(57)【要約】【課題】作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータにおいて、必要なトルク特性を満足するようにステータ及びコアを構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができるトルクモータを提供する。【解決手段】ロータ（１０）には回転軸に対する周上に偶数個の磁石（１２ａ〜１２ｄ）が、外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置されている。ステータ（２０、４０）は、各磁極部を連通する連通部を有するコア（２３、４３）、及び当該コアの連通部に設けられたコイル（３０、５０）が、各々単数あるいは複数にて構成されている。各コアは、ロータに対向する磁極部を少なくとも２個所備えており、前記磁石において、外周がＳ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度（β１、β３）に設定し、外周がＮ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度とは異なる第２所定角度（β２、β４）に設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとを備え、ロータの作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータであって、
ロータには回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置され、
ステータは、各磁極部を連通する連通部を有するコア、及び当該コアの連通部に設けられたコイルが、各々単数あるいは複数にて構成されており、
各コアは、ロータに対向する磁極部を少なくとも２個所備えており、
前記磁石において、外周がＳ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度に設定し、外周がＮ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度とは異なる第２所定角度に設定する、
ことを特徴とするトルクモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクモータであって、
コアは２個所の磁極部を備え、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって、ロータの回転軸と同一方向の所定幅の間隙をコアに沿って設け、コア及び各磁極部を２つに分割した構造を有し、１組のステータを２個のコアで構成する、
ことを特徴とするトルクモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクモータであって、
各コアにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータと対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を２つに分割した構造とする、
ことを特徴とするトルクモータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のトルクモータであって、
２つに分割したコアを、連通部において磁束の方向と同じ方向に所定距離だけ結合させる、
ことを特徴とするトルクモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１８０度未満の作動角度範囲（例えば９０度の作動角度範囲）で用いるトルクモータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両のスロットルバルブには１８０度未満の作動角度範囲を有するトルクモータが用いられている。
従来のトルクモータ１の概略図を図５に示す。従来は、ロータ１０の周上に外周がＮ極及びＳ極となるように２個の磁石１２が設けられており、当該２個の磁石１２の外周の角度は、各々１８０度である（２個の磁石１２の角度が同じである）。また、ステータ２０は、２個の磁極部２１及び２２を有するコア２３と、コイル３０とを有しており、「一方の磁極部の中心Ｐ２１」と「ロータの回転中心Ｐ１０」とを結んだ直線と、「他方の磁極部の中心Ｐ２２」と「ロータの回転中心Ｐ１０」とを結んだ直線との成す角度は１８０度である。
ここで、例えば、このトルクモータ１をスロットルバルブ８０の駆動に用いた場合、ロータの作動角度範囲は９０度である。また、図６（Ａ）は、図５に示す従来のトルクモータ１の断面ＡＡを示しており、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すトルクモータ１のトルク／回転角特性の概略を示すグラフである。
なお、従来より、コア内に貫通孔、ディテント溝等を設けて所定の作動角度範囲内で制御するロータリソレノイド式アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−９２５４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に提案されているアクチュエータにおけるトルクモータでは、ステータにおける磁極部の形状が一様な形状であり、しかもロータの磁石角度（周に沿った角度）が一様な角度であり、トルク特性の自由度が小さい。このため、作動角度範囲内の全域において要求されるトルク特性を満足させた場合、体格及び質量（コイル、コアのサイズ等）が比較的大きくなる傾向にある。例えば、一部の作動角度では要求トルク特性をわずかに上回り、他の作動角度では要求トルク特性を必要以上に上回る場合がある。