JP2023516293A - 磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法に関するものである。本発明による磁気粘性流体回転負荷装置は、ハウジングと、ハウジング内に固定されるヨーク部と、ハウジング内の中心で回転自在に設けられるシャフトと、シャフトに連結され、シャフトの回転に連動して回転する少なくとも１つの回転リングと、ハウジング内に配されるコイル部と、ハウジング内に満たされる磁気粘性流体と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法に係り、より詳細には、磁気粘性流体を含み、磁気粘性流体に磁場を印加するにつれて、回転トルクが調節される磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法に関する。

車両に用いられるユーザインターフェース（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が次第に多様化されることによって、既存に家庭用機器に主に使われたジョグダイヤルがテレマティクス端末機のようなドライバ情報システム（ＤＩＳ；Ｄｒｉｖｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）のメイン入力装置として車両に導入されている。

ジョグダイヤルとは、回転自在な円形ダイヤルの形態を有し、ユーザが時計回り／逆時計回り方向にダイヤルを回転させて、所定の機能を選択するようになったものである。ユーザが、ジョグダイヤルに加えた力を除去すれば、特定の位置にダイヤルが位置づけられて、精巧な位置移動を行うことができる。

図１は、従来のジョグダイヤルを示す概略図である。従来の機械式ジョグダイヤルは、噛合いによって動作する。これにより、従来の機械式ジョグダイヤルの回転触感は、噛合いによる単一触感で回転または使用モードによる多様な触感を表現することができない限界がある。また、機械式ジョグダイヤルは、噛合いによる定められた回転トルクを有するだけであり、回転トルクを自在に変化させることができない限界がある。モータなどの駆動手段をさらに備えて、回転トルクを制御するか、ハプティック機能を提供するための別途の振動モータを追加するとしても、そのための部品と装置とが追加されなければならないために、生産コストが上昇し、装置の体積が大きくなるという問題点を内包する。

本発明は、従来の機械式構造としては単調であり、単一な触感パターンが発生するものとは異なって、回転時に、多様な入力信号によって多様な触感パターンが発生して、ユーザ触感を、多様であり、高級感を感じさせる磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明の一実施形態によれば、ハプティック機能が内蔵されて、回転トルクを変化させ、生産コストを節減することができ、装置の小型化が容易な磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体のせん断特性や粘度を用いて目的に合う多様な適用が可能な磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

しかし、このような課題は、例示的なものであって、これにより、本発明の範囲が限定されるものではない。

本発明の前記の目的は、ハウジング；ハウジング内に固定されるヨーク部；ハウジング内で回転自在に設けられるシャフト；シャフトに連結され、シャフトの回転に連動して回転する少なくとも１つの回転リング；ハウジング内に配されるコイル部；ハウジング内の少なくとも一部に満たされる磁気粘性流体；を含み、前記ハウジングの少なくとも一部は、磁性材料で構成される磁気粘性流体回転負荷装置によって達成される。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体内の磁性粒子の含量は、６０～９５ｗｔ％である。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体内の磁性粒子の含量が増加するほどヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体が配される少なくともヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップのサイズは、磁気粘性流体内の磁性粒子の直径平均値の１０～１００倍である。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体の粘度が大きくなるほどヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体の粘度、ヨーク部及び回転リングの個数、ヨーク部と回転リングとの面積、ヨーク部と回転リングとの間のギャップのサイズ、コイル部に印加する電流の強度のうち少なくとも何れか１つは、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクの最大値を増加させて、ユーザの特定の状況で回転操作を防止する程度に設定しうる。

また、本発明の一実施形態によれば、コイル部で磁気粘性流体に印加する磁場を制御する制御部をさらに含みうる。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体回転負荷装置の動作前、制御部からコイル部に予備入力信号を伝達するが、予備入力信号は、磁気粘性流体の沈殿された粒子が所定のギャップ内で垂直または水平方向のうち少なくとも一方向に不完全または完全なチェーン状を成した後、再分散される信号である。

また、本発明の一実施形態によれば、不完全なチェーン状は、スパイク状である。

また、本発明の一実施形態によれば、制御部がコイル部に動作電圧Ｖ１を印加する時、ヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップで磁気粘性流体の粒子が形成するチェーンの高さがギャップの高さよりも低いと判断した場合、Ｖ１よりも大きな強度の電圧Ｖ２を印加することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、磁気粘性流体回転負荷装置の初期動作温度に比べて、温度上昇時に、制御部は、磁場の強度、パターンのうち何れか１つを制御して初期動作温度のトルク強度を保持することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの回転リングが互いに間隔を成してシャフトに連結され、ヨーク部は、回転リングの外周面と対向する第１面と、回転リングの回転面に対向し、第１面に垂直である第２面と、を含む形状を有しうる。

また、本発明の一実施形態によれば、ヨーク部は、回転リングの外側に配され、ヨーク部とハウジングの垂直内側との間にコイル部が配置される。

また、本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの回転リングが互いに間隔を成してシャフトに連結され、ヨーク部は、回転リングの外周面と対向する第１面及び回転リングの外周面と対向しない第２面と、を含む形状を有しうる。

また、本発明の一実施形態によれば、ヨーク部は、ハウジングの垂直内側に配され、ヨーク部の第２面とシャフトとの間にコイル部が配され、回転リングの回転面に対向するコイル部の面上に保護部が連結される。

また、本発明の一実施形態によれば、ヨーク部は、少なくとも１つのヨークリングを含み、ヨークリングと回転リングとが互いに所定のギャップを有し、垂直方向に沿って交互に配され、ヨーク部は、回転リングの外側に配され、ヨーク部とハウジングの垂直内側との間にコイル部が配置される。

また、本発明の一実施形態によれば、コイル部から磁気粘性流体に磁場が印加されれば、磁気粘性流体の粒子が垂直方向にチェーンを形成して、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクを増加させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、回転リングの回転面、または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面のうち少なくとも何れか１つには、流体通過ホールが形成され、磁気粘性流体は、ヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップ及び流体通過ホールに配されて、磁場印加時に、ギャップ及び流体通過ホール内で垂直方向にチェーンを形成するにつれて、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる。

また、本発明の一実施形態によれば、流体通過ホールは、回転リングの回転面または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面に３０～８０°傾いた角度で形成されうる。
また、本発明の一実施形態によれば、（１）回転リングの回転面または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面の上部に突出パターンが形成されるか、（２）回転リングの回転面、及び回転リングの回転面に対向するヨーク部の面の上部に突出パターンが互いに対向するように形成されるか、交互に形成されうる。

また、本発明の一実施形態によれば、回転リングの回転面、回転リングの回転面に対向するヨーク部の面のうち少なくとも何れか一面上に複数の領域別に突出パターンが形成されうる。

また、本発明の一実施形態によれば、ハウジングの上部に配され、シャフトの軸が挿入されて回転摩擦力が制御される軸受をさらに含みうる。

前記のように構成された本発明によれば、従来の機械式構造としては単調であり、単一な触感パターンが発生するものとは異なって、回転時に、多様な入力信号によって多様な触感パターンが発生して、ユーザ触感を、多様であり、高級感を感じさせうる。

