JP2015129502A - コアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バルブ応答性が良好で、不要な振動の小さい、小型のスロットルバルブ装置を提供する。
【解決手段】スロットルバルブ装置200は、内部に吸気通路21bとしてのバルブ孔21aを形成した筒状部21cを備えるスロットルボディ21と、筒状部21c内に配置されたスロットルバルブ22と、スロットルバルブ22を開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータ100と、を有する。スロットルボディ21(ハウジング)は、そのスロットルボディ21を被取付部材に固定させる固定部材が挿入される孔部21hを有する。この孔部21hは、筒状部21cの外周部近傍に設けられている。コアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されている。小型で細長形状のコアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されており、スロットルバルブ装置200が非常に小型である。
【選択図】図1
【解決手段】スロットルバルブ装置200は、内部に吸気通路21bとしてのバルブ孔21aを形成した筒状部21cを備えるスロットルボディ21と、筒状部21c内に配置されたスロットルバルブ22と、スロットルバルブ22を開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータ100と、を有する。スロットルボディ21(ハウジング)は、そのスロットルボディ21を被取付部材に固定させる固定部材が挿入される孔部21hを有する。この孔部21hは、筒状部21cの外周部近傍に設けられている。コアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されている。小型で細長形状のコアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されており、スロットルバルブ装置200が非常に小型である。
【選択図】図1
Description
本発明は、コアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置に関するものである。
モータアクチュエーター及びそれを用いた内燃機関のモータ駆動式スロットルバルブ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。一般的な内燃機関のスロットルバルブ装置は、DCコアードモータを有し、そのDCコアードモータによりスロットルバルブを駆動する。
しかしながら、DCコアードモータを有するスロットルバルブ装置は、DCコアードモータが比較的大きいので、それを組み込んだスロットルバルブ装置が比較的大きい。一方で、自動車、自動二輪車(モーターバイク)などの内燃機関のスロットルバルブ装置の小型化が望まれている。
また、DCコアードモータを有するスロットルバルブ装置は、DCコアードモータの回転子の慣性モーメントが比較的大きいので、バルブ応答性が良好でない場合がある。詳細には、バルブを開閉する駆動信号をDCコアードモータに入力した場合、所定のバルブ角度となるのに時間が掛かる、オーバーシュートの発生、バルブ開閉時にチャタリングの発生、燃費の低下などが生じる場合がある。
また、一般的なスロットルバルブ装置は、吸気マニホールドやエンジン本体部(内燃機関本体部)などの被取付部材に、取り付けボルト(固定部材)で固定された構造を有し、エンジン動作時、エンジン本体部とスロットルバルブ装置が略同期して振動する。
しかしながら、DCコアードモータが上記固定部材の取り付け位置から長い距離だけ離れた位置に配置されている場合、DCコアードモータが比較的大きな慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、エンジン本体部などの振動以上の大きな振幅の振動が与えられることになり、DCコアードモータの寿命が短くなる。このようなDCコアードモータに対する不要な振動を低減したスロットルバルブ装置が望まれている。
