JP7026569B2 - Force-imparting operation device - Google Patents

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Description

本発明は、力覚付与型操作装置に関する。 The present invention relates to a force-sensing type operating device.

従来、クレーン等の作業機械を操作するために用いられてその操作時に操作者に力覚を付与する力覚付与型操作装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、このような力覚付与型操作装置の一例が開示されている。 Conventionally, there is known a force sense imparting type operation device that is used for operating a work machine such as a crane and imparts a force sense to an operator at the time of the operation. For example, Patent Document 1 below discloses an example of such a force-sensing type operating device.

特許文献1に開示された力覚付与型操作装置は、ステータ部と、そのステータ部の周りを囲むように配置されてそのステータ部に対して所定の回転軸回りに回転可能なロータ部と、そのロータ部に固定され、操作者によって操作される操作レバーと、を備えている。 The force-sensing type operation device disclosed in Patent Document 1 includes a stator portion, a rotor portion arranged so as to surround the stator portion and rotatable about a predetermined rotation axis with respect to the stator portion, and a rotor portion. It is equipped with an operation lever fixed to the rotor portion and operated by an operator.

ステータ部は、ステータ本体と、励磁コイルとを有する。ステータ本体は、ロータ部の回転軸と同心となるように配置された軸部と、その軸部の長手方向の両端にそれぞれ設けられて軸部の径方向外側に広がる一対の大径部とを有する。励磁コイルは、ステータ本体の一対の大径部間で当該ステータ本体の軸部の周りに巻回されている。 The stator portion has a stator body and an exciting coil. The stator body has a shaft portion arranged so as to be concentric with the rotation shaft of the rotor portion, and a pair of large diameter portions provided at both ends in the longitudinal direction of the shaft portion and extending outward in the radial direction of the shaft portion. Have. The exciting coil is wound around a shaft portion of the stator body between a pair of large diameter portions of the stator body.

ステータ本体の各大径部は、その外側のロータ部へ向かって突出する複数のロータ側磁極部を有する。この複数のロータ側磁極部は、前記回転軸を中心とした周方向に等間隔に配置されている。また、一方の大径部の各ロータ側磁極部と他方の大径部の各ロータ側磁極部とは、前記回転軸を中心とした周方向において同じ位置に配置されている。 Each large diameter portion of the stator body has a plurality of rotor side magnetic pole portions protruding toward the rotor portion on the outer side thereof. The plurality of rotor-side magnetic pole portions are arranged at equal intervals in the circumferential direction about the rotation axis. Further, each rotor-side magnetic pole portion of one large-diameter portion and each rotor-side magnetic pole portion of the other large-diameter portion are arranged at the same position in the circumferential direction about the rotation axis.

ロータ部は、円筒状のロータ本体と、そのロータ本体から内側のステータ部へ向けて突出する複数のロータ側磁極部とを有する。この複数のロータ側磁極部は、前記回転軸を中心とした周方向に等間隔に配置されている。各ロータ側磁極部の先端面である各ロータ側磁極面と対応する各ステータ側磁極部の先端面である各ステータ側磁極面とは、前記回転軸を中心とした円の径方向において隙間をあけて対向し得るようになっている。励磁コイルは励磁電流が供給されることによりステータ本体及びロータ部を励磁し、それによって、前記回転軸、ステータ側磁極部及びロータ側磁極部を通る平面上において励磁コイルを囲むような磁気回路が形成される。 The rotor portion has a cylindrical rotor main body and a plurality of rotor-side magnetic pole portions protruding from the rotor main body toward the inner stator portion. The plurality of rotor-side magnetic pole portions are arranged at equal intervals in the circumferential direction about the rotation axis. There is a gap between each rotor side magnetic pole surface, which is the tip surface of each rotor side magnetic pole portion, and each stator side magnetic pole surface, which is the tip surface of each stator side magnetic pole portion, in the radial direction of the circle centered on the rotation axis. It is designed so that it can be opened and faced. The exciting coil excites the stator body and the rotor portion by supplying an exciting current, whereby a magnetic circuit that surrounds the exciting coil on a plane passing through the rotating shaft, the stator side magnetic pole portion and the rotor side magnetic pole portion is formed. It is formed.

操作者が操作レバーを中立位置から回動操作したときには、ロータ部が前記回転軸を中心として回転し、各ロータ側磁極面が対応するステータ側磁極面に対して周方向にずれるように変位する。このとき、各ロータ側磁極面が対応するステータ側磁極面から磁気吸引力を受け、その磁気吸引力が力覚として操作レバーを通じて操作者に提示される。 When the operator rotates the operation lever from the neutral position, the rotor portion rotates about the rotation axis, and each rotor side magnetic pole surface is displaced so as to be displaced in the circumferential direction with respect to the corresponding stator side magnetic pole surface. .. At this time, each rotor-side magnetic pole surface receives a magnetic attraction from the corresponding stator-side magnetic pole surface, and the magnetic attraction is presented to the operator as a force sense through the operation lever.

また、特許文献1に開示された力覚付与型操作装置は、操作レバーが中立位置から回動操作された場合に、その操作レバーを中立位置へ戻すように当該操作レバーに戻し力を付与する中立位置戻し部を備えている。この中立位置戻し部は、戻し部本体と、一対の圧縮コイルバネとを有する。 Further, the force-sensing type operation device disclosed in Patent Document 1 applies a return force to the operation lever so as to return the operation lever to the neutral position when the operation lever is rotated from the neutral position. It has a neutral position return section. This neutral position return portion has a return portion main body and a pair of compression coil springs.

戻し部本体は、ロータ部の径方向外側に配置され、当該ロータ部の回転に伴ってその回転の向きに対応する方向へ平行移動するように当該ロータ部に連結されている。一対の圧縮コイルバネは、戻し部本体の移動方向に沿う方向において当該戻し部本体の両側に分かれて配置されている。この一対の圧縮コイルバネは、操作レバーが中立位置から回動操作されてロータ部が回転するのに伴って戻し部本体が移動したときにその戻し部本体によって圧縮され、当該戻し部本体に対してその移動方向と逆向きの弾発力を付与する。この弾発力が、戻し部本体からロータ部及び操作レバーに伝達され、その操作レバーを中立位置へ戻す戻し力となる。 The return portion main body is arranged on the radial outer side of the rotor portion, and is connected to the rotor portion so as to translate in a direction corresponding to the direction of rotation as the rotor portion rotates. The pair of compression coil springs are separately arranged on both sides of the return portion main body in the direction along the moving direction of the return portion main body. This pair of compression coil springs is compressed by the return portion main body when the return portion main body moves as the rotor portion is rotated by the rotation operation of the operation lever from the neutral position, and is compressed with respect to the return portion main body. Gives an elastic force in the direction opposite to the moving direction. This elastic force is transmitted from the return portion main body to the rotor portion and the operation lever, and becomes the return force for returning the operation lever to the neutral position.

特開2015-72669号公報JP-A-2015-72669

しかしながら、前記特許文献1に開示された力覚付与型操作装置では、長期にわたる使用の結果、中立位置戻し部による操作レバーの中立位置への戻し動作に問題が生じる虞がある。 However, in the force-sensing type operating device disclosed in Patent Document 1, as a result of long-term use, there is a possibility that a problem may occur in the operation of returning the operating lever to the neutral position by the neutral position returning portion.

具体的には、操作レバーが中立位置から回動操作され、また、その回動操作された位置から中立位置へ戻されるといった操作が長期にわたって繰り返されていると、中立位置戻し部の圧縮コイルバネの圧縮と伸長が多数回繰り返され、その結果、圧縮コイルバネが劣化してその弾発力が低下したり、圧縮コイルバネ及び戻し部本体に損耗が生じたりする。この場合には、操作レバーに付与される戻し力が低下したり、操作レバーがスムーズに中立位置へ戻らなくなったりするなどの問題が中立位置戻し部による操作レバーの戻し動作に生じる。 Specifically, when the operation lever is rotated from the neutral position and then returned from the rotated position to the neutral position over a long period of time, the compression coil spring of the neutral position return portion is used. Compression and expansion are repeated many times, and as a result, the compression coil spring deteriorates and its elastic force decreases, and the compression coil spring and the return portion main body are worn. In this case, problems such as a decrease in the return force applied to the operation lever and the inability to smoothly return the operation lever to the neutral position occur in the return operation of the operation lever by the neutral position return portion.

本発明の目的は、長期にわたって使用された場合であっても操作レバーの中立位置への安定した戻し動作を維持可能な力覚付与型操作装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a force-sensitive operating device capable of maintaining a stable return operation of the operating lever to a neutral position even when used for a long period of time.

本発明により提供されるのは、作業機械を操作するために用いられてその操作時に操作者に力覚を付与する力覚付与型操作装置である。この力覚付与型操作装置は、前記作業機械を操作するために操作者によって操作される操作部材であって中立位置から所定の回転軸を中心として回動操作可能なものと、固定部と、前記固定部に対して前記回転軸を中心として回転可能に構成され、前記操作部材の回動操作に伴って回転するように前記操作部材に接続された回転部と、を備える。前記固定部と前記回転部のうちの一方の部材は、前記固定部と前記回転部のうちの他方の部材である内側部材に対して前記回転軸を中心とした円の径方向の外側に配置されて前記内側部材の周りを囲む部分を有する外側部材である。前記内側部材は、前記回転軸に一致する軸心を有する軸部及び前記回転軸に沿う方向において互いに離間して配置されて前記軸部の径方向外側へそれぞれ広がるように前記軸部に設けられた一対の大径部を有する内側部材本体と、前記軸部の周りに巻回された励磁コイルであって前記操作レバーが前記中立位置から回動操作されたときに前記力覚を生じさせる磁気吸引力を前記内側部材本体と前記外側部材との間に発生させるように前記内側部材本体及び前記外側部材を励磁するものと、前記操作レバーが前記中立位置から回動操作されたときにその操作レバーを前記中立位置へ戻す戻し力を発生させる中立位置戻し部と、を備える。前記外側部材は、前記円の周方向に間隔をあけて並び、当該外側部材が励磁されたときに磁束が集中する複数の外側磁極部を有する。前記一対の大径部のそれぞれは、前記周方向に間隔をあけて並ぶとともに前記径方向において前記複数の外側磁極部のそれぞれと対向するように配置されていて前記内側部材本体が励磁されたときに磁束が集中する複数の内側磁極部を有する。前記一対の大径部の前記複数の内側磁極部は、前記回転軸に沿う方向において互いに対向して対をなすようにそれぞれ配置される。前記中立位置戻し部は、複数の対の前記内側磁極部のうち所定の対の内側磁極部同士の間において前記径方向における前記励磁コイルの外側に配置された第1永久磁石であって前記径方向の外側を向くN極及び前記径方向の内側を向くS極を有するものと、前記所定の対の内側磁極部から前記周方向に離れた別の対の内側磁極部同士の間において前記径方向における前記励磁コイルの外側に配置された第2永久磁石であって前記径方向の内側を向くN極及び前記径方向の外側を向くS極を有し、前記操作レバーが回動操作されたときに前記戻し力を発生させる磁気吸引力が前記第1永久磁石と前記径方向においてその第1永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間及び当該第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間に生じるような磁気回路を当該第2永久磁石と前記第1永久磁石との間に形成するものと、を含む。 Provided by the present invention is a force sense imparting type operation device used for operating a work machine and imparting a force sense to an operator at the time of the operation. This force-sensing type operation device is an operation member operated by an operator to operate the work machine and can be rotated around a predetermined rotation axis from a neutral position, a fixed portion, and a fixed portion. It is configured to be rotatable about the rotation axis with respect to the fixing portion, and includes a rotating portion connected to the operating member so as to rotate with the rotation operation of the operating member. One member of the fixed portion and the rotating portion is arranged outside the radial direction of the circle centered on the rotating axis with respect to the inner member which is the other member of the fixed portion and the rotating portion. It is an outer member having a portion surrounding the inner member. The inner member is provided on the shaft portion having an axial center corresponding to the rotating shaft and arranged apart from each other in the direction along the rotating shaft so as to spread outward in the radial direction of the shaft portion. An inner member body having a pair of large diameter portions and a magnetism that is an exciting coil wound around the shaft portion and causes the force sense when the operation lever is rotated from the neutral position. A device that excites the inner member body and the outer member so as to generate an attractive force between the inner member body and the outer member, and an operation thereof when the operation lever is rotated from the neutral position. It is provided with a neutral position return portion for generating a return force for returning the lever to the neutral position. The outer members are arranged at intervals in the circumferential direction of the circle, and have a plurality of outer magnetic pole portions in which magnetic flux is concentrated when the outer members are excited. When each of the pair of large diameter portions is arranged at intervals in the circumferential direction and is arranged so as to face each of the plurality of outer magnetic flux portions in the radial direction, and the inner member main body is excited. It has a plurality of inner magnetic poles in which the magnetic flux is concentrated. The plurality of inner magnetic pole portions of the pair of large diameter portions are arranged so as to face each other in a direction along the rotation axis and form a pair. The neutral position return portion is a first permanent magnet arranged outside the exciting coil in the radial direction between predetermined pairs of inner magnetic pole portions among the plurality of pairs of inner magnetic pole portions, and has the diameter. The diameter between one having an N pole facing outward in the direction and an S pole facing inward in the radial direction and another pair of inner magnetic pole portions separated from the predetermined pair of inner magnetic pole portions in the circumferential direction. A second permanent magnet arranged outside the exciting coil in the direction having an N pole facing inward in the radial direction and an S pole facing outward in the radial direction, and the operating lever was rotated. When the magnetic attraction force that generates the return force is between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction, and in the radial direction with the second permanent magnet. A magnetic circuit such as that generated between the outer magnetic pole portion located outside the second permanent magnet is formed between the second permanent magnet and the first permanent magnet.

