JP3979608B2

JP3979608B2 - 感温アクチュエータ

Info

Publication number: JP3979608B2
Application number: JP05668795A
Authority: JP
Inventors: 哲朗連
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JPH08226374A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は温度の変化に応じて駆動力を発生する感温アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等のアイドリング状態時における吸入空気量は、環境あるいはエンジン温度によっても影響を受ける。したがって機器の種類によっては温度変化に応じて機器の応動条件を変化させたい場合がある。これを自動車のアイドリング状態で説明すると、エンジン温度が高ければバイパス空気量を小さくし、逆にエンジン温度が低ければバイパス空気量を大きくする必要がある。又、ヒータ等では、低温時には燃料バルブを多く開いて発熱量を増やす必要がある。
【０００３】
この種の応動条件を満足させる手段としては各種のものが既に提案されているが、出願人は磁路の一部に感温磁性材を介在させる方式を、特許第３３１５８１５号として既に提案している。この方式の概要は次の通りである。
【０００４】
即ち、ヨークを形成する磁性材からなる固定子の内部に開口を設けて、この内部に回転自在に回転子を配置する。そして固定子と回転子とを連結するための磁極片を設けてギャップを設けた磁路を形成し、更に磁路の一部に感温磁性材（温度によって透磁率又は飽和磁束密度等の磁気特性の変化するもの）を設け、起磁力源からの磁気特性を温度に応じて変化させようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記既提案技術において、感温磁性材として、例えば負特性を有するサーモフェライト等を用いた場合、低温時に透磁率が大であるが、高温時は小となる特性を有しているため、ある温度状態時にあっては機器が非通電時であったとしても回転子に駆動力が作用し、所定角度だけ回転してしまう。
【０００６】
しかしながら機器の非通電時には、駆動対象であるバルブが温度に関係なく閉止（全閉）する必要のあるものがある。例えばヒータ等の燃料バルブがそれであり、この場合にあっては非動作時には燃料のバルブを全閉して燃料の流出を防止しなければならない。
【０００７】
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、非通電時には常時バルブが閉止する特性（ノーマルクローズ）を有する感温アクチュエータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の[請求項１]に係る感温アクチュエータは、少なくとも１つの副エアーギャップを介して対向する２つの磁極片が主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内には半径方向に磁化された回転子を配設して前記主エアーギャップ内を回転する構成を有し、前記磁極片には通電方向によって磁束の方向を変化する起磁力源を有する磁気回路に接続して閉磁路を形成したアクチュエータにおいて、前記磁気回路には主エアーギャップ以外に少なくとも１つのエアーギャップを設けてその内部には温度によって磁気特性が変化する感温磁性材を介在させて前記磁気回路を分離すると共に、前記起磁力源は前記各エアーギャップ内に磁界を発生させるように構成した。
【０００９】
本発明の[請求項２]に係る感温アクチュエータは、１つの副エアーギャップを挟んで対向させて設けた２つの磁極片と、前記磁極片の他端に通電方向によって磁束の方向を変化する起磁力源を有して長方形に折曲した磁気回路を接続することにより全体形状が長方形の磁気回路を形成し、前記長方形の磁気回路にて囲まれた直線状の内部空間には永久磁石からなる移動子を配設すると共に、前記永久磁石は移動子の移動方向に対して垂直方向に磁化されたアクチュエータにおいて、前記磁気回路には主エアーギャップ以外に少なくとも１つのエアーギャップを設けてその内部には感温磁性材を介在させて前記磁気回路を分離すると共に、前記起磁力源は前記各エアーギャップ内に磁界を発生させるよう構成した。
【００１０】
本発明の[請求項３]に係る感温アクチュエータは、[請求項１]または[請求項２]記載の感温アクチュエータにおいて、起磁力源は電磁石とした。
【００１１】
【作用】
本発明の[請求項１]に係る感温アクチュエータは、主エアーギャップ間に永久磁石からなる回転子を移動自在に配設すると共に、主エアーギャップの両側に副エアーギャップを設けている。この種の磁気回路の解析結果より、副エアーギャップでの磁束が０であるときが、回転子が最も安定な場合であることがわかっている。したがって、このとき回転子は安定位置で停止する。又、電磁コイルに通電すると磁気回路（副エアーギャップにも）に磁束ができて、回転子が移動する。この場合、副エアーギャップに蓄えられた磁気エネルギーを打消す方向にトルクが働き、これによって回転子は移動し、安定位置、即ち、副エアーギャップでの磁束が０となる位置で停止する。なお、温度上昇によって感温磁性材が常磁性となって、起磁力源から回転子への影響が小さくなり、その結果移動量（回転量）も減少する。
【００１２】
本発明の[請求項２]に係る感温アクチュエータは、磁路を直線状とし、これによって囲まれた空間内に永久磁石からなる移動子を設けたものであり、基本的な動作は[請求項１]の場合と同様である。又、副エアーギャップ内に蓄えられた磁気エネルギーを減少する方向でトルクが発生する。なお、温度上昇によって感温磁性材が常磁性となって、起磁力源から移動子への影響が小さくなり、移動子の移動量が減少する。
【００１３】
本発明の[請求項３]に係る感温アクチュエータは、[請求項１]又は[請求項２]において起磁力源を電磁石としただけであり、その動作は上記各請求項のものと同じである。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
図１は本発明の［請求項１］に係る感温アクチュエータの一実施例の構成図である。図１において、１は感温アクチュエータ本体であり、連結するための磁路２と、磁極片３−１，３−２と、各磁極片３−１，３−２と磁路２との間に夫々介在させた感温磁性材４−１，４−２とからなる。
【００１５】
又、各磁極片３−１，３−２の間には主エアーギャップ５があって、この間には永久磁石からなる回転子６（起磁力源）が配設され、シャフト７を介して回転する構成を有している。８−１，８−２は副エアーギャップであって主エアーギャップ５の両側に設けられる。９は電磁コイル（起磁力源）である。
【００１６】
