタフェースの第2の変形例の縦方向片側断面図である、
【図４】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、本発明による触覚インタフェースの第2の例示的な実施形態の縦方向片側断面図である。
【図５】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図4に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。
【図６】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図4に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。
【図７】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図4に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。
【図８】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図4に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。
【図９】ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図4に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。
【図１０】シャフトは中空で、シャフトの下方にクリック・タイプのノブを位置させるのに用いられ、図4と同一のインタフェースに、ノブの縦変位を統合した、縦方向断面図である。
【図１１】本発明によるインタフェースの第3の例示的な実施形態の一変形例を示す図である。
【図１２】本発明によるインタフェースの第3の例示的な実施形態の異なる変形例を示す図である。
【図１３】並進デバイスに関連する、本発明によるインタフェースの斜視図である。
【図１４】回転デバイスに関連する、本発明によるインタフェースの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明による触覚インタフェースについての例示的な実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
この触覚インタフェースは、一般にインタフェース用の回転軸を成すX軸を中心に少なくとも1度の回転を有する。
【００４０】
図1A及び図1Bは、ユーザによって操作され、X軸を有するシャフト2の周りを自由に回転して動くように取り付けられた、以下「ノブ」と称する要素1と、シャフト2の回転に抗する抵抗力を生成するデバイス4とを備えた、本発明によるインタフェースの第1の例示的な実施形態を示す。
【００４１】
このデバイス4は、磁界によって特性が変えられる流体と、ハウジング8内に入れる、磁界を生成するシステム6とを備えている。流体は、例えば、磁気粘性流体5とすることができる。
【００４２】
円筒形状のハウジング8は、側壁8.1、底部ヘッド8.2及び頂部ヘッド8.3によって形成される。
【００４３】
シャフト2は、頂部ヘッド8.3を貫通して、ハウジング8の内部まで達する。
【００４４】
ハウジング8は磁気粘性流体5を閉じ込める密封チャンバ10を画定し、このチャンバは、システム6が発生する磁界に曝される。
【００４５】
デバイス4は、シャフト2に回転するように固定されると共に、密封チャンバ10内に収容される要素12も備えている。この要素は、磁気粘性流体5と相互作用し、要素12の回転は、磁気粘性流体5によって、その見掛けの粘度に依存して多少遅くなる。
【００４６】
図示例では、要素12は、円筒状のベル形状をしており、側壁12.1とヘッド部12.2とで形成される円形断面を有する。密封チャンバの形状は、ベル12の形状に相当し、これは、流体の必要量を低減する。流体と相互作用する要素12の縦断面は、逆U字型である。
【００４７】
ヘッド部12.2は、密封チャンバ10に達しているシャフト2の端部に固定される。
【００４８】
側壁12.1は、磁界、有利には強磁界を伝導可能な材料からつくられ、側壁の透磁率を下げて、磁界の伝導性を良くする。
【００４９】
図示例では、密封チャンバ10は、磁気粘性流体5で完全に満たされている。従って、ベル12は、磁気粘性流体5内に完全に浸される。特に、側壁12.1の内面及び外面は、磁気粘性流体5に接触する。しかし、側壁12.1のみを磁気粘性流体5に浸してもよい。
【００５０】
