JP2005020940A - Torque motor - Google Patents

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JP2005020940A
JP2005020940A JP2003184629A JP2003184629A JP2005020940A JP 2005020940 A JP2005020940 A JP 2005020940A JP 2003184629 A JP2003184629 A JP 2003184629A JP 2003184629 A JP2003184629 A JP 2003184629A JP 2005020940 A JP2005020940 A JP 2005020940A
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Japan
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torque motor
rotor
core
magnetic pole
torque
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Application number
JP2003184629A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Kaneshige
進 兼重
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Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque motor which can improve a size reduction and a weight reduction by constituting a rotor and a stator so that a necessary operating angle range may be satisfied in the torque motor having an operating angle range of less than 180°. <P>SOLUTION: The torque motor includes even number of magnets (12a-12d) disposed on a periphery to an axis of rotation in the rotor (10) so that poles of the outer periphery are different from poles of the outer periphery of the adjacent magnets. The torque motor further includes the stators (20, 40) having single or a plurality of the cores (23, 43) having communicating parts for communicating with the magnetic poles and coils (30, 50) provided in the communicating parts of the cores. Each core has magnetic poles opposed to the rotor at least at two positions. In the magnets, angles along the periphery of the rotor in the magnets of S poles on the outer periphery are set to first predetermined angles (β1, β3), and angles along the periphery of the rotor in the magnets of N poles on the outer periphery are set to second predetermined angles (β2, β4) different from the first predetermined angles. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、180度未満の作動角度範囲(例えば90度の作動角度範囲)で用いるトルクモータの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば車両のスロットルバルブには180度未満の作動角度範囲を有するトルクモータが用いられている。
従来のトルクモータ1の概略図を図5に示す。従来は、ロータ10の周上に外周がN極及びS極となるように2個の磁石12が設けられており、当該2個の磁石12の外周の角度は、各々180度である(2個の磁石12の角度が同じである)。また、ステータ20は、2個の磁極部21及び22を有するコア23と、コイル30とを有しており、「一方の磁極部の中心P21」と「ロータの回転中心P10」とを結んだ直線と、「他方の磁極部の中心P22」と「ロータの回転中心P10」とを結んだ直線との成す角度は180度である。
ここで、例えば、このトルクモータ1をスロットルバルブ80の駆動に用いた場合、ロータの作動角度範囲は90度である。また、図6(A)は、図5に示す従来のトルクモータ1の断面AAを示しており、図6(B)は、図6(A)に示すトルクモータ1のトルク/回転角特性の概略を示すグラフである。
なお、従来より、コア内に貫通孔、ディテント溝等を設けて所定の作動角度範囲内で制御するロータリソレノイド式アクチュエータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−92541号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に提案されているアクチュエータにおけるトルクモータでは、ステータにおける磁極部の形状が一様な形状であり、しかもロータの磁石角度(周に沿った角度)が一様な角度であり、トルク特性の自由度が小さい。このため、作動角度範囲内の全域において要求されるトルク特性を満足させた場合、体格及び質量(コイル、コアのサイズ等)が比較的大きくなる傾向にある。例えば、一部の作動角度では要求トルク特性をわずかに上回り、他の作動角度では要求トルク特性を必要以上に上回る場合がある。この場合、必要以上のトルク特性により体格及び質量が大きくなり、小型化及び軽量化を妨げている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、作動角度範囲が180度未満のトルクモータにおいて、必要なトルク特性を満足するようにステータ及びコアを構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができるトルクモータを提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、請求項1に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項1に記載のトルクモータは、ロータとステータとを備え、ロータの作動角度範囲が180度未満のトルクモータであって、ロータには回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置されている。ステータは、各磁極部を連通する連通部を有するコア、及び当該コアの連通部に設けられたコイルが、各々単数あるいは複数にて構成されており、各コアは、ロータに対向する磁極部を少なくとも2個所備えている。そして、前記磁石において、外周がS極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第1所定角度に設定し、外周がN極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第1所定角度とは異なる第2所定角度に設定する(第1の実施の形態参照)。
