JPH11146625A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクリップルが発生せず、安定したトルク
を発生させることのできるトルクモータを提供する。 【解決手段】 複数の同一寸法の平板磁石４３ａと４４
ａとがロータコア４２の外周の対称位置に配列されてい
る。一つの平板磁石４３ａまたは４４ａがロータコア４
２の外周上で周方向に占める角度をＡとすると、ステー
タ４５と４６との間の二つのスロット連結部４８、４９
はロータ４１の周方向の１８０°反対側から角度Ａの１
／２だけずれた位置にある。ソレノイド部５０と５５は
ロータ４１の周方向の１８０°反対側から角度１／２Ａ
だけずれた位置にスロット連結部４８、４９と対向して
配置されている。これにより、スロット連結部４８、４
９近傍で発生するトルクリップルが打ち消し合い、安定
したトルクが発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトルクモータに関
し、特に流量制御弁等に用いられるトルクモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平３−３１５２９号公報
や特開平６−２５３５１６号公報に開示されているよう
に、円弧状の磁石を用いたトルクモータが知られてい
る。これらは内燃機関の吸気流量制御弁のような弁装置
のアクチュエータとして用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、円弧状磁石
の製造には通常、切削工程を必要とするため加工に手間
がかかり、また材料が無駄になる部分が多いためコスト
がかかる。そこで、複数の平板磁石を密着させてロータ
コアの外周に配列し、または複数の磁石を間隔をあけて
配置して全体として二極をもつロータを構成することが
考えられる。

【０００４】しかしながら、上記のように複数の磁石を
配列した場合は、磁石と磁石との間で磁気力が低下す
る。また、磁石を密着させて配置した場合でも、着磁方
向の違いにより磁石と磁石との間で磁気力が低下する。
さらに、磁石として平板状の磁石を用いた場合は、磁石
とステータ内壁との間のギャップが周方向で変動し、発
生する磁気力が変動する。これらの理由により、トルク
モータが発生させるトルクがロータの回転角によって周
期的に変動するトルクリップルが発生し、安定したトル
クが得られないため、精密な制御が難しいという問題が
あった。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、トルクリップルが発生せず、安定
したトルクを発生させることのできるトルクモータを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
トルクモータによれば、ステータの一方の磁極の前縁が
ロータの一方の磁極の磁石の縁に対応するときに、前記
ステータの他方の磁極の前縁がロータの他方の磁極の磁
石のほぼ中央に対応するように配置されているため、ロ
ータの磁極を複数の磁石を配列した磁石群により形成し
た場合に生じる周期的なトルク変動が打ち消され、所定
範囲でのロータの回転角に応じたトルクの大きさをほぼ
一定にすることができる。したがって、トルクモータの
回転角度を精密に制御しやすくなる。例えばロータに設
けられる磁石として複数の平板磁石を用いた場合やロー
タコアに間隔をあけて複数の磁石を配置した場合に好適
である。

【０００７】本発明の請求項２記載のトルクモータによ
れば、ロータに設けられる磁石は平板状であるため、円
弧状の磁石を用いる場合と比較して磁石製造のコストを
低減することができる。

【０００８】なお、ステータの一方の磁極の前縁がロー
タの一方の磁極の磁石の縁に対応するときに、ステータ
の他方の磁極の前縁がロータの他方の磁極のほぼ中央に
対応するように配置するためには、例えば、ロータ上の
一対の磁石の回転軸に対する配置角度と、ステータ上の
一対の磁極の前縁の配置角度とを、ロータ上の磁石ピッ
チの半分だけずらすという手法を採用することができ
る。例えば、ロータ上の一対の磁極の回転軸に対する配
置角度を１８０°としてステータ側の一対の磁極を前縁
の配置を非対称位置とする手段、ステータ側の一対の磁
極の前縁の配置を回転軸に対して１８０°として、ロー
タ側の一対の磁極を構成する２つの磁石群の配置を非対
称位置とする手段、あるいはステータ側の一対の磁極の
前縁の配置と、ロータ側の２つの磁石群の配置との両方
を非対称とする手段を採用することができる。

