特許 6296846 反力制御機能を有する回転操作装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6296846

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】反力制御機能を有する回転操作装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/30 20060101AFI20180312BHJP

   H02P 8/32 20060101ALI20180312BHJP

   H02P 8/12 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   H02P8/30

   H02P8/32

   H02P8/12

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-55483(P2014-55483)

(22)【出願日】2014年3月18日

(65)【公開番号】特開2015-180124(P2015-180124A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2016年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】都 軍安

(72)【発明者】

【氏名】古木 茂

(72)【発明者】

【氏名】木村 渉

【審査官】 田村 惠里加

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２５２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１３２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４７９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２６８３９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ８／００−８／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転操作部と、前記回転操作部の回転角度を検知する回転センサと、前記回転操作部に操作反力を与えるステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御する制御部とが設けられた回転操作装置において、
前記制御部では、前記回転センサの検知出力に基づいて、前記回転操作部の回転位置が所定のアンカー位置を中心とする一定の角度範囲のアンカー領域に入ったと判断されたときに、前記ステッピングモータの複数の制御コイルに対して、前記回転操作部を前記アンカー位置に引き込むための引き込み用の制御信号が与えられ、
前記引き込み用の制御信号は、前記回転操作部の回転角度に応じて変化する正弦波と余弦波において、前記アンカー位置に対応する同じ位相上に位置する２つの電流値が固定された信号であり、この２つの固定値の信号が、複数の前記制御コイルのうちのペアを成す２つの相の前記制御コイルにそれぞれ与えられ、
前記回転センサの検知出力に基づいて、前記回転操作部が前記アンカー領域から外れる位置へ回転させられたと判断されたときに、複数の前記制御コイルに対して、前記回転操作部に回転トルクによる操作反力を作用させるための操作反力用の制御信号が与えられ、
前記操作反力用の制御信号は、前記回転操作部の回転角度に応じて電流値が変化する正弦波と余弦波に基づく２つの信号であり、前記２つ信号が、ペアを成す２つ相の前記制御コイルのそれぞれに、回転角度に応じて電流が変化するように与えられることを特徴とする回転操作装置。

【請求項2】

前記アンカー領域は、前記アンカー位置を中心として正方向と逆方向へそれぞれステッピングモータの２ステップ角度だけ進む範囲である請求項１記載の回転操作装置。

【請求項3】

前記ステッピングモータは２相ステッピングモータであり、前記２つの固定値の信号の電流値の比に応じて、前記アンカー位置が決められる請求項１または２記載の回転操作装置。

【請求項4】

前記制御コイルに与えられる前記引き込み用の制御信号の電流値を変化させることで、前記アンカー位置で回転操作部を停止させている静止トルクの大きさが変化させられる請求項１ないし３のいずれかに記載の回転操作装置。

【請求項5】

前記ステッピングモータは２相ステッピングモータであり、ペアを成す２つの相の前記制御コイルに与えられる前記操作反力用の制御信号の電流値を変えることで、回転トルクによる操作反力の大きさが変化させられる請求項１ないし４のいずれかに記載の回転操作装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反力制御機能を有する回転操作装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、反力制御機能を備えた入力装置が開示されている。
特許文献１に記載された入力装置は、操作部と、操作部によって回転させられる位置センサが設けられ、さらに操作部に対して力覚を付与するアクチュエータが設けられている。アクチュエータはモータやソレノイドなどで構成される。

【0003】

前記入力装置は制御部を有している。制御部では、位置センサで検出された現在位置に対して操作体の現在の速度の計数ｎ倍を加算し、これに弾性係数を乗算することで現在位置に応じたトルク成分が算出される。また、現在の速度に粘性摩擦係数を乗算することで、現在の速度に応じたトルク成分が算出される。この２つのトルク成分でアクチュエータが駆動されることで、操作部への力覚の付与がタイミングよく行われるものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２５２７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１などに記載されているいわゆる反力制御では、操作体を所定のアンカー位置で動かないように保持させる制御が必要とされる。ここで、アンカー位置とは、操作体が所定の姿勢に保持されて停止している位置を意味している。操作体を、アンカー位置から離れる方向へ移動させようとすると、操作体をアンカー位置に引き戻す力が作用する。

