(57)【要約】【課題】本発明の第１の目的は電機子への電流の切り換えが頻繁ではなく、且つ、高精度のモータ回転角度検出器が必要とならない内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することにある。【解決手段】固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段を有するように構成した。【選択図】　図１
2004003498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、前記固定子巻線に供給する電流を制御する電流制御手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段を有したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項２】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、前記固定子巻線に供給する電流を制御する電流制御手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の回転はギヤを介して前記スロットルバルブに伝えられるように構成したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記回転子と、前記減速手段及び前記スロットルバルブをほぼ１つの軸線上に乗るように配置したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１において、前記スロットルバルブを閉じ方向に付勢するリターンスプリングを有し、さらに、前記リターンスプリングとして渦巻状のバネを用いたことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項５】
軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子巻線が巻相される固定子鉄心を軸方向に連続な金属で構成したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５において、前記固定子鉄心は圧粉鉄心で構成したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６において、前記固定子鉄心の軸方向の長さを前記磁石回転子の軸方向の長さとほぼ同じにしたことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項８】
軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子鉄心の巻線部の軸方向長さを対向する部分の前記磁石回転子の軸方向長さよりも、短くしたことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項９】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、前記固定子巻線に供給する電流を制御する電流制御手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記スロットルバルブを制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記回転子の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段を有したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１０】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記スロットルバルブを制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線の発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記逆起電圧検出器の出力に基づいて前記スロットルバルブを制御するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記回転子の回転状態を検出する第２の回転状態検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは、前記逆起電圧検出器又は前記第２の回転状態検出器の出力の一方の出力に基づいて前記スロットルバルブを制御するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記スロットル制御ユニットは、前記回転子が高速回転で回転しているときには、前記逆電圧検出器の出力に基づいて前記スロットルバルブを制御するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１３】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記固定子巻線に電流を供給するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線に電流を供給する時点を示す電流切り換え検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記電流切り換え検出器の出力があると前記固定子巻線に電流を供給するように構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記スロットル制御ユニットはマイクロコンピュータを含み、前記電流切り換え検出器の出力があると前記マイクロコンピュータに割込みがかかるように構成したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１５】
回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段と、前記スロットルバルブが全閉状態から開き始めるのを検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信号の発生に応じて前記の駆動手段の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段の出力に基づいて異常を検出する第１の異常検出手段を有したことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項１６】
回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記駆動手段により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転角度を検出する第３の検出手段と、前記スロットルバルブの開度を検出する第４の検出手段と、前記第３の検出手段の出力と前記第４の検出手段の出力を比較して異常を検出する第２の異常検出手段を有したことを特徴とする内燃機関の吸入蒸気量制御装置。
【請求項１７】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の極数をＰとし、前記固定子への通電モードの繰返し数をＫとしたときに、Ｋ＜Ｐ＊３が成り立つように構成したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項１８】
固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記スロットルバルブの回転角度よりも前記回転子の回転角度が大きくなるように構成したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項１９】
複数の磁極で構成される回転子と、前記回転子と同数の磁極で構成される固定子と、前記固定子の固定子巻線に供給する電流を制御する制御装置と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段を有したことを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１９において、前記磁極数は４以下であることを特徴とする内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入通路内に配されるスロットルバルブを回転するスロットルアクチュエータ、及び、内燃機関に供給する吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路内にはスロットルバルブが配されている。従来から、このスロットルバルブはアクセルペダルとワイアで機械的に接続されていた。ところが、近年、トラクションコントロールやオートクルーズなどの制御、及び、排気ガス浄化や燃費向上のために、モータ等によりスロットルバルブを制御する試みがなされてきた。このような例として、特開昭６２−９１６４０　号公報に知られるように、直流機にギヤを介してスロットルバルブを接続し、直流機に印加する電圧を操作することによってスロットルバルブを制御する技術がある。
【０００３】
直流機はブラシ整流子を介して電機子巻線に電流を供給して永久磁石界磁との間で回転力を発生するようになっている。このように回転子にブラシを押圧するようになっているので、直流機の正転方向と逆転方向ではヒステリシス摩擦が発生してしまい、スロットルバルブの位置制御が困難であった。また、電機子に押圧力がかかっていたので、この力に打ち勝つ力を発生しなければ直流機が回転し始めず反応の特性が悪かった。