また、本発明によれば、ハプティック機能が内蔵されて、回転トルクを変化させ、生産コストを節減することができ、装置の小型化が容易である。

また、本発明によれば、磁気粘性流体のせん断特性や粘度を用いて目的に合う多様な適用が可能である。

もちろん、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。

従来のジョグダイヤルを示す概略図である。 本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略斜視図である。 本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略分解図である。 本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略断面図である。 図４のＶ部分を拡大した図面である。 本発明の一実施形態によるギャップ空間で磁気粘性流体の挙動を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略分解図である。 本発明の第２実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略断面図である。 図８のＶＩ部分を拡大した図面である。 本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略斜視図である。 本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略分解図である。 本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置の概略断面図である。 図１２のＶＩＩ部分を拡大した図面である。 本発明の一実施形態による流体通過ホールが形成されたヨーク部、回転リングを示す概略図及び流体通過ホールで磁気チェーンの形態を示す概略図である。 一実験例による流体通過ホール形成前後のトルク値を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるヨーク部、回転リングの水平面上のパターン形態を示す概略図である。 本発明の一実験例による磁気粘性流体の粘度によるトルク値を示すグラフである。 本発明の一実施形態による予備入力信号（Ｐｒｅ－Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｇｎａｌ）の印加で沈殿された磁気粘性流体が再分散される過程を示す概略図である。 本発明の一実施形態による予備入力信号の印加時に、磁気粘性流体がスパイク状を有する図面である。 本発明の一実験例による磁気粘性流体の温度によるトルク値を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるＡＢＳ（Ａｎｔｉ－ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）システムに適用時のトルク値を示すグラフである。 本発明の一実施形態による磁気粘性流体回転負荷モジュールを示す概略図である。 本発明の多様な実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置が適用された状態を示す図面である。

実施形態を例示として図示する添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を十分に実施可能なように詳しく説明される。本発明の多様な実施形態は、互いに異なるが、互いに排他的である必要はないということを理解しなければならない。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は、一実施形態に関連して、本発明の精神及び範囲を外れずに、他の実施形態として具現可能である。また、それぞれの開示された実施形態内の個別構成要素の位置または配置は、本発明の精神及び範囲を外れずに、変更可能であるということを理解しなければならない。したがって、後述する詳細な説明は、限定的な意味として取ろうとするものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されるならば、その請求項が主張するところと均等なあらゆる範囲と共に、添付の請求項によってのみ限定される。図面で類似した参照符号は、多様な側面にわたって同一または類似の機能を称し、長さ及び面積、厚さなどとその形態は、便宜上、誇張して表現されることもある。

以下、当業者が本発明を容易に実施させるために、本発明の望ましい実施形態に関して添付図面を参照して詳しく説明する。

図２は、本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置１００の概略斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置１００の概略分解図である。図４は、本発明の第１実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置１００の概略断面図である。図５は、図４のＶ部分を拡大した図面である。

図２ないし図５を参照すれば、第１実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置１００は、ハウジング１１０、シャフト１２０、コイル部１３０、ヨーク部１４０、回転リング１５０、磁気粘性流体１０を含み、軸受１９０をさらに含みうる。

ハウジング１１０は、内部に他の構成要素が配される空間（Ｓ）を提供する。磁気粘性流体回転負荷装置１００の構成要素がハウジング１１０内に配され、磁気粘性流体１０は、ハウジング１１０内の残りの空き空間に満たされる。ハウジング１１０は、シャフト１２０、回転リング１５０が回転することができる空間（Ｓ）を提供するように、ほぼ円筒状を有しうるが、内部にシャフト１２０、回転リング１５０が回転することができる空間（Ｓ）を提供する範囲内であれば、他の形状でも良い。

一例として、ハウジング（１１０：１１１、１１５）は、コイル部１３０、ヨーク部１４０、回転リング１５０及び磁気粘性流体１０が内部に配される空間（Ｓ）を提供する第１ハウジング１１１、及び第１ハウジング１１１の上部をカバーして第１ハウジング１１１の内部空間（Ｓ）を密閉する第２ハウジング１１５を含みうる。

第１ハウジング１１１の空間（Ｓ）に磁気粘性流体回転負荷装置１００の構成要素と磁気粘性流体１０が配された後、第１ハウジング１１１の開放された上部が第２ハウジング１１５でカバーされることによって、内部が密閉される。本発明は、第１、２ハウジング（１１０：１１１、１１５）の簡単な構造のみで磁気粘性流体１０を密閉させながら、磁気粘性流体回転負荷装置１００の組立てを完了できるという利点がある。

シャフト１２０は、ハウジング１１０の中心で回転自在に設けられる。シャフト１２０は、垂直方向に長く延設され、回転リング（１５０：１５１、１５２）がシャフト１２０の軸に差し込まれて共に回転しうる。または、シャフト１２０と回転リング１５０とが一体に形成されうる。シャフト１２０の上端には、エッジ部１２１が形成され、シャフト１２０の上端にダイヤルなどのユーザグリップ手段（図示せず）をエッジ部１２１に挿入してシャフト１２０の軸に回転力を容易に伝達させうる。シャフト１２０の下端は、第１ハウジング１１１の下面に形成されたシャフト収容溝１１４に載置されて、シャフト１２０が回転中に軸の位置がシャフト収容溝１１４から外れないように支持される。

コイル部１３０は、ハウジング１１０の内側に配置される。ハウジング１１０の内部に均一に磁場を印加できるように、コイル部１３０も、ハウジング１１０の垂直内壁１１２に対応する形状に開口部が形成されたリング状であることが望ましいが、これに制限されるものではない。コイル部１３０は、ソレノイドコイルであって、電流が印加されれば、垂直方向（シャフト軸方向）に磁場を形成することが望ましい。垂直方向の磁場によって磁気粘性流体１０の粒子１１が垂直方向（シャフト軸方向）に沿ってチェーン構造を形成して回転トルクを制御することができる。

ヨーク部１４０は、ハウジング１１０内に固設される。ヨーク部１４０は、外側面がコイル部１３０の開口部の内側面１３１に対向するように固設される。

ヨーク部１４０は、少なくとも後述する回転リング（１５０：１５１、１５２）に対向する第１面１４３及び第２面１４４［図５参照］を含む形状を有しうる。言い換えれば、ヨーク部１４０の内側面は、少なくとも第１面１４３及び第２面１４４を含みうる。より具体的に、ヨーク部１４０は、回転リング（１５０：１５１、１５２）の外周面（１５３：１５３ａ、１５３ｂ）［図５参照］に対向する第１面（１４３：１４３ａ、１４３ｂ）及び回転リング（１５０：１５１、１５２）の回転面（１５４：１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄ）に対向し、第１面１４３に垂直である第２面（１４４：１４４ａ、１４４ｂ）を含む形状を有しうる。ヨーク部１４０の中心には、シャフト１２０が貫通することができる貫通ホール１４９が形成されうる。

他の観点として、ヨーク部１４０は、貫通ホール１４９が形成された円形ディスク状に加えて、円形ディスクの外周から垂直方向に円筒状に垂直壁１４６が形成されて、断面（図４参照）の形態が貫通ホール１４９を除けば、ほぼ‘Ｈ’形状である。互いに対応する表面積を高めるように、ヨーク部１４０の垂直壁１４６が形成された内側空間に回転リング１５０が載置される。

回転リング１５０は、全体として円形ディスク状を有し、シャフト１２０に連結される。回転リング（１５０：１５１、１５２）にシャフト１２０の軸外径に対応する貫通ホール１５９が形成されてシャフト１２０に差し込まれる。固設されたヨーク部１４０に対して回転リング１５０は、シャフト１２０の回転に連動して相対的に回転することができる。

