KR20220044513A - 패시브형 햅틱 인터페이스 - Google Patents

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KR20220044513A
KR20220044513A KR1020227004119A KR20227004119A KR20220044513A KR 20220044513 A KR20220044513 A KR 20220044513A KR 1020227004119 A KR1020227004119 A KR 1020227004119A KR 20227004119 A KR20227004119 A KR 20227004119A KR 20220044513 A KR20220044513 A KR 20220044513A
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teeth
passive haptic
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KR1020227004119A
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진-다니엘 알칭레
앙뚜완 푸코
올리브제 파쥬
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무빙 마그네트 테크놀로지스
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Abstract

본 발명은, 제2 고정 부재(2)을 마주하여 축(3)을 중심으로 회전하거나 또는 축(3)을 따라 이동 가능하도록 움직이는 제1 가동 부재(1)를 포함하는데, 제1 가동 부재(1)는 움직이는 방향으로 극 피치 Ps로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제1 자극(magnetic poles)을 구비하고 있고, 제2 고정 부재(2)는 움직이는 방향으로 극 피치 Pr로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제2 자극을 구비하고 있으며, 극 피치 Ps와 극 피치 Ps의 개수는 서로 상이하며, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이의 자기적 상호작용에 의해 주기 Pt를 가지는 주기적인 스트레스가 만들어지고, 주기 Pt가 극 피치 Ps와 극 피치 Ps 중에서 작은 것보다 반드시 더 작아지도록, 극 피치 Ps와 극 피치 Ps가 선택되는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.

Description

패시브형 햅틱 인터페이스
본 출원은 패시브형 햅틱 인터페이스(Passive Haptic Interface)에 관한 것으로서, 사용자의 손가락이나 손, 또는 가능한 경우에는 사용자의 발에 의해 조작될 수 있으며 전력을 소비하지 않고서도 감지 가변 스트레스(felt variable stress)를 제공할 수 있는 수동형 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들어 오피스 자동화 컴퓨터 제어 인터페이스, 차량에 구비된 제어 인터페이스, 또는 가정용 전자기기의 제어 인터페이스에 적용될 수 있다.
고정부(fixed part)와 가동부(movable part) 사이의 자기적 상호작용(magnetic interaction)을 이용하는 패시브형 햅틱 장치가 공지되어 있는데, 공지의 패시브형 햅틱 장치에서 고정부와 가동부는 서로 대향되어 있는 자석으로 이루어지거나 또는 서로 대향되어 있되 하나는 자석으로 이루어지고 다른 하나는 다른 자극(magnetic pole)을 가지도록 소프트 페로마그네틱(soft ferromagnetic) 부재로 이루어진다.
프랑스 특허 FR2908903에는, 노치(notch) 수단에 의해 적어도 하나의 인덱싱(indexing) 위치에서 유지되는 가동 제어 부재를 구비한 인덱싱 장치가 개시되어 있다. 상기한 프랑스 특허에서는 다양하지만 공통적으로는 아래의 구성을 가지는 여러 가지 기술을 제시하고 있다.
a) 돌기(protuberances)를 가지는 금속 부재; 및
b) 제1극(pole)은 상기한 금속 부재를 향하며, 제2극은 상기한 금속 부재의 반대쪽을 향하게 되는 1개 또는 2개의 자석
상기한 기술은 몇 가지 단점이 있다. 인덱싱을 위한 자기적 상호작용(magnetic interaction)이 하나의 톱니(자석이 1개일 경우) 또는 2개의 톱니(teeth)(2개의 자석이 정반대가 되도록 서로 대향하고 있는 경우)에 집중되어 있어서, 매우 크고 국부적인 인력(attractive force)이 작용하게 된다. 이로 인하여 토크/마그넷 용적비(torque/magnet volume ratio)가 낮다.
또한 상기한 프랑스 특허에서 제시하는 기술에서는, 장치의 크기를 축소시킬 가능성을 제한하는 크기의 문제에 직면하게 된다. 금속 부재에 형성되는 돌기의 개수가 증가하면, 자기장으로 인하여 이웃하는 복수개의 돌기 사이에 상호작용이 일어나는 것을 방지하려면 자석의 단면 크기가 줄여야 한다. 그러나 자석 단면의 크기를 줄이게 되면 토크가 줄어들게 되고, 인덱싱 저항은 더 이상 인식되지 않을 정도로 약해진다. 톱니 사이의 피치(pitches) 크기는 자석의 크기보다 더 커야 하므로, 인덱싱 해상도(resolution)는 톱니 사이의 피치 크기에 의해 제한된다. 따라서 이러한 예에서는 높은 인덱싱 해상도를 달성할 수 없다.
중국 특허 CN108400046에는, 환형 표면(annular surface)을 가지며, 환형 표면에 교번하여 배치된 복수개의 고정 자석(static magnets)을 가지고 있고, 회전 부재 상에서 2개가 서로 대향하게 구비되는 가동 자석(movable magnets)을 구비한 장치가 개시되어 있다.
상기한 중국 특허의 기술은 큰 강성(stiffness)과 낮은 해상도로 인하여 자석의 피치(pitch)가 제한되기 때문에 만족스럽지 않다. 또한 상기한 중국 특허의 기술에서는 많은 수의 노치(notch)를 형성하기 위해서는 많은 수의 자석이 필요하다. 또한 이러한 기술은 작은 부품을 이용한 복잡한 조립이 필요하기 때문에 공장생산이 어렵다.
유럽 특허출원 EP1167109에는 선택 위치 발생 장치가 개시되어 있는데, 상기 장치는 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 적어도 하나의 베이스 본체를 포함하는 구성을 가진다. 여기서 베이스 본체는 원반형(discoidal) 몸체를 품고 있는데, 원반형 몸체는, 베이스 본체에 대해 움직일 수 있는 기본 위치 자석 배치에 의해 베이스 본체에 대하여 유지되고 있다. 또한 상기 장치는, 하우징에 대한 원반형 몸체의 위치를 결정하게 되는 위치 배열을 가지고 있다. 상기 장치는, 적어도 하나의 자석 부재 및 축 가이드 오목부를 구비한 적어도 하나의 고정자 본체, 자석 부재에 대하여 움직일 수 있고 적어도 하나의 위치 인디케이터 톱니 링을 구비하는 중공 로터 본체로 이루어진 베이스 본체, 및 상기 축 가이드 오목부에 배치되는 축 부재를 포함하며, 디스크형 본체 오목부가 하우징에 구비된다. 이러한 구체적인 구성에 의하면, 노치의 개수는, 고정자에 배열되어 만들어질 수 있는 톱니의 숫자로 제한되기 때문에 우수하지 못한 해상도만을 보여줄 뿐이다.
