JPH05276710A - 電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 モータのコイル断線時に、バネの付勢力が小
さくてもシャフトを容易に移動出来るようにして、該シ
ャフトに取付けたバルブを確実に所要の開閉状態とす
る。 【構成】 ロータ２５およびシャフト２７に夫々設けた
ネジ部３０，３１によりロータ２５の回転をシャフト２
７の直線運動に変換する電動機において、電動機の四相
のコイルのうちの一相に断線が発生した際に、対応する
他の一相を強制的に断線させて、四相から二相に切り替
え、残りの二相にパルスを印加して、シャフト２７の位
置が固定されるのを防ぎ、シャフト２７を所要方向に付
勢するバネの力が小さい場合にもシャフト２７を容易に
移動出来るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動機に関し、詳しく
は、電動機の回転子(ロータ)の回転が軸(シャフト)の直
線運動に変換されるもので、例えば、内燃機関のアイド
リング回転速度制御装置あるいは自動車用エンジンの排
気ガス再循環システム装置に設ける制御バルブ駆動用と
して好適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電動機を用いた自動車用
エンジンの排気ガス再循環システム装置として、例え
ば、図１１に示す装置が提案されている。上記装置で
は、エンジン本体１の排気通路２から吸気通路３へ再循
環通路４を設け、排気通路２との連通部に流量制御弁装
置５を取り付けている。該流量制御弁装置５はステッピ
ングモータからなる電動機６で流入口７を開閉するバル
ブ８を作動し、機関(図示せず)の運転状態に応じて流量
制御を行っている。

【０００３】上記電動機は、図１２に示す如く、軸線Ｋ
１方向に摺動自在で且つ回転不可に支持したシャフト１
０と、該シャフト１０の外周に回転自在に配置したロー
タ１１を備え、該ロータ１１の外周部に所定間隔をあけ
てステータ１２を固定している。上記シャフト１０の外
周面にネジ部１０aを設けると共に、ロータ１１の内周
面に該ネジ部１０aと螺合するネジ部１１aを設け、ステ
ータ１２に通電するとロータ１１が回転し、該ロータ１
１の回転運動がネジ部１１a、１０aを介してシャフト１
０の直線運動に変換される構成としている。

【０００４】上記シャフト１０の先端には上記バルブ８
を固定し、シャフト１０を閉弁側の矢印Ａ方向および開
弁側の矢印Ｂ方向に移動することによりバルブ８の開閉
および流量調節を行っている。更に、上記バルブ８とモ
ータハウジング１３との間にバネ１４を縮挿し、ステッ
ピングモータのコイル断線等の故障により通電が停止し
た場合には、上記バネ１４の付勢力により、シャフト１
０を矢印Ａ方向に移動させて、バルブ８が閉弁状態とな
るように構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電動機では、バネ１４の付勢力が小さいと、ネジ１０
aと１１aとを介してロータ１１を回転することが容易で
なく、よって、シャフト１０を閉弁方向へ直線移動させ
ることが困難となる。そのため、シャフト１０に取り付
けたバルブ８が作動せず、バルブ８は開弁状態に保持さ
れたままで、エンジンの運転状態が悪くなり、最悪の場
合、始動出来ないという問題があった。

【０００６】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
もので、モータのコイル断線時に、バネの付勢力が小さ
くてもシャフトを容易に移動出来るようにして、該シャ
フトに取り付けたバルブを確実に所望の開閉状態とする
ことを目的とするものである。

【０００７】上記目的を達成するため、本発明は、摺動
自在かつ回転不可に支持したシャフトと、該シャフトの
外周にシャフトと同軸に配置した略円筒状のロータと、
該ロータの外周に配置したコイル内蔵のステータを備
え、上記シャフトの外周に設けたネジ部と上記ロータの
内周に設けたネジ部とを螺合させて、ステータへの通電
で回転するロータの回転運動をシャフトの直線運動に変
換し、かつ、該シャフトの突出した先端部にバルブを取
り付けると共に、該シャフトを軸線方向の一方へ付勢し
て上記バルブを開閉方向のいずれかに付勢するバネを設
けたものにおいて、上記ステータのコイルを四相のステ
ータコイルから構成すると共に、これら四相のステータ
コイルの中の一相のステータコイルが断線した時に該断
線した一相のステータコイルと結線された他の一相のス
テータコイルへの通電を停止してステータコイルを四相
から二相とする駆動制御回路を設けていることを特徴と
する電動機を提供するものである。

