JPH11299208A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦なトルク特性を有するトルクモータを提
供する。 【解決手段】 ロータコア４２の外周に配設された永久
磁石４３ａ、４４ａにおいて、開弁側を回転方向とした
回転前半部分の３個の永久磁石４３ａ、４４ａは回転後
半部分の３個の永久磁石４３ａ、４４ａよりも発生する
磁束が少なくなるように着磁されている。回転前期にお
いて、ロータ４１を取り囲むステータコアの磁束密度は
低いので、永久磁石４３ａ、４４ａとステータコアとの
間に流れる磁束が有効にロータ４１を回転させるトルク
として働く。一方、回転後期においてステータコアの磁
束密度は高くなるが、回転後半部分に位置する永久磁石
４３ａ、４４ａが発生する磁束は回転前半部分に位置す
る永久磁石４３ａ、４４ａが発生する磁束よりも多いの
で、回転前期とほぼ同じトルクがロータ４１に働く。し
たがって、ロータ４１に働くトルクが平坦化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トルクモータに関
するものであり、例えば内燃機関（以下、「内燃機関」
をエンジンという）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。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気通路の流路面積を調整す
るスロットル装置のアクチュエータとして用いられ、ス
ロットル開度を制御するトルクモータとして図６および
図７に示す構成のものが知られている。ロータ１４１は
複数の永久磁石１４４ａ、１４３ａにより構成される磁
石群１４４、１４３をロータコア１４２の外周に接着剤
等で貼りつけて構成されている。ロータコア１４２に貼
りつけた状態で永久磁石１４４ａ、１４３ａはそれぞれ
ロータ１４１の径方向に対し反対方向に着磁されてお
り、一対の磁極をロータ１４１に形成している。ステー
タコア１４７はロータ１４１の周囲を取り囲んでいる。
コイル部１５２はステータコア１４７のアーム部１５１
に巻回されており、通電することによりステータコア１
４７の内周壁に一対の磁極を発生させる。コイル部１５
２に通電すると、ロータ１４１は所定角度範囲内で回動
可能である。ロータ１４１に働くトルクは、ステータコ
ア１４７の磁極の境界近傍であるＸ部およびＹ部とロー
タ１４１との間で主に働く。

【０００３】例えばスロットル装置のアクチュエータと
してトルクモータを用いる場合、高精度にスロットル弁
の開度を制御するためには、ロータに働くトルクの大き
さはスロットル弁の開度、つまりロータの限られた回転
角度範囲においてほぼ一定であることが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す状態におい
て、コイル部１５２に通電することによりステータコア
１４７の内周壁に形成される磁極が対向しているロータ
１４１の磁極と同じになるようにコイル部１５２に通電
すると、ロータ１４１は図６から図７に示すように矢印
の正方向に回転する。

【０００５】しかしながら、図６に示す回転前期におい
て、ロータ１４１が発生する磁束の向きと、コイル部１
５２が発生した磁束がロータを取り囲むステータコア１
４７を流れる向きは、図６の上方向と下方向の二方向に
大別すれば反対方向である。すると、コイル部１５２が
発生する磁束とロータ１４１が発生する磁束とが打ち消
し合うので、ステータコア１４７を流れる磁束は少な
く、ステータコア１４７の磁束密度は低い。

【０００６】一方図７に示す状態では、ロータ１４１が
発生する磁束の向きと、ロータ１４１を取り囲むステー
タコア１４７が形成する磁束の向きは、前述した二方向
に大別すると同一方向になる。したがって、ステータコ
ア１４７を流れる磁束は増加し、ステータコア１４７の
磁束密度は高くなる。ロータ１４１の回転角度が大きく
なりステータコア１４７の磁束密度が増加すると、ステ
ータコア１４７の磁気抵抗が増加する。ステータコア１
４７の磁気抵抗が増加すると、ロータ１４１とステータ
コア１４７のＸ部およびＹ部との間に流れる磁束の向き
がロータ１４１の回転方向の接線に沿った方向からロー
タ１４１の径方向に沿った方向に向くようになる。ロー
タ１４１とステータコア１４７との間で径方向に磁束が
流れるとロータ１４１が径方向に吸引されるので、磁束
の流れがロータ１４１を回転させるトルクとして働かな
い。永久磁石群１４４、１４３の周方向において発生す
る磁束がほぼ一定であれば、図３の従来例のトルク特性
から判るようにロータ１４１の回転角度が大きくなりス
テータコア１４７の磁気抵抗が増加するに従いロータ１
４１に働くトルクが減少する。このようにロータ１４１
の回転角度によってロータ１４１に働くトルクが変動す
るトルクモータを、スロットル開度を高精度に制御する
ことを要求されるスロットル装置のアクチュエータとし
て用いることは困難である。

