WO2021198591A1 - Dispositif haptique passif - Google Patents

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WO2021198591A1
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magnetized
haptic device
magnet
passive haptic
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Jean-Daniel Alzingre
Batiste GALMES
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Moving Magnet Technologies
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Definitions

  • the invention relates to a passive haptic device, that is to say that can be manipulated by the finger or the hand or even possibly by the foot of a user and providing a variable force feedback and that without consumption of energy. electric energy.
  • the present invention applies for example to a computer control interface or a control interface inside a motor vehicle or else a control interface of a household appliance.
  • Manual haptic devices which are angularly indexed in a purely magnetic manner. These devices are based on a magnetic field source US3885560, or two magnetic field sources US3934216, oriented unidirectionally and constituted by permanent magnets, associated with soft ferromagnetic flux looping parts. These parts are arranged facing each other and define a magnetic air gap. They are cut so as to create a variable magnetic air gap permeance as a function of the phase shift between the fixed parts and the moving parts. When the teeth of the fixed assembly face the teeth of the mobile assembly, the permeance is minimal and the position is then indexed. These looping parts have the same number of teeth on the fixed part and on the moving part. This number is equal to the number of stable positions sought.
  • the utility certificate application FR2935497 describes an angular indexing device based on the use of magnetic couplings between a fixed part and a rotating part. Each of these parts has alternating magnet poles (North and South) facing those of the other part. The parts have the same number of magnet poles, equal to twice the indexed positions sought. A position is indexed when all magnets of a given polarity of the movable assembly are aligned with all magnets of opposite polarity on the fixed assembly. This application does not present a soft ferromagnetic material for looping the flow.
  • haptic devices it is often necessary to implement a position sensor in order to be able to control the operation of a device such as for example the movement of a computer pointer when the haptic interface is a mouse, or of a cursor on a dashboard screen, these examples not being limiting.
  • the devices of the prior art often use optical, resistive or magnetic sensors which are juxtaposed with the haptic device, making the solution either bulky or uneconomical.
  • the passive haptic devices of the prior art have mechanical members made of soft ferromagnetic material in areas where the magnetic induction varies greatly by the use of said devices. These variations induce losses of magnetic origin (by induced currents, by hysteresis effect, etc.) which provide significant friction and detrimental to the quality of the haptic rendering during dynamic use of the device.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of the state of the art by allowing a simplified and more economical industrial production of the mobile and fixed mechanical members of a passive haptic device with magnet.
  • the present invention proposes to produce a determined number of notches felt by the user by association of a fixed part and a mobile part, each having a minimized number of magnetic poles of North / South alternation, preferably less than the number of indexed positions desired, which makes it easier to achieve, and this while remaining passive, that is to say without the use of an electric coil and without the consumption of electric energy. It is also the object of the invention to provide a simple and economical solution for integrating a position sensor into such a haptic device.
  • the invention relates in its most general sense to a passive haptic device comprising a first mechanical member moving relative to a second mechanical member, the first mechanical member having a magnet and a first plurality of magnetized zones spaced periodically according to a pitch PI, the second mechanical member having a second magnet and a second plurality of magnetized zones spaced periodically at a pitch P2, a force that varies periodically as a function of the relative position of said mechanical members being created by the magnetic interaction between said mechanical members , the magnetic interaction varying according to a period Pt, characterized in that all the magnetized zones of at least one of said mechanical members are magnetized in the same direction.
  • the invention also relates to a haptic interface additionally exhibiting one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically compatible combination: said first and second pluralities of magnetized zones are integral parts, respectively, of said first magnet and of said second magnet, at least one of the plurality of magnetized zones is made of a soft ferromagnetic material and magnetized by the magnet integrated into its mechanical member, said mechanical members are movable in relative translation, said mechanical members have the shape of a ring and are movable in relative rotation, the magnetized zones of said mechanical members of annular shape are magnetized radially, either in the centrifugal or centripetal direction, the magnetized zones of at least one of said mechanical members of annular shape are diametrically magnetized, said magnetized ring diametrically having two groups of teeth e not identical, these groups being separated by a number of non-integer steps, this number preferably equaling (x + 0.5) steps where x is a positive integer, said groups of teeth being preferably centered along a radius
  • the pitch PI is identical to said pitch P2
  • the mechanical air gap located between the mechanical member and the mechanical member is devoid of soft ferromagnetic materials
  • the mobile mechanical member has a protuberance like a magnet, the field of which is intended to be measured by a magnetosensitive probe in order to provide positional information of said movable member
  • said magnetizing protuberance and said magnet are made in one and the same piece
  • the protuberance and the magnet are magnetized in the same direction and the same direction
  • at least one of said magnets is produced by injection of plastic material charged with magnet powder
  • at least one of said magnets is made of a sintered magnet
  • said mechanical members have a relative displacement in at least two directions, the relative displacement with respect to a first direction giving occurs at said periodically variable force, and the relative displacement with respect to a second direction resulting in a continuously variable force similar to magnetic stiffness.
  • the first mechanical member has two pluralities of magnetized zones spaced periodically according to the same pitch PI and in that said plurality of magnetized zones can be mechanically out of phase in order to modulate the amplitude of the force which varies periodically as a function of the relative position of said members mechanical.
  • the terms “ring-shaped” or “annular-shaped” have the same meaning and denote the geometry of the envelope of a generally tubular part and of a height generally less than the diameter.
  • the term “soft ferromagnetic material” will be understood to mean a ferromagnetic material with a low coercive field, typically less than 1000 A / m and having a relative magnetic permeability greater than 100.
  • the invention relates to a passive haptic device comprising a mechanical member that can be moved relative to a second mechanical member by an action of the user (for example by the rotation drive by a finger), the object of the invention being characterized in that the plurality of magnetized zones of at least one of said mechanical members are all magnetized in the same direction.
  • the same direction is understood to mean that for each point of the magnetized zone, the magnetization is carried by a vector m of coordinates (m 1 , m 2 , m 3 ), these coordinates being identical in the local coordinate system associated with each point considered, said local coordinate system being able to be expressed in Cartesian, cylindrical or spherical coordinates.
  • said plurality of magnetized zones of at least one of said mechanical members does not have an alternation of North poles and South poles.
  • the measurement of the magnetic induction in the mechanical air gap due to the mechanical member having the plurality of magnetized zones all in the same direction, in the direction of the magnetization vector m and along of a path traversing the plurality of magnetized zones, has a periodic function of fundamental period corresponding to the pitch of said plurality of magnetized zones, said periodic function possibly having harmonics of this fundamental period.
  • the polar pitches PI and pitch P2 not necessarily being equal, the period Pt of the variable magnetic force preferably corresponds to the smallest common harmonic of the periodic function of fundamental period PI and of the periodic function of fundamental period P2.
  • said mechanical members having the plurality of magnetized zones in the same direction are structured by shapes of teeth at the level of the surface delimiting the mechanical air gap. Said tooth shapes are to be taken in the sense of toothing, so they do not necessarily have projecting edges and may have an involute shape of a circle.
  • the measurement of the magnetic induction near this surface has a continuous component of high amplitude and modulated by a periodic function of fundamental period corresponding to the pitch of said plurality of magnetized zones.
  • the structuring of the surface by tooth shapes can be carried out in different ways, for example directly by structuring of the magnet either by molding using an injection of plastic loaded with particles of magnets or powder sintering, but also by the addition of ferromagnetic sheets having these tooth shapes, produced by stamping or machining. These production techniques do not limit the invention.
  • the mechanical member having the plurality of magnetized zones in the same direction is magnetized according to a transverse diametrical direction, that is to say in one and the same direction according to a Cartesian coordinate system.
  • Said mechanical member is structured by two groups of teeth at its surface facing the air gap.
  • the groups of teeth have the same pole pitch corresponding to the pitch of said magnetized zone, and are spaced apart by a distance equal to an integer number of the pitch of said magnetized zone plus half a pitch.
  • the measurement of the magnetic induction on the outskirts of said surface, according to a circular contour concentric with said ring has a sinusoidal component of high amplitude and periodicity 1 modulated by two pseudoperiodic functions of lower amplitude and of fundamental period corresponding to the pitch of said plurality of magnetized zones, said pseudoperiodic functions being phase-shifted by half a period.
