JP2000262030A - トルクモータ - Google Patents

トルクモータ

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JP2000262030A
JP2000262030A JP11064705A JP6470599A JP2000262030A JP 2000262030 A JP2000262030 A JP 2000262030A JP 11064705 A JP11064705 A JP 11064705A JP 6470599 A JP6470599 A JP 6470599A JP 2000262030 A JP2000262030 A JP 2000262030A
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JP
Japan
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rotor
rotor core
core
flux density
magnetic flux
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Application number
JP11064705A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Yoneda
哲也 米田
Yukinobu Kajita
幸伸 梶田
Hiroshi Tanimura
寛 谷村
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み付けが容易であり、滑らかでかつ平坦な
トルク特性を有するトルクモータを提供する。 【解決手段】 ロータコア41はロータコア41の回転
軸と直交する断面において楕円形状に形成されている。
永久磁石43は、ロータコア41の回転軸と直交する断
面において楕円の環状に一体に形成されており、短径と
平行な一方向に着磁されている。ステータコア50の内
周50aはほぼ真円に形成されている。永久磁石43の
短径交点44aにおいて放射方向の磁束密度をB1、ロ
ータコア41の中心60を頂点とし短径交点44aと角
度θを形成する外周44の周方向位置における着磁方向
の磁束密度をB2、短径交点44aと角度θを形成する
外周44の周方向位置における放射方向の磁束密度B3
とすると、B1=B3=B2cosθとなるように、ロー
タコア41の長径の長さa、短径の長さbが設定されて
いる。

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、特に流量制御弁等のアクチュエータとして用いられ
るトルクモータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、エンジンの吸気流量を制御す
るスロットル装置に用いられるトルクモータのロータと
して、図6および図7に示すものが開示されている。図
6の(A)に示す従来例1のロータ100は、円柱状の
ロータコア101の外周に円筒状の永久磁石102を装
着している。永久磁石102は図6の(A)の矢印10
5に示す一方向に着磁されている。
【0003】また図7の(A)に示す従来例2のロータ
110は、複数の永久磁石112、113をロータコア
111の外周に配列している。永久磁石112、113
は反対方向に着磁されており、一対のロータ磁極を形成
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6の(A)に示すロ
ータ100では、一方向に着磁した厚みの等しい円筒状
の永久磁石102を用いるので、永久磁石102の着磁
方向の磁束密度B1は周方向においてほぼ等しい。ロー
タ100を回転させるトルクは、図6の(A)に示すロ
ータコア101の回転軸と直交する断面においてロータ
コア101の中心101aと永久磁石102の外周上と
を結ぶ直線方向の磁束密度に起因する。以下、ロータコ
アの中心と永久磁石の外周上とを結ぶ方向を「放射方
向」という。中心101aを頂点とし中心101aを通
り着磁方向と平行な直線上にある永久磁石102の外周
位置102aと角度θを形成する永久磁石102の周方
向位置において、放射方向の磁束密度B3はB3=B1
osθであり、B3<B1である。したがって、ロータ1
00に発生するトルクは、ロータ100の回転角度に対
し図6の(B)に示すようにサインカーブを描く。例え
ばエンジンのスロットル装置に用いるアクチュエータ
は、スロットル開度を高精度に制御する必要があるの
で、ロータの回転角度によりトルクが変動するアクチュ
エータは不適当である。
【0005】また図7の(A)に示すロータ110で
は、ロータコア111に永久磁石112、113を装着
した状態で永久磁石112、113の着磁方向が放射方
向になるので、図7の(C)に示すように従来例1に比
べ全体のトルク特性は平坦になるが、隣接する永久磁石
の間に図7の(B)に示すように隙間115が生じ、特
性曲線120に示すようにこの隙間115における磁束
密度が低下する。したがって、図7の(C)に示すよう
に全体のトルク特性は平坦であるが、トルクが細かく変
動する所謂トルクリップルが発生する。トルクリップル
が発生するトルクモータもスロットル開度を高精度に制
御するアクチュエータとして不適当である。さらに、多
くの永久磁石をロータコアに取り付ける必要があるの
で、ロータの組み付け工数が増大する。本発明の目的
は、組み付けが容易であり、滑らかでかつ平坦なトルク
特性を有するトルクモータを提供することにある。
【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、各ロータ磁極を形成する磁石は
一つであり厚みが等しく一体に形成されている。したが
って、各ロータ磁極を複数の磁石で構成する場合に比べ
トルクリップルが発生しない。
【0007】ロータコアはロータコアの回転軸と直交す
る断面において楕円形状に形成されており、ロータコア
