JP5450511B2 - インダクタンス式回転角度検出装置及びそれを備えたモータ駆動式の絞り弁制御装置 - Google Patents

インダクタンス式回転角度検出装置及びそれを備えたモータ駆動式の絞り弁制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、回転体(被回転検出体)に取付けられた導体(励起導体部)とこれに対面する固定部材(ケース部材)に取付けたコイル導体(受信導体部)との間のインダクタンスが両者の位置関係に応じて変化することを利用して、非接触式で回転体(被回転検出体)の回転位置を検出するインダクタンス式回転角度検出装置に関する。
また、モータによって駆動される絞り弁で内燃機関の空気通路の開口面積を電気的に制御するモータ駆動式の絞り弁制御装置であって、絞り弁の回転角度を検出するために上記したインダクタンス式回転角度検出装置を備えたものに関する。
本技術分野の背景技術として、特開2010−151567号(特許文献1)がある。
この公報には、電流が流れることによって磁界を発生する励磁導体部,被回転検出体に取付けられ、前記励磁導体部の磁界の作用によって電流が流れる励起導体部、前記励起導体部に近接して配置された受信導体部を備え、前記受信導体部に流れる電流によって、前記励起導体部と前記受信導体部との回転方向の相対位置に応じて変化するインダクタンスの変化を検出することで、前記被回転検出体の回転位置を検出するインダクタンス式回転角度検出装置であって、前記励起導体部には当該励起導体部を前記被回転検出体に固定するための固定部が前記励起導体部自身に一体に形成されているインダクタンス式回転角度検出装置(請求項1参照)、が記載されている。
特開2010−151567号公報
本構造をとった場合、ケース部材としてのギアカバーに設けたコネクタ側から静電気ノイズが加わった場合、ケース部材に取付けられたセンサ用回路基板に設けられた励磁導体部と被回転検出体としてのスロットルシャフトに取付けられた励起導体部との間またはケース部材に取付けられたセンサ用回路基板に設けられた受信導体部(信号検出導体)と励起導体部との間で放電が起こり、回転角度検出装置としてのスロットルセンサ用回路基板に設けられたセンサ回路のマイクロコンピュータが破壊されるという問題があった。
本発明は上記課題を解決するために、樹脂成形された中間ギアに励起導体部を配置し、この励起導体に対面するようにして励磁導体および信号検出導体をカバー部材に配置する。
本発明によれば、中間ギアの樹脂部が励起導体部とセンサ用回路基板との間に放電経路が形成されることから保護する放電経路遮断部材として機能しているので、静電気ノイズに影響されることのない信頼性の高いインダクタンス式の非接触式回転角度検出装置が得られる。
ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置の断面図である。 インダクタンス式の非接触型回転角度検出装置の主要部品斜視図である。 インダクタンス式の非接触型回転角度検出装置の中間ギア,導電体の分解斜視図である。 ガソリン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カバーの斜視図である。 ガソリン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である。 ガソリン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カバーをはずした斜視図である。 ガソリン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である。 ガソリンエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁制御装置のスロットルボディ側分解斜視図である。 インダクタンス式非接触型回転角度検出装置の主要部拡大断面図である。 導電体を内部に一体成形した中間ギアの断面図である。
以下、図面を用いて実施例を説明する。
図1〜図3に基づき本発明になる回転角度検出装置の一実施例を説明する。
図1〜図3に示すように、中間ギア21の上面には後述する励起導体20が一体成形される。ここで励起導体20は中間ギア21成形される際に同時に一体成形されるか接着剤で貼り付ける。
励起導体20は放射状に延びる直線部分20Aと、もう一つの直線部分20Aの内周側と外周側を接続するように設けられた弧状部分20B,20Cとから構成されている。直線部分20Aは互いに180度反対方向に2箇所配置されている。
カバー部材としてのギアカバー27にはセンサ用回路基板としての固定基板28が接着剤により励起導体20と対面する形で固定される。固定基板28はギアカバー27に接着された後表面と裏面にコーティング剤を塗布することにより摩耗粉や腐食性ガスから保護される。
