JP3070292B2 - ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置 - Google Patents
ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置Info
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- JP3070292B2 JP3070292B2 JP4247615A JP24761592A JP3070292B2 JP 3070292 B2 JP3070292 B2 JP 3070292B2 JP 4247615 A JP4247615 A JP 4247615A JP 24761592 A JP24761592 A JP 24761592A JP 3070292 B2 JP3070292 B2 JP 3070292B2
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D11/06—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
- 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
- F02D2011/101—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 characterised by the means for actuating the throttles
- F02D2011/102—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 characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being moved only by an electric actuator
Landscapes
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバルブ開閉制御装置にか
かわり、特に、開度制御性能の高いバルブ開閉装置、例
えば自動車のスロットルバルブ用に使用されるバルブ開
閉装置、あるいは構成が簡単で低価格のバルブ開閉装置
を提供するものである。
かわり、特に、開度制御性能の高いバルブ開閉装置、例
えば自動車のスロットルバルブ用に使用されるバルブ開
閉装置、あるいは構成が簡単で低価格のバルブ開閉装置
を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車においては、排気ガスの清
浄や燃費向上を図るため、スロットルバルブとアクセル
の機械的な連結をなくして、かわりにアクセルの踏み角
に応じて、バルブアクチュエータによってスロットルバ
ルブをコントロールする方向にある。スロットルバルブ
制御はガソリンエンジンの心臓部を制御するために特に
制御精度が重要になり、又、ギヤの自動変速等にまで利
用されることから高速の応答も要求される。このバルブ
アクチュエータとして直流機やステップモータが考えら
れる。SAE Technical Paper Series（900782 Feb 26−M
ar 2 1990）の “The VDO Modular Throttle Body Con
cept for Electronic Engine Control”の論文中（開示
例１）で、直流機を適用した例を、特開昭62−91640 号
（開示例２）には、ステップモータを適用した例を示
す。以上は、ギヤを使用した例で、ギヤの使用によっ
て、バルブを制御するトルクの増加と、定常の位置決め
時（バネ負荷と釣り合った状態）に置けるモータの消費
電力の低減を図った構成について開示している。
浄や燃費向上を図るため、スロットルバルブとアクセル
の機械的な連結をなくして、かわりにアクセルの踏み角
に応じて、バルブアクチュエータによってスロットルバ
ルブをコントロールする方向にある。スロットルバルブ
制御はガソリンエンジンの心臓部を制御するために特に
制御精度が重要になり、又、ギヤの自動変速等にまで利
用されることから高速の応答も要求される。このバルブ
アクチュエータとして直流機やステップモータが考えら
れる。SAE Technical Paper Series（900782 Feb 26−M
ar 2 1990）の “The VDO Modular Throttle Body Con
cept for Electronic Engine Control”の論文中（開示
例１）で、直流機を適用した例を、特開昭62−91640 号
（開示例２）には、ステップモータを適用した例を示
す。以上は、ギヤを使用した例で、ギヤの使用によっ
て、バルブを制御するトルクの増加と、定常の位置決め
時（バネ負荷と釣り合った状態）に置けるモータの消費
電力の低減を図った構成について開示している。
【０００３】一方、ブラシレスモータを使用したバルブ