【０００４】
そこで、ブラシを用いずに回転子を回転するブラシレスモータ（交流機）を用いてスロットルバルブを開閉することが考え付かれた。このような技術は特開平１−３１５６４１　号公報などに記載されている。この公報に記載されたものでは、ブラシレスモータの回転子にスロットルバルブが直接に固定されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−９１６４０号公報
【特許文献２】
特開平１−３１５６４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平１−３１５６４１号公報に記載された技術では、ブラシレスモータの回転子にスロットルバルブが直接に固定されているので、モータの発生する力を大きくするためには、極数を多くしなければならない。ブラシレスモータの極数を多くすると、回転子の回転に伴う固定巻線に供給する電流の切り換えを、細かい角度でせざるを得なく、特にモータの回転が高速になったときに顕著になるが、電流の切り換えの制御が充分に追従できないという問題があった。また、電流を切り換える回転子の角度が小さくなってしまうので、高精度のモータ回転角度検出器が必要であった。
【０００７】
本発明の第１の目的は巻線子への電流の切り換えの角度が小さくなく、且つ、高精度のモータ回転角度検出器が必要とならない内燃機関のスロットルアクチュエータ及び内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。
【０００８】
さらに、一般に、従来のブラシレスモータの固定子巻線が巻相される固定子鉄心には、鉄損を小さくするために、打ち抜いた珪素鋼板を積層して用いていた。しかしながら、積層しているために、軸方向に空気が入り込み磁気抵抗を形成する。そのために、ブラシレスモータの出力が低下し、応答性が低下するという問題点があった。
【０００９】
第２の目的はブラシレスモータの出力の低下をなくし充分な応答性を持った内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することにある。
【００１０】
また、一般に、従来のブラシレスモータでは、固定子の固定子鉄心と磁石回転子の磁石とは軸線方向に同じ距離となるように形成されていた。固定子鉄心の周囲には巻線が巻かれているが、巻線を巻回すと、この巻線の軸方向の距離は磁石の軸方向の距離より長くなる。そうすると、固定子巻線の発生する磁束が有効に使われなくなり、ブラシレスモータの出力が低下し力が出なくなり、応答性が低下するという問題点があった。
【００１１】
第３の目的は、第２の目的と同様に、ブラシレスモータの出力の低下をなくし充分な応答性を持った内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することにある。
【００１２】
また、上記の特開平１−３１５６４１　号公報に記載の技術では、回転子の出力軸に４極の磁石を固定し、この磁石を検出素子で検出し、この検出素子の出力に基づいて固定子に供給する電流を切り換えるようにしている。しかしながら、ブラシレスモータが高速で回転するときに正確に固定子に供給する電圧を切り換えるようにするためには、磁石の工作精度を上げ、また、磁石と回転子を正確にあわせなくてはならない。
【００１３】
第４の目的は、ブラシレスモータの固定子に供給する電流の切り換えのための信号が比較的容易に得られる吸入空気量制御装置を提供することにある。
【００１４】
また、上記の特開平１−３１５６４１　号公報に記載の技術では、検出素子の検出信号を論理演算することによって、ブラシレスモータの固定子に供給する電流の切り換えを行っていた。このように、検出素子の出力を論理演算等することによってブラシレスモータに供給する電流を切り換えていたので、少なくとも、論理演算をする装置が必要となり、複雑で、高価になっていた。
【００１５】
第５の目的は、ブラシレスモータに供給する電流の切り換えをするのに簡単で、廉価な吸入空気量制御装置を提供することにある。
【００１６】
さらに、上記の従来技術では、故障の検出について充分に配慮されていなかった。
【００１７】
第６の目的は故障の検出が可能な内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の目的を達成するために、第１の発明では、固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記回転子の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段を有するように構成した。
【００１９】
第２の目的を達成するために、第２の発明では、軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子巻線が巻相される固定子鉄心を軸方向に連続な金属で構成した。
【００２０】
第３の目的を達成するために、第３の発明では、軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子鉄心の巻線部の軸方向長さを対向する部分の前記磁石回転子の軸方向長さよりも短くするように構成した。
【００２１】
第４の目的を達成するために、第４の発明では、固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記スロットルバルブを制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線の発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記逆起電圧検出器の出力に基づいて前記スロットルバルブを制御するように構成した。
【００２２】
第５の目的を達成するために、第５の発明では、固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記固定子巻線に電流を供給するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線に電流を供給する時点を示す電流切り換え検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記電流切り換え検出器の出力があると前記固定子巻線に電流を供給するように構成した。
【００２３】
第６の目的を達成するために、第６の発明では、回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段と、前記スロットルバルブが全閉状態から開き始めるのを検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信号の発生に応じて前記の駆動手段の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段の出力に基づいて異常を検出する第１の異常検出手段を有するように構成した。
【００２４】
さらに、第６の目的は、第７の発明のように、回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記駆動手段により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転角度を検出する第３の検出手段と、前記スロットルバルブの開度を検出する第４の検出手段と、前記第４の検出手段の出力と前記第４の検出手段の出力を比較して異常を検出する第２の異常検出手段を有するように構成することによっても達成できる。
【００２５】
第１の構成によれば、回転子の回転は減速手段を介してスロットルバルブの回転力として伝えられる。そのために、磁極数を増加させなくても充分な力を発生させることができ、電流の切り換えの制御が充分に追従できるようになる。また、電流を切り換える回転子の角度を小さくしなくてもよく、高精度のモータ回転角度検出器が必要でなくなることが可能となる。
【００２６】
第２の構成によれば、固定子巻線の固定子鉄心を連続体の鉄で構成したので、軸方向の空隙を生じないように固定子鉄心を構成することができ、そのために、固定子巻線で発生する磁束を有効に使うことができ、目標となる開度まで速やかにスロットルバルブを移動する。
【００２７】
第３の構成によれば、固定子鉄心の巻線部の軸方向長さを対向する部分の磁石回転子の軸方向長さよりも短くしたので、固定子鉄心に巻回した巻線の軸方向の長さと回転子の磁石との軸方向の長さをほぼ同じにすることができ、巻線で発生する磁束を有効に使うことができ、目標となる開度まで速やかにスロットルバルブを移動することが可能となる。
【００２８】
第４の構成によれば、スロットル制御ユニットは逆起電圧検出器の出力に基づいてスロットルバルブを制御する。そのために、複雑な検出装置を備えることなくブラシレスモータの固定子に供給する電流を切り換えることが可能になる。
【００２９】
第５の構成によれば、電流切り換え検出器の信号をそのままブラシレスモータの固定子に供給する電圧の切り換え信号として用いることができる。このように、検出器の信号をそのまま制御信号として用いることができるので、簡単で安価な吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００３０】
第６の構成によれば、スロットルバルブが全閉状態から開き始めたときの、駆動手段の回転角度によって、異常の検出ができる。
【００３１】
