JPH1073178A - 制御部材の直線移動操作装置 - Google Patents

制御部材の直線移動操作装置

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JPH1073178A
JPH1073178A JP9183316A JP18331697A JPH1073178A JP H1073178 A JPH1073178 A JP H1073178A JP 9183316 A JP9183316 A JP 9183316A JP 18331697 A JP18331697 A JP 18331697A JP H1073178 A JPH1073178 A JP H1073178A
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control member
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valve
stator
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JP9183316A
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Dieter Dr Ing Gerling
ゲーリング ディエテル
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Electronics NV
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    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造簡単かつ安価であり、制御部材の直線運
動の解像度を高くすることができる制御部材の直線移動
操作装置を得る。 【解決手段】 ガス又は液体導体２内で制御部材１特
に、バルブタペット１の直線移動を操作するため、雌ね
じ１０を有するロータ７を設け、このロータ７の回転運
動を、雌ねじ１０に掛合可能でありかつ回転をロックさ
れたねじ付きスピンドル５の直線運動に変換することが
できるようにした制御部材の直線移動操作装置におい
て、前記ロータ７をシングルストランドの通電可能ステ
ータ１３に連携動作する磁化した回転体８により構成
し、ロータ７の角度位置をステータ電流によって調整可
能にし、好適には、ねじピッチを３０°の粗いピッチに
し、ロータ７の最大角度回転を１８０°よりも小さす
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、ガス又は液体導体
内で制御部材特に、バルブタペットの直線移動を操作す
るため、雌ねじを有するロータを設け、このロータの回
転運動を、前記雌ねじに掛合可能でありかつ回転をロッ
クされたねじ付きスピンドルの直線運動に変換すること
ができるようにした制御部材の直線移動操作装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】このような装置はドイツ国特許公開第４
４２３３１３号に記載されている。この既知の装置は、
制御部材を直線運動させるためにダブルストランドのク
ロウ磁極(claw pole) ステッパモータを有する。このク
ロウ磁極ステッパモータにおいては、一回転あたりのス
テップ数はジオメトリによって制限される。ステータの
クロウ及びロータの磁極の双方は、所定の最小寸法でな
ければならない。制御部材の直線運動の高い解像度及び
高い操作精度を得るためには、例えば、大きな周縁長さ
即ち、大きい直径のモータを使用する。しかし、このよ
うなモータは寸法が大形になり、質量慣性モーメントが
大きくなり、従って、動力学的性能が比較的劣悪とな
る。既知の装置においては、直線運動の高い解像度は、
ねじ付きスピンドルのねじを比較的微細なピッチにする
ことによって達成している。一方、故障例えば、電源故
障の場合には制御部材が自動的に初期位置に復帰するこ
とが望ましいことがよくある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ねじ付きスピ
ンドルのねびピッチガ比較的微細な既知の装置において
は、極めて大きな復帰力を必要とし、この大きな復帰力
を得るため、ねじ付きスピンドルに電磁石を担持し、こ
の電磁石に通電されたときこの電磁石が電機子（アーマ
チャ）及びロッドと連携動作し、ロッドをばね力に抗し
てねじ付きスピンドルに向けて押圧する。しかし、この
構造は極めて複雑であり、高価である。
【０００４】従って、本発明の目的は、構造簡単かつ安
価であり、制御部材の直線運動の解像度を高くすること
ができる上述のタイプの制御部材の直線移動操作装置を
得るにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明制御部材の直線移動操作装置は、前記ロータ
