JP6091002B2

JP6091002B2 - ロータリーアクチュエータ

Info

Publication number: JP6091002B2
Application number: JP2013139703A
Authority: JP
Inventors: 茂古木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2015014830A

Description

本発明は、簡単な制御で多彩なクリック感を発生させることができるロータリーアクチュエータに関する。

各種の電子機器や車載電装品等の入力装置として、モータと電磁ブレーキを内蔵することにより操作感触とブレーキ力の両方を発生できる操作感触付与型入力装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

図２０は、特許文献１の操作感触付与型入力装置２００の全体的な構成を示す模式図である。操作感触付与型入力装置２００は、回転式の操作部２１２と、回転状態を検出するエンコーダ２１８と、操作部２１２とともに回転するアーマチュアロータ２２２と、回転抵抗を付与する電磁ブレーキ２２４と、自立回転力を付与する電動モータ２３０とを備える。

制御部２２８は、回転抵抗を付与する場合は電磁ブレーキ２２４を駆動するとともに、電動モータ２３０を駆動して操作部２１２を自立回転させることもできる。

さらに、操作感触付与型入力装置２００は、電磁ブレーキ２２４により回転抵抗を発生させながら、同時に電動モータ２３０によって自立回転力を発生させることもできる。この場合、操作者には自分の操作に対する適度な抵抗感触を付与しつつ、操作部２１２があたかも自立的に回転していくことがあるかのような感触を与えることができる。

これにより、ロータリーアクチュエータとして、回転抵抗の発生を主に電磁ブレーキ２２４で賄うことで消費電力を少なく抑えながら、自立回転力を発生可能な電動モータ２３０を合わせて使用することで、より多様な操作感触の付与を実現することができる。

特開２０１０−２１１２７０号公報

しかしながら、回転操作時に所望の回転角度において回転抵抗が強まるとともに、そこを通過すると回転抵抗が少し弱まることによって、スイッチ操作がなされたという操作感触（クリック感）を付与したいという要求があった。電動モータ２３０を使用してクリック感を発生させる場合、外力による操作にバランスするような回転抵抗を所望の回転角度において付与するためには、複雑な制御や高度な角度検出分解能およびトルク制御分解能が必要とされ、その実現が困難であった。一方、電磁ブレーキ２２４による摩擦でブレーキ力を発生させる場合、所望の回転角度付近において回転抵抗の強弱を細かく変化させる必要があるクリック感を発生させることは困難であった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、簡単な制御で多彩なクリック感を発生させることができるロータリーアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、回転可能に支持された操作軸と、前記操作軸と一体回転可能に支持され、径方向外周部の円周方向に等ピッチ角で径方向の外側に向かって延びる複数のロータ突極が設けられた磁性材料製のロータと、前記ロータ突極と径方向に微小空隙を有して対向する複数のステータ突極が配置された磁性材料製のステータと、選択的に通電され前記ステータ突極に磁気吸引力を発生させて前記ロータ突極を吸引する力を発生させるコイルと、前記ステータと前記ロータとの相対角度を検出する角度センサと、前記角度センサによる検出結果を判断し前記コイルへの通電制御を行なう通電制御部と、を有するロータリーアクチュエータにおいて、前記ステータ突極は４つのグループに分けられて配置されており、前記４つのグループの各グループ内は、前記ステータ突極が同じタイミングで磁気吸引力を発生するとともに、前記等ピッチ角の間隔で配置され、隣接する異なるグループとは前記等ピッチ角のハーフピッチだけ大きな間隔で配置される構成であって、前記通電制御部は、前記４つのグループのうち前記ロータを介して互いに向かい合った２つのグループの前記ステータ突極に連続的に磁気吸引力を発生させる第１制御モードと、前記ロータを介して互いに向かい合った２つのグループ毎に前記ステータ突極に間欠的に磁気吸引力を発生させる第２制御モードと、を有し、前記操作軸を外力にて回転させた際に前記第１制御モードまたは前記第２制御モードによって前記操作軸の回転抵抗を変化させ、前記第２制御モードは、前記操作軸にクリック感を生じるクリックピッチが前記等ピッチ角の半分のピッチであることを特徴とする。

これによれば、第１制御モードではロータ突極のピッチ角毎のクリック感を発生し、第２制御モードでは等ピッチ角の半分のハーフピッチ毎にクリック感を発生する。したがって、簡単な構成で第１制御モードと第２制御モードを切り替えることで、クリックピッチをロータの突極ピッチとハーフピッチとに切り替えられるので、多彩なクリック感を提供できる。

