JP2000152533A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦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】 ロータ４１は、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４４、４５とから構成されている。ロータ４１の
周方向における各磁石４４ａ、４５ａの中央部と対向す
るロータコア４２の外周位置に軸方向に延びる凹部４３
が形成されており、凹部４３により磁気抵抗部としての
凹部空間４３ａが形成されている。ロータコア４２の周
方向において、凹部空間４３ａの磁気抵抗が高くなって
いるので、ロータ４１の周方向における各磁石群４４、
４５が発生する磁束数が均一化される。したがって、所
定のロータ回転範囲において、ロータ４１の回転角度に
よりトルクの変動するトルクリップルが抑制され、平坦
なトルク特性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、円弧状磁石をロータコアの外
周に沿って配設することによりロータに磁極を形成し、
このロータを用いてトルクモータを構成したものが知ら
れている。このようなトルクモータは、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】円弧状磁石の製造には通常、切削工程を必
要と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
磁石を密着または間隔をあけてロータコアの外周に配列
し、全体としてロータ磁極を構成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、平板磁
石に限らず複数の磁石を周方向に配列した場合、磁石と
磁石との境界において発生する磁束数が減少する。磁石
を密着させて配置した場合でも、着磁方向の違いにより
周方向に隣接している磁石と磁石との境界において発生
する磁束数が減少することがある。磁石として平板状の
磁石を用いた場合、磁石とステータ内壁との間のギャッ
プが周方向で変動するので発生するトルクが変動する。
これらの理由により、ロータの回転角によって周期的に
変動するトルクリップルがトルクモータのトルクに発生
し平坦なトルク特性が得られないため、高精度な制御が
難しいという問題があった。本発明の目的は、平坦なト
ルク特性を有するトルクモータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１、２ま
たは４記載のトルクモータによると、ロータの周方向に
おいて磁石群が発生する磁束数をほぼ均一にする磁束均
一手段を備えているので、所定のロータ回転範囲内にお
いて、ロータの回転角度に関わらずトルクモータに発生
するトルクリップルが抑制され、平坦なトルク特性を得
ることができる。これにより、ロータの回転角度を高精
度に制御することができる。

【０００６】複数の磁石で磁石群を構成すると、ロータ
の周方向において磁石群が発生する磁束数は、磁石と磁
石との境界において少なく、ロータの周方向における磁
石の両端から周方向中央部に向けて多くなっている。し
たがって、本発明の請求項３または５記載のトルクモー
タのように、ロータの周方向における磁石の両端から中
央部に向けロータの径方向または軸方向において磁石の
長さを短くすることにより、ロータの周方向において磁
石群が発生する磁束数を均一にすることができる。

【０００７】本発明の請求項６または８記載のトルクモ
ータのように、磁性体からなるカバーまたはロータコア
において、ロータの周方向における磁石の中央部と対向
する位置に磁気抵抗部を形成することにより、ロータの
周方向における磁石の中央部で発生する磁束数が抑制さ
れるので、ロータの周方向において磁石群が発生する磁
束数を均一にすることができる。本発明の請求項７記載
のトルクモータによると、カバーにスリットを形成する
という簡単な構成で磁気抵抗部を形成できるので、カバ
ーの製造が容易である。

【０００８】

【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装置を図２に示す。図２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。

【０００９】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。

【００１１】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。

【００１２】スロットル軸１２の他方の端部に、ロータ
４１およびステータ５０を有するトルクモータ４０が配
設されている。トルクモータ４０の端部はカバー２０に
より覆われている。リターンスプリング１７は、一方の
端部を図３に示すロータコア４２に固定し、他方の端部
を図３に示すステータコア５１に固定し、スロットル弁
１３を閉方向に付勢している。

【００１３】図３に示すように、ロータ４１は、スロッ
トル軸１２に圧入固定したロータ本体であり、かつ磁束
均一手段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４４、
４５とから構成される。磁性鋼板で円筒状に形成された
カバー４６は磁石群４４、４５の外周を覆っている。図
１に示すように、ロータ４１の周方向における各磁石４
４ａ、４５ａの中央部と対向するロータコア４２の外周
位置に軸方向に延びる凹部４３が形成されており、凹部
４３により磁気抵抗部としての凹部空間４３ａが形成さ
れている。図１の（Ｂ）は磁石４５ａおよびカバー４６
を平面に展開した状態を示す。

【００１４】磁石群４４、４５は複数の同一寸法の平板
状の磁石４４ａ、４５ａをロータコア４２の外周に接着
して構成されている。これら磁石４４ａ、４５ａの各々
はその磁石群内において周方向に密着して配列されてい
る。磁石群４４の磁石４４ａと磁石群４５の磁石４５ａ
とは、それぞれ同数がロータコア４２の外周の１８０°
反対側に対称に設けられている。

【００１５】各磁石４４ａ、４５ａはロータ４１の径方
向に着磁されており、磁石群４４、４５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極とするロータ磁極が生成される。
磁石４４ａ、４５ａ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。

【００１６】図３に示すように、ステータ５０はステー
タコア５１とソレノイド部５２とを備える。ステータコ
ア５１により、ロータ４１を収容する収容孔５１ａが形
成されている。

【００１７】ステータコア５１は、磁性鋼板の薄板をス
ロットル軸１２の軸方向に積層して形成されている。ス
テータコア５１は、１８０°の両側に対称にスロット５
５、５６を設けた構造となっている。このスロット５
５、５６によりステータ５０が形成する一対のステータ
磁極の境界が形成されている。

【００１８】ソレノイド部５２は鉄心５３にコイル５４
を巻回して形成されている。鉄心５３はステータコア５
１に連結している。コイル５４に通電することによりス
テータコア５１が励磁され、Ｎ極およびＳ極からなるス
テータ磁極が生成される。磁石群４４、４５により生成
されたロータ４１側のロータ磁極と、通電により生成さ
れたステータ５０側のステータ磁極とにより、ロータ４
１を回動させるトルクが発生する。

【００１９】図４に示す比較例のようにロータコア４９
に凹部空間がない場合、図５のグラフ１０２に示すよう
に、ロータの周方向位置により磁束数が変動する。すな
わち、各磁石群４４、４５において磁石の境界における
磁束数は少なく、各磁石４４ａ、４５ａのロータの周方
向中央部における磁束数は多くなる。したがって、ロー
タの回転角度により発生トルクが変動するトルクリップ
ルが発生するので、ロータの回転角度を高精度に制御で
きない。

【００２０】これに対し第１実施例では、ロータ４１の
周方向における各磁石４４ａ、４５ａの中央部と対向す
るロータコア４２の外周部に軸方向に延びる凹部空間４
３ａが形成されているので、ロータコア４２の周方向に
おいて、凹部空間４３ａの磁気抵抗が高くなっている。
これにより、図５のグラフ１０１に示すように、ロータ
４１の周方向における各磁石群４４、４５の磁束数が均
一化されるので、所定のロータ回転範囲において、ロー
タ４１の回転角度によりトルクの変動するトルクリップ
ルが抑制され、平坦なトルク特性を得ることができる。

【００２１】次に、スロットル装置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５４に供給される。

【００２２】コイル５４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。

【００２３】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ＥＣＵからコイル５４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。

【００２４】(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トル弁１３
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。

【００２５】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５４に供給する
制御電流が遮断される。したがって、ＥＣＵ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。

【００２６】（第２実施例）本発明の第２実施例を図６
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。ロータ６０の周方向における
各磁石４４ａ、４５ａの中央部と対向する磁束均一手段
としてのロータコア６１の軸方向両端の外周部に凹部６
２が形成されており、凹部６２により磁気抵抗部として
の凹部空間６２ａが形成されている。したがって、ロー
タ６０の周方向において、凹部空間６２ａの磁気抵抗が
高くなっている。これにより、各磁石群４４、４５が発
生する磁束数がロータ６０の周方向において均一化され
るので、所定のロータ回転範囲において、ロータ６０の
回転角度によりトルクの変動するトルクリップルが抑制
され、平坦なトルク特性を得ることができる。

【００２７】（第３実施例）本発明の第３実施例を図７
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。ロータ６５の周方向における
各磁石４４ａ、４５ａの中央部と対向する磁束均一手段
としてのカバー６６に磁気抵抗部としてのスリット６６
ａが軸方向に延びて形成されている。カバー６６は磁性
鋼板で円筒状に形成されている。したがって、ロータ６
５の周方向において、スリット６６ａの磁気抵抗が高く
なっている。これにより、各磁石群４４、４５が発生す
る磁束数がロータ６５の周方向において均一化されるの
で、所定のロータ回転範囲において、ロータ６５の回転
角度によりトルクの変動するトルクリップルが抑制さ
れ、平坦なトルク特性を得ることができる。第３実施例
では、磁性鋼板で形成されたカバー６６にスリット６６
ａを容易に形成できるので、磁束均一手段の製造が容易
である。

【００２８】（第４実施例）本発明の第４実施例を図８
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。各磁石群７１、７４を構成す
る磁束均一手段としての磁石７２、７５のロータ７０の
周方向中央部、かつ軸方向両端に凹部７３、７６が形成
されているので、ロータ７０の周方向両端から中央部に
向けロータ７０の軸方向における磁石７２、７５の長さ
が次第に短くなっている。これにより、各磁石群７１、
７４が発生する磁束数がロータ７０の周方向において均
一化されるので、所定のロータ回転範囲において、ロー
タ７０の回転角度によりトルクの変動するトルクリップ
ルが抑制され、平坦なトルク特性を得ることができる。

【００２９】（第５実施例）本発明の第５実施例を図９
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。各磁石群８１、８４を構成す
る磁束均一手段としての磁石８２、８５において、ロー
タ８０の周方向中央部に軸方向に延びる凹部８３、８６
がロータ８０の内周側および外周側に形成されている。
つまり、磁石８２、８５において、ロータ８０の周方向
両端から中央部に向けロータ８０の径方向の長さ、つま
り厚さが次第に薄くなっている。ロータコア９０は磁石
８２、８５の形状に合わせて形成してもよいし、断面円
形状に形成してもよい。各磁石群８１、８４が発生する
磁束数はロータ８０の周方向において均一化されるの
で、所定のロータ回転範囲において、ロータ８０の回転
角度によりトルクの変動するトルクリップルが抑制さ
れ、平坦なトルク特性を得ることができる。

【００３０】以上説明した本発明の実施の形態を示す上
記複数の実施例では、磁石群の外周をカバーで覆った構
成について説明したが、カバーを用いない構成を採用す
ることも可能である。また上記実施例では、カバーやロ
ータ２３に形成した空間を磁気抵抗部としたが、空間に
代え非磁性体を磁気抵抗部として用いてもよい。

【００３１】上記実施例では、スロットル装置に本発明
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】（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線位置における本発明
の第１実施例によるロータを示す断面図であり、（Ｂ）
は第１実施例のロータを示す模式的平面展開図である。

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

【図３】図２のIII方向模式的矢視図である。

【図４】（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線における第１実施例
の比較例によるロータを示す断面図であり、（Ｂ）は第
１実施例の比較例によるロータを示す模式的平面展開図
である。

【図５】第１実施例および比較例によるロータの周方向
位置と磁束数との関係を示す特性図である。

【図６】（Ａ）は（Ｂ）のＡ方向から見た本発明の第２
実施例によるロータを示す矢視図であり、（Ｂ）は第２
実施例のロータ示す模式的平面展開図である。

【図７】（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線位置における本発明
の第３実施例によるロータを示す断面図であり、（Ｂ）
は第３実施例によるロータを示す模式的平面展開図であ
る。

【図８】（Ａ）は（Ｂ）のＡ方向から見た本発明の第４
実施例によるロータを示す矢視図であり、（Ｂ）は第４
実施例のロータを示す模式的平面展開図である。

【図９】（Ａ）は（Ｂ）のＡ方向から見た本発明の第５
実施例によるロータを示す矢視図であり、（Ｂ）は第５
実施例のロータ示す模式的平面展開図である。

【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（磁束均一手段） ４３ａ 凹部空間（磁気抵抗部） ４４、４５ 磁石群 ４４ａ、４５ａ 磁石 ４６ カバー ５０ ステータ ５１ ステータコア ５２ ソレノイド部 ５４ コイル ６０ ロータ ６１ ロータコア（磁束均一手段） ６２ａ 凹部空間（磁気抵抗部） ６５ ロータ ６６ カバー（磁束均一手段） ６６ａ スリット（磁気抵抗部） ７０、８０ ロータ ７１、７４、８１、８４ 磁石群 ７２、７５、８２、８５ 磁石（磁束均一手段）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁石を周方向に配列して磁石群を
   形成し、前記磁石群によりロータ磁極を形成しているロ
   ータと、 前記ロータを回動自在に収容しているステータであっ
   て、ソレノイド部を有し、前記ソレノイド部に通電する
   ことにより前記ロータと対向するステータ磁極を形成す
   るステータとを備えるトルクモータであって、 前記磁石群が発生する磁束数を前記ロータの周方向にお
   いてほぼ均一にする磁束均一手段を備えることを特徴と
   するトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記磁束均一手段は、前記ロータの径方
   向における長さが前記ロータの周方向に沿って変化して
   いる前記磁石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】 前記ロータの周方向両端から中央部に向
   け前記ロータの径方向における前記磁石の長さが短くな
   っていることを特徴とする請求項２記載のトルクモー
   タ。
4. 【請求項４】 前記磁束均一手段は、前記ロータの軸方
   向における長さが前記ロータの周方向に沿って変化して
   いる前記磁石であることを特徴とする請求項１記載のト
   ルクモータ。
5. 【請求項５】 前記ロータの周方向両端から中央部に向
   け前記ロータの軸方向における前記磁石の長さが短くな
   っていることを特徴とする請求項４記載のトルクモー
   タ。
6. 【請求項６】 前記ロータの外周を覆う磁性体からなる
   カバーを備え、前記磁束均一手段は、前記ロータの周方
   向における前記磁石の中央部と対向する位置に磁気抵抗
   部を形成している前記カバーであ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】 前記磁気抵抗部はスリットであることを
   特徴とする請求項６記載のトルクモータ。
8. 【請求項８】 前記ロータは前記磁石を外周側に装着す
   るロータコアを有し、前記磁束均一手段は、前記ロータ
   の周方向における前記磁石の中央部と対向する位置に磁
   気抵抗部を形成している前記ロータコアであることを特
   徴とする請求項１記載のトルクモータ。