PCT출원 공보 WO2013023922에는, 햅틱 피드백 형태의 액추에이팅 부재를 구비한 제어장치가 개시되어 있다. 여기서 액추에이팅 부재는, 터치-감지 제어 표면을 구비하고 있으며, 그립 부재를 이용하여 사용자가 작동시킬 수 있는 구성을 가진다. 이러한 제어장치는, 페로마그네틱 재료로 만들어지고 큰 표면이 서로에 대해 평행하게 배열되어 있는 제1 및 제2 플랫(flat) 부재를 구비하고 있다. 제1 플랫 부재는 제2 플랫 부재에 대하여 수평하게 가이드되면서 이동하도록 구동된다. 이 때 제2 플랫 부재는 고정된 상태를 유지한다. 제1 플랫 부재는 제어 부재를 형성하거나 또는 전체적으로 또는 부분적으로는 제어 부재의 움직임을 전달하게 된다. 또한 상기 제어장치는, 상기 플랫 부재들 사이에 배열되고 제1폴 슈(pole shoe)에 할당된 코일 또는 전기 컨덕터를 구비하고 있다. 제1폴 슈는 제2 플랫 부재에 연결되어 있고 제1 플랫 부재로부터 돌출되어 있다. 코일 또는 컨덕터에 전류를 가하게 되면 제2 플랫 부재에 대하여 제1 플랫 부재가 휴지 위치(rest position)으로부터 이동위치로 수평 이동하도록 구동되어 자기장이 형성된다.
이러한 기술은 패시브(passive) 방식이 아니며, 코일에 전력을 공급하기 위하여 전기공급 장치가 필요하게 된다.
일본 공개특허 JP2016170886에는, 제1 부재와 제2 부재를 포함하는 센서로 이루어진 장치가 개시되어 있는데, 여기서 제1 부재는 원주 방향을 따라서 소정의 각도 간격마다 위치하는 복수개의 자화된 부품으로 이루어지며, 제2 부재는 복수개의 제1 자석을 이용하는 구성을 가진다. 원주 방향을 따라서 소정 각도 간격마다 제2 자화부가 위치하고 있어서, 원주 방향의 외측에서 제1 자화부를 마주할 수 있게 되고 회전 작동이 이루어진다.
PCT출원 공보 WO2020074605에는, 차량용 컨트롤 유닛을 위한 자기 회전 액추에이터가 개시되어 있다. 상기 액추에이터에는 고정부와 회전 부재가 구비되어 있어서, 고정부에 대해 회전 부재는 회전할 수 있다. 상기 자기 회전 액추에이터(magnetic rotary actuator)는, 복수개의 자기 잠금 위치(magnetic locking positions)를 포함하는 자기 잠금 센서가 구비되어 있으며, 고정부와 회전 부재 각각은 적어도 두 개의 분리되도록 형성된 자성 부재를 포함하는데, 자기 부재는 협력하여 복수개의 자기 걸쇠 위치(magnetic detent positions)를 만들게 된다. 각각의 노치(notch)를 위하여, 하나의 로터 자석이 토크에 관여하게 되며, 응력(stresses)은 대칭이 되고, 자석 볼륨과, 생성되는 토크 사이의 비율은 매우 낮다.
이러한 장치에 있어서, 사용자는 가동 부재를 조작할 때 노치들의 연속으로 인하여 패싱(passing)하는 느낌을 가질 수 있으며, 연속되는 노치의 개수는, 각각에 대한 자석 극성의 가장 큰 개수에 의해 결정된다. 이러한 노치는, 고정 부재와 가동 부재 사이의 다양한 정적 자기 위치(stable magnetic positions)에 대응하게 된다. 예를 들어 프랑스 특허 FR2908903에서는, 페로마그네틱 부재가 16개의 반복적인 패턴(periodic patterns)을 가지고 있고 자화부(magnetized part)가 2개의 자석으로 이루어진 경우, 가동 부재의 완전한 회전에 걸쳐서 감지되는 노치의 개수는 16개가 된다.
가동 부재의 완전한 회전에 대하여(또는 주어진 각운동 또는 선형 운동에 대하여), 노치의 개수를 더 증가시킬 필요가 있을 경우, 예를 들어 72개로 만들 필요가 있을 경우, 상기한 종래 기술에 따른 장치는 많은 개수의 자석 또는 페로마그네틱 극성이 요구된다는 단점이 있다. 이와 같이 노치의 개수가 상대적으로 커지게 되면, 크기 축소가 필요할 때 공업적인 규모로 생산하기 어렵고, 작은 부재로 인하여 견고한 내구성을 유지하기가 어렵게 된다.
또한, 많은 햅틱 장치에 있어서, 예를 들면, 햅틱 인터페이스가 마우스일 경우에는 컴퓨터 포인터의 움직임, 또는 대쉬보드 스크린 상에서의 커서(cursor)의 움직임 같은 장치의 작동을 제어하기 위하여 위치 센서를 구비할 필요가 생긴다. 물론 상기한 예에 한정되는 것은 아니다. 종래 기술의 장치의 경우, 단지 햅틱 장치 부근에 놓이는 광학 센서 또는 자기 센서를 종종 사용하는데, 이로 인하여 전체적으로 규모가 커지거나 비경제적이 된다.
본 출원의 목적은, 종래 기술의 단점을 해결할 수 있는 기술을 제공하는 것으로서, 패시브형 자기 햅틱 인터페이스에서 고정 부재와 가동 부재를 더욱 경제적으로 생산할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 여기서 "패시브형(passive)"의 의미는, 전력 공급 없이도 햅틱 효과(haptic effect)를 얻을 수 있다는 것이다.
상기한 목적을 위하여, 본 발명에서는 가동 부분과 고정 부분의 협력에 의해 사용자가 감지할 수 있는 사전 결정된 노치의 수를 만들어내는 것을 제안한다. 여기서 가동 부분과 고정 부분의 각각은 감지할 수 있는 노치의 수보다 더 작은 개수의 자극(magnetic poles)을 가지면서 패시브(passive) 방식을 유지하여 즉, 전기 에너지를 소모하지 않고 전기 코일을 사용하지 않는다.
