JP2000069734A - 直流トルクモ―タ及びその製造方法 - Google Patents

直流トルクモ―タ及びその製造方法

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JP2000069734A
JP2000069734A JP11230550A JP23055099A JP2000069734A JP 2000069734 A JP2000069734 A JP 2000069734A JP 11230550 A JP11230550 A JP 11230550A JP 23055099 A JP23055099 A JP 23055099A JP 2000069734 A JP2000069734 A JP 2000069734A
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rotor
torque motor
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ルオ ジアン
David Turner
ターナー デビッド
Charles A Detweiler
アブラハム デットウイーラ チャールズ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コーティング膜の検出方法及びこれに用いるイ
オン注入装置を提供すること。 【解決手段】直流トルクモータ10は、ベース12から片持
ち式に取付られたステータ24と、これに組み合うカップ
形状のロータ56を有する。ロータの内側周縁には永久磁
石60,62 が配置され、ステータコアには、コイル34,36
を有する半径方向外側に伸びかつ一部材または積層体と
して一体に形成された複数のウエブ40,42を有する。磁
極片がウエブと共に一体にまたは個別部材として取り付
けられ、この磁極片は、ウエブを越えて軸方向及び横方
向に伸びており、さらに切頭の円筒磁極シュー表面52,5
4 を有して、ロータの磁石に対して半径方向の空隙を形
成する。軸方向の磁極片延長部分51,53 は、電気的に励
磁されるコイルのアンペア巻数の増加なしで、所定のモ
ータ容積に対して全磁束を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータのロータが
１回転よりも小さい回転角度だけ正転または逆転する形
式の直流トルクモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、この種のトルクモータは、あ
る仕事関数を実行するために、シャフトが３６０°以下
の回転を必要とするサーボアクチュエータ装置に使用さ
れる。特に、電気コントローラによって供給される制御
信号に応答して、内燃機関の空気取入れ用のスロットル
弁を作動させるために、トルクモータを利用することが
望まれてきた。
【０００３】これは、一部には、モータサイクルにおけ
る最近の厳格なエンジン排気要求に基づくものであり、
エンジン作動パラメータの電気制御に必要とされてき
た。
【０００４】このような内燃機関のスロットル弁及び特
に車両のエンジンスロットルにおける利用において、ト
ルクモータはエンジンスロットル本体に取付けなければ
ならないゆえに、また、エンジン構造によって生じる温
度上昇や振動にさらされるゆえに、その大きさ及び重量
を最小化することが望ましい。
【０００５】さらに、トルクモータは、一般的に自動車
に適用する場合、直流１２〜２４ボルトの比較的低い電
圧で作動するゆえに、最小のモータコイルの励磁電流を
用いてかなりのトルク出力を得なければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、このよう
な事情に鑑みて、本発明の目的は、比較的低コストでコ
ンパクトなトルクモータを提供することであり、このト
ルクモータは、比較的定電圧で作動でき、また、モータ
シャフトの正転及び逆転方向に所定の回転角度だけ回転
するために最大のトルク出力を与え、さらに、所定レベ
ルの電気的励磁に対して、モータの質量及び大きさに関
して最大の出力を得ることができるようにしたトルクモ
ータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を有する。本発明
