WO2022097883A1 - 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2022097883A1
WO2022097883A1 PCT/KR2021/010113 KR2021010113W WO2022097883A1 WO 2022097883 A1 WO2022097883 A1 WO 2022097883A1 KR 2021010113 W KR2021010113 W KR 2021010113W WO 2022097883 A1 WO2022097883 A1 WO 2022097883A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetorheological fluid
rotating
yoke
load device
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2021/010113
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김진기
김형준
서혁진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CK Materials Lab Co Ltd
Original Assignee
CK Materials Lab Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020210101414A external-priority patent/KR102477194B1/ko
Application filed by CK Materials Lab Co Ltd filed Critical CK Materials Lab Co Ltd
Priority to US17/800,625 priority Critical patent/US20230341885A1/en
Priority to EP21889351.9A priority patent/EP4095656A4/en
Priority to CN202180015209.3A priority patent/CN115516409A/zh
Priority to JP2022551384A priority patent/JP7604762B2/ja
Publication of WO2022097883A1 publication Critical patent/WO2022097883A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0362—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of one-dimensional [1D] translations or rotations of an operating part of the device, e.g. scroll wheels, sliders, knobs, rollers or belts
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
    • G05G1/10—Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H19/00—Switches operated by an operating part which is rotatable about a longitudinal axis thereof and which is acted upon directly by a solid body external to the switch, e.g. by a hand
    • H01H19/02—Details
    • H01H19/10—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H19/14—Operating parts, e.g. turn knob
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G2505/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
    • H01F1/447—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids characterised by magnetoviscosity, e.g. magnetorheological, magnetothixotropic, magnetodilatant liquids

