(57)【要約】【課題】  小型化を図りつつ、ロータ周面に対向した磁気受渡部の設定範囲を広げることができる空気流量制御弁を提供する。【解決手段】  トルクモータ１４を、ロータ４１を有するシャフト１５とロータ４１の外周部に配設された円筒状のコイル４２と、コイル４２で励磁されるステータ４３で構成する。ステータ４３の第１構成部材６１を、コイル４２とロータ４１間に配置される第１磁極部７１と、コイル４２の外周部に配置される第１磁気通路部７２と、第１磁気通路部７２の先端部を第１磁極部７１に連設する第１連設部７３で構成する。ステータ４３の第２構成部材６２を、コイル４２とロータ４１間に配置される第２磁極部８１と、コイル４２の外周部に配置される第２磁気通路部８２と、第２磁気通路部８２の基端部を第２磁極部８１に連設する第２連設部８３で構成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通流経路内の通流量を制御するスロットルバルブと、該スロットルバルブを回動するシャフトを備えたトルクモータと、該トルクモータによる回動方向と逆方向へ向けた付勢力を前記シャフトに付与するスプリングとを備え、
前記トルクモータが前記シャフトを回動する回転トルクと前記シャフトが前記スプリングから受ける反力とが均衡するまで前記シャフトを回動し、前記スロットルバルブの傾斜角を可変して前記通流経路内の通流面積を制御する空気流量制御弁において、
前記トルクモータを、前記シャフトの外周部にマグネットが配設されてなるロータと、該ロータの外周部に配設された筒状のコイルと、該コイルによって励磁されるステータとで構成するとともに、
前記ステータを、前記コイル及び前記ロータ間に配置される対を成す磁極部と、前記コイルの外周部に配置される筒状の磁気通路部と、該磁気通路部の一端部を一方の前記磁極部に連設する第１連設部と、前記磁気通路部の他端部を他方の前記磁極部に連設する第２連設部とで構成したことを特徴とする空気流量制御弁。
【請求項２】
前記ステータの前記磁極部に溝を形成して当該磁極部を周方向に分割したことを特徴とする請求項１記載の空気流量制御弁。
【請求項３】
前記ロータの外周面に沿って設けられた一対の集磁ステータを、前記ロータの前記マグネットを包囲するように配置するとともに、両集磁ステータの端面が対向する対向空間に、当該対向空間を通過する磁力を検出して前記ロータの回転角を検出するセンサを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流量を制御する空気流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン車の吸気路には、空気流量制御弁が設けられており、前記吸気路に設けられた板状のバルブを回動することによってエンジン側への空気の流れを調整できるように構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この空気流量制御弁は、前記バルブを開閉作動するトルクモータを備えており、該トルクモータには、図７に示すように、図外のロータに回転力を付与するステータ７０１が設けられている。
【０００４】
該ステータ７０１は、ソレノイド７０２が外嵌したセンターコア部７０３と、該センターコア部７０３の両端より延出したステータ部７０４，７０４とを備えており、前記ソレノイド通電時には、左右のステータ部７０４，７０４がそれぞれＮ極及びＳ極に励磁されるように構成されている。左右のステータ部７０４，７０４間には、図外のロータが配置されるように構成されており、該ロータの外周面には、マグネットが設けられている。
【０００５】
これにより、前記ソレノイド７０２への通電を制御して左右のステータ部７０４，７０４で発生する磁力を可変するとともに、左右のステータ部７０４，７０４と前記ロータのマグネット間に作用する吸引力及び反発力に応じた回転力を当該ロータに生じさせることによって、バネで付勢された前記ロータを、前記ステータ部７０４，７０４から付与された回転力と前記バネによる反力とがバランスする位置まで回動できるように構成されており、前記ロータの軸部に設けられた前記バルブを開閉作動できるように構成されている。
