KR100867425B1 - 햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치 및이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부 바디 공간을 구비하는 햅틱 하우징 바디와, 상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스를 구비하는 햅틱 하우징과; 상기 햅틱 하우징 베이스와 대응되도록 상기 햅틱 하우징 바디의 타단에 축방향 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브와, 상기 햅틱 하우징 바디 내부에 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와, 상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 축방향 회동이 제한되도록 배치되고 내부에 코어 코일이 배치되는 로터리 코어와, 상기 코어 코일에 입력되는 전기적 신호에 따라 상기 로터리 코어에 접촉하여 상기 로터리 코어와의 사이에 힘전달이 이루어지도록 축방향 이동 가능하게 배치되고 상기 로터리 플레이트와 맞물리어 함께 축방향 회전 가능한 로터리 흡인부를 구비하는 로터리 스위치부와; 및 기 햅틱 하우징의 내부에 배치되어 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판;을 구비하는 햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.

Description

햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치 및 이의 제어 방법{Haptic Actuator, Haptic Actuator Apparatus with the Acturator and Method for controlling the Apparatus}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 부분 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 작동전 상태의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 작동 상태의 개략적인 단면도이다.

도 6은 본 발명의 로터리 디스크의 일면 상에 작용하는 힘을 표현하는 개략화된 FBD(free body diagram)을 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명의 로터리 코어 및 로터리 흡인부 간의 접촉면의 상태를 나타내는 개략도이다.

도 8은 본 발명의 로터리 코어, 코어 코일 및 로터리 디스크 간의 자기 회로 에 대한 등가 모델을 나타내는 개략도이다.

도 9는 도 8의 등가 모델에 대한 개략적인 사시도이다.

도 10은 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 평면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 디렉셔널 스위치 노브의 개략적인 사시도이다.

도 12는 본 발명에 따른 버튼 인쇄회로기판이 장착된 햅틱 하우징 바디에 대한 개략적인 평면도이다.

도 13은 본 발명의 다른 변형예에 따른 햅틱 액츄에이터에 대한 개략적인 사시도이다.

도 14는 본 발명의 다른 변형예에 따른 햅틱 액츄에이터의 버튼 스위치부의 작동전 상태의 개략적인 부분 단면도이다.

도 15는 본 발명의 다른 변형예에 따른 햅틱 액츄에이터의 버튼 스위치부의 작동 상태의 개략적인 부분 단면도이다.

도 16은 본 발명의 버튼 스위치부의 다른 변형예를 구비하는 햅틱 액츄에이터의 개략적인 분해 사시도이다.

도 17은 본 발명의 버튼 스위치부의 다른 변형예를 구비하는 햅틱 액츄에이터의 개략적인 부분 분해 사시도이다.

도 18은 본 발명의 버튼 스위치부의 다른 변형예를 구비하는 햅틱 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.

도 19는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터 장치의 개략적인 개념도이다.

도 20 내지 도 23은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터 장치의 저장부에 저장된 자기 흡인력의 사전 설정 패턴 및 이에 의해 로터리 노브를 통해 사용자가 감지하는 힘의 감도를 나타내는 모식도이다.

도 24는 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1...햅틱 액츄에이터 2...저장부

3...제어부 4...연산부

5...햅틱 액츄에이터 장치 10...햅틱 하우징 바디

11..햅틱 하우징 바디 13...햅틱 하우징 베이스

20...버튼 스위치부 21...버튼 커버

23...버튼 베이스 24...버튼 컬럼

200...엔터 스위치 노브 210...디렉셔널 스위치 노브

220...버튼 인쇄회로기판 250...버튼 고정부

300...로터리 노브 310...로터리 플레이트

320...고정 플레이트 330...로터리 탄성 부재

340...로터리 코어 360...로터리 엔코더 플레이트

403...엔코더 센서 500...회동 감지부

본 발명은 햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 장치 및 이의 제어 방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 사용자로 하여금 진동 및 회동 저항을 느낄 수 있도록 하는 액츄에이터, 이를 구비하는 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

햅틱스(Haptics)는 촉각을 통하여 사용자에게 정보를 전달하기 위한 연구 분야의 하나이다. 대부분의 정보 전달은 시각 또는 청각을 통하여 이루어졌으나 컴퓨터 인터페이스 혹은 가상 환경의 발전에 따라 또 다른 감각 정보에 대한 사용자의 니즈 증대로 인하여 햅틱스에 대한 연구가 급속히 이루어지고 있다.

한국 등록 특허 제507554호에는 링크 기구를 통하여 독립적인 3자유도를 구현할 수 있도록 컴퓨터에 연결되어 사용되는 햅틱 조이스틱 시스템이 개시되어 있고, 한국 공개 특허 제 2003-82968호에는 컴퓨터 터치 패드에 촉감을 전달하는 액츄에이터를 구비하여 사용자로 하여금 출력되는 포스를 감지할 수 있도록 하는 햅틱 인터페이스가 개시되어 있다.

본 발명은 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감을 느낄 수 있도록 하는 간단한 구조의 햅틱 액츄에이터 장치, 이를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부 바디 공간을 구비하는 햅틱 하우징 바디와, 상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스를 구비하는 햅틱 하우징과; 상기 햅틱 하우징 베이스와 대응되도록 상기 햅틱 하우징 바디의 타단에 축방향 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브와, 상기 햅틱 하우징 바디 내부에 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와, 상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 축방향 회동이 제한되도록 배치되고 내부에 코어 코일이 배치되는 로터리 코어와, 상기 코어 코일에 입력되는 전기적 신호에 따라 상기 로터리 코어에 접촉하여 상기 로터리 코어와의 사이에 힘전달이 이루어지도록 축방향 이동 가능하게 배치되고 상기 로터리 플레이트와 맞물리어 함께 축방향 회전 가능한 로터리 흡인부를 구비하는 로터리 스위치부와; 및 기 햅틱 하우징의 내부에 배치되어 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판;을 구비하는 햅틱 액츄에이터를 제공한다.

상기 햅틱 액츄에이터에 있어서, 상기 로터리 플레이트와 상기 로터리 코어 사이에 배치되고 상기 햅틱 하우징 바디의 내측에 고정 장착되는 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트와 상기 로터리 코어 사이에 배치되고 상기 로터리 코어의 축방향 이동시 탄성 완충 작용을 이루는 로터리 탄성 부재가 더 구비될 수도 있다. 또한, 상기 로터리 탄성 부재의 각각의 일면에는 탄성 부재 안착 돌기가 구비되고, 상기 로터리 탄성 부재의 대응부로 상기 로터리 코어 및 상기 고정 플레이트의 각각의 일면에는 상기 탄성 부재 안착 돌기와 맞물리는 탄성 부재 안착홈이 구비될 수도 있다.

상기 햅틱 액츄에이터에 있어서, 상기 로터리 코어의 내부에는 코어 수용부가 구비되고, 상기 코어 수용부에는 코어 보빈이 수용되며, 상기 코어 코일은 상기 코어 보빈의 외주 상에 권취될 수도 있다. 또한, 상기 로터리 흡인부는: 상기 로터리 코어를 관통 가능하게 배치되는 로터리 사프트와, 상기 로터리 샤프트의 일단에 고정 장착되는 로터리 디스크를 구비하되, 상기 로터리 샤프트의 일단에는 로터리 샤프트 맞물림부가 구비되고, 상기 로터리 플레이트의 일단에는 상기 로터리 샤프트 맞물림부와 맞물리는 로터리 샤프트 맞물림 대응부가 더 구비되고, 상기 로터리 디스크와 상기 로터리 코어에는 서로 맞닿아 상대 회전 운동 가능한 교차 영역이 구비될 수도 있고, 상기 로터리 디스크와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에는 상기 로터리 플레이트의 회동을 감지하는 회동 감지부가 구비될 수도 있으며, 이 경우, 상기 햅틱 인쇄회로기판은 상기 햅틱 하우징 베이스에 인접하게 배치되고, 상기 회동 감지부는: 상기 로터리 디스크의 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 타면에 배치되는 로터리 엔코더 플레이트와, 상기 햅틱 인쇄회로기판의 일면으로 상기 엔코더 플레이트에 대응하는 위치에 배치되는 엔코더 센서를 구비할 수도 있다.

또한, 상기 햅틱 하우징에는 버튼 스위치부가 더 구비될 수도 있는데, 상기 버튼 스위치부는: 상기 로터리 노브의 내측에 상기 로터리 노브와 상대 회전 운동 가능하게 위치 고정되어 서로 결합하도록 배치되는 버튼 커버 및 버튼 베이스와, 상기 버튼 커버의 내측에 배치되고 상기 햅틱 하우징의 축방향에 수직한 평면에 경사지도록 틸팅 운동 가능하고, 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 일면에 복수 개의 디렉셔널 스위치 컬럼을 구비하는 디렉셔널 스위치 노브와, 상기 디렉셔널 스위치 노브의 내측에 배치되어 상기 햅틱 하우징의 축방향으로 직선 운동 가능하고, 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 일면에 엔터 스위치 컬럼을 구비하는 엔터 스위치 노브 와, 상기 디렉셔널 스위치 노브 및 상기 엔터 스위치 노브의 위치에 대응하여 배치되고 상기 디렉셔널 스위치 컬럼 및 엔터 스위치 컬럼의 단부가 접하는 복수 개의 버튼 스위치를 구비하는 버튼 인쇄회로기판을 구비할 수도 있고, 상기 버튼 스위치는: 상기 버튼 인쇄회로기판의 중앙에 배치되는 엔터 스위치와, 상기 엔터 스위치로부터 등반경 상에 등각을 이루며 배치되는 복수 개의 디렉셔널 스위치를 구비할 수도 있고, 상기 엔터 스위치의 외주 상으로 상기 버튼 인쇄회로기판의 일면 상에는 상기 엔터 스위치가 온(ON)되는 경우 발광하는 하나 이상의 엔터 광원이 구비되고, 상기 엔터 노브에는 상기 엔터 광원으로부터의 빛을 배출하기 위한 엔터 광원 표시부가 더 구비될 수도 있고, 상기 복수 개의 디렉셔널 스위치의 사이로 상기 버튼 인쇄회로기판의 일면 상에는 상기 엔터 스위치가 온(ON)되는 경우 발광하는 하나 이상의 디렉셔널 광원이 구비되고, 상기 디렉셔널 노브에는 상기 디렉셔널 광원으로부터의 빛을 배출시키기 위한 디렉셔널 광원 표시부가 더 구비될 수도 있다.

