(57)【要約】【課題】簡単な構造でロータの回転エネルギーを低減すると共に、信頼性の向上及びコストの低減を図ったロータリソレノイドを提供すること。【解決手段】回転軸１８と、回転軸１８と一体的に固定された永久磁石２０と、回転軸１８を周方向一方向にに付勢するスプリング２１と、永久磁石２０と所定のギャップを隔てて対向する一対のステータ部１４Ａ、１４Ｂが形成されコイル３０が巻回されたヨーク１２と、コイル３０を選択的に励磁又は非励磁とするように通電を制御する通電制御手段３６、３７と、を備えたロータリソレノイド１０において、永久磁石２０は永久磁石２０の半径方向に着磁したこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
回転軸の回転範囲を規制する規制手段と、
前記回転軸と一体的に固定された永久磁石と、
前記回転軸を周方向一方向に付勢するスプリングと、
前記永久磁石と所定のギャップを隔てて対向する一対のステータ部が形成されコイルが巻回されたヨークと、
前記コイルを選択的に励磁又は非励磁とするように通電を制御する通電制御手段と、を備えたロータリソレノイドにおいて、
前記永久磁石は該永久磁石の半径方向に着磁されたことを特徴とするロータリソレノイド。
【請求項２】
前記通電制御手段は、前記コイルの通電を制御するスイッチング素子と、コイルへの通電遮断時、コイルの通電方向と同一方向に電流が流れる様にコイル端子間を短絡させる手段とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリソレノイド。
【請求項３】
内燃機関の有効吸気管長又は内燃機関の吸気スワールを制御するために前記内燃機関の吸気通路内に備えられたバルブの弁体を開閉する請求項１乃至２に記載のロータリソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリソレノイド、特にバルブの回転駆動に使用されるロータリソレノイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロータリソレノイドとしては、回転軸の回転角度を回転軸に一体的に固定されたカムをストッパ部材に当接させて規制する２位置制御のものが知られている。このロータリソレノイドにおいては、回転軸の回転速度が速く、カムとストッパ部材の当接時の衝突音や当接時の衝撃によるストッパ部材の摩耗、軸受の摩耗等の問題があった。
【０００３】
これに対して、回転軸と、回転軸と一体的に固定された永久磁石と、回転軸を周方向一方向に付勢するスプリングと、永久磁石と所定のギャップを隔てて対向する一対のステータ部が形成されコイルが巻回されたヨークと、コイルを選択的に励磁又は非励磁とするように通電を制御する通電制御手段と、を備えたロータリソレノイドであって、回転軸の回転角度をストッパ部材により規制する２位置制御のロータリソレノイドにおいて、回転軸の運動エネルギーを、回転軸に一体的に固定されたカムをゴムとナイロン樹脂等からなるストッパ部材と当接させ、吸収させるダンパー機構が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−５５７１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術においては、ダンパー機構を採用するため、大きなスペースを必要としたり、部品点数増によるコストアップ等の問題があった。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、簡単な構造でロータの回転エネルギーを低減すると共に、信頼性の向上及びコストの低減を図ったロータリソレノイドを提供することを、その技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、回転軸と、回転軸の回転範囲を規制する規制手段と、前記回転軸と一体的に固定された永久磁石と、前記回転軸を周方向一方向に付勢するスプリングと、前記永久磁石と所定のギャップを隔てて対向する一対のステータ部が形成されコイルが巻回されたヨークと、前記コイルを選択的に励磁又は非励磁とするように通電を制御する通電制御手段と、を備えたロータリソレノイドにおいて、前記永久磁石は該永久磁石の半径方向に着磁されたことである。
