JP2012524506A - 電磁アクチュエータ及び触感フィードバックを有する関連制御装置 - Google Patents

電磁アクチュエータ及び触感フィードバックを有する関連制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】 本発明は、ユーザに触感フィードバックを伝えるための触感フィードバック制御装置(1)へ搭載させる電磁アクチュエータに関し、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、固定部(9)及び可動部(11)を備え、前記固定部(9)及び前記可動部(11)は、前記固定部(9)及び前記可動部(11)の間にある少なくとも1つのエアギャップ(e)を画定する電磁回路を形成している。前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は更に、第1の反磁場(B1)及び第2の反磁場(B2)をそれぞれ発生させる少なくとも2つの永久磁石(23a、23b)と、巻線が前記第1の反磁場(B1)及び前記第2の反磁場(B2)を通って連続的に延びるように、前記2つの永久磁石(23a、23b)の間に形成された前記電気コイル(25)とを備え、電流が前記電気コイル(25)を通って流れたとき、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、前記エアギャップ(e)において前記可動部(11)を移動させるように、通常の駆動方向に合成動作力を受けるようになっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、触感フィードバックをユーザに伝えることを可能にする制御装置へ搭載させる電磁アクチュエータ、例えば振動フィードバックに関する。また本発明は、上記制御装置にも関する。
自動車業界において、エアコンディションシステム、オーディオシステム、さもなければナビゲーションシステムのような、電気又は電子システムを制御するために、例えば、ジョイスティック又は回転ノブの形状の多機能制御装置を使用することが増えている。
このような装置は、表示画面に関連付けられ、システムに関連する様々な制御を備えたポップアップメニュの周辺のナビゲーションを制御しうるようにされる。
操作快適性を増大させるために、このような制御装置の制御面で、接触表面を有するセンサを用いる技術の開発は有用であると考えられる。
ユーザが、このようなセンサの接触表面に圧力を加えたとき、その圧力を測定すること、及び/又は適切な電圧を測って、圧力が加えられる位置を決定することができる。この場合、ユーザによる接触表面上の圧力は、例えば、制御コマンドの選択と関連付けられている。
更に、ユーザのコマンドが考慮されたことをユーザに信号で知らせるために、特に夜のドライブ中、又は手探りで操作するときに、ユーザが触感フィードバックを持っていることが不可欠になる。
この目的のために、触感フィードバックを有する制御装置が、既に公知となっている。触感フィードバックを有する制御装置は、プレートに振動動作を伝達するために、接触表面のプレートにリンクされ、ユーザのコマンドが実際に考慮されたことをユーザに知らせる触感フィードバックをユーザが感知するために、電磁アクチュエータを備えている。
本発明の目的は、従来技術に対して最適化された電磁アクチュエータを提供することである。
この目的のために、本発明は、ユーザに触感フィードバックを伝えるために触感フィードバックを有する制御装置へ搭載させる電磁アクチュエータに関し、前記電磁アクチュエータは固定部及び可動部を備え、前記固定部及び前記可動部は、前記固定部及び前記可動部の間に少なくとも1つのエアギャップを画定する電磁回路を形成し、更に、前記電磁アクチュエータは、それぞれ第1の反磁場及び第2の反磁場を生成する少なくとも2つの永久磁石と、巻線が連続して前記第1の反磁場、及び前記第2の反磁場と交差するように、前記2つの永久磁石の間に配置された電気コイルを備えていることを特徴としている。
前記電磁アクチュエータは、前記電気コイルが電流でトラバースされたとき、前記エアギャップにおいて移動する間の前記可動部を駆動するように、通常駆動方向に沿って合成動作力を受ける。
このような電磁アクチュエータは、改善された方法により、前記アクチュエータの前記可動部にリンクさせられた、対応する前記制御装置の前記プレートの前記平面で、前記触感フィードバックを生成するために、前記エアギャップにおいて移動する間の前記可動部を駆動する前記合成動作力を生成することができる。
前記電磁アクチュエータは、更に、以下の1つ又はそれ以上の特徴を、別々に又は組み合わせて備えている。前記2つの永久磁石は、お互いに向き合って配置されている。前記2つの永久磁石は、前記電磁アクチュエータの前記固定部により保持され、前記電気コイルは、前記電磁アクチュエータの可動部により保持されている。前記2つの永久磁石は、前記電磁アクチュエータの前記可動部により保持され、前記電気コイルは、前記電磁アクチュエータの固定部により保持されている。前記2つの永久磁石を保持する電磁アクチュエータの強磁性構造体は、略E型の一般的な形状を示しており、前記強磁性構造体の外枝は、永久磁石をそれぞれ保持し、その中央枝は、前記電気コイルの巻線を支援している。前記電気コイルを保持する前記電磁アクチュエータの前記強磁性構造体は、前記中央枝が係合する開口部を示している。前記2つの永久磁石を保持する前記電磁アクチュエータの強磁性構造体は、強磁性体材料からできている。前記電磁アクチュエータは、前記固定部及び可動部の間にあるエアギャップに緩衝器を備えている。