この力覚付与型操作装置では、中立位置戻し部の第1永久磁石と第2永久磁石によって得られる前記磁気吸引力により、操作レバーが中立位置から回動操作されたときにその操作レバーを中立位置へ戻す戻し力を当該操作レバーに付与することができる。この第1永久磁石及び第2永久磁石により得られる前記磁気吸引力は、長期にわたって操作レバーが繰り返し回動操作されたとしても減少することはなく、また、それらの永久磁石が損耗することはない。このため、この力覚付与型操作装置は、長期にわたって使用された場合であっても、操作レバーの中立位置への安定した戻し動作を維持可能である。しかも、この力覚付与型操作装置では、操作レバーが中立位置から回動操作されたときに力覚を付与するために従来から備える外側部材、励磁コイル及び内側部材本体を利用してその励磁コイルの前記径方向における外側で各対の内側磁極部同士の間に存在するスペースに第1永久磁石と第2永久磁石を配置するだけで、操作レバーを中立位置へ戻す戻し力を発生させる中立位置戻し部を構成できるため、特別な設計変更を行うことなく中立位置戻し部を構成できる。さらに、中立位置戻し部の第1及び第2永久磁石は前記のようなスペースに配置されることから、中立位置戻し部が外側部材の径方向外側に設けられるような構成に比べて、力覚付与型操作装置を小型化することができる。 In this force-sensing type operation device, the operation lever is neutralized when the operation lever is rotated from the neutral position by the magnetic attraction force obtained by the first permanent magnet and the second permanent magnet of the neutral position return portion. A return force to return to the position can be applied to the operation lever. The magnetic attraction force obtained by the first permanent magnet and the second permanent magnet does not decrease even if the operating lever is repeatedly rotated for a long period of time, and the permanent magnets are not worn. .. Therefore, this force-sensing type operating device can maintain a stable return operation of the operating lever to the neutral position even when it is used for a long period of time. Moreover, in this force sense applying type operation device, the outer member, the exciting coil, and the inner member main body, which are conventionally provided to apply the force sense when the operation lever is rotated from the neutral position, are used to use the exciting coil. A neutral position that generates a return force to return the operating lever to the neutral position simply by arranging the first permanent magnet and the second permanent magnet in the space existing between the inner magnetic poles of each pair on the outer side in the radial direction of the above. Since the return section can be configured, the neutral position return section can be configured without making any special design changes. Further, since the first and second permanent magnets of the neutral position return portion are arranged in the space as described above, the force sense is compared with the configuration in which the neutral position return portion is provided on the radial outside of the outer member. The grant type operation device can be miniaturized.

前記第2永久磁石は、前記第1永久磁石が間に配置された前記所定の対の内側磁極部に対して前記周方向に隣り合う別の対の内側磁極部同士の間に配置されていることが好ましい。 The second permanent magnet is arranged between another pair of inner magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction with respect to the predetermined pair of inner magnetic poles in which the first permanent magnet is arranged. Is preferable.

この構成によれば、第2永久磁石が、前記所定の対の内側磁極部と隣り合う前記別の対の内側磁極部よりも前記所定の対の内側磁極部から遠く離れた一対の内側磁極部同士の間に配置される場合に比べて、第1永久磁石と第2永久磁石との間に形成される磁気経路の距離を抑制できる。第1永久磁石と前記径方向において当該第1永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間に作用する磁気吸引力及び第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間に作用する磁気吸引力は、第1永久磁石と第2永久磁石との間に形成される磁気経路の距離の増大に応じて減少するが、本構成によれば、前記のように当該磁気経路の距離を抑制できるため、第1永久磁石とその外側に位置する外側磁極部との間及び第2永久磁石とその外側に位置する外側磁極部との間にそれぞれ作用する磁気吸引力が弱まるのを防ぐことができる。このため、第1及び第2永久磁石がサイズの小さいものであったり、磁力が弱いものであったりする場合であっても、操作レバーを中立位置へ戻す戻し力として必要な力を確保することができ、サイズの小ささや磁力の弱さに起因して低コストな永久磁石を利用することができる。 According to this configuration, the second permanent magnet is a pair of inner magnetic poles farther from the predetermined pair of inner magnetic poles than the other pair of inner magnetic poles adjacent to the predetermined pair of inner magnetic poles. The distance of the magnetic path formed between the first permanent magnet and the second permanent magnet can be suppressed as compared with the case where they are arranged between each other. The magnetic attraction acting between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction and the second permanent magnet located outside the second permanent magnet in the radial direction. The magnetic attraction acting between the outer magnetic poles and the outer magnetic poles decreases as the distance of the magnetic path formed between the first permanent magnet and the second permanent magnet increases, but according to this configuration, Since the distance of the magnetic path can be suppressed as described above, it acts between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet and between the second permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the second permanent magnet, respectively. It is possible to prevent the magnetic attraction force from weakening. Therefore, even if the first and second permanent magnets are small in size or have a weak magnetic force, the force required to return the operating lever to the neutral position should be secured. It is possible to use low-cost permanent magnets due to their small size and weak magnetic force.

前記第1永久磁石と前記径方向において当該第1永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間には前記径方向の隙間が設けられているとともに、前記第1永久磁石と前記所定の対の内側磁極部のそれぞれとの間には前記回転軸に沿う方向の隙間が設けられ、前記第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間には前記径方向の隙間が設けられているとともに、前記第2永久磁石と前記別の対の内側磁極部のそれぞれとの間には前記回転軸に沿う方向の隙間が設けられ、前記第1永久磁石についての前記径方向の隙間は、当該第1永久磁石についての前記回転軸に沿う方向の隙間よりも小さく、前記第2永久磁石についての前記径方向の隙間は、当該第2永久磁石についての前記回転軸に沿う方向の隙間よりも小さいことが好ましい。 A radial gap is provided between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction, and the first permanent magnet and the predetermined one are provided. A gap is provided between each of the pair of inner magnetic pole portions in the direction along the rotation axis, and the second permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the second permanent magnet in the radial direction. A gap in the radial direction is provided between the two, and a gap in the direction along the rotation axis is provided between the second permanent magnet and each of the inner magnetic pole portions of the other pair. The radial gap of the 1 permanent magnet is smaller than the gap along the rotation axis of the 1st permanent magnet, and the radial gap of the 2nd permanent magnet is the 2nd permanent magnet. It is preferable that it is smaller than the gap in the direction along the rotation axis.

このようにすれば、第1永久磁石と前記径方向において当該第1永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間の磁気抵抗が当該第1永久磁石と前記回転軸に沿う方向において当該第1永久磁石の両側に位置する内側磁極部との間の磁気抵抗よりも小さくなるとともに、第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間の磁気抵抗が当該第2永久磁石と前記回転軸に沿う方向において当該第2永久磁石の両側に位置する内側磁極部との間の磁気抵抗よりも小さくなる。各永久磁石が発生する磁束はより磁気抵抗の小さい径路に流れるため、本構成によれば、第1永久磁石と前記回転軸に沿う方向において当該第1永久磁石の両側に位置する内側磁極部との間を短絡するような経路で磁束が流れるのを抑制できるとともに、第2永久磁石と前記回転軸に沿う方向において当該第2永久磁石の両側に位置する内側磁極部との間を短絡するような経路で磁束が流れるのを抑制できる。その結果、第1永久磁石から外側部材を通って第2永久磁石へ至り、その第2永久磁石から内側部材を通って第1永久磁石へ至る経路での磁束の流れが減少するのを抑制でき、当該磁束の流れに起因して第1永久磁石とその外側の外側磁極部との間及び第2永久磁石とその外側の外側磁極部との間にそれぞれ作用する磁気吸引力が弱まるのを防ぐことができる。このため、サイズがより小さかったり、磁力がより弱い永久磁石を第1及び第2永久磁石として用いたとしても前記戻し力として必要な力を確保でき、永久磁石についてのコストの低減をより促進できる。 By doing so, the magnetic resistance between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction is the first in the direction along the first permanent magnet and the rotation axis. 1 It is smaller than the magnetic resistance between the inner magnetic poles located on both sides of the permanent magnet, and the magnetism between the second permanent magnet and the outer magnetic poles located outside the second permanent magnet in the radial direction. The resistance is smaller than the magnetic resistance between the second permanent magnet and the inner magnetic poles located on both sides of the second permanent magnet in the direction along the rotation axis. Since the magnetic flux generated by each permanent magnet flows in a path having a smaller magnetic resistance, according to this configuration, the first permanent magnet and the inner magnetic pole portions located on both sides of the first permanent magnet in the direction along the rotation axis. It is possible to suppress the flow of magnetic flux in a path that short-circuits between them, and also short-circuits between the second permanent magnet and the inner magnetic poles located on both sides of the second permanent magnet in the direction along the rotation axis. It is possible to suppress the flow of magnetic flux through various paths. As a result, it is possible to suppress a decrease in the flow of magnetic force in the path from the first permanent magnet to the second permanent magnet through the outer member and from the second permanent magnet to the first permanent magnet through the inner member. Prevents the magnetic attraction acting between the first permanent magnet and its outer outer magnetic pole and between the second permanent magnet and its outer outer magnetic pole due to the flow of the magnetic flux from weakening. be able to. Therefore, even if a permanent magnet having a smaller size or a weaker magnetic force is used as the first and second permanent magnets, the force required for the return force can be secured, and the cost reduction of the permanent magnet can be further promoted. ..

前記内側部材は、前記第1永久磁石及び前記第2永久磁石に対して前記径方向の内側で且つ前記励磁コイルに対して前記径方向の外側の位置において前記第1永久磁石と前記第2永久磁石とを繋ぐように前記周方向に延びる軟磁性体を有することが好ましい。 The inner member includes the first permanent magnet and the second permanent magnet at positions inside the radial direction with respect to the first permanent magnet and the second permanent magnet and outside the radial direction with respect to the exciting coil. It is preferable to have a soft magnetic material extending in the circumferential direction so as to connect with a magnet.

このようにすれば、前記軟磁性体により、第2永久磁石から第1永久磁石へ向かう磁束が流れる経路を当該第1永久磁石及び当該第2永久磁石に近く、短い距離で形成することができる。このため、第1永久磁石と前記径方向において当該第1永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間に作用する磁気吸引力及び第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する外側磁極部との間に作用する磁気吸引力をより大きく確保することができる。このため、サイズがより小さかったり、磁力がより弱い永久磁石を第1及び第2永久磁石として用いたとしても前記戻し力として必要な力を確保でき、永久磁石についてのコストの低減をより促進できる。 By doing so, the soft magnetic material can form a path through which the magnetic flux flowing from the second permanent magnet to the first permanent magnet is close to the first permanent magnet and the second permanent magnet and at a short distance. .. Therefore, the magnetic attraction acting between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction and the second permanent magnet and the second permanent magnet in the radial direction It is possible to secure a larger magnetic attraction force acting between the outer magnetic pole portion located on the outer side. Therefore, even if a permanent magnet having a smaller size or a weaker magnetic force is used as the first and second permanent magnets, the force required for the return force can be secured, and the cost reduction of the permanent magnet can be further promoted. ..

以上説明したように、本発明によれば、長期にわたって使用された場合であっても操作レバーの中立位置への安定した戻し動作を維持可能な力覚付与型操作装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a force-sensing type operating device capable of maintaining a stable return operation of the operating lever to the neutral position even when used for a long period of time.

