JP2001355460A - 電子スロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置全体の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。 【解決手段】モータ１１５において、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１１
２は集中巻きでコイル全体でＹ結線接続である。磁極セ
ンサ１１９は、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
のずらす角度は、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。なお、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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】従来のスロットルボディーの構造におけ
るバルブシャフト、アクチュエータ、クラッチ等の配置
について、以下の５つの公知例がある。 １．冷却式スロットルアクチュエータ（特開平２−５５
８４２） この公知技術は、モータの内部に冷媒の流通管路を設け
ることにより、エンジンの運転状態に関係なく常に確実
な冷却効果を得るものである。 ２．スロットルアクチュエータ（特開昭５９−２２６２
４４） この公知技術は、駆動モータ、電磁クラッチ機構、スロ
ットルバルブを復元させるリターンスプリング、スロッ
トルシャフトの回転を検知するフォトエンコーダを一体
収納構造とすることにより小型化を図るものである。 ３．スロットル制御装置（特開平２−２７１２３） この公知技術は、操作レバー、制御レバー等の各構成要
素をスロットルボディーの一端と他端に分散配置するこ
とにより小型化を図るとともに、ロストモーションばね
によりアクチュエータによる制御が操作レバーに影響し
ないようにするものである。 ４．内燃機関のスロットルバルブを作動するための装置
（特開平１−１５１７３３） この公知技術は、モータ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。 ５．車両の内燃機関を制御する装置（特開平１−３０１
９３４） 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、サーボモーターへのトル
クの影響をなくすものである。

【０００３】

【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。

【０００４】公知技術１は、アクチュエータとバルブシ
ャフトとが同一線上に配置され、また公知技術２は、ス
ロットル軸、電磁クラッチ及びモータが同一軸上に配置
されているので、それぞれスロットル軸方向への装置の
小型化が困難である。

【０００５】公知技術３〜５は、モータとスロットルシ
ャフトをＵ字型配置とし、スロットル軸方向への小型化
が可能な構造となっているが、公知技術３はモータに隣
接して設けられたクラッチがモータと同一軸でないので
スロットル軸と垂直方向への小型化が制限され、また公
知技術４及び５はスロットル軸にクラッチが配置される
のでモータ軸にクラッチが配置される場合に比べて伝達
動力が大きくなり、その分クラッチ径が大きくなりスロ
ットル軸と垂直方向への小型化が制限され、装置全体の
小型化が困難である。

【０００６】本発明の目的は、装置全体の小型化を可能
とする電子スロットル制御装置及びその電子スロットル
制御装置を提供することにある。

【０００７】

【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直流
モータとを有する電子スロットル制御装置において、前
記直流モータのブラシを、正回転と逆回転で発生トルク
の大きさが異なるような位置に配置する。

【０００８】これにより、高速回転時の応答性が向上す
る。

【０００９】好ましくは、前記電子スロットル制御装置
において、前記スロットルバルブを開くモータの回転方
向と逆方向に電気角で３０度以内でずらした位置に前記
直流モータのブラシを配置する。

【００１０】これにより、低速時においても正方向のト
ルクを出力する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図１５により説明する。

【００１２】本発明の第１の実施形態を図１により説明
する。

【００１３】図１は本実施形態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１０２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１３３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１０３Ａ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１
０６、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形態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。

【００１４】次に本実施形態の電子スロットル制御装置
の動作を説明する。

【００１５】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１
３２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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】本実施形態によれば、ギア１０３Ａ及び１
０３Ｂ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１０
６、及びスロットルバルブ１０２と、モータシャフト１
５１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。

【００２０】本発明の第２の実施形態を図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。

【００２１】図２は本実施形態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１０
３Ｂよりなるギア部１０３はスロットルボディー２０１
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２０８を
設けている。その他の点は、第１の実施形態とほぼ同様
である。また、モータ１０５は第１の実施形態と同様、
直流モータでもブラシレスモータでもよい。

【００２２】本実施形態によれば、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２
０７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。

【００２３】本発明の第３の実施形態を図３及び図４に
より説明する。

【００２４】図３は本実施形態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の実施形態とほぼ同様である。

