JPH11206093A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転後期に発生するトルクを増大させること
のできるトルクモータを提供する。 【解決手段】 ステータコア４５はロータ４１の外周を
囲んで一対の磁極となるティース部４６、４７と、アー
ム部５１とから形成される。ティース部４６内壁とアー
ム部５１内壁との接点Ｐにおいて、ティース部４６の内
壁の接線方向と、アーム部５１の内壁とのなす角度をア
ーム部取り付け角度θ_P とすると、θ_P を１００°以下
とすることにより、ティース部４６の外周のアーム部５
１との接続部近傍に磁気絞り部４９が形成される。この
ため、ティース部４６の前方からティース部４６をを通
過する磁束がティース部４６内壁の接線方向に押さえ込
まれるため、ティース部４６の後縁４６ｂに向かう永久
磁石４３ａからの磁束がティース部４６内壁と永久磁石
４３ａとの間のギャップをティース部４６内壁の接線方
向に近い方向で斜めに横切り、回転後期に発生するトル
クが増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のスロッ
トル装置等のアクチュエータとして用いられるトルクモ
ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の吸気通路の流路面
積を調整するスロットル弁の回動駆動を制御するトルク
モータとして、図８に示すように表面に貼りつけられた
永久磁石１４３、１４４により一対の磁極を有するロー
タ１４１と、ロータ１４１を取り囲んで磁性体により形
成されるステータコア１４５と、通電することによりス
テータコア１４５に一対の磁極を発生させるコイル部１
５２とを備えるものが知られている。図８に示すトルク
モータ１００では、ステータコア１４５を通過するとき
の磁力の損失を減らすため、磁路長ができるだけ短くな
るように、磁束の屈曲点が少なくなるような形状にステ
ータコア１４５を形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示すような従来のトルクモータ１００においては、永久
磁石１４３、１４４がステータ１４５の磁極に吸引さ
れ、ロータ１４１とステータコア１４５との間のギャッ
プを磁束がロータ１４１の接線方向に近い方向で斜めに
横切ることによってロータ１４１を回転させるトルクを
発生させている。永久磁石１４３、１４４が、ステータ
コア１４５の各磁極の前縁であるＡ点、Ｂ点を通過した
後は、その永久磁石から出てロータ１４１とステータコ
ア１４５との間を通る磁束の流れがステータコア１４５
の内壁に対して垂直に近づくため、トルク発生への寄与
が少なくなる。したがって、トルクモータ１００におい
て主なトルクはステータコア１４５の磁極の前縁である
Ａ点、Ｂ点の近傍で発生していることになり、トルクを
発生させるために同時に利用される永久磁石１４３、１
４４の量は少なく、特にステータコア１４５の磁極の前
縁に向かう永久磁石が少なくなる回転後期にトルクが低
下するという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、回転後期に発生するトル
クを増大させることのできるトルクモータを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のトルクモータによれば、一方のティース部の後縁近傍
の外周に、ステータコアを通る磁束をティース部内壁の
接線方向に近づける磁気絞り部が形成されている。この
ため、ロータが回転してティース部に永久磁石が向かっ
てくる側の縁を前縁とし、他方を後縁とすると、ティー
ス部の前縁を通過後に後縁に向かう磁石から出る磁束
が、ティース部の前縁側からの磁束によりティース部内
壁の接線方向に押さえ込まれ、ロータとステータコアと
の間のギャップをティース部内壁の接線方向に近い方向
で斜めに横切るため、ティース部の後縁近傍においても
ロータを回転させるトルクが発生する。したがって、ロ
ータの回転後期に発生するトルクを増大させることがで
きる。

【０００６】本発明の請求項２または３に記載のトルク
モータによれば、ティース部とアーム部の接続部近傍に
おける一方のティース部の中心軸に対し、接続部近傍に
おけるアーム部の中心軸は接続部の外周側に屈曲し、接
続部の内周側に磁気抵抗が小さい部分が形成されてい
る。このため、ステータコアを通る磁束が接続部で磁気
抵抗の小さい部分に向かって流れやすい。したがって、
ティース部の後縁に向かう磁石から出る磁束がロータと
ステータとの間のギャップをティース部内壁の接線方向
に近い方向で斜めに横切り、ティース部の後縁近傍にお
いてもロータを回転させるトルクを発生させることがで
きるため、回転後期に発生するトルクを増大させること
ができる。ロータを囲む一方のティース部とアーム部と
の接続部におけるティース部内壁の接線とアーム部の内
壁とのなす角度は１００°以下であることが望ましい。

