【手続補正書】
【提出日】平成16年12月7日(2004.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    電動調節装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  磁化した回転体を具えている回転子と、脚部が磁極片を形成すると共に、ヨークが２つの脚部を相互接続するＵ字型の固定子とを有し、前記回転子の角度位置を固定子電流によって調節可能とする電動調節装置において、
前記Ｕ字型の固定子が少なくとも３つの部分を具え、その第１部分が本来前記固定子のヨークを形成し、第２及び第３部分が本来前記固定子の脚部を形成し、且つ前記第１部分が異方性材料で作られ、該材料の優先方向が前記ヨークにおける磁束の方向とほぼ整列するようにしたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項２】  請求項１記載の装置において、前記第２及び第３脚部を等方性材料製としたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項３】  請求項１記載の装置において、前記第２及び第３脚部を異方性材料製とし、該異方性材料の優先方向が前記それぞれの脚部の主長手方向となるようにしたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項４】  請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置において、前記磁極片が空隙に条溝を具え、これらの条溝内に回転子用のリセット機構を成す永久磁性体を挿入したことを特徴とする電動調節装置。
【請求項５】  請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記回転子と前記固定子の磁極片との間の空隙の幅が円周方向に不均一に分布されて、前記回転子用のリセットトルクとして作用する戻り止めトルクが発生されるようにしたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項６】  請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置において、前記第１部分と第２部分との間、及び前記第１部分と第３部分との間の分離面を、前記ヨークの主長手方向に対して、20°と70°との間の角度で傾斜する面として構成したことを特徴とする電動調節装置。
【請求項７】  請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、前記異方性材料を粒子配向磁性鋼としたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項８】  請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記第１部分と前記第２部分、及び前記第１部分と前記第３部分が、それぞれのインターロック心立て部によって互いに連結されようにしたことを特徴とする電動調節装置。
【請求項９】  内燃機関の吸い込み管におけるスロットル板の調整に対する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動調節装置の利用法。
【請求項１０】  請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動調節装置を具えている内燃機関。
【請求項１１】  請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動調節装置を具えている自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁化した回転体を具えている回転子と、脚部が磁極片を形成すると共に、ヨークが２つの脚部を相互接続するＵ字型の固定子とを有し、前記回転子の角度位置を固定子電流によって調節可能とする電動調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は、特表平9-505866号公報から既知である。この従来の調節装置においては、Ｕ字型の固定子を、鉄、鋼、焼結鉄、又は等方性の磁性鋼のような透磁率の高い材料により一体に形成している。この固定子は単一撚り線の励磁コイルによって電気的に励磁することができる。励磁コイルは、固定子のヨーク上に配置される。この従来の装置は、特に内燃機関の吸い込み管内のスロットル板を調節するために設計されている。このような用途にとっては、吸い込み管内の空気流のために、電動調節装置により過負荷トルクが高い強力に変化するトルクが回転子の回転角度範囲に亘って与えられるようにしなければならない。高い過負荷トルクはまた氷堆積物又は汚染のためにも与えなければならない。従来の装置は最高磁束を必要とする動作状態に対処すべく設計しなければならない。このために固定子の直径が大きくなり、従って重量が重くなっている。