シャフト2は、磁気粘性流体5から密封分離した軸受部14.1、14.2によって支持される。図1Bにて見ることができる封止素子16が、密封チャンバ10と、軸受部14.1、14.2を収容している箇所との間に設けられている。この封止手段は、回転シャフト2を包囲するものであり、回転シャフト2を包囲して動的封止をする内側リップ16.1と、ハウジングに静的に接する外側リップ16.2とを備えている。漏れ止めは、従来の、他の任意タイプのシールか、例えば、永久磁石によって定位置に保持される、磁性流体のような他のシールによって達成することができる。
【００５１】
磁界生成システム6は、可変磁界を生成して、磁気粘性流体5の粘性を変えることができる。
【００５２】
本発明によれば、システム6は、例えば永久磁石のような、電力の供給がない場合に永久磁界を生成する手段18と、可変磁界を生成可能な手段20とを備える。
【００５３】
単純化のため、永久磁化手段18を永久磁石と称するが、かような磁化を提供する他の任意のデバイスも本発明の範囲内である。
【００５４】
図示例では、磁石は、ベル12の内側に配置されるディスクで形成する。
【００５５】
可変磁界を生成する手段20は、例えば、ベル12の内側に配置され、永久磁石18を包囲する少なくとも1つのコイルによって形成される。1つ又は複数のコイルは、縦軸Xと一致する軸を有する。
【００５６】
さらに、システム6は、磁力線がベル12の側壁12.1を通過し、ハウジングの側壁8.1の内側で閉成するように磁界を案内する磁気回路を備え、磁界は、実際上、側壁12.1の両側における磁気粘性流体5に影響を及ぼす。一般に、永久磁石18及びコイル20は、流体を通過し、磁石及びコイルにて閉成する磁界を生成することができる。
【００５７】
磁気回路は、磁界を伝導することができる材料製で、ベルの内部に位置付けられ、永久磁石18とコイル20とを内部に位置させるコアを形成する部分22を備えている。
【００５８】
図示例では、通常の円柱状のコア22は、下側部分22.1及び上側部分22.2を有しており、磁石及びコイルがこれら2つの部分22.1と22.2との間に挟まれる。
【００５９】
チャンバ10は、第1に、コア22の外側面、ハウジングの外側側壁8.1及び回転シャフト2が貫通する上側の隔離壁25によって画定される。
【００６０】
特に、図示例では、部分22.1及び22.2の各々は、大径部と小径部との間に画定された肩部23.1、23.2を備え、磁石18は、小径部の遊端間に配置され、コイル20は、2つの軸端を経て、肩部23.1、23.2にもたれて小径部の周りに取り付けられる。
【００６１】
磁気回路は、密封チャンバ10の外壁を形成する、ハウジング8の外壁8.1も備える。
【００６２】
外壁8.1の全体ではなく、外壁8.1の内側部分のみを磁性材料製とし、磁界をさらに閉じ込めるようにすることもできる。
【００６３】
磁気回路は、触覚デバイスの外側の囲いを成す包囲体9内に収まる。
【００６４】
磁気回路は、磁界を伝導することができる材料製のベル12の側壁12.1によっても形成される。
【００６５】
磁石の磁力線LCAは、コアの上側部分22.2、次いで、ベル12の側壁12.1を経てチャンバ10、ハウジング8の外側側壁8.1、コア22の下側部分22.1を通過して、磁石18にて閉成する。
【００６６】
コイル20の磁力線LCBは、永久磁石18の磁力線LCAと同じ磁気回路を辿る。
【００６７】
本発明によるこの構造は、磁石18及びコイル20によって生成される磁界を極めて良好に案内する。
【００６８】
従って、コイル20を流れる電流の方向及び強度を制御して、磁石18によって発生される磁界を増幅させるか、又は低減させるか、又はなくすことさえもできる。
【００６９】
中央のコア22及び側壁8.1は固定子を形成し、X軸の周りを回転するベル12は、回転子を形成する。
【００７０】
ハウジングの頂部ヘッド、軸受部14.1、14.2、シャフト2及び、ベルのヘッド部12.2は、非磁性材料でつくり、ハウジングの底部ヘッド8.2も非磁性材料でつくり、磁力線が分散しないようにするのが有利である。
【００７１】
ベル12、従って、ノブ1の角度位置を測定するための手段28も設けられている。例えば、これらの手段は、2つの軸受部14.1と14.2との間に配置され、シャフト2と一緒に回転するように固定するエンコーダホイール28.1によって形成される光学エンコーダタイプの回転センサと、ハウジングに固定する光学フォーク28.2とによって形成される。
【００７２】
ベル12の位置のロジック又はアナログ画像を提供することができる任意のセンサが本発明の範囲内である。
【００７３】
センサ28は、その測定値を送信する制御ユニット(図示せず)に接続される。
【００７４】