【０００７】本発明の目的は、平坦なトルク特性を有す
るトルクモータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１または
３記載のトルクモータによれば、ロータの一方の回転方
向において、ロータに形成される磁極の回転前半部分が
発生する磁束は回転後半部分よりも少ないので、ロータ
に形成される磁極の回転前半部分が発生する磁束を回転
後半部分が発生する磁束と同じにした場合よりも回転前
期においてロータに働くトルクが低下する。また、ロー
タに形成される磁極の回転後半部分が発生する磁束は回
転前半部分が発生する磁束よりも多く、かつロータ全体
の発生磁束が減少しているので、回転後半におけるステ
ーアコアの磁束密度の上昇を低減しステータコアの磁気
飽和を防止している。これにより、ロータに働くトルク
を増加させている。つまり、トルクの上昇しやすい回転
前期のトルクを低下し、トルクの上昇しにくい回転後期
のトルクを増加しているので、回転前期と回転後期とに
おいて変動の少ない平坦なトルク特性を得ることができ
る。このようなトルク特性を有するトルクモータを例え
ばスロットル装置のアクチュエータとして用いると、ス
ロットル開度を高精度に制御することができる。

【０００９】さらに本発明の請求項２記載のトルクモー
タによれば、磁極を形成する永久磁石の回転前半部分が
発生する磁束を回転後半部分よりも少なくしている。こ
れは、例えば永久磁石を着磁するときに着磁の程度を調
整することにより他部品の構成を変えることなく容易に
実現できるので、製造が容易である。さらに本発明の請
求４記載のトルクモータによれば、磁極を形成する永久
磁石の外周を覆うカバーを備えているので、複数の永久
磁石で各磁極を構成しても、ロータの回動に伴う遠心力
等により永久磁石が脱落することを防止できる。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。リターンスプリング１７は、スロットル軸１２
を閉弁方向に付勢している。図１に示すように、ロータ
４１は、ロータコア４２、および永久磁石群４３、４４
により構成されており、永久磁石群４３と永久磁石群４
４との間に隙間４５が形成されている。永久磁石群４
３、４４は、それぞれ６個の平板状の永久磁石４３ａ、
４４ａ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とは径方向に反
対向きに着磁されているため、ロータ４１にＮ極および
Ｓ極の対をなす一対の磁極が形成される。永久磁石群４
３、４４をそれぞれ構成する６個の永久磁石４３ａ、４
４ａにおいて、開弁方向の前半部分に位置する３個の永
久磁石４３ａ、４４ａは開弁方向の後半部分に位置する
３個の永久磁石４３ａ、４４ａよりも発生する磁束が少
なくなるように着磁されている。開弁方向は、特許請求
の範囲に記載した「一方の回転方向」を表している。永
久磁石４３ａ、４４ａ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。

【００１５】カバー４６は磁性材で円筒状に形成されて
おり、永久磁石群４３、４４の外周を覆っている。カバ
ー４６はロータコア４２から各永久磁石４３ａ、４４ａ
が脱落することを防止している。ステータコア４７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の外周を囲んでいる。

【００１６】アーム部５１とアーム部５１に巻回された
コイル部５２とにより、ソレノイド部５０が構成されて
いる。コイル部５２に通電することにより、ロータ４１
を取り囲むステータコア４７の内周壁に１対の磁極が形
成される。ロータ４１の磁極がステータコア４７の磁極
に吸引されることにより、所定の回転角度範囲におい
て、トルクモータ４０は図１に示すスロットル弁の開弁
方向およびその逆方向である閉弁方向にロータ４１を回
転させるトルクを発生させることができる。

【００１７】図２に示すウェーブワッシャ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４７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。

