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JP2758535B2 - 電子スロットル制御装置 - Google Patents

電子スロットル制御装置

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JP2758535B2
JP2758535B2 JP4189749A JP18974992A JP2758535B2 JP 2758535 B2 JP2758535 B2 JP 2758535B2 JP 4189749 A JP4189749 A JP 4189749A JP 18974992 A JP18974992 A JP 18974992A JP 2758535 B2 JP2758535 B2 JP 2758535B2
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actuator
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electronic throttle
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龍也 吉田
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Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K26/00—Arrangements or mounting of propulsion unit control devices in vehicles
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気を制御
する電子スロットル制御装置の構造に係り、特に装置の
小型化が可能な電子スロットル制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子スロットル制御装置に関する
公知例として、例えば以下の４つがある。１．特 開平１−１５１７３３号公報 この公知技術は、アクチュエータの出力軸とスロットル
バルブ軸との間に電磁クラッチを設け、この電磁クラッ
チが通常運転時には接続され、制御装置故障時及びモー
タへの電流遮断時には遮断されるよう構成することによ
り、高価な安全論路回路を用いることなく非常走行運転
を可能とするものである。
【０００３】２．特 開平１−３０１９３４号公報 この公知技術は、電磁カップリングを設け、通常運転時
にはアクセルレバーとスロットルバルブとを完全に切り
離すよう構成することにより、アクチュエータへのトル
クの影響をなくすものである。
【０００４】３．特開昭６４−７３１３５号公報 ４．特開昭６４−２９６３４号公報 これら２つの公知技術は、スロットルバルブを２つに分
割し、一方のスロットルバルブをアクチュエータで発生
したトルクで駆動し、他方のスロットルバルブをアクセ
ルペダルの踏み込みにより駆動する。他方のスロットル
バルブは、特に 、トラクション制御・自動変速時等のア
クセルペダル操作に反して開度を減じる必要があるとき
に有効に機能し、信頼性及び高速応答性を向上させるこ
とができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公知
技術には以下の問題点が存在する。公知技術１及び２
は、アクチュエータとスロットルバルブ軸をＵ字型配置
とすることにより、スロットルバルブ軸方向への小型化
がある程度可能となるように配慮されているが、公知技
術１はアクチュエータに隣接して設けられるクラッチが
アクチュエータの出力軸と同一軸心でないため、その軸
心のずれの分、装置のスロットルバルブ軸と垂直方向へ
の小型化が制限される。また、公知技術２は、アクチュ
エータ〜ギヤ〜スロットルバルブというトルク伝達経路
上のギヤとスロットルバルブ軸との間にクラッチが配置
されるので、クラッチには、ギヤで増幅された後の比較
的大きいトルクが加わる。そのため、クラッチの径方向
寸法が比較的大きくなり、上記同様、スロットルバルブ
軸と垂直方向への小型化が制限される。以上により、公
知技術１及び２では、装置全体の十分な小型化が困難で
ある。
【０００６】また、公知技術３及び４は、アクチュエー
タの出力軸から発生したトルクをギヤを介しスロットル
バルブ軸に伝達するとき、それらの配置がＵ字型配置で
なく略Ｉ字型配置であるため、スロットルバルブ軸方向
への寸法が大きくなり、装置全体の十分な小型化が困難
である。
【０００７】本発明の目的は、装置全体の十分な小型化
を可能とする電子スロットル制御装置を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、吸気を制御するスロットルバルブと、前
記スロットルバルブを動作させるトルクを発生するアク
チュエータと、前記アクチュエータの発生したトルクを
伝達するギアと、トルクの伝達を連結・遮断するクラッ
チとを有する電子スロットル制御装置において、前記ギ
ヤを介し、一方に前記アクチュエータ、他方に前記スロ
ットルバルブをＵ字型に配置して、前記アクチュエータ
で発生したトルクを前記ギヤを介して前記スロットルバ
ルブに伝達し、そのトルク伝達経路上における前記アク
チュエータと前記ギヤとの間に、トルクの伝達を連結・
遮断するクラッチを設け、かつ、このクラッチを、前記