制御装置においては、特開昭61−4835号（開示例３），
特開昭61−229935号（開示例４），特開昭62−206248号
（開示例５），特開平1−315641 号（開示例６）で開示
しているようにいずれもバルブをブラシレスモータで直
接制御する方式である。
制御装置においては、特開昭61−4835号（開示例３），
特開昭61−229935号（開示例４），特開昭62−206248号
（開示例５），特開平1−315641 号（開示例６）で開示
しているようにいずれもバルブをブラシレスモータで直
接制御する方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】スロットルアクチュエ
ータの性能を評価する項目には、全閉−全開間の開角
制御の時間が短いこと、定常の開角制御時、つまりバ
ネの負荷に打ち勝って開角制御する時の消費電力が少な
いこと、開角制御の角度の精度が大きいことがあげら
れる。
ータの性能を評価する項目には、全閉−全開間の開角
制御の時間が短いこと、定常の開角制御時、つまりバ
ネの負荷に打ち勝って開角制御する時の消費電力が少な
いこと、開角制御の角度の精度が大きいことがあげら
れる。
【０００５】ここで、従来例で示した開示例１の場合に
は直流機の、ギヤの使用によって、，の性能はよい
が、ブラシの存在によって摩擦負荷が増加し、の位置
決め精度が悪い欠点がある。また、ブラシの存在によっ
てバルブよりみた負荷トルクは、ギヤの存在によって一
層大きくなる。スロットルバルブでは故障時に一定時間
以内に閉状態に戻る必要があるが、バルブより見た負荷
トルクの増加はバネの強さを強くする必要があり、この
ため、の開角制御時の消費電力が増加する欠点があ
る。さらに、刷子の存在によって高速回転に向かないこ
とやイナーシャが大きいことから高速応答に劣る欠点が
有った。開示例２で示したステップモータ，バネの例で
は、ステップモータの構成上、の全閉−全開間の開角
制御の時間が長くなる点、の開角制御の確度の精度が
悪いこと等の欠点が有った。
は直流機の、ギヤの使用によって、，の性能はよい
が、ブラシの存在によって摩擦負荷が増加し、の位置
決め精度が悪い欠点がある。また、ブラシの存在によっ
てバルブよりみた負荷トルクは、ギヤの存在によって一
層大きくなる。スロットルバルブでは故障時に一定時間
以内に閉状態に戻る必要があるが、バルブより見た負荷
トルクの増加はバネの強さを強くする必要があり、この
ため、の開角制御時の消費電力が増加する欠点があ
る。さらに、刷子の存在によって高速回転に向かないこ
とやイナーシャが大きいことから高速応答に劣る欠点が
有った。開示例２で示したステップモータ，バネの例で
は、ステップモータの構成上、の全閉−全開間の開角
制御の時間が長くなる点、の開角制御の確度の精度が
悪いこと等の欠点が有った。
【０００６】一方、開示例３〜６にブラシレスモータを
アクチュエータとして使用した例について開示している
が、いずれもバルブとアクチュエータとを直結した例を
示している。
アクチュエータとして使用した例について開示している
が、いずれもバルブとアクチュエータとを直結した例を
示している。
【０００７】この方式では、摩擦部がないことからの
開角制御の精度が良くなる反面、バルブ駆動トルクが小
さく、の全閉−全開間の開角制御の時間が長くなり、
また、の定常の開角制御時、つまりバネの負荷に打ち
勝って開角制御する時の消費電力が大きくなる欠点が有
った。本発明では、以上、従来例で示した欠点を除き、
開度制御性能が高く、低消費電力，信頼性を高めたバル
ブ開閉制御装置を提供するものである。
開角制御の精度が良くなる反面、バルブ駆動トルクが小
さく、の全閉−全開間の開角制御の時間が長くなり、
また、の定常の開角制御時、つまりバネの負荷に打ち
勝って開角制御する時の消費電力が大きくなる欠点が有
った。本発明では、以上、従来例で示した欠点を除き、
開度制御性能が高く、低消費電力，信頼性を高めたバル
ブ開閉制御装置を提供するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の目的を達成する
ために、本発明のバルブ制御装置は流体を導くパイプ
と、前記パイプ内の流量を調整するバルブと、前記バル
ブの開度を示す開度センサと、開度指令と前記開度セン
サの出力との関係によって回転駆動されるブラシレスモ
ータと、前記バルブを閉方向に付勢するバネと、前記ブ
ラシレスモータとバルブの間に配置され、前記ブラシレ
スモータの出力トルクを増幅して前記バルブに伝えるも
のであって、ギア比を５以上としたギアと、を備えてい
る。 また、別の発明のバルブ制御装置は流体を導くパイ
プと、前記パイプ内の流量を調整するバルブと、前記バ
ルブの開度を示す開度センサと、開度指令と前記開度セ
ンサの出力との関係によって各固定子巻線への通電状態
を制御することによって回転駆動されるブラシレスモー
タと、前記ブラシレスモータの出力トルクを増幅して前
記バルブに伝えるギアと、前記各固定子巻線の通電状態
の変化を確認する変化確認手段と、この変化確認手段の