【０００７】本発明の請求項４に記載のトルクモータに
よれば、一方のティース部は後縁から前縁に向かって断
面積が小さくなるように形成されている。このため、テ
ィース部の前縁とロータの永久磁石との間の磁束の流れ
がティース部内壁の接線方向に近づき、ティース部の前
縁で発生するトルクを大きくすることができる。本発明
の請求項５記載のトルクモータによれば、ロータの制御
角度範囲の一方の端は、発生するトルクが増大する立ち
上がり部と発生するトルクが減少する立ち下がり部との
間の中央部における中央を基準として負側にあり、他方
の端は正側にあるため、トルクモータの回転後期に発生
するトルクを増大させることができる。したがって、こ
のトルクモータをスロットル装置に適用した場合、全開
側でのトルクを大きくすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例によるトルクモータ
４０を用いたスロットル装置を図２に示す。図２に示す
スロットル装置１０は、アクセル踏込量に応じてスロッ
トル弁１３の開度を調整するアクセルと機械的にリンク
した機構をもたず、トルクモータ４０によってのみスロ
ットル弁１３の開度を調整するものである。

【０００９】スロットル装置１０のスロットルボディ１
１はベアリング１５および１６を介してスロットル軸１
２を回動自在に支持している。スロットル弁１３は円板
状に形成されており、スロットル軸１２にビス１４で固
定されている。スロットル弁１３がスロットル軸１２と
ともに回動することにより、スロットルボディ１１の内
壁により形成された吸気通路１１ａの流路面積が調整さ
れ、吸気通路１１ａを通過する吸気流量が制御される。

【００１０】スロットル軸１２の一方の端部にスロット
ルレバー２１が圧入固定されており、スロットルレバー
２１はスロットル軸１２とともに回動する。ストッパス
クリュウ２２はスロットルレバー２１を係止することに
よりスロットル弁１３の全閉位置を規定している。スト
ッパスクリュウ２２のねじ込み量を変更することにより
スロットル弁１３の全閉位置を調整できる。

【００１１】回転角センサ３０は、スロットルレバー２
１よりもさらにスロットル軸１２の端部側に配設されて
おり、コンタクト部３１、抵抗体を塗布した基板３２お
よびハウジング３３で構成されている。コンタクト部３
１はスロットル軸１２に圧入されており、スロットル軸
１２とともに回動する。基板３２はハウジング３３に固
定されており、基板３２に塗布された抵抗体上をコンタ
クト部３１が摺動する。基板３２に塗布された抵抗体に
５Ｖの一定電圧が印加されており、この抵抗体とコンタ
クト部３１との摺動位置がスロットル弁１３の開度に応
じて変化すると出力電圧値が変動する。図示しないエン
ジン制御装置（ＥＣＵ）は回転角センサ３０からこの出
力電圧値を入力し、スロットル弁１３の開度を検出す
る。

【００１２】スロットル軸１２の他方の端部にトルクモ
ータ４０のロータコア４２が固定されている。ロータコ
ア４２は鉄等の磁性材料により円筒状に形成される。リ
ターンスプリング１７は、一方の端部をトルクモータ４
０のロータコア４２に固定し、他方の端部をスロットル
ボディ１１に固定し、スロットル弁１３を閉方向に付勢
している。トルクモータ４０の端部はカバー２０により
覆われている。

【００１３】本実施例によるトルクモータ４０を図１に
示す。ロータ４１は、ロータコア４２、および永久磁石
群４３、４４により構成されている。永久磁石群４３、
４４は、それぞれ６個の平板状の永久磁石４３ａ、４４
ａから構成された磁石群であり、ロータコア４２の外周
に接着固定されている。永久磁石４３ａ、４４ａは、そ
れぞれ厚み方向に一方向に着磁された状態で図１に示す
ようにロータコア４２の周上に円弧状に配設されてい
る。したがって、永久磁石群４３、４４は実質的にロー
タ４１の中心から放射状に着磁された構成となってい
る。永久磁石４３ａと永久磁石４４ａとは反対向きに径
方向に着磁されているため、ロータ４１にＮ極およびＳ
極の対をなす磁極が形成される。永久磁石４３ａ、４４
ａは、ネオジム系、サマリウム−コバルト系等の高い磁
力を発生するいわゆる希土類磁石である。

