JPH0192541A - ロータリソレノイド式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車用エンジンの特にアイドリン
グ運転状態における吸入空気流量を可変制御するために
用いられる、空気等の流体の通過流量を可変制御するロ
ータリソレノイド式アクチュエータに関する。

［従来の技術］ 例えば、自動車用のエンジンの吸気管にあっては、スロ
ットル弁部分に並行になるようにしてバイパス通路が形
成されているものであり、このバイパス通路にはスロッ
トル弁が特に全開の状態となったときに、エンジンのア
イドル回転状態を設定するための吸入空気が通過される
ようにしている。したがって、このバイパス通路を通過
する空気流量に対応してエンジンのアイドル回転状態が
制御されるものであり、このバイパス通路には空気流量
を制御する弁機構が設けられている。そして、例えば特
開昭５７−７３８３９号公報に示されるように、このバ
イパス通路に流れる空気の量を、電磁式アクチュエータ
によって制御することが知られている。

このスロットル弁が全開状態とされるアイドル運転状態
にあっては、エンジンの回転速度は所定のアイドル回転
速度に設定されるものであるが、エンジンの冷却水温や
エンジン温度に対応して、そのアイドル回転速度、すな
わちバイパス通路を通過する空気量が制御されるように
しているもので、この空気流量制御が、バイパス通路に
設定される弁機構によって行われるものである。

このような空気流口制御を実行する従来のアクチュエー
タにあっては、その湯度状況によって制御態様が区分け
されているもので、低温域における制御は、もっばらバ
イメタル、サーモワックス等の温度に対応して変態する
素子を用いた機構のみによって行われ、電磁アクチュエ
ータは高温域における空気流量制御に用いられるように
なっている。これは吸入空気量の制御の安全性を図るた
めであり、１つの電磁式アクチュエータによって低温域
から高温域まで幅広く制御するようにした場合、例えば
温度センサ等の故障時にはアクチュエータを正確に制御
することができなくなるからである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例え
ば電磁機構あるいはバイメタル機構等の可動部分に障害
が発生したような場合であっても、円滑な作動が継続さ
れ、例えばエンジンのアイドル運転状態の制御が可能と
されるような、低温域から高温域までの幅広い吸入空気
等の流体流量制御が実行されるようにする、特にコンパ
クトに構成されるようにして、エンジンの吸気管のバイ
パス通路の空気流量制御が効果的に実行されるようにす
るロータリソレノイド式アクチュエータを提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係るロータリソレノイド式アクチ
ュエータは、流体通路の面積を可変制御する弁体と一体
的にされる駆動軸が、温度に対応してその回転角度範囲
が規制されるようにすると共に、この駆動軸に一体にし
て軸線に直交する線の両端にそれぞれ磁極が設定される
ようにして磁石を取付け、この磁石部分が電磁コイル装
置のコアに形成した開口内に挿通設定されるようにする
。

この電磁コイル装置を構成するコアは、上記開口を有す
る第１のコアと、このコアに平行な状態に設定される第
２のコアとによって構成され、この第１および第２のコ
アのそれぞれ両端は磁気回路によって結合されるように
しているもので、上記第２のコアにはそれぞれ逆方向の
磁束を発生する第１および第２のコイルを同軸的に巻装
しているものであり、上記第１のコアには上記開口の両
側に対応してそれぞれディテント溝が形成されるように
すると共に、磁気通路面積を制限するようにして取付は
穴が形成されるようにしているものである。

［作用コ 上記のように構成されるロータリソレノイド式アクチュ
エータにあっては、電磁コイル装置の第１のコア部に形
成された開口の両側で磁気通路が狭くなり磁気飽和ゾー
ンが形成されるようになり、第１および第２のコイルに
電流が流れない状態で、磁石の回転角位置が基準設定さ
れるようになる。

そして、第１および第２のコイルに流れる電流量に対応
した位置に、磁石すなわち駆動軸と一体の弁体の回転角
位置が設定されるようになり、流通される流体量が制御
されるようになる。この場合、駆動軸は温度に対応して
その可動範囲が規制されるようになっているもので、例
えば高温状態となったときの弁体の閉じる量の限界がそ
の温度状態に対応して設定されるようになる。この場合
、電磁コイル装置の第１および第２のコイルが１つのコ
アは巻装されるような構造であるため、充分に小形化し
て構成できるものであり、またこの電磁コイル装置を取
付は設定する取付は穴によってコイル側の出力特性およ
び磁気ヒステリシスを簡単に操作することができ、特性
の直線性が容易に設定できるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその断面構成を示しているもので、１１は例え
ば合成樹脂あるいはアルミニラ等の非磁性材料によって
構成されるハウジングである。