또한, 상기 버튼 스위치부는: 상기 로터리 노브의 내측에 배치되어 상기 햅틱 하우징의 축방향으로 직선 운동 가능한 엔터 스위치 노브와, 일단이 상기 엔터 스위치 노브의 위치에 대응하며 상기 로터리 스위치부를 관통하는 엔터 스위치 컬럼과, 상기 햅틱 인쇄회로기판의 일면으로 상기 엔터 스위치 컬럼의 타단의 대응하는 위치에 구비되는 버튼 스위치를 구비할 수도 있다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 내부 바디 공간을 구비하는 햅틱 하우징 바디와, 상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스를 구비하는 햅틱 하우징과; 상기 햅틱 하우징 베이스와 대응되도록 상기 햅틱 하우징 바디의 타단에 축방향 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브와, 상기 햅틱 하우징 바디 내부에 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와, 상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 축방향 회동이 제한되도록 배치되고 내부에 코어 코일이 배치되는 로터리 코어와, 상기 코어 코일에 입력되는 전기적 신호에 따라 상기 로터리 코어에 접촉하여 상기 로터리 코어와의 사이에 힘전달이 이루어지도록 축방향 이동 가능하게 배치되고 상기 로터리 플레이트와 맞물리어 함께 축방향 회전 가능한 로터리 흡인부를 구비하는 로터리 스위치부와; 상기 햅틱 하우징의 내부에 배치되어 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판; 및 상기 로터리 디스크와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 배치되어 상기 로터리 플레이트의 회동을 감지하는 회동 감지부;를 구비하는 햅틱 액츄에이터와, 상기 로터리 코어 및 상기 코어 코일과 상기 로터리 흡인부 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴을 저장하는 저장부와, 상기 회동 감지부로부터의 감지 신호와 상기 저장부의 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 연산하여 산출하는 연산부와, 상기 연산부, 상기 저장부, 상기 회동 감지부 및 상기 햅틱 인쇄회로기판과 전기적 소통을 이루며, 상기 연산부에 의하여 산출된 전기적 신호를 상기 코어 코일로 인가하는 제어부를 포함하는 햅틱 액츄에이터 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 로터리 노브와, 상기 로터리 노브와 동축 상에 배치되는 코어 코일을 내부에 구비하는 로터리 코어와, 상기 로터리 코어를 관통하여 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리는 로터리 샤프트 및 상기 로터리 샤 프트에 연결되어 상기 로터리 코어의 단부와 접촉 가능한 로터리 디스크를 갖는 로터리 흡인부와, 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판과, 상기 로터리 흡인부를 통하여 상기 로터리 노브의 회동량을 감지하는 회동 감지부와, 상기 로터리 코어 및 상기 코어 코일과 상기 로터리 흡인부 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴을 저장하는 저장부와, 상기 회동 감지부로부터의 감지 신호와 상기 저장부의 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 연산하여 산출하는 연산부와, 상기 연산부, 상기 저장부, 상기 회동 감지부 및 상기 햅틱 인쇄회로기판과 전기적 소통을 이루며 상기 연산부에 의하여 산출된 전기적 신호를 상기 코어 코일로 인가하는 제어부를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치를 제공하는 제공 단계; 상기 제어부가 선택된 모드를 판단하는 모드 판단 단계; 상기 제어부가 판단한 모드가 회전 모드인 경우, 상기 회동 감지부가 상기 로터리 노브의 회동량을 감지하는 회동량 감지 단계; 상기 저장부에 저장된 사전 설정 패턴 및 상기 회동 감지부의 상기 회동량으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 상기 연산부가 연산하는 연산 단계; 상기 연산 단계로부터 연산된 상기 전기적 신호를 상기 제어부가 상기 코어 코일에 인가하는 인가 단계;를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치의 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 제어부가 판단한 모드가 진동 모드인 경우, 상기 저장부에 저장된 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 상기 연산부가 연산하는 연산 단계; 상기 연산 단계로부터 연산된 상기 전기적 신호를 상기 제어부가 상기 코어 코일에 인가하는 인가 단계;를 구비할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 햅틱 하우징과; 내측에 코어 코일을 수용하고 상기 햅틱 하우징 내부에 배치되는 코어와, 상기 코어에 인가되는 전기적 신호에 따라 상기 햅틱 하우징의 축방향 이동 가능하게 배치되는 자기 흡인부를 구비하는 스위치부;를 포함하는 햅틱 액츄에이터를 제공한다.

상기 햅틱 액츄에이터에 있어서, 상기 햅틱 하우징의 외측에는 상기 햅틱 하우징의 축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브가 구비되고, 기 자기 흡인부의 일측은, 상기 코어에 인가되는 전기적 신호에 의하여 상기 자기 흡인부가 상기 코어 측으로 이동하는 경우 상기 코어의 하단측과 맞닿도록 형성되되, 상기 자기 흡인부는 상기 로터리 노브와 함께 회동할 수도 있다.

이하에서는 회전 모드 및/또는 진동 모드 작동이 가능한 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 및 이를 구비하는 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 사시도가 도시되고, 도 2에는 도 1의 햅틱 액츄에이터의 개략적인 분해 사시도가 도시되며, 도 3에는 도 1의 햅틱 액츄에이터의 개략적인 부분 분해 사시도가 도시되고, 도 4에는 도 1의 햅틱 액츄에이터의 개략적인 단면도가 도시된다.

햅틱 액츄에이터(1)는 햅틱 하우징(10)과, 로터리 스위치부(30)와, 햅틱 인쇄회로기판(40)을 구비하는데, 로터리 스위치부(30) 및 햅틱 인쇄회로기판(40)의 적어도 일부가 햅틱 하우징(10)의 내부에 배치되고, 로터리 스위치부(30)의 일부는 햅틱 하우징(10)에 대하여 햅틱 하우징(10)의 축방향 회동이 가능하도록 배치된다. 본 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터(1)는 햅틱 하우징(10)의 일단에 버튼 스위치부(20)가 더 구비되는 구성을 취하는 것으로 도시되었으나, 로터리 스위치부만을 구비하는 구성을 취할 수도 있는 등, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.

햅틱 하우징(10)은 햅틱 하우징 바디(11)와 햅틱 하우징 베이스(13)를 포함하는데, 햅틱 하우징 바디(11)는 내부 바디 공간(115)을 구비하여 로터리 스위치부(30)의 적어도 일부가 배치되도록 한다. 햅틱 하우징 바디(11)는 양단이 개방된 구성을 취하는 것으로 도시되는데, 햅틱 하우징 바디(11)의 개방된 양단 중 어느 일단에는 햅틱 하우징 베이스(13)가 배치된다. 햅틱 하우징 바디(11)의 단부에는 바디 베이스 체결부(111)가 구비되고 이와 대응되는 위치로 햅틱 하우징 베이스(13)의 단부에는 베이스 바디 체결부(130)가 구비된다. 여기서, 바디 베이스 체결부(111)는 햅틱 하우징 바디(11)의 단부 측면에 형성되는 관통구로 구성되고 베이스 바디 체결부(130)는 햅틱 하우징 베이스(13)의 단부 측면에 형성되는 돌기로 구성되어 이들이 서로 맞물리는 구조를 취하는 것으로 구성되는데, 본 발명은 이에 국한되지 않고 바디 베이스 체결부(111)가 돌기 구조를 구비하고 베이스 바디 체결부(130)가 관통구 구조를 구비하는 구성을 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.

로터리 스위치부(30)는 적어도 일부가 햅틱 하우징(10)에 의하여 형성되는 내부 공간에 위치하도록 구성된다. 로터리 스위치부(30)는 로터리 노브(300)와, 로터리 플레이트(310)와, 로터리 코어(340)와, 로터리 흡인부(350)를 구비한다. 로터리 노브(300)는 햅틱 하우징 바디(11)의 타단에 배치되는데, 햅틱 하우징 바 디(11)의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스(13)와 대응하며 축방향 회전 가능하게 배치된다. 즉, 로터리 노브(300)는 햅틱 하우징 바디(11)의 단부로 햅틱 하우징 베이스(13)와 마주하도록 배치되는데, 로터리 노브(300)의 외주는 플레이트 타입의 링 일면으로부터 수직 연장 형성된 연장부를 구비하고 연장부와 플레이트 타입 링 사이에 수 개의 연장 돌기를 형성하여 사용자로 하여금 로터리 노브(300)의 그립감을 증대시켜 로터리 노브(300)를 조작할 때 발생 가능한 미끄러짐을 방지할 수도 있다. 로터리 노브(300)의 플레이트 타입 링의 연장부가 형성된 면의 반대면에는 햅틱 액츄에이터의 축 방향에 평행하게 연장 형성되는 노브 가이드(301)가 구비되는데, 노브 가이드(301)는 햅틱 하우징 바디(11)의 타단에 형성된 하우징 바디 개구(113)의 내주면과 맞닿아 로터리 노브(300)가 햅틱 액츄에이터의 축을 중심으로 축회전하는 경우 안정적인 회동을 이룰 수 있도록 한다. 여기서, 노브 가이드(301)와 하우징 바디 개구(113)의 크기는 로터리 노브(300)의 안정적인 회동이 이루어질 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.