コイル20は、制御ユニットによって制御される電流源(図示せず)に接続され、センサ28によって測定される、ベル12、従ってノブ1の位置の関数として、コイル内の電流の強度及び方向を変える。
【００７５】
本発明による、この触覚インタフェースの動作について説明する。
【００７６】
ユーザがノブ1を操作すると、特に彼がノブ1を、X軸を中心に一方向又は他方向へ回転させると、回転センサ28がシャフト2の回転を検出し、この情報並びに、シャフト2、従ってベル12の角変位、角速度、及び/又は、角加速度の測定値を制御ユニットに送信する。
【００７７】
受け取った情報の関数として、制御ユニットは、電源に命令を生成し、予め記録したモデルの関数として、又は、例えば、自動車のGPSシステムのような外部システムとの通信の関数として、所定の強度を有する、所定の方向への電流をコイル20に送る。
【００７８】
制御ユニットが、永久磁石18によって発生される磁界が、流体5の見掛けの粘度を変えて、ベル12に十分な抵抗力を生成するのに十分であると決定する場合には、この電流を零とすることができる。
【００７９】
この電流は、磁界を、従って、流体の見掛けの粘度を、結果として、ベル12への抵抗力を増大させる。
【００８０】
この電流により、コイル20が永久磁石18によって発生される磁界の方向とは反対方向の磁界を生成し、2つの磁界が一緒になって、永久磁石18のみによって発生される磁界の強度より低い強度、又は零強度の合成磁界が得られるようにすることもできる。
【００８１】
コイルに送られる電流の特性は、ノブ1を回す速度に依存してもよい。センサは、変位、速度、又は加速度センサとすることができる。動きに関する情報は、制御ユニットによって処理され、電源デバイスに送信する設定値を規定する。
【００８２】
本発明では、電流がない場合でも、抵抗力を発生させることができる。従って、永久磁石の磁界が流体の見掛けの粘度を変えて、ベルにかかる抵抗力がノブを固定させるように、永久磁石(特にそれが発生する磁界)を選定することにより、何ら電気を消費することなくインタフェースをロックさせることができる。
【００８３】
さらに、永久磁石とコイルとを対にすることによって、高い磁界の値を達成することができ、従って、インタフェースのサイズ及び必要電力を抑えながら、高い抵抗トルクをベルに加えることができる。
【００８４】
1つのコイルのみを用いる既存のシステムは、同じ抵抗トルク値を得るのに非常にサイズが大きくなる。
【００８５】
図2は、図1A及び図1Bのインタフェースの変形例を示し、この例では、永久磁石18’をベル12に搭載する。
【００８６】
特に、ベル12は、その側壁12.1の内面上の磁石18.1'と、外面上の磁石18.2'とを備えている。例えば、これらの磁石は管状とすることができる。図示例では、ベルは、その高さの中央付近に、環状の突起30を備えており、管状の磁石18.1’及び18.2’は、この突起の上方及び下方に配置される。
【００８７】
ベルの一端から他端まで延びる永久磁性材料で2つのスリーブを作ることができる。
【００８８】
図3は、ベルを二重にして、流体との相互作用表面積を増大させる、本発明によるインタフェースの他の変形例を示す。
【００８９】
図示例では、ベル12は、ヘッド部12.2に互いに離間して固定される、同心の円筒状の外側及び内側の側壁12.1’及び12.1’’を備え、これらを2つの壁の間に流体が入ることができる。
【００９０】
流体は、2つの同心の側壁の各側部に位置し、流体の共有面は、図1A及び図1Bに示すインタフェースの約2倍となる。2つ以上の同心側壁を設けることが可能であり、特に、その数が最大許容サイズに依存することは明らかである。
【００９１】
図示例では、永久磁石18’’は、2つの側壁12.1’と12.1’’との間に配置され、この永久磁石は図2に示す永久磁石と同一であるものの、それは、ハウジング8の底部ヘッド8.2に固定され、ベルの2つの側壁12.1’と12.1’’との間に挿設されるスリーブを形成するため、ベルに対して不動である。
【００９２】
数個の同心側壁で形成されるスカート部を有するベルを、図1A及び図1Bにおけるものと同一の構造で用いることもできる。
【００９３】
図4は、本発明によるインタフェースの他の例示的な実施形態を示す図であり、このインタフェースは、回転シャフトが固定子、特に磁界生成システムを貫通している点において、上述のものと異なる。
【００９４】
この例示的な実施形態を説明するために、図1A及び図1Bの説明に用いたものに100を加えたのと同じ参照符号を用いる。
【００９５】
このインタフェースは、ユーザによって操作されるノブが第1の端部102.1に固定される、縦軸Xを有するシャフト102を備えている。
【００９６】
