(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する磁極片を有する第１，第２の副エアーギャップにて囲まれた空間によって主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内にはスロットル弁と一体になって回転する永久磁石を有する回転子を配設し、前記第１の副エアーギャップ側には磁気抵抗を介在して連結する第１の連結磁路を設けると共に、前記第１の連結磁路には２つの閉弁用励磁コイルを設け、前記第２の副エアーギャップ側には磁気抵抗を介在して連結する第２の連結磁路を設けると共に、前記第２の連結磁路には１つの開弁用励磁コイルを設けて閉磁路を形成し、前記全ての励磁コイルが非通電状態にあるとき、スロットル弁の開度はアイドリング位置を起点として所定開度だけ開放した状態としたことを特徴とするスロットル・アクチュエータ。
【請求項２】
対向する磁極片を有する第１，第２の副エアーギャップにて囲まれた空間によって主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内にはスロットル弁と一体になって回転する永久磁石を有する回転子を配設し、前記第１の副エアーギャップ側には第１の連結磁路を設けると共に、前記第１の連結磁路には２つの開弁用励磁コイルを設け、前記第２の副エアーギャップ側には第２の連結磁路を設けると共に、前記第２の連結磁路には１つの閉弁用励磁コイルを設けて閉磁路を形成し、前記全ての励磁コイルが非通電状態にあるとき、スロットル弁の開度はアイドリング位置としたことを特徴とするスロットル・アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のスロットル・アクチュエータにおいて、前記各励磁コイルの起磁力は、夫々同じであることを特徴とするスロットル・アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの制御機器の異常時にフェイルセーフとリンプホーム性（最小限の駆動力を確保して自宅又は修理工場までたどりつける機能）を保証するアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、吸気量を制御するための駆動源としてモータを用い、このモータの回転力を用いてスロットル・バルブを開閉する場合がある。そして従来例として、特開昭６０−１９０６２６号がある。
【０００３】
これらの従来例の基本的な考え方は、常時はコイルスプリングにてスロットル・バルブを閉路方向に回動させておき、運転者の意志をコントローラを介してモータの駆動力として出力し、コイルスプリングの力に抗してスロットル・バルブを開放するものである。
【０００４】
この場合、スロットル・バルブを現在位置より閉じてやりたいときは電流量を下げてコイルスプリング力で戻されるようにすればよい。又、コイルスプリングの不具合時には、モータに流す電流を逆にしてやればよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の場合、モータの断線等に対しては、コイルスプリングの作動にてスロットル・バルブを閉路するものであるため、モータコイルの短絡故障（トランジスタが通電のままになり、電流をＯＦＦできない状態）時、暴走を防ぐことはできない。又、異常時にリンプホーム性までは確保できない。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、フェイルセーフとリンプホーム性を保証するアクチュエータ又はスロットル・アクチュエータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の［請求項１］に係るスロットル・アクチュエータは、対向する磁極片を有する第１，第２の副エアーギャップにて囲まれた空間によって主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内にはスロットル弁と一体になって回転する永久磁石を有する回転子を配設し、前記第１の副エアーギャップ側には磁気抵抗を介在して連結する第１の連結磁路を設けると共に、前記第１の連結磁路には２つの閉弁用励磁コイルを設け、前記第２の副エアーギャップ側には磁気抵抗を介在して連結する第２の連結磁路を設けると共に、前記第２の連結磁路には１つの開弁用励磁コイルを設けて閉磁路を形成し、前記全ての励磁コイルが非通電状態にあるとき、スロットル弁の開度はアイドリング位置を起点として所定開度だけ開放した状態とした。
【０００８】