複数の回転リング（１５０：１５１、１５２）がハウジング１１０の内部に配され、回転リング（１５０：１５１、１５２）が互いに間隔を成してシャフト１２０に連結される。特に、何れか１つの回転リング１５２には、中央部に回転リング１５２の回転面１５４［または、円形ディスク平面］と段差を有するギャップ保持部１５５が形成されうる。ギャップ保持部１５５にも、貫通ホール１５９が形成されるということは言うまでもない。ヨーク部１４０の貫通ホール１４９は、ギャップ保持部１５５の外径に対応するように形成されうる。ギャップ保持部１５５は、段差を有しながら回転リング１５０と一体に形成されるために、別途のスぺーサをシャフト１２０に差し込む必要なしに回転リング１５０のみ順次にシャフト１２０に差し込む方法であって、回転リング１５０の互いに間隔を保持させうるという利点がある。

図４では、２つの回転リング（１５０：１５１、１５２）の間にヨーク部１４０が配される例を図示するが、回転リングが３つ以上になれば、ヨーク部１４０の個数も増える。この際、ヨーク部１４０は、回転リング１５０と交互に配されながら垂直方向に積層される配置形態を有しうる。第１ハウジング１１１の内部空間（Ｓ）にコイル部１３０を固設し、回転リング１５０とヨーク部１４０とを交互に積層、及びシャフト１２０を挿入した後、磁気粘性流体１０を満たし、第２ハウジング１１５で内部空間（Ｓ）を密閉させる過程で組立てが完了する。本発明は、ヨーク部１４０と回転リング１５０との個数が増えるか、サイズが大きくなるほど回転トルクが増加することができ、ハウジング１１０内にヨーク部１４０と回転リング１５０とを交互に積層して組立てる簡単な工程で磁気粘性流体回転負荷装置１００を構成することができるので、使用目的に合うトルク値を備えるためのサイズ変化に柔軟に対応できるという利点がある。

ヨーク部１４０と回転リング１５０との間には、所定のギャップ（Ｇ）が形成され、ギャップ（Ｇ）に磁気粘性流体１０が満たされる。具体的に、ヨーク部１４０の第１面１４３と回転リング１５０の外周面１５３との間、及びヨーク部１４０の第２面１４４と回転リング１５０の回転面１５４との間にギャップ（Ｇ）が形成されうる。ギャップ（Ｇ）は、ハウジング１１０とヨーク部１４０、ハウジング１１０と回転リング１５０との間にも形成されうる。ギャップ（Ｇ）に満たされる磁気粘性流体１０の粘度、剛性など特性が変化するにつれて、回転リング１５０の回転トルクを変化させうる。

回転リング１６０の回転運動で回転リング１５０とヨーク部１４０との間に発生するトルク（Ｔ）の大きさは、せん断応力と接触面積とから次のように求められる。
Ｔ＝Ｔｃ＋Ｔη＋Ｔｆ

ここで、Ｔｃは、電場、磁場負荷時に発生する制御トルク（ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｔｏｒｑｕｅ）、Ｔηは、電場、磁場が加えられない時、磁気粘性流体１０の粘性による粘性トルク（ｖｉｓｃｏｕｓ ｔｏｒｑｕｅ）、Ｔｆは、機械的要素で発生する摩擦トルク（ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｔｏｒｑｕｅ）である。無負荷時に、Ｔｃは表われなくなる。

したがって、本発明では、コイル部１３０で磁気粘性流体１０に印加する磁場を制御するにつれて、すなわち、Ｔｃを制御するにつれて、磁気粘性流体回転負荷装置１００の全体トルク（Ｔ）を自在に変化させることを特徴とする。

図６は、本発明の一実施形態によるギャップ（Ｇ）空間で磁気粘性流体１０の挙動を示す概略図である。

磁気粘性流体回転負荷装置１００は、コイル部１３０から発生する磁場の強度、周波数、波形などを制御する制御部（図示せず）をさらに含みうる。ユーザが、磁気粘性流体回転負荷装置１００のシャフト１２０を回転させる時、制御部は、コイル部１３０から印加する磁場を変化させて、回転リング１５０のトルクを変化させることができる。

図５及び図６を参照すれば、ヨーク部１４０と回転リング１５０との間のギャップ（Ｇ）［または、ハウジング１１０とヨーク部１４０及び回転リング１５０との間のギャップ（Ｇ）］には、磁気粘性流体１０が満たされる。磁気粘性流体１０は、磁性粒子１１及び磁性粒子１１が分散されたオイル、水など流体形態の媒体１２を含む。

図６の（ａ）において、磁場が印加されない場合、磁性粒子１１は、媒体１２に分散された状態を示す。すなわち、無負荷時に、Ｔｃ＝０なので、Ｔ＝Ｔη＋Ｔｆに固定された値を有する。逆に、磁場が印加される場合、磁性粒子１１は、磁場の方向に磁気チェーンを形成しうる。チェーンは、ほぼ回転リング１５０の一面からヨーク部１４０の一面に接する程度に形成されうる。これにより、Ｔｃ値が表われるので、Ｔ＝Ｔｃ＋Ｔη＋Ｔｆにトルクが増加し、Ｔｃ値の変化によって全体トルクが変化される。これにより、シャフト１２０が回転するために必要なトルクは、磁場の強度、磁気チェーンの結合力、ヨーク部１４０と回転リング１５０との摩擦せん断力などによって変化することができる。磁気チェーンがよりよく形成されるように、少なくともハウジング１１０は、磁性部分を含み、ヨーク部１４０、回転リング１５０も、磁性部分を含みうる。磁性部分を含むことは全体が磁性材質で構成されるか、一部のみ磁性材質で構成される形態を含む。磁性材質は、鉄、ニッケル、コバルト、フェライト（Ｆｅ３Ｏ４）またはこれらの合金と、窒化、酸化、炭化、ケイ素化などになった金属と、を含みうる。

ギャップ（Ｇ）のサイズは、磁気粘性流体１０内の磁性粒子１１の直径平均値の１０～１００倍であることが望ましく、さらに望ましくは、２０倍程度である。ギャップ（Ｇ）が過度に小さければ、無負荷時のトルク値が大きくなるか、構成が回転する時、干渉が生じる問題があり、ギャップ（Ｇ）が過度に大きくなれば、装置の小型化に不利であり、小さな磁場で磁気チェーンが十分に形成されない。例えば、磁性粒子１１の直径は、約２～１０μｍに分布され、直径の平均値は、約５μｍである。この際、ギャップ（Ｇ）は、約０．１ｍｍであり、この数値範囲内で磁性粒子１１が磁場の方向に磁気チェーンを形成してユーザの手に触感の変化を伝達する程度のＴｃ値変化を誘発させうる。また、磁気粘性流体１０内の磁性粒子１１が多いほど磁気チェーンを強く形成して回転負荷装置で発生する最大トルクが増加し、磁気粘性流体１０内で磁性粒子１１は、望ましくは、６０～９５ｗｔ％である。磁性粒子１１が６０ｗｔ％よりも少なければ、最大トルクの大きさが少なくなって、ユーザが感じるのに十分な触感、剛性伝達が行われず、９５ｗｔ％よりも大きければ、あまりにも多い磁性粒子１１によって無負荷時のトルク値が大きくなる。

図６の（ｂ）には、加えられる磁場の強度によってトルクが変化する形態が示される。コイル部１３０で交流磁場を印加すれば、これに対応するシャフト１２０のトルクが発生することができる。これにより、磁気粘性流体回転負荷装置１００のシャフト１２０を回転するユーザに多様なパターン及び触感を提供することができる。