しかしながら、DCコアードモータが上記固定部材の取り付け位置から長い距離だけ離れた位置に配置されている場合、DCコアードモータが比較的大きな慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、エンジン本体部などの振動以上の大きな振幅の振動が与えられることになり、DCコアードモータの寿命が短くなる。このようなDCコアードモータに対する不要な振動を低減したスロットルバルブ装置が望まれている。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、小型のスロットルバルブ装置を提供すること、バルブ応答性の良好なスロットルバルブ装置を提供すること、不要な振動を低減したスロットルバルブ装置を提供すること、などを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明によるコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
コアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置であって、
内部に吸気通路を形成した筒状部を備えるスロットルボディと、
前記筒状部内に配置されたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブを開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータと、を有し、
前記スロットルボディは、該スロットルボディを被取付部材に固定させる固定部材が挿入される孔部を有し、
前記孔部は、前記筒状部の外周部近傍に設けられ、
前記コアレスモータは、前記スロットルボディに設けられた前記孔部に近設されている。
コアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置であって、
内部に吸気通路を形成した筒状部を備えるスロットルボディと、
前記筒状部内に配置されたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブを開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータと、を有し、
前記スロットルボディは、該スロットルボディを被取付部材に固定させる固定部材が挿入される孔部を有し、
前記孔部は、前記筒状部の外周部近傍に設けられ、
前記コアレスモータは、前記スロットルボディに設けられた前記孔部に近設されている。
本発明によれば、小型のスロットルバルブ装置を提供することができる。また、本発明によれば、バルブ応答性の良好なスロットルバルブ装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
図1は本発明の実施形態に係るコアレスモータ100を備えたコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置200の一例を示す正面図である。図2はスロットルバルブ装置200の一例を示す斜視図である。図3はスロットルバルブ装置200の一例を示す断面図である。図4はスロットルバルブ装置200を備える内燃機関であるエンジン300の一例を示す概念図である。図5は本発明の実施形態に係るスロットルバルブ装置200のコアレスモータ100の一例を示す断面図である。図6はコアレスモータ100の分解斜視図である。
本発明の実施形態に係るコアレスモータ100を備えたスロットルバルブ装置200を組み込んだ、内燃機関としてのエンジン300を説明する(図4参照)。
本実施形態では、エンジン300は、シリンダブロックなどのエンジン本体部32を有し、エンジン本体部32に、フューエルインジェクタ34(燃料噴射装置)、吸気バルブ、排気バルブ、カムシャフト、点火プラグ、ピストン、クランクシャフトなどが設けられており、吸気側に吸気マニホールド31が設けられ、吸気マニホールド31にスロットルバルブ装置200が取付けボルトなどの固定部材41により固定されている。スロットルバルブ装置200の筒状部21cには、吸気筒部材53、エアフィルタ52などが設けられている。エンジン本体部32の排気側には、排気マニホールド55、触媒56などが設けられている。
本実施形態では、エンジン300は、シリンダブロックなどのエンジン本体部32を有し、エンジン本体部32に、フューエルインジェクタ34(燃料噴射装置)、吸気バルブ、排気バルブ、カムシャフト、点火プラグ、ピストン、クランクシャフトなどが設けられており、吸気側に吸気マニホールド31が設けられ、吸気マニホールド31にスロットルバルブ装置200が取付けボルトなどの固定部材41により固定されている。スロットルバルブ装置200の筒状部21cには、吸気筒部材53、エアフィルタ52などが設けられている。エンジン本体部32の排気側には、排気マニホールド55、触媒56などが設けられている。
スロットルバルブ装置200には、スロットルバルブ22の開閉角度を検出するポジションセンサ60が設けられており、ポジションセンサ60からの信号がエンジンコントロールユニット61に出力される。エンジンコントロールユニット61には、アクセルセンサ62が接続されている。アクセルセンサ62は、アクセルペダル63の踏み込み量を検出し、検出信号をエンジンコントロールユニット61に出力する。