出力によって、前記ブラシレスモータの故障判別を行う
故障判別手段とを備えている。 更に、ブラシレスモータ
は永久磁石ブラシレスモータであることが望ましい。
ために、本発明のバルブ制御装置は流体を導くパイプ
と、前記パイプ内の流量を調整するバルブと、前記バル
ブの開度を示す開度センサと、開度指令と前記開度セン
サの出力との関係によって回転駆動されるブラシレスモ
ータと、前記バルブを閉方向に付勢するバネと、前記ブ
ラシレスモータとバルブの間に配置され、前記ブラシレ
スモータの出力トルクを増幅して前記バルブに伝えるも
のであって、ギア比を５以上としたギアと、を備えてい
る。 また、別の発明のバルブ制御装置は流体を導くパイ
プと、前記パイプ内の流量を調整するバルブと、前記バ
ルブの開度を示す開度センサと、開度指令と前記開度セ
ンサの出力との関係によって各固定子巻線への通電状態
を制御することによって回転駆動されるブラシレスモー
タと、前記ブラシレスモータの出力トルクを増幅して前
記バルブに伝えるギアと、前記各固定子巻線の通電状態
の変化を確認する変化確認手段と、この変化確認手段の
出力によって、前記ブラシレスモータの故障判別を行う
故障判別手段とを備えている。 更に、ブラシレスモータ
は永久磁石ブラシレスモータであることが望ましい。
【０００９】
【作用】以上の構成によれば、直流機におけるブラシと
整流子等の摩擦機構を持たないブラシレスモータをアク
チュエータとし、かつ出力トルクを増幅するギヤを使用
することによって、上記の欠点を除き、，，の特
徴を備えたバルブ開閉装置を提供することができる。さ
らに、永久磁石ブラシレスモータを使用することによっ
てその構造上からイナーシャが小さくでき、かつ高速回
転にできることから上記の特徴を一層大きくすることが
できる。
整流子等の摩擦機構を持たないブラシレスモータをアク
チュエータとし、かつ出力トルクを増幅するギヤを使用
することによって、上記の欠点を除き、，，の特
徴を備えたバルブ開閉装置を提供することができる。さ
らに、永久磁石ブラシレスモータを使用することによっ
てその構造上からイナーシャが小さくでき、かつ高速回
転にできることから上記の特徴を一層大きくすることが
できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の効果を図により説明する。図
１は本発明にかかわる一実施例を示すもので、自動車用
のスロットルバルブ開閉制御の例で示す。図２は本発明
の対象とするスロットルバルブの構造図を示す。
１は本発明にかかわる一実施例を示すもので、自動車用
のスロットルバルブ開閉制御の例で示す。図２は本発明
の対象とするスロットルバルブの構造図を示す。
【００１１】図２において、自動車の空気量を制御する
スロットルバルブ制御装置のハード部の構成は、空気を
エンジンに導くパイプ１３の中を、ベアリング１５によ
って支承されるとともに、約９０度の範囲で回転するこ
とによって空気量を制御するバルブ５と、バルブ５を閉
方向に常に戻そうとする力を発生させるバネ１２とバル
ブ５の開度を示す開度センサ６と、変換機であるギヤ４
を介して前記バルブ５を開閉する力を発生するバルブア
クチュエータ３とで構成されている。ここで、バルブア
クチュエータ３は永久磁石型の３相ブラシレスモータの
例で示し、固定子巻線３１を巻き回した固定子鉄心３３
から固定子と永久磁石等からなる回転子３２とで構成さ
れる。このブラシレスモータは磁極位置検出器１４の出
力信号によって３相の固定子巻線３１への電流を変化さ
せる形式のブラシレスモータである。また、この回転子
３２はギヤ４に連結され、またベアリング３４を介して
支承されている。
スロットルバルブ制御装置のハード部の構成は、空気を
エンジンに導くパイプ１３の中を、ベアリング１５によ
って支承されるとともに、約９０度の範囲で回転するこ
とによって空気量を制御するバルブ５と、バルブ５を閉
方向に常に戻そうとする力を発生させるバネ１２とバル
ブ５の開度を示す開度センサ６と、変換機であるギヤ４
を介して前記バルブ５を開閉する力を発生するバルブア
クチュエータ３とで構成されている。ここで、バルブア
クチュエータ３は永久磁石型の３相ブラシレスモータの
例で示し、固定子巻線３１を巻き回した固定子鉄心３３
から固定子と永久磁石等からなる回転子３２とで構成さ
れる。このブラシレスモータは磁極位置検出器１４の出
力信号によって３相の固定子巻線３１への電流を変化さ
せる形式のブラシレスモータである。また、この回転子
３２はギヤ４に連結され、またベアリング３４を介して
支承されている。
【００１２】図１は本発明に係るスロットルアクチュエ
ータの制御方式を示したもので、バルブアクチュエータ
３の回転子３２の発生トルクは変換機であるギヤ４を介
してバルブ５を開閉せしめる。バルブ５の開度情報は開
度センサ６，ＡＤ変換器７を介して１チップマイクロコ
ンピュータ等から構成される制御演算装置１に取り込ま
れる。ここでは上位からの開度指令ＰＳと開度センサ
６，ＡＤ変換器７からの開度情報であるＰＦとから開度
