JP2555571B2 - 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〕 本発明は電磁コイルを使用した電磁アクチュエータに
関し、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。

〔従来技術及び問題点〕

従来、内燃機関のアイドル回転数制御装置として、ソ
レノイド式の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）。ただ、一般に
従来のアクチュエータでは安全性確保のため、１つのア
クチュエータで低温域から高温域まで幅広く制御するこ
とは実際にはなされていなかった。通常は、低温域はバ
イメタルもしくはサーモワックスを用いた空気流量制御
弁を別に設け、この制御弁による比較的ラフな制御弁と
していた。そして高温域のみソレノイド式アクチュエー
タを用いるようにしていた。

しかしながら、このような場合であっても、従来のロ
ータリソレノイド式アクチュエータでは、ソレノイド等
に故障が生じた場合、制御流量値が大きく変化してしま
い、特にエンジンのアイドル回転数制御装置として用い
た場合には、エンジンが停止してしまったり、もしくは
エンジンが異常高回転となってしまったりする恐れがあ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、１つのソ
レノイド式アクチュエータで、幅広い温度領域において
も、流量の制御ができるようにすることを目的とする。
また、本発明のソレノイド式アクチュエータでは、たと
えソレノイド等に何らかの故障が生じたとしても、円滑
な流量制御を継続できるようにすることを目的とする。

〔構成及び作動〕

上記目的を達成するため、本発明のソレノイド式アク
チュエータでは、弁体が固定された駆動軸に、磁石を固
定する。また、この磁石にメインコアを対向配置し、か
つこのメインコアにはディテント溝を設け、磁石が中立
位置を得ることを目的とする。また、メインコアには第
１、第２、第３の３つの電磁コイルを巻線し、これら各
電磁コイルの起磁力により磁石の回転角度を制御できる
ようにする。そしてさらに、上述の第１、第２、第３の
それぞれの電磁コイルは、通電しない状態では磁石が中
立位置に来るように制御している。そのため、いずれか
の電磁コイルに何らかの故障があった場合でも、この故
障が生じた電磁コイルが磁石の回転角度に大きな悪影響
は及ぼさない。また、第２の電磁コイルは、磁石の中立
位置より一方向へ磁石を回転させ絞り弁によって、流体
の流量を所定の割合で増加させ、第３の電磁コイルは、
磁石の中立位置より他方向へ磁石を回転させ絞り弁によ
って、流体の流量を所定の割合で減少させ、第１の電磁
コイルは、前記磁石の中立位置より一方向へ磁石を回転
させて、第１の電磁コイルによる流体の流量の増加割合
よりさらに大きい割合で流体の流量を絞り弁で増加させ
る。

〔実施例〕

以下、本発明アクチュエータの実施例を図に基づいて
説明する。第１図中11はハウジングで、アルミニウムも
しくはPBT、ナイロン等の樹脂材料により成形される。
このハウジング11には、エンジンのスロットルバルブ前
後の吸入空気を、スロットルバルブをバイパスしてエン
ジン23へ流すバイパス通路18が形成されている。すなわ
ち、バイパス通路18には、エアフィルタ22からの吸入空
気が、その入口13より流入し、出口12よりエンジン23側
へバイパス空気を流すこととなる。

ハウジング11には、ベアリング6,9が圧入されてお
り、このベアリング6,9により駆動軸８が回転自在に支
持されている。駆動軸８には絞り弁７が固定されてお
り、この絞り弁７がバイパス通路18の通路開口断面積を
可変制御する。

ハウジング11の開口端は、エンドプレート10によって
閉じられている。このエンドプレート10もハウジングと
同様、アルミニウムもしくは樹脂材料により形成され
る。

駆動軸８には、磁石５が固定されている。磁石５は第
３図に示すように円筒状をしており、直径方向に着磁さ
れている。磁石５は、磁性体材料製のメインコア４内に
配設されている。メインコア４には、ディテント溝14が
形成されており、このディテント溝14により磁石５周り
の磁束ループを不均一とし、それにより、磁石５に中立
位置を与えている。

第３図に示すように、メインコアの一端側には第２コ
イル20が巻線されており、メインコア４の他端側には第
３コイル21が巻線されている。そして第２コイル、第３
コイル20,21の外方にはさらに第１コイル１が巻線され
ている。このように巻線された状態で、メインコア４、
コイル1,20,21は、磁性材料製のヨーク３によって覆わ
れている。

メインコアと直角方向にはサブコア19が形成されてい
る。このサブコア19には、ディテント溝14の形成方向と
も直角方向となる。このサブコア19によって、コイル1,
20,21が励磁した状態における磁石５の回転角度変化が
直線的になるようになっている。