必要とされる磁束は、広く開かれたスロットル板を高い固定子電流にて更にもっと開かなければならない場合、又はほとんど閉じられたスロットル板を高い固定子電流にて更にもっと閉じなければならない場合に特に大きくなる。回転子の最大回転角度範囲は180°以下である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、小形で、しかも軽量で、短期間に極めて高い過負荷トルクを発生でき、且つ簡単に製造することのできる、冒頭にて述べた種類の電動調節装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、前記Ｕ字型の固定子が少なくとも３つの部分を具え、その第１部分が本来前記固定子のヨークを形成し、第２及び第３部分が本来前記固定子の脚部を形成し、且つ前記第１部分が異方性材料で作られ、該材料の優先方向が前記ヨークにおける磁束の方向とほぼ整列するようにする。
【０００５】
この固定子のヨークは磁束を制御するための最も重要な箇所である。その理由は、磁化された回転体により発生される磁束と、固定子の励磁コイルにより発生される磁束は共にヨーク内に収容させなければならないからである。
【０００６】
本発明によれば、この固定子の重要部分を、優先方向がヨークの磁束の方向とほぼ整列する異方性材料により第１部分として形成する。固定子のヨークを異方性材料製とすることにより、等方性材料製のヨークに比べて、励磁電流及びヨークの直径が同じ場合に、相当に高い磁束密度を達成することができる。等方性材料製のヨークに比べ、異方性材料を用いる場合には、ヨークの直径を明らかに低減させることができる。これにより体積及び重量が大幅に低減する。
【０００７】
固定子の２つの脚部は第２及び第３部分として形成する。このＵ字型固定子の３部分構成は製造技術の観点から好適である。特に、このような構成とすることにより、固定子の励磁コイルを別個の構成部品として巻回してから、固定子の３部分と一緒に取り付けることができると云う利点もある。
【０００８】
本発明の好適例によれば、第２及び第３部分を各々等方性材料製とする。
【０００９】
この等方性材料は、異方性材料よりも安価であると云う利点を有している。
【００１０】
本発明の他の好適例によれば、第２及び第３脚部を異方性材料製とし、該異方性材料の優先方向が前記それぞれの脚部の主長手方向となるようにする。
【００１１】
本発明のこの実施例においては、各脚部の異方性材料の優先方向が、磁束案内にとって重要なこれら各脚部箇所における磁束の方向と一致するようにする。磁束案内にとって重要な脚部の箇所とは、固定子のヨークと固定子の脚部との間の接続領域、及び各脚部により形成される磁極片における、脚部の断面が最小となる中央領域のことである。脚部による回転子の方向への磁束案内はさほど重要ではない。この範囲の断面は、大抵の場合に充分に大きい回転子の直径により大部分決定される。
【００１２】
優先方向がそれぞれの脚部の長手方向と一致し、従って磁束案内のための重要箇所における脚部の磁束の方向と一致する異方性材料を用いることによって、等方性材料製の脚部と比較して、これらの重要箇所の直径を小さく選定することができる。その結果、電動調節装置全体がもっと小型で、且つ軽量なものとなる。磁束は脚部の重要な箇所においてのみその脚部の材料の異方性方向に平行となるも、磁束は磁束案内にとってさほど重要ではない箇所の脚部材料の異方性方向に対しては部分的に垂直にすらなる。このことが、製造技術の簡単化と、小型且つ軽量化構成と、調節装置の良好なダイナミック特性との間に良好な兼ね合いを導く。
【００１３】
本発明のさらに他の好適例にでは、磁極片が空隙に条溝を具え、これらの条溝内に回転子用のリセット機構を成す永久磁性体を挿入する。
【００１４】
これは、固定子電流をスイッチオフするか、あるいは遮断した場合に、回転子が規定位置をとるようにする多くの用途にとって好都合である。これに必要なリセットトルクは永久磁性体によって簡単に発生させることができる。
【００１５】
さらに本発明他の好適別では、回転子と固定子の磁極片との間の空隙の幅が円周方向に不均一に分布されて、回転子用のリセットトルクとして作用する戻り止めトルクが発生されるようにする。
【００１６】
固定子コイルに電流がない場合に、回転子は自動的に、この回転子に対する最小磁気抵抗の角度位置に一致する優先角度位置を占めるようになる。このような空隙の不均一な配置は簡単且つ安価な方法にて実現することができる。高価な機械的なリセット手段、例えばリセットばねは必要なく、付加的な電磁的リセット装置も不要である。必要なリセットトルクは、不均一幅の空隙によるか、あるいは不均一幅の空隙と永久磁性体との組み合わせによるいずれかで専ら実現することができる。
【００１７】
本発明のさらに他の好適例では、第１部分と第２部分との間、及び第１部分と第３部分との間の分離面を、ヨークの主長手方向に対して、20°と70°との間の角度で傾斜する面として構成する。
【００１８】
そのような構成は特に高い機械的安定性を呈する。
【００１９】