一方、磁気粘性流体回転負荷装置１００は、ハウジング１１０の上部に配される軸受１９０をさらに含みうる。軸受１９０は、ハウジング１１０の上部の収容溝１１７に連結され、シャフト１２０の軸が挿入されてシャフト１２０の回転摩擦力を制御することができる。それ以外に、ハウジング１１０の内部空間でシャフト１２０の軸に他の軸受（図示せず）が挿入されても良い。

図７は、本発明の第２実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置２００の概略分解図である。図８は、本発明の第２実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置２００の概略断面図である。図９は、図８のＶＩ部分を拡大した図面である。

第２実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置２００は、図２のように、第１実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置１００と外観が実質的に同一または類似している。以下、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明し、同じ構成は、前述したことに代替する。第１、２実施形態において、同じ構成は、図面符号が１００番台、２００番台であると互いに対応することを参照することができる。

図２、図７ないし図９を参照すれば、第２実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置２００は、ハウジング２１０、シャフト２２０、コイル部２３０、ヨーク部２４０、回転リング２５０、磁気粘性流体１０を含み、軸受２９０をさらに含みうる。ハウジング２１０とシャフト２２０は、一部の形状の差の以外には、第１実施形態と実質的に同一である。

コイル部２３０は、ヨーク部２４０の内側に配されるが、互いに間隔を成してシャフト２２０に連結された回転リング（２５０：２５１、２５２）の直下部または直上部に配置される。コイル部２３０の貫通ホール２３９は、シャフト２２０が貫通されてギャップ（Ｇ）を成す程度にのみ形成され、コイル部２３０の外周面は、ヨーク部２４０の内側面２４４に連結されて固定支持される。

ヨーク部２４０は、ハウジング１１０内に固設される。ヨーク部２４０の外周面は、ハウジング２１０の垂直内壁２１２に対応する形状であって、コイル部２３０が配されるサイズの開口部が形成されたリング状であることが望ましいが、これに制限されるものではない。ヨーク部２４０は、外側面がハウジング２１０の垂直内壁２１２に対向するように固設される。

ヨーク部２４０は、少なくとも回転リング（２５０：２５１、２５２）に対向する第１面２４３、及び回転リング２５０に対向しない第２面２４４［図９参照］を含む形状を有しうる。言い換えれば、ヨーク部２４０の内側面は、少なくとも第１面２４３及び第２面２４４を含みうる。より具体的に、ヨーク部２４０は、回転リング（２５０：２５１、２５２）の外周面（２５３：２５３ａ、２５３ｂ）［図９参照］に対向する第１面（２４３：２４３ａ、２４３ｂ）、及び回転リング２５０に対向しない第２面２４４を含む形状を有しうる。第２面２４４は、コイル部２３０の外周面と対向、連結される。他の観点として、ヨーク部２４０の第２面２４４とシャフト２２０との間にコイル部２３０が配置される。

回転リング２５０は、全体として円形ディスク状を有し、シャフト２２０に連結される。回転リング（２５０：２５１、２５２）にシャフト２２０の軸外径に対応する貫通ホール２５９が形成されてシャフト２２０に差し込まれる。ヨーク部２４０の第２面２４４に固設されたコイル部２３０に対して回転リング２５０は、シャフト２２０の回転に連動して相対的に回転することができる。

複数の回転リング（２５０：２５１、２５２）がハウジング２１０の内部に配され、回転リング（２５０：２５１、２５２）が互いに間隔を成してシャフト２２０に連結される。回転リング（２５０：２５１、２５２）の間には、コイル部２３０が配されて、回転リング２５０の回転面２５４とコイル部２３０の上下面（２３４：２３４ａ、２３４ｂ）とが対向することができる。複数のコイル部２３０が備えられて、それぞれ回転リング２５０の間に配されてもよい。

ヨーク部２４０と回転リング２５０、及びコイル部２３０と回転リング２５０との間には、所定のギャップ（Ｇ）が形成され、ギャップ（Ｇ）に磁気粘性流体１０が満たされる。具体的に、ヨーク部２４０の第１面２４３と回転リング２５０の外周面２５３との間、及びコイル部２３０の上下面２３４と回転リング２５０の回転面２５４との間にギャップ（Ｇ）が形成されうる。ギャップ（Ｇ）は、ハウジング２１０と回転リング２５０、コイル部２３０とシャフト２２０との間にも形成されうる。ギャップ（Ｇ）に満たされる磁気粘性流体１０の粘度、剛性など特性が変化するにつれて、回転リング２５０の回転トルクを変化させうる。

一方、回転リング２５０の回転面２５４に対向するコイル部２３０の面２３４上に保護部２６０が連結される。コイル部２３０と磁気粘性流体１０とが直接接触する場合、磁気粘性流体１０がコイル部２３０のコイルの隙間に浸透することができる。これにより、磁気粘性流体１０と接触することができるコイル部２３０の面２３４上に平板状の保護部２６０を配置してコイル部２３０の隙間をカバーすることができる。

本発明は、コイル部２３０と回転リング２５０との距離が最隣接しながら、同時に広い面積に互いに対向しているので、コイル部２３０から生成された磁場が直ちにコイル部２３０と回転リング２５０とのギャップ（Ｇ）に満たされた磁気粘性流体１０に印加される。広い面積に強い強度の磁場が印加されて、より多く、強い強度の磁気チェーンが形成されるので、回転トルクを著しく増加させるという利点がある。

第２実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置２００は、第１実施形態に比べて、コイル部２３０が回転リング２５０の外周の外側に位置せず、回転リング２５０の上部または下部に配されるので、コイル部２３０の配置による全体装置２００の直径サイズを減縮できるという利点がある。第１実施形態は、コイル部１３０がヨーク部１４０及び回転リング１５０の外周の外側に配されるので、全体装置２００の直径サイズが相対的に大きい。

また、第２実施形態の磁気粘性流体回転負荷装置２００は、コイル部２３０と回転リング２５０とが最隣接するので、強い磁場の印加で回転トルクを著しく増加させることができる。これにより、大きなトルクが必要な対象体に装置２００を適用することができ、ブレーキのような制動装置にも適用が可能である。

図１０は、本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置３００の概略斜視図である。図１１は、本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置３００の概略分解図である。図１２は、本発明の第３実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置３００の概略断面図である。図１３は、図１２のＶＩＩ部分を拡大した図面である。以下、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明し、同じ構成は、前述したことに代替する。第１、３実施形態において、同じ構成は、図面符号が１００番台、３００番台であると互いに対応することを参照することができる。

図１０ないし図１３を参照すれば、磁気粘性流体回転負荷装置３００は、ハウジング３１０、シャフト３２０、コイル部３３０、ヨーク部３４０、回転リング３５０を含み、シールドカバー３８０、軸受３９０をさらに含みうる。ハウジング３１０、シャフト３２０、コイル部３３０は、一部の形状の差の以外には、第１実施形態と実質的に同一である。

コイル部３３０は、ハウジング３１０の内側に配置される。ハウジング３１０の内部に均一に磁場を印加できるように、コイル部３３０も、ハウジング３１０の垂直内壁に対応する形状に開口部が形成されたリング状であることが望ましいが、これに制限されるものではない。コイル部３３０で形成する垂直方向の磁場によって磁気粘性流体１０の粒子１１が垂直方向（シャフト軸方向）に沿ってチェーンを形成して回転トルクを制御することができる。

ヨーク部（３４０：３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ）は、ハウジング３１０内に固設される。ヨーク部３４０は、外側面がコイル部３３０の開口部の内側面３３１に対向するように固設される。

