JP2001054272A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化することなく発生トルクを増加するこ
とのできるトルクモータを提供する。 【解決手段】 外側ステータコア５０は、ロータ４１の
周方向に対して垂直方向の外側を、略一定の断面幅で囲
んでいる。ロータ４１を収容する外側ステータコア５０
の内径をＤ、断面幅をＴ、内周の軸方向長さをＬとした
とき、磁路の長さＭ１は、Ｍ１＝２Ｄ＋３Ｔ＋Ｌで表さ
れる。ここで、外側ステータコアの寸法を、（πー２）
Ｄ／２＋（π−４）Ｔ／２−Ｌ＞０が成り立つように構
成することにより、ロータの周方向外側にステータコア
を設けた場合よりも、磁路長を小さくすることができ
る。そのため、磁気抵抗によるトルクの低減を防ぎ、か
つトルクモータの体格を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータの内周およ
び外周にステータコアを有するトルクモータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジ
ンという）の吸気流路の流路面積を調整するスロットル
装置において、ロータコアの表面に複数の永久磁石を接
着して２つの永久磁石群を構成し、両永久磁石群により
一対の磁極を形成するロータを用いたトルクモータが知
られている。このようなトルクモータは、ロータと、ロ
ータの外側を周方向に取り囲んで磁性材により形成され
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ている。コイ
ル部に通電することにより、ステータコアの２つの磁極
部にそれぞれ逆極性のステータ磁極が生じ、永久磁石が
磁極部に吸引されてロータが回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなトルクモ
ータに、内外周にエアギャップを有する中空のロータを
用いた場合、ロータは軸方向の一端側でのみ支持される
ため、できるだけ径を大きくして軸方向長さを短縮する
ことにより、振動があった時の振れ幅を低減することが
有効である。しかしながら、ロータの外周側に設けられ
たステータコアを磁束が通過するため、磁気回路全体の
磁路長が長くなり、磁気抵抗が増えるため、発生するト
ルクが低下するという問題があった。ロータ、ステータ
コアまたはコイル部を大型化することにより発生トルク
を増加できるが、トルクモータがより大型化するという
問題がある。本発明は上記の問題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、大型化することなく発生
トルクを増加するトルクモータを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
トルクモータは、永久磁石により一対の磁極が形成され
ている中空柱状のロータと、周方向に対し垂直方向の外
側を略一定の断面幅でロータを囲み磁性材で形成されて
いる第１のステータと、ロータの内周に配設され磁性材
で形成されている第２のステータと、通電することによ
り第１のステータおよび第２のステータにそれぞれ一対
の磁極を発生させるコイル部とを備えるトルクモータで
あって、第１のステータの内径をＤ、断面幅をＴ、内周
の軸方向長さをＬとしたとき、 （πー２）Ｄ／２＋（π−４）Ｔ／２−Ｌ＞０ の関係を満たす。そのため、第１のステータを、同じ磁
束が通過することができるように同じ内径、同じ断面幅
で形成し、ロータの径方向外側に配置した場合と比べ
て、磁路の長さを短くすることができ、大型化すること
なく発生トルクを増加することができる。

【０００５】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
ると、コイル部は第２のステータの外周に設けられる。
そのため、トルクモータの体格を小さくすることができ
る。

【０００６】本発明の請求項３記載のトルクモータによ
ると、通電時に第１のステータ、永久磁石および第２の
ステータにより構成される磁気回路の平均的磁路の長さ
Ｍ１は、Ｍ１≒２Ｄ＋３Ｔ＋Ｌで示される。ロータの周
方向外側にステータを設けると磁路の長さは（２＋π）
（Ｄ＋Ｔ）／２より大きくなるため、 （πー２）Ｄ／２＋（π−４）Ｔ／２−Ｌ＞０ の関係を満たすように構成することにより、磁路長を短
くすることができる。

