JP2000078822A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラットなトルク特性を有するトルクモータ
を提供する。 【解決手段】 ステータコア４０のティース部４２、４
３は、ロータ３０の回転方向に対して前縁部４２１、４
３１から後縁部４２２、４３２にかけてロータ軸方向へ
の長さが徐々に長くなるようにステータコア４０に傾斜
部４５、４４が形成されている。このようにティース部
４２、４３の長さを変化させることにより、トルクの発
生部の面積がロータ３０の回転にともなって増大するた
め、ロータ３０の回転後半におけるステータコア４０の
磁束密度が低下し、磁気飽和しにくくなり、発生するト
ルクが増大する。一方、ロータ３０の回転前半はティー
ス部４２、４３のトルク発生部の面積が小さいため発生
するトルクが減少する。したがって、回転前半のトルク
が減少し、回転後半のトルクが増大するため、平坦なト
ルク特性を有するトルクモータを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量制御弁などに
用いられるトルクモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トルクを発生させるトルクモ
ータとして、ロータコアの外周に永久磁石を設けてロー
タを構成し、ロータ外周を囲むようにステータを配置し
たものが知られている。これらのトルクモータは小型
化、軽量化のためトルクモータを構成するステータコ
ア、ロータコアなどの構成部材を小さくする必要があ
る。また、スロットル弁制御装置に用いるトルクモータ
の特性として、所定の角度範囲で発生するトルクが平坦
なトルク特性を持つトルクモータを用いることが望まし
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図８に示すように従来のトルクモータ１０によると、ス
テータコア４０のロータ３０に対向する面にあたるティ
ース部４２、４３のロータ軸方向の長さがロータ回転方
向の前縁部４２１、４３１から後縁部４２２、４３２ま
で一様なため、トルクの発生部がティース部４２、４３
の前縁部４２１、４３１にしかなく、この部分を通過し
たロータ３０の永久磁石３３、３４の磁束がトルク発生
に寄与しないばかりか、回転の後半にステータコア４０
内部の磁束を飽和し、透磁率を低下させていた。そのた
め、ステータコア４０を小型化するとステータコア４０
内部の磁束が飽和し、磁束の飽和を防ぐためにはステー
タコア４０を大型にしなければならないという問題があ
った。

【０００４】また、磁力によってロータ３０を一方向に
回転させ、スプリングを用いて他方向に回転するように
構成したトルクモータ１０においては、磁力による回転
の後半はスプリングによる付勢力が増す。一方、前述の
ようにトルクモータ１０のトルクは回転後半に減少する
ため、スプリングの張力に打ち勝つにはトルクモータの
トルクをスプリングの付勢力より大きくする必要があ
る。そのため、ステータコア４０が大型になるという問
題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、ロータの所定の角
度範囲で一定のトルクを得ることができるトルクモータ
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
トルクモータによると、ロータの回転に伴なってティー
ス部のロータ軸方向の長さが増大するようにステータコ
アに傾斜部が形成されている。そのため、トルクの発生
部の面積がロータの回転にともなって増大し、ロータの
回転後半におけるステータコアの磁束密度が低下するの
で磁気飽和しにくくなり、発生するトルクが増大する。
一方、ロータの回転前半はティース部のトルク発生部の
面積が小さいため発生するトルクが減少する。したがっ
て、回転前半のトルクが減少し、回転後半のトルクが増
大するため、所定の角度範囲で平坦なトルク特性を有す
るトルクモータを得ることができる。

【０００７】本発明の請求項２および３記載のトルクモ
ータによると、ステータコアの傾斜部は平面または曲面
であるので、トルクモータが有するトルク特性に応じて
傾斜部の形状を変化させることができ、平坦なトルク特
性を有するトルクモータを得ることができる。

【０００８】本発明の請求項４記載のトルクモータによ
ると、ステータコアの傾斜部は階段状にすることもでき
るので、磁性体の薄板を積層してステータコアを製造す
るときも容易に傾斜部を形成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による複数の実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例によるトルクモータ
１０をアクチュエータとして用いるスロットル装置１を
図３に示す。図３に示すスロットル弁１３は全閉位置に
ある。スロットル装置１のスロットルボディ１１はベア
リング１５およびベアリング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。

【００１０】スロットル軸１２の一方の端部にスロット
ル軸１２とともに回動するスロットルレバー１７が圧入
固定されている。ストッパスクリュウ１８はスロットル
レバー１７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１８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。スプリング１９は閉弁方向にスロット
ル軸１２を付勢し、スプリング２０は開弁方向にスロッ
トル軸１２を付勢している。

【００１１】回転角センサ２１は、スロットルレバー１
７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、スロットル軸１２とともに回動するコンタクト部
が抵抗体を塗布した基板と摺動する。基板に塗布された
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２１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。ロータ３０、ステータコア４０、ならびにステー
タコア４０内に収容されたコイル部５０によりスロット
ル軸１２の他方の端部にトルクモータ１０が構成されて
いる。コイル部５０にコネクタ５４から電力が供給され
る。

【００１２】図１および図２に示すようにトルクモータ
１０は、外周に永久磁石３３、３４が配設されたロータ
３０と、ロータ３０の外周に配置されたステータコア４
０を備えている。ロータ３０は、スロットル軸１２の端
部に圧入固定したロータコア３１と、ロータコア３１の
外周面に配設された永久磁石３３、３４とからなる。

【００１３】ロータコア３１は、鉄などの磁性材料によ
り円筒状に形成されている。永久磁石３３、３４は一方
向に着磁されており、永久磁石３３と永久磁石３４と
で、ロータコア３１に対し着磁方向を反対にして固定さ
れている。これにより、ロータ３０にＮ、Ｓの二極が形
成される。永久磁石は、ネオジム系、サマリウム−コバ
ルト系などの高い磁力を発生するいわゆる希土類磁石で
ある。永久磁石３３、３４はロータコアの外周面に永久
磁石の磁力により、あるいは接着して固定されている。

【００１４】ステータコア４０は、鉄などの磁性体によ
り形成されており、収容孔４１にロータ３０を回動自在
に収容している。コイル部５０は鉄心５１にコイル５２
を巻回して形成されており、コイル５２のピンホールで
鉄心５１とコイル５２とが短絡しないようにボビン５３
がその間に設けてある。コイル部５０はステータコア４
０に圧入固定されている。コイル５２には図示しないＥ
ＣＵからの指令により制御電流が供給される。コイル５
２に通電することによりステータコア４０は励磁され、
永久磁石３３、３４により生成されたロータ３０側の極
が、通電により生成されるステータコア４０側の極に吸
引されることにより、ロータ３０を回動させるトルクが
発生する。ロータ３０の回転方向は図１の矢印Ｒ方向で
あり、トルクはスロットルが全閉の位置θＡからスロッ
トルが全開の位置θＢにかけて発生する。

【００１５】ステータコア４０のロータ３０に対向する
面にあたるティース部４２、４３は、図２（Ｂ）、図２
（Ｃ）に示すようにロータ３０の回転方向に対して前縁
部４２１、４３１から後縁部４２２、４３２にかけてロ
ータ軸方向への長さが徐々に長くなるようにステータコ
ア４０に傾斜部４５、４４が形成されている。本実施例
においては、ステータコア４０の断面が直線状になるよ
うに傾斜面を形成することにより、ティース部４２、４
３が前縁部４２１、４３１から後縁部４２２、４３２に
かけてロータ軸方向への長さが長くなるように形成して
いる。傾斜部４５、４４は鍛造あるいは切削により形成
され、図４に示すようにステータコア４０のティース部
４２、４３の近傍のみに形成、または傾斜部４４、４５
の形成を容易に行うために図４の破線で示す部分を除去
しステータコア４０の全体に傾斜部４４、４５を形成す
ることもできる。

【００１６】このようにティース部４２、４３の長さを
変化させることにより、トルクの発生部の面積がロータ
３０の回転にともなって増大する。そのため、ロータ３
０の回転後半におけるステータコア４０の磁束密度が低
下し、磁気飽和しにくくなり、発生するトルクが増大す
る。一方、ロータ３０の回転前半はティース部４２、４
３のトルク発生部の面積が小さいため発生するトルクが
減少する。したがって、図７に示すように、トルク発生
部の面積がスロットルの全閉の位置θＡからスロットル
の全開の位置θＢまで等しいティース部４２、４３を有
する従来のトルクモータと比較すると、回転前半のトル
クが減少し、回転後半のトルクが増大するため、平坦な
トルク特性を有するトルクモータを得ることができる。

【００１７】トルクモータ１０が発生するトルク特性
は、コイル５２における導線の巻数、コイル５２に巻か
れた導線を流れる電流の大きさ、ロータ３０に設けられ
る永久磁石の材質、永久磁石の形状などによって様々に
変化する。そのため、ティース部４２、４３の前縁部４
２１、４３１および後縁部４２２、４３２のロータ軸方
向長さ、傾斜部４４、４５の傾きなどをトルクモータ１
０のトルク特性に応じて最適な長さ、形状とすることに
より平坦なトルク特性を有するトルクモータ１０を得る
ことができる。