ヨーク部３４０は、少なくとも回転リング（３５０：３５１、３５２）に対向する第１面（３４３：３４３ａ、３４３ｂ）及び第２面３４４［図１３参照］を含む形状を有しうる。言い換えれば、ヨーク部３４０の内側面は、少なくとも第１面３４３及び第２面３４４を含みうる。

ヨーク部（３４０：３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ）は、ハウジング３１０内に固定され、少なくとも１つのヨークリング３４０ｂを含みうる。ヨークリング３４０ｂは、回転リング（３５０：３５１、３５２）と交互に配され、回転リング（３５０：３５１、３５２）と所定のギャップ（Ｇ）を形成してギャップ（Ｇ）に磁気粘性流体１０が満たされるようにする。本明細書では、２つの回転リング（３５０：３５１、３５２）の間に１つのヨークリング３４０ｂが配される形態を例示するが、回転リング３５０とヨークリング３４０ｂとの個数はさらに多くなる。

ヨーク部３４０は、上端に上部ヨーク３４０ａ、下端に下部ヨーク３４０ｃを含み、上部ヨーク３４０ａと下部ヨーク３４０ｃとが形成する内部空間に少なくとも１つのヨークリング３４０ｂが配置される。

上部ヨーク３４０ａは、ヨーク部３４０の上部壁及び側壁を構成することができる。上部ヨーク３４０ａも、ハウジング３１０のようにシャフト３２０、回転リング３５０が回転することができる空間を提供するように、ほぼ円筒状を有しうる。上部ヨーク３４０ａは、回転リング３５０、ヨークリング３４０ｂの外径よりも大きな内径を有することが望ましい。上部ヨーク３４０ａの上面の中心には、シャフト３２０及びギャップ保持部３５５が差し込まれる貫通ホール３４９が形成されうる。また、上部ヨーク３４０ａの上面には、複数の流体通過ホール３４７ａが形成されうる。

少なくとも１つの回転リング（３５０：３５１、３５２）と少なくとも１つのヨークリング３４０ｂは、上部ヨーク３４０ａの内部空間に配置される。ヨークリング３４０ｂは、上部ヨーク３４０ａの内部空間に固設され、回転リング３５０は、ヨークリング３４０ｂの上部及び／または下部に配されて、シャフト３２０の回転に連動して回転自在に設けられる。

ヨークリング３４０ｂは、回転リング３５０の上部及び／または下部に配置される。ヨークリング３４０ｂは、回転リング３５０と平面部分３４４、３５４とが互いに対向するように全体として円形ディスク状を有しうる。ヨークリング３４０ｂの中心には、シャフト３２０及びギャップ保持部３５５が差し込まれる貫通ホール３４９が形成されうる。

一方、ヨークリング３４０ｂと回転リング３５０との平面部分３４４、３５４が互いに対向しながらも、全体的な高さを減らし、互いに対応する表面積を高めるように、ヨークリング３４０ｂの上面には、段差が形成されて段差壁３４６ｂが形成された空間に回転リング（３５０：３５１）が載置される。

下部ヨーク３４０ｃは、上部ヨーク３４０ａの下部に設けられて、下部が開放された上部ヨーク３４０ａの下部を密閉させることができる。同時に、下部ヨーク３４０ｃの上部の平面部分を回転リング（３５０：３５２）の下側平面と互いに対向させる。また、下部ヨーク３４０ｃの上部には、シャフト収容溝３４８が形成されてシャフト３２０の下端の一部を収容させうる。これにより、シャフト３２０が回転中に軸の位置がシャフト収容溝３４８から外れなくなる効果がある。

上部ヨーク３４０ａと下部ヨーク３４０ｃとによって内部が密閉され、内部空間に回転リング３５０とヨークリング３４０ｂとが垂直方向に沿って交互に配置される。垂直方向は、シャフト３２０軸の形成方向に対応し、水平方向は、回転リング３５０の平面方向に対応する。これにより、上部ヨーク３４０ａの上部の内側面、ヨークリング３４０ｂの上側面と下側面、下部ヨーク３４０ｃの上側面は、回転リング３５０の上側面、下側面と所定のギャップ（Ｇ）を有するようになる［図１３参照］。

一方、上部ヨーク３４０ａの上面には、段差が形成されて段差壁３４６ａに形成された空間にシールドカバー３８０が載置される。シールドカバー３８０は、上部ヨーク３４０ａの上面を密閉して磁気粘性流体１０がヨーク部３４０の外部への漏れを防止することができる。シールドカバー３８０は、中央にホール３８９が形成されてシャフト３２０軸が通過することができる。

従来の機械式ジョグダイヤルは、単一触感のみを提供して多様なユーザモードによるパターンの多様性を与えることができず、機械動作による摩耗が問題になる。また、機械式ジョグダイヤル以外にも、振動モータタイプのジョグもあるが、振動モータタイプは、直接触感ではない下部に配された振動モータを通じた間接触感を伝達するので、直接触感伝達に比べて触感伝達力が落ちる。

一方、本発明は、コイル部１３０、２３０、３３０から印加する磁場の入力信号によって多様なトルクパターンを形成することができて、ユーザが多様な触感を感じることができ、磁気粘性流体１０の状態変化によってせん断力を変化させるので、摩耗に対する問題が解消され、シャフト１２０、２２０、３２０を通じて直接的な触感伝達が可能であるという利点がある。

また、本発明は、磁気粘性流体１０の物性によって多様なアプリケーションの目的に合わせて特性を制御することができる。例えば、重い触感が要求されれば、粘度が高い磁気粘性流体１０の適用などが可能である。

図１４は、本発明の一実施形態による流体通過ホール１４７、１５７、３４７が形成されたヨーク部１４０、３４０ａ、３４０ｂ、回転リング１５０を示す概略図［（ａ）、（ｂ）］及び流体通過ホール１５７、１５７´で磁気チェーンの形態を示す概略図［（ｃ）、（ｄ）］である。図１５は、一実験例による流体通過ホール形成前後のトルク値を示すグラフである。

図１４の（ａ）、（ｂ）を参照すれば、ヨーク部１４０、上部ヨーク３４０ａ、ヨークリング３４０ｂなどには、複数の流体通過ホール（１４７、３４７：３４７ａ、３４７ｂ）を形成しうる。また、回転リングにも、複数の流体通過ホール１５７を形成しうる。流体通過ホール１４７、１５７、３４７は、ヨーク部１４０、３４０の面３４４、３４４、回転リング１５０の回転面１５４のような水平面上で垂直に貫設される。また、これに制限されず、流体通過ホールは、垂直壁１４６、段差壁３４６ａ、３４６ｂのような垂直面上で水平に貫設されても良い。

図１４の（ｃ）を参照すれば、流体通過ホール１５７は、磁気粘性流体１０の磁性粒子１１が垂直チェーンを形成する長さをさらに増やすことができる（Ｇ１－＞Ｇ２）。すなわち、磁性粒子１１のチェーンの長さが元のギャップ（Ｇ、Ｇ１）の厚さから流体通過ホール１５７の厚さほどさらに追加されて、ギャップ（Ｇ２）に至る長さに形成されうる。これにより、同じ負荷印加に対してＴｃ値の変化量がさらに大きくなり、全体トルクをさらに大きくする。一実施形態によれば、ヨーク部１４０、３４０、回転リング１５０の直径が約１０ｍｍである時、流体通過ホール１４７、１５７、３４７の直径は、約０．３ｍｍである。