シャフト102は、軸受部114.1及び114.2を用いて、ハウジング108内で自由に回転するように固定される。
【００９７】
ハウジング108は、固定子を形成し、シャフト102は、ベル112が固定され、磁界で変化し得る粘性特性を有する流体中に浸漬される、回転子を形成する。
【００９８】
図1A及び図1Bに示す実施例とは異なり、シャフトは、中央のコアを一方の側から他方の側へと貫通する。
【００９９】
ここに示す、位置、速度、又は加速度センサ128は、ノブ(図示せず)が固定される端部とは反対側のシャフト102.2の下端に位置する。センサ128は、上述のものと同一のタイプであり、例えば、エンコーダホイール128.1及び光学フォーク128.2を備える。センサは、軸受部114.2で流体から隔離される。
【０１００】
磁気回路は、図1A及び図1Bに示す例と同様のものであり、コアの中央におけるディスク状の永久磁石118と、コイル120とを備える。
【０１０１】
ハウジングの側壁108.1及びコア122は、磁性材料でつくられる。
【０１０２】
このインタフェースは、図1A及び図1Bに示すのと全く同じように作動するため、再度説明はしない。
【０１０３】
図5は、永久磁石118がベル112の内側のコア内に位置せず、代わりに、ハウジングの側壁108.1内に位置する、インタフェースの第2の例示的な実施形態の変形例を示す。この構成において、磁石は、コイル120と半径方向に整列し、且つこのコイルと同軸に設けられる、リングの形状をなしている。側壁108.1は、磁界を伝導可能な材料でつくられる。
【０１０４】
図4のインタフェースの他の変形例を図6に示し、この場合には、永久磁石118を、中央のコア122内と、ハウジング108の側壁108.1内との双方に位置させる。
【０１０５】
図7は、永久磁石118を、コア122内に位置させるのではなく、コアの外層を成すコアの外側に位置させる、第2の例示的な実施形態の他の変形例を示している。
【０１０６】
図示例では、中央コア122は、一体成形の磁性材料でできており、この中央コアは、コイル120が取り付けられる環状の溝を備えている。コイル120は、コアの半径方向の外周から半径方向に突出している。
【０１０７】
磁石118は、2つの円筒状スリーブ118.1、118.2で形成され、その一方がコイルの上方に配置され、他方がコイルの下方に配置される。
【０１０８】
ハウジングの側壁108.1内に永久磁石118を配置することもできる。
【０１０９】
さらに、図8は、永久磁石118が中央コア122の外周上及び、ハウジングの側壁108.1内に配置されるインタフェースを示す。
【０１１０】
側壁108.1は、磁界を伝導可能な材料でつくられる。
【０１１１】
図9は、永久磁石118が自由に動き、且つベル112の側壁112.1に固定された、他の変形例を示している。
【０１１２】
図3と同様の数個の同心のスカート部を有するベルを備える、第2の例示的な実施形態によるインタフェースも本発明の範囲内に含まれる。
【０１１３】
図10は、自由度がノブに追加された、図4のインタフェースを示す。ノブは、X軸に沿って自由に動くことができる。このことは、シャフト102を中空にして、シャフト102の内部に、X軸に沿って自由に動くロッド103を取り付けることによってなされる。ロッド103は、第1の軸端103.1にてノブに固定される。このロッドは、一方の側から他方の側へとシャフト102を貫通する。
【０１１４】
ロッド103及びシャフトは、回転するように固定され、ノブの回転は、ロッド103を介してシャフトに伝えられる。
【０１１５】
軸変位センサ134は、ロッド103の軸方向変位量を検出するために設けられる。例えば、このセンサは、ロッド103の第2の縦方向端部103.2に対向している、ハウジングの底部ヘッド108.2に配置する電気的接触器134とすることができる。ロッド103が、矢印135に沿って軸方向に下方に動くと、このロッドは、接触器134を作動させる。この電気接触器を制御ユニットに接続して、例えば、確認システムとして用いることができる。
【０１１６】
次いで、ユーザは、X軸の周りにノブを回転させてスライドを動かし、且つノブを押して、ロッド103を軸方向に変位させて、接触器134を切り替え、この選択を確認することによって、片手でメニューのタブを選ぶことができる。
【０１１７】
軸変位センサ134は、例えば、光学的又は磁気的な、他の任意タイプのものとすることができる。
【０１１８】
図示例では、ロッド103のみが、X軸に沿って動く。しかしながら、ハウジング及びノブによって形成されるインタフェース全体が、X軸に沿って動くようにすることもできる。
【０１１９】
この追加の自由度を、全ての例示的な実施形態に適用することができることは明らかである。