このように、各極(N極及びS極)の磁石角度(周に沿った角度)を変更することで、トルク特性を変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0006】
また、本発明の第2発明は、請求項2に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項2に記載のトルクモータは、請求項1に記載のトルクモータであって、コアは2個所の磁極部を備え、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって、ロータの回転軸と同一方向の所定幅の間隙をコアに沿って設け、コア及び各磁極部を2つに分割した構造を有し、1組のステータを2個のコアで構成する(第2の実施の形態参照)。
この場合、1組のステータにおける2個のコアの間隙の幅を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0007】
また、本発明の第3発明は、請求項3に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項3に記載のトルクモータは、請求項2に記載のトルクモータであって、各コアにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータと対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を2つに分割した構造とする(第3の実施の形態参照)。
この場合、各コアの一方の磁極部の面積(ロータと対向する面積)と他方の磁極部の面積(ロータと対向する面積)の割合を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0008】
また、本発明の第4発明は、請求項4に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項4に記載のトルクモータは、請求項2または3に記載のトルクモータであって、2つに分割したコアを、連通部において磁束の方向と同じ方向に所定距離だけ結合させる(第2の実施の形態参照)。
この場合、結合させる距離を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明のトルクモータ1の第1の実施の形態の概略構成図を示している。
なお、以下に説明する第1〜第3の実施の形態において、トルクモータ1におけるロータ10は、回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置される。また、外周がS極の磁石の角度(第1所定角度:β1またはβ3)と、外周がN極の磁石の角度(第2所定角度:β2またはβ4)を、異なる角度に設定している。
また、以下に説明する実施の形態では、トルクモータ1を車両のスロットルバルブの駆動(作動角度範囲は約90度)に適用した例を示している。
【0010】
◆[第1の実施の形態(図1、図2)]
図1(A)に、コイル30及びコア23とで構成された1個のステータ20を有するトルクモータ1の例を示す。従来のトルクモータは、ロータに設けられた各磁石の角度が同一であり、トルク特性の自由度が小さかった。しかし、以降に説明する実施の形態(第1〜第3の実施の形態)では、ロータに設けられた各磁石の角度を異なるように設定して、要求特性に合わせてトルク特性を変更する。
また、図1(B)及び(C)は、コイル30及びコア23とで構成された第1のステータ20と、コイル50及びコア43とで構成された第2のステータ40の、2個のステータを有するトルクモータ1の例を示す。なお、図1(B)及び(C)は同一のトルクモータ1を示している。
また、図2(A)は、コイル31〜34及びコア23とで構成された1個のステータ20を有するトルクモータ1の例を示す。
このように、ステータは、コア及びコイルが、単数及び単数(図1(A))、複数及び複数(図1(B)及び(C))、単数及び複数(図2(A))で構成することができる。なお、図示しないがコア及びコイルを、複数及び単数で構成することもできる。
【0011】
従来のトルクモータでは、トルク特性の自由度が小さく、作動角度範囲の全域で要求特性を満足させるように構成した場合、トルクモータの体格及び質量が大きくなることがある。しかし、図1(A)に示すトルクモータ1では、磁石の角度(β1及びβ2)を調整することで、トルクモータ1のトルク特性を比較的容易に変更することができる。
図1(A)に示すトルクモータ1は、作動角度範囲を180度とすることができるトルクモータの例であり、図1(B)及び(C)、図2(A)に示すトルクモータ1は、作動角度範囲を90度としたトルクモータの例である(図1(C)では、角度φが作動角度範囲である)。以降、図1(B)及び(C)に示すトルクモータ1を用いて説明する。
【0012】
図1(B)に示すトルクモータ1では、磁石の角度(β3及びβ4)を調整することでトルク特性を比較的容易に変更することができる。
ロータ10に設けられている磁石12a〜12dは、隣り合う磁石の外周の極が異なるように配置されている(外周の極がN極、S極と交互になるように配置されている)。また、各コア23及び43は、各々2個所の磁極部21及び22、磁極部41及び42を備えている。
【0013】
次に、図2(B)にトルク/回転角特性のグラフを示す(この場合、トルクモータ1は図1(B)及び(C)に示す構造である)。
図2(B)に示すグラフにおいて、グラフSg11は(角度β3、角度β4)が(90度、90度)の場合を示しており、グラフSg12は(80度、100度)の場合を示しており、グラフSg13は(70度、110度)の場合を示している。
このように、外周の極が交互になるように磁石を配置し、S極の角度β3(第1所定角度)とN極の角度β4(第2所定角度)を、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ1の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0014】
◆[第2の実施の形態(図3)]
図3(A)及び(B)に示す第2の実施の形態に示すトルクモータ1は、第1の実施の形態(図1(B)に示すトルクモータ1)に対して、コア23及びコア43の構造が異なる。以下、第1の実施の形態との相違点について説明する。