エンジンコントロールユニット61(ECU)は、内燃機関としてのエンジン300を統括的に制御する。詳細には、エンジンコントロールユニット61は、例えば、アクセルセンサ62から出力されたアクセルペダル63の踏み込み量を示す信号、ポジションセンサ60から出力されたスロットルバルブ22の開閉角度を示す信号、などに基づいて、コアレスモータ100を駆動して、スロットルバルブ22の開閉角度、点火プラグによる点火タイミング、フューエルインジェクタ34による燃料の噴射量、噴射タイミングなどを制御する。
本発明の実施形態に係るコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置200は、内部に吸気通路21bとしてのバルブ孔21aを形成した筒状部21cを備えるスロットルボディ21(ハウジング)と、筒状部21c内に配置され、バルブ孔21aを開閉するように回転するスロットルバルブ22と、スロットルバルブ22を回転自在に軸支する弁軸25と、スロットルバルブ22の外側に配置され、スロットルバルブ22を開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータ100と、コアレスモータ100の駆動力を弁軸25(スロット軸)に伝達する複数の歯車などを備える伝達機構23(減速機構)と、などを有する。また、スロットルバルブ22は、スロットルバルブ22の最小開放量を略一定に保持するリターンスプリング24を有する(図1〜図3など参照)。
後述するように、コアレスモータ100は、長尺筒状のハウジング1(ケース)と、マグネット3と、ハウジング1に回転自在に支持された回転軸4と、筒状コイル5と、などを有し、回転軸4の回転力によりスロットルバルブ22を開閉できるように構成されている。
後述するように、コアレスモータ100は、長尺筒状のハウジング1(ケース)と、マグネット3と、ハウジング1に回転自在に支持された回転軸4と、筒状コイル5と、などを有し、回転軸4の回転力によりスロットルバルブ22を開閉できるように構成されている。
コアレスモータ100は、回転軸4の軸方向を、弁軸25(スロット軸)の軸方向と略平行にして、バルブ孔21a外側に設けられている。伝達機構23(減速機構)は、弁軸25及びコアレスモータ100の軸方向に対し略直交するようにして、バルブ孔21a外側の側部に装着される。
本実施形態では、コアレスモータ100は細長形状で小型であり、そのコアレスモータ100を備えたスロットルバルブ装置200は小型である。コアレスモータ100のコイル5およびマグネット3それぞれの軸方向の長さLc,Lmは、コアレスモータ100の全長Lよりも小さく、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)の直径D(図5参照)よりも大きい。本実施形態では、コアレスモータ100の直径D=φ16mm程度、全長L=58mm程度、筒状部21cの直径(内周径)Lt=φ80mm程度、最大外周=φ90mm程度である。
また、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)は、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸方向視で、筒状部21cの最大外周21mよりも内側に、且つ、筒状部21cの内周21nよりも外側に、少なくとも一部分が重畳して配置されている(図1、図3参照)。また、例えば、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)の直径D(図5参照)が、筒状部21cの径方向の厚みLdと略同じ長さとなるように構成されていてもよい。
また、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)は、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸方向視で、筒状部21cの最大外周21mよりも内側に、且つ、筒状部21cの内周21nよりも外側に、少なくとも一部分が重畳して配置されている(図1、図3参照)。また、例えば、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)の直径D(図5参照)が、筒状部21cの径方向の厚みLdと略同じ長さとなるように構成されていてもよい。