【0006】

特許文献１などに記載されている従来の制御方法では、操作体がアンカー位置からいずれかの方向へ回転させられると、回転センサの検知出力に応じてアクチュエータに対してアンカー位置へ戻す回転トルクが与えられる。操作者にとっては、前記回転トルクが、操作体をアンカー位置へ引き戻そうとする操作反力として感じられる。

【0007】

この制御方法では、操作体がアンカー位置から回転したことが回転センサで検知されると、この検知出力が制御部に与えられてトルク成分が算出され、これに基づいてアクチュエータが駆動される。そのため、回転センサによる検知からアクチュエータへの通電までに時間がかかり、さらにアクチュエータにおいても通電からトルクの発生までに時間を要する。この時間差があると、操作体にアンカー位置へ戻すためのトルクが与えられたときに、操作体がアンカー位置で停止できずオーバーランしやすくなる。このオーバーランを回復させるために、アクチュエータが逆向きのトルクを発生するように制御される。この制御が繰り返されると、操作体に継続的な振動が発生することになり、操作感触が非常に悪くなる。

【0008】

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、操作体をアンカー位置へ引き戻す制御を安定して行うことができ、常に良好な操作感触を実現できる反力制御機能を有する回転操作装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、回転操作部と、前記回転操作部の回転角度を検知する回転センサと、前記回転操作部に操作反力を与えるステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御する制御部とが設けられた回転操作装置において、
前記制御部では、前記回転センサの検知出力に基づいて、前記回転操作部の回転位置が所定のアンカー位置を中心とする一定の角度範囲のアンカー領域に入ったと判断されたときに、前記ステッピングモータの複数の制御コイルに対して、前記回転操作部を前記アンカー位置に引き込むための引き込み用の制御信号が与えられ、
前記引き込み用の制御信号は、前記回転操作部の回転角度に応じて変化する正弦波と余弦波において、前記アンカー位置に対応する同じ位相上に位置する２つの電流値が固定された信号であり、この２つの固定値の信号が、複数の前記制御コイルのうちのペアを成す２つの相の前記制御コイルにそれぞれ与えられ、
前記回転センサの検知出力に基づいて、前記回転操作部が前記アンカー領域から外れる位置へ回転させられたと判断されたときに、複数の前記制御コイルに対して、前記回転操作部に回転トルクによる操作反力を作用させるための操作反力用の制御信号が与えられ、
前記操作反力用の制御信号は、前記回転操作部の回転角度に応じて電流値が変化する正弦波と余弦波に基づく２つの信号であり、前記２つ信号が、ペアを成す２つ相の前記制御コイルのそれぞれに、回転角度に応じて電流が変化するように与えられることを特徴とするものである。

【0010】

本発明では、前記アンカー領域は、前記アンカー位置を中心として正方向と逆方向へそれぞれステッピングモータの２ステップ角度だけ進む範囲である。

【0011】

本発明の回転操作装置は、前記ステッピングモータを２相ステッピングモータで構成し、前記２つの固定値の信号の電流値の比を決めることで、前記アンカー位置を任意の角度に設定することが可能になる。

【0012】

本発明の回転操作装置は、前記制御コイルに与えられる前記引き込み用の制御信号の電流値を変化させることで、前記アンカー位置で回転操作部を停止させている静止トルクの大きさが変化させられるものとすることができる。

【0013】

さらに本発明の回転操作装置は、前記ステッピングモータは２相ステッピングモータであり、ペアを成す２つの相の前記制御コイルに与えられる前記操作反力用の制御信号の電流値を変えることで、回転トルクによる操作反力の大きさが変化させられるものとして構成できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の入力装置は、アンカー位置に保持されている回転操作部を手で保持して回転させたときに、回転操作部の回転角度がアンカー領域の範囲内であるときは、ステッピングモータのステータがロータを一定の位置へ引き付ける力のみで、回転操作部がアンカー位置へ引き戻される。したがって、モータの回転駆動力で回転体を引き戻すときのように、オーバーランに基づく振動などが発生することがない。また、ステータに与える一定の制御信号のレベルを制御することで、操作者の手に、回転操作部をアンカー位置へ引き戻そうとする適度な操作反力を与えることができる。