Definitions

  • the present invention relates to a magnetorheological fluid rotating load device and a control method therefor. More particularly, it relates to a magnetorheological fluid rotating load device and a control method thereof, including a magnetorheological fluid, and the rotational torque can be adjusted by applying a magnetic field to the magnetorheological fluid.
  • the jog dial which has been mainly used in home appliances, has been introduced into vehicles as the main input device of a driver information system (DIS) such as a telematics terminal.
  • DIS driver information system
  • the jog dial has a rotatable circular dial shape, and a user selects a predetermined function by rotating the dial in a clockwise/counterclockwise direction.
  • the dial can be positioned in a specific position, enabling precise positioning.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional jog dial.
  • a conventional mechanical jog dial operates by gear meshing. Accordingly, the conventional mechanical jog dial has a limit in that it cannot express various tactile sensations according to rotation or use mode with a single tactile sense due to gear meshing.
  • the mechanical jog dial only has a predetermined rotational torque according to the gear mesh, and there is a limit in that the rotational torque cannot be freely changed. Even if a driving means such as a motor is further provided to control the rotational torque or a separate vibration motor for providing a haptic function is added, parts and devices for this need to be added, which increases the production cost and increases the volume of the device. contains problems that
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for controlling the same.
  • a magnetorheological fluid rotational load device with a built-in haptic function, the rotation torque can be changed, the production cost can be reduced, and the miniaturization of the device are easy, and a method for controlling the same. intended to provide
  • an object of the present invention is to provide a magnetorheological fluid rotational load device and a control method thereof, which can be applied to various purposes according to the purpose by using the shear characteristics or viscosity of the magnetorheological fluid.
  • the housing a yoke portion fixed in the housing; a shaft rotatably installed in the housing; at least one rotating ring connected to the shaft and rotating in association with the rotation of the shaft; a coil unit disposed in the housing; and a magnetorheological fluid filled in at least a portion of the housing, wherein at least a portion of the housing is made of a magnetic material, achieved by a magnetorheological fluid rotating load device.
  • the content of the magnetic particles in the magnetorheological fluid may be 60wt% to 95wt%.
  • the rotational torque acting between the yoke unit and the rotating ring may increase.
  • the size of the predetermined gap between at least the yoke portion in which the magnetorheological fluid is disposed and the rotation ring may be 10 to 100 times the average diameter of the magnetic particles in the magnetorheological fluid.
  • the rotational torque acting between the yoke unit and the rotating ring may increase.
  • the viscosity of the magnetorheological fluid, the number of the yoke unit and the rotating ring, the area of the yoke unit and the rotating ring, the size of the gap between the yoke unit and the rotating ring, the current applied to the coil unit At least one of the strengths of the yoke unit and the rotation ring may be set to an extent to increase the maximum value of the rotational torque acting between the rotational ring and prevent rotational manipulation in a specific situation of the user.
  • the coil unit may further include a control unit for controlling the magnetic field applied to the magnetorheological fluid.
  • the control unit transmits a preliminary input signal to the coil unit, and the preliminary input signal is that the precipitated particles of the magnetorheological fluid are vertical within a predetermined gap.
  • the preliminary input signal may be a signal that is redistributed after forming an incomplete or complete chain shape in at least one of the horizontal directions.
  • the incomplete chain shape may be a spike shape.
  • the controller when the controller applies the operating voltage V1 to the coil unit, the height of the chain formed by the particles of the magnetorheological fluid in a predetermined gap between the yoke unit and the rotating ring is the height of the gap.
  • the voltage V2 having an intensity greater than that of V1 may be applied.
  • the controller may control any one of the strength and pattern of the magnetic field to maintain the torque strength of the initial operating temperature.
  • At least one rotating ring is connected to the shaft at a mutual distance
  • the yoke unit includes a first surface facing the outer circumferential surface of the rotating ring, and a first surface facing the rotating surface of the rotating ring. It may have a shape including a second surface perpendicular to one surface.
  • the yoke unit may be disposed on the outside of the rotating ring, and the coil unit may be disposed between the yoke unit and the vertical inside of the housing.
  • At least one rotating ring is connected to the shaft at an interval from each other, and the yoke portion, a first surface facing the outer circumferential surface of the rotating ring, and a second surface that is not opposed to the outer circumferential surface of the rotating ring It may have a shape including a surface.
  • the yoke portion is disposed vertically inside the housing, the coil portion is disposed between the second surface of the yoke portion and the shaft, and the protection on the surface of the coil portion opposite to the rotation surface of the rotating ring Additional can be connected.
  • the yoke portion includes at least one yoke ring, the yoke ring and the rotation ring are alternately arranged in a vertical direction with a predetermined gap from each other, and the yoke portion is disposed on the outside of the rotation ring and a coil unit may be disposed between the yoke unit and the vertical inner side of the housing.
  • the particles of the magnetorheological fluid form a chain in the vertical direction to increase the rotational torque acting between the yoke part and the rotating ring.
  • a fluid passage hole is formed in at least one of the rotating surface of the rotating ring, or the surface of the yoke unit opposite to the rotating surface of the rotating ring, and the magnetorheological fluid is formed between the yoke unit and the rotating ring. It is disposed in a predetermined gap and fluid passage hole therebetween, and as a chain is formed in a vertical direction within the gap and fluid passage hole when a magnetic field is applied, the rotational torque acting between the yoke unit and the rotating ring may increase.
  • the fluid passage hole may be formed at an angle of 30° to 80° inclined to the rotational surface of the rotating ring or the surface of the yoke unit opposite to the rotating surface of the rotating ring.
  • a protruding pattern is formed on the surface of the yoke portion opposite to the rotation surface of the rotation ring or the rotation surface of the rotation ring, (2) the rotation surface of the rotation ring, and
  • the protrusion patterns may be formed to face each other or alternately formed on a surface of the yoke unit opposite to the rotation surface of the rotation ring.
  • a protrusion pattern may be formed for each of a plurality of regions on at least one of the rotating surface of the rotating ring and the surface of the yoke unit opposite to the rotating surface of the rotating ring.
  • it may further include a bearing disposed on the upper portion of the housing, the shaft of the shaft is inserted to control the rotational friction force.
  • a haptic function is built-in, it is possible to change the rotational torque, it is possible to reduce the production cost, and there is an effect that the size of the device can be easily reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional jog dial.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic exploded view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of part V of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the behavior of a magnetorheological fluid in a gap space according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic exploded view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of part VI of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic exploded view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a magnetorheological fluid rotating load device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged view of part VII of FIG. 12 .
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a yoke unit having a fluid passage hole formed therein, a rotating ring, and a schematic diagram illustrating a shape of a magnetic chain in the fluid passage hole according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a graph showing torque values before and after formation of a fluid passage hole according to an experimental example.
  • 16 is a schematic diagram illustrating a pattern shape on a horizontal plane of a yoke unit and a rotating ring according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a graph showing a torque value according to the viscosity of a magnetorheological fluid according to an experimental example of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a process in which magnetorheological fluid deposited by application of a pre-input signal is redistributed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a photograph showing a magnetorheological fluid having a spike shape when a preliminary input signal is applied according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a graph showing a torque value according to a temperature of a magnetorheological fluid according to an experimental example of the present invention.
  • ABS anti-lock brake system
  • 22 is a schematic diagram showing a magnetorheological fluid rotating load module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 shows a state in which a magnetorheological fluid rotating load device according to various embodiments of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a magnetorheological fluid rotating load device 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 is a schematic exploded view of the magnetorheological fluid rotating load device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • 4 is a schematic cross-sectional view of the magnetorheological fluid rotating load device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of part V of FIG. 4 .
  • the magnetorheological fluid rotating load device 100 of the first embodiment includes a housing 110 , a shaft 120 , a coil unit 130 , a yoke unit 140 , and a rotating ring 150 . , including a magnetorheological fluid 10 , and may further include a bearing 190 .
  • the housing 110 provides a space S in which other components are disposed. Components of the magnetorheological fluid rotating load device 100 are disposed in the housing 110 , and the magnetorheological fluid 10 may be filled in the remaining empty space in the housing 110 .
  • the housing 110 may have a substantially cylindrical shape to provide a space S in which the shaft 120 and the rotating ring 150 can rotate, but the shaft 120 and the rotating ring 150 rotate therein. As long as it is within a range that provides a space (S) that can be done, other shapes may be used.
  • the housing 110 111, 115 provides a space S in which the coil unit 130, the yoke unit 140, the rotation ring 150, and the magnetorheological fluid 10 are disposed.
  • the housing 111 may include a second housing 115 that covers the upper portion of the first housing 111 to seal the inner space S of the first housing 111 .
  • the open upper part of the first housing 111 is the second As it is covered with the housing 115 , the inside may be sealed.
  • the present invention has the advantage of being able to complete the assembly of the magnetorheological fluid rotating load device 100 while sealing the magnetorheological fluid 10 only with a simple structure of the first and second housings 110: 111 and 115.
  • the shaft 120 may be installed to be rotatable at the center of the housing 110 .
  • the shaft 120 is formed to extend long in the vertical direction, and the rotation rings 150 : 151 , 152 may be inserted into the shaft of the shaft 120 and rotated together.
  • the shaft 120 and the rotating ring 150 may be integrally formed.
  • An edge portion 121 is formed at the upper end of the shaft 120 , and a user grip means (not shown) such as a dial is inserted at the upper end of the shaft 120 into the edge portion 121 to exert a rotational force on the shaft of the shaft 120 . can be easily transmitted.
  • the lower end of the shaft 120 is seated in the shaft accommodating groove 114 formed on the lower surface of the first housing 111 so that the position of the shaft does not deviate from the shaft accommodating groove 114 while the shaft 120 rotates. there is.
  • the coil unit 130 may be disposed inside the housing 110 .
  • the coil unit 130 also preferably has a ring shape in which an opening is formed in a shape corresponding to the vertical inner wall 112 of the housing 110, but is not limited thereto. does not
  • the coil unit 130 is a solenoid coil and preferably forms a magnetic field in a vertical direction (shaft axis direction) when a current is applied.
  • the particles 11 of the magnetorheological fluid 10 form a chain structure along the vertical direction (shaft axis direction) to control the rotational torque.
  • the yoke unit 140 may be fixedly installed in the housing 110 .
  • the yoke unit 140 may be fixedly installed so that an outer surface thereof faces the inner surface 131 of the opening of the coil unit 130 .
  • the yoke unit 140 may have a shape including at least a first surface 143 and a second surface 144 (refer to FIG. 5 ) facing the rotation rings 150 ( 151 and 152 ), which will be described later.
  • the inner surface of the yoke unit 140 may include at least a first surface 143 and a second surface 144 .
  • the yoke portion 140 is a first surface (143: 143a, 143b) opposite to the outer peripheral surface (153: 153a, 153b) (see FIG.
  • rotary ring (150: 151, 152) and the rotary ring ( 150 : 151 , 152 may have a shape including a second surface 144 : 144a , 144b opposite to the rotational surface 154 : 154a , 154b , 154c , 154d and perpendicular to the first surface 143 . .
  • a through hole 149 through which the shaft 120 may pass may be formed in the center of the yoke unit 140 .
  • the yoke unit 140 has a vertical wall 146 formed in a cylindrical shape in a vertical direction from the outer periphery of the circular disk in addition to the circular disk shape in which the through hole 149 is formed, so that the cross-section (refer to FIG. 4 )
  • the shape may be approximately 'H' shape except for the through hole 149 .
  • the rotation ring 150 may be seated in the inner space in which the vertical wall 146 of the yoke unit 140 is formed so as to increase the surface area corresponding to each other.
  • the rotating ring 150 may have a circular disk shape as a whole and be connected to the shaft 120 .
  • a through hole 159 corresponding to the outer diameter of the shaft of the shaft 120 may be formed in the rotation ring 150 : 151 , 152 to be fitted to the shaft 120 .
  • the rotating ring 150 may be rotated relative to the rotation of the shaft 120 .
  • a plurality of rotation rings ( 150 : 151 , 152 ) may be disposed inside the housing 110 , and the rotation rings ( 150 : 151 , 152 ) may be spaced apart from each other and connected to the shaft 120 .
  • any one of the rotating ring 152 may be provided with a gap maintaining portion 155 having a step difference from the rotating surface 154 (or circular disk plane) of the rotating ring 152 in the central portion thereof.
  • the through hole 159 is also formed in the gap maintaining part 155 .
  • the through hole 149 of the yoke unit 140 may be formed to correspond to the outer diameter of the gap maintaining unit 155 .
  • the gap maintaining part 155 has a step difference and is integrally formed with the rotation ring 150 , there is no need to insert a separate spacer into the shaft 120 , and only the rotation ring 150 is sequentially inserted into the shaft 120 . As a result, there is an advantage that can be made to maintain the mutual spacing of the rotating rings (150).
  • the yoke unit 140 may have an arrangement form in which the rotation ring 150 is alternately arranged and stacked in a vertical direction.
  • the coil unit 130 is fixedly arranged in the inner space S of the first housing 111, the rotation ring 150 and the yoke unit 140 are alternately stacked, and the shaft 120 is inserted and then magnetorheological.
  • the assembly may be completed by filling the fluid 10 and sealing the inner space S with the second housing 115 .
  • the rotational torque may increase as the number of the yoke unit 140 and the rotating ring 150 increases or the size increases, and the yoke unit 140 and the rotating ring 150 are alternately rotated in the housing 110 . Since the magnetorheological fluid rotational load device 100 can be configured by a simple process of stacking and assembling with a rheological fluid, there is an advantage of being able to flexibly respond to size changes to obtain a torque value suitable for the purpose of use.
  • a predetermined gap G is formed between the yoke unit 140 and the rotation ring 150 , and the magnetorheological fluid 10 may be filled in the gap G. Specifically, between the first surface 143 of the yoke unit 140 and the outer circumferential surface 153 of the rotating ring 150 , and the second surface 144 of the yoke unit 140 and the rotating surface of the rotating ring 150 .
  • a gap G may be formed between 154 .
  • the gap G may also be formed between the housing 110 and the yoke unit 140 , and between the housing 110 and the rotation ring 150 . As the viscosity, rigidity, etc. of the magnetorheological fluid 10 filled in the gap G changes, the rotational torque of the rotating ring 150 may change.
  • the magnitude of the torque T generated between the rotating ring 150 and the yoke unit 140 in the rotating motion of the rotating ring 160 is obtained as follows from the shear stress and the contact area.
  • T T c + T ⁇ + T f
  • T c is the controllable torque generated when the electric field and magnetic field are loaded
  • T ⁇ is the viscous torque due to the viscosity of the magnetorheological fluid 10 when no electric field and magnetic field are applied
  • T f is It is the frictional torque generated by a mechanical element. At no-load, T c does not appear.
  • the total torque T of the magnetorheological fluid rotating load device 100 is It is characterized by freely changing it.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the behavior of the magnetorheological fluid 10 in the gap (G) space according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetorheological fluid rotating load device 100 may further include a control unit (not shown) for controlling the strength, frequency, waveform, etc. of the magnetic field generated by the coil unit 130 .
  • the control unit may change the magnetic field applied by the coil unit 130 to change the torque of the rotating ring 150 .
  • the gap G between the yoke unit 140 and the rotating ring 150 may be filled with a magnetorheological fluid 10 .
  • the magnetorheological fluid 10 includes a medium 12 in the form of a fluid such as oil or water in which the magnetic particles 11 and the magnetic particles 11 are dispersed.
  • the torque required for the shaft 120 to rotate may be changed by the strength of the magnetic field, the coupling force of the magnetic chain, the frictional shear force of the yoke unit 140 and the rotating ring 150 , and the like.
  • at least the housing 110 may include a magnetic portion, and the yoke portion 140 and the rotating ring 150 may also include a magnetic portion.
  • Including the magnetic part includes a form in which the whole is composed of a magnetic material, or only a part is composed of a magnetic material.
  • the magnetic material may include iron, nickel, cobalt, ferrite (Fe 3 O 4 ) or an alloy thereof, and a metal that is nitrided, oxidized, carbide, siliconized, or the like.
  • the size of the gap G is preferably 10 to 100 times the average diameter of the magnetic particles 11 in the magnetorheological fluid 10, and more preferably about 20 times. If the gap G is too small, there is a problem that the torque value at no-load increases or interference may occur when the components rotate. This may not be sufficiently formed.
  • the diameter of the magnetic particles 11 may be distributed in about 2 to 10 ⁇ m, and the average value of the diameter may be about 5 ⁇ m.
  • the gap (G) may be about 0.1 mm, and within this numerical range, the magnetic particles 11 form a magnetic chain in the direction of the magnetic field to transmit the change of touch to the user's hand.
  • the magnetic particles 11 in the magnetorheological fluid 10 are preferably Preferably, it may be 60 to 95 wt%. If the magnetic particle 11 is less than 60wt%, the size of the maximum torque is reduced, so that sufficient tactile and rigidity transmission for the user to feel may not be achieved.
  • the torque value may be large.
  • FIG. 6(b) shows a form in which the torque is changed according to the strength of the applied magnetic field.
  • a torque of the shaft 120 corresponding thereto may be generated. Accordingly, it is possible to provide various patterns and tactile sensations to the user rotating the shaft 120 of the magnetorheological fluid rotating load device 100 .
  • the magnetorheological fluid rotating load device 100 may further include a bearing 190 disposed on the upper portion of the housing 110 .
  • the bearing 190 may be connected to the receiving groove 117 of the upper portion of the housing 110 , and the shaft of the shaft 120 may be inserted to control the rotational friction force of the shaft 120 .
  • another bearing (not shown) may be inserted into the shaft of the shaft 120 in the inner space of the housing 110 .
  • FIG. 7 is a schematic exploded view of a magnetorheological fluid rotating load device 200 according to a second embodiment of the present invention.
  • 8 is a schematic cross-sectional view of a magnetorheological fluid rotating load device 200 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of part VI of FIG. 8 .
  • the magnetorheological fluid rotating load device 200 of the second embodiment may have substantially the same or similar appearance as the magnetorheological fluid rotating load device 100 of the first embodiment, as shown in FIG. 2 .
  • FIG. 2 The magnetorheological fluid rotating load device 200 of the second embodiment may have substantially the same or similar appearance as the magnetorheological fluid rotating load device 100 of the first embodiment, as shown in FIG. 2 .
  • the same configuration in the first and second embodiments may refer to the reference numerals 100 and 200, which correspond to each other.
  • the magnetorheological fluid rotating load device 200 of the second embodiment includes a housing 210 , a shaft 220 , a coil unit 230 , a yoke unit 240 , and a rotating ring. 250 , and a magnetorheological fluid 10 , and may further include a bearing 290 .
  • the housing 210 and the shaft 220 may be substantially the same as those of the first embodiment except for some differences in shape.
  • the coil unit 230 may be disposed on the inside of the yoke unit 240 , and may be disposed directly below or above the rotation rings 250 ( 251 and 252 ) connected to the shaft 220 at a mutual interval.
  • the through hole 239 of the coil unit 230 is formed only enough to allow the shaft 220 to pass through to form a gap G, and the outer peripheral surface of the coil unit 230 is connected to the inner surface 244 of the yoke unit 240 . and can be fixedly supported.
  • the yoke unit 240 may be fixedly installed in the housing 110 .
  • the outer circumferential surface of the yoke unit 240 has a shape corresponding to the vertical inner wall 212 of the housing 210 , and preferably has a ring shape in which an opening sized for the coil unit 230 to be disposed is formed, but is not limited thereto.
  • the yoke unit 240 may be fixedly installed so that an outer surface thereof faces the vertical inner wall 212 of the housing 210 .
  • the yoke portion 240 includes at least a first surface 243 opposite the rotation ring 250 ( 251 , 252 ), and a second surface 244 (see FIG. 9 ) not opposite the rotation ring 250 .
  • the inner surface of the yoke unit 240 may include at least a first surface 243 and a second surface 244 .
  • the yoke portion 240 has a first surface 243: 243a, 243b opposite to the outer peripheral surfaces 253: 253a, 253b (see FIG. 9) of the rotation ring 250: 251, 252, and the rotation ring It can have a shape that includes a second side 244 that is not opposite 250 .
  • the second surface 244 may be opposite to and connected to the outer peripheral surface of the coil unit 230 .
  • the coil unit 230 may be disposed between the second surface 244 of the yoke unit 240 and the shaft 220 .
  • the rotating ring 250 may have a circular disk shape as a whole and be connected to the shaft 220 .
  • a through hole 259 corresponding to the outer diameter of the shaft of the shaft 220 is formed in the rotation ring 250 : 251 , 252 , and may be fitted to the shaft 220 .
  • the rotating ring 250 With respect to the coil unit 230 fixedly disposed on the second surface 244 of the yoke unit 240 , the rotating ring 250 may be rotated relative to the rotation of the shaft 220 .
  • a plurality of rotation rings ( 250 : 251 , 252 ) may be disposed inside the housing 210 , and the rotation rings ( 250 : 251 , 252 ) may be spaced apart from each other and connected to the shaft 220 .
  • the rotating ring (250: 251, 252) is disposed between the coil unit 230, the rotating surface 254 of the rotating ring 250 and the upper and lower surfaces (234: 234a, 234b) of the coil unit 230 to face each other can
  • a plurality of coil units 230 may be provided and disposed between the rotation rings 250 , respectively.
