JP2022543436A - 受動的触覚インターフェイス - Google Patents

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Abstract

本発明は受動触覚インターフェイスに関し、当該受動触覚インターフェイスは、軸（３）の周りに回転可能、または軸（３）に沿って平行移動可能である第１要素（１）を備え、前記第１可動要素（１）は、第２固定要素（２）と反対に回転、または移動し、磁極ピッチＰｓで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第１磁極を有する。前記第２固定要素（２）は、磁極ピッチＰｒで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第２磁極を有する。ＰｓおよびＰｒは異なる数であり、第１可動要素（１）と第２固定要素（２）との間の磁気相互作用によって、周期Ｐｔで周期的な応力が生成される。磁極ピッチＰｓおよびＰｒは、ＰｔがピッチＰｓおよびＰｒの最小値より厳密に小さくなるように選択される。

Description

発明の詳細な説明
〔発明の技術分野〕
本発明は受動的触覚インターフェイス、すなわち、指または手によって、場合によってはユーザの足によってさえも操作することが可能である、受動的触覚インターフェイスに関する。当該受動的触覚インターフェイスは、電力消費なしに感知される可変応力（variable stress）を提供する。
本発明は、例えばオフィスオートメーションコンピュータ制御インターフェイス、自動車内の制御インターフェイス、または家庭用電化製品の制御インターフェイスに適用される。
〔従来技術〕
手動触覚デバイスは、固定部と可動部との間の磁気相互作用を用いることが知られている。これらの２つの部位は互いに対向しており、それぞれの部位が磁石を備えているか、または、１つの部位が磁石を備え、別の１つの部位が異なる切断された軟磁性（soft ferromagnetic）要素を備え、異なる磁極を形成する。
フランス特許第２９０８９０３号には、ノッチング手段によって少なくとも１つの割り出し位置に保持された可動制御部材を備える、割出デバイス（indexing device）が記載されている。当該特許文献には様々な解決策が記載されており、常に以下を提供する：
ａ）複数の突起を有する金属要素
ｂ）前記金属要素に向けられた磁極と、前記金属要素の反対側に向けられた第２磁極と、を有する、１つ、または２つの磁石。
この解決策には複数の欠点がある。割り出しを確実にする磁気相互作用が、１つ（１つの磁石の場合）または２つ（完全に対向する２つの磁石の場合）の歯に集中する。これは、局所化されたかなり強力な誘引力が働くことを意味する。その結果、トルク／磁石体積比が悪くなる。
さらに、この特許によって提案された解決策は、小型化の可能性を制限し、サイズの問題に直面する。金属要素上に形成される突起の数が多くなると、磁石または一対の磁石の断面を縮小し、発生した磁界が複数の隣接する突起と相互作用することを防ぐ必要がある。しかしながら、磁石の断面を縮小させることによって、トルクが失われ、割り出し抵抗は、もはや顕著でなくなるまで減衰される。歯の間のピッチのサイズが磁石のサイズよりも大きくなければならないので、割り出し精度が制限される。したがって、これらの実施形態においては、割り出し精度を高くすることができない。
中国特許ＣＮ１０８４０００４６も公知であり、当該文献には、輪状の表面、および当該輪状の表面上に交互に配置された静磁石によって形成され、回転部品上に２片の対向する可動磁石が少なくとも備え付けられたデバイスが記載されている。可動磁石と静磁石とは、規則的に連続して配置され、同極による反発力と、異極による誘引力とをもたらす。
この解決策は、満足のいくものではない。なぜなら当該解決策は、必然的に磁石のピッチに限定され、多大な剛性および不十分な精度を有するからである。さらに、当該解決策においては、多数のノッチを生成するために、多数の磁石が必要になる。また、当該解決策は、小さな部品の複雑な組み立てを必要とするので、産業化の困難性を呈する。
欧州特許出願第１１６７１０９号には、選択位置を生成するためのデバイスが記載されている。当該デバイスは、ハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれた少なくとも１つの基体を備え、当該ハウジングは、基体に関連して移動される基本位置磁石配列によって保持される円盤体を支持する。また、当該デバイスは、ある位置配列を含み、それによって少なくともハウジングに対する円盤体の位置が決定される。当該デバイスは、少なくとも１つの磁気要素およびシャフトガイド凹部を備えるステータを少なくとも１つ備え、基体は、前記磁気要素に関連して移動される中空回転体と、少なくとも１つの位置指示歯を備える少なくとも１つの位置指示歯付きリングと、シャフトガイド凹部内に配置されるシャフト要素とから構成され、ハウジング内にはディスク体凹部が設けられている。この実施形態が可能にする精度は中程度でしかない。なぜなら、この実施形態では、ステータに作製、位相調整および位置合わせすることができる歯の数にノッチの数は制限されるためである。