【０００７】本発明の請求項４記載のスロットル装置に
よると、請求項１〜３のいずれか一項記載のトルクモー
タをアクチュエータとして弁部材を駆動し、吸気流路を
開閉制御している。例えば、吸気流量が増加し弁部材の
吸気抵抗が増加しても、トルクモータを大型化すること
なく、吸気流量を制御できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例を図面に基づいて説明する。本発明の一実施例に
よるトルクモータ４０を用いたスロットル装置を図２に
示す。スロットル装置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
み吸気流量を制御する弁部材としてのスロットル弁１３
の開度を調整するものである。

【０００９】スロットル装置１０のスロットルボディ１
１はベアリング１５および１６を介してスロットル軸１
２を回動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１４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１１の内
壁により形成された吸気流路１１ａの流路面積が調整さ
れ、吸気流路１１ａを通過する吸気流量が制御される。

【００１０】ウェーブワッシャ１７は、エンジン運転中
の振動時においてもスロットル軸１２が軸方向に移動し
ないようにスロットル軸１２を一方の軸方向に付勢して
いる。これにより、吸気流路１１ａを挟みウェーブワッ
シャ１７と径方向反対側に配設されている回転角センサ
３０の基板３１と図示しないコンタクト部との摺動状態
が変化しないので、スロットル弁１３の開度信号が断絶
したり、コンタクト部が基板３１と過大な力で摺動する
ことによる基板上の抵抗体またはコンタクト部の摩耗を
防止できる。さらに後述するトルクモータ４０におい
て、外側ステータコア５０および内側ステータコア５５
に対するロータ４１の軸方向位置が変化しないので、ロ
ータ４１が受けるトルク変動を抑制できる。

【００１１】スロットル軸１２の一方の端部に固定レバ
ー２０がナット２１で固定されている。固定レバー２０
はスロットル軸１２とともに回動する。中間レバー２２
は、スロットルボディ１１と固定レバー２０との間で１
回転内において回動自在にスロットル軸１２に嵌挿され
ている。リターンスプリング２３はスロットルボディ１
１に一端を固定し、中間レバー２２に他端を固定してい
る。オープナスプリング２４は固定レバー２０に一端を
固定し、中間レバー２２に他端を固定している。オープ
ナスプリング２４の付勢力により中間レバー２２はスロ
ットル軸１２に対し閉弁方向に付勢されている。換言す
れば、オープナスプリング２４の付勢力によりスロット
ル軸１２は中間レバー２２に対し開弁方向に付勢されて
いる。中間レバー２２は、スロットル軸１２に設けた図
示しないストッパに係止されスロットル軸１２に対する
閉弁方向への回転を規制されている。この構成により、
オープナスプリング２４は、スロットル軸１２が全開位
置と全閉位置手前の後述する係止位置との間にあると
き、スロットル軸１２と中間レバー２２とを結合しスロ
ットル軸１２および中間レバー２２を一体に回動させ
る。

【００１２】スロットル軸１２が全開位置と係止位置と
の間にあるとき、リターンスプリング２３の付勢力はス
ロットル軸１２を閉弁する方向に働く。スロットル軸１
２とともに閉弁方向に回転する中間レバー２２はスロッ
トルボディ１１に設けた図示しないストッパにより係止
位置で係止される。したがって、係止位置よりもさらに
閉弁方向にスロットル軸１２が回転すると、リターンス
プリング２３の付勢力はスロットル軸１２に作用しな
い。オープナスプリング２４の付勢力は、全閉位置と係
止位置との間でスロットル軸１２を開弁する方向に働
く。

【００１３】回転角センサ３０は、スロットル軸１２の
他方の端部側に配設されており、図示しないコンタクト
部、抵抗体を塗布した基板３１で構成されている。コン
タクト部はスロットル軸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３１に塗布された抵
抗体上をコンタクト部が摺動する。基板３１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
体とコンタクト部との摺動位置がスロットル弁１３の開
度に応じ変化すると出力電圧値が変動する。図示しない
エンジン制御装置（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。

