JP2001169523A - トルクモータおよびそれを用いたスロットル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の回転角度位置で発生トルクを増加する
トルクモータおよびそれを用いたスロットル装置を提供
する。 【解決手段】 ロータ４１とステータコアとは回転軸方
向に所定の間隔を形成して対向している。ロータ４１
は、スロットル軸に圧入固定した円板状のロータコア４
２と、ロータコア４２の反スロットル弁側の端面に接着
剤等により取り付けられたロータ磁石４３、４４とから
構成されている。ロータ磁石４３とロータ磁石４４とは
回転軸の反対方向に着磁されており、回転方向に交互に
極性が異なる４極のロータ磁極を構成している。ロータ
磁石４３、４４の回転方向の閉側端部に、他の回転方向
位置よりもステータコアとの対向面積が大きい面積拡大
部４５、４６が形成されている。ロータ４１が開弁方向
に回転し、極性の異なるステータコアに接近すると、全
開位置近傍において発生トルクが増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータ磁極とステー
タ磁極とが回転軸方向に所定の間隔を形成して対向して
いるトルクモータに関し、特に流量制御弁等に用いられ
るトルクモータおよびそれを用いたスロットル装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータ磁極とステータ磁極との数
により規定される制御角度範囲内でトルクを発生するト
ルクモータとして、ロータ磁極とステータ磁極とが回転
軸方向に所定の間隔を形成して対向している特表平６−
５０４９０１号公報および特開平９−２８７４８５号公
報に開示されるようなトルクモータが知られている。こ
のようなトルクモータを、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ることができ
る。

【０００３】ロータ磁極とステータ磁極とが回転軸方向
に所定の間隔を形成して対向する構成では、例えばロー
タ磁極およびステータ磁極の磁極数を増やしてもトルク
モータの径が大きくならない。さらに、磁極数が増える
ことにより発生トルクが増大する利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロータ磁極とステータ
磁極とが回転軸方向に所定の間隔を形成して対向してい
るトルクモータでは、異なる磁極を有するロータ磁極と
ステータ磁極との位置が回転方向にずれていることによ
り、異なる磁極同士が引き合う力が回転方向に働きトル
クが発生する。そして、極性の異なるロータ磁極とステ
ータ磁極とが真正面に対向すると異なる磁極同士が引き
合う力が回転軸方向に働くのでトルクが発生しない。磁
極数により規定される制御角度範囲の境界において発生
トルクが減少するので、駆動源として利用できるトルク
の発生範囲が狭くなる。

【０００５】トルクモータを大型化すれば全体の発生ト
ルクが増加するので、制御角度範囲の境界においても駆
動に必要なトルクが発生する。しかし、トルクモータが
大型化するという欠点がある。一方、各装置の小型化の
要求によりトルクモータを小型化かつ軽量化すると、ス
テータコアの容積が小さくなる。ステータコアの容積が
小さくなりステータコアの磁路面積が減少すると、ステ
ータコアを流れる磁束が飽和しやすくなり、発生するト
ルクが全体として減少する。その結果、制御角度範囲の
境界で減少する傾向にあったトルクがさらに減少する。
本発明の目的は、所定の回転角度位置で発生トルクを増
加するトルクモータおよびそれを用いたスロットル装置
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または
２記載のトルクモータによると、ロータ磁極とステータ
磁極とが回転軸方向に所定の間隔を形成して対向してい
るトルクモータにおいて、一つのロータ磁極を形成する
磁石は、ステータコアの対向コアと対向する面積が他の
回転方向位置よりも大きい面積拡大部を所定の回転方向
位置に有している。ロータの回転に伴いロータ磁石の面
積拡大部が極性の異なるステータ磁極に近づくと、その
回転角度位置において発生するトルクが増加する。した
がって、ロータ磁石に面積拡大部を形成する位置を調整
することにより所望の回転角度位置において発生するト
ルクを増加できる。

【０００７】異なる極性を有するロータ磁極とステータ
磁極、言い換えるとロータまたはステータコアにおいて
極性の異なる磁極の境界が真正面に対向する位置に近づ
くにしたがい発生トルクが急速に減少する。本発明の請
求項３記載のトルクモータによると、ロータ磁石の回転
方向端部に面積拡大部を設けているので、極性の異なる
ロータ磁極とステータ磁極とが真正面に対向する位置に
近づきロータ磁石の面積拡大部が極性の異なるステータ
磁極に近づくと、発生トルクが増加する。駆動源として
使用可能なトルクを発生する角度範囲が増加するので、
例えばスロットル装置のスロットル弁を駆動する駆動源
として請求項３に記載したトルクモータを用いると、全
開位置に極力近い位置までスロットル弁を駆動できる。

【０００８】本発明の請求項４記載のスロットル装置に
よると、請求項１、２または３記載のトルクモータをス
ロットル弁の駆動源として用いている。したがって、発
生トルクが低下する角度位置において発生トルクを増加
できる。したがって、全閉位置および全開位置において
もスロットル弁を駆動するために必要なトルクを発生す
ることができる。