は、本発明は、磁束ループ構成要素として、低コストの
鉄材料、例えば低炭素鋼で形成されたステータおよびロ
ータを有し、ステータが、内側周縁の回りに永久磁石を
配置したカップ形状の円筒ロータ内に重ね合わされてい
る。このモータは、ベース取付壁から片持ち形式で取付
けられ、特に、内燃機関のエンジン空気口のスロットル
本体に取付け可能で、エンジンスロットル弁を作動させ
る。
【０００８】モータのステータは、半径方向に伸びる複
数のウエブを有し、各ウエブには、ステータコイルが巻
き付けられ、このウエブを越えて横方向に伸びる円筒形
の磁極片が形成される。また、磁極片の各々は、ウエブ
を越えて軸方向に伸び、透磁率の高い材料によって集め
られる磁束の量を最大にする。各磁極片は、切頭した円
筒表面または磁極面を有し、この磁極面は、半径方向に
エアギャップ間に磁束を導くために、ロータ上に設けた
回転永久磁石に配置される。
【０００９】ステータウエブと磁極面は、１つの部材と
してまたは積層体として一体に形成することができる。
これとは別に、ステータの磁極面は、コイルが配置され
た後、一体に形成されたステータコア上のステータウエ
ブに取り付けられた別個の部片とすることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１及び図２(a) において、本発明のモ
ータアセンブリ１０が示され、このモータアセンブリ
は、軸受１４を有するベースまたは取付構造体１２を含
んでいる。軸受１４は、シャフト１８に固定されたイン
ナーレース１６と、このインナーレースとの間に複数の
ボールレース２２を配置してベース１２に軸受されたア
ウターレース２０とを備えている。
【００１１】ステータのサブアセンブリ２４は、適当な
固定具、ここでは、軸受キャップ３０内の開口２９を貫
通して受け入れられ、ステータのサブアセンブリ２４内
の貫通孔に伸びている複数の貫通ボルト２６，２８によ
ってベース１２に片持ち形式で保持されている。また、
第２の軸受３２が軸受キャップ３０内に設けられてい
る。この軸受３２も軸受１４と同様の構造となって、ベ
ース１２から離れたステータ２４の反対側端部にシャフ
トの端部を支持している。
【００１２】ステータのサブアセンブリ２４は、ウエブ
部分４０，４２の回りにそれぞれ巻き付けられた複数の
コイル３４，３６を有し、このウエブ部分は、シャフト
１８の両側の半径方向に対向する方向に伸び、シャフト
１８がステータ内に設けたクリアランス付きの中心孔４
６を貫通している。
【００１３】図１及び図２(a) のステータの実施形態
は、参照符号４８で示された重ね合わされた積層体で形
成され、重なり積層体の両側にある端部積層体５０は、
ウエブ４０，４２を越えて伸びる軸方向延長部分５１，
５３を備えている。
【００１４】ステータウエブの外表面は、半円筒極のシ
ュー表面５２，５４、に形成され、端部積層体５０上の
表面５２，５４（ウイング部分）は、ウエブ４０，４２
を越えて軸方向に伸びている。ステータ磁極片の両端部
の軸方向延長部分５１，５３は、磁束を集中させるため
に表面積を増加させている。
【００１５】図１及び図３において、略カップ形状のロ
ータ５６は、ステータ２４上に重なり合い、半径方向に
伸び、かつ軸受３２を貫通して伸びるシャフト１８の端
部に取り付けられるウエブ５８を有する閉じた端部を備
える。図１に示す実施形態では、ロータ５６は、２つの
部片で形成されているが、この代わりに、ロータは、例
えば、深絞りまたは高圧押出し成形によって１つの部片
で構成してもよい。
【００１６】ロータ５６は、その内側周縁の回りに複数
の細長い永久磁石６０，６２を有し、磁石の数は、磁極
シュー表面の数に対応している。図２(a) の実施形態で
は、ロータは、図３の実線で示すように２つの永久磁石
を備えている。
【００１７】図２(b) において、ステータの別の実施形
態が参照符号２４’として示されている。このステータ
のウエブと磁極シューは、磁極片５０’とともに一部品
として一体に形成され、ウエブ４２’と一体に形成され
た外側磁極面５２’，５４’を作る。
【００１８】ステータ５０，５０’の外側部片は、ウエ
ブ４０，４２を越えて横方向に伸びていることが容易に
わかるが、この特徴は、本発明の実施形態に共通するこ
とである。
【００１９】図１において、モータ１０は、その端部が
ベース１２に取付けられてロータを覆う包囲体を形成す