  • a predetermined gap (G) is formed between the yoke unit 240 and the rotating ring 250, and the coil unit 230 and the rotating ring 250, and the magnetorheological fluid 10 may be filled in the gap (G).
  • the magnetorheological fluid 10 may be filled in the gap (G).
  • a gap G may be formed between the 254 .
  • the gap G may also be formed between the housing 210 and the rotating ring 250 , and the coil unit 230 and the shaft 220 .
  • the protection unit 260 may be connected to the surface 234 of the coil unit 230 opposite to the rotation surface 254 of the rotating ring 250 .
  • the magnetorheological fluid may penetrate into the coil gap of the coil unit 230 .
  • the gap between the coil unit 230 may be covered by disposing the protective unit 260 in the form of a flat plate on the surface 234 of the coil unit 230 that may be in contact with the magnetorheological fluid 10 .
  • the magnetic field generated by the coil unit 230 is directly generated by the coil unit 230 and the rotating ring 250 .
  • the magnetorheological fluid 10 filled in the gap (G) Since a magnetic chain of strong intensity is applied over a large area to form a magnetic chain of more and stronger intensity, there is an advantage in that the rotational torque can be significantly increased.
  • the coil unit 230 is not located outside the outer periphery of the rotating ring 250 , compared to the first embodiment, but disposed on the upper or lower portion of the rotating ring 250 . Therefore, there is an advantage in that the diameter size of the entire device 200 can be reduced due to the arrangement of the coil unit 230 .
  • the diameter size of the entire device 100 may be relatively large.
  • the magnetorheological fluid rotating load device 200 of the second embodiment since the coil unit 230 and the rotating ring 250 are closest to each other, the rotational torque can be significantly increased by application of a strong magnetic field. Accordingly, the device 200 may be applied to an object requiring a large torque, and may also be applied to a braking device such as a brake.
  • 10 is a schematic perspective view of a magnetorheological fluid rotating load device 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • 11 is a schematic exploded view of a magnetorheological fluid rotating load device 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • 12 is a schematic cross-sectional view of a magnetorheological fluid rotating load device 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • 13 is an enlarged view of part VII of FIG. 12 .
  • reference numerals 100 and 300 correspond to the same configuration.
  • the magnetorheological fluid rotating load device 300 includes a housing 310, a shaft 320, a coil unit 330, a yoke unit 340, a rotating ring 350, A shield cover 380 and a bearing 390 may be further included.
  • the housing 310 , the shaft 320 , and the coil unit 330 may be substantially the same as those of the first embodiment except for some differences in shapes.
  • the coil unit 330 may be disposed inside the housing 310 .
  • the coil unit 330 also preferably has a ring shape in which an opening is formed in a shape corresponding to the vertical inner wall of the housing 310 , but is not limited thereto.
  • the particles 11 of the magnetorheological fluid 10 form a chain along the vertical direction (shaft axis direction) to control the rotational torque.
  • the yoke parts 340 ( 340a , 340b , 340c ) may be fixedly installed in the housing 310 .
  • the yoke unit 340 may be fixedly installed so that an outer surface thereof faces an inner surface 331 of the opening of the coil unit 330 .
  • the yoke portion 340 may have a shape including at least first surfaces 343 ( 343a , 343b ) and a second surface 344 (see FIG. 13 ) opposite to the rotation rings 350 ( 351 , 352 ).
  • the inner surface of the yoke part 340 may include at least a first surface 343 and a second surface 344 .
  • the yoke parts 340 (340a, 340b, 340c) are fixed in the housing 310 and may include at least one yoke ring 340b.
  • the yoke ring 340b is alternately arranged with the rotation rings 350: 351 and 352, and forms a predetermined gap G with the rotation rings 350: 351 and 352, and the magnetorheological fluid 10 is formed in the gap G. ) can be filled.
  • the form in which one yoke ring 340b is disposed between the two rotary rings 350: 351 and 352 is illustrated, but the number of the rotary ring 350 and the yoke ring 340b may be increased. .
  • the yoke unit 340 includes an upper yoke 340a at the upper end and a lower yoke 340c at the lower end, and at least one yoke ring 340b in the inner space formed by the upper yoke 340a and the lower yoke 340c. This can be arranged.
  • the upper yoke 340a may constitute an upper wall and a side wall of the yoke unit 340 .
  • the upper yoke 340a may also have a substantially cylindrical shape to provide a space in which the shaft 320 and the rotating ring 350 can rotate like the housing 310 .
  • the upper yoke 340a preferably has an inner diameter greater than the outer diameter of the rotating ring 350 and the yoke ring 340b.
  • a through hole 349 into which the shaft 320 and the gap maintaining part 355 can be fitted may be formed in the center of the upper surface of the upper yoke 340a.
  • a plurality of fluid passage holes 347a may be formed in the upper surface of the upper yoke 340a.
  • At least one rotation ring (350: 351, 352) and at least one yoke ring (340b) may be disposed in the inner space of the upper yoke (340a).
  • the yoke ring 340b is installed to be fixed in the inner space of the upper yoke 340a, and the rotating ring 350 is disposed on the upper and/or lower portions of the yoke ring 340b to rotate in association with the rotation of the shaft 320. can be installed to do so.
  • the yoke ring 340b may be disposed above and/or below the rotation ring 350 .
  • the yoke ring 340b may have a circular disk shape as a whole so that the rotating ring 350 and the planar parts 344 and 354 may face each other.
  • a through hole 349 into which the shaft 320 and the gap maintaining part 355 can be fitted may be formed in the center of the yoke ring 340b.
  • the yoke ring 340b and the flat portions 344 and 354 of the rotating ring 350 face each other while reducing the overall height and increasing the surface area corresponding to each other, there is a step on the upper surface of the yoke ring (340b)
  • the rotation ring 350: 351 may be seated in the space where the stepped wall 346b is formed.
  • the lower yoke 340c may be installed under the upper yoke 340a to seal the lower portion of the upper yoke 340a having an open lower portion. At the same time, a flat portion of the upper portion of the lower yoke 340c may be made to face the lower surface of the rotating ring 350 : 352 .
  • a shaft accommodating groove 348 is formed in the upper portion of the lower yoke 340c to accommodate a portion of the lower end of the shaft 320 . Accordingly, there is an effect that the position of the shaft does not deviate from the shaft receiving groove 348 while the shaft 320 is rotating.
  • the interior is sealed by the upper yoke 340a and the lower yoke 340c, and the rotation ring 350 and the yoke ring 340b may be alternately disposed in the vertical direction in the inner space.
  • the vertical direction corresponds to the formation direction of the shaft 320 axis
  • the horizontal direction corresponds to the planar direction of the rotating ring 350 .
  • the upper inner surface of the upper yoke 340a, the upper and lower surfaces of the yoke ring 340b, and the upper surface of the lower yoke 340c are the upper and lower surfaces of the rotary ring 350 and a predetermined gap ( G) (see FIG. 13).
  • a step is formed on the upper surface of the upper yoke 340a so that the shield cover 380 may be seated in the space formed in the step wall 346a.
  • the shield cover 380 seals the upper surface of the upper yoke 340a to prevent the magnetorheological fluid 10 from leaking to the outside of the yoke unit 340 .
  • the shield cover 380 has a hole 389 formed in the middle so that the shaft 320 shaft can pass therethrough.
  • the conventional mechanical jog dial cannot provide a variety of patterns according to various specifier modes by providing only a single touch, and wear due to mechanical operation may become a problem.
  • there is also a vibration motor type jog but the vibration motor type transmits an indirect touch through a vibration motor disposed below rather than a direct touch, so that the tactile transmission power is lower than that of the direct tactile transmission.
  • various torque patterns can be formed according to the input signal of the magnetic field applied from the coil units 130 , 230 , and 330 , so that the user can feel various tactile sensations, and the magnetorheological fluid 10 responds to a change in state. Since the shear force is changed accordingly, the problem of wear is solved, and there is an advantage that direct tactile transmission is possible through the shafts 120 , 220 , 320 .
  • the present invention can control the properties according to the purpose of various applications according to the physical properties of the magnetorheological fluid (10). For example, if a heavy feel is required, it is possible to apply a magnetorheological fluid having a high viscosity.
  • Figure 14 is a schematic view showing the fluid passage holes (147, 157, 347) formed in the yoke portion (140, 340a, 340b), the rotating ring 150 according to an embodiment of the present invention [(a), (b)] and schematic diagrams [(c), (d)] showing the shape of the magnetic chain in the fluid passage holes 157 and 157'.
  • 15 is a graph showing torque values before and after formation of a fluid passage hole according to an experimental example.
  • a plurality of fluid passage holes 147, 347: 347a, 347b may be formed in the yoke unit 140, the upper yoke 340a, and the yoke ring 340b.
  • a plurality of fluid passage holes 157 may be formed in the rotating ring.
  • the fluid passage holes 147 , 157 , and 347 may be vertically penetrated on the same horizontal surface as the surfaces 344 and 344 of the yoke parts 140 and 340 and the rotation surface 154 of the rotation ring 150 .
  • the present invention is not limited thereto, and the fluid passage hole may be horizontally formed through the vertical surface such as the vertical wall 146 and the stepped walls 346a and 346b.
  • the fluid passage hole 157 may further increase the length at which the magnetic particles 11 of the magnetorheological fluid 10 can form a vertical chain (G1 -> G2). That is, the length of the chain of the magnetic particles 11 may be further added as much as the thickness of the fluid passage hole 157 from the thickness of the original gaps G and G1 to reach the gap G2. Accordingly, for the same load application, the amount of change in the T c value becomes larger, and the total torque can be made larger. According to an embodiment, when the diameters of the yoke parts 140 and 340 and the rotation ring 150 are about 10 mm, the diameters of the fluid passage holes 147 , 157 and 347 may be about 0.3 mm.
  • the chain of magnetic particles 11 may increase along the surface area of the fluid passage hole 157 ′ that is more extended. That is, in addition to the chain of magnetic particles 11 formed in the original gaps G and G1 and the additional gap G2 by the thickness of the fluid passage hole 157 ′, the inclination of the fluid passage hole 157 ′ It may be further formed in the gap G3 extending from the true surface to the rotation surface 154 of the rotation ring 150 , or the surface 144 of the yoke unit 140 .
  • the inclined direction is preferably formed along the rotation direction (R) of the rotation ring (150).
  • the inclined angle (a) may be set in consideration of the diameter, number, and intensity of rotational torque of the fluid passage holes 157', but is preferably formed at an inclined angle (a) of 30° to 80°. If it is less than 30°, the fluid passage hole 157 ′ is penetrated in a too large size on the horizontal plane, so it is difficult to show the original effect of the fluid passage hole. may not appear.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a pattern shape on a horizontal plane of the yoke unit 140 and the rotating ring 150 according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 16 (a) is a schematic side cross-sectional view of the yoke unit 140 and the rotating ring 150
  • Fig. 16 (b) is a schematic plan view.
  • a protrusion pattern P1 is formed on the surface 144 of the yoke unit 140 , or a protrusion pattern P2 is formed on the rotation surface 154 of the rotation ring 150 .
  • the protrusion patterns P1 and P2 may increase the surface area between the yoke unit 140 and the rotation ring 150 to form more magnetic chains. Accordingly, it is possible to increase the rotational torque in the magnetorheological fluid rotational load device 100 of the same size.
  • the protrusion patterns P1 and P2 may be formed on only one of the yoke unit 140 and the rotation ring 150 , or both. In addition, the protrusion patterns P1 and P2 may be formed to face each other or to be alternately formed.
  • the protrusion patterns P3 and P4 may be formed for each area on the surfaces 144 and 154 of the yoke unit 140 and the rotation ring 150 .
  • the formation area, formation interval, angle, etc. of the protrusion patterns P3 and P4 can be freely changed.
  • the protrusion patterns P3 and P4 may be formed to face each other on the yoke unit 140 and the rotation ring 150 , and a total of 8 may be radially formed every 45°.
  • the user may rotate the shaft 120 clockwise based on the SP1 point.
  • the protrusion patterns P3 and P4 face each other and the magnetic chain is formed within a short gap (corresponding to the distance between the protrusion patterns), a relatively strong torque T1 may act.
  • a relatively strong torque T1 may act.
  • the magnetic chain is within a relatively long gap (corresponding to the surface distance between the yoke portion and the rotating ring). Since it is formed at , a relatively weak torque T2 may act. Since the torque weakened from T1 to T2 acts, the user may be provided with a tactile sense of rotation loosened. Subsequently, when the rotation reaches the point SP3 as shown in FIG. 16(b3), the protruding patterns P3 and P4 again face each other and the magnetic chain is formed within a short gap (corresponding to the distance between the protruding patterns), so it is relatively A strong torque T1 may act. Since the torque weakened from T2 to T1 acts, the user can be provided with a tactile sense of which rotation is hardened. As described above, while the user rotates the shaft 120 , a tactile sensation in which torque is changed for each region may be provided.
  • 17 is a graph showing a torque value according to the viscosity of a magnetorheological fluid according to an experimental example of the present invention.
  • the standard viscosity was set to about 0.15 Pa ⁇ s
  • the high viscosity was set to about 0.4 Pa ⁇ s
  • the density was set to about 2.8 g/ml and 3.8 g/ml.
  • the safety lock function can increase the number and area (opposing area, surface area, etc.) of the rotating ring and yoke in addition to adjusting the viscosity, or reduce the gap It can be implemented by change.
  • the safety lock function can be implemented by applying a larger current to the coil unit.
  • the safety lock function not only ensures safety by preventing dangerous operation while driving in the vehicle (for example, shifting the jog dial gear while driving), but also prevents unexpected operation by children while operating household appliances such as washing machines. there is.
  • 18 is a schematic diagram illustrating a process in which magnetorheological fluid deposited by application of a pre-input signal is redistributed according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a photograph showing a magnetorheological fluid having a spike shape when a preliminary input signal is applied according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetorheological fluid 10 In applying the magnetorheological fluid 10, sedimentation of the magnetic particles 11 in the fluid 12 may be a problem. Since the magnetic particles sink downward as time passes, if the magnetic particles are not evenly dispersed inside the housing 110 , the magnetic chain may not be properly formed. Alternatively, as the magnetorheological fluid rotating load device 100 is continuously used, the magnetic particles 11 may be concentrated in a specific portion in the gap G between the yoke unit 140 and the rotating ring 150 . For example, in the device 100 of the first embodiment, a large number of chains are formed because the outer part of the yoke part 140 and the rotation ring 150 is close to the solenoid coil part 130, and the shaft 120 is on the axis.
  • the magnetic particles 11 Since it moves away from the solenoid coil unit 130 as it moves closer to the inside, relatively few chains may be formed due to a weak magnetic field. Due to the precipitation of the magnetic particles 11 in this way, the magnetic particles 11 may be concentrated only in a specific region within the gap G, and the magnetic particles 11 may be precipitated and flocked to the lower region even within the housing 110 . If the magnetorheological fluid rotating load device 100 is operated immediately in this state, a torque having a size different from the preset size may appear.
  • the control unit in order to smoothly redistribute when the magnetic particles 11 are precipitated in the magnetorheological fluid rotating load device 100, before the operation of the magnetorheological fluid rotating load device 100, the control unit (not shown) It is characterized in that the pre-input signal (Pre-Input Signal) in the form of spikes, pulses, and sine waves is transmitted to the coil unit 130 .
  • the control unit may transmit a preliminary input signal to the coil unit 130 before operation when the magnetorheological fluid rotating load device 100 is not operated for more than a set time.
  • the preliminary input signal is distinguished from the input signal constituting the magnetic chain described above in FIG. 6 .
  • the preliminary input signal is a signal that the magnetic particles in the magnetorheological fluid 10 move to form an incomplete or complete chain shape in at least one of the vertical and horizontal directions within the gap G, and it is necessary to have a specific frequency, waveform, etc. Without it, it may be a signal for applying a strong magnetic field in singular or plural.
  • the preliminary input signal is magnetic particles from the lower surface of the gap G (eg, the upper surface of the rotation ring 150 ) to the upper surface of the gap G (eg, the lower surface of the yoke unit 140 ). (11) need not be a signal constituting a complete magnetic chain. 19 exemplifies various spike shapes that are incomplete chain shapes by magnetic particles.
  • the particles 11 deposited in the magnetorheological fluid 10 form an incomplete chain shape such as a spike shape in the direction of the magnetic field, and at the same time or immediately after, the magnetic field can be canceled or only a weak magnetic field can be applied. Accordingly, the shape of the spike or the like is released, and the magnetic particles 11 having an incomplete chain shape such as the spike spread and are redistributed in the gap G may appear.
  • the control unit determines that the height of the magnetic chain formed to the smallest height in the gap G between the yoke unit 140 and the rotating ring 150 is a gap.
  • the preliminary input signal voltage V 2 for resolving this may be applied by making it larger than V 1 .
  • 20 is a graph showing a torque value according to a temperature of a magnetorheological fluid according to an experimental example of the present invention.
  • the torque gradually decreases as the temperature becomes higher (the operating state of the rotating load device) than the initial state (default state) according to the change in the properties of the magnetorheological fluid viscosity and shear stress based on 5V. Therefore, after sensing the operating temperature of the magnetorheological fluid rotating load device, when the temperature rises compared to the initial operating temperature, the control unit controls the strength, pattern, etc. of the magnetic field to offset the decrease in torque caused by the temperature rise to perform the initial operation Torque intensity at temperature can be maintained even at high temperature. Accordingly, there is an advantage in that the uniformity of the torque value can be secured regardless of an external temperature environment such as summer or winter.
  • ABS anti-lock brake system
  • the magnetorheological fluid rotating load device of the present invention may increase the torque by stacking a plurality of layers of the yoke unit 140 and the rotating ring 150 or increasing the surface area, and as in the second embodiment, the coil unit ( 2230 may be disposed to be closest to the rotation ring 250 to increase the torque. Accordingly, the magnetorheological fluid rotation load device can be applied to an object requiring a large torque.
  • the object may be a vehicle, such as a vehicle, and the magnetorheological fluid rotating load device may be a braking device such as a brake.
  • the present invention employs a complex structure and several parts like the conventional mechanical braking device to obtain various torque values only by changing the strength and pattern of the magnetic field applied from the coil unit, without the need to control to change the various torque values instantaneously.
  • the magnetorheological fluid rotation load device of the present invention can be applied to an anti-lock brake system (ABS) system to implement a torque change as shown in FIG. 21 .
  • ABS anti-lock brake system
  • the conventional ABS system further requires an ABS modulator including a pump and an accumulator for controlling hydraulic pressure and decompression in the brake, and there is a limit in speeding up a pattern in which the static friction force operates.
  • the magnetorheological fluid rotating load device of the present invention has the advantage that the ABS system can be implemented with a simple configuration for controlling the intensity and period to which a magnetic field is applied.
  • the wheel slip ratio when the vehicle is suddenly braked, the wheel slip ratio may be maintained at a level of 20% in order to improve the impossibility of steering the vehicle due to a wheel lock of the vehicle.
  • the slip ratio (%) may be calculated as ⁇ V (vehicle speed) - V (wheel speed) ⁇ /V (wheel speed).
  • the braking device to which the present invention is applied has advantages in that it is possible to improve durability problems caused by repeated hydraulic brake control, accurate brake control is possible, and frequent failure of the ABS modulator can be prevented.
  • 22 is a schematic diagram showing a magnetorheological fluid rotating load module according to an embodiment of the present invention.
  • 23 shows a state in which a magnetorheological fluid rotating load device according to various embodiments of the present invention is applied.
  • the magnetorheological fluid rotation load module may be in a form in which the encoder sensor 400 is coupled to the magnetorheological fluid rotation load device 300 .
  • the bearing 390 and the shaft 320 are combined to reduce the rotational frictional force, but the encoder sensor 400 that combines the bearing 390 to the encoder that senses data about rotation speed, position, and direction is used as a magnetorheological fluid rotation load. It may be coupled to the device 300 .
  • the magnetorheological fluid rotating load device and rotating load module can be applied to all devices equipped with a dial or wheel.
  • the jog dial when applied to a vehicle, when the jog dial (rotary load device) is set in the general driving mode, light vibration and low torque are provided, whereas when the jog dial is set in the sports driving mode, strong vibration and strong torque are provided. of the tactile sensation can be provided.
  • the intensity of vibration and torque when the jog dial is turned to change gears in the vehicle, the intensity of vibration and torque can be provided to be different according to parking (P), driving (D), neutral (N), and reverse (R). Accordingly, the user can easily change the driving mode or gear only by tactile sensation while keeping his or her gaze forward without having to visually check the jog dial.
  • the magnetorheological fluid rotating load device 100 is applied to a user interface (UI) of a washing machine 400, a microwave oven, etc. as shown in FIG. 23 (a), and a dial [shaft 120 )] may be located, and various tactile sensations may be provided according to the driving mode.
  • UI user interface
  • the washing machine is set to the normal washing mode, a soft rotational feel may be provided, and when the strong washing mode is set, the rotating feel may be provided as a strong torque.
  • FIG. 23B it is possible to provide various haptic tactile sensations by applying to the wheel of the mouse 500 to change the torque of wheel manipulation according to the use environment. For example, when a crisis situation occurs during a game, the torque for driving the wheel may be increased.
  • the wheel is driven upward while the reflector 610 is moved left and right by manipulating the wheel in the vertical direction. Therefore, when the reflector moves to the left edge and there is no more space to move, the torque of the mouse wheel driven in the upper direction becomes strong, so it may be difficult to operate it anymore, and only the driving of the mouse wheel in the lower direction is permitted.
  • the stiffness of the wheel is instantaneously changed to provide a state in which the ball 620 is reflected to the user by tactile sense.
  • various patterns can be made according to various input signals during rotation of the rotary load device, so that the user can feel various and luxurious.
  • the present invention can change the rotational torque, can reduce the production cost, it is easy to miniaturize the device, and there are effects that can be applied to various purposes according to the purpose by using the shear characteristics or viscosity of the magnetorheological fluid.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Mechanical Control Devices (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

