特許 7221178 アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-03

(45)【発行日】2023-02-13

(54)【発明の名称】アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/02 20060101AFI20230206BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20230206BHJP

【ＦＩ】

H02K7/02

F01N13/08 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019163099

(22)【出願日】2019-09-06

(65)【公開番号】P2021044868

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2021-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000107295

【氏名又は名称】ジェコー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】泉 彦志

(72)【発明者】

【氏名】有木 芳幸

(72)【発明者】

【氏名】三代川 太気

(72)【発明者】

【氏名】宗吉 裕大

(72)【発明者】

【氏名】馬渕 知樹

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３１９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－０８３４５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１０－２０１１６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ７／０２

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０２Ｄ ９／１０

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

Ｆ１６Ｈ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体の内部から外部へ突出して設けられる出力軸と、
前記筐体内に設けられるモータと、
前記モータと前記出力軸との間を連結する減速機構と、
前記モータの本体から突出する駆動軸の共振周波数を変更して共鳴音発生を抑制する共振周波数変更部と、
を備え、
前記減速機構は、前記駆動軸の先端に設けられるウォームと、前記出力軸と一体回転するウォームホイールとが噛み合って構成されるウォームギヤを含み、
前記共振周波数変更部は、前記駆動軸の前記ウォームと前記モータの前記本体との間に固設されるイナーシャ増加用の錘であり、
前記錘は、前記駆動軸と同心円状の円柱形状に形成され、前記円柱形状のうち前記駆動軸の先端側の外径が徐々に小さくなるよう傾斜面が設けられる形状であり、
前記モータの前記駆動軸と前記ウォームホイールの回転軸とが直交するよう配置され、
前記錘が前記駆動軸の前記本体側の基端に配置され、前記ウォームが前記駆動軸の先端側に前記錘に隣接して配置され、
前記錘の前記傾斜面が前記ウォームホイールと対向する位置に配置される、
アクチュエータ。

【請求項2】

前記錘は、前記駆動軸の共振周波数を２．７％ずらすよう形成される、
請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または２に記載のアクチュエータと、
前記出力軸に連結され、内燃機関の排気通路に設けられる排気バルブと、
を備える排気バルブ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アクチュエータ及び排気バルブ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの排気通路に設けられている排気バルブを開閉することで排気経路の切り替えを行うことができる排気バルブ駆動装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１５６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、排気バルブ駆動装置において排気バルブを駆動するためのアクチュエータは、排気通路の周囲に設置されるため、エンジンルームのスペースの都合上できるだけ小型化するのが好ましい。アクチュエータの小型化のためには、アクチュエータの駆動源として内蔵されるモータを小型化する必要がある。モータを小型化した場合、アクチュエータの出力トルクを小型化前のものと同様に維持するには、モータとアクチュエータの出力軸との間の減速比を相対的に大きくする必要がある。例えば減速機構がウォームギヤの場合、ウォームホイールが相対的に大きくなるため、モータの駆動軸に設けられるウォームとの噛み合い位置がモータ本体から離れ、これにより駆動軸を長くする必要がある。しかし、駆動軸はモータ小型化によって細くなるため、駆動軸を長くするとウォームとウォームホイールとの噛み合いによって駆動軸が共振をして、共鳴音が発生する場合がある。

【0005】

本開示は、共鳴音発生を抑制できるアクチュエータ及び排気バルブ駆動装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の一観点に係るアクチュエータは、筐体と、前記筐体の内部から外部へ突出して設けられる出力軸と、前記筐体内に設けられるモータと、前記モータと前記出力軸との間を連結する減速機構と、前記モータの本体から突出する駆動軸の共振周波数を変更して共鳴音発生を抑制する共振周波数変更部と、を備え、前記減速機構は、前記駆動軸の先端に設けられるウォームと、前記出力軸と一体回転するウォームホイールとが噛み合って構成されるウォームギヤを含み、前記共振周波数変更部は、前記駆動軸の前記ウォームと前記モータの前記本体との間に固設されるイナーシャ増加用の錘であり、前記錘は、前記駆動軸と同心円状の円柱形状に形成され、前記円柱形状のうち前記駆動軸の先端側の外径が徐々に小さくなるよう傾斜面が設けられる形状であり、前記モータの前記駆動軸と前記ウォームホイールの回転軸とが直交するよう配置され、前記錘が前記駆動軸の前記本体側の基端に配置され、前記ウォームが前記駆動軸の先端側に前記錘に隣接して配置され、前記錘の前記傾斜面が前記ウォームホイールと対向する位置に配置される。