【００１８】永久磁石が発生する磁束以外の第１実施例
の構成は図６および図７に示す従来例と実質的に同一で
あるから、トルクモータ４０の作動について図６および
図７を用いて説明する。図６および図７では、カバー４
６は省略されている。図６および図７に示す符号の下二
桁が第１実施例の符号と対応している。正方向は開弁方
向、負方向は閉弁方向に対応している。以下、回転また
は回転方向という場合は開弁方向（正方向）を意味す
る。

【００１９】永久磁石群４３、４４の回転前半部分に位
置する永久磁石４３ａ、４４ａが発生する磁束は永久磁
石群４３、４４の回転後半部分に位置する永久磁石４３
ａ、４４ａが発生する磁束よりも少ない。しかし、図６
に示す回転前期の状態において、コイル部５２への通電
によりステータ４７が発生している磁束の向きと、ロー
タ４１が発生している磁束の向きとは、従来例で述べた
ように大別すれば反対方向であるから、ステータコア４
７を流れる磁束は少なく、磁束密度は低い。したがっ
て、回転前半部分に位置する永久磁石４３ａ、４４ａと
Ｘ部、Ｙ部との間に流れる磁束はロータ４１の接線方向
に沿って流れる。したがって、回転前半部分に位置する
永久磁石４３ａ、４４ａとＸ部、Ｙ部との間に流れる磁
束が有効にロータ４１を回転させるトルクとして働く。

【００２０】図７に示すようにロータ４１がさらに開弁
方向に回転すると、コイル部５２への通電によりステー
タ４７に発生している磁束の向きと、ロータ４１から発
生している磁束の向きとは、従来例で述べたように大別
すれば同一方向であるから、ステータコア４７を流れる
磁束は増加し、磁束密度は高くなる。したがって、回転
後半部分に位置する永久磁石４３ａ、４４ａとＸ部、Ｙ
部との間に流れる磁束は、ロータ４１の接線方向から径
方向に沿って流れるようになり、磁束がロータ４１を回
転させるトルクとして作用しにくくなる。しかし、回転
後半部分に位置する永久磁石４３ａ、４４ａが発生する
磁束は回転前半部分に位置する永久磁石４３ａ、４４ａ
が発生する磁束よりも多いので、回転前期とほぼ同じト
ルクがロータ４１に働く。

【００２１】したがって第１実施例において、図３に示
すように、回転前期および回転後期を通じてロータ４１
に働くトルクが平坦化される。この平坦なトルク特性の
範囲内においてスロットル弁１３の開度を制御すること
により、スロットル弁１３の開度を高精度に制御でき
る。 （第２実施例）本発明の第２実施例によるトルクモータ
のロータ部分を図４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。

【００２２】図４の（Ａ）に示すロータコア４２の外周
に装着されている永久磁石６１ａ、６２ａは同量の磁束
を発生するように着磁されている。図４の（Ｂ）に示す
ように、永久磁石群６１、６２の外周を覆う磁性材で形
成されたカバー６３に、永久磁石群６２の回転前半部分
において回転前方から回転後方に向け間隔が短くなる孔
６３ａが設けられている。孔６３ａの径方向反対側にも
永久磁石群６２の回転前半部分において回転前方から回
転後方に向け間隔が短くなる孔６３ａが設けられてい
る。

【００２３】したがって、永久磁石群６１、６２の回転
前半部分の外周に位置するカバー６３の磁気抵抗は、永
久磁石群６１、６２の回転後半部分の外周に位置するカ
バー６３の磁気抵抗よりも大きく、永久磁石群６１、６
２の回転前半部分に位置するロータ６０から発生する磁
束は永久磁石群６１、６２の回転後半部分に位置するロ
ータ６０から発生する磁束よりも少ない。したがって、
第１実施例と同じく平坦なトルク特性を有するトルクモ
ータ６０を構成できる。