また本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記通電制御部にて前記コイルへの通電の電流量を制御することにより、前記クリック感の強弱を制御することを特徴とする。

この構成によれば、コイルへの通電の電流量によって、回転抵抗のピッチとともに強弱も制御することで、より多彩なクリック感を発生することができる。

本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記等ピッチ角が３６度であることが好ましい。この構成によれば、操作軸を３６０度以上回転させてもクリック感を発生できる。

本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記等ピッチ角が２０度であってもよい。この構成によれば、操作軸を３６０度以上回転させても、より細かいピッチのクリック感を発生できる。

本発明によれば、第１制御モードと第２制御モードを切り替えることで、クリックピッチをロータの突極ピッチとハーフピッチとに切り替えられるので、多彩なクリック感を提供できる。したがって、簡単な制御で多彩なクリック感を発生させることができるロータリーアクチュエータを提供することができる。

本発明の第１実施形態のロータリーアクチュエータを示す外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した模式縦断面図である。図１（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した模式横断面図である。第１実施形態のロータリーアクチュエータの構成を示す模式図である。第１実施形態のステータ突極のグループ構成を示す模式図である。第１実施形態のステータ突極の配置を示す模式図である。磁気吸引力を発生させているステータ突極がロータ突極に近接対向している状態の模式図である。図７の状態からロータがわずかに回転した状態の模式図である。磁気吸引力を発生させているステータ突極がロータ突極に近接対向していない状態の模式図である。図７と異なる別のステータ突極がロータ突極に近接対向している状態で磁気吸引力を発生させた模式図である。第１実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。第１実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。第１実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。第１実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。本発明の第２実施形態のロータリーアクチュエータを示す模式縦断面図である。第２実施形態のロータリーアクチュエータを示す模式横断面図である。第２実施形態のステータ突極のグループ構成を示す模式図である。第２実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。第２実施形態の操作軸の回転トルクを模式的に示したグラフである。従来の操作感触付与型入力装置の全体的な構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすいように、図面は寸法を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のロータリーアクチュエータ１を示す外観図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。図２は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した模式縦断面図である。図３は、図１（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した模式横断面図である。図４は、第１実施形態のロータリーアクチュエータ１の構成を示す模式図である。図５は、ステータ突極２１のグループ構成を示す模式図である。図６は、ステータ突極２１の配置を示す模式図である。

ロータリーアクチュエータ１は、図１〜図５に示すように、操作軸１５と一体回転可能に支持されたロータ１０と、コイル２５が卷回されたステータ２０と、角度センサ４０と、通電制御部５０と、を有する。

なお、狭義でのロータリーアクチュエータとは自立回転力や回転抵抗の発生機構を指し、本実施形態の角度センサ４０及び通電制御部５０を含まない。本実施形態のロータリーアクチュエータ１は、通電制御と組み合わせた動作（回転抵抗を変化させたクリック感）に特徴があるので、角度センサ４０及び通電制御部５０を含めた構成としている。しかしながら、角度センサ４０や通電制御部５０が一体に組み込まれている必要はない。例えば、通電制御部５０が他の電子機器に組み込まれたものであってもよい。

操作軸１５は、上ケース５ａと下ケース５ｂとに回転導入部材７を介して取り付けられている。回転導入部材７によって、操作軸１５は回転可能に支持される。

ロータ１０は鉄製で、操作軸１５を挿入して固定可能な挿入孔を有している。ロータ１０は、回転軸１０ａを中心として、操作軸１５が挿入された状態で操作軸１５と一体回転可能に支持される。ロータ１０の径方向外周部１０ｂには、図３に示すように、径方向の外側に向かって延びる複数のロータ突極１１が設けられている。それぞれのロータ突極１１は、図５に示すように、径方向外周部１０ｂの円周方向に等ピッチ角（ピッチ角θ１）で配設されている。

ステータ２０は鉄製で、図３に示すように、複数のステータ突極２１がロータ１０の径方向外周部１０ｂと径方向に空隙を有して対向するように配置されている。ステータ突極２１には、ロータ１０の回転に伴って、図５に示すように、等ピッチ角（ピッチ角θ１）で配設されたロータ突極１１が径方向に微小空隙を有して近接対向する。

ステータ２０は、複数のステータ突極２１がそれぞれ、コア部２３に接続されて内側に突出した形状である。それぞれのコア部２３には、コイル２５が巻かれている。なお、図１〜図６では、コイル２５に接続される配線部分は省略している。