【０００９】また、ステータの磁極の縁は、後述するス
ロットレス構造においては対をなす磁極との境界とし
て、あるいは実質的な磁極としての機能をなす範囲の縁
として定めることができ、スロットを備える構造におい
てはそのスロットに面する磁極の構造上の縁として定め
ることができる。

【００１０】本発明の請求項３記載のトルクモータによ
れば、磁石のほぼ中央とは、磁石を周方向に二等分する
位置から磁石ピッチの１／１２以内の位置である。その
ため、製造上の公差を許容して組み立て作業を容易にし
つつ、ロータの回転角によるトルクの変動を最小限に抑
えることができる。

【００１１】

【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
を用いたスロットル弁制御装置を図１および図２に示
す。図２に示すスロットル弁制御装置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。

【００１２】スロットル弁制御装置１０のスロットルボ
ディ１１はベアリング１５および１６を介してスロット
ル軸１２を回転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１
４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１
１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。

【００１３】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と当接することに
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。

【００１４】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。図示しない電子
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。

【００１５】スロットル軸１２の他方の端部には、図１
に示すようにロータ４１、コア４５、４６、一対のソレ
ノイド部５０および５５によりトルクモータ４０が構成
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。ロータ４１の回転方向は図１に示す時
計方向である。

【００１６】ロータ４１は、スロットル軸１２に圧入固
定したロータ本体としてのロータコア４２と、ロータコ
ア４２の径方向反対側の外周にそれぞれ設けられた磁石
群４３、４４とから構成される。磁石群４３、４４は複
数の同一寸法の平板磁石４３ａ、４４ａをロータコア４
２の外周に接着してなる。これら平板磁石４３ａ、４４
ａの各々はその磁石群内において周方向に密着して配列
されている。磁石群４３の平板磁石４３ａと磁石群４４
の４４ａとは、それぞれ同数がロータコア４２の外周の
１８０°反対側に対称に設けられている。

【００１７】各平板磁石４３ａ、４４ａはロータ４１の
径方向に着磁されていて、磁石群４３、４４のうち一方
の径方向外側がＮ極となり、他方がＳ極となる。これに
より、ロータ４１の回転軸に対して平行な面の一方側を
Ｎ極とし、他方側をＳ極とすることができる。平板磁石
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の永久磁石を
用いることが望ましいが、フェライト系磁石のような他
の永久磁石を用いることもできる。

【００１８】ステータはコア４５、４６とソレノイド部
５０、５５とを備える。コア４５、４６により、ロータ
４１を収容する収容孔４７が形成されている。コア４
５、４６は、収容孔４７に面する一対の磁極を形成して
いる。そして、コア４５、４６にはソレノイド部５０、
５５が連結され、ソレノイド部５０、５５によりコア４
５、４６が励磁される。

【００１９】コア４５、４６は、磁性鋼板の薄板をスロ
ットル軸１２の軸方向に積層して形成され、収容孔４７
を形成するように対向させて配置、固定されている。こ
れらコア４５、４６は、スロット連結部４８、４９で密
着して突き合わされている。このため、コア４５、４６
が形成する収容孔４７は、ロータからみて実質的にスロ
ットのないスロットレス構造となっている。

【００２０】スロット連結部４８、４９は、磁束通路と
しての断面積を十分に小さくするように薄く形成されて
いる。そして、このスロット連結部４８、４９によりス
テータが形成する一対の磁極の境界が形成されている。
これらスロット連結部４８、４９は、ロータ４１から見
て非対称位置に配置されている。ロータ４１上の平板磁
石４３ａ、４４ａの配置ピッチ角をＡとすると、スロッ
ト連結部４８、４９は１８０°反対側の対称位置から磁
石ピッチ角Ａの半分（１／２）だけずれた位置に互いに
位置している。これにより、ロータ上の一対の磁極と、
ステータ上の一対の磁極とは、ロータ上の磁石ピッチの
半分だけずれて配置される。

