KR100836173B1 - Ｍｒ 유체 또는 ｅｒ 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브 - Google Patents

Ｍｒ 유체 또는 ｅｒ 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브 Download PDF

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최승복
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Abstract

본 발명은 자동차 내에서 운전자가 조작하고자 하는 에어컨, 오디오, 내비게이션 및 시트 등의 작동 등을 하나의 컨트롤 노브(control knob)를 통하여 간단하게 조작할 수 있는 것으로서 더욱 상세하게는, 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀이 형성된 하우징; 상측은 상기 하우징의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부가 형성되고, 상기 홀을 관통하되 상기 홀과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부가 일체로 형성되고, 상기 가이드부의 하측에 2개의 원형 디스크가 일정 간격 이격되도록 형성되되 상기 디스크의 하단으로부터 상기 가이드부 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈이 형성되어 이루어지는 노브(knob); 상기 가이드 홈과 상기 스프링 로드 사이에 구비되는 탄성 스프링; 상기 2개의 디스크 사이의 상기 가이드부 외주에 권선되는 마그네틱 코일; 상기 하우징 내부 및 상기 가이드부 사이에 충진되는 MR 유체; 상기 가이드부의 외주 일정 위치에 장착되는 인코더(encoder); 상기 가이드부의 상기 인코더로부터 신호를 입력받아 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시켜 상기 MR 유체의 점성을 증대시키는 ECU;를 포함하여 이루어지되, 상기 MR 유체 대신에 ER 유체를 충진하고, 상기 마그네틱 코일을 생략하고 상기 가이드부 및 상기 하우징에 각각 내부 전극 및 외부 전극을 연결하며 상기 전류 증폭기 대신에 고전압 증폭기를 포함하여 이루어짐으로써, 운전자 는 하나의 햅틱 컨트롤 노브를 조작할 수 있어 기존의 각종 컨트롤 패널의 다양한 키의 조작을 위하여 주행 중 전방 주시를 소홀히 하는 경우를 방지하여 각종 주행 중의 사고를 미연에 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 운전자의 시각에 의존한 각종 키의 조작에서 하나의 햅틱 컨트롤 노브를 감도에 따라 간단히 조작할 수 있어 주행 중 안전성 및 편의성을 증대시킬 수 있는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브를 요지로 한다.
햅틱 컨트롤 노브(haptic control knob), MR 유체, ER 유체, 마그네틱 코일, 전류 증폭기, 고전압 증폭기

Description

ＭＲ 유체 또는 ＥＲ 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브{Haptic control knob using MR fluid or ER fluid}
본 발명은 MR 유체 또는 ER 유체의 점성 변화를 이용하여 자동차 내에서 운전자가 조작하고자 하는 에어컨, 오디오, 내비게이션 및 시트 등의 작동 등을 하나의 컨트롤 노브(control knob)를 통하여 간단하게 조작할 수 있는 것으로서, 조작하고자 하는 기능에 ECU의 판단 하에 다양한 크기의 자기장이 형성되어 햅틱 컨트롤 노브의 머리부를 원주 방향으로 회전시킬 때 일정 각도마다 운전자가 걸림의 느낌을 감지하게 되어 각 기능에 따른 크기 정도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 각 기능별로 다양하게 정해져있는 Min 및 Max의 값에 도달하면 햅틱 컨트롤 노브의 머리부는 더이상 회전할 수 없도록 구속동작이 발생하도록 하여 기존에 운전자의 시각에 의존한 각종 키의 조작에서 하나의 햅틱 컨트롤 노브를 감도에 따라 간단히 조작할 수 있어 주행 중 안전성 및 편의성을 증대시킬 수 있는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브에 관한 것이다.
일반적으로, ER 유체(elector-rheological fluid)는 부하 되는 전기장(electrical field)의 강도에 따라 역학적 특성이 변하는 유체를 말하며, 기본적 으로 비전도성(nonconductive) 용매에 전도성(conductivity)을 갖는 입자들을 분산시킨 콜로이드(colloidal) 용액이다.
