JP2013155650A - モータ駆動式絞り弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は限られたスペース内でインダクタンスの値を増やすことを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために本発明では、モータの一対のブラシを保持する一対のブラシホルダが形成された樹脂材製ブラシベースに一対のインダクタホルダを一体に成型し、細長い鉄心の周囲に銅線を巻回したインダクタをインダクタホルダにそれぞれ収納すると共に、インダクタの一端をブラシに電気的に接続し、他端をコネクタの電力供給電気端子に電気的に接続した。
【効果】本発明によればモータ内部の限られたスペースにインダクタンスの大きなインダクタを設けることができ、ＰＷＭ駆動周波数が低い大電流が流れても輻射ノイズを低減することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関への吸入空気量を電気的に制御するためのモータ駆動式絞り弁制御装置に関し、特にＤＣモータをアクチュエータとし、当該ＤＣモータを矩形波パルス信号であるＰＷＭ（pulse width modulator）信号で駆動するモータ駆動式絞り弁制御装置であって輻射ノイズを低減するインダクタを備えたモータ駆動式絞り弁制御装置に関する。

特開２００５−１４７１０８号公報において電子制御スロットルボディのギアカバーにインサート成型された導電通路にインダクタを装着するものが知られている。具体的にはギアカバーに一体成型されたコネクタの正負電源端子からＤＣモータの一対の端子に至る導電通路の途中を分断して露出させ、その分断した各導電通路の一対の端部に２つのインダクタの各一端部及び他端部をそれぞれ接続している。インダクタは、インダクタンスによって単位時間当たりの電流変動を鈍くして輻射ノイズを低減するものであるが、スイッチング時の高周波ノイズの発生を抑制する狙いもある。このためインダクタンスの値は応答時間をそこなわない値で、そのＰＷＭ駆動周波数に依存して設定されていた。

特開２００５−１４７１０８号公報

しかし、最近はＰＷＭ信号をモータに送る電子回路のスイッチング回数をできるだけ減らして素子発熱量を低減という観点から、ＰＷＭ駆動周波数は低速化される方向である。そのため、応答時間をそこなわないインダクタンスの値は大きくならざるを得ず、インダクタが大きくなって設置スペースが確保できなくなるという課題が生じた。

本発明の目的は限られたスペース内でインダクタンスの値を増やすことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、モータの一対のブラシを保持する一対のブラシホルダが形成された樹脂材製ブラシベースに一対のインダクタホルダを一体に成型し、細長い鉄心の周囲に銅線を巻回したインダクタをインダクタホルダにそれぞれ収納すると共に、インダクタの一端をブラシに電気的に接続し、他端をコネクタの電力供給電気端子に電気的に接続した。

本発明によればモータ内部の限られたスペースにインダクタンスの大きなインダクタを設けることができ、ＰＷＭ駆動周波数が低い大電流が流れても輻射ノイズを低減することができる。

直方体コア式インダクタの外観斜視図。 直方体コア式インダクタが配設された絞り弁制御装置用モータの分解斜視図。 直方体コア式インダクタが配設された絞り弁制御装置用モータのブラシホルダ斜視図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の主断面図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置のカバーの分解斜視図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の外観斜視図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置のカバーをはずした斜視図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置のギア収納室の平面図。 ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の分解斜視図。

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図１〜図９に基づいて本発明によるモータ駆動式絞り弁制御装置の一実施例を説明する。

モータ駆動式絞り弁制御装置はエンジンへの空気を供給する吸気通路１に設けられた絞り弁（以下スロットル弁２と呼ぶ）をＰＷＭ制御によって回転が制御されるＤＣモータ（以下モータ２０と呼ぶ）で駆動して吸入空気量を制御する。モータ２０はスロットルボディ６に一体に形成されたモータハウジング２０Ａに装着されている。

モータ２０の回転力をスロットル弁２の回転軸（以下スロットルシャフト３と呼ぶ）に伝達する減速ギア機構（２２、２３Ａ、２３Ｂ、１５からなる）がスロットルボディ６の一側面に配備されており、減速ギア機構（２２、２３Ａ、２３Ｂ、１５からなる）を覆うカバー２６がスロットルボディ６に固定されている。カバー２６にはモータ２０に電力を供給するための正負電気端子（図示しない）が形成された樹脂コネクタ部２６Ｃが設けられている。

