JP2001327142A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁アクチュエータにおいて、ロータの停止位
置のバラツキを小さくし、又、ロータの回転角度位置を
高精度に検出できるようにする。 【解決手段】外周面にマグネット２１が結合されたロー
タ２０と、ロータの外周面に対向して配置された第１磁
極片３０ａ、第２磁極片３０ｂ、及び第３磁極片３０ｃ
と、これらの磁極片同士を相互に連結して磁路を形成し
一部に電磁コイル５０が巻装された連結磁路形成部材３
０と、第２磁極片３０ｂと第３磁極片３０ｃとの間に磁
路を形成しロータの回転輪郭に沿って形成された隣接磁
路形成部材６０とを備え、この隣接磁路形成部材６０
に、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３０ｃの周方向長
さを画定する二つの磁気ギャップ７１，７２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁コイルへの通
電によりロータを回動させるロータ型の電磁アクチュエ
ータに関し、特に、内燃機関の電子制御スロットルシス
テム等の駆動源として適用される電磁アクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載された内燃機関の燃焼状態、
出力、回転制御等を、運転者の意図するアクセルコント
ロール以上に高精度かつきめ細かに制御する手法とし
て、電子制御スロットルシステム、すなわち、ドライブ
バイワイヤーシステムが知られている。この電子制御ス
ロットルシステム（ドライブバイワイヤーシステム）
は、アクセルペダルとスロットルバルブとをアクセルワ
イヤーで接続するのではなく、アクセルペダルの踏み込
み量を電気信号に変換し、この変換された電気信号に基
づいて予め設定された種々の開度、あるいは、車両の故
障時等における待避走行等を可能にするデフォルト開度
等に、スロットルの開度を制御するものである。したが
って、このスロットルの開度を制御する駆動源として
は、高精度な開度の制御が行なえるものが要求され、そ
の一つとしてトルクモータ等の電磁アクチュエータが開
発されている。

【０００３】この種の電磁アクチュエータとしては、例
えば、特開平１１−２５２８８９号公報、特開平１１−
３５６０２８号公報、特開平１１−３５６０２９号公報
等に開示されたものが知られている。特開平１１−２５
２８８９号公報に開示された電磁アクチュエータは、図
１１（ａ）に示すように、外周に極性の異なるマグネッ
ト１ａ，１ｂを備えかつ一部が切り欠かれたロータ１
と、このロータ１の外周表面に沿うように配置された３
つの磁極片２，３，４と、これら３つの磁極片２，３，
４のうち隣り合うもの同士を連結して磁路を形成すると
共にその一部（コア）に電磁コイル５が巻装された連結
磁路形成部材（ヨーク）６と、隣り合う２つの磁極片
３，４を連結して磁路を形成すると共にロータ１の回転
輪郭に沿うようにロータ１に隣接して弧状に形成された
隣接磁路形成部材（ヨーク）７等を備えており、電磁コ
イル５を含む連結磁路形成部材６の一部に形成された磁
気ギャップ８及びロータ１の切り欠き領域に形成される
弧状ギャップ９により、非通電時におけるロータ１の停
止位置が調整されるものである。

【０００４】特開平１１−３５６０２８号公報に開示さ
れた電磁アクチュエータは、前述の電磁アクチュエータ
のような磁気ギャップによりロータ１の停止位置を調整
するのではなく、図１１（ｂ）に示すように、ロータ１
に隣接して弧状に形成された隣接磁路形成部材（ヨー
ク）７の一部をロータ１から遠ざかる方向に扇状に切り
欠くことにより段差７ａを設けて磁極片３，４それぞれ
の周方向の長さを設定することにより、非通電時におけ
るロータ１の停止位置が調整されるものである。

【０００５】特開平１１−３５６０２９号公報に開示さ
れた電磁アクチュエータは、図１１（ｃ）に示すよう
に、特開平１１−２５２８８９号公報に開示の電磁アク
チュエータにおいて、磁気ギャップ８に磁束密度を検出
するホール素子１０を配置し、このホール素子１０によ
り出力される信号に対して、電磁コイル５を流れる電流
の影響を補正することにより、ロータ１の回転角度位置
を検出するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
１１−２５２８８９号公報に開示の電磁アクチュエータ
においては、磁気ギャップ８等の磁気抵抗のバランスに
より、非通電時にロータ１が停止する停止位置を設定す
るものであるが、実際の生産（量産）時における製造バ
ラツキ等により、この停止位置を所定の位置に調整する
のは困難である。

【０００７】また、特開平１１−３５６０２８号公報に
開示の電磁アクチュエータにおいては、上記停止位置の
バラツキは解消されるものの、磁極片２，３，４をそれ
ぞれ連結して磁路を形成する磁路形成部材（ヨーク）が
全域において結合されており、磁路内の磁束密度を検出
することはできない。

【０００８】さらに、特開平１１−３５６０２９号公報
に開示の電磁アクチュエータにおいては、電磁コイル５
を含む連結磁路形成部材（ヨーク）６に設けた磁気ギャ
ップ８内にホール素子１０を配置し、すなわち、電磁コ
イル５を流れる電流の影響を受け易い（電磁コイル５に
より生成された磁束が高密度に分布する磁場）領域にお
いて磁束密度を検出することを前提として、電磁コイル
５を流れるコイル電流の影響を補正する補正回路等を設
けるものである。それ故に、検出回路等が複雑になり、
その簡略化のためには、できるだけコイル電流の影響が
小さくなる構成が要求される。

【０００９】したがって、上記特開平１１−３５６０２
８号公報に開示の電磁アクチュエータに、特開平１１−
２５２８８９号公報に開示の磁気ギャップ及び特開平１
１−３５６０２９号公報に開示のホール素子を適用し
て、ロータ１の回転角度位置を検出できるようにして
も、ホール素子の検出信号に対するコイル電流の影響を
小さくすることはできない。また、前述のような補正回
路等を設けると、システムの複雑化等を招くことにな
る。