この場合、必要以上のトルク特性により体格及び質量が大きくなり、小型化及び軽量化を妨げている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータにおいて、必要なトルク特性を満足するようにステータ及びコアを構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができるトルクモータを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項１に記載のトルクモータは、ロータとステータとを備え、ロータの作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータであって、ロータには回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置されている。ステータは、各磁極部を連通する連通部を有するコア、及び当該コアの連通部に設けられたコイルが、各々単数あるいは複数にて構成されており、各コアは、ロータに対向する磁極部を少なくとも２個所備えている。そして、前記磁石において、外周がＳ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度に設定し、外周がＮ極の磁石におけるロータの周に沿った角度を第１所定角度とは異なる第２所定角度に設定する（第１の実施の形態参照）。
このように、各極（Ｎ極及びＳ極）の磁石角度（周に沿った角度）を変更することで、トルク特性を変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項２に記載のトルクモータは、請求項１に記載のトルクモータであって、コアは２個所の磁極部を備え、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって、ロータの回転軸と同一方向の所定幅の間隙をコアに沿って設け、コア及び各磁極部を２つに分割した構造を有し、１組のステータを２個のコアで構成する（第２の実施の形態参照）。
この場合、１組のステータにおける２個のコアの間隙の幅を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項３に記載のトルクモータは、請求項２に記載のトルクモータであって、各コアにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータと対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を２つに分割した構造とする（第３の実施の形態参照）。
この場合、各コアの一方の磁極部の面積（ロータと対向する面積）と他方の磁極部の面積（ロータと対向する面積）の割合を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのトルクモータである。
請求項４に記載のトルクモータは、請求項２または３に記載のトルクモータであって、２つに分割したコアを、連通部において磁束の方向と同じ方向に所定距離だけ結合させる（第２の実施の形態参照）。
この場合、結合させる距離を変更することで、トルク特性を比較的容易に変更することができる。これにより、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、要求トルク特性を満足させることができ、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のトルクモータ１の第１の実施の形態の概略構成図を示している。
なお、以下に説明する第１〜第３の実施の形態において、トルクモータ１におけるロータ１０は、回転軸に対する周上に偶数個の磁石が設けられ、各磁石は外周の極が隣り合う磁石の外周の極と異なるように配置される。また、外周がＳ極の磁石の角度（第１所定角度：β１またはβ３）と、外周がＮ極の磁石の角度（第２所定角度：β２またはβ４）を、異なる角度に設定している。
また、以下に説明する実施の形態では、トルクモータ１を車両のスロットルバルブの駆動（作動角度範囲は約９０度）に適用した例を示している。
【００１０】
◆［第１の実施の形態（図１、図２）］
図１（Ａ）に、コイル３０及びコア２３とで構成された１個のステータ２０を有するトルクモータ１の例を示す。従来のトルクモータは、ロータに設けられた各磁石の角度が同一であり、トルク特性の自由度が小さかった。しかし、以降に説明する実施の形態（第１〜第３の実施の形態）では、ロータに設けられた各磁石の角度を異なるように設定して、要求特性に合わせてトルク特性を変更する。
また、図１（Ｂ）及び（Ｃ）は、コイル３０及びコア２３とで構成された第１のステータ２０と、コイル５０及びコア４３とで構成された第２のステータ４０の、２個のステータを有するトルクモータ１の例を示す。なお、図１（Ｂ）及び（Ｃ）は同一のトルクモータ１を示している。
また、図２（Ａ）は、コイル３１〜３４及びコア２３とで構成された１個のステータ２０を有するトルクモータ１の例を示す。
このように、ステータは、コア及びコイルが、単数及び単数（図１（Ａ））、複数及び複数（図１（Ｂ）及び（Ｃ））、単数及び複数（図２（Ａ））で構成することができる。なお、図示しないがコア及びコイルを、複数及び単数で構成することもできる。
【００１１】
従来のトルクモータでは、トルク特性の自由度が小さく、作動角度範囲の全域で要求特性を満足させるように構成した場合、トルクモータの体格及び質量が大きくなることがある。しかし、図１（Ａ）に示すトルクモータ１では、磁石の角度（β１及びβ２）を調整することで、トルクモータ１のトルク特性を比較的容易に変更することができる。
図１（Ａ）に示すトルクモータ１は、作動角度範囲を１８０度とすることができるトルクモータの例であり、図１（Ｂ）及び（Ｃ）、図２（Ａ）に示すトルクモータ１は、作動角度範囲を９０度としたトルクモータの例である（図１（Ｃ）では、角度φが作動角度範囲である）。以降、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すトルクモータ１を用いて説明する。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すトルクモータ１では、磁石の角度（β３及びβ４）を調整することでトルク特性を比較的容易に変更することができる。
