JPS6362981A - ロ−タリソレノイド式アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータリソレノイド式アクチュエータに関し、
流体の通過流量を可変制御するものである。本発明のア
クチュエータは、例えば自動車の吸入空気量の制御用に
用いて有効である。

〔従来技術および問題点〕

従来より自動車の吸入空気量を電磁式アクチュエータで
制御することは知られていた（特開昭５７−７３８３９
号公報）。

従来のアクチュエータでは、低温域においての制御は、
もっばらバイメタルもしくはサーモワックス等を用いた
空気流量制御弁により行なっており、電磁式アクチュエ
ータは高温域における空気流量の制御用に用いられてい
た。これは、吸入空気流量制御の安全性を図るためで、
１つの電磁式アクチュエータで低温域から高温域で幅ひ
ろく制御するようにすれば、温度センサー等の故障時に
はアクチュエータを正確に制御することが出来なくなる
からである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、１つのソレノイド式アクチュエータで低温域
から高温域まで幅ひろく流体流量の制御をすることを目
的とする。

また本発明のアクチュエータは、電磁コイルもしくはバ
イタメル等の可動部位に故障が生じたとしても、円滑な
作動が持続可能なアクチュエータと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、本発明では弁体が固定された
駆動軸に、磁石を配設し、この磁石に対向する位置に電
磁コイルを配設する。また磁石にはバイメタル性のスプ
リングの一端を係止させ、このバイメタル性スプリング
の他端はハウジングに係止するものとする。

本発明によれば、電磁コイルの励磁力により駆動軸の回
転制御を行い、その駆動軸の回転に応じ弁体を変位させ
、それによって流体流量の制御を行なう。また本発明の
アクチュエータでは、バイメタル性のスプリングが駆動
軸の回転方向へ抵抗として働くこととなる。従って、本
発明のアクチュエータでは、一定の励磁力により弁体を
回転駆動させることができるとともに、その回転駆動の
大きさは、バイメタル性スプリングの抵抗力により温度
に応じ可変されることとなる。

さらに、本発明のアクチュエータでは、バイメタル性の
スプリングにより基本的には、駆動軸の中立位置に戻さ
れるように構成される。また本発明のアクチュエータで
は、駆動軸に固定された磁石によっても、その磁力によ
り駆動軸が中立位置に戻されるように構成される。従っ
て、本発明のアクチュエータでは電磁コイル側もしくは
バイメタル側のいずれかで何らかの不具合が生じたとし
ても、駆動軸は中立位置まで戻されることが可能となり
、円滑な作動が持続可能となる。

〔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はアルミニウムもしくは樹脂材料性めハウジ
ングで、このハウジング１には自動車のエアフィルター
２１と連通ずる吸入管人口１４およびエンジン２５と連
通ずる吸入管出口１３が開口している。なおハウジング
１を樹脂材料性とした場合にはポリブチレンセレクター
ト（ＰＤＴ）もしくはナイロン性とするのが望ましい。

またハウジング１内には軸受６，９が固定されており、
この軸受６，９を介し、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、駆動
軸８の回転に応じ絞り弁７の回動位置が可変制御される
。第５図に示すように絞り弁７は吸入管人口１４．出口
１３間の流通通路面積を可変制御するものである。

ハウジング１にはまたエンジン冷却水通路室１２が形成
されており、この通路室はエンジン冷却水導出孔１６お
よびエンジン冷却水４人孔１５と連通している。従って
、エンジン冷却水はこのハウジングの通路室１２内を通
過することとなる。

ハウジング１のうちエンジン冷却水通路室１２のすぐ内
方にはインナーハウジング１０が圧入されており、この
インナーハウジング１０にはまた、駆動軸８と対向する
位置にボス部３２が形成されている。

１１はバイメタル性のコイルスプリングで、その一端が
インナーハウジング１０のボス部３２に係合している。

またバイメタル性スプリング１１の他端は駆動軸８に係
合している。従って、このバイメタル性スプリングのば
ね力により、駆動軸８０回動は制限される方向に抵抗力
を受ける。