このハウジング１１内には、駆動軸１２が軸受１３およ
び１４によって回転自在に支持されているもので、この
駆動軸１２には一体的に弁体１５が取付けられている。

そして、駆動軸１２の回転に伴って弁体１５が回動され
、流体通路の面積を可変制御するものである。

上記駆動軸１２の一端部には永久磁石１６が嵌め込み設
定され、駆動軸と一体的に回転されるようになっている
もので、この磁石１６部分に対応して電磁コイル装置１
７が設けられている。この電磁コイル装置１７にあって
は、互いに逆方向の磁束が発生されるようになる第１お
よび第２のコイルが、例えば同時に巻かれるようにした
バイファラ巻きによって巻装設定されているもので、こ
の第１および第２のコイルそれぞれには、第２図で示す
ようなオーブンデユーティの設定されるパルス状の励磁
電流、およびクローズデユーティの設定されるパルス状
の励磁電流が供給されるようにしている。

第３図は上記電磁コイル装置１７の構成を示しているも
ので、この電磁コイル装置１７部に設定される磁石１６
は、駆動軸１２に嵌め込まれるようにした円筒状に構成
され、その軸線を通る線の両端部に、ＮおよびＳの両磁
極が設定されるようになっている。そして、電磁コイル
装置１７を構成するコア１８は、上記駆動軸１２の磁石
１６部分が挿通されるようになる円形の開口１８１が形
成される第１のコア１８２と、この第１のコア１８２と
並行する状態に設定された第２のコア１８３とを備え、
この第１および第２のコア１８２および１８３それぞれ
の両端を第３および第４のコア１８４．１８５によって
結合した１つの閉回路が構成されるようにしている。そ
して、上記第２のコア１８３に励磁コイル１８６が巻装
設定される。ここで、この励磁コイル１８６は前述した
ように第１および第２のコイルによって構成されるもの
であるが、この図ではその詳細に巻装構造は省略してい
る。

上記開口１８１は、磁石１６の外径よりやや大きく設定
されているものであるが、この開口１８１の第１のコア
１８２の延びる方向、すなわち磁束の通過する方向の両
側には、それぞれディテント溝１８７．１８８が形成さ
れている。そして、この電磁コイル装置１７を構成する
コアの特に第１のコア１８２の両端部に近接する位置に
は、この電磁コイル装置１７をハウジング１１に取付は
設定するためのねじを挿通する取付は穴１９１および１
９２が形成されている。

この場合、この取付は穴１９１．１９２は閉回路状の磁
束通路面積を制限する状態で形成されるようになるもの
であり、この取付は穴１９１．１９２の大きさを変える
ことによって、磁束の通過する面積が調整されるように
なる。

このような電磁コイル装置１７にあっては、第１および
第２のコイルに流れる励磁電流量に対応して発生される
磁束によって磁石１６に回転力が与えられるようになる
ものであるが、この励磁コイル１８６に励磁電流が与え
られない状態にあっては、磁石１６は第４図の（Ａ）で
示すような状態とされる。すなわち、上記ディテント溝
１８１および１８８によって、磁石１６の周囲の磁束密
度が不均一とされているものであり、磁束ループに不均
一部分が生じて、磁石１６の各磁極がディテント溝１８
７および１８８の相互間の位置、すなわちコアとの間隔
が最も近接する位置にＮおよびＳの各磁極が対向設定さ
れる状態となる。

次に第１のコイルに励磁電流が供給されるようになると
、例えば第４図の（Ｂ）で矢印で示すような磁束ループ
が形成されるようになる。ここで、開口１８１の側部で
コア１８２の断面積が小さくなっているものであり、し
たがってこの部分で磁束が飽和するようになる。その結
果この第１のコア１８２の磁束は一部磁石１６を通るよ
うになり、ディテント溝１８７および１８８の側部にそ
れぞれＳおよびＮ極が形成されるようになって、磁石１
６が図のように回転されるようになる。また第２のコイ
ルに励磁電流が流れるようになると、上記場合とは逆に
第４図の（Ｃ）に矢印で示すような磁束ループが形成さ
れるようになり、磁石１６は（Ｂ）図の場合とは逆の方
向に回転されるようになる。そして、第４図の（Ｄ）で
示すように第１および第２のコイルそれぞれに、同時に
励磁電流が供給されるような状態となると、この両コイ
ルに流れる電流量の割合いに対応した回転角位置に磁石
１６が設定されるようになる。