固定基板28はギアカバー27にモールド成型されたコネクタ27Cの電気端子と、固定基板28の電気接続端子28K1−28K4を介して電気的に接続されている。
図2に示すように絶縁基板である固定基板28には、環状の励磁導体29が複数本印刷されている。またその内側には放射状に延びる信号検出導体30が複数本印刷されている。固定基板28の裏側にもこれと同様の励磁導体29および信号検出導体30が印刷されており、表裏の励磁導体29および信号検出導体30がスルーホール28A−28Dによって繋がっている。
この実施例では、3相の交流信号が信号検出導体3Bから得られるように構成されている。
また、同じ非接触型の回転角度検出装置が2組形成され、相互の信号を比較することで、センサの異常を検出したり、異常時には相互にバックアップするよう構成されている。
28L,28Mはマイクロコンピュータで、それぞれの非接触型の回転角度検出装置の駆動制御と信号処理機能を有する。
端子28K1−28K4は1本が電源端子(例えば28K1)で、1本がグランド端子(例えば28K3)、残りの2本28K2,28K4がそれぞれの角度検出装置の信号出力端子として機能する。信号端子の間にグランド端子を配置することで信号端子同士がショートして両方の信号が同時に異常状態になるのを防ぐことができる。
マイクロコンピュータ3L,3Mは電源端子28K1から励磁導体29に電流を供給し、信号検出導体30に発生する交流電流波形を処理して、励起導体20の回転位置を検出し、結果的に中間ギア21の回転角度を検出する。中間ギアはスロットルギアと各々の歯車により力を伝達しており、一定の減速比で連動して回転する。ここでスロットルギア13の回転範囲及び、中間ギア21とスロットルギア13間の減速比Zは以下の式にあてはまるように設定している。
(スロットルギア13の回転範囲θ)*(中間ギア21とスロットルギア13間の減速比Z)<360°これにより中間ギア21の回転角度とスロットルギア13の回転角度は1対1に決まるので、中間ギア21の回転角度を検出することにより、結果的にスロットルギア13の回転角度を検出することができる。
次に上記非接触式の回転角度検出装置をガソリンエンジン用のモータ駆動式絞り弁(スロットル弁)制御装置に適用した例を図1と図4〜図8を参照して具体的に説明する。
図1はその主要断面図であり、図4〜図8は詳細構造を説明するための斜視図,分解斜視図及び平面図である。
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23収納用のモータハウジング23A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(被回転検出体)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3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(以下スロットルバルブと呼ぶ)2がスロットルシャフト3に設けたスリットに差し込まれ、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バルブ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23Aはスロットルシャフト3とほぼ並行に形成されており、ブラシ式直流モータで構成されるモータ23がモータハウジング23A内に差込まれ、スロットルボディ6の側壁6Aにモータ23のブラケット23Bのフランジ部をねじ24でねじ止めすることで固定されている。また、モータ23の端部にはウェーブワッシャ26が配設されモータ23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、軸受ボス部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のグリースが外気中や、後述するセンサ室に漏れ出すのを防止している。
モータ23の回転軸端部には歯数の最も少ない金属製の出力ギア25が固定されている。この出力ギア25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)27(カバー部材)で覆われている。そして、このギアカバー27で覆われた、いわゆるギア収納室に図1〜図3で説明したインダクタンス式の非接触型回転角度検出装置(以下スロットルセンサと呼ぶ)が設けられ、中間ギア21の回転角度を検出し、これにより間接的にスロットルシャフト3の回転角度、結果的にはスロットルバルブ2の開度が検出される。
ギアカバー27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に樹脂で形成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の外周部に樹脂成形によって樹脂材製ギア部15がモールド成形されている。