【００１４】回転角センサ３０よりもスロットル軸１２
の他端側にトルクモータ４０が配設されている。図３
は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。トルクモータ４０
は、ロータ４１、第１のステータとしての外側ステータ
コア５０、第２のステータとしての内側ステータコア５
５およびコイル部６０を有する。ロータ４１は、内周カ
バー４３、外周カバー４４、および内周カバー４３と外
周カバー４４との間に接着固定されている永久磁石群４
５、４６を有する。内周カバー４３および外周カバー４
４は磁性材により円筒状に形成されており、スロットル
軸１２と共に回動可能に固定されている樹脂製の固定部
材１８に取り付けられている。永久磁石群４５、４６は
それぞれ円弧状に配列された複数の図示しない永久磁石
により構成されている。永久磁石は、それぞれ厚み方向
に一方向に着磁されている。したがって、永久磁石群４
５、４６は実質的にロータ４１の回転軸に対し放射状に
着磁された構成となっている。永久磁石群４５と永久磁
石群４６とは反対向きに径方向に着磁されているため、
ロータ４１の内周および外周にそれぞれＮ極およびＳ極
を有する一対の磁極が形成されている。永久磁石は、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磁石である。永久磁石群４５、４６
に代えて、円弧状に一体に形成された２つ永久磁石によ
り一対の磁極を形成してもよい。

【００１５】外側ステータコア５０は磁性材からなる薄
板を積層して形成されており、２つのティース部５１
が、ロータ４１の周方向両側を所定の周方向長さで覆う
ように回転軸に対称に径方向反対側に設けられ、その断
面幅は略一定である。また、アーム部５２がロータ４１
の軸方向端部側に設けられ、両ティース部５１を連結し
ている。アーム部５２はティース部５１と同一の断面幅
を有するため、外側ステータコア５０全体として、ロー
タ４１の周方向に対し垂直方向の外側を、略一定の断面
幅で囲んでいる。２つのティース部５１の内周には、そ
れぞれ外側磁極部５３、５４が形成される。外側ステー
タコア５０の外側は、樹脂材料で形成されたカバー６６
で覆われている。

【００１６】内側ステータコア５５は、ロータ４１の内
周に配設されており、磁性材からなる薄板をスロットル
軸１２の軸方向に積層して形成されている。内側ステー
タコア５５には、回転軸方向に延び径方向ほぼ反対側に
凹部５５ａが形成されている。内側磁極部５６、５７は
凹部５５ａの周方向の間にほぼ径方向反対側に形成され
ている。

【００１７】外側ステータコア５０と内側ステータコア
５５は、もれ磁束を低減するために図示しない非磁性部
材により連結されている。外側ステータコア５０、永久
磁石群４５、４６および内側ステータコア５５により、
コイル部６０への通電時に磁束が通過する磁気回路が形
成される。

【００１８】コイル部６０は、内側ステータコア５５の
凹部５５ａを取り囲むスプール６２、およびスプール６
２に巻回されているコイル６３を有する。コイル６３に
通電することにより、外側磁極部５３、５４と内側磁極
部５６、５７とにそれぞれ一対の磁極が発生する。外側
磁極部５３と内側磁極部５６、外側磁極部５４と内側磁
極部５７とは逆極性である。

【００１９】ロータ４１が例えば図３に示す開弁方向に
回転するとき、永久磁石群４５、４６が向かってくる外
側磁極部５３、５４、ならびに内側磁極部５６、５７の
縁を前縁５３ａ、５４ａ、５６ａ、５７ａと呼び、他方
の縁を後縁５３ｂ、５４ｂ、５６ｂ、５７ｂと呼ぶ。コ
イル６３に通電する方向を反転すれば、前縁と後縁との
位置は入れ替わる。

【００２０】コイル６３に通電することにより、外側磁
極部５３、５４、内側磁極部５６、５７にそれぞれ一対
の磁極が発生し、ロータ４１の永久磁石群４５、４６が
各前縁に吸引されることによりロータ４１を回動させる
ことができる。コイル６３に通電することより逆極性を
発生する外側磁極部および内側磁極部の前縁同士５３ａ
と５６ａ、５４ａと５７ａ、ならびに後縁同士５３ｂと
５６ｂ、５４ｂと５７ｂとはそれぞれ互いに近傍に位置
している。

