JP2546238B2 - ロ−タリソレノイド式アクチユエ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコイルを使用した電磁アクチュエータに関す
るもので、例えばエンジンのスロットルバルブ前後のバ
イパス空気量を調整し、アイドル回転数を目標回転数に
制御するアクチュエータとして用いて有効である。

〔従来技術およびその問題点〕

従来自動車の内燃機関のアイドル回転数制御装置とし
てソレノイド式アクチュエータを用いることは知られて
いた（例えば特開昭57−73839号公報）。しかしなが
ら、従来のアクチュエータでは、流量の制御をエンジン
の回転数や環境温度等の複数の信号に応じて微妙な制御
を行おうとすると、アクチュエータおよびそのアクチュ
エータを制御するコンピュータ等の構成が複雑となり、
ひいては故障等を生じさせやすくなるという問題があっ
た。一方、制御回路等を簡易なものとするため、エンジ
ン冷却水温の低温域では、バイメタルもしくはサーモワ
ックス等を用いた空気流量制御弁で空気流量の制御を行
い、高温域のみコンピュータにより制御されたアクチュ
エータにより空気流量の制御を行なうようにしていた。
しかしながらこの場合では、正確な制御を行なうことが
困難であるという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、１つのア
クチュエータにより、空気流量の制御を広い領域にわた
って円滑に行なえるようにすることを目的とする。さら
に本発明のアクチュエータは、流量の制御特性が、非直
線性とすることを目的とする。すなわち、電磁コイルに
所定の信号電流が入力された場合、その信号電流に応じ
て、制御流量特性は変化するが、その変化割合は弁体が
所定値に動くまでの制御変化割合と、弁体が所定値を越
えてさらに動く場合の制御変化割合とが異なるようにす
ることを目的とする。

〔構成および作動〕

上記目的を達成するため、本発明では、絞り弁が固定
された駆動軸に磁石を固定する。さらにこの磁石を覆う
ようにしてメインコア４を設け、このメインコアにはデ
ィテント溝を形成し、磁石を中立位置を生じさせるよう
にする。すなわち、ディテント溝をメインコアに設ける
ことにより、磁石周囲の磁気抵抗を不均一とし、それに
より磁石が位置固定される中立点を設けるようにする。
またメインコアには第１コイル、第２コイルを巻線し、
このコイルにより磁石を所定方向側に回転可能とする。
さらに、本発明のアクチュエータでは、駆動軸に不均一
手段を設け、駆動軸が上述した中立点位置より一方向側
回転する場合と、他方向側に回転する場合とでその回転
の抵抗力が異なるようにする。

上記構成とすることにより、コイルに入力される信号
電流に応じて、磁石は回転するが、その磁石の回転を妨
げる抵抗が不均一手段によって一方向側，他方向側の回
転間で異なることになる。その結果、本発明のアクチュ
エータでは、基本的にはコイルに入力される信号電流に
応じて駆動軸すなわち弁体を回転制御できるのである
が、その回転制御の制御割合は駆動軸および絞り弁の回
転位置に伴い変更することになる。

〔実施例〕

以下本発明アクチュエータの一実施例を図に基づいて
説明する。

第１図中１はハウジングで、アルミニウム合金もしく
はPBTナイロン等の樹脂材料より形成される。このハウ
ジング１にはバイパス通路18が形成されており、バイパ
ス通路の入口13はエンジンのスロットルバルブ上流側で
吸気管に連通しエアフィルター21からの吸入空気が流入
する。

またバイパス通路18の出口12は、スロットルバルブ交
流でエンジンの吸気管に連通し、この出口12よりエンジ
ン22にバイパス空気が供給される。

ハウジング１内には軸受6,9が固定されており、この
軸受6,9により駆動軸８が回転自在に支持されている。
また駆動軸８には絞り弁７が固定されており、この絞り
弁７は第６図に示すようにバイパス通路18の通路開口面
積を可変制御するものである。

駆動軸８の端部には円筒状の磁石５が固定されてい
る。この磁石５は第７図に示すようにメインコア４によ
って囲まれており、さらにメインコア４には第１コイル
20および第２コイル30が巻線されている。また、メイン
コア４にはディテント溝14が２箇所相対向して形成され
ている。このディテント溝14により磁石５回りの磁気抵
抗が不均一となる。すなわちディテント溝14により磁気
抵抗が形成され、その結果磁石５は第７図に示すように
中立点位置に保持される。メインコア４の側方にはディ
テント溝14と直交する方向にサブコア32が形成されてい
る。このサブコア32はコイル20,20に入力された信号電
流に応じ、磁石５が応答性よく回転するために設けられ
たものである。さらに、メインコア４およびサブコア32
の周囲にはヨーク３がコイル20,30を囲むようにして設
けられている。このヨーク３およびメインコア4,サブコ
ア32はそれぞれ磁気ループを形成するものであるため、
磁性材料により形成されている。