図3(A)に示す例では、ステータ20は、2個のコア23a及び23bにて構成されており、一方の磁極部21a及び21bから、他方の磁極部22a及び22bに向かって、ロータ10の回転軸と同一方向の所定幅Wdの間隙を、コアに沿って設けている。これにより、コアを2つに分割(コア23a、コア23bに分割)したような構造を有している。なお、ステータ40も同様の構造を有しており、説明を省略する。
図3(B)に示す例では、図3(A)に示すトルクモータ1に対して、各ステータ20及び40において、2つに分割したコアを、磁極部と磁極部を連通する連通部にて、磁束の方向と同じ方向に所定距離Lcだけ結合させている。
【0015】
次に、図3(C)及び(D)にトルク/回転角特性のグラフを示す。
図3(C)に示すグラフは、図3(A)に示すトルクモータ1に対するグラフであり、グラフSg21は(所定幅Wd)が(0mm)の場合を示しており、グラフSg22は(所定幅Wd)が(1mm)の場合を示しており、グラフSg23は(所定幅Wd)が(2mm)の場合を示している。
図3(C)に示すトルク/回転角特性グラフより、所定幅Wdを大きくしていくと、回転角50度未満のトルクがやや減少して回転角50度以上のトルクがやや増加していくことがわかる。
このように、2つに分割したコアにおける所定幅Wdの間隔を、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ1の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0016】
図3(D)に示すグラフは、図3(B)に示すトルクモータ1に対するグラフであり、グラフSg31は(所定距離Lc)が(0mm)の場合を示しており、グラフSg32は(所定距離Lc)が(3mm)の場合を示しており、グラフSg33は(所定距離Lc)が(6mm)の場合を示している。
図3(D)に示すトルク/回転角特性グラフより、所定距離Lcが長くなると、回転角45度未満のトルクがやや増加して回転角45度以上のトルクがやや減少していくことがわかる。
このように、2つに分割したコアにおける結合の所定距離Lcを、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ1の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0017】
◆[第3の実施の形態(図4)]
図4(A)及び(B)に示す第3の実施の形態に示すトルクモータ1は、第2の実施の形態(図3(A))に対して、所定幅Wdの間隙の位置を変更しており、各磁極部の面積(ロータと対向する磁極部の面積)の割合が異なる。以下、第2の実施の形態との相違点について説明する。
図4(A)に示す例では、各コア23a、23b、43a、43bにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータに対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を2つに分割したような構造とする。
例えば、図4(A)に示すステータ20のコア23aにおいて、「ロータと対向する一方の磁極部21aの面積(W21aに対応する面積)」<「ロータと対向する他方の磁極部22aの面積(W22aに対応する面積)」となるように、コア23aとコア23bとを分割したような構造とする。なお、この場合は、ステータ20のコア23bにおいて、「ロータと対向する一方の磁極部21bの面積(W21bに対応する面積)」>「ロータと対向する他方の磁極部22bの面積(W22bに対応する面積)」となる。
また、ステータ40のコア43a及びコア43bは、同様であるので説明を省略する。
【0018】
図4(B)に示すトルクモータ1は、図4(A)に示すトルクモータ1に対して、各ステータ20及び40を2つに分割するような構造とする際、各コアの断面(磁束の方向に対して垂直な断面)が、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって徐々に増加あるいは減少するように構成している。例えば、図4(B)において、一方の磁極部から他方の磁極部に向かう経路中のWa部及びWb部において、Wa<Wbであり、Wa部からWb部に向かって徐々に幅が増加するように構成しており、磁束の方向に対して垂直な断面が徐々に増加するように構成している。
第1及び第2の実施の形態では、コアが線対称形状(図において、左右対称)に配置されており、この場合、正転方向(反時計回りの方向)と逆転方向(時計回りの方向)では同じ特性であるが、本実施の形態では正転方向と逆転方向のトルク特性を異なる特性にすることができる。
【0019】
例えば車両の開閉弁にこのトルクモータ1を応用した場合、開閉方向ともに同じ要求トルク特性であることは稀であり、通常は開方向と閉方向で異なる要求トルク特性であることが多い。例えば吸気絞り弁として使用した場合、吸入空気による圧力が印加されるため、開方向の要求トルク特性のほうが大きな値となる。また、コイルへの通電を一方向に限定した駆動方法とした場合、例えば閉方向への駆動はスプリング等の弾性体の弾性力により行う。この場合、開方向への駆動力をトルクモータ1にて発生させるが、閉方向への駆動力は全く必要がない。このような要求トルク特性に対し、従来技術のトルクモータでは、開閉どちらかのトルク特性に多大な余裕があり、必要以上の性能を持っていることになり、サイズが大きい。
【0020】
例えば車両のスロットルバルブに本実施の形態におけるトルクモータ1を用いれば、図4(C)に示すようなトルク/回転角特性グラフを得ることができる。図4(C)に示すグラフは、図4(A)に示すトルクモータ1に対するグラフであり、グラフSg41(正転方向)及びSg43(逆転方向)は(W21a=W22a=W21b=W22b=W41a=W42a=W41b=W42b)の場合を示している。また、グラフSg42(正転方向)及びSg44(逆転方向)は(W21a<W22a、W21b>W22b、W41a<W42a、W41b>W42b)の場合を示している。
【0021】
図4(C)に示すトルク/回転角特性グラフより、コアの両端に設けた磁極部の面積の割合を変化させると、正転方向のトルクがやや増加し、逆転方向のトルクがやや減少していくことがわかる。
このように、各コアにおける一方の磁極部の面積(ロータと対向する面の面積)と他方の磁極部の面積(ロータと対向する面の面積)が異なるように、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ1の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【0022】
なお、図4(A)及び(B)に示すトルクモータ1において、図3(B)に示すように、2つに分割したコアの連通部にて、磁束の方向と同じ方向に所定距離Lcだけ結合させてトルク特性を変更するようにしてもよい。
【0023】
本発明のトルクモータ1は、本実施の形態で説明した構成、形状、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、磁石12、コア23等の材質は特に限定しない。
本実施の形態の説明では、全てロータ10の作動角度範囲が90度のスロットルバルブを例として説明した。しかし、本発明のトルクモータ1は、車両のスロットルバルブの他にも、180度未満の作動角度範囲を有する種々の制御システムに適用することが可能である。
本実施の形態にて説明したトルク/回転角特性は、各実施の形態の説明に用いたグラフに限定されるものではない。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1〜4のいずれかに記載のトルクモータを用いれば、作動角度範囲が180度未満のトルクモータにおいて、必要なトルク特性を満足するようにステータ及びコアを構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができるトルクモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトルクモータ1における、第1の実施の形態の概略構造を説明する図である。
【図2】本発明のトルクモータ1における、第1の実施の形態の他の構造の例、及びトルク/回転角特性を説明する図である。
【図3】本発明のトルクモータ1における、第2の実施の形態の概略構造及びトルク/回転角特性を説明する図である。
【図4】本発明のトルクモータ1における、第3の実施の形態の概略構造及びトルク/回転角特性を説明する図である。
【図5】従来のトルクモータの構造を説明する図である。
【図6】従来のトルクモータの構造及びトルク/回転角特性を説明する図である。
【符号の説明】
1 トルクモータ
10 ロータ
12 磁石
20 ステータ(他方のステータ)
21、21a、21b、22、22a、22b 磁極部
23、23a、23b コア
30 コイル
40 ステータ(一方のステータ)
41a、41b、42a、42b 磁極部
43a、43b コア(第1コア、第2コア)
50 コイル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a torque motor used in an operating angle range of less than 180 degrees (for example, an operating angle range of 90 degrees).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a torque motor having an operating angle range of less than 180 degrees has been used for a throttle valve of a vehicle.
A schematic diagram of a conventional torque motor 1 is shown in FIG. Conventionally, two magnets 12 are provided on the circumference of the rotor 10 so that the outer circumferences are N poles and S poles, and the angles of the outer circumferences of the two magnets 12 are each 180 degrees (2 The angles of the individual magnets 12 are the same). The stator 20 includes a core 23 having two magnetic pole portions 21 and 22 and a coil 30, and connects “the center P 21 of one magnetic pole portion” and “the rotation center P 10 of the rotor”. The angle formed by the straight line and the straight line connecting “the center P22 of the other magnetic pole part” and “the rotation center P10 of the rotor” is 180 degrees.
Here, for example, when this torque motor 1 is used to drive the throttle valve 80, the operating angle range of the rotor is 90 degrees. 6A shows a cross section AA of the conventional torque motor 1 shown in FIG. 5, and FIG. 6B shows the torque / rotation angle characteristics of the torque motor 1 shown in FIG. 6A. It is a graph which shows an outline.
Conventionally, there has been proposed a rotary solenoid actuator that is provided with a through hole, a detent groove or the like in the core and controls within a predetermined operating angle range (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 1-92541
[Problems to be solved by the invention]
In the torque motor in the actuator proposed in Patent Document 1, the shape of the magnetic pole part in the stator is uniform, and the magnet angle (angle along the circumference) of the rotor is uniform. The degree of freedom is small. For this reason, when the torque characteristics required in the entire operating angle range are satisfied, the physique and mass (coil, core size, etc.) tend to be relatively large. For example, the required torque characteristics may be slightly exceeded at some operating angles, and the required torque characteristics may be exceeded more than necessary at other operating angles. In this case, the physique and mass are increased due to excessive torque characteristics, which hinders downsizing and weight reduction.
The present invention was devised in view of these points, and in a torque motor having an operating angle range of less than 180 degrees, the stator and the core are configured to satisfy the required torque characteristics, thereby reducing the size. It is another object of the present invention to provide a torque motor that can further improve weight reduction.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above problems, a first invention of the present invention is a torque motor as set forth in claim 1.
The torque motor according to claim 1 is a torque motor including a rotor and a stator, and an operating angle range of the rotor is less than 180 degrees, and the rotor is provided with an even number of magnets on a circumference with respect to the rotation shaft, Each magnet is arranged so that the outer pole is different from the outer pole of an adjacent magnet. The stator includes a core having a communicating portion that communicates with each magnetic pole portion, and a coil provided in the communicating portion of the core, each of which is composed of one or more, and each core has a magnetic pole portion that faces the rotor. There are at least two places. In the magnet, an angle along the circumference of the rotor in the magnet having the outer circumference of the S pole is set as a first predetermined angle, and an angle along the circumference of the rotor in the magnet having the outer circumference is the first predetermined angle. A different second predetermined angle is set (see the first embodiment).
Thus, torque characteristics can be changed by changing the magnet angle (angle along the circumference) of each pole (N pole and S pole). Thereby, the required torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary, and the reduction in size and weight can be further improved.
[0006]
A second invention of the present invention is a torque motor as set forth in claim 2.
A torque motor according to a second aspect is the torque motor according to the first aspect, wherein the core includes two magnetic pole portions, and from one magnetic pole portion toward the other magnetic pole portion, A gap having a predetermined width in the same direction is provided along the core, and the core and each magnetic pole portion are divided into two, and one set of stators is composed of two cores (see the second embodiment). ).
In this case, the torque characteristic can be changed relatively easily by changing the width of the gap between the two cores in one set of stators. Thereby, the required torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary, and the reduction in size and weight can be further improved.
[0007]
A third aspect of the present invention is a torque motor as set forth in the third aspect.
A torque motor according to a third aspect is the torque motor according to the second aspect, wherein, in each core, an area of one magnetic pole portion facing the rotor and an area of the other magnetic pole portion facing the rotor are The core and each magnetic pole part are divided into two parts so as to be different (see the third embodiment).
In this case, the torque characteristics can be changed relatively easily by changing the ratio of the area of one magnetic pole part (area facing the rotor) and the area of the other magnetic pole part (area facing the rotor) of each core. be able to. Thereby, the required torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary, and the reduction in size and weight can be further improved.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a torque motor as set forth in the fourth aspect.
A torque motor according to a fourth aspect of the present invention is the torque motor according to the second or third aspect, wherein the core divided into two is coupled by a predetermined distance in the same direction as the direction of the magnetic flux in the communicating portion (second See the embodiment).
In this case, the torque characteristic can be changed relatively easily by changing the coupling distance. Thereby, the required torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary, and the reduction in size and weight can be further improved.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a first embodiment of a torque motor 1 of the present invention.
In the first to third embodiments described below, the rotor 10 in the torque motor 1 is provided with an even number of magnets on the circumference with respect to the rotating shaft, and each magnet is a magnet having adjacent poles on the outer circumference. Arranged differently from the outer poles. Further, the angle of the magnet having the S pole on the outer periphery (first predetermined angle: β1 or β3) and the angle of the magnet having the N pole on the outer periphery (second predetermined angle: β2 or β4) are set to different angles.
In the embodiment described below, an example is shown in which the torque motor 1 is applied to driving a throttle valve of a vehicle (the operating angle range is about 90 degrees).
[0010]
◆ [First embodiment (FIGS. 1 and 2)]
FIG. 1A shows an example of a torque motor 1 having one stator 20 composed of a coil 30 and a core 23. In the conventional torque motor, the angles of the magnets provided in the rotor are the same, and the degree of freedom in torque characteristics is small. However, in the embodiments described below (first to third embodiments), the angle of each magnet provided in the rotor is set to be different, and the torque characteristics are changed in accordance with the required characteristics.
1 (B) and 1 (C) show two pieces of the first stator 20 composed of the coil 30 and the core 23 and the second stator 40 composed of the coil 50 and the core 43. The example of the torque motor 1 which has a stator is shown. 1B and 1C show the same torque motor 1.
FIG. 2A shows an example of the torque motor 1 having one stator 20 composed of coils 31 to 34 and a core 23.
As described above, the stator includes a single core and a single coil (FIG. 1 (A)), a plurality and a plurality (FIG. 1 (B) and (C)), and a single and a plurality (FIG. 2 (A)). can do. In addition, although not shown in figure, a core and a coil can also be comprised by multiple and single.
[0011]
In the conventional torque motor, when the degree of freedom of the torque characteristics is small and the required characteristics are satisfied over the entire operating angle range, the size and mass of the torque motor may increase. However, in the torque motor 1 shown in FIG. 1A, the torque characteristics of the torque motor 1 can be changed relatively easily by adjusting the magnet angles (β1 and β2).
The torque motor 1 shown in FIG. 1 (A) is an example of a torque motor capable of setting the operating angle range to 180 degrees, and the torque motor 1 shown in FIGS. 1 (B), 1 (C), and 2 (A). Is an example of a torque motor having an operating angle range of 90 degrees (in FIG. 1C, the angle φ is the operating angle range). Hereinafter, the torque motor 1 shown in FIGS. 1B and 1C will be described.
[0012]
In the torque motor 1 shown in FIG. 1B, the torque characteristics can be changed relatively easily by adjusting the magnet angles (β3 and β4).
The magnets 12a to 12d provided in the rotor 10 are arranged so that the outer peripheral poles of adjacent magnets are different (arranged so that the outer peripheral poles alternate with N and S poles). Each of the cores 23 and 43 includes two magnetic pole portions 21 and 22 and magnetic pole portions 41 and 42, respectively.
[0013]
Next, FIG. 2B shows a graph of torque / rotation angle characteristics (in this case, the torque motor 1 has the structure shown in FIGS. 1B and 1C).
In the graph shown in FIG. 2B, the graph Sg11 shows the case where (angle β3, angle β4) is (90 degrees, 90 degrees), and the graph Sg12 shows the case (80 degrees, 100 degrees). The graph Sg13 shows the case of (70 degrees, 110 degrees).
In this way, the magnets are arranged so that the outer peripheral poles are alternated, and the south pole angle β3 (first predetermined angle) and the north pole angle β4 (second predetermined angle) are set according to the required characteristics. If necessary, sufficient torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary.
Thereby, since the size of a core etc. beyond a required characteristic is not required and it can fit in an appropriate size, size reduction and weight reduction of the torque motor 1 can be improved more.
[0014]
◆ [Second Embodiment (FIG. 3)]
The torque motor 1 shown in the second embodiment shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B) is different from the first embodiment (torque motor 1 shown in FIG. 1 (B)) in the core 23 and the core. The structure of 43 is different. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
In the example shown in FIG. 3A, the stator 20 includes two cores 23a and 23b, and the rotor 10 moves from one magnetic pole part 21a and 21b toward the other magnetic pole part 22a and 22b. A gap having a predetermined width Wd in the same direction as the rotation axis is provided along the core. As a result, the core is divided into two parts (divided into a core 23a and a core 23b). The stator 40 also has the same structure, and a description thereof is omitted.
In the example shown in FIG. 3 (B), with respect to the torque motor 1 shown in FIG. 3 (A), in each of the stators 20 and 40, the core divided into two is used as a communication part that connects the magnetic pole part and the magnetic pole part. Thus, they are coupled by a predetermined distance Lc in the same direction as the direction of the magnetic flux.
[0015]
Next, FIGS. 3C and 3D show graphs of torque / rotational angle characteristics.
The graph shown in FIG. 3C is a graph for the torque motor 1 shown in FIG. 3A. The graph Sg21 shows the case where (predetermined width Wd) is (0 mm), and the graph Sg22 shows (predetermined width). The case where (Wd) is (1 mm) is shown, and the graph Sg23 shows the case where (predetermined width Wd) is (2 mm).
From the torque / rotation angle characteristic graph shown in FIG. 3C, when the predetermined width Wd is increased, the torque less than 50 degrees of rotation slightly decreases and the torque of more than 50 degrees increases slightly. I understand that.
In this way, if the interval of the predetermined width Wd in the core divided into two is set according to the required characteristics, the necessary torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary. Can do.
Thereby, since the size of a core etc. beyond a required characteristic is not required and it can fit in an appropriate size, size reduction and weight reduction of the torque motor 1 can be improved more.
[0016]
The graph shown in FIG. 3D is a graph for the torque motor 1 shown in FIG. 3B, the graph Sg31 shows the case where (predetermined distance Lc) is (0 mm), and the graph Sg32 shows (predetermined distance). Lc) shows a case of (3 mm), and graph Sg33 shows a case where (predetermined distance Lc) is (6 mm).
From the torque / rotation angle characteristic graph shown in FIG. 3 (D), it can be seen that when the predetermined distance Lc increases, the torque less than 45 degrees increases slightly and the torque greater than 45 degrees decreases slightly. .
Thus, if the predetermined distance Lc of the coupling in the core divided into two is set according to the required characteristics, the necessary torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary. Can do.
Thereby, since the size of a core etc. beyond a required characteristic is not required and it can fit in an appropriate size, size reduction and weight reduction of the torque motor 1 can be improved more.
[0017]
◆ [Third Embodiment (FIG. 4)]
The torque motor 1 shown in the third embodiment shown in FIGS. 4A and 4B is different from the second embodiment (FIG. 3A) in the position of the gap having a predetermined width Wd. The ratio of the area of each magnetic pole part (area of the magnetic pole part facing the rotor) is different. Hereinafter, differences from the second embodiment will be described.
In the example shown in FIG. 4A, in each of the cores 23a, 23b, 43a, and 43b, the core and the core are arranged so that the area of one magnetic pole portion facing the rotor is different from the area of the other magnetic pole portion facing the rotor. Each magnetic pole is divided into two.
For example, in the core 23a of the stator 20 shown in FIG. 4A, “the area of one magnetic pole part 21a facing the rotor (area corresponding to W21a)” <“the area of the other magnetic pole part 22a facing the rotor ( The core 23a and the core 23b are divided so as to have an area corresponding to W22a). In this case, in the core 23b of the stator 20, "the area of one magnetic pole part 21b facing the rotor (area corresponding to W21b)">"the area of the other magnetic pole part 22b facing the rotor (corresponding to W22b). Area) ”.
Further, since the core 43a and the core 43b of the stator 40 are the same, description thereof is omitted.
[0018]
When the torque motor 1 shown in FIG. 4B has a structure in which each of the stators 20 and 40 is divided into two with respect to the torque motor 1 shown in FIG. The cross section perpendicular to the direction of (1) increases or decreases gradually from one magnetic pole portion toward the other magnetic pole portion. For example, in FIG. 4B, Wa <Wb in the Wa portion and Wb portion in the path from one magnetic pole portion to the other magnetic pole portion, and the width gradually increases from the Wa portion toward the Wb portion. The cross section perpendicular | vertical with respect to the direction of magnetic flux is comprised so that it may increase gradually.
In the first and second embodiments, the cores are arranged in a line-symmetric shape (symmetric in the figure), and in this case, the forward direction (counterclockwise direction) and the reverse direction (clockwise direction) ), The torque characteristics in the forward direction and the reverse direction can be made different in this embodiment.
[0019]
For example, when the torque motor 1 is applied to an on-off valve of a vehicle, it is rare that the required torque characteristics are the same in both the opening and closing directions, and usually the required torque characteristics are different in the opening direction and the closing direction. For example, when used as an intake throttle valve, since the pressure by the intake air is applied, the required torque characteristic in the opening direction has a larger value. Further, when the driving method is such that energization of the coil is limited to one direction, for example, the driving in the closing direction is performed by the elastic force of an elastic body such as a spring. In this case, the driving force in the opening direction is generated by the torque motor 1, but the driving force in the closing direction is not necessary at all. In contrast to such required torque characteristics, the torque motor of the prior art has a large margin in the torque characteristics of either opening and closing, and has an unnecessarily high performance, and is large in size.
[0020]
For example, when the torque motor 1 according to the present embodiment is used for a throttle valve of a vehicle, a torque / rotation angle characteristic graph as shown in FIG. 4C can be obtained. The graph shown in FIG. 4C is a graph for the torque motor 1 shown in FIG. 4A, and the graphs Sg41 (forward direction) and Sg43 (reverse direction) are (W21a = W22a = W21b = W22b = W41a =). The case of W42a = W41b = W42b) is shown. Graphs Sg42 (forward rotation direction) and Sg44 (reverse rotation direction) indicate the case of (W21a <W22a, W21b> W22b, W41a <W42a, W41b> W42b).
[0021]
From the torque / rotation angle characteristic graph shown in FIG. 4C, when the ratio of the area of the magnetic pole portion provided at both ends of the core is changed, the torque in the forward rotation direction slightly increases and the torque in the reverse rotation direction slightly decreases. You can see that
In this way, the area of one magnetic pole part (the area of the surface facing the rotor) and the area of the other magnetic pole part (the area of the surface facing the rotor) of each core are set according to the required characteristics. As a result, the necessary torque characteristics can be satisfied without increasing the physique and mass more than necessary.