この軸方向に長尺で小型のコアレスモータ100によって、スロットルバルブ22を開閉動作するようにスロットルバルブ装置200が構成されているので、コアレスモータ100による出っ張り寸法を比較的小さくできる上、スロットルバルブ22の回転負荷に対し、コアレスモータ100の出力トルクを余裕をもって十分に得ることができる。このため、小型で応答性に優れたスロットルバルブ装置200を提供することができる。
また、スロットルバルブ装置200は、その全体形状が、正方形状に近い矩形ブロック状であるため、エンジンルームなどの比較的狭いスペースに容易に装着することができる。
また、スロットルバルブ装置200は、その全体形状が、正方形状に近い矩形ブロック状であるため、エンジンルームなどの比較的狭いスペースに容易に装着することができる。
また、本実施形態では、スロットルバルブ装置200は、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)が、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸(21p)方向視で、スロットルボディ本体部21gと該筒状部21cとの連結部21kに対して、少なくとも一部分が重なるように配置されている。この場合、コアレスモータ100による出っ張り寸法を非常に小さくすることができる。
また、スロットルバルブ装置200は、スロットルボディ21(ハウジング)が、そのスロットルボディ21を被取付部材30(エンジン本体部32または吸気マニホールド31など)に固定させる固定部材41(取付けボルト)が挿入される孔部21hを有する。この孔部21hは、筒状部21cの外周部近傍に設けられている。コアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されている。詳細には、コアレスモータ100は、上記筒状部21cとコアレスモータ100との間に設けられた孔部21hに近設されている。本実施形態では、上記構成となっているので、コアレスモータ100と孔部21hと間の距離Laが短い。
エンジン動作時、スロットルバルブ装置200と、エンジン本体部32や吸気マニホールド31などの被取付部材30が略同期して振動する。詳細には、コアレスモータ100が、固定部材41(取り付けボルト)の取り付け位置(孔部21h)から非常に短い距離だけ離れた位置に配置されているので、比較的小さい慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、被取付部材30(エンジン本体部32や吸気マニホールド31など)の振動と異なる不要な振動を非常に低減することができる。
エンジン動作時、スロットルバルブ装置200と、エンジン本体部32や吸気マニホールド31などの被取付部材30が略同期して振動する。詳細には、コアレスモータ100が、固定部材41(取り付けボルト)の取り付け位置(孔部21h)から非常に短い距離だけ離れた位置に配置されているので、比較的小さい慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、被取付部材30(エンジン本体部32や吸気マニホールド31など)の振動と異なる不要な振動を非常に低減することができる。
次に、コアレスモータ100の各構成要素について、図5、図6などを参照しながら、詳細に説明する。
なお、以下の説明中、「前」とは、回転軸4の中心軸方向の出力側(図5によれば右側)を意味し、「後」とは、前記「前」に対する逆側(図5によれば左側)を意味するものとする。
なお、以下の説明中、「前」とは、回転軸4の中心軸方向の出力側(図5によれば右側)を意味し、「後」とは、前記「前」に対する逆側(図5によれば左側)を意味するものとする。
コアレスモータ100は、図5及び図6に示すように、長尺筒状のハウジング1(ケース)と、ハウジング1に対しその中心側に回転不能に連結された長尺筒状のヨーク2と、ヨーク2の外周部に固定されたマグネット3と、ヨーク2内を貫通するとともにヨーク2外でハウジング1に回転自在に支持された回転軸4と、ハウジング1の内周面とマグネット3の外周面との間に筒状に配置されたコイル5(筒状コイル)と、筒状コイル5を軸方向の前端側で回転軸4(シャフト)に連結して一体回転可能にする接続部材6と、筒状コイル5に配線部材8を介して接続されるとともに回転軸4の外周面に固定された整流子9と、該整流子9の外周面に摺接するブラシユニット10と、該ブラシユニット10へ電力を供給するリード端子11と、ブラシユニット10及びリード端子11を支持するターミナル支持体12と、ターミナル支持体12の前側に固定された軸受フランジ13と、筒状コイル5の後端側に固定された環状支持部材7とを具備し、回転軸4の回転力によりスロットルバルブを開閉できるように構成されている。