로터리 플레이트(310)는 햅틱 하우징 바디(11) 내부에 배치되는데, 로터리 플레이트(310)는 로터리 노브(300)와 맞물리어 함께 축방향 회전한다. 로터리 플레이트(310)의 외연으로부터 로터리 노브(300)를 향하여 연장 형성된 연장부에는 로터리 노브(300)와의 맞물림을 위한 로터리 플레이트 체결부(311)가 구비되는데, 로터리 플레이트(310)와 로터리 노브(300)의 결합시 로터리 플레이트 체결부(311)의 대응 위치로 로터리 노브(300)의 내측면에는 로터리 플레이트 체결 대응부(302)가 구비된다. 로터리 플레이트 체결부(311)와 로터리 플레이트 체결 대응부(302) 가 서로 맞물림으로써, 로터리 노브(300)의 축회전 운동은 로터리 플레이트(310)에 그대로 전달되어 로터리 플레이트(310)는 로터리 노브(300)와 함께 축회전 운동을 이룬다. 로터리 노브(300)와 로터리 플레이트(310) 간의 맞물림에 의하여 공간이 형성되는데, 이 공간에는 하기되는 버튼 스위치부의 적어도 일부가 수용될 수도 있다.

로터리 코어(340)는 로터리 플레이트(310)와 햅틱 하우징 베이스(13) 사이에 배치되어 햅틱 액츄에이터의 축방향으로의 회동이 제한되는데, 로터리 코어(340)의 내부에는 코어 코일(미도시)이 배치된다. 즉, 로터리 코어(340)는 중앙에 코어 관통구(341)와 내부에 코어 수용부(343)를 구비하며 단면이 눕혀진 "ㄷ"자 형의 형상을 구비하는 링 타입으로 구성된다. 로터리 코어(340)는 본 실시예에서 SNC(니켈 크롬강 강재)를 포함하는 것으로 구현되었으나 이는 본 발명의 일예일뿐 강자성체를 형성하고 적절한 마찰 계수를 구비하는 등, 하기되는 로터리 흡인부의 로터리 디스크와의 자기 상호 작용을 발생시킬 수 있는 범위에서 다양한 구성이 가능하다.

로터리 코어(340)의 내부에 형성된 코어 수용부(343)에는 코어 코일(미도시)이 배치되는데, 코어 코일은 코어 수용부(343)에 직접 권취되는 구성을 취할 수도 있으나, 조립의 용이성을 증대시키기 위하여 코어 보빈(347)을 통하여 배치되는 구성을 취할 수도 있다. 코어 코일은 코어 보빈(347)의 외주 일부에 권취되는데, 중앙에 배치된 코어 보빈(347)의 중앙 관통구는 로터리 코어(340)의 코어 수용부(343)를 형성하기 위한 내측 연장부를 삽입 수용시킨다. 경우에 따라, 코어 보빈의 중앙 관통구의 내측면과 이와 마주하는 로터리 코어의 내측면 간에는 서로 맞 물리어 코어 보빈의 축방향 회전을 방지하는 맞물림 부재가 더 구비될 수도 있다.

코어 코일은 로터리 코어(340)를 포함한 햅틱 액츄에이터(1)의 축을 중심으로 권선되는 구조를 취한다. 여기서, 코어 코일은 다른 구성 요소의 결합 관계를 명확히 하기 위하여 생략되었는데, 이의 형상 등은 본 기술 분야의 당업자가 용이하게 알 수 있음은 명백하다.

또한, 경우에 따라 하기되는 로터리 코어의 축방향 이동을 제한하거나 또는 축방향 이동에 의한 충격을 완화시키기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 로터리 플레이트(310)와 로터리 코어(340) 사이에 고정 플레이트(320)가 더 배치되고, 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 로터리 탄성 부재(330)가 더 배치되는 구조를 취할 수도 있다. 고정 플레이트(320)는 햅틱 하우징 바디(11)의 내측에 고정 장착되어 로터리 플레이트(310)가 배치된 영역과 로터리 코어(340)가 배치된 영역을 분리하고, 로터리 탄성 부재(330)는 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 배치되어 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의하여 발생하는 급격한 충격량 증대를 완화시킨다.

고정 플레이트(320)는 중앙에 고정 플레이트 관통구(321)를 구비하고, 외주 측면에 고정 플레이트 체결부(323)를 구비하는데, 햅틱 하우징 바디(11)에 형성된 고정 플레이트 체결 대응부(110, 도 1 참조)와 체결을 이룬다. 즉, 햅틱 하우징 바디(11)의 타단으로 로터리 노브(300)가 배치되는 면에는 로터리 노브(300)의 안정적인 회동을 지지하기 위한 바디 연장부가 형성되고, 바디 연장부의 적어도 내측 일면으로 고정 플레이트(320)를 향한 일면에는 고정 플레이트 체결 대응부(110)가 배치되는데, 고정 플레이트 체결부(323)와 고정 플레이트 체결 대응부(110)는 서로 맞물리어 체결되는 구성을 취한다. 따라서, 고정 플레이트(320)는 햅틱 하우징(10)에 대하여 축회전 가능하게 배치되는 로터리 노브(300) 및 로터리 플레이트(310)와는 달리 햅틱 하우징(10), 구체적으로 햅틱 하우징 바디(110)에 대하여 축방향 회동하지 않고 위치 고정되도록 배치되어 축방향 회동이 제한된다. 이와 같은 고정 플레이트(320)에 의하여 로터리 플레이트(310) 영역과 로터리 코어(340)의 영역이 분할됨으로써 양자 간의 운동시 발생 가능한 구성 요소 간의 운동 간섭을 방지할 수 있다.

또한, 로터리 탄성 부재(330)는 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 사이에 배치되는데, 본 실시예에서 로터리 탄성 부재(330)는 판상의 스파이더 타입 탄성 부재로 구성된다. 하지만, 본 발명은 상기와 같은 판상의 스파이더 타입 탄성 부재에 국한되지 않고 단순한 코일 스프링 타입의 구성을 취할 수도 있는 등, 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의한 충격을 완화시킬 수 있는 탄성 완충 작용을 제공하는 범위에서 다양한 구성을 취할 수도 있다.

경우에 따라, 판상의 스파이더 타입으로 구성되는 로터리 탄성 부재(330)의 각각의 일면에는 탄성 부재 안착 돌기(331,333)가 구비되고, 고정 플레이트(320) 및 로터리 코어(340)의 각각의 일면으로 로터리 탄성 부재(330)의 탄성 부재 안착 돌기(331,333)에 대응하는 위치에는 탄성 부재 안착 돌기(331,333)와 맞물리는 탄성 부재 안착홈(325,349)이 구비될 수도 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 하기되는 로터리 코어(340)의 축방향 직선 운동에 의한 로터리 코어(340)와 다른 인접 구 성 요소 간의 충격으로 인한 소음 발생 및 피로에 의한 파손을 방지 내지는 경감시킬 수 있다.

로터리 흡인부(350)는 적어도 일부가 로터리 코어(340)와 햅틱 하우징 베이스(13)의 사이에 배치되는데, 로터리 흡인부(350)는 로터리 코어(340)의 내부 코어 수용부(343)에 수용되는 코어 보빈(347)의 외주 상에 권취된 코어 코일(미도시)에 입력되는 전기적 신호에 따라 로터리 코어(340)에 대하여 축방향 상대 직선 운동을 실행한다. 또한, 로터리 흡인부(350)는 로터리 플레이트(310)와 맞물리어 로터리 플레이트(310)의 축방향 회전이 이루어지는 경우 로터리 플레이트(310)와 함께 축방향 회전 가능한다. 로터리 흡인부(350)는 로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)를 구비하는 구성을 취하는데, 본 실시예에서 이들 로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)는 서로 분리 가능한 구조를 취하는 것으로 도시되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일예로서 일체로 형성되는 구성을 취할 수도 있다.

로터리 샤프트(351)는 로터리 코어(340)에 형성된 코어 관통구(341) 이하의 외경을 구비함으로써 로터리 샤프트(351)는 로터리 코어(340)를 관통 가능하도록 배치된다. 로터리 디스크(355)는 로터리 샤프트(351)의 일단에 고정 장착되어 로터리 디스크(355)와 로터리 샤프트(351) 간에 축방향 상대 회전 운동이 발생하는 것을 방지한다. 로터리 디스크(355)에는 로터리 디스크 장착구(356)이 구비되고 로터리 샤프트(351)의 단부에는 로터리 디스크 장착 대응부(353)가 구비되어, 이들 간의 맞물림을 통해 로터리 디스크(355)와 로터리 샤프트(351)는 일체로 형성된다.

로터리 샤프트(351)와 로터리 디스크(355)를 포함하는 로터리 흡인부(350)는 강자성을 가지는 재료로 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 로터리 샤프트(351)는 SUS와 같은 스테인리스 강으로 구성되고 로터리 디스크(355)는 SNC와 같은 니켈 크롬강 강재와 같은 강자성체로 구성될 수도 있는 등, 상기 로터리 코어와의 전자기 상호 작용을 발생시킬 수 있는 범위에서 다양한 구성이 가능한데, 하기되는 햅틱 액츄에이터의 작동 과정에서 발생하는 마찰에 의한 마모를 최소화시키기 위하여 로터리 디스크(355)는 상기한 로터리 코어와 동일한 SNC로 구성되는 것이 바람직하다.

로터리 샤프트(351)의 단부로 로터리 플레이트(310)를 향한 단부에는, 로터리 샤프트 맞물림부(352)가 구비되는데, 로터리 샤프트 맞물림부(352)는 로터리 플레이트(310)의 일면으로 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면에 연장 형성되는 로터리 샤프트 맞물림 대응부(313, 도 3 참조)와 맞물린다. 따라서, 로터리 노브(300)의 축회전은 로터리 플레이트(310)로 전달되고, 로터리 플레이트(310)의 회전은 로터리 샤프트(351)를 통하여 로터리 흡인부(350)의 축방향 회동이 이루어진다. 로터리 디스크(355)와 로터리 코어(340) 간에는 교차 면적(교차 영역)이 구비된다. 즉, 로터리 코어(340)의 내부 코어 수용부(343)에 배치되는 코어 보빈(347)의 외주에 권취된 코어 코일(미도시)에 전기적 신호가 인가되어 발생하는 자기력에 의하여 로터리 흡인부(350)의 로터리 샤프트(351)가 축방향 직선 이동하는 경우 로터리 디스크(355)와 로터리 코어(340) 간에 서로 맞닿아 마찰을 발생시키는 교차 면적이 구비된다. 이와 같이 코어 코일에 인가되는 전기적 신호가 커져 로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350) 간에 발생하는 자기력이 증대되는 경우, 로터리 코 어(340) 단부와 로터리 디스크(355)의 교차 면적 사이의 수직력이 증대됨으로써 로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350)의 교차 면적 간에 발생하는 마찰력의 크기가 증대되어 사용자에 의한 로터리 노브(300)에 가해지는 회동력에 대한 저항력을 변화시키는데, 이와 같은 과정을 통하여 로터리 노브(300) 회전 조작시 사용자는 다양한 감성을 느낄 수 있게 된다.