【特許文献１】特願２００４−２５６７５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の空気流量制御弁にあっては、トルクモータを構成するステータ７０１のセンターコア部７０３にソレノイド７０２を外嵌する構造上、ソレノイド用の専用スペースが必要となり、小型化の阻害要因となっていた。
【０００７】
また、前記ソレノイド７０２に巻回された巻き線のスペースを確保する為に、ロータ周面に対向する磁気受渡部７１１，７１１の設定範囲が制限されてしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ、ロータ周面に対向した磁気受渡部の設定範囲を広げることができる空気流量制御弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために本発明の請求項１の空気流量制御弁にあっては、通流経路内の通流量を制御するスロットルバルブと、該スロットルバルブを回動するシャフトを備えたトルクモータと、該トルクモータによる回動方向と逆方向へ向けた付勢力を前記シャフトに付与するスプリングとを備え、前記トルクモータが前記シャフトを回動する回転トルクと前記シャフトが前記スプリングから受ける反力とが均衡するまで前記シャフトを回動し、前記スロットルバルブの傾斜角を可変して前記通流経路内の通流面積を制御する空気流量制御弁において、前記トルクモータを、前記シャフトの外周部にマグネットが配設されてなるロータと、該ロータの外周部に配設された筒状のコイルと、該コイルによって励磁されるステータとで構成するとともに、前記ステータを、前記コイル及び前記ロータ間に配置される対を成す磁極部と、前記コイルの外周部に配置される筒状の磁気通路部と、該磁気通路部の一端部を一方の前記磁極部に連設する第１連設部と、前記磁気通路部の他端部を他方の前記磁極部に連設する第２連設部とで構成した。
【００１０】
すなわち、スロットルバルブを駆動するトルクモータのコイルは、筒状に形成されており、ロータの外周部に配設されている。このため、コイルを巻回する為の専用スペースが不要となり、省スペース化が図られる。
【００１１】
また、前記コイルは、ロータの外周部に配設されるため、ロータの側部に設けられる場合と比較して大型化が可能となる。
【００１２】
そして、前記コイルで励磁されるステータは、ロータにトルクを付与する磁極部が前記コイルと前記ロータとの間に配置される。これにより、ロータと磁束を遣り取りする磁気受渡部が、前記ロータの外周部の領域に設定される。
【００１３】
また、請求項２空気流量制御弁においては、前記ステータの前記磁極部に溝を形成して当該磁極部を周方向に分割した。
【００１４】
すなわち、ロータのマグネットと磁束を遣り取りする磁極部は、周方向に分割されており、分割された一カ所の磁極部で磁気飽和が生じた場合であっても、隣接した箇所での磁気飽和が回避される。
【００１５】
さらに、請求項３の空気流量制御弁では、前記ロータの外周面に沿って設けられた一対の集磁ステータを、前記ロータの前記マグネットを包囲するように配置するとともに、両集磁ステータの端面が対向する対向空間に、当該対向空間を通過する磁力を検出して前記ロータの回転角を検出するセンサを設けた。
【００１６】
すなわち、ロータが回転すると、該ロータに設けられたマグネットが回転し、各マグネットからの磁束は、対面した集磁ステータに入力される。そして、この磁束が一方の集磁ステータから他方の集磁ステータに流れることによって磁気回路が形成される。
【００１７】
このとき、前記磁束は、前記両集磁ステータの端面が対向する対向空間を通過することとなり、その磁力がセンサで検出される。これにより、この磁力に基づいて前記ロータの回転角が検出される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明の請求項１の空気流量制御弁にあっては、スロットルバルブを駆動するトルクモータのコイルを、筒状に形成してロータの外周部に配設したため、ロータから離れた箇所にコイルが巻回されるセンターコア部を設けなければならなかった従来と比較して、省スペース化を図ることができる。