図３及び図５に示すように、ロータ突極１１の等ピッチ角（ピッチ角θ１）に対し、ステータ突極２１は４つのグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて配置されている。なお、図３では、グループＡ２、Ｂ１、Ｂ２内の符号を省略している。本実施形態のロータリーアクチュエータ１は、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の各グループ内はステータ突極２１がピッチ角θ１の間隔で配置され、隣接する異なるグループとはピッチ角θ１のハーフピッチだけ大きな間隔（角度θ２）で配置される構成である。ステータ２０におけるステータ突極２１の配置は、図６に示す角度θ２がピッチ角θ１の１．５倍の角度である。図５及び図６においては、ピッチ角θ１が３６度であり、角度θ２が５４度である。

図５に示すように、ロータ突極１１は円周方向に等ピッチ角（ピッチ角θ１）で配設されているので、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向しているタイミングでは、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１にロータ突極１１が対向しない。また、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向しているタイミングでは、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１にロータ突極１１が対向しない状態である。

角度センサ４０は、ステータ２０とロータ１０との相対角度を検出するための回転位置センサである。回転軸１０ａを中心として、ロータ１０と一体で回転する操作軸１５に取り付けられた磁石４１がロータ１０の回転とともに回転し、下ケース５ｂに取り付けられた磁気センサ４２の出力変化を得られるように構成されている。なお、本実施形態において角度センサ４０は磁気式としたが、これに限らず、例えば光学式であってもよい。

通電制御部５０は、角度センサ４０による検出結果を判断し、選択的にコイル２５への通電制御を行なう。通電制御部５０は、ステータ突極２１のグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて、コイル２５に通電する。選択的に通電されたコイル２５は、ステータ突極２１に磁気吸引力を発生させて、ロータ突極１１を吸引する力を発生させる。また、通電制御部５０は、角度センサ４０が検出した相対角度に応じた操作信号を出力する。操作部６０の回転角度によって通電制御部５０から出力される操作信号は、例えば、電子機器の表示画面を制御するために使用される。また、電子機器の電源スイッチや切り替えスイッチを操作する制御信号として使用される。

図４に示す操作部６０が回転操作されると、回転軸１０ａを中心として、操作軸１５を介してロータ１０が回転する。ロータリーアクチュエータ１は、後述する通電制御によりステータ２０とロータ１０との磁気吸引力を発生させるので、操作部６０の回転操作を妨げるように操作軸１５の回転抵抗を付与し、回転操作に必要なトルクに変化をもたせた操作感触とすることができる。例えば、操作部６０が回転操作されて所定の相対角度になったことが角度センサ４０によって検出されると、通電制御部５０から、コイル２５に通電する通電制御が行われるとともに、操作信号が出力される。これにより、操作部６０を回転操作した操作者へ所定の回転角度において操作感触をフィードバックするとともに、その回転角度に応じた操作信号によって電子機器等の制御が実行される。

操作感触として、ある位置までは必要な回転トルクが大きく、その位置に達するとトルクが小さくなるものが、スイッチ等で使用されている。クリック感とは、このような操作感触のことであり、本実施形態においては磁気吸引力によって回転トルクの変化を作り出している。

通電制御部５０にてコイル２５に通電する電流を大きくすれば、ステータ２０とロータ１０との磁気吸引力を大きくすることができる。これにより、操作感触に適した磁気吸引力の大きさに調整することができる。

次に、本実施形態のロータリーアクチュエータ１における、通電制御部５０の制御モードと、その通電制御による動作について、図７〜図１１を参照して説明する。

図７は、磁気吸引力を発生させているグループＡ１、Ａ２のステータ突極２１がロータ１０のロータ突極１１に近接対向している状態の模式図である。図８は、図７の状態からロータ１０がわずかに回転した状態の模式図である。図９は、磁気吸引力を発生させているグループＡ１、Ａ２のステータ突極２１がロータ突極１１に近接対向していない状態の模式図である。図１０は、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１がロータ１０のロータ突極１１に近接対向している状態で磁気吸引力を発生させた模式図である。図１１は、操作軸１５の回転抵抗を模式的に示したグラフである。

第１制御モードでは、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうちロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループのステータ突極２１に連続的に磁気吸引力を発生させる。図７では、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１に磁気吸引力を発生させているので、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向しているタイミングで磁気吸引力が最大となる。図７の状態ではロータ１０を回転させない作用である。

このとき、図７に示すように、グループＡ１の一対のステータ突極２１は互いに逆向きの磁束となる電流がコイル２５に連続通電されている。これにより、発生した磁束が閉回路を形成し、外部へ漏洩する磁界は最小になる。また、ステータ突極２１とロータ突極１１との磁気吸引力におけるロスが少なくなる。なお、グループＡ１とグループＡ２とに、対称な磁気吸引力を発生させるので、ロータ１０は偏心しない。