次に、電磁コイルの作動を第５図ないし第７図及び第
８図ないし第10図に基づいて説明する。第５図は電磁コ
イルが全く励磁していない状態を示す。この場合には、
ディテント溝14の形状に伴う磁束ループの非円形形状に
伴い、磁石５は、第５図に示すような中立位置に保持さ
れる。メインコア４の一方の側に配設された第２コイル
20が励磁すると、第６図に示すような磁束ループがヨー
ク３及びメインコア４内に流れる。ここで、メインコア
４は、ディテント溝の周囲において、磁束が飽和するた
め、一部の磁束が磁石５側に流れ、その結果磁石５は第
６図に示す方向に回転する。

逆に、メインコア４の他方側に配設された第３コイル
21が励磁すれば、第７図に示すように磁束ループは逆方
向に形成され、その結果、磁石５は第６図とは逆方向に
回転する。第６図に示した第２コイル20の励磁状態及び
第７図に示した第３コイルの励磁状態は、それぞれデュ
ーティ比制御される。すなわち、１サイクル（例えば4m
sec）のうち、所定時間が第２コイル20に通電され、そ
れ以外の時間が第３コイル21に通電されることとなる。
そしてこの通電時間の時間比は、デューティ比制御され
る。第８図、第９図、第10図はこの状態を示す。第８図
はいずれのコイルにも通電されていない状態、第９図は
第１コイル20に通電される時間のデューティ比とバイパ
ス通路18を流れる流量との関係を示す。なお、第８、
９、10図中、ａで示す点は磁石５の中立位置を示す。

このように、第２コイル21への通電時間割合をデュー
ティ比制御することにより、基本的には磁石５の配電角
度が制御されることとなる。

第２図は、この状態を示し、図中イは第２コイル20に
よる弁の回転角度変化を示す。また、図中ロは第３コイ
ル21の起磁力による弁の回転角変化を示す。図に示すよ
うに、第２コイル、第３コイルの通電時間をデューティ
比制御することにより、磁石５はほぼ直線状に回転角制
御されることとなる。さらに、第２図から明らかなよう
に、第２コイルは中立点より弁体７の回転角を大きくす
る方向に磁石を変位させ、第３コイルは、中立点ａより
弁体７の回転角を逆方向に回転させる方向に磁石５を回
転させる。

本例のアクチュエータでは、この第２コイル20、第３
コイル21の他に、第１コイル１を有している。第２図中
ハは、第１コイル１による磁石の回転角変化を示す。第
１コイル１は、磁石５をその中立点位置より弁の回転角
が大きくなる方向に回転させるものである。

本例では、第１コイル、第２コイル及び第３コイル
は、それぞれコンピュータ24からの電気信号に基づいて
励起する。コンピュータ24には、温度センサからの信号
と、回転センサからの信号が入力される。温度センサ26
は、エンジンの冷却水温を検出するものである。すなわ
ち、エンジンの冷却水温が低い状態、換言すれば低温状
態（例えば−30℃）では、バイパス通路18を流れるバイ
パス空気流量を多くする必要がある。逆に、エンジン冷
却水温が高温域、例えば80℃程度となった状態では、バ
イパス通路18を流れるバイパス空気流量は、さほど多く
は必要とされない。このように、エンジン冷却水温はバ
イパス空気流量に大きな影響を与えるため、このエンジ
ン冷却水温が温度センサ26によって検出される。

回転センサ25は、エンジン23の回転数を検出するもの
である。すなわち、エンジン23が所定回転値に達してい
るか否かの判別をするために用いられる。

コンピュータ24においては、第２コイル20及び第３コ
イル21には、主にエンジンの回転数制御のための電気信
号が出力される。また、コンピュータ24から第１コイル
１には、上述の第２コイル、第３コイルへの電気信号と
は全く別の信号が出力される。この第１コイル１へ出力
される電気信号は、温度センサ26からの入力信号に応じ
た制御信号となる。すなわち、本例のアクチュエータで
は、第２コイル及び第３コイルにより、一般的な磁石５
の回転制御が行われ、第１コイルにより、その磁石の回
転制御値にさらに温度条件が付加されることとなる。