金属プレート14は中央に孔を有する。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の孔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19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の背面とデフォルトレバー17の間に弦巻ばねで形成されたデフォルトスプリングが挟持されている。デフォルトレバー17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18が挟持されている。
リターンスプリング18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。他端はデフォルトレバー17の円筒形樹脂部を取巻き、その先端がデフォルトレバー17に形成された孔に係止され、この端部はデフォルトレバー17と一体となって回転するように構成されている。またデフォルトレバー17外周部には、樹脂で形成された回転止め突起があり、この突起がスロットルボディ6に形成されたもう一つの切欠き部との当接により、回転方向片側への回転を制限されており、同時にリターンスプリング18によりに回転が制限された方向へ荷重を与えられている。スロットルギア13の背面とデフォルトレバー17のスロットルギア側の面は、それぞれが持つ突起形状により制限された範囲で回転可能に嵌合している。デフォルトスプリング16は端部をデフォルトレバー17に形成された孔に係止され、もう一方の端部はスロットルギア13の背面に形成された突起形状に係止されており、デフォルトスプリング16によりスロットルギア13はデフォルトレバー17に対し回転方向片側へ荷重を与えられている。
かくして、デフォルトスプリング16及びリターンスプリング18の予荷重により、モータ23が通電されていないときスロットルバルブ2がデフォルト位置を維持するよう構成されている。
本実施例はガソリンエンジンの絞り弁制御装置に関するため、スロットルバルブ2のデフォルト位置、つまりモータ23の電源が切断されているときにスロットルバルブ2が初期位置として与えられている開度位置は全閉位置から約30%開いた中間開度である。
モータ23の回転軸に取付けられた出力ギア25とスロットルシャフト3に固定されたスロットルギア13との間にはスロットルボディ6の側面に設けた穴6Aに一端が圧入固定された金属材製のギアシャフト22(支持軸)に回転可能に支持された中間ギア21が噛み合っている。中間ギア21は出力ギア25と噛み合う大径ギア21Aとスロットルギア13と噛み合う小径ギア21Bとから構成されている。両ギアは樹脂成形により一体に成型される。中間ギア21の小径ギア21Bの端部に開口する開口部22Bから大径ギア21A側に向けて有底22Cの支持軸挿通穴22Aが形成されている。中間ギア21はこの支持軸挿通穴22Aにギアシャフト22(支持軸)を遊嵌することで回転可能に支持される。これらギア25,21A,21B,13は2段の減速歯車機構を構成している。
かくして、モータ23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27によって覆われている。ギアカバー27の開口端側周縁にはシール部材32を挿入する溝が形成されており、シール部材32がこの溝に装着された状態で、ギアカバー27をスロットルボディ6に被せると、シール部材32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の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27をスロットルボディ6に6個のクリップ33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27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について以下具体的に説明する。
中間ギア21のギアカバー27側の端面には直径の大きいギア部21Aの中央部に膨出部21Dが形成されており、膨出部21Dの端部には平面部21Fが設けられている。
この平面部21Fに励起導体20が一体成形若しくは接着により取り付けられる。
したがって、モータ23が回転してスロットルバルブ2が回転すると、スロットルギア13の回転に伴って中間ギア21が回転し、中間ギア21の回転に伴い励起導体20も一体に回転する。
ギアカバー27にはスロットルセンサの励磁導体29と信号検出導体30が励起導体20に対面する位置に固定されている。