図７に示す状態から、ロータ１０を回転させる外力を操作軸１５に加えると、ステータ突極２１とロータ突極１１との磁気吸引力が、回転させようとしている操作軸１５の回転抵抗となる。例えば、図８に示すように、ステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向する位置から回転させようとすると、磁気吸引力によって元の位置（図７）に戻ろうとする回転力（回転抵抗）が発生する。この回転力のトルクが外力のトルクより大きければ、操作軸１５を回転させることはできない。より大きな外力が加えられるとロータ１０が回転し、図９に示すように、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが対向しない角度を通過する。

図９においては、ひとつのロータ突極１１に対して、ふたつのステータ突極２１からの磁気吸引力が作用し、この瞬間の回転力がゼロになっている。この状態からどちらかの回転方向に少し回転させると、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが対向する方向に回転力が発生する。すなわち、回転させようとした外力の方向と同方向の回転力を生じるので、ステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向する位置に引き込まれる操作感触を生じる。

したがって、図７の位置からピッチ角θ１だけ回転させたときには、回転トルク（回転抵抗）が大きな状態（図８）から、回転トルクの方向が反転する状態（図９）を経由して、ピッチ角θ１の位置に急激に引き込まれる操作感触を生じる。これにより、操作者が回転操作する操作軸１５に対して、ピッチ角θ１に等しいクリック感を発生する。同方向に回転操作を続けると、ピッチ角θ１毎のクリック感を発生する。さらに、コイル２５に連続通電している電流量により、クリック感の強弱を制御することができる。

第２制御モードでは、ロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループ毎に、ステータ突極２１に間欠的に磁気吸引力を発生させる。すなわち、図９において通電しているグループＡ１、Ａ２から、グループＢ１、Ｂ２に通電を切り替えると、図１０に示すようにグループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１に発生した磁束が磁気吸引力を発生させる。図１０では、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１に磁気吸引力を発生させているので、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向しているタイミングで磁気吸引力が最大となる。

こうして、図８及び図９を用いて説明したことと同様の磁気吸引力を、グループＢ１、Ｂ２の通電に切り替えることによって得ることができる。このとき、グループＢ１、Ｂ２の通電によって生じたクリック感は、グループＡ１、Ａ２の通電によって生じたクリック感とピッチ角θ１のハーフピッチ分ずれている。このため、グループＡ１、Ａ２の連続通電によるクリックピッチに対して、グループＡ１、Ａ２とグループＢ１、Ｂ２との通電を切り替える間欠通電のクリックピッチは半分のハーフピッチ（θ１／２）となる。

また、図８に示す状態で、通電しているグループＡ１、Ａ２から、グループＢ１、Ｂ２に通電を切り替える場合には、グループＢ１、Ｂ２の通電開始とともにグループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１にロータ突極１１が対向する方向に回転力が発生する。このため、クリックピッチが等ピッチ角（ピッチ角θ１）のハーフピッチ（θ１／２）であるとともに、ハーフピッチ（θ１／２）毎に急激に引き込まれる操作感触を生じる。このように、通電を切り替えるタイミングを異ならしめて、操作感触を変化させることもできる。

図１１〜図１４は、本実施形態のロータリーアクチュエータ１における操作軸１５の回転トルクを模式的に示したグラフである。

図１１〜図１４において、横軸はグループＡ１のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向した位置を基準（０度）にした相対角度、上のグラフの縦軸は電流量、下のグラフの縦軸は回転トルクの大きさである。縦軸のプラス（＋）は操作軸１５の回転操作を補助する回転方向の回転トルク（自立回転力）を、縦軸のマイナス（−）は操作軸１５の回転操作を妨げる回転方向の回転トルク（回転抵抗）を、意味する。

図１１（ａ）は、第１制御モードにおいて、グループＡ１、Ａ２に電流量Ｉ１で連続通電した場合である。グループＡ１のステータ突極２１とロータ突極１１とが近接対向した位置から、例えば時計回りに回転操作しようとすると、操作軸１５の回転操作を妨げる回転方向の回転トルク（回転抵抗）が増加し、マイナス側のピーク値をもった後に、ハーフピッチ（θ１／２）の回転角度で回転トルクがゼロに減少する。さらに時計回りに回転させようとすると、回転方向と同じ方向の回転トルク（自立回転力）が増加し、ピーク値をもった後に、ピッチ角θ１の回転角度で最初の状態と同じ状態になる。