本発明のさらに他の好適例では、異方性材料を粒子配向磁性鋼とする。
【００２０】
本発明の他の好適例では、第１部分と前記第２部分、及び第１部分と第３部分が、それぞれのインターロック心立て部によって互いに連結されようにする。
【００２１】
このようなインターロック心立て部は、例えばドイツ国特許明細書第4037953 号から既知である。
【００２２】
本発明による電動調節装置は、自動車の内燃機関の吸い込み管におけるスロットル板調整用に有利に用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の少数の実施例を図面に概略的に示し、これらの実施例を図１〜３を参照してもっと詳細に説明する。
【００２４】
図１は内燃機関の吸い込み管における、吸気口ブロック１の一部分を示している。スロットル板３が管状ブロック１の内部空所２内に配設されており、このスロットル板は管状の内側空所２の中心を通って延在するプレート軸４に固定されている。このプレート軸４は軸受６によってブロック１のフランジ部分５において軸支されている。
【００２５】
プレート軸４は一端に外部まで延在する軸端７を有しており、この軸端７には磁化した円筒状の回転体８が上に固定されている。他方の軸端7aには位置センサ7bが存在する。
【００２６】
磁化回転体８とは、永久に磁化することができるか又は電気的に磁化することのできる回転可能な部分と理解されるものとする。軸端７は磁化回転体８と共にスロットル板３用の電動調節装置の回転子９を形成する。この回転子９は空隙10によって電気的に励磁可能なＵ字型固定子11から離間されている。このＵ字型固定子11はフランジ部分５のハウジング12内に配設されている。
【００２７】
図２は、非励磁状態におけるスロットル板３用の電動調節装置の固定子11及び回転子９の断面図を示している。永久に磁化した回転体８は、２極に磁化されるため、Ｎ極とＳ極とを具えている。固定子11はＵ字型をしおり、これは３つの別個の部分から構成される。この固定子11はその第２部分としての第１脚部13と、第３部分としての第２脚部14とを有している。第１脚部13と第２脚部14はヨーク15によって互いに接続されている。第１固定子部分として、励磁コイル16がヨーク15の周りに巻回されている。第１脚部13は２つのインターロック接続部18、19によって第１分離面17においてヨーク15に連結されている。確実なロッキング兼心立て部分として作用するインターロック接続部18、19は同時に、整合する形状によってヨーク15に対して第１脚部13を心立てする。第２脚部14は２つのインターロック接続部21及び22によって第２分離面20においてヨーク15に連結されている。これらのインターロック接続部21、22も整合する形状によってヨーク15に対して第２脚部14を心立てする。
【００２８】
第１脚部13、第２脚部14及びヨーク15は、各々粒子配向が異方性の磁性鋼から作られている。ヨーク15の粒子配向磁性鋼の異方性方向は、二重矢印23の方向に水平に延在し、従って励磁コイル16によりヨーク15に励起される磁束の方向に整列する。
【００２９】
第１脚部１３と第２脚部１４の粒子配向磁性鋼の異方性方向は、それぞれ二重矢印24、25の方向におけるこれら第１脚部及び第２脚部の主長手方向に垂直に延在する。第１脚部13は第１磁極片26を形成し、第２脚部14は第２磁極片27を形成する。第１磁極片26は第１磁極弧（アーク）26a とで空隙10を画成し、また第２磁極片27は磁極アーク27aとで空隙10を画成する。磁極アーク26aはそのほぼ真ん中で条溝28により中断され、また磁極アーク27a はそのほぼ真ん中で条溝29により中断されている。これらの条溝28と29は、磁極片端26b と27b との間の開口部30、及び磁極片端26c と27c との間の開口部30b と磁気的にほぼ同じ効果を有する。斯くして中央条溝28及び29の両側に部分的な磁極アーク26a1と26a2、及び27a1と27a2が創出される。空隙10の幅は一定でなく、相違している。概して、空隙は部分磁極アーク26a1及び27a1と回転子９との間の方が、部分磁極アーク26a2及び27a2と回転子９との間よりも小さい。
【００３０】
回転子９と固定子11の寸法は、この装置の保持トルクが高くなるように設計される。アイドル状態において、即ち励磁コイル16に電流が流れていない場合には、回転子９が部分磁極アーク26a1及び27a1の領域におけるこの回転子の磁化に従って、図２に示すように磁気抵抗が最低の位置に相当する所望なりセット位置をとるようにする。励磁コイル16が附勢された場合には、回転子９は磁気リセット力に対向して開口部方向31に時計方向に動くようになる。この運動に対向して、即ち開口部方向31に対向して作用する保持トルクは、常に回転子９をその休止位置の方へと戻そうとする。
【００３１】
第１脚部13、第２脚部14及びヨーク15用に用いられる異方性の磁性鋼は、等方性の磁性鋼に比べて、所定の磁界強度に対して高い磁束密度を達成し得ると云う利点を有している。これにより、該当位置における積層の断面を実質的に低減させることができ、体積及び重量がそれ相当に低減される。図２の電動調節装置は磁束案内用の３つの特別な重要な箇所を有している。即ち、
