JP2000092808A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無通電時に所定の回転角度で確実に停止する
ことのできるトルクモータを提供する。 【解決手段】 第２のステータ６０の磁極の縁は、第１
のステータ５０の磁極の縁に対してロータ４１を囲む周
方向にずれた位置に形成されている。第２のコイル６４
に通電することにより、第２のステータコア６１にＮ極
およびＳ極の二極が生成される。これにより、ロータ４
１を所定の角度で保持するディテントトルクが発生す
る。第１のコイル５４に通電されず第２のコイル６４に
通電された場合、第２のステータによりロータ４１が停
止する位置は、第１のステータ５０と第２のステータ６
０との角度のずれの大きさを変更することにより、任意
の位置に設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のスロッ
トル装置等のアクチュエータとして用いられるトルクモ
ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ロータコアの外周に貼りつけ
られた永久磁石が一対の磁極を形成するロータと、ロー
タを取り囲んで磁性体により形成されるステータコア
と、通電することによりステータコアに一対の磁極を発
生させるコイル部とを備えるトルクモータが知られてい
る。このようなトルクモータは、内燃機関の吸気通路の
流路面積を調整するスロットル装置に設けられるスロッ
トル弁の開度を制御するアクチュエータとして用いるこ
とができる。

【０００３】コイル部の断線や制御装置の故障等によ
り、コイル部へ通電することができなくなった場合に
は、内燃機関を低速で退避走行可能な状態とするため
に、ロータの回転角度は、スロットル弁の全閉位置から
僅かに開いた中間開度（例えば１０°）に対応すること
が望ましい。

【０００４】従来は、無通電時のロータの回転角度を設
定するためにロータを全開方向へ回動させるオープナー
スプリングと全閉方向へ回動させるリターンスプリング
を用い、ロータが所定の角度で停止するようにバランス
をとっていた。また、特開平８−２２８４６６号公報に
開示されるように、ステータの所定位置に磁気抵抗部を
設けることにより、コイルに通電されない時の磁力の方
向を設定し、それに発生するディテントトルクを用いて
ロータを所定の位置に保持するトルクモータが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなオープナースプリングとリターンスプリングを用
いるトルクモータでは、部品点数が多くなり重量が増大
し、かつメカニカルな部品を必要とするため、振動およ
び作動摩耗などの信頼性の問題があった。また、コイル
に無通電時の磁力により発生するディテントトルクを用
いるトルクモータでは、図６に示すように回転角とトル
クの大きさの関係が線形であるため、ロータを停止させ
たい角度付近でのトルクの勾配を大きくすることができ
ず、ロータの停止角度を一定に保つことは困難であっ
た。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、無通電時に所定の回転角度で確実
に停止することのできるトルクモータを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
トルクモータによれば、永久磁石により形成される磁極
を有するロータと、ロータの外周に配置され、第１のコ
イル部に通電することにより励磁されて磁極を形成する
第１のステータと、第１のコイル部に無通電時にロータ
を所定の回転角度に保持するディテントトルクを発生さ
せる第２のステータとを備える。そのため、第１のコイ
ル部に無通電時に、ロータを所定の回転角度で停止させ
ることができる。

【０００８】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
れば、第２のステータは第１のステータに対して磁極の
縁を周方向にずらして形成されている。そのため、第１
のコイル部に無通電時にロータが停止する角度を所望の
位置に設定することができる。

【０００９】本発明の請求項３記載のトルクモータによ
れば、第２のステータは第２のコイル部に通電して発生
する磁力によってディテントトルクを発生させる。その
ため、第１のコイル部に通電時は、第２のコイル部を無
通電とすることにより、第２のステータにより発生する
トルクの影響が無くなり、トルクモータにより発生する
トルクを一定に保つことが容易になる。

【００１０】本発明の請求項４記載のトルクモータによ
れば、第２のステータは永久磁石によってディテントト
ルクを発生させる。そのため、第２のステータの構造を
簡単にし、トルクモータを小型化、軽量化することがで
きる。