【００２１】図１は本実施例のトルクモータ４０におけ
る磁気回路の磁路長を説明する模式図である。コイル６
３に通電した時の磁路はロータ４１の回転角度によって
異なるが、平均的な磁路は、図１に示す破線のように表
すことができる。図１に示すように、ロータ４１を収容
する外側ステータコア５０の内径をＤ、断面幅をＴ、内
周の軸方向長さをＬとしたとき、磁路の長さＭ１は、 Ｍ１≒２Ｄ＋３Ｔ＋Ｌ （１） の式で表すことができる。

【００２２】図４および図５は、ロータ４１の周方向外
側に第１のステータ５００を設けた比較例による磁気回
路の磁路長を説明する模式図である。ロータ４１は図３
に示す実施例とほぼ同一構成で同じ径であるため、ロー
タ４１を収容する第１のステータ５００の内径Ｄは実施
例と同じであり、同じだけの磁束が通過できるように、
断面幅Ｔも実施例と同じにしている。図４に示す比較例
１は、実施例と同様にロータ４１の内周に設けられる第
２のステータ５５０にコイル部６０を設けた例であり、
図５に示す比較例２は第１のステータ５００にコイル部
６００を設けた例である。

【００２３】このとき、比較例１および比較例２におけ
る平均的な磁路は、図４および図５に示すの破線のよう
に表すことができる。したがって、比較例１の磁路長Ｍ
２および比較例２の磁路長Ｍ３は、 Ｍ２，Ｍ３＞（２＋π）（Ｄ＋Ｔ）／２ （２） の式で表すことができる。

【００２４】比較例１および２においは、磁気回路はロ
ータ４１の周方向に形成されるが、本実施例において
は、磁気回路はロータ４１の回転軸に対して平行面上に
周方向に対して垂直に形成される。本実施例による磁路
長Ｍ１が比較例による磁路長Ｍ２、Ｍ３よりも小さくな
る条件は、 Ｍ１＜Ｍ２，Ｍ３ に式（１）および式（２）を代入して整理すると、 （πー２）Ｄ／２＋（π−４）Ｔ／２−Ｌ＞０ （３） となる。そのため、（３）式が成り立つように外側ステ
ータ５０の寸法を構成することにより、磁路長Ｍ１が短
くなって磁気抵抗によるトルクの低減を防ぎ、かつトル
クモータ４０の体格を小さくすることができる。本実施
例では、外側ステータコア５０の内径Ｄが、断面幅Ｔお
よび内周の軸方向長さＬに対して相対的に大きくなるほ
ど、磁路長Ｍ１が小さくなる。

【００２５】次に、スロットル装置１０の作動について
説明する。 (1) スロットル軸１２が全開位置と係止位置との間にあ
るとき、スロットル軸１２はリターンスプリング２３の
付勢力により閉弁方向に力を受けている。リターンスプ
リング２３の付勢力に抗し全開位置と係止位置との間で
スロットル弁１３の開度を制御するため、回転角センサ
３０からの検出信号に基づき、ＥＣＵは図３において開
弁方向にロータ４１がトルクを受けるようにコイル６３
への通電方向を制御する。

【００２６】コイル部６０のコイル６３に通電すると、
外側磁極部５３、５４、ならびに内側磁極部５６、５７
に磁極が発生する。ロータ４１を回転させるトルクは、
ロータ４１と外側ステータコア５０および内側ステータ
コア５５との間に働く吸引力におけるロータ４１の接線
方向の分力により発生する。ロータ４１の外側および内
側の両ステータコアとロータ４１との間に吸引力が働く
ので、外側ステータコア５０および内側ステータコア５
５に吸引されることによりロータ４１に働くトルクの合
成が大きくなる。したがって、ロータの外側に配設され
たステータコアだけでロータを吸引する構成に比べ、同
じ体格で大きなトルクを発生することができる。

【００２７】(2) スロットル軸１２が全閉位置と係止位
置との間にあるとき、閉弁方向に働くリターンスプリン
グ２３の付勢力はスロットル軸１２に作用せず、開弁方
向に働くオープナスプリング２４の付勢力がスロットル
軸１２に働く。したがって、オープナスプリング２４の
付勢力に抗し全閉位置と係止位置との間でスロットル弁
１３の開度を制御するため、全開位置と係止位置との間
とは逆方向にコイル６３に通電する。これにより、ロー
タ４１は図３における閉弁方向にトルクを受ける。