【０００８】
上記した技術的手段によれば、永久磁石を半径方向に着磁したことにより、永久磁石の回転に伴って、コイルに鎖交する永久磁石による磁束の変化量は回転に対し一定となる。このため、一定電流を通電した際に回転軸に発生する回転トルクは、回転軸の回転範囲において一定トルクとなり、回転範囲内であれば電流と回転トルクは比例関係となる。また、磁束変化によりコイルに一定の大きさの起電力が発生し、その方向はコイルに流れる電流値を減らす方向に作用し、永久磁石の回転中の電流増加を緩やかにする。これにより、コイルを励磁した際には、スプリングによる回転トルクと回転軸に発生する回転トルクが釣合いながら回転することとなり、回転軸の回転速度が小さくなる。
【０００９】
上記した技術的課題を解決するために講じた第２の技術的手段は、前記通電制御手段は、前記コイルの通電を制御するスイッチング素子と、コイルへの通電遮断時、コイルの通電方向と同一方向に電流が流れる様にコイル端子間を短絡させる手段とから構成されていることである。
【００１０】
上記した技術的手段によれば、コイルへの通電遮断時、スプリングの付勢により永久磁石が回転し、コイルに鎖交する永久磁石による磁束が変化し、その変化量は回転軸の回転に対して一定となる。この一定の磁束変化によりコイルに一定の大きさの起電力が発生し、その方向はコイルに流れる電流値を増加させる方向に作用する。このとき、コイル通電制御手段をコイルの通電方向と同一方向に電流が流れる様にコイルの端子間を短絡させる手段で構成したことにより、永久磁石の回転途中でもコイルに電流を流し続けることが可能となり、永久磁石の回転途中の電流減少量が緩やかになる。これにより、コイルへの通電遮断時には、スプリングによる回転トルクと回転軸に発生する回転トルクが釣合いながら回転することとなり、回転軸の回転速度が小さくなる。
【００１１】
尚、以上のロータリソレノイドは、例えば、内燃機関の有効吸気管長又は内燃機関の吸気スワールを制御するために前記内燃機関の吸気通路内に備えられたバルブの弁体を開閉する装置に適用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に従った実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、インテークマニホールド（以下インマニと称す）１の要部縦断面を示す。図２は、図１の▲２▼−▲２▼断面を示す。図９は、図１の▲９▼−▲９▼断面を示す。インマニ１は、回転軸１８を回転駆動するロータリソレノイド１０等からなる回転駆動手段と、回転軸１８の回転範囲を規制する規制手段と、回転軸１８に一体的に固定され吸気通路６１を開閉するバルブ５０からなる弁部材と、バルブ５０が配設される吸気通路６１等が設けられるハウジング６０等から構成される。また、ロータリソレノイド１０への通電により、吸気通路６１を全閉方向（図示時計方向）にバルブ５０を回転させ、通電の遮断により吸気通路６１を全開方向（図示反時計方向）にバルブ５０を回転させ、吸気通路６１を開閉する。
【００１４】
図２に示すように、ロータリソレノイド１０は、磁性体のヨーク１２を備える。ヨーク１２は、略Ｕ字型を呈し、その先端部には、所定のギャップを隔てて対向する一対のステータ部１４Ａ，１４Ｂが形成されている。
【００１５】
一対のステータ部１４Ａ，１４Ｂの間には、回転軸１８に同心的且つ一体的に固定された永久磁石２０が配設されている。永久磁石２０の断面は真円となっており、永久磁石２０のＮ極及びＳ極と対向するステータ部１４Ａ，１４Ｂの内周面は、円弧状となっている。永久磁石２０は、半径方向に一定の強さに着磁されている。
【００１６】