特許ＷＯ２０１３０２３９２２には触覚フィードバックを用いる作動要素を備える制御デバイスが記載されており、この要素はタッチセンシティブ制御面を有し、グリップ部材を使用して操作者が当該作動要素を作動させることが可能である。このデバイスは強磁性材料によって構成された第１および第２平坦構成要素を備え、当該第１および第２平坦構成要素は、それらの大表面が互いに平行になるように配向されている。第１平坦構成要素は、固定されたままである第２平坦構成要素に対して水平方向に誘導されるように平行駆動されることが可能であり、さらに当該第１平坦構成要素は、制御要素を形成するか、またはその移動を完全にまたは部分的に制御要素に伝達する。また、このデバイスはコイルまたは電気導体を備え、当該コイルまたは電気導体は、平坦構成要素間に配置され、第１磁極片に割り当てられるが、当該第１磁極片は第２平坦構成要素に接続され、かつ第１平坦構成要素から突出する。コイルまたは導体に電流を流すことによって、磁界を生成でき、当該磁界によって第１平坦構成要素が休止位置から、第２平坦構成要素に対して水平方向に移動位置まで駆動されることが可能である。
この解決法は受動的ではなく、コイルに電力を供給するためにコイルの電気供給を必要とする。
特開２０１６１７０８８６号には、周方向に沿って所定の角度間隔を有する複数の磁化部により形成される第１要素と、複数の第１磁石を用いる第２要素と、を含むセンサを備えるデバイスが記載されている。周方向に沿った所定の角度間隔を有する第２磁化部分が、周方向の外側の磁化部分と対向できるように、回転動作に基づいて位置決めされる。
ＷＯ２０２００７４６０５には、固定部および当該固定部に関連して回転可能な回転部材を有する、電動車両制御ユニット用の磁気ロータリアクチュエータが開示されている。前記磁気ロータリアクチュエータは、複数の磁気ロック位置を含む磁気ロッキング感覚（magnetic locking sensation）がありを有し、前記固定部と回転部材とは、複数の磁気戻り止め位置を生成するように協働する、少なくとも２つの別々に形成された磁気部材をそれぞれ備える。各ノッチに対して１つの回転子磁石のみがトルクに関与し、応力は非対称であり、磁石の体積と生成されるトルクとの間の比率は不十分である。
これらの装置においては、可動要素の操作時に一連のノッチによって通過した感覚をユーザに与えることが可能であり、連続するノッチの数は、各々の片上の磁気極性の最高数によって決定される。これらのノッチは、固定部と可動部との間の種々の安定な磁気位置に対応する。例えば、特許ＦＲ２９０８９０３において、強磁部が１６の周期的パターンを含み、磁化部が２つの磁石を備える場合、感知されるノッチの数は可動部が完全に回転し終えるまでに１６個である。
可動部が完全に回転し終えるまでに（または所与の角度もしくは直線運動にわたって）、例えば７２など多数のノッチを生成する必要がある場合、従来技術のこれらのデバイスは、多数の磁石または強磁性極を必要とするという欠点を有する。この比較的多数のノッチが小型化の必要性と結びつくと、厳格な公差を維持しつつ、小さな要素を実現することが困難であることにより、産業規模において当該解決法を提供することが著しく困難になる。
さらに、多くの触覚デバイスにおいては、以下の例に限定するものではないが、例えば触覚インターフェイスがマウスであるときのコンピュータポインタの動き、またはダッシュボードスクリーン上のカーソルの動きなど、デバイスの動作を制御できるようにするために位置センサを実装することが、しばしば必要である。従来技術のデバイスは、触覚デバイスの近くに単に配置される光学センサまたは磁気センサをしばしば使用する。したがって、この解決策はかさばるものになるか、または経済的ではない。
［発明の開示］
本発明の目的は、受動的磁化触覚インターフェイスの可動要素および固定要素のより経済的な産業的製造を可能にすることによって、現行の技術の欠点を克服することである。ここでいう「受動的」とは、触覚効果が電力供給なしで得られることを意味する。
これを実現するために、本発明は固定部と可動部とを関連付けることによって、ユーザが感知するノッチの数を決定することを提案する。当該固定部および可動部のそれぞれは、感知されるノッチの数よりも少ない磁極を有し、受動的、すなわち電気コイルを使用せず、かつ電気エネルギを消費しない状態であり続ける。
また、本発明の目的は、触覚デバイスに位置センサを取り付けるための簡単かつ経済的な解決策を提供することである。
より正確には、本発明は軸の周りに回転可能、または軸に沿って平行移動可能である第１要素を備える受動的触覚インターフェイスに関する。前記第１可動要素は第２固定要素とは反対側に回転または移動し、前記第１可動要素は、磁極ピッチＰｓで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第１磁極を有し、前記第２固定要素は、磁極ピッチＰｒで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第２磁極を有し、ＰｓおよびＰｒは異なる数であり、前記第１可動要素と前記第２固定要素との間の磁気相互作用によって、周期Ｐｔでの周期的応力が生成され、磁極ピッチＰｓおよびＰｒは、ＰｔがピッチＰｓおよびＰｒの最小値より厳密に小さくなるように選択される特徴を有する。