ER 유체는 전기장 무부하시 랜덤(random) 구조를 갖고 있는 뉴토니안(Newtonian) 유체의 특성을 가지지만, 전기장 부하 시 항복전단응력을 갖는 빙햄(Bingham) 유체로 변하게 된다.
ER 유체는 액상이나 고상으로 빨리 변화하는 가역적인 유동성질을 가지고 있고 전기장의 세기로 항복전단응력(yield shear stress)을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
이러한 ER 유체의 특성을 응용한 장치는 단순한 설계, 낮은 제조단가, 무소음, 무진동, 빠른 응답특성, 연속 제어성능, 작은 전력 소모량 등의 장점을 가지고 있다.
이들 장점을 이용하여 댐퍼, 엔진마운트, 클러치, 브레이크, 노브 등에 응용되고 있다.
또한, MR 유체(magneto-rheological fluid)는 자기장(magnetic field) 부하에 의하여 ER 유체가 가지는 역학적 특성을 가질 수 있으며, 낮은 투자율(permeability)의 용매에 상자성(paramagnetic) 입자를 분산시킨 용액이다.
MR 유체의 응용장치는 ER 유체의 응용범위와 유사하며, 댐퍼, 마운트, 브레이크 등에 응용되어 상용화가 된 바가 있다.
ER 및 MR 유체 응용장치의 성능을 좌우하는 중요 성분은 ER 및 MR 유체, 설계메커니즘, 제어로직, 주변 전력공급장치 등이 있다. MR 유체 응용장치는 ER 유체 응용장치의 간단한 전극(electrode) 설계와는 달리 자기장 형성을 위한 자기회로(magnetic circuit)의 설계를 필요로 한다.
자기회로의 설계는 인덕턴스(inductance)와 MR 유체에 부하 되는 자기장의 방향 등에 영향을 준다. 즉, 자기회로의 설계가 MR 유체 응용장치의 성능을 좌우할 수 있다.
현재 개발된 MR 유체의 항복전단응력은 ER 유체에 비하여 20~50배 정도 크다. 따라서, MR 유체 응용장치는 ER 유체 응용장치에 비하여 소형화가 가능하다.
MR 유체 응용장치의 응답속도는 자기장에 대한 MR 유체의 응답속도, 자기회로의 응답속도, 주변 전력공급장치의 시간지연(time delay)에 의하여 결정된다.
반면에, ER 유체 응용장치의 응답속도는 전기장에 대한 ER 유체의 응답속도와 주변 전력공급장치의 시간지연에 의존한다. 따라서 ER 유체를 이용한 응용장치의 응답속도가 MR 유체 응용장치의 경우보다 빠른 것으로 알려져 있다.
도 1은 MR 유체(230)를 이용한 댐퍼(200)의 경우, 피스톤(280)을 중심으로 위쪽을 상부 챔버, 아래쪽을 하부 챔버로 나눌 수 있으며, 최외곽에 있는 아우터 실린더(outer cylinder,220), 내부에는 이너 실린더(inner cylinder,210)가 각각 구비되어 상기 이너 실린더(210) 및 아우터 실린더(220) 사이에 MR 유체 유로(MR fluid flow)가 형성되어 이루어진다.
상기 하부 챔버에는 내부에 가스 챔버의 체적을 조절하는 격벽(diaphragm,260)이 구비된 가스 실린더(gas cylinder,250)가 상기 아우터 실린 더(220)와 통하도록 구비된다.
상기 이너 실린더(210)의 상측 및 하측에는 각각 마그네틱 코일(magnetic coil,280)이 권선되어 전류의 인가에 의해 자기장이 형성되는 마그네틱 써킷(magnetic circuit,270)이 형성된다.
이때, 상기 마그네틱 코일(280)에는 전류를 인가되도록 전류부(240)가 각각 연결되어 있다.