【００１０】本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて成
されたものであり、その目的とするところは、電磁コイ
ルへの非通電磁にロータが停止する停止位置のバラツキ
を抑え、又、構造の簡略化を図りつつ、ロータの回転角
度位置を高精度に検出できる電磁アクチュエータを提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁アクチュエ
ータは、異なる極性に着磁されたマグネットにより外周
面の少なくとも一部が形成されて所定軸回りに回動可能
に配置されたロータと、ロータの外周面に対向するよう
に配置された第１磁極片、第２磁極片、及び第３磁極片
と、第１磁極片、第２磁極片、第３磁極片をお互いに連
結して磁路を形成すると共にその一部に電磁コイルが巻
装された連結磁路形成部材と、第２磁極片と第３磁極片
との間に磁路を形成すると共にロータの回転輪郭に沿う
ようにロータに隣接して形成された隣接磁路形成部材と
を備えた電磁アクチュエータであって、上記隣接磁路形
成部材には、ロータの回転輪郭に沿う方向における第２
磁極片及び第３磁極片の周方向長さを画定する二つの磁
気ギャップが設けられている、ことを特徴としている。
この構成によれば、電磁コイルが通電されてロータが所
定方向に回転した状態から、電磁コイルへの通電が断た
れた非通電の状態になると、マグネットの磁束のみが作
用して、隣接磁路形成部材に設けられた二つの磁気ギャ
ップに蓄積された磁気エネルギが解放されて安定した状
態となるべく、ロータが逆向きに回転して、二つの磁気
ギャップと極性の異なるマグネットとが対称的な位置関
係となるところでロータが停止する。また、二つの磁気
ギャップにより第２磁極片及び第３磁極片の周方向長さ
が画定されるため、このロータの停止位置のバラツキも
小さくあるいは防止される。

【００１２】上記構成において、二つの磁気ギャップ
は、第２磁極片及び第３磁極片のそれぞれの周方向長さ
を異ならせる位置に配置されている、構成を採用するこ
とができる。この構成によれば、非通電の状態におい
て、極性の異なるマグネットと第２磁極片及び第３磁極
片との間には、それぞれ第２磁極片の周方向長さと第３
磁極片の周方向長さとの比率に応じた磁力線（磁束）が
分布するため、その比率に応じた所定の角度だけ、ロー
タが回転した位置にて停止する。すなわち、二つの磁気
ギャップを配置する位置を適宜選定することにより、ロ
ータの停止位置（例えば、デフォルト開度の位置）を所
望の位置に設定することができる。

【００１３】上記構成において、ロータの周方向におい
て、第１磁極片を挟む両側の一方の側に第２磁極片が他
方の側に第３磁極片がそれぞれ配置され、電磁コイル
は、連結磁路形成部材のうちの第１磁極片を連結する部
分に巻装され、二つの磁気ギャップの少なくとも一つに
は、磁気ギャップ内の磁気エネルギを検出する磁気セン
サが配置されている、構成を採用することができる。こ
の構成によれば、電磁コイルへの通電により生成された
磁束は、この電磁コイルが巻装された連結磁路形成部材
の部分から他の連結磁路形成部材の部分に主として導か
れるループを形成することになる。すなわち、磁気ギャ
ップは、電磁コイルを流れるコイル電流の影響を受け難
い隣接磁路形成部材の領域にあり、この領域に磁気セン
サ（例えば、磁束密度を検出するホール素子）が配置さ
れているため、磁気エネルギ（例えば、磁束密度）を高
精度に検出することができる。また、場合によっては、
コイル電流の影響を補正する補正回路等を用いることな
く、高精度に磁気エネルギ（例えば、磁束密度）を検出
することができる。

【００１４】上記構成において、マグネットは、ロータ
の回転中心を通る直線に対して線対称に配置されかつ外
側表面がそれぞれ異なる極性に着磁された一対の永久磁
石片からなり、この一対の永久磁石片の一端部は、ロー
タの回転方向において、それぞれ第２磁極片及び第３磁
極片側から磁気ギャップを越えて、隣接磁路形成部材に
対向する位置まで突出するように形成されている、構成
を採用することができる。この構成によれば、通電の状
態において、ロータがいずれの回転位置に位置していて
も、二つの磁気ギャップの一方を、必ず一方の永久磁石
片が覆って隣接磁路形成部材と対向することになる。し
たがって、例えば、両方の磁気ギャップ内にそれぞれ磁
気センサが配置されている場合、一方の磁気センサの出
力勾配に変化を招くことなく、より安定した出力が得ら
れ、より正確な角度位置の検出が行なわれる。

【００１５】上記構成において、磁気ギャップは、非磁
性材料により形成された磁気抵抗部材からなり、隣接磁
路形成部材は、ロータの回転方向においてお互いに接合
及び分離自在に分割された複数の分割片からなり、磁気
抵抗部材は、これら複数の分割片のいずれかに接合され
た、構成を採用することができる。この構成によれば、
複数の分割片と磁気抵抗部材とを接合する際に、磁気抵
抗部材を挟む位置を適宜選定することにより、非通電の
状態でロータを停止させる停止位置（例えば、デフォル
ト開度の位置）が、所望の位置に設定される。これによ
り、停止位置（デフォルト開度の位置）が異なる電磁ア
クチュエータ同士において、部品の共用化が行なえる。
したがって、部品の共用化によるコストの低減を行なう
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しつつ説明する。図１及び図２は、
本発明に係る電磁アクチュエータの第１の実施形態を示
すものであり、図１は概略構成図、図２は動作を説明す
る動作図である。この実施形態に係る電磁アクチュエー
タは、図１に示すように、所定軸例えば内燃機関のスロ
ットルバルブを構成するスロットルシャフトＳに直結さ
れ得ると共にその外周にマグネット２１が結合されたロ
ータ２０と、このロータ２０の外周面（マグネット２１
の外周面）に対向するように配置された第１磁極片３０
ａ、第２磁極片３０ｂ、及び第３磁極片３０ｃと、これ
ら第１磁極片３０ａ、第２磁極片３０ｂ、第３磁極片３
０ｃをお互いに連結して磁路を形成する連結磁路形成部
材３０と、この連結磁路形成部材３０の一部にボビン４
０を介して巻装（巻回して装着）された電磁コイル５０
と、ロータ２０に隣接して配置されると共に第２磁極片
３０ｂと第３磁極片３０ｃとの間に磁路を形成する隣接
磁路形成部材６０と、この隣接磁路形成部材６０の領域
に設けられた二つの磁気ギャップ７０等を、その基本構
成として備えている。