【０００８】

【作用】上記したように、モータコイルの断線時に、例
えば、第１相励磁コイルが断線した場合に該第１相励磁
コイルと中間タップを介して結線された第３相励磁コイ
ルへのパルスの印加を停止して強制的に断線させ、同様
に、第２相励磁コイルが断線した場合には第４相励磁コ
イルを強制的に断線させ、モータを四相から二相に切り
替えることにより、一相断線時(３相のコイルで励磁す
る時)には制御不可能であった通電によるロータの回転
を可能とし、バネによる付勢力に上記二相のコイルによ
るロータの回転を組み合わせることで、小さいバネ力で
もシャフトを容易に移動出来るようにしている。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。本実施例のステッピングモータからなる電
動機は、前記図１１と同様に自動車用エンジンの排気ガ
ス循環システムに適用するもので、排気通路２と吸気通
路３とを連通する再循環通路に流量制御装置２０を設
け、該流量制御装置２０のバルブハウジング２１に設け
た排気通路連通口２１aをバルブ２２で開閉するように
している。

【００１０】上記バルブハウジング２１と連結したモー
タハウジング２３内にはステータ２４を固定すると共
に、該ステータ２４の内周面と所定間隔をあけてロータ
２５を軸受２６で支持して回転自在に配置し、該ロータ
２５の軸芯部に、軸線Ｌ１方向に摺動自在かつ回転不可
のシャフト２７をバルブハウジング２１内に伸長して配
置している。

【００１１】上記シャフト２７はその軸線方向の中間部
分に断面略Ｄ字状のＤ状部２７aを備え、該Ｄ状部２７a
をモータハウジング２３とバルブハウジング２１の間に
介設したモータハウジング端板２８に取り付けたオイレ
スメタル２９の略同形状の軸穴２９aに摺動自在かつ回
転不可に挿通して支持している。該シャフト２９のバル
ブハウジング側の先端には上記バルブ２２を固定する一
方、モータハウジング側の他側部の外周面にネジ部３０
を形成している。

【００１２】上記シャフト２７の外周に配置するロータ
２５は、樹脂製の内筒２５aと、金属製の中筒２５bと、
永久磁石からなる外筒２５cとを一体に固着した構成か
らなる。該ロータ２６の内筒２５aの内周面には上記シ
ャフト・ネジ部３０と螺合するネジ部３１を形成してい
る。これらネジ部３０と３１との螺合により、ロータ２
５の回転運動がシャフト２７の直線移動に変換され、シ
ャフト２７の先端のバルブ２２を開閉作動するようにし
ている。かつ、該バルブ２２と上記オイレスメタル２９
との間にバネ３２を縮装し、バネ３２の付勢力によりバ
ルブ２２を矢印Ｃ方向、即ち、閉弁方向に付勢してい
る。

【００１４】本実施例では、上記ロータ２５の外周に配
置するステータ２４は、タンデム状に配置した２つの同
一構造のステータ２４Ａ、２４Ｂからなり、四相モータ
としている。上記各ステータ２４は図２に示すよに、略
円筒部材を構成する一対のステータコア３５と３６と、
これらステータコア３５と３６とで形成される円環部に
巻回されるステータコイル３７とからなり、ステータコ
ア３５、３６には環状側壁部３５a、３６aより夫々垂直
に延びる複数の磁極片３８、３９を設けている。

【００１５】上記ステータコア３５、３６は、図示のよ
うに、上記磁極片３８、３９が互いに等間隔を隔てるよ
うに互いに結合され、ステータコイル３７に図３の矢印
Ｘで示す方向に電流を流すと、ステータコイル３７の回
りに図２の矢印Ｙで示す磁界を発生させ、その結果、磁
極片３８にＳ極、磁極片３９にＮ極がそれぞれ発生し、
ステータ２４Ａ、２４Ｂの内周面上にＮ極とＳ極とが交
互に形成されるようにしている。ステータ２４Ａ、２４
Ｂとは、ステータ２４Ａの磁極片３８と３９との距離を
１とすると、ステータ２４Ｂの磁極片３８はステータ２
４Ａの磁極片３８に対して１／２だけずらせている。