ハウジング1は、長尺円筒状の筒部1aと、該筒部1aの後端部に位置する底部1bとを一体に備え、磁性金属材料から略有底筒状に形成されている。
筒部1aは、内在する筒状コイル5の外周面に対し、所定のクリアランスを有しており、その前端には後述するターミナル支持体12が固定される。
底部1bは、その中心側にヨーク2を挿通する貫通孔を有し、該貫通孔の内縁部を、当該底部1bの内面から前方へ突出させて、環状支持部材7を受ける軸受部1b1としている。
軸受部1b1は、円筒状を呈し、その外周面の全周にわたって軸受部1b1を回転自在に受けるとともに、その内周面にはヨーク2を回転不能に嵌合している。
また、ヨーク2は、磁性金属材料からなる長尺円筒状の部材であり、内部には、径方向の隙間を置いて回転軸4を挿通し、外周面には、接着や圧入等の固定手段によってマグネット3が固定されている。
このヨーク2の後端側には、円筒状の凹部2aが設けられ、この凹部2aには、軸受部材14が嵌合固定される。
このヨーク2の後端側には、円筒状の凹部2aが設けられ、この凹部2aには、軸受部材14が嵌合固定される。
マグネット3は、例えばアルニコ磁石や希土類磁石などの適宜な永久磁石用材料によって、径方向に相反する磁極を有する長尺円筒状に形成される。
このマグネット3は、後端側(図5によれば左端側)がヨーク2よりも短く形成される。すなわち、ヨーク2の後端側は、マグネット3の後端部よりも後方へ突出している。
このマグネット3は、後端側(図5によれば左端側)がヨーク2よりも短く形成される。すなわち、ヨーク2の後端側は、マグネット3の後端部よりも後方へ突出している。
回転軸4は、ヨーク2内周面との間に隙間を確保した状態で、ヨーク2内に同芯状に挿入され、前端側を軸受フランジ13よりも前方へ突出させるとともに後端側を底部1bよりも後方へ突出させている。
この回転軸4の前端側は、後述する軸受フランジ13の中心側に、軸受部材14を介して回転自在に支持され、また、回転軸4の後端側は、ヨーク2の後端側に、軸受部材14を介して回転自在に支持される。軸受部材14は、例えば滑り軸受とすればよいが、ボールベアリング等のころがり軸受を用いることも可能である。
この回転軸4における軸受フランジ13よりも前側には、出力用の歯車15が固定される。また、同回転軸4における底部1bよりも後側には、抜止めとして機能する止め輪16が止着される。図中、符号4aは、止め輪16を環状に装着するための環状凹溝である。
この回転軸4の前端側は、後述する軸受フランジ13の中心側に、軸受部材14を介して回転自在に支持され、また、回転軸4の後端側は、ヨーク2の後端側に、軸受部材14を介して回転自在に支持される。軸受部材14は、例えば滑り軸受とすればよいが、ボールベアリング等のころがり軸受を用いることも可能である。
この回転軸4における軸受フランジ13よりも前側には、出力用の歯車15が固定される。また、同回転軸4における底部1bよりも後側には、抜止めとして機能する止め輪16が止着される。図中、符号4aは、止め輪16を環状に装着するための環状凹溝である。
また、筒状コイル5は、長尺円筒状に構成されたコイルを合成樹脂で固めたものであり、ハウジング1の内周面とマグネット3の外周面との間の空間に位置する。
この筒状コイル5の前端側は、接続部材6を介して回転軸4の外周面に連結されている。接続部材6は、剛性樹脂等の剛性を有する材料から貫通孔を有する円盤状に形成され、前記貫通孔には回転軸4が圧入固定される。
また、筒状コイル5の前端側からは図示しないリード線が延出されており、このリード線は、配線部材8を介して整流子9に電気的に接続される。
この筒状コイル5の前端側は、接続部材6を介して回転軸4の外周面に連結されている。接続部材6は、剛性樹脂等の剛性を有する材料から貫通孔を有する円盤状に形成され、前記貫通孔には回転軸4が圧入固定される。
また、筒状コイル5の前端側からは図示しないリード線が延出されており、このリード線は、配線部材8を介して整流子9に電気的に接続される。
整流子9は、周方向に分割された導電体であり、ブラシユニット10と協働して機能し、回転軸4の回転に応じて筒状コイル5の電流方向を逆転させる。
ブラシユニット10は、一対のブラシと、これらブラシを整流子9の外周面に押し付けるように付勢する付勢部材(例えば、コイルスプリングや、捩じりコイルバネ、板バネ)等によって構成され、ターミナル支持体12の後端面に支持されている。
リード端子11は、ブラシユニット10を構成する一対のブラシに接続されるように二つ設けられる。各リード端子11は、ターミナル支持体12に貫通支持されて外部に露出される。
