JP2015035910A - ロータリーアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転力とブレーキ力の両方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。
【解決手段】ロータリーアクチュエータ１は、回転軸１０ａを中心に回転可能なロータ１０と、ロータ１０に対向するステータ２０と、選択的に通電されステータ２０に磁気吸引力を発生させるコイル３０と、を備えている。ステータ２０は、回転軸１０ａの軸方向においてロータ１０に対向する軸方向ステータ極２０ｃと、径方向においてロータ１０の径方向外周部１０ｂに対向する径方向ステータ極２０ｂと、を有している。ロータ１０は、径方向ステータ極２０ｂとの対向面が常に空隙を介して配置され、軸方向ステータ極２０ｃとの対向面が相対角度によって接触摺動する面積が変化するように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転力とブレーキ力の両方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力覚付与型入力装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

図１１は、特許文献１に記載の力覚付与型入力装置９００の構造部の基本構成を示す斜視図である。力覚付与型入力装置９００は、図１１に示すように、ロータリエンコーダ９２０から出力された回転角信号と、ひずみゲージ９５０から出力された回転方向信号とを検出している。これらの信号に応じて、モータ９４０からつまみ９１０に回転操作方向（矢印Ａ方向）と反対方向（矢印Ｂ方向）の回転力（回転操作に抵抗する力）が与えられる。これにより、つまみ９１０が所定の回転角αに達すると、所定の回転角αを超えて回転することが電磁ブレーキ９３０により阻止される。したがって、つまみ９１０に適度な操作感触を付与することができる。

このようなモータ（ロータリーアクチュエータ）に適用可能なものとして、磁気吸引力によって回転力を付与する可変リラクタンスモータが知られている。特許文献２には基本的な可変リラクタンスモータの構成が記載されている。

図１２に、特許文献２に記載された可変リラクタンスモータ１００の構成の事例を示す。この事例では、図１２に示すように、６個のステータ磁極と４個のロータ突極の構成である。ロータＡ０Ｋは、４個のロータ突極をロータの径方向外周部に９０度ごとに配置している。巻線へ通電することによって、ステータ磁極Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４、Ａ０５、Ａ０６に磁束（図中の太矢印）が誘起される。可変リラクタンスモータ１００は、４個のロータ突極の回転位置に応じてステータ磁極の巻線へ通電制御されて、連続的にトルクを発生できる。

このような可変リラクタンスモータは、小型化、低コスト化が可能であるとされている。

特開２００４−３４２０１９号公報 特開２０１２−１１４９７５号公報

しかしながら、従来の力覚付与型入力装置９００では、モータ９４０と電磁ブレーキ９３０を併用し、回転力とブレーキ力の機能を分担させて使用しなければならなかった。このため、機器が大きくなり小型化が難しいという問題がある。この問題は、従来のモータ（ロータリーアクチュエータ）が回転力を発生させるだけであって、強いブレーキ力を発生することができないためである。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、回転力とブレーキ力の両方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、回転軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに対向するステータと、選択的に通電され前記ステータに磁気吸引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、を備えたロータリーアクチュエータにおいて、前記ステータは、前記回転軸の軸方向において前記ロータに対向する軸方向ステータ極と径方向において前記ロータの径方向外周部に対向する径方向ステータ極とを有し、前記ロータは、前記径方向ステータ極との対向面が常に空隙を介して配置され、前記軸方向ステータ極との対向面が前記相対角度によって接触摺動する面積が変化するように配置された、ことを特徴とする。

この構成によれば、径方向ステータ極の径方向の磁気吸引力によりロータの回転力を強く発生させ、軸方向ステータ極の軸方向の磁気吸引力によりステータと接触摺動させてロータのブレーキ力を強く発生させることができる。ステータとロータとの相対角度を検出し選択的に通電制御を行うことにより、回転力とブレーキ力との両方を発生させることができる。

また、本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記ロータが中心部の円形ハブ部と径方向に延びる複数の突出部からなり、前記ロータと前記軸方向ステータ極との対向面には、それぞれに頂面部分で接触摺動する径方向に延びるリブ状の凸部が形成されており、前記ロータの前記凸部は、その円周方向の幅が前記突出部の円周方向の幅よりも狭く、前記軸方向ステータ極の前記凸部は、その円周方向の幅が前記径方向ステータ極の円周方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする。