【0015】

回転操作部がアンカー領域を外れる角度まで回転させられた後は、ステッピングモータに所定の周波数の制御信号が与えられ、回転操作部には、モータの回転トルクによる操作反力が与えられる。そのため、制御信号を制御することにより、任意の操作反力を生成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態の回転操作装置の構成を示すブロック図、

【図2】回転操作装置の回転操作部とステッピングモータならびに回転センサを示す斜視図、

【図3】回転操作装置の回転角度を示す説明図、

【図4】ステッピングモータの基本的な構成を模式的に示す説明図、

【図5】操作反力を設定するための制御動作を示すフローチャート、

【図6】（Ａ）は、回転操作部がアンカー領域から外れているときに、回転操作部にＣＣＷ方向の操作反力を与えるための制御信号の波形を示す線図、（Ｂ）は、回転操作部に与えられるＣＣＷ方向への回転トルクを示す線図、

【図7】（Ａ）は、回転操作部がアンカー領域から外れているときに、回転操作部にＣＷ方向の操作反力を与えるための制御信号の波形を示す線図、（Ｂ）は、操作体に与えられるＣＷ方向への回転トルクを示す線図、

【図8】回転操作部の回転位置がアンカー領域内にあるときに、静止トルクを発生させるための制御信号を示す線図、

【図9】アンカー位置に停止している回転操作部を回転させたときに、回転操作部に与えられる引き込みトルクを示す線図、

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１に示すように、本発明の実施の形態の回転操作装置１は、入力・反力制御ユニット１０と、表示制御ユニット３０と、両ユニット１０，３０を接続するインターフェース２とで構成されている。

【0018】

図２に示すように、入力・反力制御ユニット１０には、回転操作部１１が設けられている。回転操作部１１によって回転軸１２が回転させられる。回転軸１２には操作歯車１３が固定されている。入力・反力制御ユニット１０には、回転センサ１５が設けられている。回転センサ１５は、操作歯車１３と噛み合う従動歯車１６と、従動歯車１６で回転させられるマグネット１７と、マグネット１７に対向するセンサ基板１８とを有している。センサ基板１８には巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）などの磁気センサが固定され、この磁気センサがマグネット１７に対向している。

【0019】

なお、回転センサ１５は、磁気検知式に限られず、光学検知方式などによるものであってもよい。

【0020】

回転操作部１１の回転力は、操作歯車１３から回転センサ１５に伝達され、回転センサ１５によって、回転操作部１１の回転角度が検知される。図２では、回転操作部１１に回転軸１２が固定され、回転軸１２に操作歯車１３が固定されて、回転操作部１１と操作歯車１３とが一対一の関係で回転するが、回転操作部１１と操作歯車１３との間に増速歯車機構などが介在されていてもよい。

【0021】

前記回転操作部１１に操作反力を与えるアクチュエータとしてステッピングモータ４０が設けられている。前記回転軸１２はステッピングモータ４０の出力軸でもある。

【0022】

図１に示すように、入力・反力制御ユニット１０には制御部２０が設けられている。制御部２０は、ＣＰＵを主体としメモリなどを含むものであり、予めインストールされたソフトウエアに基づいて制御動作が行われる。図１には、制御部２０で実行される制御ステップとして、回転センサ１５からの検知出力に基づいて回転操作部１１の回転角度（回転位置）を検出する位置検出部２１と、ステッピングモータ４０へ制御信号を与えるモータ制御部２０とを有している。

【0023】

表示制御ユニット３０には、表示部３１が設けられている。表示部３１はカラー液晶パネルやエレクトロルミネッセンスパネルなどを備えている。表示制御ユニット３０にも制御部３２が設けられている。制御部３２はＣＰＵを主体としメモリなどを含むものであり、予めインストールされたソフトウエアに基づいて制御動作が行われる。制御部３２の機能として、表示部３１を制御する表示制御部３３が含まれている。

【0024】

入力・反力制御ユニット１０に通信部２３が設けられ、表示制御ユニット３０に通信部３４が設けられており、通信部２３と通信部３４は、インターフェース２を介して接続されている。