【００１７】ところで、ロータ２０は、磁性材料等によ
り、所定の厚みをなす円板状でかつ外周面の一部が切り
欠かれて平坦に形成されており、その外周表面の一部
に、異なる極性（Ｎ極とＳ極）に着磁された弧状のマグ
ネット２１が結合されている。このマグネット２１は、
断面が弧状をなしかつ外側表面がＮ極となるように着磁
された永久磁石片２１ａと、同様に断面が弧状をなしか
つ外側表面がＳ極となるように着磁された永久磁石片２
１ｂとにより構成されている。これら一対の永久磁石片
２１ａ，２１ｂは、ロータ２０の平坦部２２に垂直でか
つ回転中心を通る直線Ｖに対して線対称な位置に配置さ
れており、ロータ２０の外周面の一部を形成、すなわ
ち、回転輪郭Ｒを形成している。

【００１８】ロータ２０の周囲には、その外周面（マグ
ネット２１の外周面）に対して、所定の間隔（例えば、
０．４ｍｍ程度）を空けて非接触にて対向するように、
第１磁極片３０ａ，第２磁極片３０ｂ，第３磁極片３０
ｃが配置されている。これら第１磁極片３０ａ，第２磁
極片３０ｂ，第３磁極片３０ｃは、図１（ａ）に示すよ
うに、ロータ２０の外周面に対向する面が円弧面状に形
成され、又、直線Ｖ上に第１磁極片３０ａが配置され、
この第１磁極片３０ａを挟む両側の一方の側（直線Ｖか
ら反時計回りに約９０°回転した左側の位置）に第２磁
極片３０ｂが配置され、他方の側（直線Ｖから時計回り
に約９０°回転した右側の位置）に第３磁極片３０ｃが
配置されている。

【００１９】また、これら第１磁極片３０ａ，第２磁極
片３０ｂ，第３磁極片３０ｃは、図１（ａ）に示すよう
に、連結磁路形成部材３０により磁路が一体的に連結さ
れている。すなわち、この連結磁路形成部材３０は、一
端部領域に第１磁極片３０ａをもつ磁性材料よりなるコ
ア３１と、略Ｃ字形状をなしその両端部領域にそれぞれ
第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３０ｃをもつ磁性材料
よりなるヨーク３２とにより構成されており、コア３１
の他端部３１ａとヨーク３２の中央部３２ａとが連結さ
れて、全体として連続した磁路を形成するようになって
いる。

【００２０】コア３１の周りには、樹脂材料等の非磁性
材料により、断面略矩形形状に成型されたボビン４０が
取り付けられており、このボビン４０に対して電磁コイ
ル５０が巻装（巻回して装着）されている。したがっ
て、この電磁コイル５０に電流が流されると、コア３１
内に磁束が発生し、この発生した磁束はヨーク３２を通
ることになる。そして、例えば、第１磁極片３０ａの極
性がＮ極になると、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３
０ｃの極性がＳ極となり、一方、第１磁極片３０ａの極
性がＳ極になると、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３
０ｃの極性がＮ極となる。

【００２１】隣接磁路形成部材６０は、磁性材料により
形成されて、第２磁極片３０ｂと第３磁極片３０ｃとの
間に磁路を形成するためのヨークであり、ロータ２０の
回転輪郭Ｒに沿うような曲率に湾曲して形成されてい
る。そして、この隣接磁路形成部材６０には、その途中
に二つの磁気ギャップ７０が設けられている。尚、隣接
磁路形成部材６０に磁気ギャップ７０を設けるという概
念は、隣接磁路形成部材６０が第２磁極片３０ｂと第３
磁極片３０ｃとを機械的に連結する構造を前提にした表
現であり、第２磁極片３０ｂと第３磁極片３０ｃに隣接
してそれぞれ磁気ギャップを配置し、これら磁気ギャッ
プをおいて隣接磁路形成部材６０を配置するという概念
をも含むものである。

【００２２】磁気ギャップ７０は、ロータ２０の回転輪
郭Ｒに沿う方向において、第２磁極片３０ｂの周方向長
さＬ１を画定する第１磁気ギャップ７１と、第３磁極片
３０ｃの周方向長さＬ２を画定する第２磁気ギャップ７
２とからなる。ここでは、第２磁極片３０ｂの周方向長
さＬ１と第３磁極片３０ｃの周方向長さＬ２とが同一と
なるように、すなわち、二つの磁気ギャップ７０（７
１，７２）が直線Ｖに対して線対称となる位置に配置さ
れている。また、この磁気ギャップ７０（７１，７２）
は、エアギャップとして形成されているが、非磁性材料
により形成された部材を介在させてもよい。また、この
磁気ギャップ７０（７１，７２）は、隣接磁路形成部材
６０に対して、電磁コイル５０への非通電時にマグネッ
ト２１からの磁束（磁力線）を通過させず、電磁コイル
５０への通電時に磁束を通過させるような磁気抵抗（リ
ラクタンス）をもつように形成されている。