この構成によれば、径方向の対向面よりも幅狭の頂面部分同士で接触摺動させることでブレーキ力が強くなる相対角度と回転力が強くなる相対角度を別々に設定できる。これにより、相対角度を検出し頂面部分同士が接触摺動する角度のときにコイルに通電することでブレーキ力を強く発生させ、またそれ以外の相対角度で通電することで回転力を強く発生させることができる。

また、本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記ロータと前記ステータとの前記軸方向の相対高さを一定に規定する高さ規定部を有することを特徴とする。

この構成によれば、相対角度が変化しても高さ規定部によって軸方向の相対高さが一定に保たれているので、ステータとロータとの凸部同士が接触摺動する状態とそうでない状態とがひっかかることなく交互にスムーズに実現できる。

また、本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記円形ハブ部の前記軸方向ステータ極との対向面が前記ロータの前記凸部と同一高さとなっており、前記ステータの前記凸部と常に接触摺動することにより前記高さ規定部を形成していることが好適である。

ロータの中心部の円形ハブ部をステータの凸部に常に接触する高さ規定部とする構成としたので、ロータの凸部と高さ規定部の表面とを一度に加工できるため高さ精度を出しやすい。また、高さ規定部として特別な部品を追加する必要がない。

本発明のロータリーアクチュエータにおいて、前記ロータが重力方向に対して自由度をもっており、前記ロータが自重によって前記高さ規定部の規定する位置に付勢されている、ことが好ましい。

自重によって高さ規定部の規定する位置に付勢する構成とすることで、バネ等の接触の為の特別な部品が不要となり、かつ各部品の軸方向の高さ寸法精度を緩和することができるので、小型化が実現できる。

本発明によれば、径方向ステータ極の径方向の磁気吸引力によりロータの回転力を強く発生させ、軸方向ステータ極の軸方向の磁気吸引力によりステータと接触摺動させてロータのブレーキ力を強く発生させることができる。したがって、回転力とブレーキ力の両方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。 本発明の実施形態のロータリーアクチュエータを示す分解斜視図である。 ロータとステータとを示す説明図であり、（ａ）は上方から見た分解斜視図、（ｂ）は下方から見た分解斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。 本発明の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。 ロータの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は底面図である。 ステータの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。 ロータ及びステータの平面配置を示す説明図であり、（ａ）は回転トルクが発生するときの説明図、（ｂ）はブレーキトルクが発生するときの説明図である。 本発明の実施形態のロータリーアクチュエータの動作原理の説明図であり、回転力を発生させるときの説明図である。 本発明の実施形態のロータリーアクチュエータの動作原理の説明図であり、ブレーキ力を発生させるときの説明図である。 従来の力覚付与型入力装置の構造部の基本構成を示す斜視図である。 従来の可変リラクタンスモータの構成の事例を示す説明図である。

［第１実施形態］
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。

図１は、本発明の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、本発明の実施形態のロータリーアクチュエータ１を示す分解斜視図である。図３は、ロータ１０とステータ２０とを示す説明図であり、図３（ａ）は上方から見た分解斜視図、図３（ｂ）は下方から見た分解斜視図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図である。図５は、本発明の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６は、ロータ１０の外観図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図であり、図６（ｃ）は底面図である。図７は、ステータ２０の外観図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。図８は、ロータ１０及びステータ２０の平面配置を示す説明図であり、（ａ）は回転トルクが発生するときの説明図、（ｂ）はブレーキトルクが発生するときの説明図である。図９は、本発明の実施形態のロータリーアクチュエータ１の動作原理の説明図であり、回転力を発生させるときの説明図である。図１０は、本発明の実施形態のロータリーアクチュエータ１の動作原理の説明図であり、ブレーキ力を発生させるときの説明図である。

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３０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を圧入して固定可能な挿入孔を有している（図６参照）。ロータ１０は、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、回転軸１０ａを中心に回転可能である。なお、ロータ１０は、回転方向には操作軸１５と一体に回転するとともに、回転軸１０ａの軸方向には操作軸１５に固定されない機構を有していてもよい。また、ロータ１０は、図３に示すように、円形ハブ部１０ｅと、円形ハブ部１０ｅから径方向の外側に向かって延びる複数の突出部１０ｆと、を備えている。本実施形態では、ロータ１０の突出部１０ｆを８個にしている。突出部１０ｆは、ステータ２０に対向する径方向外周部１０ｂと軸方向対向面１０ｃとを有している。径方向外周部１０ｂは、複数の突出部１０ｆの円周部分である。軸方向対向面１０ｃは、突出部１０ｆの下面（Ｚ２側の面）部分である。そして、軸方向対向面１０ｃには、径方向に延びるリブ状の凸部１０ｄが形成されている。図６（ｃ）に示すように、ロータ１０の軸方向対向面１０ｃは、凸部１０ｄの円周方向の幅Ｗ１２が突出部１０ｆの円周方向の幅Ｗ１１よりも狭い形状に設定されている。