をシングルストランドの通電可能ステータに連携動作す
る磁化した回転体により構成し、前記ロータの角度位置
をステータ電流によって調整可能にし、前記ロータの最
大角度回転を１８０°よりも小さくしたことを特徴とす
る。
【０００６】磁化した回転体とは、永久磁石又は電気的
に磁化可能な回転自在な部分を意味するものと理解され
たい。
【０００７】このような装置は、ステータコイルのみを
必要とし、この結果、クロウステッパモータと比べて電
子的パワー制御の複雑さ及び接続端子の数が大幅に減少
する。ロータの角度位置及びねじ付きスピンドルの直線
運動はモータ電流によって連続的に制御することができ
る。この結果、制御部材の直線運動の解像度はクロウス
テッパモータにおけるような不連続ステップに制限され
なくなる。このような装置はロータの角度位置に対して
ほぼ正弦波的に変化するトルクを発生するため、ロータ
の回転の最大角度は１８０°以下の値に制限することが
できる。
【０００８】本発明の好適な実施例においては、前記ロ
ータの角度位置又はねじ付きスピンドルの直線位置に基
づくセンサ信号を発生するセンサ手段を設け、また前記
センサ信号に基づいて前記ロータの角度位置を制御する
制御手段を設ける。
【０００９】センサ手段はロータの瞬間的な位置を検出
し、またロータの角度位置に基づいてセンサ信号を発生
する。これらのセンサ信号を制御手段に供給し、センサ
信号に基づいてロータの角度位置を制御する。ロータの
瞬間的な角度位置はこのような装置によって極めて正確
に制御することができる。０．１°以下の角度の精度は
センサ手段及び制御手段を適当に選択することによって
得ることができる。
【００１０】本発明の更に他の好適な実施例において
は、前記ステータの電流及び電圧を測定する測定手段を
設け、前記測定手段により前記ロータの角度位置に基づ
く測定信号を発生し、また前記測定信号に基づいて前記
ロータの角度位置を制御する制御手段を設ける。
【００１１】この実施例では何らセンサを必要としな
い。ロータの角度位置はステータ電流及び電圧の測定値
から導き出し、これに従って制御を行う。
【００１２】更に、本発明の好適な実施例においては、
前記ロータの前記雌ねじ及び前記ねじ付きスピンドルの
ねじを、少なくとも３０°のピッチ角度を有する粗いピ
ッチのねじとする。このピッチ角度αは以下の数式〔数
１〕として規定することができる。即ち、
【００１３】
【数１】
【００１４】この数式〔数１〕において、ｈはねじの直
線方向距離（一回転あたりの直線移動距離）であり、ｒ
はねじの半径である。本発明装置によれば、極めて高い
トルクを得ることができる。この結果、ねじ付きスピン
ドルには粗いピッチのねじを設けることができ、所定の
対抗力に対して微細ピッチねじよりも高い駆動トルクを
必要とする。ピッチが微細になればなる程、より高いモ
ータトルクを必要とするが、ステータの励起に失敗した
ときねじ付きスピンドルを初期位置に復帰するに必要な
復帰力は減少する。
【００１５】粗いピッチのねじによっては、ロータの回
転角度が１８０°以下の値に制限ささるという事実にも
係わらず、ねじ付きスピンドルの直線移動距離を相当大
きくすることができる。
【００１６】本発明の他の好適な実施例においては、前
記制御部材の基準位置において前記ロータの角度位置と
前記制御部材の直線位置との関係を較正するキャリブレ
ーション手段を設ける。
【００１７】種々の外部環境の影響、特に、温度変化に
よって、ロータの角度位置と制御部材の直線位置との関
係は装置の動作中に変化する。例えば、ねじ付きスピン
ドル及び制御部材がさらされる温度が上昇する場合、ね
じ付きスピンドルは膨張し、ロータの角度位置と制御部
材の直線位置との間の関係は変化する。このとき、ロー
タの角度位置と制御部材の直線位置との関係は基準位置
において適当な較正（キャリブレーション）を行うこと
によって修正することができる。
【００１８】本発明の好適な実施例においては、制御部
材はバルブのバルブタペットとし、基準位置はバルブの
シャットオフ位置に対応する。
【００１９】バルブタペットは、特に、ガス又は液体導
管において、極めて高温に晒されることがよくある。こ
のような高温により、ねじ付きスピンドルは膨張し、ロ
ータの角度位置とバルブタペットの直線位置との間の関
係が変化する。バルブシャットオフ位置を基準位置とし
て使用すると好適である。バルブタペットがシャットオ
フ位置にあるとき、直線位置を明確に規定し、バルブタ
ペットがシャットオフ位置をとる度毎にロータの角度位
置とバルブタペットの直線位置との間の関係が更新され
る。
【００２０】更に、本発明の他の好適な実施例において
は、前記ステータと前記ロータとの間の空隙を不均一形
状にして、前記ステータが通電されていないとき、前記
ロータが好ましい角度位置をとるようにする。
【００２１】多くの用途に対して、装置の動作をオフに
する際に又はステータ電流が中断するとき制御部材が好