本発明の［請求項２］に係るスロットル・アクチュエータは、対向する磁極片を有する第１，第２の副エアーギャップにて囲まれた空間によって主エアーギャップを形成し、前記主エアーギャップ内にはスロットル弁と一体になって回転する永久磁石を有する回転子を配設し、前記第１の副エアーギャップ側には第１の連結磁路を設けると共に、前記第１の連結磁路には２つの開弁用励磁コイルを設け、前記第２の副エアーギャップ側には第２の連結磁路を設けると共に、前記第２の連結磁路には１つの閉弁用励磁コイルを設けて閉磁路を形成し、前記全ての励磁コイルが非通電状態にあるとき、スロットル弁の開度はアイドリング位置とした。
【０００９】
本発明の［請求項３］に係るスロットル・アクチュエータは、［請求項１］又は［請求項２］において、前記各励磁コイルの起磁力は夫々同じであるようにした。
【００１３】
本発明の［請求項１］，［請求項２］に係るスロットル・アクチュエータは、主エアーギャップ内にあって回動する回転体にスロットル弁のシャフトを連動する構成としたものを基本構成とし、これに３つの励磁コイルを設けて相互に補い合うものである。そして全ての励磁コイルが非通電状態時に、スロットル弁をやや開放しておくものが［請求項１］であり、同じ状態時スロットル弁をアイドル位置としたものが［請求項２］である。
【００１４】
本発明の［請求項３］，［請求項４］に係るスロットル・アクチュエータは、主エアーギャップ内にあって回動する回転体にスロットル弁のシャフトを連動する構成としたものを基本構成とし、これに３つの励磁コイルを設けて相互に補い合うものである。そして全ての励磁コイルが非通電状態時に、スロットル弁をやや開放しておくものが［請求項３］であり、同じ状態時スロットル弁をアイドル位置としたものが［請求項４］である。
【００１５】
本発明の［請求項３］に係るスロットル・アクチュエータは、３つの励磁コイルの全ての起磁力を等しくして相殺（又は補い合う）の容易性を確保したものである。
【００１６】
図１は第１の実施例の構成図であり、図２はモータの回路図として示したものである。図１において、磁極片１と２との間に副エアーギャップ３を１個設け、これらの間を磁路４にて接続したものである。
【００１７】
磁路４にて囲まれた部分５は主エアーギャップであり、ここには永久磁石よりなる移動子６が移動自在に設けられる。磁路４にはコイル７，８，９が夫々巻回され、これらの各コイルには図２に示されるようにドライバ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを介して電源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに接続され、各ドライバはＣＰＵ１２にてオン・オフ制御される。
【００１８】
これらのコイルはコイル８，９を励磁すると、移動子６をＸ方向（クローズ）に移動する。又、コイル７を励磁すると移動子６を反対方向（オープン）に駆動する。ここで前提条件がある。先ず、各構成要素は厳重なる品質管理がなされていて故障の発生確率は非常に小さく、故障モードは２つ以上重なって発生しない。
【００１９】
各故障モードの検出手段が併設されていて、運転者に異常を知らしめる方法が準備され早急に故障の対応が可能である。又、コントローラ（ＣＰＵ）の故障は別途バックアップ等の対策が施されているので考えない。
【００２０】
次に作動についての条件を説明する。
▲１▼  先ず、コイル８が断線又はドライバ１０ｂの故障で、コイル８が非通電状態のままでコイル９が励磁されると、移動子６は安全サイド（Ｘ方向）へ移動する。
【００２１】
▲２▼  コイル８がドライバ１０ｂの短絡故障で通電状態のままであっても、コイル７を励磁すればコイル８の励磁力がキャンセルされて安全サイドへ移動するので問題はない。
【００２２】
▲３▼  コイル７が断線又はドライバ１０ａの故障で、コイル８，９が励磁されると、移動子６を安全サイドへ移動する。
【００２３】
▲４▼  コイル７がドライバ１０ａの短絡故障で通電状態のままであっても、コイル８の励磁でコイル７の起磁力をキャンセルするので、コイル９にて移動子６を安全サイドへ移動できる。更にコイル９に係る故障は前記▲１▼，▲２▼と同様の対応で行なわれる。
【００２４】
以上より異常発生時に移動子を安全サイドに移動でき、フェイルセーフが実現できる。この場合、「安全サイドに移動する」とは、たとえば自動車の供給空気量を調整するスロットル弁の駆動装置などで、弁をアイドル位置に駆動し、自動車の暴走を防止することができる。
【００２５】
図３は変形例である。この場合はコイルを双方向に励磁可能とし、かつドライバもそれに対応して図示Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように接続する。なお、１３はノット素子である。
【００２６】
各ドライバの開閉状態と電流方向との関係は第１表のようになる。この場合、任意のドライバの組合せのうち、いずれかの２つのオン時に７０％の励磁出力が発生できればよいように設定する。
