JP2000341927A

JP2000341927A - トルクモータ

Info

Publication number: JP2000341927A
Application number: JP11148248A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kondo; 二郎近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】大型化することなく発生トルクを増加するト
ルクモータを提供する。【解決手段】トルクモータ４０は、ロータ４１、外周
ステータコア５０、内周ステータコア５５およびコイル
部６０を有する。ロータ４１の永久磁石群４５、４６は
ロータ４１の回転軸に対し放射状に着磁された構成とな
っている。ロータ４１の外周に外周ステータコア５０、
ロータ４１の内周に内周ステータコア５５が配設されて
いる。コイル６３に通電することにより、外周ステータ
コア５０の外周磁極部５１、５２、ならびに内周ステー
タコア５５の内周磁極部５６、５７にそれぞれ一対の磁
極が発生する。ロータ４１の永久磁石４５ａ、４６ａが
ロータ４１の回転方向前方に位置する各磁極部の前縁に
吸引されることによりロータ４１を回動させることがで
きる。ロータ４１が外周ステータコア５０および内周ス
テータコア５５に吸引されることによりロータ４１に働
くトルクの合成が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータの内周およ
び外周にステータコアを有するトルクモータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジ
ンという）の吸気流路の流路面積を調整するスロットル
装置において、スロットル弁を回動駆動するアクチュエ
ータとして、図４に示すようにロータコア１０２の表面
に複数の永久磁石１０３ａ、１０４ａを接着して永久磁
石群１０３、１０４を構成し、両永久磁石群により一対
の磁極を形成するロータ１０１を用いたトルクモータ１
００が知られている。トルクモータ１００は、ロータ１
０１と、ロータ１０１を取り囲んで磁性材により形成さ
れるステータコア１１０と、通電することによりステー
タコア１１０に一対の磁極を発生させるコイル部１２０
とを備えている。コイル部１２０は、コイルコア１２１
と、コイルコア１２１の外周を囲むスプール１０２と、
スプール１２２に巻回されたコイル１２３とを有する。

【０００３】コイル１２３に通電することにより、ステ
ータコア１１０の磁極部１１１、１１２にそれぞれ逆極
性のステータ磁極が生じる。永久磁石群１０３、１０４
の各永久磁石１０３ａ、１０４ａが磁極部１１１、１１
２の前縁１１１ａ、１１２ａに吸引されると、ロータ１
０１は図４において時計方向に回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すような構成
のトルクモータにおいて、ロータ、ステータコアまたは
コイル部を大型化することにより発生トルクを増加でき
るが、トルクモータが大型化するという問題がある。本
発明の目的は、大型化することなく発生トルクを増加す
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、ロータの外周および内周にそれ
ぞれステータコアを配設しているので、コイルに通電す
ることにより外周ステータコアおよび内周ステータコア
に発生する磁極にロータが吸引される。したがって、例
えば外周に配設したステータコアだけにロータが吸引さ
れる構成に比べトルクモータを大型化することなく発生
トルクを増加することができる。

【０００６】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
ると、内周ステータコアに形成された凹部の周方向の間
に一対の内周磁極部が形成されている。各内周磁極部の
前縁に向かって回転している永久磁石は、凹部底部より
も凹部周縁部、つまり各内周磁極部の内周前縁との距離
が近いため内周前縁に吸引される。この吸引力がロータ
を回転させるトルクとして働く。内周前縁を通過し内周
磁極部に面している永久磁石はロータの回転中心に向け
内周磁極部に吸引される。この吸引力はロータを回転さ
せるトルクとして働かない。つまり、内周前縁に吸引さ
れ内周前縁に向けて回転してきた永久磁石は内周前縁を
通過すると内周前縁に吸引されない。内周ステータコア
に形成される内周磁極部の間に凹部を形成したことによ
り、ロータの回転方向と反対方向に働くトルクの発生を
低減し、ロータ全体に発生するトルクを増加している。

【０００７】本発明の請求項３記載のトルクモータによ
ると、内周前縁は外周前縁の近傍に位置し、内周後縁は
外周後縁の近傍に位置しているので、各回転方向におい
て外周ステータコアおよび内周ステータコアにロータが
吸引される回転方向の位置ずれが小さくなる。ロータが
外周ステータコアおよび内周ステータコアに吸引される
吸引力の和が大きくなるので、ロータに発生するトルク
が増加する。

