JPH1169748A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁石体積を増大させることなくトルク発生角
を拡大することのできるトルクモータを提供する。 【解決手段】 トルクモータ４０は、ロータ４１、ステ
ータコア４５、一対のソレノイド部５０および５５によ
り構成されている。ロータ４１はロータコア４２とロー
タコア４２の外周に設けられる二極の磁石群４３、４４
とからなる。磁石群４３、４４を構成する複数の平板磁
石４３ａ、４４ａは突起４６によって間隔をあけて配置
されているため平板磁石４３ａ、４４ａの大きさや数量
を増大させることなくトルクの発生角を拡大することが
できる。また、突起４６が設けられているため、平板磁
石４３ａ、４４ａをロータコア４２上に位置決めするの
が容易である。

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
し、特に流量制御弁等に用いられるトルクモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平３−３１５２９号公報
や特開平６−２５３５１６号公報に開示されているよう
に、円弧状の磁石を用いたトルクモータが知られてい
る。これらは内燃機関の吸気流量制御弁のような弁装置
のアクチュエータとして用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、円弧状磁石
は通常、切削などの工程を要するため加工に手間がかか
り、また材料が無駄になる部分が多いためコストがかか
る。そこで、複数の平板状磁石をロータ本体の外周に配
列して全体としてＮ又はＳのひとつの磁極を形成し、ロ
ータを構成することが考えられる。

【０００４】しかしながら、ロータコアの表面に複数の
平板状磁石を隣同士密着させて配置した場合、トルク発
生角を増大させるには、磁石の円周方向長さを増大さ
せるか、磁石の数量を増やす必要があった。平板磁
石の円周方向の長さを増大させると、磁石の中央部に発
生するステータとのエアギャップが増大するため、磁石
の中央部が有効活用されずに無駄が多くなり、ステータ
に対向する平板磁石の単位面積当たりに働く磁気力が小
さくなるという問題があった。また、磁石の数量を増
やすと製造コストが高くなり、さらに組み付け時の手間
が増えるという問題があった。

【０００５】その他、隣り合った磁石同士で位置決めを
行っているため、ロータコアに対する磁石の位置が不正
確になりやすいという問題があった。本発明は上記の欠
点を解決するためになされたものであり、磁石量を増大
させることなくトルク発生角を拡大することができるト
ルクモータを提供することを目的とする。

【０００６】本発明の別の目的は、製造時に磁石の位置
決めが容易なトルクモータを提供することにある。

【０００７】

【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、ロータ本体の外周に設けられる
磁石群を構成する複数の平板磁石は平板磁石の周方向の
幅よりも小さい間隔をあけて配置されているため、同じ
寸法で同じ数の平板磁石を用いた場合、磁石を密着させ
て配置したときよりもトルクの発生角を拡大することが
できる。したがって、安定してロータを回転させること
のできる範囲を広くすることができる。また、同じ数の
平板磁石を用いてトルク発生角を同一にした場合は、平
板磁石を密着させて配置したときよりも１つの平板磁石
の幅を小さくすることができるので、平板磁石の中央部
分とステータとの間に発生するエアギャップを小さくす
ることができ、ステータに対向する平板磁石の単位面積
当たりに働く磁気力を大きくすることができる。

【０００８】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
れば、磁石群を構成する複数の平板磁石の間に突起が設
けられているため、複数の平板磁石をロータ本体に組み
付けるときに位置決めが容易である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例によるトルクモータ
を用いたスロットル弁制御装置を図１および図２に示
す。図２に示すスロットル弁制御装置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。

【００１０】スロットル弁制御装置１０のスロットルボ
ディ１１はベアリング１５および１６を介してスロット
ル軸１２を回転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１
４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１
１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。

【００１１】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と当接することに
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。

【００１２】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。図示しない電子
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。