【００１４】ステータコア４５は磁性体からなる薄板を
スロットル軸１２の軸方向に積層して形成されており、
ロータ４１の外周を囲んでステータコア４５の磁極を構
成するティース部４６、４７とアーム部５１とから形成
されている。アーム部５１は、図１に示す方向から見て
略Ｕ字型に形成され、磁束が飽和しないだけの断面積を
有し、かつ体積を小さくするために全長にわたってほぼ
均一の断面積に形成されている。したがって、アーム部
５１の内壁と外壁とはほぼ平行に形成されている。本実
施例では、ティース部４６の内壁とアーム部５１の内壁
との接点Ｐにおいて、ティース部４６の内壁の反回転方
向への接線とアーム部５１の内壁とのなす角度をアーム
部取り付け角θ_P とすると、θ_P は１００°以下とす
る。このため、ティース部４６とアーム部５１との接続
部の内周側に尖った磁気抵抗の低い部分が形成され、テ
ィース部４６内壁の接線方向に磁束が流れやすくなる。

【００１５】ロータ４１が図１に示す回転方向に回転す
るときに、ティース部４６、４７の永久磁石４３ａ、４
４ａが向かってくる側の縁を前縁４６ａ、４７ａと呼
び、他方の縁を後縁４６ｂ、４７ｂと呼ぶ。アーム部５
１の一端はティース部４６の後縁４６ｂに、他端はティ
ース部４７の前縁４７ａに接続されている。ティース部
４６は後縁４６ｂから前縁４６ａに向かって徐々に断面
積が小さくなるように形成され、ティース部４７は前縁
４７ａから後縁４７ｂに向かって徐々に断面積が小さく
なるように形成されている。アーム部５１に巻回された
コイル部５２に通電することにより、ティース部４６、
４７にステータコア４５の一対の磁極が発生し、ロータ
４１の永久磁石４３ａ、４４ａを吸引することにより、
図１に示す回転方向にロータ４１を回転させることがで
きる。

【００１６】本実施例のトルクモータ４０は、永久磁石
４３ａ、４４ａの脱落や破損を防ぐために、ロータ４１
の外周を覆う筒状のカバー４８を設けている。このカバ
ー４８を磁性材料により形成すると、永久磁石４３ａ、
４４ａによりカバー４８が磁化され、ロータ４１の磁極
とティース部４６、４７の内壁との間のエアギャップを
一定に近づけることができる。また、永久磁石４３ａ、
４４ａから出る磁束がカバー４８の中をティース部４６
の内壁の接線方向に通るため、ティース部４６とティー
ス部４７との間のすきまに対応する位置にある永久磁石
４３ａ、４４ａがティース部４６、４７の前縁４６ａ、
４７ａに吸引される。

【００１７】トルクモータ４０は、ロータ４１の所定の
回転角度範囲でロータ４１を図１に示す回転方向に回転
させるトルクを発生させることができる。本実施例で
は、ロータの制御角度範囲の一方の端を、発生するトル
クが増大する立ち上がり部と発生するトルクが減少する
立ち下がり部との間のほぼ平坦なトルクが得られる中央
部における中央を基準として負側の角度とし、制御角度
範囲の他方を正側の角度としている。負方向の角度にロ
ータ４１が位置する状態を回転前期、正の方向にロータ
が位置する状態を回転後期と呼ぶ。

【００１８】ウェーブワッシャ１９は、エンジン運転中
の振動時においてもスロットル軸１２が軸方向に移動し
ないようにスロットル軸１２を一方の軸方向に付勢して
いる。これにより、コンタクト部３１と基板３２との摺
動状態が変化しないのでスロットル弁１３の開度信号が
断絶したり、コンタクト部３１が基板３２と過大な力で
摺動することによる基板上の抵抗体またはコンタクト部
３１の摩耗を防止できる。さらに、ステータコア４５に
対するロータ４１の軸方向位置が変化しないので、ロー
タ４１が受けるトルク変動を抑制できる。