【００２７】
【表１】
0003630188.tif 000002
【００２８】
本変形例では構成は多少複雑になるが、コイルそのものを小型にできる利点がある。そして励磁コイルが両方向の極性に制御でき、フェイルセーフとリンプホーム性を保証する。１つのコイル及び励磁ドライバが断線又は短絡（通電）の故障が発生しても、残りの２つのコイルで、起磁力の相殺又は代替ができる。
【００２９】
図４は第２の実施例の構成図である。図４において図１と同一部分及び相当部分には同一符号を付す。なお、本実施例では可動体として移動子６に代えて回転子１４とし、その周縁に永久磁石１５ａ，１５ｂを設けている。又、磁路４には磁気抵抗部としてエアーギャップ１６を設けている。３ａ，３ｂは副エアーギャップである。
【００３０】
以下の第２表は各コイルとバルブ開度との関係を示す。
【表２】
0003630188.tif 000003
【００３１】
次に図４，図５，図６を参照して動作説明する。
先ず、図４は非通電状態（Ｎｏ．１）を示す。この場合は全てのコイル７，８，９がＯＦＦであり、バルブ開度は全閉（ＩＤ）位置より３０°となるように回転子１４と接続されている。
【００３２】
図５はコイル７を通電した場合（Ｎｏ．２）を示す。この場合は中立位置（非通電状態の位置）より６０°回転する。このことはバルブ開度は全閉（ＩＤ）位置より９０°の位置になる。なお、コイルの起磁力を調整すれば、起磁力に対応した位置で静止する。
【００３３】
図６はコイル８又は９を通電した場合（Ｎｏ．３又はＮｏ．４）を示す。この場合は中立位置（非通電状態の位置）より−３０°回転し、ストッパにて停止する。そしてバルブ開度は全閉（ＩＤ）位置となる。又、コイルの起磁力が永久磁石の起磁力以上に供給されれば副エアーギャップ３ａ，３ｂに磁束が流れ、回転子に締め切りトルクが発生し、ストッパの反力とつり合う。本実施例によればスプリングを用いずに安定した位置決めが可能である。
【００３４】
図７は第３の実施例の構成図である。本実施例では主エアーギャップ５に対して副エアーギャップ３ａ，３ｂを設けるまでは前記実施例と同様であるが、更に磁路には磁気抵抗部としてのエアーギャップ１６ａ，１６ｂを設けたものである。なお、磁路４は４ａ，４ｂとして２分されている。
【００３５】
本実施例における各コイルとバルブ開度との関係は前記第２表と同じである。次に図７，図８，図９を用いて動作説明をする。図７は非通電状態であって、バルブ開度は全閉（ＩＤ）位置より３０°となるように回転子１４に連結されている。磁束の流れは永久磁石によるもののみである。
【００３６】
図８はコイル７を通電した場合であり、この場合は中立位置（非通電状態の位置）より６０°回転する。このときバルブ開度は全閉（ＩＤ）位置より９０°の位置になる。なお、コイルの起磁力を調整すれば、起磁力の強さに対応した位置で静止する。
【００３７】
図９はコイル８又は９を通電した場合であり、中立位置より−３０°回転してストッパにて停止する。このときバルブ開度は全閉（ＩＤ）位置になる。コイルの起磁力が永久磁石の起磁力以上となれば、エアーギャップ３ａ，３ｂ，１６ｂに磁束が流れ、回転子に締め切りトルクが発生し、ストッパの反力とつり合う。
【００３８】
上記各実施例において、非通電時のスロットル弁の位置が、この状態で３０％程度に設定する旨の説明をしたが、この意味は自動車がそこそこ運転可能な出力を得られる位置であることのためである。そして１つのコイルでスロットルを３５％程度移動可能に設定する。
【００３９】
上記内容を故障モードで示すと以下のようになる。
■コイル８が断線又はドライバ１０ｂの故障で非通電のまま、コイル７，９の励磁でスロットル弁を通常に駆動可能。
【００４０】
■コイル８がドライバ１０ｂの故障で非通電のまま、コイル７でコイル８の起磁力をキャンセルし、コイル９の起磁力でアイドル位置とバランス位置（３０％）まで駆動可能。
【００４１】
■コイル７が断線又はドライバ１０ａの故障で非通電のまま、コイル８，９の起磁力でアイドル位置とバランス位置（３０％）まで駆動可能。
【００４２】
■コイル７が断線又はドライバ１０ａの故障で非通電のまま、コイル８の起磁力でコイル７の起磁力をキャンセルし、コイル９の起磁力でアイドル位置とバランス位置（３０％）まで駆動可能。
上記内容からわかるように、本実施例によればフェイルセーフとリンプホーム性とを保障する。
【００４３】
図１０は第４の実施例の構成図である。本実施例は両側に２つの副エアーギャップを有して対抗する主エアーギャップ５を形成し、主エアーギャップ内にはスロットル弁と一体になった回転子１４を回転自在に設けると共に、回転子にはその周面に永久磁石１５ａ，１５ｂを設けたものである。図１０において図７と同一部分及び相当部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