アクチュエータの出力軸のまわりに、同一軸心となるよ
うに配置する。
【０００９】好ましくは、前記電子スロットル制御装置
において、前記アクチュエータ、前記クラッチを前記ス
ロットルボディーと一体成形されたケース内に配置す
る。
【００１０】また好ましくは、前記アクチュエータは直
流モータ及びブラシレスモータ等の整流機構を有するモ
ータである。
【００１１】また好ましくは、前記電子スロットル制御
装置において、前記アクチュエータと一体成形されたケ
ース内に前記アクチュエータを制御する制御回路を配置
する。
【００１２】また好ましくは、前記電子スロットル制御
装置において、前記クラッチの磁気回路の一部に前記ア
クチュエータの磁気回路の一部を用いる。
【００１３】また好ましくは、前記電子スロットル制御
装置において、前記クラッチは、前 記アクチュエータの
出力軸に沿ってトルク伝達位置とトルク遮断位置とに切
り替わるように構成されている。
【００１４】また好ましくは、前記電子スロットル制御
装置において、前記クラッチは、前記アクチュエータの
出力軸に固定されている第１部材と、該アクチュエータ
の出力軸に沿って可動に配置された第２部材とを備え、
トルク伝達時にはこれら第１部材と第２部材とが密着し
てトルクを伝達する。
【００１５】また好ましくは、前記電子スロットル制御
装置において、前記アクチュエータはモータであり、か
つこのモータのハウジングに前記クラッチが保持されて
いる。
【００１６】さらに好ましくは、前記電子スロットル制
御装置において、前記モータのロータと前記クラッチの
ロータとは、同一の軸に固定されている。
【００１７】
【作用】以上のように構成した本発明においては、ギヤ
を介し、一方にアクチュエータ、他方にスロットルバル
ブをＵ字型に配置することにより、Ｕ字型配置でない従
来構造（アクチュエータ出力軸、ギヤ、スロットルバル
ブ軸とが略Ｉ字型に配置される構造）に比べ、スロット
ルバルブ軸方向への装置全体の寸法を低減できる。 ま
た、アクチュエータ〜ギヤ〜スロットルバルブというト
ルク伝達経路上のアクチュエータとギヤとの間にクラッ
チを配置することにより、クラッチにはギヤで増幅され
る前の比較的小さいトルクのみが加わる。これにより、
トルク伝達経路上のギヤとスロットルバルブ軸との間に
クラッチを配置する従来構造よりもクラッチの径方向寸
法を小さくできるので、スロットルバルブ軸と垂直方向
への寸法を低減できる。但しこのとき、アクチュエータ
の出力軸とクラッチとを同一軸心にしなければ、その軸
心のずれの分スロットルバルブ軸と垂直方向への寸法が
必要となるためこの方向への装置の小型化を不十分なも
のに制限することとなる が、本発明においては、クラッ
チをアクチュエータの出力軸のまわりに同一軸心となる
ように配置することにより、これを防止して十分にこの
方向への小型化を図ることができる。 以上により、装置
全体の十分な小型化を図ることができる。また、吸入空
気で冷却されるスロットルボディーへの熱伝導によりア
クチュエータの冷却を促進することができる。
【００１８】また、アクチュエータ及びクラッチをスロ
ットルボディーと一体成形されたケース内に配置するこ
とにより、装置全体の小型化を図る。アクチュエータの
一例としては、直流モータ及びブラシレスモータ等の整
流機構を有するモータを使用する構成がある。
【００１９】また、アクチュエータと一体成形されたケ
ース内にアクチュエータを制御する制御回路を配置する
ことにより、配線数が減少し配線処理が簡単になる。
【００２０】また、クラッチの磁気回路の一部にアクチ
ュエータの磁気回路の一部を用いることにより、アクチ
ュエータとクラッチの構造が簡単になり構成部品点数が
減少する。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図１５により
説明する。本発明の第１の実施例を図１により説明す
る。図１は本実施例の電子スロットル制御装置の全体構
成図である。図１において、スロットルボディー１０１
には、空気の流量を制御するためのスロットルバルブ１
０２と、そのスロットルバルブ１０２の中心に配置され
るバルブシャフト１２１が設けられる。バルブシャフト
１２１の一方には、戻しバネ１０６を介し開度センサ１
３３及びアクセルドラム１３２が連結され、アクセルド
ラム１３２にはアクセルワイヤー１３１を介してアクセ
ルペダル１３０が接続されている。またバルブシャフト
１２１の他方にはギア１０３Ａが連結され、ギア１０３
Ａはモータ１０５のモータシャフト１５１に電磁クラッ
チ１１０を介して固定されるギア１０３Ｂとかみ合うよ
うに配置される。すなわち、ギア１０３Ａ及び１０３Ｂ
を挟んで、バルブシャフト１２１に連結するアクセルド
ラム１３２、開度センサ１３３、戻しバネ１０６、及び
スロットルバルブ１０２と、モータシャフト１５１に連
結する電磁クラッチ１１０、モータ１０５とがＵ字型配
置を構成する。また、モータ１０５は直流モータでもブ
ラシレスモータでもよいが、発熱体であるモータ１０５
の放熱の効率向上のためモータ１０５の片側をスロット
ルボディー１０１の外径に接するように配置する。以上
の構成により本実施例の電子スロットル制御装置はコン
パクトな構造となり車内に配置しやすいものとなる。
【００２２】次に本実施例の電子スロットル制御装置の
動作を説明する。まず、通常の運転時においては、電磁
クラッチ１１０はオフ状態にあり、運転者がアクセルペ