또한 본 발명의 목적은, 햅틱 장치에서 위치 센서를 설치하는데 있어서의 단순하고 경제적인 해결방안을 제시하는 것이다.
좀더 구체적으로, 본 발명은, 제1 가동 부재는 제2 고정 부재와 대향하여 축을 중심으로 회전하도록 움직이거나 또는 축을 따라 이동하도록 움직이며, 제1 가동 부재는 움직이는 방향으로 극 피치 Ps로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제1 자극을 구비하고 있고, 제2 고정 부재는 움직이는 방향으로 극 피치 Pr로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제2 자극을 구비하고 있으며, 극 피치 Ps와 극 피치 Ps의 개수는 서로 상이하며, 제1 가동 부재와 제2 고정 부재 사이의 자기적 상호작용에 의해 주기 Pt를 가지는 주기적인 스트레스가 만들어지며, 주기 Pt가 극 피치 Ps와 극 피치 Ps 중에서 작은 것보다 반드시 더 작아지도록, 극 피치 Ps와 극 피치 Ps가 선택되는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.
바람직하기로는 자기 부재는, 주기적으로 변화되는 자화(magnetization)을 가지는 싱글 자석으로 이루어진다.
본 명세서에서 "자극(magnetic poles)이 복수개"라는 것은 레귤러한 일정 분포를 가지는 4 보다 큰 유효숫자의 개수를 의미한다.
바람직하게는, 주기적인 스트레스의 주기 개수는, 제1 가동 부재에서의 자극(magnetic poles) 주기의 개수와 제2 고정 부재에서의 자극 주기 개수의 최소 공배수와 동일하다.
변형예에 있어서, 제1 가동 부재와 제2 고정 부재 중에서 하나는, 복수개의 제1 자극을 형성하는 북극과 남극이 교번하여 존재하는 실린더형 영구자석을 구비하고 있고, 다른 하나는 링에 의해 연결되어 있고 복수개의 제2 자극을 형성하는 복수개의 톱니를 구비하고 있으며, 상기 톱니와 상기 링은 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지고, 극 피치 Ps와 극 피치 Ps 중에서 작은 것보다 적어도 2배가 되는 자기적 상호작용의 주기 Pt를 가진다. 실제로, 폐쇄된 로터리형 실시예의 경우, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr의 최소 공배수는 자극의 총 개수보다 적어도 2배 이상 큰 값을 갖는다.
또다른 변형예에 있어서, 제1 가동 부재와 제2 고정 부재는, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr를 형성하는 북극(North pole)과 남극(South pole)이 교번하여 존재하는 실린더형 영구자석을 구비한다.
선택적으로, 제2 고정 부재는, 축을 따라가는 1개 방향으로 자화되어 있는 영구자석을 포함하는데, 영구자석의 축방향으로 양측에는 소프트 아이언으로 만들어지며 방사상으로 확장되어 있는 2개의 페로마그네틱 디스크(7a, 7b)가 구비되어 있고, 페로마그네틱 디스크는 라디안 값으로 표현된 극 피치 Ps로 이격되어 2π/Ps의 주기를 가지는 복수개의 톱니(42)가 형성되어 있다.
변형예에 따르면, 제2 고정 부재는, 축을 따라가는 1개 방향으로 자화되어 있는 영구자석을 포함하는데, 영구자석의 축방향으로 양측에는 소프트 아이언으로 만들어지며 방사상으로 확장되어 있는 2개의 페로마그네틱 디스크가 구비되어 있고, 페로마그네틱 디스크는 서로 라디안 값으로 표현된 극 피치 Ps로 이격되어 있고, 각각의 페로마그네틱 디스크에는 극 피치 Ps에 2를 곱한 간격으로 이격되어 2π/(2×Ps)의 주기를 가지는 복수개의 톱니가 형성되어 있다.
또다른 변형예에 따르면, 제1 가동 부재는, 단일극성(unipolar)의 영구자석의 축방향 양측에 각각 구비된 2개의 디스크를 포함하며, 제2 고정 부재는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 디스크를 포함하고, 상기 디스크들의 각각은, 방사상으로 극 피치 Ps로 이격되어 있고 서로 마주하고 있는 톱니를 가지면서 방사상으로 확장된다.
또한 본 발명은 선형의 패시브형 햅틱 인터페이스로서, 제1 가동 부재는, 축을 따라서 제1 가동 부재의 움직임을 가로지르는 방향으로 자화된 영구자석을 포함하는데, 상기 영구자석은 톱니를 가지도록 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 2개의 톱니 부재 사이를 횡단하도록 위치하며, 제2 고정 부재는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지며, 제2 고정 부재는 막대 형태를 이루면서 선형으로 연장되어 톱니를 구비하고 있고, 제1 가동 부재는 제2 고정 부재 위에서 선형으로 움직이는 것을 특징으로 하는 선형(linear)의 패시브형 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.
또한 본 발명은 구형(spherical)의 패시브형 햅틱 인터페이스로서, 제1 가동 부재는 3개의 직교 축을 따라 회전하여 움직일 수 있는 볼 조인트를 구비하고 있고, 상기 볼 조인트는 방사상으로 연장된 한 세트의 톱니를 구비하고 있으며, 제2 고정 부재는 개별적인 영구자석의 양측에 소프트 페로마그네틱 재료의 시트가 적층되어 있는 구성을 가지면서 복수개로 구비되고, 개별적인 영구자석은 상기 시트에 직교하도록 정렬되어 있고, 상기 시트는 볼 조인트를 마주하는 톱니를 가지면서 방사상으로 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 구형의 패시브형 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 햅틱 인터페이스를 경제적으로 생산할 수 있도록 하는 것이다. 특별히 본 발명은 로터리(rotary) 방식의 햅틱 인터페이스에 관한 것으로서, 제1 가동 부재는 축방향으로 디스크 부분에 고정되도록 확장된 링 형태의 영구자석을 구비하고 있는데, 상기 디스크 부분은 제1 가동 부재의 위치 탐지에 사용되는 자석 판(자화된 판)에 의해 축방향으로 상기 영구자석과 대향하여 연장되며, 제2 고정 부재는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지고 링 형태의 영구자석과 마주하는 톱니를 가지도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 방식의 햅틱 인터페이스에 관한 것이다.
변형예에 따르면, 링 형태의 영구자석, 디스크 부분 및 자석 판은 모두, 그 자체로 영구히 자화될 수 있는 사출 플라스틱 바인더로 이루어진 하나의 재료로 만들어질 수 있다.