ターミナル支持体12は、図示例によれば、ハウジング1の前端部に嵌合された短尺円柱状の部材であり、その中心側に回転軸4を回転自在に挿通するとともに、外周側には、前方へ突出する細長筒状のリード端子保持部12aを有し、このリード端子保持部12aにリード端子11を挿通している(図5参照)。このターミナル支持体12の前側には、軸受フランジ13が一体的に固定される。
軸受フランジ13は、その中心側に、軸受部材14を介して回転軸4を回転自在に支持するとともに、径方向の両端側に取付孔13aを有するフランジ状の部材である。取付孔13aは、コアレスモータ100を、スロットルバルブ制御ユニットに固定するために用いられる。
なお、この軸受フランジ13と前記ターミナル支持体12は、一体状に成型された部材とすることも可能である。
なお、この軸受フランジ13と前記ターミナル支持体12は、一体状に成型された部材とすることも可能である。
また、環状支持部材7は、中心部に貫通孔を有する平板円環状に形成される。この環状支持部材7の外径は、筒状コイル5の内周面に軽圧入されるように適宜に設定される。また、環状支持部材7の内径は、該環状支持部材7が軸受部1b1の外周面上を滑ってスムーズに回転するように適宜に設定される。
また、この環状支持部材7の材質は、筒状コイル5よりも剛性の高い材料であればよく、例えば、比較的軽量で耐摩耗性に優れた硬質合成樹脂材料が用いられる。そして、この環状支持部材7は、図5に例示するように、筒状コイル5の後端面と面一になるように筒状コイル5内に挿入され接着剤により固定される。
また、この環状支持部材7の材質は、筒状コイル5よりも剛性の高い材料であればよく、例えば、比較的軽量で耐摩耗性に優れた硬質合成樹脂材料が用いられる。そして、この環状支持部材7は、図5に例示するように、筒状コイル5の後端面と面一になるように筒状コイル5内に挿入され接着剤により固定される。
上記構成のコアレスモータ100によれば、リード端子11,11への通電により、固定子ユニットa及び環状支持部材7が回転すると、環状支持部材7は、その内周面を軸受部1b1の外周面に摺接させながら、スムーズに回転する。
よって、熱影響や回転により筒状コイル5が径方向へ変形するのを環状支持部材7によって抑制でき、ひいては、当該コアレスモータ100を図示例のように軸方向へ長尺な細身形状とした場合でも、筒状コイル5の回転振れを抑制し、筒状コイル5がハウジング1内周面やマグネット3等に接触するのを防止できる。さらには、ハウジング1内周面と筒状コイル5の隙間や、筒状コイル5内周面とマグネットの隙間等を小さく設定して、効果的に出力を増加させることも可能である。
例えば、図5に示す一例によれば、ハウジング1内周面とマグネット3外周面との間の径方向寸法sを約1mmとし、ハウジング1の直径Dを約φ16mmとし、ハウジング1の全長Lを約58mmとしている。すなわち、コアレスモータ100のハウジング1の全長Lをハウジング1の直径Dの3〜4倍程度の細長形状としている。このようなコアレスモータ100によって、筒状部21cの直径Ltをハウジング1の直径Dの5倍程度としているスロットルバルブ装置200を高精度に制御することができる。
よって、熱影響や回転により筒状コイル5が径方向へ変形するのを環状支持部材7によって抑制でき、ひいては、当該コアレスモータ100を図示例のように軸方向へ長尺な細身形状とした場合でも、筒状コイル5の回転振れを抑制し、筒状コイル5がハウジング1内周面やマグネット3等に接触するのを防止できる。さらには、ハウジング1内周面と筒状コイル5の隙間や、筒状コイル5内周面とマグネットの隙間等を小さく設定して、効果的に出力を増加させることも可能である。
例えば、図5に示す一例によれば、ハウジング1内周面とマグネット3外周面との間の径方向寸法sを約1mmとし、ハウジング1の直径Dを約φ16mmとし、ハウジング1の全長Lを約58mmとしている。すなわち、コアレスモータ100のハウジング1の全長Lをハウジング1の直径Dの3〜4倍程度の細長形状としている。このようなコアレスモータ100によって、筒状部21cの直径Ltをハウジング1の直径Dの5倍程度としているスロットルバルブ装置200を高精度に制御することができる。
尚、上記実施形態では、スロットルバルブ装置200に図5、図6に示したコアレスモータ100を組み込んだ例を示したが、コアレスモータ100の細部は、この形態に限られるものではない。スロットルバルブ装置200に組み込むコアレスモータ100は、軸方向に長尺で小型のものであればよい。
<スロットルバルブ装置のバルブ応答性のシミュレーション>
図7はスロットルバルブ装置のバルブ応答性の一例を示す図である。詳細には図7(a)は本発明の実施形態に係るコアレスモータ100を有するスロットルバルブ装置200のバルブ応答性の一例を示す図であり、図7(b)は比較例のDCコアードモータを用いたスロットルバルブ装置のバルブ応答性の一例を示す図である。図7において、横軸に時間msを示し、縦軸にバルブの開閉角度θを示す。