【0007】

同様に、本発明の実施形態の一観点に係る排気バルブ駆動装置は、上記のアクチュエータと、前記出力軸に連結され、内燃機関の排気通路に設けられる排気バルブと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、共鳴音発生を抑制できるアクチュエータ及び排気バルブ駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】排気バルブ駆動装置の斜視図である。

【図2】図１中のアクチュエータの分解斜視図である。

【図3】モータの分解斜視図である。

【図4】アクチュエータの内部配置を示す平面図である。

【図5】共鳴音発生シミュレーションの条件を説明する模式図である。

【図6】シミュレーション結果の周波数解析を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0011】

なお、以下の説明において、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに垂直な方向である。ｘ方向及びｙ方向は典型的には水平方向であり、ｚ方向は典型的には鉛直方向である。また、以下では説明の便宜上、ｚ正方向側を上側、ｚ負方向側を下側とも表現する場合がある。

【0012】

まず図１を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ１が適用される排気バルブ駆動装置１００について説明する。図１は、排気バルブ駆動装置１００の斜視図である。図１では、排気バルブ駆動装置１００の内部構造を見やすくするため、紙面手前側の筐体の一部を除外し、除外部分との境界を断面で示している。

【0013】

排気バルブ駆動装置１００は、エンジン（内燃機関）の排気通路１１０に設けられている排気バルブ１０１を開閉することで、複数ある排気管を切り替えたり、集合管の場合には集合方式を切り替える等の排気経路の切り替えを行う装置である。これにより、例えば自動車の排気効率や新気の充填効率を向上することや、マフラーの排気音を調整することができる。

【0014】

図１に示すように、排気バルブ駆動装置１００は、排気バルブ１０１と、排気バルブ１０１に接続される回転軸１０２と、回転軸１０２を回動させるアクチュエータ１と、を備える。排気バルブ１０１の回転軸１０２と、アクチュエータ１の出力軸３とは、例えば図１に示すような一対の連結部材１０３によって連結されており、これによりアクチュエータ１の出力軸３の回転が排気バルブ１０１に伝達されるよう構成されている。

【0015】

なお、図１では排気バルブ駆動装置１００がエンジンの排気通路１１０の上側（ｚ正方向側）に配置され、回転軸１０２と出力軸３とがｚ方向を軸線方向とする構成が例示されているが、排気バルブ駆動装置１００の配置はこれに限られない。

【0016】

図１に加えて図２を参照して、アクチュエータ１の構成を説明する。図２は、図１中のアクチュエータ１の分解斜視図である。図２も図１と同様に、アクチュエータ１の内部構造を見やすくするため、紙面手前側の筐体の一部を除外し、除外部分との境界を断面で示している。

【0017】

アクチュエータ１は、モータ４の駆動力を減速機構５を介して出力軸３に伝達して出力軸３を回転させることによって、出力軸３から駆動力を被駆動部（本実施形態では排気バルブ１０１）に出力する。図１、図２に示すように、アクチュエータ１は、筐体２と、出力軸３と、モータ４（駆動源）と、減速機構５と、回転計側部６とを備える。

【0018】

筐体２は、出力軸３の軸線方向（ｚ方向）に対向配置される上ケース２１と下ケース２２とで構成される。図１、図２の例では、上ケース２１がｚ正方向側に配置され、下ケース２２がｚ負方向側に配置されている。上ケース２１及び下ケース２２は、例えば樹脂材料で形成される。上ケース２１と下ケース２２とは、防水のためにガスケットなどを介して接合され、モータ４や減速機構５、出力軸３の一部などを内部に収納する。

【0019】

減速機構５は、モータ４と出力軸３との間を連結して動力伝達を行う。本実施形態では、減速機構５は、モータ４の駆動軸４２に設けられるウォーム５１（ねじ歯車）と、出力軸３に一体的に設けられるウォームホイール５２（はす歯歯車）と、がそれぞれの回転軸の方向が直交するよう噛み合って構成されるウォームギヤである。図１、図２の例では、モータ４は駆動軸がｘ方向に延在するよう配置され、これによりウォーム５１はｘ方向を回転軸として回転する。