본 발명은 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자기유변유체 회전부하 장치는, 하우징; 하우징 내에 고정되는 요크부; 하우징 내의 중심에서 회전 가능하도록 설치되는 샤프트; 샤프트에 연결되고 샤프트의 회전에 연동되어 회전하는 적어도 하나의 회전 링; 하우징의 내에 배치되는 코일부; 하우징 내에 채워지는 자기유변유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 자기유변유체를 포함하고, 자기유변유체에 자기장을 인가함에 따라 회전 토크가 조절될 수 있는 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량에 이용되는 사용자 인터페이스(User Interface)가 점차 다양화됨에 따라 기존에 가정용 기기에 주로 사용되던 조그 다이얼이 텔레매틱스 단말기와 같은 운전자 정보 시스템(DIS; Driver Information System)의 메인 입력장치로 차량에 도입되고 있다.
조그 다이얼이란 회전 가능한 원형 다이얼 형태를 가지고, 사용자가 시계/반시계 방향으로 다이얼을 회전시켜 소정의 기능을 선택하도록 된 것이다. 사용자가 조그 다이얼에 가하던 힘을 제거하면 특정 위치에 다이얼이 자리잡게 될 수 있어 정교한 위치 이동을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 조그 다이얼을 나타나는 개략도이다. 종래의 기계식 조그 다이얼은 기어 물림에 의해 동작한다. 이에 따라, 종래의 기계식 조그 다이얼의 회전 촉감은 기어 물림에 의한 단일 촉감으로 회전 또는 사용 모드에 따른 다양한 촉감을 표현할 수 없는 한계가 있다. 또한, 기계식 조그 다이얼은 기어 물림에 따른 정해진 회전 토크를 가질 뿐, 회전 토크를 자유자재로 변화시킬 수 없는 한계가 있다. 모터 등의 구동 수단을 더 구비하여 회전 토크를 제어하거나 햅틱 기능을 제공하기 위한 별도의 진동 모터를 추가한다 하더라도 이를 위한 부품과 장치들이 추가되어야 하기 때문에, 생산원가가 상승하고 장치의 부피가 커지게 되는 문제점을 내포한다.
본 발명은 종전의 기계식 구조로는 단조롭고 단일한 촉감 패턴이 발생되는 것과 달리, 회전 시 다양한 입력 신호에 따라 다양한 촉감 패턴이 발생되어, 사용자 촉감을 다양하고 고급스럽게 느끼게 할 수 있는 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 햅틱 기능이 내장되어, 회전 토크를 변화시킬 수 있고, 생산원가를 절감할 수 있으며, 장치의 소형화가 용이한 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체의 전단 특성이나 점도를 이용하여 목적에 맞는 다양한 적용이 가능한 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 하우징; 하우징 내에 고정되는 요크부; 하우징 내에서 회전 가능하도록 설치되는 샤프트; 샤프트에 연결되고 샤프트의 회전에 연동되어 회전하는 적어도 하나의 회전 링; 하우징의 내에 배치되는 코일부; 하우징 내의 적어도 일부에 채워지는 자기유변유체;를 포함하고, 상기 하우징의 적어도 일부는 자성 재료로 구성되는, 자기유변유체 회전부하 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체 내의 자성 입자의 함량은 60wt% 내지 95wt%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체 내의 자성 입자의 함량이 증가할수록 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체가 배치되는 적어도 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭의 크기는 자기유변유체 내의 자성 입자의 직경 평균값의 10배 내지 100배일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체의 점도가 커질수록 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체의 점도, 요크부 및 회전 링의 개수, 요크부와 회전 링의 면적, 요크부와 회전 링 사이의 갭의 크기, 코일부에 인가하는 전류의 세기 중 적어도 어느 하나는 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크의 최대값을 증가시켜 사용자의 특정 상황에서 회전 조작을 방지하는 정도로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일부에서 자기유변유체에 인가하는 자기장을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체 회전부하 장치의 동작 전, 제어부에서 코일부로 예비입력신호를 전달하되, 예비입력신호는 자기유변유체의 침전된 입자들이 소정의 갭 내에서 수직 또는 수평방향 중 적어도 한 방향으로 불완전 또는 완전한 체인 형상을 이룬 후 재분산되는 신호일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 불완전한 체인 형상은 스파이크 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부가 코일부에 동작 전압 V1을 인가할 때, 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭에서 자기유변유체의 입자들이 형성하는 체인의 높이가 갭의 높이보다 낮다고 판단한 경우 V1보다 큰 세기의 전압 V2를 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변유체 회전부하 장치의 초기 동작 온도 대비 온도 상승시, 제어부는 자기장의 세기, 패턴 중 어느 하나를 제어하여 초기 동작 온도의 토크 세기를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 회전 링이 상호 간격을 이루어 샤프트에 연결되고, 요크부는, 회전 링의 외주면과 대향하는 제1 면과, 회전 링의 회전 면에 대향하고 제1면에 수직인 제2 면을 포함하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요크부는 회전 링의 외측에 배치되고, 요크부와 하우징의 수직 내측 사이에 코일부가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 회전 링이 상호 간격을 이루어 샤프트에 연결되고, 요크부는, 회전 링의 외주면과 대향하는 제1 면 및 회전 링의 외주면과 대향하지 않는 제2 면을 포함하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요크부는 하우징의 수직 내측에 배치되고, 요크부의 제2 면과 샤프트 사이에 코일부가 배치되며, 회전 링의 회전 면에 대향하는 코일부의 면 상에 보호부가 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요크부는 적어도 하나의 요크 링을 포함하고, 요크 링과 회전 링이 상호 소정의 갭을 가지고 수직 방향을 따라 번갈아 배치되며, 요크부는 회전 링의 외측에 배치되고, 요크부와 하우징의 수직 내측 사이에 코일부가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일부에서 자기유변유체에 자기장이 인가되면, 자기유변유체의 입자들이 수직 방향으로 체인을 형성하여 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전 링의 회전 면, 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면 중 적어도 어느 하나에는 유체 통과홀이 형성되고, 자기유변유체는 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭 및 유체 통과홀에 배치되어, 자기장 인가시 갭 및 유체 통과홀 내에서 수직 방향으로 체인을 형성함에 따라 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 통과홀은 회전 링의 회전 면 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면에 30° 내지 80° 기울어진 각도로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, (1) 회전 링의 회전 면 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면의 상부에 돌출 패턴이 형성되거나, (2) 회전 링의 회전 면, 및 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면의 상부에 돌출 패턴이 상호 마주보게 형성되거나, 엇갈리게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전 링의 회전 면, 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면 중 적어도 어느 하나의 면 상에 복수의 영역 별로 돌출 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하우징의 상부에 배치되고, 샤프트의 축이 삽입되어 회전 마찰력이 제어되는 베어링을 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 종전의 기계식 구조로는 단조롭고 단일한 촉감 패턴이 발생되는 것과 달리, 회전 시 다양한 입력 신호에 따라 다양한 촉감 패턴이 발생되어, 사용자 촉감을 다양하고 고급스럽게 느끼게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 햅틱 기능이 내장되어, 회전 토크를 변화시킬 수 있고, 생산원가를 절감할 수 있으며, 장치의 소형화가 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자기유변유체의 전단 특성이나 점도를 이용하여 목적에 맞는 다양한 적용이 가능한 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 조그 다이얼을 나타나는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 분해도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 단면도이다.
도 5는 도 4의 V 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 공간에서 자기유변유체의 거동을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 분해도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 단면도이다.
도 9는 도 8의 VI 부분을 확대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 분해도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치의 개략 단면도이다.
도 13은 도 12의 VII 부분을 확대한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 통과홀이 형성된 요크부, 회전 링을 나타내는 개략도 및 유체 통과홀에서 자기체인의 형태를 나타내는 개략도이다.
도 15는 일 실험예에 따른 유체 통과홀 형성 전후 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크부, 회전 링의 수평면 상 패턴 형태를 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변유체의 점도에 따른 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 예비입력신호(Pre-Input Signal) 인가로 침전된 자기유변유체가 재분산되는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 예비입력신호 인가시 자기유변유체가 스파이크 형상을 가지는 사진이다.
도 20은 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변유체의 온도에 따른 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 ABS(Anti-lock Brake System) 시스템에 적용시의 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 23은 본 발명의 여러 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치가 적용된 상태를 나타낸다.
<부호의 설명>
10: 자기유변유체
11: 자성 입자
12: 유체
100, 200, 300: 자기유변유체 회전부하 장치
110, 210, 310: 하우징
120, 220, 320: 샤프트
130, 230, 330: 코일부
140. 240, 340: 요크부
150, 250, 350: 회전 링
G: 갭
실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 개략 사시도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 개략 분해도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 개략 단면도이다. 도 5는 도 4의 V 부분을 확대한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(100)는 하우징(110), 샤프트(120), 코일부(130), 요크부(140), 회전 링(150), 자기유변유체(10)를 포함하고, 베어링(190)을 더 포함할 수 있다.
하우징(110)은 내부에 다른 구성요소가 배치되는 공간(S)을 제공한다. 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 구성요소들이 하우징(110) 내에 배치되고, 자기유변유체(10)는 하우징(110) 내의 나머지 빈 공간에 채워질 수 있다. 하우징(110)은 샤프트(120), 회전 링(150)이 회전할 수 있는 공간(S)을 제공하도록, 대략 원통 형상을 가질 수 있으나, 내부에 샤프트(120), 회전 링(150)이 회전할 수 있는 공간(S)을 제공하는 범위 내라면 다른 형상이라도 무방하다.
일 예로, 하우징(110: 111, 115)은 코일부(130), 요크부(140), 회전 링(150) 및 자기유변유체(10)가 내부에 배치되는 공간(S)을 제공하는 제1 하우징(111), 및 제1 하우징(111)의 상부를 커버하여 제1 하우징(111)의 내부 공간(S)을 밀폐하는 제2 하우징(115)을 포함할 수 있다.
제1 하우징(111)의 공간(S)에 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 구성요소들과 자기유변유체(10)가 배치된 후, 제1 하우징(111)의 개방된 상부가 제2 하우징(115)으로 커버됨에 따라 내부가 밀폐될 수 있다. 본 발명은, 제1, 2 하우징(110: 111, 115)의 간단한 구조만으로 자기유변유체(10)를 밀폐시키면서 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 조립을 완료할 수 있는 이점이 있다.
샤프트(120)는 하우징(110)의 중심에서 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 샤프트(120)는 수직 방향으로 길게 연장되어 형성되고, 회전 링(150: 151, 152)들이 샤프트(120)의 축에 끼워져서 같이 회전될 수 있다. 또는, 샤프트(120)와 회전 링(150)이 일체로 형성될 수도 있다. 샤프트(120)의 상단에는 에지부(121)가 형성되고, 샤프트(120) 상단에 다이얼 등의 사용자 그립 수단(미도시)을 에지부(121)에 삽입하여 샤프트(120)의 축에 회전 힘을 용이하게 전달하도록 할 수 있다. 샤프트(120)의 하단은 제1 하우징(111)의 하부면에 형성된 샤프트 수용홈(114)에 안착되어, 샤프트(120)가 회전 중에 축의 위치가 샤프트 수용홈(114)에서 벗어나지 않게 지지될 수 있다.
코일부(130)는 하우징(110)의 내측에 배치될 수 있다. 하우징(110) 내부에 균일하게 자기장을 인가할 수 있도록, 코일부(130)도 하우징(110)의 수직 내벽(112)에 대응하는 형상으로 개구부가 형성된 링 형상인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 코일부(130)는 솔레노이드 코일로서 전류가 인가되면 수직 방향(샤프트 축 방향)으로 자기장을 형성하는 것이 바람직하다. 수직 방향의 자기장에 의해 자기유변유체(10)의 입자(11)들이 수직 방향(샤프트 축 방향)을 따라 체인 구조를 형성하여 회전 토크를 제어할 수 있다.
요크부(140)는 하우징(110) 내에 고정되게 설치될 수 있다. 요크부(140)는 외측면이 코일부(130)의 개구부 내측면(131)에 대향하도록 고정되게 설치될 수 있다.
요크부(140)는 적어도 후술할 회전 링(150: 151, 152)에 대향하는 제1 면(143) 및 제2 면(144)[도 5 참조]을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 요크부(140)의 내측면은 적어도 제1 면(143) 및 제2 면(144)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 요크부(140)는 회전 링(150: 151, 152)의 외주면(153: 153a, 153b)[도 5 참조]에 대향하는 제1 면(143: 143a, 143b) 및 회전 링(150: 151, 152)의 회전 면(154: 154a, 154b, 154c, 154d)에 대향하고 제1 면(143)에 수직인 제2 면(144: 144a, 144b)을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 요크부(140)의 중심에는 샤프트(120)가 관통할 수 있는 관통홀(149)이 형성될 수 있다.
다른 관점으로, 요크부(140)는 관통홀(149)이 형성된 원형 디스크 형상에 더하여, 원형 디스크의 외주에서 수직 방향으로 원통 형상으로 수직벽(146)이 형성되어, 단면(도 4 참조)의 형태가 관통홀(149)을 제외하면 대략 'H' 형상일 수 있다. 상호 대응하는 표면적을 높일 수 있도록, 요크부(140)의 수직벽(146)이 형성된 내측 공간으로 회전 링(150)이 안착될 수 있다.
회전 링(150)은 전체적으로 원형 디스크 형상을 가지고 샤프트(120)에 연결될 수 있다. 회전 링(150: 151, 152)에 샤프트(120)의 축 외경에 대응하는 관통홀(159)이 형성되어 샤프트(120)에 끼워질 수 있다. 고정 배치된 요크부(140)에 대해 회전 링(150)은 샤프트(120)의 회전에 연동되어 상대적으로 회전할 수 있다.
복수의 회전 링(150: 151, 152)이 하우징(110) 내부에 배치될 수 있고, 회전 링(150:151, 152)들이 상호 간격을 이루어 샤프트(120)에 연결될 수 있다. 특히, 어느 하나의 회전 링(152)에는 중앙부에 회전 링(152)의 회전 면(154)[또는, 원형 디스크 평면]과 단차를 가지는 갭 유지부(155)가 형성될 수 있다. 갭 유지부(155)에도 관통홀(159)이 형성됨은 물론이다. 요크부(140)의 관통홀(149)은 갭 유지부(155)의 외경에 대응하도록 형성될 수 있다. 갭 유지부(155)는 단차를 가지면서 회전 링(150)과 일체로 형성되기 때문에, 별도의 스페이서를 샤프트(120)에 끼울 필요없이 회전 링(150)만 순차적으로 샤프트(120)에 끼우는 방법으로, 회전 링(150)들의 상호 간격을 유지하도록 할 수 있는 이점이 있다.
도 4에서는 두개의 회전 링(150: 151, 152) 사이에 요크부(140)가 배치되는 예를 도시하나, 회전 링이 세개 이상이 되면 요크부(140)의 개수도 늘어날 수 있다. 이때, 요크부(140)는 회전 링(150)과 교대로 배치되면서 수직 방향으로 적층되는 배치 형태를 가질 수 있다. 제1 하우징(111)의 내부 공간(S)에 코일부(130)를 고정 배치하고, 회전 링(150)과 요크부(140)를 교대로 적층, 및 샤프트(120)를 삽입한 후 자기유변유체(10)를 채우고, 제2 하우징(115)으로 내부 공간(S)을 밀폐시키는 과정으로 조립이 완료될 수 있다. 본 발명은 요크부(140)와 회전 링(150)의 개수가 늘어나거나, 사이즈가 커질수록 회전 토크가 증가할 수 있고, 하우징(110) 내에 요크부(140)와 회전 링(150)을 교대로 적층하여 조립하는 간단한 공정으로 자기유변유체 회전 부하 장치(100)를 구성할 수 있으므로, 사용 목적에 맞는 토크값을 갖추기 위한 사이즈 변화에 유연하게 대응할 수 있는 이점이 있다.