【0025】

表示制御ユニット３０は、車載用電装装置の一部として自動車のインストルメントパネルなどに設けられる。また、入力・反力制御ユニット１０は運転者が操作者となって操作可能な位置に配置される。表示制御ユニット３０が、ゲーム装置やパーソナルコンピュータなどの各種電子装置に配置されるときは、入力・反力制御ユニット１０は、操作者が操作できるように操作パネルなどに配置されている。

【0026】

入力・反力制御ユニット１０において、図２に示す回転操作部１１が操作者の手で保持されてＣＷ方向またはＣＣＷ方向へ回転させられると、回転センサ１５の検知出力が位置検出部２１で検出されて、制御部２０において回転操作部１１の回転角度情報（回転位置情報）が生成される。回転角度情報は通信部２３からインターフェースを介して表示制御部３２の通信部３４に与えられる。

【0027】

表示制御ユニット３０の制御部３２では、入力・反力制御ユニット１０から送られた回転角度情報が分析され、表示制御部３３では、回転角度情報を反映した表示信号が生成されて表示部３１に与えられる。表示部３１の表示画面に映し出された画像は、回転操作部１１の回転操作に対応して変化する。

【0028】

回転操作装置１が車載用電装装置の一部を構成している場合には、回転操作部１１の回転操作に対応した回転角度情報が、自動車の各種機能を司るコントロールユニットにも与えられる。

【0029】

表示制御ユニット３０の制御部３２では、入力・反力制御ユニット１０から送られた回転角度情報を分析し、回転操作部１１の回転位置に対応した反力データが生成される。この反力データはインターフェース２を介して入力・反力制御ユニット１０に与えられ、モータ制御部２２からステッピングモータ４０に制御信号が与えられる。回転操作部１１が手で回転させられると、前記反力データに基づいて、回転位置に応じた反力がステッピングモータ４０から回転操作部１１に与えられる。

【0030】

なお、反力データは、表示制御ユニット３０から送られるのではなく、入力・反力制御ユニット１０の制御部２０において生成されてもよい。

【0031】

ステッピングモータ４０を制御する反力データは、個々の入力・反力制御ユニットごとに設定された固定データとして生成され、回転操作部１１を回転操作する際に常に同じ反力が与えられる。あるいは、操作モードが切換えられる度に、反力データが変更され、回転操作部１１に与えられる操作反力が変更されるものであってもよい。

【0032】

図４には、ステッピングモータ４０の内部構造が模式的に示されている。
ステッピングモータ４０は２相ステッピングモータであり、ロータ４１と２相のステータ４２Ａ，４２Ｂを有している。ロータ４１とステータ４２Ａ，４２Ｂの構造はハイブリッド型であり、ロータ４１の外周面に永久磁石が設けられ、回転方向に向けてＮ極とＳ極が交互に現れるように着磁されている。ステータ４２Ａには制御コイル４３Ａが巻かれ、ステータ４２Ｂには制御コイル４３Ｂが巻かれて、バイポーラ型の２相ステッピングモータが構成されている。この２相ステッピングモータの駆動方式としては、１相励磁方式と２相励磁方式のいずれであっても回転トルクを発生させることができる。

【0033】

実施の形態に使用されるステッピングモータ４０は、図４に示すステータ４２Ａ，４２Ｂのペアが２２組設けられ、ローラ４１の着磁も前記ペア数に対応した数で着磁されたものであり、相角が１６．３６度である。２相励磁駆動によりロータ４１を１回転させるためのステップ数は８８であり、１ステップのロータ４１の回転角度は４．０９度である。

【0034】

図２に示す入力・反力制御ユニット１０に設けられたステッピングモータ４０は、回転操作部１１が手で回転させられたときに、操作者の手に対して操作反力を感じさせるための静止トルクや回転トルクを発生させるものである。反力を与えるためのトルクは、回転操作部１１の回転角度に対応して生成された前記反力データによって制御される。