ましい所定位置をとることが要求される。この好ましい
所定位置への移動は、ステータと磁化したロータとの間
の空隙の形状を不均一にすることによって有利に達成す
ることができる。ステータコイルが通電されていないと
き、ロータに対する磁気抵抗が最小になる角度位置に対
応する好ましい角度位置をとる。このように空隙の形状
を不均一にすることは構造が簡単であり、低コストで実
現することができる。このことは、複雑な機械的復帰手
段例えば、復帰ばねや、他の付加的な電磁復帰手段を必
要としない。空隙の不均一形状による磁気復帰力は、ね
じ付きスピンドルのねじが上述のように粗いピッチであ
る場合に特に有利に利用できる。この粗いピッチのねじ
を使用することによって、所定の対抗力に対してスピン
ドルを直線運動させるよう装置によって発生する駆動ト
ルクは上昇するが、一方、ステータが通電されていない
ときロータを所定の角度位置に復帰させるのに必要な復
帰力は減少する。このように復帰力が比較的小さくてよ
いため、この復帰力はステータと磁化したロータとの間
の空隙の不均一形状によって極めて簡単に得ることがで
きる。更に、このような実施例において、好ましい所定
角度位置はスタート位置又はエンド位置に一致する必要
はない。従って、ロータの好ましい所定角度位置におい
て制御部材がとる好ましい直線位置は制御部材の直線経
路のスタート位置又はエンド位置に一致する必要はな
い。制御部材が例えば、バルブタペットである場合、電
源故障があったとき、バルブタペットは完全に閉鎖した
り、完全に開放したりせず、緊急動作が可能な所定の中
間位置をとることが確実にできるようになる。
【００２２】更に、本発明の好適な実施例においては、
前記ステータが通電されていないとき前記ロータを好ま
しい角度位置に移動するための少なくとも１個の補助磁
石を設ける。
【００２３】ステータの溝孔に埋設するのが好ましいこ
の補助磁石によって、ステータに通電されないとき、ロ
ータは確実に好ましい角度位置をとることができ、この
結果、制御部材も好ましい直線位置をとることができ
る。必要とされる復帰トルクはこの補助磁石単独によっ
ても、又は適当な不均一形状の空隙と組み合わせても得
ることができる。
【００２４】更に本発明の好適な実施例においては、前
記ロータの角度位置を制御するセンサ手段を、前記ロー
タの磁界又は１個又はそれ以上のセンサにより駆動す
る。
【００２５】このようなセンサ手段は例えば、磁気抵抗
センサによって形成することができる。センサ手段はロ
ータの磁界によって動作するため、ロータ自体には何ら
信号発生手段を設ける必要はない。
【００２６】更に、本発明の他の好適な実施例において
は、前記ロータの角度位置を制御する精度を、前記制御
部材の動作範囲にわたり不均一に変化するようにする。
【００２７】この結果、装置は用途に応じて遭遇する必
要条件に個別に適合することができる。例えば、制御部
材がガス又は液体導管内のバルブタペットである場合、
バルブタペットが僅かに移動しているとき、即ち、バル
ブが僅かに開いているとき、タペットの直線位置の位置
決めは高い精度であることが好ましく、バルブの開度が
広いとき即ち、直線移動が大きいときバルブタペットの
直線位置の位置決めの精度は低くてよい。従って、ロー
タの角度位置の制御の精度は角度範囲の初期部分ではエ
ンド部分よりも高い精度にし、この結果、制御部材の直
線位置の位置決め精度は僅かな移動距離に対しては大き
な移動距離よりも高い精度となる。
【００２８】ロータの最大回転角度が１８０°よりも小
さいため、本発明による装置はリニア駆動装置には不向
きである。しかし、粗いピッチのスピンドルを使用する
ときには、約３０ｍｍもの位置決め範囲が得られる。こ
のような粗いピッチのスピンドルを駆動するのに必要な
極めて高いモータトルクは、本発明による装置によって
得ることができる。粗いピッチのスピンドルを使用する
と、ステータ励起が消失するときロータを好ましい所定
角度位置に復帰させるのに必要な復帰トルクを減少する
ことができる。この結果、復帰機構は非対称形状の空隙
及び／又は補助磁石によって実現することができる。ロ
ータの角度位置は連続的に制御でき、また０．１°以下
の位置決め精度が得られる。このようにして、３０ｍｍ
以下の直線移動に対しては本発明装置はクロウ磁極ステ
ッパモータを有する既知の装置に比べて格別な利点があ
る。
【００２９】本発明装置によれば、スタート位置からエ
ンド位置まで制御部材を移動する平均速度を０．１ｍ／
ｓ以上にすることができる。このような直線移動の高い
平均速度は、良好な動力学的特性を本発明装置によって
構成簡単かつ低コストで実現することができる。このよ
うな高い平均速度はクロウ磁極ステッパモータでは得る
ことができない。
【００３０】本発明装置によれば、１５Ｎ以上の力を発
生することができる。本発明装置は、このような大きな
最大の力が必要とされるとき特に有利である。このよう
な最大の力が必要とされるとき、クロウ磁極ステッパモ