ダル１３０を踏むとアクセルワイヤー１３１はアクセル
ドラム１３２を回転させるように動作し、アクセルドラ
ム１３２とバルブシャフト１２１により連結されている
スロットルバルブ１０２が開き方向に回転する。またア
クセルペダル１３０から足を離した場合には、スロット
ルバルブ１０２とスロットルボディー１０１に配置され
た戻しバネ１０６によりスロットルバルブ１０２は閉じ
るように動作する。このように、通常運転時には運転者
の操作のみによりスロットルバルブの開度を調整する。
【００２３】次に、モータ１０５によりＴＣＳ（トラク
ションコントロールシステム）の動作を例にバルブの開
閉制御を行う場合について説明する。先に述べたように
運転者がアクセルペダル１３０を踏んだ場合にはスロッ
トルバルブ１０２が開くが、エンジンの出力トルクがタ
イヤのグリップの限界を越えた場合にはタイヤは空転す
る。このような状況では運転者は正常に車をコントロー
ルすることが非常に難しくなる。また、無駄なトルクを
出力することにより燃費の低下やタイヤの摩耗等の問題
点が発生する。
【００２４】そこで、モータ１０５のトルクをギア１０
３Ｂに伝達する電磁クラッチ１１０をオンして動力が伝
わるようにすれば、モータ１０５の回転は電磁クラッチ
１１０の回転円盤を介してギア１０３Ｂ、ギア１０３Ａ
の順序で伝わり最終的にはバルブシャフト１２１に接続
されるスロットルバルブ１０２を閉じる方向に制御す
る。このときスロットルバルブ１０２の開閉角度の制御
は、開度センサ１３３でバルブ位置をフィードバックす
ることにより目的の開閉角度へスロットルバルブを制御
する。このようにしてモータ１０５によりスロットルバ
ルブ１０２を閉じてしまえばエンジン内には空気が入ら
ないために出力トルクは低下し、タイヤの回転数が低下
して路面に食いつき正常な状況に復帰することができ
る。
【００２５】また以上のＴＣＳと同様の動作により、Ｉ
ＳＣ（アイドルスピードコントロール）、ＡＳＣＤ（オ
ートスピードコントロールデバイス）等の制御も可能で
ある。
【００２６】本実施例によれば、ギア１０３Ａ及び１０
３Ｂを挟んで、バルブシャフト１２１に連結するアクセ
ルドラム１３２、開度センサ１３３、戻しバネ１０６、
及びスロットルバルブ１０２と、モータシャフト１５１
に連結する電磁クラッチ１１０、モータ１０５とをＵ字
型に配置するので、電子スロットル装置全体の小型化・
軽量化を図れる。また、電磁クラッチ１１０をモータシ
ャフト１５１に配置するので電磁クラッチ１１０の径を
小さくすることができる。
【００２７】本発明の第２の実施例を図２により説明す
る。なおこれ以降、開度センサ及びアクセル関係の図を
省略して説明する。図２は本実施例の電子スロットル制
御装置の全体構成図である。図１と共通の部品について
は共通の番号で示す。図の電子スロットル制御装置にお
いて、モータ１０５は、例えばアルミダイキャスト製で
スロットルボディー２０１と一体成形されたモータケー
ス２０７に収納されている。モータケース２０７は、一
体成形としなければスロットルボディー２０１にボルト
等で固定する構造でもよい。また、ギア１０３Ａ及び１
０３Ｂよりなるギア部１０３はスロットルボディー２０
１に取り付けられたギアケース２４１に収納されてい
る。さらに、モータケース２０７の表面には発熱体であ
るモータ１０５の放熱が向上するように放熱フィン２０
８を設けている。その他の点は、第１の実施例とほぼ同
様である。また、モータ１０５は第１の実施例と同様、
直流モータでもブラシレスモータでもよい。
【００２８】本実施例によれば、モータ１０５及び電磁
クラッチ１１０をスロットルボディー２０１と一体成形
されたモータケース２０７内に配置するので、電子スロ
ットル装置全体の小型化・軽量化を図れる。発熱体であ
るモータ１０５の片側をスロットルボディー２０１の外
周に接するように配置するとともに、モータケース２０
７に放熱フィン２０８を設けるので、モータ１０５の冷
却を効率よく行える。
【００２９】本発明の第３の実施例を図３及び図４によ
り説明する。図３は本実施例の電子スロットル制御装置
の全体構成図である。図１及び図２と共通の部品につい
ては共通の番号で示す。図３において、モータをブラシ
レスモータとしてかつ半円型モータ３０５とし、さらに
装置全体の小型化を図るものである。その他の点につい
ては第１の実施例とほぼ同様である。
【００３０】図４は半円型モータ３０５の断面図であ
る。半円型モータ３０５は、モータシャフト４５１、磁
路ヨーク４０９、永久磁石４５７を外周に配置したロー
タ４５５、及びコイル４５２を巻いたステータ４５６か
ら構成される。また、ステータ４５６には３０度間隔で
設けた１２個の突極のうち３個の突極をカットし、残り
の９個の突極にそれぞれコイル４５２を巻いたものであ
る。カットした３個の突極の部分には磁極センサ４５９
を３個並べて配置する。コイルは１個の突極に対して集
中巻きで各相連続的に接続されコイル全体ではＹ結線接
続である。以上のように構成した半円型モータ３０５を
スロットルバルブ１０２のボアに接するように配置す
る。
【００３１】本実施例によれば、半円型モータ３０５を
使用するのでモータ断面積が小さくなり、電子スロット
ル装置全体をさらに小型化・軽量化することができる。
また、温度特性の悪い磁極センサ４５９がスロットルバ
ルブ１０２のボア近傍に配置されるので熱伝導による冷
却が促進され、磁極センサ４５９の温度変動を小さくす