ロータ１０に設けられている磁石１２ａ〜１２ｄは、隣り合う磁石の外周の極が異なるように配置されている（外周の極がＮ極、Ｓ極と交互になるように配置されている）。また、各コア２３及び４３は、各々２個所の磁極部２１及び２２、磁極部４１及び４２を備えている。
【００１３】
次に、図２（Ｂ）にトルク／回転角特性のグラフを示す（この場合、トルクモータ１は図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示す構造である）。
図２（Ｂ）に示すグラフにおいて、グラフＳｇ１１は（角度β３、角度β４）が（９０度、９０度）の場合を示しており、グラフＳｇ１２は（８０度、１００度）の場合を示しており、グラフＳｇ１３は（７０度、１１０度）の場合を示している。
このように、外周の極が交互になるように磁石を配置し、Ｓ極の角度β３（第１所定角度）とＮ極の角度β４（第２所定角度）を、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ１の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【００１４】
◆［第２の実施の形態（図３）］
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す第２の実施の形態に示すトルクモータ１は、第１の実施の形態（図１（Ｂ）に示すトルクモータ１）に対して、コア２３及びコア４３の構造が異なる。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。
図３（Ａ）に示す例では、ステータ２０は、２個のコア２３ａ及び２３ｂにて構成されており、一方の磁極部２１ａ及び２１ｂから、他方の磁極部２２ａ及び２２ｂに向かって、ロータ１０の回転軸と同一方向の所定幅Ｗｄの間隙を、コアに沿って設けている。これにより、コアを２つに分割（コア２３ａ、コア２３ｂに分割）したような構造を有している。なお、ステータ４０も同様の構造を有しており、説明を省略する。
図３（Ｂ）に示す例では、図３（Ａ）に示すトルクモータ１に対して、各ステータ２０及び４０において、２つに分割したコアを、磁極部と磁極部を連通する連通部にて、磁束の方向と同じ方向に所定距離Ｌｃだけ結合させている。
【００１５】
次に、図３（Ｃ）及び（Ｄ）にトルク／回転角特性のグラフを示す。
図３（Ｃ）に示すグラフは、図３（Ａ）に示すトルクモータ１に対するグラフであり、グラフＳｇ２１は（所定幅Ｗｄ）が（０ｍｍ）の場合を示しており、グラフＳｇ２２は（所定幅Ｗｄ）が（１ｍｍ）の場合を示しており、グラフＳｇ２３は（所定幅Ｗｄ）が（２ｍｍ）の場合を示している。
図３（Ｃ）に示すトルク／回転角特性グラフより、所定幅Ｗｄを大きくしていくと、回転角５０度未満のトルクがやや減少して回転角５０度以上のトルクがやや増加していくことがわかる。
このように、２つに分割したコアにおける所定幅Ｗｄの間隔を、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ１の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【００１６】
図３（Ｄ）に示すグラフは、図３（Ｂ）に示すトルクモータ１に対するグラフであり、グラフＳｇ３１は（所定距離Ｌｃ）が（０ｍｍ）の場合を示しており、グラフＳｇ３２は（所定距離Ｌｃ）が（３ｍｍ）の場合を示しており、グラフＳｇ３３は（所定距離Ｌｃ）が（６ｍｍ）の場合を示している。
図３（Ｄ）に示すトルク／回転角特性グラフより、所定距離Ｌｃが長くなると、回転角４５度未満のトルクがやや増加して回転角４５度以上のトルクがやや減少していくことがわかる。
このように、２つに分割したコアにおける結合の所定距離Ｌｃを、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ１の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【００１７】
◆［第３の実施の形態（図４）］
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す第３の実施の形態に示すトルクモータ１は、第２の実施の形態（図３（Ａ））に対して、所定幅Ｗｄの間隙の位置を変更しており、各磁極部の面積（ロータと対向する磁極部の面積）の割合が異なる。以下、第２の実施の形態との相違点について説明する。
図４（Ａ）に示す例では、各コア２３ａ、２３ｂ、４３ａ、４３ｂにおいて、ロータと対向する一方の磁極部の面積と、ロータに対向する他方の磁極部の面積とが異なるようにコア及び各磁極部を２つに分割したような構造とする。
例えば、図４（Ａ）に示すステータ２０のコア２３ａにおいて、「ロータと対向する一方の磁極部２１ａの面積（Ｗ２１ａに対応する面積）」＜「ロータと対向する他方の磁極部２２ａの面積（Ｗ２２ａに対応する面積）」となるように、コア２３ａとコア２３ｂとを分割したような構造とする。なお、この場合は、ステータ２０のコア２３ｂにおいて、「ロータと対向する一方の磁極部２１ｂの面積（Ｗ２１ｂに対応する面積）」＞「ロータと対向する他方の磁極部２２ｂの面積（Ｗ２２ｂに対応する面積）」となる。
また、ステータ４０のコア４３ａ及びコア４３ｂは、同様であるので説明を省略する。
【００１８】
