JP4881439B2 - 電気モータによって運転されるスロットルバルブのための回動角度検出のための装置 - Google Patents

Description

本発明は電気モータによって運転されるスロットルバルブのための、回動角度検出のための装置であって、スロットルバルブはスロットルバルブケーシングの吸入管においてスロットルバルブ軸に回動可能に支承されていて、スロットルバルブ軸に連結された作動駆動装置が制御電子機器によって制御されてスロットルバルブ回動位置を予め規定し、スロットルバルブ回動位置の目標値が、手動により操作可能な目標値入力装置を介して予め規定可能であり、制御電子機器に供給されている、電気モータによって運転されるスロットルバルブのための、回動角度検出のための装置に関する。

背景技術
現代の自動車においては、エンジンの出力は頻繁に電子的に制御される。この場合、エンジンによって吸い込まれる新気量は電子的な制御ユニットによって予め規定される。制御ユニットは複数の運転パラメータを処理し、作動駆動装置のための作動信号を形成する。作動駆動装置は伝動装置を介してスロットルバルブを操作する。これにより、例えばエンジンの出力放出は安全な限界値内に保持できるか、もしくは放出値は法的に定められた制限内で保持できる。

ドライバの所望の出力目標値を測定技術的に検出するために、スロットルグリップもしくは自動車の走行ペダルに組み込まれている測定変換器が公知である。しかしこの場合、この種の測定変換器は補助エネルギを必要とし、形成された測定信号を隔離して配置された制御電子機器に導く必要がある、という欠点がある。

スロットルバルブ軸の回動角度を検出するためにＤＥ１０１３９９９４Ｂ４から、歯車において端面側で旋回軸線に対して同心的に配置された、半円形の永久磁石が取り付けられている装置が公知である。この永久磁石の運動サークルにホールセンサが配置されている。これらのホールセンサは永久磁石の外側及び内側における半径方向の磁界を検出する。しかし磁界の半径方向の検出は、ホールセンサがプリント配線板に縦置きにしか配置できないということを必然的に伴う。比較的大きなボリュームの構成部分タイプだけしか考慮されない。小型化されたＳＭＤホールセンサの使用は困難に可能である。従って測定電子機器は特定の構成ボリュームを必要とする。

ＤＥ１０２００５０２９８６２Ａ１では、オートバイのための出力制御部が記載されている。この出力制御部では所望の出力はスロットルグリップにおいて手動により予め規定され、ボーデンケーブルを介して且つねじりばねの介在下でスロットルバルブ軸に伝達される。しかしスロットルバルブの実際の位置を出力制御モジュールが規定する。出力制御モジュールは電気モータ式の作動駆動装置を介して規定の運転位相において手動により予め規定された調節を過変調する。つまり、この位相においてはドライバがエンジンの出力放出を規定するのではなく、電子機器が規定する。構成的に電子機器と作動モータとは場所的にスロットルバルブ管片から分離されて配置されている。このことはそれぞれ分離してシールされた電子機器ケーシング及びモータケーシングと、適切な構成スペースとを必要とする。電子機器はスロットルバルブ軸の回動位置だけを検出するが、手動により予め規定された出力の目標値を検出しない。つまり、過変調の位相において、電子的な出力制御モジュールは手動により予め規定された出力目標値を認知しない。

発明の開示
本発明の根底にある課題は、電気モータによって運転されるスロットルバルブのために回動角度を検出するための装置を改良して、各運転位相においてドライバによって予め規定される出力の目標値も、スロットルバルブ位置の実際値も測定技術的に検出でき、且つ測定回路が可能な限り僅かな構成スペースを占めるので、制御電子機器と、伝動装置と、作動モータとの組込みが、僅かな構成ボリューム及び僅かな手間で可能である装置を提供することである。