図１４の（ｄ）を参照すれば、流体通過ホール１５７´は、必ずしも垂直（ａ＝９０°）に貫設されず、傾いた角度（ａ）で形成されうる。流体通過ホール１５７´を傾くように形成するにつれて、より拡張された流体通過ホール１５７´の表面積に沿って磁性粒子１１のチェーンが増える。すなわち、磁性粒子１１のチェーンが元のギャップ（Ｇ、Ｇ１）、流体通過ホール１５７´の厚さほどさらに追加されたギャップ（Ｇ２）に形成されることに加えて、流体通過ホール１５７´の傾いた面から回転リング１５０の回転面１５４、またはヨーク部１４０の面１４４まで至るギャップ（Ｇ３）にさらに形成される。特に、傾く方向は、回転リング１５０の回転方向（Ｒ）に沿って形成することが望ましい。

傾いた角度（ａ）は、流体通過ホール１５７´の直径、個数、回転トルクの強度などを考慮して設定されうるが、３０～８０°傾いた角度（ａ）で形成されることが望ましい。３０°よりも小さければ、流体通過ホール１５７´が水平面上で過度に大きなサイズに貫通されて流体通過ホールの本来の効果を示しにくく、８０°よりも大きければ、垂直である流体通過ホール１５７とほとんど効果の差が示されなくなる可能性がある。

図１５の（ａ）、（ｂ）を参照すれば、１０Ｈｚ、１００Ｈｚで負荷を印加する時、流体通過ホール１４７、１５７、３４７がある場合、トルクがさらに大きく表われることを確認することができる。さらには、磁場が印加されない無負荷である場合にも、流体通過ホール１４７、１５７、３４７がある時、トルクがさらに大きく表われることを確認することができる。これは、流体通過ホール１４７、１５７、３４７内に磁気粘性流体１０が流入されることによって、摩擦トルクＴｆ値が増加した結果と見られる。

図１６は、本発明の一実施形態によるヨーク部１４０、回転リング１５０の水平面上のパターン形態を示す概略図である。図１６の（ａ）は、ヨーク部１４０、回転リング１５０の概略側断面図、図１６の（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）は、概略平面図である。

図１６の（ａ）を参照すれば、ヨーク部１４０の面１４４上に突出パターン（Ｐ１）が形成されるか、回転リング１５０の回転面１５４上に突出パターン（Ｐ２）が形成されうる。突出パターン（Ｐ１、Ｐ２）は、ヨーク部１４０と回転リング１５０との間の表面積を増やしてより多くの磁気チェーンを形成させうる。これにより、同じサイズの磁気粘性流体回転負荷装置１００で回転トルクを増加させうる。突出パターン（Ｐ１、Ｐ２）だけではなく、ヨーク部１４０の面１４４、回転リング１５０の回転面１５４の表面を荒くして表面粗度（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を高める方式で表面積を増やしてより多くの磁気チェーンを形成させうる。

突出パターン（Ｐ１、Ｐ２）は、ヨーク部１４０、回転リング１５０のうち何れか１つのみに形成されても、いずれも形成されても良い。また、突出パターン（Ｐ１、Ｐ２）は、互いに対向するように形成されるか、交互に形成されうる。

図１６の（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）を参照すれば、突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）は、ヨーク部１４０、回転リング１５０の面１４４、１５４上で領域別に形成されうる。突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）の形成領域、形成間隔、角度などは、自在に変更可能である。

一例として、突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）がヨーク部１４０、回転リング１５０上に互いに対向するように形成されるが、４５°ごとに総８個が放射状に形成されうる。図１６の（ｂ１）において、ユーザは、ＳＰ１地点を基準にシャフト１２０を時計回り方向に回転させることができる。この際、突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）が互いに対向し、磁気チェーンが短いギャップ（突出パターンの間の距離に対応）内で形成されるので、相対的に強いトルク（Ｔ１）が作用することができる。引き続き、図１６の（ｂ２）のように、ＳＰ２地点で回転させる場合、突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）が互いに対向しない領域では、磁気チェーンが相対的に長いギャップ（ヨーク部と回転リングの面の距離に対応）内で形成されるので、相対的に弱いトルク（Ｔ２）が作用することができる。Ｔ１からＴ２に弱くなったトルクが作用するので、ユーザは回転が緩んだ触覚を提供されうる。引き続き、図１６の（ｂ３）のように、ＳＰ３地点まで回転が到達する場合、再び突出パターン（Ｐ３、Ｐ４）が互いに対向し、磁気チェーンが短いギャップ（突出パターンの間の距離に対応）内で形成されるので、相対的に強いトルク（Ｔ１）が作用することができる。Ｔ２からＴ１に弱くなったトルクが作用するので、ユーザは回転が硬くなった触覚を提供されうる。このように、ユーザがシャフト１２０を回転する中、トルクが領域別に変化する触感を提供されうる。

図１７は、本発明の一実験例による磁気粘性流体の粘度によるトルク値を示すグラフである。一例として、標準粘度は、約０．１５Ｐａ・ｓ、高粘度は、約０．４Ｐａ・ｓに設定し、密度は、約２．８ｇ／ｍｌ、３．８ｇ／ｍｌに設定した。

図１７の（ａ）、（ｂ）を参照すれば、１０Ｈｚ、１００Ｈｚで負荷を印加する時、高粘度磁気粘性流体１０の場合、トルクがさらに大きく表われることを確認することができる。これにより、標準粘度で負荷電圧を１０Ｖ以上に大きくしても、具現しにくいトルク値を高粘度磁気粘性流体１０を通じて具現することができる。一例として、５Ｖ基準に標準粘度としては、１．５ｍＮ・ｍよりも大きなトルクを具現しにくいが、高粘度としては、２ｍＮ・ｍよりも大きなトルクも具現することができる。特に、車両で１２Ｖの負荷使用時に具現トルク値を最大限増加させて、特定の状況（危険状況、走行時など）で回転負荷装置の回転を防止する応用も可能である。このように、磁気粘性流体１０の粘度を磁気粘性流体回転負荷装置１００への最大トルクを増加させるように設定して、ユーザの回転操作を防ぐ安全ロック（Ｓａｆｅｔｙ Ｌｏｃｋ）の機能を適用することができる。最大トルク値でユーザの回転操作を防ぐ程度の範囲であれば、安全ロックの機能は、粘度の調節以外にも、回転リングとヨーク部との個数、面積（対向面積、表面積など）を増やすか、ギャップ（Ｇ）を減らす構造的な変更として具現可能である。また、コイル部により大きな電流を印加する方法としても、安全ロックの機能を具現することができる。

安全ロックの機能は、車両で運転中の危ない操作（例えば、走行中、ジョグダイヤルギアの変速）を防止して安全を担保するだけではなく、洗濯機など家電でも、動作中、子供の予期せぬ操作を防止することができる。

図１８は、本発明の一実施形態による予備入力信号の印加で沈殿された磁気粘性流体が再分散される過程を示す概略図である。図１９は、本発明の一実施形態による予備入力信号の印加時に、磁気粘性流体がスパイク状を有する図面である。