モータ２０のブラシ２０Ｂを保持するブラシホルダ２０ＢＨが形成された樹脂材製ブラシベース２０ＢＢにインダクタホルダ３４Ｈが一体に成型してある。

細長い鉄心３４Ｃの周囲に銅線３４Ｗを巻回したインダクタ３４がインダクタホルダ３４Ｈに収納されている。インダクタ３４の銅線３４Ｗの一端３４Ｗ２はブラシ２０Ｄに電気的に接続され、他端３４Ｗ１は後述するように樹脂コネクタ２６Ｃの電気端子に電気的に接続されている。

実施例ではインダクタ３４の鉄心３４Ｃは断面が四角形であるその理由は後述する。

インダクタホルダ３４Ｈは一対のブラシ２０Ｄをモータの整流子２０Ｃに押し付けるための一対のばね２０ＢＳを保持する一対のばねホルダ２０ＳＡ、２０ＳＢと一対のブラシホルダ２０ＢＨとの間に設けられている。

インダクタ３４とばねホルダ２０ＳＡ、２０ＳＢとの間にモータ端子を構成する一対の導体２０ＧＢが樹脂材製のブラシベース２０ＢＢにインサートモールドにより成型されている。

インダクタ３４の銅線３４Ｗの一端３４Ｗ１が導体２０ＧＢに電気的に接続され、他端３４Ｗ２がブラシホルダ２０ＢＨに保持されるブラシ２０Ｂに電気的に接続されている。

ブラシベース２０ＢＢはブラシホルダ２０ＢＨ、インダクタ３４、ばねホルダ２０ＳＡ、２０ＳＢが形成された側の面がモータ２０の整流子２０Ｃ側となるようにしてモータ２０の筒状ヨーク２０Ｙの一端内周に挿入される。筒状ヨーク２０Ｙの一端部の一部が内径方向に折り曲げられて形成された保持突起部２０ＫＢにブラシベース２０ＢＢのアーマチュア２０ＡＭ側の端面の一部が当接している。その外側からエンドブラケット２０Ｆを重ねて筒状ヨーク２０Ｙとエンドブラケット２０Ｆを加締めて固定することで、ブラシベース２０ＢＢを筒状ヨーク２０Ｙとエンドブラケット２０Ｆとの間に固定している。

筒状ヨーク２０Ｙのブラシベース２０ＢＢ側とは反対側のエンドブラケット２０ＥＢは筒状ヨーク２０Ｙと一体に同一部材で成型されており、その中心にはモータ２０の回転軸２０Ｓの一端２０Ｓ１が軸受されており、回転軸２０Ｓには整流子２０Ｃと共にアーマチュア２０ＡＭが固定されている。回転軸２０Ｓの他端には減速歯車の一つモータギア２２が固定されている。

モータ接続端子部を構成する導体２０ＧＢはブラシベース２０ＢＢのブラシホルダ２０ＢＨ、インダクタ３４、ばねホルダ２０ＳＡ、２０ＳＢが形成された側の面とは反対側の面から突出する一対の接続端子２０Ｍ１を備え、この一対の接続端子２０Ｍ１は筒状ヨーク２０Ｙに固定されたエンドブラケット２０Ｆに設けた一対の孔２０Ｆ１、２０Ｆ２から突出している。

カバー２６には一対の接続端子２０Ｍ１と差込み接続される一対のカバー側接続端子２０Ｔ１、２０Ｔ２が設けられている。

この一対のカバー側接続端子２０Ｔ１、２０Ｔ２は樹脂コネクタ２６Ｃに形成された正負電源端子に電気的に接続されている。

図１は実施例の直方体コア式のインダクタ３４の一の斜視図である。

３４Ｃは直方体鉄心（コア）で、薄い磁性鋼板を積層し、加締めて成型したものでも、磁性鋼材製の棒状鉄心（コア）でも良い。３４Ｗは銅線で直方体鉄心（コア）３４Ｃの周囲に一重に巻線してある。巻き始め端部３４Ｗ１と巻き終わり端部３４Ｗ２は直方体鉄心（コア）３４Ｃの同一方向端部に集められ、各端部はＬ字に折り曲げ成型されている。図２はモータ駆動式絞り弁制御装置用のＤＣモータの分解斜視図である。インダクタは外部との電気的通路であるモータ端子２０Ｇとブラシ２０Ｄとの間に電気的に接続する。このように配設することで、モータのオンオフ制御スイッチング時のノイズを低減することが可能である。図３はブラシホルダ２０Ｂの拡大図である。インダクタ３４は、モータ端子２０Ｇと一緒に樹脂モールドされ、ブラシホルダ２０Ｂに固定される。