【００１３】スロットル軸１２の他方の端部には、図１
に示すようにロータ４１、ステータコア４５、一対のソ
レノイド部５０および５５によりトルクモータ４０が構
成されている。トルクモータ４０の端部はカバー２０に
より覆われている。ロータ４１の回転方向は図１に示す
時計方向である。ロータ４１は、スロットル軸１２に圧
入固定したロータ本体としてのロータコア４２と、ロー
タコア４２の径方向反対側の外周にそれぞれ設けられた
磁石群４３、４４とから構成される。磁石群４３、４４
はそれぞれ複数の同一寸法の平板磁石４３ａ、４４ａを
ロータコア４２の外周に接着して構成される。

【００１４】各平板磁石４３ａ、４４ａはロータ４１の
径方向に着磁されていて、磁石群４３、４４のうち一方
の径方向外側がＮ極となり、他方がＳ極となる。これに
より、ロータ４１の回転軸に対して平行な面の一方側を
Ｎ極とし、他方側をＳ極とすることができる。この実施
例では４枚の平板磁石４３ａを有する磁石群によりひと
つの磁極が形成され、他方の４枚の平板磁石４４ａを有
する磁石群により他方の磁極が形成される。平板磁石４
３ａ、４４ａ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の永久磁石を用
いることが望ましいが、フェライト系磁石のような他の
永久磁石を用いることもできる。

【００１５】複数の平板磁石４３ａ、４４ａは、突起４
６によって間隔をあけて配列されている。この突起４６
により、平板磁石４３ａ、４４ａをロータコア４２に位
置決めするのが容易になる。突起４６の周方向の幅は平
板磁石４３ａ、４４ａの周方向の幅よりも小さいので、
図３に示すように磁石ピッチ角Ｐは１つの平板磁石４３
ａまたは４４ａがロータコア４２上で周方向に占める角
度Ｗに対して、Ｗ＜Ｐ＜２Ｗの範囲になる。

【００１６】突起４６の径方向の厚さが大きくなると、
突起４６とステータコア４５が接近することにより、平
板磁石４３ａ、４４ａの縁近傍から発生した磁束が突起
４６を通って平板磁石４３ａ、４４ａに戻り、トルクの
発生に寄与しない磁束が多くなるので、全体のトルク発
生量が低下する。したがって、突起４６の厚さは平板磁
石４３ａ、４４ａの径方向の厚さｔの１／２以下とする
ことが望ましい。

【００１７】ステータコア４５は、磁性体からなる薄板
をスロットル軸１２の軸方向に積層して形成されてお
り、収容孔４５ａにロータ４１を回動自在に収容してい
る。ステータコア４５はロータ４１を取り囲む周上にお
いて切れ目のないスロットレスに構成されている。ソレ
ノイド部５０および５５はそれぞれ鉄心５１および５６
にコイル５２および５７を巻回して形成されており、ス
テータコア４５に圧入固定されている。これらステータ
コア４５と鉄心５１、５６とコイル５２、５７によりス
テータが形成されている。コイル５２および５７にはタ
ーミナル６０から制御電流が供給される。コイル５２お
よび５７に通電することによりステータは励磁され、ス
テータコア４５にＮ極とＳ極の二極が生成される。磁石
群４３、４４により生成されたロータ４１側の極が、通
電により生成されるステータコア４５側の極に吸引され
ることにより、ロータ４１を回動させるトルクが発生す
る。

【００１８】リターンスプリング１７は、一方の端部を
ロータコア４２に固定し、他方の端部をねじ１８に固定
し、スロットル弁１３を閉方向に付勢している。図６
は、ロータコア４２に突起４６を設けず、複数の平板磁
石４３ａ、４４ａを密着させて配置して磁石群４３、４
４を構成した場合の比較例を示す。図１に示す第１実施
例と実質的に同一部分に同一符号を付す。図６に示す比
較例のような構成のトルクモータにおいて、トルク発生
角の範囲を拡大するために各平板磁石４３ａ、４４ａの
磁石ピッチ角Ｐを大きくすると、図７に示すように平板
磁石４３ａ（または４４ａ）の中央部分とステータコア
４５との間に存在するエアギャップが増大し、平板磁石
４３ａ（または４４ａ）の中央部分を通る磁束が少なく
なるため、平板磁石４３ａ（または４４ａ）の体積の中
で有効に活用される部分が少なく無駄が多くなり、ステ
ータコア４５に対向する平板磁石４３ａ（または４４
ａ）の単位面積当たりに働く磁気力が小さくなる。この
場合、ロータ４１を回動させる軸トルクは主に平板磁石
４３ａ（または４４ａ）の縁近傍から発生する磁束によ
り発生している。