制御手段９によってＰＩ（比例積分）制御などで位置制
御がなされる。
ータの制御方式を示したもので、バルブアクチュエータ
３の回転子３２の発生トルクは変換機であるギヤ４を介
してバルブ５を開閉せしめる。バルブ５の開度情報は開
度センサ６，ＡＤ変換器７を介して１チップマイクロコ
ンピュータ等から構成される制御演算装置１に取り込ま
れる。ここでは上位からの開度指令ＰＳと開度センサ
６，ＡＤ変換器７からの開度情報であるＰＦとから開度
制御手段９によってＰＩ（比例積分）制御などで位置制
御がなされる。
【００１３】一方、磁極位置検出器１４の出力から磁極
位置検出処理手段８８を介してドライバ２に３相の固定
子巻線３１への電流の通電を変化せしめる情報を送る構
成である。これは制御演算装置１の中で処理されても良
いし、外部のハードのみで処理しても良い。
位置検出処理手段８８を介してドライバ２に３相の固定
子巻線３１への電流の通電を変化せしめる情報を送る構
成である。これは制御演算装置１の中で処理されても良
いし、外部のハードのみで処理しても良い。
【００１４】これは、磁石回転子３２と固定子巻線３１
との相対位置を検出するもので、これによって、磁石回
転子３２が最大の出力トルクを発生できる３相巻線のう
ちの二つの相に選択的に電流を通電せしめる。
との相対位置を検出するもので、これによって、磁石回
転子３２が最大の出力トルクを発生できる３相巻線のう
ちの二つの相に選択的に電流を通電せしめる。
【００１５】図で磁極位置検出器１４の出力によって電
源１１よりドライバ２を介して固定子巻線３１へ電力を
供給する。ここで、磁極位置検出処理手段８は、３相の
固定子巻線３１への電流のＯＮ，ＯＦＦの通電方向を決
定するものである。
源１１よりドライバ２を介して固定子巻線３１へ電力を
供給する。ここで、磁極位置検出処理手段８は、３相の
固定子巻線３１への電流のＯＮ，ＯＦＦの通電方向を決
定するものである。
【００１６】図３はバルブアクチュエータ３の要部であ
るブラシレスモータの構造を示す。圧粉鉄心で製作され
た固定子鉄心３３に巻回された固定子巻線３１とからな
る固定子と、永久磁石とからなる回転子３２とで構成さ
れる。
るブラシレスモータの構造を示す。圧粉鉄心で製作され
た固定子鉄心３３に巻回された固定子巻線３１とからな
る固定子と、永久磁石とからなる回転子３２とで構成さ
れる。
【００１７】ここで、固定子鉄心３３の巻線部の軸方向
長さは永久磁石と対向する側（内径側）より短くした構
成とする。これによって、巻線の長さが短くでき、消費
電力の低減あるいはモータの全長も短くすることができ
る。
長さは永久磁石と対向する側（内径側）より短くした構
成とする。これによって、巻線の長さが短くでき、消費
電力の低減あるいはモータの全長も短くすることができ
る。
【００１８】ブラシレスモータの固定子鉄心において従
来は薄板の珪素鋼板を打ち抜き、積層して使用してい
る。これは、高速回転数時の鉄損を小さくするためであ
る。一方、スロットルアクチュエータにおいては移動角
度の最大が９０度であるため、高速回転時の動作は、短
時間であり、圧粉鉄心の使用は不利とはならず、さら
に、前述のように低消費電力，小型化が達成できる。ま
た、積層鉄心の内転型モータでは固定子鉄心３１を打ち
抜いた後の中側の円形鉄心は使わないためにムダになる
が、圧粉鉄心では材料のムダが無く、経済的である。
来は薄板の珪素鋼板を打ち抜き、積層して使用してい
る。これは、高速回転数時の鉄損を小さくするためであ
る。一方、スロットルアクチュエータにおいては移動角
度の最大が９０度であるため、高速回転時の動作は、短
時間であり、圧粉鉄心の使用は不利とはならず、さら
に、前述のように低消費電力，小型化が達成できる。ま
た、積層鉄心の内転型モータでは固定子鉄心３１を打ち
抜いた後の中側の円形鉄心は使わないためにムダになる
が、圧粉鉄心では材料のムダが無く、経済的である。
【００１９】図４に本発明のスロットルアクチュエータ
として使用した永久磁石ブラシレスモータの各相への通
電制御の一例について説明する。
として使用した永久磁石ブラシレスモータの各相への通
電制御の一例について説明する。
【００２０】図１，図２で示した磁極位置検出器１４は
回転子３２と同じ極数の磁石回転子と、３個のホール素
子とで構成される。この中でＡ相のみについて着目する
と、ホール素子の出力は、図４に示すようになる。その
他、Ｂ，Ｃ相のホール素子の出力は電気角で１２０度，
２４０度の位相のずれた波形となる（図示せず）。この
出力より論理をとってドライバ２を構成する上アームと
下アームの各トランジスタには１２０度ずつ、図示のよ
うに通電される。上記が上アームへの通電モードを示す
図であるが、各相への電圧の制御は位置制御の結果によ
って発生するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に
よって行われ、従って、上アームには上記のＰＷＭの信
号と通電の信号との論理積によって作られる信号が印加
される。
回転子３２と同じ極数の磁石回転子と、３個のホール素