【００１９】
したがって、全体として小型化を図ることができ、これに伴って軽量化を図ることができる。
【００２０】
また、前記コイルは、ロータの外周部に配設されており、コイルがロータの側部に設けられコイルの外形寸法が制限されてしまう従来の構造と比較して、コイルの大型化が容易となる。
【００２１】
そして、前記コイルで励磁されるステータは、ロータにトルクを付与する磁極部が前記コイルと前記ロータとの間に配置されており、磁極部間にコイルの巻き線を配置する為のスペースを確保しなければならなかった従来と比較して、前記ロータ周面に対向した磁気受渡部の設定範囲を広げることができる。これにより、ロータの回転角に対してトルクの変化が少ないトルク特性を得ることができる。
【００２２】
また、請求項２空気流量制御弁においては、ロータのマグネットと磁束を遣り取りする磁極部を周方向に分割することによって、分割された一カ所の磁極部で磁気飽和が生じた場合であっても、隣接した箇所での磁気飽和を回避することができる。これにより、ロータの回転角によるトルクの変化を抑制することができる。これにより、トルク特性の直線性を高めることができ、高性能なバルブの開閉制御を実現することができる。
【００２３】
さらに、請求項３の空気流量制御弁では、ロータに設けられたマグネットを利用して前記ロータの回転角を検出することができる。
【００２４】
このため、ロータ検出用のマグネット等を回転軸に別途設ける場合と比較して、構成の簡素化を図る。これにより、組立性の向上を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。図１は、本実施の形態にかかる空気流量制御弁１を示す図であり、該空気流量制御弁１はディーゼルエンジン車に設けられ吸気路における空気流量を制御するものである。
【００２６】
すなわち、前記空気流量制御弁１のスロットルボディ１１には、ディーゼルエンジン車の吸気路に接続される円筒部１２が形成されており、該円筒部１２によって通流経路１３が形成されている。前記円筒部１２の側部には、トルクモータ１４が設けられており、該トルクモータ１４より延出したシャフト１５が前記通流経路１３を横断するとともに、その先端が前記円筒部１２に回動自在に支持されている。
【００２７】
このシャフト１５には、円板状のスロットルバルブ１６がネジ止めされており、該スロットルバルブ１６の傾斜角を変更して前記通流経路１３内の通流面積を可変することで、該通流経路１３内の通流量を制御できるように構成されている。
【００２８】
前記円筒部１２より延出した前記シャフト１５の部位には、図２に示すように、外嵌部品２１が固定されており、該外嵌部品２１には、外周方向に突出する第１ストッパ２２と第２ストッパ２３とが設けられている。両ストッパ２２，２３は、所定の間隔をおいて設けられており、各ストッパ２２，２３は、前記スロットルボディ１１に設けられた凸部２４と当接するように構成されている。これにより、前記シャフト１５を回転した際に、いずれかのストッパ２２，２３が前記凸部２４に当接した状態で回動規制されるように構成されており、前記シャフト１５の回転範囲が定められている。
【００２９】
前記シャフト１５の外周部には、コイルスプリング３１が遊嵌した状態で設けられており、該コイルスプリング３１の一端は、前記スロットルボディ１１に固定されている。また、前記コイルスプリング３１の他端は、前記外嵌部材２１に係止されており、このコイルスプリング３１によって前記シャフト１５には、前記トルクモータ１４による回動方向と逆方向の付勢力が付与されるように構成されている。
【００３０】
前記トルクモータ１４は、図１及び図３に示すように、前記スロットルボディ１１にベアリング３５を介して回動自在に支持された前記シャフト１５と、該シャフト１５の基端部に設けられたロータ４１と、該ロータ４１の外周部に配設された筒状のコイル４２と、該コイル４２によって励磁されるステータ４３とによって構成されている。
【００３１】