図１１（ｂ）は、通電する電流量を大きくした電流量Ｉ２の場合であり、図１１（ａ）の電流量Ｉ１と回転トルクを点線で比較して示している。図１１（ｂ）から分かるように、通電する電流量を大きくすると、回転トルクが大きくなるので、電流量を調整することで操作感触を変化させることができる。また、電流量を一定にした制御に限らず、例えば回転操作が連続しているときには徐々に電流量を増やしていく制御とすることも可能である。こうすれば、回転操作に対して、だんだん重くなる操作感触にすることができる。

図１２は、第１制御モードにおいて、グループＢ１、Ｂ２に連続通電した場合である。図１２（ａ）は図１１（ａ）と同様であるが、グループＡ１、Ａ２に通電せずに、グループＢ１、Ｂ２に連続通電した場合である。グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２１とロータ突極１１とが対向しない角度を基準（０度）にしているため、例えば時計回りに回転操作しようとすると、操作軸１５の回転操作の回転方向と同じ方向の回転トルク（自立回転力）が増加し、図１１（ａ）に対してハーフピッチ（θ１／２）ずれた操作感触が得られる。すなわち、同じ基準位置から回転操作しても、グループＡ１、Ａ２に連続通電しているとき（図１１）と、グループＢ１、Ｂ２に連続通電しているとき（図１２）とで、回転トルクが大きくなる回転角度が異なっている。同様に、図１２（ｂ）は電流量を大きくした場合である。

図１３〜図１４は、第２制御モードで間欠通電した場合であり、グループＡ１、Ａ２の通電とグループＢ１、Ｂ２の通電との切り替えタイミングを変えた事例である。図１３に示すように、回転トルクの繰り返しのピッチがハーフピッチ（θ１／２）であり、図１１及び図１２の場合よりも細かくなっている。また、通電を切り替えたタイミングで急峻に回転方向が反転する回転トルクを発生させることができる。さらに、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、回転方向と同じ方向の回転トルク（自立回転力）や、回転方向と逆方向の回転トルク（回転抵抗）の繰り返しとなる操作感触にすることができる。図１３〜図１４の事例のように、操作軸１５の回転トルクを変化させることにより、多彩なクリック感を発生することができる。

図５及び図６に示すように、ピッチ角θ１が３６度であり、角度θ２が５４度である場合、ロータ１０を３６０度回転させると元の（０度の）状態に戻る。ロータ１０には配線のような回転を阻害する部品が不要であるから、操作軸１５を３６０度以上回転させることができる。こうすれば、操作軸１５を３６０度以上回転させてもクリック感を発生できる。

なお、ロータ１０、ステータ２０は、上述する磁束によって磁気吸引力を発生させることができる磁性材料製であればよい。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態のロータリーアクチュエータ１は、ステータ突極２１が４つのグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて配置される。このとき、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の各グループ内は、ステータ突極２１が同じタイミングで磁気吸引力を発生するとともに、ピッチ角θ１の間隔で配置され、隣接する異なるグループとはピッチ角θ１のハーフピッチだけ大きな間隔で配置される構成である。そして、通電制御部５０は、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうちロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループのステータ突極２１に、連続的に磁気吸引力を発生させる第１制御モードを有している。さらに、ロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループ毎に、ステータ突極２１に間欠的に磁気吸引力を発生させる第２制御モードを有している。これにより、操作軸１５を外力にて回転させた際に、第１制御モードまたは第２制御モードによって、操作軸１５の回転抵抗を変化させている。

これによれば、簡単な構成で第１制御モードと第２制御モードを切り替えることで、クリックピッチをロータ１０の突極ピッチとハーフピッチとに切り替えられるので、多彩なクリック感を提供できる。

また本実施形態のロータリーアクチュエータ１において、通電制御部５０にてコイル２５への通電の電流量を制御することにより、クリック感の強弱を制御することができる。コイル２５への通電の電流量によって、回転抵抗のピッチとともに強弱も制御することで、より多彩なクリック感を発生することができる。

本実施形態のロータリーアクチュエータ１では、等ピッチ角（ピッチ角θ１）が３６度である。この構成によれば、操作軸１５を３６０度以上回転させても、安定してクリック感を発生できる。

［第２実施形態］
図１５は、第２実施形態のロータリーアクチュエータ２を示す模式縦断面図である。図１６は、第２実施形態のロータリーアクチュエータ２を示す模式横断面図である。図１７は、第２実施形態のステータ突極２２のグループ構成を示す模式図である。なお、第２実施形態のロータリーアクチュエータ２の外観及び構成材料は第１実施形態のロータリーアクチュエータ１と同じであり、ステータ突極２２とロータ突極１２以外は第１実施形態と同じ符号を用いた。

