JPH11299209A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数が少なく、コイル部への通電オフ時
において中間位置に確実にロータを停止させるトルクモ
ータを提供する。 【解決手段】 ロータ４１はロータコア４２、および永
久磁石群４３、４４により構成されており、永久磁石群
４３、４４の間に軸方向に延びた間隙４９が形成されて
いる。永久磁石４３ａ、４４ａは磁性材により形成され
たカバー４８で外周を覆われている。スリット４８ａは
間隙４９の幅内で周方向位置がずれるようにカバー４８
の軸方向に形成されている。コイル部への通電オフ時に
おいて、磁気抵抗部としてのスリット４８ａ近傍に集中
していた磁束がロータ４１とステータコアのティース部
との間で急激に流れることなく徐々に流れるので、リタ
ーンスプリングの付勢力に抗してスロットル弁を開弁方
向に回転可能なトルクの発生角度範囲が広い。したがっ
て、スロットル弁を中間開度に確実に保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トルクモータに関
するものであり、例えば内燃機関（以下、「内燃機関」
をエンジンという）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。

【０００２】

【従来の技術】複数の永久磁石をロータコアの外周に配
設して一対の磁極を有するロータを形成する場合、ロー
タの回動に伴う遠心力等により永久磁石が脱落すること
を防止するとともに、ロータの所定角度範囲においてほ
ぼ一定のトルクが発生するように永久磁石を円筒状の磁
性部材で覆うことが知られている。

【０００３】周方向に連続した磁性部材で永久磁石を覆
うと、軸方向に延びて形成されている間隙を挟んで一方
の磁極を形成する永久磁石と他方の磁極を形成する永久
磁石との間に磁性部材を通って磁束が流れる。すると、
各磁極を形成する永久磁石の周方向端部の磁束がロータ
を囲むステータコアの磁極部との間に流れずロータを回
転させるトルクとして働かないので、トルクの発生範囲
が狭まる。そこで、永久磁石同士の間に形成されている
間隙と対応した位置の磁性部材に磁気抵抗部であるスリ
ットを形成し、異なる磁極を形成している永久磁石の間
に磁性部材を介して磁束が流れることを防止することが
考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁性部
材を通って異なる磁極を有する永久磁石の間を流れよう
とする磁束が磁気抵抗部により遮られるので、磁気抵抗
部近傍において磁束が集中する。したがって、ステータ
コアに磁極を形成するコイル部への通電がオフの状態に
おいて磁気抵抗部がステータコアの磁極部に接近すると
きにロータとステータコアとの間で急激に磁束が流れる
ので、ロータに働くディテントトルクは狭い角度範囲で
急激に大きくなる。

【０００５】ここで、コイル部の断線等によりステータ
コアに磁極が形成されない場合、所定の位置でロータを
停止させるために反対方向にそれぞれロータを付勢する
スプリングを用いることがある。例えばスロットル装置
のアクチュエータとして用いられるトルクモータでは、
コイル部の断線や制御装置等の故障等によりコイル部に
通電することができなくなった場合、車両を低速で退避
走行可能とするために、全閉位置から僅かに開いた中間
開度（例えば、全閉位置におけるスロットル開度を０°
とした場合に１０°）にスロットル弁を停止させること
が望まれる。このために、閉弁方向にロータを回転させ
るリターンスプリング以外に開弁方向にロータを回転さ
せるオープナースプリングが用いられることがある。

【０００６】前述したコイル部への通電オフ時にロータ
に働くディテントトルクをオープナースプリングの代わ
りに用いることができれば、部品点数を減少し、トルク
モータを小型化することができる。しかしながら、オー
プナースプリングの代用となるトルクが発生する角度範
囲が狭いためにロータを確実に停止させることができな
い。

【０００７】本発明の目的は、部品点数が少なく、コイ
ル部への通電オフ時において中間位置に確実にロータを
停止させるトルクモータを提供することにある。

【０００８】

【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、一対の磁極をロータに形成して
いる複数の永久磁石を磁性部材が覆い、永久磁石同士の
間に形成されている間隙の幅内で軸方向に延び周方向位
置がずれている第２磁気抵抗部が磁性部材に形成されて
いる。