ステータ２０は鉄製で、ロータ１０の径方向外周部１０ｂと軸方向対向面１０ｃとの両方に対向する形状に形成されている。ステータ２０は、図３に示すように、ロータ１０の径方向外周部１０ｂに対向する径方向ステータ極２０ｂと、ロータ１０の軸方向対向面１０ｃに対向する軸方向ステータ極２０ｃと、を有している。本実施形態では、ステータ２０の径方向ステータ極２０ｂ及び軸方向ステータ極２０ｃを１０個にしている。そして、軸方向ステータ極２０ｃの対向面には、径方向に延びるリブ状の凸部２０ｄが形成されている。図７（ａ）に示すように、軸方向ステータ極２０ｃの凸部２０ｄは、凸部２０ｄの円周方向の幅Ｗ２２が径方向ステータ極２０ｂの円周方向の幅Ｗ２１よりも狭い形状に設定されている。

ステータ２０は、径方向ステータ極２０ｂと軸方向ステータ極２０ｃとを突出させている柱状のコア部２０ａを備えている。図３に示すように、本実施形態のコア部２０ａは１０個である。図２及び図７に示すように、それぞれのコア部２０ａには、コイル３０が巻かれている。なお、図１〜図７では、コイル３０に接続される配線部分は省略している。

本実施形態では、図２の下ケース５ｂを下方（Ｚ２側）の重力方向として、コア部２０ａにコイル３０が卷回されたステータ２０の上方（Ｚ１側）に、ロータ１０が配置される。このとき、ロータ１０は重力方向に対して自由度をもって配置されており、ロータ１０の自重によって、凸部１０ｄと凸部２０ｄとが、それぞれにリブ状の頂面部分で接触摺動するようになる。また、ロータ１０の円形ハブ部１０ｅは、図３（ｂ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、ロータ１０の凸部１０ｄと同一高さ（同一平面）になっている。ステータ２０の凸部２０ｄに円形ハブ部１０ｅの一部が当接しており、軸方向ステータ極２０ｃとの対向面は、円形ハブ部１０ｅの一部及び突出部１０ｆになっている。ロータ１０を回転させたときに、円形ハブ部１０ｅは、ステータ２０の凸部２０ｄと常に接触摺動する。

このため、図４に示すように、ステータ２０の凸部２０ｄとロータ１０の下方（Ｚ２側）とが自重によって規定の位置に付勢されている。すなわち、ロータ１０の円形ハブ部１０ｅがステータ２０の凸部２０ｄと常に接触摺動することにより、高さ規定部として機能する。ロータ１０が自重によって高さ規定部の規定する位置に付勢されている。こうすれば、高さ規定部によって、ロータ１０とステータ２０との軸方向の相対高さが一定に規定される。高さ規定部によって軸方向の相対高さが一定に保たれているので、ステータ２０の凸部１０ｄとロータ１０の凸部２０ｄとが接触摺動する状態とそうでない状態とが、ひっかかることなく交互にスムーズに実現できる。なお、本実施形態の高さ規定部の構成に限らず、例えば、バネによって付勢するようにしたり、ステータ２０以外の部材に摺動させるようにして高さ規定部を構成したりしてもよい。

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３０への通電制御を行なう。選択的に通電されたコイル３０は、径方向ステータ極２０ｂと軸方向ステータ極２０ｃとに磁気吸引力を発生させて、ロータ１０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。なお、通電制御部５０は、コイル３０や角度センサ４０に接続された配線を介して制御をおこなうので、下ケース５ｂや角度センサ４０の近くに配置する必要はない。例えば、外部の電子機器が通電制御部５０を兼ねていてもよい。

図５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。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。

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３０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。

また、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との磁気吸引力を連続的に発生させ、自走回転させることができる。１０個のコイル３０は、直径方向の２個を一対として通電制御され、５相モータとして機能する。