また本発明は、触感フィードバックを有する、対応する制御装置に関し、前記制御装置は、触感フィードバックをユーザに伝えるプレートと、前記ユーザによる前記接触表面上の圧力を検出するように構成され、前記プレートにより支えられた接触表面センサと、前記プレートにリンクされ、前記触感フィードバックを生成するために、前記接触表面上で圧力が検出されたとき、前記プレートを駆動させるように構成された少なくとも1つの電磁アクチュエータを備え、前記電磁アクチュエータは、固定部及び可動部を備え、前記固定部及び前記可動部は、前記固定部及び前記可動部の間にある少なくとも1つのエアギャップを画定する磁気回路を形成している。
前記電磁アクチュエータは更に、第1の反磁場及び第2の反磁場をそれぞれ生成する少なくとも2つの永久磁石と、巻線が連続的に前記第1の磁場及び前記第2の磁場を交差するように、前記2つの永久磁石の間に配置された電気コイルを備えていることを特徴としている。
前記電気コイルが電流でトラバースされたとき、前記電磁アクチュエータは、前記エアギャップにおける移動の間の可動部を駆動するように、通常駆動方向に沿う合成動作力を受ける。
前記制御装置は、更に、以下の1つ又はそれ以上の特徴を、別々に又は組み合わせて有している。前記制御装置は、少なくとも2つのアクチュエータ、及び、前記接触表面センサにリンクされ、圧力が前記接触表面上に検出されたとき、前記アクチュエータを同時に及び独立的に起動するように構成された処理ユニットを備えている。前記アクチュエータは、前記プレートにより画定された前記平面とほぼ直交する方向に沿って、前記プレートを駆動するように構成されている。前記処理ユニットは、それぞれのアクチュエータに周期的供給信号を独立的に供給するように構成され、前記供給信号は、前記アクチュエータが2つの反対方向に前記プレートを同時に駆動するように、180度位相がずれている。前記制御装置は、前記電磁アクチュエータの形とほぼ似ている一般的な形を示している少なくとも1つの受動アクチュエータにより形成された、前記プレートのための誘導手段を備えている。
本発明の他の特徴及び利点は、一例として示し、本発明を限定するものではない添付図を参照して行う以下の記載から、明らかになると思う。
本発明による少なくとも1つのアクチュエータを備える制御装置の第1の実施形態を示す。 本発明によるアクチュエータを示す。 図2aのアクチュエータの斜視図である。 制御装置の第2の実施形態を示す。 前記制御装置の構成要素を示すブロック図である。
本発明は、ユーザに触感フィードバックを伝えることが可能な触感フィードバックを有する、例えば改良又は選択された制御装置を含む制御装置のための電磁アクチュエータに関する。
例えば振動タイプの触感フィードバックは、前記改良又は選択された制御装置が設けられていることを、ユーザに確実に知らせることができる。
このような制御装置は、自動車の、電気又は電子システムを制御するために、例えば自動車のコントロールパネルにおいて、または自動車の集中制御装置に配置しても良い。
図1は、ユーザに触感フィードバックを伝えるためのプレート3と、触感フィードバックを生成するために、プレート3にリンクされた2つアクチュエータ5a、5Bとを備える制御装置1を示している。当然、1個又は複数のアクチュエータを備えていても良い。
プレート3は、例えば、FSR技術を用いた、すなわち圧力感応抵抗器を用いた圧力センサである接触表面センサ7を支えている。この圧力センサ7は、例えばユーザの指で接触表面上の圧力を検出しうるようになっている。
また、ユーザによる圧力を検出するために、抵抗技術又は光学技術を用いたセンサを採用しても良い。
保護及び装飾表皮(図示せず)を、接触表面センサ7に配置しても良い。
2つのアクチュエータ5a、5bは、プレート3に加えられる負荷をより良く配分するために、例えば、プレート3の反対側の2つの面に配置されている。
各アクチュエータ5a、5bは、電磁的であり、プレート3にリンクされた固定部9及び可動部11を備えている。
制御装置1の固定された筐体13の補助固定手段と連係するために、固定部9のねじ孔を設けることができる。もちろん、固定部9を筐体13上に固定するためには、他の手段によっても良い。
固定部9は、固定部9及び可動部11の間にあるエアギャップの範囲を定めるために、可動部11と向き合って配置されている。可動部11は、触感フィードバックを生成するために、エアギャップにおける移動の間、駆動されるように構成されている。
弾性部材15が、可動部11の動作を誘導するために、エアギャップに配置されている。弾性部材15は、可動部11の動作を緩衝して、固定部9及び可動部11の間のいかなる物理的接触も避けることにより、可動部11の動作の間に発生する騒音を制限することができる。
この弾性部材15は、エラストマ又はシリコンからなっていても良く、固定部9及び可動部11上に、表装モールド成形されていても良い。
