JP2000253637A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給電流を増加することなくトルクを上昇さ
せるトルクモータを提供する。 【解決手段】 ステータコア２０の内周壁に形成された
凹凸は、ロータ４０側に突出した突部２１ａ、２１ｂ、
ならびにコイル３１、３２の巻線を巻回し収容する凹状
に形成されたコイル収容部２２ａ、２２ｂにより形成さ
れている。突部２１ａとコイル収容部２２ｂ、ならびに
突部２１ｂとコイル収容部２２ａとは、ロータ４０の回
転軸１００を中心とし点対称の位置にある。突部２１
ａ、２１ｂはロータ４０側に突出しているので、突部２
１ａと永久磁石４２、ならびに突部２１ｂと永久磁石４
３とが形成するエアギャップｄが小さくなっている。し
たがって、突部２１ａ、２１ｂのないステータコアに比
べ同じ供給電流で大きなトルクが発生する。

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
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばスロットル装置のスロット
ル弁の開度を制御するアクチュエータとしてトルクモー
タを用いることがある。このようなトルクモータとして
図６に示すものが知られている。

【０００３】トルクモータ２００のステータコア２０１
にそれぞれコイル２０２および２０３が巻回されてい
る。ロータ２１０はステータコア２０１の内周に回動自
在に収容されている。ロータ２１０は、ロータコア２１
１と、ロータ２１０の回転軸をはさみ１８０°反対側の
ロータコア２１１の外周壁に装着されている永久磁石２
１２、２１３とを有する。

【０００４】永久磁石２１２、２１３とステータコア２
０１との間における磁束密度をＢ、ロータ２１０を回動
させるトルク発生に寄与するコイル長さをＬ、コイル２
０２、２０３に供給する電流値をｉ、ロータコア２１１
の回転軸から永久磁石２１２、２１３の外周面までの距
離をｒとすると、ロータ２１０に働くトルクＴは、Ｔ＝
Ｂ×Ｌ×ｉ×ｒとなる。図６に示す従来例では、永久磁
石２１２、２１３とステータコア２０１とのエアギャッ
プｄは周方向に等しいので、永久磁石２１２、２１３と
ステータコア２０１との間を流れる磁束密度Ｂは周方向
にほぼ等しい。したがって、コイル２０２、２０３に通
電することによりロータ２１０に働くトルクはコイルを
巻回してある角度範囲内ではロータ２１０の回転角度に
関わらずほぼ等しくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図６に示
すトルクモータ２００では、ステータコア２０１の内周
壁２０１ａと永久磁石２１２、２１３との間にそれぞれ
コイル２０２、２０３が介在しているので、ステータコ
ア２０１の内周壁２０１ａと永久磁石２１２、２１３の
外周壁とのエアギャップｄが大きくなっている。ステー
タコア２０１の内周壁２０１ａと永久磁石２１２、２１
３とのエアギャップｄが大きいとパーミアンス係数が小
さくなるので、ステータコア２０１と永久磁石２１２、
２１３との間における磁束密度Ｂが小さくなる。磁束密
度Ｂが小さくなるとコイル２０２、２０３に通電するこ
とによりロータ２１０に発生するトルクが小さくなるの
で、所望のトルクを発生させるためには、コイル２０
２、２０３に供給する電流を増加する必要がある。しか
し、供給電流が増加すると発熱量が増加したり、コイル
２０２、２０３に供給する電流を制御する制御回路のパ
ワー素子に大きな負担がかかるという問題がある。本発
明の目的は、供給電流を増加することなくトルクを上昇
させ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、ステータコアの内周壁にロータ
側に突出した突部を周方向に複数配置し、突部の間にコ
イルの巻線を巻回する凹状のコイル収容部を形成してい
るので、突部とロータコアに装着した磁石とのエアギャ
ップを小さくすることができる。したがって、磁石と突
部との間における磁束密度が上昇する。ロータに発生す
るトルクＴは、前述したようにＴ＝Ｂ×Ｌ×ｉ×ｒで表
されるので、磁束密度Ｂが上昇すると発生するトルクが
上昇する。したがって、コイルに供給する電流を増加す
ることなくトルクを上昇させることができる。