子とで構成される。この中でＡ相のみについて着目する
と、ホール素子の出力は、図４に示すようになる。その
他、Ｂ，Ｃ相のホール素子の出力は電気角で１２０度，
２４０度の位相のずれた波形となる（図示せず）。この
出力より論理をとってドライバ２を構成する上アームと
下アームの各トランジスタには１２０度ずつ、図示のよ
うに通電される。上記が上アームへの通電モードを示す
図であるが、各相への電圧の制御は位置制御の結果によ
って発生するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に
よって行われ、従って、上アームには上記のＰＷＭの信
号と通電の信号との論理積によって作られる信号が印加
される。
【００２１】つまり、１２０度通電方式の上アームＰＷ
Ｍ方式で制御を行う。
Ｍ方式で制御を行う。
【００２２】以上の制御によって、モータより発生する
トルクＴmotor は以下の式で表わされる。
トルクＴmotor は以下の式で表わされる。
【００２３】Ｔmotor＝Ｔacc＋Ｔsp＋Ｔｆｒ ここで、Ｔａｃｃ はモータ，ギヤ，バルブのイナーシ
ャに打ち勝って、加速させるためのトルクを示す。Ｔsp
はバネの力と釣り合う為のトルクを、Ｔfrはアクチュエ
ータを含めたスロットル系の摩擦トルクを表わす。従来
の直流機方式の特にギヤを使用する方式では、ブラシと
整流子との間の摩擦力によって特に上記のＴfrの値が大
きくなる。この摩擦トルクはヒステリシス特性を示すた
め、位置決めが困難になる。また、これはバルブ側で見
ると、実際の摩擦トルクのギヤ比の倍数となるため、バ
ルブ側で見た摩擦トルクが大きくなり、位置決めがしに
くくなる。また、摩擦トルクの存在はスロットルバルブ
アクチュエータの故障の際に、バルブを閉の状態に戻す
のに長い時間がかかる欠点がある。実際には一定時間以
内に戻す必要があるために、使用バネの強さを大きくし
ておく必要が有り、モータを必要以上に大きくする欠点
もある。ギヤの比を大きくするに従って従来直流機使用
の不利は大きく、ギヤ比が５以上ではその影響が一層顕
著となる。
ャに打ち勝って、加速させるためのトルクを示す。Ｔsp
はバネの力と釣り合う為のトルクを、Ｔfrはアクチュエ
ータを含めたスロットル系の摩擦トルクを表わす。従来
の直流機方式の特にギヤを使用する方式では、ブラシと
整流子との間の摩擦力によって特に上記のＴfrの値が大
きくなる。この摩擦トルクはヒステリシス特性を示すた
め、位置決めが困難になる。また、これはバルブ側で見
ると、実際の摩擦トルクのギヤ比の倍数となるため、バ
ルブ側で見た摩擦トルクが大きくなり、位置決めがしに
くくなる。また、摩擦トルクの存在はスロットルバルブ
アクチュエータの故障の際に、バルブを閉の状態に戻す
のに長い時間がかかる欠点がある。実際には一定時間以
内に戻す必要があるために、使用バネの強さを大きくし
ておく必要が有り、モータを必要以上に大きくする欠点
もある。ギヤの比を大きくするに従って従来直流機使用
の不利は大きく、ギヤ比が５以上ではその影響が一層顕
著となる。
【００２４】以上、本実施例に成るバルブ制御装置は流
体を導くパイプ１３と、前記パイプ１３内の流量を調整
するバルブ５と、前記バルブ５を電磁的に開閉するアク
チュエータ３として回転子磁極位置検出器１４の出力信
号によって固定子の巻線３１への電流を変化させる形式
のブラシレスモータのバルブアクチュエータ３と、前記
バルブアクチュエータ３の出力トルクを増幅するギア４
と、バルブ５の開度を示す開度センサ６と、バルブ５の
開度指令と開度センサの出力との関係より前記バルブア
クチュエータ３を制御する制御装置１と、バルブ５を閉
方向に付勢するバネ１２とで構成したことを特徴とす
る。
体を導くパイプ１３と、前記パイプ１３内の流量を調整
するバルブ５と、前記バルブ５を電磁的に開閉するアク
チュエータ３として回転子磁極位置検出器１４の出力信
号によって固定子の巻線３１への電流を変化させる形式
のブラシレスモータのバルブアクチュエータ３と、前記
バルブアクチュエータ３の出力トルクを増幅するギア４
と、バルブ５の開度を示す開度センサ６と、バルブ５の
開度指令と開度センサの出力との関係より前記バルブア
クチュエータ３を制御する制御装置１と、バルブ５を閉
方向に付勢するバネ１２とで構成したことを特徴とす
る。
【００２５】さらには、固定子の鉄心３３として圧粉鉄
心材を利用し、かつ、圧粉鉄心材と使用した固定子鉄心
３３として軸方向の長さの異なる形状とすることによっ
て、効率のよいモータを構成でき、かつ性能の劣化も少
なくすることができる。
心材を利用し、かつ、圧粉鉄心材と使用した固定子鉄心
３３として軸方向の長さの異なる形状とすることによっ
て、効率のよいモータを構成でき、かつ性能の劣化も少
なくすることができる。
【００２６】また、装置全体の摩擦トルクの低減が重要
であるが、バルブ５を閉じる方向に作用させるバネ１２
として図１，図２で示すように鶴巻状のバネ１２を利用
することによって、スロットル装置全体の摩擦トルクを
低減することができる。
