JP3933783B2

JP3933783B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP3933783B2
Application number: JP06941098A
Authority: JP
Inventors: 哲朗連
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH11252889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル電流に応じて回転位置を制御でき、例えばスロットル制御，ＩＳＣ制御，可変吸気制御等に適用可能なアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術をスロットル・アクチュエータを例に説明する。スロットル・アクチュエータは電流の大きさに応じた駆動力（起磁力源）に従って、例えば回転子等の移動体を移動させる必要があり、本出願人は既に特願平７−５６６８６号，特願平８−１４０６６５号等を提案している。
【０００３】
以下、図８を用いて従来技術の概要について説明する。図８において（ａ）は正面図（コイル非通電時），（ｂ）は平面図，（ｃ）は正面図を中心線で切って示した側面図，（ｄ）は正面図（コイル通電時）である。図８（ａ）に示されるように１はヨークであり、その中央上部に駆動源としてのコイル２を設けている。
【０００４】
中央のコイル位置の下方には主エアーギャップ３を設け、その内部にはロータ４の周縁にマグネット５を固着した回転体６を回転自在に装着してある。なお、回転体６は図示しないシャフト（回転体の中心位置にある）を支点に回転する。なお、７はコアである。
【０００５】
次に作用であるが、コイル２が非励磁状態ではマグネット５のＮからの磁束は両側のヨーク１を経由してＳ極に至るため、この状態（図示状態）が安定であって図示状態を維持する。又、コイル２が励磁されるとコイル２による磁束図８（ｄ）によって回転体が回転し、最も安定した回転位置に移動して停止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置によればヨーク材が多い上にマグネット材も多く、全体形状も大形である。本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、形状を小形にして軽量化すると共に、マグネット材料を減少させて低コストなアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の［請求項１］に係るアクチュエータは、回転可能なロータと少なくとも１つの起磁力源とが磁路を介して一体に組込まれた電磁アクチュエータにおいて、前記ロータには反対方向に着磁されたＮ極とＳ極が一体又は別体のマグネットをその周縁上に設けると共に、前記ロータの配設された開口部周縁には３つの磁極片を設け、前記３つの磁極片は前記起磁力源により励磁されて、隣合う２つの磁極片は夫々連結通路で連結されると共に、前記起磁力源により励磁される３つの磁極片の極性が起磁力源への通電方向を逆にすることにより反転するようにした。上記構成としたために連結通路が磁気飽和しにくくなってヨークの断面積が小さくできた。又、起磁力源への通電方向を逆にすることにより、３つの磁極片の極性を反転できる。
【０００８】
本発明の［請求項２］に係るアクチュエータは、［請求項１］において、前記マグネットがロータの周縁上の一部に設けるようにした。
【０００９】
本発明の［請求項３］に係るアクチュエータは、［請求項１］又は［請求項２］において、前記起磁力源は各磁極片のいずれか１個所に配置した。
【００１０】
本発明の［請求項４]に係るアクチュエータは、［請求項１］又は［請求項２］又は［請求項３ ] において、前記磁極片と連結通路間の少なくとも１個所に磁気ギャップを設けた。
【００１１】
本発明の［請求項５]に係るアクチュエータは、［請求項１］又は［請求項２］又は［請求項３ ] において、前記連結通路のいずれか２個所に磁気ギャップを設けた。
【００１２】
本発明の［請求項６]に係るアクチュエータは、［請求項１］又は［請求項２］又は［請求項３ ] において、前記連結通路に夫々磁気ギャップを設けると共に、少なくとも１つの磁気ギャップの磁気抵抗が他の磁気ギャップの磁気抵抗と異なるようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるアクチュエータの実施の形態を示す構成図であり、図１において、（ａ）は正面図（コイル非通電時），（ｂ）は平面図，（ｃ）は側面図，である。図１において図８と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態において構成上の特徴は、主エアーギャップ３の内部全体を回転体６で満たすのではなく、空間部分８を残した形状としたものである。
【００１４】
即ち、ロータ４−１は回転体６の中心０点を基準にして半径ｌ₁の第１の円周と、同じく半径ｌ₂の第２の円周とで囲まれた形状とし、この第１の円周上にマグネット５−１，５−２を固着したものである。なお、マグネット５−１にはＮ極を着磁し、マグネット５−２にはＳ極を着磁している。