本発明の根底にある思想は、手動により予め規定されるスロットルバルブ位置の目標値及び実際値を同時に且つ１つの測定場所において検出するということである。このために、スロットルバルブ軸は中空軸として形成されている。スロットルバルブ軸の中空室では目標値送信器軸が回動可能に支承されている。この目標値送信器軸は手動により操作可能な装置、例えばスロットルグリップ又は自動車のアクセルペダルに機械的に結合されているので、所望の出力目標値が目標値送信器軸の適切な回動位置に変換される。この構成「管内の軸」により、２つの軸の共通の一端部、つまり１つの測定場所において同時に所望の出力の目標値も、スロットルバルブ位置の実際値も測定でき、回動角度に基づく出力目標信号及び出力実際値信号を制御電子機器のために提供できる。例えば、測定は磁性的な測定原理に基づくことができる。このために２つの軸の共通の一端部にそれぞれ永久磁石が配置されていてよい。永久磁石の磁界は隣り合って配置された磁界センサ、例えばホールセンサによって検出される。結果的に２つの情報が同時に１つの測定場所において電気的な信号として存在する。出力制御のためにこのことは大きな利点である。なぜならば出力制御を極めて細分化して行うことができるからである。

構造的に別の有利な構成において、永久磁石は廉価な環状磁石として形成されている。

信号検出に関して、環状磁石が二極性で軸線方向に磁化されて構成されていると有利である。

別の有利な構成ではＳＭＤ技術における磁界センサは、環状磁石の端面寄りの、プリント配線板の主面に配置されている。これまで使用された、大容積で組付けづらいＴＨＴ型のホールセンサはもはや必要ではない。ＳＭＤホールセンサは比較的僅かな構成容積しか必要としない。ＳＭＤ構成部分の自動的な組付けは、大量の部品数における製造にとって大きな利点である。

ＳＭＤ磁界センサと制御電子機器の構成素子とが共通のプリント配線板に配置されていると、比較的短い電気的な結合線路に基づき電磁的な雑音に対して妨害されにくい。制御電子機器と磁界センサとの間における短い結合線路に基づき、手間のかかる信号増幅は省かれる。センサ信号は制御電子機器のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラによって直接処理できる。

冗長的なセンサアッセンブリが落下安全性に基づき重要である。各永久磁石の磁界を２つの磁界センサにより検出する配置が有利になる。２つの磁界センサはそれぞれ円周において直径方向で相対して配置されている。

製造技術的な観点において、測定装置の永久磁石が永久磁石を支持する駆動部材と一体に形成されていると有利である。この種の構造により、例えば永久磁石はスロットルバルブ軸の歯車又は歯セグメント付きホイールと共に一作業ステップにおいて製造できる。例えば、製造は二成分射出成形技術において行うことができる。駆動部材に射出成形された永久磁石の磁化は、既に射出成形時に行われると特に有利である。

目標値送信器軸とハンド回動グリップ又は走行ペダルとの間の結合のために、ケーブル又はボーデンケーブルが提供される。

本発明の更に有利な実施の形態、詳細な構成及び改良形が明らかになっている図面に基づいて、以下の説明において本発明を更に説明する。

本発明に係る電気モータにより運転されるスロットルバルブのための回動角度検出のための装置は、前記スロットルバルブがスロットルバルブケーシングの吸入区分においてスロットルバルブ軸に回動可能に支承されており、スロットルバルブ軸に連結された作動モータが、制御電子機器によって制御されてスロットルバルブ回動位置を予め規定し、スロットルバルブ回動位置の目標値が、手動により操作可能な目標値入力装置を介して予め規定可能であり、且つ制御電子機器に供給されている、電気モータによって運転されるスロットルバルブのための回動角度検出のための装置において、スロットルバルブ軸が中空軸として形成されており、目標値入力装置が目標値送信器軸に連結されており、目標値送信器軸が中空軸において同軸的に且つ回動運動可能に配置されており、その結果、目標値送信器軸の回動位置が、手動により予め規定された、スロットルバルブ回動位置の目標値にその都度対応しており、スロットルバルブケーシングの側方において、スロットルバルブ軸の端部と、目標値送信器軸の端部とが導出されており、各端部にそれぞれ永久磁石が配置されており、永久磁石の磁界の検出のために磁界センサアッセンブリが設けられており、磁界センサアッセンブリがスロットルバルブ回動位置及び目標値送信器軸の回動位置から、角度に関する電気的な信号をその都度形成し、各信号が制御電子機器に供給されていることを特徴とする。