또다른 변형예에 따르면, 디스크 부분은, 자석 판이 안정적으로 고정되는 사출 플라스틱 바인더로 만들어진다.
마지막으로, 자석 판(자화된 판)은 디스크 부분으로 사출되는 플라스틱 바인더 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 특징과 잇점들이 첨부된 도면을 참조하여 서술되는 하기의 구체적인 실시예에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 장치의 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 장치의 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 장치의 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 장치의 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제8실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제9실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예로서 도 9의 실시예의 또다른 변형예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예로서 선형으로 변형된 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예로서 구형(spherical)으로 변형된 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 또다른 실시예를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 또다른 실시예를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 4에 도시된 실시예를 로터리(rotary) 형식으로 변형시킨 것을 보여주는 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 16은 두 개의 영구자석을 이용하는 로터리 형식의 실시예에 대한 개략도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 로터리(rotary) 방식의 햅틱 인터페이스의 제1실시예가 도시되어 있다. 도면에 도시된 실시예는, 링(ring) 형상의 제1 가동 부재(movable element)(1)를 포함하는데, 제1 가동 부재의 외측면은 실린더 형태로 이루어지고, 선택적으로는 사용자가 쥐거나(grip) 또는 디지털 방식으로 작동하는 것을 개선시킬 수 있도록 제1 가동 부재의 외측면에는 무늬가 형성될 수도 있다(도면에는 도시되지 않음). 제1 가동 부재(1)의 내측면에는 극 피치(pole pitch) Pr을 가지는 복수개의 노치(notch)(51)들과 톱니(41)가 연속적으로 형성되어 있는데, 톱니(41)는 회전 축(3)을 향하도록 방사상으로(radially) 배열되어 있다. 제1 가동 부재(1)는, 예를 들면 강재(steel) 또는 합금(iron alloy) 등의 소프트 페로마그네틱(soft ferromagnetic) 재료로 만들어진다. 제1 가동 부재(1)의 내측에는 제2 고정 부재(fixed element)(2)가 위치하는데, 제2 고정 부재(2)는 방사상으로 제1 가동 부재(1)와 마주하게 된다. 제2 고정 부재(2)는 축방향으로 자화되어 있는 디스크 형태의 영구 자석(6)을 포함한다. 소프트 아이언(soft iron)으로 만들어진 2개의 페로마그네틱 디스크(7a, 7b)가 축방향으로 상기한 영구자석(6)의 양측에 위치하는데, 각각의 페로마그네틱 디스크는 방사상으로 확장되어 있으며, 방사상 측면에는 극 피치(pole pitch) Ps로 이격되어 있는 반복적인 톱니(42)가 노치(52)와 마찬가지로 2π/Ps의 개수로 형성되어 있다. 여기서 극 피치 Ps는 라디안(radian) 값이다. 톱니(42)는 제1 가동 부재(1)를 향하여 방사상으로 연장되어 있다. 영구자석(6)뿐만 아니라 2개의 페로마그네틱 디스크(7a, 7b)는 샤프트(shaft)(8)에 고정되어 있는데, 샤프트(8)는 회전 축(3)을 따라 연장되어 있으며, 샤프트(8)는 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2)를 위치시키고 가이드하는데 이용된다.
상기한 실시예에서 디스크(7a, 7b)는 각각 18개의 톱니(42)를 가지고 있는데, 하나의 디스크(7a)에서 각각의 톱니는 영구자석(6)을 횡단하는 중간 평면에 대해 다른 디스크(7b)의 톱니와 대칭되도록 방사상으로 정렬되어 있다. 제1 가동 부재(1)는 24개의 톱니(41)를 가지고 있는데, 도면에서는 제1 가동 부재(1)의 일부를 절취하여 생략하였으므로 이들 톱니의 일부분이 도면에는 도시되어 있지 않다. 영구자석(6)의 자기 플럭스(magnetic flux)가 전체 톱니(41, 42)를 통과하여 흐르기 때문에 톱니들은 서로를 당기는 형태의 자극(magnetic poles)을 형성하게 되고, 그에 따라 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이, 및 톱니(41)와 톱니(42) 사이의 간극(air gap)을 통해서 흐르는 전체적인 자기 플럭스를 극대화시키게 된다. 연속적인 노치의 형태에서는, 사용자가 제1 가동 부재(1)를 활성화시킬 때 느낄 수 있는 주기적인 스트레스(stress) 뿐만 아니라, 안정 위치 및 불안정 위치의 한 세트가 형성된다. 제1 가동 부재(1)의 톱니(41) 개수와 제2 고정 부재(2)의 톱니(42) 개수 간의 차이로 인하여, 감지되는 노치 (notches felt)의 개수는, 제1 가동 부재(1)에 대한 자극(magnetic poles)의 개수와 제2 고정 부재(2)에 대한 자극의 개수라는 2개 숫자의 최소 공배수(Least Common Multiple/L.C.M.)와 동일하다. 상기한 예에서 감지되는 노치의 개수는 18과 24의 최소공배수인 72가 된다. 사용자에 의해 만들어지고 느껴지는 토크(torque)의 진폭(amplitude)은, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이의 간극 뿐만 아니라 제1 가동 부재와 제2 고정 부재의 축방향 크기에 의해서도 조정될 수 있다. 톱니(41, 42)의 형상은, 한 번의 주기에 대해 회득되는 토크의 형태뿐만 아니라 이러한 파라미터에 대해서도 작용하게 될 수 있다.
도 2에는 본 발명의 또다른 선택적인 실시예로서, 도 1의 실시예와 디스크(7a, 7b)만이 상이한 실시예가 도시되어 있다. 디스크(7a, 7b) 각각은 8개의 톱니(42)를 구비하고 있는데, 각각의 디스크(7a, 7b)에 구비된 톱니(42)는 각도 상으로 전체 주기의 절반에 해당하는 위상을 가지고 있어서, 디스크(7a)의 톱니(42)는, 또다른 디스크(7b)의 노치(52) 중간에 위치하도록 배열되어 있으며, 그 반대도 이와 동일하게 배열되어 있다(디스크 7b의 톱니는 디스크 7a의 노치 중간에 위치함). 이와 같은 변형에 의하면, 사용자에 의해서 감지되는 노치의 개수(여기서는 72)는 동일하면서도 디스크 각각에 형성해야 할 톱니의 개수는 최소화시킬 수 있게 된다. 그러나 이 경우, 발생되는 자기 저항은 더 크기 때문에 햅틱 감각(haptic sensation)의 크기는 도 1의 제1 실시예에 비하여 작다. 상기한 실시예에 있어서, 디스크(7a, 7b)는 서로 이격되어 위치하며, 디스크(7a, 7b)의 각각은 상기한 극 피치 Ps에 2를 곱한 크기로 이격된 2π(2×Ps) 개수의 반복적인 톱니를 가지면서 방사상으로 확장되어 있다. 여기서 극 피치 Ps는 라디안(radian) 값이다.