【０００８】本発明の請求項４記載のトルクモータによ
ると、内周前縁と外周前縁、ならびに内周後縁と外周後
縁とはロータの回転軸を通る直線上に位置しているの
で、各回転方向において外周ステータコアおよび内周ス
テータコアにロータが吸引される回転方向の位置がほぼ
一致する。ロータが外周ステータコアおよび内周ステー
タコアに吸引される吸引力の和が大きくなるので、ロー
タに発生するトルクが増加する。

【０００９】本発明の請求項５記載のトルクモータによ
ると、外周ステータコアと内周ステータコアとは非磁性
材により形成された結合部材により結合されているの
で、ロータの永久磁石と外周ステータコアおよび内周ス
テータコアとの間を流れる磁束が両ステータコアと結合
部材との間を流れない。ロータの永久磁石と両ステータ
コアとの間を流れる磁束が他部材に漏れることを低減す
るので、ロータに発生するトルクが増加する。

【００１０】本発明の請求項６記載のトルクモータによ
ると、ロータの各磁極は、それぞれ複数の永久磁石を有
する磁石群により形成されている。複数の永久磁石を周
方向に配列することにより、放射状に着磁された永久磁
石群を容易に構成できる。

【００１１】本発明の請求項７記載のスロットル装置に
よると、請求項１から６のいずれか１項記載のトルクモ
ータをアクチュエータとして弁部材を駆動し吸気流路を
開閉制御している。例えば、吸気流量が増加し弁部材の
吸気抵抗が増加しても、トルクモータを大型化すること
なく吸気流量を制御できる。

【００１２】

【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
４０を用いたスロットル装置を図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によってのみ吸気流量を制御
する弁部材としてのスロットル弁１３の開度を調整する
ものである。

【００１３】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流路１１ａの流路面積が調整さ
れ、吸気流路１１ａを通過する吸気流量が制御される。

【００１４】ウェーブワッシャ１７は、エンジン運転中
の振動時においてもスロットル軸１２が軸方向に移動し
ないようにスロットル軸１２を一方の軸方向に付勢して
いる。これにより、吸気流路１１ａを挟みウェーブワッ
シャ１７と径方向反対側に配設されている回転角センサ
３０の基板３１と図示しないコンタクト部との摺動状態
が変化しないので、スロットル弁１３の開度信号が断絶
したり、コンタクト部が基板３１と過大な力で摺動する
ことによる基板上の抵抗体またはコンタクト部の摩耗を
防止できる。さらに後述するトルクモータ４０におい
て、外周ステータコア５０および内周ステータコア５５
に対するロータ４１の軸方向位置が変化しないので、ロ
ータ４１が受けるトルク変動を抑制できる。

【００１５】スロットル軸１２の一方の端部に固定レバ
ー２０がナット２１で固定されている。固定レバー２０
はスロットル軸１２とともに回動する。中間レバー２２
は、スロットルボディ１１と固定レバー２０との間で１
回転内において回動自在にスロットル軸１２に嵌挿され
ている。リターンスプリング２３はスロットルボディ１
１に一端を固定し、中間レバー２２に他端を固定してい
る。オープナスプリング２４は固定レバー２０に一端を
固定し、中間レバー２２に他端を固定している。オープ
ナスプリング２４の付勢力により中間レバー２２はスロ
ットル軸１２に対し閉弁方向に付勢されている。換言す
れば、オープナスプリング２４の付勢力によりスロット
ル軸１２は中間レバー２２に対し開弁方向に付勢されて
いる。中間レバー２２は、スロットル軸１２に設けた図
示しないストッパに係止されスロットル軸１２に対する
閉弁方向への回転を規制されている。この構成により、
オープナスプリング２４は、スロットル軸１２が全開位
置と全閉位置手前の後述する係止位置との間にあると
き、スロットル軸１２と中間レバー２２とを結合しスロ
ットル軸１２および中間レバー２２を一体に回動させ
る。

【００１６】スロットル軸１２が全開位置と係止位置と
の間にあるとき、リターンスプリング２３の付勢力はス
ロットル軸１２を閉弁する方向に働く。スロットル軸１
２とともに閉弁方向に回転する中間レバー２２はスロッ
トルボディ１１に設けた図示しないストッパにより係止
位置で係止される。したがって、係止位置よりもさらに
閉弁方向にスロットル軸１２が回転すると、リターンス
プリング２３の付勢力はスロットル軸１２に作用しな
い。オープナスプリング２４の付勢力は、全閉位置と係
止位置との間でスロットル軸１２を開弁する方向に働
く。