本発明に係る装置は、好ましくは、各永久磁石が環状磁石として形成されている。

好ましくは、各環状磁石が軸線方向で磁化された２つの極を有している。

好ましくは、磁界センサアッセンブリが、環状磁石の端面寄りの、面状の回路支持体の主面に配置されている。

好ましくは、面状の回路支持体がプリント配線板であって、プリント配線板に磁界センサアッセンブリと制御電子機器とが一緒に配置されている。

好ましくは、磁界センサアッセンブリが円において直径方向で相対しているそれぞれ２つのＳＭＤ磁界センサにより形成されている。

好ましくは、中空軸の端部とセンサ送信器軸の端部とが共に電子機器ケーシング内に案内されており、プリント配線板が電子機器ケーシングに配置されている。

好ましくは、電子機器ケーシングが、スロットルバルブケーシングと一体に製造されているケーシング壁を有している。

好ましくは、電子機器ケーシングが、冷却体として機能するケーシングカバーを有している。

好ましくは、作動モータとスロットルバルブ軸との間における機械的な連結が複数の歯車を介して形成され、所定の歯車又は歯車セグメントが永久磁石に端面側で結合されている。

好ましくは、歯車又は歯セグメント付きホイールが永久磁石に一体に形成されている。

好ましくは、永久磁石と歯車又は歯セグメント付きホイールとが、二成分射出成形技術において製造されている。

好ましくは、側方とは反対の側に位置する、目標値送信器軸の端部に、ケーブルホイールが取り付けられており、ケーブルホイールがボーデンケーブルを介してオートバイのハンドルに設けられているスロットルグリップに結合されている。

好ましくは、側方とは反対の側に位置する、目標値送信器軸の端部に、ケーブルホイールが取り付けられており、ケーブルホイールがボーデンケーブルを介して自動車の運転室内に配置されているガスペダルに結合されている。

例えばオートバイに使用される、電気モータによって運転されるスロットルバルブの斜視図であって、この場合、本発明による回動角度検出部を説明するために、部分的に断面された図である。 カバー部分を取り去られた、図１の電気モータによって運転されるスロットルバルブであって、本発明による回動角度検出部を示した図である。 図１の電気モータによって運転されるスロットルバルブの一部分であって、本発明による回動角度検出部を上から眺めた図である。

発明の実施
図１には、例えばオートバイに使用される、電気モータによって運転されるスロットルバルブが全体的に符号１で示されている。

管状の吸入区分３においてスロットルバルブ軸４に取り付けられ、スロットルバルブケーシング２において軸線２１を中心にして回動可能に支承されているスロットルバルブ５が設けられている。図１において外側のケーシング輪郭だけが認識可能である電気モータ２４は、以下に図２に基づき詳細に説明する歯車を介して、スロットルバルブ軸４を駆動する。

図１の部分的な断面図から、スロットルバルブ軸４が肉薄な中空軸として形成されていることが認識できる。中空軸４はスロットルバルブケーシングにおいて軸線２１を中心にして回動可能に支承されている。目標値送信器軸（Ｓｏｌｌｗｅｒｔ−Ｇｅｂｅｒｗｅｌｌｅ）７が中空軸の内側において同軸的に配置され、且つ中空軸において軸線２１を中心にして回動可能に支承されてもいる。目標値送信器軸７は一方の端部（図１では下側の端部）でスロットルバルブケーシング２から導出されている。軸７の下側の端部にはケーブルホイール２２が取り付けられている。ケーブルホイール２２はボーデンケーブル（図示せず）を介してオートバイのスロットルグリップ（Ｇａｓｇｒｉｆｆ）に結合されている。スロットルグリップにおいて二輪車（Ｚｗｅｉｒａｄ）の内燃機関の所望の出力は手動により予め付与され、図１において全体を符号６で記された装置により、目標値送信器軸７の回動位置へと変換される。

同軸的なシャフト４及び７のそれぞれ他の端部（図１では中空軸４の上側端部及び軸７の上側端部）は、側方２６において同様にケーシング２から導出されている。軸端片４及び７は隣接している電子機器ケーシング１８の内室へと突出している。軸端部４，７の端面において、それぞれ１つの環状磁石１１，１２が取り付けられている。ＳＭＤ磁界センサが、環状磁石１１，１２の端面に対して隣り合ってプリント配線板２３に設けられている。図１ではセンサ１３及び１５しか見ることができない。以下に、図２に基づき詳細に説明するように、両環状磁石１１及び１２の磁界は、冗長的な２つの別のＳＭＤ磁界センサ１４及び１６により付加的に検出される。