の短径外側端から長径外側端に向かうにしたがい前記ロ
ータコアと前記ステータコアとのエアギャップが小さく
なっている。したがって、磁石の着磁方向の磁束密度
は、短径延長線と磁石の外周との交点(以下、短径交点
という)から周方向両側の長径延長線に向かうにしたが
い大きくなっている。ここで、長径外側端はロータコア
の長径とロータコアの外周との交点を表し、短径外側端
はロータコアの短径とロータコアの外周との交点を表し
ている。また、長径延長線はロータコアの長径を延長し
た仮想線であり、短径延長線はロータコアの短径を延長
した仮想線である。
【0008】ロータを回転させるトルクの大きさは磁石
の放射方向の磁束密度に起因する。本発明の磁石はロー
タコアの短径と平行に一方向に着磁されているので、短
径交点から周方向両側の長径延長線に向かうにしたがい
磁石の外周位置における放射方向の磁束密度は着磁方向
の磁束密度よりも小さくなっている。したがって、放射
方向の磁束密度は、磁石の周方向においてほぼ一定にな
っている。以上の構成により、トルクリップルの発生を
防止し、かつロータの回転角度に関わらず平坦なトルク
特性を有するトルクモータを提供できる。
【0009】本発明の請求項2記載のトルクモータによ
ると、短径交点における着磁方向の磁束密度をB 1、ロ
ータコアの中心を頂点とし短径交点と角度θ(0°<θ
<90°)を形成する磁石の外周位置における着磁方向
の磁束密度をB2とすると、外周位置における放射方向
の磁束密度B3はB3=B2cosθである。ロータコア
の長径および短径の長さをB 1=B3となるように設定
することにより、ロータの回転角度に関わらず平坦なト
ルク特性を有するトルクモータを提供できる。
【0010】
【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30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。
【0011】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を介してスロットル軸12を回動自
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。
【0012】スロットル軸12の一方の端部に、トルク
モータ30が配設されている。トルクモータ30の端部
はカバー20により覆われている。ロータ40は、スロ
ットル軸12に固定したロータコア41と永久磁石43
とから構成されている。
【0013】ロータコア41は、鉄またはフェライト等
の磁性体で形成されており、図1に示すようにロータコ
ア41の回転軸と直交する断面において楕円形状に形成
されている。図1は図2に示すカバー20を取り除いた
状態におけるI方向模式的矢視図であり、断面図ではな
いが図1に示すロータコア41、永久磁石43、ステー
タコア50の形状は、ロータコア41の回転軸と直交す
る断面における形状と同一である。
【0014】永久磁石43は、ロータコア41の回転軸
と直交する断面において楕円の環状に一体に形成されて
おり、ロータコア41の外周42に接着して取り付けら
れている。永久磁石43はロータコア41の短径延長線
62と平行な一方向に着磁されている。したがって、長
径延長線61を挟んで永久磁石43の一方の外周側をN
極とし、他方の外周側をS極とするロータ磁極が形成さ
れている。永久磁石43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、フェライト系または
アルニコ系のような他の永久磁石を用いることもでき
る。
【0015】ステータコア50は鉄またはフェライト等
の磁性体で形成されている。ソレノイド部51は、鉄心
52と、鉄心52に巻回されたコイル53とを有し、ス
テータコア50の一部が鉄心52を形成している。コイ
ル53に通電することによりステータコア50が励磁さ
れ、ロータ40の外周と対向するN極およびS極からな
るステータ磁極が形成される。永久磁石43により形成
されたロータ40側のロータ磁極と、コイル53への通
電により形成されたステータ磁極とにより、ロータ40
を回動させるトルクが発生する。
【0016】次に、ロータ40に働くトルクについて図
3に基づいて説明する。ロータコア41の回転軸と直交
する断面において、ロータコア41の形状は楕円形であ
り、ステータコア50の内周50aは真円である。した
がって、ロータコア41とステータコア50とが形成す
るエアギャップは短径外側端42bから長径外側端42
aに向かうにしたがい小さくなっている。
【0017】ロータ40に働くトルクは放射方向の磁束
密度に起因する。永久磁石43の短径交点44aにおい
て着磁方向と放射方向とは同一方向であり、放射方向の
磁束密度はB1である。短径交点44aは特許請求の範
囲に記載した交点を表す。また、ロータコア41の中心
60を頂点とし短径交点44aと角度θ(0°<θ<9
0°)を形成する外周44の周方向位置における着磁方
向の磁束密度をB2とすると、短径交点44aから周方
向外側の長径延長線61に向かうにしたがいロータコア
41とステータコア50とのエアギャップが小さくなっ
ているのでB2>B1である。短径交点44aと角度θを
形成する外周44の周方向位置における放射方向の磁束
密度B3は、B3=B2cosθである。
【0018】ここで、ロータ40の回転角度に関係なく
一定のトルクを発生するためには、B1=B3=B2co
sθを満たすように、ロータコア41の長径の長さaお
よび短径の長さbを設定すればよい。B1=B2cosθ
を満たすように長径の長さaおよび短径の長さbを設定
することにより、図4に示すようにロータ40のトルク
特性が平坦になり、スロットル開度を高精度に制御可能
になる。
【0019】また、永久磁石43は楕円の環状に一体に
形成されているので、ロータ40に働くトルクはトルク
リップルのない滑らかな特性になり、スロットル開度を
高精度に制御可能である。さらに、ロータコア41に組