【００２３】これら磁気ギャップ７０（７１，７２）の
領域には、それぞれ磁気センサとしてのホール素子８
１，８２が配置されており、この磁気ギャップ７０内を
通過する磁束密度を検出するようになっている。そし
て、これらホール素子８１，８２の出力信号に基づい
て、ロータ２０の回転角度位置が検出される。ここで、
ホール素子８１，８２の配置手法としては、第２磁極片
３０ｂ及び第３磁極片３０ｃの端面にそれぞれ凹部を形
成しこれらの凹部内に配置する方法、あるいは、隣接磁
路形成部材６０の両端面に凹部を形成しこれらの凹部内
に配置する方法、さらには、磁気ギャップ７０内に配置
する方法等、種々の方法を採用することができる。

【００２４】尚、これらのホール素子８１，８２は、一
方を他方が故障した際の予備として使用することもで
き、あるいは、両方同時に使用して両方から得られる検
出信号に基づいて磁束密度の検出を高精度に行なうこと
もできる。好ましくは、ホール素子８１，８２により検
出される信号に対して、電磁コイル５０に流されるコイ
ル電流の影響を補正する方法を用いて、磁束密度が検出
され、ロータ２０の回転角度位置が検出される。また、
磁気ギャップ７０は、その空間を通る磁束が電磁コイル
５０を流れるコイル電流の影響を受け難い位置に設けら
れていることから、これらホール素子８１，８２を用い
た磁束密度の検出においては、従来に比べて高精度な検
出が行なわれる。

【００２５】上記ロータ２０のマグネット２１（永久磁
石片２１ａ，永久磁石片２１ｂ）と第１磁気ギャップ７
１及び第２磁気ギャップ７２との位置関係は、電磁コイ
ル５０への非通電状態において、図１（ａ）に示すよう
に、永久磁石片２１ａの一端部は、ロータ２０の回転方
向において第１磁気ギャップ７１に接する第２磁極片３
０ｂの端面から突出して磁気ギャップ７１を越え（覆
い）、さらに隣接磁路形成部材６０に対向する位置まで
突出して伸びている。また、永久磁石片２１ｂの一端部
も、ロータ２０の回転方向において第２磁気ギャップ７
２に接する第３磁極片３０ｃの端面から突出して磁気ギ
ャップ７２を越え（覆い）、さらに隣接磁路形成部材６
０に対向する位置まで突出して伸びている。

【００２６】したがって、非通電の状態においては、磁
気ギャップ７０（７１，７２）等に蓄積された磁気エネ
ルギが解放される状態、すなわち、図１（ａ）に示すよ
うに、直線Ｖに対して線対称となる位置にてロータ２０
は停止し安定する。また、通電状態において、ロータ２
０がいずれの回転位置にあっても、永久磁石片２１ａ，
２１ｂの一方が、磁気ギャップ７１，７２の一方を常に
覆うように隣接磁路形成部材６０まで伸びて対向してい
るため、ホール素子８１，８２の少なくとも一方から
は、より安定した出力が得られる。これにより、より高
精度な回転角度位置の検出が行なわれる。

【００２７】次に、この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータの動作について、図２に基づき説明する。先ず、電
磁コイル５０に通電されない非通電の状態においては、
磁気ギャップ７１，７２の磁気抵抗が永久磁石片２１
ａ，２１ｂの磁力に対して大きいため、図２（ａ）に示
すように、磁束（磁力線）は、磁気ギャップ７１，７２
を通らず、永久磁石片２１ａ→第１磁極片３０ａ→永久
磁石片２１ｂを辿る経路と、永久磁石片２１ａ→第２磁
極片３０ｂ→ヨーク３２→第３磁極片３０ｃを辿る経路
とを通ることになる。これにより、ロータ２０は、永久
磁石片２１ａが第１磁極片３０ａの左半分及び第２磁極
片３０ｂと対向し、又、永久磁石片２１ｂが第１磁極片
３０ａの右半分及び第３磁極片３０ｃと対向した位置、
すなわち、直線Ｖに対して線対称となる位置（停止位
置）に停止して安定する。

【００２８】続いて、電磁コイル５０に所定の電流を流
した通電状態においては、図２（ｂ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＮ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＳ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２０は反時計回りに回
転する。また、このとき、磁気ギャップ７１，７２を通
過する磁束は、電磁コイル５０を流れるコイル電流と鎖
交し難い関係にある。すなわち、磁気ギャップ７１，７
２を通過する磁束は、コイル電流の影響を受け難い状態
にある。一方、電磁コイル５０に逆向きの電流を流した
通電状態においては、図２（ｃ）に示すように、第１磁
極片３０ａにＳ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３
０ｃにＮ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線で示
すような経路を通り、ロータ２０は時計回りに回転す
る。この場合、ロータ２０は、停止位置から反時計回り
及び時計回りに同一の角度（約６０°：作動角全体とし
ては約１２０°）だけ回転し得ることになる。また、こ
の場合の停止位置をデフォルト開度の位置に設定すれ
ば、非通電の状態において、デフォルト開度への位置決
めが高精度に行なわれる。

【００２９】図３及び図４は、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの第２の実施形態を示すものであり、図３は概
略構成図、図４は動作を説明する動作図である。この実
施形態に係る電磁アクチュエータは、図１に示す前述の
実施形態に対して、磁気ギャップを設ける位置を変更し
て第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３０ｃのそれぞれの
周方向長さを異ならせた以外は同一の構成となってい
る。したがって、同一の構成には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータにおいては、図３（ａ）に示すように、第２磁極片
３０ｂの周方向長さＬ１´が、第３磁極片３０ｃの周方
向長さＬ２´よりも長くなるように、第１磁気ギャップ
７１´と第２磁気ギャップ７２´とが配置されている。

【００３０】この実施形態においては、ロータ２０のマ
グネット２１（永久磁石片２１ａ，永久磁石片２１ｂ）
と第１磁気ギャップ７１´及び第２磁気ギャップ７２´
との位置関係は、電磁コイル５０への非通電時におい
て、図３（ａ）に示すように、永久磁石片２１ａの一端
部が、ロータ２０の回転方向において第１磁気ギャップ
７１´と接する第２磁極片３０ｂの端面から突出して磁
気ギャップ７１´を越え（覆い）、さらに隣接磁路形成
部材６０に対向する位置まで突出して伸びている。ま
た、永久磁石片２１ｂの一端部も、ロータ２０の回転方
向において第２磁気ギャップ７２´と接する第３磁極片
３０ｃの端面から突出して磁気ギャップ７２´を越え
（覆い）、隣接磁路形成部材６０に対向する位置まで突
出して伸びている。したがって、非通電状態において
は、前述の図１に示した場合に比べて、ロータ２０は所
定角度だけ反時計回りに回転偏倚したところで、磁気ギ
ャップ内の磁気エネルギが解放されて安定した状態とな
る。

【００３１】次に、この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータの動作について、図４に基づき説明する。先ず、電
磁コイル５０に通電されない非通電の状態においては、
第１磁気ギャップ７１´及び第２磁気ギャップ７２´の
磁気抵抗が永久磁石片２１ａ，２１ｂの磁力に対して大
きいため、図４（ａ）に示すように、磁束（磁力線）
は、磁気ギャップ７１´，７２´を通らず、永久磁石片
２１ａ→第１磁極片３０ａ→永久磁石片２１ｂを辿る経
路と、永久磁石片２１ａ→第２磁極片３０ｂ→ヨーク３
２→コア３１→第１磁極片３０ａを辿る経路と、永久磁
石片２１ａ→第２磁極片３０ｂ→ヨーク３２→第３磁極
片３０ｃを辿る経路とを通ることになる。これにより、
ロータ２０は、永久磁石片２１ａが第１磁極片３０ａの
左側一部及び第２磁極片３０ｂと対向し、又、永久磁石
片２１ｂが第１磁極片３０ａのほぼ右半分及び第３磁極
片３０ｃと対向した位置、すなわち、図４（ａ）に示す
ように、直線Ｖに対して反時計回りに所定角度だけ回転
偏倚した位置（停止位置）に停止して安定する。

【００３２】続いて、電磁コイル５０に所定の電流を流
した通電状態においては、図４（ｂ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＮ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＳ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２０は反時計回りに回
転する。また、このとき、磁気ギャップ７１´，７２´
を通過する磁束は、電磁コイル５０を流れるコイル電流
と鎖交し難い関係にある。すなわち、磁気ギャップ７１
´，７２´を通過する磁束は、コイル電流の影響を受け
難い状態にある。一方、電磁コイル５０に逆向きの電流
を流した通電状態においては、図４（ｃ）に示すよう
に、第１磁極片３０ａにＳ極、第２磁極片３０ｂ及び第
３磁極片３０ｃにＮ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付
き実線で示すような経路を通り、ロータ２０は時計回り
に回転する。この場合、ロータ２０は、停止位置から反
時計回りよりも時計回りの方向により大きく回転可能
で、作動角全体としては約１２０°となっている。ま
た、この場合の停止位置をデフォルト開度の位置に設定
すれば、非通電の状態において、デフォルト開度への位
置決めが高精度に行なわれる。

【００３３】図５及び図６は、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの第３の実施形態を示すものであり、図５は概
略構成図、図６は動作を説明する動作図である。この実
施形態に係る電磁アクチュエータは、図１に示す前述の
実施形態に対して、ロータ及びマグネットを変更した以
外は同一の構成となっている。したがって、同一の構成
には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３４】この実施形態に係る電磁アクチュエータに
おいては、図５（ａ）に示すように、ロータ２００が、
磁性材料等により、所定の厚みをなす円板状に形成され
ており、その外周表面の全域を囲むように、環状に形成
されかつ異なる極性（Ｎ極とＳ極）に２等分されて着磁
されたマグネット、すなわち、一対の永久磁石片として
の環状永久磁石２１０が結合されている。この環状永久
磁石２１０は、円筒状をなし、回転中心線を通る面を境
に、Ｎ極に着磁されたＮ極半体２１０ａとＳ極に着磁さ
れたＳ極半体２１０ｂとに区分けされている。そして、
これらＮ極半体２１０ａ及びＳ極半体２１０ｂの外周面
が、ロータ２００の外周面すなわち回転輪郭を形成して
いる。

【００３５】すなわち、Ｎ極半体２１０ａの一端部は、
ロータ２００の回転方向において第１磁気ギャップ７１
に接する第２磁極片３０ｂの端面から突出して磁気ギャ
ップ７１を超え（覆い）、隣接磁路形成部材６０に対向
する位置まで突出して伸びており、又、Ｓ極半体２１０
ｂの一端部も、ロータ２００の回転方向において第２磁
気ギャップ７２に接する第３磁極片３０ｃの端面から突
出して磁気ギャップ７２を超え（覆い）、隣接磁路形成
部材６０に対向する位置まで突出して伸びている。

【００３６】そして、このロータ２００の周囲には、そ
の外周面（環状永久磁石２１０の外周面）に対して、所
定の間隔（例えば、０．４ｍｍ程度）を空けて非接触に
て対向するように、前述同様の第１磁極片３０ａ，第２
磁極片３０ｂ，第３磁極片３０ｃが配置されている。こ
の実施形態においては、ロータ２００の環状永久磁石２
１０（Ｎ極半体２１０ａ，Ｓ極半体２１０ｂ）と第１磁
気ギャップ７１及び第２磁気ギャップ７２との位置関係
は、電磁コイル５０への非通電時において、図５（ａ）
に示すように、Ｎ極半体２１０ａとＳ極半体２１０ｂと
が、ロータ２００の回転中心を通る直線Ｖに対して線対
称となる位置にて、磁気ギャップ内の磁気エネルギが解
放されて安定した状態となる。