  • the space located in the vicinity of the surfaces is devoid of parts made of soft ferromagnetic material.
  • This space exhibiting the greatest variations in magnetic induction, this configuration is advantageous for limiting losses by induced currents which slow down the device when it is used in a pulsed manner.
  • the mechanical members have a magnet support capable of performing various functions, for example for the mechanical interfacing of said mechanical members, or for increasing the inertia of said mechanical members or else for purely cosmetic reasons.
  • FIG. IA is a sectional view of a device according to a first rotary embodiment of the invention.
  • FIG. IB Figure IB is a simulation of the magnetic induction in the mechanical air gap of a mechanical member of the device shown in Figure IA;
  • FIG. 2A is a sectional view of a device according to a second rotary embodiment of the invention.
  • FIG. 2B is a simulation of the magnetic induction in the mechanical air gap of the external member shown in FIG. 2B;
  • Figure 3 is a partial sectional view of a device according to a third rotary embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a perspective view of a device according to an axially coupled rotary embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a rear perspective view of the position detection system of a device according to a rotary embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a perspective view of a device according to a linear embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a perspective view of a device according to a spherical embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of a device according to a fourth rotary embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of a device according to a fifth rotary embodiment of the invention.
  • FIG. 10 Figure 10 is a partial sectional view of a device according to a sixth rotary embodiment of the invention
  • FIG. 11A-11B Figures 11A and 11B are perspective views of a device according to a seventh rotary embodiment of the invention, and showing different functional positions
  • FIG. 12A and 12B Figures 12A and 12B are perspective views of a device according to an eighth rotary embodiment of the invention and showing different functional positions;
  • FIG. 13 is a partial sectional view of a device according to a ninth rotary embodiment of the invention.
  • Figure 14 is a partial sectional view of a device according to a tenth rotary embodiment of the invention.
  • FIG. 1A represents a partial sectional view of a first embodiment of a haptic device according to the invention with rotary actuation having mechanical members (1, 2).
  • a first mechanical member (1) of annular shape is housed concentrically inside a second mechanical member (2) also of annular shape.
  • Said mechanical members (1, 2) are characterized in that they each comprise a magnet (11, 21) of annular shape each of said magnets (11, 21) having a plurality of magnetized zones (10, 20) periodically spaced apart respective angular PI and P2.
  • Said magnetized zones (10) interact with said magnetized zones (20) so as to produce a variable force of period Pt as a function of the relative position of said mechanical members (1, 2).
  • each of the magnetized zones (10, 20) does not have an alternation of North and South magnets, but has the same direction of radial magnetization and in the same direction.
  • each of the annular magnets (11, 21) constitutes a pole whose polarities are opposite, the magnetic field looping back between these two poles in the axial direction ("out of plane").
  • the outer periphery of the magnet (11) and the inner periphery of the magnet (21) are structured by dental shapes to form said magnetized zones (10, 20).
  • the induction measured in the radial direction along of a circular contour close to the magnetized zones (10, 20) has a DC component modulated by a periodic function of fundamental period corresponding to the angular pitch (PI, P2) of said magnetized zones (10, 20).
  • the measurement of the radial induction along a circular contour located in the mechanical air gap (40) has a DC component modulated by the periodic functions of fundamental periods PI and respectively. P2, these functions being out of phase by the relative rotational displacement of the mechanical members (1) and (2).
  • FIG. 2A shows a partial sectional view of a second embodiment with rotary actuation close to the previous embodiment shown in FIG. IA. It differs from the first embodiment in that the magnet (21) of the mechanical member (2), ie the outer ring, has a transverse diametral magnetization direction.
  • the inner periphery of the magnet (21) is structured by dental shapes divided into two groups of teeth separated by zones without teeth (50) to form said magnetized zones (20).
  • the pitch between two teeth is identical and equal to the angular pitch (P2), and the two groups of teeth are preferably phase-shifted by half an angular pitch (P2).
  • P2 the angular pitch
  • P2 the induction measured in the radial direction along a circular contour close to the magnetized zones (20) has a sinusoidal component of periodicity 1 of high amplitude modulated by two pseudoperiodic functions of lower amplitude and of the same fundamental frequency corresponding to the angular step (P2), one modulating the positive half-wave of the sinusoidal component of periodicity 1, the other modulating the negative half-wave of the component sinusoidal of periodicity 1, the two pseudoperiodic functions being phase-shifted by half a period.
  • phase shift of the groups of teeth by half an angular pitch is not limiting, it makes it possible to maximize the magnetic force when the device is actuated in rotation, said force being zero when the groups of teeth are perfectly phase.
  • Figure 3 shows an embodiment similar to that shown in Figure 2A. It differs in that the characteristics of the magnets of the inner and outer rings are reversed.
  • FIG. 4 presents an embodiment close to that illustrated in FIG. 2A.
  • This embodiment is a transposition into an axial version of the radial rotary version shown in FIG. 2A.
  • This embodiment differs in that the mechanical members (1, 2) are disks in relative rotary displacement and separated by a mechanical air gap (40) in the axial direction.
  • the mechanical member (2) has a magnet (21), comprising a plurality of magnetized zones (20) all magnetized in the same axial direction and in the same direction (200). So for any point? of the plurality of magnetized zones (20) of the magnets (21), the magnetization vector m is always collinear with the vector ⁇ 1 ⁇ 2.
  • Said mechanical member (2) is characterized in that the surface of the plurality of magnetized zones facing the mechanical air gap (40) is structured by shapes of teeth spaced by the same pitch P2 and are in vis-à-vis the second mechanical member (1).
  • Said second mechanical member (1) also has a magnet (11), comprising a plurality of magnetized zones (10) all in the same direction and whose surface facing the mechanical air gap (40) is structured. by two groups of teeth of the same pitch PI, these groups of teeth being ideally separated from zones devoid of teeth (50) and separated by an integer number of pitches PI plus half a pitch.
  • the plurality of magnetized areas within a group of teeth have the same direction of magnetization (101) opposite to the direction of magnetization (102) of the plurality of magnetized areas within the second group of teeth. Said two groups of teeth are thus magnetically phase-shifted by a half period and constitute the two pseudo magnetic periods of which the interest is explained in the description of FIG. 2A.
  • the magnet protuberance (15) located in the upper part of the mobile can advantageously be a sub-part of the magnet (11) and have the same magnetization as the groups of teeth located below.
  • This magnetic alternation created on the magnet protuberance (15) can be used as a field source for a magnetosensitive position sensor which would be located near the mobile (1), which constitutes an integration solution at greatly reduced cost.
  • the magnet (11) being able to be magnetized integrally in a single operation to provide dual functionality both to achieve the haptic effect in interaction with the magnet (21), but also to provide the position information of the magnet. mobile mechanical member (1).
  • FIG. 5 presents a mode of integration of a magnetic sensor intended to measure the absolute angular position of the movable mechanical member (2) for an embodiment with rotary actuation.
  • This integration mode is compatible with all the previous embodiments, but is illustrated according to the second embodiment presented in FIG. 2A, the magnet support (22) not being shown.
  • the mechanical member (2) is movable and the magnet (21) is closed at an axial end and has a cylindrical protuberance (25) magnetized in a transverse diametrical direction (200).
  • the magnetic field of said protuberance (25) is measured by a magnetosensitive probe (30) so as to obtain the absolute angular position of said mechanical member (2).
  • This embodiment is particularly advantageous in the case where the plurality of magnetized zones (20) have a transverse diametrical magnetization direction.
  • the entire magnet (21) has a single magnetization direction (200) which makes the construction of the magnetization tool particularly simple and strengthens the magnetic field measured by the magnetosensitive probe (30 ).
  • FIG. 6 shows an embodiment according to the invention with linear actuation.
  • This is the linear transposition of the version explained in FIG. 2A in the radial rotary version or in FIG. 4 in the axial rotary version.
  • the mechanical member (2) has a magnet (21), comprising a plurality of magnetized zones (20) all magnetized in the same vertical direction and the same direction (200). So for any point? of the plurality of magnetized zones (20) of the magnets (21), the magnetization vector m is always collinear with the vector ⁇ 1 ⁇ 2.