햅틱 인쇄회로기판(40)은 로터리 흡인부(350)와 햅틱 하우징 베이스(13)의 사이에 배치되는데, 햅틱 인쇄회로기판(40)은 각종 전기 요소 및 이들을 연결하는 배선(미도시)을 구비하여 로터리 코어(340)의 내부에 배치되는 코어 코일에 인가되는 전기적 신호를 제어할 수도 있고, 또는 하기되는 제어부(3, 도 19 참조)와 전기적 소통을 이룸으로써 제어부(3)로부터의 제어 신호를 코어 코일로 전달하거나 하기되는 회동 감지부(500, 도 2 참조)로부터의 감지 신호를 입력받아 이를 제어부(3)로 전달할 수도 있다. 햅틱 인쇄회로기판(40)은 햅틱 하우징 베이스(13)에 고정 장착되는 구성을 취할 수도 있으나, 본 실시예에서 햅틱 인쇄회로기판(40)은 하기되는 버튼 컬럼(24)과 같은 다른 구성 요소를 통하여 위치 고정 지지되는 구조를 취할 수도 있는데, 이에 대한 구성은 하기한다.

한편, 햅틱 액츄에이터(1)는 로터리 흡인부(350)의 로터리 디스크(355) 회동을 감지하는 회동 감지부(500, 도 2 참조)를 구비한다. 회동 감지부는 로터리 엔코더 플레이트(360)와 엔코더 센서(403)를 구비하는데, 로터리 엔코더 플레이트(360)는 로터리 디스크(355)의 일면으로 햅틱 인쇄회로기판(40)을 향한 일면에 형성된 로터리 엔코더 안착부(358)에 안착된다.

경우에 따라 로터리 엔코더 플레이트(360)의 회동을 방지하기 위한 구성 요소를 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터리 엔코더 플레이트(360)의 외주 상에 돌출 형성되는 로터리 엔코더 장착부(363)가 구비되고, 이와 대응되는 위치로 로터리 엔코더 플레이트(360)의 엔코더 안착부(358) 외주 상으로 로터리 엔코더 장착부(363)를 수용하는 로터리 엔코더 장착 대응부(357)가 구비된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터리 엔코더 장착부(363) 및 로터리 엔코더 장착 대응부(357)는 복수 개가 구비될 수도 있는데, 복수 개가 구비되는 경우 이들은 외주 상으로 등각을 유지하며 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 로터리 엔코더 장착부(363)가 돌기 형상으로 그리고 로터리 엔코더 장착 대응부(357)가 요홈 형상으로 도시되었으나 서로 반대되는 구성을 취할 수도 있고 복수 개가 아닌 단수 개가 구비될 수도 있으며, 이들이 외주 상이 아닌 서로 마주하는 일면 상에 각각이 형성되는 구조를 취할 수도 있는 등 본 발명은 다양한 변형이 가능하다.

엔코더 센서(403)는 햅틱 인쇄회로기판(40)의 일면으로 로터리 엔코더 플레이트(360)를 향한 일면 상에 배치되는데, 여기서 엔코더 센서(403)는 수광부와 발광부가 함께 구비되는 일체형 센서로 형성되고 이에 대응하는 로터리 엔코더 플레이트(360)에는 복수 개의 슬롯이 구비되는 형태로 구현된다. 하지만, 본 발명의 회동 감지부는 이러한 유형에 국한되지는 않고 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능하다. 예를 들어, 회동 감지부의 수광부와 발광부가 분리된 센서로 구현될 수도 있는 등 선택적 변형이 가능하다.

상기한 로터리 스위치부를 포함하는 햅틱 액츄에이터의 작동 과정은 다음과 같다. 로터리 스위치부가 구비하는 로터리 코어 및 로터리 흡인부 간의 작동 상태에 대하여 먼저 기술하는데, 도 6에는 본 발명의 로터리 디스크의 일면 상에 작용하는 힘을 표현하는 개략화된 FBD(free body diagram)이 도시되어 있고, 도 7에는 로터리 코어 및 로터리 흡인부 간의 접촉면의 상태를 나타내는 개략도가 도시되어 있다.

로터리 코어(340)는 로터리 탄성 부재(330)를 통하여 고정 플레이트(320)에 축방향 회전이 제한되고, 사용자에 의하여 가해지는 작용 토크에 의한 회전력은 로터리 노브(300)를 통하여 로터리 플레이트(310)를 거쳐 로터리 흡인부(350)의 로터리 샤프트(351)에 전달된다. 로터리 코어(340)의 내부에 수용된 코어 코일에 전류가 인가되는 경우 발생하는 자기 흡인력에 의하여, 로터리 샤프트(351)와 맞물리어 결합된 로터리 디스크(355)는 로터리 코어(340)의 단부와 접하여 양자 간에 맞닿는 면에 사용자에 의한 작용력과 반대되는 방향으로 자기 흡인력 등에 의한 마찰력이 발생한다.

도 6에서, Wd,s는 로터리 디스크(355)의 중력을, Wc는 로터리 코어(340)의 중력을, P는 사용자에 의하여 가해지는 회전 토크에 의한 작용력을, Fd는 코어 코일에 인가되는 전류에 의한 자기 흡인력을, F2는 로터리 코어(340)와 로터리 디스크(355)의 접촉면 사이에 발생하는 마찰력을 나타낸다. 여기서, F2는 P 이하의 값을 가지는데, F2 는 다음과 같이 표현된다.

여기서, μs는 로터리 코어와 로터리 디스크의 접촉면 사이의 최대 정지 마찰 계수를 나타낸다. 경우에 따라 보다 정확한 해석을 위해서는 동적 마찰 계수를 포함한 수학적 모델이 선택될 수도 있으나, 본 실시예에서는 해석의 설명을 용이하게 하기 위하여 단순화된 모델을 적용한다.

도 7에 도시된 바와 같이, F2 및 P에 의하여 발생하는 최종 토크(T)는 다음과 같이 표현된다. 최종 토크 T는 사용자에 의하여 가해지며 작용력 P에 의한 작용 토크에서 로터리 코어와 로터리 디스크 간의 마찰력을 뺀 토크를 나타낸다.

여기서, r0는 로터리 코어의 단부와 로터리 디스크 간의 마찰력이 발생하는 면적에 대한 유효 반경을 나타내고 P와 F2는 로터리 코어와 로터리 디스크 간의 마찰력이 발생하는 면적에 가해지는 집중하중이라고 가정하는데, 이는 본 발명의 구성 요소 간 역학 관계의 설명을 용이하게 하기 위한 것으로, 보다 정확한 계산을 위한 모델링이 선택될 수도 있는 등 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.

한편, 도 8에는 본 발명에 따른 로터리 코어, 코어 코일 및 로터리 디스크 간의 자기 회로에 대한 설명을 용이하게 하기 위한 등가 모델(340eq,346eq,348eq,355eq)의 자기 회로가 도시되고, 도 9에는 등가 모델에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 링 타입의 로터리 코어는 로터리 디스크에 대 하여 수직 방향의 연장부(346eq)를 갖는 사각형 타입의 등가 모델로 대체될 수 있는데, 여기서, Rc는 코어 코일이 권취된 수직 방향 연장부에 대한 자기 저항을, Ro는 코어 코일(348eq)이 권취되지 않은 수직 방향 연장부에 대한 자기 저항을, Rgc는 코어 코일(348eq)이 권취된 수직 방향 연장부와 로터리 디스크(355eq) 간의 공극부에 대한 자기 저항을, Rg는 코어 코일(348eq)이 권취되지 않은 수직 방향 연장부와 로터리 디스크(355eq) 간의 자기 저항을 나타내며, b는 등가 모델의 길이를, w는 등가 모델의 수직 방향 연장부의 폭을 나타낸다.

등가 모델의 수직 방향 연장부(346eq)와 로터리 디스크(355eq) 간의 교차 면적, 즉 공극부에서의 면적은, 로터리 코어(340)의 단부와 로터리 디스크(355) 간의 교차 면적과 동일하다.

도 8의 등가 회로에 있어, 등가 모델에 대한 자기 저항(Rm)은 다음과 같이 표현된다.

등가 모델에 의한 자속은 다음과 같다.

여기서, N은 수직 방향 연장부에 권취된 코어 코일의 권선 회수를, I는 코어 코일에 인가되는 인가 전류를, Bg는 공극의 자속 밀도를 나타낸다.

여기서, μ0는 진공의 투자율을 나타내고, Fd는 로터리 코어와 로터리 디스크 간의 자기 흡인력을 나타내는데, 이와 같이 Fd는 인가 전류 I로 표현될 수 있다. 도 4는 코어 코일에 전류 I가 인가되기 전 상태에서의 햅틱 액츄에이터에 대한 개략적인 단면도이고, 도 5는 코어 코일에 전류 I가 인가된 후 상태에서의 햅틱 액츄에이터에 대한 개략적인 단면도를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 로터리 코어의 자중에 의하여 로터리 코어(340)의 단부와 로터리 디스크(355)의 교차 영역 간에 접촉이 이루어지나, 양자 간에는 전류 I에 의한 자기 흡인력이 작용하지 않아, 로터리 코어(340)와 고정 플레이트(320) 사이에는 상당한 유격(d1)이 존재한다. 반면, 도 5에 도시된 바와 같이 전류 I가 코어 코일에 인가되는 경우, 로터리 코어(340)의 단부와 로터리 디스 크(355)의 교차 영역 간에는 자기 흡인력에 의하여 상당한 힘이 작용하여 로터리 코어(340)와 고정 플레이트(320) 사이에 배치된 로터리 탄성 부재(330)에 탄성 변형을 가함으로써, 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 간의 유격(d2)을 작게한다. 따라서, 전류 I가 코어 코일에 인가되기 전후 간의 고정 플레이트(320)와 로터리 코어(340) 간의 유격(d1, d2)에는 다음과 같은 관계가 형성된다.