【００１１】本発明の請求項５記載のトルクモータによ
れば、第２のステータにより発生するトルクは第１のス
テータにより発生するトルクよりも小さい。そのため、
第１のコイルに通電中は、第２のステータにより発生す
るトルクの影響を小さくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例によるトルクモータ
を用いたスロットル弁制御装置を図２に示す。図２に示
すスロットル弁制御装置１０は、アクセル踏込量に応じ
てスロットル弁１３の開度を調整するアクセルと機械的
にリンクした機構をもたず、トルクモータ４０によって
のみスロットル弁１３の開度を調整するものである。

【００１３】スロットル弁制御装置１０のスロットルボ
ディ１１はベアリング１５および１６を介してスロット
ル軸１２を回転自在に支持している。スロットル弁１３
は円板状に形成されており、スロットル軸１２にビス１
４で固定されている。スロットル弁１３がスロットル軸
１２とともに回動することにより、スロットルボディ１
１の内壁により形成された吸気通路１１ａの流路面積が
調整され、吸気通路１１ａを通過する吸気流量が制御さ
れる。

【００１４】スロットル軸１２の一方の端部にスロット
ルレバー２１が圧入固定されており、スロットルレバー
２１はスロットル軸１２とともに回動する。ストッパス
クリュウ２２はスロットルレバー２１と当接することに
よりスロットル弁１３の全閉位置を規定している。スト
ッパスクリュウ２２のねじ込み量を変更することにより
スロットル弁１３の全閉位置を調整できる。

【００１５】回転角センサ３０は、スロットルレバー２
１よりもさらにスロットル軸１２の端部側に配設されて
おり、コンタクト部３１、抵抗体を塗布した基板３２お
よびハウジング３３で構成されている。コンタクト部３
１はスロットル軸１２に圧入されており、スロットル軸
１２とともに回動する。基板３２はハウジング３３に固
定されており、基板３２に塗布された抵抗体上をコンタ
クト部３１が摺動する。基板３２に塗布された抵抗体に
５Ｖの一定電圧が印加されており、この抵抗体とコンタ
クト部３１との摺動位置がスロットル弁１３の開度に応
じて変化すると出力電圧値が変動する。図示しない電子
制御装置（ＥＣＵ）は回転角センサ３０からこの出力電
圧値を入力し、スロットル弁１３の開度を検出する。ス
ロットル軸１２の他方の端部には、ロータ４１、第１の
ステータ５０、第２のステータ６０により、トルクモー
タ４０が構成されている。

【００１６】ロータ４１は、スロットル軸１２に圧入固
定したロータコア４２と、ロータコア４２の径方向反対
側の外周にそれぞれ設けられた永久磁石４３、４４とか
ら構成される。永久磁石４３、４４は、ロータ４１の径
方向に着磁されていて、一方の径方向外側がＮ極とな
り、他方がＳ極となる。永久磁石４３、４４は、ネオジ
ム系、サマリウム−コバルト系等の高い磁力を発生する
いわゆる希土類の永久磁石を用いることが望ましいが、
フェライト系磁石のような他の永久磁石を用いることも
できる。永久磁石４３、４４として、複数の平板磁石か
らなる磁石群を用いることもできる。

【００１７】図１はトルクモータ４０を図２のＩ方向か
ら見た模式図である。第１のステータ５０は、図１に示
すように第１のステータコア５１と第１のコイル５４に
より形成される。第１のステータコア５１は、鉄などの
磁性材により形成され、ロータ４１を囲むように形成さ
れる第１のティース部５２と、第１のティース部５２に
一体に略Ｕ字型に形成される第１のアーム部５３とより
なる。第１のアーム部５３に第１のコイル５４を巻回す
ることにより第１のコイル部が形成される。第１のティ
ース部５２には、磁極の境界となるスロット部５５、５
６が形成されている。

【００１８】第２のステータ６０は第１のステータ５０
と同様の構成であり、第２のステータコア６１と第２の
コイル６４とにより形成される。第２のステータコア６
１は第１のステータコア５１と同様の構成であり、磁性
材により形成された第２のティース部６２と第２のアー
ム部６３とよりなる。第２のティース部６２には、磁極
の境界となるスロット部６５、６６が形成されている。
第２のステータ６０は磁極の縁が第１のステータ５０に
対してロータ４１を囲む周方向に所定角度ずれた位置に
形成されている。トルクモータ４０の端部はカバー２０
により覆われている。なお、図２では上述した第１のス
テータ５０と第２のステータ６０との周方向のずれに基
づく位置関係を図示せず、便宜上、周方向のずれがない
ものを図示した。

