JPH0799212B2 - ロ−タリソレノイド式アクチユエ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータリソレノイド式アクチュエータに関し、
流体の通過流量を可変制御するものである。本発明のア
クチュエータは、例えば自動車の吸入空気量の制御用に
用いて有効である。

〔従来技術および問題点〕

従来より自動車の吸入空気量を電磁式アクチュエータで
制御することは知られていた（特開昭57−73839号公
報）。

従来のアクチュエータでは、低温域においての制御は、
もっぱらバイメタルもしくはサーモワックス等を用いた
空気流量制御弁により行なっており、電磁式アクチュエ
ータは高温域における空気流量の制御用に用いられてい
た。これは、吸入空気流量制御の安全性を図るためで、
１つの電磁式アクチュエータで低温域から高温域で幅ひ
ろく制御するようにすれば、温度センサー等の故障時に
はアクチュエータを正確に制御することが出来なくなる
からである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、１つのソレノイド式アクチュエータで低温域
から高温域まで幅ひろく流体流量の制御をすることを目
的とする。

また本発明のアクチュエータは、電磁コイルもしくはバ
イタメル等の可動部位に故障が生じたとしても、円滑な
作動が接続可能なアクチュエータとすることを目的とす
る。

〔構成および作動〕

上記目的を達成するため、本発明では弁体が固定された
駆動軸に、磁石を配設し、この磁石の対向する位置に電
磁コイルを配設する。また磁石にはバイメタル性のスプ
リングの一端を係止させ、このバイメタル性スプリング
の他端はハウジングに係止するものとする。

本発明によれば、電磁コイルの励磁力により駆動軸の回
転制御を行い、その駆動軸の回転に応じ弁体を変位さ
せ、それによって流体流量の制御を行なう。また本発明
のアクチュエータでは、バイタメル性のスプリングが駆
動軸の回転方向へ抵抗として働くこととなる。従って、
本発明のアクチュエータでは、一定の励磁力により弁体
を回転駆動させることができるとともに、その回転駆動
の大きさは、バイメタル性スプリングの抵抗力により温
度に応じ可変されることとなる。

さらに、本発明のアクチュエータでは、バイメタル性の
スプリングにより基本的には、駆動軸の中立位置に戻さ
れるように構成される。また本発明のアクチュエータで
は、駆動軸に固定された磁石によっても、その磁力によ
り駆動軸が中立位置に戻されるように構成される。従っ
て、本発明のアクチュエータでは電磁コイル側もしくは
バイメタル側のいずれかで何らかの不具合が生じたとし
ても、駆動軸は中立位置まで戻されることが可能とな
り、円滑な作動が持続可能となる。

〔実施例〕

以下本発明アクチュエータの一実施例を図に基づいて説
明する。

第１図中１はアルミニウムもしくは樹脂材料性のハウジ
ングで、このハウジング１には自動車のエアフィルター
21と連通する吸入管入口14およびエンジン25と連通する
吸入管出口13が開口している。なおハウジング１を樹脂
材料性とした場合にはポリブチレンテレフタレート（PB
T）もしくはナイロン性とするのが望ましい。またハウ
ジング１内には軸受6,9が固定されており、この軸受6,9
を介し、駆動軸８が回転自在に支持されている。駆動軸
８には絞り弁７が固定されており、駆動軸８の回転に応
じ絞り弁７の回動位置が可変制御される。第５図に示す
ように絞り弁７は吸入管入口14,出口13間の流通通路面
積を可変制御するものである。

ハウジング１にまたエンジン冷却水通路室12が形成され
ており、この通路室はエンジン冷却水導出孔16およびエ
ンジン冷却水導入孔15と連通している。従って、エンジ
ン冷却水はこのハウジングの通路室12内を通過すること
となる。

ハウジング１のうちエンジン冷却水通路室12のすぐ内方
にはインナーハウジング10が圧入されており、このイン
ナーハウジング10にはまた、駆動軸８と対向する位置に
ボス部32が形成されている。

11はバイメタル性のコイルスプリングで、その一端がイ
ンナーハウジング10のボス部32に係合している。またバ
イメタル性スプリング11の他端は駆動軸８に係合してい
る。従って、このバイメタル性スプリングのばね力によ
り、駆動軸８の回動は制限される方向に抵抗力を受け
る。