【００１７】回転角センサ３０は、スロットル軸１２の
他方の端部側に配設されており、図示しないコンタクト
部、抵抗体を塗布した基板３１で構成されている。コン
タクト部はスロットル軸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３１に塗布された抵
抗体上をコンタクト部が摺動する。基板３１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。

【００１８】回転角センサ３０よりもスロットル軸１２
の他端側にトルクモータ４０が配設されている。図１に
示すように、トルクモータ４０は、ロータ４１、外周ス
テータコア５０、内周ステータコア５５およびコイル部
６０を有する。ロータ４１は、内周カバー４３、外周カ
バー４４、および内周カバー４３と外周カバー４４との
間に接着固定されている永久磁石群４５、４６を有す
る。内周カバー４３および外周カバー４４は磁性材によ
り円筒状に形成されており、スロットル軸１２と回動可
能に固定されている樹脂製の固定部材１８に取り付けら
れている。永久磁石群４５、４６はそれぞれ円弧状に配
列された複数の永久磁石４５ａ、４６ａにより構成され
ている。永久磁石４５ａ、４６ａは、それぞれ厚み方向
に一方向に着磁されている。したがって、永久磁石群４
５、４６は実質的にロータ４１の回転軸に対し放射状に
着磁された構成となっている。永久磁石４５ａと永久磁
石４６ａとは反対向きに径方向に着磁されているため、
ロータ４１の内周および外周にそれぞれＮ極およびＳ極
を有する一対の磁極が形成されている。永久磁石４５
ａ、４６ａ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磁石である。永久
磁石群４５と永久磁石群４６との間にアルミ等の非磁性
材で形成された分離部材４７が配設されている。

【００１９】外周ステータコア５０は磁性材からなる薄
板をスロットル軸１２の軸方向に積層して形成されてお
り、ロータ４１の外周を囲む外周磁極部５１、５２を有
する。外周磁極部５１と外周磁極部５２との周方向の間
に非磁性材であるカバー６６の樹脂材が充填されてお
り、外周磁極部５１と外周磁極部５２とは周方向におい
て磁気的に分離されている。

【００２０】内周ステータコア５５は、ロータ４１の内
周に配設されており、磁性材からなる薄板をスロットル
軸１２の軸方向に積層して形成されている。内周ステー
タコア５５は非磁性材で形成された結合部材６５により
外周ステータコア５０と結合している。内周ステータコ
ア５５には、回転軸方向に延び径方向ほぼ反対側に凹部
５５ａが形成されている。内周磁極部５６、５７は凹部
５５ａの周方向の間にほぼ径方向反対側に形成されてい
る。

【００２１】コイル部６０は、コイルコア６１、コイル
コア６１の外周を取り囲むスプール６２、およびスプー
ル６２に巻回されているコイル６３を有する。コイル６
３に通電することにより、外周磁極部５１、５２と内周
磁極部５６、５７とにそれぞれ一対の磁極が発生する。
外周磁極部５１と内周磁極部５６、外周磁極部５２と内
周磁極部５７とは逆極性である。

【００２２】ロータ４１が例えば図１に示す開弁方向に
回転するとき、永久磁石４５ａ、４６ａが向かってくる
外周磁極部５１、５２、ならびに内周磁極部５６、５７
の縁を前縁５１ａ、５２ａ、５６ａ、５７ａと呼び、他
方の縁を後縁５１ｂ、５２ｂ、５６ｂ、５７ｂと呼ぶ。
コイル６３に通電する方向を反転すれば、前縁と後縁と
の位置は入れ替わる。

【００２３】コイル６３に通電することにより、外周磁
極部５１、５２、内周磁極部５６、５７にそれぞれ一対
の磁極が発生し、ロータ４１の永久磁石４５ａ、４６ａ
が各前縁に吸引されることによりロータ４１を回動させ
ることができる。コイル６３に通電することより逆極性
を発生する外周磁極部および内周磁極部の前縁同士５１
ａと５６ａ、５２ａと５７ａ、ならびに後縁同士５１ｂ
と５６ｂ、５２ｂと５７ｂとはそれぞれ互いに近傍に位
置している。さらに、ロータ４１の回転軸から放射方向
に延びるほぼ同一直線上に、前縁同士５１ａと５６ａ、
５２ａと５７ａ、ならびに後縁同士５１ｂと５６ｂ、５
２ｂと５７ｂとが位置している。換言すれば、ロータ４
１の回転軸を中心とし、前縁５１ａと後縁５２ｂがなす
円周角と、前縁５６ａと後縁５７ｂがなす円周角とはほ
ぼ等しい。また、前縁５２ａと後縁５１ｂがなす円周角
と、前縁５７ａと後縁５６ｂがなす円周角とはほぼ等し
い。