【0035】

図６（Ａ）以下では、制御コイル４３Ａに与えられる制御信号である制御電流がＩａｃで示され、制御コイル４３Ｂに与えられる制御信号である制御電流がＩｂｄで示されている。また、制御電流（制御信号）Ｉａｃの通電によりロータ４１に与えられるトルクがＴａｃで示され、制御電流（制御信号）Ｉｂｄの通電によりロータ４１に与えられるトルクがＴｂｄで示されている。またトルクＴａｃとトルクＴｂｄのベクトルの加算値がＴｓｕｍで示されている。

【0036】

なお、ここでの制御コイル４３Ａ，４３Ｂは、２２組設けられた磁極ペアのうちのいずれか１組を示している。図６（Ａ）（Ｂ）以下の線図の横軸に示される３６０度は、制御電流Ｉａｃと制御電流Ｉｂｄの周期を意味しており、ステッピングモータ４０の回転角に換算すると、線図の横軸の３６０度が、前記相角の１６．３６度に相当している。２２組の全てのペアの制御コイル４３Ａ，４３Ｂに対して、図６（Ａ）（Ｂ）に示す制御電流が順番に与えられることによって、ステッピングモータ４０で１回転分の回転トルクを発生させることができる。

【0037】

図３に示すように、回転操作部１１には位置表示部１１ａが設けられ、この位置表示部１１ａによって操作回転位置を確認することが可能である。

【0038】

実施の形態の回転操作装置１では、表示制御ユニット３０の制御部３２で生成される反力データによって、操作反力が以下のように設定される。

【0039】

図３では、回転操作部材１１の位置表示部１１ａがアンカー位置（ｉ）に向けられている。アンカー位置（ｉ）とは、制御コイル４３Ａ，４３Ｂに一定の電流を与え続けて、回転軸１２とロータとを停止させている状態での、前記回転操作部１１の位置を意味している。

【0040】

アンカー位置（ｉ）を中心としてＣＷ方向とＣＣＷ方向へそれぞれ角度αの広がりを持つ範囲がアンカー領域である。アンカー領域は相角に等しく、角度αは、相角の１／２である。この実施の形態ではα＝８．１８度である。アンカー領域を超えてから回転位置（ｉｉ）までの範囲がＣＷ操作領域β１であり、アンカー領域を超えてから回転位置（ｉｉｉ）までの範囲がＣＣＷ操作領域β２である。

【0041】

図３の実施の形態では、アンカー位置（ｉ）が１か所でその両側に操作領域β１、β２が設定されているが、アンカー位置が複数箇所に設定され、それぞれのアンカー位置の間に操作領域が設定されていてもよい。

【0042】

図６（Ａ）（Ｂ）は、手で保持した回転操作部１１をＣＷ操作領域β１またはＣＣＷ操作領域β２において時計方向（ＣＷ）へ回転操作したときの操作反力の一例を示している。このとき、前記反力データがモータ制御部２２に与えられて、図６（Ａ）に示すように、ステッピングモータ４０のステータ４２Ａにほぼ正弦波曲線の制御電流Ｉａｃが通電され、ステータ４２Ｂにほぼ余弦波曲線の制御電流Ｉｂｄが通電される。よって、ロータ４１にＣＣＷへの回転力が与えられ、回転操作部１１を操作している手に対してＣＣＷ方向への操作反力が伝達される。

【0043】

図６（Ｂ）には、回転操作部１１に与えられる反力トルクＴｓｕｍが示されている。この反力トルクＴｓｕｍは、制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄの電流量を変化させることで大小を可変制御できる。この電流制御により、回転操作部１１を時計方向へ回転させるのにしたがってＣＣＷの操作反力を徐々に大きくしたり、あるいは徐々に小さくしたり、または操作反力の大小を周期的に変化させることなどが可能である。

【0044】

図７（Ａ）（Ｂ）は、手で保持した回転操作部１１をＣＷ操作領域β１またはＣＣＷ操作領域β２において反時計方向（ＣＣＷ）へ回転操作したときの操作反力の一例を示している。このとき、前記反力データにより図７（Ａ）に示すように、ステッピングモータ４０のステータ４２Ａに制御電流Ｉａｃが通電され、ステータ４２Ｂに制御電流Ｉｂｄが通電され、ロータ４１にＣＷへの回転力が与えられ、回転操作部１１を操作している手に対してＣＷ方向への操作反力が伝達される。