따라서, 전류 I가 코어 코일에 인가되고 사용자에 의한 로터리 노브에 회전 토크를 발생시키기 위한 작용력(P)이 가해지는 경우, F2 및 T는 다음과 같이 표현된다.

전류 I는 하기되는 햅틱 액츄에이터 장치의 저장부에 사전 설정 및 저장된 패턴 중 선택된 패턴에 따라 코어 코일에 인가된다. 따라서, 사용자에 의하여 가해지는 작용력과 반대 방향으로 작용하는 F2에 의하여 사용자는 사전 설정된 패턴의 저항력을 감지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터는 상기한 회전 모드 이외에 진동 모드의 작동도 가능하다. 즉, 사용자가 로터리 노브를 통하여 회전 토크를 발생시키 기 위한 작용력(P)을 가하지 않고, 단지 하기되는 저장부에 사전 설정된 패턴(전류의 크기 및 인가 주기)에 따라 코어 코일에 인가되는 전류 I의 변동에 따라 자기 흡인력의 주기적 또는 비주기적 작용이 가능하고, 이는 햅틱 액츄에이터의 축방향으로의 진동을 발생시킬 수 있다. 따라서, 사용자는 로터리 노브 또는 햅틱 하우징을 통하여 진동 모드에 의한 진동을 감지할 수 있다.

상기한 햅틱 액츄에이터의 회전 모드 및 진동 모드의 작동에 대한 해석은 설명을 용이하게 하기 위하여 단순화된 일정한 조건하에서 이루어진 것으로 본 발명이 이에 국한되지는 않는다. 즉, 상기 실시예는 수직 상태로 배치되어 토크 모드로 사용되는 상태의 햅틱 액츄에이터에 대한 힘의 상태를 나타내나, 햅틱 액츄에이터의 축이 지면에 수평하게 설치된 상태로 작동하는 경우, Wc 및 Wd,s는 제거 가능하고 사용자에 의한 회전력이 없고 단지 코어 코일에 인가되는 자기 흡인력에 의한 진동 모드로 작동하는 경우 P와 F2는 제거될 수도 있고, 또는 경우에 따라 로터리 코어 및 로터리 디스크 간의 힘에 대한 보다 정확한 수학적 모델링이 선택되고 FEM(finite element method) 등을 통하여 자기 회로에 대한 보다 정확한 등가 모델이 선택될 수도 있는 등, 본 발명의 구성을 취하는 범위에서 다양한 해석이 이루어질 수 있다.

또 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터는 로터리 스위치부 이외에 다른 스위치부를 더 구비할 수도 있다. 도 1 내지 도 4 및 도 10, 도 11에 도시된 바와 같이, 햅틱 액츄에이터(1)의 햅틱 하우징(10)에는 버튼 스위치부(20) 가 더 구비될 수도 있다. 버튼 스위치부(20)는 햅틱 액츄에이터(1)의 축방향 회전 운동에 의한 스위칭 여부 내지는 스위칭 조절이 가능한 로터리 스위치부의 작동과는 달리, 축방향 내지는 축에 경사진 방향으로의 누름 동작에 의하여 작동한다.

버튼 스위치부(20)는 햅틱 하우징(10)의 축방향에 대한 회동이 방지 내지는 제한되도록 배치되는데, 버튼 스위치부(20)는 엔터 스위치 노브(200), 디렉셔널 스위치 노브(210) 및 버튼 인쇄회로기판(220)을 구비하고, 경우에 따라 엔터 스위치 노브(200), 디렉셔널 스위치 노브(210) 및 버튼 인쇄회로기판(220)을 안착 수용하는 공간을 형성하기 위한 버튼 커버(21) 및 버튼 베이스(23)가 더 구비되는 구성을 취할 수도 있고, 버튼 커버(21) 및 버튼 베이스(23)와 햅틱 인쇄회로기판(40)을 연결하여 이들 간의 상대 회전 운동이 발생하는 것을 방지할 수 있는 버튼 컬럼(24)이 더 구비될 수도 있는데, 본 실시예에서는 이들 구성을 모두 구비하는 경우에 대하여 기술한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 버튼 커버(21)와 버튼 베이스(23)는 로터리 노브(300) 및 햅틱 하우징 바디(11)의 축중심으로부터 반경 상 내측에 배치되는데, 버튼 커버(21)의 외주에는 버튼 커버 체결부(21')이 구비되고 버튼 베이스(23)의 외주로 버튼 커버 체결부(21')의 대응 위치에는 버튼 커버 체결 대응부(231)이 구비되는데, 버튼 커버 체결 대응부(231)는 버튼 커버 체결부(21')와 맞물리어 분리 가능하게 체결된다.

버튼 커버(21)의 내측에는 관통구가 형성되는데, 버튼 커버(21)의 관통구에는 디렉셔널 스위치 노브(210)가 배치된다. 디렉셔널 스위치 노브(210)의 외주에 는 버튼 커버(21)의 내측에 형성된 관통구보다 큰 직경을 갖는 디렉셔널 스위치 노브 연장부(217)가 형성되어, 디렉셔널 스위치 노브(210)가 버튼 커버(21)를 통하여 장착되는 경우 디렉셔널 스위치 노브(210)가 버튼 커버(21)를 벗어나 분리 이탈되는 것이 방지된다. 또한, 버튼 베이스(23)의 내측에는 디렉셔널 스위치 노브 안착홈(237)이 형성되어 디렉셔널 스위치 노브(210)가 안정적으로 안착 배치될 수 있다. 경우에 따라, 버튼 베이스(23)의 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면에 햅틱 인쇄회로기판(40)의 위치를 안정적으로 고정시키기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 버튼 베이스(23)는 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면에 연장 형성되는 버튼 컬럼 체결부(233)를 구비하는데, 버튼 컬럼 체결부(233)는 로터리 플레이트(310)에 형성된 로터리 플레이트 관통구(315)를 관통한다.

로터리 플레이트(310)와 햅틱 인쇄회로기판(40)의 사이에는 버튼 컬럼(24)이 더 구비되는데, 버튼 컬럼(24)은 고정 플레이트(320), 로터리 탄성 부재(330), 로터리 코어(340) 및 로터리 디스크(350)를 관통하여 배치되어, 로터리 코어 및 로터리 디스크를 구비하는 로터리 흡인부의 안정적인 축방향 이동을 가이드할 수도 있다.

한편, 버튼 컬럼(24)의 단부로 햅틱 하우징 베이스(도 2 참조)를 향한 단부에는 햅틱 인쇄회로기판(40)의 버튼 컬럼 장착구(401)과 맞물리는 버튼 컬럼 기판 장착부(245)가 구비될 수도 있다. 버튼 컬럼(24)의 외주에는 버튼 컬럼 체결부(233)와 맞물리는 버튼 컬럼 체결 대응부(241)가 형성된다. 여기서, 버튼 컬럼 체결부(233)는 돌기 형상으로, 그리고 버튼 컬럼 체결 대응부(241)는 요홈 형상으로 형성되었으나, 이들의 구성이 반대로 형성될 수도 있음은 명백하다. 또한, 경우에 따라 버튼 컬럼(24)의 단부로 로터리 노브(300)를 향한 단부에는 버튼 컬럼 돌기(243)가 구비되고, 버튼 컬럼 돌기(243)가 버튼 고정부(250)의 단부와 맞물리는 구성을 취할 수도 있다.

디렉셔널 스위치 노브(210)는 내측에 디렉셔널 스위치 노브 관통구(210)가 구비되는 링 타입으로 구성되는데, 도 3 및 도 11에 도시된 바와 같이, 디렉셔널 스위치 노브(210)의 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면 상에는 복수 개의 디렉셔널 스위치 컬럼(215)이 형성된다. 디렉셔널 스위치 노브(210)의 배치는 중심으로부터의 동심선상에 등각을 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 디렉셔널 스위치 컬럼(215)는 인접한 다른 디렉셔널 스위치 컬럼 간에 45도의 간격을 가지며 등간격으로 배치되어 총 8개의 디렉셔널 스위치 컬럼이 배치되는데, 이는 일예일뿐 본 발명에 따른 버튼 스위치부가 이와 같은 디렉셔널 스위치 노브의 개수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 엔터 스위치 노브(200)는 디렉셔널 스위치 노브 관통구(210)의 내측에 배치되는데, 엔터 스위치 노브(200)의 일면으로 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 일면에는 연장 형성되는 엔터 스위치 컬럼(203)이 배치된다. 엔터 스위치 컬럼(203)은 중앙에 배치된다.

버튼 인쇄회로기판(220)은 햅틱 하우징 바디(11)의 내부에 배치되는데, 보다 구체적으로, 버튼 인쇄회로기판(220)은 로터리 노브(300) 및 햅틱 하우징 바디(11)에 의하여 형성되는 내부 공간에 배치되는 버튼 커버(21) 및 버튼 베이스(23)가 결 합하여 형성하는 내부 공간 내에 배치된다. 경우에 따라 버튼 인쇄회로기판(220)은 별도의 구성 요소를 통하여 버튼 베이스(23)에 고정 장착될 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 버튼 인쇄회로기판(220)과 버튼 베이스(23) 사이에 버튼 고정부(250)가 구비되는데, 버튼 고정부(250)의 단부로 엔터 스위치 노브(200)를 향한 버튼 고정부(250)의 단부에는 엔터 스위치 노브(200)와의 결합을 위한 엔터 스위치 노브 체결 대응부(251)가 구비된다. 엔터 스위치 노브(200)의 단부로 버튼 인쇄회로기판(220)을 향한 단부에는 엔터 스위치 노브 체결부(205)가 구비되는데, 엔터 스위치 노브 체결부(205)는 버튼 고정부(250)의 엔터 스위치 노브 체결 대응부(251)와 맞물리어 체결된다. 이때, 엔터 스위치 노브 체결부(205)와 엔터 스위치 노브 체결 대응부(251)와의 맞물림은 버튼 인쇄회로기판(220)에 형성된 기판 관통구(209)를 통하여 이루어질 수도 있다. 또한, 버튼 고정부(250)의 단부로 햅틱 하우징 베이스(13)를 향한 단부에는 버튼 베이스 체결부(253)가 형성되고 버튼 베이스(23)의 버튼 베이스 관통구(235)의 내측에는 버튼 베이스 체결홈(236)이 구비되는데, 버튼 베이스 체결부(253)는 버튼 베이스 체결홈(236)과 맞물리어, 엔터 스위치 노브 및 버튼 인쇄회로기판의 배치를 안정적으로 이룰 수도 있다.