상기와 같이 이루어진 상기 댐퍼(200)는 상기 전류부(240)로부터 자기장이 부하되지 않을 경우, 상기 MR 유체(230)의 유체 점성으로 인한 유체 댐핑력만을 발생시키게된다.
그와는 반면, 상기 전류부(240)로부터 자기장이 부하될 경우, 즉, 인가된 전류에 따라 상기 이너 실린더(210)의 상측 및 하측에 상기 MR 유체(230)의 점성이 커지게 되어 상기 Mr 유체(230)의 전단응력이 증가하게 되면 상기 이너 실린더(210) 내부의 MR 유체(230)의 유동 저항을 증가시킨다.
이것은 상기 피스톤(290)의 상·하의 압력차를 증가시키며, 이로 인하여 상기 피스톤(290)의 상·하운동에 소요되는 힘은 증가하게 된다.
결국, 상기 댐퍼(200)는 자기장의 무부하시에는 유체 점성으로 인한 유체댐핑력만을 발생시키게 되나, 자기장 무부하시에는 유체점성으로 인한 댐핑력에 MR 유체의 항복응력으로 인한 댐핑력이 가해지므로 더 큰 댐핑력이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 인가된 전류를 통해 마그네틱 코일에 의한 자기장이 형성됨에 따라 MR 유체 내의 점성이 증대되는 특성을 이용하여 자동차 내 각종 키 패널의 키조작시 운전자가 시각에 의존하여 조작할 수 밖에 없어 전방에 대한 시인성이 저하되어 전방 주시를 소홀히 하여 야기되는 각종 충돌 사고 및 키조작에 따른 불편함을 해소하고자 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀이 형성된 하우징을 구비하고, 상측은 상기 하우징의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부가 형성되고, 상기 홀을 관통하되 상기 홀과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부가 일체로 형성되고, 상기 가이드부의 하측에 2개의 원형 디스크가 일정 간격 이격되도록 형성되되 상기 디스크의 하단으로부터 상기 가이드부 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈이 형성되어 이루어지는 노브(knob)를 구비하고, 상기 가이드 홈과 상기 스프링 로드 사이에 구비되는 탄성 스프링, 상기 2개의 디스크 사이의 상기 가이드부 외주에 권선되는 마그네틱 코일, 상기 하우징 내부 및 상기 가이드부 사이에 충진되는 MR 유체, 상기 가이드부의 외주 일정 위치에 장착되는 인코더(encoder), 상기 가이드부의 상기 인코더로부터 신호를 입력받아 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시켜 상기 MR 유체의 점성을 증대시키는 ECU를 포함하여 이루어짐으로써, 운전자의 시각에 의지하던 각종 키패널의 키조작에서 하나의 햅틱 컨트롤 MR 유체 또는 ER 유체의 점성 변화 특성을 이용하여 보다 간단한 조작으로 주행의 안전성 및 편의성의 증대를 가져올 수 있는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀이 형성된 하우징;
상측은 상기 하우징의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부가 형성되고, 상기 홀을 관통하되 상기 홀과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부가 일체로 형성되고, 상기 가이드부의 하측에 2개의 원형 디스크가 일정 간격 이격되도록 형성되되 상기 디스크의 하단으로부터 상기 가이드부 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈이 형성되어 이루어지는 노브(knob);
상기 가이드 홈과 상기 스프링 로드 사이에 구비되는 탄성 스프링;
상기 2개의 디스크 사이의 상기 가이드부 외주에 권선되는 마그네틱 코일;
상기 하우징 내부 및 상기 가이드부 사이에 충진되는 MR 유체;
상기 가이드부의 외주 일정 위치에 장착되는 인코더(encoder);
상기 가이드부의 상기 인코더로부터 신호를 입력받아 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시켜 상기 MR 유체의 점성을 증대시키는 ECU;
를 포함하여 이루어지되, 상기 MR 유체 대신에 ER 유체를 충진하고, 상기 마그네틱 코일을 생략하고 상기 가이드부 및 상기 하우징에 각각 내부 전극 및 외부 전극을 연결하며 상기 전류 증폭기 대신에 고전압 증폭기를 포함하여 이루어지는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 노브의 직경 크기는 변경가능한 것을 특징으로 한다.