ータを有するシステムと比べると構成及びコストの点で
顕著な利点がある。クロウ磁極ステッパモータによって
このような最大の力を得るためには、本発明装置よりも
相当大きな寸法にする必要がある。
【００３１】更に、本発明装置は、少なくとも５００℃
の温度環境にさらされる場合に有利に使用することがで
きる。制御部材従って、ねじ付きスピンドルがこのよう
な温度にさらされる場合、熱膨張によりねじ付きスピン
ドルの長さが伸びる。このことは、ロータの角度位置と
制御部材の直線位置との間の関係を変化させ、ロータの
角度位置と制御部材の直線位置との間の関係の基準位置
に対する較正（キャリブレーション）を必要とすること
がよくある。このような較正が必要な場合、本発明装置
は特に有利である。クロウ磁極ステッパモータを使用す
るのに比べると、本発明装置は必要とされる較正（キャ
リブレーション）の結果、クロウ磁極ステッパモータの
ロータの最大回転は３６０°に制限される。従って、ク
ロウ磁極ステッパモータのロータの直線移動は、一回転
あたりのステップ数よりも僅かに小さい精度で調整する
ことができるだけである。従って、本発明による装置を
このような用途に使用する場合、本発明装置は、ロータ
の回転の角度を連続的に変化させることができるため、
クロウ磁極ステッパモータに比べて顕著に高い精度を得
ることができる。
【００３２】本発明装置によれば、１０μｍ以下の精度
で制御部材の位置決めを行うことができる。
【００３３】このように高い位置決め精度にすることが
できるため、本発明装置はクロウ磁極ステッパモータに
比べて顕著な利点がある。本発明装置によれば、このよ
うな位置決め精度は、構成簡単かつ低コストで得ること
ができる。クロウ磁極ステッパモータの場合、このよう
な高い位置決め精度は極めて大きな周長を有する即ち、
極めて大きな直径を有するモータを必要とする。このこ
とはモータを過大な寸法にし、これにより大きな慣性を
有し、従って、動力学的特性が低下する。更に、クロウ
磁極ステッパモータを使用するときの解像度は、比較的
微細なピッチのねじ付きスピンドルを必要とする。ステ
ータ電流が消失したとき好ましい所定の位置に復帰させ
るのが必要な用途の場合、このような復帰力を得るため
には、スピンドルのねじのピッチが微細であるため、極
めて高い復帰力及び従って、複雑な構成が必要となる。
【００３４】本発明装置は、内燃機関の排気ガス再循環
導管の排気ガス再循環バルブを動作させるのに使用する
と好適である。
【００３５】この用途のための制御部材の直線移動はふ
つう３０ｍｍ以下の値に制限し、バルブのシャットオフ
位置と開放位置との間の必要とされる平均速度は少なく
とも０．１ｍ／ｓとすべきである。排気ガス再循環バル
ブの動作は少なくとも１５Ｎの最大の力を必要とするこ
とがよくある。更に、排気ガス再循環バルブ及び従っ
て、ねじ付きスピンドルは、動作にあたり約６００℃〜
８００℃のホットガスにさらされ、しかも高い位置決め
精度が要求される。
【００３６】本発明装置によれば、内燃機関に有利に使
用することができ、又は特に、排気ガス再循環バルブを
動作させる内燃機関を有する自動車に有利に使用するこ
とができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】次に図面につき、本発明の好適な
実施の形態を説明する。
【００３８】図１は、ガス又は液体導管２内に配置した
バルブタペット１を直線的に移動させる装置の断面図を
示し、この断面図は、第１の実施例及び第２の実施例に
も共通に適用する。ガス又は液体導管２は、第１直径を
有する第１部分２ａと、第２直径を有する第２部分２ｂ
とよりなり、第１直径は第２直径よりも大きいものとす
る。ガス又は液体導管２を流れるガス又は液体は矢印３
で示す方向に流れる。ガス又は液体導管２の第１部分２
ａと第２部分２ｂとの間の通路２ｃは、矢印３で示す方
向とは反対方向及び矢印３で示す方向のバルブタペット
１の直線運動によって開閉する。図１に示す状態ではル
ブタペット１は閉じた状態である。
【００３９】バルブタペット１は、雄ねじ５ｂを設けた
部分５ａを有するねじ付きスピンドル５に固着する。ね
じ付きスピンドル５には方形断面のロック部分５ｃを設
ける。ロック素子６に方形形状の開口６ａを設け、この
開口６ａの領域６ｂに方形断面のねじ付きスピンドル５
のロック部分５ｃを連動させる。図示しない方法により
ロック素子６を装置の図示しないハウジングに取り付け
る。ねじ付きスピンドル５は、ねじ付きスピンドル５の
ロック部分５ｃとロック素子６との連携動作によって回
転を阻止される。ロック部分５ｃの形状は他の形状にす
ることもできる。磁化した回転体として構成したロータ
７は、外側の円筒形永久磁石８と内側の円筒形プラスチ
ック本体９とを有する。プラスチック本体９の部分９ａ
には雌ねじ１０を設ける。ねじ付きスピンドル５の雄ね
じ５ｂはこの雌ねじ１０に掛合する。ロータ７は装置の