【００１５】
従って、マグネット５−１は磁極片９，１０に対向し、対向部がＮ極であり、マグネット５−２は磁極片９，１１に対向し、対向部がＳ極である。要するに磁極片９は２つのマグネットに対向し、磁極片１０はマグネット５−１に対向し、磁極片１１はマグネット５−２に対向している。
【００１６】
磁極片とマグネットは通常０．４ｍｍ程度のメカニカルなギャップを介して対向している。そして磁極片９から磁極片１０，１１へ向う連結磁路１２，１３には、コイル２（起磁力源）がボビン１４を介して巻かれている。又、磁極片１０と１１は連結磁路１５によって連結されている。
【００１７】
図２によって動作原理を説明する。コイル２を通電すると実線矢印に示すような磁束が発生し、磁極片側には図示した磁極が発生する。即ち、磁極片１０にはＳ極が発生し、マグネット５−１のＮ極と吸引力が生じる。又、磁極片１１にはＳ極が発生し、マグネット５−２のＳ極と反発力が生じる。
【００１８】
一方、磁極片９はＮ極が発生し、マグネット５−１と反発力，マグネット５−２と吸引力が発生する。これらの全体としては回転体６を図示矢印Ａ方向に回動させる。ここで通電方向を逆にすると磁極片の極性が反転して、逆転方向のトルクが発生する。
【００１９】
図３によって本実施の形態では磁気飽和が生じにくいことを説明する。一般に、マグネットとコイルで構成されるアクチュエータの磁束は、マグネットのＮ極から出てコイル電流と鎖交し、マグネットのＳ極へ入る磁路を通る。このとき、磁束量はロータ４−１の位置及びコイル電流によって異なるが、磁束量が最大のときに必要なトルクを確保するために、磁気飽和の影響が生じないだけの磁路断面積を確保しなければならない。
【００２０】
上記した最大磁束が生じる場合を図３に示している。この場合、マグネット５−１から出た磁束は、磁極片１０から連結磁路１２，磁極片９，マグネット５−２へ入る磁路と、マグネット５−１から磁極片１０，連結磁路１５，磁極片１１，連結磁路１３，磁極片９，マグネット５−２へ入る磁路が形成される。
【００２１】
なお、図３に示されるマグネットは、１つのマグネットをＮ極とＳ極に着磁したもので、実質的に反対方向（Ｎ極とＳ極）に磁化された２つのマグネットと同じである。そして連結磁路１５がない場合を考えると、マグネット５−１から出た磁束は、磁極片１０から連結磁路１２を経由して全てがマグネット５−２に入るようになるため、２倍の断面積の磁路が必要であるばかりか、磁路長も長くなって、重量の点で不利である。連結磁路１３の場合も同様（ロータ４−１の位置が反対側にあるとき）である。
【００２２】
従来例図８（ｄ）と比較すれば、本発明の効果は明らかである。なお、磁極片９と１０のマグネット側及び磁極片９と１１のマグネット側は、アクチュエータの作動時に磁気飽和が生ずる形状であれば、連結されていてもよいことは特願平８−１４０６６５号で説明した通りである。本実施の形態によれば、軽量，小形化及びマグネット材の減少が可能となる。
【００２３】
図４は他の実施の形態を示す構成図である。本実施の形態では磁極片９と連結磁路１２，１３との接続部に磁気ギャップ１６を設けたものである。そして磁気ギャップ１６はエアーや非磁性材などを充填した磁気抵抗である。なお、磁気ギャップ１６を設ける理由は、この部分に磁気エネルギーを蓄積して、スプリングと同じ効果を付加したものである（特願平７−５６６８６号）。
【００２４】
図４の作用であるが、コイル２の非通電時は、磁束が磁気ギャップ１６を通らない状態で安定する。即ち、図４のロータ位置の場合、マグネット５−１からマグネット５−２への磁束が、磁極片９内と磁極片１０から磁極片１１を通る状態であるとき安定する。この動作原理は電磁気学の仮想仕事の原理で説明できる。本実施の形態によれば、軽量，小形化及びマグネット材の減少が可能であり、かつ反力を得るためのスプリングのような部品が不要となる。
【００２５】
図５は更に他の実施の形態を示す構成図である。図５において図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態では磁気ギャップを１７，１８の２個所に設けたものである。即ち、磁極片９と連結磁路１２ｂ，１３ｂを含む磁性部材と、磁極片１０，１１と連結磁路１２ａ，１３ａを含む磁性部材によって、磁気ギャップ１７，１８を形成したものである。なお、安定条件は図４の場合と同様であり、その他の作用も図４と同様である。本実施の形態によれば、軽量，小形化及びマグネット材の減少が可能であり、かつ反力を得るためのスプリングのような部品が不要となる。
【００２６】
図６は更に他の実施の形態を示す構成図である。図６において図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態では磁気ギャップを１９，２０の２個所に設けたものである。即ち、１つ目のギャップ１９は連結磁路１２を１２ａと１２ｂとで分けた１９の位置、２つ目のギャップは連結磁路１５を１５ａと１５ｂとで分けた２０の位置である。
【００２７】
このとき、コイル非通電時には前記各磁気ギャップ１９，２０には磁束が流れず、ロータ４−１が実線Ｂ方向に回動した安定状態となる。即ち、マグネット５−１からの磁束は連結磁路１３を経由してマグネット５−２へ入り、この状態が安定状態だからである。