【0020】

ウォームホイール５２は、回転中心が出力軸３の軸心であり、出力軸３の径方向外側に同心円状に形成されている。つまりウォームホイール５２はｚ方向を回転軸として回転する。ウォームホイール５２と出力軸３とは、例えば、金属材料で形成されるウォームホイール５２が、樹脂材料で形成される出力軸３とインサート成形により一体に形成されている。

【0021】

このような減速機構５によって、モータ４が回転駆動すると、ウォーム５１からウォームホイール５２へモータ４の駆動力が伝達され、出力軸３が回転する。

【0022】

上ケース２１の内壁には軸受２３が設けられ、出力軸３のｚ正方向側の一端３１が支持されている。一方、下ケース２２には開口２４が設けられ、この開口２４から出力軸３のｚ負方向側の他端３２が筐体２の外部へ露出されている。この出力軸３の他端３２には、上述の連結部材１０３が接続されている。

【0023】

モータ４は、上ケース２１と下ケース２２との間に設けられ、上ケース２１と下ケース２２とで挟持されている。モータ４の駆動軸の端部には、ウォームホイール５２と噛み合うウォーム５１が設けられている。モータ４は、外部に設けられているコントローラ（例えば車両のＥＣＵなど）により制御されて回転駆動し、ウォーム５１に噛み合うウォームホイール５２と出力軸３とを回転させる。

【0024】

回転計側部６は、出力軸３の回転量を計測する。回転量とは、回転数、回転角度、及び回転速度の少なくとも１つが含まれる。回転計側部６は、出力軸３と一体回転するよう設けられる磁石６１と、磁石６１の回転軌道の外側にて磁石６１と対向配置されるホールＩＣ（ホール素子）６２とを有する。磁石６１は出力軸３の回転方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されて構成される。ホールＩＣ６２は、磁束密度（磁石６１によりＩＣに印加された磁界）の極性変化を検知し、出力電圧が変化する交番検知型のホールＩＣである。回転計側部６は、ホールＩＣ６２の検出値に基づき出力軸３の回転量を計測することができる。なお、ホールＩＣ６２の数は図２に示す１個の構成に限らず、２個以上でもよい。この場合、各ＩＣは円筒状の周壁２５に沿って配置される。

【0025】

ホールＩＣ６２の足部は、図２に示すように、同じく基板６３に接続されている端子６４と電気的に接続されている。これらの３本の端子６４は、筐体２から外部に突出して設置されている。これらの端子６４に車載のＥＣＵなどの制御装置が電気的に接続することで、ホールＩＣ６２の計測値を取得して、出力軸３の回転量を導出できる。また、この制御装置は、出力軸３の回転量に基づき、排気バルブ１０１を所望の開度にすべくモータ４の駆動を制御することができる。

【0026】

図３、図４も参照して、モータ４の構成について説明する。図３は、モータ４の分解斜視図である。図４は、アクチュエータ１の内部配置を示す平面図である。図３、図４は、共に図１、図２の下方（ｚ負方向）側から視た図である。

【0027】

図３、図４に示すように、モータ４は、モータ本体４３と、このモータ本体４３から一方向（本実施形態ではｘ方向）突出する駆動軸４２と、を有し、モータ４駆動時には駆動軸４２が回転して駆動力を出力する。上述のように、駆動軸４２の先端には減速機構５（ウォームギヤ）のウォーム５１が駆動軸４２と一体回転するよう駆動軸４２に固定されている。

【0028】

そして特に本実施形態では、モータ４の駆動軸４２において、ウォーム５１とモータ本体４３との間に、イナーシャ増加用の錘４１が設けられている。錘４１は、駆動軸４２と同心円状に形成され、例えば円柱形状や、図３、図４に示すように、円柱形状のうち駆動軸４２の先端側の外径が徐々に小さくなるよう傾斜面４１ａが設けられる形状をとることができる。この傾斜面４１ａは、例えば円錐台の周面と同様の形状である。このように傾斜面４１ａを設けることによって、図４に示すようにウォームホイール５２を配置するスペースを確保でき、モータ本体４３側に近づけて配置できるので、駆動軸４２やウォーム５１を短縮化でき、さらなるアクチュエータ１の小型化を図れる。