磁気粘性流体１０を適用するに当って、流体（１２）内で磁性粒子１１の沈降が問題になる。経時的に磁性粒子が下に沈むために、ハウジング１１０の内部に均一に磁性粒子が分散されない場合、磁気チェーンが正しく形成されない。または、磁気粘性流体回転負荷装置１００を持続的に使用するにつれて、磁性粒子１１がヨーク部１４０と回転リング１５０との間のギャップ（Ｇ）で特定の部分に集中される。例えば、第１実施形態の装置１００では、ヨーク部１４０、回転リング１５０の外郭部分がソレノイドコイル部１３０に近接するために、チェーンが多く形成され、シャフト１２０軸に近い内側に行くほどソレノイドコイル部１３０から遠ざかるために、弱い磁場によってチェーンが相対的に少なく形成されうる。このように、磁性粒子１１の沈殿によってギャップ（Ｇ）内で特定の領域のみに磁性粒子１１が集中し、ハウジング１１０の内でも、下部領域に磁性粒子１１が沈殿されて集中することもある。この状態で直ちに磁気粘性流体回転負荷装置１００を動作すれば、既定のサイズと異なるサイズのトルクが表われる。

したがって、本発明は、磁気粘性流体回転負荷装置１００内で磁性粒子１１が沈殿された場合、円滑に再分散させるために、磁気粘性流体回転負荷装置１００の動作前、制御部（図示せず）からコイル部１３０にスパイク、パルス、正弦波の形態の予備入力信号を伝達することを特徴とする。制御部は、磁気粘性流体回転負荷装置１００が設定時間以上動作が行われない場合、動作前、コイル部１３０に予備入力信号を伝達することができる。

予備入力信号は、図６で前述した磁気チェーンを構成する入力信号とは区分される。予備入力信号は、磁気粘性流体１０内の磁性粒子が移動してギャップ（Ｇ）内で垂直または水平方向のうち少なくとも何れか一方向に不完全または完全なチェーン状を成す信号であって、特定の周波数、波形などを有する必要なしに、単数または複数で強い強度の磁場を印加する信号である。また、予備入力信号は、ギャップ（Ｇ）の下面［一例として、回転リング１５０の上面］からギャップ（Ｇ）の上面［一例として、ヨーク部１４０の下面］まで繋がるように磁性粒子１１が完全な磁気チェーンを構成する信号である必要もない。図１９には、磁性粒子による不完全なチェーン状である多様なスパイク状が例示される。

予備入力信号を通じてコイル部１３０から磁場が印加されれば、磁気粘性流体１０内の沈殿された粒子１１が磁場の方向にスパイク状のような不完全なチェーン状を成し、同時に、または直後に、磁場の印加が解除されるか、微弱な磁場のみ印加される。これにより、スパイクなどの形状が解除され、スパイクのように不完全なチェーン状を成した磁性粒子１１が広がりながらギャップ（Ｇ）内から再分散される効果が表われる。

一方、制御部は、磁気粘性流体回転負荷装置１００の動作電圧Ｖ１印加時に、ヨーク部１４０と回転リング１５０との間のギャップ（Ｇ）で最も少ない高さに形成される磁気チェーンの高さがギャップ（Ｇ）の高さよりも低いと判断した場合、それを解消するための予備入力信号電圧Ｖ２をＶ１よりも大きくして印加することができる。

図２０は、本発明の一実験例による磁気粘性流体の温度によるトルク値を示すグラフである。

図２０を参照すれば、５Ｖ基準に磁気粘性流体の粘性、せん断応力の特性変化によって、初期状態（ｄｅｆａｕｌｔ状態）よりも高温状態（回転負荷装置の作動状態）になるほど次第にトルクが低くなることを確認することができる。したがって、制御部は、磁気粘性流体回転負荷装置の動作温度を感知した後、初期動作温度に比べて、温度が上昇した場合、温度上昇によるトルクの減少分を相殺できるように磁場の強度、パターンなどを制御して、初期動作温度でのトルク強度を高温状態でも保持することができる。これにより、夏、冬など外部の温度環境に関係なくトルク値の均一性を確保できるという利点がある。

図２１は、本発明の一実施形態によるＡＢＳシステムに適用時のトルク値を示すグラフである。

前述したように、本発明の磁気粘性流体回転負荷装置は、ヨーク部１４０、回転リング１５０を複数階積層するか、表面積を増加させてトルクを増加させることもでき、第２実施形態のように、コイル部２２３０を回転リング２５０に最隣接するように配置してトルクを増加させることもできる。これにより、大きなトルクが必要な対象体に磁気粘性流体回転負荷装置を適用することができる。対象体は、車両のような運送手段になり、磁気粘性流体回転負荷装置は、ブレーキのような制動装置になりうる。

特に、本発明は、従来の機械式制動装置のように複雑な構造と多様な部品とを採用して瞬間的に多様なトルク値を変化させるように制御する必要なしに、コイル部から印加する磁場の強度、パターンの変化のみで多様なトルク値を具現することができる。これにより、図２１のようなトルク変化を具現するように、ＡＢＳシステムに本発明の磁気粘性流体回転負荷装置を適用することができる。

車両が急ブレーキをかける時、タイヤが瞬間的にロック（Ｌｏｃｋ）現象が発生すれば、自動車は制動力を喪失し、地面上で慣性力（走行速度）によって滑る。車両の滑りが発生する瞬間最大静止摩擦力が発生し、滑ってからは摩擦力が相対的に少ない運動摩擦力が作用することができる。ＡＢＳシステムは、最大静止摩擦力が作動する短い瞬間を繰り返して発生させて、静止摩擦力が運動摩擦力に変わる時点を継続的に生成するにつれて、摩擦力を極大化することができる。

従来のＡＢＳシステムは、ブレーキに油圧、減圧を制御するポンプ、アキュムレータなどを含むＡＢＳモジュレータがさらに必要であり、静止摩擦力が作動するパターンを速くするのに限界があった。一方、本発明の磁気粘性流体回転負荷装置は、磁場が印加される強度及び周期を制御する簡単な構成でＡＢＳシステムを具現できるという利点がある。

一実施形態によれば、車両の急制動時に、車両のホイールロック（Ｗｈｅｅｌ Ｌｏｃｋ）によって車両操向が不可能な点を改善するために、ホイールスリップ率を２０％レベルに保持することができる。スリップ率（％）は、｛Ｖ（車両速度）－Ｖ（ホイール速度）｝／Ｖ（ホイール速度）で算出される。

本発明が適用された制動装置は、反復される油圧ブレーキ制御による耐久性の問題を改善することができ、正確なブレーキの制御が可能であり、ＡＢＳモジュレータの頻繁な故障を防止できるという利点がある。

図２２は、本発明の一実施形態による磁気粘性流体回転負荷モジュールを示す概略図である。図２３は、本発明の多様な実施形態による磁気粘性流体回転負荷装置が適用された状態を示す。

磁気粘性流体回転負荷装置３００に多様なユニットを結合して回転負荷モジュールとして応用が可能である。一実施形態によれば、磁気粘性流体回転負荷モジュールは、磁気粘性流体回転負荷装置３００にエンコーダセンサー４００を結合した形態である。通常軸受３９０とシャフト３２０とを結合して回転摩擦力を減らすが、回転速度、位置、方向に対するデータをセンシングするエンコーダに軸受３９０を結合したエンコーダセンサー４００を磁気粘性流体回転負荷装置３００に結合することができる。

磁気粘性流体回転負荷装置、回転負荷モジュールは、ダイヤル（ｄｉａｌ）やホイール（ｗｈｅｅｌ）が装着されたデバイスにいずれも適用が可能である。

一例として、車両に適用時に、一般走行モードでジョグダイヤル（回転負荷装置）を設定する時、軽い振動、少ないトルクの触感を提供する一方、スポーツ走行モードでジョグダイヤルを設定する時、強い振動、強いトルクの触感を提供することができる。他の例として、車両でギア変換のためにジョグダイヤルを回す場合、駐車（Ｐ）、走行（Ｄ）、中立（Ｎ）、後退（Ｒ）によって振動、トルクの強度を異なって提供することができる。これにより、ユーザは、ジョグダイヤルを肉眼で確認する必要なしに、視線を前方に置いた状態で触感のみで走行モードやギアを容易に変換させうる。