상기 하우징의 크기는 변경가능한 것을 특징으로 한다.
상기 MR 유체는 인가된 전류의 크기에 따라 점성이 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 ER 유체는 인가된 전압의 크기에 따라 점성이 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 머리부의 상단면에 기준 위치를 나타낼 수 있는 다양한 숫자 또는 기호 등을 새길 수 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 MR 유체 또는 ER 유체의 점성 변화를 이용하여 자동차 내에서 운전자가 조작하고자 하는 에어컨, 오디오, 내비게이션 및 시트 등의 작동 등을 하나의 컨트롤 노브(control knob)를 통하여 간단하게 조작할 수 있는 것으로서, 조작하고자 하는 기능에 ECU의 판단 하에 다양한 크기의 자기장 또는 전기장이 형성되어 햅틱 컨트롤 노브의 머리부를 원주 방향으로 회전시킬 때 일정 각도마다 운전자가 걸림의 느낌을 감지하게 되어 1차 조작 및 2차 조작에 따라 각 기능에 따른 크기 정도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 각 기능별로 다양하게 정해져있는 Min 및 Max의 값에 도달하면 햅틱 컨트롤 노브의 머리부는 더이상 회전할 수 없도록 구속동작이 발생하도록 하여 기존에 운전자의 시각에 의존한 각종 키의 조작에서 하나의 햅틱 컨트롤 노브를 감도에 따라 간단히 조작할 수 있어 주행 중 안전성 및 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 컨트롤 노브를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 "A"의 확대 단면도이고, 도 5는 도 3의 햅틱 컨트롤 노브의 1차 작동을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 3의 햅틱 컨트롤 노브의 2차 작동을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브(1)는, 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드(spring rod,21)를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀(20a)이 형성된 하우징(housing,20)을 포함한다.
그리고, 상측은 상기 하우징(20)의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부(11)가 형성되고, 상기 홀(20a)을 관통하되, 상기 홀(20a)과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부(11)의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부(13)가 일체로 형성되고, 상기 가이드부(13)의 하측에 2개의 원형 디스크(15)가 일정 간격 이격되도록 형성되 되, 상기 디스크(15)의 하단으로부터 상기 가이드부(13) 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈(13b)이 형성되어 이루어지는 노브(knob,10)가 구비된다.
그리고, 상기 가이드 홈(13b)과 상기 스프링 로드(21) 사이에 탄성 스프링(40)이 구비된다.
그리고, 상기 2개의 디스크(15) 사이의 상기 가이드부(13) 외주에 마그네틱 코일(magnetic coil,30)이 권선된다.
이때, 상기 마그네틱 코일(30)의 권선 밀도 및 권선 량을 조절하여 발생하게될 자기장의 세기를 다양하게 구현시킬 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 코일(30)의 권선 상태가 불량하거나 이탈하게 되는 경우를 방지하기 위하여 상기 마그네틱 코일(30) 외측에 이탈 방지부(33)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 하우징(20) 내부 및 상기 가이드부(13) 사이에는 MR 유체(MR fluid,50)가 충진되어 있다.
그리고, 상기 가이드부(13) 외주 일정 위치에 인코더(encoder,13a)가 장착되어 있으며, 상기 가이드부(13)의 상기 인코더(13a)로부터 신호를 입력받아 전류 증폭기(13d)를 통해 상기 마그네틱 코일(40)에 전류를 인가하여 발생하는 자기력선(35)(도4 참조)에 의한 자기장을 발생시켜 상기 MR 유체(50)의 점성을 증대시키는 ECU(13c)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 노브(10)의 머리부의 직경 크기는 운전자의 조작에 불편하지 않도록 해야 하며 자동차 내부의 내관에 대해 디자인의 조화를 해치지 않는 범위 내에서 다양한 크기로 변경가능하다.