好ましくは、磁気要素は周期的に変化する磁化（磁気モーメント）を有する単一の磁石から構成される。
「複数の磁極」は、規則的かつ一定の分布を有し、４を超える相当数を意味する。
好ましくは、前記周期的応力の周期の数（number of periods）は、前記第１可動要素および前記第２固定要素における磁極の周期の数の最小公倍数に等しい。
一変形例においては、前記第１可動要素または前記第２固定要素の一方は、前記複数の第１磁極を形成するＮ極とＳ極とが交互に並んだ円筒形永久磁石を備え、前記第１可動要素または前記第２固定要素の他方は、リングによって接続され、かつ前記複数の第２磁極を形成する複数の歯を有し、前記歯および前記リングは軟磁性材料から製作され、磁気相互作用の前記周期Ｐｔは、ピッチＰｓおよびＰｒの最小値の少なくとも２倍未満である。実際、ＰｓとＰｒとの間の最小公倍数は、閉じた回転式の実施形態の場合には、磁極の総数よりも少なくとも２倍大きい値に対応する。
別の変形例においては、前記第１可動要素および前記第２固定要素は、前記磁極ピッチＰｓおよびＰｒを形成するＮ極とＳ極とが交互に並んだ永久磁石を備える。
あるいは、前記第２固定要素は、前記軸に沿って配向された一方向性の磁化を有する磁石を備え、さらに、それぞれがラジアンで表された前記磁極ピッチＰｓによって間隔を置いて配置された、２π／Ｐｓ個の複数の周期歯（４２）によって半径方向に延伸した軟鉄から製作された２つの強磁性ディスク（７ａ、７ｂ）を、軸方向の両側に備える。
一変形例によれば、第２固定要素は前記軸に沿って配向された一方向性の磁化を有する磁石を備え、さらに、それぞれがラジアンで表された前記ピッチＰｓの各ディスク間において間隔を置いて配置され、２を乗じた前記磁極ピッチＰｓによって間隔を置いて配置された複数の２π／（２＊Ｐｓ）個の複数の周期歯によって半径方向に延伸した軟鉄から製作された２つの強磁性ディスクを、軸方向の両側に備える。
別の変形例によれば、第１可動要素は単極永久磁石の軸方向の両側に２つのディスクを備え、第２固定要素は軟磁性材料から製作されたディスクを備え、前記各ディスクはそれぞれ、前記ピッチＰｓによって間隔を置いて配置され、互いに半径方向に対向した歯によって延伸する。
また、本発明は線形受動的触覚インターフェイスに関し、当該線形受動的触覚インターフェイスは、前記第１可動要素が前記第１可動要素の前記軸に沿った移動に対して横方向に磁化され、歯を有する軟磁性材料から製作された２つの歯付き要素の間において横方向に配置された永久磁石を備え、前記第２固定要素は、バーを形成し、直線的に延伸する歯を備える強磁性材料から製作され、前記第１固定要素は、前記第２固定要素の上方において直線的に移動することを特徴とする。
また、本発明は球形受動的触覚インターフェイスに関し、当該球形受動的触覚インターフェイスは、前記第１可動要素が３本の直交した軸の周囲を回転移動可能なボールジョイントを備え、前記ボールジョイントは、半径方向に延伸する一連の歯を備え、前記第２固定要素は複数の固定要素によって形成され、当該複数の固定要素は、軟磁性材料のシートに垂直に配向された別個の永久磁石の両側に前記シートがスタックされた形態であり、前記シートは、前記ボールジョイントに対向した歯によって半径方向に延伸することを特徴とする。
また本発明は、目触覚インターフェイスの経済的な製造を可能にすることも、目的とする。本発明は特に、回転触覚インターフェイスに関し、前記第１可動要素はディスク部に固定されて軸方向に延伸する永久磁石のリングを備え、前記ディスク部は、前記第１可動要素の位置検出に使用される磁気プレートによって、前記磁石と反対の軸方向に延伸し、前記第２固定要素は、軟磁性材料から製作されるリングを備え、当該軟磁性材料は、前記永久磁石のリングに対向する歯によって延伸する。
一変形例によれば、前記磁石のリング、前記ディスク部、および前記磁気プレートは、それ自体を永久に磁化することができる注入プラスチックバインダを有する単一材料から製作される。
別の変形例においては、前記ディスク部は前記磁気プレートがしっかりと固定された注入プラスチックバインダ材料から製作される。
最後に、前記プレートは、前記ディスク部に注入されたプラスチックバインダ材料から製作されてよい。
〔図面の簡単な説明〕
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な実施形態を読むことによって明らかになるだろう。当該図面は、以下を示している：
－図１は、本発明の第１の実施形態に係る装置の部分断面図である。
－図２は、本発明の第２の実施形態に係る装置の部分断面図である。
－図３は、本発明の第３の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図４は、本発明の第４の実施形態に係る装置の部分断面図である。
－図５は、本発明の第５の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図６は、本発明の第６の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図７は、本発明の第７の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図８は、本発明の第８の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図９は、本発明の第９の実施形態に係る装置の斜視図である。