  • Said mechanical member (2) is characterized in that the surface of the plurality of magnetized zones facing the mechanical air gap (40) is structured by shapes of teeth spaced at the same pitch (P2) and are opposite the second mechanical member (1).
  • the second mechanical member (1) also has a magnet (11), comprising a plurality of magnetized zones (10) all in the same direction and whose surface facing the mechanical air gap (40) is structured. by two groups of teeth of the same pitch PI, these groups of teeth being ideally separated by a whole number of pitches PI plus half a pitch.
  • the plurality of magnetized zones within a group of teeth have the same direction of magnetization (101) opposite to the direction of magnetization (102) of the plurality of magnetized zones within the second group of teeth.
  • the magnet protuberance (15) located in the upper part of the mobile can advantageously be a sub-part of the magnet (11) and have the same magnetization as the groups of teeth located below.
  • This magnetic alternation created on the magnet protuberance (15) can be used as a field source for a magnetosensitive position sensor which would be located near the mechanical member (1), which constitutes a solution of integration at high cost. reduced, the magnet (11) being able to be magnetized integrally in a single operation to provide dual functionality both to achieve the haptic effect in interaction with the magnet (21), but also to provide the position information of the magnet (21). the mobile mechanical member (1).
  • FIG. 7 shows an embodiment according to the invention with rotary actuation in three orthogonal directions.
  • This embodiment can be seen as the combination of 3 haptic devices as represented in FIG. 1A.
  • Each of the 3 devices consisting of tracks respectively integral with a fixed mechanical member (2) on the one hand and on the other hand a movable mechanical member (1) attached to a control device actuated by the user.
  • the first haptic device acting in a first direction, consists of tracks (13a) and (23a) magnetized according to the characteristics of FIG. 1A.
  • the second device in a second direction of actuation consists of tracks (13b) and (23b).
  • the tracks (13a, 13b, 13c) run through the plurality of magnetized areas (10) of the magnet (11), the tracks (23a, 23b, 23c) run through the plurality of magnetized areas (20) of the magnet (21) ), at least one of said magnetized zones (10, 20) all being magnetized in the same direction. So by analogy to the previous embodiments, for any point?
  • FIG. 8 presents an embodiment similar to that presented in FIGS. 1A and 2A. It differs in that the mechanical member (1), ie the inner ring, has a plurality of magnetized zones (10) having an alternation of North and South poles and in that the angular pitches PI and P2 are different.
  • the period Pt corresponds to a common harmonic of the functions periodic magnetization of period PI and P2 of the inner and outer rings.
  • One of the means used to control the amplitude of the haptic effect is to play on the amplitude of the harmonics of the magnetization functions.
  • the plurality of magnetized zones (10) have alternations of North and South poles of different width, this has the effect of increasing the amplitude of the even-order magnetization harmonics.
  • any other means of controlling magnetization harmonics that a person skilled in the art could think of, such as the particular design of the inductor, or the structuring of the magnetized zones, is envisaged.
  • FIG. 9 presents an embodiment similar to that presented in FIG. IA, it differs in that the plurality of magnetized zones (10) of the mechanical member (1) has an alternation of North and South poles.
  • This embodiment is not limiting and a configuration with the outer ring consisting of an alternation of North / South poles and the inner ring, a toothed unipolar magnet, is also possible.
  • Figure 10 shows an embodiment similar to that shown in Figure 2A. It differs in that the plurality of magnetized zones (10) of the mechanical member (1) is produced by cutting teeth, spaced by a pitch PI, in two semi-cylindrical parts (16, 17) having a cross section. in the form of a circular arc, made of a magnetically soft ferromagnetic material, coupled to a magnet (11) of parallelepiped shape.
  • the magnet (11) is magnetized in a direction (100) in the direction defined by the plane of symmetry of the two poles of soft ferromagnetic material.
  • a configuration where the characteristics of the inner and outer rings are interchanged is also contemplated.
  • FIGS. 11A and 11B show an alternative embodiment according to the invention with rotary actuation.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 2A in that the mechanical member (1), in the form of an inner ring, has two wafers superimposed axially, the two wafers each having a plurality of magnetized zones (10a) and (10b) radially magnetized.
  • the two wafers can be temporarily separated and the plurality of magnetized zones (10a) of the first wafer can be out of phase with the plurality of magnetized zones (10b) of the second wafer of the mechanical member (1).
  • FIG. 11A represents the configuration for which the plurality of magnetized zones (10a) and (10b) are in phase opposition, which has the effect of minimizing the effect of notching by interaction.
  • the magnetized zones (10a, 10b) are mounted on the same axis.
  • Their phase shift is achieved by means of an arm (14) integral with the first wafer, comprising the plurality of magnetized zones (10a). The phase shift can be adjusted when the locking device (19) is released, the arm (14) being movable angularly, while the second wafer comprising the plurality of magnetized zones (10b) is kept fixed with respect to the haptic device by means of a locking device (19).
  • phase shifting device presented is entirely mechanical, but one can however imagine that it could be produced thanks to an electromagnetic actuator integrated into the mechanical member (1).
  • FIGS. 12A and 12B show an alternative embodiment according to the invention with rotary and axial actuation.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. IA in that the mechanical member (1) has an additional degree of freedom in the axial direction.
  • the cooperation of the plurality of magnetized zones (10) of the mechanical member (1) with the plurality of magnetized zones (20) of the second mechanical member (2) produces a stiffness effect during the relative displacement of the two mechanical members (1). and 2) in the axial direction.
  • Figure 12A shows the axial position of the mechanical member (1) for which the axial restoring force is maximum between the two mechanical members (1, 2)
  • Figure 12B shows the position of stability for which the force callback is zero.
  • the second mechanical member (2) is fixed and the first mechanical member (1) can be moved axially and in rotation using an actuation interface (105), integral with said mechanical member (1). , and in the form of an axial cylindrical protuberance.
  • the mechanical member (1) On the side opposite to said actuation interface (105), the mechanical member (1) has two magnet protuberances (15, 25), the first being annular and the second cylindrical in shape and housed therein. These two protuberances each cooperate with a magnetosensitive probe (30, 31), the first magnetosensitive probe (30) being able to measure, in cooperation with the magnet protuberance (15) having a diametrical or rotating magnetization, the relative rotary displacement of the two mechanical parts (1 and 2).
  • the second magnetosensitive probe in cooperation with the magnet protuberance (25) exhibiting axial magnetization, is able to measure the relative axial displacement between the two mechanical members (1 and 2).
  • the axial displacement with elastic return associated with a detection of said displacement, can make it possible to perform a selection button function.
  • this variant with axial displacement is not limited to the embodiment based on that shown in FIG. 1A, but extends to all versions, of the notching device, compatible that would be considered by those skilled in the art.
  • the detection of the axial position does not necessarily require the addition of a second magnet and a second probe, the skilled person can arrange the magnetosensitive probe (30) in a specific way and choose an appropriate magnetization. of the protuberance by magnet (15) so as to obtain the angular and axial displacement information with this single sensor.
  • the version with two sensors only offers an improvement in the resolution of the measurement of said displacements.
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment according to the invention with rotary actuation.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in Figure IA in that the plurality of magnetized zones (10) of the mechanical member (1) has a direction of magnetization (100) opposite to that of the plurality of magnetized zones. (20) of the second mechanical member (2).
  • This configuration also exhibits axial magnetic instability. This effect could be used to achieve an alternate repellant version of the device shown in Figures 12A and 12B.

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Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif haptique passif comprenant un organe mécanique (1) en déplacement par rapport à un deuxième organe mécanique (2), l'un desdits organes mécaniques (1) présentant une pluralité de zones aimantées (10) espacées périodiquement selon un pas P1, l'autre desdits organes mécaniques (2) présentant une deuxième pluralité de zones aimantées (20) espacées périodiquement selon un pas P2, un effort variable périodiquement en fonction de la position relative desdits organes mécaniques (1, 2) étant créé par l'interaction magnétique entre lesdits organes mécaniques (1, 2), l'interaction magnétique variant selon une période Pt, caractérisé en ce que toutes les zones aimantées de l'un desdits organes mécaniques (1, 2) au moins sont aimantées dans le même sens.