요크부(140)와 회전 링(150) 사이에는 소정의 갭(G)이 형성되고, 갭(G)에 자기유변유체(10)가 채워질 수 있다. 구체적으로, 요크부(140)의 제1 면(143)과 회전 링(150)의 외주면(153) 사이, 및 요크부(140)의 제2 면(144)과 회전 링(150)의 회전 면(154) 사이에 갭(G)이 형성될 수 있다. 갭(G)은 하우징(110)과 요크부(140), 하우징(110)과 회전 링(150) 사이에도 형성될 수 있다. 갭(G)에 채워지는 자기유변유체(10)의 점도, 강성 등 특성이 변화함에 따라 회전 링(150)의 회전 토크가 변화할 수 있게 된다.
회전 링(160)의 회전 운동에서 회전 링(150)과 요크부(140) 사이에 발생하는 토크(T)의 크기는 전단응력과 접촉면적으로부터 다음과 같이 구해진다.
T = Tc + Tη + Tf
여기서, Tc는 전기장, 자기장 부하 시 발생하는 제어토크(controllable torque), Tη은 전기장, 자기장이 가해지지 않을 때 자기유변유체(10)의 점성으로 인한 점성 토크(viscous torque), Tf는 기계적 요소에서 발생하는 마찰토크(frictional torque)이다. 무부하 시 Tc는 나타나지 않게 된다.
따라서, 본 발명에서는 코일부(130)에서 자기유변유체(10)에 인가하는 자기장을 제어함에 따라, 즉, Tc를 제어함에 따라 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 전체 토크(T)를 자유자재로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭(G) 공간에서 자기유변유체(10)의 거동을 나타내는 개략도이다.
자기유변유체 회전부하 장치(100)는 코일부(130)에서 발생되는 자기장의 세기, 주파수, 파형 등을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 사용자가 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 샤프트(120)를 회전시킬 때, 제어부는 코일부(130)에서 인가하는 자기장을 변화시켜, 회전 링(150)의 토크를 변화시킬 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 요크부(140)와 회전 링(150) 사이의 갭(G)[또는, 하우징(110)과 요크부(140) 및 회전 링(150) 사이의 갭(G)]에는 자기유변유체(10)가 채워질 수 있다. 자기유변유체(10)는 자성 입자(11) 및 자성 입자(11)가 분산된 오일, 물 등 유체 형태의 매체(12)를 포함한다.
도 6(a)에서 자기장이 인가되지 않는 경우, 자성 입자(11)는 매체(12)에 분산된 상태를 나타낸다. 즉, 무부하 시 Tc = 0 이므로, T = Tη + Tf 로 고정된 값을 가진다. 반대로, 자기장이 인가되는 경우, 자성 입자(11)들은 자기장의 방향으로 자기 체인을 형성할 수 있다. 체인은 대략 회전 링(150)의 일면에서부터 요크부(140)의 일면에 닿을 정도로 형성될 수 있다. 이에 따라, Tc 값이 나타나므로, T = Tc + Tη + Tf 로 토크가 증가하며, Tc 값의 변화에 따라 전체 토크가 변화될 수 있다. 이에 따라, 샤프트(120)가 회전하기 위해 필요한 토크는 자기장의 세기, 자기 체인의 결합력, 요크부(140)와 회전 링(150)의 마찰 전단력 등에 의해 변화할 수 있다. 자기 체인이 보다 잘 형성되도록, 적어도 하우징(110)은 자성 부분을 포함할 수 있고, 요크부(140), 회전 링(150)도 자성 부분을 포함할 수 있다. 자성 부분을 포함하는 것은 전체가 자성 재질로 구성되거나, 일부만 자성 재질로 구성되는 형태를 포함한다. 자성 재질은 철, 니켈, 코발트, 페라이트(Fe3O4) 또는 이들의 합금과, 질화, 산화, 탄화, 규소화 등이 된 금속을 포함할 수 있다.
갭(G)의 크기는 자기유변유체(10) 내의 자성 입자(11) 직경 평균값의 10배 내지 100배인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20배 정도일 수 있다. 갭(G)이 너무 작으면 무부하 시의 토크 값이 커지거나, 구성들이 회전할 때 간섭이 생길 수 있는 문제가 있고, 갭(G)이 너무 커지면 장치의 소형화에 불리하고, 작은 자기장에서 자기 체인이 충분히 형성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 자성 입자(11)들의 직경은 약 2 ~ 10 ㎛에 분포될 수 있으며, 직경의 평균값은 약 5㎛일 수 있다. 이때, 갭(G)은 약 0.1mm일 수 있고, 이 수치 범위 내에서 자성 입자(11)들이 자기장의 방향으로 자기 체인을 형성하여 사용자의 손에 촉감의 변화를 전달할 정도의 Tc 값 변화를 유발할 수 있게 된다. 또한, 자기유변유체(10) 내의 자성 입자(11)가 많을수록 자기 체인을 강하게 형성하여 회전부하 장치에서 발생할 수 있는 최대 토크가 증가하며, 자기유변유체(10) 내에서 자성 입자(11)는 바람직하게는 60 ~ 95 wt% 일 수 있다. 자성 입자(11)가 60wt%보다 적으면 최대 토크의 크기가 적어져 사용자가 느끼기에 충분한 촉감, 강성 전달이 이루어지지 않을 수 있고, 95wt%보다 크면 너무 많은 자성 입자(11)에 의해 무부하 시의 토크 값이 커질 수 있다.
도 6(b)에는 가해지는 자기장의 세기에 따라 토크가 변화하는 형태가 도시된다. 코일부(130)에서 교류 자기장을 인가하면, 이에 대응하는 샤프트(120)의 토크가 발생할 수 있다. 이에 따라, 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 샤프트(120)를 회전하는 사용자에게 다양한 패턴 및 촉감을 제공할 수 있다.
한편, 자기유변유체 회전부하 장치(100)는 하우징(110)의 상부에 배치되는 베어링(190)을 더 포함할 수 있다. 베어링(190)은 하우징(110) 상부의 수용홈(117)에 연결될 수 있고, 샤프트(120)의 축이 삽입되어 샤프트(120)의 회전 마찰력을 제어할 수 있다. 이 외에, 하우징(110) 내부 공간에서 샤프트(120)의 축에 다른 베어링(미도시)이 삽입될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(200)의 개략 분해도이다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(200)의 개략 단면도이다. 도 9는 도 8의 VI 부분을 확대한 도면이다.
제2 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(200)는 도 2와 같이 제1 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(100)와 외관이 실질적으로 동일하거나, 유사할 수 있다. 이하에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하고 동일한 구성은 앞에서 설명한 것으로 대체한다. 제1, 2 실시예에서 동일한 구성은 도면부호가 100번대, 200번대인 것으로 상호 대응됨을 참조할 수 있다.
도 2, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 제2 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(200)는 하우징(210), 샤프트(220), 코일부(230), 요크부(240), 회전 링(250), 자기유변유체(10)를 포함하고, 베어링(290)을 더 포함할 수 있다. 하우징(210)과 샤프트(220)는 일부 형상의 차이 외에는 제1 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.
코일부(230)는 요크부(240)의 내측에 배치되되, 상호 간격을 이루어 샤프트(220)에 연결된 회전 링(250: 251, 252)의 직하부 또는 직상부에 배치될 수 있다. 코일부(230)의 관통홀(239)은 샤프트(220)가 관통되어 갭(G)을 이룰 정도로만 형성되고, 코일부(230)의 외주면은 요크부(240)의 내측면(244)에 연결되어 고정지지될 수 있다.
요크부(240)는 하우징(110) 내에 고정되게 설치될 수 있다. 요크부(240)의 외주면은 하우징(210)의 수직 내벽(212)에 대응하는 형상으로, 코일부(230)가 배치될 크기의 개구부가 형성된 링 형상인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 요크부(240)는 외측면이 하우징(210)의 수직 내벽(212)에 대향하도록 고정되게 설치될 수 있다.
요크부(240)는 적어도 회전 링(250: 251, 252)에 대향하는 제1 면(243), 및 회전 링(250)에 대향하지 않는 제2 면(244)[도 9 참조]을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 요크부(240)의 내측면은 적어도 제1 면(243) 및 제2 면(244)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 요크부(240)는 회전 링(250: 251, 252)의 외주면(253: 253a, 253b)[도 9 참조]에 대향하는 제1 면(243: 243a, 243b), 및 회전 링(250)에 대향하지 않는 제2 면(244)을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 제2 면(244)은 코일부(230)의 외주면과 대향, 연결될 수 있다. 다른 관점으로, 요크부(240)의 제2 면(244)과 샤프트(220) 사이에 코일부(230)가 배치될 수 있다.
회전 링(250)은 전체적으로 원형 디스크 형상을 가지고 샤프트(220)에 연결될 수 있다. 회전 링(250: 251, 252)에 샤프트(220)의 축 외경에 대응하는 관통홀(259)이 형성되어 샤프트(220)에 끼워질 수 있다. 요크부(240)의 제2 면(244)에 고정 배치된 코일부(230)에 대해 회전 링(250)은 샤프트(220)의 회전에 연동되어 상대적으로 회전할 수 있다.
복수의 회전 링(250: 251, 252)이 하우징(210) 내부에 배치될 수 있고, 회전 링(250:251, 252)들이 상호 간격을 이루어 샤프트(220)에 연결될 수 있다. 회전 링(250: 251, 252) 사이에는 코일부(230)가 배치되어, 회전 링(250)의 회전 면(254)과 코일부(230)의 상하부면(234: 234a, 234b)이 대향할 수 있다. 복수의 코일부(230)가 구비되어 각각 회전 링(250)들 사이에 배치될 수도 있다.
요크부(240)와 회전 링(250), 및 코일부(230)와 회전 링(250) 사이에는 소정의 갭(G)이 형성되고, 갭(G)에 자기유변유체(10)가 채워질 수 있다. 구체적으로, 요크부(240)의 제1 면(243)과 회전 링(250)의 외주면(253) 사이, 및 코일부(230)의 상하부면(234)과 회전 링(250)의 회전 면(254) 사이에 갭(G)이 형성될 수 있다. 갭(G)은 하우징(210)과 회전링(250), 코일부(230)와 샤프트(220) 사이에도 형성될 수 있다. 갭(G)에 채워지는 자기유변유체(10)의 점도, 강성 등 특성이 변화함에 따라 회전 링(250)의 회전 토크가 변화할 수 있게 된다.
한편, 회전 링(250)의 회전 면(254)에 대향하는 코일부(230)의 면(234) 상에 보호부(260)가 연결될 수 있다. 코일부(230)와 자기유변유체(10)가 직접 접촉할 경우, 자기유변유체가 코일부(230)의 코일 틈으로 침투할 수 있다. 이에 따라, 자기유변유체(10)와 접촉할 수 있는 코일부(230)의 면(234) 상에 평판 형태의 보호부(260)를 배치하여 코일부(230)의 틈새를 커버할 수 있다.
본 발명은 코일부(230)와 회전 링(250)의 거리가 최인접하면서 동시에 넓은 면적으로 상호 대향하고 있으므로, 코일부(230)에서 생성된 자기장이 곧바로 코일부(230)와 회전 링(250)의 갭(G)에 채워진 자기유변유체(10)에 인가될 수 있다. 넓은 면적으로 강한 세기의 자기장이 인가되어 보다 많고 강한 세기의 자기 체인이 형성되므로, 회전 토크를 현저히 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
제2 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(200)는 제1 실시예에 비해 코일부(230)가 회전 링(250)의 외주 바깥에 위치하지 않고, 회전 링(250)의 상부 또는 하부에 배치되므로, 코일부(230)의 배치로 인한 전체 장치(200)의 직경 사이즈를 감축할 수 있는 이점이 있다. 제1 실시예는 코일부(130)가 요크부(140) 및 회전 링(150)의 외주 바깥에 배치되므로 전체 장치(100)의 직경 사이즈가 상대적으로 클 수 있다.
또한, 제2 실시예의 자기유변유체 회전부하 장치(200)는 코일부(230)와 회전 링(250)이 최인접하므로 강한 자기장의 인가로 회전 토크를 현저히 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 큰 토크가 필요한 대상체에 장치(200)를 적용할 수 있으며, 브레이크와 같은 제동 장치에도 적용이 가능하다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(300)의 개략 사시도이다. 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(300)의 개략 분해도이다. 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치(300)의 개략 단면도이다. 도 13은 도 12의 VII 부분을 확대한 도면이다. 이하에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하고 동일한 구성은 앞에서 설명한 것으로 대체한다. 제1, 3 실시예에서 동일한 구성은 도면부호가 100번대, 300번대인 것으로 상호 대응됨을 참조할 수 있다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 자기유변유체 회전부하 장치(300)는 하우징(310), 샤프트(320), 코일부(330), 요크부(340), 회전 링(350)을 포함하고, 쉴드 커버(380), 베어링(390)을 더 포함할 수 있다. 하우징(310), 샤프트(320), 코일부(330)는 일부 형상의 차이 외에는 제1 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.
코일부(330)는 하우징(310)의 내측에 배치될 수 있다. 하우징(310) 내부에 균일하게 자기장을 인가할 수 있도록, 코일부(330)도 하우징(310)의 수직 내벽에 대응하는 형상으로 개구부가 형성된 링 형상인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 코일부(330)에서 형성하는 수직 방향의 자기장에 의해 자기유변유체(10)의 입자(11)들이 수직 방향(샤프트 축 방향)을 따라 체인을 형성하여 회전 토크를 제어할 수 있다.
요크부(340: 340a, 340b, 340c)는 하우징(310) 내에 고정되게 설치될 수 있다. 요크부(340)는 외측면이 코일부(330)의 개구부 내측면(331)에 대향하도록 고정되게 설치될 수 있다.
요크부(340)는 적어도 회전 링(350: 351, 352)에 대향하는 제1 면(343: 343a, 343b) 및 제2 면(344)[도 13 참조]을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 요크부(340)의 내측면은 적어도 제1 면(343) 및 제2 면(344)을 포함할 수 있다.
요크부(340: 340a, 340b, 340c)는 하우징(310) 내에 고정되며, 적어도 하나의 요크 링(340b)을 포함할 수 있다. 요크 링(340b)은 회전 링(350: 351, 352)과 교대로 배치되고, 회전 링(350: 351, 352)과 소정의 갭(G)을 형성하여 갭(G)에 자기유변유체(10)가 채워지도록 할 수 있다. 본 명세서에서는 두개의 회전 링(350: 351, 352) 사이에 한개의 요크 링(340b)이 배치되는 형태를 예시하나, 회전 링(350)과 요크 링(340b)의 개수는 더 많아질 수 있다.
요크부(340)는 상단에 상부 요크(340a), 하단에 하부 요크(340c)를 포함하고, 상부 요크(340a)와 하부 요크(340c)가 형성하는 내부 공간에 적어도 하나의 요크 링(340b)이 배치될 수 있다.
상부 요크(340a)는 요크부(340)의 상부벽 및 측벽을 구성할 수 있다. 상부 요크(340a)도 하우징(310)처럼 샤프트(320), 회전 링(350)이 회전할 수 있는 공간을 제공하도록, 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 상부 요크(340a)는 회전 링(350), 요크 링(340b)의 외경보다 큰 내경을 갖는 것이 바람직하다. 상부 요크(340a)의 상부면 중심에는 샤프트(320) 및 갭유지부(355)가 끼워질 수 있는 관통홀(349)이 형성될 수 있다. 또한, 상부 요크(340a)의 상부면에는 복수의 유체 통과홀(347a)이 형성될 수 있다.
적어도 하나의 회전 링(350: 351, 352)과 적어도 하나의 요크 링(340b)은 상부 요크(340a)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 요크 링(340b)은 상부 요크(340a)의 내부 공간에 고정되도록 설치되고, 회전 링(350)은 요크 링(340b)의 상부 및/또는 하부에 배치되어 샤프트(320)의 회전에 연동되어 회전할 수 있도록 설치될 수 있다.
요크 링(340b)은 회전 링(350)의 상부 및/또는 하부에 배치될 수 있다. 요크 링(340b)은 회전 링(350)과 평면 부분(344, 354)이 상호 마주볼 수 있도록 전체적으로 원형 디스크 형상을 가질 수 있다. 요크 링(340b)의 중심에는 샤프트(320) 및 갭 유지부(355)가 끼워질 수 있는 관통홀(349)이 형성될 수 있다.
한편, 요크 링(340b)과 회전 링(350)의 평면 부분(344, 354)이 상호 마주보면서도 전체적인 높이를 줄이고, 상호 대응하는 표면적을 높일 수 있도록, 요크 링(340b)의 상부면에는 단차가 형성되어 단차벽(346b)이 형성된 공간으로 회전 링(350: 351)이 안착될 수 있다.
하부 요크(340c)는 상부 요크(340a)의 하부에 설치되어, 하부가 개방된 상부 요크(340a)의 하부를 밀폐시킬 수 있다. 동시에, 하부 요크(340c) 상부의 평면 부분이 회전 링(350: 352)의 하측 평면과 상호 마주볼 수 있도록 할 수 있다. 또한, 하부 요크(340c)의 상부에는 샤프트 수용홈(348)이 형성되어 샤프트(320)의 하단의 일부가 수용되도록 할 수 있다. 이에 따라, 샤프트(320)가 회전 중에 축의 위치가 샤프트 수용홈(348)에서 벗어나지 않게 되는 효과가 있다.
상부 요크(340a)와 하부 요크(340c)에 의해 내부가 밀폐되고, 내부 공간에 회전 링(350)과 요크 링(340b)이 수직방향을 따라 번갈아 배치될 수 있다. 수직방향은 샤프트(320) 축의 형성 방향에 대응하고, 수평방향은 회전 링(350)의 평면 방향에 대응한다. 이에 따라, 상부 요크(340a)의 상부 내측면, 요크 링(340b)의 상측면과 하측면, 하부 요크(340c)의 상측면은 회전 링(350)의 상측면, 하측면과 소정의 갭(G)을 가질 수 있게 된다[도 13 참조].
한편, 상부 요크(340a)의 상부면에는 단차가 형성되어 단차벽(346a)에 형성된 공간으로 쉴드 커버(380)가 안착될 수 있다. 쉴드 커버(380)는 상부 요크(340a)의 상부면을 밀폐하여 자기유변유체(10)가 요크부(340)의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 쉴드 커버(380)는 가운데에 홀(389)이 형성되어 샤프트(320) 축이 통과할 수 있다.