【０００７】磁石とステータコアとの間における磁束密
度はステータコアの突部で大きくコイル収容部で小さく
なるので、ロータの回動に伴いロータの各磁石側に働く
トルクの大きさが変動する。請求項１記載のトルクモー
タでは、ロータの回転軸を中心としコイル収容部と突部
とは点対称の位置にあるので、一方の磁石が突部と対向
しているとき他方の磁石はコイルと対向している。した
がって、ロータの回動にともないロータの各磁石側に働
くトルクの位相をずらすことができるので、ロータの各
磁石側で発生するトルクの合計が平坦な特性になる。し
たがって、ロータの回転角度を高精度に制御することが
容易である。

【０００８】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
ると、突部はロータとの対向側において周方向に延びて
いる延設部を有する。磁石と対向する突部の面積が増加
するので発生トルクが上昇する。

【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
を図１および図２に示す。図２に示すトルクモータ１０
のハウジング１１、１２は、ボルト１３およびナット１
４で結合されている。ハウジング１１およびハウジング
１２はステータコア２０を挟持し固定している。ステー
タコア２０の外周壁は滑らかであるが、内周壁には凹凸
が形成されている。ステータコア２０の内周壁に形成さ
れた図１に示す凹凸は、ロータ４０側に突出した突部２
１ａ、２１ｂ、ならびにコイル３１、３２の巻線を巻回
し収容する凹状に形成されたコイル収容部２２ａ、２２
ｂにより形成されている。突部２１ａおよびコイル収容
部２２ａはコイル３１とコイル３２との境界である図１
のII−II線の右側に形成され、突部２１ｂおよびコイル
収容部２２ｂは図１のII−II線の左側に形成されてい
る。II−II線上に形成されている突部およびコイル収容
部は、便宜上それぞれ符号２１ａ、２２ｂを付す。II−
II線上のコイル収容部２２ｂにはコイルが巻回されてい
ない。

【００１０】II−II線上にある突部２１ａおよびコイル
収容部２２ｂを除き、突部２１ａと突部２１ｂ、ならび
にコイル収容部２２ａとコイル収容部２２ｂとは、図１
に示すII−II線を対称軸とし線対称になるように配置形
成されている。さらに、突部２１ａとコイル収容部２２
ｂ、ならびに突部２１ｂとコイル収容部２２ａとは、ロ
ータ４０の回転軸１００を中心とし点対称の位置にあ
る。つまり、例えば図１に示す一点鎖線１０１上に突部
２１ａおよびコイル収容部２２ｂが位置している。

【００１１】コイル３１、３２は図１のII−II線を境に
巻き方向を逆にし一連の巻線によりステータコア２０に
巻回されている。コイル３１、３２の巻線は、ステータ
コア２０の内周側でそれぞれコイル収容部２２ａ、２２
ｂに巻回されている。コイル収容部２２ａ、２２ｂを通
りステータコア２０に巻回されているコイル部３１ａ、
３２ａによりコイル３１、３２が構成されている。コイ
ル３１、３２の内周面は突部２１ａ、２１ｂの内周面よ
り僅かにロータ４０から離れている。

【００１２】ロータ４０は、ロータコア４１と永久磁石
４２、４３とを有する。永久磁石４２、４３は、ロータ
４０の回転軸１００をはさみ１８０°反対側のロータコ
ア４１の外周壁に接着されている。ロータ４０は永久磁
石４２、４３により一対のロータ磁極を形成している。

【００１３】次に、トルクモータ１０の作動について説
明する。一連の巻線により巻回されているコイル３１、
３２に電流を流すと、コイル３１とコイル３２とで巻き
方向が逆であるからコイル３１、３２を流れる電流の向
きが逆になる。永久磁石４２、４３とステータコア２０
との間を流れる磁束の向きは同一方向であるから、コイ
ル３１、３２に電流を流すと、フレミングの左手の法則
にしたがいロータ４０の各永久磁石側で同一回転方向に
トルクが発生する。ステータコア２０は、コイル３１、
３２を巻回せずロータ４０側に突出している突部２１
ａ、２１ｂを形成しているので、図６に示す従来例に比
べ、突部２１ａと永久磁石４２、ならびに突部２１ｂと
永久磁石４３とが形成するエアギャップｄが小さくなっ
ている。したがって、従来例に比べ同じ供給電流で大き
なトルクが発生する。