ロータリーアクチュエータ２は、第１実施形態と同様、回転軸１０ａを中心として、操作軸１５と一体回転可能に支持されたロータ１０と、コイル２５が卷回されたステータ２０と、角度センサ４０と、通電制御部５０と、を有する。

なお、狭義でのロータリーアクチュエータとは自立回転力や回転抵抗の発生機構を指し、本実施形態の角度センサ４０及び通電制御部５０を含まない。本実施形態のロータリーアクチュエータ２は、通電制御と組み合わせた動作（回転抵抗を変化させたクリック感）に特徴があるので、角度センサ４０及び通電制御部５０を含めた構成としている。しかしながら、角度センサ４０や通電制御部５０が一体に組み込まれている必要はない。例えば、通電制御部５０が他の電子機器に組み込まれたものであってもよい。

ロータ１０は、操作軸１５を挿入して固定可能な挿入孔を有している。ロータ１０は、回転軸１０ａを中心として、操作軸１５が挿入された状態で操作軸１５と一体回転可能に支持される。ロータ１０の径方向外周部１０ｂには、図１６に示すように、径方向の外側に向かって延びる複数のロータ突極１２が設けられている。それぞれのロータ突極１２は、図１７に示すように、径方向外周部１０ｂの円周方向に等ピッチ角（ピッチ角θ３）で配設されている。

図１６に示すように、本実施形態のロータリーアクチュエータ２は、ステータ２０のステータ突極２２がロータ１０の径方向外周部１０ｂと径方向に空隙を有して対向するように配置されている。ステータ２０は、複数のコア部２３から各々２個ずつ分岐するように接続されたステータ突極２２が内側に突出した形状である。それぞれのコア部２３には、コイル２５が巻かれている。なお、図１５〜図１７では、コイル２５に接続される配線部分は省略している。

図１７に示すように、ステータ突極２２には、ロータ１０の回転に伴って、等ピッチ角（ピッチ角θ３）で配設されたロータ突極１２が径方向に微小空隙を有して近接対向する。ロータ突極１２の等ピッチ角（ピッチ角θ３）に対し、ステータ突極２１は４つのグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて配置されている。なお、図１７では、グループＡ２、Ｂ１、Ｂ２内の符号を省略している。本実施形態のロータリーアクチュエータ１は、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の各グループ内はステータ突極２２がピッチ角θ３の間隔で配置され、隣接する異なるグループとはピッチ角θ３のハーフピッチだけ大きな間隔（角度θ４）で配置される構成である。ステータ２０におけるステータ突極２２の配置は、角度θ４がピッチ角θ３の１．５倍の角度である。図１７においては、ピッチ角θ３が２０度であり、角度θ４が３０度である。

図１７に示すように、ロータ突極１２は円周方向に等ピッチ角（ピッチ角θ３）で配設されているので、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２２とロータ突極１２とが近接対向しているタイミングでは、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２２にロータ突極１２が対向しない。また、グループＢ１、Ｂ２のステータ突極２２とロータ突極１２とが近接対向しているタイミングでは、グループＡ１、Ａ２のステータ突極２２にロータ突極１２が対向しない状態である。

角度センサ４０は、ステータ２０とロータ１０との相対角度を検出するための回転位置センサである。ロータ１０と一体で回転する操作軸１５に取り付けられた磁石４１がロータ１０の回転とともに回転し、下ケース５ｂに取り付けられた磁気センサ４２の出力変化を得られるように構成されている。なお、本実施形態において角度センサ４０は磁気式としたが、これに限らず、例えば光学式であってもよい。

通電制御部５０は、角度センサ４０による検出結果を判断し、選択的にコイル２５への通電制御を行なう。通電制御部５０は、ステータ突極２２のグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて、コイル２５に通電する。選択的に通電されたコイル２５は、ステータ突極２２に磁気吸引力を発生させて、ロータ突極１２を吸引する力を発生させる。また、通電制御部５０は、角度センサ４０が検出した相対角度に応じた操作信号を出力する。操作部６０の回転角度によって通電制御部５０から出力される操作信号は、例えば、電子機器の表示画面を制御するために使用される。また、電子機器の電源スイッチや切り替えスイッチを操作する制御信号として使用される。