以下の第３表は各コイルとバルブ開度との関係を示す。
【表３】
0003630188.tif 000004
【００４５】
図に図１０，図１１，図１２を用いて動作説明をする。
図１０は非通電状態（Ｎｏ．１）であり、この場合は予めスロットル弁がアイドル位置にになるようにリターンスプリング（以下、スプリングと称す）でトルクを付勢している。そして前記同様にコイル８，９が開弁用、コイル７が閉弁用であり、１つのコイルでスロットルをスプリング荷重に抗して５０％程度移動可能に設定する。
【００４６】
図１０において、非通電時のバルブ開度は、スプリングによるトルクの付勢により全閉（ＩＤ）位置になる。このとき回転子１４は中立位置より−３０°になるように連結する。この場合の磁路は図１０に示す点線のようになり、副エアーギャップ３ａ，３ｂには磁束は生じない。
【００４７】
図１１はコイル８を通電する場合（Ｎｏ．３）であり、コイル８を通電するとスプリングの付勢トルクに打ち勝ち、なおかつバルブ開度は全閉（ＩＤ）位置より３０°の位置まで回転する。このとき副エアーギャップ３ａ，３ｂには磁束が生じ、この磁束密度がスプリングの付勢トルクに対応する。
【００４８】
図１２はコイル８と９を通電する場合（Ｎｏ．４）で、この場合は図１１の状態より更に６０°回転し、全閉位置より９０°の位置になる。副エアーギャップ３ａ，３ｂの磁束密度は、図１１の状態より更に増大する。
【００４９】
この場合コイル７（閉弁側にトルクを発生する）は、コイル８，９のどちらかが故障で、通電状態になったときや、急速に閉弁するための加速のために使われるが、定常状態では動作する必要はない。
【００５０】
上記内容を故障モードで示すと以下のようになる。
▲１▼  コイル８が断線又はドライバ１０ｂの故障で非通電のままコイル９を励磁すると、スロットル弁を５０％駆動可能。
【００５１】
▲２▼  コイル８がドライバ１０ｂの故障で、通電のままコイル７でコイル８の起磁力をキャンセルし、コイル９の起磁力で５０％まで駆動可能
【００５２】
▲３▼  コイル７が断線又はドライバ１０ａの故障で非通電のまま通常の範囲で駆動可能。
【００５３】
▲４▼  コイル７がドライバ１０ａの故障で、通電状態のままコイル８の励磁で、コイル７の起磁力をキャンセルし、コイル９の起磁力でアイドル位置から５０％まで駆動可能。
上記内容からわかるように、本実施例によればフェイルセーフとリンプホーム性とを保証する。
【００５４】
第５及び第６の実施例では、各励磁コイルの起磁力を同じにしたものである。この考え方とすれば１つの励磁コイルの異常に際して、他の健全な励磁コイルで相殺（あるいは補い合い）が可能であるからである。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればコイル関連のトラブルに際して３つのコイルを有し、そのうちの１つの故障を他の２つのコイルでバックアップする構成としたので、簡単な構成でフェイルセーフとリンプホーム性の両立をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータの第１の実施例の構成図。
【図２】アクチュエータが有する各励磁巻線による作用を説明する図。
【図３】変形例として示す構成図。
【図４】アクチュエータの第２の実施例の構成図。
【図５】図４の作用を説明する図。
【図６】図４の作用を説明する図。
【図７】本発明によるスロットル・アクチュエータの第３の実施例の構成図。
【図８】図７の作用を説明する図。
【図９】図７の作用を説明する図。
【図１０】本発明によるスロットル・アクチュエータの第４の実施例の構成図。
【図１１】図１０の作用を説明する図。
【図１２】図１０の作用を説明する図。
【符号の説明】
１，２ 磁極片
３  副エアーギャップ
４  磁路
５  主エアーギャップ
６  移動子
７，８，９ コイル
１０  ドライバ
１１  電源
１２  ＣＰＵ
１３  ノット素子
１４  回転子
１５  永久磁石
１６  エアーギャップ
【図１】
0003630188.tif 000005
【図２】
0003630188.tif 000006
【図３】
0003630188.tif 000007
【図４】
0003630188.tif 000008
【図５】
0003630188.tif 000009
【図６】
0003630188.tif 000010
【図７】
0003630188.tif 000011
【図８】
0003630188.tif 000012
【図９】
0003630188.tif 000013
【図１０】
0003630188.tif 000014
【図１１】
0003630188.tif 000015
【図１２】
0003630188.tif 000016