【００２５】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。

【００２６】本実施形態によれば、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。

【００２７】本発明の第４の実施形態を図５により説明
する。

【００２８】図５は本実施形態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の実施形態とほぼ同様である。

【００２９】本実施形態によれば、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。

【００３０】本発明の第５の実施形態を図６及び図７に
より説明する。

【００３１】図６は、本実施形態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１
０２、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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】本実施形態によれば、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６０
５自体の小型化・軽量化を図れる。

【００３５】本発明の第６の実施形態を図８により説明
する。

【００３６】図８は本実施形態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８５
５、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。

【００３７】本実施形態の構成においては、磁極センサ
８５９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
８５９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。

【００３８】本発明の第７の実施形態を図９により説明
する。

【００３９】図９は本実施形態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９５５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９１０のクラッチ用ロータ９１１が配置され
る。

【００４０】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。

【００４１】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９
１３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】本実施形態によれば、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の実施形態を図１０〜図１２
により説明する。

【００４６】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４８０Ｈ
ｚ、周期は２ｍｓ、また、電気的時定数は０．３ｍｓ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。

【００４７】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
施形態においては、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。

【００４８】本実施形態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。

【００４９】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。

【００５０】図１２は、上記構成による本実施形態の電
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４８０Ｈ
ｚ、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。

【００５１】本実施形態によれば、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１１
９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。

【００５２】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。

【００５３】本発明の第９の実施形態を図１３及び図１
４により説明する。

【００５４】図１３は、本実施形態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３３
３及び磁極センサ３１９の３相信号は上位システム１４
にそれぞれ接続されている。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】そこで、本実施形態においては、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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】図１４は、本実施形態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、本実施形態においては、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。

【００６１】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。

【００６２】そこで、本実施形態においては、ＩＳＣ制
御と通常の制御との切換にヒステリシスを持たせ、ＩＳ
Ｃ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。

【００６３】本実施形態によれば、スロットルバルブ３
１２の位置制御信号としてモータ３１５の磁極検出信号
１８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。

【００６４】以上、電子スロットル制御装置の実施形態
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
御システムの実施形態を図１５を用いて説明する。

【００６５】図１５は本実施形態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。

【００６６】本実施形態の制御システムは、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１
０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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】本実施形態によれば、モータコントローラ
５５０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。

【００７１】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形態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
の実施形態において述べた効果と同様の効果を得ること
ができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、直流モータのブラシを
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、磁極検出器を突極の中心から電
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態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