종래의 기계식 조그 다이얼은 단일 촉감만을 제공하여 다양한 사양자 모드에 따른 패턴의 다양성을 줄 수 없으며, 기계 동작에 의한 마모가 문제가 될 수 있다. 또한, 기계식 조그 다이얼 외에도 진동 모터 타입의 조그도 있지만 진동 모터 타입은 직접 촉감이 아닌 하부에 배치된 진동 모터를 통한 간접 촉감을 전달하므로 직접 촉감 전달에 비해 촉감 전달력이 떨어지게 된다.
반면, 본 발명은 코일부(130, 230, 330)에서 인가하는 자기장의 입력 신호에 따라 다양한 토크 패턴을 형성할 수 있어 사용자가 다양한 촉감을 느낄 수 있고, 자기유변유체(10)의 상태 변화에 따라 전단력을 변화시키므로 마모에 대한 문제가 해소되며, 샤프트(120, 220, 320)를 통해 직접적인 촉감 전달이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 자기유변유체(10)의 물성에 따라 다양한 어플리케이션의 목적에 맞춰 특성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 무거운 촉감이 요구되면 점도가 높은 자기유변유체의 적용 등이 가능하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 통과홀(147, 157, 347)이 형성된 요크부(140, 340a, 340b), 회전 링(150)을 나타내는 개략도[(a), (b)] 및 유체 통과홀(157, 157')에서 자기체인의 형태를 나타내는 개략도[(c), (d)]이다. 도 15는 일 실험예에 따른 유체 통과홀 형성 전후 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 14(a), (b)를 참조하면, 요크부(140), 상부 요크(340a), 요크 링(340b) 등에는 복수의 유체 통과홀(147, 347: 347a, 347b)을 형성할 수 있다. 또한, 회전 링에도 복수의 유체 통과홀(157)을 형성할 수 있다. 유체 통과홀(147, 157, 347)은 요크부(140, 340)의 면(344, 344), 회전 링(150)의 회전 면(154)과 같은 수평면 상에서 수직으로 관통 형성될 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않고, 유체 통과홀은 수직벽(146), 단차벽(346a, 346b)과 같은 수직면 상에서 수평으로 관통 형성될 수도 있다.
도 14(c)를 참조하면, 유체 통과홀(157)은 자기유변유체(10)의 자성 입자(11)들이 수직 체인을 형성할 수 있는 길이를 더 늘려줄 수 있다(G1 -> G2). 즉, 자성 입자(11)들의 체인의 길이가 원래 갭(G, G1)의 두께에서 유체 통과홀(157)의 두께만큼 더 추가되어 갭(G2)에 이르는 길이로 형성될 수 있다. 이에 따라, 동일한 부하 인가에 대해서 Tc 값의 변화량이 더 커지고, 전체 토크를 더 크게 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 요크부(140, 340), 회전 링(150)의 직경이 약 10mm일 때, 유체 통과홀(147, 157, 347)의 직경은 약 0.3mm일 수 있다.
도 14(d)를 참조하면, 유체 통과홀(157')은 반드시 수직(a=90°)으로 관통 형성되지 않고, 기울어진 각도(a)로 형성될 수 있다. 유체 통과홀(157')을 기울게 형성함에 따라, 보다 확장된 유체 통과홀(157')의 표면적을 따라 자성 입자(11)들의 체인이 늘어날 수 있다. 즉, 자성 입자(11)들의 체인이 원래 갭(G, G1), 유체 통과홀(157')의 두께만큼 더 추가된 갭(G2)에 형성되는 것에 더하여, 유체 통과홀(157')의 기울어진 면에서 회전 링(150)의 회전 면(154), 또는 요크부(140)의 면(144)까지 이르는 갭(G3)에 더 형성될 수 있게 된다. 특히, 기울어지는 방향은 회전 링(150)의 회전 방향(R)을 따라 형성하는 것이 바람직하다.
기울어진 각도(a)는 유체 통과홀(157')의 직경, 개수, 회전 토크의 세기 등을 고려하여 설정될 수 있으나, 30° 내지 80° 기울어진 각도(a)로 형성되는 것이 바람직하다. 30°보다 작으면 유체 통과홀(157')이 수평면 상에서 너무 큰 크기로 관통되어 유체 통과홀의 본연의 효과를 나타내기 어렵고, 80°보다 크면, 수직인 유체 통과홀(157)과 거의 효과의 차이가 나타나지 않게 될 수 있다.
도 15(a), (b)를 참조하면, 10Hz, 100Hz로 부하를 인가할 때, 유체 통과홀(147, 157, 347)이 있는 경우 토크가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 심지어, 자기장이 인가되지 않는 무부하인 경우에도 유체 통과홀(147, 157, 347)이 있을 때 토크가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 유체 통과홀(147, 157, 347) 내에 자기유변유체(10)가 유입됨에 따라 마찰토크 Tf 값이 증가된 결과로 보인다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 요크부(140), 회전 링(150)의 수평면 상 패턴 형태를 나타내는 개략도이다. 도 16(a)는 요크부(140), 회전 링(150)의 개략 측단면도, 도 16(b)는 개략 평면도이다.
도 16(a)를 참조하면, 요크부(140)의 면(144) 상에 돌출 패턴(P1)이 형성되거나, 회전 링(150)의 회전 면(154) 상에 돌출 패턴(P2)이 형성될 수 있다. 돌출 패턴(P1, P2)은 요크부(140)와 회전 링(150) 사이의 표면적을 늘려 보다 많은 자기 체인이 형성되도록 할 수 있다. 이에 따라, 동일한 사이즈의 자기유변유체 회전부하 장치(100)에서 회전 토크가 증가되도록 할 수 있다. 돌출 패턴(P1, P2)뿐 아니라 요크부(140)의 면(144), 회전 링(150)의 회전 면(154)의 표면을 거칠게 하여 표면 조도(surface roughness)를 높이는 방식으로 표면적을 늘려 보다 많은 자기 체인이 형성되도록 할 수도 있다.
돌출 패턴(P1, P2)은 요크부(140), 회전 링(150) 중 어느 하나에만 형성될 수도 있고, 모두 형성될 수도 있다. 또한, 돌출 패턴(P1, P2)은 상호 마주보게 형성되거나, 엇갈리게 형성될 수 있다.
도 16(b)를 참조하면, 돌출 패턴(P3, P4)은 요크부(140), 회전 링(150)의 면(144, 154) 상에서 영역 별로 형성될 수 있다. 돌출 패턴(P3, P4)의 형성 영역, 형성 간격, 각도 등은 자유롭게 변경 가능하다.
일 예로, 돌출 패턴(P3, P4)이 요크부(140), 회전 링(150) 상에 상호 마주보게 형성되되, 45°마다 총 8개가 방사형으로 형성될 수 있다. 도 16(b1)에서 사용자는 SP1 지점을 기준으로 샤프트(120)를 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 이때, 돌출 패턴(P3, P4)이 상호 마주보고 자기 체인이 짧은 갭(돌출 패턴 사이의 거리에 대응) 내에서 형성되므로 상대적으로 강한 토크(T1)가 작용할 수 있다. 이어서, 도 16(b2)와 같이 SP2 지점에서 회전시키는 경우, 돌출 패턴(P3, P4)이 상호 마주보지 않는 영역에서는 자기 체인이 상대적으로 긴 갭(요크부와 회전링의 면 거리에 대응) 내에서 형성되므로 상대적으로 약한 토크(T2)가 작용할 수 있다. T1에서 T2로 약해진 토크가 작용하므로 사용자는 회전이 느슨해진 촉각을 제공받을 수 있다. 이어서, 도 16(b3)와 같이 SP3 지점까지 회전이 도달하는 경우, 다시 돌출 패턴(P3, P4)이 상호 마주보고 자기 체인이 짧은 갭(돌출 패턴 사이의 거리에 대응) 내에서 형성되므로 상대적으로 강한 토크(T1)가 작용할 수 있다. T2에서 T1으로 약해진 토크가 작용하므로 사용자는 회전이 단단해진 촉각을 제공받을 수 있다. 이와 같이, 사용자가 샤프트(120)를 회전하는 가운데, 토크가 영역 별로 변화되는 촉감을 제공받을 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변유체의 점도에 따른 토크값을 나타내는 그래프이다. 일 예로, 표준 점도는 약 0.15Pa·s, 고점도는 약 0.4Pa·s로 설정하고, 밀도는 약 2.8g/ml, 3.8g/ml로 설정하였다.
도 17(a), (b)를 참조하면, 10Hz, 100Hz로 부하를 인가할 때, 고점도 자기유변유체(10)의 경우 토크가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 표준 점도에서 부하 전압을 10V 이상으로 크게 하여도 구현하기 어려운 토크 값을 고점도 자기유변유체(10)를 통해 구현할 수 있다. 일 예로, 5V 기준으로 표준 점도로는 1.5mN·m 보다 큰 토크를 구현하기 어렵지만, 고점도로는 2mN·m보다 큰 토크도 구현할 수 있다. 특히, 차량에서 12V의 부하 사용시에 구현 토크치를 최대한 증가시켜, 특정 상황(위험 상황, 주행시 등)에서 회전부하 장치의 회전을 방지하는 응용도 가능하다. 이렇듯 자기유변유체(10)의 점도를 자기유변유체 회전부하 장치(100)에의 최대 토크를 증가시킬 수 있게 설정하여 사용자의 회전조작을 막는 안전 락(Safety Lock) 기능을 적용할 수 있다. 최대 토크값에서 사용자의 회전조작을 막을 정도의 범위라면, 안전 락 기능은 점도의 조절 외에도 회전 링과 요크부의 개수, 면적(대향 면적, 표면적 등)을 늘리거나, 갭(G)을 줄이는 구조적인 변경으로 구현 가능하다. 또한, 코일부에 보다 큰 전류를 인가하는 방법으로도 안전 락 기능을 구현할 수 있다.
안전 락 기능은 차량에서 운전 중의 위험한 조작(예를 들어, 주행 중 조그 다이얼 기어의 변속)을 방지하여 안전을 담보할 수 있을 뿐 아니라, 세탁기 등 가전에서도 동작 중 아이들의 예상치 않은 조작을 방지할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 예비입력신호(Pre-Input Signal) 인가로 침전된 자기유변유체가 재분산되는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 예비입력신호 인가시 자기유변유체가 스파이크 형상을 가지는 사진이다.
자기유변유체(10)를 적용함에 있어서, 유체(12) 내에서 자성 입자(11)의 침강이 문제될 수 있다. 시간이 지날수록 자성 입자가 아래로 가라앉기 때문에 하우징(110) 내부에 골고루 자성 입자가 분산되지 않는 경우 자기 체인이 제대로 형성될 수 없다. 또는, 자기유변유체 회전부하 장치(100)를 지속적으로 사용함에 따라 자성 입자(11)가 요크부(140)와 회전 링(150) 사이의 갭(G)에서 특정 부분에 집중될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예의 장치(100)에서는 요크부(140), 회전 링(150)의 외곽 부분이 솔레노이드 코일부(130)에 근접하기 때문에 체인이 많이 형성되며, 샤프트(120) 축에 가까운 내측으로 갈수록 솔레노이드 코일부(130)에서 멀어지기 때문에 약한 자기장으로 인해 체인이 상대적으로 적게 형성될 수 있다. 이렇게 자성 입자(11)의 침전으로 인해 갭(G) 내에서 특정 영역에만 자성 입자(11)들이 몰릴 수 있고, 하우징(110)의 내에서도 하부 영역에 자성 입자(11)들이 침전되어 몰릴 수도 있다. 이 상태에서 곧바로 자기유변유체 회전부하 장치(100)를 동작하면, 기설정한 크기와 다른 크기의 토크가 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명은 자기유변유체 회전부하 장치(100) 내에서 자성 입자(11)가 침전된 경우 원활하게 재분산 시키기 위해, 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 동작 전, 제어부(미도시)에서 코일부(130)로 스파이크, 펄스, 사인파 형태의 예비입력신호(Pre-Input Signal)를 전달하는 것을 특징으로 한다. 제어부는 자기유변유체 회전부하 장치(100)가 설정시간 이상 동작이 수행되지 않은 경우, 동작 전 코일부(130)로 예비입력신호를 전달할 수 있다.
예비입력신호는 도 6에서 상술한 자기체인을 구성하는 입력신호와는 구분된다. 예비입력신호는 자기유변유체(10) 내의 자성입자가 이동하여 갭(G) 내에서 수직 또는 수평방향 중 적어도 어느 한 방향으로 불완전 또는 완전한 체인 형상을 이루는 신호로서, 특정 주파수, 파형 등을 가질 필요없이, 단수 또는 복수로 강한 세기의 자기장을 인가하는 신호일 수 있다. 또한, 예비입력신호는 갭(G)의 하부면[일 예로, 회전 링(150) 상부면]으로부터 갭(G)의 상부면[일 예로, 요크부(140) 하부면]까지 이어지도록 자성 입자(11)가 완전한 자기체인을 구성하는 신호일 필요도 없다. 도 19에는 자성입자에 의한 불완전한 체인 형상인 다양한 스파이크 형상이 예시된다.
예비입력신호를 통해 코일부(130)에서 자기장이 인가되면 자기유변유체(10) 내의 침전된 입자(11)들이 자기장의 방향으로 스파이크 형상과 같은 불완전한 체인 형상을 이루게 되고, 동시에 또는 직후에, 자기장의 인가가 해제되거나 미약한 자기장만 인가될 수 있다. 이에 따라, 스파이크 등의 형상이 해제되고, 스파이크 등과 같이 불완전한 체인 형상을 이루던 자성 입자(11)들이 퍼지게 되면서 갭(G) 내에서 재분산되는 효과가 나타날 수 있다.
한편, 제어부는 자기유변유체 회전부하 장치(100)의 동작 전압 V1 인가시 요크부(140)와 회전 링(150) 사이의 갭(G)에서 가장 적은 높이로 형성되는 자기 체인의 높이가 갭(G)의 높이보다 낮다고 판단한 경우, 이를 해소하기 위한 예비입력신호 전압 V2를 V1보다 크게 하여 인가할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변유체의 온도에 따른 토크값을 나타내는 그래프이다.
도 20을 참조하면, 5V 기준으로 자기유변유체의 점성, 전단응력의 특성 변화에 따라서 초기 상태(default 상태)보다 고온 상태(회전부하 장치의 작동 상태)가 될수록 점차 토크가 낮아짐을 확인할 수 있다. 따라서, 제어부는 자기유변유체 회전부하 장치의 동작 온도를 감지한 후, 초기 동작 온도 대비 온도가 상승한 경우, 온도 상승에 따른 토크의 감소분을 상쇄할 수 있도록 자기장의 세기, 패턴 등을 제어하여 초기 동작 온도에서의 토크 세기를 고온 상태에서도 유지할 수 있다. 이에 따라, 여름, 겨울 등 외부의 온도 환경에 관계없이 토크값의 균일성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 ABS(Anti-lock Brake System) 시스템에 적용시의 토크값을 나타내는 그래프이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 자기유변유체 회전부하 장치는 요크부(140), 회전 링(150)을 복수층 적층하거나 표면적을 증가시켜 토크를 증가시킬 수도 있고, 제2 실시예처럼 코일부(2230)를 회전 링(250)에 최인접하도록 배치하여 토크를 증가시킬 수도 있다. 이에 따라, 큰 토크가 필요한 대상체에 자기유변유체 회전부하 장치를 적용할 수 있다. 대상체는 차량과 같은 운송 수단이 될 수 있고, 자기유변유체 회전부하 장치는 브레이크와 같은 제동 장치가 될 수 있다.
특히, 본 발명은 종래의 기계식 제동 장치처럼 복잡한 구조와 여러 부품을 채용하여 순간적으로 다양한 토크값을 변화시키도록 제어할 필요없이, 코일부에서 인가하는 자기장의 세기, 패턴의 변화만으로 다양한 토크값을 구현할 수 있다. 이에 따라, 도 21과 같은 토크 변화를 구현하도록 ABS(Anti-lock Brake System) 시스템에 본 발명의 자기유변유체 회전부하 장치를 적용할 수 있다.
차량이 급제동 할때 타이어가 순간적으로 잠김(Lock) 현상이 발생하면 자동차는 제동력을 상실하고 지면 위에서 관성력(주행속도)에 의해 미끄러질 수 있다. 차량의 미끄러짐이 발생하는 순간 최대 정지마찰력이 발생하고, 미끄러지면서부터는 마찰력이 상대적으로 적은 운동마찰력이 작용할 수 있다. ABS 시스템은 최대 정지마찰력이 작동하는 짧은 순간을 반복적으로 발생시켜, 정지마찰력이 운동마찰력으로 바뀌는 시점을 계속적으로 생성함에 따라 마찰력을 극대화할 수 있다.
종래의 ABS 시스템은 브레이크에 유압, 감압을 제어하는 펌프, 어큐뮬레이터 등을 포함하는 ABS 모듈레이터가 더 필요하고, 정지마찰력이 작동하는 패턴을 빠르게 하는데 한계가 있었다. 반면, 본 발명의 자기유변유체 회전부하 장치는 자기장이 인가되는 세기 및 주기를 제어하는 간단한 구성으로 ABS 시스템을 구현할 수 있는 이점이 있다.
일 실시예에 따르면, 차량의 급제동 시, 차량의 휠 락(Wheel Lock)에 의하여 차량 조향이 불가능한 점을 개선하기 위하여 휠 슬립율을 20% 수준으로 유지할 수 있다. 슬립율(%)은 {V(차량속도)-V(휠속도)}/V(휠속도) 로 산출될 수 있다.
본 발명이 적용된 제동 장치는, 반복되는 유압 브레이크 제어에 의한 내구성의 문제를 개선할 수 있고, 정확한 브레이크의 제어가 가능하며, ABS 모듈레이터의 잦은 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 모듈을 나타내는 개략도이다. 도 23은 본 발명의 여러 실시예에 따른 자기유변유체 회전부하 장치가 적용된 상태를 나타낸다.
자기유변유체 회전부하 장치(300)에 다양한 유닛을 결합하여 회전부하 모듈로서 응용이 가능한다. 일 실시예에 따르면, 자기유변유체 회전부하 모듈은 자기유변유체 회전부하 장치(300)에 인코더 센서(400)를 결합한 형태일 수 있다. 보통 베어링(390)과 샤프트(320)를 결합하여 회전 마찰력을 줄이지만, 회전 속도, 위치, 방향에 대한 데이터를 센싱하는 인코더에 베어링(390)을 결합한 인코더 센서(400)를 자기유변유체 회전부하 장치(300)에 결합할 수 있다.
자기유변유체 회전부하 장치, 회전부하 모듈은 다이얼(dial)이나 휠(wheel)이 장착된 디바이스에 모두 적용이 가능하다.
일 예로, 차량에 적용시, 일반 주행 모드로 조그 다이얼(회전부하 장치)를 설정할 때, 가벼운 진동, 적은 토크의 촉감을 제공하는 반면, 스포츠 주행 모드로 조그 다이얼을 설정할 때, 강한 진동, 강한 토크의 촉감을 제공할 수 있다. 다른 예로, 차량에서 기어 변환을 위해 조그 다이얼을 돌리는 경우, 주차(P), 주행(D), 중립(N), 후진(R)에 따라 진동, 토크의 강도를 다르게 할 제공할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 조그 다이얼을 육안으로 확인할 필요없이, 시선을 전방에 둔 상태에서 촉감으로만 주행 모드나 기어를 용이하게 변환할 수 있게 된다.
다른 예로, 도 23 (a)처럼 세탁기(400), 전자레인지 등의 UI(user interface)에 자기유변유체 회전부하 장치(100)가 적용되어, 각종 구동 모드에 대응하는 위치에 다이얼[샤프트(120)]가 자리잡게 될 수 있고, 구동 모드에 따른 다양한 촉각을 제공할 수 있다. 일 예로, 세탁기에서 일반 세탁 모드로 설정시에는 부드러운 회전 촉감을 제공하다가, 강력 세탁 모드로 설정시에는 센 토크로서 회전 촉감을 제공할 수 있다.
또한, 도 23 (b)처럼 마우스(500)의 휠에 적용하여 사용 환경에 따른 휠 조작의 토크가 변화하여 다양한 햅틱 촉각을 제공할 수 있다. 일 예로, 게임 중에 위기 상황이 발생한 경우 휠의 구동을 위한 토크가 강해질 수 있다. 또한, 도 23 (c)와 같이 마우스 휠을 이용하여 좌우로 움직이는 벽돌깨기 게임(600)을 할 때, 휠을 상하방향으로 조작하여 좌우로 반사체(610)를 움직이는 중에, 휠을 상부 방향으로 구동하여 왼쪽 가장자리까지 반사체가 이동하여 더 이상 이동할 공간이 없을때, 상부 방향으로 구동하는 마우스 휠의 토크가 강해져 더 이상 조작이 어려울 수 있고, 하부 방향으로의 마우스 휠의 구동만 허가될 수 있다. 또한, 반사체(610)에 공(620)이 반사되는 순간 휠의 강성을 순간 변화시켜 공(620)이 반사되는 상태를 사용자에게 촉각으로 바로 제공할 수도 있다.
위와 같이 본 발명은, 회전부하 장치의 회전 시 다양한 입력 신호에 따라 다양한 패턴을 만들어 줄 수 있어 사용자 촉감을 다양하고 고급스럽게 느끼게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 회전 토크를 변화시킬 수 있고, 생산원가를 절감할 수 있으며, 장치의 소형화가 용이하며, 자기유변유체의 전단 특성이나 점도를 이용하여 목적에 맞는 다양한 적용이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (22)