第５図は弁体１５に対応する第１図のｖ−ｖ線に対応す
る部分の断面構造であり、この部分には第１図で破線で
示す吸気＠２１のエンジン側の出力空気口に対応して空
気出口２０１が設定され、さらに吸気管２１のエアクリ
ーナ方向の入力空気口に開口するようにして空気入口２
０２が形成されている。

ここで、上記吸気管２１の入力空気口と出力空気口との
間には、スロットル弁２２が設定されているもので、ア
クセルペダルが開放された状態でこのスロットル弁２１
が吸気管２１を閉じるされ、吸入空気は上記弁体１５で
制御される開口２０３をバイパス通路として、エアクリ
ーナ側からエンジン側に供給されるようになるものであ
る。そして、この出口２０１と入口２０２とを連通ずる
空気通路を形成する開口２０３が、駆動軸１２と共に回
動する弁体１５によって開閉制御されるようになるもの
であり、駆動軸１２の回転方向およびその量に応じて、
空気人口２０２がら空気出口２０１に流れる空気量が制
御されるものである。

上記駆動軸１２の磁石１６とは反対側の端部には、係止
突体２３が駆動軸１２の側方に延びるようにして取付け
られている。この係止突体２３は、ハウジング１１内に
駆動軸１２と同軸的に形成される円筒状の室内に回転自
在に設定されるホルダ２４の端面に形成した凹部２５内
に設定されるようになっている。

ここで、上記ホルダ２４は上記ハウジング１１内の室内
に嵌め込み固定されるボス２６と対向設定されるもので
、この同軸状態に設定されるホルダ２４とボス２６の外
周には、コイル状に巻いたバイメタル２７が設定されて
いる。そして、このバイメタル２７の両端部は、それぞ
れホルダ２４およびボス２６にそれぞれ端面部に形成し
た切り込み２４１および２６１にそれぞれ嵌め込み固定
され、温度変化に対応してホルダ２４の回転角位置が設
定されるようにしている。

第６図は上記ホルダ２４部に対応する第１図の■−■線
に対応する部分の断面構造を示すもので、ホルダ２４は
温度上昇と共に反時計方向に回転されるようになる。そ
してこのホルダ２４の凹部２５には、係止突体２３が入
り込むようにした扇状の切り欠き部２５１が形成され、
この切り欠き部２５１の範囲で突体２３が回動されるよ
うにしている。すなわち、この切り欠き部２５１で弁体
１５の回動できるガード範囲θ３が設定されるようなる
。ここで、ホルダ２４の温度上昇に伴う回転範囲は、ス
トッパねじ２８によって適宜調整設定されるようになっ
ている。

このように構成されるロータリソレノイド式アクチュエ
ータにおいて、電磁コイル装置１７の第１および第２の
コイルに対しては、スロットル弁２２の全開状態におい
て、アイドル運転時に要求される空気量に対応して、吸
気管２１のバイパス通路を形成する弁体１５の開度を制
御設定する励磁電流が流される。この励磁電流は、この
図では省略しているがエンジンに結合されている例えば
エアコン等の負荷状態、エンジンの冷却水温等を検出す
るセンサ類からの検出信号に基づいて、エンジン制御用
のマイクロコンピュータが演算するもので、例えばエア
コンがオン状態にありエンジン負荷の大きい状態では、
バイパス空気量が増大されるように弁体１５が駆動され
るようにするものである。

ここで、第１および第２のコイルに供給されるようにな
る励磁電流は、第２図で示したようにパルス状になって
いるものであり、例えば弁体１５を開ける方向に駆動軸
を回転させる第１のコイルに供給される励磁電流量は、
この第１のコイルに供給されるパルス状電流のオン時間
に相当するオーブンデユーティで決定される。また、第
２のコイルに対しては、弁体１５を閉じる方向に駆動軸
を回転させるための励磁電流が供給されるもので、その
電流量はオフ時間に相当するクローズデユーティで決定
される。