なお、感温磁性材４−１，４−２は、温度に応じて透磁率が変化し、この場合は低温時に磁束を通し易く、温度上昇してキュリー温度に達すると常磁性となるサーモフェライトや整磁材料等を用いる。なお、本実施例では感温磁性材を２つ設けているが、１つであっても良い。
【００１７】
次に動作説明をする。
先ず、電磁コイル９が非通電であれば、回転子６は図示の位置で静止している。この理由は回転子６のＮ極からの磁束は主エアーギャップ５と磁極片３−１，３−２を経由してＳ極に戻って一巡しており、この場合、両側の副エアーギャップ８−１，８−２の磁束は存在しない。即ち、この状態が磁気的ににも最も安定しているからである。
【００１８】
次に電磁コイル９に通電すると、起磁力源からの磁束が連結するための磁路２，感温磁性材４−１，磁極片３−１，副エアーギャップ８−１又は８−２，磁極片３−２，感温磁性材４−２，磁路２の経路に流れる。したがって副エアーギャップ８−１及び８−２の磁気エネルギーを打消す方向に回転子が回転し、副エアーギャップ８−１，８−２の磁気エネルギーが０、即ち、８−１，８−２を通る磁束が０となる位置で停止する。
【００１９】
したがってこのアクチュエータを自動車のエンジンルームに置いた場合、エンジンの暖機状態に応じて温度が上昇し、感温磁性部材４−１，４−２は磁気を通しにくくなる。又、ヒータでは環境温度により磁気抵抗が変化する。このことは電磁コイル９で生じる起磁力が回転子６の永久磁石に及ぼす影響が小さくなることを意味する。
【００２０】
したがって電磁コイル９に流れる電流値が同じであっても、温度上昇と共に非通電時の位置方向に回転子が移動する。このときの移動量は感温磁性部材４−１，４−２の厚みｔや断面積ｌ等で決まる。
【００２１】
本実施例によれば電磁コイル９への非通電時には温度に拘らず回転子が最も安定した状態位置、即ち、図１に示されるように回転子のＮ極，Ｓ極が副エアーギャップ方向を向いた位置に停止し、一方、温度上昇した場合にも感温磁性材４−１，４−２の作用によって前記安定位置に停止する。このことはノーマルクローズ状態となることを意味する。
【００２２】
上記したことからわかるように、回転子６の安定状態とは副エアーギャップ８−１，８−２に磁気の流れがない状態である。一般に、この種の磁気回路設計では、コンピュータ上で走る有限要素解析プログラムで磁気の流れを計算し、更に回転子に生じるトルクを計算すると共に、これによるトルクが０となる状態を算出して特性を把握するようにしている。
【００２３】
しかしトルクを演算しようとすれば、高性能のコンピュータが必要となるが、上記実施例によれば回転子の安定位置の場合では磁気の流れの演算結果のみでアクチュエータの特性が把握できる。この場合、磁気の流れの演算では小規模のコンピュータでも、比較的精度の良い結果が得られる。その結果、開発時間の短縮や設計品質の向上が計られる。
【００２４】
図２は有限要素法によりモータの磁界解析をするためのモデル形状を示したものである。なお、解析モデルは極座標系で入力するため、図２の形状としたものであり、図１の構成要素に対応する部分については、同一符号を付した。
【００２５】
図３は図２のモデルを使った解析結果を示し、電磁コイルは通電状態である。図３に示されるように副エアーギャップ８−１，８−２に対して磁極片３−２から３−１への磁束の流れが観察され、回転子６が矢印の向きに回転トルクを生じていることがわかる。
【００２６】
図４は回転子６が最も安定した位置で停止した状態を示す図である。図３の状態から回転子６を回転させると、ある位置で副エアーギャップ８−１，８−２内の磁束が０になる。この時の回転子６に生じるトルクは０であり、これが回転子の停止状態となる位置である。
【００２７】
この状態を検証したのが図４である。したがって回転子のトルクを演算しなくても副エアーギャップ内の磁束を観察するだけで回転子の静止位置が得られることがわかる。なお、図３，図４ではいずれも回転子の回転状態と安定状態（静止状態）と、その時の磁束の流れとの関係を示したものである。
【００２８】
図５は本発明の［請求項２」及び［請求項３」に係る感温アクチュエータの一実施例の構成図である。図５において、図１と同一機能部分については同一符号を付した。本実施例では全体構成を直動形にしたものである。したがって磁極片３−１，３−２の間に副エアーギャップ８を１個設け、電磁コイル９を設けた磁路２−１と磁極片３−１との間に感温磁性材４を介在させたものである。
【００２９】
次に作用について説明する。
先ず、電磁コイル９に電流が流れていないとき、磁路は移動子６−１のＮ極からＳ極へ磁極片３−１を介して形成される。この場合、副エアーギャップ８には磁束は流れず、前記図１の場合と同様に安定状態であり、したがって移動子６−１はこの位置に停止している。
【００３０】
移動子６−１を矢印方向に移動させるためには、電磁コイル９に電流を流す。この場合、移動子６−１が所定位置にて停止することを図６によって説明する。ここでは、電磁コイル９の電流を０とし、移動子６−１を外力にて図示位置に動かした場合を考える。
【００３１】
この状態では磁極片３−２を介して副エアーギャップ８及び感温磁性材４を介して図示のような磁束が流れる。この時、副エアーギャップ８に蓄えられたエネルギーは、これを減らす方向、即ち、移動子６−１を左側に戻そうとする反力として働く。
【００３２】
更に電磁コイル電流を所定値にすると、図７に示されるように副エアーギャップ８を流れる磁束が全て感温磁性材４側を流れる。その結果副エアーギャップ８内の磁気エネルギーが０となって安定状態となる。
【００３３】
以上、図５，図６，図７による説明はいかにして反力ができ、コイル通電により反力が０となり、移動子が静止する作用を発生するかを説明したが、いずれにしても移動子６−１を移動させるには、あくまでも電磁コイル９に電流を流して作動させることは当然のことである。
【００３４】
又、温度上昇に応じて感温磁性材が磁気を通しにくくなることは既に説明した通りであり、所定キュリー温度に達すれば電磁コイルによる影響が少なくなり、移動量が減少する。又、非通電時にはバルブの全閉位置が安定状態になる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればコイル非通電時に回転子位置が温度に拘らず閉止位置をとることができるばかりか、アクチュエータの特性を磁気の流れのみで解析でき、開発時間の短縮や設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による感温アクチュエータの一実施例の構成図。
【図２】有限要素法による解析モデル図。
【図３】解析結果による回転力状態を示す図。
【図４】解析結果による安定状態（停止）を示す図。
【図５】本発明による他の実施例の構成図。
【図６】図５の動作において反力を説明する図。
【図７】図５の動作において安定状態を説明する図。
【符号の説明】
１感温アクチュエータ本体
２，２−１磁路
３，３−１，３−２磁極片
４，４−１，４−２感温磁性材
５主エアーギャップ
６移動子（回転子）
６−１移動子
７シャフト
８，８−１，８−２副エアーギャップ
９電磁コイル