도 3에는 본 발명의 또다른 선택적인 실시예로서, 도 1의 실시예와는 영구자석(6)의 위치가 달라진 실시예가 도시되어 있는데, 본 실시예에서 영구자석(6)은 제1 가동 부재(1)에서 2개의 톱니형 디스크(11a, 11b) 사이에 설치되어 있다. 영구자석(6)은 축방향으로 자화된 링 형태로 이루어져 있다. 제2 고정 부재(2)는 하나의 톱니형 디스크(7)로 이루어져 있다. 본 실시예에서는, 예시로서 제시된 것처럼, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 톱니가 가장 많은 개수로 제1 가동 부재(1) 또는 제2 고정 부재(2)에 형성되어 있다. 이와 마찬가지로, 다른 실시예에서도 예시된 것처럼, 샤프트(8)는 도시될 필요가 없기에 생략되어 있다. 로터리형 실시예에 있어서 제1 가동 부재(1)는 제2 고정 부재(2)의 내측 또는 외측에 설치될 수 있다.
도 4에는 자기적 상호작용(magnetic interaction)이 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이의 방사상 간극에서 수행되는 또다른 변형 실시예가 도시되어 있다. 제2 고정 부재(2)는 축방향으로 연장되는 링(12)을 구비하고 있는데, 링(12)에는 소프트 페로마그네틱 재료로 이루어지고 방사상으로 제1 가동 부재(1)의 자석 링(16)을 마주하게 되는 톱니(42)의 세트가 형성되어 있다. 여기서 제1 가동 부재(1)는, 플라스틱 바인더를 가지는 영구자석처럼, 그 자체로서 영구적으로 자화될 수 있는 사출 재료에 의해 하나의 일체화된 부품으로 이루어진다. 자석 링(16)은 디스크 부분(13)에서 방사상으로 연장되어 구비되는데, 디스크 부분(13)은 자화된 판(14)에서 방사상으로 연장된 형태로 구비된다. 상기 자화된 판(14)은 축방향으로 2개의 자화된 극(N, S)을 가지는데, 이에 한정된 것은 아니다. 이러한 2개의 자화된 극(N, S)은 제2 고정 부재(2)의 톱니와 자기적으로 협력하기 위한 것이 아니라, 상기 자화된 극(N, S)이 예를 들면 도시되지는 않았지만 자기 저항 프로브(magneto-resistive probe) 또는 홀 프로브(Hall probe)와 마주할 때 제1 가동 부재의 위치를 탐지하기 위한 것이다.
도 4에 예시된 실시예는, 특별히 경제적인 산업 해결방안으로서 유리하며, 특히 소형으로 생산할 때(일반적으로는 20mm 이하의 직경을 가지도록) 유리하다. 실제로, 본 발명에서 달성하는 주요한 잇점에 더하여, 사용자에게 감지될 수 있는 더 많은 개수의 노치를 형성하기 위하여 대향 자극(opposite magnetic poles)의 서로 다른 개수를 사용하는 것과 관련하여, 공업적인 생산을 더 수월하게 하고, 제1 가동 부재(1)를 자화될 수 있는 재료에 의해 하나의 부품으로 제작할 수 있게 하며, 특히 위치 센서를 의도한다는 관점에서 더 실용적이고 경제적이게 만드는 잇점이 있다. 여기서 위치 탐지 기능은 차량에서 햅틱 인터페이스가 컴퓨터 소프트웨어 또는 전자화된 기능을 제어할 때 크게 주목받게 된다.
도 5는 제1 가동 부재(1)가 제2 고정 부재(2)를 축방향으로 마주하는 것 즉, 축방향의 변화가 존재하는 실시예를 보여준다. 본 실시예에서는 특별히, 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 제1 고정 부재(1)의 톱니(41)가 방사상으로 연장되어 있으며, 축방향으로는 제2 고정 부재(2)의 자석 링(6)을 마주하고 있다. 제1 가동 부재(1)는 9개의 톱니(41)를 가지고 있으며, 제2 고정 부재(2)는 12개의 북극(North pole) 및 남극(South Pole)을 가지고 있어서 감지될 수 있는 36개의 노치를 만들게 되는 자석 링(6)을 구비하고 있다. 여기서 자화되는 방향은 방사상(radial)이거나 또는 바람직하기로는 축방향일 수 있는데, 이에 의하면 감지될 수 있는 토크의 진폭(amplitude)을 조정할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 위에서 설명한 일반적인 기능을 변화시키지 않으면서도 제1 가동 부재(1)는 고정되고 제2 고정 부재(2)는 움직일 수 있게 구성될 수도 있다. 이러한 예에서 장치의 중심에서는, 도시된 것처럼, 자화된 판(14)이 자기 감지 프로브(magneto-sensitive probe)(도시는 생략됨)과 마주하였을 때, 제1 가동 부재(1) 및 제2 고정 부재(2)의 2개 부재 간의 상대 위치를 탐지하도록, 자화된 판(14)은 북극(N)과 남극(S)을 가질 수 있다.
도 6에는 도 4에 도시된 실시예에 대한 변형 실시예가 도시되어 있는데, 여기서 제1 가동 부재(1)는 판 부재(11)로부터 축방향으로 연장되어 있는 톱니(41)를 가지고 있고, 전체적인 조립체는 소프트 페로마그네틱 재료로 이루어져 있다. 제2 고정 부재(2)는, 반지름방향(방사방향)으로 향하고 있어서 상기 톱니(41)와 마주하면서 교번하여 배치된 북극(North pole)과 남극(South pole)을 가지는 자석 링(6)을 구비하고 있다. 서포트(17)에 고정되어 있거나 또는 서포트(17) 상에서 슬라이딩될 수 있는 샤프트(8)를 중심으로 제1 가동 부재(1)가 회전하게 된다.