  1. 하우징;
    하우징 내에 고정되는 요크부;
    하우징 내에서 회전 가능하도록 설치되는 샤프트;
    샤프트에 연결되고 샤프트의 회전에 연동되어 회전하는 적어도 하나의 회전 링;
    하우징의 내에 배치되는 코일부;
    하우징 내의 적어도 일부에 채워지는 자기유변유체;
    를 포함하고,
    상기 하우징의 적어도 일부는 자성 재료로 구성되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    자기유변유체 내의 자성 입자의 함량은 60wt% 내지 95wt%인, 자기유변유체 회전부하 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    자기유변유체 내의 자성 입자의 함량이 증가할수록 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커지는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    자기유변유체가 배치되는 적어도 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭의 크기는 자기유변유체 내의 자성 입자의 직경 평균값의 10배 내지 100배인, 자기유변유체 회전부하 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    자기유변유체의 점도가 커질수록 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커지는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    자기유변유체의 점도, 요크부 및 회전 링의 개수, 요크부와 회전 링의 면적, 요크부와 회전 링 사이의 갭의 크기, 코일부에 인가하는 전류의 세기 중 적어도 어느 하나는 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크의 최대값을 증가시켜 사용자의 특정 상황에서 회전 조작을 방지하는 정도로 설정되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    코일부에서 자기유변유체에 인가하는 자기장을 제어하는 제어부를 더 포함하는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    자기유변유체 회전부하 장치의 동작 전, 제어부에서 코일부로 예비입력신호를 전달하되,
    예비입력신호는 자기유변유체의 침전된 입자들이 소정의 갭 내에서 수직 또는 수평방향 중 적어도 한 방향으로 불완전 또는 완전 체인 형상을 이룬 후 재분산되는 신호인, 자기유변유체 회전부하 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    불완전한 체인 형상은 스파이크 형상인, 자기유변유체 회전부하 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    제어부가 코일부에 동작 전압 V1을 인가할 때, 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭에서 자기유변유체의 입자들이 형성하는 체인의 높이가 갭의 높이보다 낮다고 판단한 경우 V1보다 큰 세기의 전압 V2를 인가하는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    자기유변유체 회전부하 장치의 초기 동작 온도 대비 온도 상승시, 제어부는 자기장의 세기, 패턴 중 어느 하나를 제어하여 초기 동작 온도의 토크 세기를 유지하는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 회전 링이 상호 간격을 이루어 샤프트에 연결되고,
    요크부는, 회전 링의 외주면과 대향하는 제1 면과, 회전 링의 회전 면에 대향하고 제1면에 수직인 제2 면을 포함하는 형상을 가지는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    요크부는 회전 링의 외측에 배치되고, 요크부와 하우징의 수직 내측 사이에 코일부가 배치되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 회전 링이 상호 간격을 이루어 샤프트에 연결되고,
    요크부는, 회전 링의 외주면과 대향하는 제1 면 및 회전 링의 외주면과 대향하지 않는 제2 면을 포함하는 형상을 가지는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    요크부는 하우징의 수직 내측에 배치되고,
    요크부의 제2 면과 샤프트 사이에 코일부가 배치되며,
    회전 링의 회전 면에 대향하는 코일부의 면 상에 보호부가 연결되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    요크부는 적어도 하나의 요크 링을 포함하고,
    요크 링과 회전 링이 상호 소정의 갭을 가지고 수직 방향을 따라 번갈아 배치되며,
    요크부는 회전 링의 외측에 배치되고, 요크부와 하우징의 수직 내측 사이에 코일부가 배치되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    코일부에서 자기유변유체에 자기장이 인가되면, 자기유변유체의 입자들이 수직 방향으로 체인을 형성하여 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크를 증가시키는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    회전 링의 회전 면, 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면 중 적어도 어느 하나에는 유체 통과홀이 형성되고,
    자기유변유체는 요크부와 회전 링 사이의 소정의 갭 및 유체 통과홀에 배치되어, 자기장 인가시 갭 및 유체 통과홀 내에서 수직 방향으로 체인을 형성함에 따라 요크부와 회전 링 사이에 작용하는 회전 토크가 커지는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    유체 통과홀은 회전 링의 회전 면 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면에 30° 내지 80° 기울어진 각도로 형성되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    (1) 회전 링의 회전 면 또는 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면의 상부에 돌출 패턴이 형성되거나,
    (2) 회전 링의 회전 면, 및 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면의 상부에 돌출 패턴이 상호 마주보게 형성되거나, 엇갈리게 형성되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    회전 링의 회전 면, 회전 링의 회전 면에 대향하는 요크부의 면 중 적어도 어느 하나의 면 상에 복수의 영역 별로 돌출 패턴이 형성되는, 자기유변유체 회전부하 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    하우징의 상부에 배치되고, 샤프트의 축이 삽입되어 회전 마찰력이 제어되는 베어링을 더 포함하는, 자기유변유체 회전부하 장치.
PCT/KR2021/010113 2020-11-09 2021-08-03 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법 Ceased WO2022097883A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/800,625 US20230341885A1 (en) 2020-11-09 2021-08-03 Magnetorheological fluid rotation load device and control method therefor
EP21889351.9A EP4095656A4 (en) 2020-11-09 2021-08-03 MAGNETORHEOLOGICAL FLUID ROTATION CHARGING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREFOR
CN202180015209.3A CN115516409A (zh) 2020-11-09 2021-08-03 磁流变流体旋转负载装置及其控制方法
JP2022551384A JP7604762B2 (ja) 2020-11-09 2021-08-03 磁気粘性流体回転負荷装置及びその制御方法