－図１０は、本発明に係る、図９の代替実施形態である装置の斜視図である。
－図１１は、本発明に係る線形式の変形例であるよる装置の斜視図である。
－図１２は、本発明に係る球形式の変形実施形態の斜視図である。
－図１３ａおよび１３ｂは、本発明に係る装置の、同一の代替実施形態を示す２つの図である。
－図１４ａおよび図１４ｂは、本発明に係る装置の、他の同一の代替実施形態を示す２つの図である。
－図１５は、図４とは別の回転式の変形例である。
－図１６は、２つの永久磁石を使用する回転式の変形例である。
〔実施形態の詳細な説明〕
図１は、本発明に係る回転触覚インターフェイスの第１の実施形態を示す。それは、本実施形態においてはリングの形態の第１可動要素（１）を備える。その外面は、円筒形であり、ユーザによるグリップまたはデジタル操作を改善するように、任意にテクスチャ加工（図１においては不可視）されてもよい。この可動要素（１）の内面は、回転軸（３）に対して半径方向に配向された一連の歯（４１）と、磁極ピッチＰｒを規定しているノッチ（５１）とを有する。この第１可動要素（１）は、例えば鉄鋼または鉄合金などの軟磁性材料から製作される。第２固定要素（２）は、この第１可動要素（１）の内側に位置し、第１可動要素（１）と半径方向に対向している。この第２固定要素は、ディスク形状の永久磁石（６）を備え、その磁化は軸方向に向けられる。この磁石（６）の軸方向のいずれの側にも配置された軟鉄から作製される２つの強磁性ディスク（７ａ、７ｂ）は、それぞれが、ラジアン（radians）で表された、同じ数のノッチ（５２）を有する磁極ピッチＰｓによって間隔を置いて配置された、２π／Ｐｓ個の複数の周期歯（４２）によって半径方向に延伸する。前記歯（４２）は、第１可動要素（１）の方向に、半径方向に延伸する。ディスク（７ａ、７ｂ）と磁石（６）とは、本実施形態においては第１要素（１）および第２要素（２）の位置決めおよび誘導に使用されるシャフト（８）に固定され、当該シャフト（８）は回転軸（３）に沿って延伸する。
この実施例においては、ディスク（７ａ、７ｂ）はそれぞれ１８個の歯（４２）を有し、一方のディスク（７ａ）の各歯は、磁石（６）の横方向中央平面に対して対称的に他方のディスク（７ｂ）の歯と半径方向に整列している。第１可動要素（１）は、一連の２４個の歯（４１）を有し、これらの歯の一部は、第１可動要素（１）に形成された部分的な切断のために不可視である。永久磁石（６）の磁束がすべての歯（４１、４２）を通過することにより、第１可動要素（１）と第２固定要素（２）との間、歯（４１）と歯（４２）との間のエアギャップを通過する全体の磁束を最大にするように、すべての歯（４１、４２）は互いに誘引し合う磁極を形成する。このようにして、第１可動要素（１）を作動させることによって、ユーザが感知可能な周期的応力と同様に、一連の安定な位置および不安定な位置が、連続するノッチの形態において形成される。第１可動要素（１）と第２固定要素（２）との歯（４１、４２）の数が異なることにより、感知されるノッチの数は、第１可動要素（１）に対する磁極数と、第２固定要素（２）に対する磁極数との２つの磁極数の最小公倍数（least common multiple（ｌｃｍ））に等しくなる。この実施例においては、感知されるノッチの数は１８および２４のｌｃｍ（最小公倍数）である７２である。ユーザによって生成および感知されるトルクの振幅は、第１可動部（１）と第２固定部（２）との間のエアギャップだけでなく、第１要素（１）および第２要素（２）の軸方向の寸法によっても、調節され得る。歯（４１、４２）の形状も、ある周期にわたって得られるトルクの形状と同様に、このパラメータを利用することを可能にする。
図２は、ディスク（７ａ、７ｂ）のみが異なる図１の代替実施形態を示す。これらのディスクはそれぞれ８つの歯（４２）を有し、各ディスク（７ａ、７ｂ）の歯（４２）はディスク（７ａ）の歯（４２）がディスク（７ｂ）のノッチ（５２）の中央と整列し、逆もまた同様であるように、半周期だけ角度的に位相がずれている。この変形例によると、ユーザが感知するノッチの数（本実施形態においては７２）を同一に維持しながら、ディスクのそれぞれに形成される歯の数を、最小にすることが可能になる。しかしこの場合、より大きな磁気抵抗が発生するため、触覚感覚の振幅は、図１に示す第１の実施形態と比較して小さい。この実施形態においては、ディスク（７ａ、７ｂ）は、それぞれが、前記磁極ピッチＰｓに２を乗じたものから間隔を置いて配置され、かつラジアンで表された前記ピッチＰｓの各ディスク間に間隔を置いて配置された２π（２＊Ｐｓ）個の複数の周期歯によって半径方向に延伸する。