ることができ安定した動作を得ることができる。また高
価な高温用磁極センサを用いる必要がなくなるのでコス
トダウンを図れる。
【００３２】本発明の第４の実施例を図５により説明す
る。図５は本実施例の電子スロットル制御装置の全体構
成図である。図１及び図２と共通の部品については共通
の番号で示す。図における電子スロットル制御装置は、
モータ５０５をブラシレスモータとし、モータ５０５と
その制御回路であるコントローラ５５０を一体成形で構
成したものである。その他の点については第１の実施例
とほぼ同様である。
【００３３】本実施例によれば、ブラシレスモータであ
るモータ５０５に係る配線数が減少しコストダウンを図
れる。また配線処理が簡単になるので電子スロットル制
御装置全体の小型化・軽量化を図れる。
【００３４】本発明の第５の実施例を図６及び図７によ
り説明する。図６は、本実施例の電子スロットル制御装
置の全体構成図である。図１と共通の部品については共
通の番号で示す。図６の電子スロットル制御装置は、バ
ルブシャフト６２１にモータ６０５を内蔵したものであ
り、スロットルボディー１０１、スロットルバルブ１０
２、バルブシャフト６２１、モータ６０５及び戻しバネ
１０６で構成される。またモータ６０５にはブラシレス
モータまたはステップモータを使用する。
【００３５】図７は、バルブシャフト６２１の内部に配
置されるモータ６０５の構造図である。バルブシャフト
６２１は、ベアリング７６３を介してスロットルボディ
ー１０１に固定されている。バルブシャフト６２１の内
部には、モータ６０５の軸となる固定子シャフト７５４
がベアリング７５３を介してバルブシャフト６２１に支
持され、また、永久磁石で構成されるロータ７５５がバ
ルブシャフト６２１の内側に固定されている。
【００３６】固定子シャフト７５４にはコイル７５２を
有するステータ７５６が固定される。また、固定子シャ
フト７５４は中空シャフトでありモータの配線等の電線
は引き出し線７５８としてスロットルバルブ１０２の動
作を支障することなく外部に引き出す。
【００３７】本実施例によれば、モータ６０５をバルブ
シャフト６２１に内蔵して設けるので電子スロットル制
御装置全体の小型化・軽量化を図れる。また吸入空気が
通過する通路内にモータ６０５を配置するので、モータ
６０５の冷却効果が向上する。したがってモータ６０５
自体の小型化・軽量化を図れる。
【００３８】本発明の第６の実施例を図８により説明す
る。図８は本実施例の電子スロットル制御装置の磁極部
分の構造図及び断面図である。図８における電子スロッ
トル制御装置において、モータ８０５はブラシレスモー
タであり、モータシャフト８５１、磁路ヨーク８０９、
永久磁石８５７を外周に配置したロータ８５５、コイル
８５２を巻いたステータ８５６、及び２個のベアリング
８５３から構成される。ステータ８５６には３の倍数の
突極８５４がありそのうちの１組の３個にホール素子等
の磁極センサ８５９が１２０度の位相差で配置される。
またコイル８５２は１個の突極８５４に対して集中巻き
で各相連続的に接続されコイル全体ではＹ結線接続であ
る。ここで１２０度の位相角で配置するのは磁極の部分
で発生するコギングトルクを低減するためである。
【００３９】本実施例の構成においては、磁極センサ８
５９を突極８５４に配置するが、従来のコイルを１２個
巻いていた場合と比較するとコイルが９個となりトルク
が３／４となる。したがって同トルクを得るためには積
み厚を４／３倍にしなければならないが、磁極センサ８
５９を別途設置するためのロータが不要となるのでその
分軸長が短くなりモータの小型化・軽量化を図ることが
できる。また、モータ８０５の永久磁石８５７を磁極セ
ンサ８５９用の磁力発生部として利用するので、別途磁
力発生部を設ける必要がなくなり部品数が減少してコス
トダウンを図れる。さらに、ステータ８５６への熱伝導
により磁極センサ８５９の冷却を促進することができ、
高価な高温用磁気センサを用いる必要がなくコストダウ
ンを図れる。
【００４０】本発明の第７の実施例を図９により説明す
る。図９は本実施例の電子スロットル制御装置の磁極部
分の断面図である。図９の電子スロットル制御装置は、
モータケース９０７の内部にブラシレスモータであるモ
ータ９０５と電磁クラッチ９１０を内蔵するもので、モ
ータシャフト９５１のモータ側には、モータ用ロータ９
５５がスリーブベアリング９１４を介して配置され、モ
ータシャフト９５１のクラッチ側には、電磁クラッチ９
１０のクラッチ用ロータ９１１が配置される。
【００４１】モータ用ロータ９５５は磁路ヨーク９０９
と永久磁石９５７とから構成される。固定部となるモー
タケース９０７のモータ側には、モータシャフト９５１
を支持するためのベアリング９５３、モータ９０５のス
テータ９５６、及びコイル９５２が設けられ、モータケ
ース９０７のクラッチ側には、クラッチ用ヨーク９１２
及びクラッチ用コイル９１３が設けられる。
【００４２】以上の構成において、モータ用ロータ９５
５はスリーブベアリング９１４によりフリーに回転した
りまた軸方向にスライドしたりできるように支持され、
電磁クラッチ９１０がオフ状態でステータ９５６に電力
を供給した場合、モータ用ロータ９５５のみがスリーブ
ベアリング９１４の部分で滑って回転する。一方、モー
タ９０５を停止した状態で電磁クラッチ９１０をオン状
態としてクラッチ用ロータ９１１とモータ用ロータ９５
５の磁路ヨーク９０９の部分を吸着した場合、モータ用