ハウジング１の開口端に、第１図に示すようにエンド
プレート11が固定されており、このエンドプレート11に
は駆動軸８と同軸上に、かつ駆動軸８と対向する位置に
ボス部33が形成されている。またボス部33と駆動軸８の
端面との間にはスプリング10が配設されている。スプリ
ング10は螺旋形状をしており、その一端がエンドプレー
ト11のボス部33に係合するとともに、他端は駆動軸８の
端部に係合している。この係合部は第８図に示すよう
に、係止片34が駆動軸８より突出形成されており、この
係止片34により駆動が一方向側（図中Ａで示す方向）に
回転した場合には、スプリング10を巻戻す方向に変位
し、その結果スプリング10より、駆動軸８の回転変位に
応じた抵抗力を受けることとなる。逆に駆動軸８が他方
向側（図中Ｂ方向で示す）に変位した場合には、スプリ
ング10は係止部34と係合せず、従ってスプリング10によ
る抵抗力を駆動軸８は受けることはない。

なお第１コイル，第２コイル20,30にはコンピュータ2
3からの電気信号が入力される。コンピュータ23には回
転センサ25および温度センサ24等のセンサより各種の信
号が入力される。

温度センサ24はエンジンの冷却水温を検出するもので
ある。すなわち、バイパス空気流量はエンジンの暖機時
等においては多量に流す必要があるため、温度センサ24
から信号により、エンジンが温まっているか否かの判断
をする必要があるからである。また回転センサ25は、バ
イパス通路18を通過するバイパス空気流量に応じてエン
ジンの回転数が特にエンジンのアイドル回転が変化する
ため、その各状態におけるエンジンの回転数が所定値に
保持されているか否かの判断をする必要があるからであ
る。コンピュータ23からの出力信号は、第４図に示すよ
うにデューティ比制御された信号となる。すなわち、コ
ンピュータ23からの信号は0,1の信号でかつ１サイクル
（例えば4msec程度）中の0,1信号間の時間割合がデュー
ティ比制御される。この信号はパワートランジスタ41,4
2へ入力されるが、一方のパワートランジスタにはイン
バータ40を介し、反転信号が入力される。その結果、第
１コイル20,第２コイル30とは、その通電時間がデュー
ティ比に応じた割合で制御されることとなる。すなわち
一方のコイル20に通電する時間が長くなれば、その分他
方のコイル20への通電時間は短くなる。

なお第１コイル20に通電している状態では、第９図に
示すように磁束ループが生じ、その結果磁石５は位置方
向側へ回転する。また第２コイル30に通電している状態
では、第10図に示すように逆方向の磁束ループが発生
し、磁石５は他方向側に回転する。従って、第１コイル
20,第２コイル30への通電時間を制御することにより、
磁石５の回転位置を所定値に制御可能となる。

なお、両方のコイル20,30のいずれにも通電していな
い状態では、磁石５は第７図に示す中立位置に保持され
ており、その状態では、弁体は第２図中ａ点が示す中立
位置にくることになる。そして、デューティ比制御によ
り一方のコイルへの通電時間が長くなると、磁石はその
中立点ａより一方向側に回転することとなり、また他方
のコイルへの通電時間が長くなると磁石５は中立点ａよ
り他方向側に回転することとなる。この状態を第２図に
示す。

ここで駆動軸８にはスプリング10の抵抗力が、スプリ
ングが一方向側へ回転した時のみ加わることとなるた
め、第２図に示すように、磁石５の回転角変化すなわ
ち、絞り弁７の回転角変化は、中立点ａをさかいにし一
方向側および他方向側では異なることとなる。

ここで磁石の回転すなわち絞り弁７の回転角度をエン
ジンの冷却水温に応じてかえるようにすれば、第２図中
Ｍ点は最も水温が低い状態、例えば水温が−30℃程度の
状態とする。また第２図中Ｌ点は水温が常温である状態
例えば30℃程度とする。さらに第２図中Ｎ点は水温が高
温となっている状態、例えば90℃程度とする。このよう
に、コンピュータ23から制御信号が出力されると、第２
図に示すように、水温が−30℃から30℃までの低温域に
おいては、コンピュータ23へ出力されるデューティ比制
御信号に対して絞り弁７の回転角センサ度合が大きくな
る。逆に、温度が30℃から90℃の高温域においては、コ
ンピュータ23から出力される制御信号に対して、絞り弁
７の回転角変化は比較的小さなものとなる。