であるが、バルブ５を閉じる方向に作用させるバネ１２
として図１，図２で示すように鶴巻状のバネ１２を利用
することによって、スロットル装置全体の摩擦トルクを
低減することができる。
【００２７】また、図１，図２で示したようにバルアク
チュエータ３と、バルブアクチュエータ３の出力トルク
を増幅し、かつかみあい形式のギヤ４と、バルブ５とを
ほぼ同一直線の上に配置することによっても、スロット
ル装置全体の摩擦トルクを低減することができる。
チュエータ３と、バルブアクチュエータ３の出力トルク
を増幅し、かつかみあい形式のギヤ４と、バルブ５とを
ほぼ同一直線の上に配置することによっても、スロット
ル装置全体の摩擦トルクを低減することができる。
【００２８】図５に、本発明の他の実施例について説明
する。
する。
【００２９】図は図１，図２の永久磁石回転子の変わり
に可変リラクタンス型の回転子３２を用いた実施例で示
す。ここで、回転子３２は磁性材からなる突極形状の例
で示す。図１，図２で示した永久磁石回転子が、固定子
の巻線によって作る磁極と永久磁石回転子との吸引，反
発を利用した原理であるのに対して、これは固定子の巻
線によって作る磁極と突極回転子の吸引力のみを利用し
ており、効率は悪いが、構成が簡単で、低価格なモータ
とすることができる。この構成も、摺動に伴う摩擦トル
クがないために、前記と同様の効果が期待できる。ま
た、磁極位置検出器が必要なことは永久磁石回転子の場
合と同じである。
に可変リラクタンス型の回転子３２を用いた実施例で示
す。ここで、回転子３２は磁性材からなる突極形状の例
で示す。図１，図２で示した永久磁石回転子が、固定子
の巻線によって作る磁極と永久磁石回転子との吸引，反
発を利用した原理であるのに対して、これは固定子の巻
線によって作る磁極と突極回転子の吸引力のみを利用し
ており、効率は悪いが、構成が簡単で、低価格なモータ
とすることができる。この構成も、摺動に伴う摩擦トル
クがないために、前記と同様の効果が期待できる。ま
た、磁極位置検出器が必要なことは永久磁石回転子の場
合と同じである。
【００３０】なお、スロットルアクチュエータは自動車
エンジンの心臓部を制御するために信頼性が非常に重要
となる。
エンジンの心臓部を制御するために信頼性が非常に重要
となる。
【００３１】図６に本発明対象のスロットルバルブ開閉
制御装置の信頼性向上について説明する。図７に本発明
の故障判断の原理図を示す。
制御装置の信頼性向上について説明する。図７に本発明
の故障判断の原理図を示す。
【００３２】図７においてバルブアクチュエータ３の回
転の進み角とバルブ５の開角（開度センサ６の出力）の
関係を示した。ここで、バルブアクチュエータ３の回転
による進み角は例えば、図４に示した電気角６０度毎に
生じる上アーム，下アームの切り替え信号の数をカウン
トすることによって制御演算装置１内で把握することが
できる。ここで原点は、バルブアクチュエータ３をバル
ブ５の閉方向に最大に移動した位置に取ることが妥当で
ある。
転の進み角とバルブ５の開角（開度センサ６の出力）の
関係を示した。ここで、バルブアクチュエータ３の回転
による進み角は例えば、図４に示した電気角６０度毎に
生じる上アーム，下アームの切り替え信号の数をカウン
トすることによって制御演算装置１内で把握することが
できる。ここで原点は、バルブアクチュエータ３をバル
ブ５の閉方向に最大に移動した位置に取ることが妥当で
ある。
【００３３】図で、バルブの開角が零のバルブアクチュ
エータ３の回転による進み角の移動範囲はギヤ４のガタ
によってバルブアクチュエータ３が移動できる範囲であ
る。つまり、上記以外ではバネ１２の力によってバルブ
アクチュエータ３は閉方向の力を受け、ガタは無いが、
ギヤ４のガタの移動角の範囲では、バルブ５は、パイプ
１３に設けられたストッパ（図示せず）に当たり、バネ
１２の力は全てストッパで受けてくれるために、バルブ
アクチュエータ３はギヤ４のガタ分移動可能となる。特
に、ギヤ比が大きい場合には、この距離が大きくなる。
本発明は、この範囲に着目し、エンジンの始動の前後
に、閉方向あるいは開方向に、適切な駆動トルクをバル
ブアクチュエータ３に与える。これによって、バルブア
クチュエータ３は移動し、それにともなって図４に示し
た電気角６０度毎に生じる上アーム，下アームの切り替
え信号が発生する。制御演算装置１内の故障判別手段１
６でその数をカウントし、所定数量に達した場合には、
バルブアクチュエータ３及び駆動装置が健全であると判
定することができる。さらには、この間における図４に
示した通電モードの順が保たれているかをチェックする
ことによって、さらにドライバ２、あるいは磁極位置検
出器１４等の健全性が確認でき、一層診断の信頼性を高
めることができる。
エータ３の回転による進み角の移動範囲はギヤ４のガタ
によってバルブアクチュエータ３が移動できる範囲であ
る。つまり、上記以外ではバネ１２の力によってバルブ
アクチュエータ３は閉方向の力を受け、ガタは無いが、
ギヤ４のガタの移動角の範囲では、バルブ５は、パイプ