ロータ９５５とクラッチ用ロータ９１１とモータシャフ
ト９５１とが機械的につながるので、トルクをモータシ
ャフト９５１より外部に取り出すことができる。
【００４３】本実施例によれば、モータケース９０７の
内部に電磁クラッチ９１０の制御回路を内蔵させて配置
するので、電子スロットル制御装置全体を小型化・軽量
化することができ、また、電磁クラッチ９１０の制御回
路の一部にモータ９０５の磁気回路の一部を用いるの
で、モータ９０５と電磁クラッチ９１０の構造が簡単に
なり構成部品点数が減少してコストダウンが図れ、かつ
装置全体を小型化・軽量化できる。
【００４４】なお、上記の説明はモータ９０５がブラシ
レスモータである場合を例に説明したが、モータ９０５
は直流モータその他のモータでもよい。この場合には磁
気回路のケース若しくはシャフトクラッチの磁気回路の
一部として使用可能であり、前記と同様の効果を得るこ
とができる。
【００４５】本発明の第８の実施例を図１０〜図１２に
より説明する。図１０は、１２０度通電型ブラシレスモ
ータにおける誘起電圧と通電電流との時間遅れの関係を
表した図である。一般にモータの回転数が高くなると、
モータの基本周波数が高くなり一周期の時間が短くな
る。しかし、電流の立ち上がりはモータの抵抗値とイン
ダクタンスにより決定されるので、モータが低速で回転
している場合には問題にならなかった電流の時間遅れが
高速になればなるほど問題になる。図１０はこの通電電
流の時間おくれを示したものである。作動条件は、モー
タの極数８極、回転数７２００ｒｐｍ、抵抗１Ω、イン
ダクタンス０．３ｍＨである。このとき、周波数は４８
０Ｈｚ、周期は２ｍｓ、また、電気的時定数は０．３ｍ
ｓとなり、Ｕ相の誘起電圧、磁極位置センサ出力、及び
実電流は図に示すような関係となる。
【００４６】一方、モータの発生するトルクは図１０に
示す誘起電圧と実電流の積で決まる。したがって、図中
の点線で示す理想電流のように流れればモータの発生ト
ルクは最大になるが、実際は実電流の立ち上がりは図示
のように若干の時間遅れが伴う。これはすなわち立ち上
がりが遅れるほど発生トルクが低下することを意味す
る。そこで、通常、電子スロットル制御装置において
は、モータに流す電流をホール素子、ホールセンサ等の
磁極センサからの信号によりタイミングを切り替えてい
る。図示したＵ＋信号はＵ相センサとＶ相センサ（図示
せず）のＥＯＲ信号により作成したものであるが、本実
施例においては、このＵ＋信号の立ち上がりエッジから
立ち下がりエッジまでの時間、なるべく多くの電流を流
すように制御することによって最大のトルクを得ようと
するものである。
【００４７】本実施例の電子スロットル制御装置の磁極
部分の断面図を図１１に示す。図に示すモータ１１５に
おいて、図８に示したモータ８０５と同様に、ステータ
１１６には３の倍数の突極がありそのうちの１組の３個
に磁極センサ１１９が１２０度の位相差で配置され、コ
イル１１２は集中巻きでコイル全体でＹ結線接続であ
る。図８のモータ８０５と異なる点は、磁極センサ１１
９をそれぞれの突極の中央でなくモータのロータの回転
方向に対して逆方向にずらして配置することである。
【００４８】また、ずらす角度は、モータの基本周波数
を電気角３６０度で定義した場合における電気角３０度
までの範囲でずらして配置すれば、問題としている高速
回転時以外すなわち低速時においても正方向のトルクを
出すことができる。
【００４９】図１２は、上記構成による本実施例の電子
スロットル制御装置のモータにおける誘起電圧と通電電
流との時間遅れの関係を表した図である。作動条件は、
図１０と同一であり、同様に、周波数は４８０Ｈｚ、周
期は２ｍｓ、電気的時定数は０．３ｍｓとなるが、電気
角３０度の範囲で磁極センサ１１９をずらしたことによ
りＵ相の磁極位置センサ出力、及び実電流の曲線は図に
おいて図１０に比し左側へずれ、図示のような関係とな
る。すなわち、実電流を理想電流の位相に近づけること
ができ、トルクを増大させることができる。
【００５０】本実施例によれば、モータ１１５の磁極セ
ンサ１１９を回転方向により発生トルクの大きさが異な
るような位置に配置するので、高速回転時の応答性が向
上する。したがって、同一の要求応答性能ならば従来よ
り小型のモータを使用できる。また、磁極センサ１１９
をモータ１１５のステータ１１６の突極の中心から電気
角で３０度以内の範囲でずらして配置するので、低速時
においても正方向のトルクを出すことができる。
【００５１】なお、以上はモータがブラシレスモータの
場合について説明したが、機械的な整流器を有する直流
モータの場合でも、ブラシの位置を同じ方法でずらすこ
とにより同様の効果を得ることができる。
【００５２】本発明の第９の実施例を図１３及び図１４
により説明する。図１３は、本実施例の電子スロットル
制御装置におけるバルブの位置を検出する機構を示した
図である。図において、スロットルバルブ３１２とブラ
シレスモータであるモータ３１５とはギア３１３を介し
て連結されている。スロットルバルブ３１２にはバルブ
の開度を検出するための開度センサ３３３が設けられ、
また、モータ３１５には回転子の磁極位置を検出するた
めの磁極センサ３１９が配置されている。開度センサ３
３３及び磁極センサ３１９の３相信号は上位システム１
４にそれぞれ接続されている。
【００５３】開度センサ３３３はバルブの開度の小さい
ところが検出できるように、低開度部分を検出できる性