駆動軸８にはまた円筒状の磁石５が圧入されている。こ
の磁石５は第４図に示すようにメインコア内に回転可能
に配設されている。メインコア４は磁性材料よりなり、
磁石５と対向する部位にはディテント溝17が形成されて
いる。このディテント溝により磁石５周囲の磁束密度が
不均一となるように構成されている。メインコア４の側
方にはサブコア18が形成されている。このサブコア18も
磁性材料よりなり、またサブコア18はディテント溝17と
直角方向に形成されている。このサブコア18は電磁コイ
ル20,30からの磁力に応じ、磁石５が直線状に回転変位
するように設けられたものである。第１コイル20および
第２コイル30はそれぞれメインコア４上に巻線されてお
り、第１コイル20と第２コイル30とはサブコア18を介し
て対称となる位置に配設される。３はヨークで、メイン
コア4,サブコア18および電磁コイル20,30を覆うように
形成されている。このヨークも磁性材料よりなる。

第１コイルおよび第２コイル20,30に印加される電圧に
応じ、第１コイル，第２コイルは励磁し、その励磁力に
より磁石５が回転する。この状態を第６図乃至第９図に
基づいて説明する。第６図は第１コイルおよび第２コイ
ルとも無通電の状態で、この状態ではディテント溝17に
より持続ループの不均一が生じ、その結果第６図に示す
ように磁石５は磁極がサブコア18と対向するような位置
で停止している。

第７図は第１コイルが励磁した状態を示す。すなわち第
１コイル20が励磁すると、図中矢印で示すような磁束ル
ープがメインコア４およびヨーク３に発生する。ここ
で、メインコア４はディテント溝17周囲でその断面積が
小さくなっているため、そこにおいて磁束が飽和する。
その結果、磁束はメインコア４より磁石５側へ流れる。
従って、第７図に示すように磁石５は回転することとな
る。

第８図は第２コイル30が励磁した状態を示す。この状態
では、上述の第７図図示状態とは逆方向に磁束が流れ、
その結果磁石５も第７図図示状態とは逆方向に回転す
る。

また第９図は第１コイル20と第２コイル30との両方が励
磁した状態を示す。このような状態は、第１コイル20お
よび第２コイル30に印加される電流の時間割合、すなわ
ちデューティ比に基づいて制御されることとなる。

第10図ないし第13図はデューティ比とトルクの特性を示
す。また第14図から17図はデューティ比と電流特性との
関係を示す。さらに18図から21図はデューティ比と流量
との関係を示す。そして各図はそれぞれ第６図の無通電
状態、第７図の第１コイル20通電状態，第８図の第２コ
イル30通で状態および第９図の両コイル20,30通電状態
に対応する。第17図に示すように、デューティ比特性は
第１コイル20に通電する時間と第２コイル30に通電する
時間との時間割合の制御となる。そして第21図に示すよ
うに、両方のコイル20,30に通電される時間制御により
合成の特性が得られる。

このデューティ比の制御は第1,第２コイル20,30へ電気
信号を出力するコンピュータ22によって制御される。な
おコンピュータ22はエンジン回転数等を検出する各種セ
ンサー23からの信号に基づいて最適デューティ比を出力
するものである。

電磁コイル20,30のみであれば、第21図中破線で示すよ
うな特性となるのであるが、本例のアクチュエータで
は、電磁コイル20,30の他にバイメタル性スプリング11
を用いている。このスプリング11もまた駆動軸８に対し
回転方向の抵抗力を与えるものである。従って、駆動軸
８は電磁コイル20,30に印加される電流のデューティ比
制御値と、バイメタル性スプリング11の抵抗力との合力
により、その回転角が制御されることとなる。

しかもバイメタル性スプリング11のばね力は、バイメタ
ルが設置される環境温度に応じて変化することとなる。
すなわち、本例のものでは、バイメタル性スプリング11
の環境温度が低くなれば、バイメタル性スプリング11の
巻締力は小さくなり、逆にバイメタル性スプリングの環
境温度が高くなればスプリング11の巻締力が大きくなる
ように構成されている。従って、環境温度が低い状態、
例えば−30℃程度では、第２図中実線イで示すように、
電磁コイルのデューティ比制御が同じ状態であっても、
回転角が大きくなり、その結果多量の吸入空気が吸入管
入口14,出口13間を流れることとなる。

そして環境温度が高くなってくれば、例えば環境温度が
30℃程度となれば第２図中実線ロで示すような特性とな
る。さらに環境温度ハが高くなり例えば90℃程度となれ
ば、第２図中実線ハで示すような特性となり、上述のデ
ューティ比制御にもかかわらず弁７の回転角は小さくな
り、その結果吸入管を流れる吸入空気流量は小さなもの
となる。