【０００９】ロータで発生する磁束は磁性部材において
第２磁気抵抗部により周方向に沿った流れを遮断されス
テータコアとの間に流れる磁束として第２磁気抵抗部近
傍に集中しているので、コイル部への通電オフ時におい
て第２磁気抵抗部がステータコアの磁極部に接近すると
きにディテントトルクが大きくなる。前述したように第
２磁気抵抗部は周方向位置がずれているので、ステータ
コアに形成されている各磁極部に第２磁気抵抗部が接近
するロータの角度が軸方向に異なっている。したがっ
て、第２磁気抵抗部は徐々に磁極部に接近するので、ロ
ータとステータコアとの間でロータの狭い角度範囲内で
一度に大きなトルクが発生することなくある程度の幅で
トルクが発生する。

【００１０】したがって、コイル部への通電オフ時にお
いてロータを所定の中間位置で停止させるために互いに
反対方向にロータを付勢する一対のスプリング等の付勢
手段の内、他方の付勢手段の付勢力と反対方向に働くデ
ィテントトルクを一方の付勢手段の代わりに用いること
ができる。これにより、一方の付勢手段を構成する部品
を省略することができるので、製造コストが低下すると
ともにトルクモータを小型化することができる。

【００１１】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
れば、第２磁気抵抗部は軸方向に向けて滑らかに周方向
位置がずれているので、ディテントトルクのピークトル
クの変化が滑らかである。本発明の請求項３記載のトル
クモータによれば、第２磁気抵抗部をスリットで形成す
ることにより、容易に第２磁気抵抗部を形成することが
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
実施例を図に基づいて説明する。本発明の一実施例によ
るトルクモータを用いたスロットル装置を図３に示す。
図３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を係止することに
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。

【００１６】スロットル軸１２の他方の端部にトルクモ
ータ４０のロータコア４２が固定されている。ロータコ
ア４２は鉄等の磁性材料により円筒状に形成される。付
勢手段としてのリターンスプリング１７は、一方の端部
をトルクモータ４０のロータコア４２に固定し、他方の
端部をスロットルボディ１１に固定し、スロットル弁１
３を閉方向に付勢している。トルクモータ４０の端部は
カバー２０により覆われている。

【００１７】本実施例によるトルクモータ４０を図２に
示す。ロータ４１は、ステータコア４５の磁極部として
のティース部４６、４７により囲まれている。ロータ４
１はロータコア４２、および永久磁石群４３、４４によ
り構成されており、永久磁石群４３、４４の間に軸方向
に延びた間隙４９が形成されている。永久磁石群４３、
４４は、それぞれ６個の平板状の永久磁石４３ａ、４４
ａから構成された磁石群である。永久磁石４３ａ、４４
ａはロータコア４２の外周に接着固定されているととも
に、カバー４８で外周を覆われている。永久磁石４３
ａ、４４ａは、それぞれ厚み方向に一方向に着磁された
状態でロータコア４２の周上に円弧状に配設されてい
る。したがって、永久磁石群４３、４４は実質的にロー
タ４１の中心から放射状に着磁された構成となってい
る。永久磁石４３ａと永久磁石４４ａとは反対向きに径
方向に着磁されているため、ロータ４１にＮ極およびＳ
極の対をなす磁極が形成される。永久磁石４３ａ、４４
ａ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。

【００１８】図１に示すように、永久磁石４３ａ、４４
ａの脱落や破損を防ぐために、ロータ４１の外周を磁性
部材としての筒状のカバー４８が覆っている。第２磁気
抵抗部としてのスリット４８ａは間隙４９の幅内でロー
タ４１の軸心と交差する方向、つまり周方向位置がずれ
るように各間隙４９と対応した位置でカバー４８の軸方
向に形成されている。