Description

Description
Titre : Dispositif haptique passif
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention se rapporte à un dispositif haptique passif, c'est-à-dire pouvant être manipulé par le doigt ou la main voire éventuellement par le pied d'un utilisateur et fournissant un retour d'effort variable et cela sans consommation d'énergie électrique.
La présente invention s'applique par exemple à une interface de commande informatique ou une interface de commande à l'intérieur d'un véhicule motorisé ou encore une interface de commande d'un appareil électroménager.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Il est connu des dispositifs haptiques manuels indexés angulairement de manière purement magnétique. Ces dispositifs reposent sur une source de champ magnétique US3885560, ou deux sources de champ magnétiques US3934216, orientées de manière unidirectionnelle et constituées par des aimants permanents, associées à des pièces ferromagnétiques douces de rebouclage de flux. Ces pièces sont disposées en vis-à-vis et définissent un entrefer magnétique. Elles sont découpées de manière à créer une perméance magnétique d'entrefer variable en fonction du déphasage entre les pièces fixes et les pièces mobiles. Lorsque les dents de l'ensemble fixe font face aux dents de l'ensemble mobile, la perméance est minimale et la position est alors indexée. Ces pièces de rebouclage présentent un même nombre de dents sur la partie fixe et sur la partie mobile. Ce nombre est égal au nombre de positions stables recherchées.
Il existe aussi des demandes de brevet DE4035011 qui décrivent la manière de réaliser une indexation angulaire magnétique entre deux ensembles. Ceci au moyen d'une pluralité de polarités différentes d'aimants fixés sur une des pièces en déplacement relatif par rapport à l'autre. Les flux magnétiques de ces aimants sont canalisés par des pièces ferromagnétiques douces qui décrivent un entrefer magnétique de réluctance variable au cours de la rotation relative des deux ensembles.
La demande de certificat d'utilité FR2935497 décrit un dispositif d'indexation angulaire reposant sur l'emploi de couplages magnétiques entre une partie fixe et une partie tournante. Chacune de ces parties présente des alternances de pôles d'aimants (Nord et Sud) en vis-à-vis de ceux de l'autre partie. Les parties présentent un même nombre de pôles d'aimant, égal au double de positions indexées recherchées. Une position est indexée lorsque tous les aimants d'une polarité donnée de l'ensemble mobile sont alignés avec tous les aimants de polarité opposée sur l'ensemble fixe. Cette demande ne présente pas de matériau ferromagnétique doux de bouclage du flux.
INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR
Les inconvénients, identifiés comme tels, dans l'art antérieur sont la complication des assemblages multipolaires (lorsqu'on alterne des aimants dans des structures ferromagnétiques), la complexité à réaliser des nombres importants de positions indexées, la difficulté pratique d'aimanter en grand nombre et sur un seul aimant, des pôles magnétiques avec une variation alternative de polarité.
Par ailleurs, dans de nombreux dispositifs haptiques, il est souvent nécessaire d'implémenter un capteur de position afin de pouvoir contrôler le fonctionnement d'un appareil comme par exemple le déplacement d'un pointeur informatique lorsque l'interface haptique est une souris, ou d'un curseur sur un écran de tableau de bord, ces exemples n'étant pas limitatifs. Les dispositifs de l'art antérieur utilisent souvent des capteurs optiques, résistifs ou magnétiques qui sont juxtaposés au dispositif haptique, rendant la solution soit volumineuse soit peu économique.
Enfin, les dispositifs haptiques passifs de l'art antérieur présentent des organes mécaniques en matériau ferromagnétique doux dans des zones où l'induction magnétique varie fortement par l'utilisation desdits dispositifs. Ces variations induisent des pertes d'origine magnétique (par courants induits, par effet d'hystérésis, ...) qui apportent une friction importante et préjudiciable à la qualité du rendu haptique lors de l'utilisation dynamique du dispositif.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'état de la technique en permettant une réalisation industrielle simplifiée et plus économique des organes mécaniques mobiles et fixes d'un dispositif haptique passif aimanté.
Pour ce faire, la présente invention propose de réaliser un nombre déterminé de crans ressentis par l'utilisateur par association d'une partie fixe et d'une partie mobile, présentant chacune un nombre de pôles magnétiques d'alternance Nord/Sud minimisé, préférentiellement inférieur au nombre de positions indexées voulues, ce qui en facilite la réalisation, et ce tout en restant passives, c'est-à-dire sans utilisation de bobine électrique et sans consommation d'énergie électrique. Il est aussi dans l'objet de l'invention de proposer une solution simple et économique d'intégration d'un capteur de position dans un tel dispositif haptique.
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un dispositif haptique passif comprenant un premier organe mécanique en déplacement par rapport à un deuxième organe mécanique, le premier organe mécanique présentant un aimant et une première pluralité de zones aimantées espacées périodiquement selon un pas PI, le deuxième organe mécanique présentant un second aimant et une deuxième pluralité de zones aimantées espacées périodiquement selon un pas P2, un effort variable périodiquement en fonction de la position relative desdits organes mécaniques étant créé par l'interaction magnétique entre lesdits organes mécaniques, l'interaction magnétique variant selon une période Pt, caractérisé en ce que toutes les zones aimantées de l'un au moins desdits organes mécaniques sont aimantées dans le même sens.
Selon des variantes, l'invention concerne aussi une interface haptique présentant additionnellement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en toute combinaison techniquement compatible : lesdites première et deuxième pluralités de zones aimantées sont parties intégrantes, respectivement, dudit premier aimant et dudit deuxième aimant, au moins une des pluralités de zones aimantées est réalisée en un matériau ferromagnétique doux et aimantée par l'aimant intégré à son organe mécanique, lesdits organes mécaniques sont mobiles en translation relative, lesdits organes mécaniques présentent une forme de bague et sont mobiles en rotation relative, les zones aimantées desdits organes mécaniques de forme annulaire sont aimantées radialement, soit dans le sens centrifuge ou centripète, les zones aimantées d'au moins un desdits organes mécaniques de forme annulaire sont aimantées diamétralement, ladite bague aimantée diamétralement présentant deux groupes de dents de pas identique, ces groupes étant séparés d'un nombre de pas non entier, ce nombre valant préférentiellement (x + 0,5) pas où x est un entier positif, lesdits groupes de dents étant préférentiellement centrés selon un rayon dans la direction d'aimantation diamétrale, lesdits organes mécaniques présentent une forme de disque et sont mobiles en rotation relative, ledit premier organe mécanique mobile comprend une rotule mobile en rotation autour de trois axes orthogonaux,
Le pas PI est identique audit pas P2, l'entrefer mécanique situé entre l'organe mécanique et l'organe mécanique est dépourvu de matériaux ferromagnétiques doux, l'organe mécanique mobile présente une protubérance en aimant dont le champ est destiné à être mesuré par une sonde magnétosensible afin de fournir une information de position dudit organe mobile, ladite protubérance en aimant et ledit aimant sont réalisés en une seule et même pièce, la protubérance et l'aimant sont aimantés dans une même direction et le même sens, au moins un desdits aimants est réalisé par injection de matériau plastique chargé en poudre d'aimant, au moins un desdits aimants est réalisé en aimant fritté, lesdits organes mécaniques présentent un déplacement relatif selon au moins deux directions, le déplacement relatif par rapport à une première direction donnant lieu audit effort variable périodiquement, et le déplacement relatif par rapport à une seconde direction résultant en un effort continûment variable semblable à une raideur magnétique. le premier organe mécanique présente deux pluralités de zones aimantées espacées périodiquement selon le même pas PI et en ce que lesdites pluralités de zones aimantées peuvent être mécaniquement déphasées afin de moduler l'amplitude de l'effort variable périodiquement en fonction de la position relative desdits organes mécaniques.