第７の構成によれば、駆動手段の回転角度とスロットルバルブの開度を比較することによって異常の検出が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。まず、本実施例のシステム構成図を図２に示す。エアクリーナ１０を介して吸入された吸入空気は、スロットルチャンバ６内に設けられたスロットルバルブ４に制御され、吸気通路２を通ってエンジン１のシリンダに導びかれる。一方、噴射弁１６から供給された燃料は、吸入空気と混合され、混合気となって、エンジン１のシリンダに導びかれる。混合気は圧縮及び爆発行程を経た後に排気通路３から外部に放出される。
【００３３】
アクセル９の踏み込み量ＡＣＣはアクセルセンサ８により、エンジン１の水温ＴＭは水温センサ１２により、クランク軸１８の回転角度ＮＰはクランク角センサ１３により、スロットルバルブ４の回転角度ＰＦはスロットル開度センサ１７により、前車輪の回転速度ＶＦ及び後車輪の回転速度ＶＲは、車輪速センサ１９，２０により検出され、それぞれの検出信号は制御ユニット１４に入力される。
【００３４】
エンジン制御ユニット１４は、各センサからの信号を演算処理して吸入空気量を演算する。さらにエンジン制御ユニット１４は、この演算結果に基づいてスロットルアクチュエータ５を駆動して吸入空気を制御する。また、実際にエンジンに供給される吸入空気量ＱＡを吸入空気量センサ７により検出し、この信号はエンジン制御ユニット１４に入力される。エンジン制御ユニット１４はこの吸入空気量センサ７の出力信号に基づいて燃料供給量Ｔｉを演算し、噴射弁１６を駆動して燃料供給を制御する。
【００３５】
なお、詳細は後述するが、本実施例では、スロットルアクチュエータ５のモータとしてブラシレスモータを用い、このモータの固定子巻線（３相）に電流を供給することによってスロットルバルブ４を開閉している。
【００３６】
エンジン制御ユニット１４の詳細を図３に示す。エンジン制御ユニット１４は燃料制御ユニット２１及びスロットル制御ユニット２２により構成される。燃料制御ユニット２１は各センサの出力に基づいて燃料供給量Ｔｉ及びスロットル開度指定ＰＳを演算し出力する。一方、スロットル制御ユニット２２はスロットル開度指令ＰＳ，ブラシレスモータの磁極位置ＭＰ及びブラシレスモータの電流値Ｉに基づいて、ブラシレスモータに与える電流のデューティＰＷＭとブラシレスモータの回転子の各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃを演算し、スロットルアクチュエータ５を駆動する。
【００３７】
スロットルアクチュエータ５及びスロットル制御ユニット２２の詳細を図１に示す。ブラシレスモータ２５（３相）は固定子２３及び磁石回転子２４より構成される。磁石回転子２４の中心軸には減速歯車２６が接続される。これによって、磁石回転子２４の回転力はスロットルバルブ４に伝えられる。また、磁石回転子２４の回転は磁極位置検出器２７によって検出される。スロットルバルブ４はリターンスプリング２９によって閉方向に付勢される。電源３１の電圧はドライバ３０によって制御され固定子２５に供給される。また、この電流Ｉは電流検出器３２によって検出される。
【００３８】
スロットル制御ユニット２２は、Ａ／Ｄ変換器３３，３５と波形整形器３４より成る入力部と、ワンチップマイクロコンピュータ３８より構成される。ワンチップマイクロコンピュータ３８は機能的に磁極検出手段３６及びスロットル開度制御手段３７の２つの機能を有している。電流検出器３２の出力ＩはＡ／Ｄ変換器３５を介して、スロットル開度センサ２８の出力ＰＦはＡ／Ｄ変換器３３を介して、スロットル開度制御手段３７に入力される。スロットル開度制御手段３７はスロットル開度指令ＰＳ（燃料制御ユニット２１より出力），スロットル開度ＰＦ及びモータ電流値Ｉに基づいてＰＷＭを演算してドライバ３０に出力する。また、磁極位置検出器２７の出力は波形整形回路３４により波形整形され磁極位置検出手段３６に入力される。磁極位置検出手段３６はこの信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）に基づいて、固定子２３の各相切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃをドライバ３０に出力する。
【００３９】
ブラシレスモータ２５は、ギヤ比が８で４極のものを用いる。つまり、２回転でほぼ９０度のバルブ開度となる。ここでは１２０度通電方式の永久磁石ブラシレスモータを使用する。ドライバ３０の各アームの上下への通電のパターンは固定子２３と磁石回転子２４の位置関係から割り振られる。各アームへの通電モードは電気角１サイクルの繰返しとなる。なお、ブラシレスモータ２５を４極とすると８極以上のものと比べて周波数が小さくなるので鉄損が減少し、巻線数が小さくなり、また着磁がやりやすくなるので磁束量が大きくなり、サーボに用いたときのイナーシャが小さくなる。なお、２極であればさらに性能が向上する。
【００４０】
ここで、ブラシレスモータ２５の駆動力を増大させるためにギヤ２６が使用されている。これは、特に、スロットルバルブの制御は位置制御であるため、常時ブラシレスモータ２５に電流を通電させてスロットルバルブ４の開度を制御する必要がある、また、故障時の復帰を早めるためにリターンスプリング２９の力を強めなければならないため、ブラシレスモータ２５のギヤ直結方式ではトルクが小さくモータ体格が大きくなり、消費電力が多くなる。このような問題があるからである。
【００４１】
スロットルアクチュエータ５の詳細を図４に示す。空気をエンジンに導く吸入通路２の中を、ベアリング４１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スロットルバルブ４と、スロットルバルブ４を閉方向に常に戻ろうとする力を発生させるリターンスプリング２９とスロットルバルブ４の開度を示すスロットル開度センサ２８と、変換機であるギヤ
２６を介してスロットルバルブ４を開閉する力を発生するブラシレスモータ２５とで構成されている。ここで、ブラシレスモータ２５は永久磁石型の３相ブラシレスモータを用いる。ブラシレスモータ２５は固定子巻線４２を巻き回した固定子鉄心３９からなる固定子２３と、永久磁石からなる磁石回転子２４とで構成される。このブラシレスモータ２５は磁極位置検出器２７の出力信号によって３相の固定子巻線４２への電流を変化させるものである。また、この磁石回転子２４はギヤ４に連結され、またベアリング４０を介して支承されている。
【００４２】
ブラシレスモータ２５の固定子２３及び回転子２４の詳細を図５に示す。ブラシレスモータ２５は主として圧粉鉄心で製作された固定子鉄心３９に巻回された固定子巻線４２とからなる固定子２３と、永久磁石とからなる回転子２４（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）とで構成される。ここで、固定子鉄心３９の巻線部の軸方向長さは、これと対向する永久磁石側（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。
【００４３】
ブラシレスモータの固定子鉄心３９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４２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。
【００４４】
磁極位置検出器２７の詳細を図６に示す。磁極位置検出器２７は位置検出用回転子５０及びホール素子５１〜５３より成る。位置検出用回転子５０は４極の磁石（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）で構成され磁石回転子２４と一体となって回転される。位置検出用回転子５０の周囲には１２０度（機械角）毎にホール素子５１〜５３が配される。ホール素子５１〜５３は位置検出用回転子５０の回転位置を検出し、それぞれ図７に示すようなＡ相，Ｂ相及びＣ相の出力をする。さらに、ホール素子５１〜５３の出力は波形整形回路３４で図７に示すようなパルス状の信号に整形される。
【００４５】
ドライバ３０の詳細を図８に示す。スロットル制御ユニット２２は前述したようにアナログ入力ポートＡＮ０からＡＮ２にそれぞれ信号ＰＦ，ＰＳ，Ｉを入力しＰＷＭ信号を発生し、また、磁極位置検出器２７の出力Ａ，Ｂ，Ｃを受けて各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号を発生する。スロットル制御ユニット２２の各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号はそれぞれ、インバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃに入力される。このインバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃの出力はアンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの一方に入力される。アンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの他方にはＰとＭ信号が入力される。アンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの出力は抵抗５７ａ，５７ｂ，５７ｃを介してドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃのベースに入力される。ドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃのエミッタはＦＥＴ（上アーム）６１ａ，６１ｂ，６１ｃに入力される。インバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃの出力はナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの一方に入力される。ナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの他方はスロットル制御ユニット　２２の出力する各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号が入力される。ナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力は抵抗６３ａ，６３ｂ，６３ｃを介してドライブトランジスタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃのベースに入力される。ドライブトランジスタ　６０ａ，６０ｂ，６０ｃのエミッタはＦＥＴ（下アーム）６２ａ，６２ｂ，６２ｃに入力される。なお、図７に磁極位置検出器２７の出力信号（波形整形回路３４）と、ＦＥＴ（上アーム）６１ａ，６１ｂ，６１ｃとＦＥＴ（下アーム）６２ａ，６２ｂ，６２ｃのスイッチング状態が示されている。この図において、各Ａ，Ｂ，Ｃと表現されているものは各相のＦＥＴのスイッチングがオン状態であることを示している。また、表現されていない場合は、各相のＦＥＴのスイッチング状態がオフであることを示している。例を挙げて説明すると、図７中の（イ）のように磁極位置検出器２７が出力しているときには、ＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ（上アーム）中で６１ｃ（Ｃ相）のみがオン状態であり、他のＦＥＴ（上アーム）６１ａ（Ａ相），６１ｂ（Ｂ相）はオフ状態になっている。また、ＦＥＴ（下アーム）６２ａ〜６２ｃの中で、６２ｂ（Ｂ相）のみがオン状態であり、他のＦＥＴ（下アーム）６２ａ（Ａ相），６２ｃ（Ｃ相）はオフ状態となっている。
【００４６】
このようにドライバ３０は、まず、磁極位置検出信号にかわるＡＢＣ信号からＡＮＤ，ＮＡＮＤ，ＩＮＶロジックによってＦＥＴの上アームおよび下アームを制御する信号を作る。この場合上アームの信号にはワンチップマイクロコンピュータ１４で計算されたＰＷＭ信号が重畳される。さらにこの信号がそれぞれＦＥＴ（上アーム）のドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃと、ＦＥＴ（下アーム）のドライブトランジスタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃとを介してそれぞれを制御する構成である。
【００４７】
次に、スロットル制御ユニット２２の演算動作について図９から図１１のフローチャート図を用いて説明する。まず、ＰＷＭデューティの演算動作を図９に示す。まずステップ９０１で電流検出器３２の検出した電流値Ｉが所定値ＩＣより大きいか判断する。電流値Ｉが所定値Ｉより大きければ過電流がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃに流れているのでステップ９０７に進み前回のＰＷＭデューティから所定量Ｌ（かなり大きい）を減算しこのフローを終了する。ステップ９０１で過電流が検出されなければステップ９０２で燃料制御ユニット２１からのスロットル関係指令ＰＳを取り込み、さらに、ステップ９０３でスロットル開度センサ２８の検出値ＰＦを取り込む。ステップ９０４で偏差ＰＥを求め、ステップ９０５でＰＷＭデューティを演算する。ステップ９０６では、この演算値をレジスタにセットし出力する。ここでは比例制御の例で示したが、必要に応じてＰＩＤ制御が採用される。またマイナーループに速度制御を入れても良い。ここで、Ｋは制御の比例定数である。ＰＷＭ信号の周波数は、モータの騒音や、トランジスタのスイッチング損失等を考えて決定する。
【００４８】
次に、磁極位置検出器１４の出力に基づくスロットル開度の演算とこれによる故障診断を図１０に示す。まずステップ１００１で磁極位置検出器２７の出力を波形整形して得られたパルスＡ，Ｂ，Ｃ（３相）を取り込む。ステップ１００２でこのＡ，Ｂ，Ｃのいずれかの信号に変化があったか判断する。変化がなければステップ１００６までジャンプする。一方、ステップ１００でＡ，Ｂ，Ｃの信号のいずれかに変化すれば、ステップ１００３で正転か逆転か判断し、正転であればステップ１００４でＣカウンタを１だけインクリメントし、また、逆転であればステップ１００５で１だけデクリメントしてステップ１００６に進む。ステップ１００６ではＣカウンタ値に基づいてスロットル開度の推論値ＴＨＥＴＡを求める。ステップ１００７で実際のスロットル開度ＰＦを取り込だらステップ１００８でスロットル開度ＰＦが零か判断する。零であれば故障診断をしないものとする。ステップ１００９で実際のスロットル開度ＰＦが零でなければ、実際のスロットル開度ＰＦと推論値ＴＨＥＴＡに基づいて故障診断をする。すなわち、実際のスロットル開度ＰＦと推論値ＴＨＥＴＡが所定（Ｃ）以上に離れていれば故障と判断しステップ１０１０で故障を示すフラグＮＧＦＬＡＧを１とする。また、ステップ１００９で故障が認められなければステップ１０１１に進む。最後に、磁極位置検出器２７による検出パルスをそのまま各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃとしてドライバ３０に出力する。
【００４９】
次に、スロットル開度が零であるときの故障診断を図１１に示す。まず、ステップ１１０１でスロットルバルブ４がブラシレスモータ２５により負荷がかけているか（スロットルバルブ４がリターンスプリング２９によって充分に付勢されているか）判断する。１１０１で実際のスロットル開度が零か判断し、さらに　ＰＷＭデューティが零か判断する。一方でも条件がととなわなければそのままステップ１１０４に進む。両方の条件がととのったときにはステップ１１０３で故障診断力を示すフラグＣＦＬＡＧを１とする。ステップ１１０４でＣＦＬＡＧが１か判断する。ＣＦＬＡＧが１でなければそのままフローを終了する。
【００５０】
ここで、図１１のフローチャートに示す故障診断の方法を簡単に説明する。スロットルバルブの開度が零のブラシレスモータ２５の回転による進み角の移動範囲はギヤ２６のガタによってブラシレスモータ２５が移動できる範囲である。このようすを図１２に示す。つまり、上記以外ではリターンスプリング２９の力によってブラシレスモータ２５は閉方向の力を受け、ガタは無いが、ギヤ２６のガタの移動角の範囲では、スロットルバルブ４は、設けられたストッパ（図示せず）に当たり、リターンスプリング２９の力は全てストッパで受けてくれるために、ブラシレスモータ２５はギヤ２６のガタの分だけ移動可能となる。特に、ギヤ比が大きい場合には、この距離が大きくなる。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ブラシレスモータ２５に与える。これによって、ブラシレスモータ２５は移動し、それにともなって図７に示したように電気角６０度毎に生じる上アーム，下アームの切り換え信号が発生する。その数をカウントし、所定数量に達した場合には、ブラシレスモータ２５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３０、あるいは磁極位置検出器２７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。
【００５１】
ステップ１１０５でＣＦＬＡＧが１かどうか判断する。ＣＦＬＡＧが１でなければこのフローを終了する。ステップ１１０５でＣＦＬＡＧが１であればステップ１１０５で前回の実際のスロットル開度ＰＦが零であったか判断する。零でなければこのフローを終了する。ステップ１１０５で前回の実際のスロットル開度ＰＦが零でなければステップ１１０６で今回の実際のスロットル開度ＰＦが零より大きいか判断する。零より大きくなければこのフローを終了する。ステップ１１０６で今回の実際のスロットル開度ＰＦが零より大きければステップ１００７でＣカウンタが所定値ＣＮより大きいか判断する。大きければスロットルアクチュエータ５の全体が正常であると判断しステップ１００９でＣＦＬＡＧを再び零に戻してこのフローを終了する。ステップ１００７でＣカウンタがＣＮより大きくなければ故障も判断しステップ１００８でＮＧＦＬＡＧを１にする。ステップ１００９でＣＦＬＡＧを零に戻しこのフローを終了する。
【００５２】
さらに、本実施例の有する効果を説明する。ブラシレスモータ２５が発生するトルクＴｍｏｔｏｒ　は以下の式で表される。
【００５３】
Ｔｍｏｔｏｒ＝Ｔａｃｃ＋Ｔｓｐ＋Ｔｆｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
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、スロットルバルブを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、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直流機を使用するとその不利は大きく、ギヤ比が５以上ではその影響が一層顕著となる。
【００５４】
さらには、固定子鉄心３９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３９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。
【００５５】