本発明の一実施形態による力覚付与型操作装置の正面図である。It is a front view of the force sense application type operation apparatus by one Embodiment of this invention. 固定部と回転部を回転軸方向に見た図であって操作レバーが中立位置にあるときの固定部と回転部との相対的な位置関係を示す図である。It is the figure which looked at the fixed part and the rotating part in the direction of the rotation axis, and is the figure which shows the relative positional relationship between the fixed part and the rotating part when the operation lever is in a neutral position. 操作レバーが中立位置から一方側に最大まで回動操作されたときの固定部と回転部との相対的な位置関係を示す図2相当図である。FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing a relative positional relationship between a fixed portion and a rotating portion when the operating lever is rotated from the neutral position to the maximum to one side. 図2中のIV-IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line in FIG. 図4の断面図のうちの上半部を拡大して示す図であって励磁コイルに励磁電流が供給されたときに生じる磁気回路(磁束の流れ)を示す図である。FIG. 4 is an enlarged view showing the upper half of the cross-sectional view of FIG. 4 and shows a magnetic circuit (flow of magnetic flux) generated when an exciting current is supplied to the exciting coil. 力学付与型操作装置の固定部及び回転部の回転軸に直交する方向の断面図であって中立位置戻し部の複数の第1永久磁石及び複数の第2永久磁石により形成される磁束の流れを示す図である。It is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the rotation axis of the fixed portion and the rotating portion of the mechanics-imparting operation device, and the flow of magnetic flux formed by the plurality of first permanent magnets and the plurality of second permanent magnets of the neutral position return portion is shown. It is a figure which shows. 力覚付与型操作装置のうち第1永久磁石近傍の部位の径方向に沿う方向の断面を示す図であってその第1永久磁石が発生させる磁束の向きを示す図である。It is a figure which shows the cross section in the direction along the radial direction of the part near the 1st permanent magnet in the force sense application type operation apparatus, and is the figure which shows the direction of the magnetic flux generated by the 1st permanent magnet. 力覚付与型操作装置のうち第2永久磁石近傍の部位の径方向に沿う方向の断面を示す図であってその第2永久磁石が発生させる磁束の向きを示す図である。It is a figure which shows the cross section in the direction along the radial direction of the part near the 2nd permanent magnet in the force sense application type operation apparatus, and is the figure which shows the direction of the magnetic flux generated by the 2nd permanent magnet. 励磁コイルに供給される励磁電流が0Aの時の操作レバーの中立位置からの回動操作角度と操作レバーに作用する反力トルクとの相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation between the rotation operation angle from the neutral position of the operation lever, and the reaction force torque acting on the operation lever when the exciting current supplied to the exciting coil is 0A. 励磁コイルに供給される励磁電流が1Aの時の操作レバーの中立位置からの回動操作角度と操作レバーに作用する反力トルクとの相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation between the rotation operation angle from the neutral position of the operation lever, and the reaction force torque acting on the operation lever when the exciting current supplied to the exciting coil is 1A. 励磁コイルに供給される励磁電流が5Aの時の操作レバーの中立位置からの回動操作角度と操作レバーに作用する反力トルクとの相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation between the rotation operation angle from the neutral position of the operation lever, and the reaction force torque acting on the operation lever when the exciting current supplied to the exciting coil is 5A. 本発明の一変形例による力学付与型操作装置の固定部及び回転部の回転軸に直交する方向の断面図である。It is sectional drawing in the direction orthogonal to the rotation axis of the fixed part and the rotating part of the dynamics addition type operation apparatus by one modification of this invention.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態による力覚付与型操作装置1(以下、単に「操作装置1」と称する)は、クレーン等の作業機械を操作するため、具体的にはその作業機械の吊荷の巻き上げ装置やブーム等の起伏部材を起伏させるための起伏装置などを操作するために用いられてその操作時に操作者に力覚を付与するように構成されたものである。 Since the force-sensing type operation device 1 (hereinafter, simply referred to as "operation device 1") according to the present embodiment operates a work machine such as a crane, specifically, a hoisting device or a boom of the suspended load of the work machine. It is used to operate an undulating device for undulating such undulating members, and is configured to give a sense of force to the operator at the time of the operation.

この操作装置1は、操作レバー2(図1参照)と、ホルダー4と、回転部6と、固定部7(図2参照)と、図略の操作角度検出部と、負荷検出部16(図1参照)と、電流供給装置18と、制御部19とを備える。 The operating device 1 includes an operating lever 2 (see FIG. 1), a holder 4, a rotating portion 6, a fixing portion 7 (see FIG. 2), an operation angle detection unit (not shown), and a load detection unit 16 (see FIG. 2). 1), a current supply device 18, and a control unit 19.

操作レバー2は、作業機械を操作するために操作者によって操作されるものである。この操作レバー2は、図1及び図2に示す中立位置から所定の回転軸Cを中心として一方側とその反対の他方側とに回動操作可能となっている。本実施形態では、操作レバー2は、例えば、回転軸Cを中心とした回動操作角度で中立位置から一方側と他方側とにそれぞれ最大で約11度ずつ回動可能となっている。なお、以下の説明において、回転軸Cに沿う方向のことを回転軸C方向と称し、回転軸Cを中心とした円の径方向のことを単に径方向と称し、回転軸Cを中心とした円の周方向のことを単に周方向と称する。 The operation lever 2 is operated by an operator to operate the work machine. The operating lever 2 can be rotated from the neutral position shown in FIGS. 1 and 2 to one side and the other side opposite to the predetermined rotation axis C. In the present embodiment, the operation lever 2 can be rotated from the neutral position to one side and the other side by a maximum of about 11 degrees, for example, at a rotation operation angle about the rotation axis C. In the following description, the direction along the rotation axis C is referred to as the rotation axis C direction, and the radial direction of the circle centered on the rotation axis C is simply referred to as the radial direction, with the rotation axis C as the center. The circumferential direction of the circle is simply called the circumferential direction.

ホルダー4は、中空の箱形に構成されている。このホルダー4は、その内部に、回転部6及び固定部7の大半の部分を収容している。 The holder 4 is configured in a hollow box shape. The holder 4 houses most of the rotating portion 6 and the fixing portion 7 inside.

回転部6は、図2に示すように固定部7に対して径方向外側に配置されてその固定部7の周りを囲む部分を有するものである。この回転部6は、固定部7に対して回転軸Cを中心として回転可能となるようにホルダー4に保持されている。当該回転部6は、前記操作レバー2の回動操作に伴って回転するようにその操作レバー2に結合されている。回転部6は、回転子32と、一対の側面プレート34(図4参照)と、回転部軸部35と、を有する。 As shown in FIG. 2, the rotating portion 6 has a portion that is arranged radially outward with respect to the fixed portion 7 and surrounds the fixed portion 7. The rotating portion 6 is held by the holder 4 so as to be rotatable about the rotating shaft C with respect to the fixed portion 7. The rotating portion 6 is coupled to the operating lever 2 so as to rotate with the rotational operation of the operating lever 2. The rotating portion 6 has a rotor 32, a pair of side plates 34 (see FIG. 4), and a rotating portion shaft portion 35.

回転子32(図2参照)は、外周部36と、複数の回転子磁極部38とを有する。 The rotor 32 (see FIG. 2) has an outer peripheral portion 36 and a plurality of rotor magnetic pole portions 38.

外周部36は、前記回転軸Cに軸心が一致する円筒状をなしている。外周部36は、径方向において固定部7との間に間隔をあけた状態で固定部7の周りを囲んでいる。外周部36は、径方向において外側を向く外面と、径方向において内側を向く内面とを有する。前記操作レバー2は、当該外周部36の外面から径方向外側、具体的には上側へ延びるように当該外周部36に固定されている。 The outer peripheral portion 36 has a cylindrical shape whose axis coincides with the rotation axis C. The outer peripheral portion 36 surrounds the fixing portion 7 in a state of being spaced apart from the fixing portion 7 in the radial direction. The outer peripheral portion 36 has an outer surface facing outward in the radial direction and an inner surface facing inward in the radial direction. The operating lever 2 is fixed to the outer peripheral portion 36 so as to extend radially outward from the outer surface of the outer peripheral portion 36, specifically, upward.

複数の回転子磁極部38は、回転子32が励磁されたときに磁束が集中する部分である。回転子32が有する回転子磁極部38の数は、本実施形態では8つである。複数の回転子磁極部38は、外周部36の内面から径方向内側へ突出するとともに、周方向に間隔をあけて並んでいる。具体的には、複数の回転子磁極部38は、周方向に等間隔に並び、外周部36の全周に亘って均等に配置されている。各回転子磁極部38の径方向内側を向く先端面は、回転軸C方向から見てその回転軸Cを中心とする共通の円上に位置するとともにその円に沿った円弧状をなす曲面である。この各回転子磁極部38の先端面がその回転子磁極部38の磁極面である回転子磁極面38aとなっている。 The plurality of rotor magnetic pole portions 38 are portions where magnetic flux is concentrated when the rotor 32 is excited. The number of rotor magnetic pole portions 38 included in the rotor 32 is eight in this embodiment. The plurality of rotor magnetic pole portions 38 project radially inward from the inner surface of the outer peripheral portion 36, and are arranged at intervals in the circumferential direction. Specifically, the plurality of rotor magnetic pole portions 38 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and are evenly arranged over the entire circumference of the outer peripheral portion 36. The tip surface of each rotor magnetic pole portion 38 facing inward in the radial direction is located on a common circle centered on the rotation axis C when viewed from the rotation axis C direction, and is a curved surface forming an arc shape along the circle. be. The tip surface of each rotor magnetic pole portion 38 is the rotor magnetic pole surface 38a, which is the magnetic pole surface of the rotor magnetic pole portion 38.

各回転子磁極部38は、操作レバー2が中立位置にあるときに径方向において後述の各固定子磁極部26に対して微小な隙間をあけた状態で正対し(図2参照)、操作レバー2が中立位置から回動操作されて回転子32が固定子8に対して回転することにより後述の各固定子磁極部26に対して周方向にずれるように配置されている(図3参照)。 Each rotor magnetic pole portion 38 faces each stator magnetic pole portion 26 described later in the radial direction with a minute gap when the operating lever 2 is in the neutral position (see FIG. 2), and the operating lever 2 is rotated from a neutral position, and the rotor 32 rotates with respect to the stator 8 so as to be displaced in the circumferential direction with respect to each stator magnetic pole portion 26 described later (see FIG. 3). ..

また、各回転子磁極部38は、操作レバー2が中立位置から最大に回動された状態(例えば図3の状態)で、対応する固定子磁極部26と周方向において重なる範囲を有する。 Further, each rotor magnetic pole portion 38 has a range in which the operating lever 2 is rotated to the maximum from the neutral position (for example, the state shown in FIG. 3) and overlaps with the corresponding stator magnetic pole portion 26 in the circumferential direction.

一対の側面プレート34(図4参照)は、回転子32を回転軸C方向において両側から挟み込むように配置されてその回転子32に固定されている。各側面プレート34は、回転子32の外周部36の外径と等しい外径を持つ略円形状の外形を有する。各側面プレート34の中心部には円形の貫通穴が形成されている。 The pair of side plates 34 (see FIG. 4) are arranged so as to sandwich the rotor 32 from both sides in the rotation axis C direction and are fixed to the rotor 32. Each side plate 34 has a substantially circular outer shape having an outer diameter equal to the outer diameter of the outer peripheral portion 36 of the rotor 32. A circular through hole is formed in the center of each side plate 34.

回転部軸部35は、前記回転軸Cと軸心が一致する円柱状をなしている。この回転部軸部35の一端は一方の側面プレート34の貫通穴に挿嵌されてその一方の側面プレート34に固定され、当該回転部軸部35の他端は他方の側面プレート34の貫通穴に挿嵌されてその他方の側面プレート34に固定されている。当該回転部軸部35のうち一対の側面プレート34間の部分は、後述する固定子8に対して当該回転部軸部35の軸心回りに回転可能に固定子8の後述する軸部23内の空間及び一対の大径部24の貫通穴に挿通されている。 The rotating portion shaft portion 35 has a columnar shape whose axis coincides with the rotating shaft C. One end of the rotating portion shaft portion 35 is inserted into a through hole of one side plate 34 and fixed to the one side plate 34, and the other end of the rotating portion shaft portion 35 is a through hole of the other side plate 34. It is inserted into and fixed to the other side plate 34. The portion between the pair of side plates 34 of the rotating portion shaft portion 35 is rotatable around the axis of the rotating portion shaft portion 35 with respect to the stator 8 described later, and is inside the shaft portion 23 of the stator 8 described later. It is inserted through the space and the through hole of the pair of large diameter portions 24.

固定部7は、ホルダー4内で当該ホルダー4に固定されている。本実施形態では、この固定部7が本発明の内側部材に相当する。当該固定部7は、固定子8と、励磁コイル10と、中立位置戻し部11と、軟磁性体13と、絶縁体12とを有する。 The fixing portion 7 is fixed to the holder 4 in the holder 4. In the present embodiment, the fixing portion 7 corresponds to the inner member of the present invention. The fixing portion 7 has a stator 8, an exciting coil 10, a neutral position returning portion 11, a soft magnetic material 13, and an insulator 12.

固定子8は、鉄等の透磁率の高い材料(軟磁性材料)によって形成されている。この固定子8は、本発明における内側部材本体の一例である。当該固定子8は、図4に示すように、軸部23と、一対の大径部24とを有する。これらの軸部23と一対の大径部24は、一体に構成されている。 The stator 8 is formed of a material having a high magnetic permeability (soft magnetic material) such as iron. The stator 8 is an example of the inner member main body in the present invention. As shown in FIG. 4, the stator 8 has a shaft portion 23 and a pair of large diameter portions 24. The shaft portion 23 and the pair of large diameter portions 24 are integrally configured.

軸部23は、回転軸Cに一致する軸心を有する中空円筒状をなしている。 The shaft portion 23 has a hollow cylindrical shape having an axial center corresponding to the rotation axis C.