この状態を、第２図に基づいて説明する。第２コイル
と第３コイルとは、共に同一のデューティ比制御を受け
ることとなる。すなわち、１サイクルのうち、所定の時
間は第２コイル20が励磁し、その他の時間は第３コイル
21が例示することとなる。このように、第２コイル20と
第３コイル21との励磁時間がデューティ比制御されるこ
とにより、第２図中破線イ、ロで示すように、弁の回転
角がほぼ直線上に制御される。その結果、バイパス通路
18を流れるバイパス空気流量もほぼ直線上に制御される
こととなる。

以上の制御に加え、さらに本例では第１コイル１に印
加される電気信号に応じ、弁体７の回転角はエンジン冷
却水温に応じた変化を受けることとなる。第２図中Ｌの
状態は、エンジン冷却水温が高温の状態、例えば80℃の
状態を示す。また、第２図中Ｍの状態は、エンジン冷却
水温が低温、例えば−30℃の状態を示す。また、Ｎの点
は、エンジン冷却水温が常温、例えばエンジンの冷却水
温が30℃程度の状態を示す。このように、第１コイル１
の励磁力は、温度条件に応じて変化し、温度条件に応じ
た弁体７の回転角の保証を行うこととなる。

このように、本例のアクチュエータでは、第２コイル
及び第３コイル20,21により、エンジンの回転数に応じ
たバイパス流量制御を行うことができ、かつ第１コイル
により温度保証が可能となる。

しかも本例のアクチュエータでは、第１コイル、第２
コイル、第３コイル1,20,21のいずれもが磁石５の中立
位置により磁石をいずれかの方向に回転制御させるもの
である。従って、万一いずれかのコイルに何らかの故障
が生じたとしても、この場合には故障を生じたコイルが
磁石５に影響を与えなくなるだけである。換言すれば、
故障の結果、磁石の回転位置が変動する可能性はある
が、その場合であっても、磁石の回転角度は所定位置よ
り大きく外れることはない。しかも、磁石５の回転角度
が所定値より外れていれば、その結果バイパス空気流量
が変動することとなり、さらにこのバイパス空気流量の
変動は、エンジンの回転数の変動を増やすため、エンジ
ンの回転数を通じ、コンピュータ24には、コイル1,20,2
1の故障がフィードバックされることとなる。その結
果、コンピュータ24が補正信号を出力すれば、磁石５は
所定位置に戻ることとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のアクチュエータでは、
空気流量を１つのアクチュエータにより、幅広く制御可
能である。しかも、本発明のアクチュエータでは、コイ
ルを３つ設け、各コイルが磁石の中立位置より磁石をい
ずれかの方向に回動させるため、各コイルが万一故障し
た場合においても、本発明のアクチュエータは大きな誤
作動を起こすことがさらに、第２の電磁コイルと第３の
電磁コイルによって、絞り弁が中立位置に動くまでの流
量変化の割合と、絞り弁が中立位置を越えてさらに動く
までの流量変化の割合が同一にでき、流量の制御特性が
直線性にすることもできれば、第１の電磁コイルによっ
て、絞り弁が中立位置に動くまでの流量変化の割合と、
絞り弁が中立位置を越えてさらに動くまでの流量変化の
割合とを異ならせ、流量の制御特性を非直線性にするこ
ともでき、１つのアクチュエータのみで幅広い流量制御
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図図示コイルの励磁状態と、弁の改善
角との関係を示す説明図、第３図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第４図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第５〜第７図は、
それぞれ磁石の回転状態を説明する説明図、第８図〜第
10図は、それぞれコイルに印加されるデューティ比と流
量の特性を示す特性図である。 １……第１コイル,3……ヨーク,4……メインコア,5……
磁石,7……絞り弁,8……駆動軸,11……ハウジング,18…
…バイパス通路,20……第２コイル,21……第３コイル,2
4……コンピュータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流入孔及び流体流出孔を介するハウジ
   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、この駆動軸と一体回転し前記流入孔、流出孔間の
   連通通路面積を可変制御する絞り弁と、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、第２
   および第３の電磁コイルとを備え、 前記メインコアは、ディテント溝が形成されて前記磁石
   に中立位置を与えるとともに、前記第２の電磁コイル
   は、前記磁石の中立位置より一方向へ前記磁石を回転さ
   せ、前記絞り弁によって、流体の流量を所定の割合で増
   加させ、前記第３の電磁コイルは、前記磁石の中立位置
   より他方向へ前記磁石を回転させ、前記絞り弁によっ
   て、流体の流量を所定の割合で減少させ、前記第１の電
   磁コイルは、前記磁石の中立位置より前記一方向へ前記
   磁石を回転させて、前記第１コイルによる流体の流量の
   増加割合よりさらに大きい割合で流体の流量を前記絞り
   弁で増加させる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。