図7はスロットルバルブ装置のバルブ応答性の一例を示す図である。詳細には図7(a)は本発明の実施形態に係るコアレスモータ100を有するスロットルバルブ装置200のバルブ応答性の一例を示す図であり、図7(b)は比較例のDCコアードモータを用いたスロットルバルブ装置のバルブ応答性の一例を示す図である。図7において、横軸に時間msを示し、縦軸にバルブの開閉角度θを示す。
本願発明者は、本発明の実施形態に係るコアレスモータ100を有するスロットルバルブ装置200の効果を確認するために、コンピュータ演算により、スロットルバルブ装置200のバルブ応答性についてシミュレーションを行った(図7(a)参照)。詳細には、スロットルバルブの開閉角度が0°(初期状態)から約140°(設定角度)となるように、コアレスモータ100を駆動制御したときのバルブ応答性を示す。また、比較例として、DCコアードモータを有するスロットルバルブ装置についても同様なシミュレーションを行った(図7(b)参照)。
本発明の実施形態に係るスロットルバルブ装置200のコアレスモータ100は、比較的小さい慣性モーメントを有する。シミュレーションの結果、図7(a)に示したように、短時間(約40ms)で、約140°の設定角度となり、その後、その設定角度の状態を保つので、立ち上がりが早い、オーバーシュートがない等、バルブ応答性が良好であることが分かった。
比較例のDCコアードモータを有するスロットルバルブ装置は、DCコアードモータが比較的大きい慣性モーメントを有するので、図7(b)に示したように、応答性が低く、オーバーシュートが生じる、バルブ開閉のチャタリングが生じる、などを確認することができた。
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置200は、内部に吸気通路21bとしてのバルブ孔21aを形成した筒状部21cを備えるスロットルボディ21(ハウジング)と、筒状部21c内に配置されたスロットルバルブ22と、スロットルバルブ22を開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータ100と、を有する。
スロットルボディ21(ハウジング)は、そのスロットルボディ21を被取付部材30(エンジン本体部32または吸気マニホールド31など)に固定させる固定部材41(取付けボルト)が挿入される孔部21hを有する。この孔部21hは、筒状部21cの外周部近傍に設けられている。コアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されている。
上述したように、スロットルバルブ装置200は、細長形状で小型のコアレスモータ100をスロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設した構造を有するので、非常に小型である。
また、エンジン動作時、スロットルバルブ装置200と、エンジン本体部32や吸気マニホールド31などの被取付部材30が略同期して振動する。詳細には、コアレスモータ100が、固定部材41(取り付けボルト)の取り付け位置(孔部21h)から非常に短い距離だけ離れた位置に配置されているので、比較的小さい慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、被取付部材30(エンジン本体部32や吸気マニホールド31など)の振動と異なる不要な振動を非常に低減することが可能な小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
スロットルボディ21(ハウジング)は、そのスロットルボディ21を被取付部材30(エンジン本体部32または吸気マニホールド31など)に固定させる固定部材41(取付けボルト)が挿入される孔部21hを有する。この孔部21hは、筒状部21cの外周部近傍に設けられている。コアレスモータ100は、スロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設されている。
上述したように、スロットルバルブ装置200は、細長形状で小型のコアレスモータ100をスロットルボディ21に設けられた孔部21hに近設した構造を有するので、非常に小型である。
また、エンジン動作時、スロットルバルブ装置200と、エンジン本体部32や吸気マニホールド31などの被取付部材30が略同期して振動する。詳細には、コアレスモータ100が、固定部材41(取り付けボルト)の取り付け位置(孔部21h)から非常に短い距離だけ離れた位置に配置されているので、比較的小さい慣性モーメント(取り付け位置を基準)を有し、被取付部材30(エンジン本体部32や吸気マニホールド31など)の振動と異なる不要な振動を非常に低減することが可能な小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