一対の大径部24は、回転軸C方向において互いに離間して配置されて軸部23の径方向外側へそれぞれ広がるようにその軸部23に設けられている。具体的には、一対の大径部24は、それぞれ、回転軸C方向における軸部23の一端部と他端部とに設けられている。一対の大径部24は、同様に構成されている。各大径部24は、図2に示すように、中央部25と、複数の固定子磁極部26とを有する。 The pair of large-diameter portions 24 are arranged on the shaft portion 23 so as to be spaced apart from each other in the rotation axis C direction and spread outward in the radial direction of the shaft portion 23. Specifically, the pair of large diameter portions 24 are provided at one end and the other end of the shaft portion 23 in the rotation axis C direction, respectively. The pair of large diameter portions 24 are similarly configured. As shown in FIG. 2, each large diameter portion 24 has a central portion 25 and a plurality of stator magnetic pole portions 26.

中央部25は、軸部23の端部に結合しており、回転軸C方向に見て当該回転軸Cを中心とした略多角形状の外形をなしている。この中央部25の中心部には、軸部23内の空間と連通する円形の貫通穴が設けられている。 The central portion 25 is connected to the end portion of the shaft portion 23, and has a substantially polygonal outer shape centered on the rotation axis C when viewed in the rotation axis C direction. A circular through hole communicating with the space in the shaft portion 23 is provided in the central portion of the central portion 25.

複数の固定子磁極部26は、固定子8が励磁されたときに磁束が集中する部分である。この固定子磁極部26は、本発明における内側磁極部の一例である。本実施形態では、固定子8が有する固定子磁極部26の数は8つである。複数の固定子磁極部26は、中央部25のうち径方向外側を向く面から径方向外側へ突出するとともに、周方向に等間隔に並んでいる。すなわち、複数の固定子磁極部26は、中央部25の全周に亘って均等に配置され、その中央部25から放射状に径方向外側へ向かって突出している。複数の固定子磁極部26のそれぞれは、回転部6の後述する複数の回転子磁極部38のそれぞれと径方向において対向するように配置されている。 The plurality of stator magnetic pole portions 26 are portions where magnetic flux is concentrated when the stator 8 is excited. The stator magnetic pole portion 26 is an example of the inner magnetic pole portion in the present invention. In the present embodiment, the number of stator magnetic pole portions 26 included in the stator 8 is eight. The plurality of stator magnetic pole portions 26 project radially outward from the surface of the central portion 25 facing outward in the radial direction, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction. That is, the plurality of stator magnetic pole portions 26 are evenly arranged over the entire circumference of the central portion 25, and project radially outward from the central portion 25. Each of the plurality of stator magnetic pole portions 26 is arranged so as to face each of the plurality of rotor magnetic pole portions 38 described later in the rotating portion 6 in the radial direction.

各固定子磁極部26のうち径方向外側を向く先端面は、回転軸C方向から見て当該回転軸Cを中心とする共通の円上に位置するとともにその円に沿った円弧状をなす曲面である。この各固定子磁極部26の先端面がその固定子磁極部26の磁極面である固定子磁極面26aとなっている。この固定子磁極面26aの曲率は、回転子磁極面38aの曲率と等しい。操作レバー2が中立位置にある状態では、各固定子磁極部26の固定子磁極面26aと対応する各回転子磁極部38の回転子磁極面38aとが径方向において互いに正対している。各固定子磁極面26aと対応する各回転子磁極面38aとの間には微小な隙間が設けられている。 The tip surface of each stator magnetic pole portion 26 facing outward in the radial direction is located on a common circle centered on the rotation axis C when viewed from the rotation axis C direction, and is an arcuate curved surface along the circle. Is. The tip surface of each stator magnetic pole portion 26 is the stator magnetic pole surface 26a, which is the magnetic pole surface of the stator magnetic pole portion 26. The curvature of the stator magnetic pole surface 26a is equal to the curvature of the rotor magnetic pole surface 38a. When the operating lever 2 is in the neutral position, the stator magnetic pole surface 26a of each stator magnetic pole portion 26 and the rotor magnetic pole surface 38a of the corresponding rotor magnetic pole portions 38 face each other in the radial direction. A minute gap is provided between each stator magnetic pole surface 26a and each corresponding rotor magnetic pole surface 38a.

一対の大径部24の複数の固定子磁極部26は、回転軸C方向において互いに間隔をあけるとともに互いに対向して対をなすようにそれぞれ配置されている。本実施形態では、固定子8がこのように配置された八対の固定子磁極部26を有する。 The plurality of stator magnetic pole portions 26 of the pair of large diameter portions 24 are arranged so as to be spaced apart from each other in the rotation axis C direction and to be paired with each other. In this embodiment, the stator 8 has eight pairs of stator poles 26 arranged in this way.

励磁コイル10は、励磁電流が供給されることによって固定子8及び回転部6の後述する回転子32を励磁(磁化)するものであり、操作レバー2が中立位置から回動操作されたときに力覚を生じさせる磁気吸引力を固定子8と回転子32との間に発生させるように当該固定子8及び当該回転子32を励磁する。 The exciting coil 10 excites (magnetizes) the stator 8 and the rotor 32 described later of the rotating portion 6 by supplying an exciting current, and when the operating lever 2 is rotated from a neutral position. The stator 8 and the rotor 32 are excited so as to generate a magnetic attraction force between the stator 8 and the rotor 32.

具体的に、励磁コイル10は、銅等を素材とした導線を単純巻きして形成されたコイルであり、固定子8の一対の大径部24間において軸部23の周りに巻回されている。なお、各図において、簡略化のため、励磁コイル10を構成する導線の図示は省略している。また、励磁コイル10は、帯状の導線をフラットワイズに巻回したいわゆるパンケーキコイルであってもよい。 Specifically, the exciting coil 10 is a coil formed by simply winding a conducting wire made of copper or the like, and is wound around a shaft portion 23 between a pair of large diameter portions 24 of the stator 8. There is. In each figure, for the sake of simplification, the conductors constituting the exciting coil 10 are not shown. Further, the exciting coil 10 may be a so-called pancake coil in which a strip-shaped conducting wire is wound flatwise.

励磁コイル10は、励磁電流が供給されることにより、例えば図5中に矢印で示すような磁気回路(磁束の流れ)を形成する。具体的には、励磁コイル10は、一対の固定子磁極部26及びそれに対向する回転子磁極部38を通るとともに回転軸C方向及び径方向の両方に沿う方向における固定子8及び回転子32の断面において励磁コイル10の周りを囲むような経路の磁気回路を形成する。このような磁気回路が形成された状態で操作レバー2が回動操作され、各固定子磁極部26に対して正対していた各回転子磁極部38が対応する各固定子磁極部26から周方向にずれを生じるように回転子32が回転すると、各回転子磁極部38と対応する各固定子磁極部26との間の磁気抵抗が大きくなる。その結果、前記磁気抵抗が小さくなる方向、すなわち操作レバー2及び回転子32を中立位置側へ向かわせる方向に磁気吸引力が作用する。この磁気吸引力が力覚として操作レバー2に付与されるようになっている。 The exciting coil 10 forms a magnetic circuit (flow of magnetic flux) as shown by an arrow in FIG. 5, for example, by being supplied with an exciting current. Specifically, the exciting coil 10 passes through the pair of stator magnetic pole portions 26 and the rotor magnetic pole portions 38 facing the stator magnetic pole portions 26, and of the stator 8 and the rotor 32 in the directions along both the rotation axis C direction and the radial direction. A magnetic circuit having a path that surrounds the exciting coil 10 in the cross section is formed. In the state where such a magnetic circuit is formed, the operation lever 2 is rotated, and each rotor magnetic pole portion 38 facing each stator magnetic pole portion 26 rotates around each stator magnetic pole portion 26 corresponding to the rotor magnetic pole portion 38. When the rotor 32 rotates so as to cause a deviation in the direction, the magnetic resistance between each rotor magnetic pole portion 38 and the corresponding stator magnetic pole portions 26 increases. As a result, the magnetic attraction acts in the direction in which the magnetic resistance decreases, that is, in the direction in which the operating lever 2 and the rotor 32 are directed toward the neutral position side. This magnetic attraction force is applied to the operation lever 2 as a force sense.

中立位置戻し部11(図6参照)は、操作レバー2が中立位置から回動操作されたときにその操作レバー2を中立位置へ戻す戻し力を発生させるものである。この中立位置戻し部11は、複数の第1永久磁石14aと、複数の第2永久磁石14bとを有する。本実施形態では、中立位置戻し部11の第1永久磁石14aと第2永久磁石14bの数はそれぞれ4つずつである。 The neutral position return unit 11 (see FIG. 6) generates a return force for returning the operation lever 2 to the neutral position when the operation lever 2 is rotated from the neutral position. The neutral position return portion 11 has a plurality of first permanent magnets 14a and a plurality of second permanent magnets 14b. In the present embodiment, the number of the first permanent magnets 14a and the number of the second permanent magnets 14b of the neutral position return portion 11 is four each.

第1永久磁石14aは、固定子8の複数対の固定子磁極部26のうち周方向において一対置きの各対の固定子磁極部26においてその対の固定子磁極部26同士の間の回転軸C方向におけるスペースにそれぞれ配置され、径方向における励磁コイル10の外側に配置されている。各第1永久磁石14aは、図7に示すように径方向の外側(回転子磁極部38側)を向くN極と径方向の内側(回転子磁極部38と反対側)を向くS極とを有し、当該第1永久磁石14aのN極から径方向の外側へ向かう磁束を発生させる。 The first permanent magnet 14a is a rotation axis between the pair of stator magnetic pole portions 26 in each pair of stator magnetic pole portions 26 arranged in the circumferential direction among the plurality of pairs of stator magnetic pole portions 26 of the stator 8. They are arranged in the spaces in the C direction, respectively, and are arranged outside the exciting coil 10 in the radial direction. As shown in FIG. 7, each first permanent magnet 14a has an N pole facing the outer side in the radial direction (the side opposite to the rotor magnetic pole portion 38) and an S pole facing the inner side in the radial direction (the side opposite to the rotor magnetic pole portion 38). To generate a magnetic flux outward from the N pole of the first permanent magnet 14a in the radial direction.

第2永久磁石14bは、第1永久磁石14aが間に配置された所定の対の固定子磁極部26から周方向に離れた別の対の固定子磁極部26、具体的には第1永久磁石14aが間に配置された各対の固定子磁極部26に対して周方向に隣り合う別の各対の固定子磁極部26において、その別の各対の固定子磁極部26同士の間の回転軸C方向におけるスペースにそれぞれ配置され、径方向における励磁コイル10の外側に配置されている。各第2永久磁石14bは、図8に示すように径方向の内側(回転子磁極部38と反対側)を向くN極と径方向の外側(回転子磁極部38側)を向くS極とを有し、当該第2永久磁石14bに対して径方向の外側に位置する回転子磁極部38から当該第2永久磁石14bのS極へ向かう磁束を発生させる。 The second permanent magnet 14b is another pair of stator magnetic pole portions 26 separated in the circumferential direction from a predetermined pair of stator magnetic pole portions 26 in which the first permanent magnet 14a is arranged, specifically, the first permanent magnet portion 26. In another pair of stator magnetic poles 26 adjacent to each pair of stator magnetic poles 26 in which magnets 14a are arranged in the circumferential direction, between the other pairs of stator magnetic poles 26. It is arranged in each space in the rotation axis C direction of the above, and is arranged outside the exciting coil 10 in the radial direction. As shown in FIG. 8, each of the second permanent magnets 14b has an N pole facing the inner side in the radial direction (the side opposite to the rotor magnetic pole portion 38) and an S pole facing the outer side in the radial direction (the side opposite to the rotor magnetic pole portion 38). The rotor magnetic pole portion 38 located on the outer side in the radial direction with respect to the second permanent magnet 14b generates a magnetic flux toward the S pole of the second permanent magnet 14b.

固定部7では、以上のように各第1永久磁石14aと各第2永久磁石14bとが配置されることにより、N極及びS極の向きが径方向において互いに逆向きの第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとが周方向において交互に並んでいる。 In the fixed portion 7, the first permanent magnets 14a and the second permanent magnets 14b are arranged as described above, so that the directions of the N pole and the S pole are opposite to each other in the radial direction of the first permanent magnet 14a. And the second permanent magnet 14b are arranged alternately in the circumferential direction.

また、各第1永久磁石14aと各第2永久磁石14bがそれぞれ前記のような磁束を発生させることにより、周方向において隣り合う第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとの間に図6中に矢印で示すような磁気回路(磁束の流れ)が形成されるようになっている。具体的には、所定の第1永久磁石14aのN極から径方向外側の回転子磁極部38と外周部36を通り、周方向に隣り合う別の回転子磁極部38を経て、その所定の第1永久磁石14aに対して周方向に隣り合う第2永久磁石14bのS極に至り、その第2永久磁石14bのN極から後述のように径方向において当該第2永久磁石14bの内側に位置する軟磁性体13を通って前記所定の第1永久磁石14aのS極へ戻るような磁気回路が形成されるようになっている。このような磁気回路は、周方向に隣り合う第1永久磁石14aと第2永久磁石14bの組ごとに形成され、そのようにして周方向に並んで形成される複数の磁気回路では交互に磁束の流れの向きが逆向きになる。 6 A magnetic circuit (flow of magnetic flux) as shown by an arrow is formed inside. Specifically, the predetermined first permanent magnet 14a passes through the radial outer rotor magnetic pole portion 38 and the outer peripheral portion 36 from the N pole, and passes through another rotor magnetic pole portion 38 adjacent to each other in the circumferential direction. It reaches the S pole of the second permanent magnet 14b adjacent to the first permanent magnet 14a in the circumferential direction, and from the N pole of the second permanent magnet 14b to the inside of the second permanent magnet 14b in the radial direction as described later. A magnetic circuit is formed so as to return to the S pole of the predetermined first permanent magnet 14a through the soft magnetic body 13 located. Such a magnetic circuit is formed for each pair of the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b adjacent to each other in the circumferential direction, and in a plurality of magnetic circuits thus formed side by side in the circumferential direction, the magnetic flux is alternately formed. The direction of the flow is opposite.