【００２４】（第３実施例）本発明の第３実施例による
トルクモータのロータ部分を図５に示す。第１実施例お
よび第２実施例と実質的に同一部分に同一符号を付す。
回転前半部分に位置する永久磁石６１ａ、６２ａの内周
側において、ロータコア４２の外周に非磁性材７１ａ、
７１ｂ、７１ｃが回転方向の前方から順に埋めこまれて
いる。非磁性材７１ａ、７１ｂ、７１ｃが埋められてい
るロータコア４２の回転前半部分の磁気抵抗は非磁性材
７１ａ側から非磁性材７１ｃ側に向かって小さくなって
おり、ロータコア４２の回転前半部分の磁気抵抗はロー
タコア４２の回転後半部分の磁気抵抗よりも大きい。し
たがって、回転前半部分に位置する永久磁石６１ａ、６
２ａに対応するロータ７０から発生する磁束は回転後半
部分に位置する永久磁石６１ａ、６２ａに対応するロー
タ７０から発生する磁束よりも減少する。

【００２５】したがって、回転前半部分に位置する永久
磁石６１ａ、６２ａに対応するロータ７０の領域から発
生する磁束が減少する。これにより、第１実施例と同じ
く平坦なトルク特性を有するトルクモータ７０を構成で
きる。以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数
の実施例では、ロータの一方の回転方向において回転前
半部分に位置する永久磁石に対応した領域のロータが発
生する磁束を回転後半部分に位置する永久磁石に対応し
た領域のロータが発生する磁束よりも減少させている。
したがって、ステータコアの磁束密度が低く、磁気抵抗
が低いことにより大きなトルクが発生する可能性のある
回転前期においてロータに働くトルクを抑制し、ステー
タコアの磁束密度が高く、磁気抵抗が高いことにより大
きなトルクが発生しにくい回転後期においてロータに働
くトルクを上昇させることができる。したがって、ロー
タの所定の回転角度範囲内において平坦なトルク特性を
得ることができる。

【００２６】したがって、例えばスロットル装置のよう
に高精度な開度制御を必要とする装置のアクチュエータ
として用いると効果的である。上記複数の実施例では、
ロータ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。

【００２７】また、本発明の複数の実施例では、ステー
タコアはロータを収容する収容孔に切れ目のないスロッ
トレスとしたが、ステータコアの一方の磁極となるティ
ース部と他方の磁極となるティース部との間に隙間をあ
けた構成とすることも可能である。

【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用い
たスロットル装置を示す図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を用いたスロッ
トル装置を示す断面図である。

【図３】第１実施例および従来例の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４】（Ａ）は本発明の第２実施例によるトルクモー
タのロータ部分を示す図１と同一方向からの矢視図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。

【図５】本発明の第３実施例によるトルクモータのロー
タ部分を示す図１と同一方向からの矢視図である。

【図６】本実施例および従来例におけるトルクモータの
回転状態を示す模式的説明図である。

【図７】本実施例および従来例におけるトルクモータの
回転状態を示す模式的説明図である。

【符号の説明】

１０ スロットル装置 １１ スロットルボディ １２ スロットル軸 １３ スロットル弁 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 ４７ ステータコア ５０ ソレノイド部 ５１ アーム部 ５２ コイル部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁極を形成する永久磁石を有するロータ
   と、 前記ロータを囲むステータコアと、 通電することにより前記ステータコアに磁極を形成する
   コイル部とを備え、 前記ロータの一方の回転方向において、前記ロータに形
   成されている磁極の回転前半部分が発生する磁束は回転
   後半部分が発生する磁束よりも少ないことを特徴とする
   トルクモータ。
2. 【請求項２】 磁極を形成する前記永久磁石の回転前半
   部分が発生する磁束は回転後半部分が発生する磁束より
   も少ないことを特徴とする請求項１記載のトルクモー
   タ。
3. 【請求項３】 磁性材で形成されており前記永久磁石の
   外周を覆っているカバーを備え、磁極を形成する前記永
   久磁石の回転前半部分の外周に位置する前記カバーは前
   記永久磁石の回転後半部分の外周に位置するカバーより
   も磁気抵抗が大きいことを特徴とする請求項１記載のト
   ルクモータ。
4. 【請求項４】 前記ロータは前記永久磁石を外周に配設
   するロータコアを有し、前記磁極を形成する前記永久磁
   石の回転前半部分の内周に位置する前記ロータコアは前
   記永久磁石の回転後半部分の内周に位置する前記ロータ
   コアよりも磁気抵抗が大きいことを特徴とする請求項１
   記載のトルクモータ。