自動車規格に対応しうるように、このような制御装置1における触感フィードバックは、非常に小さなずれが必要であるために、弾性部材15は、例えば2mm程度の厚さであるのがよい。
更に、電磁アクチュエータ5a、5bは、プレート3に対してほぼ水平方向に、プレート3を駆動するようになっているのが良い。
代替手段(図1)として、電磁アクチュエータ5a、5bは、プレート3に対してほぼ垂直な、すなわちプレート3により画定された面と直交する方向D1又はD2に沿って、プレート3を駆動するようになっていてもよい。
この場合、対漏洩手段17は、プレート3及び筐体13の部位13aの間に介在されている。対漏洩手段17は、例えばエラストマ又はシリコンのような弾性部材でできている。また、この耐漏洩手段17は、方向D1又は方向D2に沿って、プレートの動作のための緩衝器を形成している。
従って、プレート3の動作範囲は、電磁アクチュエータ5a及び5bの固定部9及び可動部11の間で、一方は弾性部材15により、もう一方は耐漏洩手段17により定められる。
図2a、図2bに良く示されているように、電磁アクチュエータ5a、5bは、例えば軟鉄でできた強磁性構造体21を備えている。強磁性構造体21は、2つの磁石23a及び23b、並びに2つの磁石23a及び23bの間に対置されたコイル25を保持している。
2つの磁石23a及び23bを保持する強磁性構造体21は、電磁アクチュエータ5a及び5b(図1を参照)の可動部11により保持されていても良く、改良型として、電磁性構造体21は、電磁アクチュエータ5a、5b(図3を参照)の固定部9により保持されていても良い。
同様に、コイル25は、電磁アクチュエータ5a及び5b(図1を参照)の固定部9により保持されていても良く、改良型コイルとして、コイル25は、電磁アクチュエータ5a、5b(図3を参照)の可動部11により保持されていても良い。
図3に示す実施形態において、プレート3の形は、コイル25を保持する可動部11に固定しうるようになっている。より詳しく述べると、プレート3は、可動部11に固定しうる2つの延長部を、その端部に備えている。
図2a、図2bに示す2つの磁石23a、23bは、第1の反磁場B1及び第2の反磁場B2を生成するために、お互いに向き合って配置されている同じ極性の永久磁石である。
図示のように、強磁性構造体21は、略E型の一般的な形状を有しており、2つの外枝21a及び21b、並びに中央枝21cを有する。
この場合、弾性部材15は、外枝21a及び21b、並びに中央枝21cにより範囲が定めされるそれぞれのエアギャップに設けられている。
外枝21a及び21bは、磁石23a及び23bをそれぞれ保持している。この目的のために、磁石23a及び23bは、ほぼ平面状であり、外枝21a及び21bに沿って、それぞれ延びている。
中央枝21cは、コイル25の本体に形成された開口部27に係合している。中央枝21cは、コイル25の巻線が、2つの反磁場B1及びB2に連続的に交差するのを支援している。従ってこの中央枝21cは、可動部11の移動の機械的誘導を、更に確実にしている。
図2bに概略的に示されているように、コイル25の巻線は、縦軸L並びに反磁場B1及びB2の両方に垂直な方向D1又はD2に沿って、プレート3の移動が発生するように、磁石23a及び23bにより発生した反磁場B1及びB2と直交するように、電磁アクチュエータ5a及び5bの縦軸Lに沿っている。
ただし、磁石23aにより発生した第2の磁場B1に垂直な第1の方向に沿って、巻線の上部の平面で、電磁アクチュエータ5a及び5bのコイル25に電流を供給することにより、第1の磁場B1及び第1の方向の両方に垂直なラプラス力F11が発生する。同様に、第1の方向とは反対であり、磁石23bにより発生した第2の磁場B2に垂直である第2の方向’に沿って、巻線の下部の平面で、コイル25に電流を供給することにより、第2の磁場B2及び第2の方向’の両方に垂直なラプラス力F12が発生する。発生した2つのラプラス力F11及びF12は、通常駆動方向D1に沿って向いている。また、発生した2つのラプラス力F11及びF12は、その合成動作力がプレート3を方向D1に沿ってずらすために、エアギャップにおいて移動する間の可動部11を駆動するように結合される。
このようなアクチュエータ5a及び5bにより、2つの反対の方向に沿って、交互にアクチュエータ力を発生させることができる。
同様に、電磁アクチュエータ5a、5bのコイル25に電流を供給し、電流の流れの向きを逆にすることにより、方向D2に沿った移動の間、プレート3をずらすことができる。
更に制御装置1は、電磁アクチュエータ5a、5bとほぼ似ている一般的な形を有する少なくとも1つの受動アクチュエータを備えても良い。受動アクチュエータという表現は、このアクチュエータが、触感フィードバックを発生させるために、エアギャップにおいて移動する間の可動部11を駆動するいかなる動作手段も備えていないという事を意味している。
受動アクチュエータは、触感フィードバックが、電磁アクチュエータ、又はアクチュエータ5a及び5bにより発生したとき、プレート3のための誘導に役立つ。従って制御装置1は、制御装置1の全体的な効率を減らす傾向にある超静圧問題を引き起こす恐れのあるいかなる付加的な誘導手段も必要としない。
