JP4233701B2

JP4233701B2 - トルクモータのデフォルト開度安定化装置

Info

Publication number: JP4233701B2
Application number: JP24273799A
Authority: JP
Inventors: 司上野; 博人内; 哲朗連
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001069739A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の電子制御スロットルに適用され、電子制御スロットルのコイル非通電時にスロットル開度を所定位置に安定して保持するためのトルクモータのデフォルト開度安定化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、なかんずく自動車用エンジンは、アクセルペダルの踏み込み量に応じて例えばトルクモータの回転子を回転させ、この回転子と一体に動作するスロットル・バルブを開閉させることにより、必要な空気量を吸入するようになっている。
【０００３】
上記動作原理であることから、故障によってトルクモータの電磁コイルの非通電状態が発生した場合であっても、必要最小限のスロットル・バルブ開度（これを以下、デフォルト開度と称す）を確保する必要がある。この理由は電磁コイルの非通電時においても、緊急回避走行を保証しなければならないからである。
【０００４】
この種の解決策としては各種の方式が既に提案されているが、本出願人のものとして、例えば特願平１０−１７３９１３号（以下、先願と称す）がある。この先願は電磁コイルの非通電状態時に、磁気スプリングによる反力を利用することにより、メカニカルなスプリングを省略したものである。
【０００５】
以下に図５を用いて先願についてその概要を説明する。先ず図５（ａ）は全体構成を示す図、図５（ｂ）は電磁コイル非通電時の磁気回路の状態図、図５（ｃ）は電磁コイルの通電時の磁気回路の状態図である。
【０００６】
図５（ａ）において、１はトルクモータ本体であり、主エアーギャップ２の内部に回転子３が回転可能に設けられ、この回転子３には図示しないシャフトと一体になって回動するスロットル・バルブが設けられる。
【０００７】
次に主エアーギャップ２はＡ位置を基準にして右廻りに半径ｌ₄でＢ位置に至る円形を有し、更にＢ位置からＡ位置までは半径ｌ₅で、ｌ₅＞ｌ₄の関係を有している。即ち、右廻りでＢ位置からＡ位置まではｌ₅−ｌ₄＝Δｌだけ半径を大きくした開口部の形状を有している（外側へ大きくなった部分を凸部空間と称す）。
【０００８】
一方、回転子３はＡ位置から右廻りで半径ｌ₂でＢ位置に至り、更にＢ位置からＡ位置までは半径ｌ₁となって小さくなり、ｌ₂＞ｌ₁の関係を有している（内側へｌ₂−ｌ₁だけへこんだ部分を凹部と称す）。又、４−１はＮ極に着磁されたマグネット、４−２はＳ極に着磁されたマグネットで回転子３の周面に固定されている。前記各半径はｌ₅＞ｌ₄＞ｌ₃＞ｌ₂＞ｌ₁の関係を有している。
【０００９】
したがってＡ位置を基準にして反時計廻りにＢ位置までにある回転子の存在しない空間５は、半径ｌ₅−ｌ₁の部分となる。なお、空間５は、点Ｏを通る中心線（図示せず）に対して非対称（偏移）にあり、右側は左側より大きな面積となっている。この理由は後述する。このことは磁極片６側ではマグネット４−１（Ｎ極）との対向する部分の長さが大きく、磁極片７側ではマグネット４−２（Ｓ極）との対向する部分の長さが小さいことを意味している。
【００１０】
６，７，８は磁極片で、したがって磁極片６にはマグネット４−１の一部とマグネット４−２の一部が対向し、磁極片７にはマグネット４−１の一部が、又、磁極片８にはマグネット４−２の一部が対向している。又、９，１０，１１は連結磁路である。又、１２は起磁力源としての電磁コイルであり、ボビン１３を介して巻かれている。
【００１１】
図５（ｂ）によって動作を説明する。先ず、電磁コイル１２の電流が０の場合（コイル１２が非通電時）は、磁極片６ではマグネットのＮ極からの磁束が直接Ｓ極に至り、磁極片７ではマグネットＮ極からの磁束が連結磁路１１を経由して磁極片８に対向するマグネットＳ極に至ると共に、同じく磁極片７のＮ極からの磁束は連結磁路９を経由して磁極片６のＳ極に至る。
【００１２】
この状態は主エアーギャップの間隔は各マグネット側共にｌ₄−ｌ₃で最も小さいために安定状態となって、回転子は図示位置に停止する。この場合、主エアーギャップの外側への凸部１４と回転子３の内側への凹部１５とがＡ位置及びＢ位置にて夫々揃うため、空間５の面積５が最も大となる。
【００１３】
そして磁極片について言えば、回転子３の作動範囲の両端側に設けた２つの磁極片７，８では、前記した通り回転子に対向する部分の長さを夫々異にしている。即ち、７側が長く、８側が短くなっている。この傾き角θがデフォルト開度である。