第７図はこのような電磁コイル装＠１７の励磁コイル１
８６に励磁電流が供給されないときの駆動軸１２の回転
角とこのとき作用するトルクの状態を示している。これ
に対して第８図は第１のコイルに励磁電流を供給した場
合のオーブンデユーティとトルクとの関係を示したもの
であり、さらに第９図は第２のコイルに励磁電流を流し
たときのクローズデユーティと駆動軸１２に作用づるト
ルクとの関係を示している。すなわち、オープンデユー
ティが大ぎくなる程、弁体１５を開く方向に駆動力が作
用するようになり、またクローズデユーティが大ぎくな
る程、弁体１５が閉じられる方向のトルクが駆動軸１２
に作用するようになる。そして、これらを総合した状態
が第１０図で示すようになるものである。

また、第１１図はオープンデユーティと第１のコイルに
流れるようになる励磁電流Ｔ１との関係を、さらに第１
２図はクローズデユーティと第２のコイルに流れる励磁
電流との関係を示しているものであり、第１３図は上記
オープンデユーティとクローズデユーティとが合成され
た場合の励磁電流の状態を示している。

このような電磁コイル装置１７を有するロータリソレノ
イド式アクチュエータにおいて、励磁コイル１８６に励
磁電流が供給されていない状態にあっては、弁体１５は
中立的な基準位置に設定され、空気流山は第１４図にＴ
で示す状態とされる。この状態で第１のコイルに励磁電
流が供給されるようになるとむ、この励磁電流のオーブ
ンデユーティとの関係で第１４図に丁１で示すように空
気流量が制御されるようになる。また第２のコイルに励
磁電流が供給される状態では、そのクローズデユーティ
との関係で第１５図にＴ２で示すように空気流量が制御
される。したがって、オープンおよびクローズデユーテ
ィと空気流量との関係は、第１６図に破線で示すように
なるものである。

すなわち、第１および第２のコイルに供給される励磁電
流のデユーティ変化に対応して、弁体１５の回転角度お
よびこの弁体１５によって制御される吸気管のバイパス
通路の空気流量は、第１７図のように変化されるように
なる。

ここで、弁体１５と一体にされる駆動軸１２は、ホー１
フー ルダ２４に形成された凹部２５ないにおける係止突体２
３に可動範囲によってその回転角範囲が規制されるよう
なる。そして、この駆動軸１２の回転可能範囲を規制す
るホルダ２４は、バイメタル２７によってその回転角度
位置が設定されているものであり、したがってこの駆動
軸１２と一体に回動される弁体１５の回転角度範囲、お
よびこの弁体１５によって制御される空気流山は、温度
に対応して第１８図の線ＡおよびＢに囲まれた範囲とさ
れるようになる。

すなわち、温度に対応した例えばアイドリンク運転時の
回転速度制御範囲が規制されるようになる。

この場合、ホルダ２４はその回転ストッパ機構によって
、温度がある程度以上に上昇された場合には、それ以上
回転されないようになっている。このため、温度が上記
ストッパ機構が作用する温度以上に上昇するような状態
となった場合には、第１８図にＡ′で示すように空気流
量がそれ以上減少されないようになり、例えばエンジン
のアイドリング運転状態が、高温状態においても安定し
て確保されるようになるものである。

このようなアクチュエータ動作を安定して実行させるた
めには、駆動軸１２の回転される角度が安定して制御さ
れることが重要であり、したがって電磁コイル装置１７
の動作特性が重要となる。

第３図で示したような電磁コイル装置１７においては、
そのリターン出力は磁石１６の有するエネルギーとディ
テント溝１８７．１８８に大きさによって決定されるよ
うになる。これに対して励磁されるコイル部からの出力
は、コイルアンペアターンとコア１８の磁束通路面積に
よって決まるようになる。

しかし、実際には上記コア１８の磁束通路面積等は安定
して一定に製作することが困難であり、また製品特性の
直線性を保証することが困難である。

このため、この電磁コイル装置１７をハウジング１１と
一体に組立てる際に使用される取付は穴１９１．１９２
を利用し、励磁コイル側の出力特性並びに磁気ヒステリ
シスを操作するようにしている。

リターン側のディテントトルクは、磁石１６の回転角が
大きくなるほど、トルクの増加傾向が減少する傾向にあ
る。またコイル出力は励磁電流の増加と共に直線的に増
加するようになるものであり、したがって製品特性は励
磁電流の増加に対して２次特性を有するようになる。