図３は、磁石（６）の位置が異なる図１の代替実施形態を示し、当該代替実施形態においては当該磁石（６）が、２つの歯付きディスク（１１ａ、１１ｂ）の間の第１可動要素（１）に取り付けられている。磁石（６）は、軸方向に磁化されたリングの形態である。第２固定要素（２）は、単一の歯付きディスク（７）の形態である。この実施例においては、ここまで与えられた全ての実施例のように、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいては、第１可動要素（１）または第２固定要素（２）のいずれかにより多くの歯を取り付けてよい。同様に、図示された他の実施形態のようにシャフト（８）は系統的に必要というわけではなく、図示もされていない。最後に、回転式の実施形態については、第１可動要素（１）を第２固定要素（２）の外部、または内部に設置してもよい。
図４は、第１可動要素（１）と第２固定要素（２）との間の半径方向のエアギャップを介して磁気相互作用が行われる変形例を示す。第２固定要素（２）は、第１可動要素（１）において磁石リング（１６）と半径方向に対向する、軟磁性材料から製作される一連の歯（４２）によって軸方向に延伸したリング（１２）を有する。本変形例におけるこの第１可動要素（１）は、プラスチックバインダを有する磁石など、それ自体を永久に磁化することができる注入可能な材料から製作された、単一の同一部品の形態である。このように、磁石リング（１６）は、ディスク部（１３）によって半径方向に延伸し、次いで、磁化プレート（１４）によって軸方向に延伸する。本変形例においては、このプレート（１４）は２つの軸方向に磁化された磁極（Ｎ、Ｓ）を有するが、その態様は限定されない。これら２つの磁化された磁極（Ｎ、Ｓ）は、第２固定要素（２）の歯（４２）と磁気的に協働するものではなく、これらの磁化された磁極（Ｎ、Ｓ）が、例えばホールプローブまたは磁気抵抗プローブ(図示省略)に対向する場合に、第１可動要素の位置を検出するものである。
図４のこの解決策は、経済的な産業規模の製造のための解決策をもたらす上で特に有利であり、とりわけ、小さいサイズ（典型的には、総直径２０ｍｍ未満）において製造される場合に有利である。実際に、産業規模の生産を促進し、ユーザが感知するノッチの数を増やすための反対磁極の使用と関連する本発明によって提案された主な利点に加えて、磁化され得る単一片および単一材料において第１可動要素を製造することは、とりわけ位置センサを実施する目的において、特に実用的かつ経済的である。この位置検知機能は、触覚インターフェイスがコンピュータソフトウェアまたは車両の電化機能を制御する場合に、とりわけ興味深い。
図５は、軸方向の変形実施形態、すなわち、第１可動要素（１）が第２固定要素（２）と軸方向に対向している実施形態を示す。この実施例においては、より詳細には、第１可動要素（１）の歯（４１）が軟磁性材料の形態において半径方向に延伸し、第２固定要素（２）の磁石リング（６）と軸方向に対向する。第１可動要素（１）は９つの歯（４１）を有し、第２固定要素（２）は磁石（６）を有し、当該磁石（６）は３６個のノッチが感知されるように、１２個のＮ極およびＳ極を有する。本変形実施形態における磁化の方向は、半径方向、または好ましくは軸方向であり、これにより、感知されるトルクの振幅を修正することが可能となる。なおこの実施例において、記載されている一般的な機能を変更しない限りにおいては、第１可動要素（１）が固定されてよく、第２固定要素（２）が可動になってもよい。同様に、この実施例、およびデバイスの中心には磁気プレート（１４）が示されており、当該磁気プレート（１４）は、磁気感受プローブ（ここでは示されていない）と対向する場合に、２つの要素（１および２）の相対位置を検出するように作用するＮ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）から構成される。
図６は、図４に示す実施例の代替例を示し、当該代替例においては第１可動要素（１）がプレート（１１）から軸方向に延伸する歯（４１）を有し、そのアセンブリが軟磁性材料から製作される。第２固定要素（２）は磁気リング（６）を有し、当該磁気リング（６）は半径方向に配向され、歯（４１）に半径方向に対向する交互に並んだＮ極とＳ極とを備える。支持体（１７）に固定される、または当該支持体（１７）において滑動するシャフト（８）の周囲において、第１可動要素（１）の回転は実行される。
図７は、代替実施形態であり、当該代替実施形態においては第１可動要素（１）が、エアギャップを形成する複数の対の歯（４２１、４２２）によって周期的に軸方向に延伸した強磁性ループ（１８）の形態であり、前記エアギャップにおいて、好ましくは半径方向に磁化される多極磁気リング（６）の形態の第２固定要素（２）が配置される。この実施例においては、第１可動要素（１）は、有利には強磁性材料のシートから切断され、その後、複数の対の歯（４２１、４２２）を生成するように局所的に折り畳まれた、材料の帯の形態において形成されてもよい。
図８は、一変形例を示し、当該変形例においては、第１可動要素（１）は周期的に間隔を置いて配置された歯（４１）を形成する凹部（３２）を周期的に有するリング（３１）の形態である。当該図においては、リング（３１）の一部が図示されていないが、それは軟磁性材料から製作された２つのディスク（１１ａ、１１ｂ）の間にあり、磁気配向が軸（３）に沿って軸方向である磁石（６）の形態の第２固定要素（２）を、より正確に把握するためである。これらのディスク（１１ａ，１１ｂ）は軸方向に歯（４２，４２‘）によって延伸し（例えば、歯（４２）はＮ極であり、歯（４２´）はＳ極である）、歯（４２，４２´）は互いに対向し、リング（３１）と半径方向に向き合っている。全ての歯（４１、４２、４２´）は磁極を形成し、当該磁極は、磁気相互作用を形成し、リング（３１）を操作するユーザによって感知されるノッチを形成するように協働する。