【００１９】図３はアーム部取り付け角θ_P を１００°
以下とした本発明の実施例における磁束の流れを示す図
であり、図４はθ_P を１００°以上とした比較例におけ
る磁束の流れを示す図である。図３に示す実施例では、
ティース部４６の外周のアーム部５１との接続部近傍の
外周側に磁気絞り部４９が形成され、ステータコア４５
を通過する磁束がティース部４６内壁の接線方向に近づ
くため、ティース部４６の前縁側から後縁側に向けて方
からティース部４６を通過する磁束がティース部４６内
壁の接線方向に押さえ込まれる。また、ティース部４６
とアーム部５１との接続部の内周側に、尖った形状に形
成された磁気抵抗の低い部分に向かって磁束が流れやす
い。このため、ティース部４６の後縁に向かう永久磁石
４３ａからの磁束がティース部４６内壁と永久磁石４３
ａを覆うカバー４８との間のギャップをティース部４６
内壁の接線方向に近い方向で斜めに横切るため、ティー
ス部４６の後縁で発生するトルクが増大する。一方、図
４に示す比較例では、θ_Pが大きいため、ティース部４
６の外周に磁気絞り部が形成されず、また接続部の内周
側にも磁気抵抗の低い部分が形成されないため、磁束は
ほとんど屈曲せずにティース部４６からアーム部５１ａ
を通過し、ティース部４６の後縁で発生するトルクは小
さい。

【００２０】図５は、図１のθ_P を変更したときのロー
タ４１の回転角度と発生するトルクの大きさとの関係を
示す特性図である。図５に示すようにθ_P が１００°以
下の実施例においては、回転後期で比較例よりもトルク
が増大している。本実施例のスロットル装置１０では、
図５に示すように概ね平坦なトルク特性が得られる中央
部と、トルクが低下する立ち下がり部との境界近傍の角
度にスロットル弁１３の全開位置が対応し、トルクが増
大する立ち上がり部と中央部との境界近傍の角度に全閉
位置が対応するようにロータ４１のロータコア４２とス
ルットル軸１２を固定する。これにより、広い角度範囲
でスロットル装置の開度を制御するとができ、スロット
ル装置１０の全開時に発生する全開トルクが増大する。

【００２１】図６は、アーム部取り付け角θ_P とスロッ
トル装置１０の全開トルクの大きさの関係を示す特性図
である。θ_P が１００°を越えると、発生するトルクが
低下するため、θ_P は１００°以下とすることが望まし
い。次に、スロットル装置１０の作動について説明す
る。 (1) 正常走行時 車両の正常走行モードにはＩＳＣ（idle speed contro
l) 、通常運転、クルーズコントロール等がある。各モ
ードにおけるスロットル弁１３の開度は、アクセル踏込
量、エンジン回転数等のエンジン運転状態に基づいて図
示しないＥＣＵで演算され、演算された開度に応じた制
御電流がコイル５２に供給される。コイル５２、５７へ
の通電オン時に発生するロータ４１を回動させるトルク
はリターンスプリング１７の付勢力よりも大きいので、
ロータ４１はリターンスプリング１７の付勢力に抗して
回動可能である。

【００２２】ロータ４１の回動にともない回動するスロ
ットル弁１３の開度は回転角センサ３０により検出さ
れ、ＥＣＵにフィードバックされる。そしてこの開度信
号に基づいてＥＣＵからコイル５２、５７に供給する制
御電流が調整される。スロットル弁１３の開度を検出す
ることにより、ロータ４１に働くトルクが温度変化等に
より変動することを防止し、スロットル弁１３の開度を
高精度に制御できる。

【００２３】(2) フェイル時 ＥＣＵで演算されたスロットル弁１３に対する要求開度
と回転角センサ３０で検出した実際のスロッットル弁１
３の開度とが一致しない場合、ＥＣＵによるスロットル
弁１３の開度制御がフェイルしていると判断し、ＥＣＵ
からスロットル弁１３を閉じる信号が送出される。する
とスロットル弁１３はリターンスプリング１７の付勢力
により全閉位置に戻るので、スロットル弁１３が過剰に
開くことを防止できる。

【００２４】また、ＥＣＵにはＥＣＵの故障を常時診断
するサブＥＣＵが搭載されているので、ＥＣＵがフェイ
ルすると、サブＥＣＵの指示によりコイル５２、５７に
供給する制御電流が遮断される。したがって、ＥＣＵが
フェイルしてもリターンスプリング１７の付勢力により
スロットル弁１３を全閉することができる。上記本発明
の第１実施例では、フェイル時においてもスロットル弁
１３を全閉位置に戻すリターンスプリング１７を用いた
が、リターンスプリング１７を用いることなく電磁力の
みでスロットル弁１３を両方向に回動駆動する構成にす
ることも可能である。