また、装置全体の摩擦トルクの低減が重要であるが、スロットルバルブ４を閉じる方向に作用させるリターンスプリング２９として図１で示すように鶴巻状のバネ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。
【００５６】
また、図１，図２で示したようにブラシレスモータ２５と、この出力トルクを増幅し、かつかみあい形式のギヤ２６と、スロットルバルブ４とをほぼ同一直線の上に配置することによっても、スロットルアクチュエータ全体の摩擦トルクを低減することができる。
【００５７】
第２の実施例を図１３から図１５を用いて説明する。第２の実施例では、回転角度に対してリニアな出力をする磁極位置検出器を用いる。第１の実施例ではドライバ３０がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを決めていたが、第２の実施例ではスロットル制御ユニット２２がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。図１３において、スロットル制御ユニット２２のＡ，Ｂ，Ｃ相（上アーム）の出力はそれぞれアンドゲート５５ａ〜５５ｃに入力される。アンドゲート５５ａ〜５５ｃの他端にはＰＷＭ出力が入力される。また、スロットル制御ユニット２２のＡ，Ｂ，Ｃ相（下アーム）の出力は直接にドライバ６０ａ〜６０ｃのベースに加えられる。なお、磁極位置検出器２７の出力はスロットル制御ユニット２２のアナログ入力ポートＡＮ３に入力され、スロットル制御ユニット２２はＡ／Ｄ変換してワンチップマイクロコンピュータに取り込むようになっている。
【００５８】
次に、動作について説明する。第１の実施例の図１０のフローチャートに示す動作に換えて、図１４のフローチャートに示す動作をおこなう。ステップ１４０１でモータ回転角度ＰＭを取り込む。ステップ１４０２でモータ回転角度ＰＭに応じたＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モード（各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃ）を演算する。この場合に図１５に示すようなモータ回転角ＰＭに対すると通電モードを予めＲＯＭに記憶しておき、これを読み出すようにする。
【００５９】
なお、他の部分は第１の実施例と同様なので説明を省略する。
【００６０】
第３の実施例を図１６から図１７を用いて説明する。第３の実施例では、スロットル開度センサ２８の出力ＰＦに基づいてＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。スロットル制御ユニット２２は図１４のフローチャートに示す動作に換えて図１６のフローチャートに示す動作をおこなう。すなわち、ステップ１６０１でスロットル開度センサ２８の出力ＰＦを取り込む。ステップ１６０２で検出値ＲＦに基づいてＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。すなわち、図１７に示すようなスロットル開度ＲＦに対するＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを予めＲＯＭに記憶させておき、このＲＯＭから記憶値を読み出すようにする。ステップ１４０３でＡ，Ｂ，Ｃをドライバ１０に出力する。
【００６１】
なお、他の部分は第２の実施例と同様なので説明を省略する。
【００６２】
次に第４の実施例を説明する。第４の実施例ではブラシレスモータ２５の回転位置を検出するものである。スロットルアクチュエータのバルブを開く速度は０〜９０度で０．１　秒以下の性能が求められる。一方、永久磁石ブラシレスモータとしてトルクアップのためには多極化が有利であり、４極以上の極数が選定しても良い。この場合、速度が０〜４５度までは直線的に増加し、４５〜９０度までは直線的に減少すると仮定すると、最高回転数は約３０００回転にもなることが推定される。この回転数における電気角６０時間間隔は約５００μｓとなり、ソフトで電気角各６０度の切り換えのタイミングを見出すには少なくとも電気角　６０度の中を５以上のサンプリングが必要となる。これを達成するためには高速のマイクロプロセッサを使わねばならないこと、通電モードの検出以外のシステムの処理ができなくなってしまう不便がある。高速回転数になるに従って、電気角６０度の所要時間は短くなっていく。上記の欠点を補う制御方式として高速回転数時にはブラシレスモータの各相巻線への通電の切り換えのタイミングを発生させる機構をモータもしくは開度センサ側に備えることによって可能である。これを割込み信号として制御演算装置に切り換えをおこなえば良い。実施例では、モータの逆起電圧を利用し、電気角６０度の相変わりのタイミングはハードによって検出するようにする。
【００６３】
逆起電圧位置検出器７３の詳細構成を図１８（ａ）に示す。巻線の各相の電圧を一次遅れフィルタ７０を介して比較器７１ａ〜７１ｃの一方に入れ、かつその他方には各相の巻線から抵抗を介して星型接続した中性点を接続する。星型接続した中性点の電位は各相電圧の平均値となり、これと各相巻線電圧と比較することによって電気角６０度の相切り換わり点を見出すことができる。各比較器の出力は図示図１８（ｂ）の（イ），（ロ），（ハ）のように１２０度の位相差の矩形波信号となり、この三つの矩形波信号を立上り立下り検出器７２で合成することによって電気角６０度の信号が図示図１８（ｂ）の（ニ）のように合成できる。この信号をワンチップマイクロコンピュータ３８の割込み信号として使用することによって、電気角６０度の相変わり角で瞬時に通電モードを切り換えることができる。この時の電気角６０度の相変わり角の通電モードのデータは逆起電圧位置検出器のデータを使っても良く、スロットル開度センサ２８からの通電情報を示しても良い。
【００６４】
第４の実施例のスロットル制御ユニット２２の動作を説明する。第４の実施例では第３の実施例の図１６のフローチャートに示される動作の換わりに図１９のフローチャートに示される動作をおこなう。逆起電圧検出器７２の発生するパルスがワンチップマイクロコンピュータ３８のＩＲＱ端子に入力されると、ステップ１９０１で正転か判断し、正転であればステップ１９０２でＤカウンタを１だけ増加されてこのフローを終了する。一方、ステップ１９０１で正転と判断されないとＤカウンタを１だけ減少させてこのフローを終了する。
【００６５】
また別のルーチンにおいて、ステップ１９１０で回転数が所定値ＮＳより大きいか判断する。所定値ＮＳより大きければ、Ｄカウンタに応じて各アームの通電モードを演算する。すなわち、図２０に示されるＤカウンタに対する通電モードが予めＲＯＭに記憶されており、これを読み出すことによって通電モードを求める。ステップ１９１０で回転数が所定値ＮＳより大きくないときには、スロットルセンサ２８の出力ＲＦを取り込む。さらにステップ１９１１で実際のスロットル開度ＲＦに基づいて各アームの通電モードを求める（第３の実施例と同様）。ステップ１９１２で各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃを出力してこのフローを終了する。
【００６６】
次に、第５の実施例を説明する。第５の実施例はブラシレスモータ２５が１５度（機械角）毎にパルスを発生する磁極位置検出器２７を用いたものである。この磁極位置検出器２７の詳細を図２１に示す。全周にわたり１５度毎に２４個の突起を有した回転体２７の回転を検出コイル７６によって検出する。検出コイル７６は図２１（ｂ）のような信号を出力し、波形整形回路７７は波形整形し図
２１（ｃ）のようなパルスを発生する。
【００６７】
第５の実施例では、この波形整形回路７７の出力パルスによりワンチップマイクロコンピュータ３８に割込（ＩＲＱ）み、このパルスをＤカウントし、カウントマップ，カウントダウンすることによってブラシレスモータの回転角度を演算し、これに基づいてＡ，Ｂ，Ｃ各相の信号をドライバ２０に出力する（図１９において、ステップ１９１０，ステップ１９１１，ステップ１９１２を省略したもの）。
【００６８】
次に第６の実施例を図２２を用いて説明する。第６の実施例では永久磁石回転子３２の変わりに可変リラクタンス型の回転子７８を用いた。ここで、回転子７８は磁性材からなる突極形状の例で示す。永久磁石回転子３２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。
【００６９】
なお、他の部分は第１の実施例から第５の実施例と同様なので省略する。
【００７０】
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。このため、モータの出力軸にクラッチを備えてモータがロックして動かなくなったときにクラッチでモータとバルブの連結を解き、別に備えたアクセルワイヤで制御することも可能である。この場合、クラッチを使用したときにはモータの磁極の位置関係と、開度センサの位置関係がずれて成り立たなくなってしまう。そこで、クラッチとして常にモータ側とバルブ側とが一定の位置に復帰するようなクラッチ機構とすることによってクラッチの使用にかかわらず、安定した特性を持つスロットルアクチュエータとすることができる。そのほか、開度センサの動きと、逆起電圧位置検出器の動きから学習して、開度センサの動きと、逆起電圧位置検出器の動きを実時間で、学習し修正することも考えられる。
【００７１】
なお、制御演算装置として、マイクロコンピュータを使用する方式では開度センサのアナログ情報をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル量として取り込む。電気角６０度のデジタルの量は計算されるが、ビット数の少ないＡ／Ｄ変換器を使用する場合には予め、電気角６０度に相当するデジタル量をＡ／Ｄ変換器の最小分解能の整数倍に同期させることによって、少ないビット数でかつ性能を落すこと無く運転することができる。