前記ロータ４１は、前記シャフト１５の基端部に外嵌した状態で固定されたマグネットコア４５と、該マグネットコア４５の外周部に固定された断面半円形状の第１マグネット４６及び第２マグネット４７によって構成されており、両マグネット４６，４７は、異なる極性に設定されている。
【００３２】
前記コイル４２は、両端に鍔部５１，５１が形成された円筒状のボビン５２を備えてなり、該ボビン５２の両鍔部５１，５１間には、巻き線５３が巻回されている。前記ボビン５２に内側面には、突出部５４が内側へ向けて突設されており、該突出部５４より前記巻き線５３を延出できるように構成されている。
【００３３】
前記ステータ４３は、前記コイル４２の先端側より嵌着される第１構成部材６１と、前記コイル４２の基端側より嵌着される第２構成部材６２とによって構成されている。
【００３４】
前記第１構成部材６１は、組み付け状態において、前記コイル４２と前記ロータ４１との間に配置される断面半円形の半円筒形状の第１磁極部７１と、前記コイル４２の外周部に配置される円筒状の第１磁気通路部７２と、該第１磁気通路部７２を、その先端部にて前記第１磁極部７１に連設する扇形状の第１連設部７３とによって一体形成されている。前記第１磁気通路部７２の基端面には、基端側へ向けて突出した図外の第１係合凸部と先端側に後退した第１係合凹部７４とが設けられており、前記第１係合凸部及び前記第１係合凹部７４は、等間隔をおいて設けられている。
【００３５】
また、前記第２構成部材６２は、組み付け状態において、前記コイル４２と前記ロータ４１との間に配置される断面半円形の半円筒形状の第２磁極部８１と、前記コイル４２の外周部に配置される円筒状の第２磁気通路部８２と、該第２磁気通路部８２を、その基端部にて前記第２磁極部８１に連設する扇形状の第２連設部８３とによって一体形成されている。前記第２磁気通路部２の先端面には、先端側へ向けて突出した第２係合凸部８４，８４と基端側に後退した第２係合凹部８５，８５とが設けられており、前記第２係合凸部８４及び前記第２係合凹部８５は、等間隔をおいて設けられている。
【００３６】
これにより、前記第１構成部材６１を前記コイル４２の先端側より嵌着するとともに、前記第２構成部材６２を前記コイル４２の基端側より嵌着してステータ４３を形成した際には、前記第１構成部材６１の第１係合凸部が前記第２構成部材６２の第２係合凹部８５，８５に係合するとともに、前記第２構成部材６２の第２係合凸部８４，８４が前記第１構成部材６１の第１係合凹部７４，７４に係合した状態で、両構成部材６１，６２が位置決めされるように構成されており、前記第１構成部材６１の前記第１磁極部７１と前記第２構成部材６２の前記第２磁極部８１とが、前記ロータ４１の外周部において当該ロータ４１を包囲するように構成されている。
【００３７】
また、前記第１構成部材６１の前記第１磁極部７１及び前記第２構成部材６２の前記第２磁極部８１は、前記コイル４２の外周部を覆うように配置されるとともに、前記第１構成部材６１の前記第１連設部７３及び前記第２構成部材６２の前記第２連設部８３が前記コイル４２の先端面及び基端面に沿って配置されるように構成されている。さらに、前記コイル４２の前記ボビン５２に形成された前記突出部５４は、前記第１磁極部７１と前記第２磁極部８１との間に配置されるように構成されている。
【００３８】
前記第１構成部材６１の前記第１磁極部７１及び前記第２構成部材６２の前記第２磁極部８１のそれぞれには、円弧状に延在した各磁極部７１，８１を横断する第１溝９１，・・・及び第２溝９２，・・・が四カ所に形成されており、各溝９１，・・・、９２，・・・は、等間隔をおいて形成されている。これらの溝９１，・・・、９２，・・・によって前記各磁極部７１，８１は、周方向に五分割されており、前記各磁極部７１，８１には、図４中時計回りに第１〜第５の磁極ブロック７１ａ〜７１ｅ、８１ａ〜８１ｅが形成されている。
【００３９】