また、各第1永久磁石14aと径方向においてその第1永久磁石14aの外側に位置する回転子磁極部38との間には微小な隙間αが設けられ(図7参照)、各第2永久磁石14bと径方向においてその第2永久磁石14bの外側に位置する回転子磁極部38との間にも同様の隙間αが設けられている(図8参照)。また、各第1永久磁石14aと回転軸C方向においてその第1永久磁石14aの両側に位置する固定子磁極部26との間には隙間βが設けられ(図7参照)、各第2永久磁石14bと回転軸C方向においてその第2永久磁石14bの両側に位置する固定子磁極部26との間にも同様の隙間βが設けられている(図8参照)。そして、前記隙間αの大きさは、前記隙間βの大きさよりも小さくなっている。これにより、第1及び第2永久磁石14a,14bとそれらの両側の固定子磁極部26とを短絡するような経路での磁束の流れ(図7及び図8中の破線矢印の流れ)は抑制され、より磁気抵抗の小さい径路である第1及び第2永久磁石14a,14bとそれらの径方向外側の回転子磁極部38との間の磁束の流れが促進されるようになっている。 Further, a minute gap α is provided between each first permanent magnet 14a and the rotor magnetic pole portion 38 located outside the first permanent magnet 14a in the radial direction (see FIG. 7), and each second permanent magnet is provided. A similar gap α is provided between the magnet 14b and the rotor magnetic pole portion 38 located outside the second permanent magnet 14b in the radial direction (see FIG. 8). Further, a gap β is provided between each of the first permanent magnets 14a and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the first permanent magnet 14a in the rotation axis C direction (see FIG. 7), and each second permanent magnet is provided. A similar gap β is provided between the magnet 14b and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the second permanent magnet 14b in the direction of the rotation axis C (see FIG. 8). The size of the gap α is smaller than the size of the gap β. As a result, the flow of magnetic flux (flow of the broken line arrow in FIGS. 7 and 8) is suppressed in a path that short-circuits the first and second permanent magnets 14a and 14b and the stator magnetic pole portions 26 on both sides thereof. Therefore, the flow of magnetic flux between the first and second permanent magnets 14a and 14b, which are the paths having a smaller magnetic resistance, and the rotor magnetic pole portion 38 on the outer side in the radial direction thereof is promoted.

周方向に隣り合う第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとの間に前記のような磁気回路が形成された状態で操作レバー2が中立位置から回動操作され、各第1永久磁石14a及び各第2永久磁石14bに対してそれぞれ正対していた各回転子磁極部38が対応する第1永久磁石14a又は第2永久磁石14bから周方向にずれを生じるように回転子32が回転すると、各第1永久磁石14a及び各第2永久磁石14bと対応する回転子磁極部38との間の磁気抵抗が大きくなる。その結果、この磁気抵抗が小さくなる方向、すなわち回転子32及び操作レバー2を中立位置へ戻す方向への磁気吸引力が、各第1永久磁石14a及び各第2永久磁石14bと径方向においてそれらの永久磁石14a,14bの外側に位置する各回転子磁極部38との間にそれぞれ作用する。この磁気吸引力が前記戻し力として回転子32及び操作レバー2に付与され、操作者が操作レバー2に回動操作方向への力を加えるのをやめた時には、当該戻し力によって操作レバー2が中立位置へ戻されるようになっている。 The operating lever 2 is rotated from a neutral position in a state where the magnetic circuit as described above is formed between the first permanent magnets 14a and the second permanent magnets 14b adjacent to each other in the circumferential direction, and each of the first permanent magnets 14a is operated. And when the rotor 32 rotates so that each rotor magnetic pole portion 38 facing each second permanent magnet 14b is displaced in the circumferential direction from the corresponding first permanent magnet 14a or second permanent magnet 14b. , The magnetic resistance between each of the first permanent magnets 14a and each of the second permanent magnets 14b and the corresponding rotor magnetic pole portion 38 increases. As a result, the magnetic attraction in the direction in which the magnetic resistance becomes smaller, that is, in the direction of returning the rotor 32 and the operating lever 2 to the neutral position, is that in the radial direction with each of the first permanent magnets 14a and each second permanent magnet 14b. It acts between each of the rotor magnetic poles 38 located outside the permanent magnets 14a and 14b of the above. This magnetic attraction force is applied to the rotor 32 and the operation lever 2 as the return force, and when the operator stops applying the force in the rotation operation direction to the operation lever 2, the operation lever 2 is neutralized by the return force. It is designed to be returned to the position.

軟磁性体13(図6参照)は、第2永久磁石14bから周方向においてその第2永久磁石14bに隣り合う第1永久磁石14aへ磁束を戻すリターンヨークとして機能するものである。すなわち、前述のように、第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとの間に形成される磁気回路のうち第2永久磁石14bのN極から第1永久磁石14aのS極に至る部分の経路がこの軟磁性体13によって形成される。 The soft magnetic material 13 (see FIG. 6) functions as a return yoke that returns magnetic flux from the second permanent magnet 14b to the first permanent magnet 14a adjacent to the second permanent magnet 14b in the circumferential direction. That is, as described above, the portion of the magnetic circuit formed between the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b from the N pole of the second permanent magnet 14b to the S pole of the first permanent magnet 14a. The path is formed by this soft magnetic material 13.

当該軟磁性体13は、鉄等の軟磁性材料によって形成され、第1永久磁石14a及び第2永久磁石14bに対して径方向の内側で且つ励磁コイル10に対して径方向の外側の位置において第1永久磁石14aのS極と第2永久磁石14bのN極とを繋ぐように周方向に延びている。具体的には、当該軟磁性体13は、励磁コイル10の外径よりも大きい内径を有する円環状をなし、励磁コイル10と同軸状にその励磁コイル10の周りを囲むように配置されている。この軟磁性体13の外周面上に、前記各第1永久磁石14a及び前記各第2永久磁石14bが設置されている。 The soft magnetic material 13 is formed of a soft magnetic material such as iron, and is located inside the radial direction with respect to the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b and outside the radial direction with respect to the exciting coil 10. It extends in the circumferential direction so as to connect the S pole of the first permanent magnet 14a and the N pole of the second permanent magnet 14b. Specifically, the soft magnetic material 13 forms an annular shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the exciting coil 10, and is arranged coaxially with the exciting coil 10 so as to surround the exciting coil 10. .. The first permanent magnets 14a and the second permanent magnets 14b are installed on the outer peripheral surface of the soft magnetic material 13.

当該軟磁性体13の回転軸C方向における寸法は、同方向における第1及び第2永久磁石14a,14bの寸法と等しい(図7及び図8参照)。当該軟磁性体13と回転軸C方向において当該軟磁性体13の両側に位置する固定子磁極部26との間には、第1及び第2永久磁石14a,14bと固定子磁極部26との間の前記隙間βと同じ大きさの隙間が設けられている。これにより、軟磁性体13から固定子磁極部26への磁束の漏れが抑制されている。 The dimensions of the soft magnetic material 13 in the rotation axis C direction are equal to the dimensions of the first and second permanent magnets 14a and 14b in the same direction (see FIGS. 7 and 8). Between the soft magnetic material 13 and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the soft magnetic material 13 in the rotation axis C direction, the first and second permanent magnets 14a and 14b and the stator magnetic pole portions 26 are provided. A gap having the same size as the gap β between them is provided. As a result, leakage of magnetic flux from the soft magnetic material 13 to the stator magnetic pole portion 26 is suppressed.

絶縁体12は、励磁コイル10と軟磁性体13との間を絶縁するものである。すなわち、絶縁体12は、励磁コイル10に励磁電流が流れたときにその励磁コイル10から軟磁性体13へ、また、その軟磁性体13を介して永久磁石14へ電流が流れるのを阻止するものである。この絶縁体12は、絶縁性を有する樹脂材料からなり、全体として励磁コイル10の外径よりも僅かに大きい内径を有する円環状をなしている(図6参照)。当該絶縁体12は、励磁コイル10と同軸状に配置されるとともにその励磁コイル10の周りを囲むように配置され、その励磁コイル10の外周面全体を覆っている。前記軟磁性体13は、この絶縁体12のさらに径方向外側に配置され、当該絶縁体12の周りを囲むように当該絶縁体12の外周面上に設置されている。前記軟磁性体13及びその外周面上の前記第1及び第2永久磁石14a,14bは、ネジ止め等により当該絶縁体12に固定されている。 The insulator 12 insulates between the exciting coil 10 and the soft magnetic body 13. That is, the insulator 12 prevents the current from flowing from the exciting coil 10 to the soft magnetic material 13 and to the permanent magnet 14 via the soft magnetic material 13 when the exciting current flows through the exciting coil 10. It is a thing. The insulator 12 is made of an insulating resin material and has an annular shape having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the exciting coil 10 as a whole (see FIG. 6). The insulator 12 is arranged coaxially with the exciting coil 10 and is arranged so as to surround the exciting coil 10 and covers the entire outer peripheral surface of the exciting coil 10. The soft magnetic material 13 is arranged further radially outside the insulator 12, and is installed on the outer peripheral surface of the insulator 12 so as to surround the insulator 12. The soft magnetic material 13 and the first and second permanent magnets 14a and 14b on the outer peripheral surface thereof are fixed to the insulator 12 by screwing or the like.

前記図略の操作角度検出部は、回転軸Cを中心とした操作レバー2の中立位置からの回動操作角度を検出するものである。この操作角度検出部は、具体的には、操作レバー2が中立位置にある状態から回転部6の回転角度を前記回動操作角度として検出する。この操作角度検出部は、例えば、ロータリエンコーダである。この操作角度検出部は、その検出結果を示す操作角度信号を制御部19(図1参照)へ出力する。 The operation angle detection unit (not shown) detects the rotation operation angle from the neutral position of the operation lever 2 about the rotation axis C. Specifically, the operation angle detection unit detects the rotation angle of the rotation unit 6 as the rotation operation angle from the state where the operation lever 2 is in the neutral position. This operation angle detection unit is, for example, a rotary encoder. This operation angle detection unit outputs an operation angle signal indicating the detection result to the control unit 19 (see FIG. 1).

負荷検出部16は、操作装置1によって操作される作業機械上の装置にかかる負荷、例えばその装置を駆動するモータの負荷等を検出するものである。負荷検出部16は、その検出した負荷を示す負荷信号を制御部19へ出力する。 The load detection unit 16 detects a load applied to a device on a work machine operated by the operation device 1, for example, a load of a motor for driving the device. The load detection unit 16 outputs a load signal indicating the detected load to the control unit 19.

電流供給装置18は、励磁コイル10に励磁電流を供給する装置である。 The current supply device 18 is a device that supplies an exciting current to the exciting coil 10.

制御部19は、操作角度検出部から受けた操作角度信号及び負荷検出部16から受けた負荷信号に基づいて、電流供給装置18に励磁コイル10へ供給する励磁電流を調整させるものである。例えば、回動操作角度と操作レバー2に生じさせるべき力覚としての回転軸C回りのトルクとの相関関係及び前記トルクと励磁コイル10に流す必要がある励磁電流との相関関係が予め制御部19に組み込まれている。制御部19は、これらの相関関係に基づき、操作角度信号によって示される回動操作角度に対応する励磁電流の値を求め、その求めた値の励磁電流が励磁コイル10に流れるように電流供給装置18に励磁コイル10へ供給する励磁電流を調整させる。 The control unit 19 causes the current supply device 18 to adjust the exciting current supplied to the exciting coil 10 based on the operation angle signal received from the operation angle detection unit and the load signal received from the load detection unit 16. For example, the correlation between the rotation operation angle and the torque around the rotation axis C as a force sense to be generated in the operation lever 2 and the correlation between the torque and the exciting current that needs to be passed through the exciting coil 10 are determined in advance by the control unit. It is incorporated in 19. Based on these correlations, the control unit 19 obtains an exciting current value corresponding to the rotation operation angle indicated by the operation angle signal, and a current supply device so that the excited current of the obtained value flows through the exciting coil 10. 18 is made to adjust the exciting current supplied to the exciting coil 10.