버튼 인쇄회로기판(220)의 일면으로 엔터 스위치 노브(200) 및 디렉셔널 스위치 노브(210)를 향한 일면에는 엔터 스위치 컬럼(203) 및 복수 개의 디렉셔널 스위치 컬럼(217)에 대응하는 위치에 복수 개의 버튼 스위치(221,225)가 구비되는데, 버튼 스위치는 엔터 스위치 컬럼(203)과 맞닿는 엔터 스위치(221) 및 디렉셔널 스 위치 컬럼(215)과 맞닿는 복수 개의 디렉셔널 스위치(225)를 포함한다. 상기한 엔터 스위치 컬럼 및 디렉셔널 스위치 컬럼에 대한 배치 구성과 동일하게, 엔터 스위치(221)는 버튼 인쇄회로기판(220)의 중앙에 배치되고 디렉셔널 스위치(225)는 버튼 인쇄회로기판(220)의 중앙, 즉 엔터 스위치로부터 등반경 상에 등각을 이루며 배치되는데, 본 실시예에서 디렉셔널 스위치(225)는 인접한 스위치에 대하여 45도의 각을 이루며 총 8개가 동심 상에 배치된다. 본 실시예에서, 엔터 스위치(221)와 디렉셔널 스위치(225)는 택트 스위치로 구성되었으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 메탈돔 스위치로 구성될 수도 있는 등, 누름력에 의하여 ON/OFF 신호 여부가 결정되는 접촉 스위치 기능을 구비하는 범위에서 다양한 선택이 가능하다.

경우에 따라, 본 발명에 따른 버튼 스위치부는 각각의 버튼 스위치의 작동 상태를 나타내는 수단을 더 구비할 수도 있다. 본 발명에 따른 다른 변형예로서, 버튼 인쇄회로기판의 일면으로 각각의 버튼 스위치의 인접부에 해당 버튼 스위치의 작동 상태에 따라 점멸되는 광원이 구비된다. 도 12에는 본 발명의 변형예에 따른 버튼 인쇄회로기판이 버튼 베이스를 통하여 햅틱 하우징 바디에 장착된 상태를 나타내는 개략적인 정면도를 나타내고, 도 13는 본 발명의 변형예에 따른 햅틱 액츄에이터의 개략적인 사시도를 나타낸다. 즉, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 엔터 스위치(221)의 외주 상으로 버튼 인쇄회로기판(220)의 일면 상에는 엔터 스위치의 작동 상태에 따라 점멸하는 엔터 광원(223)이 구비되고, 엔터 광원(223)에 대응하는 위치로 엔터 스위치 노브(200)에는 엔터 광원(223)이 ON/OFF되어 발광하는 경우 발생하는 빛의 적어도 일부를 외부로 투과시킬 수 있는 엔터 광원 표시 부(201a)가 구비될 수 있다. 엔터 광원(223)은 본 실시예에서 LED로 구현되었으나, 본 발명의 엔터 광원이 이에 국한되는 것은 아니다. 이와 같은 엔터 광원 표시부(201a)는 엔터 스위치 노브(200)에 레이저 에칭 공정을 통하여 반투명 상태로 형성하는 구조를 취할 수도 있고, 경우에 따라서는 엔터 스위치 노브에 관통구를 형성하고 별도의 반투과 성질을 갖는 다른 구성 요소를 구비할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.

또한, 복수 개의 디렉셔널 스위치(25) 사이로 버튼 인쇄회로기판(220) 상에는 디렉셔널 스위치(25)의 ON/OFF에 따라 점멸되는 하나 이상의 디렉셔널 광원(227)이 구비되고, 디렉셔널 광원(227)의 대응 위치로 디렉셔널 스위치 노브(210)에는 디렉셔널 광원(227)이 ON/OFF되어 발광하는 경우 발생하는 빛의 적어도 일부를 외부로 투과시켜 디렉셔널 스위치의 작동 상태를 파악할 수 있도록 하는 디렉셔널 광원 표시부(211a)가 구비될 수도 있다. 여기서, 디렉셔널 광원도 상기 엔터 광원과 동일하게 LED로 구현되었으나, 본 발명이 이에 국한되지는 않는다.

도 14 및 도 15에는 햅틱 액츄에이터의 버튼 스위치부의 작동 전후 상태를 나타내는 버튼 스위치부의 일부분에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 앞선 실시예들에 기재된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하였으며, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.

사용자에 의하여 버튼 스위치부(20)의 엔터 스위치 노브(200)에 외력(Pe)가 가해지는 경우, 엔터 스위치 노브(200)는 힘이 가해진 방향으로 이동한다. 엔터 스위치 노브(200)는 버튼 스위치부(20)의 중심축에 대하여 축방향으로 수직하게 이 동하는데, 엔터 스위치 노브(200)의 엔터 스위치 노브 체결부(205)와 버튼 고정부(250) 간의 체결 상태가 유지됨으로써 엔터 스위치 노브(200)의 축방향 이동이 안정적으로 이루어질 수 있다. 엔터 스위치 노브(200)에 구비된 엔터 스위치 컬럼(203)의 단부는 버튼 인쇄회로기판(220)의 일면 상에 배치된 엔터 스위치(221)과 접한 상태에서 엔터 스위치(221)에 외력(Pe)이 전달되는데, 가해지는 외력(Pe)이 엔터 스위치(221)에 의한 탄성력보다 큰 경우, 엔터 스위치(221)의 작동 상태가 변화된다.

또한, 사용자에 의하여 버튼 스위치부(20)의 디렉셔널 스위치 노브(210)에 외력(Pd)가 가해지는 경우, 디렉셔널 스위치 노브(210)는 힘이 가해진 방향으로 이동하게 되는데, 디렉셔널 스위치 노브(210)에 가해진 힘(Pd)은 버튼 스위치부(20)의 수직축에 대하여 일정한 간격을 유지한 상태에서 작용함으로써 디렉셔널 스위치 노브(210)는 버튼 스위치부(20)의 중심축에 대하여 틸팅된 상태를 형성한다. 디렉셔널 스위치 노브(210)에 형성된 디렉셔널 스위치 컬럼(215)은 디렉셔널 스위치(225)과 접하여 전달되는 외력에 의하여 외력(Pd)이 가해진 위치에 해당하는 디렉셔널 스위치(225)의 작동 상태가 변화될 수 있다. 본 실시예에서는 한 개의 디렉셔널 스위치의 작동 상태가 변화하는 경우에 대하여 기술하였으나, 경우에 따라 외력(Pd)이 가해지는 위치에 따라 복수 개의 디렉셔널 스위치의 작동 상태가 변화될 수도 있다. 또한, 틸팅된 디렉셔널 스위치 노브(210)의 외측 단부에 형성된 디렉셔널 스위치 노브 연장부(217)와 버튼 커버(21) 내측 단부 간의 접촉에 의하여, 디렉셔널 스위치 노브(210)의 과도한 틸팅은 제한될 수 있다.

상기 실시예들에서 햅틱 액츄에이터는 엔터 스위치와 디렉셔널 스위치를 모두 갖는 버튼 스위치부를 구비하는 경우에 대하여 기술되었으나, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터의 버튼 스위치부는 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 16 내지 도 18에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 분해 사시도, 부분 분해 사시도 및 단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 상기한 실시예들에 기술된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 기술은 생략한다.

버튼 스위치부(20b)는 엔터 스위치 노브(200b)와, 엔터 스위치 컬럼(203b)과, 엔터 스위치(221b)를 구비하는데, 엔터 스위치 노브(200b)는 로터리 노브(300b)의 내측에 축방향 이동 가능하게 배치된다. 로터리 노브(300b)의 반경 상으로 내측에는 상기 실시예에서와 동일하게 로터리 플레이트(300b)가 배치된다.

엔터 스위치 노브(200b)의 측부에는 엔터 스위치 노브 체결부(205b)가 구비되고 로터리 플레이트(300b)의 측부에는 로터리 플레이트 체결 연장부(312b)가 구비되는데, 엔터 스위치 노브 체결부(205b)는 로터리 플레이트 체결 연장부(312b)의 내측면에 고정되로록 체결될 수 있다. 로터리 플레이트 체결 연장부(312b)의 외측면에는 별도의 로터리 플레이트 체결부(311b)가 구비되고 로터리 플레이트 체결부(311b)는 로터리 노브(300)의 내측면에 형성되는 로터리 플레이트 체결 대응부(302)와 맞물린다. 로터리 플레이트(300b)의 외주에는 반경 방향으로 연장 형성되는 로터리 플레이트 연장부(317b)가 구비되는데, 로터리 플레이트 연장부(317b) 는 로터리 노브(300)의 내측에 형성된 턱과 맞물리어 로터리 플레이트(300) 및 이와 체결되는 엔터 스위치 노브(200b)가 로터리 노브(300)로부터 분리 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

엔터 스위치 노브(200b)의 내측에는 엔터 스위치 컬럼(203b)의 단부를 수용할 수 있는 내부 공간을 구비한다. 엔터 스위치 컬럼(203b)의 단부에는 엔터 스위치 컬럼 돌기(204b)가 구비되는데, 엔터 스위치 컬럼 돌기(204b)가 엔터 스위치 노브(200b)에 형성된 내부 공간에 삽입됨으로써, 엔터 스위치 컬럼(203b)의 축회전을 방지하고 양자간의 결합을 공고히 할 수도 있다.