Dans le présent brevet, les termes « en forme de bague » ou « de forme annulaire » ont la même signification et désignent la géométrie de l'enveloppe d'une pièce globalement tubulaire et d'une hauteur généralement inférieure au diamètre. On entendra par « matériau ferromagnétique doux » un matériau ferromagnétique à faible champ coercitif, typiquement inférieur à 1000 A/m et possédant une perméabilité magnétique relative supérieure à 100.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif haptique passif comprenant un organe mécanique pouvant être déplacé par rapport à un deuxième organe mécanique par une action de l'utilisateur (par exemple par l'entrainement en rotation par un doigt), l'objet de l'invention étant caractérisé en ce que la pluralité de zones aimantées de l'un au moins desdits organes mécaniques sont toutes aimantées dans le même sens. On entend par même sens que pour chaque point de la zone aimantée, l'aimantation est portée par un vecteur m de coordonnées (m1, m2, m3), ces coordonnées étant identiques dans le repère local associé à chaque point considéré, ledit repère local pouvant être exprimé en coordonnées cartésiennes, cylindriques ou sphériques. Autrement dit, ladite pluralité des zones aimantées de l'un desdits organes mécaniques au moins, ne possède pas une alternance de pôles Nord et de pôles Sud.
Dans le cas le plus général, la mesure de l'induction magnétique dans l'entrefer mécanique, due à l'organe mécanique présentant la pluralité de zones aimantées toutes dans le même sens, dans la direction du vecteur d'aimantation m et le long d'un chemin parcourant la pluralité de zones aimantées, présente une fonction périodique de période fondamentale correspondant au pas de ladite pluralité de zones aimantées, ladite fonction périodique pouvant présenter des harmoniques de cette période fondamentale. Pendant l'activation du dispositif haptique, les pas polaires PI et pas P2 n'étant pas nécessairement égaux, la période Pt de l'effort magnétique variable correspond de manière préférentielle au plus petit harmonique commun de la fonction périodique de période fondamentale PI et de la fonction périodique de période fondamentale P2.
VARIANTES DE REALISATION DE L'AIMANTATION
Dans une variante, de manière à obtenir ladite fonction périodique de l'induction magnétique, lesdits organes mécaniques présentant la pluralité de zones aimantées selon le même sens sont structurés par des formes de dents au niveau de la surface délimitant l'entrefer mécanique. Lesdites formes de dents sont à prendre au sens de denture, ainsi elles ne possèdent pas nécessairement des bords saillants et peuvent présenter une forme en développante de cercle. Ainsi, la mesure de l'induction magnétique aux abords de cette surface présente une composante continue d'amplitude élevée et modulée par une fonction périodique de période fondamentale correspondant au pas de ladite pluralité de zones aimantées. La structuration de la surface par des formes de dents peut être réalisée de différentes manières, par exemple directement par structuration de l'aimant soit par moulage en utilisant une injection de plastique chargé en particules d'aimants ou un frittage de poudre, mais encore par l'ajout de tôles ferromagnétiques présentant ces formes de dents, réalisées par emboutissage ou usinage. Ces techniques de réalisation sont non limitatives de l'invention. Dans une variante à géométrie cylindrique, pour laquelle les organes mécaniques sont des bagues selon les enseignements précédents, de manière à obtenir ladite fonction périodique de l'induction magnétique, l'organe mécanique présentant la pluralité de zones aimantées selon le même sens est aimanté selon une direction diamétrale transversale, c'est-à-dire dans un seul et même sens selon un système de coordonnées cartésien. Ledit organe mécanique est structuré par deux groupes de dents au niveau de sa surface en regard de l'entrefer. Les groupes de dents possèdent un même pas polaire correspondant au pas de ladite zone aimantée, et sont espacés d'une distance égale à un nombre entier du pas de ladite zone aimantée plus un demi pas. Ainsi la mesure de l'induction magnétique aux abords de ladite surface, selon un contour circulaire concentrique à ladite bague, présente une composante sinusoïdale de forte amplitude et de périodicité 1 modulée par deux fonctions pseudopériodiques de plus faible amplitude et de période fondamentale correspondant au pas de ladite pluralité de zones aimantées, lesdites fonctions pseudopériodiques étant déphasées d'une demi-période.
AUTRES VARIANTES DE REALISATION
Dans une autre variante, l'espace situé dans le voisinage des surfaces est dépourvu de pièces en matériau ferromagnétique doux. Cet espace présentant les plus fortes variations de l'induction magnétique, cette configuration est avantageuse pour limiter les pertes par courants induits qui freinent le dispositif lorsqu'il est utilisé de manière impulsionnelle.
Dans une autre variante, les organes mécaniques présentent un support d'aimant pouvant réaliser différentes fonctions par exemple pour l'interfaçage mécanique desdits organes mécaniques, ou pour augmenter l'inertie desdits organes mécaniques ou encore pour des raisons purement cosmétiques.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : [FIG. IA] la figure IA est une vue de coupe d'un dispositif selon un premier mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. IB] La figure IB est une simulation de l'induction magnétique dans l'entrefer mécanique d'un organe mécanique du dispositif présenté en figure IA ; [FIG. 2A] la figure 2A est une vue de coupe d'un dispositif selon un second mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. 2B] la figure 2B est une simulation de l'induction magnétique dans l'entrefer mécanique de l'organe externe représenté en figure 2B ;
[FIG. 3] la figure 3 est une vue de coupe partielle d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. 4] la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif selon un mode de réalisation rotatif à couplage axial de l'invention ;
[FIG. 5] la figure 5 est une vue en perspective arrière du système de détection de position d'un dispositif selon un mode de réalisation rotatif de l'invention ; [FIG. 6] la figure 6 est une vue en perspective d'un dispositif selon un mode de réalisation linéaire de l'invention ;
[FIG. 7] la figure 7 est une vue en perspective d'un dispositif selon un mode de réalisation sphérique de l'invention ;
[FIG. 8] la figure 8 est une vue de coupe d'un dispositif selon un quatrième mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. 9] la figure 9 est une vue de coupe d'un dispositif selon un cinquième mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. 10] la figure 10 est une vue de coupe partielle d'un dispositif selon un sixième mode de réalisation rotatif de l'invention ; [FIG. 11A-11B] les figures 11A et 11B sont des vues en perspective d'un dispositif selon un septième mode de réalisation rotatif de l'invention, et représentant différentes positions fonctionnelles ; [FIG. 12A et 12B] les figures 12A et 12B sont des vues en perspective d'un dispositif selon un huitième mode de réalisation rotatif de l'invention et présentant différentes positions fonctionnelles ;
[FIG. 13] la figure 13 est une vue de coupe partielle d'un dispositif selon un neuvième mode de réalisation rotatif de l'invention ;
[FIG. 14] la figure 14 est une vue de coupe partielle d'un dispositif selon un dixième mode de réalisation rotatif de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
La figure IA représente une vue en coupe partielle d'un premier mode de réalisation d'un dispositif haptique selon l'invention à actionnement rotatif présentant des organes mécaniques (1, 2). Dans cet exemple de réalisation, un premier organe mécanique (1) de forme annulaire est logé de manière concentrique à l'intérieur d'un second organe mécanique (2) lui aussi de forme annulaire. Lesdits organes mécaniques (1, 2) sont caractérisés en ce qu'ils comportent chacun un aimant (11, 21) de forme annulaire chacun desdits aimants (11, 21) présentant une pluralité de zones aimantées (10, 20) périodiquement espacées de pas angulaires respectif PI et P2. Lesdites zones aimantées (10) interagissent avec lesdites zones aimantées (20) de manière à produire un effort variable de période Pt en fonction de la position relative desdits organes mécaniques (1, 2). Dans le mode de réalisation présenté les pas angulaires PI et P2 sont égaux et produisent un effort variable de période Pt = PI = P2. Ce mode de réalisation est aussi caractérisé en ce que chacune des zones aimantées (10, 20) ne possède pas une alternance d'aimants Nord et Sud, mais possède une même direction d'aimantation radiale et de même sens. Ainsi pour n'importe quel point P de la pluralité de zones aimantées (10, 20) des aimants (11, 21), le vecteur OP est toujours colinéaire au vecteur aimantation m, le point O étant le centre des organes mécaniques (1,2) annulaires, le vecteur aimantation m s'exprimant alors toujours avec les coordonnées cylindriques (m1,m2 = 0, m3 = 0) dans un repère local (ü^,ü^,ï½) propre au point P, m1 pouvant varier mais étant toujours de même signe ou nul. Pour ce type d'aimantation, l'entièreté des surfaces cylindriques intérieures d'une part et extérieures d'autre part de chacun des aimants annulaires (11, 21) constitue un pôle dont les polarités sont opposées, le champ magnétique se rebouclant entre ces deux pôles dans la direction axiale (« hors plan »). Avantageusement, la périphérie extérieure de l'aimant (11) et la périphérie intérieure de l'aimant (21) sont structurées par des formes dentaires pour former lesdites zones aimantées (10, 20). Ainsi comme illustré dans la figure IB, pour les organes mécaniques (1, 2) pris séparément, l'induction mesurée dans la direction radiale le long d'un contour circulaire proche des zones aimantées (10, 20) présente une composante continue modulée par une fonction périodique de période fondamentale correspondant au pas angulaire (PI, P2) desdites zones aimantées (10, 20). Lorsque les organes mécaniques (1, 2) sont assemblés, la mesure de l'induction radiale le long d'un contour circulaire situé dans l'entrefer mécanique (40) présente une composante continue modulée par les fonctions périodiques respectivement de périodes fondamentales PI et P2, ces fonctions se déphasant par le déplacement relatif en rotation des organes mécaniques (1) et (2).