또한, 상기 머리부의 형상을 본 발명의 명세서에서는 원반형으로 나타내었으나, 원반형 이외의 삼각형, 사각형, 별모양 등 다양한 형상으로 형성할 수 있어 ㅁ미려한 디자인을 나타낼 수 있다.
상기 하우징(20)의 크기는 상기 MR 유체(50)의 요구되는 점성 크기에 따라 다양한 크기로 변경하여 형성할 수 있어 자동차 내부의 키조작을 대신하기 위한 햅틱 컨트롤 노브(1) 뿐만 아니라 그 외 다양한 분야에서 각종 기능을 하는 수많은 조작 키에도 적용 가능하다.
예를 들면, 선박 내 컨트롤 패널, 비행기의 컨트롤 패널 및 각종 군부대 내 컨트롤 패널 등에 적용할 수 있다.
그리고, 상기 MR 유체(50)는 인가된 전류의 크기에 따라 점성이 변하므로, 다양한 전류의 크기를 인가하여 변화된 점성으로 인해 상기 햅틱 컨트롤 노브(1)의 기능성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 운전자가 상기 햅틱 컨트롤 노브(1)의 상기 머리부(11)를 원주 방향으로 회전시킴에 따라 각종 기능을 구현시킬 수 있으나, 기능 변화를 위한 회전 또는 각 기능별 크기의 변화를 위한 회전시 원위치 또는 이전 위치를 식별할 수 없는 경우가 발생할 단점을 해결하기 위해 즉, 운전자가 반대 방향으로 회전시 기준 위치를 쉽게 알 수 있도록 상기 머리부(11)의 상단면에 기준 위치를 나타낼 수 있는 다양한 숫자 또는 기호 등을 새겨 넣는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 본 발명에 따른 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달(1)의 작동 과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자동차 내부의 각종 키패널 중에서 크게는 예를 들면 메인 기능인 에어컨, 히터 그리고, 라디오 등의 기능이 있으며, 풍량 조절, 온도 조절 그리고 주파수 조절 등의 기능인 보조 기능으로 나눌 수 있다.
여기서 에어컨, 히터 그리고, 라디오 등의 메인 기능 중 어느 한 기능을 운전자가 주행 중 조작하려 할 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차적으로 상기 머리부(11)를 회전시킴에 따라 메인 기능 중 하나를 선택하게 된다.
이때, 상기 머리부(11)가 회전함에 따라 상기 인코더(13a)로부터 상기 ECU(13c)가 신호를 입력받아 에어컨, 히터 그리고, 라디오 기능 별로 상기 전류 증폭기(13d)로부터 서로 다른 크기의 전류를 인가시켜 상기 마그네틱 코일(30)로 인해 상기 MR 유체(50)에 자기력선을 형성하여 자기장을 발생시키게 된다.
즉, 에어컨, 히터 그리고, 라디오 등의 메인 기능별 선택은 상기 머리부(11)의 1차적인 회전에 따라 택일하게 되는 것이다.
그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 2차적으로 택일된 메인 기능인 에어컨, 히터 그리고 라디오 등 중에서 해당 메인 기능에 대한 세부 기능을 조절할 수 있어야 하는데, 이는 상기 머리부(11)를 하측 방향으로 밀어 내린 상태에서 회전을 시키게 되면 택일된 메인 기능별로 세부 기능에 대한 다양한 회전 각도 별로 걸림의 느낌을 운전자가 감지하여 조절할 수 있도록 상기 ECU(13c)로부터 판단된 감도에 따라 상기 MR 유체(50)의 점성을 변화시키게 된다.