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。

次に、本実施形態のロータリーアクチュエータ１の動作について、詳述する。

本実施形態のロータリーアクチュエータ１は、ロータ１０に突出部１０ｆが設けられて、突出部１０ｆの径方向外周部１０ｂが径方向にステータ２０の径方向ステータ極２０ｂと対向するとともに、軸方向対向面１０ｃが軸方向に軸方向ステータ極２０ｃと対向する。ロータ１０には、図６に示すように、円周方向に等ピッチで８個の突出部１０ｆが形成され、それぞれの突出部１０ｆには凸部１０ｄが形成されている。凸部１０ｄは、円形ハブ部１０ｅと凸部１０ｄの頂面とが同一高さになるように形成されている。

ステータ２０には、図７に示すように、円周方向に等ピッチで１０個の軸方向ステータ極２０ｃが形成され、それぞれの軸方向ステータ極２０ｃには凸部２０ｄが形成されている。凸部２０ｄの頂面は、対向するロータ１０の円形ハブ部１０ｅと凸部１０ｄの頂面とに接触摺動するように構成されている。

径方向ステータ極２０ｂと径方向外周部１０ｂとは、ロータ１０の回転時に最接近する際においても、常に空隙を介して配置されている。一方、１０個の軸方向ステータ極２０ｃは、ロータ１０の回転に伴い、凸部２０ｄの頂面に突出部１０ｆの凸部１０ｄが接触摺動する。ロータ１０の凸部１０ｄが回転移動していくので、ロータ１０とステータ２０との相対角度によって接触摺動する面積が変化する。なお、突出部１０ｆが８個に対して、軸方向ステータ極２０ｃが１０個であるので、いずれか一対の突出部１０ｆの凸部１０ｄが軸方向ステータ極２０ｃの凸部２０ｄに接触する位置にあるときは、他の６個の凸部１０ｄは凸部２０ｄに接触しない位置にある。

ステータ２０のコア部２０ａに卷回されたコイル３０は、いずれか一対ごとに通電されるように制御されている。図８（ａ）では、コイル３０Ａに通電する制御がおこなわれ、コイル３０Ａの位置の径方向ステータ極２０ｂに磁気吸引力が発生して、もっとも近接している突出部１０ｆに回転トルクＲＴが生じる。ロータ１０にかかる外力が大きくなければ、回転トルクＲＴによってロータ１０が回転する。

コイル３０Ａに通電する制御が継続していると、図８（ｂ）の位置で回転トルクＲＴがゼロになるので、ロータ１０の回転は停止する。このとき、コイル３０Ａの位置の径方向ステータ極２０ｂの凸部２０ｄに、ロータ１０の凸部１０ｄが重なって接触している。軸方向に発生している磁気吸引力が最大になっており、ロータ１０を回転させようとしても強い摩擦力を生じることになる。したがって、ロータ１０の回転に対する強いブレーキ力となる。なお、このとき、コイル３０Ａへの通電からコイル３０Ｂへの通電に切り替えると、コイル３０Ｂの位置の径方向ステータ極２０ｂに磁気吸引力が発生して、ロータ１０は再び回転する。

図９及び図１０は、ロータ１０に生じる回転トルクとブレーキトルクを模式的に示した説明図である。

図９（ａ）は、横軸がステータ２０とロータ１０との相対角度であり、縦軸がステータ２０のコア部２０ａに卷回された５対のコイル３０をＡ〜Ｅの並び順に通電する５相通電における通電電流の大きさである。図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、横軸がステータ２０とロータ１０との相対角度であり、縦軸が一対のコイル３０に通電しているときのロータ１０に発生する回転トルクＲＴ１とブレーキトルクＢＴ１の大きさである。図９（ａ）に示すＡ相の通電状態におけるロータ１０の突出部１０ｆとコイル３０Ａの位置の径方向ステータ極２０ｂとの相対角度を、図８（ａ）に示すような状態であるとした場合、図９（ｂ）に示すように、ブレーキトルクＢＴ１より回転トルクＲＴ１が大きい。したがって、ロータ１０はブレーキ力で止まることなく、回転力によって回転する状態にある。この初期状態を０度として、ロータ１０が９度回転したときに、コイル３０Ａへの通電からコイル３０Ｂへの通電に切り替えると、Ａ相の通電状態と同じ状態がＢ相で繰り返されることになる。同様にして、ロータ１０が９度回転するごとに通電を切り替えると、図９（ｃ）に示すように、ブレーキトルクＢＴ１より回転トルクＲＴ１が大きい状態が繰り返される。したがって、ロータ１０はブレーキ力で止まることなく、回転力によって回転し続けることができる。こうすれば、モータとしても使用することができる。