【００７２】
なお、永久磁石のブラシレスモータで説明したが、可変リラクタンス型のブラシレスモータの場合でも良く、また、ステップモータの位置を検出してクローズドループ運転する形式の場合にも適用可能である。
【００７３】
また、スロットルバルブ開閉装置について説明したが、他のバルブ開閉装置にも適用できる。また、バルブ開閉装置以外のブラシレスモータの制御装置にも適用できる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明では、電機子への電流の切り換え角度が小さくなく、且つ、高精度のモータ回転角度検出器が不必要とすることが可能となる。第２の発明及び第３の発明ではブラシレスモータの出力の低下をなくし、充分な応答性を有し、スロットルバルブを目標のスロットル開度に速やかに移動することが可能となる。第４の発明では複雑な検出装置を備えることなくブラシレスモータの固定子に供給する電流を切り換えることが可能となる。第５の発明では装置全体を簡単で安価とすることが可能となる。第６の発明及び第７の発明では系全体の異常の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットルアクチュエータ及びスロットル制御ユニットを示す図である。
【図２】システム構成図である。
【図３】制御ユニットの詳細を示す図である。
【図４】スロットルアクチュエータの詳細を示す図である。
【図５】ブラシレスモータの詳細を示す図である。
【図６】磁極位置検出器の詳細を示す図である。
【図７】磁極位置値検出器の出力とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図８】ドライバの詳細を示す図である。
【図９】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１０】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１１】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１２】スロットル開度とブラシレスモータの回転角の関係を示す図である。
【図１３】第２の実施例のドライバの詳細を示す図である。
【図１４】第２の実施例のスロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１５】第２の実施例とブラシレスモータの回転角とスイッチング状態を示す図である。
【図１６】第３の実施例のスロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１７】第３の実施例のスロットル開度とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図１８】逆起電圧位置検出器の詳細を示す図である。
【図１９】第４の実施例のスロットル開度とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図２０】第４の実施例のＤカウンタとＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図２１】第５の実施例の磁極位置検出器の詳細を示す図である。
【図２２】第６の実施例の可変リラクタンスの図である。
【符号の説明】
２…吸入通路、４…スロットルバルブ、５…スロットルアクチュエータ、２２…スロットル制御ユニット、２４…磁石回転子、２６…減速機、２７…磁極位置検出器、２８…スロットル開度センサ、４２…固定子巻線、７３…逆起電圧検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月14日(2003.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】３相の固定子巻線と、
前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する４極の永久磁石型回転子と、
前記固定子巻線に供給する電流を制御する上アーム３個のＦＥＴと、下アーム３個のＦＥＴと、
前記永久磁石型回転子の回転を吸入空気を増減するスロットルバルブに伝達する減速ギアと、
前記スロットルバルブが閉方向に戻ろうとする力を発生するリターンスプリングとを備え、
前記上アーム３個のＦＥＴと、下アーム３個のＦＥＴとの通電パターンは、前記固定子と前記永久磁石型回転子の位置関係から割り振られ、当該通電モードは電気角１サイクルの繰り返しとなる
内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、
前記通電パターンは前記スロットルバルブの回転角度を検出するスロットルセンサの出力に基づいて演算される
内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、
前記スロットルバルブは前記リターンスプリングの不勢力と釣り合う位置に駆動される
内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【請求項４】請求項１に記載のものにおいて、
前記固定子巻線への供給電流制御は通電デューティーの制御によって行われ、当該通電デューティーの演算は前記スロットルバルブの開度と目標開度信号とから演算される
内燃機関のスロットルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の吸入通路内に配されるスロットルバルブを回転するスロットルアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路内にはスロットルバルブが配されている。従来から、このスロットルバルブはアクセルペダルとワイアで機械的に接続されていた。ところが、近年、トラクションコントロールやオートクルーズなどの制御、及び、排気ガス浄化や燃費向上のために、モータ等によりスロットルバルブを制御する試みがなされてきた。このような例として、特開昭６２−９１６４０　号公報に知られるように、直流機にギヤを介してスロットルバルブを接続し、直流機に印加する電圧を操作することによってスロットルバルブを制御する技術がある。
【０００３】
直流機はブラシ整流子を介して電機子巻線に電流を供給して永久磁石界磁との間で回転力を発生するようになっている。このように回転子にブラシを押圧するようになっているので、直流機の正転方向と逆転方向ではヒステリシス摩擦が発生してしまい、スロットルバルブの位置制御が困難であった。また、電機子に押圧力がかかっていたので、この力に打ち勝つ力を発生しなければ直流機が回転し始めず反応の特性が悪かった。
【０００４】
そこで、ブラシを用いずに回転子を回転するブラシレスモータ（交流機）を用いてスロットルバルブを開閉することが考え付かれた。このような技術は特開平１−３１５６４１　号公報などに記載されている。この公報に記載されたものでは、ブラシレスモータの回転子にスロットルバルブが直接に固定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平１−３１５６４１号公報に記載された技術では、ブラシレスモータの回転子にスロットルバルブが直接に固定されているので、モータの発生する力を大きくするためには、極数を多くしなければならない。ブラシレスモータの極数を多くすると、回転子の回転に伴う固定巻線に供給する電流の切り換えを、細かい角度でせざるを得なく、特にモータの回転が高速になったときに顕著になるが、電流の切り換えの制御が充分に追従できないという問題があった。また、電流を切り換える回転子の角度が小さくなってしまうので、高精度のモータ回転角度検出器が必要であった。
【０００６】
本発明の目的はブラシレスモータの出力の低下をなくし、十分な応答性を有し、スロットルバルブを目標のスロットル開度に速やかに移動することが可能な内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関のスロットルアクチュエータは、
３相の固定子巻線と、
前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する４極の永久磁石型回転子と、
前記固定子巻線に供給する電流を制御する上アーム３個のＦＥＴと、下アーム３個のＦＥＴと、
前記永久磁石型回転子の回転を吸入空気を増減するスロットルバルブに伝達する減速ギアと、
前記スロットルバルブが閉方向に戻ろうとする力を発生するリターンスプリングとを備え、
前記上アーム３個のＦＥＴと、下アーム３個のＦＥＴとの通電パターンは、前記固定子と前記永久磁石型回転子の位置関係から割り振られ、当該通電モードは電気角１サイクルの繰り返しとなるように構成される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。まず、本実施例のシステム構成図を図２に示す。エアクリーナ１０を介して吸入された吸入空気は、スロットルチャンバ６内に設けられたスロットルバルブ４に制御され、吸気通路２を通ってエンジン１のシリンダに導びかれる。一方、噴射弁１６から供給された燃料は、吸入空気と混合され、混合気となって、エンジン１のシリンダに導びかれる。混合気は圧縮及び爆発行程を経た後に排気通路３から外部に放出される。
【０００９】