【００２１】ソレノイド部５０および５５はそれぞれ鉄
心５１および５６にコイル５２および５７を巻回して形
成されており、ロータ４１を挟むようにコア４５、４６
の間に固定されている。ソレノイド部５０と５５はロー
タ４１の周方向の１８０°反対側から角度Ａの１／２だ
けずれた位置にスロット連結部４８、４９と対向して配
置されている。コイル５２および５７に通電することに
より、ステータのコア４５、４６の一方にＮ極、他方に
Ｓ極の二極が生成される。磁石群４３、４４により生成
されたロータ４１側の磁極と、通電により生成されたス
テータ側の磁極とにより、ロータ４１を回動させるトル
クが発生する。リターンスプリング１７は、一方の端部
をロータコア４２に固定し、他方の端部をねじ１８に固
定し、スロットル弁１３を閉方向に付勢している。

【００２２】図３は図１に示すような構成のトルクモー
タにおいて生成するステータ側の磁極の位置と平板磁石
の位置の関係を説明する模式図である。複数の平板磁石
はロータの周方向両側にそれぞれ対称に配置され、ステ
ータのＮ極とＳ極がロータを囲むように形成されてい
る。ステータのＮ極及びＳ極において、ロータの回転に
より磁石が向かってくる側の縁をその磁極の前方の縁ま
たは前縁と呼ぶ。Ｎ極の前方の縁とＳ極の前方の縁との
位置は対称の位置から磁石ピッチの大きさの半分だけず
れているので、ステータの一方の磁極（ここではＳ極）
の前方の縁が、ロータの磁石ピッチの縁に対応するとき
に、ステータの他方の磁極（ここではＮ極）の前方の縁
は、磁石ピッチのほぼ中央に対応する。

【００２３】図１３は比較例を示す。図１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。比較例にお
いては、平板磁石４３ａ、４４ａは、第１実施例と同様
にそれぞれ同数がロータコア４２の外周の１８０°反対
側に対称に設けられている。コア４５３と４６３とはほ
ぼ対称に設けられ、二つのスロット連結部４８３、４９
３はロータ４１を挟んで１８０°反対側の位置にある。

【００２４】図５および図６は比較例と第１実施例のト
ルクモータによる回転角度と発生するトルクの大きさの
関係を示す特性図である。比較例のトルクモータによっ
て発生するトルクは、図１３のスロット連結部４８３、
４９３近傍のＸ部およびＹ部において最も強く発生する
二つのトルクの合成である。平板磁石４３ａと４４ａと
はロータコア４２の外周の対称する位置にあり、スロッ
ト連結部４８３と４９３もロータ４１を挟んで対称の位
置にある。したがって、ロータの回転に伴って両磁極の
縁であるＸ部とＹ部とに同時に磁石の縁部がかかり、同
時に磁石の中央部が対応することになる。そのため、図
５に示すように無通電時、通電時共にロータの回転角の
変化によって周期的にトルクが変動するトルクリップル
が発生する。

【００２５】一方、本実施例では、スロット連結部の近
傍、すなわちＮ極の前方の縁とＳ極の前方の縁との位置
が対称の位置から磁石ピッチの大きさの半分だけずれて
いるので、Ｎ極とＳ極とで発生するトルクの回転角によ
る変動の周期の位相が互いに半波長ずれる。これによ
り、Ｎ極側とＳ極側とで発生するトルクリップルが打ち
消し合い、図６に示すように無通電時、通電時共に所定
の回転角範囲でほぼ一定のトルクを得ることができる。
したがって、ロータの回転角を精密に制御しやすくな
る。