み付ける永久磁石の数が少ないので、組み付けが容易で
あり組み付け工数が低減する。
【0020】(第2実施例)本発明の第2実施例のトル
クモータを図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。第2実施例の
永久磁石71は真円の環状に一体に形成されている。第
1実施例と同様に短径交点72aから周方向外側の長径
延長線61に向かうにしたがいロータコア41とステー
タコア50とのエアギャップが小さくなっているのでB
2>B1である。短径交点72aと角度θを形成する永久
磁石71の外周72の周方向位置における放射方向の磁
束密度B3は、B3=B2cosθである。B1=B 3=B2
cosθを満たすようにロータコア41の長径の長さa
および短径の長さbを設定することにより、ロータ70
の回転角度に関係なく一定のトルクを発生することがで
きる。これによりロータ70のトルク特性が平坦にな
り、スロットル開度を高精度に制御可能になる。さら
に、永久磁石71は真円の環状に一体に形成されている
ので、ロータ70に働くトルクはトルクリップルのない
滑らかな特性になり、スロットル開度を高精度に制御可
能である。
【0021】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、一対のロータ磁極を一体に形成さ
れた一つの永久磁石で形成したが、各ロータ磁極をそれ
ぞれ一つの一体に形成された永久磁石で形成してもよ
い。つまり二つの永久磁石により一対のロータ磁極を形
成してもよい。
【0022】また上記複数の実施例では、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、滑らかで平坦なトルク特性を要求されるのであれ
ばどのような装置のアクチュエータに本発明のトルクモ
ータを用いてもよい。
【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用い
たスロットル装置を示す図2のI方向模式的矢視図であ
る。
【図2】第1実施例の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1に示すロータの拡大図である。
【図4】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5】第2実施例によるロータを示す模式図である。
【図6】(A)は図3と同一方向から見た従来例1のロ
ータを示す模式図であり、(B)は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7】(A)は図3と同一方向から見た従来例2のロ
ータを示す模式図であり、(B)は隣接する永久磁石の
状態を示す拡大図であり(C)は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。
【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 30 トルクモータ 40 ロータ 41 ロータコア 42a 長径外側端 42b 短径外側端 43 永久磁石 44a 短径交点(交点) 50 ステータコア 51 ソレノイド部 53 コイル 60 中心 61 長径延長線 62 短径延長線 70 ロータ 71 永久磁石 72a 短径交点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 37/16 H02K 37/16 K (72)発明者 谷村 寛 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5H621 BB07 GA02 GA05 GA12 HH01 JK02 JK05 JK15 JK17 5H622 AA03 CA01 CA05 CA10 CB04 CB06 PP03 PP19 QB02 5H633 BB08 BB11 BB15 GG02 GG04 GG09 GG16 HH03 HH04 HH07 HH12 HH24 HH25 JB05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータコア、ならびに前記ロータコアの
    外周壁に取り付けられロータ磁極を形成している磁石を
    有するロータと、 前記ロータを回動自在に収容しているステータコアと、 通電することにより前記ロータの外周と対向するステー
    タ磁極を前記ステータコアに形成するソレノイド部と、 を備えるトルクモータであって、 前記ロータコアは前記ロータの回転軸と直交する断面に
    おいて楕円形状に形成されており、各ロータ磁極を形成
    する磁石は一つであり厚みが等しく一体に形成されてお
    り、前記磁石は前記ロータコアの短径と平行な一方向に
    着磁されており、前記断面において、前記ロータコアの
    短径外側端から長径外側端に向かうにしたがい前記ロー
    タコアと前記ステータコアとのエアギャップが小さくな
    っていることを特徴とするトルクモータ。
  2. 【請求項2】 前記断面において、前記ロータコアの短
    径延長線と前記磁石の外周との交点における着磁方向の
    磁束密度をB 1、前記ロータコアの中心を頂点とし前記
    交点と角度θを形成する前記磁石の外周位置における着
    磁方向の磁束密度をB2とすると、前記外周位置におけ
    る前記外周位置と前記ロータコアの中心とを通る直線方
    向の磁束密度B3はB3=B2cosθであり、前記ロー
    タコアの長径および短径の長さはB 1=B3となるよう
    に設定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。
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Cited By (5)

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