【００１９】第１のコイル５４に通電することにより、
第１のステータコア５１にＮ極およびＳ極の二極が生成
される。永久磁石４３、４４により生成されたロータ４
１側の磁極が、主に通電により生成されたステータ側の
磁極の縁に吸引されることにより、ロータ４１を回動さ
せるトルクが発生する。図３に示すように、第１のステ
ータ５０によりロータ４１に所定の角度範囲でほぼ一定
のトルクが加えられる。このほぼ一定のトルクが得られ
る角度範囲の一端がスロットル弁の全閉位置に対応し、
他端が全開位置に対応するようにスロットル軸とロータ
４１とを固定することにより、ロータ４１の回転角度を
精密に制御することが容易となる。また、第２のコイル
６４に通電することにより、第２のステータコア６１に
Ｎ極およびＳ極の二極が生成される。これにより、ロー
タ４１を所定の角度で保持するディテントトルクが発生
する。

【００２０】第２のステータ６０の磁極の縁は、第１の
ステータ５０の磁極の縁に対してロータ４１を囲む周方
向にずれた位置に形成されているため、第１のコイル５
４に通電せず第２のコイル６４に通電した場合、第２の
ステータによるロータ４１へのトルクが正から負へと切
り替わる角度、すなわちロータ４１が停止する位置は、
第１のステータ５０と第２のステータ６０との角度のず
れの大きさを変更することにより、任意の位置に設定す
ることができる。本実施例では、図３に示すようにスロ
ットルの全閉に対応する位置から所定の角度開いた位置
でロータ４１が停止するように設定されている。また、
図６に示す従来例とは異なり、トルクが正から負へと切
り替わる角度付近でのトルク変動の勾配が大きいため、
より確実にロータ４１を所定角度で停止させることがで
きる。

【００２１】第２のステータコア６１は、軸方向の長さ
が第１のステータコア５１よりも短く形成されているた
め、第２のステータ６０により発生する磁力の最大値は
第１のステータ５０により発生する磁力の最大値よりも
小さい。そのため、図３に示すように第２のステータ６
０によりロータ４１に加えられるディテントトルクの最
大値は、第１のステータ５０によりロータ４１に加えら
れるトルクの最大値よりも小さい。したがって、ロータ
４１に所定の角度範囲でほぼ一定のトルクが加えられ
る。また、第１のコイルに通電中は第２のコイルに通電
せず、第１のコイルに無通電のとき第２のコイルに通電
する構成としてもよい。

【００２２】次に、スロットル弁制御装置１０の作動に
ついて説明する。車両の正常走行モードにはＩＳＣ（id
le speed control) 、通常運転、クルーズコントロール
等がある。各モードにおけるスロットル弁１３の開度
は、アクセル踏込量、エンジン回転数等のエンジン運転
状態に基づいてＥＣＵで演算され、演算された開度に応
じた制御電流が第１のコイル５４に供給される。第１の
コイル５４に流す電流の方向によって、ロータ４１を正
方向および逆方向に回動させるトルクを発生させ、スロ
ットル弁１３を開方向および閉方向に回動させることが
できる。

【００２３】スロットル弁１３の開度は回転角センサ３
０により検出され、ＥＣＵにフィードバックされる。そ
してこの開度信号に基づいてＥＣＵからコイル５４に供
給する制御電流が調整される。スロットル弁１３の開度
を検出することにより、ロータ４１に働くトルクが温度
変化等により変動することを防止し、スロットル弁１３
の開度を高精度に制御できる。

【００２４】ＥＣＵの故障、第１のコイル５４が断線し
た場合など、第１のコイル５４に通電されない場合に
は、第２のコイル６４への通電により発生する第２のス
テータ６０の磁極がディテントトルクを発生させる。ス
ロットル弁１３の開度は全閉位置から所定角度開いた開
度となり、エンジンに少量の空気を供給し続けることが
できるため、低速で退避走行をすることができる。