【００２５】（第２実施例）本発明の第２実施例を図７
に示す。第１実施例と実質的に同一部分に同一符号を付
す。第２実施例において、ステータコア４５０は磁性材
料のほぼ矩形の薄板を積層して形成され、穴４５１、４
５２を開けることにより磁気抵抗部を形成している。こ
れにより、ステータコア４５０の一方の磁極の後縁近傍
に前記ステータコアを通る磁束をティース部内壁の接線
方向に近づける磁気絞り部４９０が形成され、実質的に
第１実施例のステータコア４５と同様の構成となる。し
たがって、第１実施例と同様にロータ４１の回転後期で
発生するトルクが増大する。

【００２６】本実施例では、磁気抵抗部として、ステー
タコア４５０に穴４５１、４５２を開けているが、ステ
ータコア４５０に多数の小さな穴を開けることや、部分
的に磁気抵抗が異なる複合材料を用いてステータコア４
５０を形成することにより磁気抵抗部を形成することも
可能である。上記の本発明の複数の実施例では、ロータ
４１の磁極を形成するために一方向に着磁した複数の平
板状の永久磁石４３ａ，４４ａを配列したが、各磁極を
放射状に着磁した１つの円弧状の永久磁石により形成す
ることや、複数の円弧状の永久磁石を用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるトルクモータを示す
図２のＩ方向矢視図である。

【図２】第１実施例によるトルクモータの磁束の流れを
示す図である。

【図３】比較例によるトルクモータの磁束の流れを示す
図である。

【図４】第１実施例によるトルクモータにおける回転角
度とトルクの大きさとの関係を示す特性図である。

【図５】第１実施例によるトルクモータにおけるアーム
部取り付け角と図５に示す全開時のトルクの大きさとの
関係を示す特性図である。

【図６】第１実施例によるトルクモータを適用したスロ
ットル装置を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例によるトルクモータを示す
図である。

【図８】従来のトルクモータの磁束の流れを示す図であ
る。

【符号の説明】

４０ トルクモータ ４１ ロータ ４２ ロータコア ４３、４４ 永久磁石群 ４３ａ、４４ａ 永久磁石 ４５ ステータコア ４６、４７ ティース部 ４６ａ、４７ａ 前縁 ４６ｂ、４７ｂ 後縁 ４９ 磁気絞り部 ５１ アーム部 ５２ コイル部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石により磁極が形成されるロータ
   と、 前記ロータを囲む一対のティース部と、一方のティース
   部の後縁と他方のティース部とに両端がそれぞれ接続さ
   れるアーム部とを有し、磁性体により形成されるステー
   タコアと、 前記アーム部に巻回され、通電することにより前記ティ
   ース部に磁極を発生させるコイル部とを備え、 前記一方のティース部の後縁近傍の外周に、前記ステー
   タコアを通る磁束をティース部内壁の接線方向へ近づけ
   る磁気絞り部が形成されていることを特徴とするトルク
   モータ。
2. 【請求項２】 永久磁石により磁極が形成されるロータ
   と、 前記ロータを囲む一対のティース部と、全長にわたって
   ほぼ一定の断面積を有する略Ｕ字型に形成され、一方の
   ティース部の後縁と他方のティース部とに両端がそれぞ
   れ接続部により接続されるアーム部とから成り、磁性体
   により形成されるステータコアと、 前記アーム部に巻回され、通電することにより前記ティ
   ース部に磁極を発生させるコイル部とを備え、 前記接続部近傍における一方のティース部の中心軸に対
   し、前記接続部近傍におけるアーム部の中心軸は接続部
   の外周側に屈曲し、前記接続部の内周側の磁気抵抗が小
   さいことを特徴とするトルクモータ。
3. 【請求項３】 前記一方のティース部と前記アーム部と
   の接続部における前記ティース部の内壁の接線とアーム
   部の内壁とのなす角度が１００°以下であることを特徴
   とする請求項２に記載のトルクモータ。
4. 【請求項４】 前記一方のティース部は、後縁から前縁
   に向かって徐々に断面積が小さくなるように形成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記
   載のトルクモータ。
5. 【請求項５】 ロータの制御角度範囲の一方の端は、発
   生するトルクが増大する立ち上がり部と発生するトルク
   が減少する立ち下がり部との間の中央部における中央を
   基準として負側にあり、他方の端は正側にあることを特
   徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクモ
   ータ。