１３に設けられたストッパ（図示せず）に当たり、バネ
１２の力は全てストッパで受けてくれるために、バルブ
アクチュエータ３はギヤ４のガタ分移動可能となる。特
に、ギヤ比が大きい場合には、この距離が大きくなる。
本発明は、この範囲に着目し、エンジンの始動の前後
に、閉方向あるいは開方向に、適切な駆動トルクをバル
ブアクチュエータ３に与える。これによって、バルブア
クチュエータ３は移動し、それにともなって図４に示し
た電気角６０度毎に生じる上アーム，下アームの切り替
え信号が発生する。制御演算装置１内の故障判別手段１
６でその数をカウントし、所定数量に達した場合には、
バルブアクチュエータ３及び駆動装置が健全であると判
定することができる。さらには、この間における図４に
示した通電モードの順が保たれているかをチェックする
ことによって、さらにドライバ２、あるいは磁極位置検
出器１４等の健全性が確認でき、一層診断の信頼性を高
めることができる。
【００３４】つまり、バルブアクチュエータ３の各固定
子巻線３１への通電状態の変化を確認する手段を備え、
この出力によってバルブアクチュエータ３の故障判別手
段１６を備えたことを特徴とする。さらに、バルブ５を
駆動する操作の前に、バルブアクチュエータ３をギヤ４
のガタの範囲内で動作させて、バルブアクチュエータ３
の動作を確認する手段を備えることによって一層診断の
信頼性を高めることができる。
子巻線３１への通電状態の変化を確認する手段を備え、
この出力によってバルブアクチュエータ３の故障判別手
段１６を備えたことを特徴とする。さらに、バルブ５を
駆動する操作の前に、バルブアクチュエータ３をギヤ４
のガタの範囲内で動作させて、バルブアクチュエータ３
の動作を確認する手段を備えることによって一層診断の
信頼性を高めることができる。
【００３５】なお、従来のバルブアクチュエータ３のギ
ヤ無し方式ではトルクが小さく、従ってモータ体格が大
きくなる点、消費電力が多くなる点で問題があった。ま
た、従来の直流機にギヤを使用する方式では、ブラシと
整流子との間の摩擦力によって位置決めが困難になる。
これはギヤ比が大きくなるほどバルブ側で見た摩擦トル
クは大になり、位置決めがしにくくなる。また、ブラシ
と整流子との間の摩擦力、あるいは慣性力が大きいため
に、異常時のバルブの復帰に時間がかかるため、予めバ
ネの強さを強くする必要があり、これによって定常時の
消費電力が増加する欠点があった。本発明のごとく、回
転子と摺動機構を持たないブラシレスモータで、かつ、
ギヤ付きの構成とすることによって、バルブ側よりの負
荷トルクが小さく、かつ回転子の回転子の慣性を小さく
することができることから、弱いバネでも復帰時間が早
く、定常時の消費電力を小さくすることができるととも
に、位置決め等も容易にできる特徴がある。
ヤ無し方式ではトルクが小さく、従ってモータ体格が大
きくなる点、消費電力が多くなる点で問題があった。ま
た、従来の直流機にギヤを使用する方式では、ブラシと
整流子との間の摩擦力によって位置決めが困難になる。
これはギヤ比が大きくなるほどバルブ側で見た摩擦トル
クは大になり、位置決めがしにくくなる。また、ブラシ
と整流子との間の摩擦力、あるいは慣性力が大きいため
に、異常時のバルブの復帰に時間がかかるため、予めバ
ネの強さを強くする必要があり、これによって定常時の
消費電力が増加する欠点があった。本発明のごとく、回
転子と摺動機構を持たないブラシレスモータで、かつ、
ギヤ付きの構成とすることによって、バルブ側よりの負
荷トルクが小さく、かつ回転子の回転子の慣性を小さく
することができることから、弱いバネでも復帰時間が早
く、定常時の消費電力を小さくすることができるととも
に、位置決め等も容易にできる特徴がある。
【００３６】
【００３７】本発明によれば、全閉−全開間の開角制御
の時間が短く、定常の開角制御時、つまりバネの負荷に
打ち勝って開角制御する時の消費電力が少なく、開制御
の角度の精度が大きいバルブ開閉装置を提供することが
できる。また、別の発明では、信頼性の高い診断が可能
となる。
の時間が短く、定常の開角制御時、つまりバネの負荷に
打ち勝って開角制御する時の消費電力が少なく、開制御
の角度の精度が大きいバルブ開閉装置を提供することが
できる。また、別の発明では、信頼性の高い診断が可能
となる。
【図１】本発明のスロットルアクチュエータの制御方式
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明のスロットルバルブ開閉制御装置の構造
図である。
図である。
【図３】本発明のアクチュエータ構造図である。
【図４】永久磁石ブラシレスモータの通電モード図であ
る。
る。
【図５】本発明の他のアクチュエータ構造図である。
【図６】本発明のスロットルアクチュエータの制御方式
を示す図である。
を示す図である。
【図７】本発明のアクチュエータ故障診断の原理を示す
図である。
図である。
１…制御演算装置、２…ドライバ、３…固定子巻線、４
…ギヤ、５…バルブ、６…開度センサ、７…ＡＤ変換