これにより、前記コイル４２が通電され前記ステータ４３が励磁された際には、前記コイル４２の先端側に配置された前記ステータ４３の前記第１構成部材６１がＮ極に励磁されることによって、図４中左方の配置された前記第１磁極部７１をＮ極に磁化し、図４中左方に配置された前記ロータ４１のＮ極の第１マグネット４６に磁気反発力を生じさせるとともに、図４中右方の配置された前記ロータ４１のＳ極の第２マグネット４７には、磁気吸引力を生じさせ、前記ロータ４１に図４中時計回りの回転トルクを付与できるように構成されている。
【００４０】
また、前記コイル４２の基端側に配置された前記ステータ４３の前記第２構成部材６２がＳ極に励磁されることによって、図４中右方の配置された前記第２磁極部８１をＳ極に磁化し、図４中左方に配置された前記ロータ４１のＮ極の第１マグネット４６に磁気吸引力を生じさせるとともに、図４中右方の配置された前記ロータ４１のＳ極の第２マグネット４７には磁気反発力を生じさせ、前記ロータ４１に図４中時計回りの回転トルクを付与できるように構成されている。
【００４１】
このとき、前記ロータ４１が設けられた前記シャフト１５は、前記コイルスプリング３１からの反力を受けることとなり、前記回転トルクと前記スプリング３１からの反力とが均衡する角度まで前記シャフト１５が回動するように構成されている。これにより、前記シャフト１５に設けられた前記スロットルバルブ１６の傾斜角を、０度〜７０度の範囲で可変できるように構成されており、当該スロットルバルブ１６が形成する傾斜角によって前記通流経路１３内の通流面積を可変して前記通流経路１３内を通過する空気の通流量を制御できるように構成されている。
【００４２】
そして、前記トルクモータ１４の基端面には、図１に示したように、センサ取付部１０１が凹設されており、該センサ取付部１０１には、回転角センサー１０２が取り付けられている。
【００４３】
この回転角センサー１０２は、前記センサ取付部１０１に内嵌されるセンサー本体１１１を備えており、該センサー本体１１１には、前記トルクモータ１４の前記ロータ４１の端部が挿入される凹部１１２が設けられている。該凹部１１２の奥部には、前記シャフト１５を回動自在に支持するベアリング１１３が設けられており、当該凹部１１２の開口部側には、複数の金属板が積層されてなる第１集磁ステータ１１４及び第２集磁ステータ１１５がインサート成型されている。
【００４４】
各集磁ステータ１１４，１１５は、図５にも示すように、半円形状の板材によって形成されており、第１集磁ステータ１１４の第１先端面１２１は、第２集磁ステータ１１５の第２基端面１２２に対向するように配置されている。また、第２集磁ステータ１１５の第２先端面１２３は、第１集磁ステータ１１４の第１基端面１２４に対向するように配置されており、両集磁ステータ１１４，１１５は、前記ロータ４１の前記各マグネット４５，４６を包囲するように対向して配置されている。
【００４５】
前記第１集磁ステータ１１４の第１先端面１２１と前記第２集磁ステータ１１５の第２基端面１２２との間には、両面１２１，１２２が対向する対向空間１３１が形成されており、この対向空間１３１には、当該対向空間１３１を通過する磁力を検出して前記ロータ４１の回転角を検出するセンサ部品であるリニアホール素子１３２が設けられている。該リニアホール素子１３２は、前記対向空間１３１を通過する磁束の方向及び大きさを検出し電気信号として出力するように構成されており、このリニアホール素子１３２から延出した信号線１３３は、図１に示したように、前記センサー本体１１１にインサート成型されたコネクタ１３４に接続されている。
【００４６】
以上の構成にかかる本実施の形態において、スロットルバルブ１６を駆動するトルクモータ１４のコイル４２を円筒状に形成してロータ４１の外周部に配設したため、該ロータ４１から離れた箇所にコイル４２が巻回されるセンターコア部を設けなければならなかった従来と比較して、コイル４２を巻回する為の専用スペースが不要となり、省スペース化を図ることができるとともに、組立性も向上する。
【００４７】
したがって、空気流用制御弁１全体として小型化を図ることができ、これに伴って軽量化を図ることができる。
【００４８】
また、前記コイル４２は、ロータ４１の外周部に配設されており、当該コイル４２が前記ロータ４１の側部に設けられコイル４２の外形寸法が制限されてしまう従来の構造と比較して、前記コイル４２の大型化が容易となる。