【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
を用いたスロットル装置を図２に示す。図２において、
スロットル装置１０は全閉状態である。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。

【００１０】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。

【００１１】スロットル軸１２の一方の端部にスロット
ル軸１２とともに回動するように板状の係止部材２０が
圧入固定されている。係止部材２０はリターンスプリン
グ２１によりスロットル装置１０の閉弁方向に付勢され
ている。係止部材２０に設けたレバー２０ａは全閉位置
で閉弁方向への動きをストッパスクリュウ２３に係止さ
れる。

【００１２】回転角センサ３０は、係止部材２０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、セ
ンサロータ３１、センサロータ３１に取り付けられたコ
ンタクト部３２、および抵抗体を塗布した基板３３で構
成されている。センサロータ３１はスロットル軸１２に
固定されており、スロットル軸１２とともに回動する。
基板３３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３２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。

【００１３】スロットル軸１２の他方の端部に、ロータ
４１、ステータコア５０およびコイル６０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６５により覆われている。図１に示すよう
に、ロータ４１は、スロットル軸１２に圧入固定した円
板状のロータコア４２と、ロータコア４２の反スロット
ル弁１３側の端面に接着剤等により取り付けられたロー
タ磁石４３、４４とから構成されている。ロータ磁石４
３、４４は中心角９０°の扇形に形成され、周方向に交
互に配設されている。ロータ磁石４３とロータ磁石４４
とは回転軸の反対方向に着磁されており、回転方向に交
互に極性が異なる４極のロータ磁極を構成している。ロ
ータ磁石４３、４４の回転方向の閉側端部に、他の回転
方向位置よりもステータコア５０との対向面積が大きい
面積拡大部４５、４６が形成されている。面積拡大部４
５、４６はロータ４１の径方向外側に突出する突部４５
ａ、４６ａを有している。

【００１４】図２および図３に示すように、ステータコ
ア５０は、ロータ磁石４３、４４と回転軸方向に所定の
間隔ｄを形成して対向する対向コア５１、５２と、対向
コア５１、５２と反ロータ側で接続している後部コア５
３とを有している。対向コア５１、５２は周方向に交互
に配設されており、各対向コアにコイル６０が巻回され
ている。各コイル６０に電流を流すと、対向コア５１と
対向コア５２とはロータ側に異なる極性のステータ磁極
を形成する。したがって、回転方向に交互に極性の異な
る４極のステータ磁極が対向コア５１、５２に生成され
る。

【００１５】次に、スロットル装置１０の作動について
図４に基づいて説明する。図４は、ステータコア５０側
からステータコア５０およびロータ４１を見た模式図で
ある。図４において、括弧内の極性はロータ磁極の極性
を表している。全開位置と全閉位置との間においてスロ
ットル弁１３はリターンスプリング２１の付勢力により
閉弁方向に付勢されている。図４の（Ａ）に示すよう
に、全閉位置において、ロータ４１とステータコア５０
との位置は、ロータ磁石４３と対向コア５１とが対向
し、ロータ磁石４４と対向コア５２とが対向し、ステー
タコア５０に対しロータ４１が僅かに開弁方向にずれる
ように設定されている。そして、ロータ磁石側の対向コ
ア５１がＮ、対向コア５２がＳ極になるようにコイル６
０に電流を流すと、ステータ磁極に対し同じ極性のロー
タ磁極が開弁方向に僅かにずれて対向する。したがっ
て、ロータ４１およびスロットル弁１３は開弁方向に回
転する。アクセルペダルの踏み込み量に応じてトルクモ
ータ４０が開弁方向のトルクを発生することにより、全
開位置と全閉位置近傍との間においてスロットル弁１３
の開度を調整する。

【００１６】ロータ４１が開弁方向に回転し、図４の
（Ｂ）に示す中間位置からさらに図４の（Ｃ）に示す全
開位置近傍まで回転すると、極性の異なるロータ磁石４
３の面積拡大部４５とステータコア５０の対向コア５２
とが接近し、極性の異なるロータ磁石４４の面積拡大部
４６とステータコア５０の対向コア５１とが接近する。
面積拡大部４５、４６はロータ磁石４３、４４の他の回
転方向位置に比べステータコア５０と対向する面積が大
きいので、面積拡大部４５、４６が極性の異なる対向コ
ア５２、５１に接近すると、図５の実線１００に示すよ
うに全開位置近傍において発生トルクが増加する。

【００１７】ロータ磁石４３、４４に面積拡大部４５、
４６を形成した第１実施例に対し、面積拡大部４５、４
６を形成しない、つまり突部４５ａ、４６ａを設けない
従来のトルクモータでは、ロータが開弁方向に回転し全
開位置近傍まで回転すると、図５の点線１０１に示すよ
うにトルクが減少する。一方、図５の斜線で示すように
リターンスプリング２１、摩擦および吸気流れの抵抗等
からスロットル弁１３が発生トルクと反対方向、つまり
閉弁方向に受ける力の合計はスロットル開度が全開に近
づくにしたがい増加する。したがって、リターンスプリ
ング２１の付勢力、摩擦および吸気流れの抵抗等が変動
すると、全開位置近傍において所望のスロットル開度に
制御することが困難になる。