【００３７】次に、この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータの動作について、図６に基づき説明する。先ず、電
磁コイル５０に通電されない非通電の状態においては、
第１磁気ギャップ７１及び第２磁気ギャップ７２の磁気
抵抗が環状永久磁石２１０の磁力に対して大きいため、
図６（ａ）に示すように、磁束（磁力線）は、磁気ギャ
ップ７０（７１，７２）を通らず、Ｎ極半体２１０ａ→
第１磁極片３０ａ→Ｓ極半体２１０ｂを辿る経路と、Ｎ
極半体２１０ａ→第２磁極片３０ｂ→ヨーク３２→第３
磁極片３０ｃを辿る経路と、Ｎ極半体２１０ａ→隣接磁
路形成部材６０→Ｓ極半体２１０ｂを辿る経路とを通る
ことになる。

【００３８】また、Ｎ極半体２１０ａとＳ極半体２１０
ｂとは、第１磁極片３０ａ及び隣接磁路形成部材６０に
対して、周方向の長さが等しい割合となる位置にて安定
し、又、この安定状態に向かわせようとする磁力の作用
が、ロータ２００を所定の停止位置に位置決めすること
になる。このとき、Ｎ極半体２１０ａが第１磁極片３０
ａの左半分、第２磁極片３０ｂ、及び隣接磁路形成部材
６０の左半分と対向し、又、Ｓ極半体２１０ｂが第１磁
極片３０ａの右半分、第３磁極片３０ｃ、及び隣接磁路
形成部材６０の右半分と対向した位置、すなわち、図６
（ａ）に示すように、直線Ｖに対して線対称となる位置
（停止位置）に停止して安定する。

【００３９】続いて、電磁コイル５０に所定の電流を流
した通電状態においては、図６（ｂ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＮ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＳ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２００は反時計回りに
回転する。また、このとき、磁気ギャップ７１，７２を
通過する磁束は、電磁コイル５０を流れるコイル電流と
鎖交し難い関係にある。すなわち、磁気ギャップ７１，
７２を通過する磁束は、コイル電流の影響を受け難い状
態にある。

【００４０】一方、電磁コイル５０に逆向きの電流を流
した通電状態においては、図６（ｃ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＳ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＮ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２０は時計回りに回転
する。この場合、ロータ２００は、停止位置から反時計
回り及び時計回りに同一の角度（約６０°：作動角全体
としては約１２０°）だけ回転し得ることになる。ま
た、この場合の停止位置をデフォルト開度の位置に設定
すれば、非通電の状態において、デフォルト開度への位
置決めが高精度に行なわれる。

【００４１】図７及び図８は、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの第４の実施形態を示すものであり、図７は概
略構成図、図８は動作を説明する動作図である。この実
施形態に係る電磁アクチュエータは、図５に示す前述の
実施形態に対して、磁気ギャップを設ける位置を変更し
て第２磁極片３０ｂ及び第３磁極片３０ｃのそれぞれの
周方向長さを異ならせた以外は同一の構成となってい
る。したがって、同一の構成には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータにおいては、図７（ａ）に示すように、第２磁極片
３０ｂの周方向長さＬ１´が、第３磁極片３０ｃの周方
向長さＬ２´よりも長くなるように、第１磁気ギャップ
７１´と第２磁気ギャップ７２´とが配置されている。

【００４２】この実施形態においては、ロータ２００の
環状永久磁石２１０（Ｎ極半体２１０ａ，Ｓ極半体２１
０ｂ）と第１磁気ギャップ７１´及び第２磁気ギャップ
７２´との位置関係は、電磁コイル５０への非通電時に
おいて、図７（ａ）に示すように、Ｎ極半体２１０ａと
Ｓ極半体２１０ｂとの接合面（分割面）Ｆが、ロータ２
００の回転中心を通る直線Ｖに対して、反時計回りに所
定角度だけ回転偏倚したところで、磁気ギャップ内の磁
気エネルギが解放されて安定した状態となる。

【００４３】次に、この実施形態に係る電磁アクチュエ
ータの動作について、図８に基づき説明する。先ず、電
磁コイル５０に通電されない非通電の状態においては、
第１磁気ギャップ７１´及び第２磁気ギャップ７２´の
磁気抵抗が環状永久磁石２１０の磁力に対して大きいた
め、図８（ａ）に示すように、磁束（磁力線）は、磁気
ギャップ７１´，７２´を通らず、Ｎ極半体２１０ａ→
第１磁極片３０ａ→Ｓ極半体２１０ｂを辿る経路と、Ｎ
極半体２１０ａ→第２磁極片３０ｂ→ヨーク３２→コア
３１→第１磁極片３０ａを辿る経路と、Ｎ極半体２１０
ａ→第２磁極片３０ｂ→ヨーク３２→第３磁極片３０ｃ
を辿る経路と、Ｎ極半体２１０ａ→隣接磁路形成部材６
０→Ｓ極半体２１０ｂを辿る経路とを通ることになる。

【００４４】また、Ｎ極半体２１０ａとＳ極半体２１０
ｂとは、隣接磁路形成部材６０に対して、周方向の長さ
が等しい割合となる位置にて安定し、又、この安定状態
に向かわせようとする磁力の作用が、ロータ２００を所
定の停止位置に位置決めすることになる。このとき、Ｎ
極半体２１０ａが第１磁極片３０ａの左側の一部、第２
磁極片３０ｂ、及び隣接磁路形成部材６０の左半分と対
向し、又、Ｓ極半体２１０ｂが第１磁極片３０ａの中央
よりも僅かに左寄りまでの部分、第３磁極片３０ｃ、及
び隣接磁路形成部材６０の右半分と対向した位置、すな
わち、図８（ａ）に示すように、直線Ｖに対して反時計
回りに所定角度だけ回転偏倚した位置（停止位置）に停
止して安定する。