図９は、代替実施形態を図示しており、当該代替実施形態は、本発明が回転式の場合、３６０°にわたって延伸する要素に限定されないことを示す。第１可動要素（１）は円筒形磁石（６）を有し、当該円筒形磁石（６）は、軸方向に磁化され、交互に並んだＮ磁極とＳ磁極とを形成する歯（４１、４１´）によって半径方向に延伸した２つのディスク（１１ａ、１１ｂ）の間に配置される。例えば、ディスク（１１ａ）の歯（４１）はＮ極性を有し、歯（４１´）は磁石（６）によってＳ極性を有し、歯（４１、４１´）は軸方向に整列される。この実施例においては、１８個の歯（４１）および１８個の歯（４１´）があり、磁極ピッチＰｒを規定する１８対の磁極を生成する。ユーザが感知するノッチを７２個にしたい場合には、上述したように、軟磁性材料から作製された２４個の歯（４２）を有する第２固定要素（２）を用いてよい。しかしながら、感知されるノッチを７２個にするために、これら２４個の歯を保持する必要はない。実際に、感知されるトルクの振幅は、２つの要素（１、２）の間の相互作用に存在するパターンの数を表す、最大公約数（greatest common divisor（ＧＣＤ））に比例する。本実施例においては、７２個のノッチを生成するためにＧＣＤ（最大公約数）は６であり、これは潜在的に、トルクを生成する６つのパターンの連続が存在することを意味する。したがって、第２固定要素（２）上の２４／６＝４つの歯（４２）、または４の任意の倍数個の歯（４２）など、要素に対して単一のパターンを使用することが可能である。この実施例においては、第１のパターン（すなわち４つの歯（４２））が、６０°角度延伸にわたって使用される。感知されるトルクの振幅はパターンの数に比例し、これは、３６０°にわたって延伸する第２の完全な固定要素（２）が使用されるケースよりも、この実施例において感知される応力があまり顕著ではないことを意味する。
図１０は、上記の図９の代替実施形態を示している。使用される永久磁石（６ａ、６ｂ）が双極性であり、依然として軸方向に磁化されており（図においては不可視）、磁石（６ａ）が所与の軸方向の極性を有し、磁石（６ｂ）が反対の軸方向極性を有する点において、図１０は図９と異なる。スロット（１９）がディスク（１１ａ）を貫通し、磁気が切断され、ディスク（１１ａ）からの磁場漏れを促進し、スロットの直径方向の広がりは、磁石（６ａ、６ｂ）の磁気遷移に平行である。ディスク（１１ｂ）は２×９個の歯（４１´）を有し、ディスク（１１ａ）は２×９個の歯（４１）を有する。ディスク（１１ａ、１１ｂ）あたりの歯の総数（４１、４１´）は依然として１８であるが、ディスク（１１ａ）の反対側に磁気感応プローブ（ここでは図示せず）が配置された場合、ディスク（１１ａ）に軸方向に対向する磁場漏れ束は、位置検出機能に用いることが可能である。
図１１は、本発明に係るデバイスの、線形式の変形例を示す。第１可動要素（１）は、各々が３つの歯（４１）によって横方向に延伸した２つの歯付き要素（１１ｃ、１１ｄ）の間に捕捉された磁石（６）に固定された、オーディオミキサ用の「フェーダ」タイプのカーソル（２０）の形態である。これらの歯（４１）は、第２固定要素（２）を形成する軟磁性材料から製作されるターゲットと対向しており、当該第２固定要素（２）は、線形に延伸し、バーを形成すると同時にその上をカーソル（２０）が軸（３）に沿って移動する歯（４２）を備える。第１可動要素は、この図には図示されていないガイドによって維持されるエアギャップによって、第２固定要素から隔てられている。この実施例においては、１８の磁気周期を有する第１可動要素（１）と２４の磁気周期を有する第２固定要素（２）とで完全な回転にわたって感じられる７２のノッチを有する回転等価物を考慮すると、第１可動要素（１）の歯（４１）の線形周期はＰｒ＝７２／１８＊Ｐｔに等しくなければならず、第２固定要素（２）の強磁性極の周期はＰｓ＝７２／２４＊Ｐｔに等しくなければならない。１８および２４のＧＣＤは６であるので、第１可動要素（１）で使用することができる単一の３歯パターンがある。実施例が１ｍｍ毎にノッチを得ることを望む場合、歯（４１）はＰｒ＝４ｍｍの周期性を有し、第２固定要素（２）の強磁性極はＰｓ＝３ｍｍの周期性を有することが必須である。この図において、第２固定要素（２）は、約３３ｍｍのストロークに対して、ユーザが感知する多数のノッチとして約４３ｍｍの長さを有する。
図１２は本発明に係るデバイスの球形式の変形例を示しており、当該変形例は、この図においては３つの直交軸（３、３´および３´´）に沿って、ボールジョイント（２２）を作動させるハンドル（２１）の回転中、ユーザによる触覚感知を可能にする。非限定的な実施例の形態であるこの実施例においては、ボールジョイント（２２）は、ハンドル（２１）が作動される際に３対の固定要素（２）の前を移動する、軟磁性材料から製作された複数の極を有する。３対の固定要素（２）は、別個の永久磁石（６）の両側に、軟磁性材料のシート（２２ａ、２２ｂ）、（２２ｃ、２２ｄ）および（２２ｅ、２２ｆ）がスタックされて形成される。ボールジョイント（２２）に対向する歯（４２）によって半径方向に延伸して前記ボールジョイント（２２）と磁気作用によって相互作用する前記シート（２２ａ、２２ｂ）、（２２ｃ、２２ｄ）および（２２ｅ、２２ｆ）に対し、前記永久磁石（６）は好ましくは垂直に配向する。前記シート（２２ａ、２２ｂ）、（２２ｃ、２２ｄ）および（２２ｅ、２２ｆ）は、小さな放射状のエアギャップによって前記固定要素（２）から隔てられる。ボールジョイント（２２）は、この図においては図示されていない追加の要素によって誘導される。この変形例のサイズ設定は、図１１の変形例の教示に基づいて行われる。