ヨーク１２のコア部１６には、図示しないボビンを介してコイル３０が巻回されている。コイル３０の一端には電源ＶＢが接続され、他端には通電制御手段を構成するトランジスタ３６のコレクタが接続されている。トランジスタ３６のエミッタは接地されており、ベースには、図示されない制御手段から駆動信号が、印加されるようになっている。駆動信号がトランジスタ３６のベースに印加されると、コレクタとエミッタとが導通し、電源ＶＢからコイル３０にバルブ５０を全閉する順方向の電流が流れ、コイル３０が励磁される。コイル３０が励磁されると、ステータ部１４ＡにはＮ極が、ステータ部１４ＢにはＳ極が、各々、形成され、永久磁石２０はバルブ５０が吸気通路６１を全閉する方向に回転するようになっている。また、コイル３０の両端間には、駆動信号が遮断されると、バルブ５０が全閉する順方向に電流の流れを許容するダイオード３７が配設され短絡されている。尚、図２は、コイル３０が通電されていない非励磁となっている状態を示す。
【００１７】
図１及び図５に示すように、回転軸１８は、回転軸１８と一体的に回転するアーム１９とハウジング６０に固定されたプレート１３の間に介設されたトーションコイルスプリング（スプリング）２１により付勢され、全開方向（図示反時計方向）に回転され、アーム１９がハウジング６０に累合されたボルトからなる全開ストッパ７１に当接し、全開位置に保持される。図８に示すように、トーションコイルスプリング２１の回転トルクは全開位置が最も小さく、全閉位置に近づくにつれて一定の割合で増加していく。このとき、本実施形態では、図３に示すように、永久磁石２０に一体的に固定された回転軸１８は、永久磁石２０のＮ極がステータ部１４Ａを吸引する磁力と永久磁石２０のＳ極がステータ部１４Ｂを吸引する磁力とがバランスする中立状態から図示時計回り方向に３０°回転した状態にある。尚、図３の状態は、コイル３０は通電されておらず、非励磁となっている状態を示す。
【００１８】
次に、インマニ１におけるロータリソレノイド１０の作用について説明する。
【００１９】
コイル３０が通電され励磁されると、ステータ部１４Ａ、１４Ｂの間に発生する磁場から回転トルクを受けて、図４に示すように、非通電時の状態から６８°回転し、図５の破線で示すように、アーム１９と全閉ストッパ７２が当接し（９８°の位置で当接し）、全閉位置で保持される。
【００２０】
このとき、永久磁石２０を半径方向に着磁したことにより、永久磁石２０の回転に伴って、コイル３０に鎖交する永久磁石２０による磁束の変化量は回転に対し一定となる。このため、図８に示すように、一定電流を通電した際に、回転軸１８に発生する回転トルクは、回転軸１８の回転範囲内において略一定トルクとなり、又電流の一定の増加量に対するトルクの増加は略一定となるため、図１０に示すように、回転範囲内であれば電流と回転トルクは略比例関係となる。
【００２１】
コイル３０が通電され励磁されると、図６に示すように、通電に伴いコイル３０には自己誘導により破線で示すような電流が流れ、回転トルクが発生しようとする。ところが、通電によりコイル３０に流れる電流が増加し、回転軸１８の回転トルクがトーションコイルスプリング２１の回転トルクを上回ると、永久磁石２０が図６のＡ点にて回転を開始し、コイル３０に鎖交する永久磁石２０による磁束が一定に変化し、コイル３０の電流値を減らす方向に一定の起電力が発生する。これにより、図６の実線で示すようにコイル３０の電流値の増加が緩やかになってその変化量は一定になり、図８で示すように電流値と回転トルクは略比例関係なので、発生トルクの増加量も一定となる。その発生トルクの増加量は、図８に示すようにトーションコイルスプリング２１の付勢力（回転トルク）と略同一になり、釣合いながら回転し、回転速度が小さくなる。
【００２２】
一方、コイル３０の通電が遮断され非励磁となると、図５に示すように回転軸１８と一体的に回転するアーム１９とハウジング６０に固定されたプレート１３の間に介設されたトーションコイルスプリング２１により、全開方向（図示反時計方向）に回転され、アーム１９が全開ストッパ７１に当接し、全開位置に保持される。
【００２３】
コイル３０の通電が遮断され非励磁にされると、図７に示すように、通電の遮断に伴いコイル３０には自己誘導により破線で示すような電流が流れる。ところが、通電の遮断により、コイル３０に流れる電流が減少し、回転軸１８の回転トルクが、図７のＢ点にてトーションコイルスプリング２１の付勢力による回転トルクを下回ると、永久磁石２０が全開方向（図示反時計方向）に回転し、コイル３０に鎖交する永久磁石２０による磁束が変化し、コイル３０の電流値を増やす方向に起電力が発生する。このとき、通電制御手段を構成するコイル３０の両端間に配設されたダイオード３７による短絡により順方向に電流が流れ、図７の実線で示すようにコイル３０の電流値の減少が緩やかになって、その変化量は一定になり発生トルクの減少量も一定となる。その発生トルクの減少量は、図８に示すようにトーションコイルスプリング２１の付勢力（回転トルク）と略同一になり、釣合いながら回転し、回転速度が小さくなる。