【００１４】前述したように、突部２１ａとコイル収容
部２２ｂ、ならびに突部２１ｂとコイル収容部２２ａと
は、ロータ４０の回転軸１００を中心とし、点対称の位
置にあるので、図３に示すように永久磁石４２側で発生
するトルク１１０と、永久磁石４３側で発生するトルク
１１１とは位相が反転している。したがって、ロータ４
０の各永久磁石側で発生するトルク１１０、１１１を合
成すると、トルク変動分を互いに打ち消し合い全体とし
て平坦な特性を有するトルク１１２を発生する。

【００１５】（第２実施例）本発明の第２実施例による
トルクモータを図４および図５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。図４に示すように、第２実施例のステータコア５０
の内周壁に、ロータ４０に向け突出した突部５１ａ、５
１ｂが形成されている。突部５１ａ、５１ｂはそれぞれ
第１実施例の突部２１ａ、２１ｂと同じ周方向位置に形
成されている。したがって、突部５１ａとコイル収容部
２２ｂ、ならびに突部５１ｂとコイル収容部２２ａとは
ロータ４０の回転軸１００を中心とし点対称の位置にあ
る。

【００１６】図５に示すように、突部５１ａ、５１ｂは
コイル部３１ａ、３２ａを覆うように周方向両側に延び
る延設部５２ａ、５２ｂをそれぞれ有している。隣接す
る延設部同士が形成する間隙ｗは、突部５１ａと永久磁
石４２、ならびに突部５１ｂと永久磁石４３とが形成す
るエアギャップｄよりも大きくなるように設定されてい
る。これは、通電中にコイル部３１ａ、３２ａに発生す
る磁束が隣接する延設部間で流れないようにするためで
ある。延設部５２ａ、５２ｂを有することにより、永久
磁石４２、４３と対向する突部５１ａ、５１ｂの面積が
増加するので、ロータ４０に働くトルクが上昇する。

【００１７】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、コイルの巻線を巻回せずロータ側
に突出する突部をステータコアの内周壁に設けることに
より、コイルの巻線を巻回するコイル収容部と突部とを
ロータの回転軸を中心とし点対称に配置している。した
がって、ロータコアに装着された永久磁石と突部とのエ
アギャップが小さくなり、コイルに供給する電流を増加
することなくロータに大きなトルクが発生する。さら
に、突部およびコイル収容部と永久磁石との間の磁束密
度の差によりロータが回動するときに各永久磁石におい
て発生するトルク変動は、コイル収容部と突部とをロー
タの回転軸を中心とし点対称に配置することにより相殺
され、ロータ全体として平坦な特性を有するトルクが発
生する。したがって、高精度な回転角度制御を要求され
る装置のアクチュエータ、例えばエンジンのスロットル
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
いると効果的である。

【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示す
模式的断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】ロータの回転角度とトルクとの関係を示す特性
図である。

【図４】本発明の第２実施例によるトルクモータを示す
模式的断面図である。

【図５】第２実施例における突部の拡大図である。

【図６】従来のトルクモータを示す模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ トルクモータ ２０ ステータコア ２１ａ、２１ｂ 突部 ２２ａ、２２ｂ コイル収容部 ３１、３２ コイル ４０ ロータ ４１ ロータコア ４２、４３ 永久磁石 ５０ ステータコア ５１ａ、５１ｂ 突部 ５２ａ、５２ｂ 延設部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 憲司 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 梶田 幸伸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータコアと、前記ロータコアの外周壁
   に装着され一対のロータ磁極を形成する一組の磁石とを
   有するロータと、 前記ロータの外周を取り囲んでいる環状のステータコア
   と、 前記ステータコアの前記各磁石と対向する位置に巻回さ
   れている一組のコイルとを備えるトルクモータであっ
   て、 前記ステータコアは、前記ステータコアの内周壁の周方
   向に複数配置され前記ロータ側に突出する突部と、隣接
   する前記突部と前記突部との間に各コイルの巻線を巻回
   する凹状のコイル収容部とを有し、前記突部と前記コイ
   ル収容部とは前記ロータの回転軸を中心とし点対称の位
   置に配設されていることを特徴とするトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記突部は、前記ロータとの対向側にお
   いて周方向に延びている延設部を有することを特徴とす
   る請求項１記載のトルクモータ。