【０１２０】
第2の例示的な実施形態は、使用されていないインタフェースの底部ヘッドを用いることにより、ノブの変位を容易に捕えることができるため、特に、ノブの縦変位の検出に適している。
【０１２１】
図11及び図12は、インタフェースが流体中で相互作用するベルを備えておらず、回転シャフトと一緒に回転するように固定される中央コアが、制動をかける流体と直接に相互作用する点において、第1及び第2の例示的な実施形態と異なる、本発明によるインタフェースの第3の例示的な実施形態を示している。
【０１２２】
この図の参照符号は、第1の例示的な実施形態において用いられるものに200を加えたものと同じである。
【０１２３】
図11にて明らかなように、コア222及びシャフト202は、回転するように固定され、コアは流体中で回転するように駆動される。
【０１２４】
コア222は、ノブに固定するシャフト202の一部を形成する軸方向突起202.1がある上半部236と、位置センサ228が固定される、軸方向突起202.2がある下半部238とを備える。これらの2つの半部は互いに固定され、例えば接着されるか、あるいは他の任意の手段によって固定することができる。
【０１２５】
ディスク形態の永久磁石218は、上半部236と下半部238との間に挿入される。コイルは、磁石218と共に回転する中央コア内に搭載される。
【０１２６】
図12は、コイル及び磁石が、磁石218と一緒に回転する中央コアに搭載される、さらに別の変形例を示す。永久磁石218をハウジングに固定させ、コイル220のみを中央コア222に固定させることもできる。
【０１２７】
上述のコイル及び/又は磁石の数は、決して制限されず、それらは構成に応じて変えることができることは明らかである。これらの形状、特に磁石の形状についても、決して制限されない。
【０１２８】
図13は、シャーシ42に取り付けたデバイス40に統合させる、本発明によるインタフェースを示し、デバイス40は、シャーシ上をY及びZ軸に沿って並進可能に、従って、「ジョイスティック」タイプの制御器を形成するように取り付けられる。このデバイスは、これらY及びZ方向にフォースフィードバックシステムを備えることができる。
【０１２９】
図14において、インタフェースは、Y及びZ軸の周りをそれぞれ矢印44、46の方向に沿って自由に回転するように取り付けられる。
【０１３０】
例えば、こうした統合は、ノブが既に結合されている機能部を追加するのに用いることができる。
【０１３１】
例えば、ペルチェ・セルを用いて、温度変化をシミュレーションするのに、熱デバイスをノブに組み込むことができる。従って、例えば、暖房調節システムの制御のために、温度降下を命じているユーザは、ノブを操作している彼の指で寒さの印象を感じ、温度上昇を命じる場合に、彼は、ノブを操作している彼の指で、熱さの印象を感じることになる。従って、ユーザに伝えられる情報は、より直観的となり、ユーザは、彼が感じるもののみに応じてノブを作動させることができる。ドライバは、もはやスクリーンに注目する必要はなく、従って、運転の安全性及び快適性が向上する。
【０１３２】
ノブに振動を発生させるデバイスを設けて、ユーザに追加の情報を与えることもできる。例えば、ユーザがメニュー操縦している間に電話を受信する場合に、彼は振動により知らされる。
【０１３３】
力又はトルクのセンサを用いて、ノブに加わる力又はトルクを測定し、抵抗をこの力又はトルクの値に適合させることもできる。例えば、ノブに加わるトルクが高い場合には、流体によって発生させる回転に対する抵抗力を、より高い磁界を生成することによって増大させることができる。
【０１３４】
制御ユニットが、回転シャフトの角度位置、ノブの角加速度又は角速度以外の情報、例えば、制御ユニットに加わる圧力の情報、車両状態(例えば、速度、GPS位置、内部及び外部の温度など)に関する情報を受信して、流体に印加する磁界を制御することができることは明らかである。
【０１３５】
適用するフィードバックは、例えば、タイムベースを用いて、外部情報に無関係とすることもできる。触覚フィードバックは、実際に成される動きでなく、時間に依存する。例えば、突然の触覚の変化は、回転速度に関係なく、一定の頻度で加えることができる。
【０１３６】
外部情報とタイムベースとを結合して、磁界生成システムを制御することもできる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005523444.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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