駆動軸８にはまた円筒状の磁石５が圧入されている。こ
の磁石５は第４図に示すようにメインコア内に回転可能
に配設されている。メインコア４は磁性材料よりなり、
磁石５と対向する部位にはディテント溝１７が形成され
ている。このデイテント溝により磁石５周囲の磁束密度
が不均一となるように構成されている。メインコア４の
側方にはサブコア１８が形成されている。このサブコア
１８も磁性材料よりなり、またサブコア１８はディテン
ト溝１７と直角方向に形成されている。このサブコア１
８は電磁コイル２０．３０からの磁力に応じ、磁石５が
直線状に回転変位するように設けられたものである。第
１コイル２０および第２コイル３０はそれぞれメインコ
ア４上に巻線されており、第１コイル２０と第２コイル
３０とはサブコア１８を介して対称となる位置に配設さ
れる。３はヨークで、メインコア４．サブコア１８およ
び電磁コイル２０．３０を覆うように形成されている。

このヨークも磁性材料よりなる。

第１コイルおよび第２コイル２０．３０に印加される電
圧に応じ、第１コイル、第２コイルは励磁し、その励磁
力により磁石５が回転する。この状態を第６図乃至第９
図に基づいて説明する。第６図は第１コイルおよび第２
コイルとも無通電の状態で、この状態ではディテント溝
１７により持続ループの不均一が生じ、その結果第６図
に示すように磁石５は磁極がサブコア１８と対向するよ
うな位置で停止している。

第７図は第１コイルが励磁した状態を示す。すなわち第
１コイル２０が励磁すると、図中矢印で示すような磁束
ループがメインコア４およびヨーク３に発生する。ここ
で、メインコア４はディテント溝１７周囲でその断面積
が小さくなっているため、そこにおいて磁束が飽和する
。その結果、磁束はメインコア４より磁石５側へ流れる
。従って、第７図に示すように磁石５は回転することと
なる。

第８図は第２コイル３０が励磁した状態を示す。

この状態では、上述の第７図図示状態とは逆方向に磁束
が流れ、その結果磁石５も第７図図示状態とは逆方向に
回転する。

また第９図は第１コイル２０と第２コイル３０との両方
が励磁した状態を示す。このような状態は、第１コイル
２０および第２コイル３０に印加される電流の時間割合
、すなわちデユーティ比に基づいて制御されることとな
る。

第１０図ないし第１３図はデユーティ比とトルクの特性
を示す。また第１４図から１７図はデユーティ比と電流
特性との関係を示す、さらに１８図から２１図はデユー
ティ比と流量との関係を示す。そして各図はそれぞれ第
６図の無通電状態、第７図の第１コイル２０通電状態、
第８図の第２コイル３０通で状態および第９図の両コイ
ル２０゜３０通電状態に対応する。第１７図に示すよう
に、デユーティ比特性は第１コイル２０に通電する時間
と第２コイル３０に通電する時間との時間割合の制御と
なる。そして第２１図に示すように、両方のコイル２０
．３０に通電される時間制御により合成の特性が得られ
る。

このデユーティ比の制御は第１．第２コイル２０．３０
へ電気信号を出力するコンピュータ２２によって制御さ
れる。なおコンピュータ２２はエンジン回転数等を検出
する各種センサー２３からの信号に基づいて最適デユー
ティ比を出力するものである。

電磁コイル２０．３０のみであれば、第２１図中破線で
示すような特性となるのであるが、本例のアクチュエー
タでは、電磁コイル２０．３０の他にバイメタル性スプ
リング１１を用いている。

このスプリング１１もまた駆動軸８に対し回転方向の抵
抗力を与えるものである。従って、駆動軸８は電磁コイ
ル２０．３０に印加される電流のデユーティ比制御値と
、バイメタル性スプリング１１の抵抗力との合力により
、その回転角が制御されることとなる。

しかもバイメタル性スプリング１１のばね力は、バイメ
タルが設置される環境温度に応じて変化することとなる
。すなわち、本例のものでは、バイメタル性スプリング
１１の環境温度が低くなれば、バイメタル性スプリング
１１の巻締力は小さくなり、逆にバイメタル性スプリン
グの環境温度が高くなればスプリング１１の巻締力が大
きくなるように構成されている。従って、環境温度が低
い状態、例えば−３０℃程度では、第２図中実線イで示
すように、電磁コイルのデユーティ比制御が同じ状態で
あっても、回転角が大きくなり、その結果多量の吸入空
気が吸入管人口１４．出口１３間を流れることとなる。

そして環境温度が高くなってくれば、例えば環境温度が
３０℃程度となれば第２図中実線口で示すような特性と
なる。さらに環境温度ハが高くなり例えば９０℃程度と
なれば、第２図中実線ハで示すような特性となり、上述
のデユーティ比制御にもかかわらず弁７の回転角は小さ
くなり、その結果吸入管を流れる吸入空気流量は小さな
ものとなる。