따라서, 상기와 같은 구조의 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 sh노브는, 하나의 햅틱 컨트롤 노브를 1차 및/또는 2차 조작에 따라 다양하고 복잡한 자동차 내부의 컨트롤 패널 및 키 패널의 키조작을 단순한 조작으로 단일화 시킬 수 있어 운전자의 시각에 의존하던 기존의 키조작에 따른 전방 주시의 소홀과 그에 따라 야기되는 각종 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주행 중 운전자의 조작 감도에 따라 원하는 메인 기능과 메인 기능별 세부 기능을 조작할 수 있어 주행의 안전성과 편의성을 도모할 수 있게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 컨트롤 노브를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브(1)는, 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드(spring rod,21)를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀(20a)이 형성된 하우징(housing,20)을 포함한다.
그리고, 상측은 상기 하우징(20)의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부(11)가 형성되고, 상기 홀(20a)을 관통하되 상기 홀(20a)과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부(11)의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부(13)가 일체로 형성되고, 상기 가이드부(13)의 하측에 2개의 원형 디스크(15)가 일정 간격 이격되도록 형성되되, 상기 디스크(15)의 하단으로부터 상기 가이드부(13) 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈(13b)이 형성되어 이루어지는 노브(knob,10)가 구비된다.
그리고, 상기 가이드 홈(13b)과 상기 스프링 로드(21) 사이에 탄성 스프링(40)이 구비된다.
그리고, 상기 하우징(20) 내부 및 상기 가이드부(13) 사이에는 ER 유체(ER fluid,50')가 충진되어 있다.
그리고, 상기 가이드부(13) 외주 일정 위치에 인코더(encoder,13a)가 장착되어 있으며, 상기 가이드부(13)의 상기 인코더(13a)로부터 신호를 입력받아 고전압 증폭기(13d)를 통해 상기 하우징(20) 및 상기 디스크(15)에 전압을 인가하여 발생하는 자기장을 이용하여 상기 ER 유체(50')의 점성을 증대시키는 ECU(13c)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 노브(10)의 머리부(11)의 직경 크기는 운전자의 조작에 불편하지 않도록 해야 하며 자동차 내부의 내관에 대해 디자인의 조화를 해치지 않는 범위 내에서 다양한 크기로 변경가능하다.
또한, 상기 머리부(11)의 형상을 본 발명의 명세서에서는 원반형으로 나타내었으나, 원반형 이외의 삼각형, 사각형, 별모양 등 다양한 형상으로 형성할 수 있어 ㅁ미려한 디자인을 나타낼 수 있다.
상기 하우징(20)의 크기는 상기 ER 유체(50')의 요구되는 점성 크기에 따라 다양한 크기로 변경하여 형성할 수 있어 자동차 내부의 키조작을 대신하기 위한 햅틱 컨트롤 노브(1) 뿐만 아니라 그 외 다양한 분야에서 각종 기능을 하는 수많은 조작 키에도 적용 가능하다.
예를 들면, 선박 내 컨트롤 패널, 비행기의 컨트롤 패널 및 각종 군부대 내 컨트롤 패널 등에 적용할 수 있다.