本実施形態による操作装置1では、中立位置戻し部11の第1永久磁石14aと第2永久磁石14bによって得られる磁気吸引力により、操作レバー2が中立位置から回動操作されたときにその操作レバー2を中立位置へ戻す戻し力を当該操作レバー2に付与することができる。この第1永久磁石14a及び第2永久磁石14bにより得られる前記磁気吸引力は、長期にわたって操作レバー2が繰り返し回動操作されたとしても減少することはなく、また、それらの永久磁石14a,14bが損耗することはない。このため、本実施形態による操作装置1は、長期にわたって使用された場合であっても、操作レバー2の中立位置への安定した戻し動作を維持可能である。 In the operation device 1 according to the present embodiment, when the operation lever 2 is rotated from the neutral position by the magnetic attraction force obtained by the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b of the neutral position return portion 11, the operation thereof is performed. A return force for returning the lever 2 to the neutral position can be applied to the operating lever 2. The magnetic attraction force obtained by the first permanent magnets 14a and the second permanent magnets 14b does not decrease even if the operating lever 2 is repeatedly rotated for a long period of time, and the permanent magnets 14a and 14b thereof. Will not wear out. Therefore, the operating device 1 according to the present embodiment can maintain a stable return operation to the neutral position of the operating lever 2 even when it is used for a long period of time.

しかも、本実施形態による操作装置1では、操作レバー2が中立位置から回動操作されたときに力覚を付与するために従来から備える回転子32、励磁コイル10及び固定子8を利用してその励磁コイル10の前記径方向における外側で各対の固定子磁極部26同士の間に存在するスペースに第1永久磁石14aと第2永久磁石14bを配置するだけで、操作レバー2を中立位置へ戻す戻し力を発生させる中立位置戻し部11を構成できるため、特別な設計変更を行うことなく中立位置戻し部11を構成できる。さらに、中立位置戻し部11は前記のようなスペースに配置された第1及び第2永久磁石14a,14bによって構成されることから、中立位置戻し部が回転子の径方向外側に設けられるような構成に比べて、操作装置1を小型化することができる。 Moreover, in the operation device 1 according to the present embodiment, the rotor 32, the excitation coil 10 and the stator 8 conventionally provided for imparting a force sense when the operation lever 2 is rotated from the neutral position are used. The operating lever 2 is placed in a neutral position simply by arranging the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b in the space existing between the stator magnetic pole portions 26 of each pair on the outer side of the exciting coil 10 in the radial direction. Since the neutral position return unit 11 that generates the return force to return to the position can be configured, the neutral position return unit 11 can be configured without making any special design change. Further, since the neutral position return portion 11 is composed of the first and second permanent magnets 14a and 14b arranged in the space as described above, the neutral position return portion is provided on the radial outer side of the rotor. The operation device 1 can be downsized as compared with the configuration.

また、本実施形態では、第2永久磁石14bが、第1永久磁石14aが間に配置された所定の対の固定子磁極部26に対して周方向に隣り合う別の対の固定子磁極部26同士の間に配置されているため、第2永久磁石14bが、前記所定の対の固定子磁極部26と隣り合う前記別の対の固定子磁極部26よりも前記所定の対の固定子磁極部26から遠く離れた一対の固定子磁極部26同士の間に配置される場合に比べて、第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとの間に形成される磁気経路の距離を抑制できる。 Further, in the present embodiment, the second permanent magnet 14b is another pair of stator magnetic pole portions adjacent to a predetermined pair of stator magnetic pole portions 26 in which the first permanent magnet 14a is arranged in the circumferential direction. Since the second permanent magnet 14b is arranged between the 26s, the predetermined pair of stators 14b is more than the other pair of stator magnetic poles 26 adjacent to the predetermined pair of stator magnetic poles 26. Compared to the case where it is arranged between a pair of stator magnetic pole portions 26 far away from the magnetic pole portions 26, the distance of the magnetic path formed between the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b is suppressed. can.

第1永久磁石14aと径方向において当該第1永久磁石14aの外側に位置する回転子磁極部36との間に作用する磁気吸引力及び第2永久磁石14bと径方向において当該第2永久磁石14bの外側に位置する回転子磁極部36との間に作用する磁気吸引力は、第1永久磁石14aと第2永久磁石14bとの間に形成される磁気経路の距離の増大に応じて減少するが、本実施形態では、前記のように当該磁気経路の距離を抑制できるため、第1永久磁石14aとその外側に位置する回転子磁極部36との間及び第2永久磁石14bとその外側に位置する回転子磁極部36との間にそれぞれ作用する磁気吸引力が弱まるのを防ぐことができる。このため、第1及び第2永久磁石14a,14bがサイズの小さいものであったり、磁力が弱いものであったりする場合であっても、操作レバー2を中立位置へ戻す戻し力として必要な力を確保することができ、サイズの小ささや磁力の弱さに起因して低コストな永久磁石を第1及び第2永久磁石14a,14bとして利用することができる。 The magnetic attraction acting between the first permanent magnet 14a and the rotor magnetic pole portion 36 located outside the first permanent magnet 14a in the radial direction and the second permanent magnet 14b in the radial direction and the second permanent magnet 14b. The magnetic attraction acting between the rotor magnetic pole portion 36 located on the outer side of the magnet decreases as the distance of the magnetic path formed between the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b increases. However, in the present embodiment, since the distance of the magnetic path can be suppressed as described above, the distance between the first permanent magnet 14a and the rotor magnetic pole portion 36 located outside the first permanent magnet 14a and the second permanent magnet 14b and the outside thereof. It is possible to prevent the magnetic attraction force acting on each of the positioned rotor magnetic pole portions 36 from weakening. Therefore, even if the first and second permanent magnets 14a and 14b are small in size or have a weak magnetic force, the force required for returning the operating lever 2 to the neutral position is required. Can be secured, and low-cost permanent magnets due to their small size and weak magnetic force can be used as the first and second permanent magnets 14a and 14b.

また、本実施形態では、第1及び第2永久磁石14a,14bと径方向においてそれらの永久磁石14a,14bの外側に位置する回転子磁極部36との間に設けられた隙間αは、第1及び第2永久磁石14a,14bと回転軸C方向においてそれらの永久磁石14a,14bの両側に位置する固定子磁極部26との間の隙間βよりも小さい。このため、第1及び第2永久磁石14a,14bと径方向においてそれらの永久磁石14a,14bの外側に位置する回転子磁極部36との間の磁気抵抗が、当該第1及び第2永久磁石14a,14bと回転軸C方向においてそれらの永久磁石14a,14bの両側に位置する固定子磁極部26との間の磁気抵抗よりも小さくなる。 Further, in the present embodiment, the gap α provided between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the rotor magnetic pole portion 36 located outside the permanent magnets 14a and 14b in the radial direction is the first. It is smaller than the gap β between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the permanent magnets 14a and 14b in the rotation axis C direction. Therefore, the magnetic resistance between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the rotor magnetic pole portion 36 located outside the permanent magnets 14a and 14b in the radial direction is the magnetic resistance between the first and second permanent magnets. It is smaller than the magnetic resistance between the 14a and 14b and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the permanent magnets 14a and 14b in the rotation axis C direction.

第1及び第2永久磁石14a,14bが発生する磁束はより磁気抵抗の小さい径路に流れるため、本実施形態では、図7及び図8中に破線矢印で示される第1及び第2永久磁石14a,14bと回転軸C方向においてそれらの永久磁石14a,14bの両側に位置する固定子磁極部26との間を短絡するような経路(図7及び図8中に破線矢印で示される経路)で磁束が流れるのを抑制できる。その結果、第1永久磁石14aのN極から回転子32を通ってその第1永久磁石14aに対して周方向に隣り合う第2永久磁石14bのS極へ至り、その第2永久磁石14bのN極から軟磁性体13を通って前記第1永久磁石14aのS極へ戻る経路の磁気回路を流れる磁束の流れが減少するのを抑制でき、当該磁束の流れに起因して第1及び第2永久磁石14a,14bとそれらの外側に位置する回転子磁極部38との間に作用する磁気吸引力が弱まるのを防ぐことができる。 Since the magnetic flux generated by the first and second permanent magnets 14a and 14b flows in a path having a smaller magnetic resistance, in the present embodiment, the first and second permanent magnets 14a shown by the dashed arrows in FIGS. 7 and 8 , 14b and the stator magnetic flux portions 26 located on both sides of the permanent magnets 14a and 14b in the rotation axis C direction (paths shown by broken arrows in FIGS. 7 and 8). It is possible to suppress the flow of magnetic flux. As a result, the N pole of the first permanent magnet 14a reaches the S pole of the second permanent magnet 14b adjacent to the first permanent magnet 14a in the circumferential direction through the rotor 32, and the second permanent magnet 14b It is possible to suppress a decrease in the flow of the magnetic flux flowing from the N pole through the soft magnetic body 13 and the magnetic circuit of the path returning to the S pole of the first permanent magnet 14a, and the first and first positions are caused by the flow of the magnetic flux. 2 It is possible to prevent the magnetic attraction force acting between the permanent magnets 14a and 14b and the rotor magnetic pole portion 38 located outside them from weakening.

さらに、本実施形態では、第1及び第2永久磁石14a,14bに対して径方向の内側で且つ励磁コイル10に対して径方向の外側の位置において第1永久磁石14aのS極とその第1永久磁石14aに隣り合う第2永久磁石14bのN極とを繋ぐように周方向に延びる軟磁性体13が設けられている。このため、当該軟磁性体13により、第2永久磁石14bのN極から第1永久磁石14aのS極へ向かう磁束の経路をそれらの第1及び第2永久磁石14a,14bに近く、短い距離で形成することができる。このため、第1及び第2永久磁石14a,14bと径方向においてそれらの永久磁石14a,14bの外側に位置する回転子磁極部38との間に作用する磁気吸引力をより大きく確保することができる。以上のことから、サイズがより小さかったり、磁力がより弱い永久磁石を第1及び第2永久磁石14a,14bとして用いたとしても前記戻し力として必要な力を確保でき、第1及び第2永久磁石14a,14bについてのコストの低減をより促進できる。 Further, in the present embodiment, the S pole of the first permanent magnet 14a and its first position at positions radially inside the first and second permanent magnets 14a and 14b and radially outside the exciting coil 10. A soft magnetic material 13 extending in the circumferential direction is provided so as to connect the N pole of the second permanent magnet 14b adjacent to the 1 permanent magnet 14a. Therefore, due to the soft magnetic material 13, the path of the magnetic flux from the N pole of the second permanent magnet 14b to the S pole of the first permanent magnet 14a is close to those of the first and second permanent magnets 14a and 14b, and is a short distance. Can be formed with. Therefore, it is possible to secure a larger magnetic attraction force acting between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the rotor magnetic pole portion 38 located outside the permanent magnets 14a and 14b in the radial direction. can. From the above, even if permanent magnets having a smaller size or weaker magnetic force are used as the first and second permanent magnets 14a and 14b, the force required for the return force can be secured, and the first and second permanent magnets can be secured. The cost reduction of the magnets 14a and 14b can be further promoted.

次に、本実施形態の操作装置1において操作レバー2を中立位置から回動操作したときに当該操作レバー2に作用する戻し力(反力トルク)について解析したシミュレーションの結果について説明する。 Next, the result of the simulation for analyzing the return force (reaction torque) acting on the operation lever 2 when the operation lever 2 is rotated from the neutral position in the operation device 1 of the present embodiment will be described.

このシミュレーションでは、解析対象の操作装置1の例として、実施例1、実施例2及び比較例を設定した。それらの各例について設定した操作装置1の構成は以下の通りである。 In this simulation, Example 1, Example 2, and Comparative Example were set as examples of the operation device 1 to be analyzed. The configuration of the operation device 1 set for each of these examples is as follows.

[実施例1]
当該実施例1による操作装置は、前記した操作装置1と同様の構成を有する。その構成のうち第1及び第2永久磁石14a,14bとして、磁石グレードがN45SHのネオジム磁石を用いる。この磁石グレードがN45SHのネオジム磁石は、1320mT~1380mTの範囲内の残留磁束密度を有するとともに、907kA/m以上の保磁力を有するものである。また、第1及び第2永久磁石14a,14bは、回転軸C方向に沿う方向における幅が8mmであり、周方向に沿う方向における長さが15mmであり、径方向に沿う方向における厚みが3mmであるものとする。また、第1及び第2永久磁石14a,14bと径方向においてそれらの永久磁石14a,14bの外側に位置する回転子磁極部38との間の隙間αは、0.5mmであるものとする。また、第1及び第2永久磁石14a,14bと回転軸C方向においてそれらの永久磁石14a,14bの両側に位置する固定子磁極部26との間の隙間βは、2mmであるものとする。また、軟磁性体13は、冷間圧延鋼板(SPCC)から形成されるものとし、回転軸C方向における軟磁性体13の幅は8mmであり、径方向における軟磁性体13の厚みは1.5mmであるものとする。また、固定子8及び回転子32は、冷間圧延鋼板(SPCC)から形成されるものとする。
[Example 1]
The operating device according to the first embodiment has the same configuration as the operating device 1 described above. Neodymium magnets having a magnet grade of N45SH are used as the first and second permanent magnets 14a and 14b in the configuration. The neodymium magnet having a magnet grade of N45SH has a residual magnetic flux density in the range of 1320 mT to 1380 mT and a coercive force of 907 kA / m or more. Further, the first and second permanent magnets 14a and 14b have a width of 8 mm in the direction along the rotation axis C direction, a length of 15 mm in the circumferential direction, and a thickness of 3 mm in the radial direction. Suppose that Further, it is assumed that the gap α between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the rotor magnetic pole portion 38 located outside the permanent magnets 14a and 14b in the radial direction is 0.5 mm. Further, it is assumed that the gap β between the first and second permanent magnets 14a and 14b and the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the permanent magnets 14a and 14b in the rotation axis C direction is 2 mm. Further, the soft magnetic material 13 is formed of a cold rolled steel plate (SPCC), the width of the soft magnetic material 13 in the rotation axis C direction is 8 mm, and the thickness of the soft magnetic material 13 in the radial direction is 1. It shall be 5 mm. Further, the stator 8 and the rotor 32 are formed of a cold rolled steel plate (SPCC).