なお第３◆図は第１コイルおよび第２コイルに印加され
る電流のデユーティ比制御状態を示す説明図であり、本
例では１サイクルが例えば４　ｍ５ｅｃとなっている。

以上説明したように本例のアクチュエータによれば、第
１コイルおよび第２コイル２０．３０に印加される電流
のデユーティ比制御と、バイメタル性スプリング１１と
の双方により駆動軸８の回転が制御され、低温域から高
温域にかけ幅ひろい領域で空気流量の制御が可能となる
。

ここで、何らかの理由で第１コイル２０もくしは第２コ
イル３０のいずれかが故障したとする。

その場合には、駆動軸８に加わる回転トルクのアンバラ
ンスが生じ、一時的には駆動軸が大きく回転しようとす
る。しかしながら、本例のアクチュエータではこのよう
な場合であっても、駆動軸の回転を規制する方向にバイ
メタル性スプリング１１が働くため、瞬時に絞り弁７が
太き（変動することはない。その結果、エンジンの運転
に大きな偏重をきたすこともない。

一方のコイル２０．３０が故障すれば、その結果絞り弁
７の変位は多少は生ずることとなる。しかしながらこの
場合、多少絞り弁の変位が生じたとしても、そのことは
、結果としてエンジン２５の回転数を変化させることと
なり、またエンジンの回転数はセンサ２３によって検出
されるため、コンピュータ２２においてフィードバック
され、故障しないで得るほうのコイルにその状態での最
適なデユーティ比制御信号が出力されることとなる。

１のばね力が所定値よりはずれ、駆動軸８に回転方向の
力を加えることとなる。しかしながら、バイメタル性ス
プリングの偏重は急激には生じない。

その結果絞り弁７は徐々に変化しようとすることとなる
が、この場合であっても、絞り弁の変化はエンジン２５
の回転数変化となり、エンジン２５の回転数変化はセン
サ２３を介しコンピュータ２２にフィードバックされる
ため、第１コイル、第２コイル２０．３０にそのバイメ
タル性スプリングのスプリング力を保障するような信号
が出力されることとなる。その結果、本例のアクチュエ
ータでは、例えバイメタル性スプリングが偏重をきたす
ことがあるとしても、そのことによりエンジンの運転特
性を太き（悪化させることはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明アクチュエータによれば、単
一のアクチュエータにより、低温域から高温域まで幅ひ
ろく流量の制御ができる。しかも本発明のアクチュエー
タは常に安全サイドに保障されているため、信頼性が極
めて高くなるという効果を有する。

【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図図示電磁コイルおよびバイメタル性ス
プリングの特性を示す説明図、第３図は第１図図示電磁
コイルに印加されるデユーティ比制御状態を説明する説
明図、第４図は第１図の■−の断面図、第５図は第１図
の■−■断面図、第６図〜第９図は第１図図示磁石の回
転状態を示す説明図、第１０図〜第１３図は第１図図示
電磁コイルのデユーティ比とトルク特性との関係を示す
説明図、第１４図〜第１７図はそれぞれ第１図図示電磁
コイルのデユーティ比と電流特性との関係を示す説明図
、第１８図〜第２１図はそれぞれ第１図図示電磁コイル
のデユーティ比と流量特性との関係を示す説明図である
。 １・・・ハウジング、３・・・ヨーク、４・・・メイン
コア。 ５・・・磁石、７・・・弁体、８・・・駆動軸、１１・
・・バイメタル性スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体流入孔および流体流出孔を有するハウジングと、こ
   のハウジングに回転自在に配設された駆動軸と、この駆
   動軸に固定され駆動軸の回転に応じ前記流体流入孔およ
   び流出孔間の連通通路面積を可変制御する弁体と、前記
   駆動軸に固定された磁石と、この磁石と対向配置された
   電磁コイルと、一端が前記ハウジングに係止され他端が
   前記駆動軸に係止されたバイメタル性のスプリングとを
   備え、前記電磁コイルの磁力と前記磁石との間による磁
   力により前記駆動軸を回転制御するとともに、前記バイ
   メタル性スプリングのばね力により前記駆動軸の回転方
   向に所定の抵抗力を生じ、さらに前記バイメタル性スプ
   リングの回転方向抵抗力は温度に応じ可変するよう構成
   したロータリソレノイド式アクチュエータ。