【００１９】磁性材で形成されたカバー４８で永久磁石
４３ａ、４４ａを覆うことにより永久磁石４３ａ、４４
ａによりカバー４８が磁化されているので、ロータ４１
側の磁極表面と図２に示すティース部４６、４７の内周
壁との間のエアギャップを一定に近づけることができ
る。また、永久磁石４３ａ、４４ａから出る磁束がカバ
ー４８の中をティース部４６、４７の内壁の接線方向に
通るため、ティース部４６とティース部４７との間の第
１磁気抵抗部としての間隙６０に対応する位置にある永
久磁石４３ａ、４４ａが永久磁石４３ａ、４４ａと反対
の極を有するティース部４６、４７の前縁４６ａ、４７
ａに吸引される。

【００２０】ステータコア４５は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おり、
ロータ４１の外周を囲んでステータコア４５の磁極部を
構成するティース部４６、４７とアーム部５１とから構
成されている。ティース部４６とティース部４７との周
方向に沿った境界は間隙６０により磁気的に遮断されて
いる。アーム部５１は、図２に示す方向から見て略Ｕ字
型に形成され、磁束が飽和しないだけの断面積を有し、
かつ体積を小さくするために全長にわたってほぼ均一の
断面積に形成されている。したがって、アーム部５１の
内壁と外壁とはほぼ平行に形成されている。

【００２１】ロータ４１が図２に示す回転方向に回転す
るとき、永久磁石４３ａ、４４ａが接近する側のティー
ス部４６、４７の縁を前縁４６ａ、４７ａと呼び、他方
の縁を後縁４６ｂ、４７ｂと呼ぶ。アーム部５１の一端
はティース部４６の後縁４６ｂに、他端はティース部４
７の前縁４７ａに接続されている。ティース部４６は後
縁４６ｂから前縁４６ａに向かって徐々に断面積が小さ
くなるように形成され、ティース部４７は前縁４７ａか
ら後縁４７ｂに向かって徐々に断面積が小さくなるよう
に形成されている。アーム部５１に巻回されたコイル部
５２に通電することにより、ティース部４６、４７にス
テータコア４５の一対の磁極が発生する。磁極の発生し
ているティース部４６、４７がロータ４１の永久磁石４
３ａ、４４ａを吸引することにより、図２に示す回転方
向にロータ４１を回転させることができる。この回転方
向はスロットル装置１０の開弁方向である。

【００２２】図３に示すウェーブワッシャ１９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、コンタクト部３１と基板
３２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３１が基板３２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３１の摩耗を防止できる。さらに、ステータ
コア４５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。

【００２３】図５に本実施例の比較例を示す。比較例
は、間隙４９に対応した位置に軸方向に延びて軸心と平
行にスリット６５ａがカバー６５に形成されている。ス
リット６５ａはエアギャップでありカバー６５の周方向
に沿って流れる磁束を遮断するので、スリット６５ａに
遮られた磁束はスリット６５ａ付近に集中する。コイル
部５２への通電をオフした状態でスリット６５ａがティ
ース部４６、４７の前縁４６ａ、４７ａに接近すると、
スリット付近６５ａに集中していた磁束がロータ４１と
ステータコア４５との間に一度に流れる。したがって、
図４に示すように全閉位置の近傍において狭い角度範囲
で大きなディテントトルクが発生する。図４においてデ
ィテントトルクの正方向は開弁方向を表し、負方向は閉
弁方向を表している。角度はスロットル開度ではなくロ
ータ４１の回転角度を表している。

【００２４】コイル部５２の断線やＥＣＵの故障等によ
りコイル部５２への通電がオフになっても、全閉位置近
傍の中間開度（例えば、全閉位置におけるスロットル開
度を０°とした場合に１０°）でスロットル弁１３を保
持することにより車両を停止させず低速で退避走行する
ことが望まれる。リターンスプリング１７の付勢力と開
弁方向に働くディテントトルクとが所定の中間開度で釣
り合えば、オープナースプリングを用いることなくスロ
ットル弁１３を中間開度に保持できる。