能を有する。これは、ＩＳＣ（アイドルスピードコント
ロール）時において、開度センサの分解能が低いとアイ
ドリングが安定しなくなりエンストや排気ガスが不完全
燃焼を起こす恐れがあり、したがって０．１度以下の分
解能が要求されること、及び、燃費向上のためにアイド
リング回転数を下げようとするとエンジン回転数が滑ら
かでないと実現できず、よって低開度・極低開度（角度
に換算して２度近辺）における高分解能が必要とされて
いることの２点に基づく。
【００５４】従来、この開度センサ３３３によりでバル
ブの開度全域を検出していた。しかしが開度全域をカバ
ーしようとすると高分解能が実現できず、そのためメイ
ンのスロットルバルブの他にＩＳＣ用のサブバルブを並
列に付けたり極低開度用の開度センサを別に設けた例も
ある。
【００５５】そこで、本実施例においては、開度センサ
３３３の分解能を向上させるために低開度のみを開度セ
ンサ３３３で検出し、それ以上の開度においてはバルブ
駆動に用いるモータ３１５の磁極検出信号１８で開度を
検出するものである。
【００５６】開度センサ３３３のアナログ信号による開
度信号１５は、上位システム１４のＡ／Ｄ変換端子に接
続される。一方、磁極センサ３１９の３相の磁極検出信
号１８は、上位システム１４のポート端子に接続され
る。上位システム１４に入力された磁極検出信号１８
は、ソフトウエアにより位相関係から回転方向を算出
し、ロジックでＥＯＲをとり１２０度の周期信号を作っ
たのち、それぞれの立ち上がり立ち下がり信号から電気
角で６０度の信号として１回転２４パルスとし、この２
つの信号からソフト的にアップダウンカウンタを構成
し、開度を検出する。
【００５７】例えば、ギア比２４倍で、モータの相数が
３相で極数が８極とすると、得られるパルスは１回転当
たり２４パルス（電気的に３相の信号をＥＯＲして両エ
ッジを用いた場合）となる。つまり、バルブの最大開度
を９０度とすれば１パルス当たり０．６２５度となる。
また、開度センサの検出角度範囲を最大３度とし、上位
システムのＡ／Ｄ変換器の分解能を８ｂｉｔとすれば、
０．０１２度の分解能が得られ目標の０．１度を十分に
検出できる値となる。
【００５８】図１４は、本実施例の電子スロットル制御
装置におけるバルブの開閉制御領域を示した図である。
上述したように、本実施例においては、ＩＳＣ制御時は
開度センサ３３３からの開度信号１５による極低開度
（全閉〜２度程度）のバルブ開閉制御であり、ある設定
開度を境にそれ以上の開度では磁極センサ３１９からの
磁極検出信号１８による通常の制御を行う。
【００５９】以上において、ＩＳＣ制御と通常制御との
境界開度近傍において開度制御を行う場合、ＩＳＣ制御
と通常制御との間で頻繁に制御の切換が行われ制御が不
安定となる。
【００６０】そこで、本実施例においては、ＩＳＣ制御
と通常の制御との切換にヒステリシスを持たせ、ＩＳＣ
制御から通常の制御へ移行する場合は、境界開度より高
めの低開度の範囲内で制御の切り替えを行い、逆に通常
の制御からＩＳＣ制御へ移行する場合は、境界開度より
低めの極低開度の範囲内で制御の切換を行う。
【００６１】本実施例によれば、スロットルバルブ３１
２の位置制御信号としてモータ３１５の磁極検出信号１
８を用いるので、従来開度センサ３３３によって検出し
ていた大開度を磁極センサ３１９によって検出すること
ができる。また、磁極検出信号１８と開度信号１５とを
用いるので、開度センサ３３３は小開度用の１種類で足
り、電子スロットル制御装置全体の小型化・軽量化を図
れるとともに、サブバルブが不要となりコストダウンを
図れ、かつ信頼性が向上する。また開度センサ３３３の
分解能向上を図れる。また、磁極検出信号１８と開度信
号１５とを開度センサ３３３のある開度でＩＳＣ制御と
通常の制御とを切り替えて使い分け、かつその切換制御
にヒステリシスを持たせるので、その切換を行う境界開
度近傍における頻繁な切換を防止し、開度制御の安定化
を図れる。
【００６２】以上、電子スロットル制御装置の実施例を
説明したが、各制御装置について、その制御装置を用い
た制御システムを構成することができる。その一例とし
て、図５に示した電子スロットル制御装置を用いた制御
システムの実施例を図１５を用いて説明する。
【００６３】図１５は本実施例の電子スロットル制御シ
ステムの全体構成図である。図５と共通の部品について
は共通の番号で示す。
【００６４】本実施例の制御システムは、上位システム
５４と、相切り替え信号を検出する磁極センサ１５９と
スロットルバルブ（図示せず）の開度を検出する開度セ
ンサ１５３とを備えたモータ５０５と、モータ５０５に
電力を供給するためのインバータ等のパワー回路１１と
パワー回路１１の相の切り替えを行うロジック回路１０
とを備えたモータコントローラ５５０とから構成され
る。このうち、モータ５０５とモータコントローラ５５
０とは、図５に示すように一体成形されたケースに収納
される。
【００６５】ロジック回路１０には上位システム５４よ
り回路電源１６と、モータ５０５の速度指令１２と、モ
ータ５０５の回転方向指令１３とが入力される。パワー
回路１１にはモータを駆動するためのモータ電源１７が
接続される。また、パワー回路１１を流れる電流をロジ
ック回路１０にフィードバックして電流制御が可能であ
る。
【００６６】以上の構成において、磁極センサ１５９は
モータ５０５のロータの磁極位置を検出してロジック回
路１０に伝える。ロジック回路１０は磁極センサ１５９