電子制御スロットルボディ用のモータでは大電流を流すことが要求されるので、大きなインダクタが必要になった。このため実施例では細長い鉄心（コア）の外周に銅線を巻いた巻線タイプのインダクタを使用する。

特に本実施例では一般的にインダクタを大きくするには、巻線径を大きくする、巻数を増やす、コアを入れるという手法があるが、レイアウト、プライスを考慮した場合、安易にこれらの手法を採用することができない。インダクタ値Ｌは一般的に下式で表される。

上記課題を解決するために、断面形状を円形→正方形にすることを提案するが、φＤの円形とφＤに外接する一辺がＤの長さの正方形を考えると、上式は下式のように表せる。

この時のＤとＤ₁の関係は、

となり、断面形状を変えるだけでインダクタ値を大きくすることができる。

次に、上記のモータをディーゼルエンジン用のモータ駆動式絞り弁制御装置に適用した例を、図４〜図９を参照して説明する。本実施例はディーゼルエンジンへの適用について主に述べるが、スロットル弁２のデフォルト位置を変えることで、弁位置センサ特性を変更せずにガソリンエンジンにも適用することができる。図４はその主要断面図であり、図５〜図９は詳細構造を説明するための分解斜視図である。以下モータ駆動式の絞り弁制御装置の構成について説明する。