図示しないハウジングに第１軸受１１及び第２軸受１２
によって支持する。ステータ１３はステータ巻線１５を
配置した鉄部材１４を有する。鉄部材１４は、他の高透
磁性材料、例えば、スチール、焼結した鉄、又はラミネ
ートした電気シートにより構成することもできる。鉄部
材１４及び円筒形永久磁石８は空隙１６によって互いに
分離する。
【００４０】ステータ１３及びロータ７の動作及び詳細
な構造を図２につき説明し、この図２は第１の実施例の
図１のII-II 線上の断面を示す。鉄部材１４はＵ字状形
状であり、第１の脚１４ａ及び第２の脚１４ｂを有し、
これらの脚をヨーク１４ｃによって互いに連結する。ス
テータ巻線１５を第１及び第２の脚１４ａ，１４ｂ間で
ヨーク１４ｃに巻き付ける。第１の脚１４ａと第２の脚
１４ｂは、それぞれ磁極アーク１７，１８を有する磁極
シューとして構成し、これらの磁極アークの外側は空隙
１６を画定する。磁極アーク１７，１８の中心は第１溝
孔１９及び第２溝孔２０によって中断する。第１補助磁
石２１を第１溝孔１９内に埋設し、第２補助磁石２２を
第２溝孔２０内に埋設する。円筒形永久磁石８は、矢印
２３で示す方向に２個の磁極、Ｎ極及びＳ極を生ずるよ
う磁化する。第１補助磁石２１は矢印２４で示す方向に
２個の磁極を有するよう、また第２補助磁石２２は矢印
２５で示す方向に２個の磁極を有するよう磁化する。空
隙１６は磁極アーク１７，１８の位置で一定の幅を有す
るように形成する。
【００４１】第１補助磁石２１及び第２補助磁石２２は
円筒形永久磁石８の復帰機構を形成し、ステータ巻線１
５が通電されていないとき、円筒形永久磁石８が第１補
助磁石２１及び第２補助磁石２２の磁束の方向に指向し
ようとする強度及び方向の磁束を発生するようにする。
しかし、ステータ巻線１５が通電されていないとき、第
１補助磁石２１及び第２補助磁石２２によって形成され
る復帰機構によってステータ１３の止め端縁２７に衝合
する止めピン２６をロータ７に設ける。図２に示すロー
タ７の角度位置に対応するロータ７のこの角度位置をシ
ャットオフ角度位置と称する。止め端縁２７は第１補助
磁石２１及び第２補助磁石２２の磁化方向に対して１０
°の角度をなす方向に延びる。ステータ巻線１５にステ
ータ電流を通電する場合、ロータ７は第１補助磁石２１
及び第２補助磁石２２によって発生する復帰力に抗して
開放方向２８に時計方向に移動する。開放方向２８への
この移動に対向する第１補助磁石２１及び第２補助磁石
２２の復帰トルクは、常にロータ７をシャットオフ角度
位置に復帰しようとする。このように機械的復帰ばねを
使用することなく、復帰作用を生ずる機構が構成され
る。この結果、装置は機械的にもまた電気的にも構造が
簡単になる。しかし、機械的ばねによってこの復帰機構
を構成することもできる。ステータ電流を適正に調整す
ることにより、図２に示すシャットオフ角度位置からス
タートして、ロータを約１６０°の角度にわたり開放方
向２８に移動することができる。この開放角度位置にお
いて、ロータ７の止めピン２６は第２止め端縁２９に衝
合し、この第２止め端縁２９は第１止め端縁２７から開
放方向２８に１６０°オフセットする。第１止め端縁２
７がない場合、ロータ７は、ステータ１３の通電が停止
するとき、第１補助磁石２１及び第２補助磁石２２の磁
化方向に対応する角度位置である０°の角度位置に移動
する。装置は、この０°の角度位置と１８０°の角度位
置との間で正弦波状に変化するトルクを発生し、この装
置内でロータ７は、０°の角度位置に対して１８０°に
わたり回転する。０°の角度位置及び１８０°の角度位
置において、ステータ巻線１５に通電していてもトルク
はほぼゼロとなり、ロータ７の信頼性の高い欠陥のない
回転が保証されない。従って、ロータ７のシャットオフ
角度位置を第１止め端縁２７によって約１０°にわたり
シフトし、また開放角度位置はシフトした０°の角度位
置に対して１７０°シフトして第２止め端縁２９によっ
て規定される。更に、第１止め端縁２７及び第２止め端
縁２９は、０°と１８０°の角度位置に対して非対称に
配置することもできる。シャットオフ角度位置におい
て、ステータ巻線１５に通電するとき、ゼロではないト
ルクがロータ７に作用し、ステータ１３に通電するとき
ロータ７は開放方向２８に移動する。ステータ巻線１５
に流れる電流を適切に調整することにより、ロータ７は
シャットオフ角度位置から開放角度位置に連続的に移動
することができる。このようにして、第１止め端縁２７
及び第２止め端縁２９は装置の欠陥のない信頼性の高い
性能を保証することができる。
【００４２】ロータ７の回転運動をねじ付きスピンドル
５の直線運動に変換することを図１につき以下に説明す
る。開放方向２８へのロータ７の回転運動を、ロータ７
の雌ねじ１０に掛合する雄ねじ５ｂの矢印３で示す方向
とは反対方向への直線運動に変換する。この結果、バル
ブタペット１も矢印３で示す方向とは反対方向に移動
し、ガス又は液体導管２の第１導管部分２ａと第２導管