【００１６】一方、該ステータ２４Ａ、２４Ｂの内周面
と対向するロータ２５の永久磁石製の外筒２５cの外周
面上には、その円周方向に交互にＮ極とＳ極が形成さ
れ、隣接するＮ極とＳ極の間隔は、上記ステータ２４の
隣接する磁極片３８と３９の間隔と一致させている。

【００１７】上記ステッピングモータの駆動制御回路５
０は図４に示す如くであり、ステータ２４Ａ、２４Ｂの
各ステータコイル３７は同一方向に巻回されており、各
ステータコイル３７の巻始め端子がＳ１、Ｓ２で、巻終
わり端子がＥ１、Ｅ２で、中間タップがＭ１、Ｍ２で示
されている。ステータ２４において、上記端子Ｓ１と中
間タップＭ１の間のステータコイル３７は第１相励磁コ
イルIを形成し、中間タップＭ１と端子Ｅ１の間に第３
相励磁コイルIIIを形成する。同様に、端子Ｓ２と中間
タップＭ２の間に第２相励磁コイルIIを形成し、中間タ
ップＭ２と端子Ｅ２の間に第４相励磁コイルIVを形成す
る。

【００１８】上記駆動制御回路５０は、４個のトランジ
スタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４を有し、上記端子
Ｓ１, Ｓ２, Ｅ１, Ｅ２はそれぞれ上記トランジスタの
コレクタに接続される。各コレクタはダイオードＤ１,
Ｄ２, Ｄ３, Ｄ４並びに抵抗Ｒを介して電源に接続さ
れ、各トランジスタのエミッタは接地され、かつ、各ト
ランジスタのベースは制御パルス発生回路５１に接続さ
れる。また、上記ステータコイル３７の巻始め端子Ｓ
１、Ｓ２、巻終わり端子Ｅ１，Ｅ２は断線検出回路５２
を介して、制御パルス発生回路５１に接続される。上記
中間タップＭ１, Ｍ２は電源を介して接地される。

【００１９】上記トランジスタのベースに制御パルス発
生回路５１より制御パルスが印加されると、印加された
トランジスタと接続された励磁コイルが励磁される。即
ち、トランジスタＴｒ１に制御パルスが印加されると第
１相励磁コイルIが励磁される。

【００２０】図６に示すように、上記トランジスタＴｒ
１〜Ｔｒ４のベースに順次制御パルスを印加して、第１
相から第４相の励磁コイルI〜IVを順次励磁してＯＮし
ている。尚、各制御パルスの幅は全て同一で、かつ、制
御パルスは同一間隔をあけて発生させると共に、第１相
から第４相にかけて半ピッチづつずらせて順次発生さ
せ、常時二相がＯＮの状態(二相励磁)となるようにして
いる。

【００２１】上記制御パルス発生回路５１には、断線検
出回路５２を接続していることより、中間タップＭ１、
Ｍ２を介して結線した励磁コイルIとIII、IIとIVのいず
れか一方が断線した検出信号が入力された場合、他方の
励磁コイルに対して制御パルスを印加しない強制断線モ
ードとなる回路(図示せず)を付設している。例えば、第
１相励磁コイルIが断線した場合には中間タップＭ１を
介して結線した第３相励磁コイルIIIに対して制御パル
スを印加せず、よって、第１相と第３相のコイルが共に
ＯＦＦの状態で継続し、第２相と第４相の励磁コイルの
みが順次ＯＮの状態となるようにしている。この時の励
磁コイルIIとIVに与えられる制御パルスの状態を図７に
示す。第３相励磁コイルIIIが断線した場合も図７と同
一の状態となる。

【００２２】同様に、第２相励磁コイルIIが断線した場
合には、中間タップＭ２を介して結線した第４相励磁コ
イルIVに対して制御パルスを印加せず、よって、第２相
励磁コイルIIと第４相励磁コイルIVが共にＯＦＦ状態で
継続され、第１相と第３相の励磁コイルのみが順次ＯＮ
の状態となるようにしている。この時の励磁コイルIとI
IIに与えられる制御パルスの状態を図８に示す。第４相
励磁コイルIVが断線した場合も同様である。