図１３ａおよび図１３ｂは、同一の実施形態の２つの異なる斜視図であり、図１３は部分的な断面を示しており、図４のものとかなり類似しているものの、図４は、図１３と磁化された磁極の数、および強磁極の数において異なる。この実施例において、第１可動要素（１）は半径方向に配向された８つのＮ－Ｓ極性を有する磁気リング（１６）を有し、第２固定要素（２）は６つの歯（４２）によって軸方向に延伸し、強磁性材料から製作されたリング（１２）を有する。当該第１要素（１）および第２要素（２）は、互いに半径方向に対向する。この構成により、１回転当たり２４周期の応力を発生させることが可能になる。ハブ（２３）はリング（１２）に固定されており、第２固定要素（２）に対する第１可動要素（１）の回転および誘導を可能にする。前述の実施例と同様に、可動要素が固定されてよく、固定要素が可動になってもよく、相対移動量は同一である。
図１４ａおよび図１４ｂは、第２固定要素（２）が強磁性リングを延伸する３つの歯（４２）しか有していない点を除いては、すべての点において図１３ａおよび図１３ｂと同様である。したがって、得られるノッチの数は同一、すなわち２４であるが、全体的な磁気抵抗がより高くなることにより磁気相互作用の数が減少するため、得られる応力のより低い振幅を基準とする。
図１５は図４の実施形態と同様の実施形態を示し、当該実施形態においては、２４個のノッチを生成するように、第１要素（１）および第２要素（２）がそれぞれ２４個の磁極を備える。
図１６は最終実施形態を示し、当該実施形態においては第１可動要素（１）および第２固定要素（２）が、それぞれ永久磁石（６ａ）および（６ｂ）を備える。この非限定的な実施例においては、磁石（６ａ）に対して、好ましくは半径方向に配向される２０個の極性が存在し、磁石（６ｂ）に対しては１２個の極性が存在し、６０個のノッチを生成する。
本発明の第１の実施形態による装置の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態による装置の部分断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る装置の部分断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明の第９の実施形態に係る装置の斜視図である。 本発明に係る、図９の代替実施形態である装置の斜視図である。 本発明の線形式の変形例による装置の斜視図である。 本発明の球形式の変形実施形態の斜視図である。 本発明に係る装置の、ある代替実施形態の図である。 本発明に係る装置の、ある代替実施形態の図である。 本発明に係る装置の、図１３とは別の代替実施形態の図である。 本発明に係る装置の、図１３とは別の代替実施形態の図である。 図４とは別の回転の変形例である。 ２つの永久磁石を使用する回転の変形例である。

Claims (14)

  1. 第２要素（２）に対して回転可能または平行移動可能である第１要素（１）を備える受動的触覚インターフェイスであって、前記第１可動要素（１）は前記第２要素（２）とは反対側に回転または移動し、
    前記第１可動要素（１）は、磁極ピッチＰｓで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第１磁極を有し、前記第２固定要素（２）は、磁極ピッチＰｒで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第２磁極を有し、ＰｓおよびＰｒは異なる数であり、前記第１可動要素（１）と前記第２固定要素（２）との間の磁気相互作用によって、周期Ｐｔでの周期的応力が生成されることを特徴とする、受動的触覚インターフェイス。
  2. 前記第１要素（１）は、軸（３）の周りに回転可能、または軸（３）に沿って平行移動可能であり、前記第１可動要素（１）は第２固定要素（２）とは反対側に回転または移動し、前記第１可動要素（１）は、磁極ピッチＰｓで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第１磁極を有し、前記第２固定要素（２）は、磁極ピッチＰｒで移動方向に周期的に間隔を置いて配置された複数の第２磁極を有し、ＰｓおよびＰｒは異なる数であり、前記第１可動要素（１）と前記第２固定要素（２）との間の磁気相互作用によって、周期Ｐｔでの周期的応力が生成され、ＰｓおよびＰｒは、ＰｔがピッチＰｓおよびＰｒの最小値より厳密に小さくなるように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の受動的触覚インターフェイス。