[実施例2]
当該実施例2による操作装置は、前記軟磁性体13を有していない点のみが前記実施例1による操作装置と異なり、それ以外は前記実施例1による操作装置と同様に構成されているものとする。
[Example 2]
The operating device according to the second embodiment is different from the operating device according to the first embodiment only in that it does not have the soft magnetic material 13, and is configured in the same manner as the operating device according to the first embodiment except for the above. And.

[比較例]
当該比較例による操作装置は、第1及び第2永久磁石14a,14bと軟磁性体13を備えず、その点以外は前記実施例1による操作装置と同様に構成されているものとする。
[Comparison example]
The operating device according to the comparative example is not provided with the first and second permanent magnets 14a and 14b and the soft magnetic material 13, and is configured in the same manner as the operating device according to the first embodiment except for that point.

以上のような実施例1、実施例2及び比較例による操作装置について操作レバーを中立位置から回動操作したときのその操作レバーの回動操作角度と当該操作レバーを中立位置へ戻す戻し力に相当する反力トルクとの相関関係を調べるシミュレーションを行った。このシミュレーションは、励磁コイルに供給する励磁電流が0Aの時、1Aの時及び5Aの時のそれぞれについて行った。なお、操作レバーの中立位置からの回動操作角度は、0°から±10.5°の範囲とした。この回動操作角度の範囲のうち0°から+10.5°までの範囲と0°から-10.5°までの範囲は、同じ相関関係を示したので、以下、0°から+10.5°の回動操作角度の範囲でのシミュレーションの解析結果について説明する。 Regarding the operating devices according to Examples 1, 2 and Comparative Examples as described above, the rotation operating angle of the operating lever when the operating lever is rotated from the neutral position and the return force for returning the operating lever to the neutral position A simulation was performed to investigate the correlation with the corresponding reaction force torque. This simulation was performed when the exciting current supplied to the exciting coil was 0 A, 1 A, and 5 A, respectively. The rotation operation angle from the neutral position of the operation lever was set in the range of 0 ° to ± 10.5 °. Of the range of this rotation operation angle, the range from 0 ° to + 10.5 ° and the range from 0 ° to -10.5 ° showed the same correlation. The analysis result of the simulation in the range of the rotation operation angle of is described.

図9~図11には、当該シミュレーションの解析結果である操作レバーの回動操作角度と操作レバーに作用する前記反力トルクとの相関関係が示されている。図9は、励磁コイルに供給する励磁電流が0Aの時の相関関係である。励磁電流が0Aのときには前記比較例による操作装置では操作レバーに反力トルクが発生しないため、図9では、前記比較例についての解析結果は示されていない。図10は、励磁コイルに供給する励磁電流が1Aの時の相関関係である。図11は、励磁コイルに供給する励磁電流が5Aの時の相関関係である。 9 to 11 show the correlation between the rotation operation angle of the operation lever, which is the analysis result of the simulation, and the reaction force torque acting on the operation lever. FIG. 9 shows the correlation when the exciting current supplied to the exciting coil is 0 A. When the exciting current is 0 A, the reaction force torque is not generated in the operating lever in the operating device according to the comparative example. Therefore, FIG. 9 does not show the analysis result for the comparative example. FIG. 10 shows the correlation when the exciting current supplied to the exciting coil is 1 A. FIG. 11 shows the correlation when the exciting current supplied to the exciting coil is 5 A.

図9に示されているように、励磁コイルに供給する励磁電流が0Aの時、すなわち励磁コイルによる励磁に起因する磁気吸引力が生じない場合であっても、前記実施例1及び前記実施例2では、操作レバーが中立位置(回動操作角度0°)から回動操作されることにより当該操作レバーに付与される反力トルクが得られ、この反力トルクは永久磁石が発する磁束に起因するものであることが判る。また、反力トルクは、操作レバーの回動操作角度が大きくなるにつれて徐々に大きくなることが判る。また、前記実施例1及び前記実施例2のいずれにおいても操作レバーに反力トルクが付与されるという解析結果から、励磁コイルと各永久磁石との間の軟磁性体の有無にかかわらず反力トルクが得られることが判る。ただし、前記実施例2における反力トルクの値の方が前記実施例1における反力トルクよりも大きいことから、励磁コイルと永久磁石との間に軟磁性体を配置することによって操作レバーに付与される反力トルクを増大できることが判る。 As shown in FIG. 9, even when the exciting current supplied to the exciting coil is 0 A, that is, even when the magnetic attractive force due to the excitation by the exciting coil does not occur, the above-mentioned first embodiment and the above-mentioned embodiment. In 2, the reaction force torque applied to the operation lever is obtained by rotating the operation lever from the neutral position (rotation operation angle 0 °), and this reaction force torque is caused by the magnetic flux generated by the permanent magnet. It turns out that it is something to do. Further, it can be seen that the reaction force torque gradually increases as the rotation operation angle of the operation lever increases. Further, from the analysis result that the reaction force torque is applied to the operating lever in both the first embodiment and the second embodiment, the reaction force is applied regardless of the presence or absence of the soft magnetic material between the exciting coil and each permanent magnet. It can be seen that torque can be obtained. However, since the value of the reaction force torque in the second embodiment is larger than the reaction force torque in the first embodiment, a soft magnetic material is placed between the exciting coil and the permanent magnet to give the operation lever. It can be seen that the reaction force torque generated can be increased.

なお、軟磁性体がなくても反力トルクが得られるのは、第2永久磁石のN極から周方向においてその第2永久磁石に隣り合う第1永久磁石のS極へ向かう磁束の流れが少ないながらもその第1及び第2永久磁石の両側に位置する一対の大径部の固定子磁極部及び中央部を通って形成され、当該反力トルクを生じさせるための第1永久磁石と第2永久磁石との間の磁気回路が構築されるからであると考えられる。 The reaction force torque can be obtained without the soft magnetic material because the flow of magnetic flux from the N pole of the second permanent magnet to the S pole of the first permanent magnet adjacent to the second permanent magnet in the circumferential direction. The first permanent magnet and the first permanent magnet, which are formed through a pair of large-diameter stator magnetic poles and a central portion located on both sides of the first and second permanent magnets, although they are small, to generate the reaction force torque. 2 It is considered that this is because a magnetic circuit is constructed between the permanent magnet and the magnet.

また、図9と図10とを比較して、励磁コイルに1Aの励磁電流を供給した場合(図10参照)には、励磁コイルに供給する電流が0Aの場合(図9参照)に比べて実施例1及び実施例2で操作レバーに付与される反力トルクが僅かに増加していることが判る。これは、励磁コイルによる励磁に起因する磁気吸引力によって反力トルクが増加したことによるものである。すなわち、図10中の比較例において操作レバーに付与された反力トルクに相当する分が、永久磁石が発する磁束に起因する反力トルクに加算されることによって、操作レバーに付与される反力トルクが増加したものと考えられる。 Further, comparing FIGS. 9 and 10, when an exciting current of 1 A is supplied to the exciting coil (see FIG. 10), compared with the case where the current supplied to the exciting coil is 0 A (see FIG. 9). It can be seen that the reaction force torque applied to the operating lever in the first and second embodiments is slightly increased. This is because the reaction force torque is increased by the magnetic attraction force caused by the excitation by the exciting coil. That is, the reaction force applied to the operating lever by adding the amount corresponding to the reaction force torque applied to the operating lever in the comparative example in FIG. 10 to the reaction force torque caused by the magnetic flux generated by the permanent magnet. It is probable that the torque increased.

また、図11に示されているように、励磁コイルに供給する励磁電流が5Aの時には、操作レバーに付与される反力トルクがさらに増大することが判る。これは、当該図11において比較例で操作レバーに付与される反力トルクが図10の比較例での反力トルクよりも大きくなっていることから、励磁コイルによる励磁に起因する磁気吸引力の増大に起因するものであることが判る。 Further, as shown in FIG. 11, when the exciting current supplied to the exciting coil is 5 A, it can be seen that the reaction force torque applied to the operating lever is further increased. This is because the reaction force torque applied to the operation lever in the comparative example in FIG. 11 is larger than the reaction force torque in the comparative example of FIG. 10, so that the magnetic attraction force caused by the excitation by the exciting coil is increased. It turns out that it is due to the increase.

図10及び図11の結果から、永久磁石が発する磁束によって反力トルクを得られるようにした場合であっても、励磁コイルによる励磁に起因する磁気吸引力に対して悪影響が及ぼされてその磁気吸引力に起因する反力トルクが低下するような問題は生じないことが判った。 From the results of FIGS. 10 and 11, even when the reaction force torque is obtained by the magnetic flux generated by the permanent magnet, the magnetic attraction force caused by the excitation by the exciting coil is adversely affected and the magnetism thereof. It was found that there was no problem that the reaction force torque due to the suction force was reduced.

また、図10及び図11において、実施例1及び実施例2の操作レバーの回動操作角度と反力トルクとの相関関係は、操作レバーの回動操作角度が約1.5°を超えると、操作レバーの回動操作角度の増加に従って反力トルクが概ね直線的に増加するという線形性を保っているため、励磁コイルによる励磁に起因して生じる反力トルクと永久磁石が発する磁束に起因する反力トルクとの併用により、当該線形性が崩れるといった悪影響も生じないことが判った。 Further, in FIGS. 10 and 11, the correlation between the rotation operation angle of the operation levers of Examples 1 and 2 and the reaction force torque is such that when the rotation operation angle of the operation lever exceeds about 1.5 °. Since the reaction force torque increases almost linearly as the rotation operation angle of the operation lever increases, the reaction force torque generated by the excitation by the exciting coil and the magnetic flux generated by the permanent magnet are the cause. It was found that the combined use with the reaction force torque does not cause an adverse effect such as the loss of the linearity.

本発明による力覚付与型操作装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることが可能である。 The force sense-imparting operation device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、前記実施形態の操作装置では、固定子が径方向内側に配置され、その固定子の径方向外側で当該固定子の周りを囲むように回転子が配置されているが、固定子と回転子との配置は逆であってもよい。すなわち、回転子が径方向内側に配置され、その回転子の径方向外側でその回転子の周りを囲むように固定子が配置されていてもよい。この場合、前記実施形態の固定部と回転部の構成を入れ替え、操作レバーを固定子の径方向内側に配置された回転子に接続すればよい。 For example, in the operating device of the above embodiment, the stator is arranged radially inside, and the rotor is arranged so as to surround the stator on the radial outside of the stator. The arrangement with the child may be reversed. That is, the rotor may be arranged radially inside, and the stator may be arranged so as to surround the rotor on the radial outside of the rotor. In this case, the configurations of the fixed portion and the rotating portion of the embodiment may be exchanged, and the operating lever may be connected to the rotor arranged radially inside the stator.

また、操作装置は、各永久磁石の励磁コイル側に配置される軟磁性体を必ずしも備えていなくてもよい。この場合であっても、操作レバーが中立位置から回動操作されたときに各回転子磁極部と各永久磁石との間に作用する磁気吸引力、すなわち操作レバーを中立位置へ戻す戻し力は当該操作レバーに付与される。 Further, the operating device does not necessarily have to include a soft magnetic material arranged on the exciting coil side of each permanent magnet. Even in this case, the magnetic attraction force acting between each rotor magnetic pole portion and each permanent magnet when the operating lever is rotated from the neutral position, that is, the returning force for returning the operating lever to the neutral position, is still present. It is given to the operation lever.

また、各第1永久磁石及び各第2永久磁石は、それぞれ、周方向において2つに分割されていてもよい。図12には、このように構成された変形例が示されている。当該変形例では、各第1永久磁石14a及び各第2永久磁石14bがそれぞれ周方向において2つの永久磁石に分割され、その分割された2つの永久磁石間に隙間が設けられている。なお、この隙間は必ずしも設けられなくてもよく、この分割された2つの永久磁石は互いに接触していてもよい。この分割された2つの永久磁石は、回転軸C方向においてその永久磁石の両側に位置する固定子磁極部26の周方向における範囲内に収まるように配置される。 Further, each of the first permanent magnets and the second permanent magnets may be divided into two in the circumferential direction. FIG. 12 shows a modified example configured in this way. In the modification, each of the first permanent magnets 14a and each second permanent magnet 14b is divided into two permanent magnets in the circumferential direction, and a gap is provided between the divided two permanent magnets. It should be noted that this gap does not necessarily have to be provided, and the two divided permanent magnets may be in contact with each other. The two divided permanent magnets are arranged so as to be within the circumferential direction of the stator magnetic pole portions 26 located on both sides of the permanent magnets in the rotation axis C direction.