【0029】

ところで、アクチュエータ１は、排気バルブ駆動装置１００において排気バルブ１０１を駆動するために適用される場合、例えば図１に示したように排気通路１１０の周囲に設置される。このため、アクチュエータ１は、エンジンルームのスペースの都合上できるだけ小型化するのが好ましい。アクチュエータ１の小型化のためには、アクチュエータ１の駆動源として内蔵されるモータ４を小型化する必要がある。モータ４を小型化した場合、アクチュエータ１の出力トルクを小型化前のものと同様に維持するには、モータ４と、アクチュエータ１の出力軸３との間の減速比を相対的に大きくする必要がある。本実施形態のようい減速機構５がウォームギヤの場合、ウォームホイール５２が相対的に大きくなるため、モータ４の駆動軸４２に設けられるウォーム５１との噛み合い位置がモータ本体４３から離れ、これにより駆動軸４２を長くする必要がある。しかし、駆動軸４２はモータ小型化によって細くなるため、駆動軸４２を長くするとウォーム５１とウォームホイール５２との噛み合いによって駆動軸４２が共振をして、共鳴音が発生する場合がある。

【0030】

ここで、アクチュエータ１の動作時に共鳴音（キー音）が発生するメカニズムを説明する。
（１）まず排気バルブ駆動装置１００において排気バルブ１０１を全開より閉じ側に駆動する場合、排気バルブ１０１の戻しバネの力がアクチュエータ１の駆動方向と同一になるため、減速機構５のギヤ（ウォームホイール５２）の噛合い部に負荷が殆ど加わらない状況が発生する。
（２）減速機構５のギヤの噛合い部分に負荷が加わらない状態、または軽い負荷状態の場合、モータ４の駆動軸４２が振動することができる。
（３）減速機構５のウォーム５１とウォームホイール５２の噛合い部は、ウォーム５１の回転によりウォームホイール５２のギヤの歯面を擦りながら駆動されている。
（４）ウォーム５１とウォームホイール５２の噛合い部は、金属同士の摺動であり噛合い部分の圧力が軽いとスティックスリップ現象により、モータ４の駆動軸４２が加振される。
（５）スティックスリップ現象の加振周波数と、モータ４の駆動軸４２の共振周波数が一致すると、駆動軸４２が共鳴してキー音が発生する。

【0031】

上記の発生メカニズムを考慮すると、モータ４の駆動軸４２の共振周波数を意図的にずらすことによって共鳴音発生を抑制できると考えられる。共振周波数は駆動軸４２のイナーシャを変更することによって変更することができる。そこで本実施形態では、モータ４の駆動軸４２に、イナーシャ増加用の錘４１を設けることによって、共振周波数を意図的にずらし、この結果共鳴音発生を抑制できるよう構成されている。

【0032】

錘４１の材料は、例えば黄銅である。錘４１の重量が増えるほどイナーシャも増加するので、筐体２の内部空間の制約を満たす範囲内で、錘４１の重量は重くなるほどよい。錘４１の重量の目安としては、駆動軸４２の共振周波数を少なくとも２．７％ずらすことができる重さであるのが好ましい。錘４１の重量は、駆動軸４２の共振周波数を３．９％ずらすことができる重さであるのがさらに好ましく、駆動軸４２の共振周波数を６．４％ずらすことができる重さであるのがより好ましい。なお、上記の共振周波数のズレ量は、例えば錘４１の直径など、重さ以外の要素によって調整してもよい。

【0033】

図５、図６を参照して、錘４１の有無に応じた共鳴音発生のシミュレーション結果を説明する。図５は、共鳴音発生シミュレーションの条件を説明する模式図である。図６は、シミュレーション結果の周波数解析を示す図である。

【0034】

図５に示すように、モータ本体４３とウォーム５１との間に錘４１を設けない構成（錘なし）と、錘４１を設ける構成、さらに錘４１を設ける場合には重さを三段階に変化させた場合（錘Ａ、Ｂ、Ｃ）で、固有振動数を確認した。錘４１を設ける構成の場合には、図５に点線で示すモータ本体４３とウォーム５１との間の位置に錘４１を配置した。シミュレーション条件としては、モータ本体４３のベアリングから駆動軸４２が外部に突出する位置Ａ（図５中の二点鎖線で示す位置）を駆動軸４２の固定端として設定し、また、駆動軸４２の先端とウォーム５１の内壁との接触位置Ｂを駆動軸４２の支持端として設定した。つまり、境界条件を固定―単純支持とした。