【００１４】
図５（ｃ）によって電磁コイル１２に通電した場合を説明する。コイル１２を通電すると図５（ｃ）の実線矢印に示すような磁束が発生し、各磁極片側には図示した磁極が発生する。即ち、磁極片７にはＳ極が発生し、マグネット４−１のＮ極と吸引力が生じる。又、磁極片８にはＳ極が発生し、マグネット４−２のＳ極と反発力が生じる。又、磁極片６にはＮ極が発生し、マグネット４−２のＳ極と吸引力が生じる。これらの全体として回転子３を図示矢印Ａ方向に回動させる。ここで通電方向を逆にすると磁極片の極性が反転して、逆転方向のトルクが発生する。
【００１５】
次に電磁コイル１２に所定値の電流が流れている状態から、故障によって電流値が０になった場合を考える。この場合は電磁コイル１２による起磁力源が消失したため、回転子３によるマグネットの起磁力源だけとなる。
【００１６】
したがってそれまで電流値に対応して所定角度まで実線矢印方向に回転していた回転子３は点線矢印方向に戻るが、回転子のマグネット４−２の端部が夫々Ａ，Ｂ位置に一致すると、この位置にて停止する。その理由は既に説明したように回転子３のマグネット４−２がＢ位置を越えて更に右回転を継続すると、回転子３に設けたマグネット４−２と主エアーギャップ２の外側への凸部との間のエアーギャップの幅が大となって、磁気抵抗（リラクタンス）が大となるためである。したがって電磁コイルの電流が零となるとデフォルト開度位置にて停止する。即ち、常時はデフォルト開度位置θを保持する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によれば、デフォルト開度θは空間５（以下、これをデフォルト開度調整溝と称す）によって設定できる。これは磁束が透磁率の高いヨーク部とできるだけ狭いギャップを通ろうとする性質があるからである。即ち、マグネットをデフォルト開度からずらした時、デフォルト開度調整溝５に漏れ出した磁束は前記した性質によって磁気エネルギーとなる。そして、その磁気エネルギーはデフォルト開度に戻ろうとする回転力（トルク）となり、この回転力の大小によりデフォルト開度のバラツキが決まる。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電磁コイル非通電時のデフォルト開度への保持力を強化してバラツキのないトルクモータのデフォルト開度安定化装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の［請求項１］に係るトルクモータのデフォルト開度安定化装置は、回転可能な回転子と少なくとも１つの起磁力源とが磁路を介して一体に組込まれ、前記回転子には反対方向に着磁されたＮ極とＳ極とが一体又は別体のマグネットをその周縁上に設けると共に、前記回転子の配設された開口部周縁には、３つの磁極片を設けて隣合う２つの磁極片は夫々連結通路で連結されたトルクモータにおいて、前記マグネットの長さを前記外側への凸部の起終点のＡ，Ｂ点より延長して設ける構成とした。このような構成とすることによりデフォルト開度へ戻ろうする回転力が増加した結果、デフォルト開度の保持力が安定した。
【００２０】
本発明の［請求項２］に係るトルクモータのデフォルト開度安定化装置は、［請求項１］において、トルクモータの磁極角度ｎに対するマグネット角度ｍの割合（ｍ／ｎ）を変えるように構成した。このような構成とすることにより、デフォルト開度に戻ろうとする回転力を増減できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるトルクモータのデフォルト開度安定化装置の実施の形態を示す構成図である。図１において、図５と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態において、図５との比較にて構成上の特徴点は、マグネット４−１，４−２の長さをＡ，Ｂ点位置より突出させたことであり、突出長さはＮ極，Ｓ極側で夫々同一量ｌとし、この部分を４−１−１，４−２−１として示す。その他の構成は図５と同様である。
【００２２】
上記したマグネットのＡ，Ｂ点位置よりのマグネットの突出長ｌとＡ，Ｂ各位置との関係を角度で表わすと、両マグネットの全長間を跨ぐ角度をｍ、同じくＡ，Ｂ点間の全長間を跨ぐ角度（磁極間の角度）をｎとしたとき、モータの磁極角度ｎに対するマグネット角度ｍとの比ｍ／ｎを変化させることにより、デフォルト開度に戻ろうとする回転力が増減することを確認した。
【００２３】
先ず、全体としての動作はマグネットの突出長ｌの動作を除いて図５と同様である。即ち、図１（ｂ）は電磁コイル１２の電流が０の場合（電磁コイル１２の非通電時）は図５（ｂ）で説明したように、回転子３はデフォルト開度θを保持する。この場合、図５（ｂ）との差はデフォルト位置への保持力が図５の場合に比して大となっていることが本発明の特徴であり、この保持力の増大に貢献しているものはマグネットの突出長ｌである。