また、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)は、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸方向視で、筒状部21cの最大外周21mよりも内側に、且つ、筒状部21cの内周21nよりも外側に、少なくとも一部分が重畳して配置されている。
詳細には、スロットルバルブ装置200は、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)が、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸方向視で、スロットルボディ本体部21gと該筒状部21cとの連結部21kに対して、少なくとも一部分が重なるように配置されている。
すなわち、小型のコアレスモータ100を筒状部21cに非常に近づけて配置した構造であるので、小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
また、スロットルバルブ装置200は小型のコアレスモータ100を備えているので、バルブ応答性が良好で、小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
すなわち、小型のコアレスモータ100を筒状部21cに非常に近づけて配置した構造であるので、小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
また、スロットルバルブ装置200は小型のコアレスモータ100を備えているので、バルブ応答性が良好で、小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、スロットルバルブ装置の筒状部21c(ボア)の外周部にフランジが形成された例を説明したが、この形態に限られるものではない。例えば、図8に示すように、外周部にフランジのない筒状部21c(筒状部の外径が一定値)を備えるスロットルバルブ装置であってもよい。この場合であっても、コアレスモータ100のハウジング1(ケース)は、吸気通路21bを形成する筒状部21cの軸方向視で、筒状部21cの最大外周21mよりも内側に、且つ、筒状部21cの内周21nよりも外側に、少なくとも一部分が重畳して配置されていることが好ましい。このように、小型のコアレスモータ100をフランジのない筒状部21cに非常に近づけて配置した構造であるので、小型のスロットルバルブ装置200を提供することができる。
1…ハウジング(ケース)、2…ヨーク、2b…軸受部、3…マグネット、4…回転軸(シャフト)、5…コイル(筒状コイル)、7…環状支持部材、11…リード端子、14…軸受部材、21…スロットルボディ(ハウジング)、21a…バルブ孔、21b…吸気通路、21c…筒状部、21g…スロットルボディ本体部、21h…孔部、21k…連結部、22…スロットルバルブ、23…伝達機構(減速機構)、24…リターンスプリング、25…弁軸、30…被取付部材、31…吸気マニホールド、32…エンジン本体部、41…固定部材、100…コアレスモータ、200…スロットルバルブ装置。
Claims (2)
- コアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置であって、
内部に吸気通路を形成した筒状部を備えるスロットルボディと、
前記筒状部内に配置されたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブを開閉駆動する駆動モータとしてのコアレスモータと、を有し、
前記スロットルボディは、該スロットルボディを被取付部材に固定させる固定部材が挿入される孔部を有し、
前記孔部は、前記筒状部の外周部近傍に設けられ、
前記コアレスモータは、前記スロットルボディに設けられた前記孔部に近設されていることを特徴とするコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置。 - 前記コアレスモータのハウジングは、前記吸気通路を形成する前記筒状部の軸方向視で、前記筒状部の最大外周よりも内側に、且つ、前記筒状部の内周よりも外側に、少なくとも一部分が重畳して配置されていることを特徴とする請求項1に記載のコアレスモータ駆動式スロットルバルブ装置。
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