그리고, 상기 ER 유체(50')는 인가된 전압의 크기에 따라 점성이 변하므로, 다양한 전압의 크기를 인가하여 변화된 점성으로 인해 상기 햅틱 컨트롤 노브(1)의 기능성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 운전자가 상기 햅틱 컨트롤 노브(1)의 상기 머리부(11)를 원주 방향으로 회전시킴에 따라 각종 기능을 구현시킬 수 있으나, 기능 변화를 위한 회전 또는 각 기능별 크기의 변화를 위한 회전시 원위치 또는 이전 위치를 식별할 수 없는 경우가 발생할 단점을 해결하기 위해 즉, 운전자가 반대 방향으로 회전시 기준 위치를 쉽게 알 수 있도록 상기 머리부(11)의 상단면에 기준 위치를 나타낼 수 있는 다양한 숫자 또는 기호 등을 새겨 넣는 것이 바람직하다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 MR 유체의 개념을 개략적으로 나타내는 댐퍼의 단면도,
도 2는 ER 유체의 개념을 개략적으로 나타내는 댐퍼의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 컨트롤 노브를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 4는 도 3의 "A"의 확대 단면도,
도 5는 도 3의 햅틱 컨트롤 노브의 1차 작동을 개략적으로 나타내는 단면도,
도 6은 도 3의 햅틱 컨트롤 노브의 2차 작동을 개략적으로 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 컨트롤 노브를 개략적으로 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 햅틱 컨트롤 노브 10: 노브
11: 머리부 13: 가이드부
13a: 인코더(encoder) 13b: 가이드 홈
13c: ECU 13d: 전류 증폭기
15: 디스크 20: 하우징
20a: 홀 21: 스프링 로드(spring rod)
30: 마그네틱 코일 33: 이탈 방지부
40: 탄성 스프링 50: MR 유체

Claims (9)

  1. 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀이 형성된 하우징;
    상측은 상기 하우징의 직경과 동일한 크기를 갖도록 형성된 원반형 머리부, 상기 홀을 관통하되 상기 홀과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부의 하단으로부터 일체로 형성된 원기둥 형상의 가이드부, 상기 가이드부의 하측에 2개의 원형 디스크가 일정 간격 이격되도록 형성되되 상기 디스크의 하단으로부터 상기 가이드부 내부 중앙으로 일정 길이만큼 형성된 단면이 원형인 가이드 홈을 포함하는 노브(knob);
    상기 가이드 홈과 상기 스프링 로드 사이에 구비되는 탄성 스프링;
    상기 2개의 디스크 사이의 상기 가이드부 외주에 권선되는 마그네틱 코일;
    상기 하우징 내부 및 상기 가이드부 사이에 충진되는 MR 유체;
    상기 가이드부의 외주 일정 위치에 장착되는 인코더(encoder);
    상기 가이드부의 상기 인코더로부터 신호를 입력받아 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시켜 상기 MR 유체의 점성을 증대시키도록 제어하는 ECU;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머리부의 직경 크기는 변경가능한 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 크기는 변경가능한 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 MR 유체는 인가된 전류의 크기에 따라 점성이 변하는 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 머리부의 상단면에 기준 위치를 나타낼 수 있는 다양한 숫자 또는 기호 등을 새길 수 있는 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  6. 원통 형상으로 내부 중앙엔 하측으로부터 일정 높이만큼 일체로 형성된 원기둥 형상의 스프링 로드를 포함하며 상측 중앙엔 원형의 홀이 형성된 하우징;
    상측은 상기 하우징의 직경과 동일한 크기의 원반형 머리부가 형성되고, 상기 홀을 관통하되 상기 홀과 동일한 직경을 가지며 상기 머리부의 하단으로부터 원기둥 형상의 가이드부가 일체로 형성되고, 상기 가이드부의 하측에 2개의 원형 디스크가 일정 간격 이격되도록 형성되되 상기 디스크의 하단으로부터 상기 가이드부 내부 중앙으로 일정 길이만큼 단면이 원형인 가이드 홈이 형성되어 이루어지는 노브(knob);
    상기 가이드 홈과 상기 스프링 로드 사이에 구비되는 탄성 스프링;
    상기 가이드부의 외주 일정 위치에 장착되는 인코더(encoder);
    상기 하우징 및 상기 가이드부 사이에 충진되는 ER 유체;
    상기 가이드부의 상기 인코더로부터 신호를 입력받아 고전압 증폭기를 통해 상기 하우징 및 상기 디스크에 각각 전압을 인가하여 전기장을 발생시켜 상기 ER 유체의 점성을 증대시키도록 제어하는 ECU;
    를 포함하여 이루어지는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 머리부의 직경 크기는 변경가능한 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하우징의 크기는 변경가능한 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 머리부의 상단면에 기준 위치를 나타낼 수 있는 다양한 숫자 또는 기호 등을 새길 수 있는 것을 특징으로 하는 MR 유체 또는 ER 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브.
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