【0045】

図７（Ｂ）には、回転操作部１１に与えられる反力トルクＴｓｕｍが示されているが、反力トルクＴｓｕｍは、制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄの大きさによって可変制御できる。この場合も、回転操作部１１を反時計方向へ回転させるのにしたがってＣＷの操作反力を徐々に大きくしたり、または徐々に小さくしたり、または操作反力の大小を周期的に変化させることなどが可能である。

【0046】

次に、回転センサ１５からの検知出力により、回転操作部１１の位置表示部１１ａが、アンカー位置（ｉ）に至ったと判断されると、あるいはアンカー位置（ｉ）±αの角度範囲であるアンカー領域に至ったと判断されると、前記反力データに基づいてアンカー制御が行われる。このアンカー制御では、モータ制御部２２によって、ステッピングモータ４０に周波数成分を持たない一定の制御電流が継続的に与えられ、位置表示部１１ａがアンカー位置（ｉ）に向けられた状態でロータ４１が保持されて停止する。

【0047】

ステッピングモータ４０を２相励磁で駆動しているときには、制御コイル４３Ａへ与える制御電流Ｉａｃと制御コイル４３Ｂへ与える制御電流Ｉｂｄを、所定の比率で一定値とすることで、任意の回転角度位置にアンカー位置（ｉ）を設定することができる。また、前記比率を変えることで、アンカー位置（ｉ）を任意の位置に変更することができる。

【0048】

図８（Ａ）には、ローラ４１を一定のトルクで駆動するときの制御電流Ｉａｃが実線で示され、制御電流Ｉｂｄが破線で示されている。このときの制御電流Ｉａｃと制御電流Ｉｂｄは、ほぼ正弦波曲線と余弦波曲線に近似した関係になる。そこで、制御電流Ｉａｃの値と制御電流Ｉｂｄの値が、前記正弦波曲線上と前記余弦波曲線上の同じ位相上に位置するように、電流Ｉａｃ，Ｉｂｄの比率を制御して電流値を固定させることで、前記相角内のどの回転角度位置であってもロータ４１を停止させることができ、その回転位置をアンカー位置（ｉ）とすることができる。

【0049】

図８（Ａ）では、制御電流Ｉｂｄの位相がほぼ１１０度となる位置がアンカー角度に設定されており、図８（Ｂ）に示すように、制御電流Ｉａｃがほぼ−０．３が固定され、制御電流Ｉｂｄがほぼ＋０．９に固定されて、１１０度上でローラ４１を保持できるようにしている。なお、前述のように、図８の線図の横軸の３６０度はいずれかのヨークペア（制御コイルペア）の相角である１６．３６度に対応している。

【0050】

ここで、ステッピングモータ４０を１相励磁で動作させるときは、ロータ４１の着磁部がステータ４２Ａと４２Ｂのいずれかに対向したときのみロータ４１が保持されるため、アンカー位置は１ステップ角度（４．０９度）毎の段階的な設定になる。しかし、図８に示すように、２相励磁駆動を行って、制御電流Ｉａｃと制御電流Ｉｂｄを、正弦波曲線上と余弦波曲線上の同じ位相上の値となる比率で固定することで、アンカー位置をどの角度にでも設定することが可能になる。

【0051】

図９には、ロータ４１がアンカー位置（ｉ）で保持されているときに、ロータ４１ならびに回転操作部１１に与えられる静止トルクが＋Ｔｍａｘで示されている。アンカー位置（ｉ）から、回転操作部１１をＣＷ方向へ回転させようとすると、その角度がα＝８．１８度の範囲内であれば、ロータ４１に対して回転操作部１１をＣＣＷ方向へ引き込む力が作用する。また、アンカー位置（ｉ）から、回転操作部１１をＣＣＷ方向へ回転させようとすると、その角度がα＝８．１８度の範囲内であれば、ロータ４１に対して回転操作部１１をＣＷ方向へ引き込む力が作用する。

