JP4233701B2 - トルクモータのデフォルト開度安定化装置 - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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JP24273799A JP4233701B2 (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | トルクモータのデフォルト開度安定化装置 |
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JP24273799A JP4233701B2 (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | トルクモータのデフォルト開度安定化装置 |
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JP4233701B2 true JP4233701B2 (ja) | 2009-03-04 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105990974A (zh) * | 2015-02-14 | 2016-10-05 | 弗兰克和海德里希股份公司 | 以力矩马达为形式的驱动*** |
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1999
- 1999-08-30 JP JP24273799A patent/JP4233701B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN105990974A (zh) * | 2015-02-14 | 2016-10-05 | 弗兰克和海德里希股份公司 | 以力矩马达为形式的驱动*** |
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