도 7에는 제1 가동 부재(1)를 변형한 또다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기서 제1 가동 부재(1)는, 반복되는(periodically) 톱니의 쌍(421, 422)을 가지면서 축방향으로 연장되어 있으며 제2 고정 부재(2)와는 간극을 가지고 위치하는 페로마그네틱 루프(loop)(18)의 형태로 이루어져 있으며, 제2 고정 부재(2)는 바람직하기로는 방사상으로 자화되어 있는 다극(multipolar) 자석 링(6)의 형태로 이루어져 있다, 본 실시예에서, 제1 가동 부재(1)는 바람직하기로는 페로마그네틱 재료의 시트(sheet)로부터 절취된 스트립(strip)의 형태로 이루어지며, 따라서 톱니의 쌍(421, 422)을 제작하기 위하여 부분적으로 접혀질 수 있다.
도 8에는 제1 가동 부재(1)를 변형한 또다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기서 제1 가동 부재(1)는 서로 이격된 상태로 반복되는 톱니들(41)을 형성하기 위한 반복적인 오목부(32)를 구비한 링(31)의 형태로 이루어져 있다. 도면에서는 제2 고정 부재(2)가 더 잘 보이도록 링(31)의 일부분이 생략되어 있는데, 여기서 제2 고정 부재(2)는, 소프트 페로마그네틱 재료로 이루어진 두 개의 디스크(11a, 11b) 사이에서 축(3)을 따라 자기 방향을 가지는 자석(6)의 형태로 이루어져 있다. 2개의 디스크(11a, 11b)는 2개의 톱니(42, 42')(구체적인 예에서 톱니(42)는 북극이며 톱니(42')는 남극이다)에 의해 축방향으로 연장되어 있고, 상기 톱니(42, 42')는 서로 마주하고 있으며 모두 방사 방향으로 링(31)에 대향하고 있다. 톱니(41, 42, 42')의 전부는 자극(magnetic poles)을 형성하며 함께 자기적 상호작용을 하게 되고, 링(31)을 조작하는 사용자가 느낄 수 있는 노치(notch)를 형성하게 된다.
도 9에는 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있는데, 본 실시예는 로터리 방식에 있어서 각도 360도 이상으로 확장되는 부재에 한정되지는 않는다. 제1 가동 부재(1)는, 두 개의 디스크(11a, 11b) 사이에 위치하며 축방향으로 자화되어 있는 실린더형 자석(6)을 구비하고 있는데, 상기 두 개의 디스크(11a, 11b)에는 북극과 남극이 교번하고 있는 형태의 톱니(41, 41')가 방사상으로 구비되어 있다. 예를 들어, 디스크(11a)에서 톱니(41)가 자석(6)에 의해 부여되는 자극으로서 북극을 가지면, 이웃하는 톱니(41')는 자극으로서 남극을 가지는 것이다. 디스크(11a, 11b)에서 상기 톱니(41, 41')는 축방향으로 정렬되어 있다. 도면의 실시예에는, 극 피치 Pr을 가지는 18개의 자극 쌍이 구비되도록 18개의 톱니(41)와 18개의 톱니(41')가 존재한다. 사용자에 의해 72개의 노치가 느껴지도록 하려면, 위에서 예시한 바와 같은 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 24개의 톱니(42)를 가지는 제2 고정 부재(2)를 이용할 수도 있다. 그러나 느껴질 수 있는 72개의 노치를 만들기 위하여 24개의 톱니를 유지할 필요는 없다. 실제로 느껴지는 토크의 진폭은, 두 개의 부재(1, 2) 사이의 상호작용에서의 패턴의 개수를 나타내는 최대공약수(GCD)에 비례한다. 본 실시예에서, 72개의 노치를 만들기 위한 최대공약수는 6인데, 이 숫자는 토크를 발생시키는 6개의 패턴이 연속됨을 잠재적으로 의미한다. 하나의 부재에 대해서는 하나의 패턴을 사용하는 것도 가능한데, 다시 말하면, 제2 고정 부재(2)에 대해서는 24/6 = 4, 즉 4개의 톱니(42)를 사용하거나 또는 4의 배수에 해당하는 개수의 톱니(42)를 사용할 수 있는 것이다. 본 실시예에서 제1 패턴(따라서 4개의 톱니(42))이 60도의 각도 전체에 대해 사용된다. 느껴지는 토크의 진폭은 패턴의 수에 비례하는데, 이는 360도의 각도에 대해 완전히 확장된 제2 고정 부재(2)가 사용되는 경우에 비하여, 느껴지는 스트레스가 덜 중요하다는 것을 의미한다.
도 10에는 사용되는 영구자석(6a, 6b)이 쌍극성(bipolar)라는 점에서 도 9에 도시된 실시예와는 상이한 또다른 실시예가 도시되어 있는데, 상기 영구자석(6a, 6b)은 도면에서는 보이지는 않지만 여전히 축방향으로 자화되어 있어서, 영구자석(6a)이 사전에 정해진 축방향 자석 극성을 가지면, 다른 영구자석(6b)은 이와 반대되는 축방향 자석 극성을 가진다. 자기적인 단절(magnetic cut)을 위하여, 그리고 디스크(11a)에서의 자기장 누설(magnetic field leakage)을 촉진하기 위하여 디스크(11a)를 통과하도록 슬롯(19)이 형성되어 있는데, 상기 슬롯은 디스크의 직경방향으로 연장되고 슬롯이 연장되는 방향은 자석(6a, 6b)의 자기전이(magnetic transition)에 대해 평행하다. 디스크(11b)는 2×9 즉, 18개의 톱니(41')를 가지고 있으며, 다른 디스크(11a) 역시 2×9 즉, 18개의 톱니(41)를 가지고 있다. 디스크(11a, 11b) 각각에서 톱니(41, 41')의 개수는 18개인데, 디스크(11a)를 축방향으로 마주하게 되는 누설자속(magnetic leakage flux)이, 자기 센서티브 프로브(magneto-sensitive probe)(도면에는 도시되지 않음)가 디스크(11a)와 대향되도록 위치하였을 때 위치 탐지 기능을 위하여 사용될 수 있다.