アクセル９の踏み込み量ＡＣＣはアクセルセンサ８により、エンジン１の水温ＴＭは水温センサ１２により、クランク軸１８の回転角度ＮＰはクランク角センサ１３により、スロットルバルブ４の回転角度ＰＦはスロットル開度センサ１７により、前車輪の回転速度ＶＦ及び後車輪の回転速度ＶＲは、車輪速センサ１９，２０により検出され、それぞれの検出信号は制御ユニット１４に入力される。
【００１０】
エンジン制御ユニット１４は、各センサからの信号を演算処理して吸入空気量を演算する。さらにエンジン制御ユニット１４は、この演算結果に基づいてスロットルアクチュエータ５を駆動して吸入空気を制御する。また、実際にエンジンに供給される吸入空気量ＱＡを吸入空気量センサ７により検出し、この信号はエンジン制御ユニット１４に入力される。エンジン制御ユニット１４はこの吸入空気量センサ７の出力信号に基づいて燃料供給量Ｔｉを演算し、噴射弁１６を駆動して燃料供給を制御する。
【００１１】
なお、詳細は後述するが、本実施例では、スロットルアクチュエータ５のモータとしてブラシレスモータを用い、このモータの固定子巻線（３相）に電流を供給することによってスロットルバルブ４を開閉している。
【００１２】
エンジン制御ユニット１４の詳細を図３に示す。エンジン制御ユニット１４は燃料制御ユニット２１及びスロットル制御ユニット２２により構成される。燃料制御ユニット２１は各センサの出力に基づいて燃料供給量Ｔｉ及びスロットル開度指定ＰＳを演算し出力する。一方、スロットル制御ユニット２２はスロットル開度指令ＰＳ，ブラシレスモータの磁極位置ＭＰ及びブラシレスモータの電流値Ｉに基づいて、ブラシレスモータに与える電流のデューティＰＷＭとブラシレスモータの回転子の各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃを演算し、スロットルアクチュエータ５を駆動する。
【００１３】
スロットルアクチュエータ５及びスロットル制御ユニット２２の詳細を図１に示す。ブラシレスモータ２５（３相）は固定子２３及び磁石回転子２４より構成される。磁石回転子２４の中心軸には減速歯車２６が接続される。これによって、磁石回転子２４の回転力はスロットルバルブ４に伝えられる。また、磁石回転子２４の回転は磁極位置検出器２７によって検出される。スロットルバルブ４はリターンスプリング２９によって閉方向に付勢される。電源３１の電圧はドライバ３０によって制御され固定子２５に供給される。また、この電流Ｉは電流検出器３２によって検出される。
【００１４】
スロットル制御ユニット２２は、Ａ／Ｄ変換器３３，３５と波形整形器３４より成る入力部と、ワンチップマイクロコンピュータ３８より構成される。ワンチップマイクロコンピュータ３８は機能的に磁極検出手段３６及びスロットル開度制御手段３７の２つの機能を有している。電流検出器３２の出力ＩはＡ／Ｄ変換器３５を介して、スロットル開度センサ２８の出力ＰＦはＡ／Ｄ変換器３３を介して、スロットル開度制御手段３７に入力される。スロットル開度制御手段３７はスロットル開度指令ＰＳ（燃料制御ユニット２１より出力），スロットル開度ＰＦ及びモータ電流値Ｉに基づいてＰＷＭを演算してドライバ３０に出力する。また、磁極位置検出器２７の出力は波形整形回路３４により波形整形され磁極位置検出手段３６に入力される。磁極位置検出手段３６はこの信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）に基づいて、固定子２３の各相切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃをドライバ３０に出力する。
【００１５】
ブラシレスモータ２５は、ギヤ比が８で４極のものを用いる。つまり、２回転でほぼ９０度のバルブ開度となる。ここでは１２０度通電方式の永久磁石ブラシレスモータを使用する。ドライバ３０の各アームの上下への通電のパターンは固定子２３と磁石回転子２４の位置関係から割り振られる。各アームへの通電モードは電気角１サイクルの繰返しとなる。なお、ブラシレスモータ２５を４極とすると８極以上のものと比べて周波数が小さくなるので鉄損が減少し、巻線数が小さくなり、また着磁がやりやすくなるので磁束量が大きくなり、サーボに用いたときのイナーシャが小さくなる。なお、２極であればさらに性能が向上する。
【００１６】
ここで、ブラシレスモータ２５の駆動力を増大させるためにギヤ２６が使用されている。これは、特に、スロットルバルブの制御は位置制御であるため、常時ブラシレスモータ２５に電流を通電させてスロットルバルブ４の開度を制御する必要がある、また、故障時の復帰を早めるためにリターンスプリング２９の力を強めなければならないため、ブラシレスモータ２５のギヤ直結方式ではトルクが小さくモータ体格が大きくなり、消費電力が多くなる。このような問題があるからである。
【００１７】
スロットルアクチュエータ５の詳細を図４に示す。空気をエンジンに導く吸入通路２の中を、ベアリング４１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スロットルバルブ４と、スロットルバルブ４を閉方向に常に戻ろうとする力を発生させるリターンスプリング２９とスロットルバルブ４の開度を示すスロットル開度センサ２８と、変換機であるギヤ２６を介してスロットルバルブ４を開閉する力を発生するブラシレスモータ２５とで構成されている。ここで、ブラシレスモータ２５は永久磁石型の３相ブラシレスモータを用いる。ブラシレスモータ２５は固定子巻線４２を巻き回した固定子鉄心３９からなる固定子２３と、永久磁石からなる磁石回転子２４とで構成される。このブラシレスモータ２５は磁極位置検出器２７の出力信号によって３相の固定子巻線４２への電流を変化させるものである。また、この磁石回転子２４はギヤ４に連結され、またベアリング４０を介して支承されている。
【００１８】
ブラシレスモータ２５の固定子２３及び回転子２４の詳細を図５に示す。ブラシレスモータ２５は主として圧粉鉄心で製作された固定子鉄心３９に巻回された固定子巻線４２とからなる固定子２３と、永久磁石とからなる回転子２４（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）とで構成される。ここで、固定子鉄心３９の巻線部の軸方向長さは、これと対向する永久磁石側（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。
【００１９】
ブラシレスモータの固定子鉄心３９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４２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。
【００２０】
磁極位置検出器２７の詳細を図６に示す。磁極位置検出器２７は位置検出用回転子５０及びホール素子５１〜５３より成る。位置検出用回転子５０は４極の磁石（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）で構成され磁石回転子２４と一体となって回転される。位置検出用回転子５０の周囲には１２０度（機械角）毎にホール素子５１〜５３が配される。ホール素子５１〜５３は位置検出用回転子５０の回転位置を検出し、それぞれ図７に示すようなＡ相，Ｂ相及びＣ相の出力をする。さらに、ホール素子５１〜５３の出力は波形整形回路３４で図７に示すようなパルス状の信号に整形される。
【００２１】
ドライバ３０の詳細を図８に示す。スロットル制御ユニット２２は前述したようにアナログ入力ポートＡＮ０からＡＮ２にそれぞれ信号ＰＦ，ＰＳ，Ｉを入力しＰＷＭ信号を発生し、また、磁極位置検出器２７の出力Ａ，Ｂ，Ｃを受けて各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号を発生する。スロットル制御ユニット２２の各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号はそれぞれ、インバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃに入力される。このインバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃの出力はアンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの一方に入力される。アンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの他方にはＰとＭ信号が入力される。アンドゲート５５ａ，５５ｂ，５５ｃの出力は抵抗５７ａ，５７ｂ，５７ｃを介してドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃのベースに入力される。ドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃのエミッタはＦＥＴ（上アーム）６１ａ，６１ｂ，６１ｃに入力される。インバータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃの出力はナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの一方に入力される。ナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの他方はスロットル制御ユニット　２２の出力する各相の切り換えＡ，Ｂ，Ｃ信号が入力される。ナンドゲート５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力は抵抗６３ａ，６３ｂ，６３ｃを介してドライブトランジスタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃのベースに入力される。ドライブトランジスタ　６０ａ，６０ｂ，６０ｃのエミッタはＦＥＴ（下アーム）６２ａ，６２ｂ，６２ｃに入力される。なお、図７に磁極位置検出器２７の出力信号（波形整形回路３４）と、ＦＥＴ（上アーム）６１ａ，６１ｂ，６１ｃとＦＥＴ（下アーム）６２ａ，６２ｂ，６２ｃのスイッチング状態が示されている。この図において、各Ａ，Ｂ，Ｃと表現されているものは各相のＦＥＴのスイッチングがオン状態であることを示している。また、表現されていない場合は、各相のＦＥＴのスイッチング状態がオフであることを示している。例を挙げて説明すると、図７中の（イ）のように磁極位置検出器２７が出力しているときには、ＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ（上アーム）中で６１ｃ（Ｃ相）のみがオン状態であり、他のＦＥＴ（上アーム）６１ａ（Ａ相），６１ｂ（Ｂ相）はオフ状態になっている。また、ＦＥＴ（下アーム）６２ａ〜６２ｃの中で、６２ｂ（Ｂ相）のみがオン状態であり、他のＦＥＴ（下アーム）６２ａ（Ａ相），６２ｃ（Ｃ相）はオフ状態となっている。