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200148603 2020-11-09
KR10-2020-0148603 2020-11-09
KR20210018172 2021-02-09
KR10-2021-0018172 2021-02-09
KR1020210101414A KR102477194B1 (ko) 2020-11-09 2021-08-02 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법
KR10-2021-0101414 2021-08-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022097883A1 true WO2022097883A1 (ko) 2022-05-12

Family

ID=81457955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/010113 Ceased WO2022097883A1 (ko) 2020-11-09 2021-08-03 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230341885A1 (ko)
EP (1) EP4095656A4 (ko)
JP (1) JP7604762B2 (ko)
KR (2) KR102481968B1 (ko)
CN (1) CN115516409A (ko)
WO (1) WO2022097883A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024324A1 (ja) * 2022-07-28 2024-02-01 オムロン株式会社 操作制御システム
WO2024122299A1 (ja) * 2022-12-06 2024-06-13 オムロン株式会社 回転体ユニットおよびこれを備えた操作装置
WO2024122298A1 (ja) * 2022-12-06 2024-06-13 オムロン株式会社 ホイールユニットおよびこれを備えたマウス
WO2024185457A1 (ja) * 2023-03-08 2024-09-12 オムロン株式会社 ホイールユニットおよびこれを備えたマウス

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102480022B1 (ko) * 2022-06-07 2022-12-22 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법
JP2024029470A (ja) * 2022-08-22 2024-03-06 オムロン株式会社 操作制御システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836173B1 (ko) * 2007-09-19 2008-06-09 인하대학교 산학협력단 Ｍｒ 유체 또는 ｅｒ 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브
KR20120016734A (ko) * 2010-08-17 2012-02-27 현대로템 주식회사 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼
KR101341089B1 (ko) * 2013-07-04 2013-12-19 연합정밀주식회사 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법
KR101627173B1 (ko) * 2015-03-08 2016-06-03 한국기술교육대학교 산학협력단 자기유변유체를 이용한 액추에이터 및 액추에이터의 구동 방법
KR101635453B1 (ko) * 2015-06-03 2016-07-20 연합정밀주식회사 자기유변 유체를 이용한 레이디얼 볼 베어링 기반 회전 타입 액추에이터

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61225806A (ja) * 1985-03-29 1986-10-07 Toray Silicone Co Ltd シリコ−ン油を分散媒とした磁性流体およびその製造方法
KR20010103463A (ko) 2000-05-10 2001-11-23 윤덕용 수분친화성 자성입자와 물/오일 에멀전을 이용한자기유변유체 및 그의 제조방법
JP2002121578A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Neos Co Ltd 磁気粘性流体およびその使用方法
KR101373387B1 (ko) 2006-09-22 2014-03-13 바스프 에스이 자기유변 제제
WO2009032014A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Otis Elevator Company Elevator brake with magneto-rheological fluid
JP2010159776A (ja) 2009-01-06 2010-07-22 Kurimoto Ltd 磁気粘性流体デバイス
WO2010115145A2 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services Magnetic microstructures for magnetic resonance imaging
US10318002B2 (en) * 2010-09-15 2019-06-11 Inventus Engineering Gmbh Magnetorheological transmission device
EP3418853B1 (en) * 2016-02-18 2023-04-05 Alps Alpine Co., Ltd. Operation device
WO2018003177A1 (ja) * 2016-06-27 2018-01-04 アルプス電気株式会社 操作装置及び該操作装置の制御方法
JP6767217B2 (ja) 2016-09-16 2020-10-14 アルプスアルパイン株式会社 入力装置
WO2018116569A1 (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 アルプス電気株式会社 操作装置
JP6896068B2 (ja) 2017-04-21 2021-06-30 アルプスアルパイン株式会社 回転型操作装置とその制御方法及びプログラム
EP3845995A1 (en) * 2018-08-30 2021-07-07 Alps Alpine Co., Ltd. Operating device and method for controlling operating device
JP7290974B2 (ja) 2019-03-28 2023-06-14 株式会社栗本鐵工所 磁気粘性流体
KR102731899B1 (ko) * 2022-03-11 2024-11-20 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836173B1 (ko) * 2007-09-19 2008-06-09 인하대학교 산학협력단 Ｍｒ 유체 또는 ｅｒ 유체를 이용한 햅틱 컨트롤 노브
KR20120016734A (ko) * 2010-08-17 2012-02-27 현대로템 주식회사 지능형 유체를 이용한 회전 댐퍼
KR101341089B1 (ko) * 2013-07-04 2013-12-19 연합정밀주식회사 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법
KR101627173B1 (ko) * 2015-03-08 2016-06-03 한국기술교육대학교 산학협력단 자기유변유체를 이용한 액추에이터 및 액추에이터의 구동 방법
KR101635453B1 (ko) * 2015-06-03 2016-07-20 연합정밀주식회사 자기유변 유체를 이용한 레이디얼 볼 베어링 기반 회전 타입 액추에이터

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4095656A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024324A1 (ja) * 2022-07-28 2024-02-01 オムロン株式会社 操作制御システム
WO2024122299A1 (ja) * 2022-12-06 2024-06-13 オムロン株式会社 回転体ユニットおよびこれを備えた操作装置
WO2024122298A1 (ja) * 2022-12-06 2024-06-13 オムロン株式会社 ホイールユニットおよびこれを備えたマウス
TWI884588B (zh) * 2022-12-06 2025-05-21 日商歐姆龍股份有限公司 滾輪單元及包括所述滾輪單元的滑鼠
WO2024185457A1 (ja) * 2023-03-08 2024-09-12 オムロン株式会社 ホイールユニットおよびこれを備えたマウス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220167363A (ko) 2022-12-20
KR20220167364A (ko) 2022-12-20
US20230341885A1 (en) 2023-10-26
KR102553723B1 (ko) 2023-07-11
EP4095656A4 (en) 2023-10-25
CN115516409A (zh) 2022-12-23
KR102481968B1 (ko) 2022-12-29
JP2023516293A (ja) 2023-04-19
JP7604762B2 (ja) 2024-12-24
EP4095656A1 (en) 2022-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102481968B1 (ko) 회전부하 장치 및 그 제어 방법
WO2023171858A1 (ko) 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법
KR102597889B1 (ko) 회전부하 장치 및 그 제어 방법
US10481631B2 (en) Haptic operating device with a rotating element and method of operating technical equipment
KR102549970B1 (ko) 자기유변유체 회전부하 장치의 평가 방법
JPH11245825A (ja) ステアリング入力装置
CN101916130A (zh) 一种具有中位锁止和操纵阻尼调整功能的电控手柄
KR102553724B1 (ko) 자기유변유체 회전부하 장치 및 그 제어 방법
WO2021157800A1 (ko) 전자 브레이크를 포함하는 실내 운동 자전거
WO2014119844A1 (ko) 건설기계의 선회구동장치
WO2024106904A1 (ko) 햅틱 놉 시스템 및 햅틱 힌지 시스템
WO2026014628A1 (ko) 요철 구조를 이용한 자기유변 유체 기반 햅틱 다이얼 및 그 제어 방법
WO2010041824A2 (ko) 중장비용 드라이브 액슬 및 중장비용 브레이크 디스크 간극 조절장치
KR20240071316A (ko) 햅틱 놉 시스템 및 햅틱 힌지 시스템
TWI898323B (zh) 旋轉體單元及包括所述旋轉體單元的操作裝置
WO2015133802A1 (ko) 용적형 클러치, 용적형 클러치와 용적형 제동장치를 포함하는 동력전달 시스템 및 용적형 클러치를 이용한 변속장치
JP3074980U (ja) 磁力カプリングで動力伝送するディスクドライブ
JPH061888U (ja) 差動制限装置のクラッチ作動機構
WO2020262854A1 (ko) 원료 배열 제어를 통해 소음 및 진동을 저감시킨 브레이크용 마찰재 및 그 제조 방법
WO2026095335A1 (ko) 차량용 멀티스위치
WO2025042011A1 (ko) 마그네틱 기어 및 이를 포함하는 마그네틱 기어드 모터
JPH052816Y2 (ko)
CN107140513A (zh) 一种改进的自动扶梯或自动人行道及其驱动主机
JPH04255475A (ja) 静電アクチュエータ
ITTO950135U1 (it) &#34;trascinatore di foglio in macchine stampatrici e procedimento per la sua fabbricazione&#34;

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21889351

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022551384

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021889351

Country of ref document: EP

Effective date: 20220823

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE