JP3445173B2 - バルブ付きアクチュエータ装置 - Google Patents
バルブ付きアクチュエータ装置Info
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- JP3445173B2 JP3445173B2 JP35341498A JP35341498A JP3445173B2 JP 3445173 B2 JP3445173 B2 JP 3445173B2 JP 35341498 A JP35341498 A JP 35341498A JP 35341498 A JP35341498 A JP 35341498A JP 3445173 B2 JP3445173 B2 JP 3445173B2
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- Japan
- Prior art keywords
- core
- valve
- phase separation
- winding
- actuator
- Prior art date
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K26/00—Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Lift Valve (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トロイダルコア型
アクチュエータを用いて、角度指令値に合わせてバルブ
をダイレクトに開閉駆動し、管内の流体の流量を制御す
る装置に用いるバルブ付きアクチュエータ装置、特に、
車載用エンジンスロットルバルブ付きアクチュエータ装
置に関する。
アクチュエータを用いて、角度指令値に合わせてバルブ
をダイレクトに開閉駆動し、管内の流体の流量を制御す
る装置に用いるバルブ付きアクチュエータ装置、特に、
車載用エンジンスロットルバルブ付きアクチュエータ装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今、自動車の運転性能向上並びに排気
ガス対策としてアクセルケーブルを廃止し、ドライバの
アクセルペダル操作量を電気的にセンサで検出してエン
ジンスロットルバルブをモータで駆動し、ドライバのア
クセルペダル操作とは全く独立してエンジンスロットル
バルブを操作する、所謂、ドライブバイワイヤ（DriveB
y Wire ）方式が普及し始めている。この結果、状況に
応じた適切な空燃比を常に確保しながらエンジン出力を
制御することができ、環境問題の観点からも注目され、
その普及が図られている。
ガス対策としてアクセルケーブルを廃止し、ドライバの
アクセルペダル操作量を電気的にセンサで検出してエン
ジンスロットルバルブをモータで駆動し、ドライバのア
クセルペダル操作とは全く独立してエンジンスロットル
バルブを操作する、所謂、ドライブバイワイヤ（DriveB
y Wire ）方式が普及し始めている。この結果、状況に
応じた適切な空燃比を常に確保しながらエンジン出力を
制御することができ、環境問題の観点からも注目され、
その普及が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現状のドライ
ブバイワイヤ方式では特開平5-240070号や米国特許第5,
777,412 号で述べられているように、スロットルバルブ
の駆動はＤＣモータと減速機を用いた構成が一般的であ
る。これはスロットルバルブ駆動に要求されるトルク要
求が30〜60Ｎｃｍ程度（凍結状態を考えた場合２３０Ｎ
ｃｍ）と大きく、モータに減速機を介してトルクアップ
を図らなければトルク要求を満足することができないか
らである。しかしながら、減速機を用いるとシステムの
コストが上がり、しかも信頼性も低下する。また、何よ
りも、ギヤのバックラシュ等で高精度の流量制御が出来
ない欠点があった。
ブバイワイヤ方式では特開平5-240070号や米国特許第5,
777,412 号で述べられているように、スロットルバルブ
の駆動はＤＣモータと減速機を用いた構成が一般的であ
る。これはスロットルバルブ駆動に要求されるトルク要
求が30〜60Ｎｃｍ程度（凍結状態を考えた場合２３０Ｎ
ｃｍ）と大きく、モータに減速機を介してトルクアップ
を図らなければトルク要求を満足することができないか
らである。しかしながら、減速機を用いるとシステムの
コストが上がり、しかも信頼性も低下する。また、何よ
りも、ギヤのバックラシュ等で高精度の流量制御が出来
ない欠点があった。
【０００４】一方、トロイダルコア型アクチュエータを
用いたダイレクト駆動の方法がある。トロイダルコア型
アクチュエータはその回転軸が反復回転動作するアクチ
ュエータであり、動作角度範囲を０から９０度程度と限
定すれば、そのトルク特性は入力電流値のみに依存し、
その角度に依存しない特性を持つので、回転角度制御に
は最適である（詳細は後述する）。この特性を用いて、
流体が通る管内に管軸に直交した軸を設け、この軸にバ
タフライバルブを取付け、このバルブの角度制御により
流量を精度よくコントロールすることが可能である。こ
の技術を応用して、エンジンスロットルバルブをダイレ
クトに駆動する試みが種々行われているが、サイズ（直
径70ｍｍ、長さ70ｍｍ程度）の割に、要求トルクが大き
く、今まで現実的なアクチュエータを構成することがで
きなかった。
用いたダイレクト駆動の方法がある。トロイダルコア型
アクチュエータはその回転軸が反復回転動作するアクチ
ュエータであり、動作角度範囲を０から９０度程度と限
定すれば、そのトルク特性は入力電流値のみに依存し、
その角度に依存しない特性を持つので、回転角度制御に
は最適である（詳細は後述する）。この特性を用いて、
流体が通る管内に管軸に直交した軸を設け、この軸にバ
タフライバルブを取付け、このバルブの角度制御により
流量を精度よくコントロールすることが可能である。こ
の技術を応用して、エンジンスロットルバルブをダイレ
クトに駆動する試みが種々行われているが、サイズ（直
径70ｍｍ、長さ70ｍｍ程度）の割に、要求トルクが大き
く、今まで現実的なアクチュエータを構成することがで
きなかった。
【０００５】しかしながら、ロータ磁石については、希
土類元素を用いた高性能磁石が開発された今日では、ス
ロットルバルブ駆動用として適切なサイズで、要求トル
ク30〜60Ｎｃｍ程度を発生できる見通しが出てきたが、
ステータについては、トロイダル巻線作業自体が作業性
が悪い上に、巻線後の取り扱いも悪く、且つ寸法精度を
出し難い欠点があった。そのため装置への高精度の組付
けが困難である等の欠点があり、コストアップ要因とな
っていた。
土類元素を用いた高性能磁石が開発された今日では、ス
ロットルバルブ駆動用として適切なサイズで、要求トル
ク30〜60Ｎｃｍ程度を発生できる見通しが出てきたが、
ステータについては、トロイダル巻線作業自体が作業性
が悪い上に、巻線後の取り扱いも悪く、且つ寸法精度を
出し難い欠点があった。そのため装置への高精度の組付
けが困難である等の欠点があり、コストアップ要因とな
っていた。
【０００６】本発明は、上記の問題点にかんがみてなさ
れたもので、減速機とＤＣモータで構成したバルブ開閉
用アクチュエータの欠点を解消し、安価で且つ高精度に
流量調整ができるバルブ付きアクチュエータ装置、特
に、車載用エンジンスロットルバルブ付きアクチュエー
タ装置を提供することである。
れたもので、減速機とＤＣモータで構成したバルブ開閉
用アクチュエータの欠点を解消し、安価で且つ高精度に
流量調整ができるバルブ付きアクチュエータ装置、特
に、車載用エンジンスロットルバルブ付きアクチュエー
タ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は流体を通す管に流量調整用バルブを固定し
た回転軸を貫通させ、前記回転軸の延長部にアクチュエ
ータおよび角度センサを直結し、制御回路に入力される
角度指令値に基づき、アクチュエータ駆動回路の出力電
流値に対応するトルクで前記バルブを回転させ、前記角
度センサの信号を前記指令値に合わせる角度制御により
管内流量を調整するトロイダルコア型バルブ付きアクチ
ュエータにおいて、前記回転軸に回転自在に軸承され且
つＮ、Ｓ２極の磁極を持つ永久磁石で構成されたロータ
と、前記ロータ磁石とラジアル方向に微小エアギャップ
を介して該ロータ磁石外周部に配置された軟磁性体から
なる円筒状のコアに巻線を施したステータとを有し、前
記コア周上に非磁性体からなる２個の相分離材を設け、
該相分離材同士が互いに幾何学的にほぼ１８０度の角度
を成すように配置され、前記相分離材で分割されたコア
円周上の巻線領域内に、該コアを芯として独立した２組
みのコイルをほぼ均等な密度で巻回したことを特徴とす
る。
め、本発明は流体を通す管に流量調整用バルブを固定し
た回転軸を貫通させ、前記回転軸の延長部にアクチュエ
ータおよび角度センサを直結し、制御回路に入力される
角度指令値に基づき、アクチュエータ駆動回路の出力電
流値に対応するトルクで前記バルブを回転させ、前記角
度センサの信号を前記指令値に合わせる角度制御により
管内流量を調整するトロイダルコア型バルブ付きアクチ
ュエータにおいて、前記回転軸に回転自在に軸承され且
つＮ、Ｓ２極の磁極を持つ永久磁石で構成されたロータ
と、前記ロータ磁石とラジアル方向に微小エアギャップ
を介して該ロータ磁石外周部に配置された軟磁性体から
なる円筒状のコアに巻線を施したステータとを有し、前
記コア周上に非磁性体からなる２個の相分離材を設け、
該相分離材同士が互いに幾何学的にほぼ１８０度の角度
を成すように配置され、前記相分離材で分割されたコア
円周上の巻線領域内に、該コアを芯として独立した２組
みのコイルをほぼ均等な密度で巻回したことを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明は前記流体は空気であり、前
記管の外部で前記バルブを取付けた回転軸の一端にアク
チュエータを、その他端に角度センサをエンジンスロッ
トルボディに一体的に組込んだことを特徴とする。
記管の外部で前記バルブを取付けた回転軸の一端にアク
チュエータを、その他端に角度センサをエンジンスロッ
トルボディに一体的に組込んだことを特徴とする。
【０００９】また、本発明は相分離材の材質は絶縁性樹
脂であることを特徴とする。
脂であることを特徴とする。
【００１０】また、本発明は前記相分離材が前記コア周
上において中心角で10度以下であることを特徴とする。
上において中心角で10度以下であることを特徴とする。
【００１１】また、本発明はアクチュエータの円筒状コ
ア外形寸法が70(ｍｍ）以下であり、該コア内径とロー
タ磁石外径とで作るエアギャップ長Ｙ1(ｍｍ）は1.5ｍ
ｍ≦Ｙ1≦5ｍｍであり、相分離材最内径とロータ磁石外
径で作るエアギャップ長Ｙ2(ｍｍ）はＹ1−Ｙ2≦0.5ｍ
ｍで有り且つ、前記コアに巻回する２組みのコイルが３
乃至４層巻きであることを特徴とする。
ア外形寸法が70(ｍｍ）以下であり、該コア内径とロー
タ磁石外径とで作るエアギャップ長Ｙ1(ｍｍ）は1.5ｍ
ｍ≦Ｙ1≦5ｍｍであり、相分離材最内径とロータ磁石外
径で作るエアギャップ長Ｙ2(ｍｍ）はＹ1−Ｙ2≦0.5ｍ
ｍで有り且つ、前記コアに巻回する２組みのコイルが３
乃至４層巻きであることを特徴とする。
【００１２】また、本発明は相分離材にはコアと巻線間
を電気的に絶縁するための絶縁部も一体的に設けたこと
を特徴とする。
を電気的に絶縁するための絶縁部も一体的に設けたこと
を特徴とする。
【００１３】また、本発明は相分離材の少なくとも一つ
にはコイルからげ用の端子が設けられていることを特徴
とする。
にはコイルからげ用の端子が設けられていることを特徴
とする。
【００１４】また、本発明は円筒状コア（好ましくは表
面を絶縁処理された）は同一幅の軟磁性薄帯をロール状
に丸めて構成したことを特徴とする。
面を絶縁処理された）は同一幅の軟磁性薄帯をロール状
に丸めて構成したことを特徴とする。
【００１５】また、本発明はロール状軟磁性薄帯は巻き
始めの最内周端から順次連続的に幅広となるテーパ部分
を持っていることを特徴とする。
始めの最内周端から順次連続的に幅広となるテーパ部分
を持っていることを特徴とする。
【００１６】また、本発明は円筒状コアはパイプ状軟磁
性材を芯として、その上に表面を絶縁処理した同一幅の
軟磁性薄帯をロール状に巻回して構成したことを特徴と
する。
性材を芯として、その上に表面を絶縁処理した同一幅の
軟磁性薄帯をロール状に巻回して構成したことを特徴と
する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００１８】先ず最初に、本発明によるアクチュエータ
装置が好適に利用されるガソリンエンジンの概略動作を
説明する。
装置が好適に利用されるガソリンエンジンの概略動作を
説明する。
【００１９】図１はガソリンエンジンのエンジンスロッ
トルバルブ近傍の機構を表したものである。
トルバルブ近傍の機構を表したものである。
【００２０】図１で、空気は右側の矢印の向きに流入
し、エアフィルタ１、スロットルボディ２の中央部のス
ロットルバルブとしてのバタフライバルブ３で適切な流
量に調整されて、インテークマニホルド４を通して、シ
リンダ５に取り込まれる。一方、ガソリンはインテーク
マニホルド４を経由してシリンダ５に取り込まれる。シ
リンダ５に取り込まれたガソリンと空気は各種バルブ
（図１では省略）でシリンダ内に密閉され、点火プラグ
７の電気火花で着火および爆発が起こり、この時の爆発
力でピストン６を押し下げ機械的動力を発生させる。燃
焼後の排ガスはエグゾースト８から排出される。なお、
本エンジンは、排ガス対策の一環として、燃焼ガスの一
部がＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ）バルブ９を
通してインテークマニホルド４側にフィードバックされ
たＥＧＲシステムが採用された例である。
し、エアフィルタ１、スロットルボディ２の中央部のス
ロットルバルブとしてのバタフライバルブ３で適切な流
量に調整されて、インテークマニホルド４を通して、シ
リンダ５に取り込まれる。一方、ガソリンはインテーク
マニホルド４を経由してシリンダ５に取り込まれる。シ
リンダ５に取り込まれたガソリンと空気は各種バルブ
（図１では省略）でシリンダ内に密閉され、点火プラグ
７の電気火花で着火および爆発が起こり、この時の爆発
力でピストン６を押し下げ機械的動力を発生させる。燃
焼後の排ガスはエグゾースト８から排出される。なお、
本エンジンは、排ガス対策の一環として、燃焼ガスの一
部がＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ）バルブ９を
通してインテークマニホルド４側にフィードバックされ
たＥＧＲシステムが採用された例である。
【００２１】図２はスロットルボディ２の拡大図とバタ
フライバルブ３の角度制御を説明するための図である。
フライバルブ３の角度制御を説明するための図である。
【００２２】図２の右から左に空気が通過する管１００
が貫通している。その管１００の中央部で、管１００と
直交した、すなわち、該管１００の中心軸線に垂直に設
けた貫通軸または回転軸１０１が回転自在（軸受は省
略）に軸承され、該軸中央部には先に説明した空気の流
量を調整するためのバタフライバルブ３（後述するスロ
ットルバルブと同一のもので、以後「バルブ」と呼ぶ）
が、一端にアクチュエータ１０３（図２では手前）が、
他端には角度センサ１０２が配置された構成である。
が貫通している。その管１００の中央部で、管１００と
直交した、すなわち、該管１００の中心軸線に垂直に設
けた貫通軸または回転軸１０１が回転自在（軸受は省
略）に軸承され、該軸中央部には先に説明した空気の流
量を調整するためのバタフライバルブ３（後述するスロ
ットルバルブと同一のもので、以後「バルブ」と呼ぶ）
が、一端にアクチュエータ１０３（図２では手前）が、
他端には角度センサ１０２が配置された構成である。
【００２３】アクチュエータ１０３はさらに、軸１０１
に直接固定されているロータ１０４（後述）、トロイダ
ル巻線を施したステータ１０５（後で詳述）で構成され
ており、アクチュエータ１０３はスロットルボディ（本
実施の形態ではアルミダイキャストで出来ている）内
に、前記ステータ１０５の外周面を嵌合させることで組
込まれている。ステータ１０５の外周の２個所の窪み７
００はスロットルボディ２側の突起部と嵌合するように
なっている。この窪み、すなわち位置決め機構７００に
よりバルブ角度に対応した適切な位相関係（詳細につい
ては図４参照）に発生トルク波形を合わすことができ
る。
に直接固定されているロータ１０４（後述）、トロイダ
ル巻線を施したステータ１０５（後で詳述）で構成され
ており、アクチュエータ１０３はスロットルボディ（本
実施の形態ではアルミダイキャストで出来ている）内
に、前記ステータ１０５の外周面を嵌合させることで組
込まれている。ステータ１０５の外周の２個所の窪み７
００はスロットルボディ２側の突起部と嵌合するように
なっている。この窪み、すなわち位置決め機構７００に
よりバルブ角度に対応した適切な位相関係（詳細につい
ては図４参照）に発生トルク波形を合わすことができ
る。
【００２４】次に図２を用いて流量制御の一例を説明す
る。バルブ３の開閉角度により空気の流量が変わること
は自明である。従って、アクチュエータ１０３を用いた
バルブ３の角度制御を説明すれば事足りることになる。
角度制御はアクチュエータ駆動回路１０００、制御回路
１１００、アクチュエータ１０３と角度センサ１０２で
行われる。
る。バルブ３の開閉角度により空気の流量が変わること
は自明である。従って、アクチュエータ１０３を用いた
バルブ３の角度制御を説明すれば事足りることになる。
角度制御はアクチュエータ駆動回路１０００、制御回路
１１００、アクチュエータ１０３と角度センサ１０２で
行われる。
【００２５】まず、現在のバルブ角度検出信号θm （現
在のバルブ開閉角度がθm である事に相当する）とした
上で、新たな角度指令信号θr が制御回路１１００に入
力されると、バルブの現在角度θm と角度指令θr との
角度誤差Δθ＝θr−θm ＜０が増大して、アクチュエ
ータ駆動回路１０００から、早く角度誤差Δθをゼロ
（θm ＝θr ）とするように、大きなコイル励磁電流Ｉ
（コイル励磁電流Ｉと発生トルクとの関係については図
４参照）をアクチュエータ１０３に出力する。その結
果、バルブ３は高トルクおよび高速で角度指令値θr 近
傍まで一気に移動する。θm がθr 近傍に達すると、角
度誤差Δθ＞０は徐々に小さくなるので、コイル励磁電
流ＩもΔθの低下に連れて低下し、発生トルクも同時に
小さくなる。最終的にΔθ＝０（θm ＝θr ）でコイル
励磁電流Ｉはゼロとなり、アクチュエータの発生トルク
もゼロとなり、バルブ３は角度指令値θr の位置で停止
する。ここで、例えば、何らかの要因で、バルブ３が動
き角度指令θr より行き過ぎてしまえば、角度誤差Δθ
＝θr −θm ＞０が発生する。Δθ＞０ではΔθ＜０の
時と、電流の向きを逆にしてコイルを励磁するので逆向
きのトルクが発生してバルブ３を角度指令値θr （Δθ
＝０に成るまで）の角度になるまで戻す。更に、角度指
令θr が新たに与えられれば、角度誤差Δθが新たに生
じるのでΔθ＝０（θm ＝θr ）に成るように、コイル
励磁電流Ｉの大きさと向きを変える。このように、新た
なに角度指令値θr が時間と共にダイナミックに変わる
と、その指令値に絶えず追随してバルブ開閉角度θm を
変えていくことができる。図３はトロイダル型アクチュ
エータの原理を説明する図であり、（ａ）はアクチュエ
ータの正面図、（ｂ）はアクチュエータの側面部分断面
図を示す。なお、図３のコイルは１層、磁石一極のなす
中心角（図１４のβに相当する）は８０度の場合を示し
たものである。アクチュエータの構成は次のとおりであ
る。ロータ１０４は磁石２００（本実施の形態では焼結
のNdFeＢ系）、ロータヨーク５００（本実施の形態では
純鉄）と回転軸１０１から構成されており、回転軸１０
１は軸受（図示されていないが、一般的には、スロット
ルボディ２のバルブ３の両端部に取付けられている）で
回転自在に固定されている。ステータ１０５はコイルの
巻き芯となっている円筒状コア２０１に電気的絶縁処理
（例えば、電着塗装やエポキシ樹脂コーティング等）を
施した後、コイル２０２がその周囲に本図では１層巻回
されて、コイル２０２の中の上部コイル２０２ＡがＡ相
コイルを、下部コイル２０２ＢがＢ相コイルを形成して
おり、本実施の形態ではこれらの上部コイル２０２Ａと
下部コイル２０２Ｂは直列に接続されている。動作原理
は次の通りである。今仮に、図３（ａ）のコイルの矢印
の向きに直流電流を流せば、Ａ相コイルは巻き始め側(
図３の左端）がＳ極に、巻き終わり側（図３の右端）が
Ｎ極に励磁される。一方、Ｂ相コイルも巻き始め側（図
３の右端）がＮ極、巻き終わり側（図３の左端）がＳ極
に励磁される。これにより、ロータ磁石２００のＳ極は
コイル２０２の右端（Ｎ極）に、逆にロータ磁石２００
のＮ極はコイル２０２の左端（Ｓ極）に移動し、矢印
（ＣＣＷ）の向きのトルクが発生する。もちろん、コイ
ルに逆向きの電流を流せば、逆向き（ＣＷ）の向きのト
ルクを発生するので先に説明したように、バルブの角度
制御が可能となるのである。なお、図３（ａ）のロータ
磁極が垂直の場合には発生トルクは最大となり、磁極が
水平（図３（ａ）の状態から左右に９０度回転した状
態）がトルク零の状態である。また、図３（ａ）のよう
にコイル２０２を励磁したとき、コイル２０２のＮ極の
向きをＸ軸とし、且つ、前記Ｘ軸とロータ磁石２００の
Ｎ極の向きが成す角度をθ度（図３（ａ）の状態はθ＝
９０度）とすれば、θが０から１８０度の範囲はＣＣＷ
方向のトルクが、θが１８０から３６０度の範囲ではＣ
Ｗ方向のトルクを発生する。なお、θが０と１８０度で
はトルクは零であることは前述したとおりである。
在のバルブ開閉角度がθm である事に相当する）とした
上で、新たな角度指令信号θr が制御回路１１００に入
力されると、バルブの現在角度θm と角度指令θr との
角度誤差Δθ＝θr−θm ＜０が増大して、アクチュエ
ータ駆動回路１０００から、早く角度誤差Δθをゼロ
（θm ＝θr ）とするように、大きなコイル励磁電流Ｉ
（コイル励磁電流Ｉと発生トルクとの関係については図
４参照）をアクチュエータ１０３に出力する。その結
果、バルブ３は高トルクおよび高速で角度指令値θr 近
傍まで一気に移動する。θm がθr 近傍に達すると、角
度誤差Δθ＞０は徐々に小さくなるので、コイル励磁電
流ＩもΔθの低下に連れて低下し、発生トルクも同時に
小さくなる。最終的にΔθ＝０（θm ＝θr ）でコイル
励磁電流Ｉはゼロとなり、アクチュエータの発生トルク
もゼロとなり、バルブ３は角度指令値θr の位置で停止
する。ここで、例えば、何らかの要因で、バルブ３が動
き角度指令θr より行き過ぎてしまえば、角度誤差Δθ
＝θr −θm ＞０が発生する。Δθ＞０ではΔθ＜０の
時と、電流の向きを逆にしてコイルを励磁するので逆向
きのトルクが発生してバルブ３を角度指令値θr （Δθ
＝０に成るまで）の角度になるまで戻す。更に、角度指
令θr が新たに与えられれば、角度誤差Δθが新たに生
じるのでΔθ＝０（θm ＝θr ）に成るように、コイル
励磁電流Ｉの大きさと向きを変える。このように、新た
なに角度指令値θr が時間と共にダイナミックに変わる
と、その指令値に絶えず追随してバルブ開閉角度θm を
変えていくことができる。図３はトロイダル型アクチュ
エータの原理を説明する図であり、（ａ）はアクチュエ
ータの正面図、（ｂ）はアクチュエータの側面部分断面
図を示す。なお、図３のコイルは１層、磁石一極のなす
中心角（図１４のβに相当する）は８０度の場合を示し
たものである。アクチュエータの構成は次のとおりであ
る。ロータ１０４は磁石２００（本実施の形態では焼結
のNdFeＢ系）、ロータヨーク５００（本実施の形態では
純鉄）と回転軸１０１から構成されており、回転軸１０
１は軸受（図示されていないが、一般的には、スロット
ルボディ２のバルブ３の両端部に取付けられている）で
回転自在に固定されている。ステータ１０５はコイルの
巻き芯となっている円筒状コア２０１に電気的絶縁処理
（例えば、電着塗装やエポキシ樹脂コーティング等）を
施した後、コイル２０２がその周囲に本図では１層巻回
されて、コイル２０２の中の上部コイル２０２ＡがＡ相
コイルを、下部コイル２０２ＢがＢ相コイルを形成して
おり、本実施の形態ではこれらの上部コイル２０２Ａと
下部コイル２０２Ｂは直列に接続されている。動作原理
は次の通りである。今仮に、図３（ａ）のコイルの矢印
の向きに直流電流を流せば、Ａ相コイルは巻き始め側(
図３の左端）がＳ極に、巻き終わり側（図３の右端）が
Ｎ極に励磁される。一方、Ｂ相コイルも巻き始め側（図
３の右端）がＮ極、巻き終わり側（図３の左端）がＳ極
に励磁される。これにより、ロータ磁石２００のＳ極は
コイル２０２の右端（Ｎ極）に、逆にロータ磁石２００
のＮ極はコイル２０２の左端（Ｓ極）に移動し、矢印
（ＣＣＷ）の向きのトルクが発生する。もちろん、コイ
ルに逆向きの電流を流せば、逆向き（ＣＷ）の向きのト
ルクを発生するので先に説明したように、バルブの角度
制御が可能となるのである。なお、図３（ａ）のロータ
磁極が垂直の場合には発生トルクは最大となり、磁極が
水平（図３（ａ）の状態から左右に９０度回転した状
態）がトルク零の状態である。また、図３（ａ）のよう
にコイル２０２を励磁したとき、コイル２０２のＮ極の
向きをＸ軸とし、且つ、前記Ｘ軸とロータ磁石２００の
Ｎ極の向きが成す角度をθ度（図３（ａ）の状態はθ＝
９０度）とすれば、θが０から１８０度の範囲はＣＣＷ
方向のトルクが、θが１８０から３６０度の範囲ではＣ
Ｗ方向のトルクを発生する。なお、θが０と１８０度で
はトルクは零であることは前述したとおりである。
【００２６】図４は具体的な角度ートルク特性の一例を
示す図であり、コイル励磁電流と発生トルクとの関係を
示す。縦軸にトルク（Ｎcm）、横軸にθ（度）を示す。
示す図であり、コイル励磁電流と発生トルクとの関係を
示す。縦軸にトルク（Ｎcm）、横軸にθ（度）を示す。
【００２７】図４のグラフは図３のアクチュエータの特
性であり、電流が２Ａ（アンペア）、４Ａ（アンペア）
および６Ａ（アンペア）の条件のものである。図４よ
り、トルクのフラット範囲（以後「フラットトルクレン
ジ」と呼び、厳密な定義はトルクピーク値の９０％ダウ
ンの角度範囲である。）はほぼ９０度確保されており、
バルブ動作時９０度の開閉角が確保されることに対応す
る。また、入力電流値にほぼ正比例してトルク値が増大
していることから、先に説明したような簡単な制御回路
で、安定したバルブ角度制御が正確にできることを意味
する。
性であり、電流が２Ａ（アンペア）、４Ａ（アンペア）
および６Ａ（アンペア）の条件のものである。図４よ
り、トルクのフラット範囲（以後「フラットトルクレン
ジ」と呼び、厳密な定義はトルクピーク値の９０％ダウ
ンの角度範囲である。）はほぼ９０度確保されており、
バルブ動作時９０度の開閉角が確保されることに対応す
る。また、入力電流値にほぼ正比例してトルク値が増大
していることから、先に説明したような簡単な制御回路
で、安定したバルブ角度制御が正確にできることを意味
する。
【００２８】図５は本発明の第１の実施の形態の概略構
成を説明する図である。
成を説明する図である。
【００２９】本発明によるコストダウン効果を有するス
テータ構造の特徴を以下に説明する。先ず第１に、本発
明に重要な要素である相分離材（この実施の形態では非
磁性で且つ、絶縁材であるフェノール樹脂を使用）につ
いて説明する。図５はステータに相分離材を有する第１
の実施の形態であり、基本的には図３で説明したアクチ
ュエータと同一の構成のものである。相分離材１０ａ、
１０ｂはコイルの巻き始めおよび巻き終わり部の２箇所
に、本実施の形態では１８０度離れた位置に配置され
る。この相分離材１０ａ、１０ｂはコイル巻き始めおよ
び巻き終わり時の土手の役目をする効果があり、コイル
の巻き崩れを防止すると同時に、一定の高い巻線密度で
巻線できる特徴がある。実際には、特性を上げるために
巻線を複数層（図１４、１６で詳述する）施さなければ
ならないが、その際には特に効果がある。相分離材１０
ａ、１０ｂの中心角度α度は狭ければ狭いほど、巻線に
割り当てるスペースが広くなり層当たりの多巻線化が可
能となり、特性的に有利であるが第１の実施の形態では
αは１０度としている。α＝１０°程度であれば、巻線
スペースが十分確保でき、且つ絡げ端子挿入（後述す
る）および相分離材自体の固定用スペースも十分取れる
からである。なお、相分離材１０ａ、１０ｂのコア２０
１への固定はこの実施の形態では非磁性のネジ３００で
行っている。なお、相分離材１０ａ，ｂが非磁性でなけ
ればならない理由は、相分離材が軟磁性材であると、コ
イルを励磁したときこれが突極を構成して、周方向のパ
ーミアンス変化をもたらすからであり、結果として、広
い安定したフラットトルクレンジ特性を持たなくなるか
らである。
テータ構造の特徴を以下に説明する。先ず第１に、本発
明に重要な要素である相分離材（この実施の形態では非
磁性で且つ、絶縁材であるフェノール樹脂を使用）につ
いて説明する。図５はステータに相分離材を有する第１
の実施の形態であり、基本的には図３で説明したアクチ
ュエータと同一の構成のものである。相分離材１０ａ、
１０ｂはコイルの巻き始めおよび巻き終わり部の２箇所
に、本実施の形態では１８０度離れた位置に配置され
る。この相分離材１０ａ、１０ｂはコイル巻き始めおよ
び巻き終わり時の土手の役目をする効果があり、コイル
の巻き崩れを防止すると同時に、一定の高い巻線密度で
巻線できる特徴がある。実際には、特性を上げるために
巻線を複数層（図１４、１６で詳述する）施さなければ
ならないが、その際には特に効果がある。相分離材１０
ａ、１０ｂの中心角度α度は狭ければ狭いほど、巻線に
割り当てるスペースが広くなり層当たりの多巻線化が可
能となり、特性的に有利であるが第１の実施の形態では
αは１０度としている。α＝１０°程度であれば、巻線
スペースが十分確保でき、且つ絡げ端子挿入（後述す
る）および相分離材自体の固定用スペースも十分取れる
からである。なお、相分離材１０ａ、１０ｂのコア２０
１への固定はこの実施の形態では非磁性のネジ３００で
行っている。なお、相分離材１０ａ，ｂが非磁性でなけ
ればならない理由は、相分離材が軟磁性材であると、コ
イルを励磁したときこれが突極を構成して、周方向のパ
ーミアンス変化をもたらすからであり、結果として、広
い安定したフラットトルクレンジ特性を持たなくなるか
らである。
【００３０】この相分離材１０ａ、１０ｂの中心角αが
種々の理由で内径部と外径部で異なる場合があるが、本
発明ではその場合には実質的に巻線の土手になっている
部分の角度を意味するものとする。相分離材１０ａ、１
０ｂの数は、本発明ではロータ磁極数と同数の２個であ
るが、巻崩れを防ぐため、もしくは整えるため、また
は、ステータ１０５の全体を樹脂で一体モールド（図１
２参照）する場合には補助相分離材７５０（図１５参
照）を付加した実質４本構成（図１５参照）としてもよ
い。４本構成では樹脂モールドのとき、モールド金型内
での該ステータ１０５の座りが安定するからである。
種々の理由で内径部と外径部で異なる場合があるが、本
発明ではその場合には実質的に巻線の土手になっている
部分の角度を意味するものとする。相分離材１０ａ、１
０ｂの数は、本発明ではロータ磁極数と同数の２個であ
るが、巻崩れを防ぐため、もしくは整えるため、また
は、ステータ１０５の全体を樹脂で一体モールド（図１
２参照）する場合には補助相分離材７５０（図１５参
照）を付加した実質４本構成（図１５参照）としてもよ
い。４本構成では樹脂モールドのとき、モールド金型内
での該ステータ１０５の座りが安定するからである。
【００３１】図１２は図５に示された実施の形態１のス
テータを樹脂（この実施の形態ではPPS ）で一体モール
ドする第２の実施の形態を示す図である。
テータを樹脂（この実施の形態ではPPS ）で一体モール
ドする第２の実施の形態を示す図である。
【００３２】図１２のように巻線後のステータ１０５
を、相分離材１０の内径部Ｒ１ （ステータ１０５の最
内径寸法）および外径部Ｒ２ （ステータ１０５の最外
径寸法）を基準としてモールド金型を作り、樹脂９００
で一体的にモールドして仕上げれば、ステータの内径お
よび外径の必要寸法が正確に確保できる。特に、巻き上
がり寸法が安定しない、コイル２０２の最内径Ｒc1、最
外径Ｒc2を相分離材１０の最内径Ｒ1、 最外径Ｒ2を用い
て、 Ｒ1 ＝Ｒm1≦Ｒc1 且つ Ｒ2 ＝Ｒm2≧Ｒc2 と設定すればコイル２０２全体が図１２のように樹脂モ
ールドされ、巻き崩れや変形の心配がなく、取り扱いが
容易となる。なお、Ｒm1は樹脂モールド後の内径寸法、
Ｒm2は外形寸法を示している。図１２ではＲ1 ＝Ｒm1で
あり、さらにＲ2＝Ｒm2の例を示しているが、Ｒm1≦Ｒc
1が確保されればコア内径部のコイルは樹脂で完全に封
止されるし、また、Ｒm2≧Ｒc2が確保されればコア外径
のコイルは樹脂で完全封止されるので、コイル２０２巻
き上がり寸法が安定しないステータ１０５に対して組立
および組付け時にも基準寸法を与えることができる利点
があるばかりではなく、ステータ１０５全体が樹脂モー
ルドされるので、使用環境が厳しいエンジンスロットル
ボディ内にコイル（銅線）が直接表出しない。この樹脂
モールド構成は信頼性という点で非常に効果がある。
を、相分離材１０の内径部Ｒ１ （ステータ１０５の最
内径寸法）および外径部Ｒ２ （ステータ１０５の最外
径寸法）を基準としてモールド金型を作り、樹脂９００
で一体的にモールドして仕上げれば、ステータの内径お
よび外径の必要寸法が正確に確保できる。特に、巻き上
がり寸法が安定しない、コイル２０２の最内径Ｒc1、最
外径Ｒc2を相分離材１０の最内径Ｒ1、 最外径Ｒ2を用い
て、 Ｒ1 ＝Ｒm1≦Ｒc1 且つ Ｒ2 ＝Ｒm2≧Ｒc2 と設定すればコイル２０２全体が図１２のように樹脂モ
ールドされ、巻き崩れや変形の心配がなく、取り扱いが
容易となる。なお、Ｒm1は樹脂モールド後の内径寸法、
Ｒm2は外形寸法を示している。図１２ではＲ1 ＝Ｒm1で
あり、さらにＲ2＝Ｒm2の例を示しているが、Ｒm1≦Ｒc
1が確保されればコア内径部のコイルは樹脂で完全に封
止されるし、また、Ｒm2≧Ｒc2が確保されればコア外径
のコイルは樹脂で完全封止されるので、コイル２０２巻
き上がり寸法が安定しないステータ１０５に対して組立
および組付け時にも基準寸法を与えることができる利点
があるばかりではなく、ステータ１０５全体が樹脂モー
ルドされるので、使用環境が厳しいエンジンスロットル
ボディ内にコイル（銅線）が直接表出しない。この樹脂
モールド構成は信頼性という点で非常に効果がある。
【００３３】なお、先に述べたように図２では、アクチ
ュエータはモールド上がりのステータ１０５の外径寸法
Ｒm2をスロットルボディ２に嵌合させる設定になってい
る。また、図２では相分離材１０にステータ回転止め機
構７００が設けられている例を示しているが、樹脂モー
ルド後のステータ樹脂部にステータの回転止機構７００
を設けてもよいし、スロットルボディへの組付け用フラ
ンジ部を樹脂で一体的に設けてもよいことは当然であ
る。さらにまた、回転軸１０１の回転を規制する為の機
械的ストッパ機構をこの樹脂９００とロータコア５００
の一部を利用して、アクチェータ１０３内部に組込んで
もよい。
ュエータはモールド上がりのステータ１０５の外径寸法
Ｒm2をスロットルボディ２に嵌合させる設定になってい
る。また、図２では相分離材１０にステータ回転止め機
構７００が設けられている例を示しているが、樹脂モー
ルド後のステータ樹脂部にステータの回転止機構７００
を設けてもよいし、スロットルボディへの組付け用フラ
ンジ部を樹脂で一体的に設けてもよいことは当然であ
る。さらにまた、回転軸１０１の回転を規制する為の機
械的ストッパ機構をこの樹脂９００とロータコア５００
の一部を利用して、アクチェータ１０３内部に組込んで
もよい。
【００３４】もちろん、ステータ１０５は全体をモール
ド処理しなくても、相分離材１０の基準となる寸法Ｒ1
、Ｒ2 を利用してスロットルボディ２に嵌合させこと
が可能である。その際安定性強化のために、補助相分離
材７５０（図１５参照）を付加してもよい。
ド処理しなくても、相分離材１０の基準となる寸法Ｒ1
、Ｒ2 を利用してスロットルボディ２に嵌合させこと
が可能である。その際安定性強化のために、補助相分離
材７５０（図１５参照）を付加してもよい。
【００３５】図６は同じくステータ１０５の構成を示す
第３の実施の形態を示す図である。図６は相分離材とコ
イル絶縁材（この実施の形態ではフェノール樹脂である
が、PPS 、PAまたは耐熱性及び機械的強度を上げるため
に45％程度のガラス繊維入りを使用してもよい）とを一
体化した、いわゆる一体型相分離材２０の例を示したも
のである。これを用いることにより、一体化した相分離
材２０をコア２０１に対して、上下から挟み込んだ構成
のステータ構造とすれば、コア２０１の絶縁処理を行わ
ずに、コイル２０２（図示せず）を巻くことができる。
また、基準とする相分離材１０ａ、１０ｂの位置精度を
予め正確に設定することができる。一体型相分離材２０
の上下部の形状は本実施の形態では同一であるが、端子
部の配置によっては( 詳細について図８、９参照）異な
る形状でもよい。
第３の実施の形態を示す図である。図６は相分離材とコ
イル絶縁材（この実施の形態ではフェノール樹脂である
が、PPS 、PAまたは耐熱性及び機械的強度を上げるため
に45％程度のガラス繊維入りを使用してもよい）とを一
体化した、いわゆる一体型相分離材２０の例を示したも
のである。これを用いることにより、一体化した相分離
材２０をコア２０１に対して、上下から挟み込んだ構成
のステータ構造とすれば、コア２０１の絶縁処理を行わ
ずに、コイル２０２（図示せず）を巻くことができる。
また、基準とする相分離材１０ａ、１０ｂの位置精度を
予め正確に設定することができる。一体型相分離材２０
の上下部の形状は本実施の形態では同一であるが、端子
部の配置によっては( 詳細について図８、９参照）異な
る形状でもよい。
【００３６】図７は一体型相分離材２０の説明図であ
り、図６の上側のものを示している。図７より、相分離
材に相当する部分は１０ａ、１０ｂの２個所である。ま
た、図５と同様に、相分離材１０ａ、１０ｂは同一形状
であり、その中心角αは１０°に設定されている。相分
離材１０ａ、１０ｂで上下が対向する部分に双方が嵌合
し合う凸（図６の６００）凹（図６の５００）を形成し
て互いの位置決めをしてもよい。図７の２０ａ、２０ｂ
は巻線を施す部位を示している。この部位はできるだけ
薄肉（肉厚は0.5ｍｍ 以下が好ましい）にして、巻線抵
抗の増大を防ぐことが好ましい。
り、図６の上側のものを示している。図７より、相分離
材に相当する部分は１０ａ、１０ｂの２個所である。ま
た、図５と同様に、相分離材１０ａ、１０ｂは同一形状
であり、その中心角αは１０°に設定されている。相分
離材１０ａ、１０ｂで上下が対向する部分に双方が嵌合
し合う凸（図６の６００）凹（図６の５００）を形成し
て互いの位置決めをしてもよい。図７の２０ａ、２０ｂ
は巻線を施す部位を示している。この部位はできるだけ
薄肉（肉厚は0.5ｍｍ 以下が好ましい）にして、巻線抵
抗の増大を防ぐことが好ましい。
【００３７】図８、９は一体型相分離材２０（同じく図
６の上側を示す）を用いた場合で、コイル絡げ用端子３
０ａ、３０ｂをコイル巻回する必要がなく、肉厚が十分
取れる相分離材に挿入した実施の形態を示す。
６の上側を示す）を用いた場合で、コイル絡げ用端子３
０ａ、３０ｂをコイル巻回する必要がなく、肉厚が十分
取れる相分離材に挿入した実施の形態を示す。
【００３８】これにより、コイル巻き始めおよび巻き終
わりをこの端子に絡げ処理することで、巻きほつれがな
くなり、手離れがよいステータとすることができる。図
８は２つの相分離材１０ａ、１０ｂに端子を一本づつ設
けた場合を示しているが、図９のように片方の相分離材
部１０ｂに２個の端子３０ａ、３０ｂを設けて、端子部
を片側にまとめても配置してもよい。もちろん、この絡
げ用端子は相分離材が独立して設けられている図５の構
成のものに適用してもよいことは当然であり、絡げ用端
子の向きは垂直方向だけでなく適宜決めてもよい。
わりをこの端子に絡げ処理することで、巻きほつれがな
くなり、手離れがよいステータとすることができる。図
８は２つの相分離材１０ａ、１０ｂに端子を一本づつ設
けた場合を示しているが、図９のように片方の相分離材
部１０ｂに２個の端子３０ａ、３０ｂを設けて、端子部
を片側にまとめても配置してもよい。もちろん、この絡
げ用端子は相分離材が独立して設けられている図５の構
成のものに適用してもよいことは当然であり、絡げ用端
子の向きは垂直方向だけでなく適宜決めてもよい。
【００３９】図１０、１１はコア２０１の構成方法を示
したものである。
したものである。
【００４０】図６ではコア２０１は機械加工で円筒型に
削り出している場合を示しているが、これだとコアの精
度は確保されるが、コストアップが避けれない。図１
０、１１は表面を絶縁処理した薄帯をロール状にしてコ
アを構成する方法である。
削り出している場合を示しているが、これだとコアの精
度は確保されるが、コストアップが避けれない。図１
０、１１は表面を絶縁処理した薄帯をロール状にしてコ
アを構成する方法である。
【００４１】図１０の図（ａ）は巻き始め前の軟磁性材
の均一幅の薄帯を示したものであり、図（ｂ）はロール
し始めの状態を、図（ｃ）はロール終了後のコア２０１
完成体を示したものである。軟磁性薄帯は、一般的には
表面が絶縁処理された0.2ｍｍから0.5ｍｍ厚の電磁鋼板
を用いる。なお、薄帯が磁気異方性を持っている場合に
は磁化容易軸を薄帯の長手方向（図ａの矢印方向）にす
るのが磁気特性上好ましい。
の均一幅の薄帯を示したものであり、図（ｂ）はロール
し始めの状態を、図（ｃ）はロール終了後のコア２０１
完成体を示したものである。軟磁性薄帯は、一般的には
表面が絶縁処理された0.2ｍｍから0.5ｍｍ厚の電磁鋼板
を用いる。なお、薄帯が磁気異方性を持っている場合に
は磁化容易軸を薄帯の長手方向（図ａの矢印方向）にす
るのが磁気特性上好ましい。
【００４２】図１１はコアの構成方法を説明する図であ
り、（ａ）は巻き始めの状態を示し、（ｂ）はロール終
了後のコア完成体を示し、（Ｃ）は別の材料の巻き始め
の状態を示す。
り、（ａ）は巻き始めの状態を示し、（ｂ）はロール終
了後のコア完成体を示し、（Ｃ）は別の材料の巻き始め
の状態を示す。
【００４３】図１１が図１０と異なる点は、図１１では
薄帯先端（巻き始め）にテーパが付けてある点である。
こうすることにより、図１０では周方向のパーミアンス
が巻き始めの位置で大きく変化し、ここでのコギングト
ルクおよびトルクリップルの発生は避けられない。結果
として前述した角度に依存しないトルク特性が確保し難
い欠点があるが、図１１のように、巻き始め部にテーパ
を付ければ周方向のパーミアンス変化をなだらかにする
ことができるので、コギングトルクおよびトルクリップ
ルの発生を抑えることができる。テーパ部の長さＬは、
コギングトルクおよびトルクリップルを抑えるという点
では、できるだけ長いに超したことはないが、長ければ
長いほど、等価エアギャップ長が大きくなり、トルク特
性が低下する欠点がある。図１１（ａ）（ｃ）ではこの
テーパ長Ｌはπｄとしており、ロール状にした際、最内
周だけがテーパ状となるように設定している。このこと
によりコギングトルクおよびトルクリップルの発生と、
トルク特性低下を最小限に抑えることができる。図１１
（ａ）は巻き始めの状態を示し、図１１（ｂ）はロール
終了後のコア２０１の完成体を示す。
薄帯先端（巻き始め）にテーパが付けてある点である。
こうすることにより、図１０では周方向のパーミアンス
が巻き始めの位置で大きく変化し、ここでのコギングト
ルクおよびトルクリップルの発生は避けられない。結果
として前述した角度に依存しないトルク特性が確保し難
い欠点があるが、図１１のように、巻き始め部にテーパ
を付ければ周方向のパーミアンス変化をなだらかにする
ことができるので、コギングトルクおよびトルクリップ
ルの発生を抑えることができる。テーパ部の長さＬは、
コギングトルクおよびトルクリップルを抑えるという点
では、できるだけ長いに超したことはないが、長ければ
長いほど、等価エアギャップ長が大きくなり、トルク特
性が低下する欠点がある。図１１（ａ）（ｃ）ではこの
テーパ長Ｌはπｄとしており、ロール状にした際、最内
周だけがテーパ状となるように設定している。このこと
によりコギングトルクおよびトルクリップルの発生と、
トルク特性低下を最小限に抑えることができる。図１１
（ａ）は巻き始めの状態を示し、図１１（ｂ）はロール
終了後のコア２０１の完成体を示す。
【００４４】さらに図１１（ｃ）はテーパを持つ薄帯で
構成する方法である。この方法は巻き始めと巻き終わり
部両端に同一ナイフ形状の長さＬのテーパ部を持つ。こ
のことによりゴギングトルクおよびトルクリップルの発
生をさらに小さくできるとともに、図１１（ａ）に比べ
ると薄帯からの材料取りがよくなり、材料の無駄がでな
い特徴がある。
構成する方法である。この方法は巻き始めと巻き終わり
部両端に同一ナイフ形状の長さＬのテーパ部を持つ。こ
のことによりゴギングトルクおよびトルクリップルの発
生をさらに小さくできるとともに、図１１（ａ）に比べ
ると薄帯からの材料取りがよくなり、材料の無駄がでな
い特徴がある。
【００４５】図１３には、さらに別のコア構成方法を説
明する図であり、（ａ）は巻始めの状態を、（ｂ）はコ
ア完成体の状態を示す。
明する図であり、（ａ）は巻始めの状態を、（ｂ）はコ
ア完成体の状態を示す。
【００４６】図１３はコアの巻き芯としてパイプ材を用
いて構成する方法を示している。
いて構成する方法を示している。
【００４７】このように巻き芯として軟磁性で来たパイ
プ材を用いれば、寸法精度のよいコア２０１を構成でき
る。もちろん、先に図１０で述べた、薄帯の巻き始めの
段差による周方向のパーミアンスの変化も抑えられ、薄
帯巻き始めのテーパ部も省略できるメリットがある。な
お、パイプ材の肉厚は巻き芯としての機能と薄帯巻き始
め部のパーミアンス変化を小さくするためにも厚肉が好
ましいが、実験の結果薄帯の板厚の５〜７倍程度が好ま
しい。図１３の方法では薄帯厚0.2tに対して、パイプ肉
厚は1.0tの場合のコギングトルクは1.35Ｎｃｍで、切削
コアを用いた場合のコギングトルクは1.15Ｎｃｍ（凡
そ、17％アップ）なので実質上問題のないレベルであっ
た。
プ材を用いれば、寸法精度のよいコア２０１を構成でき
る。もちろん、先に図１０で述べた、薄帯の巻き始めの
段差による周方向のパーミアンスの変化も抑えられ、薄
帯巻き始めのテーパ部も省略できるメリットがある。な
お、パイプ材の肉厚は巻き芯としての機能と薄帯巻き始
め部のパーミアンス変化を小さくするためにも厚肉が好
ましいが、実験の結果薄帯の板厚の５〜７倍程度が好ま
しい。図１３の方法では薄帯厚0.2tに対して、パイプ肉
厚は1.0tの場合のコギングトルクは1.35Ｎｃｍで、切削
コアを用いた場合のコギングトルクは1.15Ｎｃｍ（凡
そ、17％アップ）なので実質上問題のないレベルであっ
た。
【００４８】最後に、アクチュエータ外形寸法と、コア
内径とロータ磁石外径とのエアギャップＹ１と、相分離
材の最内径とロータ磁石外径との成すエアギャップＹ２
とコイルの巻き層数の関係について説明する。エンジン
スロットバルブ駆動装置に組込むことができるアクチュ
エータサイズはほぼ決まっており、その外形寸法はφ70
以下である。このサイズで出来るだけ多くの巻線を施
し、大きなトルクを得るには各部のエアギャップを適切
に設定する必要があることは容易に推定できる。実験の
結果、コア２０１内径と挿入されるロータ磁石２００の
最外径で作るエアギャップ長Ｙ1 (ｍｍ）は1.5ｍｍ≦Ｙ
1 ≦5ｍｍと設定することが好ましい。また、相分離材
１０の最内径とロータ磁石２００の最外径で作るエアギ
ャップ長Ｙ 2 (ｍｍ）はＹ1 −Ｙ2 ≦0.5 (ｍｍ）とする
ことで３乃至４層巻きの比較的多層巻きのコイル構成に
おいても、コイルの巻き崩れが生じ難く、安定した密度
で巻線ができることが分かった。上記を図１４について
説明する。
内径とロータ磁石外径とのエアギャップＹ１と、相分離
材の最内径とロータ磁石外径との成すエアギャップＹ２
とコイルの巻き層数の関係について説明する。エンジン
スロットバルブ駆動装置に組込むことができるアクチュ
エータサイズはほぼ決まっており、その外形寸法はφ70
以下である。このサイズで出来るだけ多くの巻線を施
し、大きなトルクを得るには各部のエアギャップを適切
に設定する必要があることは容易に推定できる。実験の
結果、コア２０１内径と挿入されるロータ磁石２００の
最外径で作るエアギャップ長Ｙ1 (ｍｍ）は1.5ｍｍ≦Ｙ
1 ≦5ｍｍと設定することが好ましい。また、相分離材
１０の最内径とロータ磁石２００の最外径で作るエアギ
ャップ長Ｙ 2 (ｍｍ）はＹ1 −Ｙ2 ≦0.5 (ｍｍ）とする
ことで３乃至４層巻きの比較的多層巻きのコイル構成に
おいても、コイルの巻き崩れが生じ難く、安定した密度
で巻線ができることが分かった。上記を図１４について
説明する。
【００４９】図１４は第４の実施の形態を説明する図で
ある。
ある。
【００５０】図１４のステータ外径は65ｍｍであり、ロ
ータ磁石２００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ1(ｍ
ｍ）は３ｍｍ、又、相分離材１０の最内周とロータ磁石
２００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ2(ｍｍ）は0.4
ｍｍで、コイルは3 層巻きの例を示している。以上説明
した実施の形態ではコイルの巻き層数が１層の場合で説
明してきたが、この図１４の実施の形態ではコイルの層
数が３層の場合である。従来と同一部品には同一符号を
付記し、説明に直接関係ない部品の説明は省略した。先
に説明したように、トルク特性を上げるためには、コイ
ル巻き層数を上げることが必須である。しかし、その場
合コイル巻き高さが高くなり、巻き崩れの可能性が大き
くなる欠点があるけれども、本発明では層分離材１０
ａ，ｂがあり、Ｙ1 −Ｙ2 ＝0.4 （≦0.5 ）と設定して
いることから、相分離材の突き出し高さを、ロータ磁石
に干渉しない範囲で十分高くする設定することができる
ため、３層巻線にしても相分離材の土手がしっかり確保
され、巻き乱れが発生せず、安定した巻線が確保できて
いる。一方、コア２０１内径と挿入されるロータ磁石２
００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ1(ｍｍ）はＹ1＝
３ｍｍ（1.5ｍｍ≦Ｙ1 ≦5ｍｍ）あり、コア２０１上に
φ0.5 程度の（本実施の形態では芯線径0.45、被覆最大
径は0.50８）のマグネットワイヤを３層重ね巻きしても
コイル表面はロータ磁石２００と干渉することはない。
このようにトルク特性を上げるため、３乃至４層巻きを
前提に構成することは効果がある。この際、Ｙ1 は1.5
ｍｍ≦Ｙ1≦5ｍｍの範囲としないで、Ｙ1 ＜1.5ｍｍで
はＹ1 が小さすぎ、コイルを３乃至4 層巻した時コイル
がロータ磁石と干渉する欠点がある。又、Ｙ1 ＞５ｍｍ
ではコイルがロータ磁石と干渉する欠点はないが、Ｙ1
が大きい分磁気抵抗が大きくなる欠点があるばかりでな
く、Ｙ1が大きいと外形が決まっている（７０ｍｍ以
下）条件では、コアの肉厚が小さくなり、これ又磁気抵
抗が大きくなり最悪磁気飽和を起こす欠点がある。
ータ磁石２００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ1(ｍ
ｍ）は３ｍｍ、又、相分離材１０の最内周とロータ磁石
２００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ2(ｍｍ）は0.4
ｍｍで、コイルは3 層巻きの例を示している。以上説明
した実施の形態ではコイルの巻き層数が１層の場合で説
明してきたが、この図１４の実施の形態ではコイルの層
数が３層の場合である。従来と同一部品には同一符号を
付記し、説明に直接関係ない部品の説明は省略した。先
に説明したように、トルク特性を上げるためには、コイ
ル巻き層数を上げることが必須である。しかし、その場
合コイル巻き高さが高くなり、巻き崩れの可能性が大き
くなる欠点があるけれども、本発明では層分離材１０
ａ，ｂがあり、Ｙ1 −Ｙ2 ＝0.4 （≦0.5 ）と設定して
いることから、相分離材の突き出し高さを、ロータ磁石
に干渉しない範囲で十分高くする設定することができる
ため、３層巻線にしても相分離材の土手がしっかり確保
され、巻き乱れが発生せず、安定した巻線が確保できて
いる。一方、コア２０１内径と挿入されるロータ磁石２
００の最外径で作るエアギャップ長Ｙ1(ｍｍ）はＹ1＝
３ｍｍ（1.5ｍｍ≦Ｙ1 ≦5ｍｍ）あり、コア２０１上に
φ0.5 程度の（本実施の形態では芯線径0.45、被覆最大
径は0.50８）のマグネットワイヤを３層重ね巻きしても
コイル表面はロータ磁石２００と干渉することはない。
このようにトルク特性を上げるため、３乃至４層巻きを
前提に構成することは効果がある。この際、Ｙ1 は1.5
ｍｍ≦Ｙ1≦5ｍｍの範囲としないで、Ｙ1 ＜1.5ｍｍで
はＹ1 が小さすぎ、コイルを３乃至4 層巻した時コイル
がロータ磁石と干渉する欠点がある。又、Ｙ1 ＞５ｍｍ
ではコイルがロータ磁石と干渉する欠点はないが、Ｙ1
が大きい分磁気抵抗が大きくなる欠点があるばかりでな
く、Ｙ1が大きいと外形が決まっている（７０ｍｍ以
下）条件では、コアの肉厚が小さくなり、これ又磁気抵
抗が大きくなり最悪磁気飽和を起こす欠点がある。
【００５１】また、条件Ｙ1−Ｙ2≦0.5 はコイル巻回時
の土手の役目をする相分離材の突出量をできるだけ高く
取りつつ、ロータ磁石への干渉をなくすための条件であ
り、これにより、相分離材の機能を最大限発揮させるこ
とができる。なお、巻き層数を５層以上に増やしてトル
ク特性を上げる方法も考えられるが、トロイダル巻きが
必要である本発明では、巻線作業が著しく困難になるだ
けでなく、実質的に５層目以上の巻線は揃わず（安定し
た巻線できず）、均一な曲率状態に巻き上げることがで
きない。結果として、Ｙ1を必要以上に大きく設定しな
ければならず、巻線増の割にトルクアップ効果が得られ
ない欠点がある。
の土手の役目をする相分離材の突出量をできるだけ高く
取りつつ、ロータ磁石への干渉をなくすための条件であ
り、これにより、相分離材の機能を最大限発揮させるこ
とができる。なお、巻き層数を５層以上に増やしてトル
ク特性を上げる方法も考えられるが、トロイダル巻きが
必要である本発明では、巻線作業が著しく困難になるだ
けでなく、実質的に５層目以上の巻線は揃わず（安定し
た巻線できず）、均一な曲率状態に巻き上げることがで
きない。結果として、Ｙ1を必要以上に大きく設定しな
ければならず、巻線増の割にトルクアップ効果が得られ
ない欠点がある。
【００５２】図１５は第５の実施の形態を説明する図で
ある。
ある。
【００５３】もちろん、図１４の方法においても、相分
離材を寸法基準としたステータ部の樹脂モールドが可能
であり、相分離材にコイル絡げ用端子を設けてもよい。
また、磁性薄帯をロール状にしたコアで構成してもよ
い。また、巻き崩れを防ぐために補助相分離材７５０
（図１５参照）を用いてもよい。
離材を寸法基準としたステータ部の樹脂モールドが可能
であり、相分離材にコイル絡げ用端子を設けてもよい。
また、磁性薄帯をロール状にしたコアで構成してもよ
い。また、巻き崩れを防ぐために補助相分離材７５０
（図１５参照）を用いてもよい。
【００５４】上記の説明ではエンジンスロットルバルブ
駆動装置を中心に説明したが、本発明はその他の流体一
般の流量調整装置にも当然応用することができる。
駆動装置を中心に説明したが、本発明はその他の流体一
般の流量調整装置にも当然応用することができる。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、バルブ付きアクチュエ
ータ装置において、アクチュエータのステータ部には独
自の相分離材を用いてコイルを分離するので、巻線がし
易く、且つコイル占積率を上げることができる、また、
巻線作業後の端末処理および、巻線後のステータのロー
タとの位置決め並びにその固定方法が改善され、手離れ
よいバルブ付きアクチュエータの構造が提供できる。特
に、装置に組み込む際必要なステータ部寸法を、上記相
分離の内径寸法と外形寸法により精度よく設定すること
ができるので、スロットルボディ内に一体的に組込むこ
とができる利点がある。また、アクチュエータのステー
タコアとして、軟磁性薄帯をロール状にして用いること
で、鉄損の少ない、安価な円筒状コアが提供できる。そ
の結果、安価で高性能なバルブ付きアクチュエータ装置
を構成できる効果がある。
ータ装置において、アクチュエータのステータ部には独
自の相分離材を用いてコイルを分離するので、巻線がし
易く、且つコイル占積率を上げることができる、また、
巻線作業後の端末処理および、巻線後のステータのロー
タとの位置決め並びにその固定方法が改善され、手離れ
よいバルブ付きアクチュエータの構造が提供できる。特
に、装置に組み込む際必要なステータ部寸法を、上記相
分離の内径寸法と外形寸法により精度よく設定すること
ができるので、スロットルボディ内に一体的に組込むこ
とができる利点がある。また、アクチュエータのステー
タコアとして、軟磁性薄帯をロール状にして用いること
で、鉄損の少ない、安価な円筒状コアが提供できる。そ
の結果、安価で高性能なバルブ付きアクチュエータ装置
を構成できる効果がある。
【００５６】
【図１】本発明によるアクチュエータ装置を使用するガ
ソリンエンジンのエンジンスロットルバルブ近傍の概略
構成を説明する図である。
ソリンエンジンのエンジンスロットルバルブ近傍の概略
構成を説明する図である。
【図２】図１に示したガソリンエンジンのバタフライバ
ルブの角度制御を説明する図である。
ルブの角度制御を説明する図である。
【図３】本発明のバルブ付きアクチュエータ装置の原理
を説明する図であり、（ａ）はアクチュエータの正面
図、（ｂ）はアクチュエータの側面部分断面図である。
を説明する図であり、（ａ）はアクチュエータの正面
図、（ｂ）はアクチュエータの側面部分断面図である。
【図４】本発明のバルブ付きアクチュエータ装置の角度
ートルク特性の一例を示す図である。
ートルク特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の概略構成を説明す
る図である。
る図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の概略構成を説明す
る図である。
る図である。
【図７】一体型相分離材の説明図である。
【図８】一体型相分離材の説明図である。
【図９】一体型相分離材の説明図である。
【図１０】コアの構成方法を説明する図であり、（ａ）
は工作前の均一幅の薄帯を示し、（ｂ）はロールし始め
の状態を示し、（ｃ）はロール終了後のコアの完成体を
示す。
は工作前の均一幅の薄帯を示し、（ｂ）はロールし始め
の状態を示し、（ｃ）はロール終了後のコアの完成体を
示す。
【図１１】コアの構成方法を説明する図であり、（ａ）
は巻き始めの状態を示し、（ｂ）はロール終了後のコア
完成体を示し、（Ｃ）は別の材料の巻き始めの状態を示
す。
は巻き始めの状態を示し、（ｂ）はロール終了後のコア
完成体を示し、（Ｃ）は別の材料の巻き始めの状態を示
す。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の概略構成を説明
する図である。
する図である。
【図１３】コアの巻き芯としてパイプ材を用いて構成す
る方法を示し、（ａ）は巻始めの状態を、（ｂ）はコア
完成体の状態を示す。
る方法を示し、（ａ）は巻始めの状態を、（ｂ）はコア
完成体の状態を示す。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の概略構成を説明
する図である。
する図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の概略構成を説明
する図である。
する図である。
１ エアフィルタ
２ スロットルボディ
３ スロットルバルブ
４ インテークマニホルド
５ シリンダ
６ ピストン
７ 点火プラッグ
８ エグゾースト
９ ＥＧＲバルブ
１０ａ 相分離材
１０ｂ 相分離材
１００ 管
１０１ 貫通軸
１０２ 角度センサ
１０３ アクチュエータ
１０４ ロータ
１０５ ステータ
２００ 磁石
２０２ コイル
２０２Ａコイル
２０２Ｂコイル
３００ ネジ
５００ ロータヨーク
７００ 窪み
７５０ 補助相分離材
１０００ 駆動回路
１１００ 制御回路
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０２Ｋ 37/14 Ｈ０２Ｋ 37/14 Ｂ
(56)参考文献 特開 平10−160027（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−59954（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−126113（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16K 31/00 - 31/11
F02D 11/10
H02K 1/06
H02K 21/14
H02K 37/14
Claims (9)
- 【請求項１】 流体を通す管に流量調整用バルブを固定
した回転軸を貫通させ、前記回転軸の延長部にアクチュ
エータおよび角度センサを直結し、制御回路に入力され
る角度指令値に基づき、アクチュエータ駆動回路の出力
電流値に対応するトルクで前記バルブを回転させ、前記
角度センサの信号を前記指令値に合わせる角度制御によ
り管内流量を調整するトロイダル型バルブ付きアクチュ
エータを用いた装置において、 前記回転軸に回転自在に軸承され且Ｎ、Ｓ２極の磁極を
持つ永久磁石で構成されたロータと、前記ロータ磁石と
ラジアル方向に微小エアーギャップを介して該ロータ磁
石外周部に配置された軟磁性体からなる円周状のコアに
巻線を施したステータとを有し、 前記コア周上に非磁性体からなる２個の相分離材を設
け、該相分離材同士が互いに幾何学的にほぼ１８０度の
角度をなすように配置され、前記相分離材で分割された
コア円周上の巻線領域内に、該コアを芯として独立した
２組みのコイルをほぼ均等な密度で巻回するとともに、 前記相分離材の外径が、バルブの本体ボディに嵌合する
ような寸法になっていること を特徴とするバルブ付きア
クチュエータ。 - 【請求項２】 前記流体が空気であり、前記管の外部で
前記バルブを取付けた回転軸の一端にアクチュエータ
を、その他端に角度検出器をエンジンスロットルボディ
に一体的に組込んだことを特徴とする請求項１に記載の
エンジンスロットルバルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項３】 前記相分離材の材質が樹脂であることを
特徴とする請求項１または２に記載のバルブ付きアクチ
ュエータ装置。 - 【請求項４】 前記相分離材が前記コア周上において中
心角で１０度以下であることを特徴とする請求項１また
は２に記載のバルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項５】 アクチュエータの円周状コア外径寸法が
７０ｍｍ以下であり、該コア内径とロータ磁石外径とで
作るエアギャップ長Ｙ１（ｍｍ）が１．５ｍｍ≦Ｙ１≦
５ｍｍであり、相分離材最内径とロータ磁石外径で作る
エアギャップ長Ｙ２（ｍｍ）はＹ１−Ｙ２≦０．５ｍｍ
で有り且つ、前記コアに巻回する２組のコイルが３乃至
４層巻きであることを特徴とする請求項２に記載のエン
ジンスロットルバルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項６】 前記相分離材に、コアと巻線間を電気的