本実施形態のロータリーアクチュエータ２は、第１実施形態と同様、通電制御部５０の制御モードによって、操作感触を変化させることができる。

第１制御モードでは、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうちロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループのステータ突極２２に、連続的に磁気吸引力を発生させる。第２制御モードでは、ロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループ毎に、ステータ突極２２に間欠的に磁気吸引力を発生させる。

図１８〜図１９は、本実施形態のロータリーアクチュエータ２における操作軸１５の回転トルクを模式的に示したグラフである。

図１８〜図１９において、横軸はグループＡ１のステータ突極２２とロータ突極１２とが近接対向した位置を基準（０度）にした相対角度、上のグラフの縦軸は電流量、下のグラフの縦軸は回転トルクの大きさである。縦軸のプラス（＋）は操作軸１５の回転操作を補助する回転方向の回転トルク（自立回転力）を、縦軸のマイナス（−）は操作軸１５の回転操作を妨げる回転方向の回転トルク（回転抵抗）を、意味する。

図１８（ａ）は、第１制御モードにおいて、グループＡ１、Ａ２に電流量Ｉ１で連続通電した場合である。グループＡ１のステータ突極２２とロータ突極１２とが近接対向した位置から、例えば時計回りに回転操作しようとすると、操作軸１５の回転操作を妨げる回転方向の回転トルク（回転抵抗）が増加し、マイナス側のピーク値をもった後に、ハーフピッチ（θ３／２）の回転角度で回転トルクがゼロに減少する。さらに時計回りに回転させようとすると、回転方向と同じ方向の回転トルク（自立回転力）が増加し、ピーク値をもった後に、ピッチ角θ３の回転角度で最初の状態と同じ状態になる。同様に、第１制御モードにおいて、グループＢ１、Ｂ２に電流量Ｉ１で連続通電した場合には、図１８（ａ）に対してハーフピッチ（θ３／２）ずれた回転角度で、図１８（ａ）と同様に回転トルクが変化する。

図１８（ｂ）は、通電する電流量を大きくした電流量Ｉ２の場合であり、図１８（ａ）の電流量Ｉ１と回転トルクを点線で比較して示している。図１８（ｂ）から分かるように、通電する電流量を大きくすると、回転トルクが大きくなるので、電流量を調整することで操作感触を変化させることができる。また、電流量を一定にした制御に限らず、例えば回転操作が連続しているときには徐々に電流量を増やしていく制御とすることも可能である。こうすれば、回転操作に対して、だんだん重くなる操作感触にすることができる。

図１９は、第２制御モードで、グループＡ１、Ａ２の通電とグループＢ１、Ｂ２の通電とを間欠通電した事例である。図１９（ａ）と図１９（ｂ）とでは、通電を切り替えるタイミングを変えている。図１９に示すように、回転トルクの繰り返しのピッチがハーフピッチ（θ３／２）であり、図１８（ａ）の場合よりも細かくなっている。また、通電を切り替えたタイミングで急峻に回転方向が反転する回転トルクを発生させることができる。さらに、通電を切り替えるタイミングを変化させることにより、回転方向と同じ方向の回転トルク（自立回転力）や、回転方向と逆方向の回転トルク（回転抵抗）の繰り返しとなる操作感触にすることができる。図１９に示すように、操作軸１５の回転抵抗を変化させることにより、多彩なクリック感を発生することができる。

図１８〜図１９を図１１〜図１４と比較すると、本実施形態のロータリーアクチュエータ２は、より細かいクリック感を発生できることが分かる。

図１７に示すように、ピッチ角θ３が２０度であり、角度θ４が４０度である場合、ロータ１０を３６０度回転させると元の（０度の）状態に戻る。ロータ１０には配線のような回転を阻害する部品が不要であるから、操作軸１５を３６０度以上回転させることができる。こうすれば、操作軸１５を３６０度以上回転させても、安定してクリック感を発生できる。

本実施形態のロータリーアクチュエータ２は、ステータ突極２２が４つのグループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分けられて配置される。このとき、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の各グループ内は、ステータ突極２２が同じタイミングで磁気吸引力を発生するとともに、ピッチ角θ１の間隔で配置され、隣接する異なるグループとはピッチ角θ１のハーフピッチだけ大きな間隔で配置される構成である。そして、通電制御部５０は、グループＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のうちロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループのステータ突極２２に、連続的に磁気吸引力を発生させる第１制御モードを有している。さらに、ロータ１０を介して互いに向かい合った２つのグループ毎に、ステータ突極２２に間欠的に磁気吸引力を発生させる第２制御モードを有している。これにより、操作軸１５を外力にて回転させた際に、第１制御モードまたは第２制御モードによって、操作軸１５の回転抵抗を変化させている。