る外側カバー６４を有する。ベースは、そこに電気接続
コンセント６６を有し、このコンセントは、コイル３
４，３６へのリード線６７により接続された接続端子を
少なくとも１つ備えている。
【００２０】図３および図４において、２極モータ用の
ステータのサブアセンブリ２４’の別の実施形態が示さ
れ、このサブアセンブリは、１部材として一体構成され
たウエブ部分４０”，４２”を有し、このウエブ部分の
中心にシャフト用の貫通孔が形成されている。コイル３
６”，３８”はウエブ部分４０”，４２”に予め巻き付
けられて配置されている。円筒磁極面５２”，５４”
は、個別の磁極シュー部材７０，７２上に形成され、こ
のシュー部材は、固定具７４等の適当な手段によってウ
エブ部分４０”，４２”にそれぞれに取り付けられてい
る。固定具は、部材７０，７２に設けた開口を通りステ
ータのウエブ部分４０”，４２”に螺合するか、あるい
は溶接により固定されている。
【００２１】図５において、４極モータ用のステータの
サブアセンブリの別の実施形態が参照符号１２４で示さ
れ、１つの細長い部材として形成されたステータコアを
有する。このコアは、４極または十字形に配置された半
径方向外側に向いた４つのウエブ１２６，１２８，１３
０，１３２を有する。
【００２２】このステータコアの個別の磁極片すなわち
磁極シュー１３４，１３６，１３８，１４０が設けら
れ、これらは、磁極片の開口を介して受け入れられてス
テータコアのウエブに螺合する固定具１４０等の適当な
手段によって各ウエブ１２６，１２８，１３０，１３２
のそれぞれに取り付けられている。
【００２３】磁極片１３４，１３６，１３８，１４０の
各々は、切頭の円筒磁極片の外側表面１４４，１４６，
１４８，１５０を有し、この表面は、ロータ磁石に対し
て半径方向の空隙を形成する。
【００２４】ステータコイルの一対の巻線１３１，１３
３は、好ましくは、取り外し可能なコア（図示略）上に
巻き付けられ、対向配置された一対のステータコアにそ
れぞれウエブ１２６，１３０ととも組み付けられる。磁
極片、即ち、シューは、コイルを保持するウエブに取付
られ、また、これらの磁極片１３４，１３６，１３８，
１４０は、各ウエブ１２６，１２８，１３０，１３２の
縁を越えて軸方向にかつ横方向に伸びていることが理解
できるであろう。
【００２５】図５における４磁極片のステータは、ロー
タ５６のロータを用いることを意図しており、ロータの
内側周縁の回りに配置された４つの永久磁石を設ける変
更がなされ、この変更は、図３の破線で、参照符号５
６’で示されている。図５の実施形態は、２つのコイル
だけを備えた４磁極片のトルクモータを構成する。
【００２６】図６は、４磁極片のステータサブアセンブ
リ１２４’の別の実施形態を示し、このアセンブリは、
断面略十字形の細長い半径方向外側に伸びるウエブ１２
６’，１２８’，１３０’，１３２’を有する統合また
は単一のステータコアを用いており、各ウエブは、一体
に形成された磁極片またはシュー１３４’，１３６’，
１３８’，１４０’を有する。各磁極片は、切頭の円筒
磁極片の外側表面１４４’，１４６’，１４８’，１５
０’を有する。各ウエブ１２６’，１２８’，１３
０’，１３２’は、技術的に良く知られたフライ巻線(f
ly winding) によってウエブ回りにステータコイル１５
２，１５４，１５６，１５８が巻き付けられる。図６の
ステータサブアセンブリ１２４’は、図３の別の４つの
磁石モータに利用される。
【００２７】図７において、図１の別の実施形態を示す
モータが示されている。このモータは、車両スロットル
のアクチュエータアセンブリ８０に使用され、スロット
ル本体を構成するベース８２を有し、ベースの空気入口
通路８４にバタフライ弁部材８６を備え、この弁部材
は、通路８４の両側に配置された一対の軸受１００，１
０２に支持されたシャフト８８に取付られている。
【００２８】シャフト８８は、軸受１００を貫通し、ベ
ース８２内に形成された凹部またはキャビティ１０４内
に伸びており、このキャビティ内に、トルクモータのシ
ャフトの一端部に取付られ、閉鎖端部１０８を有するカ
ップ形状のロータ１０６を有する。ロータ１０６は、複
数の永久磁石９０，９２が図３の実施形態で説明したと
同様にロータの内側周縁の回りに配置されている。
【００２９】ステータコア９４は、ロータ１０６内に組