Claims

少なくとも１つの副エアーギャップを介して対向する２つの磁極片が主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内には半径方向に磁化された回転子を配設して前記主エアーギャップ内を回転する構成を有し、前記磁極片には通電方向によって磁束の方向を変化する起磁力源を有する磁気回路に接続して閉磁路を形成したアクチュエータにおいて、前記磁気回路には主エアーギャップ以外に少なくとも１つのエアーギャップを設けてその内部には温度によって磁気特性が変化する感温磁性材を介在させて前記磁気回路を分離すると共に、前記起磁力源は前記各エアーギャップ内に磁界を発生させることを特徴とする感温アクチュエータ。
１つの副エアーギャップを挟んで対向させて設けた２つの磁極片と、前記磁極片の他端に通電方向によって磁束の方向を変化する起磁力源を有して長方形に折曲した磁気回路を接続することにより全体形状が長方形の磁気回路を形成し、前記長方形の磁気回路にて囲まれた直線状の内部空間には永久磁石からなる移動子を配設すると共に、前記永久磁石は移動子の移動方向に対して垂直方向に磁化されたアクチュエータにおいて、前記磁気回路には主エアーギャップ以外に少なくとも１つのエアーギャップを設けてその内部には感温磁性材を介在させて前記磁気回路を分離すると共に、前記起磁力源は前記各エアーギャップ内に磁界を発生させることを特徴とする感温アクチュエータ。
請求項１又は請求項２記載の感温アクチュエータにおいて、前記起磁力源は電磁石であることを特徴とする感温アクチュエータ。