また本実施形態のロータリーアクチュエータ２において、通電制御部５０にてコイル２５への通電の電流量を制御することにより、クリック感の強弱を制御することができる。コイル２５への通電の電流量によって、回転抵抗のピッチとともに強弱も制御することで、より多彩なクリック感を発生することができる。

本実施形態のロータリーアクチュエータ２では、等ピッチ角（ピッチ角θ３）が２０度である。この構成によれば、操作軸１５を３６０度以上回転させても、安定してクリック感を発生できる。また、第１実施形態のロータリーアクチュエータ１に比べて、より細かいピッチのクリック感を発生できる。

以上のように、本発明の実施形態のロータリーアクチュエータを具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。

（１）第１実施形態及び第２実施形態において、ステータ２０は一体でなく、分割された部品を組み合わせたものであってもよい。例えば、回転力発生コイル２５を容易に巻き付けられる組み立て構造とすることが好ましい。

（２）第１実施形態及び第２実施形態において、等ピッチ角をさらに小さくしてもよい。例えば、第２実施形態において、コア部２３及びコイル２５は各々８個のまま、ステータ突極２２の分岐個数を増加させてもよい。また、コア部２３及びコイル２５を８個の整数倍で増加させてもよい。等ピッチ角をさらに小さくすることによって、さらに細かいピッチのクリック感を発生できる。

（３）第１実施形態及び第２実施形態において、角度センサ４０と通電制御部５０とを有する構成としたが、これらが分離された構成であってもよい。例えば、取り付ける電子機器側に通電制御部５０の機能をもたせたり、操作部６０側に角度センサ４０を取り付けたりしてもよい。この場合でも、角度センサ４０で検出された相対角度に応じて、通電制御部５０にてコイル２５への通電を制御することにより、多彩なクリック感を発生することができる。

（４）第１実施形態及び第２実施形態において、グループＡ１、Ａ２に通電する電流と、グループＢ１、Ｂ２に通電する電流を同じ電流量としたが、グループ間で異なる電流量を印加するように制御してもよい。こうすれば、異なる回転角度での操作感触が同じクリック感の繰り返しでなく、より多彩なクリック感とすることができる。

１、２ロータリーアクチュエータ
５ａ上ケース
５ｂ下ケース
７回転導入部材
１０ロータ
１０ｂ径方向外周部
１１、１２ロータ突極
１５操作軸
２０ステータ
２１、２２ステータ突極
２３コア部
２５コイル
４０角度センサ
４１磁石
４２磁気センサ
５０通電制御部
６０操作部

Claims

回転可能に支持された操作軸と、
前記操作軸と一体回転可能に支持され、径方向外周部の円周方向に等ピッチ角で径方向の外側に向かって延びる複数のロータ突極が設けられた磁性材料製のロータと、
前記ロータ突極と径方向に微小空隙を有して対向する複数のステータ突極が配置された磁性材料製のステータと、
選択的に通電され前記ステータ突極に磁気吸引力を発生させて前記ロータ突極を吸引する力を発生させるコイルと、
前記ステータと前記ロータとの相対角度を検出する角度センサと、
前記角度センサによる検出結果を判断し前記コイルへの通電制御を行なう通電制御部と、を有するロータリーアクチュエータにおいて、
前記ステータ突極は４つのグループに分けられて配置されており、前記４つのグループの各グループ内は、前記ステータ突極が同じタイミングで磁気吸引力を発生するとともに、前記等ピッチ角の間隔で配置され、隣接する異なるグループとは前記等ピッチ角のハーフピッチだけ大きな間隔で配置される構成であって、
前記通電制御部は、前記４つのグループのうち前記ロータを介して互いに向かい合った２つのグループの前記ステータ突極に連続的に磁気吸引力を発生させる第１制御モードと、前記ロータを介して互いに向かい合った２つのグループ毎に前記ステータ突極に間欠的に磁気吸引力を発生させる第２制御モードと、を有し、
前記操作軸を外力にて回転させた際に前記第１制御モードまたは前記第２制御モードによって前記操作軸の回転抵抗を変化させ、
前記第２制御モードは、前記操作軸にクリック感を生じるクリックピッチが、前記等ピッチ角の半分のピッチであることを特徴とするロータリーアクチュエータ。
前記通電制御部にて前記コイルへの通電の電流量を制御することにより、前記クリック感の強弱を制御することを特徴とする請求項１に記載のロータリーアクチュエータ。
前記等ピッチ角が３６度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーアクチュエータ。
前記等ピッチ角が２０度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーアクチュエータ。