JP2000152587A - 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】 磁石群４３、４４は、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
して構成されている。ステータ５０の前縁１０１に磁石
４４ａの回転方向前方の縁が達したとき、後縁１０４と
対向している磁石４４ａ、前縁１０３と対向している磁
石４３ａ、後縁１０２と対向している磁石４３ａのそれ
ぞれの角度位置は、回転方向前方の縁から、（１／４）
Ａ、（１／２）Ａ、（３／４）Ａずれている。ステータ
磁極の或る縁で発生するトルクリップルを基準にする
と、ステータ磁極の他の縁で発生するトルクリップルの
位相は、（１／４±１／１２）周期、（１／２±１／１
２）周期、（３／４±１／１２）周期ずれるのでトルク
リップルが互いに打ち消し合う。これによりトルクモー
タ全体として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一対の磁極を形
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】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
磁石を密着させてロータコアの外周に配列し、または間
隔をあけて複数の磁石を配置し全体として二極をもつロ
ータ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
磁石との間で磁気力が低下する。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間で磁束密度が低下することがあ
る。さらに、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記載の
トルクモータによると、ロータの回動にともない一対の
ステータ磁極の周方向両縁で発生する４つのトルクリッ
プルに関し、１つのトルクリップルの位相を基準にする
と、他の３つのトルクリップルの位相は、（１／４±１
／１２）周期、（１／２±１／１２）周期、（３／４±
１／１２）周期ずれている。

【０００６】トルクモータの発生トルクは、ステータ磁
極の各縁で発生するトルクの合成であると考えることが
できるので、一対のステータ磁極の両縁で発生する合計
４つのトルクリップルの位相が互いに１／４周期ずつず
れることにより、４つのトルクリップルを合成するとト
ルクリップルが互いに打ち消し合いトルクモータの発生
トルクが平坦化される。これにより、所定範囲でのロー
タの回転角に応じたトルクの大きさをほぼ一定にするこ
とができる。したがって、トルクモータの回転角度を精
密に制御しやすくなる。例えばロータに設けられる磁石
として複数の平板磁石を用いた場合やロータコアに間隔
をあけて複数の磁石を配置した場合等、トルクリップル
が発生するトルクモータに本発明の構成は好適である。
また、製造上の公差を考慮して（±１／１２）周期のず
れを許容しているので、製造が容易である。

【０００７】ここで、ステータのＮ極及びＳ極におい
て、ロータの回転により磁石が向かってくる側の縁をそ
の磁極の前縁と呼び、磁石が離れていく側の縁をその磁
極の後縁と呼ぶ。ステータの構造がスロットレスであっ
ても、実質的な磁極としての機能をなす範囲内でステー
タの異なる磁極の前縁と後縁とが離隔していれば、本発
明の構成を実現できる。スロットを備える構造において
は、スロットに面する磁極の構造上の縁がステータ磁極
の前縁または後縁になる。

【０００８】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
ると、或る単位磁石が一対のステータ磁極のいずれかの
縁と対向する角度位置を基準にしたとき、一対のステー
タ磁極の他の縁に対向する３個の単位磁石の角度位置
は、基準位置から一方の回転方向に向け、（１／４±１
／１２）Ａ、（１／２±１／１２）Ａ、（３／４±１／
１２）Ａずれている。

【０００９】各磁石群を構成する磁石が密接して配列さ
れているとき、磁石の回転方向の角度幅は角度ピッチＡ
と等しくなり、単位磁石は磁石そのものである。各磁石
群を構成する磁石が離れて配列されているとき、磁石の
回転方向の角度幅とこの磁石と隣接する磁石までの回転
方向の間隔の角度幅との合計が角度ピッチＡになり、磁
石自体とこの磁石に隣接する間隔を含めた領域とが単位
磁石になる。

【００１０】トルクリップルは角度ピッチＡを一周期と
して変化するので、前述したようにステータ磁極の各縁
と対向する単位磁石の角度位置をずらすことにより、ス
テータ磁極の１つの縁に発生するトルクリップルを基準
とすると、他の３つの縁で発生するトルクリップルの位
相は、（１／４±１／１２）周期、（１／２±１／１
２）周期、（３／４±１／１２）周期ずれる。トルクリ
ップルの位相がずれることによりトルクリップルが互い
に打ち消し合いトルクモータの発生トルクが平坦化され
る。これにより、所定範囲でのロータの回転角に応じた
トルクの大きさをほぼ一定にすることができる。したが
って、トルクモータの回転角度を精密に制御しやすくな
る。

【００１１】本発明の請求項３記載のトルクモータによ
れば、ロータの各磁石群がステータの異なる磁極の前縁
および後縁にまたがって対向しているとき、ステータの
異なる磁極の前縁に対向する単位磁石同士、後縁に対向
する単位磁石同士において、一方の単位磁石の角度位置
は他方の単位磁石の角度位置に対しほぼ（１／２）Ａず
れている。つまりトルクリップルの位相が（１／２）周
期ずれているので、ステータ磁極の各縁で発生するトル
クを合成すると、（１／２）周期ずれたトルクリップル
が打ち消し合い、発生トルクを平坦化することができ
る。

【００１２】本発明の請求項４記載のトルクモータによ
れば、ロータに設けられる磁石は平板状であるため、円
弧状の磁石を用いる場合と比較して磁石製造のコストを
低減することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
一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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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１に示すロータコア４２に固定し、他方の端部
をステータコア５１に固定し、スロットル弁１３を閉方
向に付勢している。

【００１８】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は複
数の同一寸法の平板状の磁石４３ａ、４４ａ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４
３ａ、４４ａ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４３の磁石４３ａと磁石
群４４の磁石４４ａとは、それぞれ同数がロータコア４
２の外周の１８０°反対側に対称に設けられている。

【００１９】各磁石４３ａ、４４ａはロータ４１の径方
向に着磁されており、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極とするロータ磁極が生成される。
磁石４３ａ、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。

【００２０】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。ステ
ータコア５１は、収容孔５１ａに面する一対の異なる磁
極を形成している。

【００２１】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、ほぼ１８０°の両側に非対称にスロ
ット５５、５６を設けた構造となっている。このスロッ
ト５５、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。ステータ５０に形成
される一対の異なるステータ磁極において、図１の時計
回り方向後方を前縁１０１、１０３、時計回り方向前方
を後縁１０２、１０４とする。

【００２２】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４３、４４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。

【００２３】磁石群４３、４４において隣接して配置さ
れている磁石４３ａ、４４ａの一方の回転方向一端縁か
ら他方の磁石４３ａ、４４ａの回転方向一端縁までの角
度ピッチをＡとする。磁石４３ａ、４４ａの回転方向一
端縁から回転方向他端側に向け角度ピッチＡ分の領域を
単位磁石とすると、本実施例では、磁石群４３、４４内
で磁石４３ａ、４４ａが密着しているので、磁石４３
ａ、４４ａそのものが単位磁石を表す。

【００２４】図１に示すように時計回り方向を回転方向
とすると、ステータ５０の前縁１０１に磁石４４ａの回
転方向前方の縁が達したとき、後縁１０４と対向してい
る磁石４４ａ、前縁１０３と対向している磁石４３ａ、
後縁１０２と対向している磁石４３ａのそれぞれの角度
位置は、回転方向前方の縁から、（１／４）Ａ、（１／
２）Ａ、（３／４）Ａずれている。加工公差等を考慮
し、各角度位置に（±１／１２）Ａのずれが許容されて
いるが、（±１／１２）Ａのずれがないほうが望まし
い。また、ステータ５０の異なる磁極の前縁１０１およ
び後縁１０４にまたがって磁石群４４が対向し、異なる
磁極の前縁１０３および後縁１０２にまたがって磁石群
４３が対向している図１に示す状態で、前縁１０１に対
向している磁石４４ａと、前縁１０３に対向している磁
石４３ａとは、角度位置が（１／２）Ａずれている。同
様に、後縁１０２に対向している磁石４３ａと、後縁１
０４に対向している磁石４４ａとは、角度位置が（１／
２）Ａずれている。これにより、前縁１０１、１０３な
らびに後縁１０２、１０４で発生するトルクリップルの
位相が（１／２）周期ずれる。

【００２５】図３は本実施例のトルクモータによる回転
角度と発生するトルクの大きさの関係を示す特性図であ
る。１１１、１１２、１１３、１１４は前縁１０１、後
縁１０２、前縁１０３、後縁１０４で発生するトルクを
表し、１２０は各縁で発生するトルクの合成トルク、す
なわちトルクモータ４０で発生するトルクを表してい
る。本実施例では、或る磁石がステータ磁極のいずれか
の縁と対向している角度位置を基準位置としたとき、他
の３個の縁に対向する磁石の角度位置は、基準位置から
一方の回転方向に向け、（１／４±１／１２）Ａ、（１
／２±１／１２）Ａ、（３／４±１／１２）Ａずれてい
る。したがって、ステータ磁極の或る縁で発生するトル
クリップルを基準にすると、ステータ磁極の他の縁で発
生するトルクリップルの位相は、（１／４±１／１２）
周期、（１／２±１／１２）周期、（３／４±１／１
２）周期ずれるのでトルクリップルが互いに打ち消し合
う。これにより、図３に示すように通電時に所定の回転
角範囲でほぼ一定の合成トルクを得ることができる。無
通電時においてもトルクリップルは互いに打ち消し合
う。したがって、ロータの回転角を精密に制御しやすく
なる。

【００２６】本実施例に対し、図４に示す比較例のよう
にステータ磁極の各縁に対向する磁石の角度位置が同じ
トルクモータ２００の構成では、ステータ磁極の縁２１
１、２１２、２１３、２１４で発生するトルクリップル
の位相が一致する。したがって、各縁で発生するトルク
リップルを合成するとトルクリップルの波形がそのまま
残るので、発生トルクを平坦化することができない。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】(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。

【００３１】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。

【００３２】以上説明した本発明の実施の形態を示す上
記実施例では、磁石を密着させて配置した場合について
説明したが、磁石または円弧状磁石を間隔をあけて配置
した場合、磁石群を構成する磁石の回転方向一端縁から
隣接する磁石の一端縁までの回転方向の角度ピッチをＡ
とし、磁石自体と、隣接する磁石までの間隔とを含む角
度ピッチＡ分の領域を単位磁石とすれば、ステータ磁極
の各縁に対向する単位磁石の角度位置を本実施例と同様
にずらすことにより、平坦なトルク特性を得ることがで
きる。また本実施例では、ステータの磁極間にスロット
５５、５６を設けて磁極を形成したが、ステータの磁極
間を磁路面積の小さい磁性体で連結することによりスロ
ットレスの構造とすることも可能である。

【００３３】また上記実施例では、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】図２をＩ方向から矢視し、反時計周り方向に９
０°回転した模式図である。

【図２】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３】本実施例による回転角度とトルクとの関係を示
す特性図である。

【図４】本実施例の比較例によるトルクモータを示す模
式図である。

【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（ロータ本体） ４３、４４ 磁石群 ４３ａ、４４ａ 磁石（単位磁石） ５０ ステータ ５１ ステータコア ５２ ソレノイド部 ５４ コイル １０１、１０３ 前縁 １０２、１０４ 後縁

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G065 CA00 DA05 DA06 HA21 KA02 KA12 5H621 AA03 BB07 GA02 GA05 GA10 GA15 GA16 JK02 JK05 JK15 JK17 5H622 AA03 CA02 CA05 CA10 CA12 DD01 DD02 PP19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁石を配列して磁石群を形成し、
   前記磁石群により一対の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一対のステータ磁極を
   形成するステータとを備えるトルクモータであって、 前記ロータの回動にともない前記一対のステータ磁極の
   周方向両縁で発生する４つのトルクリップルに関し、１
   つのトルクリップルの位相を基準にすると、他の３つの
   トルクリップルの位相は、（１／４±１／１２）周期、
   （１／２±１／１２）周期、（３／４±１／１２）周期
   ずれていることを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 複数の磁石を配列して磁石群を形成し、
   前記磁石群により一対の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一対のステータ磁極を
   形成するステータとを備えるトルクモータであって、 前記磁石群内で隣接する磁石において、一方の磁石の回
   転方向一端縁から前記一方の磁石と隣接する他方の磁石
   の回転方向一端縁までの角度ピッチをＡとし、前記磁石
   の回転方向一端縁から回転方向他端側に向け角度ピッチ
   Ａ分の領域を単位磁石とし、或る単位磁石が前記一対の
   ステータ磁極の回転方向のいずれかの縁と対向する角度
   位置を基準位置とすると、前記一対のステータ磁極の他
   の３個の縁と対向する各単位磁石の角度位置は、前記基
   準位置から一方の回転方向に向け、（１／４±１／１
   ２）Ａ、（１／２±１／１２）Ａ、（３／４±１／１
   ２）Ａずれていることを特徴とするトルクモータ。
3. 【請求項３】 前記ロータの各磁石群が前記ステータの
   異なる磁極の前縁および後縁にまたがって対向している
   とき、前記一対のステータ磁極の各前縁に対向している
   単位磁石同士、ならびに前記一対のステータ磁極の各後
   縁に対向している単位磁石同士において、一方の単位磁
   石の角度位置は他方の単位磁石の角度位置に対しほぼ
   （１／２）Ａずれ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】 前記磁石は平板状であることを特徴とす
   る請求項１、２または３記載のトルクモータ。