【0035】

一般に固有振動数ｆは以下の（１）式で算出できる。

【数1】

ここで、Lは、シャフト先端の位置Bからベアリングの位置Aまでの距離であり、シミュレーションではL＝２０ｍｍとした。Aは駆動軸４２の断面積であり、ここでは駆動軸４２の径ｄ＝３ｍｍとしたのでA＝２．２５πである。ρは質量密度であり、ここでは駆動軸４２の材質をＳＵＳ４２０とし、質量密度を７７５０ｋｇ／ｍ^３とし、ウォーム５１の材質をＳＵＳ３０３とし、質量密度を７９３９ｋｇ／ｍ^３とした。Ｅはヤング率であり、駆動軸４２のヤング率を２０００００Ｍｐａとし、ウォーム５１のヤング率を１９３０００ＭＰａとした。Ｉは断面二次モーメントであり、ここでは円断面なのでＩ＝πｄ^４／６４である。ｋは、境界条件と振動モードによって決まる無次元の定数であり、境界条件が固定―単純支持の場合、ｋ＝３．９２７である。また、駆動軸４２のポアソン比を０．２７、ウォーム５１のポアソン比を０．２９とした。

【0036】

シミュレーションで算出した固有振動数を表１に示す

【表1】

【0037】

表１に示すように、錘４１を設けることによって固有振動数が錘なしの場合から有意差をもって変化しており、これによりキー音発生が無くなっていることがわかる。また、錘Ａ、錘Ｂ、錘Ｃの順で錘４１の重量が増えるほど、または、錘４１の径が増えるほど、固有振動数の変化量が増えて、より確実にキー音発生を防止できる、つまりキー音抑制のための安全率が増えていることがわかる。

【0038】

図６は、表１の錘なしの場合と、錘Ｂの場合に生じる騒音の周波数分析結果を比較して示している。図の横軸は周波数（ｋＨｚ）を示し、縦軸は各周波数の騒音レベル（ｄＢ）を示す。グラフＮ１は暗騒音、グラフＮ２は錘なし、グラフＮ３は錘Ｂの周波数特性をそれぞれ示す。

【0039】

錘なしの場合、グラフＮ２に点線円の領域で示すように、固有振動数（２．１１８７ｋＨＺ）の整数倍にピークがあり、モータシャフトの共振による共鳴音が発生している。一方錘ありの場合、グラフＮ３に示すように、錘なしの場合のピークがなくなっており、共振による共鳴音が発生していないことがわかる。したがって、表１、図６に示すシミュレーション結果から、モータ４の駆動軸４２にイナーシャ増加用の錘４１を設けると共鳴音発生を低減できることが示された。

【0040】

また、本実施形態では、モータ４の駆動軸４２にイナーシャ増加用の錘４１を設けることによって応答性（時定数）を改善できる。以下でこの効果について説明する。

【0041】

まず、アクチュエータ１を小型化した場合の応答性の変化を考える。従来の相対的に大きいアクチュエータをアクチュエータＡとし、小型化したアクチュエータをアクチュエータＢとして、以下では符号Ａ，Ｂで区別する。

【0042】

小型化したアクチュエータＢでは、モータ４も小型化し、駆動軸４２も細くなるので、モータ４の応答性は従来のアクチュエータＡとは異なる挙動となる。小型化アクチュエータＢの応答性を、従来の大型アクチュエータＡの応答性と合わせるため、モータ４の機械的（回転数）時定数を合わせることができるイナーシャ目標値Ｊｄを求める。

【0043】

一般にモータの機械的時定数Ｔ_Ｍは、下記の（２）式で表される。
Ｔ_Ｍ＝Ｊ×Ｒａ／（Ｋｔ×Ｋｅ） ・・・（２）
ここで、Ｊはモータのイナーシャであり、Ｒａは巻線抵抗、Ｋｔはトルク定数、Ｋｅは誘起電圧定数である。