このように、本例のアクチュエータによれば、一定の
デューティ比制御信号を受ける第１コイル，第２コイル
であっても、その制御割合が中立点ａを境に低温側と高
温側では変更可能となる。

ここで、弁体７の回転角回転方向に応じて流量を可変
するためには、例えば第３図に示すように弁座形状を変
更することも考えられる。しかしながら、このように弁
座形状を複雑なものとし、弁体の回転途中で通路面積が
可変するように使用とすれば、弁座15を通過する空気の
流れや圧力が不均一となり、その圧力等の影響を受け弁
体７を正確に傾斜角制御することは困難となる。

それに対し、本例のアクチュエータでは弁体形状およ
び弁座形状とは無関係な位置に不均一手段としてスプリ
ング10を設けたため、弁座15の形状を第５図に示すよう
に線対称となる長方形形状することが可能である。もち
ろんこの弁座形状は第５図図示形状の他楕円形状，円形
状と他の形状としても良いことはもちろんである。

なお上述の例では、不均一手段としてスプリング10を
設けたが、第11図乃至第13図に示すように、ディテント
溝48の形状を左右非対称となる形状としてもよい。すな
わち、磁石５とメインコア４との間の間隙を、磁石５の
一回転方向側と他回転方向側との間で異なるようにして
もよい。すなわち、第12図に示すように磁石５が一方向
側に回転する状態では、磁石５とメインコア３との間に
大きな磁気抵抗が生じないようとする。逆に第13図に示
すように磁石５が他方向側に回転する状態では、磁石５
とメインコア４との間の磁気抵抗が大きくなるよう構成
する。このように構成することによっても、磁気抵抗が
回転方向に応じて不均一となり、その結果上述のスプリ
ング10と同様の不均一効果を達成することができる。

以上説明したように、本発明のアクチュエータでは、
シャフトに不均一手段を設け、シャフトが一方向側に回
転する状態と、他方向側に回転する状態とでその回転方
向の抵抗力を変更させるようにしたため、アクチェータ
の制御がきめこまやかなものとすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アクチュエータの一実施例を示す断面
図、第２図は第１図図示コイルに入力される電気信号と
流量との関係を示す説明図、第３図は弁座形状の比較説
明に供する説明図、第４図は第１図図示コイルの電気回
路図、第５図は第１図図示アクチュエータの弁座形状を
示す説明図、第６図は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第７
図は第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第８図は、第１図図示
アクチュエータのシャフト端部形状を示す断面図、第９
図および第10図は、第１図図示アクチュエータの磁気ル
ープを説明する説明図、第11図乃至第13図は本発明アク
チュエータの他の実施例の要部を示す断面図である。 １……ハウジング,3……ヨーク,4……メインコア,5……
磁石,7……絞り弁,8……駆動軸,10……不均一手段をな
すスプリング,18……バイパス通路,20……第１コイル,3
0……第２コイル,48……不均一手段をなすディテント
溝。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体通路を有するハウジングと、このハウ
   ジング内に回転自在に配設された駆動軸と、この駆動軸
   に固定され前記流体通路の開口面積を可変する絞り弁
   と、前記駆動軸に固定された磁石と、この磁石を覆うよ
   うにして配設されたメインコアと、このメインコアに巻
   線された第１および第２コイルとを備え、前記メインコ
   アにはディテント溝を形成し、磁気抵抗を不均一とし前
   記磁石に中立位置をもたせるとともに、前記第１コイル
   は前記磁石を一方向側に回転させるよう磁気を発生し、
   かつ前記第２コイルは前記磁石を他方向側に回転させる
   ように磁気を発生させ、さらに、前記磁石の一方向側の
   回転抵抗と他方向側の回転抵抗とを不均一とする不均一
   手段を設けたことを特徴とするロータリソレノイド式ア
   クチュエータ。
2. 【請求項２】前記不均一手段は、一端が前記駆動軸に係
   止し他端が前記ハウジングに係合したコイルスプリング
   で、前記駆動軸の一方向側の回転時には前記駆動軸と前
   記ハウジングとを係合させず前記駆動軸には回転方向の
   抵抗を与えず、前記駆動軸の他方向側の回転時には前記
   駆動軸と前記ハウジングとを係合させ前記駆動軸の他方
   向側回転に抵抗を与えるよう構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のロータリソレノイド式アク
   チュエータ。
3. 【請求項３】前記不均一手段は、前記メインコアに形成
   されたディテント溝形状および前記磁石形状の少なくと
   もいずれか一方が非円形形状であり、前記磁石の位置方
   向側回転時に前記磁石と前記メインコアとの間に生ずる
   磁力と、前記磁石の他方向側回転時に前記磁石と前記メ
   インコアとの間に生ずる磁力とが異なるよう形成された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のロータリソレノイド式アクチュエータ。