み合わされ、例えばねじ９８等の適当な手段によってベ
ースに固定されるプレート９６に取付けられている。ス
テータコアは、図２ａ、図２ｂ、図３ないし図６に示さ
れたいかなる形状で構成することもできる。ステータコ
アは、上述したように、特定のステータサブアセンブリ
に関係して、コア回りに複数のコア巻線１１０，１１２
を有する。また、ステータ磁極片の数は、他の実施形態
で説明したように、磁石の数に対応することが理解でき
るであろう。
【００３０】図７の実施形態では、トルクモータを備え
た電気作動のエンジンエアスロットルが設けられてい
る。このトルクモータは、図１の実施形態の変形例でシ
ャフトがステータコアを貫通していない。図７の実施例
におけるモータは、シャフトの逃げ孔をなくすために、
ステータに透磁率の高い材料を増加させており、スロッ
トル本体からステータを支持できるように工夫されてい
る。
【００３１】本発明の実施形態において、２極モータ
は、表１で設定されたパラメータを有し、図８に示すト
ルク特性を与えることができ、また、表１によれば、図
９に示すトルク特性を与えることができる。 こうして、本発明は、カップ形状のロータ内に組み合わ
されたステータを有する、独特で新規なトルクモータを
提供する。このステータは、ステータコイルが配置され
るその回りにステータウエブを越えて軸方向及び横方向
に伸びる磁極シュー片を有している。
【００３２】本発明の種々の実施形態は、一般的に軸方
向延長部５１，５３を使用し、これらは、電気的に励磁
されるコイルのアンペア巻数の増加なしで、所定のモー
タ容積に対して全磁束を増加させる。
【００３３】ロータは、ロータの内側周縁の回りに配置
され、ステータの磁極数と対応する数の永久磁石を用い
ている。本発明のトルクモータの構成は、１回転よりも
小さい角度変位で正逆両方向にロータが移動でき、モー
タの最小容積と質量から高トルクが得られるものの応用
に用いられる。本発明のトルクモータは、内燃機関エン
ジン用の入口スロットルアクチュエータに特に好まし
い。
【００３４】本発明は、上述に例示された実施形態に関
して記載してきたが、本発明は、特許請求の範囲にのみ
限定されるものであり、上記記載に関する種々の変更、
修正が可能であることは理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルクモータにおける積層されたステ
ータの実施形態を示す断面図である。
【図２】図２(a) は、図１の実施形態における積層され
た１つのステータ部片を示す斜視図であり、図２(b)
は、図１のモータにおけるステータの別のステータ部片
を示す斜視図である。
【図３】ステータの他の実施形態を用いた図１のモータ
のロータとコイルを備えたステータの分解斜視図であ
る。
【図４】図３のモータのステータのサブアセンブリの分
解斜視図である。
【図５】図４のステータのサブアセンブリの別の実施形
態を示す分解斜視図である。
【図６】図１のモータに使用するステータのサブアセン
ブリの他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】エンジンの空気スロットル弁を作動させるため
に設けた本発明のトルクモータの他の構造を示す断面図
である。
【図８】コイル電流の種々の値における本発明の２極形
式のシャフト回転角度の関数としてプロットされたモー
タ軸トルク（Ｎ．Ｍ．）曲線群を示すグラフである。
【図９】本発明の４極形式における図８と同様な曲線群
を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ モータアセンブリ １２ ベース １４ 軸受 １８ シャフト ２４，２４’ サブアセンブリ ３４，３６ コイル ４０，４２ ウエブ部分 ５０ 磁極片 ５２，５４ シュー表面 ５６ ロータ ６０，６２ 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デビッド ターナー アメリカ合衆国 ミシガン 48304 ブル ームフィールド ヒルズ ウイッテイア ドライブ 2837 (72)発明者 チャールズ アブラハム デットウイーラ アメリカ合衆国 ミシガン 48429 サウ ス ドュランド ロード 7712

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】(a) ベース構造体と、(b) 高透磁率材料で