図１０の（ａ）は、横軸がステータ２０とロータ１０との相対角度であり、縦軸がステータ２０のコア部２０ａに卷回された５対のコイル３０をＡ〜Ｅの並び順に通電する５相通電における通電電流の大きさである。図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、横軸がステータ２０とロータ１０との相対角度であり、縦軸が一対のコイル３０に通電しているときのロータ１０に発生する回転トルクＲＴ２とブレーキトルクＢＴ２の大きさである。なお、図１０（ａ）に示すＡ相の通電状態におけるロータ１０の突出部１０ｆとコイル３０Ａの位置の径方向ステータ極２０ｂとの相対角度を、図８（ｂ）に示すような状態としている。この場合、図１０（ｂ）に示すように、ブレーキトルクＢＴ２が最大であり、回転トルクＲＴ２が小さい。この初期状態を０度として、ロータ１０が９度回転したときに、コイル３０Ａへの通電からコイル３０Ｂへの通電に切り替えると、Ａ相の通電状態と同じ状態がＢ相で繰り返されることになる。同様にして、ロータ１０が９度回転するごとに通電を切り替えると、図１０（ｃ）に示すように回転トルクＲＴ２よりブレーキトルクＢＴ２が上回る状態を継続させることができる。したがって、ロータ１０には強いブレーキ力を生じた状態であり、例えば図５の操作部６０を操作者が回転操作しようとしたときにはブレーキ力より強い力で操作しなければならない。これにより、操作者に操作感を感じさせることができる。また、禁止すべき操作に対しては、コイル３０への通電電流を大きくすることにより、通常の操作力を上回るブレーキ力によって回転操作できないようにすることができる。

通電制御のタイミングは、図９又は図１０に示すタイミングに限定されない。ステータ２０とロータ１０との相対角度と選択的な通電とのタイミングによって、回転力とブレーキ力の相対的な大きさを制御することができる。したがって、所定の相対角度で停止するように自走回転させたり、所定のピッチで回転操作の感触（いわゆるクリック感）をもたせたりすることが可能である。

本実施形態のロータリーアクチュエータ１を力覚付与型入力装置に適用すれば、回転力の駆動源とブレーキ力の駆動源とを別々に持つ場合に比べ、小型化が実現できる。

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、回転軸１０ａを中心に回転可能なロータ１０と、ロータ１０に対向するステータ２０と、選択的に通電されステータ２０に磁気吸引力を発生させるコイル３０と、ステータ２０とロータ１０との相対角度を検出する角度センサ４０と、角度センサ４０による検出結果を判断しコイル３０への通電制御を行なう通電制御部５０と、を備えている。ステータ２０は、回転軸１０ａの軸方向においてロータ１０に対向する軸方向ステータ極２０ｃと、径方向においてロータ１０の径方向外周部１０ｂに対向する径方向ステータ極２０ｂと、を有している。ロータ１０は、径方向ステータ極２０ｂとの対向面が常に空隙を介して配置され、軸方向ステータ極２０ｃとの対向面が相対角度によって接触摺動する面積が変化するように配置されている。

この構成によれば、径方向ステータ極２０ｂの径方向の磁気吸引力によりロータ１０の回転力を強く発生させ、軸方向ステータ極２０ｃの軸方向の磁気吸引力によりステータ２０と接触摺動させてロータ１０のブレーキ力を強く発生させることができる。ステータ２０とロータ１０との相対角度を検出し選択的に通電制御を行うことにより、回転力とブレーキ力との両方を発生させることができる。なお、回転力とブレーキ力は同時に発生しているが、ステータ２０とロータ１０との相対角度と選択的な通電とのタイミングによって、回転力とブレーキ力の相対的な大きさを制御する。

また、本実施形態のロータリーアクチュエータ１を力覚付与型入力装置に適用すれば、回転力の駆動源とブレーキ力の駆動源とを別々に持つ場合に比べ、小型化が実現できる。

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、ロータ１０が中心部の円形ハブ部１０ｅと径方向に延びる複数の突出部１０ｆからなり、ロータ１０と軸方向ステータ極２０ｃとの対向面には、それぞれに頂面部分で接触摺動する径方向に延びるリブ状の凸部１０ｄ、２０ｄが形成されており、ロータ１０の凸部１０ｄは、その円周方向の幅Ｗ１２が突出部１０ｆの円周方向の幅Ｗ１１よりも狭く、軸方向ステータ極２０ｃの凸部２０ｄは、その円周方向の幅Ｗ２２が径方向ステータ極２０ｂの円周方向の幅Ｗ２１よりも狭い。