【００２４】次に、スロットル装置１０の作動について
説明する。 (1) スロットル軸１２が全開位置と係止位置との間にあ
るとき、スロットル軸１２はリターンスプリング２３の
付勢力により閉弁方向に力を受けている。リターンスプ
リング２３の付勢力に抗し全開位置と係止位置との間で
スロットル弁１３の開度を制御するため、回転角センサ
３０からの検出信号に基づき、ＥＣＵは図１において開
弁方向にロータ４１がトルクを受けるようにコイル６３
への通電方向を制御する。

【００２５】コイル部６０のコイル６３に通電すると、
外周磁極部５１、５２、ならびに内周磁極部５６、５７
に磁極が発生する。ロータ４１を回転させるトルクは、
ロータ４１と外周ステータコア５０および内周ステータ
コア５５との間に働く吸引力におけるロータ４１の接線
方向の分力により発生する。外周磁極部５１、５２、な
らびに内周磁極部５６、５７の前縁５１ａ、５２ａ、５
６ａ、５７ａに向かって回転してくる位置にある永久磁
石４５ａ、４６ａと、前縁５１ａ、５２ａ、５６ａ、５
７ａとの間に図１の太い矢印に示す方向に働く吸引力は
ロータ４１の接線方向に分力を有し、この接線方向の分
力がロータ４１を回転させるトルクとして働く。前縁５
１ａ、５２ａ、５６ａ、５７ａに向かい回転し前縁５１
ａ、５２ａ、５６ａ、５７ａを通過した永久磁石４５
ａ、４６ａは、外周磁極部５１、５２、ならびに内周磁
極部５６、５７と径方向に対向する位置に回転する。外
周磁極部５１、５２ならびに内周磁極部５６、５７と径
方向で対向する位置にある永久磁石４５ａ、４６ａが外
周磁極部５１、５２ならびに内周磁極部５６、５７に径
方向外側および内側に吸引される力はロータ４１を回転
させるトルクとして働かない。

【００２６】ロータ４１の外周および内周の両ステータ
コアとロータ４１との間に吸引力が働き、さらにロータ
４１の回転中心から放射方向に延びるほぼ同一直線上
に、前縁同士５１ａと５６ａ、５２ａと５７ａ、ならび
に後縁同士５１ｂと５６ｂ、５２ｂと５７ｂとが位置し
ているので、外周ステータコア５０および内周ステータ
コア５５に吸引されることによりロータ４１に働くトル
クの合成が大きくなる。したがって、ロータの外周側に
配設されたステータコアだけでロータを吸引する構成に
比べ、同じ体格で大きなトルクを発生することができ
る。

【００２７】(2) スロットル軸１２が全閉位置と係止位
置との間にあるとき、閉弁方向に働くリターンスプリン
グ２３の付勢力はスロットル軸１２に作用せず、開弁方
向に働くオープナスプリング２４の付勢力がスロットル
軸１２に働く。したがって、オープナスプリング２４の
付勢力に抗し全閉位置と係止位置との間でスロットル弁
１３の開度を制御するため、全開位置と係止位置との間
とは逆方向にコイル６３に通電する。これにより、ロー
タ４１は図１において閉弁方向にトルクを受ける。

【００２８】(3) コイル６３の断線等によりトルクモー
タ４０がトルクを発生しないフェイル時、リターンスプ
リング２３の付勢力により中間レバー２２は全閉位置か
ら僅かに開弁した係止位置でストッパに係止される。こ
れにより、トルクモータ４０が作動しないフェイル時に
おいてもエンジンを運転し退避走行が可能である。

【００２９】本実施例のトルクモータ４０は、永久磁石
４５ａ、４６ａの内周および外周を覆う筒状の内周カバ
ー４３、外周カバー４４を設けている。この内周カバー
４３、外周カバー４４を磁性材料により形成すると、永
久磁石４５ａ、４６ａにより内周カバー４３、外周カバ
ー４４が磁化され、ロータ４１の磁極と外周磁極部５
１、５２、ならびに内周磁極部５６、５７との間のエア
ギャップを一定に近づけることができる。これにより、
トルクモータ４０が発生するトルク特性は平坦になる。