【００２３】上記のように、コイル断線時には二相断線
させて、四相から二相に切り替え、二相のコイルが交互
にＯＮ(１相励磁)するようにしている。よって、原理的
に二相モータとなり、断線時に対しても滑らかな回転で
作動させることが可能となるため、バネ３２による付勢
力との組み合わせで、ロータ２５を回転可能としてい
る。

【００２４】このように、駆動制御回路５０を上記構成
としていることにより、一相のコイルに断線が発生した
場合、強制的に該断線したコイルと結線している一相の
コイルが断線され、二相に切り替えられ、残りの二相の
コイルに制御パルスを印加によりＯＮして、ロータ２５
を回転可能としている。

【００２４】従って、バルブ２２が開弁位置の時にコイ
ルに断線が生じて故障が発生した場合、シャフト２７を
閉弁方向へ移動させるバネ３２による付勢力と、断線し
た一相のコイルと強制的に断線される一相のコイルを除
く、残りの二相のコイルに励磁パルスを印加することに
よりロータ２５の回転力が上記バネ３２の付勢力と組み
合わされて、バネ３２の付勢力が小さい場合にも、図９
に示すように、バルブ２２は開弁位置から閉弁位置に完
全に復帰させることが出来る。

【００２５】これに対して、コイルが一相断線したのみ
の状態では、残りのコイルに励磁パルスを加えても、ロ
ータ２５に回転制御ができず、よって、バネ３２の付勢
力のみでバルブ２２を閉弁方向へ移動することとなり、
図１０に示すように、閉弁位置までは戻りきらない。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係る四相のコイルを備えた電動機では、一相のコイル
に断線が発生した場合に、該断線したコイルと結線した
一相のコイルを強制的に断線させて、四相を二相に切り
替え、この残りの二相のコイルを励磁することにより、
ロータを滑らかに回転できる。よって、シャフトに作用
するバネ力で小さい場合にも、シャフトをバネの付勢方
向に容易に移動させることが出来る。その結果、シャフ
トに取り付けたバルブを閉弁位置あるいは使用例によっ
ては開弁位置に移動させることが出来る。

【００２７】特に、自動車用エンジンの排気ガス再循環
装置あるいはアイドリング回転速度制御装置等におい
て、通路を開閉するバルブ駆動用に用いた場合には、コ
イル断線による故障発生時に、通路を閉鎖することがで
きるため、エンジン本体に影響が及ぶことを防止でき、
良好な性能を保持できる利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動機を示す断面図である。

【図２】上記電動機のステータの断面図である。

【図３】図２の断面図である。

【図４】電動機の駆動制御回路図である。

【図５】ステータコイルの第１相から第４相を示すため
の概略図である。

【図６】上記四相の励磁コイルを備えた電動機の制御パ
ルスを示す線図である。

【図７】第１相または第３相の励磁コイルが断線した場
合の制御パルスを示す線図である。

【図８】第２相または第４相の励磁コイルが断線した場
合の制御パルスを示す線図である。

【図９】本発明の作用を示す線図である。

【図１０】従来の問題点を示す図９と同様な線図であ
る。

【図１１】自動車エンジンの排気ガス再循環システムを
示す概略図である。

【図１２】従来の電動機を示す断面図である。

【符号の説明】

２２ バルブ ２４(２４Ａ、２４Ｂ) ステータ ２５ ロータ ２７ シャフト ３０、３１ ネジ部 I、II、III、IV 第１相−第４相の励磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺動自在かつ回転不可に支持したシャフ
   トと、該シャフトの外周にシャフトと同軸に配置した略
   円筒状のロータと、該ロータの外周に配置したコイル内
   蔵のステータを備え、上記シャフトの外周に設けたネジ
   部と上記ロータの内周に設けたネジ部とを螺合させて、
   ステータへの通電で回転するロータの回転運動をシャフ
   トの直線運動に変換し、かつ、該シャフトの突出した先
   端部にバルブを取り付けると共に、該シャフトを軸線方
   向の一方へ付勢して上記バルブを開閉方向のいずれかに
   付勢するバネを設けたものにおいて、 上記ステータのコイルを四相のステータコイルから構成
   すると共に、これら四相のステータコイルの中の一相の
   ステータコイルが断線した時に該断線した一相のステー
   タコイルと結線された他の一相のステータコイルへの通
   電を停止して強制的に断線状態とし、ステータコイルを
   四相から二相と切り替える駆動制御回路を設けているこ
   とを特徴とする電動機。