この構成によれば、径方向の対向面よりも幅狭の頂面部分同士で接触摺動させることで、ブレーキ力が強くなる相対角度と、回転力が強くなる相対角度と、を別々に設定できる。これにより相対角度を検出し頂面部分同士が接触摺動する角度のときにコイル３０に通電することでブレーキ力を強く発生させ、またそれ以外の相対角度で通電することで回転力を強く発生させることができる。

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、円形ハブ部１０ｅの軸方向ステータ極２０ｃとの対向面がロータ１０の凸部１０ｄと同一高さとなっており、ステータ２０の凸部２０ｄと常に接触摺動することにより高さ規定部を形成している。そして、ロータ１０が重力方向に対して自由度をもっており、ロータ１０が自重によって高さ規定部の規定する位置に付勢されている。これによって、ロータ１０とステータ２０との軸方向の相対高さを一定に規定する高さ規定部として機能する。

この構成によれば、相対角度が変化しても高さ規定部によって軸方向の相対高さが一定に保たれているので、ステータ２０の凸部１０ｄとロータ１０の凸部２０ｄとが接触摺動する状態とそうでない状態とが、ひっかかることなく交互にスムーズに実現できる。

ロータ１０の中心部の円形ハブ部１０ｅをステータ２０の凸部２０ｄに常に接触する高さ規定部とする構成としたので、ロータ１０の凸部１０ｄと高さ規定部の表面とを一度に加工できるため高さ精度を出しやすい。また、高さ規定部として特別な部品を追加する必要がない。

また、自重によって高さ規定部の規定する位置に付勢する構成とすることで、バネ等の接触の為の特別な部品が不要となり、かつ各部品の軸方向の高さ寸法精度を緩和することができるので、小型化が実現できる。

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１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）本実施形態において、ステータ２０を５相モータ用の構成としたが、５相に限定されるものではない。３相以上であれば適用可能である。

（２）本実施形態において、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、コイル３０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。

（３）本実施形態において、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３０への通電を制御することにより、多彩な操作感触を発生することができる。

１ 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
１０ａ 回転軸
１０ｂ 径方向外周部
１０ｃ 軸方向対向面
１０ｄ 凸部
１０ｅ 円形ハブ部
１０ｆ 突出部
１５ 操作軸
２０ ステータ
２０ａ コア部
２０ｂ 径方向ステータ極
２０ｃ 軸方向ステータ極
２０ｄ 凸部
３０、３０Ａ、３０Ｂ 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 (5)

1. 回転軸を中心に回転可能なロータと、
   前記ロータに対向するステータと、
   選択的に通電され前記ステータに磁気吸引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、を備えたロータリーアクチュエータにおいて、
   前記ステータは、前記回転軸の軸方向において前記ロータに対向する軸方向ステータ極と、径方向において前記ロータの径方向外周部に対向する径方向ステータ極と、を有し、
   前記ロータは、前記径方向ステータ極との対向面が常に空隙を介して配置され、前記軸方向ステータ極との対向面が前記相対角度によって接触摺動する面積が変化するように配置されたことを特徴とするロータリーアクチュエータ。
2. 前記ロータが中心部の円形ハブ部と径方向に延びる複数の突出部からなり、
   前記ロータと前記軸方向ステータ極との対向面には、それぞれに頂面部分で接触摺動する径方向に延びるリブ状の凸部が形成されており、
   前記ロータの前記凸部は、その円周方向の幅が前記突出部の円周方向の幅よりも狭く、
   前記軸方向ステータ極の前記凸部は、その円周方向の幅が前記径方向ステータ極の円周方向の幅よりも狭い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。
3. 前記ロータと前記ステータとの前記軸方向の相対高さを一定に規定する高さ規定部を有することを特徴とする請求項２に記載のロータリーアクチュエータ。
4. 前記円形ハブ部の前記軸方向ステータ極との対向面が前記ロータの前記凸部と同一高さとなっており、前記ステータの前記凸部と常に接触摺動することにより前記高さ規定部を形成していることを特徴とする請求項３に記載のロータリーアクチュエータ。
5. 前記ロータが重力方向に対して自由度をもっており、前記ロータが自重によって前記高さ規定部の規定する位置に付勢されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のロータリーアクチュエータ。