【００１８】第１実施例では、ロータ４１が全開位置に
近づくとロータ磁石４３、４４に形成した面積拡大部４
５、４６が極性の異なる対向コア５２、５１に近づくの
で、ロータ４１が全開位置に近づいても発生トルクが減
少せず増加する。したがって、トルクモータを小型化し
全体の発生トルクが低下しても、面積拡大部を設けない
従来のトルクモータと同程度の性能を確保できる。

【００１９】（第２実施例，第３実施例）本発明の第２
実施例を図６に、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。第２実施例のロータ７０は、ロータコア４２と、ロ
ータ磁石７１、７２とを有している。ロータ磁石７１、
７２は回転方向の閉側端部に他の回転方向位置よりもス
テータコアとの対向面積が大きい面積拡大部７３、７４
を有している。面積拡大部７３、７４は、ロータ７０の
径方向内側に突出する突部７３ａ、７４ａを有してい
る。

【００２０】第３実施例のロータ８０は、ロータコア４
２と、ロータ磁石８１、８２とを有している。ロータ磁
石８１、８２は回転方向の閉側端部に他の回転方向位置
よりもステータコアとの対向面積が大きい面積拡大部８
３、８４を有している。面積拡大部８３、８４は、ロー
タ８０の径方向外側に突出する突部８３ａ、８４ａと、
ロータ８０の径方向内側に突出する突部８３ｂ、８４ｂ
とを有している。径方向両側に突部を形成しているの
で、全開位置近傍で発生するトルクを大幅に増加するこ
とができる。

【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、ロータ磁石の閉側端部に面積拡大
部を設けたことにより、全開側で発生するトルクが増加
する。全開位置近傍においてもリターンスプリング２１
の付勢力、摩擦および吸気流れの抵抗等に対し十分に打
ち勝つトルクを発生することができるので、トルモータ
を小型化し発生トルクが全体に低下しても、所望の開度
にスロットル弁を制御可能な開度範囲を保持できる。

【００２２】また上記複数の実施例では、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。したがって、面積拡大部はロー
タ磁石の回転方向の両端部でなくても、用途により回転
方向の中間位置に設けてもよい。

【００２３】また上記複数の本実施例では、ロータ磁極
およびステータ磁極ともに４極形成したが、トルクモー
タを適用する用途によりロータ磁極数およびステータ磁
極数を増減してもよい。また、ロータ磁極とステータ磁
極とが異なる極数であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステータコア側から見たロータを示す模式的矢
視図である。

【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１のIII 方向からカバーを外して見た矢視図
である。

【図４】ステータコアに対するロータの回転位置を示す
模式的説明図であり、（Ａ）は全閉位置、（Ｂ）は中間
位置、（Ｃ）は全開位置近傍を示している。

【図５】スロットル開度と発生トルクとの関係を示す特
性図である。

【図６】本発明の第２実施例によるステータコア側から
見たロータを示す模式的矢視図である。

【図７】本発明の第３実施例によるステータコア側から
見たロータを示す模式的矢視図である。

【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 ４３、４４ ロータ磁石 ４５、４６ 面積拡大部 ４５ａ、４６ａ 突部 ５０ ステータコア ５１、５２ 対向コア ６０ コイル ７０、８０ ロータ ７１、７２、８１、８２ ロータ磁石 ７３、７４、８３、８４ 面積拡大部 ７３ａ、７４ａ、８３ａ、８４ａ、８３ｂ、８４ｂ
突部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁石を回転方向に配置し交互に極
   性の異なる複数のロータ磁極を形成しているロータと、 コイルと、 前記磁石と回転軸方向に所定の間隔を形成して対向する
   ように配置されている複数の対向コアを有し、前記コイ
   ルに通電することにより回転方向に交互に異なる極性を
   有する複数のステータ磁極を前記対向コアの前記ロータ
   との対向側に生成するステータコアと、 を備え、 一つのロータ磁極を形成する前記磁石は、前記対向コア
   と対向する面積が他の回転方向位置よりも大きい面積拡
   大部を所定の回転方向位置に有していることを特徴とす
   るトルクモータ。
2. 【請求項２】 前記面積拡大部は、前記ロータの径方向
   外側または径方向内側の少なくとも一方に突出する突部
   を有してい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】 前記磁石の回転方向端部に前記面積拡大
   部を設けていることを特徴とする請求項１または２記載
   のトルクモータ。
4. 【請求項４】 吸気通路を流れる吸気流量を調節するス
   ロットル弁を備え、請求項１、２または３記載のトルク
   モータを前記スロットル弁の駆動源として用いることを
   特徴とするスロットル装置。