図４（Ｂ）に示すトルクモータ１は、図４（Ａ）に示すトルクモータ１に対して、各ステータ２０及び４０を２つに分割するような構造とする際、各コアの断面（磁束の方向に対して垂直な断面）が、一方の磁極部から他方の磁極部に向かって徐々に増加あるいは減少するように構成している。例えば、図４（Ｂ）において、一方の磁極部から他方の磁極部に向かう経路中のＷａ部及びＷｂ部において、Ｗａ＜Ｗｂであり、Ｗａ部からＷｂ部に向かって徐々に幅が増加するように構成しており、磁束の方向に対して垂直な断面が徐々に増加するように構成している。
第１及び第２の実施の形態では、コアが線対称形状（図において、左右対称）に配置されており、この場合、正転方向（反時計回りの方向）と逆転方向（時計回りの方向）では同じ特性であるが、本実施の形態では正転方向と逆転方向のトルク特性を異なる特性にすることができる。
【００１９】
例えば車両の開閉弁にこのトルクモータ１を応用した場合、開閉方向ともに同じ要求トルク特性であることは稀であり、通常は開方向と閉方向で異なる要求トルク特性であることが多い。例えば吸気絞り弁として使用した場合、吸入空気による圧力が印加されるため、開方向の要求トルク特性のほうが大きな値となる。また、コイルへの通電を一方向に限定した駆動方法とした場合、例えば閉方向への駆動はスプリング等の弾性体の弾性力により行う。この場合、開方向への駆動力をトルクモータ１にて発生させるが、閉方向への駆動力は全く必要がない。このような要求トルク特性に対し、従来技術のトルクモータでは、開閉どちらかのトルク特性に多大な余裕があり、必要以上の性能を持っていることになり、サイズが大きい。
【００２０】
例えば車両のスロットルバルブに本実施の形態におけるトルクモータ１を用いれば、図４（Ｃ）に示すようなトルク／回転角特性グラフを得ることができる。図４（Ｃ）に示すグラフは、図４（Ａ）に示すトルクモータ１に対するグラフであり、グラフＳｇ４１（正転方向）及びＳｇ４３（逆転方向）は（Ｗ２１ａ＝Ｗ２２ａ＝Ｗ２１ｂ＝Ｗ２２ｂ＝Ｗ４１ａ＝Ｗ４２ａ＝Ｗ４１ｂ＝Ｗ４２ｂ）の場合を示している。また、グラフＳｇ４２（正転方向）及びＳｇ４４（逆転方向）は（Ｗ２１ａ＜Ｗ２２ａ、Ｗ２１ｂ＞Ｗ２２ｂ、Ｗ４１ａ＜Ｗ４２ａ、Ｗ４１ｂ＞Ｗ４２ｂ）の場合を示している。
【００２１】
図４（Ｃ）に示すトルク／回転角特性グラフより、コアの両端に設けた磁極部の面積の割合を変化させると、正転方向のトルクがやや増加し、逆転方向のトルクがやや減少していくことがわかる。
このように、各コアにおける一方の磁極部の面積（ロータと対向する面の面積）と他方の磁極部の面積（ロータと対向する面の面積）が異なるように、要求特性に応じて設定すれば、体格及び質量を必要以上に大きくすることなく、必要にして充分なトルク特性を満足させることができる。
これにより、要求特性以上のコア等のサイズを必要とせず、適切なサイズに収めることができるので、トルクモータ１の小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【００２２】
なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すトルクモータ１において、図３（Ｂ）に示すように、２つに分割したコアの連通部にて、磁束の方向と同じ方向に所定距離Ｌｃだけ結合させてトルク特性を変更するようにしてもよい。
【００２３】
本発明のトルクモータ１は、本実施の形態で説明した構成、形状、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、磁石１２、コア２３等の材質は特に限定しない。
本実施の形態の説明では、全てロータ１０の作動角度範囲が９０度のスロットルバルブを例として説明した。しかし、本発明のトルクモータ１は、車両のスロットルバルブの他にも、１８０度未満の作動角度範囲を有する種々の制御システムに適用することが可能である。
本実施の形態にて説明したトルク／回転角特性は、各実施の形態の説明に用いたグラフに限定されるものではない。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４のいずれかに記載のトルクモータを用いれば、作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータにおいて、必要なトルク特性を満足するようにステータ及びコアを構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができるトルクモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルクモータ１における、第１の実施の形態の概略構造を説明する図である。
【図２】本発明のトルクモータ１における、第１の実施の形態の他の構造の例、及びトルク／回転角特性を説明する図である。
【図３】本発明のトルクモータ１における、第２の実施の形態の概略構造及びトルク／回転角特性を説明する図である。
【図４】本発明のトルクモータ１における、第３の実施の形態の概略構造及びトルク／回転角特性を説明する図である。
【図５】従来のトルクモータの構造を説明する図である。
【図６】従来のトルクモータの構造及びトルク／回転角特性を説明する図である。
【符号の説明】
１      トルクモータ
１０    ロータ
１２    磁石
２０    ステータ（他方のステータ）
２１、２１ａ、２１ｂ、２２、２２ａ、２２ｂ    磁極部
２３、２３ａ、２３ｂ    コア
３０    コイル
４０    ステータ（一方のステータ）
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ    磁極部
４３ａ、４３ｂ    コア（第１コア、第２コア）
５０    コイル
【図１】
2005020940.tif 000003
【図２】
2005020940.tif 000004
【図３】
2005020940.tif 000005
【図４】
2005020940.tif 000006
【図５】
2005020940.tif 000007
【図６】
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