アルミダイキャスト製の絞り弁組体（以下スロットルボディと呼ぶ）６には吸気通路１（以下ボアと呼ぶ）とモータ２０収納用のモータハウジング２０Ａが一緒に成型されている。スロットルボディ６にはボア１の一つの直径線に沿って金属製の回転軸（以下スロットルシャフトと呼ぶ）３が配置されている。スロットルシャフト３の両端はニードルベアリング９、１０で回転支持されている。ニードルベアリング９、１０はスロットルボディ６に設けた軸受ボス部７、８に圧入固定されている。また、スロットルシャフト３上に設けたスリット部にＣ型ワッシャ（以下スラストリテーナと呼ぶ）１２を挿入後、ニードルベアリング９を圧入することで、スロットルシャフト４の軸方向の可動量を規制している。かくしてスロットルシャフト３はスロットルボディ６に対して回転可能に支持されている。スロットルシャフト３には金属材製の円板で構成される絞り弁（以下スロットル弁と呼ぶ）２がスロットルシャフト３に設けたスリットに差込まれ、ねじ４、５でスロットルシャフト３に固定されている。かくして、スロットルシャフト３が回転するとスロットル弁２が回転し、結果的に吸気通路の断面積が変化してエンジンへの吸入空気流量が制御される。モータハウジング２０Ａはスロットルシャフト３とほぼ並行に形成されており、図１〜図３に示したモータ２０がモータハウジング２０Ａ内に差込まれ、スロットルボディ６の側壁６Ａにモータ２０のブラケット２０Ｂのフランジ部をねじ２１でねじ止めすることで固定されている。また、モータ２０の端部にはウェーブワッシャ２５が配設されモータ２０を保持する。軸受ボス部７、８の開口はニードルベアリング９、１０で封止されており、シャフトシール部を構成し、機密を保つよう構成されている。また、軸受ボス８側の端部はキャップ１１で封止されており、スロットルシャフト３の端部およびニードルベアリング１０が露出することを防止している。これにより、軸受部からの空気の漏れ、あるいは軸受の潤滑用グリースが外気中や、後述するギア収納室に漏れ出すのを防止している。モータ２０の回転軸端部には歯数の最も少ない金属製のモータギア２２が固定されている。このモータギア２２が設けられた側のスロットルボディ側面部にはスロットルシャフト３を回転駆動するための減速歯車機構やばね機構が纏めて配置されている。そして、これら機構部は、スロットルボディ６の側面部に固定される樹脂材製のカバー（以下ギアカバーと呼ぶ）２６で覆われている。そして、このギアカバーで覆われた、いわゆるギア収納室に回転角度検出装置（以下スロットルセンサと呼ぶ）が設けられ、スロットルシャフト３の回転角度（つまりシャフトと一体となったスロットル弁２の開度）が検出される。ギアカバー２６側のスロットルシャフト３の端部にはスロットルギア１３が固定されている。スロットルギア１３は金属プレート１４と、この金属プレート１４に樹脂成形された樹脂材製ギア部１５とから構成されている。金属プレート１４は中央に貫通穴を有する。スロットルシャフト３の先端部の周囲にはねじ溝が刻まれている。金属プレート１４の貫通穴にスロットルシャフト３の先端を差込み、ねじ部にナット１７を螺合することでスロットルシャフト３に金属プレート１４を固定する。かくして、金属プレート１４及び、そこに成形された樹脂材製ギア部１５はスロットルシャフト３と一体に回転する。スロットルギア１３の背面とスロットルボディ６の側面との間に弦巻ばねで形成されたリターンスプリング１６が挟持されている。リターンスプリング１６の片側は軸受ボス７の周囲を取巻き、その先端がスロットルボディ６に形成された切欠きに係止され、端部は回転方向には回転できないように構成されている。他端は金属プレート１４のカップ状部を取巻き、その先端が金属プレート１４に形成された穴に係止され、こちらの端部も回転方向には回転できないように構成されている。本実施例はディーゼルの絞り弁制御装置に関するため、スロットル弁２のイニシャル位置、つまりモータ２０の電源が切断されているときにスロットル弁２が初期位置として、与えられている開度位置は全開位置である。このため、リターンスプリング１６はモータ２０が通電されていないときスロットル弁２が全開位置を維持するよう回転方向に予荷重が与えられている。モータ２０の回転軸に取付けられたモータギア２２とスロットルシャフト３に固定されたギア１５との間にはスロットルボディ６の側面に圧入固定された金属材製の軸２４に回転可能に支持された中間ギア２３が噛み合っている。中間ギア２３はモータギア２２と噛み合う大径ギア２３Ａとスロットルギア１３と噛み合う小径ギア２３Ｂとから構成されている。ギア２３Ａ、２３Ｂは樹脂成形により一体に成型される。これらモータギア２２、２３Ａ、２３Ｂ、１５は２段の減速歯車機構を構成している。かくして、モータ２０の回転はこの減速歯車機構を介してスロットルシャフト３に伝達される。これら減速機構やばね機構は樹脂材製のギアカバー２６によって覆われている。ギアカバー２６の開口端側周縁にはシール部材３０を挿入する溝が形成されており、シール部材３０がこの溝に装着された状態で、ギアカバー２６をスロットルボディ６に被せると、シール部材３０がスロットルボディ６の側面に形成されているギア収納室周囲のフレームの端面に密着してギア収納室内を外気から遮蔽する。この状態でギアカバー２６をスロットルボディ６に６個のクリップ２７で固定する。このように構成された減速歯車機構とこれを覆うギアカバーとの間に形成された回転角度検出装置すなわちスロットルセンサ、特にインダクティブ式非接触スロットルセンサについて具体的に説明する。スロットルシャフト３のギアカバー側の端部に樹脂ホルダ１９が固定されている。樹脂ホルダ１９の先端の平面部には導電体１８が樹脂ホルダ１９と一体となるように取付けられている。したがって、モータ２０が回転してスロットル弁２が回転すると、導電体１８も一体に回転する。ギアカバー２６にはスロットルセンサの励磁導体２８と信号検出導体２９が導電体１８に対面する位置に固定されている。図８にはギア収納室の平面図が示されている。ギアカバー２６が固定されるフレームによってギア収納室は区画されている。フレームの外側にはギアカバー２６をクリップ止めするための取付け部が６箇所見える。６Ｐ１−６Ｐ３はギアカバー２６の位置決め用の壁で、この３箇所の壁にギアカバー２６の位置決め突起が係止することで励磁導体２８および信号検出導体２９が回転側の導体と位置決めされ要求される許容範囲内の信号を出力することができる。全開ストッパ１３Ａはスロットルギア１３のイニシャル位置（つまり、全開位置）を機械的に決めるもので、スロットルボディの側壁に一体に形成された突起で構成されている。この突起にスロットルギア１３の切欠き終端部が当接することで、スロットルシャフト３は全開位置を越えて回転できない。全閉ストッパ１３Ｂはスロットルシャフト３の全閉位置を規制するもので、スロットルギア１３の反対側の終端が全閉位置において、全閉ストッパ１３Ｂに衝突し、全閉位置以上にスロットルシャフト３が回転するのを阻止する。これにより、スロットルシャフト３の端部に固定した固定側の導体（励起導体１８）の回転方向の位置の最大値が決定される。これらストッパの位置における信号検出導体２９の出力が全閉、全開値を示す。