【００１９】一方、本実施例では磁石間に設けた突起４
６により磁石群４３、４４がロータコア４２上で占める
範囲が拡大されているため、比較例において周方向に磁
石の大きさを拡大した場合と同等のトルク発生角が得ら
れる。この時、磁石の大きさは拡大されていないため、
比較例において磁石の幅を拡大した場合よりも磁石中央
部のエアギャップが小さく、磁石中央部分を通る磁束が
多くなる。

【００２０】また、本実施例において比較例と同一寸法
の平板磁石を同一数量用いた場合には、比較例よりも広
い範囲のトルク発生角を得られるので、磁石の大きさや
磁石の数量を増大させることなく、トルク発生角を拡大
することができ、磁石の体積が増大することによるコス
トアップを防ぐことができる。図４は図１に示す第１実
施例と同様の構成のトルクモータ４０において、磁石ピ
ッチ角Ｐを変更したときの、ロータ４１の磁石群４３、
４４の中央がソレノイド部５０と５５との中間位置にあ
るときを０°としたロータ４１の回転角度によるトルク
の大きさの変動を示す特性図である。ここでは、一つの
平板磁石がロータコア４２上で周方向に占める角度Ｗ＝
１７．５°である。

【００２１】Ａは突起４６がロータコア４２上で周方向
に占める角度が２°であるため磁石ピッチ角Ｐが１９．
５°であり、各磁石群４３、４４がそれぞれ８個の平板
磁石４３ａ、４４ａから構成される場合の結果である。
磁石ピッチ角Ｐは、Ｗ＜Ｐ＜２Ｗの範囲内である。図６
に示す比較例のように平板磁石４３ａ、４４ａを密着さ
せて配置した場合は（Ｐ＝Ｗ）、各磁石群４３、４４が
ロータコア４２上で周方向に占める角度は１４０°にな
るが、突起４６により磁石ピッチ角ＰをＷよりも大きく
することにより、この例では磁石群４３、４４の角度範
囲を１５４°に拡大することができる。磁石群４３、４
４の角度が大きくなると、トルク発生角の範囲も大きく
なる。

【００２２】ＢはＡのような構成から各磁石群４３、４
４の平板磁石を１つおきに間引いた場合の結果である。
磁石ピッチ角Ｐは３９°であり、各磁石群４３、４４が
それぞれ４個の平板磁石４３ａ、４４ａから構成され
る。この例では、Ｐ＞２Ｗであり、各磁石群４３、４４
の中の平板磁石は隣接する平板磁石と平板磁石の周方向
の長さよりも大きい間隔をあけて配置されている。

【００２３】図４に示すように、磁石ピッチ角ＰがＷ＜
Ｐ＜２Ｗの範囲内であるＡでは、比較的広い範囲でほぼ
一定のトルクを発生させることができるが、Ｐ＞２Ｗで
あるＢでは平板磁石間の間隔が大きいため、周期的にト
ルクが増減するトルクリップルが発生している。したが
って、磁石ピッチ角ＰはＷ＜Ｐ＜２Ｗの範囲とすること
が望ましい。

【００２４】次に、スロットル弁制御装置１０の作動に
ついて説明する。 (1) 正常走行時 車両の正常走行モードにはＩＳＣ（idle speed contro
l) 、通常運転、クルーズコントロール等がある。各モ
ードにおけるスロットル弁１３の開度は、アクセル踏込
量、エンジン回転数等のエンジン運転状態に基づいてＥ
ＣＵで演算され、演算された開度に応じた制御電流がコ
イル５２、５７に供給される。