更に制御装置1は、圧力が接触表面上に検出されたとき、プレート3が駆動するように、それぞれのアクチュエータ1に独立制御信号を供給するために、接触表面センサ7、又は電磁アクチュエータ5a及び5bにリンクされた起動ユニット(図4)を備えていても良い。独立制御信号は、矩形波又は正弦波であっても良い。
接触表面上で検出される圧力の位置に関する機能として、より詳しくは、接触表面センサ7から発生する位置信号に関する機能として、この起動ユニット19は、アクチュエータ5a及び5bを起動しても良い。
起動ユニット19は、例えば、電磁アクチュエータ5a及び5bのそれぞれに周期的供給信号を供給し、前記周期的供給信号は位相がずれていても良い。位相のずれを、検出された圧力の位置に合わせても良い。
改良された実施形態では、電磁アクチュエータ5aがプレート3を方向D1に向けたとき、周期的供給信号は、電磁アクチュエータ5bがプレート3を方向D1と反対である方向D2に向ける(図1及び図3を参照)ように、180度位相がずれている。
このように2つの電磁アクチュエータ5a及び5bを反対向きの位相で起動すると、事実上、加速度を2倍にすることができ、またそのために、触感フィードバックを発生させるための機械的電力を増幅させることができるトグル効果を奏する。更に、可動部11に小さいずれの移動があると、ユーザにはトグル効果があるにもかかわらず、画一的な触覚フィードバックの感触がある。
偶数のアクチュエータが、対になってお互いに向き合って配置され、供給信号が対になって反転していても良い。
別の手段として、起動ユニット19により、それぞれのアクチュエータ1の端子に対して異なる電圧レベルを適用しうるように制御することもできる。
もちろん、接触表面上にある指がずれている間、接触表面上の指の位置に関する機能として、起動ユニット19は独立制御信号を採用しても良い。
従って、例えば、2つの反対の方向に沿って反対向きの位相で起動することにより、更に、逆もまた同様に、指が接触表面に接触するとき、通常方向に沿って同時に起動することにより、触感フィードバックがまず発生されるようにしても良い。
本発明による電磁アクチュエータ5a及び5b、並びにこのような電磁アクチュエータ5a、5bを備える制御装置1は、改良された手段により、接触表面を支持するプレート3に対して水平又は垂直な平面に、ユーザへの触感フィードバックを発生させることが可能である。
1 制御装置
3 プレート
5a、5b 電磁アクチュエータ
7 接触表面センサ
9 固定部
11 可動部
13 筐体
15 緩衝器(弾性部材)
17 対漏洩手段
19 処理ユニット(起動ユニット)
21 強磁性構造体
21a、21b 外枝
21c 中央枝
23a、23b 永久磁石
25 電気コイル
27 開口部
B1,B2 反磁場
D1,D2 方向
F11、F12 ラプラス力
L 縦軸
’ 方向
エアギャップ

Claims (13)

  1. ユーザに触覚フィードバックを伝えるために触覚フィードバックを有する制御装置(1)へ搭載させる電磁アクチュエータであって、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、固定部(9)及び可動部(11)を備え、前記固定部(9)及び前記可動部(11)は、前記固定部(9)及び可動部(11)の間にある少なくとも1つのエアギャップ()を画定する磁気回路を形成し、更に前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、
    それぞれ第1の反磁場(B1)及び第2の反磁場(B2)を発生させる少なくとも2つの永久磁石(23a、23b)と、
    巻線が連続的に前記第1の反磁場(B1)、及び前記第2の反磁場(B2)を交差するように、前記2つの永久磁石(23a、23b)の間に配置された電気コイル(25)とを備え、
    前記電気コイル(25)が電流でトラバースされたとき、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、前記エアギャップ()において移動する間の前記可動部11(11)を駆動するように、通常駆動方向に沿って合成動作力を受けるようになっていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  2. 前記永久磁石(23a、23b)は、互いに向き合って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
  3. 前記永久磁石(23a、23b)は、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の前記固定部(9)により保持され、前記電気コイル(25)は、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の前記可動部(11)により保持されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁アクチュエータ。
  4. 前記永久磁石(23a、23b)は、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の前記可動部(11)により保持され、前記電気コイル(25)は、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の前記固定部(9)により保持されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁アクチュエータ。
  5. 前記永久磁石(23a、23b)を保持する前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の一部は、略E型の形状を有しており、前記略E型の外枝(21a、21b)は、それぞれ永久磁石(23a、23b)を保持し、前記略E型の中央枝(21c)は、前記電気コイル(25)の巻線の持体となっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。
  6. 前記電磁コイル(25)を保持する前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の一部は、開口部(27)を有し、前記中央枝(21c)が係合するようになっていることを特徴とする請求項5に記載の電磁アクチュエータ。
  7. 前記永久磁石(23a、23b)を保持する前記電磁アクチュエータ(5a、5b)の一部は、強磁性体材料からなっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。
  8. 前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、前記固定部(9)および可動部(11)の間にあるエアギャップにおいてダンパー(15)を備えていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電磁アクチュエータ。
  9. 触覚フィードバックを有する制御装置であって、
    触覚フィードバックをユーザに伝えるためのプレート(3)と、
    前記プレート(3)により支えられ、前記ユーザによる接触表面上の圧力を検出するように構成された接触表面センサ(7)と、
    前記プレート(3)にリンクされ、前記触覚フィードバックを発生させるために、圧力が前記接触表面で検出されたとき、前記プレート(3)を駆動するように構成された少なくとも1つの電磁アクチュエータ(5a、5b)とを備え、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、固定部(9)及び可動部(11)を備え、前記固定部(9)及び可動部(11)は、前記固定部(9)及び可動部(11)の間にある少なくとも1つのエアギャップ()を画定する磁気回路を形成し、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は更に、
    それぞれ、第1の反磁場(B1)及び第2の反磁場(B2)を発生させる少なくとも2つの永久磁石(23a、23b)と、
    巻線が連続的に前記第1の反磁場(B1)及び前記第2の反磁場(B2)を交差するように、前記2つの永久磁石(23a、23b)の間に配置された電気コイル(25)とを備え、
    前記電気コイル(25)が電流でトラバースされたとき、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)は、前記エアギャップ()において移動する間の前記可動部(11)を駆動するように、通常駆動方向に沿って合成動作力を受けるようになっていることを特徴とする制御装置。
  10. 前記制御装置は、少なくとも2つのアクチュエータ(5a、5b)と処理ユニット(19)を備え、前記処理ユニット(19)は、前記表面センサ(7)にリンクされ、圧力が前記接触表面上に検出されたとき、前記アクチュエータ(5a、5b)を同時にかつ独立的に起動するように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の制御装置。
  11. 前記アクチュエータ(5a、5b)は、前記プレート(3)により画定された平面とほぼ垂直な方向(D1、D2)に沿って、前記プレート(3)を駆動するように構成されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の制御装置。
  12. 処理ユニット(19)は、それぞれのアクチュエータ(5a、5b)に周期的供給信号を独立的に供給するように構成されており、前記周期的供給信号は、前記アクチュエータ(5a、5b)が2つの反対の方向(D1、D2)に前記プレート(3)を同時に駆動するように、180度位相がずれていることを特徴とする、請求項10と組み合わされた請求項9に記載の制御装置。
  13. 前記制御装置は、前記プレート(3)のための誘導手段を備え、前記誘導手段は、前記電磁アクチュエータ(5a、5b)とほぼ対応する形状を有する少なくとも1つの受動アクチュエータにより形成されていることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の制御装置。
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