の磁極検出結果と上位システム５４からの回転方向指令
１３からパワー回路１１の通電相をＵ、Ｖ、Ｗの各相か
ら選択する。
【００６７】一方、開度センサ１５３はスロットルバル
ブ（図示せず）の位置を検出して上位システム５４に伝
える。上位システム５４では開度センサ１５３の検出結
果を基に、バルブを目標位置に移動させるべくモータ５
０５にかかる電圧を制御するための速度指令１２をロジ
ック回路１０に伝える。ロジック回路１０はこの値を基
にパワー回路１１によりモータ５０５に加える平均電圧
を制御し目標の位置へバルブを移動させる。
【００６８】本実施例によれば、モータコントローラ５
５０及びモータ５０５をひとつの一体成形されたケース
内に収納し、上位システム５４と切り離して配置するの
で、自動車に配置するときに車内に置かれた上位システ
ム５４からの電線の数を最小限にすることができる。
【００６９】以上図５の電子スロットル制御装置を用い
た制御システムの実施例について説明したが、その他図
１〜図４、図６〜図１４の電子スロットル制御装置につ
いても、同様にそれぞれの電子スロットル制御装置を用
いた制御システムを構成することができ、各制御装置の
実施例において述べた効果と同様の効果を得ることがで
きる。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータ、ギ
ヤ、スロットルバルブをＵ字型に配置してスロットルバ
ルブ軸方向への寸法を低減し、またトルクの伝達を連結
・遮断するクラッチを、トルク伝達経路上におけるアク
チュエータとギヤとの間にアクチュエータの出力軸のま
わりに同一軸心となるように設け、スロットルバルブ軸
方向への寸法を確実に低減する。したがって、装置全体
の十分な小型化・軽量化を図れる。さらにアクチュエー
タは使用条件が高温であるほどパワーが落ちるため高温
使用時にはより大型のものを用意する必要があるが、ス
ロットルボディーへの熱伝導によりアクチュエータの冷
却促進が図れるので要求されるパワーに対し比較的小型
のアクチュエータを用意すれば足りる。また高温時にお
けるトルク低下等異常動作の発生を防止できる。さらに
アクチュエータ、クラッチをスロットルボディーと一体
成形されたケース内に配置するので、装置全体の小型化
・軽量化を図れる。アクチュエータケースにフィンを設
けるので、アクチュエータの冷却を効率よく行える。ま
たアクチュエータの制御回路をアクチュエータと一体成
形されたケースに配置するので配線数が減少しコストダ
ウンを図れると共に配線処理が簡単となり装置全体の小
型化・軽量化を図れる。
【００７１】さらに、クラッチ磁気回路の一部にアクチ
ュエータの回転磁気回路の一部を用いるので、構成部品
点数が減少しコストダウンを図れると共に装置全体の小
型化・軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電子スロットル制御装置の
全体構成図である。
【図２】スロットルボディーとモータケースを一体成形
で構成した場合の電子スロットル制御装置の全体構成図
である。
【図３】半円型モータを使用した場合の電子スロットル
制御装置の全体構成図である。
【図４】半円型モータの断面図である。
【図５】モータとコントローラを一体成形で構成した場
合の電子スロットル制御装置の全体構成図である。
【図６】バルブシャフトにモータを内蔵した場合の電子
スロットル制御装置の全体構成図である。
【図７】モータの構造図である。
【図８】磁極センサを磁極部に配置した場合の電子スロ
ットル制御装置の磁極部分の断面図である。
【図９】クラッチとモータの磁気回路を共用した場合の
電子スロットル制御装置の磁極部分の断面図である。
【図１０】ブラシレスモータの誘起電圧と通電電流との
関係を示す図である。
【図１１】磁極センサを突極の中心からずらして配置し
た場合の電子スロットル制御装置の磁極部分の断面図で
ある。
【図１２】ブラシレスモータの誘起電圧と通電電流との
関係を示す図である。
【図１３】電子スロットル制御装置におけるバルブの位
置検出機構を示す図である。
【図１４】電子スロットル制御装置におけるバルブの開
閉制御領域を示す図である。
【図１５】電子スロットル制御装置を用いた制御システ
ムの全体構成図である。
【符号の説明】
１０ ロジック回路 １１ パワー回路 １２ 速度指令 １３ 回転方向指令 １４ 上位システム １５ 開度信号 １６ 回路電源 １７ モータ電源 １８ 磁極検出信号 ５４ 上位システム １０１ スロットルボディー １０２ スロットルバルブ １０３ ギア １０３Ａ，Ｂ ギア １０５ モータ １１０ 電磁クラッチ １１２ コイル １１５ モータ １１６ ステータ １１９ 磁極センサ １２１ バルブシャフト １３３ 開度センサ １５１ モータシャフト １５９ 磁極センサ ２０１ スロットルボディー ２０７ モータケース ３０５ 半円型モータ ３１２ スロットルバルブ ３１３ ギア ３１５ モータ ３１９ 磁極センサ ４０９ 磁路ヨーク ４５１ モータシャフト ４５２ コイル ４５５ ロータ ４５６ ステータ ４５７ 永久磁石 ４５９ 磁極センサ ５０５ モータ ５５０ モータコントローラ ６０５ モータ ６２１ バルブシャフト ７５２ コイル ７５５ ロータ ７５６ ステータ ８０５ モータ ８０７ モータケース ８０９ 磁路ヨーク ８５１ モータシャフト ８５２ コイル ８５４ 突極 ８５５ ロータ ８５６ ステータ ８５７ 永久磁石 ８５９ 磁極センサ ９０５ モータ ９０７ モータケース ９０９ 磁路ヨーク ９１０ 電磁クラッチ ９１１ クラッチ用ロータ ９１２ クラッチ用ヨーク ９１３ クラッチ用コイル ９１４ スリーブベアリング ９５１ モータシャフト ９５２ モータ用コイル ９５５ モータ用ロータ ９５６ ステータ ９５７ 永久磁石