また、この変形例では、軟磁性体13が、前記実施形態のように全体として円環状をなすものではなく、周方向において複数に分割されている。軟磁性体13は、各第1永久磁石14a及び各第2永久磁石14bがそれぞれ2つに分割された各位置で分割されており、その分割された各軟磁性体13同士の間には隙間が設けられている。この分割された各軟磁性体13は、第1永久磁石14aの分割された一方の永久磁石とそれに対して周方向に隣り合う第2永久磁石14aの分割された一方の永久磁石とを繋ぐように周方向に円弧状に延びている。 Further, in this modification, the soft magnetic material 13 does not form an annular shape as a whole as in the above embodiment, but is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction. The soft magnetic material 13 is divided at each position where each of the first permanent magnets 14a and each of the second permanent magnets 14b is divided into two, and a gap is provided between the divided soft magnetic materials 13. Is provided. Each of the divided soft magnetic materials 13 connects one of the divided permanent magnets of the first permanent magnet 14a and the divided permanent magnet of the second permanent magnet 14a adjacent to the permanent magnet in the circumferential direction. It extends in an arc shape in the circumferential direction.

また、この変形例では、絶縁体12も周方向において複数に分割されている。具体的には、絶縁体12は、軟磁性体13が分割された各位置でそれぞれ分割されている。この分割された各絶縁体12同士は、周方向において互いに接触している。この分割された各絶縁体12に対してその径方向外側に位置する分割された軟磁性体13及びさらにその径方向外側に設けられた第1及び第2永久磁石14a,14bの分割された一方の永久磁石がネジ止めによって固定されている。 Further, in this modification, the insulator 12 is also divided into a plurality of parts in the circumferential direction. Specifically, the insulator 12 is divided at each position where the soft magnetic material 13 is divided. The divided insulators 12 are in contact with each other in the circumferential direction. One of the divided soft magnetic materials 13 located on the radial outer side of each of the divided insulators 12 and the first and second permanent magnets 14a and 14b provided on the radial outer side thereof. Permanent magnets are fixed by screwing.

この変形例によれば、固定部6において励磁コイル10の周りに絶縁体12及び軟磁性体13を設置するときに、それらの絶縁体12及び軟磁性体13が周方向に複数に分割されているため、設置作業が容易になる。 According to this modification, when the insulator 12 and the soft magnetic material 13 are installed around the exciting coil 10 in the fixing portion 6, the insulator 12 and the soft magnetic material 13 are divided into a plurality of parts in the circumferential direction. Therefore, the installation work becomes easy.

また、本発明における操作装置の中立位置戻し部は、第1永久磁石と第2永久磁石からなる組を少なくとも一組備えていればよい。すなわち、周方向に離間して配置されて径方向におけるS極とN極の向きが互いに逆向きである第1永久磁石と第2永久磁石の組を少なくとも一組備えていれば、その第1永久磁石と第2永久磁石との間に磁気回路を形成して操作レバーが中立位置から回動操作されたときに中立位置への戻し力を発生させる磁気吸引力を得ることができる。 Further, the neutral position return portion of the operating device in the present invention may include at least one set including a first permanent magnet and a second permanent magnet. That is, if at least one pair of a first permanent magnet and a second permanent magnet that are arranged apart from each other in the circumferential direction and the directions of the S pole and the N pole in the radial direction are opposite to each other is provided, the first one. A magnetic circuit can be formed between the permanent magnet and the second permanent magnet to obtain a magnetic attraction force that generates a return force to the neutral position when the operating lever is rotated from the neutral position.

また、第2永久磁石は、必ずしも、当該第2永久磁石と磁気回路を形成する第1永久磁石が間に配置された所定の対の内側磁極部に対して周方向に隣り合う対の内側磁極部同士の間に配置されていなくてもよい。すなわち、その隣り合う対の内側磁極部よりも周方向にさらに離れた位置にある別の対の内側磁極部同士の間に第2永久磁石が配置されていてもよい。 Further, the second permanent magnet does not necessarily have a pair of inner magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction with respect to a predetermined pair of inner magnetic poles in which the first permanent magnet forming a magnetic circuit is arranged between the second permanent magnet. It does not have to be arranged between the parts. That is, the second permanent magnet may be arranged between the inner magnetic pole portions of another pair located further in the circumferential direction from the inner magnetic pole portions of the adjacent pair.

1 力覚付与型操作装置
2 操作レバー
6 回転部(外側部材)
7 固定部(内側部材)
8 固定子(内側部材本体)
10 励磁コイル
11 中立位置戻し部
13 軟磁性体
14a 第1永久磁石
14b 第2永久磁石
23 軸部
24 大径部
26 固定子磁極部(内側磁極部)
38 回転子磁極部(外側磁極部)
1 Force sense application type operation device 2 Operation lever 6 Rotating part (outer member)
7 Fixed part (inner member)
8 Stator (inner member body)
10 Excitation coil 11 Neutral position return part 13 Soft magnetic material 14a First permanent magnet 14b Second permanent magnet 23 Shaft part 24 Large diameter part 26 Stator magnetic pole part (inner magnetic pole part)
38 Rotor magnetic pole (outer magnetic pole)

Claims (4)

作業機械を操作するために用いられてその操作時に操作者に力覚を付与する力覚付与型操作装置であって、
前記作業機械を操作するために操作者によって操作される操作レバーであって中立位置から所定の回転軸を中心として回動操作可能なものと、
固定部と、
前記固定部に対して前記回転軸を中心として回転可能に構成され、前記操作レバーの回動操作に伴って回転するように前記操作レバーに接続された回転部と、を備え、
前記固定部と前記回転部のうちの一方の部材は、前記固定部と前記回転部のうちの他方の部材である内側部材に対して前記回転軸を中心とした円の径方向の外側に配置されて前記内側部材の周りを囲む部分を有する外側部材であり、
前記内側部材は、前記回転軸に一致する軸心を有する軸部及び前記回転軸に沿う方向において互いに離間して配置されて前記軸部の径方向外側へそれぞれ広がるように前記軸部に設けられた一対の大径部を有する内側部材本体と、前記軸部の周りに巻回された励磁コイルであって前記操作レバーが前記中立位置から回動操作されたときに前記力覚を生じさせる磁気吸引力を前記内側部材本体と前記外側部材との間に発生させるように前記内側部材本体及び前記外側部材を励磁するものと、前記操作レバーが前記中立位置から回動操作されたときにその操作レバーを前記中立位置へ戻す戻し力を発生させる中立位置戻し部と、を備え、
前記外側部材は、前記円の周方向に間隔をあけて並び、当該外側部材が励磁されたときに磁束が集中する複数の外側磁極部を有し、
前記一対の大径部のそれぞれは、前記周方向に間隔をあけて並ぶとともに前記径方向において前記複数の外側磁極部のそれぞれと対向するように配置されていて前記内側部材本体が励磁されたときに磁束が集中する複数の内側磁極部を有し、
前記一対の大径部の前記複数の内側磁極部は、前記回転軸に沿う方向において互いに対向して対をなすようにそれぞれ配置され、
前記中立位置戻し部は、複数の対の前記内側磁極部のうち所定の対の内側磁極部同士の間において前記径方向における前記励磁コイルの外側に配置された第1永久磁石であって前記径方向の外側を向くN極及び前記径方向の内側を向くS極を有するものと、前記所定の対の内側磁極部から前記周方向に離れた別の対の内側磁極部同士の間において前記径方向における前記励磁コイルの外側に配置された第2永久磁石であって前記径方向の内側を向くN極及び前記径方向の外側を向くS極を有し、前記操作レバーが回動操作されたときに前記戻し力を発生させる磁気吸引力が前記第1永久磁石と前記径方向においてその第1永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間及び当該第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間に生じるような磁気回路を当該第2永久磁石と前記第1永久磁石との間に形成するものと、を含む、力覚付与型操作装置。
It is a force sensation type operation device that is used to operate a work machine and gives a force sensation to the operator at the time of operation.
An operation lever operated by an operator to operate the work machine, which can be rotated around a predetermined rotation axis from a neutral position.
Fixed part and
A rotating portion that is configured to be rotatable about the rotation axis with respect to the fixed portion and is connected to the operating lever so as to rotate with the rotational operation of the operating lever is provided.
One member of the fixed portion and the rotating portion is arranged outside the radial direction of the circle centered on the rotating axis with respect to the inner member which is the other member of the fixed portion and the rotating portion. It is an outer member having a portion surrounding the inner member.
The inner member is provided on the shaft portion having an axial center corresponding to the rotating shaft and arranged apart from each other in the direction along the rotating shaft so as to spread outward in the radial direction of the shaft portion. An inner member body having a pair of large diameter portions and a magnetism that is an exciting coil wound around the shaft portion and causes the force sense when the operation lever is rotated from the neutral position. A device that excites the inner member body and the outer member so as to generate an attractive force between the inner member body and the outer member, and an operation thereof when the operation lever is rotated from the neutral position. A neutral position return portion for generating a return force for returning the lever to the neutral position is provided.
The outer members are arranged at intervals in the circumferential direction of the circle, and have a plurality of outer magnetic pole portions in which magnetic flux is concentrated when the outer members are excited.
When each of the pair of large diameter portions is arranged at intervals in the circumferential direction and is arranged so as to face each of the plurality of outer magnetic flux portions in the radial direction, and the inner member main body is excited. Has multiple inner magnetic poles where magnetic flux is concentrated in
The plurality of inner magnetic pole portions of the pair of large diameter portions are arranged so as to face each other in a direction along the rotation axis and form a pair.
The neutral position return portion is a first permanent magnet arranged outside the exciting coil in the radial direction between predetermined pairs of inner magnetic pole portions among the plurality of pairs of inner magnetic pole portions, and has the diameter. The diameter between one having an N pole facing outward in the direction and an S pole facing inward in the radial direction and another pair of inner magnetic pole portions separated from the predetermined pair of inner magnetic pole portions in the circumferential direction. A second permanent magnet arranged outside the exciting coil in the direction having an N pole facing inward in the radial direction and an S pole facing outward in the radial direction, and the operating lever was rotated. When the magnetic attraction force that generates the return force is between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction, and in the radial direction with the second permanent magnet. A force sense imparting including a magnetic circuit formed between the second permanent magnet and the first permanent magnet so as to occur between the outer magnetic pole portion located outside the second permanent magnet. Mold control device.
前記第2永久磁石は、前記第1永久磁石が間に配置された前記所定の対の内側磁極部に対して前記周方向に隣り合う別の対の内側磁極部同士の間に配置されている、請求項1に記載の力覚付与型操作装置。 The second permanent magnet is arranged between another pair of inner magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction with respect to the predetermined pair of inner magnetic poles in which the first permanent magnet is arranged. , The force-imparting operation device according to claim 1. 前記第1永久磁石と前記径方向において当該第1永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間には前記径方向の隙間が設けられているとともに、前記第1永久磁石と前記所定の対の内側磁極部のそれぞれとの間には前記回転軸に沿う方向の隙間が設けられ、
前記第2永久磁石と前記径方向において当該第2永久磁石の外側に位置する前記外側磁極部との間には前記径方向の隙間が設けられているとともに、前記第2永久磁石と前記別の対の内側磁極部のそれぞれとの間には前記回転軸に沿う方向の隙間が設けられ、
前記第1永久磁石についての前記径方向の隙間は、当該第1永久磁石についての前記回転軸に沿う方向の隙間よりも小さく、
前記第2永久磁石についての前記径方向の隙間は、当該第2永久磁石についての前記回転軸に沿う方向の隙間よりも小さい、請求項1又は2に記載の力覚付与型操作装置。
A radial gap is provided between the first permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the first permanent magnet in the radial direction, and the first permanent magnet and the predetermined one are provided. A gap in the direction along the rotation axis is provided between each of the pair of inner magnetic poles.
A radial gap is provided between the second permanent magnet and the outer magnetic pole portion located outside the second permanent magnet in the radial direction, and the second permanent magnet is different from the second permanent magnet. A gap in the direction along the rotation axis is provided between each of the pair of inner magnetic poles.
The radial gap of the first permanent magnet is smaller than the gap along the rotation axis of the first permanent magnet.
The force-sensing type operating device according to claim 1 or 2, wherein the radial gap of the second permanent magnet is smaller than the gap of the second permanent magnet in the direction along the rotation axis.
前記内側部材は、前記第1永久磁石及び前記第2永久磁石に対して前記径方向の内側で且つ前記励磁コイルに対して前記径方向の外側の位置において前記第1永久磁石と前記第2永久磁石とを繋ぐように前記周方向に延びる軟磁性体を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の力覚付与型操作装置。 The inner member includes the first permanent magnet and the second permanent magnet at positions inside the radial direction with respect to the first permanent magnet and the second permanent magnet and outside the radial direction with respect to the exciting coil. The force-sensing type operating device according to any one of claims 1 to 3, which has a soft magnetic material extending in the circumferential direction so as to connect with a magnet.
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