【００３０】（第２実施例）本発明の第２実施例を図３
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７０は、内周カバー４
３と、内周カバー４３に接着固定され円筒状に一体形成
された永久磁石７１とを有する。永久磁石７１はロータ
７０の回転軸に対し放射状に着磁されている。一体形成
された円筒状の永久磁石７１によりロータ７０の磁極を
形成するので、永久磁石７１の外周および内周における
磁束密度が均一になる。したがって、ロータ７０の回転
角度に対し平坦なトルク特性を得ることができる。

【００３１】以上説明した本発明の上記複数の実施例で
は、ロータの内周および外周にステータコアを配設して
いるので、外周ステータコア５０および内周ステータコ
ア５５の両方にロータが吸引される。したがって、トル
クモータを大型化することなく発生トルクを増加でき
る。

【００３２】また、外周ステータコア５０と内周ステー
タコア５５とを非磁性材で形成された結合部材６５で結
合しているので、ロータと外周ステータコア５０、なら
びにロータと内周ステータコア５５との間に流れる磁束
が両ステータコア間に流れることを防止する。ロータと
両ステータコアとの間で吸引力として働く磁束の漏れを
防止するので、発生トルクの低下を防止できる。

【００３３】上記複数の実施例では、スロットル弁１３
の開度を制御する駆動源としてトルクモータを用いた。
スロットル装置に限らず、小さな体格で大きな発生トル
クを要求される駆動源として本発明のトルクモータを用
いると好適である。

【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
図２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図２】第１実施例のスロットル装置を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例によるトルクモータを示す
断面図である。

【図４】従来のトルクモータを示す断面図である。

【符号の説明】

１０スロットル装置１１スロットルボディ１１ａ吸気流路１３スロットル弁（弁部材）４０トルクモータ４１ロータ４３内周カバー４４外周カバー４５、４６永久磁石群４５ａ、４６ａ永久磁石５０外周ステータコア５１、５２外周磁極部５１ａ、５２ａ、５６ａ、５７ａ前縁５１ｂ、５２ｂ、５６ｂ、５７ｂ後縁５５内周ステータコア５６、５７内周磁極部６０コイル部６３コイル６５結合部材７０ロータ７１永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石により一対の磁極が形成されて
いる中空柱状のロータと、前記ロータの外周を囲み磁性材で形成されている外周ス
テータコアと、前記ロータの内周に配設され磁性材で形成されている内
周ステータコアと、通電することにより前記外周ステータコアおよび前記内
周ステータコアにそれぞれ一対の磁極を発生させるコイ
ル部と、を備えることを特徴とするトルクモータ。
【請求項２】前記永久磁石は前記ロータの回転軸に対
し放射状に着磁されており、前記外周ステータコアは、前記コイル部に通電すること
により各磁極を形成される一対の外周磁極部を有し、前記内周ステータコアは、回転軸方向に延び周方向に２
ヶ所形成されている凹部の周方向の間に、前記コイル部
に通電することにより一対の磁極の各磁極を形成される
一対の内周磁極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。
【請求項３】前記ロータの回転方向に対し前方側に位
置する前記内周磁極部の内周前縁は前記ロータの回転方
向に対し前方側に位置する前記外周磁極部の外周前縁の
近傍に位置し、前記ロータの回転方向に対し後方側に位
置する前記内周磁極部の内周後縁は前記ロータの回転方
向に対し後方側に位置する前記外周磁極部の外周後縁の
近傍に位置していることを特徴とする請求項２記載のト
ルクモータ。
【請求項４】前記外周前縁と前記内周前縁、ならびに
前記外周後縁と前記内周後縁とは前記ロータの回転軸を
通る直線上に位置していることを特徴とする請求項３記
載のトルクモータ。
【請求項５】前記外周ステータコアと前記内周ステー
タコアとは非磁性材で形成された結合部材により結合さ
れていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一
項記載のトルクモータ。
【請求項６】前記ロータの各磁極は、それぞれ複数
の永久磁石を有する永久磁石群により形成されているこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のト
ルクモータ。
【請求項７】吸気流路の一部を形成するスロットル
ボディと、前記スロットルボディに回動自在に支持さ
れ、前記吸気流路を開閉する弁部材と、前記弁部材を回
動駆動する請求項１から６のいずれか一項記載のトルク
モータと、を備えることを特徴とするスロットル装置。