【００２４】
なお、本実施形態のロータリソレノイド１０は、内燃機関の有効吸気管長又は内燃機関の吸気スワールを制御するために内燃機関の吸気通路内に備えられるバルブの適用するこができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石を半径方向に着磁したことにより、永久磁石の回転に伴って、コイルに鎖交する永久磁石による磁束の変化量は回転に対し一定となる。このため、一定電流を通電した際に回転軸に発生する回転トルクは、回転軸の回転範囲において一定トルクとなり、回転範囲内であれば電流と回転トルクは比例関係となる。また、磁束変化によりコイルに一定の大きさの起電力が発生し、その方向はコイルに流れる電流値を減らす方向に作用し、永久磁石の回転中の電流増加を緩やかにする。これにより、コイルを励磁した際には、スプリングによる回転トルクと回転軸に発生する回転トルクが釣合いながら回転することとなり、回転軸の回転速度が小さくすることができる。
【００２６】
また、請求項２に記載の発明によれば、コイルへの通電遮断時、スプリングの付勢により永久磁石が回転し、コイルに鎖交する永久磁石による磁束が変化し、その変化量は回転軸の回転に対して一定となる。この一定の磁束変化によりコイルに一定の大きさの起電力が発生し、その方向はコイルに流れる電流値を増加させる方向に作用する。このとき、コイル通電制御手段をコイルの通電方向と同一方向に電流が流れる様にコイルの端子間を短絡させる手段で構成したことにより、永久磁石の回転途中でもコイルに電流を流し続けることが可能となり、永久磁石の回転途中の電流減少量が緩やかになる。これにより、コイルへの通電遮断時には、スプリングによる回転トルクと回転軸に発生する回転トルクが釣合いながら回転することとなり、回転軸の回転速度を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータリソレノドを組み付けたインマニの要部断面図である。
【図２】本発明の図１に示すＩＩ−ＩＩラインより見た断面図である。
【図３】本発明のロータリソレノドの非通電状態を示す状態説明図である。
【図４】本発明のロータリソレノドの通電状態を示す状態説明図である。
【図５】本発明のロータリソレノドの規制手段を示す構造説明図である。
【図６】本発明のロータリソレノドの通電時の電流特性を示す説明図である。
【図７】本発明のロータリソレノドの通電遮断時の電流特性を示す説明図である。
【図８】本発明のロータリソレノドの回転範囲における角度×トルク特性を示す説明図である。
【図９】本発明の図１に示すＩＸ−ＩＸラインより見たインマニのバルブを示す断面図である。
【図１０】本発明のロータリソレノドの回転範囲における電流×トルク特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・ロータリソレノイド
１２・・・ヨーク
１４Ａ・・・ステータ部
１４Ｂ・・・ステータ部
１８・・・回転軸
１９・・・ストッパ（規制手段）
２０・・・永久磁石
２１・・・トーションコイルスプリング（スプリング）
３０・・・コイル
３６・・・トランジスタ（通電制御手段）
３７・・・ダイオード（通電制御手段）
７１・・・全開ストッパ（規制手段）
７２・・・全閉ストッパ（規制手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004179422.tif 000009
【図８】
2004179422.tif 000010
【図９】
2004179422.tif 000011
【図１０】
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