    形成された複数の磁極片を有し、該磁極片がそれぞれ略
    円筒形の表面部分を備えた半径方向に伸びるウエブ部分
    を有し、前記表面部分には、前記ウエブ部分を越えて軸
    方向に伸びるウイング部分が形成されているステータ
    と、(c) このステータを前記ベース構造体に取り付ける
    手段と、(d) 前記ステータ上に重なり合い、内側周縁に
    複数の磁石が配置され、前記磁石の１つが前記磁極片に
    対応し、前記ステータに対して回転するために前記ベー
    ス構造体に取り付けられたロータと、(e) 前記磁極片の
    ウエブに巻き付けられ、前記ロータが、電気的な励磁に
    よって時計方向及び反時計方向にそれぞれ１／２回転以
    下で回転するように作動させる少なくとも２つのコイル
    と、を有するトルクモータ。
  2. 【請求項２】ステータは、積層材料から形成されている
    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】前記ステータのウイング部分は、前記コイ
    ルの外側周縁とほぼ一致する位置まで軸方向に伸びてい
    ることを特徴とする請求項１記載のトルクモータ。
  4. 【請求項４】前記ステータを前記ベース構造体に取り付
    ける手段は、複数の貫通ボルトを含んでいることを特徴
    とする特徴とする請求項１記載のトルクモータ。
  5. 【請求項５】前記磁極片の表面部分は、前記コイルの周
    縁を越えて横方向に伸びていることを特徴とする請求項
    １記載のトルクモータ。
  6. 【請求項６】前記ベース構造体は、前記ステータの中心
    を貫通して伸びるシャフトを含み、前記ロータが、この
    シャフトに軸受されて回転できることを特徴とする請求
    項１記載のトルクモータ。
  7. 【請求項７】前記ロータは、カップ形状に形成されてい
    ることを特徴とする請求項１記載のトルクモータ。
  8. 【請求項８】前記ステータのウエブ部分は、一部材とし
    て一体構成され、前記表面部分は、それぞれ前記ウエブ
    部分の１つに取り付けられたシュー部材上に形成されて
    いることを特徴とする請求項１記載のトルクモータ。
  9. 【請求項９】前記ステータは、断面部分が十字形状を有
    し、このステータ部分の互いに対向する２つのウエブ部
    分の各々に巻き付けられるコイルを備えることを特徴と
    する請求項１記載のトルクモータ。
  10. 【請求項１０】(a) 半径方向外方に伸びるウエブ部分を
    有しかつこのウエブ部分に略円筒の外表面を有するとも
    にベース構造体に取付られる、複数の磁極片を備えた強
    磁性体のステータを形成し、(b) 少なくとも２つの前記
    ウエブ部分にワイヤのコイルを巻き付け、前記コイルの
    外側周縁に対して前記ウエブ部分を越える前記磁極片の
    表面を、前記円筒表面に関して軸方向に伸ばし、(c) カ
    ップ形状のロータを形成し、このロータの内側周縁の回
    りに複数の磁石を配置し、(d) 前記ロータを前記ステー
    タの上に組み合わせ、前記ロータを前記ベース構造体に
    軸受する、各工程を有することを特徴とするトルクモー
    タの製造方法。
  11. 【請求項１１】前記ベース構造体に軸受する工程は、前
    記シャフトを前記ステータを貫通させて伸ばしているこ
    とを特徴とする請求項１０記載の製造方法。
  12. 【請求項１２】前記ステータを構成する工程は、ステー
    タのラミネートを含んでいることを特徴とする請求項１
    ０記載の製造方法。
  13. 【請求項１３】前記ロータの回転軸に直交する軸回りに
    巻かれた前記コイルの外側周縁を越えて横方向に伸びる
    前記磁極面を伸ばすことをさらに含んでいることを特徴
    する特徴とする請求項１０記載の製造方法。
JP11230550A 1998-08-25 1999-08-17 直流トルクモ―タ及びその製造方法 Withdrawn JP2000069734A (ja)

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