엔터 스위치 컬럼(203b)은 로터리 플레이트(310b)에 형성된 로터리 플레이트 관통구(315b)를 관통하고, 고정 플레이트(320), 로터리 탄성 부재(330), 로터리 코어(340), 로터리 샤프트(350) 및 로터리 디스크(360)를 관통하도록 배치된다.

햅틱 인쇄회로기판(40b)의 일면으로 엔터 스위치 노브(200b)를 향한 일면에는 엔터 스위치 컬럼(203b)의 타단과 접하는 엔터 스위치(221b)가 배치된다. 여기서, 엔터 스위치(221b)는 상기한 바와 같이 택트 스위치로 구현되었으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 메탈돔 스위치로 구현될 수도 있는 등, 엔터 스위치 노브에 가해지는 누름력이 엔터 스위치 컬럼을 통하여 전달됨으로써 누름 동작 가능한 접촉 스위치를 구성하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명은 상기한 햅틱 액츄에이터를 포함하는 햅틱 액츄에이터 장치 및 이의 제어 방법을 제공할 수도 있다. 도 19에 는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 햅틱 액츄에이터 장치(5)가 도시되어 있는데, 햅틱 액츄에이터 장치(5)는, 상기 실시예들에 따른 회동 감지부를 구비하는 햅틱 액츄에이터(1)와, 저장부(2)와, 제어부(3)와 연산부(4)를 구비한다. 여기서, 햅틱 액츄에이터(1)에 대한 설명은 상기한 사항들로 대체한다. 저장부(2)는 코어 코일(미도시)/로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350) 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴을 저장하는데, 경우에 따라서 하기되는 연산부(4)에서 연산된 수치를 임시로 저장하는 버퍼부의 기능도 수행할 수 있다.

도 20 내지 도 23에는 저장부(2)에 저장되는, 로터리 코어(340)와 로터리 흡인부(350) 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴의 예들이 도시되어 있는데, 각각의 도면에서 좌측은 로터리 노브(300)의 회전각(θ)에 따라 작용하는 자기 흡인력(Fd)의 패턴을 나타내고, 우측은 사용자에 의한 임의의 일정한 작용력(PT)이 가해질 때 로터리 노브(300)를 통해 작용하는 힘의 합력(=PT-F2=PT-μs{Fd+Wc-Wd,s})을 개략적으로 나타낸다. 도 20에는 소정의 각도 위치에서 일시적으로 증가하여 사용자로 하여금 소정의 각도 위치에서 디텐트 감(感)을 느낄 수 있도록 하는 디텐트 패턴(detent pattern)이 도시된다. 도 21는 모든 각도 위치에서 일정한 자기 흡입력(Fd)이 가해지는 상수 패턴(constant pattern)을 도시하고, 도 22는 소정의 각도 위치 이상의 회전각(θ)에 대하여 임의의 일정한 작용력(PT)보다 큰 최대 자기 흡인력(Fdmax)을 제공함으로써 소정의 각도 위치 이상으로의 회동을 제한하는 배리어 패턴(barrier pattern)을 도시하며, 도 23은 두 개 이상의 패턴이 복합된, 즉 각도 위치 A 및 C에서 디텐트 패턴을 구비하고 각도 위치 B에서 배리어 패턴을 구비하는 복합 패턴(compound pattern)을 도시한다. 도 20 내지 도 23에는 총 4개의 자기 흡입력 패턴이 도시되었는데, 이는 본 발명의 일예일뿐 보다 다양한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 도 20 내지 도 23에는 로터리 스위치부의 작동의 경우에 대하여 도시되었는데, 햅틱 액츄에이터가 진동 모드로 작동하는 경우에 대하여도 다양한 자기 흡입력 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 짧은 주기 동안 복수 개의 최대 자기 흡입력(Fdmax)이 가해짐으로써 로터리 코어와 로터리 디스크의 충격, 궁극적으로 로터리 흡인부/로터리 코어의 로터리 탄성 부재를 통한 고정 플레이트와의 충격이 발생하는 임팩트 패턴(impact pattern)이 형성될 수도 있다.

연산부(4)는 하기되는 제어부(3)와 전기적 소통을 이루며 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 연산한다. 즉, 햅틱 액츄에이터가 회전 모드인 경우, 연산부(2)는 제어부(3)로부터 전달되는 저장부(2)에 저장된 자기 흡입력의 사전 설정 패턴과, 회동 감지부(500, 도 2 참조)에서 감지된 로터리 노브, 궁극적으로 로터리 디스크(355, 도 2 참조)의 회동량에 기초하여, 소정의 자기 흡인력을 인가하기 위하여 필요한 인가 전류 I를 연산한다.

제어부(3)는 회동 감지부(500), 저장부(2), 연산부(4) 및 코어 코일과 전기적 소통을 이루는데, 연산부(4)로부터 연산된 인가 전류 I를 코어 코일에 인가한다. 또한, 햅틱 액츄에이터 장치에 대하여, 회전 모드와 진동 모드 중 사용자에 의하여 선택된 모드를 판단한다.

한편, 도 24에는 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 장치에 대한 제어 과정에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 먼저, 햅틱 액츄에이터 장치(5)가 제공되는 제공 단계가 실행된다(S100). 햅틱 액츄에이터 장치(5)는 상기한 바와 같이, 햅틱 액츄에이터(1), 저장부(2), 제어부(3) 및 연산부(4)를 구비하는데, 이에 대한 구체적 구성은 중복설명되는바, 상기 실시예에 기재된 사항으로 대체한다.

제공 단계(S100) 후, 제어부(3)는 사용자에 의하여 선택된 모드를 판단한다(S110). 즉, 제어부(3)는 사용자에 의하여 선택된 모드가 회전 모드인지를 판단하고, 선택된 모드가 회전 모드인 경우, 회동 감지부(500, 도 2 참조)는 사용자에 의해 회동하는 로터리 노브를 통한 로터리 디스크의 회동량을 감지하는 회동량 감지 단계가 실행된다(S120). 회동량 감지 단계(S120) 완료 후, 제어부(3)는 감지된 회동량과 저장부(2)에 저장되고 사용자에 의하여 사전 설정된 자기 흡인력 패턴을 연산부(4)로 전달하고 연산부(4)는 회동량과 자기 흡인력 패턴에 따라 소정의 인가 전류 I를 연산하여 산출한다(S130).

연산 단계(S130) 후, 제어부(3)는 연산부(4)에서 연산된 인가 전류 I를 코어 코일에 전달하여 사전 설정된 자기 흡인력 패턴에 따라 소정의 회전각에서의 자기 흡인력을 발생시키는 인가 단계가 실행된다(S140). 인가 전류 I가 인가된 후, 회동 감지부(500)는 다시 로터리 디스크의 회동량 여부를 감지하는 감지 단계를 실행한다(S150). 그런 후, 제어부(3)는 회동 감지부(500)의 신호로부터 로터리 노브 및 로터리 디스크의 회동 여부를 판단한다(S160). 회동 여부 판단시, 로터리 디스크 및 로터리 노브의 지속적인 회동이 유지되는 것으로 판단되는 경우, 제어부(3)는 선택된 모드가 회전 모드인지 여부를 판단하고(S170), 선택된 모드가 회전 모드인 경우 제어 흐름은 단계 S130으로 복귀하고, 선택된 모드가 진동 모드인 경우 제 어 흐름은 단계200으로 복귀한다. 반면, 단계 S160에서 회동이 지속되지 않는 것으로 판단되는 경우, 제어 흐름은 종료한다. 한편, 단계 S110에서 사용자에 의하여 선택된 모드가 진동 모드로 판단되는 경우, 제어부(3)는 저장부(2)에 저장된 진동 모드에 대한 자기 흡인력의 사전 설정 패턴을 연산부(4)로 전달하여 요구되는 자기 흡인력을 발생시키기 위한 인가 전류 I를 연산하고(S200), 제어부(3)는 이를 코어 코일에 인가한다(S210). 그런 후, 제어 흐름은 단계 150으로 진행한다.

상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터는 중심축이 수직 상태로 배열되는 구조에 대하여 기술되었으나, 햅틱 액츄에이터의 중심축이 수평하게 배열되는 구조가 선택될 수도 있다. 또한, 경우에 따라서 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터는 로터리 흡인부와 로터리 코어 간의 짧은 주기의 수 회 반복적인 자기 흡인력 단속을 통한 충격을 통해 사용자로 하여금 임팩트를 감지할 수 있게 하는 단순한 진동 모드만 실행되는 구조를 취할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터의 로터리 코어의 하단에는 로터리 흡인부와의 마찰력을 증대시키기 위한 마찰링이 더 구비되는 구조를 취할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서 기술되지는 않았으나, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 장치는 회동 감지부 및 코어 코일과 제어부 간의 신호 전달, 신호 처리 및 디지털/아날로그 신호 컨버팅을 위한 신호 처리부가 더 구비될 수도 있고, 저장부에 저장되는 사전 설정 패턴 내지는 모드 선택 여부 등을 표시하거나 또는 모드 선택 내 지는 저장부에 저장되는 각종 계수들의 수치적 입력을 위한 입출력부를 더 구비할 수도 있는 등, 햅틱 하우징, 로터리 스위치부 및 햅틱 인쇄회로기판을 구비하는 햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치 및 이에 대한 제어 방법의 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터, 이를 구비하는 장치 및 이의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 및 이를 구비하는 장치 등은, 회전 모드에 따라 작동하는 로터리 코어와 로터리 디스크 간의 자기 흡인력에 의하여 사용자가 로터리 노브의 회전시 다양한 회전감(回轉感)을 감지할 수 있도록 하는 햅틱 기능을 수행할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 및 이를 구비하는 장치 등은, 진동 모드에 따라 작동하는 로터리 코어와 로터리 디스크 간의 자기 흡인력에 의하여 사용자가 임팩트 패턴의 진동을 감지(感知)할 수 있도록 하는 햅틱 기능을 수행할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 햅틱 액츄에이터 및 이를 구비하는 장치 등은, 버튼 스위치부를 구비하고, 버튼 스위치부는 엔터 스위치 및/또는 디렉셔널 스위치를 구비함으로써 다양한 작동 선택 기능 및 입출력 기능을 수행할 수도 있다.