Thereby, since the size of a core etc. beyond a required characteristic is not required and it can fit in an appropriate size, size reduction and weight reduction of the torque motor 1 can be improved more.
[0022]
In the torque motor 1 shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), as shown in FIG. 3 (B), a predetermined distance Lc in the same direction as the direction of the magnetic flux at the communicating portion of the core divided into two. The torque characteristics may be changed by combining them only.
[0023]
The torque motor 1 of the present invention is not limited to the configuration, shape, structure, etc. described in the present embodiment, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention. Moreover, the material of the magnet 12, the core 23, etc. is not specifically limited.
In the description of the present embodiment, the throttle valve in which the operating angle range of the rotor 10 is 90 degrees has been described as an example. However, the torque motor 1 of the present invention can be applied to various control systems having an operating angle range of less than 180 degrees in addition to the throttle valve of the vehicle.
The torque / rotation angle characteristics described in the present embodiment are not limited to the graphs used in the description of each embodiment.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, when the torque motor according to any one of claims 1 to 4 is used, the stator and the core are configured to satisfy the required torque characteristics in the torque motor having an operating angle range of less than 180 degrees. Thereby, the torque motor which can improve size reduction and weight reduction more can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic structure of a first embodiment in a torque motor 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of another structure of the first embodiment and torque / rotation angle characteristics in the torque motor 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic structure and torque / rotation angle characteristics of a second embodiment in a torque motor 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic structure and torque / rotation angle characteristics of a third embodiment in a torque motor 1 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of a conventional torque motor.
FIG. 6 is a diagram illustrating the structure and torque / rotation angle characteristics of a conventional torque motor.
[Explanation of symbols]
1 Torque motor 10 Rotor 12 Magnet 20 Stator (the other stator)
21, 21a, 21b, 22, 22a, 22b Magnetic pole portions 23, 23a, 23b Core 30 Coil 40 Stator (one stator)
41a, 41b, 42a, 42b Magnetic pole portions 43a, 43b Core (first core, second core)
50 coils

Claims (4)

ロータとステータとを備え、ロータの作動角度範囲が180度未満のトルクモータであって、
ロータには回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置され、
ステータは、各磁極部を連通する連通部を有するコア、及び当該コアの連通部に設けられたコイルが、各々単数あるいは複数にて構成されており、
各コアは、ロータに対向する磁極部を少なくとも2個所備えており、
前記磁石において、外周がS極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第1所定角度に設定し、外周がN極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第1所定角度とは異なる第2所定角度に設定する、
ことを特徴とするトルクモータ。
A torque motor comprising a rotor and a stator, the working angle range of the rotor being less than 180 degrees,
The rotor is provided with an even number of magnets on the circumference with respect to the rotation axis, and each magnet is arranged such that the outer pole is different from the outer pole of the adjacent magnet,
The stator has a core having a communication part that communicates each magnetic pole part, and a coil provided in the communication part of the core is configured by one or more,
Each core has at least two magnetic pole portions facing the rotor,
In the magnet, an angle along the circumference of the rotor in the magnet having the outer circumference of the S pole is set to a first predetermined angle, and an angle along the circumference of the rotor in the magnet having the outer circumference of the N pole is different from the first predetermined angle. 2 Set to a predetermined angle,
Torque motor characterized by that.
請求項1に記載のトルクモータであって、
コアは2個所の磁極部を備え、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって、ロータの回転軸と同一方向の所定幅の間隙をコアに沿って設け、コア及び各磁極部を2つに分割した構造を有し、1組のステータを2個のコアで構成する、
ことを特徴とするトルクモータ。
The torque motor according to claim 1,
The core includes two magnetic pole portions, and a gap having a predetermined width in the same direction as the rotation axis of the rotor is provided along the core from one magnetic pole portion to the other magnetic pole portion, and the core and two magnetic pole portions are provided. Having a structure divided into two, and a set of stators composed of two cores,
Torque motor characterized by that.
請求項2に記載のトルクモータであって、
各コアにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータと対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を2つに分割した構造とする、
ことを特徴とするトルクモータ。
The torque motor according to claim 2,
In each core, the core and each magnetic pole part are divided into two so that the area of one magnetic pole part facing the rotor and the area of the other magnetic pole part facing the rotor are different,
Torque motor characterized by that.
請求項2または3に記載のトルクモータであって、
2つに分割したコアを、連通部において磁束の方向と同じ方向に所定距離だけ結合させる、
ことを特徴とするトルクモータ。
The torque motor according to claim 2 or 3,
The core divided into two is coupled by a predetermined distance in the same direction as the direction of the magnetic flux in the communication part.
Torque motor characterized by that.
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