機、８…磁極位置検出処理手段、９…開度制御手段、１
０…電流検出器、１１…電源、１２…バネ、１３…パイ
プ、１４…磁極位置検出器、１５…ベアリング、１６…
故障判別手段。
…ギヤ、５…バルブ、６…開度センサ、７…ＡＤ変換
機、８…磁極位置検出処理手段、９…開度制御手段、１
０…電流検出器、１１…電源、１２…バネ、１３…パイ
プ、１４…磁極位置検出器、１５…ベアリング、１６…
故障判別手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森永 茂樹 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 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 (56)参考文献 特開 昭61−229935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−206248（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−168480（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246246（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−17577（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 31/04
Claims (3)
- 【請求項１】 流体を導くパイプと、 前記パイプ内の流量を調整するバルブと、 前記バルブの開度を示す開度センサと、 開度指令と前記開度センサの出力との関係によって回転
駆動されるブラシレスモータと、 前記バルブを閉方向に付勢するバネと、 前記ブラシレスモータとバルブの間に配置され、前記ブ
ラシレスモータの出力トルクを増幅して前記バルブに伝
えるものであって、ギア比を５以上としたギアと、 から成るブラシレスモータ駆動バルブ制御装置。 - 【請求項２】 流体を導くパイプと、 前記パイプ内の流量を調整するバルブと、 前記バルブの開度を示す開度センサと、 開度指令と前記開度センサの出力との関係によって各固
定子巻線への通電状態を制御することによって回転駆動
されるブラシレスモータと、 前記ブラシレスモータの出力トルクを増幅して前記バル
ブに伝えるギアと、 前記各固定子巻線の通電状態の変化を確認する変化確認
手段と、 この変化確認手段の出力によって、前記ブラシレスモー
タの故障判別を行う故障判別手段と、 から成るブラシレスモータ駆動バルブ制御装置。 - 【請求項３】 請求項２，３のいずれかにおいて、前記ブ
ラシレスモータは永久磁石ブラシレスモータであるブラ
シレスモータ駆動バルブ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247615A JP3070292B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247615A JP3070292B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694151A JPH0694151A (ja) | 1994-04-05 |
| JP3070292B2 true JP3070292B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=17166148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4247615A Expired - Fee Related JP3070292B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070292B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11299204A (ja) * | 1998-04-07 | 1999-10-29 | Nippon Thermostat Kk | ブラシレスモータを用いた被駆動体の変位検出装置 |
| JP4428163B2 (ja) | 2004-07-20 | 2010-03-10 | 株式会社デンソー | バルブ位置制御装置 |
| CN108468852A (zh) * | 2018-06-16 | 2018-08-31 | 无锡隆盛科技股份有限公司 | 一种无刷电机驱动的智能蝶阀 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP4247615A patent/JP3070292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0694151A (ja) | 1994-04-05 |
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