【００２６】図３に示す例では、平板磁石を密着させて
配置した場合について説明したが、図４に示すように平
板磁石または円弧状磁石を間隔をあけて配置した場合で
も同様の効果を得ることができる。また、図１に示す実
施例では、スロット連結部４８、４９を密着させて実質
的なスロットレス構造としたが、スロット連結部４８、
４９にエアギャップを形成してもよい。

【００２７】次に、スロットル弁制御装置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Ｅ
ＣＵ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、５７に供給される。コイル５２および５７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。

【００２８】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および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。

【００２９】(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。

【００３０】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および５
７に供給する制御電流が遮断される。したがって、ＥＣ
Ｕ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。

【００３１】（第２実施例）本発明の第２実施例のトル
クモータを図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実施例では、ステータのコア４
５１と４６１とはほぼ対称に配置され、二つのスロット
連結部４８１、４９１はロータ４１の周方向に１８０°
反対側の対称する位置にある。ソレノイド部５０、５５
はスロット連結部４８１、４９１に対向する位置にロー
タ４１を挟んで１８０°反対側に位置している。

【００３２】一方の磁極の複数の平板磁石４３ａに対し
てロータ４１外周の１８０°反対側から周方向に角度１
／２Ａだけずらした位置に他方の磁極の複数の平板磁石
４４ａがそれぞれ設けられている。第１実施例と同様に
複数の平板磁石４３ａ、４４ａは同一寸法であり、ロー
タコア４２の外周に接着して配列されている。

【００３３】図８は図７に示すような構成のトルクモー
タにおいて生成するステータ側の磁極の位置と磁石の位
置の関係を説明する模式図である。第２実施例において
も第１実施例と同様に、ステータのＳ極のロータの回転
方向に対する前方の縁が、配列された磁石ピッチの縁に
対応するときに、Ｎ極の前方の縁は、磁石ピッチの中央
に対応する。したがって、第１実施例と同様に、Ｎ極と
Ｓ極とで発生するトルクの回転角による変動の周期の位
相が互いに半波長ずれる。これにより、二つの磁極で発
生するトルクリップルが打ち消され、所定の回転角範囲
でほぼ一定のトルクを得ることができる。

【００３４】図８に示す例では、平板磁石を密着させて
配置した場合について説明したが、図９に示すように平
板磁石または円弧状磁石を間隔をあけて配置した場合で
も同様の効果を得ることができる。

【００３５】（第３実施例）本発明の第３実施例のトル
クモータを図１０に示す。第１、第２実施例と実質的に
同一部分に同一符号を付す。上記の第１、第２実施例に
おいては、トルクモータの応答速度を向上させるために
ロータ４１を挟むように２つのソレノイド部５０、５５
をステータに設けたが、図１０に示すように、トルクモ
ータの体格を小さくし、軽量化するためにソレノイド部
５０が１つの構成とすることもできる。このとき、ステ
ータ側の磁極と平板磁石の位置の関係は図３に示す模式
図と同様である。

【００３６】図１０では、ソレノイド部５０に対向する
位置にあるステータ連結部４８２と反対側のステータ連
結部４９２とを１８０°反対側の位置から角度１／２Ａ
だけずらして構成されているが、図７に示す第２実施例
と同様にステータ連結部を対称に設けて二極の複数の平
板磁石の位置を１８０°反対側から周方向に角度１／２
Ａだけずらした構成においてもソレノイド部５０を１つ
にすることができる。このとき、ステータ側の磁極と平
板磁石の位置の関係は図８に示す模式図と同様である。

【００３７】（第４実施例）図１１は本発明の第４実施
例の作用を説明する模式図である。上記の第１〜３実施
例においては、二極のステータはロータ４１外周のほぼ
全体を取り囲むように構成されているため、図３および
図８に示すようにステータ側の磁極はロータ外周の全体
に存在するが、図１１に示すようにステータ側の磁極が
ロータの外周の一部にのみある構成とすることもでき
る。