【0044】

アクチュエータＡの機械的時定数Ｔ_ＭＡは、（２）式を用いて次のように算出できる。
Ｔ_ＭＡ＝4.26×10^-6[kg・m²]×1.32[Ω]／
（2.19×10^-6[V/rpm]×60／2π×0.02[Nm/A]）＝0.014[sec]

【0045】

一方、アクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢは、（２）式を用いて次のように算出できる。
Ｔ_ＭＢ＝1.21×10^-6[kg・m²]×1.45[Ω]／
（1.56×10^-6[V/rpm]×60／2π×0.01429[Nm/A]）＝0.008[sec]

【0046】

つまり、Ｔ_ＭＢ／Ｔ_ＭＡ＝0.008／0.014＝0.571となり、アクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢは、アクチュエータＡの機械的時定数Ｔ_ＭＡに対して42.9％早い。アクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢをアクチュエータＡの機械的時定数Ｔ_ＭＡに合わせるために、イナーシャでの調整を検討する。イナーシャ目標値Ｊｄは、機械的時定数をＴ_ＭＡにできればよいので、下記の（３）式で表される。
Ｊｄ＝Ｔ_ＭＡ×Ｋｔ×Ｋｅ／Ｒａ ・・・（３）

【0047】

（３）式を上記の（２）式の計算と同様のパラメータを用いれば、イナーシャ目標値Ｊｄは次のように算出できる。
Ｊｄ＝0.014[sec]×1.56×10^-6[kg・m²]×60／2π×0.01429[Nm/A]／1.45[Ω]
＝2.057×10^-6[kg・m²]

【0048】

本実施形態では、錘４１によってモータ４のイナーシャを目標値Ｊｄに近づけて、アクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢをアクチュエータＡの機械的時定数Ｔ_ＭＡに近づける。ここで、図３、図４などに示した形状の錘４１を用いて、本体側の最大径が１３ｍｍ、軸方向の長さが７．１５ｍｍとして、材料を黄銅とした場合、錘４１のイナーシャＪｗは、例えばＪｗ＝0.109×10^-6[kg・m²]となる。このとき、アクチュエータＢの錘４１を除いたイナーシャをＪＢ＝1.21×10^-6[kg・m²]とすると、アクチュエータＢのイナーシャはＪＢ＋Ｊｗ＝1.319×10^-6[kg・m²]となる。したがって、錘４１を設けた場合のアクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢＷは、次のように算出できる。
Ｔ_ＭＢＷ＝1.319×10^-6[kg・m²]×1.45[Ω]／
（1.56×10^-6[kg・m²]×60／2π×0.01429[Nm/A]）
＝0.00898[sec]

【0049】

したがって、Ｔ_ＭＢＷ／Ｔ_ＭＡ＝0.00898／0.014＝0.64となり、アクチュエータＢの機械的時定数Ｔ_ＭＢＷは、アクチュエータＡの機械的時定数Ｔ_ＭＡに対して36％早い。すなわち、錘４１が無い場合と比較して6.9％改善する。

【0050】

従来、アクチュエータの小型化のためにモータを小型化すると、モータの応答性が変化するため、モータを制御するドライバー回路の応答性制御定数を変更する必要がある。ドライバー回路を変更すると、プログラム修正費用がかかり、全体として大きなコストアップとなってしまう。

【0051】

これに対して本実施形態では、モータ４を小型化すると回転子の慣性モーメントが小さくなり応答性が早くなってしまうため、モータ４の駆動軸４２に錘４１を付けることによって、慣性モーメントを増加させて応答性を調整することができる。具体的には上述のとおり、錘４１が無い構成と比較して応答性が６．９％改善した。これにより、ドライバー回路の応答性制御定数の許容範囲内に応答性が収まり、定数変更無く対応が可能となる。この結果、本実施形態の排気バルブ駆動装置１００は、アクチュエータ１小型化のためにモータ４を小型化した場合でも、従来のドライバー回路を変更せず、アクチュエータ１の組み換えだけで済ませることが可能となり、アクチュエータ小型化のためのコストを低減できる。

【0052】

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0053】

１ アクチュエータ
２ 筐体
３ 出力軸
４ モータ（駆動源）
４１ 錘
４２ 駆動軸
４３ モータ本体
５ 減速機構
５１ ウォーム
５２ ウォームホイール
６ 回転計側部
１００ 排気バルブ駆動装置
１０１ 排気バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】