他の例として、図２３の（ａ）のように、洗濯機４００、電子レンジなどのＵＩ（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に磁気粘性流体回転負荷装置１００が適用されて、各種の駆動モードに対応する位置にダイヤル［シャフト１２０］が位置づけられ、駆動モードによる多様な触覚を提供することができる。一例として、洗濯機４００で一般洗濯モードに設定時には、柔らかい回転触感を提供しながら、強力洗濯モードに設定時には、強いトルクとして回転触感を提供することができる。

また、図２３の（ｂ）のように、マウス５００のホイールに適用して使用環境によるホイール操作のトルクが変化して多様なハプティック触覚を提供することができる。一例として、ゲーム中に危機状況が発生した場合、ホイールの駆動のためのトルクが強くなる。また、図２３の（ｃ）のように、マウスホイールを用いて左右に動くレンガ割りゲーム６００をする時、ホイールを上下方向に操作して左右に反射体６１０を動かす中に、ホイールを上部方向に駆動して左側縁部まで反射体６１０が移動して、これ以上移動する空間がない時、上部方向に駆動するマウスホイールのトルクが強くなって、これ以上操作が困難であり、下部方向へのマウスホイールの駆動のみ許可される。また、反射体６１０にボール６２０が反射する瞬間、ホイールの剛性を瞬間変化させて、ボール６２０が反射する状態をユーザに触覚で直ちに提供することもできる。

前記のように、本発明は、回転負荷装置の回転時に、多様な入力信号によって多様なパターンを作ることができて、ユーザ触感を、多様であり、高級感を感じさせる効果がある。また、本発明は、回転トルクを変化させ、生産コストを節減することができ、装置の小型化が容易であり、磁気粘性流体１０のせん断特性や粘度を用いて目的に合う多様な適用が可能な効果がある。

本発明は、前述したように望ましい実施形態を挙げて図示して説明したが、前記実施形態に限定されず、本発明の精神を外れない範囲内で当業者によって多様な変形と変更とが可能である。そのような変形例及び変更例は、本発明と添付の特許請求の範囲の範囲内に属するものと認めなければならない。

１０ 磁気粘性流体
１１ 磁性粒子
１２ 媒体
１００、２００、３００ 磁気粘性流体回転負荷装置
１１０、２１０、３１０ ハウジング
１２０、２２０、３２０ シャフト
１３０、２３０、３３０ コイル部
１４０、２４０、３４０ ヨーク部
１５０、２５０、３５０ 回転リング
Ｇ ギャップ

Claims (22)

1. ハウジングと、
   ハウジング内に固定されるヨーク部と、
   ハウジング内で回転自在に設けられるシャフトと、
   シャフトに連結され、シャフトの回転に連動して回転する少なくとも１つの回転リングと、
   ハウジング内に配されるコイル部と、
   ハウジング内の少なくとも一部に満たされる磁気粘性流体と、
   を含み、
   前記ハウジングの少なくとも一部は、磁性材料で構成される、磁気粘性流体回転負荷装置。
2. 磁気粘性流体内の磁性粒子の含量は、６０～９５ｗｔ％である、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
3. 磁気粘性流体内の磁性粒子の含量が増加するほどヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
4. 磁気粘性流体が配される少なくともヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップのサイズは、磁気粘性流体内の磁性粒子の直径平均値の１０～１００倍である、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
5. 磁気粘性流体の粘度が大きくなるほどヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
6. 磁気粘性流体の粘度、ヨーク部及び回転リングの個数、ヨーク部と回転リングとの面積、ヨーク部と回転リングとの間のギャップのサイズ、コイル部に印加する電流の強度のうち少なくとも何れか１つは、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクの最大値を増加させて、ユーザの特定の状況で回転操作を防止する程度に設定される、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
7. コイル部で磁気粘性流体に印加する磁場を制御する制御部をさらに含む、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
8. 磁気粘性流体回転負荷装置の動作前、制御部からコイル部に予備入力信号を伝達するが、
   予備入力信号は、磁気粘性流体の沈殿された粒子が所定のギャップ内で垂直または水平方向のうち少なくとも一方向に不完全または完全なチェーン状を成した後、再分散される信号である、請求項７に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
9. 不完全なチェーン状は、スパイク状である、請求項８に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
10. 制御部がコイル部に動作電圧Ｖ１を印加する時、ヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップで磁気粘性流体の粒子が形成するチェーンの高さがギャップの高さよりも低いと判断した場合、Ｖ１よりも大きな強度の電圧Ｖ２を印加する、請求項７に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
11. 磁気粘性流体回転負荷装置の初期動作温度に比べて、温度上昇時に、
    制御部は、磁場の強度、パターンのうち何れか１つを制御して初期動作温度のトルク強度を保持する、請求項７に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
12. 少なくとも１つの回転リングが互いに間隔を成してシャフトに連結され、
    ヨーク部は、回転リングの外周面と対向する第１面と、回転リングの回転面に対向し、第１面に垂直である第２面と、を含む形状を有する、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
13. ヨーク部は、回転リングの外側に配され、ヨーク部とハウジングの垂直内側との間にコイル部が配される、請求項１２に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
14. 少なくとも１つの回転リングが互いに間隔を成してシャフトに連結され、
    ヨーク部は、回転リングの外周面と対向する第１面及び回転リングの外周面と対向しない第２面を含む形状を有する、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
15. ヨーク部は、ハウジングの垂直内側に配され、
    ヨーク部の第２面とシャフトとの間にコイル部が配され、
    回転リングの回転面に対向するコイル部の面上に保護部が連結される、請求項１４に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
16. ヨーク部は、少なくとも１つのヨークリングを含み、
    ヨークリングと回転リングとが互いに所定のギャップを有し、垂直方向に沿って交互に配され、
    ヨーク部は、回転リングの外側に配され、ヨーク部とハウジングの垂直内側との間にコイル部が配される、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
17. コイル部から磁気粘性流体に磁場が印加されれば、磁気粘性流体の粒子が垂直方向にチェーンを形成して、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクを増加させる、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
18. 回転リングの回転面、または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面のうち少なくとも何れか１つには、流体通過ホールが形成され、
    磁気粘性流体は、ヨーク部と回転リングとの間の所定のギャップ及び流体通過ホールに配されて、磁場印加時に、ギャップ及び流体通過ホール内で垂直方向にチェーンを形成するにつれて、ヨーク部と回転リングとの間に作用する回転トルクが大きくなる、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
19. 流体通過ホールは、回転リングの回転面または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面に３０～８０°傾いた角度で形成される、請求項１８に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
20. （１）回転リングの回転面または回転リングの回転面に対向するヨーク部の面の上部に突出パターンが形成されるか、
    （２）回転リングの回転面、及び回転リングの回転面に対向するヨーク部の面の上部に突出パターンが互いに対向するように形成されるか、交互に形成される、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
21. 回転リングの回転面、回転リングの回転面に対向するヨーク部の面のうち少なくとも何れか一面上に複数の領域別に突出パターンが形成される、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
22. ハウジングの上部に配され、シャフトの軸が挿入されて回転摩擦力が制御される軸受をさらに含む、請求項１に記載の磁気粘性流体回転負荷装置。
    

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