【0052】

この引き込み力により、回転操作部１１がアンカー領域の回転角度内にあれば、アンカー位置（ｉ）に確実に引き込まれて保持される。回転操作部１１をアンカー位置に引き込む力はモータ駆動力の回転トルクによるものではなく、ステータ４２Ａ，４２Ｂがロータ４１を保持する静的な力によるものであるため、従来のように、引き込み力によりロータ４１がアンカー位置をオーバーランしたときに、モータが正逆交互に駆動されて振動を生じるという現象が生じなくなる。

【0053】

また、図８（Ａ）に示す正弦波曲線と余弦波曲線の振幅を大きく設定して、その曲線に対応するように、図８（Ｂ）において、固定値である制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄの値を選択することで、アンカー位置（ｉ）の静止トルクの大小を可変することも可能である。

【0054】

図９に示すように、回転操作部１１をアンカー位置（ｉ）に引き込もうとするトルクは、アンカー位置（ｉ）から離れるにしたがって徐々に弱くなり、ＣＷ方向とＣＣＷ方向へα＝８．１８度まで回転したときに引き込み力がゼロになり、その後は隣の磁極ペア（ステータペア）にロータ４１が引き込まれ、ロータ４１がアンカー領域から外れる方向へ回転しようとする。よって、回転操作部１１の回転角度がアンカー位置（ｉ）から±αの角度になったら、または±αの角度に近づく寸前に、図６（Ａ）（Ｂ）または図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転トルクによる操作反力の設定に切換えられることが好ましい。

【0055】

図５は操作反力を設定するための制御動作の一例を示すフローチャートである。実際の制御動作では、位置検出部２１で検出された角度情報が一定の周期で制御部３２に与えられ、制御部３２では、与えられた角度情報に基づいてその角度に対応する反力データが出力されて、モータ制御部２２に与えられる。

【0056】

図５に示すＳＴ１（ステップ１）の制御開始は、制御部３２が角度情報を得たタイミングを意味している。ＳＴ２では反力データが更新されたか否かが監視される。制御部３２から送られてくる反力データが更新されていないときは、ＳＴ４に移行する。制御部３２から送られてくる反力データが更新され、例えばアンカー位置（ｉ）の設定の変更があったときは、ＳＴ３に移行して、新たに設定されたアンカー位置（ｉ）が算出され、ＳＴ４に移行する。ＳＴ４では、回転操作部１１（ロータ４１）が現在どの角度位置にあるかを算出する。

【0057】

ＳＴ５において、回転操作部１１の回転角度がアンカー領域内にあるとするとＳＴ６とＳＴ７に移行する。ＳＴ６とＳＴ７では、図８に基づいて、設定されたアンカー角度でロータ４１を停止させるための制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄが求められ、制御コイル４３Ａ，４３Ｂに、ロータ４１を保持するための一定の電流である制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄが与えられる。

【0058】

ＳＴ５において、回転操作部１１の回転角度がアンカー領域ではなく、ＣＷ操作領域β１またはＣＣＷ操作領域β２であると判断されると、ＳＴ８とＳＴ９に移行し、図６または図７に示すように、制御電流Ｉａｃ，Ｉｂｄが決められて、反力データに対応した操作反力が設定される。

【0059】

上記のように、回転操作部１１の回転角度がアンカー領域に位置するときは、ステータ４２Ａ，４２Ｂがロータ４１を保持する静的な力を使用し、ＣＷ操作領域β１またはＣＣＷ操作領域β２のときは、ロータ４１に与えられるモータ駆動の回転トルクで操作反力を発生させることで、多様な操作反力を与えることが可能になる。

【符号の説明】

【0060】

１ 回転操作装置
１０ 入力・反力制御ユニット
１１ 回転操作部
１２ 回転軸
１５ 回転センサ
２０ 制御部
２１ 位置検出部
２２ モータ制御部
３０ 表示制御ユニット
３２ 制御部
４０ ステッピングモータ
４１ ロータ
４２Ａ，４２Ｂ ステータ
４３Ａ，４３Ｂ 制御コイル
Ｉａｃ，Ｉｂｃ 制御電流
Ｔａｃ，Ｔｂｄ トルク
Ｔｓｕｍ 反力トルク
（ｉ） アンカー位置
β１ ＣＷ操作領域
β２ ＣＣＷ操作領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】