【００２５】コイル５２および５７の通電オン時に発生
するロータ４１を回動させるトルクはリターンスプリン
グ１７の付勢力よりも大きいので、ロータ４１はリター
ンスプリング１７の付勢力に抗して回動可能である。ロ
ータ４１の回動にともない回動するスロットル弁１３の
開度は回転角センサ３０により検出され、ＥＣＵにフィ
ードバックされる。そしてこの開度信号に基づいてＥＣ
Ｕからコイル５２および５７に供給する制御電流が調整
される。スロットル弁１３の開度を検出することによ
り、ロータ４１に働くトルクが温度変化等により変動す
ることを防止し、スロットル弁１３の開度を高精度に制
御できる。

【００２６】(2) フェイル時 ＥＣＵで演算されたスロットル弁１３に対する要求開度
と回転角センサ３０で検出した実際のスロッットル弁１
３の開度とが一致しない場合、ＥＣＵによるスロットル
弁１３の開度制御がフェイルしていると判断し、ＥＣＵ
からスロットル弁１３を閉じる信号が送出される。する
と、スロットル弁１３はリターンスプリング１７の付勢
力により全閉位置に戻るので、スロットル弁１３が過剰
に開くことを防止できる。

【００２７】また、ＥＣＵにはＥＣＵの故障を常時診断
するサブＥＣＵが搭載されているので、ＥＣＵがフェイ
ルすると、サブＥＣＵの指示によりコイル５２および５
７に供給する制御電流が遮断される。したがって、ＥＣ
Ｕがフェイルしてもリターンスプリング１７の付勢力に
よりスロットル弁１３を全閉することができる。 （第２実施例）本発明の第２実施例のトルクモータを用
いたスロットル弁制御装置を図５に示す。第１実施例と
実質的に同一部分に同一符号を付す。第１実施例におい
ては、トルクモータの応答速度を向上させるためにステ
ータコア４５の両側にロータ４１を挟むようにソレノイ
ド部５０、５５を設けたが、図５の第２実施例に示すよ
うに、トルクモータの体格を小さくし、軽量化するため
にソレノイド部５０が１つの構成とすることもできる。

【００２８】上記複数の実施例では、スロットル弁制御
装置に本発明のトルクモータを適用したが、あらゆる用
途の流量制御弁に本発明のトルクモータを適用できるの
はもちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるトルクモータを用い
たスロットル弁制御装置を示す図２のカバーを取り払っ
たＩ方向矢視図である。

【図２】本発明の第１実施例によるトルクモータを用い
たスロットル弁制御装置を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例における磁石の角度Ｗと磁石ピ
ッチ角Ｐの関係を説明する模式図である。

【図４】本発明の第１実施例による磁石ピッチ角を変更
したときのロータの回転角とトルクの大きさの関係を示
す特性図である。

【図５】本発明の第２実施例によるトルクモータを用い
たスロットル弁制御装置を示す図である。

【図６】比較例によるトルクモータを用いたスロットル
弁制御装置を示す図である。

【図７】比較例によるトルクモータの磁束の流れを示す
模式図である。

【符号の説明】

１０ スロットル弁制御装置 １１ スロットルボディ １２ スロットル軸 １３ スロットル弁 １７ リターンスプリング ４０ トルクモータ ４１ ロータ ４２ ロータコア（ロータ本体） ４３、４４ 磁石群 ４３ａ、４４ａ 平板磁石 ４５ ステータ ４６ 突起 ５０、５５ ソレノイド部 ５２、５７ コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ本体、ならびに前記ロータ本体の
   外周に周方向に複数の平板磁石が配列される磁石群を備
   え、該磁石群によりＮ極又はＳ極の磁極を形成している
   ロータと、 前記ロータの径方向外側に位置するソレノイド部を備え
   て励磁されるステータとを備え、 前記磁石群を構成する複数の前記平板磁石は前記平板磁
   石の周方向の幅よりも小さい間隔をあけて配置されてい
   ることを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記磁石群を構成する複数の前記平板磁
   石の間に突起が設けられていることを特徴とする請求項
   １に記載のトルクモータ。