ａ）  磁化回転体８により発生される磁束と励磁コイル16により発生される磁束との双方に適合させるヨーク15。
ｂ）  ヨーク15とそれぞれ第１脚部13及び第２脚部14との間にあって、励磁コイル16のコイル窓16a に隣接する遷移領域32及び33。これらの遷移領域32及び33における磁束はほぼ垂直で、二重矢印24及び25の方向に向けられる。
ｃ）  それぞれの条溝28及び29の背後における第１脚部13及び第２脚部14の中央領域34及び35。これらの領域における磁束もほぼ垂直で、二重矢印24及び25の方向である。
【００３２】
これに反し、脚部13及び14により発生される、回転子９に対して水平方向の磁束の案内は実質上さほど重要ではない。この領域の断面は回転子９の直径によりほぼ決定され、それはほとんどの場合に問題にならない。
【００３３】
図２の電動調節装置においては、第１脚部13、第２脚部14及びヨーク15を作る粒子配向磁性鋼の異方性方向が、上述した３つの重要な箇所に磁化回転体８及び励磁コイル16によって発生される磁束の方向にほぼ一致するようにする。これにより電動調節装置を軽量の極めてコンパクトな形に実現することができる。３つの部分から成る固定子11の構成は、製造技術に関する限り容易実現することができ、且つそれに加えて、励磁コイル16は別個の構成部品として巻回してから、固定子11の３つの部分と一緒に組み立てることができると云う利点を有している。
【００３４】
図３は、非励磁状態における電動調節装置の第２実施例の断面図を示している。この第２実施例における調節装置の構成は図２の構成にかなり対応しているので、同じ構成要素には同じ参照符号を付して示してある。
【００３５】
図３に示した第２実施例では、固定子11の第１脚部13及び第２脚部14のそれぞれの条溝28及び29の中に永久磁性体37及び38を挿入した。これらの永久磁性体37及び38の磁化方向は正反対とする。図２の実施例の空隙10に対して、図３の実施例の空隙36は、回転子９と磁極片26及び27の領域における固定子11との間の幅が一定になるようにした。
【００３６】
永久磁性体37及び38は回転子９に対するリセット機構を成し、且つ永久磁性体37及び38は、励磁コイル16が附勢されない場合に、永久磁性体37と38の磁束の方向に追従して、回転子９が図３に示した回転子位置と整列するようになる強度及び方向の磁束を発生する。励磁コイル16が図３に示したようなこの位置における回転子を附勢する場合に、調節装置はその構成配置が対称であるためにトルクの原因にはならない。励磁コイル16を附勢しない場合に回転子９が図３に示した位置を占めるのを、機械的衝合部（図示せず）によって防ぐことができる。その衝合部は、例えば、励磁コイルを附勢しない場合に回転子９が占める角度位置が、図３に示した角度位置に対して５°だけずれるように配置することができる。励磁コイル16を（図示してない）衝合部により規定される斯かるずれた位置にて附勢される場合には、調節装置がトルクを発生し、且つ回転子９は磁気リセット力に対抗して開口部方向31の時計方向に回転子自身を再調節する。この調節に対抗して、即ち開口部方向31に対抗して作用するリセットトルクは絶えず回転子９を図３に示した角度位置に戻すように動かす。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スロットル板を動作するための電動調節装置を具えている内蔵スロットル板を有している内燃機関の吸気口ブロックを一部切欠して示す斜視図である。
【図２】  ３つの部分から組み立てたＵ字型の固定子を具え、固定子と回転子との間の空隙が円周方向において不均一に分布される電動調節装置の第１実施例を示す図である。
【図３】  ３つの部分から組み立てた固定子を具え、且つ該固定子の空隙側に条溝を具え、これらの条溝内に永久磁性体を挿入した電動調節装置の第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  吸気口ブロック
２  内部空所
３  スロットル板
４  プレート軸
５  フランジ部分
６  軸受
７  軸端
7a  他方の軸端
7b  位置センサ
８  円筒状の磁化回転体
９  回転子
10  空隙
11  Ｕ字型固定子
12  ハウジング
13  第１脚部
14  第２脚部
15  ヨーク
16  励磁コイル
16a コイル窓
17  第１分割面
18, 19  インターロック接続部
20  第２分割面
21, 22  インターロック接続部
23, 24, 25  二重矢印
26  第１磁極片
26a 第１磁極アーク
26a1, 26a2  部分磁極アーク
26b, 26c  磁極片端
27  第２磁極片
27a 磁極アーク
27a1, 27a2  部分磁極アーク
27b, 27c  磁極片端
28, 29  条溝
30, 30b 開口部
31  開放方向
32, 33  遷移領域
34, 35  中央領域
36  空隙
37, 38  永久磁性体