도 11에는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 선형(linear)으로 변형된 장치가 도시되어 있다. 제1 가동 부재(1)는 커서(cursor)(20)의 형태(오디오 믹서의 "페이더(fader)" 타입)로 이루어져 있는데, 제1 가동 부재(1)는 2개의 톱니 부재(11c, 11d) 사이에 끼워져 있는 자석(6)에 고정되어 있으며, 2개의 톱니 부재 각각은 3개의 톱니(41)를 가지면서 횡방향으로 연장되어 있다. 상기 톱니(41)들은 제2 고정 부재(2)를 형성하는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 타겟(target)을 대향하고 있는데, 여기서 타겟은 막대(bar)를 이루도록 선형적으로 연장되어 있고 복수개의 톱니(42)를 구비하고 있으며, 커서(20)는 타겟 위에서 축(3)을 따라 움직이게 되고, 제1 가동 부재(1)는 도시되어 있지는 않지만 가이드에 의해 유지되는 간극을 가지면서 제2 고정 부재(2)와 분리되어 있다. 본 실시예에서, 선형 피치 Pt를 가지는 바람직한 노치를 위하여, 18개의 자기 주기(magnetic periods)를 가지는 제1 가동 부재(1) 및 24개의 자기 주기(magnetic periods)를 가지는 제2 고정 부재(2)의 완전한 회전에 대해 감지되는 72개의 노치를 가지는 로터리 방식을 고려할 때, 제1 가동 부재(1)의 톱니들(41)의 선형 주기는 Pr=72/18×Pt가 되어야 하며, 제2 고정 부재(2)의 페로마그네틱 극의 주기는 Ps=72/24×Pt가 되어야 한다. 18과 24의 최대공약수(GCD)는 6이므로, 하나의 3개 톱니 패턴이 제1 가동 부재(1)에 사용될 수 있다. 만일 예를 들어, 각각의 노치가 1mm로 되도록 만들기를 원한다면, 톱니들(41)은 Pr=4mm의 주기를 가져야 하며, 제2 고정 부재(2)의 페로마그네틱 극은 Ps=3mm의 주기를 가져야 한다. 이러한 구성에서, 제2 고정 부재(2)는, 사용자가 느낄 수 있는 많은 노치 및 약 33mm의 스트로크(stroke)를 위하여 약 43mm의 길이를 가진다.
도 12에는 본 발명의 또다른 실시예로서 구형(spherical)으로 변형된 실시예가 도시되어 있는데, 본 실시예에서는 핸들(21)을 회전시켜서 3개의 직교 축(3, 3', 3")을 따라 볼 조인트(ball joint)(22)를 작동시키는 동안에 사용자는 햅틱을 감지할 수 있다. 본 실시예에서, 한정되지 않은 실시예의 구성으로서, 볼 조인트는, 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지며 핸들(21)이 작동되었을 때 움직이게 되는 복수개의 극(poles)을 가지고 있는데, 상기 복수개의 극은, 개별적인 영구자석(6)의 양측에 소프트 페로마그네틱 재료의 시트(22a, 22b), (22c, 22d), (22e, 22f)가 적층되어 있으며 구성을 가지는 제2 고정 부재(2)의 3개 쌍의 전방에서, 그리고 더 바람직하기로는 상기 소프트 페로마그네틱 재료의 시트에 대해 수직하게 정렬된 상태로 움직이게 된다. 여기서 소프트 페로마그네틱 재료의 시트(22a, 22b), (22c, 22d), (22e, 22f)는, 볼 조인트(22)와 자기적 상호작용을 할 수 있도록 볼 조인트(22)를 마주하고 있는 톱니(42)를 가지면서 방사상으로 확장되어 있으며, 상기 볼 조인트(22)는 작은 방사상의 간극에 의해 제2 고정 부재(2)와는 분리되어 있다. 이러한 변형실시예의 크기는 도 11에 예시된 변형실시예에 의해 제시된 것에 근거하여 정할 수 있다.
도 13a 및 도 13b에는 각각 동일한 실시예를 다른 방향에서 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 13b에는 도 4와 마찬가지로 부분 단면 형태로 도시되어 있으며, 도 13a 및 도 13b의 실시예는 자화된 극의 개수 및 페로마그네틱 극의 개수에서 도 4의 실시예와 상이하다. 본 실시예에서, 제1 가동 부재(1)는, 방사상으로 정렬되어 있는 8개의 북극-남극을 가지는 자석 링(16)을 구비하고 있으며, 제2 고정 부재(2)는 축방향으로 6개의 톱니(42)가 연장되어 있으며 페로마그네틱 재료로 만들어진 링(12)을 구비하고 있고, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2)는 서로에 대해 방사상으로 마주하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 한 번의 회전 당 24개의 주기로서 스트레스를 발생시킬 수 있게 된다. 제1 가동 부재(1)를 제2 고정 부재(2)에 대하여 회전시키고 가이드할 수 있도록 허브(hub)(23)가 링(12)에 고정되어 있다. 앞서 설명한 실시예처럼, 위에서 설명한 것과 동일한 상대 운동을 하면서 제1 가동 부재가 고정되고, 제2 고정 부재가 가동되는 형태의 구성을 가질 수 있다.
도 14a 및 도 14b에는 각각 도 13a 및 도 13b와는 제2 고정 부재(2)가 페로마그네틱 링(12)에서 연장된 3개의 톱니(42)만을 가진다는 점에서만 상이하고 다른 점에서는 동일한 변형실시예가 도시되어 있다. 따라서 획득되는 노치의 개수는 24개로 동일하지만, 자기적 상호작용의 수가 작기 때문에 전체적으로 높은 자기 저항(magnetic reluctance)에 의하여 낮은 스트레스 진폭이 만들어진다.
도 15에는 도 4의 실시예와 유사한 변형실시예가 도시되어 있는데, 여기서 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2)는 각각 24개의 노치를 만들 수 있도록 24개의 극(poles)을 가지고 있다.
도 16에는 마지막 변형실시예로서, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2)가 각각 영구자석(6a, 6b)을 구비하고 있는 실시예가 도시되어 있다. 제한적이지 않은 본 실시예에서는, 60개의 노치를 만들기 위하여, 영구자석(6a)에 대하여 20개의 극성(polarities)가 존재하는데, 상기 극성은 방사상으로 정렬되며, 다른 영구자석(6b)에 대해서는 12개의 극성이 존재한다.