実施例では電子制御スロットルボディでの適用を説明したが、ＰＷＭ制御で駆動されるＤＣモータ等のアクチュエータが発生する輻射ノイズ低減法として車載用の他アクチュエータ分野にも適用できる。

１ ボア（吸気通路）
２ スロットル弁
３ スロットルシャフト
６ スロットルボディ
２０ モータ
２０ＢＢ ブラシベース
２０ＢＨ ブラシホルダ
２０Ｙ 筒状ヨーク
２２ モータギア
２６ ギアカバー
３４ インダクタ
３４Ｈ インダクタホルダ

Claims (9)

1. エンジンへの空気を供給する吸気通路に設けられた絞り弁をＰＷＭ制御によって回転が制御されるＤＣモータで駆動して吸入空気量を制御するものであって、
   前記モータがスロットルボディに装着されており、
   前記モータの回転力を絞り弁の回転軸に伝達する減速ギア機構が前記スロットルボディの一側面に配備されており、
   前記減速ギアを覆うカバーが前記スロットルボディに固定されており、
   前記モータに電力を供給する端子が形成された樹脂コネクタ部が設けられているものにおいて、
   前記モータの一対のブラシを保持する一対のブラシホルダが形成された樹脂材製ブラシベースに一対のインダクタホルダを一体に成型し、
   細長い鉄心の周囲に銅線を巻回したインダクタを前記インダクタホルダにそれぞれ収納すると共に、前記インダクタの一端を前記ブラシに電気的に接続し、他端を前記コネクタの電気端子に電気的に接続した
   モータ駆動式絞り弁装置。
2. 請求項１に記載したものにおいて、前記インダクタの鉄心は断面が四角形である
   モータ駆動式絞り弁装置。
3. 請求項１または２に記載したものにおいて、
   前記インダクタは前記ブラシをモータの整流子に押し付けるためのばねホルダと前記ブラシホルダとの間に設けられている
   モータ駆動式絞り弁装置。
4. 請求項３に記載したものにおいて、
   前記インダクタと前記ばねホルダとの間にモータ端子を構成する導体が樹脂材製の前記ブラシベースにインサートモールドされており、
   前記インダクタの銅線の一端が前記導体に電気的に接続され、他端が前記ブラシホルダに保持されるブラシに電気的に接続されている
   モータ駆動式絞り弁装置。
5. 請求項４に記載したものにおいて、
   前記ブラシベースは前記ブラシホルダ、前記インダクタ、前記ばねホルダが形成された側の面が前記モータの前記整流子側となるようにしてモータの筒状ヨークの一端内周に挿入され、前記筒状ヨークの一端部の一部が内径側に折り曲げられることで形成された保持突起部に前記ブラシベースのアーマチュア側端面の一部が当接し、その外側に前記エンドブラケットを重ねて前記モータヨークと前記エンドブラケットを加締めて固定することで、前記ブラシベースを前記モータヨークと前記エンドブラケットとの間に固定した
   モータ駆動式絞り弁装置。
6. 請求項５に記載したものにおいて、
   前記筒状ヨークの前記ブラシベース側とは反対側のエンドブラケットは前記筒状ヨークと一体に同一部材で成型されており、その中心には前記モータの回転軸の一端が軸受されており、当該回転軸には前記整流子とともにアーマチュアが固定されている
   モータ駆動式絞り弁装置。
7. 請求項６に記載したものにおいて、前記回転軸の他端には前記減速歯車の一つが固定されている
   モータ駆動式絞り弁装置。
8. 請求項５に記載したものにおいて、
   前記モータ端子を構成する導体は前記ブラシベースの前記ブラシホルダ、前記インダクタ、前記ばねホルダが形成された側の面とは反対側の面から突出する一対の接続端子を備え、
   前記一対の接続端子は前記筒状ヨークに固定された前記エンドブラケットに設けた孔から突出している
   モータ駆動式絞り弁装置。
9. 請求項８に記載したものにおいて、
   前記カバーには前記一対の接続端子と差込み接続される一対のカバー側接続端子が設けられており、
   この一対のカバー側接続端子は前記樹脂コネクタに形成された正負電源端子に電気的に接続されている
   モータ駆動式絞り弁装置。