従来技術では、励起導体20がスロットルシャフト3のギアカバー27側端部に電気的に接合を伴って構造をとっている場合、ギアカバー27のコネクタ端子に静電気が加わった場合、励起導体20と対面するギアカバー27に固定された励磁導体29と励起導体20の間または信号検出導体30と励起導体20の間で放電が起こり、スロットルセンサのマイクロコンピュータが破壊される虞があるが、本実施例では励起導体20を樹脂成形された中間ギア21の平面部21F上に配置することにより、上記課題を克服できる。
また、中間ギア21の膨出部21Dに励起導体20をインサート成形により一体成形した場合には、従来技術で必要であった導電体の組付け工程を省略することができ、安価な電子制御スロットルボディを提供することができる。
図9は中間ギア組み込み部の拡大断面図である。ギアカバー27の固定基板28搭載面には円柱状突起27Aがあり、固定基板28の励磁導体29の中央にある孔28Aから突出している。中間ギア21の高さ9−1、スロットルボディ6の中間ギア21の上面に形成した平面部21Fとギアカバー27の突起部27A間の距離9−2及び、固定基板28表面からのギアカバー27A突起部の突出し量9−3を適切に設定することにより、中間ギア21及び励起導体20と固定基板28との間のギャップを目標の範囲に制限し、同時に中間ギア21及び励起導体20と、固定基板28が接触しないように中間ギア21の移動を制限することができる。
図7にはギア収納室の平面図が示されている。ギアカバー27が固定されるフレーム6Fによってギア収納室28は区画されている。フレーム6Fの内側にはギアカバー27をクリップ止めするための取り付け部が6箇所見える。6P1−6P3はギアカバー27の位置決め用の壁で、この3箇所の壁にギアカバー27の位置決め突起が係止することで励磁導体29および信号検出導体30が回転側の励起導体20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に固定したスロットルバルブ2の回転方向の可動範囲が決定される。
これらストッパの位置における信号検出導体(図2の符号29で示されたものに対応する)の出力が全閉,全開値を示す。23Bはモータブラケットを、23Fはモータブラケット23Bのフランジ部を示す。
図10は、励起導体20を中間ギア21の内部に一体成形したものである。
励起導体20の周囲を全て絶縁体である中間ギア21の樹脂部で覆うことにより、実施例1よりもさらに励磁導体29と励起導体20の間または信号検出導体30と励起導体20の間で放電を防止する効果が高くなる。
以上に記載した実施例によれば以下の課題を解決できる。
金属製のスロットルシャフト及び、スロットルシャフトに直接接続された金属製スロットルセンサロータを備えた車載エンジン用の電子制御スロットル装置において、スロットルセンサロータと微小な空間を隔てて設けられたスロットルセンサ用回路基板のスロットルセンサ回路に接続されたターミナルに静電気を与えた際、静電気がスロットルセンサ用回路基板のスロットルセンサ回路とスロットルセンサロータ間の微小な空間を介し、スロットルセンサロータ,スロットルシャフト側に放電することにより電流が生じ、スロットルセンサ回路が破損してしまう。
実施例における課題を解決するための特徴は、スロットルセンサロータ搭載位置を樹脂製の中間ギア上に設けることで、金属製スロットルセンサロータを樹脂にて金属製部品と絶縁する、ことである。
このように構成した実施例では、スロットルセンサロータを樹脂材製の中間ギア上に設けることで、スロットルセンサ基板回路から金属製スロットルセンサロータを介しスロットルセンサロータが接触している他の部品への放電を防ぐことができ、電流発生により生じるスロットルセンサ基板回路の破損を防ぐことができる。
さらには、回転軸の端部にインダクタンス式の非接触式回転角度検出装置を回転軸と一体に回転するように配置することが不要となり構造が簡素化された絞り弁制御装置が得られる。
実施例は、ガソリンエンジン車用モータ駆動式の絞り弁制御装置(モータ駆動式の絞り弁制御装置)にインダクタンス式の非接触型回転角度検出装置を搭載したものについて説明したが、ディーゼルエンジン車用のモータ駆動式の絞り弁制御装置にも適用できる。
さらに、回転角度検出センサとして、例えば、アクセルの回転角度を検出するセンサにも適用できる。
ターボチャージャの可動翼制御用アクチュエータの回転角度検出装置にも適用できる。
自動変速機のギアシフトアクチュエータの回転角度検出装置にも適用できる。
2駆,4駆切り替えアクチュエータの回転角度検出装置にも適用できる。
1 ボア
2 スロットルバルブ
3 スロットルシャフト
4,5,24 ねじ
6 スロットルボディ
7,8 軸受ボス部
9,10 ニードルベアリング
11 キャップ
12 スラストリテーナ
13 スロットルギア
14 金属プレート
15 樹脂材製ギア部
16 デフォルトスプリング
17 デフォルトレバー
18 リターンスプリング
19 ナット
20 励起導体
21 中間ギア
22 ギアシャフト
23 モータ
25 出力ギア
26 ウェーブワッシャ