【００２８】(3) コイル６３の断線等によりトルクモー
タ４０がトルクを発生しないフェイル時、リターンスプ
リング２３の付勢力により中間レバー２２は全閉位置か
ら僅かに開弁した係止位置でストッパに係止される。こ
れにより、トルクモータ４０が作動しないフェイル時に
おいてもエンジンを運転し退避走行が可能である。

【００２９】本実施例のトルクモータ４０は、永久磁石
群４５、４６の内周および外周を覆う筒状の内周カバー
４３、外周カバー４４を設けている。この内周カバー４
３、外周カバー４４を磁性材料により形成すると、永久
磁石群４５、４６により内周カバー４３、外周カバー４
４が磁化され、ロータ４１の磁極と外側磁極部５３、５
４、ならびに内側磁極部５６、５７との間のエアギャッ
プを一定に近づけることができる。これにより、トルク
モータ４０が発生するトルク特性は平坦になる。

【００３０】以上説明した本発明の実施例では、ロータ
の内周および外周にステータコアを配設しているので、
外側ステータコア５０および内側ステータコア５５の両
方にロータが吸引される。したがって、トルクモータを
大型化することなく発生トルクを増加できる。

【００３１】上記複数の実施例では、スロットル弁１３
の開度を制御する駆動源としてトルクモータを用いた。
スロットル装置に限らず、小さな体格で大きな発生トル
クを要求される駆動源として本発明のトルクモータを用
いると好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例によるトルクモータの平均的な磁
路長を説明する模式図である。

【図２】本発明実施例のスロットル装置を示す断面図で
ある。

【図３】本発明実施例によるトルクモータを示す図２の
Ｉ−Ｉ線断面図である。

【図４】比較例１によるトルクモータの平均的な磁路長
を説明する模式図である。

【図５】比較例２によるトルクモータの平均的な磁路長
を説明する模式図である。

【符号の説明】

１０ スロットル装置 １１ スロットルボディ １１ａ 吸気流路 １３ スロットル弁（弁部材） ４０ トルクモータ ４１ ロータ ４３ 内周カバー ４４ 外周カバー ４５、４６ 永久磁石群 ５０ 外側ステータコア（第１のステータ） ５３、５４ 外側磁極部 ５３ａ、５４ａ、５６ａ、５７ａ 前縁 ５３ｂ、５４ｂ、５６ｂ、５７ｂ 後縁 ５５ 内側ステータコア（第２のステータ） ５６、５７ 内側磁極部 ６０ コイル部 ６３ コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石により一対の磁極が形成されて
   いる中空柱状のロータと、 周方向に対し垂直方向の外側を略一定の断面幅で前記ロ
   ータを囲み、磁性材で形成されている第１のステータ
   と、 前記ロータの内周に配設され磁性材で形成されている第
   ２のステータと、 通電することにより前記第１のステータおよび前記第２
   のステータにそれぞれ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であって、 前記第１のステータの内径をＤ、断面幅をＴ、内周の軸
   方向長さをＬとしたとき、 （πー２）Ｄ／２＋（π−４）Ｔ／２−Ｌ＞０ の関係を満たすことを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記コイル部は前記第２のステータに設
   けられることを特徴とする請求項１記載のトルクモー
   タ。
3. 【請求項３】 通電時に前記第１のステータ、前記永久
   磁石および前記第２のステータにより構成される磁気回
   路の平均的磁路の長さＭ１が、 Ｍ１≒２Ｄ＋３Ｔ＋Ｌ で示されることを特徴とする請求項１または２のいずれ
   か一項記載のトルクモータ。
4. 【請求項４】 吸気流路の一部を形成するスロットル
   ボディと、前記スロットルボディに回動自在に支持さ
   れ、前記吸気流路を開閉する弁部材と、前記弁部材を回
   動駆動する請求項１〜３のいずれか一項記載のトルクモ
   ータと、を備えることを特徴とするスロットル装置。