部分２ｂとの間の通路２ｃが開放する。バルブタペット
１の直線運動は極めて正確にかつ連続的に行われ、クロ
ウ磁極(claw pole) ステッパモータのような不連続な段
階的な運動とはならない。バルブタペット１の直線方向
位置の位置決め精度を向上するためには、ロータ７に角
度位置ジェネレータ３０を設け、この角度位置ジェネレ
ータ３０によりロータ７の瞬間的な角度位置を角度位置
ピックアップ３１に転送する。角度位置ジェネレータ３
０は、例えば、永久磁石として構成し、また角度位置ピ
ックアップは磁気−抵抗センサとして構成することがで
きる。しかし、角度位置ジェネレータ３０を省略し、永
久磁石８の半径方向の磁界によって直接磁気−抵抗セン
サを駆動することもできる。角度位置ピックアップ３１
は、ポテンショメータ又はホールセンサによっても形成
することができる。角度位置ピックアップ３１はロータ
７の現時点（カレント）角度位置即ち、ロータ７のカレ
ント角度位置の信号特性をマイクロコントローラ３２に
転送する。このマイクロコントローラ３２は、制御手段
３３とキャリブレーション手段３４とを有する。マイク
ロコントローラ３２は更に、制御ユニット３５及び電源
回路３６に接続する。この電源回路３６によりステータ
１３のステータ巻線１５にステータ電流ＩS を供給す
る。制御ユニット３５により制御情報ＳS をマイクロコ
ントローラ３２に供給し、この情報はバルブタペット１
がとる直線位置を表す。制御情報ＳS に基づいて所定の
ステータ電流ＩS をマイクロコントローラ３２によって
設定される。このステータ電流ＩS の結果、ロータ７は
所定の角度位置をとり、従って、バルブタペット１は所
定の直線位置をとる。ロータ７のカレント角度位置は角
度位置ジェネレータ３０及び角度位置ピックアップ３１
によってマイクロコントローラに転送され、必要であれ
ば、マイクロコントローラは制御手段３３によってステ
ータ電流ＩS を修正する。角度位置ジェネレータ３０及
び角度位置ピックアップ３１の代わりに、スピンドル
（５）の直線位置を検出する直線位置ジェネレータ及び
直線位置ピックアップを使用することもできる。この制
御方法により、ロータ７の角度位置に対して０．１°以
下の精度を達成することができる。
【００４３】バルブタペット１及びねじ付きスピンドル
５の大部分をガス又は液体導管２の内部に配置する。熱
い流体がこのガス又は液体導管２を通過する場合、ねじ
付きスピンドル５は熱膨張によって膨張する。この結
果、ロータ７のカレント角度位置とバルブタペット１の
カレント直線位置との関係は変化する。マイクロコント
ローラ３２のキャリブレーション手段３４はねじ付きス
ピンドル５のボルトコストの際にこの関係を補正する。
バルブタペット１が図１に示すシャットオフ位置にある
とき、バルブタペット１の直線位置は明確に規定され
る。マイクロコントローラ３２は、バルブタペット１が
シャットオフ位置にあることをマイクロコントローラ３
２に示すキャリブレーション信号を受ける。このとき、
ロータ７のカレント角度位置とバルブタペット１のカレ
ント直線位置との間のカレント関係をキャリブレーショ
ン手段３４によって較正する。この結果、ねじ付きスピ
ンドルが膨張した場合でも、バルブタペット１の直線位
置決め精度は相当向上する。
【００４４】図３は、本発明による第２の実施例の図１
のII-II 線上の断面を示す。第１の実施例にけおる同類
の参照符号を第２の実施例においても使用する。円筒形
のロータ７は、外側の円筒形永久磁石８と内側の円筒形
プラスチック本体９とを有する。プラスチック本体９は
雌ねじ１０を有し、この雌ねじ１０にねじ付きスピンド
ル５の雄ねじ５ｂが掛合する。ステータ１３は鉄部材１
４を有し、この鉄部材１４にステータ巻線１５を配置す
る。鉄部材１４は、他の高い透磁性材料例えば、スチー
ル、焼結鉄又はラミネート電子シートにより構成するこ
とができる。鉄部材１４はＵ字状にし、第１の脚１４ａ
と第２の脚１４ｂとを有し、これらの脚をヨーク１４ｃ
によって互いに連結する。ステータ巻線１５を脚１４
ａ，１４ｂ間のヨーク１４ｃの周りに巻き付ける。鉄部
材１４及び円筒形の永久磁石８を互いに空隙４０によっ
て分離する。鉄部材１４は、２個の直径方向に対向する
磁極アーク部分４１と、２個の直径方向に対向する磁極
アーク部分４２とを設ける。磁極アーク部分４１の位置
において空隙４０は第１幅Ｂ1 を有し、磁極アーク部分
４２の位置において空隙４０は第２幅Ｂ2 を有する。円
筒形の永久磁石８は２個の磁極を有し、従って、Ｎ極及
びＳ極を有するよう磁化する。ステータ巻線１５が通電
されていないとき、ロータ７は磁化に従う位置をとり、
この位置は最小磁気抵抗位置に対応する。この位置を図
３に示す。ステータ巻線１５が通電されているとき、ロ
ータ７は磁気復帰力に抗して開放方向４３に移動する。
開放方向４３への移動に対向しかつ空隙４０の不均一な
形状によって生ずる戻り止めトルクは、常に開放方向４