上記コア１８の磁束通路に、磁気抵抗が増加するように
例えば穴を開けるようにすると、その通路面積が小さく
なることによって、直線的に増加するコイル出力を徐々
に漏洩させるようになり、製品特性の傾斜を鈍らせるよ
うになる。すなわち、」ア１８に形成した取付は穴１９
１および１９２の大きさを加減することによって、製品
特性の直線性を向上させることができるようになる。ま
た磁気ヒステリシスにおいても、磁気・通路で漏洩され
るようになって減少されるようになる。

ここで、上記取付は穴１９１および１９２は、特に外観
を形成するようになる樹脂型等に影響するものではない
ものであり、したがって各製造ロンド毎にあるいは選択
法を用いて取付は穴１９１．１９２の大きさを変え、磁
気特性の調整ができるものであり、製品特性の安定化が
容易となるものである。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明に係るロータリソレノイド式アク
チュエータにあっては、特に電磁機構部分を小形化して
構成し、効果的に製品特性を安定化できるようになるも
のであり、また温度変化に対する動作特性も容易に設定
できるようになる。

したがって、例えば自動車用エンジンの吸気管に設定さ
れるバイパス通路の空気流量の制ｍａｔｓとして効果的
に適用できるものであり、上記エンジンのアイドリング
運転制御が、このエンジンの運転状況に対応して高精度
に制御できるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るロータリソレノイド
式アクチュエータを説明する断面構成図、第２図は上記
装置を駆動制御する励磁電流の状態を説明する図、第３
図は上記装置を構成する電磁コイル装置を取り出して示
す構成図、第４図の（Ａ＞乃至（Ｄ）はそれぞれ上記電
磁コイル装置における動作状態を説明する図、第５図お
よび第６図はそれぞれ第１図に示した装置のｖ−ｖ線お
よびＶＩ−ＶＩ線に対応する弁体部分およびホルダ部分
の断面図、第７図乃至第１０図はそれぞれ電磁コイル装
置のコイル部に供給される励磁電流の状態を説明する図
、第１１図乃至第１３図はそれぞれコイルに与えられる
パルス状電流のデユーティと電流量との関係を示す図、
第１４図乃至第１６図はそれぞれ上記デユーティと流量
との関係を示す図、第１７図はデユーティと制御量との
関係を示す図、第１８図は温度と制御量範囲の状態を示
す図である。 １１・・・ハウシング、１２・・・駆動軸、１５・・・
弁体、１６・・・磁石、１７・・・電磁コイル装置、１
８・・・コア、１８１・・・開口、１８２．１８３・・
・第１および第２のコア、１８６・・・コイル、１８７
．１８８・・・ディテント溝、１９１．１９２・・・取
付は穴、２３・・・係止突体、２４・・・ホルダ、２５
・・・凹部、２５１・・・切り欠き部、２６・・・ボス
、２７・・・バイメタル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 に １ド −和惟 嘱一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体の流入口および流体の流出口を備えたハウジングと
   、 このハウジング内に回転自在に支持されるようにして配
   設された駆動軸と、 この駆動軸に一体的に設けられ、この駆動軸の回転角に
   対応して上記流体の流入口と流出口との間の通路面積を
   可変する弁体と、 上記駆動軸の回転範囲を温度に対応して設定する機構と
   、 上記駆動軸に一体的に設けられ、駆動軸の軸線を通る両
   側の部分にそれぞれ磁極が設定されるようにした磁石と
   、 上記駆動軸の磁石部分が貫通設定される開口を有するコ
   アを備え、それぞれ逆の方向の磁束を発生するようにし
   た第１および第２のコイルが巻装設定されるようにした
   電磁コイル装置とを具備し、 上記電磁コイル装置のコアは、上記駆動軸の磁石部分が
   貫通設定される開口の形成される第１のコアと、上記第
   １および第２のコイルが同軸に巻装されるようにした第
   ２のコアとを備え、この第１および第２のコアが平行に
   設定されるようにそれぞれの両端部相互が磁気回路で結
   合されるようにしてなり、上記第１のコアの磁束の方向
   と平行となる上記開口の両側にはそれぞれディテント溝
   を形成すると共に、さらにこのコアの磁束通路にはこの
   電磁コイル装置を上記ハウジングに固定設定させるため
   のねじを挿通する取付け穴を形成し、この取付け穴によ
   り磁束通路面積が可変できるようにしたことを特徴とす
   るロータリソレノイド式アクチュエータ。