【００２５】しかしながら、比較例ではリターンスプリ
ング１７に抗して開弁方向にスロットル弁１３を回転可
能なディテントトルクの発生する角度範囲が狭く、スロ
ットル弁を中間開度に保持できる角度範囲が狭いので、
スロットル弁を確実に中間開度に保持することが困難で
ある。一方本実施例では、間隙４９の幅内でスリット４
８ａをロータ４１の軸心と交差させスリット４８ａの周
方向位置をずらしているので、ロータ４１の回転角度に
より軸方向位置の異なるスリット４８ａがティース部４
６、４７の前縁４６ａ、４７ａに徐々に接近する。した
がって、スリット４８ａ近傍に集中していた磁束がロー
タ４１とティース部４６、４７との間で急激に流れるこ
となく徐々に流れる。図４に示すように、比較例に比べ
最大トルクは小さくなっているが、リターンスプリング
１７の付勢力に抗してスロットル弁１３を開弁方向に回
転可能なトルクの発生角度範囲が広い。したがって、ス
ロットル弁を中間開度に保持できる角度範囲が広いの
で、スロットル弁を確実に中間開度に保持することがで
きる。

【００２６】以上説明した本実施例では、コイル部５２
への通電オフ時において、全閉位置に近い中間開度にお
いてある程度の角度範囲で開弁方向にディテントトルク
のピークトルクが発生する。したがって、コイル部への
通電オフ時において、リターンスプリングの付勢力と釣
り合う位置でスロットル弁を中間開度に保持できる。こ
れにより、コイル部の断線やＥＣＵの故障等によりコイ
ル部に通電できなくなってもエンジンに吸気を供給でき
るので車両を低速で退避走行することができる。さら
に、開弁方向に働くディテントトルクのピークトルクを
開弁方向にロータ４１を付勢するオープナースプリング
の代わりに用いることができるので、部品点数が減少
し、スロットル装置を小型化することができる。

【００２７】上記実施例ではスリットを直線状に形成し
たが、スリットの周方向位置がずれるのであれば円弧状
または波状等どのような形状にスリットを形成してもよ
い。また、スリットに代えて非磁性材で第２磁気抵抗部
を形成してもよい。またステータコアのティース部の境
界を非磁性材で埋めてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施例によるトルクモータ
のロータ部分を示す模式的構成図であり、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ方向矢視図である。

【図２】本実施例によるトルクモータを用いたスロット
ル装置を示す図３のII方向模式的矢視図である。

【図３】本発明の一実施例によるトルクモータを用いた
スロットル装置を示す断面図である。

【図４】本実施例および比較例のトルクモータにおける
ロータの回転角度とディテントトルクの大きさとの関係
を示す特性図である。

【図５】（Ａ）は本実施例の比較例によるトルクモータ
のロータ部分を示す模式的構成図であり、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ方向矢視図である。

【符号の説明】

１０ スロットル装置 １１ スロットルボディ 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 ４２ ロータコア ４３、４４ 永久磁石群 ４３ａ、４４ａ 永久磁石 ４５ ステータコア ４６、４７ ティース部（磁極部） ４８ カバー ４８ａ スリット（第２磁気抵抗部） ４９ 間隙 ５１ アーム部 ５２ コイル部 ６０ 間隙（第１磁気抵抗部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の永久磁石により一対の磁極を形成
   しているロータであって、一方の磁極を形成している前
   記永久磁石と他方の磁極を形成している前記永久磁石と
   の間に軸方向に延びる間隙が形成されているロータと、 前記ロータを囲む一対の磁極部と、前記両磁極部の境界
   に設けられている第１磁気抵抗部とを有するステータコ
   アと、 前記ステータコアに装着され、通電することにより前記
   両磁極部にそれぞれ磁極を形成するコイル部と、 一方の回転方向に前記ロータを付勢する付勢手段と、 ほぼ前記間隙の幅内で軸方向に形成され周方向位置がず
   れている第２磁気抵抗部を有し、前記複数の永久磁石を
   覆っている磁性部材と、 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磁気抵抗部の周方向位置は滑ら
   かにずれてい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】 前記第２磁気抵抗部はスリットであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のトルクモータ。