３とは反対方向にロータ７を戻そうとする。これによ
り、機械的復帰ばねを使用することなく、機械的にも電
気的にも簡単な構成で復帰作用を生ずる機構を形成する
ことができる。これにより、第１の実施例と同様に１６
０°にわたる範囲を制限する図示しない止めピン及び止
め端縁によっって、ロータ７による動作の信頼性を向上
させることができる。
【００４５】図４は、内燃機関４６の排気ガス再循環
（リサーキュレーション）導管４５における排気ガス再
循環バルブ４４の動作のために本発明装置を使用した状
態を示す線図的説明図である。ピストン４８は内燃機関
４６のシリンダ４７内で移動自在にする。シリンダ４７
は吸気バルブ４９と、排気バルブ５０と、及び点火装置
５１とを有する。吸気バルブ導管５２及び排気バルブ導
管５３を設ける。吸気バルブ導管５２及び排気バルブ導
管５３は互いに排気ガス再循環導管４５によって接続す
る。排気ガス再循環バルブ４４を排気ガス再循環導管４
５に設けて排気ガス再循環導管４５を開閉する。燃料−
空気混合体を混合ユニット５４及びスロットルバルブ５
５によって吸気バルブ導管５２に供給する。吸気バルブ
４９を開放したとき、燃料−空気混合体はシリンダ４７
内に流入し、ピストン４８によって圧縮され、ピストン
ストロークの上死点に達する前に点火し、膨張して動力
を発生する。この後、燃料−空気混合体は開放した排気
バルブを介してピストン４８によって排気バルブ導管に
強制排気される。排気バルブ導管における排気ガスの一
部は、排気ガス再循環バルブ４４が開放しているとき、
排気ガス再循環導管４５を介して吸気バルブ導管５２に
還流し、再燃焼することができる。この内燃機関４６は
ジーゼルエンジンとすることもできる。このような排気
ガス再循環によれば、内燃機関の汚染物質発生を減少
し、燃焼効率を改善しかつ燃料消費量を減少することが
できる。排気ガス再循環バルブ４４における図示しない
バルブタペットは、本発明による装置によって動作させ
る。動作にあたり、排気ガス再循環導管４５内のホット
ガスは６００℃〜８００℃の温度を有する。排気ガス再
循環バルブ４４の動作には、少なくとも１５Ｎの最大作
動力、２００ｍｓ以下の閉鎖時間を必要とする。本発明
による装置はこの条件を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス又は液体導管内でバルブタペットを直線的
に移動させるため、雌ねじを有するロータと、シングル
ストランドステータと、ロータの雌ねじに掛合するねじ
付きスピンドルとを具えた装置の、バルブタペットがシ
ャットオフ位置にある状態を示す線図的説明図である。
【図２】２個の補助磁石によって復帰トルクを発生させ
る本発明装置の第１の実施例の図１のII-II 線上の断面
図である。
【図３】不均一形状の空隙によって復帰トルクを得る本
発明装置の第２の実施例の図１のII-II 線上の断面図で
ある。
【図４】内燃帰還の排気ガス再循環導管内で排気ガス再
循環バルブを動作させるため、本発明による装置を有利
に使用することができることを説明する線図的説明図で
ある。
【符号の説明】
１ バルブタペット ２ ガス又は液体導管 2a 第１部分 2b 第２部分 2c 通路 ５ ねじ付きスピンドル 5a 部分 5b 雄ねじ 5c ロック部分 ６ ロック素子 6a 開口 6b 領域 ７ ロータ ８ 円筒形永久磁石 ９ 円筒形プラスチック本体 10 雌ねじ 11 第１軸受 12 第２軸受 13 ステータ 14 鉄部材 14a,14b 脚 14c ヨーク 15 ステータ巻線 16,40 空隙 17,18,41,42 磁極アーク 19 第１溝孔 20 第２溝孔 21 第１補助磁石 22 第２補助磁石 26 止めピン 27 止め端縁 28,43 開放方向 29 第２止め端縁 30 角度位置ジェネレータ 31 角度位置ピックアップ 32 マイクロコントローラ 33 制御手段 34 キャリブレーション手段 35 制御ユニット 36 電源回路 44 排気ガス再循環バルブ 45 排気ガス再循環（リサーキュレーション）導管 46 内燃機関 47 シリンダ 48 ピストン 49 吸気バルブ 50 排気バルブ 51 点火装置 52 吸気バルブ導管 53 排気バルブ導管 54 混合ユニット 55 スロットルバルブ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス又は液体導体（２）内で制御部材
    （１）特に、バルブタペット（１）の直線移動を操作す
    るため、雌ねじ（１０）を有するロータ（７）を設け、
    このロータ（７）の回転運動を、前記雌ねじ（１０）に
    掛合可能でありかつ回転をロックされたねじ付きスピン
    ドル（５）の直線運動に変換することができるようにし
    た制御部材の直線移動操作装置において、前記ロータ
    （７）をシングルストランドの通電可能ステータ（１
    ３）に連携動作する磁化した回転体（８）により構成