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
La figure 2A présente une vue en coupe partielle d'un second mode de réalisation à actionnement rotatif proche du mode de réalisation précédent présenté en figure IA. Il diffère du premier mode de réalisation en ce que l'aimant (21) de I' organe mécanique (2), soit la bague extérieure, présente une direction d'aimantation diamétrale transversale. Ainsi pour n'importe quel point P de la pluralité de zones aimantées (20) des aimants (21), le vecteur OP est toujours colinéaire au vecteur aimantation m, le point O étant le centre des organes mécaniques (1,2) annulaires, le vecteur aimantation m s'exprimant alors toujours avec les coordonnées cartésiennes (m1, m2 = a x m1,m3 = 0) dans un repère global (r ,ü^,ï½), a étant une constante et m1 pouvant varier mais étant toujours de même signe ou nul. Avantageusement, la périphérie intérieure de l'aimant (21) est structurée par des formes dentaires réparties en deux groupes de dents séparés par des zones dépourvues de dents (50) pour former lesdites zones aimantées (20). Au sein de chacun des groupes de dents, le pas entre deux dents est identique et égal au pas angulaire (P2), et les deux groupes de dents sont préférentiellement déphasés d'un demi pas angulaire (P2). Ainsi comme le montre la figure 2B, pour l'organe mécanique (2) aimanté diamétralement, l'induction mesurée dans la direction radiale le long d'un contour circulaire proche des zones aimantées (20) présente une composante sinusoïdale de périodicité 1 de forte amplitude modulée par deux fonctions pseudopériodiques de plus faible amplitude et de même fréquence fondamentale correspondant au pas angulaire (P2), l'une modulant l'alternance positive de la composante sinusoïdale de périodicité 1, l'autre modulant l'alternance négative de la composante sinusoïdale de périodicité 1, les deux fonctions pseudopériodiques étant déphasées d'une demi période. Le déphasage des groupes de dents d'un demi pas angulaire (P2) n'est pas limitatif, il permet de maximiser l'effort magnétique lors de l'actionnement du dispositif en rotation, ledit effort étant nul lorsque les groupes de dents sont parfaitement en phase. La figure 3 présente un mode de réalisation similaire à celui présenté en figure 2A. Il diffère en ce que les caractéristiques des aimants des bagues intérieure et extérieure sont inversées.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
La figure 4 présente un mode de réalisation proche de celui illustré en figure 2A. Ce mode de réalisation est une transposition en version axiale de la version rotative radiale présentée en figure 2A. Ce mode de réalisation diffère en ce que les organes mécaniques (1, 2) sont des disques en déplacement rotatif relatif et séparés par un entrefer mécanique (40) dans la direction axiale. L'organe mécanique (2) possède un aimant (21), comportant une pluralité de zones aimantées (20) toutes aimantées dans la même direction axiale et de même sens (200). Ainsi pour n'importe quel point ? de la pluralité de zones aimantées (20) des aimants (21), le vecteur aimantation m est toujours colinéaire au vecteur ï½. Ledit organe mécanique (2) est caractérisé en ce que la surface de la pluralité de zones aimantées en vis-à-vis de l'entrefer mécanique (40) est structurée par des formes de dents espacées d'un même pas P2 et sont en vis-à-vis du second organe mécanique (1). Ledit second organe mécanique (1) possède lui aussi un aimant (11), comportant une pluralité de zones aimantées (10) toutes dans la même direction et dont la surface en vis-à-vis de l'entrefer mécanique (40) est structurée par deux groupes de dents d'un même pas PI, ces groupes de dents étant idéalement séparés de zones dépourvues de dents (50) et distants d'un nombre entier de pas PI plus un demi pas. La pluralité de zones aimantées au sein d'un groupe de dent possède le même sens d'aimantation (101) opposé au sens d'aimantation (102) de la pluralité de zones aimantées au sein du second groupe de dents. Lesdits deux groupes de dents sont ainsi magnétiquement déphasés d'une demi période et constituent les deux pseudos périodes magnétiques dont il est expliqué l'intérêt dans le descriptif de la figure 2A. La protubérance en aimant (15) située dans la partie supérieure du mobile peut avantageusement être une sous partie de l'aimant (11) et présenter la même aimantation que les groupes de dents situés au-dessous. Cette alternance magnétique créée sur la protubérance en aimant (15) peut d'être employée comme source de champ pour un capteur de position magnétosensible qui serait situé à proximité du mobile (1), ce qui constitue une solution d'intégration à coût fortement réduit, l'aimant (11) pouvant être aimanté intégralement en une seule opération pour fournir une double fonctionnalité à la fois pour réaliser l'effet haptique en interaction avec l'aimant (21), mais aussi pour fournir l'information de position de l'organe mécanique (1) mobile.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF La figure 5 présente un mode d'intégration d'un capteur magnétique destiné à mesurer la position angulaire absolue de l'organe mécanique mobile (2) pour un mode de réalisation à actionnement rotatif. Ce mode d'intégration est compatible avec tous les modes de réalisation précédents, mais est illustré d'après le second mode de réalisation présenté figure 2A, le support aimant (22) n'étant pas représenté. Dans ce mode de réalisation, l'organe mécanique (2) est mobile et l'aimant (21) est fermé à une extrémité axiale et possède une protubérance cylindrique (25) aimantée dans une direction diamétrale transversale (200). Le champ magnétique de ladite protubérance (25) est mesuré par une sonde magnétosensible (30) de manière à obtenir la position angulaire absolue dudit organe mécanique (2).
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le cas où la pluralité de zones aimantées (20) possède une direction d'aimantation diamétrale transversale. Dans ce cas, l'intégralité de l'aimant (21) possède une direction d'aimantation (200) unique ce qui rend particulièrement simple la construction de l'outil d'aimantation et renforce le champ magnétique mesuré par la sonde magnétosensible (30).
