(57)【要約】【課題】必要なトルク特性を満足するようにステータ及びステータの磁極部を構成することで、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）の作動角度範囲が１８０度未満のトルクモータであって、ステータはコアとコイルとで構成され、ロータの回転軸方向に特性の異なる２組のステータ（２０、４０）が配置されている。また、ロータには回転軸に対する周上に２個の磁石（１２）が配置されている。そして、各コアは２個所の磁極部を備え、一方のステータ（４０）は、第１コア（４３ａ）と第２コア（４３ｂ）を有しており、第１コア及び第２コアの各磁極部は、ロータの周に沿って第１コアの一方の磁極部（４１ａ）、第２コアの一方の磁極部（４１ｂ）、第１コアの他方の磁極部（４２ａ）、第２コアの他方の磁極部（４２ｂ）の順に配置されている。【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、
ステータはコアとコイルとで構成され、ロータの回転軸方向に特性の異なる２組のステータが配置されている、
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、
ロータには回転軸に対する周上に２個の磁石が設けられ、各磁石の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、
各コアは２個所の磁極部を備えており、特性の異なる２組のステータにおける一方のステータは、第１コアと第２コアを有しており、第１コア及び第２コアの各磁極部は、ロータの周に沿って、第１コアの一方の磁極部、第２コアの一方の磁極部、第１コアの他方の磁極部、第２コアの他方の磁極部、の順に配置されている、
ことを特徴とするトルクモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトルクモータであって、
一方のステータの磁極部におけるロータと対向する面の面積に対して、他方のステータの磁極部におけるロータと対向する面の面積の割合を、要求特性に応じて設定する、
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による外周の角度は３６０度である（全周に渡って磁石１２が設けられている）。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、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ステータの磁極部を構成することで、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、ステータはコアとコイルとで構成され、ロータの回転軸方向に特性の異なる２組のステータが配置されている。
このように、特性の異なる２組のステータをロータの回転軸方向に配置することで、トルク特性の自由度が大きくなり、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る。これにより、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、ロータには回転軸に対する周上に２個の磁石が設けられ、各磁石の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。そして、各コアは２個所の磁極部を備えており、特性の異なる２組のステータにおける一方のステータは、第１コアと第２コアを有しており、第１コア及び第２コアの各磁極部は、ロータの周に沿って、第１コアの一方の磁極部、第２コアの一方の磁極部、第１コアの他方の磁極部、第２コアの他方の磁極部、の順に配置されている。
このように、ロータ及びステータ（一方のステータ）を構成すれば、特性の異なるステータを容易に構成できる。例えば、一方のステータは作動角度範囲の後半にトルクピークを有し、他方のステータは作動角度範囲の前半にトルクピークを有するように構成することができ、２組のステータにて作動角度範囲の全域のトルクを向上させることができる。
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、必要にして充分な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１または２に記載のトルクモータであって、一方のステータの磁極部におけるロータと対向する面の面積に対して、他方のステータの磁極部におけるロータと対向する面の面積の割合を、要求特性に応じて設定する。
これにより、２組のステータの特性を容易に調整することができ、小型化及び軽量化を容易に実現することができる。
【０００８】
【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の一実施の形態の概略構成図を示している。
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におけるステータは、図１（Ｃ）に示すように、ロータ１０の回転軸方向に特性の異なる２組のステータ（ステータ２０、ステータ４０）を配置している。なお、図１（Ｃ）では、コイルの記載を省略している。
【０００９】
◆［第１の実施の形態（図１、図２）］
図１に示す第１の実施の形態に示すトルクモータ１は、２組の特性の異なるステータを備えている。一方のステータ４０（図１（Ｂ））は、第１コア（コア４３ａ）と第２コア（コア４３ｂ）を有している。そして、第１コアと第２コアの各磁極部は、ロータ１０の周に沿って、第１コアの一方の磁極部（コア４３ａの磁極部４１ａ）、第２コアの一方の磁極部（コア４３ｂの磁極部４１ｂ）、第１コアの他方の磁極部（コア４３ａの磁極部４２ａ）、第２コアの他方の磁極部（コア４３ｂの磁極部４２ｂ）の順に配置されている（図１（Ｃ）参照）。なお、磁極部をこの順に配置するために、コア４３ａ及びコア４３ｂは、一部で立体交差している。
また、他方のステータ２０（図１（Ａ））も、２つのコア（コア２３ａ、コア２３ｂ）を有しており、こちらのコアは立体交差することなく、ロータ１０の周に沿って、コア２３ａの磁極部２１ａ、コア２３ｂの磁極部２１ｂ、コア２３ｂの磁極部２２ｂ、コア２３ａの磁極部２２ａの順に配置されている。
なお、コイル３０とコイル５０は、別々のコイルであってもよいし、共通のコイルであってもよい。以降の説明では、共通のコイルを用いた場合の例を示す。
【００１０】
次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）にトルク／回転角特性のグラフを示す。なお、この例では作動角度範囲が９０度の場合を示している。
図２（Ａ）は、一方のステータ４０のみでロータ１０を駆動した場合のグラフＳｇＴ４０と、他方のステータ２０のみでロータ１０を駆動した場合のグラフＳｇＴ２０を示している。２組のステータ２０及び４０は、特性が異なり、一方のステータ４０は回転角の後半（回転角が約４５度以上）でトルクが大きくなる特性を有しており、他方のステータ２０は回転角の前半（回転角が約４５度未満）でトルクが大きくなる特性を有している。
【００１１】
図２（Ｂ）は、２組のステータ２０及び４０を共通のコイルで駆動し、且つ各ステータの磁極部の割合（ロータ１０と対向する面の面積の割合）を変化させた場合のトルク／回転角特性グラフを示している。