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月１８日（２００１．７．１
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気量
制御装置に関し、特にモータによって開閉されるスロッ
トルバルブによってアイドル回転数領域の空気量を制御
するいわゆる電子スロットル制御装置に関する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はいずれ
も、アイドル回転数領域のような低開度領域でのスロッ
トルバルブの制御の精度向上に関しては配慮がない。こ
のためアイドル回転数制御機能を備えた電子スロットル
装置は実現されていない。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】本発明は、スロットルバルブ低開度領域で
の制御分解能を向上させて、電子スロットル制御装置に
よるアイドル回転数を制御を実現することを目的とす
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【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モー
タと、前記モータを駆動制御して前記スロットルバルブ
の開度を開閉制御する制御手段とを有する電子スロット
ル制御装置において、前記制御手段は、アイドル回転数
制御領域においては前記スロットルバルブの開度を相対
的に高い所定の第１分解能をもって制御するとともに、
前記アイドル回転数制御領域よりも高い回転数制御領域
においては前記スロットルバルブの開度を相対的に低い
所定の第２分解能をもって制御するように、制御分解能
を切り替え、かつ、この制御分解能の切り換えの際、前
記第１分解能から前記第２分解能へと切り替わる回転数
と前記第２分解能から前記第１分解能へと切り替わる回
転数とが異なるように、ヒステリシスを持たせた制御特
性を備えている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明においては、制御手段が、アイドル
回転数制御領域より高い回転数制御領域側においては通
常の比較的低い第２分解能をもってスロットルバルブ開
度を制御する一方、それより低いアイドル回転数領域側
では制御分解能を切り換えてより高い第１分解能をもっ
て制御する。しかもこのとき、制御分解能の切り換えの
際、第１分解能から第２分解能へと切り替わる回転数と
第２分解能から第１分解能へと切り替わる回転数とが異
なるように、ヒステリシスを持たせている。例えばアイ
ドル回転数領域の第１分解能による制御からそれより高
い回転数領域の通常の第２分解能による制御へ移行する
場合は、アイドル回転数領域とそれより高い回転数領域
との境界に相当するスロットルバルブ開度よりやや高め
の低開度の範囲内で制御の切り替えを行い、第２分解能
による通常の制御からアイドル回転数領域の第１分解能
による制御へ移行する場合は、逆に上記開度よりやや低
めの極低開度の範囲内で制御の切換を行う。これによ
り、その切換を行う上記境界開度近傍における頻繁な制
御の切換を防止し、開度制御の安定化を図ることができ
る。以上により、低開度領域であるアイドル回転数制御
領域におけるスロットルバルブ制御の精度を向上して、
アイドル回転数制御機能を備えた電子スロットル装置を
実現することができる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】好ましくは、前記電子スロットル制御装置
において、前記アイドル回転数制御領域における前記ス
ロットルバルブの開度を検出する開度センサを備え、前
記制御手段は、前記開度センサからの検出信号に基づき
前記スロットルバルブのアイドル開度を前記第１分解能
をもって制御する。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】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、前記制御手段による前記スロットルバ
ルブの開度制御における前記第１分解能を、０．１度よ
り高くする。 これにより、アイドリング不安定によるエ
ンストや排気ガス不完全燃焼を防止するために通常要求
される高分解能の条件を満足することができる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】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度と同等か
それより高い分解能（言い換えれが最小分解能をｘ°と
してｘ≦０．１°）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。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】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、このためアイ
ドル回転数領域のような低開度領域でのスロットルバル
ブの制御の精度向上を図れず、アイドル回転数制御機能
を備えた電子スロットル装置は現実には実現されていな
かった。なお、上記に対応するために、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が、こ
の場合は、開度センサが２つ必要になるという憾みがあ
る。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】本実施形態によれば、制御手段としての上
位システム１４が、ＩＳＣ制御領域（アイドル回転数制
御領域）より高い回転数制御領域（通常の制御領域）側
においては通常の比較的低い分解能（前述の例では例え
ば０．６２５度）をもってスロットルバルブ３１２の開
度を制御する一方、それより低いＩＳＣ制御領域側では
制御分解能を切り換えてより高い分解能（前述の例では
例えば０．０１２度）をもって制御する。しかもこのと
き、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。以上により、低開度領域であるＩＳＣ制御領域にお
けるスロットルバルブ制御の精度を向上し、ＩＳＣ制御
機能を備えた電子スロットル装置を実現することができ
る。 また、上記に加え、本実施形態によれば、スロット
ルバルブ３１２の位置制御信号としてモータ３１５の磁
極検出信号１８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。さらに、極低開度用の開度セン
サを別に設けた場合と比べると、本実施の形態では磁極
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。またサブバルブ
を用いる場合に比べると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。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、制御手段が、アイドル
回転数制御領域より高い回転数制御領域側においては通
常の比較的低い第２分解能をもってスロットルバルブ開
度を制御する一方、それより低いアイドル回転数領域側
では制御分解能を切り換えてより高い第１分解能をもっ
て制御する。しかもこのとき、制御分解能の切り換えの
際ヒステリシスを持たせているので、切換を行う境界開
度近傍における頻繁な制御の切換を防止し、開度制御の
安定化を図れる。したがって、低開度領域であるアイド
ル回転数制御領域におけるスロットルバルブ制御の精度
を向上して、アイドル回転数制御機能を備えた電子スロ
ットル装置を実現することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (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 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (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 Ｆターム(参考） 3G065 CA23 DA05 KA03 KA34

Claims (2)

【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直流
   モータとを有する電子スロットル制御装置において、 前記直流モータのブラシを、正回転と逆回転で発生トル
   クの大きさが異なるような位置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、前記スロットルバルブを開くモータの回転方
   向と逆方向に電気角で３０度以内でずらした位置に前記
   直流モータのブラシを配置したことを特徴とする電子ス
   ロットル制御装置。