  3. 前記周期的応力の周期の数は、前記第１可動要素（１）および前記第２固定要素（２）における磁極の周期の数の最小公倍数に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の受動的回転触覚インターフェイス。
  4. 前記第１可動要素（１）または前記第２固定要素（２）の一方は、前記複数の第１磁極を形成するＮ極とＳ極とが交互に並んだ円筒形永久磁石（６）を備え、前記第１可動要素（１）または前記第２固定要素（２）の他方は、リング（１２）によって接続され、かつ前記複数の第２磁極を形成する複数の歯（４１、４２）を有し、前記歯（４１、４２）および前記リング（１２）は軟磁性材料から製作され、磁気相互作用の前記周期Ｐｔは、ピッチＰｓおよびＰｒの最小値の少なくとも２倍未満であることを特徴とする、請求項３に記載の受動的回転触覚インターフェイス。
  5. 前記第１可動要素（１）および前記第２固定要素（２）は、前記磁極ピッチＰｓおよびＰｒを形成するＮ極とＳ極とが交互に並んだ永久磁石（６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の受動的回転触覚インターフェイス。
  6. 前記第２固定要素（２）は、前記軸（３）に沿って配向された一方向性の磁化を有する磁石（６）を備え、さらに、それぞれがラジアンで表された前記磁極ピッチＰｓによって間隔を置いて配置された、２π／Ｐｓ個の複数の周期歯（４２）によって半径方向に延伸した軟鉄から製作された２つの強磁性ディスク（７ａ、７ｂ）を、軸方向の両側に備えることを特徴とする、請求項１に記載の受動的回転触覚インターフェイス。
  7. 前記第２固定要素（２）は、前記軸（３）に沿って配向された一方向性の磁化を有する磁石（６）を備え、さらに、それぞれがラジアンで表された前記ピッチＰｓの各ディスク間において間隔を置いて配置され、２を乗じた前記磁極ピッチＰｓによって間隔を置いて配置された２π／（２＊Ｐｓ）個の複数の周期歯によって半径方向に延伸した軟鉄から製作された２つの強磁性ディスクを、軸方向の両側に備えることを特徴とする、請求項１に記載の回転受動的触覚インターフェイス。
  8. 前記第１可動要素（１）は単極永久磁石（６）の軸方向の両側に２つのディスク（１１ａ、１１ｂ）を備え、前記第２固定要素（２）は軟磁性材料から製作されたディスク（７）を備え、前記各ディスク（１１ａ、１１ｂおよび７）はそれぞれ、前記ピッチＰｓによって間隔を置いて配置され、互いに半径方向に対向した歯（４１、４２）によって延伸することを特徴とする、請求項１に記載の回転受動的触覚インターフェイス。
  9. 前記第１可動要素（１）は前記第１可動要素（１）の前記軸（３）に沿った移動に対して横方向に磁化され、歯（４１）を有する軟磁性材料から製作された２つの歯付き要素（１１ｃ）の間において横方向に配置された永久磁石を備え、前記第２固定要素（２）は、バーを形成し、直線的に延伸する歯（４２）を備える強磁性材料から製作され、前記第１固定要素（１）は、前記第２固定要素（２）の上方において直線的に移動することを特徴とする、請求項１に記載の線形受動的触覚インターフェイス。
  10. 前記第１可動要素（１）は３本の直交した軸（３、３´、３´´）の周囲を回転移動可能なボールジョイント（２２）を備え、前記ボールジョイント（２２）は、半径方向に延伸する一連の歯（４１）を備え、前記第２固定要素（２）は複数の固定要素（２）によって形成され、当該複数の固定要素（２）は、軟磁性材料のシート（２２ａ～２２ｆ）に垂直に配向された別個の永久磁石（６）の両側に前記シート（２２ａ～２２ｆ）がスタックされた形態であり、前記シート（２２ａ～２２ｆ）は、前記ボールジョイント（２２）に対向した歯（４２）によって半径方向に延伸することを特徴とする、請求項１に記載の球状受動的触覚インターフェイス。
  11. 前記第１可動要素（１）はディスク部（１３）に固定されて軸方向に延伸する永久磁石（６）のリングを備え、前記ディスク部（１３）は、前記第１可動要素（１）の位置検出に使用される磁気プレート（１４）によって、前記磁石（６）と反対の軸方向に延伸し、前記第２固定要素（２）は、軟磁性材料（４１）から製作されるリング（１２）を備え、当該軟磁性材料（４１）は、前記永久磁石（６）のリングに対向する歯によって延伸することを特徴とする、請求項１に記載の回転触覚インターフェイス。
  12. 前記磁石（６）のリング、前記ディスク部（１３）、および前記磁気プレート（１４）は、それ自体を永久に磁化することができる注入プラスチックバインダを有する単一材料から製作されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか１項に記載の受動的回転触覚インターフェイス。
  13. 前記ディスク部（１３）は、前記磁気プレート（１４）がしっかりと固定された注入プラスチックバインダ材料から製作されることを特徴とする、請求項１１に記載の回転受動的触覚インターフェイス。
  14. 前記プレート（１４）は、前記ディスク部（１３）に注入されたプラスチックバインダ材料から製作されることを特徴とする、請求項１３に記載の回転受動的触覚インターフェイス。

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