【００２８】
前記した図４，図５の場合は、ロータの回動範囲の真ん中にて安定状態になったのに対し、本実施の形態では回動範囲の上限又は下限位置に非通電時の安定状態を実現できる。本実施の形態によれば、このアクチュエータをバルブ駆動に使用した場合、ノーマル閉，ノーマル開を実現できる。
【００２９】
図７は更に他の実施の形態を示す構成図である。本実施の形態では各連結磁路１２，１３，１５に夫々磁気ギャップ２１，２２，２３を設けると共に、その内の１個所の磁気抵抗を他の１個所の磁気抵抗より小としたものである。本実施の形態では、磁気ギャップ２１の磁気抵抗を磁気ギャップ２２の磁気抵抗より小としたものである。
【００３０】
この場合は磁気ギャップ２１を通る磁束が多い状態（磁気のエネルギーが系の全体で最小となる状態）で、非通電時の安定状態が実現できる。本実施の形態では図示のロータ位置より実線矢印Ｃの方向にロータ４−１が回動する。本実施の形態によれば、磁気ギャップ２１，２２の磁気抵抗の比率に応じて、その非通電時の安定位置を任意に実現できる。
【００３１】
例えば自動車用の電制スロットルの場合は、可動範囲が９０ｄｅｇで、非通電時の位置を可動範囲中心位置から約１５ｄｅｇ閉める必要がある。これは非通電時であっても自動車がエンストや暴走状態にならないためである。
【００３２】
この場合、図３又は図４の実施の形態で可動範囲を±６０ｄｅｇとし、開方向に６０ｄｅｇ作動，閉方向に３０ｄｅｇ作動させる使い方と、図７の実施の形態で可動範囲を±４５ｄｅｇとし、中心位置から閉方向に１５ｄｅｇの位置が安定となるように各磁気抵抗を設定する使い方がある。
【００３３】
本実施の各形態と図８で示す従来例とを一瞥すれば明らかなように、重量で−２５％、マグネットの使用量で−２０％が達成できた。即ち、本発明では磁極片を３ケに増やし、夫々を連結通路で連結するようにしたので、連結通路が磁気飽和しにくくなったためにヨークの断面積を小さくすることができ、これがヨークの小形化による軽量化になったこと、及び３つの磁極片の位置関係を適切に選定することにより、ロータの周縁上でマグネットの不要な部分ができたことがマグネットの減少になったこと等が原因となっている。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば磁極片を３ケに増やすと共に、各磁極片間を連結通路で連結したため、ヨークの小形化による軽量化とロータ周縁に設けるマグネットの減少が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアクチュエータの実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明によるアクチュエータの動作原理を示す図。
【図３】本実施の形態では磁気飽和が生じないことを示す図。
【図４】他の実施の形態を示す構成図。
【図５】更に他の実施の形態を示す構成図。
【図６】更に他の実施の形態を示す構成図。
【図７】更に他の実施の形態を示す構成図。
【図８】従来技術を説明する図。
【符号の説明】
１ヨーク
２コイル
３主エアーギャップ
４，４−１ロータ
５，５−１，５−２マグネット
６回転体
７コア
８空間部分
９，１０，１１磁極片
１２，１３，１５連結磁路
１４ボビン
１６〜２３磁気ギャップ

Claims

回転可能なロータと少なくとも１つの起磁力源とが磁路を介して一体に組込まれた電磁アクチュエータにおいて、前記ロータには反対方向に着磁されたＮ極とＳ極が一体又は別体のマグネットをその周縁上に設けると共に、前記ロータの配設された開口部周縁には３つの磁極片を設け、前記３つの磁極片は前記起磁力源により励磁されて、隣合う２つの磁極片は夫々連結通路で連結されると共に、前記起磁力源により励磁される３つの磁極片の極性が起磁力源への通電方向を逆にすることにより反転することを特徴とするアクチュエータ。
請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記マグネットがロータの周縁上の一部に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１又は請求項２記載のアクチュエータにおいて、前記起磁力源は各磁極片のいずれか１個所に配置したことを特徴とするアクチュエータ。
請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアクチュエータにおいて、前記磁極片と連結通路間の少なくとも１個所に磁気ギャップを設けたことを特徴とするアクチュエータ。
請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアクチュエータにおいて、前記連結通路のいずれか２個所に磁気ギャップを設けたことを特徴とするアクチュエータ。
請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアクチュエータにおいて、前記連結通路に夫々磁気ギャップを設けると共に、少なくとも１つの磁気ギャップの磁気抵抗が他の磁気ギャップの磁気抵抗と異なることを特徴とするアクチュエータ。