なお第３図は第１コイルおよび第２コイルに印加される
電流のデューティ比制御状態を示す説明図であり、本例
では１サイクルが例えば4msecとなっている。

以上説明したように本例のアクチュエータによれば、第
１コイルおよび第２コイル20,30に印加される電流のデ
ューティ比制御と、バイメタル性スプリング11との双方
により駆動軸８の回転が制御され、低温域から高温域に
かけ幅ひろい領域で空気流量の制御が可能となる。

ここで、何らかの理由で第１コイル20もしくは第２コイ
ル30のいずれかが故障したとする。その場合には、駆動
軸８に加わる回転トルクのアンバランスが生じ、一時的
には駆動軸が大きく回転しようとする。しかしながら、
本例のアクチュエータではこのような場合であっても、
駆動軸の回転を規制する方向にバイメタル性スプリング
11が働くため、瞬時に絞り弁７が大きく変動することは
ない。その結果、エンジンの運転に大きな変調をきたす
こともない。

一方のコイル20,30が故障すれば、その結果絞り弁７の
変位は多少は生ずることとなる。しかしながらこの場
合、多少絞り弁の変位が生じたとしても、そのことは、
結果としてエンジン25の回転数を変化させることとな
り、またエンジンの回転数はセンサ23によって検出され
るため、コンピュータ22においてフィードバックされ、
故障しないで得るほうのコイルにその状態での最適なデ
ューティ比制御信号が出力されることとなる。

また、なんらかの理由でバイメタル性スプリング11が変
調をきたした場合には、スプリング11のばね力が所定値
よりはずれ、駆動軸８に回転方向の力を加えることとな
る。しかしながら、バイメタル性スプリングの変調は急
激には生じない。その結果絞り弁７は徐々に変化しよう
とすることとなるが、この場合であっても、絞り弁の変
化はエンジン25の回転数変化となり、エンジン25の回転
数変化はセンサ23を介しコンピュータ22にフィードバッ
クされるため、第１コイル，第２コイル20,30にそのバ
イメタル性スプリングのスプリング力を保障するような
信号が出力されることとなる。その結果、本例のアクチ
ュエータでは、たとえばバイメタル性スプリングが変調
をきたすことがあるとしても、そのことによりエンジン
の運転特性を大きく悪化させることはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明アクチュエータによれば、単
一のアクチュエータにより、低温域から高温域まで幅ひ
ろく流量の制御ができる。しかも本発明のアクチュエー
タは常に安全サイドに保障されているため、信頼性が極
めて高くなるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アクチュエータの一実施例を示す断面
図、第２図は第１図図示電磁コイルおよびバイメタル性
スプリングの特性を示す説明図、第３図は第１図図示電
磁コイルに印加されるデューティ比制御状態を説明する
説明図、第４図は第１図のＡ−Ａ断面図、第５図は第１
図のＢ−Ｂ断面図、第６図〜第９図は第１図図示磁石の
回転状態を示す説明図、第10図〜第13図は第１図図示電
磁コイルのデューティ比とトルク特性との関係を示す説
明図、第14図〜第17図はそれぞれ第１図図示電磁コイル
のデューティ比と電流特性との関係を示す説明図、第18
図〜第21図はそれぞれ第１図図示電磁コイルのデューテ
ィ比と流量特性との関係を示す説明図である。 １……ハウジング,3……ヨーク,4……メインコア,5……
磁石,7……弁体,8……駆動軸,11……バイメタル性スプ
リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−141837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−231280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−147526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−237842（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−85422（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流入孔および流体流出孔を有するハウ
   ジングと、このハウジングに回転自在に配設された駆動
   軸と、この駆動軸に固定され駆動軸の回転に応じ前記流
   体流入孔および流出孔間の連通通路面積を可変制御する
   弁体と、前記駆動軸に固定された磁石と、この磁石と対
   向配置された電磁コイルと、一端が前記ハウジングに係
   止され他端が前記駆動軸に係止されたバイメタル性のス
   プリングとを備え、前記電磁コイルの磁力と前記磁石と
   の間による磁力により前記駆動軸を回転制御するととも
   に、前記バイメタル性スプリングのばね力により前記駆
   動軸の回転方向に所定の抵抗力を生じ、さらに前記バイ
   メタル性スプリングの回転方向抵抗力は温度に応じ可変
   するよう構成したロータリソレノイド式アクチュエー
   タ。