全回動角度検出部は電子機器ケーシング１８に収納されている。電子機器ケーシング１８のケーシング壁１９はスロットルバルブケーシング２と一体に形成されている。カバー２０は電子機器ケーシング１８を外側に向かってカバーする。電子機器ケーシング１８において発生する損失熱の排出のために、カバー２０は冷却リブを有している。

図２ではカバー２０は取り外されていて、本発明による回動角度検出部への視界が開かれている。図面をより見やすくするために、図２ではプリント配線板２３は記載しないが、例えばプリント配線板２３に設けられている電子的な構成部品は記載されている。図２には、例えばプリント配線板２３（図示せず）の表面におけるプロセッサ１７と、プリント配線板２３（図示せず）の下面におけるＳＭＤ磁界センサ１３，１４，１５，１６とが示されている。ＳＭＤ磁界センサ１５，１６は目標値送信器軸７の回動角度に基づく電気的な信号を形成する。この信号はドライバ側において手動により予め規定される出力の目標値に相当する。ＳＭＤ磁界センサ１３，１４は永久磁石１１の回動位置、つまりスロットルバルブ軸４、ひいては吸入管３におけるスロットルバルブ５の回動位置を検出する。

２つの信号は、冗長的に存在するホールセンサ１３，１４，１５，１６によって形成され、導体路（図示せず）においてプロセッサ１７に直接案内される。プロセッサ１７においてこの位置信号は複数の別の運転パラメータと並んで評価される。プロセッサ１７は電気モータ２４を制御する。電気モータ２４のモータ軸には駆動歯車８が取り付けられている。駆動歯車８は被駆動歯車９と係合して設けられている。被駆動歯車９はまた別の歯車（図２からは詳しく見て取ることはできない）を介してスロットルバルブ軸４の歯セグメント付きホイール１０に作用する。従って吸入管３におけるスロットルバルブ５の位置は、プロセッサ１７において実行されるプログラムコードに応じて予め規定することができる、つまり制御できる。この制御の課題は、例えば内燃機関の排ガス値を規定の制限内に保持することである。

図３には、本発明による回動角度検出部を再度上から見た図において見ることができる。軸線２１を中心とした２つの環状磁石の同軸的な配置が極めてよく認識可能である。測定信号を歪曲する、磁石リング１１及び１２の磁界の不都合な相互の影響は、マイクロプロセッサにより計算技術的に修正できる。永久磁石は二極性に構成されていて、軸線方向において磁化されている。環状磁石１１は歯車セグメント１０と共に、二成分射出成形により製造される部分を形成する。軸線方向界の磁化（Ａｘｉａｌｆｅｌｄ−Ｍａｇｎｅｔｉｓｉｅｒｕｎｇ）は射出成形における製造時に行われる。

本発明により、作動装置の電子的な構成素子を共通のケーシング１８内に組み込むことが可能である。この電子機器ケーシング１８は唯一のシール部２５により外側にシールされている。半径方向軸シールリング２７は中空軸４とケーシング２との間をシールする。電子機器ケーシング１８の全体的なシーリングはＩＰ６８に対応する。これまで必要であったケーブル貫通案内及びコネクタは統合された構成形式により省略される。

スロットルバルブケーシング２は射出成形技術において金属製の材料又はプラスチックから廉価に製造でき、この場合、電子機器ケーシング１８のケーシング１９はスロットルバルブケーシング２と一緒に射出成形される。

１ 電気モータ式のスロットルバルブ、 ２ スロットルバルブケーシング、 ３ 吸入管、 ４ スロットルバルブ軸、中空軸、 ５ スロットルバルブ、 ６ 目標値入力装置、 ７ 目標値送信器軸、 ８ 駆動歯車、 ９ 被駆動歯車、 １０ 歯車セグメント、 １１ ４における永久磁石、 １２ ７における永久磁石、 １３，１４，１５，１６ 磁界センサ、 １７ 制御電子機器、 １８ 電子機器ケーシング、 １９ ケーシング壁、 ２０ ケーシングカバー、 ２１ 軸線、 ２２ ケーブルホイール、 ２３ プリント配線板、 ２４ 電気モータ、作動モータ、 ２５ シール部、 ２６ 側方、 ２７ 半径方向軸シールリング

Claims (14)