    し、前記ロータ（７）の角度位置をステータ電流によっ
    て調整可能にし、前記ロータ（７）の最大角度回転を１
    ８０°よりも小さくしたことを特徴とする制御部材の直
    線移動操作装置。
  2. 【請求項２】 前記ロータ（７）の角度位置又はねじ付
    きスピンドル（５）の直線位置に基づくセンサ信号を発
    生するセンサ手段（３１）を設け、また前記センサ信号
    に基づいて前記ロータ（７）の角度位置を制御する制御
    手段（３３）を設けた請求項１記載の制御部材の直線移
    動操作装置。
  3. 【請求項３】 前記ステータ（１３）の電流及び電圧を
    測定する測定手段を設け、前記測定手段により前記ロー
    タ（７）の角度位置に基づく測定信号を発生し、また前
    記測定信号に基づいて前記ロータ（７）の角度位置を制
    御する制御手段（３３）を設けた請求項１記載の制御部
    材の直線移動操作装置。
  4. 【請求項４】 前記ロータ（７）の前記雌ねじ（１０）
    及び前記ねじ付きスピンドル（５）のねじを、少なくと
    も３０°のピッチ角度を有する粗いピッチのねじとした
    請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の制御部材
    の直線移動操作装置。
  5. 【請求項５】 前記制御部材（１）の基準位置において
    前記ロータ（７）の角度位置と前記制御部材（１）の直
    線位置との関係を較正するキャリブレーション手段（３
    ４）を設けた請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記
    載の制御部材の直線移動操作装置。
  6. 【請求項６】 前記制御部材をバルブのバルブタペット
    （１）とし、前記基準位置を前記バルブのシャットオフ
    位置に対応させた請求項５記載の制御部材の直線移動操
    作装置。
  7. 【請求項７】 前記ステータ（１３）と前記ロータ
    （７）との間の空隙（４０）を不均一形状にして、前記
    ステータ（１３）が通電されていないとき、前記ロータ
    （７）が好ましい角度位置をとるようにした請求項１乃
    至６のうちのいずれか一項に記載の制御部材の直線移動
    操作装置。
  8. 【請求項８】 前記ステータ（１３）が通電されていな
    いとき前記ロータ（７）を好ましい角度位置に移動する
    ための少なくとも１個の補助磁石（２１，２２）を設け
    た請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の制御部
    材の直線移動操作装置。
  9. 【請求項９】 前記ロータ（７）の角度位置を制御する
    センサ手段（３１）を、前記ロータ（７）の磁界又は１
    個又はそれ以上のセンサ（３０）により駆動する請求項
    ２乃至８のうちのいずれか一項に記載の制御部材の直線
    移動操作装置。
  10. 【請求項１０】 前記ロータ（７）の角度位置を制御す
    る精度を、前記制御部材（１）の動作範囲にわたり不均
    一に変化するようにした請求項２乃至８のうちのいずれ
    か一項に記載の制御部材の直線移動操作装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のうちのいずれか一
    項に記載の制御部材の直線移動操作装置を、ガス又は液
    体の温度が動作中に４００℃以上の温度となる内燃機関
    （４６）のガス又は液体導管（４５）におけるバルブを
    動作させるのに使用することを特徴とする制御部材の直
    線移動操作装置の使用方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１０のうちのいずれか一
    項に記載の制御部材の直線移動操作装置を、内燃機関
    （４６）の排気ガス再循環導管（４５）の排気ガス再循
    環バルブ（４４）を動作させるのに使用する制御部材の
    直線移動操作装置の使用方法。
  13. 【請求項１３】 排気ガス再循環導管（４５）に排気ガ
    ス再循環バルブ（４４）を配置し、この排気ガス再循環
    バルブ（４４）を請求項１乃至１０のうちのいずれか一
    項に記載の制御部材の直線移動操作装置によって動作さ
    せることを特徴とする内燃機関（４６）。
  14. 【請求項１４】 排気ガス再循環導管（４５）に排気ガ
    ス再循環バルブ（４４）を配置し、この排気ガス再循環
    バルブ（４４）を請求項１乃至１０のうちのいずれか一
    項に記載の制御部材の直線移動操作装置によって動作さ
    せる内燃機関（４６）を有することを特徴とする自動
    車。
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