넷째, 본 발명에 다른 햅틱 액츄에이터 및 이를 구비하는 장치 등은, 게임기 및 자동차의 센터페시아(center fascia)에 배치되는 각종 컨트롤 스위치 등에 적용 됨으로써, 사용자에게 우수한 조작감을 제공할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

1. 내부 바디 공간을 구비하는 햅틱 하우징 바디와, 상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스를 구비하는 햅틱 하우징과;

   상기 햅틱 하우징 베이스와 대응되도록 상기 햅틱 하우징 바디의 타단에 축방향 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브와, 상기 햅틱 하우징 바디 내부에 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와, 상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 축방향 회동이 제한되도록 배치되고 내부에 코어 코일이 배치되는 로터리 코어와, 상기 코어 코일에 입력되는 전기적 신호에 따라 상기 로터리 코어에 접촉하여 상기 로터리 코어와의 사이에 힘전달이 이루어지도록 축방향 이동 가능하게 배치되고 상기 로터리 플레이트와 맞물리어 함께 축방향 회전 가능한 로터리 흡인부를 구비하는 로터리 스위치부와; 및

   상기 햅틱 하우징의 내부에 배치되어 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판;을 구비하는 햅틱 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 로터리 플레이트와 상기 로터리 코어 사이에 배치되고 상기 햅틱 하우징 바디의 내측에 고정 장착되는 고정 플레이트와,

   상기 고정 플레이트와 상기 로터리 코어 사이에 배치되고 상기 로터리 코어의 축방향 이동시 탄성 완충 작용을 이루는 로터리 탄성 부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 로터리 탄성 부재의 각각의 일면에는 탄성 부재 안착 돌기가 구비되고, 상기 로터리 탄성 부재의 대응부로 상기 로터리 코어 및 상기 고정 플레이트의 각각의 일면에는 상기 탄성 부재 안착 돌기와 맞물리는 탄성 부재 안착홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 로터리 코어의 내부에는 코어 수용부가 구비되고, 상기 코어 수용부에는 코어 보빈이 수용되며, 상기 코어 코일은 상기 코어 보빈의 외주 상에 권취되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 로터리 흡인부는:

   상기 로터리 코어를 관통 가능하게 배치되는 로터리 사프트와,

   상기 로터리 샤프트의 일단에 고정 장착되는 로터리 디스크를 구비하되,

   상기 로터리 샤프트의 일단에는 로터리 샤프트 맞물림부가 구비되고, 상기 로터리 플레이트의 일단에는 상기 로터리 샤프트 맞물림부와 맞물리는 로터리 샤프트 맞물림 대응부가 더 구비되고,

   상기 로터리 디스크와 상기 로터리 코어에는 서로 맞닿아 상대 회전 운동 가능한 교차 영역이 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 로터리 디스크와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에는 상기 로터리 플레이트의 회동을 감지하는 회동 감지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 햅틱 인쇄회로기판은 상기 햅틱 하우징 베이스에 인접하게 배치되고,

   상기 회동 감지부는:

   상기 로터리 디스크의 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 타면에 배치되는 로터리 엔코더 플레이트와,

   상기 햅틱 인쇄회로기판의 일면으로 상기 엔코더 플레이트에 대응하는 위치에 배치되는 엔코더 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 햅틱 하우징에는 버튼 스위치부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 버튼 스위치부는:

   상기 로터리 노브의 내측에 상기 로터리 노브와 상대 회전 운동 가능하게 위치 고정되어 서로 결합하도록 배치되는 버튼 커버 및 버튼 베이스와,

   상기 버튼 커버의 내측에 배치되고 상기 햅틱 하우징의 축방향에 수직한 평면에 경사지도록 틸팅 운동 가능하고, 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 일면에 복수 개의 디렉셔널 스위치 컬럼을 구비하는 디렉셔널 스위치 노브와,

   상기 디렉셔널 스위치 노브의 내측에 배치되어 상기 햅틱 하우징의 축방향으로 직선 운동 가능하고, 상기 햅틱 하우징 베이스를 향한 일면에 엔터 스위치 컬럼을 구비하는 엔터 스위치 노브와,

   상기 디렉셔널 스위치 노브 및 상기 엔터 스위치 노브의 위치에 대응하여 배치되고 상기 디렉셔널 스위치 컬럼 및 엔터 스위치 컬럼의 단부가 접하는 복수 개의 버튼 스위치를 구비하는 버튼 인쇄회로기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 버튼 스위치는:

    상기 버튼 인쇄회로기판의 중앙에 배치되는 엔터 스위치와,

    상기 엔터 스위치로부터 등반경 상에 등각을 이루며 배치되는 복수 개의 디렉셔널 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 엔터 스위치의 외주 상으로 상기 버튼 인쇄회로기판의 일면 상에는 상기 엔터 스위치가 온(ON)되는 경우 발광하는 하나 이상의 엔터 광원이 구비되고, 상기 엔터 노브에는 상기 엔터 광원으로부터의 빛을 배출하기 위한 엔터 광원 표시부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 복수 개의 디렉셔널 스위치의 사이로 상기 버튼 인쇄회로기판의 일면 상에는 상기 엔터 스위치가 온(ON)되는 경우 발광하는 하나 이상의 디렉셔널 광원이 구비되고, 상기 디렉셔널 노브에는 상기 디렉셔널 광원으로부터의 빛을 배출시키기 위한 디렉셔널 광원 표시부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
13. 제 8항에 있어서,

    상기 버튼 스위치부는:

    상기 로터리 노브의 내측에 배치되어 상기 햅틱 하우징의 축방향으로 직선 운동 가능한 엔터 스위치 노브와,

    일단이 상기 엔터 스위치 노브의 위치에 대응하며 상기 로터리 스위치부를 관통하는 엔터 스위치 컬럼과,

    상기 햅틱 인쇄회로기판의 일면으로 상기 엔터 스위치 컬럼의 타단의 대응하는 위치에 구비되는 버튼 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
14. 내부 바디 공간을 구비하는 햅틱 하우징 바디와, 상기 햅틱 하우징 바디의 일단에 배치되는 햅틱 하우징 베이스를 구비하는 햅틱 하우징과; 상기 햅틱 하우징 베이스와 대응되도록 상기 햅틱 하우징 바디의 타단에 축방향 회전 가능하게 배치되는 로터리 노브와, 상기 햅틱 하우징 바디 내부에 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리어 함께 축방향 회전하는 로터리 플레이트와, 상기 로터리 플레이트와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 축방향 회동이 제한되도록 배치되고 내부에 코어 코일이 배치되는 로터리 코어와, 상기 코어 코일에 입력되는 전기적 신호에 따라 상기 로터리 코어에 접촉하여 상기 로터리 코어와의 사이에 힘전달이 이루어지도록 축방향 이동 가능하게 배치되고 상기 로터리 플레이트와 맞물리어 함께 축방향 회전 가능한 로터리 흡인부를 구비하는 로터리 스위치부와; 상기 햅틱 하우징의 내부에 배치되어 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판; 및 상기 로터리 디스크와 상기 햅틱 하우징 베이스 사이에 배치되어 상기 로터리 플레이트의 회동을 감지하는 회동 감지부;를 구비하는 햅틱 액츄에이터와,

    상기 로터리 코어 및 상기 코어 코일과 상기 로터리 흡인부 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴을 저장하는 저장부와,

    상기 회동 감지부로부터의 감지 신호와 상기 저장부의 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 연산하여 산출하는 연산부와,

    상기 연산부, 상기 저장부, 상기 회동 감지부 및 상기 햅틱 인쇄회로기판과 전기적 소통을 이루며, 상기 연산부에 의하여 산출된 전기적 신호를 상기 코어 코일로 인가하는 제어부를 포함하는 햅틱 액츄에이터 장치.
15. 로터리 노브와, 상기 로터리 노브와 동축 상에 배치되는 코어 코일을 내부에 구비하는 로터리 코어와, 상기 로터리 코어를 관통하여 배치되고 상기 로터리 노브와 맞물리는 로터리 샤프트 및 상기 로터리 샤프트에 연결되어 상기 로터리 코어의 단부와 접촉 가능한 로터리 디스크를 갖는 로터리 흡인부와, 상기 코어 코일에 전기적 신호를 전달하는 햅틱 인쇄회로기판과, 상기 로터리 흡인부를 통하여 상기 로터리 노브의 회동량을 감지하는 회동 감지부와, 상기 로터리 코어 및 상기 코어 코일과 상기 로터리 흡인부 간의 자기 흡인력에 대한 사전 설정 패턴을 저장하는 저장부와, 상기 회동 감지부로부터의 감지 신호와 상기 저장부의 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 연산하여 산출하는 연산부와, 상기 연산부, 상기 저장부, 상기 회동 감지부 및 상기 햅틱 인쇄회로기판과 전기적 소통을 이루며 상기 연산부에 의하여 산출된 전기적 신호를 상기 코어 코일로 인가하는 제어부를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치를 제공하는 제공 단계;

    상기 제어부가 선택된 모드를 판단하는 모드 판단 단계;

    상기 제어부가 판단한 모드가 회전 모드인 경우, 상기 회동 감지부가 상기 로터리 노브의 회동량을 감지하는 회동량 감지 단계;

    상기 저장부에 저장된 사전 설정 패턴 및 상기 회동 감지부의 상기 회동량으 로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 상기 연산부가 연산하는 연산 단계;

    상기 연산 단계로부터 연산된 상기 전기적 신호를 상기 제어부가 상기 코어 코일에 인가하는 인가 단계;를 구비하는 햅틱 액츄에이터 장치의 제어 방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 제어부가 판단한 모드가 진동 모드인 경우, 상기 저장부에 저장된 사전 설정 패턴으로부터 상기 코어 코일에 인가될 전기적 신호를 상기 연산부가 연산하는 연산 단계;

    상기 연산 단계로부터 연산된 상기 전기적 신호를 상기 제어부가 상기 코어 코일에 인가하는 인가 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터 장치의 제어 방법.
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