1. 電気モータによって運転されるスロットルバルブのための、回動角度検出のための装置であって、前記スロットルバルブがスロットルバルブケーシング（２）の吸入区分（３）においてスロットルバルブ軸（４）に回動可能に支承されており、スロットルバルブ軸（４）に連結された作動モータ（２４）が、制御電子機器（１７）によって制御されてスロットルバルブ回動位置を予め規定し、前記スロットルバルブ回動位置の目標値が、手動により操作可能な目標値入力装置（６）を介して予め規定可能であり、且つ前記制御電子機器に供給されている、電気モータによって運転されるスロットルバルブのための回動角度検出のための装置において、
   −スロットルバルブ軸（４）が中空軸として形成されており、
   −目標値入力装置（６）が目標値送信器軸（７）に連結されており、該目標値送信器軸（７）が前記中空軸において同軸的に且つ回動運動可能に配置されており、その結果、目標値送信器軸（７）の回動位置が、手動により予め規定された、スロットルバルブ回動位置の目標値にそれぞれ対応し、
   −スロットルバルブケーシング（２）の側方（２６）において、スロットルバルブ軸（４）の端部と、目標値送信器軸（７）の端部とが導出されており、
   −前記各端部にそれぞれ永久磁石（１１，１２）が配置されており、
   −永久磁石（１１，１２）の磁界の検出のために磁界センサアッセンブリ（１３，１４，１５，１６）が設けられており、該磁界センサアッセンブリ（１３，１４，１５，１６）が前記スロットルバルブ回動位置及び前記目標値送信器軸の回動位置から、それぞれ角度に関する電気的な信号を形成し、該各信号が制御電子機器（１７）に供給されていることを特徴とする、電気モータによって運転されるスロットルバルブのための、回動角度検出のための装置。
2. 各永久磁石（１１，１２）が環状磁石として形成されている、請求項１記載の装置。
3. 各環状磁石（１１，１２）が軸線方向で磁化された２つの極を有している、請求項２記載の装置。
4. 磁界センサアッセンブリ（１３，１４，１５，１６）が、環状磁石（１１，１２）の端面寄りの、面状の回路支持体（２３）に配置されている、請求項２又は３記載の装置。
5. 前記面状の回路支持体がプリント配線板であって、該プリント配線板に磁界センサアッセンブリ（１３，１４，１５，１６）と制御電子機器（１７）とが一緒に配置されている、請求項４記載の装置。
6. 磁界センサアッセンブリ（１３，１４，１５，１６）が円において直径方向で相対しているそれぞれ２つのＳＭＤ磁界センサにより形成されている、請求項５記載の装置。
7. 中空軸（４）の前記端部とセンサ送信器軸（７）の前記端部とが共に電子機器ケーシング（１８）内に案内されており、プリント配線板（２３）が電子機器ケーシング（１８）に配置されている、請求項５又は６記載の装置。
8. 電子機器ケーシング（１８）が、スロットルバルブケーシング（２）と一体に製造されているケーシング壁（１９）を有している、請求項７記載の装置。
9. 電子機器ケーシング（１８）が、ケーシングカバー（２０）を有している、請求項７又は８記載の装置。
10. 作動モータ（２４）とスロットルバルブ軸（４）との間における機械的な連結が複数の歯車を介して形成され、歯車又は歯車セグメント（１０）が永久磁石（１１）に端面側で結合されている、請求項１から９までのいずれか一項記載の装置。
11. 歯車又は歯セグメント付きホイール（１０）が永久磁石（１１）に一体に形成されている、請求項１０記載の装置。
12. 永久磁石（１１）と前記歯車又は歯セグメント付きホイール（１０）とが、二成分射出成形技術において製造されている、請求項１１記載の装置。
13. 側方（２６）とは反対の側に位置する、目標値送信器軸（７）の端部に、ケーブルホイール（２２）が取り付けられており、該ケーブルホイール（２２）がボーデンケーブルを介してオートバイのハンドルに設けられているスロットルグリップに結合されている、請求項１から１２までのいずれか一項記載の装置。
14. 側方（２６）とは反対の側に位置する、目標値送信器軸（７）の端部に、ケーブルホイール（２２）が取り付けられており、該ケーブルホイール（２２）がボーデンケーブルを介して自動車の運転室内に配置されているガスペダルに結合されている、請求項１から１２までのいずれか一項記載の装置。

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