グラフＳｇ１１は、一方のステータ４０側の磁極部の面積（磁極部４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂの合計面積）の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積（磁極部２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂの合計面積）の割合が、０．１：０．９の場合を示している。
同様に、グラフＳｇ１２は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．３：０．７の場合を示しており、グラフＳｇ１３は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．５：０．５の場合を示している。
【００１２】
このように、一方のステータ４０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積に対して、他方のステータ２０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積の割合を、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。
なお、コア２３ａとコア２３ｂとの間隙の距離Ｗ２０、及びコア４３ａとコア４３ｂとの間隙の距離Ｗ４０を変更することで、トルク特性を変更することもできる。
【００１３】
◆［第２の実施の形態（図３）］
図３に示す第２の実施の形態に示すトルクモータ１は、第１の実施の形態に対して、他方のステータ２０のコアの構造が異なる。図３（Ａ）に示す他方のステータ２０において、コア２３ａ及びコア２３ｂの一部にて、磁束の方向と同じ方向に所定距離Ｌ２０だけ結合している。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。なお、図３（Ｂ）に示す一方のステータ４０は、図１（Ｂ）に示す第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００１４】
この場合、図３（Ｃ）に示す他方のステータ２０のみでロータ１０を駆動した場合のグラフＳｇＴ２１、及び図３（Ｄ）に示す２組のステータ２０及び４０を共通のコイルで駆動した場合のグラフＳｇ２１〜グラフＳｇ２３の特性が、第１の実施の形態からやや異なる。
図３（Ｃ）のグラフＳｇＴ２１に示すように、本実施の形態における他方のステータ２０のみでロータ１０を駆動した場合のトルク／回転角特性は、第１の実施の形態よりもピークトルクの値（回転角が約２０度付近）が向上している。
なお、図３（Ｄ）に示すグラフＳｇ２１は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．１：０．９の場合を示している。また、グラフＳｇ２２は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．３：０．７の場合を示しており、グラフＳｇ２３は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．５：０．５の場合を示している。
【００１５】
このように、一方のステータ４０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積に対して、他方のステータ２０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積の割合を、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。
また、第１の実施の形態のトルク／回転角特性グラフ（図２（Ｂ））と異なるトルク／回転角特性グラフ（図３（Ｄ））を、比較的簡単な構造で持たせることができる。
なお、一方のステータ４０側に対して、コア４３ａ及びコア４３ｂの一部において、磁束の方向と同じ方向に所定距離Ｌ４０だけ結合するように構成（図示せず）してもよい。ステータ２０の所定距離Ｌ２０とステータ４０の所定距離Ｌ４０の少なくとも一方の距離を変更することで、トルク特性を変更することもできる。
【００１６】
◆［第３の実施の形態（図４）］
図４に示す第３の実施の形態に示すトルクモータ１は、第１の実施の形態に対して、他方のステータ２０のコアの構造が異なる。図４（Ａ）に示す他方のステータ２０において、２個のコア２３ａ及びコア２３ｂを１個のコア２３に統合している。以下、第１の実施の形態との相違点について説明する。なお、図４（Ｂ）に示す一方のステータ４０は、図１（Ｂ）に示す第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００１７】
この場合、図４（Ｃ）に示す他方のステータ２０のみでロータ１０を駆動した場合のグラフＳｇＴ２２、及び図４（Ｄ）に示す２組のステータ２０及び４０を共通のコイルで駆動した場合のグラフＳｇ３１〜グラフＳｇ３３の特性が、第１の実施の形態からやや異なる。
図４（Ｃ）のグラフＳｇＴ２２に示すように、本実施の形態における他方のステータ２０のみでロータ１０を駆動した場合のトルク／回転角特性は、第１の実施の形態よりもピークトルクの値（回転角が約２０度付近）が向上している。
なお、図４（Ｄ）に示すグラフＳｇ３１は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．１：０．９の場合を示している。また、グラフＳｇ３２は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．３：０．７の場合を示しており、グラフＳｇ３３は、一方のステータ４０側の磁極部の面積の割合と、他方のステータ２０側の磁極部の面積の割合が、０．５：０．５の場合を示している。
【００１８】
このように、一方のステータ４０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積に対して、他方のステータ２０の磁極部におけるロータ１０と対向する面の面積の割合を、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。
また、第１の実施の形態のトルク／回転角特性グラフ（図２（Ｂ））と異なるトルク／回転角特性グラフ（図４（Ｄ））を、比較的簡単な構造で持たせることができる。
【００１９】
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。
本実施の形態の説明では、コイル３０とコイル５０を共通コイルとして、トルク／回転角特性等を求めたが、別々のコイルで構成してもよい。
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。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３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ステータの磁極部を構成することで、小型化及び軽量化をより向上させることができる。
【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】
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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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