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
La figure 6 présente un mode de réalisation selon l'invention à actionnement linéaire. Il s'agit de la transposition linéaire de la version expliquée dans la figure 2A en version rotative radiale ou la figure 4 en version rotative axiale. Cette fois les organes mécaniques (1, 2) sont des mobiles en déplacement linéaire relatif et séparés par un entrefer mécanique (40) plan. L'organe mécanique (2) possède un aimant (21), comportant une pluralité de zones aimantées (20) toutes aimantées dans la même direction verticale et le même sens (200). Ainsi pour n'importe quel point ? de la pluralité de zones aimantées (20) des aimants (21), le vecteur aimantation m est toujours colinéaire au vecteur ï½. Ledit organe mécanique (2) est caractérisé en ce que la surface de la pluralité de zones aimantées en vis-à-vis de l'entrefer mécanique (40) est structurée par des formes de dents espacées d'un même pas (P2) et sont en vis-à-vis du second organe mécanique (1). Le second organe mécanique (1) possède lui aussi un aimant (11), comportant une pluralité de zones aimantées (10) toutes dans la même direction et dont la surface en vis-à-vis de l'entrefer mécanique (40) est structurée par deux groupes de dents d'un même pas PI, ces groupes de dents étant idéalement séparés d'un nombre entier de pas PI plus un demi pas. La pluralité de zones aimantées au sein d'un groupe de dent possède le même sens d'aimantation (101) opposé au sens d'aimantation (102) de la pluralité de zones aimantée au sein du second groupe de dents. Lesdits deux groupes de dents sont ainsi magnétiquement déphasés d'une demi période et constituent les deux pseudos périodes magnétiques dont il est expliqué l'intérêt dans le descriptif de la figure 2A. La protubérance en aimant (15) située dans la partie supérieure du mobile peut avantageusement être une sous partie de l'aimant (11) et présenter la même aimantation que les groupes de dents situés au-dessous. Cette alternance magnétique créée sur la protubérance en aimant (15) peut être employée comme source de champ pour un capteur de position magnétosensible qui serait situé à proximité de l'organe mécanique(l), ce qui constitue une solution d'intégration à coût fortement réduit, l'aimant (11) pouvant être aimanté intégralement en une seule opération pour fournir une double fonctionnalité à la fois pour réaliser l'effet haptique en interaction avec l'aimant (21), mais aussi pour fournir l'information de position de l'organe mécanique (1) mobile.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
La figure 7 présente un mode de réalisation selon l'invention à actionnement rotatif suivant trois directions orthogonales. Cette réalisation peut être vue comme la combinaison de 3 dispositifs haptiques tels que représentés sur la figure IA. Chacun des 3 dispositifs, constitués de pistes respectivement solidaires d'un organe mécanique fixe (2) d'une part et d'autre part d'un organe mécanique mobile (1) attaché à un dispositif de commande actionné par l'utilisateur. Le premier dispositif haptique, agissant selon une première direction, est constitué des pistes (13a) et (23a) aimantées selon les caractéristiques de la figure IA. Le second dispositif selon une seconde direction d'actionnement est constitué des pistes (13b) et (23b). La dernière paire (13c) et (23c) d'aimants dentés créant l'effet haptique sur la troisième direction. Les pistes (13a, 13b, 13c) parcourent la pluralité des zones aimantées (10) de l'aimant (11), les pistes (23a, 23b, 23c) parcourant la pluralité de zones aimantées (20) de l'aimant (21), au moins l'une desdites zones aimantées (10, 20) étant toutes aimantées dans le même sens. Ainsi par analogie aux modes de réalisations précédents, pour n'importe quel point ? de la pluralité de zones aimantées (10, 20) toutes dans le même sens des aimants (11, 21), le vecteur OP est toujours colinéaire au vecteur aimantation m, le point O étant le centre des organes mécaniques (1,2) sphériques, le vecteur aimantation m s'exprimant alors toujours avec les coordonnées sphériques (m1,m2 = 0, m3 = 0) dans un repère local (ïÇ,ü^,ü^) propre au point P, m1 pouvant varier mais étant toujours de même signe ou nul.
La figure 8 présente un mode de réalisation similaire à celui présenté en figures IA et 2A. Il diffère en ce que l'organe mécanique (1), soit la bague intérieure, possède une pluralité de zones aimantées (10) présentant une alternance de pôles Nord et Sud et en ce que les pas angulaires PI et P2 sont différents. Ainsi la période Pt correspond à un harmonique commun des fonctions d'aimantation périodique de période PI et P2 des bagues intérieure et extérieure. Un des moyens utilisés pour contrôler l'amplitude de l'effet haptique est de jouer sur l'amplitude des harmoniques des fonctions d'aimantation. Dans le cas représenté, la pluralité de zones aimantées (10) présente des alternances de pôles Nord et Sud de largeur différente, cela a pour effet d'augmenter l'amplitude des harmoniques d'aimantation d'ordre pair. Bien entendu tout autre moyen de contrôle des harmoniques d'aimantations auquel pourrait penser l'homme de métier, comme la conception particulière de l'inducteur, ou la structuration des zones aimantées, est envisagé.
La figure 9 présente un mode de réalisation similaire à celui présenté en figure IA, il diffère en ce que la pluralité de zones aimantées (10) de l'organe mécanique (1) présente une alternance de pôles Nord et Sud. Cette réalisation n'est pas limitative et une configuration avec la bague extérieure constituée d'une alternance de pôles Nord/Sud et la bague intérieure un aimant unipolaire denté est aussi envisageable.
La figure 10 présente un mode de réalisation similaire à celui présenté en figure 2A. Il diffère en ce que la pluralité de zones aimantées (10) de l'organe mécanique (1) est réalisée par la découpe de dents, espacées d'un pas PI, dans deux pièces semi-cylindriques (16, 17) présentant une section en forme d'arc de cercle, en matériau ferromagnétique magnétiquement doux, couplées à un aimant (11) de forme parallélépipédique. L'aimant (11) est aimanté selon une direction (100) dans la direction définie par le plan de symétrie des deux pôles en matériau ferromagnétique doux. Pour créer la périodicité haptique voulue Pt, la pluralité de zones aimantées (20) de l'organe mécanique (2) mobile est réalisée par une structuration en forme de dents de l'aimant (21) espacées d'un pas P2, avec Pt = PI = P2, et aimantées selon une même direction radiale (200). Une configuration où les caractéristiques des bagues intérieures et extérieure sont échangées est aussi envisagée.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
Les figures 11A et 11B présentent une variante de réalisation selon l'invention à actionnement rotatif. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation présenté en figure 2A en ce que l'organe mécanique (1), sous forme de bague intérieure, présente deux galettes superposées axialement, les deux galettes présentant chacune une pluralité de zones aimantées (10a) et (10b) aimantées radialement. Avantageusement, les deux galettes peuvent être temporairement désolidarisées et la pluralité de zones aimantées (10a) de la première galette peut être déphasée de la pluralité de zones aimantées (10b) de la seconde galette de l'organe mécanique (1). Ainsi la figure 11A représente la configuration pour laquelle les pluralités de zones aimantées (10a) et (10b) sont en opposition de phase, ce qui a pour effet de minimiser l'effet de crantage par interaction magnétique des pluralités de zones aimantées (10a, 10b) avec la pluralité de zones aimantées (20) de l'organe mécanique (2), lorsque les organes mécaniques (1, 2) sont mis en mouvement relatif. Dans le mode de réalisation présenté, les zones aimantées (10a et 10b) sont montées sur un même axe. Leur déphasage est réalisé grâce à un bras (14) solidaire de la première galette, comprenant la pluralité de zones aimantées (10a). Le déphasage peut être ajusté lorsque le dispositif de verrouillage (19) est libéré, le bras (14) pouvant être déplacé angulairement, alors que la seconde galette comprenant la pluralité de zone aimantées (10b) est maintenue fixe par rapport au dispositif haptique au moyen d'un dispositif de verrouillage (19).
Le dispositif de déphasage présenté est entièrement mécanique, mais on peut toutefois imaginer qu'il puisse être réalisé grâce à un actionneur électromagnétique intégré à l'organe mécanique (1).