【００３８】（第５実施例）図１２は本実施例の第５実
施例を説明するロータの拡大断面図であり、ロータの１
つの磁極をなす複数の磁石のうちの一つとしての棒状磁
石１４３ａを拡大して図示している。棒状磁石１４３ａ
は断面が台形状に形成され、隣接する磁石同士で密着し
てロータコア１４２の外周に配置されている。

【００３９】第５実施例では、ロータの外周に磁性材と
しての鉄製の円筒部材６０が装着されている。これによ
り、複数の棒状磁石１４３ａの外側が覆われている。さ
らに本実施例では、ステータの一方の磁極の縁が磁石の
縁に対応するときに、他方の磁極で前縁が磁石中央部か
らわずかにずれることを製造上の公差として許容してい
る。このずれ量は磁石中央、すなわち磁石の縁からＡ／
２の位置から、±Ａ／１２の範囲で許容される。これに
より、本実施例では発生するトルクリップルの大きさを
図１３の比較例にて両方の磁極で発生するトルクリップ
ルの１／４以下に抑えることができる。

【００４０】この構成では、スロットル弁を駆動するア
クチュエータとしての実用性を満たすことができる。し
かも、組み立て作業の容易化などの製造上の利点を得る
ことができる。なお、スロットルのより精密な制御を実
現する上では、トルクリップルの許容値として、図１３
の比較例にて発生するトルクリップルの１／１０程度に
抑えることが望ましい。

【００４１】上記複数の実施例では、スロットル弁制御
装置に本発明のトルクモータを適用したが、あらゆる用
途の流量制御弁に本発明のトルクモータを適用できるの
はもちろんのことである。

【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
たスロットル弁制御装置を示す図２のカバーを取り払っ
たＩ方向矢視図である。

【図２】本発明の第１実施例によるトルクモータを用い
たスロットル弁制御装置を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施例によるトルクモータの作用
を説明する模式図である。

【図４】本発明の第１実施例によるトルクモータの作用
を説明する模式図である。

【図５】比較例のトルクモータによる回転角とトルクと
の関係を示す特性図である。

【図６】本発明の第１実施例による回転角とトルクとの
関係を示す特性図である。

【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】本発明の第２実施例によるトルクモータの作用
を説明する模式図である。

【図９】本発明の第２実施例によるトルクモータの作用
を説明する模式図である。

【図１０】本発明の第３実施例によるトルクモータを示
す図である。

【図１１】本発明の第４実施例によるトルクモータの作
用を説明する模式図である。

【図１２】本発明の第５実施例によるトルクモータを示
す拡大図である。

【図１３】比較例によるトルクモータを示す図である。

【符号の説明】

１０ スロットル弁制御装置 １１ スロットルボディ １２ スロットル軸 １３ スロットル弁 １７ リターンスプリング ４０ トルクモータ ４１ ロータ ４２ ロータコア（ロータ本体） ４３、４４ 磁石群 ４３ａ、４４ａ 平板磁石 ４５、４６ コア ４８、４９ スロット連結部 ５０、５５ ソレノイド部 ５２、５７ コイル ６０ 円筒部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対をなす磁極のそれぞれを複数の磁石を
   配列してなる磁石群により形成してなるロータと、 前記ロータと対向して配置された磁極を備え、ソレノイ
   ド部により励磁されるステータとを備え、 前記ステータの一方の磁極の前縁が前記ロータの一方の
   磁極の磁石の縁に対応するときに、前記ステータの他方
   の磁極の前縁が前記ロータの他方の磁極の磁石のほぼ中
   央に対応するように配置されていることを特徴とするト
   ルクモータ。
2. 【請求項２】 前記磁石は平板状であることを特徴とす
   る請求項１に記載のトルクモータ。
3. 【請求項３】 前記ほぼ中央とは、前記ロータの他方の
   磁極の磁石を周方向に二等分する位置から前記ロータの
   磁石ピッチの１／１２以内の位置であることを特徴とす
   る請求項１または２のいずれかに記載のトルクモータ。