【００４９】
そして、前記コイル４２で励磁されるステータ４３は、前記ロータ４１にトルクを付与する第１及び第２磁極部７１，８１が前記コイル４２と前記ロータ４１との間に配置されており、両磁極部７１，８１間にコイル４２の巻き線を配置する為のスペースを確保しなければならなかった従来と比較して、前記ロータ４１周面に対面した磁気受渡部の設定範囲を周方向に広げることができる。これにより、前記ロータ４１の回転角に対してトルクの変化が少ないトルク特性を得ることができる。
【００５０】
そして、前記ロータ４１の各マグネット４６，４７と磁束を遣り取りする各磁極部７１，８１は、周方向に分割されており、分割された一カ所の磁極ブロックで磁気飽和が生じた場合であっても、隣接した磁極ブロックでの磁気飽和を回避することができる。これにより、次の磁極ブロックによる磁気吸引力及び磁気反発力を十分に発揮することができ、ロータ４１の回転角によるトルクの変化を抑制することができる。よって、トルク特性の直線性を高めることができ、高性能なバルブの開閉制御を実現することができる。
【００５１】
すなわち、図６は、各磁極部７１，８１の溝数が「０」で分割しないもの１４１と、溝数が「１」の二分割したもの１４２と、溝数が「２」の三分割したもの１４３と、溝数が「３」の四分割したもの１４４と、溝数が「４」の五分割したもの１４５とにおいて、ロータ４１の回転角に対するトルクを測定した解析結果であり、この解析結果から分かるように、各磁極部７１，８１の溝数が増加し分割数が多いものの方がトルク特性がなだらかとなり、直線性が向上することを確認することができた。
【００５２】
一方、前記回転角センサー１０２において、前記ロータ４１が回転に伴って各マグネット４６，４７が回転する際に、各マグネット４６，４７からの磁束は、対面した各集磁ステータ１１４，１１５に入力される。そして、この磁束が一方の集磁ステータ１１４から他方の集磁ステータ１１５へ流れることによって磁気回路が形成される。
【００５３】
このとき、前記磁束は、前記両集磁ステータ１１４，１１５の第１先端面１２１と第２基端面１２２とが対向する対向空間１３１を通過することとなり、その磁力は、リニアホール素子１３２で検出される。これにより、この磁力に基づいて前記ロータ４１の回転角を検出することができる。
【００５４】
このため、ロータ検出用のマグネット等を回転軸に別途設けて回転角センサー１０２を構成する場合と比較して、構成の簡素化を図る。これにより、組立性の向上を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同実施の形態の要部の縦断面を示す図である。
【図３】同実施の形態のトルクモータを示す分解斜視図である。
【図４】同実施の形態のトルクモータの動作を示す説明図である。
【図５】同実施の形態の回転角センサの要部を示す断面図である。
【図６】同実施の形態のトルクモータの磁極部での溝数によるトルクの影響を示す解析結果である。
【図７】従来のトルクモータのステータを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    空気流量制御弁
１４    トルクモータ
１５    シャフト
１６    スロットルバルブ
３１    コイルスプリング
４１    ロータ
４２    コイル
４３    ステータ
４６    第１マグネット
４７    第２マグネット
７１    第１磁極部
７２    第１磁気通路部
７３    第１連設部
８１    第２磁極部
８２    第２磁気通路部
８３    第２連設部
９１    第１溝
９２    第２溝
１１４    第１集磁ステータ
１１５    第２集磁ステータ
１２１    第１先端面
１２２    第２基端面
１３１    対向空間
１３２    リニアホール素子
【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】
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