Claims (14)

  1. 제1 가동 부재(1) 및 제2 고정 부재(2)를 포함하는데, 제1 가동 부재(1)는 제2 고정 부재(2)을 마주하여 제2 고정 부재(2)에 대하여 회전 또는 이동 가능하도록 움직일 수 있으며,
    제1 가동 부재(1)는 움직이는 방향으로 극 피치 Ps로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제1 자극(magnetic poles)을 구비하고 있고, 제2 고정 부재(2)는 움직이는 방향으로 극 피치 Pr로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제2 자극을 구비하고 있으며, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr의 개수는 서로 상이하며, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이의 자기적 상호작용에 의해 주기 Pt를 가지는 주기적인 스트레스가 만들어지는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 가동 부재(1)는 제2 고정 부재(2)와 대향하여 축(3)을 중심으로 회전하도록 움직이거나 또는 축(3)을 따라 이동하도록 움직이며, 제1 가동 부재(1)는 움직이는 방향으로 극 피치 Ps로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제1 자극을 구비하고 있고, 제2 고정 부재(2)는 움직이는 방향으로 극 피치 Pr로 이격되어 반복적으로 존재하는 복수개의 제2 자극을 구비하고 있으며, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr의 개수는 서로 상이하며, 제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 사이의 자기적 상호작용에 의해 주기 Pt를 가지는 주기적인 스트레스가 만들어지며, 주기 Pt가 극 피치 Ps와 극 피치 Pr 중에서 작은 것보다 반드시 더 작아지도록, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr가 선택되는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    주기적인 스트레스의 주기 개수는, 제1 가동 부재(1)에서의 자극(magnetic poles) 주기의 개수와 제2 고정 부재(2)에서의 자극 주기 개수의 최소 공배수와 동일한 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 가동 부재(1)와 제2 고정 부재(2) 중에서 하나는, 복수개의 제1 자극을 형성하는 북극과 남극이 교번하여 존재하는 실린더형 영구자석(6)을 구비하고 있고, 다른 하나는 링(12)에 의해 연결되어 있고 복수개의 제2 자극을 형성하는 복수개의 톱니(41, 42)를 구비하고 있으며, 상기 톱니(41, 42)와 상기 링(12)은 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지고, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr 중에서 작은 것보다 적어도 2배가 되는 자기적 상호작용의 주기 Pt를 가지는 것을 특징으로 패시브형 햅틱 인터페이스.
  5. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제1 가동 부재(1) 및 제2 고정 부재(2)는, 극 피치 Ps와 극 피치 Pr를 형성하도록 북극과 남극이 교번하여 구비되어 있는 영구자석(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  6. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제2 고정 부재(2)는, 축(3)을 따라가는 1개 방향으로 자화되어 있는 영구자석(6)을 포함하는데, 영구자석(6)의 축방향으로 양측에는 소프트 아이언으로 만들어지며 방사상으로 확장된 2개의 페로마그네틱 디스크(7a, 7b)가 구비되어 있고, 각각의 페로마그네틱 디스크에는, 라디안 값으로 표현된 극 피치 Ps로 이격되어 있어서 2π/Ps의 주기를 가지는 복수개의 톱니(42)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  7. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제2 고정 부재(2)는, 축(3)을 따라가는 1개 방향으로 자화되어 있는 영구자석(6)을 포함하는데, 영구자석(6)의 축방향으로 양측에는 소프트 아이언으로 만들어지며 방사상으로 확장되어 있는 2개의 페로마그네틱 디스크(7a, 7b)가 구비되어 있고, 페로마그네틱 디스크는 서로 라디안 값으로 표현된 극 피치 Ps로 이격되어 있고, 각각의 페로마그네틱 디스크에는 극 피치 Ps에 2를 곱한 간격으로 이격되어 2π/(2×Ps)의 주기를 가지는 복수개의 톱니(42)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  8. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제1 가동 부재(1)는 단일극성(unipolar)의 영구자석(6)의 축방향 양측에 각각 구비된 2개의 디스크(11a, 11b)를 포함하며, 제2 고정 부재(2)는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 디스크(7)를 포함하고, 상기 디스크(11a, 11b, 7)의 각각은, 방사상으로 극 피치 Ps로 이격되어 있고 서로 마주하고 있는 톱니(41, 42)를 가지면서 방사상으로 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  9. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 선형의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제1 가동 부재(1)는, 축(3)을 따라서 제1 가동 부재(1)의 움직임을 가로지르는 방향으로 자화된 영구자석을 포함하는데, 상기 영구자석은 톱니(41)를 가지도록 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어진 2개의 톱니 부재(11c) 사이를 횡단하도록 위치하며, 제2 고정 부재(2)는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지며, 제2 고정 부재(2)는 막대 형태를 이루면서 선형으로 연장되어 톱니(42)를 구비하고 있고, 제1 가동 부재(1)는 제2 고정 부재(2) 위에서 선형으로 움직이는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  10. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 구형의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제1 가동 부재(1)는 3개의 직교 축(3, 3', 3")을 따라 회전하여 움직일 수 있는 볼 조인트(22)를 구비하고 있고, 상기 볼 조인트(22)는 방사상으로 연장된 한 세트의 톱니(41)를 구비하고 있으며, 제2 고정 부재(2)는 개별적인 영구자석(6)의 양측에 소프트 페로마그네틱 재료의 시트(22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)가 적층되어 있는 구성을 가지면서 복수개로 구비되고, 개별적인 영구자석(6)은 상기 시트(22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)에 직교하도록 정렬되어 있고, 상기 시트(22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)는 볼 조인트(22)를 마주하는 톱니(42)를 가지면서 방사상으로 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  11. 제1항에 있어서,
    패시브형 햅틱 인터페이스는 로터리 방식의 패시브형 햅틱 인터페이스로서,
    제1 가동 부재(1)는 축방향으로 디스크 부분(13)에 고정되도록 확장된 링 형태의 영구자석(6)을 구비하고 있는데, 상기 디스크 부분(13)은 제1 가동 부재(1)의 위치 탐지에 사용되는 자석 판(14)에 의해 축방향으로 상기 영구자석(6)과 대향하여 연장되며, 제2 고정 부재(2)는 소프트 페로마그네틱 재료로 만들어지고 링 형태의 영구자석(6)과 마주하는 톱니(41)를 가지도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  12. 제11항에 있어서,
    링 형태의 영구자석(6), 디스크 부분(13) 및 자석 판(14)은 모두, 그 자체로 영구히 자화될 수 있는 사출 플라스틱 바인더로 이루어진 하나의 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  13. 제11항에 있어서,
    디스크 부분(13)은, 자석 판(14)이 안정적으로 고정되는 사출 플라스틱 바인더로 만들어지는 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
  14. 제13항에 있어서,
    자석 판(14)은 디스크 부분(13)으로 사출되는 플라스틱 바인더 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 패시브형 햅틱 인터페이스.
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