【００２４】
以下にマグネットの突出長ｌ部分の作用を図２によって説明する。図２はＡ点位置を拡大して示した図である。マグネット４−１の長さがＡ点までであれば先願のものと同様であり、マグネットＮ極から出た磁束は磁極片７に対してほゞ直角に入る。これが最もエネルギーが少なくてすむからであり、その行先は相手側にあるＳ極マグネットである。
【００２５】
次に突出長ｌ部分を説明する。この場合、Ａ点近傍ではマグネットＮ極からの磁束は距離の短い部分を求めて最初は斜めになって通過しているが、次第にほゞ直角状になってＳ極性のマグネットに向かって進むようになる。要するに突出長ｌ部分によって生ずる回転力が時計方向に加わることになり、より一層回転子３を元の位置に戻そうとする復元力として作用する。
【００２６】
一方、Ｂ点位置にある突出長ｌ部分の作用もＡ点位置と同様の作用をし、この場合は詳細説明を省略するが、反時計廻りの回転力となる。したがって図１（ｂ）の電磁コイルが非励磁状態では、各突出長ｌによる２つの復元力が平衡していて図１（ｂ）のデフォルト開度θを保持している。
【００２７】
図３は電磁コイルの非通電時の回転子の作動角度に対するトルクを示す特性図であり、横軸に作動角度［ｄｅｇ］，縦軸にトルク［ｋｇｆｃｍ］を示す。回転角度θに対してトルクが０になるところがデフォルト開度であり、一点鎖線で示す従来装置の特性に対して、実線で示す本発明の特性は、デフォルト開度近傍のトルク勾配が大きくなっていることが分かる。
【００２８】
上記したようにＡ，Ｂ点の夫々にある突出長ｌによって互いに逆方向（時計方向と反時計方向）に生ずる復元力が平衡していることは既に述べた。そして、デフォルト開度に戻ろうとする回転力はデフォルト開度近傍の回転角度に対するトルク変化（以下、トルク勾配と称す）として表わせる。
【００２９】
図４はデフォルト開度に戻ろうとするトルク勾配とｍ／ｎとの関係を示す図である。図４では横軸にｍ／ｎをとり、縦軸にトルク勾配［ｋｇｆｃｍ／ｄｅｇ］をとったものである。図４に示されるように、ｍ／ｎが増加するとトルク勾配も増加していることが分かる。
【００３０】
この意味はマグネットの突出長ｌが増えればトルク勾配が増えること、即ち、図３の折線部分の勾配が立ち上ってくることを意味している。要するにトルク勾配が増加するとデフォルト開度に戻ろうとする回転力が増加するため、デフォルト開度のバラツキが少なくなり、安定したデフォルト開度を保持できることを意味する。
【００３１】
上記動作では図１（ａ），図１（ｂ）についての説明をしたが、図１（ｃ）の動作は図５（ｃ）と全く同じであるため詳細説明を省略する。その理由は既に説明したように、本発明ではデフォルト開度θの保持力の増大（復元力の増大）をねらったものであり、動作そのもの自体は従来例と同じであるからである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればトルクモータの磁極角度ｎに対してマグネット角度ｍの割合（ｍ／ｎ）を変える構成としたため、デフォルト開度近傍のトルク勾配が増加し、その結果、デフォルト開度に戻ろうとする回転力が増加し、デフォルト開度を安定させることにより、信頼性の高いデフォルト開度安定化装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトルクモータのデフォルト開度安定化装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】マグネットの突出長ｌの作用効果を説明する図。
【図３】電磁コイルの非通電時の回転子の作動角度に対するトルク特性図。
【図４】デフォルト開度に戻ろうとするトルク勾配と、モータ磁極角度ｎに対するマグネット角度ｍの割合（ｍ／ｎ）との特性図。
【図５】先願の構成と動作原理を示す図。
【符号の説明】
１トルクモータ本体
２主エアーギャップ
３回転子
４マグネット
５空間
６，７，８，磁極片
９，１０，１１連結磁路
１２起磁力源
１３ボビン
１４凸部
１５凹部

Claims

回転可能な回転子と少なくとも１つの起磁力源とが磁路を介して一体に組込まれ、前記回転子には反対方向に着磁されたＮ極とＳ極とが一体又は別体のマグネットをその周縁上に設けると共に、前記回転子の配設された開口部周縁には、３つの磁極片を設けて隣合う２つの磁極片は夫々連結通路で連結されたトルクモータにおいて、前記開口部周縁には外側への凸部を非対称に設けると共に、前記各マグネットの長さを前記外側への凸部の起終点のＡ，Ｂ点より延長して設けたことを特徴とするトルクモータのデフォルト開度安定化装置。
請求項１記載のトルクモータのデフォルト開度安定化装置において、トルクモータの磁極角度ｎに対するマグネット角度ｍの割合（ｍ／ｎ）を変えることにより、デフォルト開度に戻ろうとする回転力を増減することを特徴とするトルクモータのデフォルト開度安定化装置。