【００２５】（第２実施例）本発明の第２実施例のトル
クモータの模式図を図４に示す。第１実施例と実質的に
同一部分に同一符号を付す。第１のステータ５０は第１
実施例と同様の構成である。第２のステータ７０は、第
１のステータ５０の軸方向端部に設けられ、第２のステ
ータコア７１と永久磁石７４とにより形成される。第２
のステータコア７１は、磁性材により形成された第２の
ティース部７２と第２のアーム部７３とよりなる。第２
のアーム部７３に接続された永久磁石７４により、第２
のステータ７０にＮ極およびＳ極の磁極が形成される。
第２のティース部７２には、第2のステータ７０の磁極
の境界となるスロット部７５、７６が形成されている。
第２のステータ７０は磁極の縁が第１のステータ５０に
対してロータ４１を囲む周方向に所定角度ずれた位置に
形成されている。

【００２６】第２実施例によれば、永久磁石７４により
第２のステータ７０の磁極を形成しているため、第２の
ステータ７０にコイル部を設ける必要がなく、第１実施
例よりもトルクモータの構造を簡略化することができ
る。

【００２７】（第３実施例）本発明の第３実施例のトル
クモータの模式図を図５に示す。第１、第２実施例と実
質的に同一部分に同一符号を付す。第１のステータ５０
は第１、第２実施例と同様の構成である。第１のステー
タ５０の軸方向端部に、磁性材料により形成されステー
タ４１の外周を覆う円環部材８１が設けられている。円
環部材８１の内周には、円弧上の永久磁石８２、８３が
設けられている。これら円環部材８１、永久磁石８２、
８３により、第２のステータ８０が構成されている。永
久磁石８２、８３は径方向に着磁されており、一方が第
２のステータ８０のＮ極、他方がＳ極を発生させる。第
２のステータ８０の磁極の縁は第１のステータ５０の磁
極の縁から所定角度ずれた位置に形成されている。

【００２８】前述した第１、第２実施例においては、テ
ィース部とアーム部を有するステータコアを励磁して第
２のステータに磁極を形成したが、本実施例では、円環
部材８１と永久磁石８２、８３により第２のステータの
磁極を形成している。これにより、トルクモータの小型
化および部品点数が減少するという効果がある。上記複
数の実施例では、スロットル弁制御装置に本発明のトル
クモータを適用したが、あらゆる用途の流量制御弁に本
発明のトルクモータを適用できるのはもちろんのことで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるトルクモータを示す
模式図である。

【図２】本発明の第１実施例によるトルクモータを用い
たスロットル弁制御装置を示す図１のＡ−Ａ線およびＢ
−Ｂ線に対応する位置で切断した断面図である。

【図３】本発明の第１実施例によるトルクモータにおい
て第１のステータおよび第２のステータにより発生する
トルクの大きさを示す特性図である。

【図４】本発明の第２実施例によるトルクモータを示す
模式図である。

【図５】本発明の第３実施例によるトルクモータを説明
する模式図である。

【図６】従来のトルクモータによる無通電時に発生する
トルクの大きさを示す特性図である。

【符号の説明】

１０ スロットル弁制御装置 １１ スロットルボディ １２ スロットル軸 １３ スロットル弁 ４０ トルクモータ ４１ ロータ ５０ 第１のステータ ５１ 第１のステータコア ５４ 第１のコイル ６０ 第２のステータ ６１ 第２のステータコア ６４ 第２のコイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石により形成される磁極を有する
   ロータと、 前記ロータの外周に配置され、第１のコイル部に通電す
   ることにより励磁され磁極が発生する第１のステータ
   と、 前記ロータの外周に配置され、前記第１のコイル部に非
   通電時に前記ロータを所定の回転角度に保持するディテ
   ントトルクを発生させる第２のステータと、 を備えることを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記第２のステータは前記第１のステー
   タに対して磁極の縁を周方向にずらして形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルクモータ。
3. 【請求項３】 前記第２のステータは、少なくとも第１
   のコイル部に無通電時に通電される第２のコイル部によ
   り前記ディテントトルクを発生させることを特徴とする
   請求項２に記載のトルクモータ。
4. 【請求項４】 前記第２のステータは、永久磁石によっ
   て前記ディテントトルクを発生させることを特徴とする
   請求項２に記載のトルクモータ。
5. 【請求項５】 前記ディテントトルクは前記第１のステ
   ータにより発生するトルクよりも小さいことを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載のトルクモータ。