27 ギアカバー
28 固定基板
29 励磁導体
30 信号検出導体
31 ギア収納室
32 シール部材
33 クリップ

Claims (7)

  1. 駆動モータの軸に固定された出力ギアの回転を減速して被回転検出体の回転軸に固定された終段ギアに前記モータの回転トルクを伝達する中間ギア、
    前記出力ギア,前記終段ギアおよび前記中間ギアを覆うケース部材を有するモータアクチュエータの回転を検出する回転検出装置であって、
    前記ケース部材に取付けられたセンサ用回路基板、
    前記センサ用回路基板上に環状に配設されると共に、電流の印加によって磁界を発生する励磁導体部、
    前記励磁導体部と間隔を保って非接触状態に配置されると共に、電磁作用によって前記被回転検出体の回転位置に応じた電流を発生する励起導体部、
    前記センサ用回路基板上に配設されると共に、前記励起導体部に流れる電流に応じた電流が発生する受信導体部を備えた回転検出装置において、
    前記中間ギアは樹脂成形されており、
    前記励起導体部は前記中間ギアに配置され
    前記中間ギアは直径の大きいギア部と直径の小さいギア部を供えた樹脂成形ギアで構成され、前記直径の大きいギア部が前記カバーに対面して位置しており、
    前記中間ギアは前記直径の大きいギア部の中央部に膨出部を備え、当該膨出部の先端が平面部で形成されており、当該平面部に前記励起導体部が取付けられている回転角度検出装置。
  2. 請求項1に記載のものにおいて、
    前記励起導体部が前記中間ギアの樹脂部に一体に樹脂成形された回転角度検出装置。
  3. 請求項1に記載のものにおいて、
    前記中間ギアの回転を支える支持軸を取付けるために前記中間ギアに形成された支持軸挿通穴は前記励起導体部が取付けられる面の反対側の面に開口部を持つ有底の孔で構成され、前記支持軸は前記支持軸挿通穴に遊嵌されている回転角度検出装置。
  4. 駆動モータの回転を減速して絞り弁の回転軸に伝達する中間ギア、
    前記駆動モータ,前記絞り弁の回転軸および前記中間ギアを覆うケース部材、
    前記ケース部材に取付けられたセンサ用回路基板、
    前記センサ用回路基板上に環状に配設されると共に、電流の印加によって磁界を発生する励磁導体部、
    前記励磁導体部と間隔を保って非接触状態に配置されると共に、電磁作用によって前記絞り弁の回転位置に応じた電流を発生する励起導体部、
    前記センサ用回路基板上に配設されると共に、前記励起導体部に流れる電流に応じた電流が発生する受信導体部を有するモータ駆動式の絞り弁制御装置においても、
    前記中間ギアは樹脂成形されており、
    前記励起導体部は前記中間ギアに配置され
    前記中間ギアの樹脂部が前記励起導体部と前記センサ用回路基板との間に放電経路が形成されることから保護する放電経路遮断部材として機能しているモータ駆動式の絞り弁制御装置。
  5. 請求項に記載のものにおいて、
    前記中間ギアの回転を支える支持軸を取付けるために前記中間ギアに形成された支持軸挿通穴は前記励起導体部が取付けられる面の反対側の面に開口部を持つ有底の孔で構成され、前記支持軸は前記支持軸挿通穴に遊嵌されている
    モータ駆動式の絞り弁制御装置。
  6. 駆動モータの回転を減速して絞り弁の回転軸に伝達する中間ギア、
    前記駆動モータ,前記絞り弁の回転軸および前記中間ギアを覆うケース部材、
    前記ケース部材に取付けられたセンサ用回路基板、
    前記センサ用回路基板上に環状に配設されると共に、電流の印加によって磁界を発生する励磁導体部、
    前記励磁導体部と間隔を保って非接触状態に配置されると共に、電磁作用によって前記絞り弁の回転位置に応じた電流を発生する励起導体部、
    前記センサ用回路基板上に配設されると共に、前記励起導体部に流れる電流に応じた電流が発生する受信導体部を有するモータ駆動式の絞り弁制御装置においても、
    前記中間ギアは樹脂成形されており、
    前記励起導体部は前記中間ギアに配置され、
    前記中間ギアは直径の大きいギア部と直径の小さいギア部を供えた樹脂成形ギアで構成され、前記直径の大きいギア部が前記カバーに対面して位置しており、
    前記中間ギアは前記直径の大きいギア部の中央部に膨出部を備え、当該膨出部の先端が平面部で形成されており、当該平面部に前記励起導体部が取付けられているモータ駆動式の絞り弁制御装置。
  7. 請求項に記載のものにおいて、
    前記中間ギアの回転を支える支持軸を取付けるために前記中間ギアに形成された支持軸挿通穴は前記励起導体部が取付けられる前記平面部とは反対側の面に前記支持軸を挿通す
    る開口部を持ち、前記平面部に達しない有底の穴であるモータ駆動式の絞り弁制御装置。
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