に絶縁するための絶縁部を一体的に設けたことを特徴と
する請求項３に記載のバルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項７】 前記相分離材の少なくとも１つにはコイ
ルからげ用の端子が設けられていることを特徴とする請
求項３に記載のバルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項８】 前記円筒状のコアは同一幅の軟磁性薄帯
をロール状に丸めて構成し、前記ロール状軟磁性薄帯の
巻き始めの最内径端から順次連続的に幅広となるテーパ
部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の
バルブ付きアクチュエータ装置。 - 【請求項９】 前記円筒状コアはパイプ状軟磁性材を芯
として、その上に同一幅の軟磁性体薄帯をロール状に巻
回して構成することを特徴とした請求項８に記載したバ
ルブ付きアクチュエータ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35341498A JP3445173B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | バルブ付きアクチュエータ装置 |
| EP99124639A EP1009091B1 (en) | 1998-12-11 | 1999-12-10 | Actuator device with valve |
| US09/459,028 US6299129B1 (en) | 1998-12-11 | 1999-12-10 | Actuator device with valve |
| DE69930044T DE69930044T2 (de) | 1998-12-11 | 1999-12-10 | Stellglied mit Ventilanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35341498A JP3445173B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | バルブ付きアクチュエータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000179730A JP2000179730A (ja) | 2000-06-27 |
| JP3445173B2 true JP3445173B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18430686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35341498A Expired - Fee Related JP3445173B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | バルブ付きアクチュエータ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP1009091B1 (ja) |
| JP (1) | JP3445173B2 (ja) |
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| KR20010082434A (ko) * | 2001-07-09 | 2001-08-30 | 민태식 | 가스 보일러의 삼방변 밸브 구조 |
| EP1298776A1 (fr) * | 2001-10-01 | 2003-04-02 | myonic AG | Actuateur rotatif |
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| CN1333190C (zh) * | 2005-01-18 | 2007-08-22 | 陈恺瑞 | 三位五通转角阀和由该阀控制的全自动自来水处理系统 |
| ITPD20050312A1 (it) * | 2005-10-20 | 2007-04-21 | Carel Spa | Struttura perfezionata di valvola per la regolazione della portata di fluidi in particolare frigoriferi |
| TW201107639A (en) * | 2007-04-27 | 2011-03-01 | Edwards Japan Ltd | Plate rotating device, exhaust path opening degree changing device, exhausted device, transfer device, beam device, and gate valve |
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| US9739218B2 (en) | 2015-10-06 | 2017-08-22 | Kohler Co. | Throttle drive actuator for an engine |
| US10815908B2 (en) | 2015-10-06 | 2020-10-27 | Kohler Co. | Throttle drive actuator for an engine |
| CN106369209B (zh) * | 2016-09-06 | 2019-05-03 | 中国矿业大学 | 一种矿井瓦斯抽采管道智能阀门装置 |
| US10603835B2 (en) * | 2017-02-08 | 2020-03-31 | Hall Labs Llc | Pin die thermoforming apparatus |
| CN107327610B (zh) * | 2017-07-14 | 2023-07-11 | 宜昌迅达车用技术有限责任公司 | 一种阀组的角度控制电路及阀组控制方法 |
| WO2020261480A1 (ja) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | 三菱電機株式会社 | アクチュエータ装置及びバルブ装置 |
| CN110474510B (zh) * | 2019-08-20 | 2021-12-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器 |
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| JPS5914336A (ja) * | 1982-07-14 | 1984-01-25 | Hitachi Ltd | 回転電気機械 |
| JPS6059955A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-06 | Tokyo Keiki Co Ltd | トロイダルコイル型回転電機 |
| JPS6059954A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-06 | Tokyo Keiki Co Ltd | トロイダルコイル型回転電機 |
| US4724368A (en) * | 1985-12-23 | 1988-02-09 | Huges Aircraft Co. | Multiple phase electronically commutated torque motor |
| JP2644879B2 (ja) * | 1989-03-13 | 1997-08-25 | 株式会社日立製作所 | 直動形ロータリサーボ弁並びにこれを用いた圧延機 |
| GB8912537D0 (en) * | 1989-06-01 | 1989-07-19 | Lucas Ind Plc | Throttle actuator and control system |
| US4976237A (en) * | 1989-07-10 | 1990-12-11 | Carter Automotive Company | Engine air intake valve |
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| JPH05240070A (ja) | 1992-02-27 | 1993-09-17 | Hitachi Ltd | 内燃機関のスロットルアクチュエータ及び内燃機関の吸入空気量制御装置 |
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-
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1999
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- 1999-12-10 EP EP99124639A patent/EP1009091B1/en not_active Expired - Lifetime
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