【００１８】（第２実施例）図５は、本発明の第２実施
例によるトルクモータを示している。第１実施例と実質
的に同一部分に同一符号を付す。第２実施例において
は、ステータコア４０の傾斜部４４、４５の断面が曲線
となるように曲面状の傾斜部４４、４５を形成してい
る。したがって、例えばトルクが直線的に変化して減少
するようなトルク特性を有するトルクモータではなく、
トルクが曲線的に変化して減少するようなトルク特性を
有するトルクモータであっても、トルクモータの有する
トルク特性に合わせて平坦なトルク特性が得られるよう
にティース部の形状を形成することができる。

【００１９】（第３実施例）図６は、本発明の第３実施
例によるトルクモータを示している。第１実施例と実質
的に同一部分に同一符号を付す。第３実施例において
は、大きさの異なる磁性体の薄板を積層してステータコ
ア４０を構成しており、ステータコア４０の傾斜部４
４、４５の断面は階段状になっている。この場合、ステ
ータコア４０の一方は、図６の破線で示すように階段状
の傾斜部４５が底面に形成される。このように構成する
ことにより、磁性体の薄板を積層して製造するステータ
コア４０においても、傾斜部４４、４５を設けることが
できるので、平坦なトルク特性を有するトルクモータを
得ることができる。

【００２０】上記の複数の実施例においては、ステータ
コアの両端に傾斜部を形成したが、傾斜部をステータコ
アの一方の端部にのみ形成することもできる。また、本
実施例ではステータコアの上面に傾斜部を形成しティー
ス部のロータ軸方向の長さを調節しているが、ステータ
コアの底面に傾斜部を形成しティース部のロータ軸方向
の長さを調節しても同様の効果を得ることができる。ま
た、上記の複数の実施例を組合せて実施することも可能
であり、トルクモータのトルク特性に応じて好ましい形
状に形成することができる。

【００２１】また、上記の上記の実施例では、スロット
ル装置のアクチュエータとして本発明のトルクモータを
用いたが、スロットル装置以外にもロータコアの外周に
永久磁石を配置する構成のトルクモータであれば、他の
流量制御弁のアクチュエータとして用いてもよい。

【００２２】以上、複数の実施例を用いて説明したよう
に、本発明のトルクモータによると、ティース部に傾斜
部を形成することで所定の角度範囲で平坦なトルク特性
を有するトルクモータを得ることができる。

【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示す
平面図である。

【図２】（Ｂ）は図１のＢ−Ｂで切断した断面図、
（Ｃ）は図１のＣ−Ｃで切断した断面図である。

【図３】本発明の第１実施例によるトルクモータを用い
たスロットル装置を示す断面図である。

【図４】本発明の第１実施例によるトルクモータにおい
てロータを取り除いた状態を図１の矢印IＶ方向より見
た概略斜視図である。

【図５】（Ａ）は本発明の第２実施例によるトルクモー
タのロータ近傍を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂで切断した断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃで切
断した断面図である。

【図６】（Ａ）は本発明の第３実施例によるトルクモー
タのロータ近傍を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂで切断した断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃで切
断した断面図である。

【図７】本発明の第１実施例によるトルクモータのトル
ク特性と、従来のトルクモータのトルク特性を示すグラ
フである。

【図８】（Ａ）は従来のトルクモータのロータ近傍を示
す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂで切断した断
面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃで切断した断面図であ
る。

【符号の説明】

１ スロットル装置 １０ トルクモータ ３０ ロータ ３１ ロータコア ３３、３４ 永久磁石 ４０ ステータコア ４１ 収容孔 ４２、４３ ティース部 ４２１、４３１ 前縁部 ４２２、４３２ 後縁部 ４４、４５ 傾斜部 ５０ コイル部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石が配設され磁極を有するロータ
   と、 前記ロータの径方向外側に配置されるステータコアと、 前記ステータコアに装着され、通電中に発生する磁気力
   により前記ステータコアを励磁し前記ロータを回転させ
   るコイル部とを備え、 前記ステータコアは、少なくともロータ近傍の軸方向の
   長さが前記ロータの周方向に沿って増大する傾斜部を有
   することを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記傾斜部は、平面の傾斜面であること
   を特徴とする請求項１記載のトルクモータ。
3. 【請求項３】 前記傾斜部は、曲面であることを特徴と
   する請求項１記載のトルクモータ。
4. 【請求項４】 前記傾斜部は、階段状であることを特徴
   とする請求項１記載のトルクモータ。