フロントページの続き (72)発明者 本田 恭彦 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 佐々木 靖 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 嶺岸 輝彦 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地３ 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 橋本 仁克 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 吉田 龍也 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 審査官 山本 穂積 (56)参考文献 特開 平１−301934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29634（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−134250（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−151733（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 11/10 F02D 9/02 351

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気を制御するスロットルバルブと、前
    記スロットルバルブを動作させるトルクを発生するアク
    チュエータと、前記アクチュエータの発生したトルクを
    伝達するギアとを有する電子スロットル制御装置におい
    て、 前記ギヤを介し、一方に前記アクチュエータ、他方に前
    記スロットルバルブをＵ字型に配置して、前記アクチュ
    エータで発生したトルクを前記ギヤを介して前記スロッ
    トルバルブに伝達し、 そのトルク伝達経路上における前記アクチュエータと前
    記ギヤとの間に、トルクの伝達を連結・遮断するクラッ
    チを設け、かつ、 このクラッチを、前記アクチュエータの出力軸のまわり
    に、同一軸心となるように 配置したことを特徴とする電
    子スロットル制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記アクチュエータ、前記クラッチ、及び前
    記ギアをスロットルボディーと一体成形されたケース内
    に配置したことを特徴とする電子スロットル制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記アクチュエータは直流モータ及びブラシ
    レスモータ等の整流機構を有するモータであることを特
    徴とする電子スロットル制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記アクチュエータと一体成形されたケース
    内に前記アクチュエータを制御する制御回路を配置した
    ことを特徴とする電子スロットル制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記クラッチの磁気回路の一部に前記アクチ
    ュエータの磁気回路の一部を用いたことを特徴とする電
    子スロットル制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記クラッチは、前記アクチュエータの出力
    軸に沿ってトルク伝達位置とトルク遮断位置とに切り替
    わるように構成されていることを特徴とする電子スロッ
    トル制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記クラッチは、前記アクチュエータの出力
    軸に固定されている第１部材と、該アクチュエータの出
    力軸に沿って可動に配置された第２部材とを備え、トル
    ク伝達時にはこれら第１部材と第２部材とが密着してト
    ルクを伝達することを特徴とする電子スロットル制御装
    置。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の電子スロットル制御装置
    において、前記アクチュエータはモータであり、かつこ
    のモータのハウジングに前記クラッチが保持されている
    ことを特徴とする電子スロットル制御装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の電子スロットル制御装置
    において、前記モータのロータと前記クラッチのロータ
    とは、同一の軸に固定されていることを特徴とする電子
    スロットル制御装置。
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