【００４５】続いて、電磁コイル５０に所定の電流を流
した通電状態においては、図８（ｂ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＮ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＳ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２０は反時計回りに回
転する。また、このとき、磁気ギャップ７１´，７２´
を通過する磁束は、電磁コイル５０を流れるコイル電流
と鎖交し難い関係にある。すなわち、磁気ギャップ７１
´，７２´を通過する磁束は、コイル電流の影響を受け
難い状態にある。

【００４６】一方、電磁コイル５０に逆向きの電流を流
した通電状態においては、図８（ｃ）に示すように、第
１磁極片３０ａにＳ極、第２磁極片３０ｂ及び第３磁極
片３０ｃにＮ極がそれぞれ発生し、磁束は矢印付き実線
で示すような経路を通り、ロータ２０は時計回りに回転
する。この場合、ロータ２００は、停止位置から反時計
回りよりも時計回りの方向により大きく回転可能で、作
動角全体としては約１２０°となっている。また、この
場合の停止位置をデフォルト開度の位置に設定すれば、
非通電の状態において、デフォルト開度への位置決めが
高精度に行なわれる。

【００４７】図９は、本発明に係る電磁アクチュエータ
の第５の実施形態を示すものであり、前述の第１ないし
第４の実施形態における磁気ギャップ７１，７１´，７
２，７２´を非磁性材料により形成した磁気抵抗部材と
し、又、隣接磁路形成部材６０を複数に分割した分割片
により構成した以外は同一の構成となっている。したが
って、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省
略する。

【００４８】この実施形態に係る電磁アクチュエータ
は、図９に示すように、磁気ギャップ７００が、非磁性
材料により形成した第１磁気抵抗部材７１０と第２磁気
抵抗部材７２０とにより構成されており、又、隣接磁路
形成部材６００が、ロータ２０，２００の回転方向にお
いて複数（ここでは５個）に分割された第１分割片６１
０、第２分割片６２０、第３分割片６３０、第４分割片
６４０、及び第５分割片６５０により構成されている。
この複数の分割片６１０，６２０，６３０，６４０，６
５０は、ロータ２０，２００の回転方向において接合及
び分離自在となっており、又、第１磁気抵抗部材７１０
及び第２磁気抵抗部材７２０に対しても、同様に接合及
び分離自在となっている。

【００４９】例えば、前述の図１及び図５に示す実施形
態の如く、直線Ｖに対して線対称となる位置に第１磁気
抵抗部材７１０と第２磁気抵抗部材７２０とを配置する
場合は、図９（ａ）に示すように、第１分割片６１０と
第２分割片６２０との間に第１磁気抵抗部材７１０を挟
持し、第４分割片６４０と第５分割片６５０との間に第
２磁気抵抗部材７２０を挟持し、第２分割片６２０、第
３分割片６３０、及び第４分割片６４０を直接接合する
ことにより構成することができる。

【００５０】また、前述の図３及び図７に示す実施形態
の如く、直線Ｖに対して所定角度傾斜した直線に対して
線対称となる位置に第１磁気抵抗部材７１０と第２磁気
抵抗部材７２０とを配置する場合は、図９（ｂ）に示す
ように、第２分割片６２０と第３分割片６３０との間に
第１磁気抵抗部材７１０を挟持し、第５分割片６５０と
第３磁極片３０ｃとの間に第２磁気抵抗部材７２０を挟
持し、第１分割片６１０と第２分割片６２０とを直接接
合し、又、第３分割片６３０、第４分割片６４０、及び
第５分割片６５０をお互いに直接接合することにより構
成することができる。

【００５１】すなわち、磁気抵抗部材７１０，７２０を
挟む位置を適宜選定することにより、非通電の状態でロ
ータを停止させる停止位置（例えば、デフォルト開度の
位置）が、所望の位置に設定される。これにより、停止
位置（デフォルト開度の位置）が異なる電磁アクチュエ
ータ同士において、部品の共用化が行なえる。したがっ
て、部品の共用化によるコストの低減を行なうことがで
きる。

【００５２】上記実施形態においては、隣接磁路形成部
材６０，６００として、ロータ２０，２００の回転中心
に対し、その内周面が一定の曲率半径をなす弧状の形態
に形成されたものを採用したが、これに限定されるもの
ではなく、内周面の曲率半径が略中央部で大きくなるよ
うに連続的に変化する形態に形成されたもの、あるい
は、第１磁極片３０ａ、第２磁極片３０ｂ、及び第３磁
極片３０ｃの内周面の曲率半径よりも大きい一定の曲率
半径をなす弧状の形態に形成されたものを採用すること
もできる。

【００５３】また、上記実施形態においては、マグネッ
トとして、Ｎ極とＳ極とにそれぞれ着磁された一対の永
久磁石片２１ａ，２１ｂ、あるいは、Ｎ極とＳ極とにそ
れぞれ２等分して着磁された環状永久磁石２１０（Ｎ極
半体２１０ａ，Ｓ極半体２１０ｂ）をロータ２０，２０
０に結合したもの採用したが、ロータ２０，２００その
ものをＮ極とＳ極とに着磁したものを採用することもで
きる。また、上記実施形態においては、磁気センサとし
て、ホール素子８１，８２を採用したが、これに限定さ
れるものではなく、その他の磁電変換型の磁気抵抗効果
素子（ＭＲＥ素子）等を採用することもできる。さら
に、上記実施形態においては、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの適用例として、内燃機関の電子制御スロット
ルシステムを挙げたが、これに限定されるものではな
く、ＩＳＣ制御システム、可変吸気制御システム等の駆
動源として、あるいは、その他の回転角度を駆動制御す
るものにも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の電磁アクチ
ュエータによれば、ロータの外周面に対向するように配
置された第１磁極片、第２磁極片、及び第３磁極片をお
互いに連結しその一部に電磁コイルが巻装された連結磁
路形成部材とは別個に設けられ、第２磁極片と第３磁極
片との間に磁路を形成する隣接磁路形成部材に対して、
第２磁極片及び第３磁極片の周方向長さを画定する二つ
の磁気ギャップを設けたことにより、非通電時における
ロータの停止位置（例えば、デフォルト開度位置）を、
バラツキなく所定の位置に高精度に設定することができ
る。

【００５５】また、二つの磁気ギャップを配置する位置
を適宜選択することにより、ロータが停止する位置（例
えば、デフォルト開度位置）を所望の角度位置に設定す
ることができる。また、二つの磁気ギャップの少なくと
も一つに、磁気センサ（例えば、ホール素子）を配置す
ることにより、磁気エネルギ（例えば、磁束密度）を検
出することで、ロータの回転角度位置を高精度に検出す
ることができる。さらに、磁気ギャップを非磁性材料よ
りなる磁気抵抗部材とし、隣接磁路形成部材を複数の分
割片により構成することにより、停止位置（例えば、デ
フォルト開度の位置）が異なる電磁アクチュエータ同士
において、部品の共用化、コストの低減等を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの第１実施形
態を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面
図である。

【図２】図１に示す電磁アクチュエータの動作を説明す
るものであり、（ａ）は停止状態を示す正面図、（ｂ）
は反時計回りに回転した状態を示す正面図、（ｃ）は時
計回りに回転した状態を示す正面図である。

【図３】本発明に係る電磁アクチュエータの第２実施形
態を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面
図である。

【図４】図３に示す電磁アクチュエータの動作を説明す
るものであり、（ａ）は停止状態を示す正面図、（ｂ）
は反時計回りに回転した状態を示す正面図、（ｃ）は時
計回りに回転した状態を示す正面図である。

【図５】本発明に係る電磁アクチュエータの第３実施形
態を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面
図である。

【図６】図５に示す電磁アクチュエータの動作を説明す
るものであり、（ａ）は停止状態を示す正面図、（ｂ）
は反時計回りに回転した状態を示す正面図、（ｃ）は時
計回りに回転した状態を示す正面図である。

【図７】本発明に係る電磁アクチュエータの第４実施形
態を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面
図である。

【図８】図７に示す電磁アクチュエータの動作を説明す
るものであり、（ａ）は停止状態を示す正面図、（ｂ）
は反時計回りに回転した状態を示す正面図、（ｃ）は時
計回りに回転した状態を示す正面図である。

【図９】磁気ギャップ及び隣接磁路形成部材の他の実施
形態を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は磁気ギャッ
プを配置する位置を異ならせた場合を示す図である。

【図１０】従来の電磁アクチュエータを示すものであ
る。

【符号の説明】

２０ ロータ ２１（２１ａ，２１ｂ） 永久磁石片（マグネット） ２１ａ´，２１ｂ´ 一端部 ２２ 平坦部 ３０ 連結磁路形成部材 ３０ａ 第１磁極片 ３０ｂ 第２磁極片 ３０ｃ 第３磁極片 ３１ コア（連結磁路形成部材） ３２ ヨーク（連結磁路形成部材） ４０ ボビン ５０ 電磁コイル ６０ 隣接磁路形成部材 ７０（７１，７１´，７２，７２´） 磁気ギャップ ８１，８２ ホール素子（磁気センサ） ２００ ロータ ２１０ 環状永久磁石（マグネット） ２１０ａ Ｎ極半体 ２１０ｂ Ｓ極半体 ７１０，７２０ 磁気抵抗部材（磁気ギャップ） ６００ 隣接磁路形成部材 ６１０，６２０，６３０，６４０，６５０ 分割片

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる極性に着磁されたマグネットによ
   り外周面の少なくとも一部が形成されて所定軸回りに回
   動可能に配置されたロータと、ロータの外周面に対向す
   るように配置された第１磁極片、第２磁極片、及び第３
   磁極片と、第１磁極片、第２磁極片、第３磁極片をお互
   いに連結して磁路を形成すると共にその一部に電磁コイ
   ルが巻装された連結磁路形成部材と、第２磁極片と第３
   磁極片との間に磁路を形成すると共にロータの回転輪郭
   に沿うようにロータに隣接して形成された隣接磁路形成
   部材と、を備えた電磁アクチュエータであって、 前記隣接磁路形成部材には、前記ロータの回転輪郭に沿
   う方向における前記第２磁極片及び第３磁極片の周方向
   長さを画定する二つの磁気ギャップが設けられている、
   ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記二つの磁気ギャップは、前記第２磁
   極片及び第３磁極片のそれぞれの周方向長さを異ならせ
   る位置に、配置されている、ことを特徴とする請求項１
   記載の電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記ロータの周方向において、前記第１
   磁極片を挟む両側の一方の側に前記第２磁極片が他方の
   側に前記第３磁極片がそれぞれ配置され、 前記電磁コイルは、前記連結磁路形成部材のうちの前記
   第１磁極片を連結する部分に巻装され、 前記二つの磁気ギャップの少なくとも一つには、前記磁
   気ギャップ内の磁気エネルギを検出する磁気センサが配
   置されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の
   電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記マグネットは、前記ロータの回転中
   心を通る直線に対して線対称に配置されかつ外側表面が
   それぞれ異なる極性に着磁された一対の永久磁石片から
   なり、 前記一対の永久磁石片の一端部は、前記ロータの回転方
   向において、それぞれ前記第２磁極片及び第３磁極片側
   から前記磁気ギャップを越えて前記隣接磁路形成部材に
   対向する位置まで突出するように形成されている、こと
   を特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の電磁ア
   クチュエータ。
5. 【請求項５】 前記磁気ギャップは、非磁性材料により
   形成された磁気抵抗部材であり、 前記隣接磁路形成部材は、前記ロータの回転方向におい
   て、お互いに接合及び分離自在に分割された複数の分割
   片からなり、 前記磁気抵抗部材は、前記複数の分割片のいずれかに接
   合されている、ことを特徴とする請求項１ないし４いず
   れかに記載の電磁アクチュエータ。