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
Les figures 12A et 12B présentent une variante de réalisation selon l'invention à actionnement rotatif et axial. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation présenté en figure IA en ce que l'organe mécanique (1) présente un degré de liberté supplémentaire selon la direction axiale. La coopération de la pluralité de zone aimantées (10) de l'organe mécanique (1) avec la pluralité de zone aimantées (20) du second organe mécanique (2) produit un effet de raideur lors du déplacement relatif des deux organes mécaniques (1 et 2) selon la direction axiale. Ainsi, la figure 12A présente la position axiale de l'organe mécanique (1) pour laquelle la force de rappel axial est maximale entre les deux organes mécaniques (1, 2) et la figure 12B, présente la position de stabilité pour laquelle la force de rappel est nulle. Pour la variante présentée, le second organe mécanique (2) est fixe et premier organe mécanique (1) peut être déplacé axialement et en rotation à l'aide d'une interface d'actionnement (105), solidaire dudit organe mécanique (1), et se présentant sous la forme d'une excroissance cylindrique axiale. Du côté opposé à ladite interface d'actionnement (105), l'organe mécanique (1) présente deux protubérances en aimant (15, 25), la première étant annulaire et la seconde de forme cylindrique et logée en son sein. Ces deux protubérances coopèrent chacune avec une sonde magnétosensible (30, 31), la première sonde magnétosensible (30) étant apte à mesurer, en coopération avec la protubérance en aimant (15) présentant une aimantation diamétrale ou tournante, le déplacement rotatif relatif des deux organes mécaniques (1 et 2). La seconde sonde magnétosensible, en coopération avec la protubérance en aimant (25) présentant une aimantation axiale, est apte à mesurer le déplacement axial relatif entre les deux organes mécaniques (1 et 2). Le déplacement axial avec rappel élastique, associé à une détection dudit déplacement, peut permettre de réaliser une fonction de bouton de sélection. Bien entendu cette variante à déplacement axial ne se limite pas au mode de réalisation basé sur celui présenté en figure IA, mais s'étend à toutes les versions, de dispositif de crantage, compatibles qu'envisagerait l'homme de métier.
Aussi, la détection de la position axiale ne nécessite pas obligatoirement l'ajout d'un second aimant et d'une seconde sonde, l'homme de métier pouvant disposer la sonde magnétosensible (30) d'une manière spécifique et choisir une aimantation appropriée de la protubérance en aimant (15) de manière à obtenir l'information de déplacement angulaire et axial avec cet unique capteur. La version en deux capteurs n'offre qu'une amélioration de la résolution de la mesure desdits déplacements.
Enfin, il n'est pas nécessaire qu'un même organe mécanique présente à la fois le degré de liberté en rotation et celui en translation axial, l'homme de métier pourrait imaginer qu'un organe mécanique présente uniquement un mouvement axial et l'autre organe mécanique présente uniquement un mouvement de rotation, l'homme de métier saurait alors correctement disposer le ou les aimants coopérant avec la ou les sondes magnétosensibles, afin de mesurer les différents déplacements.
A noter que l'effet de crantage décroît avec le désalignement axial des deux organes mécaniques (1,2), cette configuration pourrait alors être utilisée pour générer différents ressentis haptiques, un mode de crantage lorsque les organes mécaniques (1, 2) sont alignées axialement et un mode sans crantage, dit de roue libre, lorsqu'elles sont désalignées.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF
La figure 13 présente une variante de réalisation selon l'invention à actionnement rotatif. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation présenté en figure IA en ce que la pluralité de zones aimantées (10) de l'organe mécanique (1) présente une direction d'aimantation (100) opposée à celle de la pluralité de zones aimantées (20) du second organe mécanique (2). Ceci implique que la position d'équilibre magnétique angulaire entre les deux organes mécaniques (1, 2) est obtenue lorsque les pluralités de zones aimantées (10, 20) sont en opposition de phase. Cette configuration présente aussi une instabilité magnétique axiale. Cet effet pourrait être utilisé pour obtenir une version alternative à répulsion du dispositif présenté aux figures 12A et 12B.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ALTERNATIF Leafigure 14 présente une variante de réalisation selon l'invention à actionnement rotatif et axial. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation présenté en figure IA en ce que les pluralités de zones aimantées (10, 20) sont réalisées sous la forme de dents non saillantes, c'est-à-dire présentant des dents dont les extrémités angulaires (18, 28) ne sont pas anguleuses, mais présentent un retrait progressif selon la direction radiale, réalisant par exemple un congé ou un chanfrein. La forme de ces extrémités angulaires (18, 28) permet de sculpter le profil de couple obtenu lors du déplacement relatif des deux organes mécaniques (1, 2) et donc de personnaliser le rendu haptique.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif haptique passif comprenant un premier organe mécanique (1) en déplacement par rapport à un deuxième organe mécanique (2), le premier organe mécanique (1) présentant un aimant (11) et une première pluralité de zones aimantées (10) espacées périodiquement selon un pas PI, le deuxième organe mécanique (2) présentant un second aimant (21) et une deuxième pluralité de zones aimantées (20) espacées périodiquement selon un pas P2, un effort variable périodiquement en fonction de la position relative desdits organes mécaniques (1, 2) étant créé par l'interaction magnétique entre lesdits organes mécaniques (1, 2), l'interaction magnétique variant selon une période Pt, caractérisé en ce que toutes les zones aimantées de l'un au moins desdits organes mécaniques (1, 2) sont aimantées dans le même sens.
[Revendication 2] Dispositif haptique passif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites première et deuxième pluralités de zones aimantées (10, 20) sont parties intégrantes, respectivement, dudit premier aimant (11) et dudit deuxième aimant (21).
[Revendication 3] Dispositif haptique passif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une des pluralités de zones aimantées (10, 20) est réalisée en un matériau ferromagnétique doux et aimantée par l'aimant (11, 21) intégré à son organe mécanique (1, 2).
[Revendication 4] Dispositif haptique passif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits organes mécaniques (1, 2) sont mobiles en translation relative.
[Revendication 5] Dispositif haptique passif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits organes mécaniques (1, 2) présentent une forme de bague et sont mobiles en rotation relative.
[Revendication 6] Dispositif haptique passif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les zones aimantées (10, 20) desdits organes mécaniques (1, 2) de forme annulaire sont aimantées radialement, soit dans le sens centrifuge ou centripète.
[Revendication 7] Dispositif haptique passif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les zones aimantées (10, 20) d'au moins un desdits organes mécaniques (1, 2) de forme annulaire sont aimantées diamétralement, ladite bague aimantée diamétralement présentant deux groupes de dents de pas identique, ces groupes étant séparés d'un nombre de pas non entier, ce nombre valant préférentiellement (x + 0,5) pas où x est un entier positif, lesdits groupes de dents étant préférentiellement centrés selon un rayon dans la direction d'aimantation diamétrale.
[Revendication 8] Dispositif haptique passif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits organes mécaniques (1, 2) présentent une forme de disque et sont mobiles en rotation relative.
[Revendication 9] Dispositif haptique passif sphérique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier organe mécanique mobile (1) comprend une rotule (22) mobile en rotation autour de trois axes orthogonaux.
[Revendication 10] Dispositif haptique passif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit pas PI est identique audit pas P2.
[Revendication 11] Dispositif haptique passif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrefer mécanique (40) situé entre l'organe mécanique (1) et l'organe mécanique (2) est dépourvu de matériaux ferromagnétiques doux.
[Revendication 12] Dispositif haptique passif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'organe mécanique (1, 2) mobile présente une protubérance en aimant (15, 25) dont le champ est destiné à être mesuré par une sonde magnétosensible (30) afin de fournir une information de position dudit organe mobile (1, 2).
[Revendication 13] Dispositif haptique passif selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite protubérance en aimant (15, 25) et ledit aimant (11, 21) sont réalisés en une seule et même pièce.
[Revendication 14] Dispositif haptique passif selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que la protubérance (15, 25) et l'aimant (11, 21) sont aimantés dans une même direction et le même sens.
[Revendication 15] Dispositif haptique passif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins un desdits aimants (11, 21) est réalisé par injection de matériau plastique chargé en poudre d'aimant.
[Revendication 16] Dispositif haptique passif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins un desdits aimants (11, 21) est réalisé en aimant fritté.
[Revendication 17] Dispositif haptique passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes mécaniques (1, 2) présentent un déplacement relatif selon au moins deux directions, le déplacement relatif par rapport à une première direction donnant lieu audit effort variable périodiquement, et le déplacement relatif par rapport à une seconde direction résultant en un effort continûment variable semblable à une raideur magnétique.
[Revendication 18] Dispositif haptique passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier organe mécanique (1) présente deux pluralités de zones aimantées (10a, 10b) espacées périodiquement selon le même pas PI et en ce que lesdites pluralités de zones aimantées peuvent être mécaniquement déphasées afin de moduler l'amplitude de l'effort variable périodiquement en fonction de la position relative desdits organes mécaniques (1, 2).
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