【００２２】
このようにドライバ３０は、まず、磁極位置検出信号にかわるＡＢＣ信号からＡＮＤ，ＮＡＮＤ，ＩＮＶロジックによってＦＥＴの上アームおよび下アームを制御する信号を作る。この場合上アームの信号にはワンチップマイクロコンピュータ１４で計算されたＰＷＭ信号が重畳される。さらにこの信号がそれぞれＦＥＴ（上アーム）のドライブトランジスタ５９ａ，５９ｂ，５９ｃと、ＦＥＴ（下アーム）のドライブトランジスタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃとを介してそれぞれを制御する構成である。
【００２３】
次に、スロットル制御ユニット２２の演算動作について図９から図１１のフローチャート図を用いて説明する。まず、ＰＷＭデューティの演算動作を図９に示す。まずステップ９０１で電流検出器３２の検出した電流値Ｉが所定値ＩＣより大きいか判断する。電流値Ｉが所定値Ｉより大きければ過電流がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃに流れているのでステップ９０７に進み前回のＰＷＭデューティから所定量Ｌ（かなり大きい）を減算しこのフローを終了する。ステップ９０１で過電流が検出されなければステップ９０２で燃料制御ユニット２１からのスロットル関係指令ＰＳを取り込み、さらに、ステップ９０３でスロットル開度センサ２８の検出値ＰＦを取り込む。ステップ９０４で偏差ＰＥを求め、ステップ９０５でＰＷＭデューティを演算する。ステップ９０６では、この演算値をレジスタにセットし出力する。ここでは比例制御の例で示したが、必要に応じてＰＩＤ制御が採用される。またマイナーループに速度制御を入れても良い。ここで、Ｋは制御の比例定数である。ＰＷＭ信号の周波数は、モータの騒音や、トランジスタのスイッチング損失等を考えて決定する。
【００２４】
次に、磁極位置検出器１４の出力に基づくスロットル開度の演算とこれによる故障診断を図１０に示す。まずステップ１００１で磁極位置検出器２７の出力を波形整形して得られたパルスＡ，Ｂ，Ｃ（３相）を取り込む。ステップ１００２でこのＡ，Ｂ，Ｃのいずれかの信号に変化があったか判断する。変化がなければステップ１００６までジャンプする。一方、ステップ１００でＡ，Ｂ，Ｃの信号のいずれかに変化すれば、ステップ１００３で正転か逆転か判断し、正転であればステップ１００４でＣカウンタを１だけインクリメントし、また、逆転であればステップ１００５で１だけデクリメントしてステップ１００６に進む。ステップ１００６ではＣカウンタ値に基づいてスロットル開度の推論値ＴＨＥＴＡを求める。ステップ１００７で実際のスロットル開度ＰＦを取り込だらステップ１００８でスロットル開度ＰＦが零か判断する。零であれば故障診断をしないものとする。ステップ１００９で実際のスロットル開度ＰＦが零でなければ、実際のスロットル開度ＰＦと推論値ＴＨＥＴＡに基づいて故障診断をする。すなわち、実際のスロットル開度ＰＦと推論値ＴＨＥＴＡが所定（Ｃ）以上に離れていれば故障と判断しステップ１０１０で故障を示すフラグＮＧＦＬＡＧを１とする。また、ステップ１００９で故障が認められなければステップ１０１１に進む。最後に、磁極位置検出器２７による検出パルスをそのまま各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃとしてドライバ３０に出力する。
【００２５】
次に、スロットル開度が零であるときの故障診断を図１１に示す。まず、ステップ１１０１でスロットルバルブ４がブラシレスモータ２５により負荷がかけているか（スロットルバルブ４がリターンスプリング２９によって充分に付勢されているか）判断する。１１０１で実際のスロットル開度が零か判断し、さらに　ＰＷＭデューティが零か判断する。一方でも条件がととなわなければそのままステップ１１０４に進む。両方の条件がととのったときにはステップ１１０３で故障診断力を示すフラグＣＦＬＡＧを１とする。ステップ１１０４でＣＦＬＡＧが１か判断する。ＣＦＬＡＧが１でなければそのままフローを終了する。
【００２６】
ここで、図１１のフローチャートに示す故障診断の方法を簡単に説明する。スロットルバルブの開度が零のブラシレスモータ２５の回転による進み角の移動範囲はギヤ２６のガタによってブラシレスモータ２５が移動できる範囲である。このようすを図１２に示す。つまり、上記以外ではリターンスプリング２９の力によってブラシレスモータ２５は閉方向の力を受け、ガタは無いが、ギヤ２６のガタの移動角の範囲では、スロットルバルブ４は、設けられたストッパ（図示せず）に当たり、リターンスプリング２９の力は全てストッパで受けてくれるために、ブラシレスモータ２５はギヤ２６のガタの分だけ移動可能となる。特に、ギヤ比が大きい場合には、この距離が大きくなる。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ブラシレスモータ２５に与える。これによって、ブラシレスモータ２５は移動し、それにともなって図７に示したように電気角６０度毎に生じる上アーム，下アームの切り換え信号が発生する。その数をカウントし、所定数量に達した場合には、ブラシレスモータ２５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３０、あるいは磁極位置検出器２７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。
【００２７】
ステップ１１０５でＣＦＬＡＧが１かどうか判断する。ＣＦＬＡＧが１でなければこのフローを終了する。ステップ１１０５でＣＦＬＡＧが１であればステップ１１０５で前回の実際のスロットル開度ＰＦが零であったか判断する。零でなければこのフローを終了する。ステップ１１０５で前回の実際のスロットル開度ＰＦが零でなければステップ１１０６で今回の実際のスロットル開度ＰＦが零より大きいか判断する。零より大きくなければこのフローを終了する。ステップ１１０６で今回の実際のスロットル開度ＰＦが零より大きければステップ１００７でＣカウンタが所定値ＣＮより大きいか判断する。大きければスロットルアクチュエータ５の全体が正常であると判断しステップ１００９でＣＦＬＡＧを再び零に戻してこのフローを終了する。ステップ１００７でＣカウンタがＣＮより大きくなければ故障も判断しステップ１００８でＮＧＦＬＡＧを１にする。ステップ１００９でＣＦＬＡＧを零に戻しこのフローを終了する。
【００２８】
さらに、本実施例の有する効果を説明する。ブラシレスモータ２５が発生するトルクＴｍｏｔｏｒ　は以下の式で表される。
【００２９】
Ｔｍｏｔｏｒ＝Ｔａｃｃ＋Ｔｓｐ＋Ｔｆｒ　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
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、スロットルバルブを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、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直流機を使用するとその不利は大きく、ギヤ比が５以上ではその影響が一層顕著となる。
【００３０】
さらには、固定子鉄心３９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３９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。
【００３１】
また、装置全体の摩擦トルクの低減が重要であるが、スロットルバルブ４を閉じる方向に作用させるリターンスプリング２９として図１で示すように鶴巻状のバネ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。
【００３２】
また、図１，図２で示したようにブラシレスモータ２５と、この出力トルクを増幅し、かつかみあい形式のギヤ２６と、スロットルバルブ４とをほぼ同一直線の上に配置することによっても、スロットルアクチュエータ全体の摩擦トルクを低減することができる。
【００３３】
第２の実施例を図１３から図１５を用いて説明する。第２の実施例では、回転角度に対してリニアな出力をする磁極位置検出器を用いる。第１の実施例ではドライバ３０がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを決めていたが、第２の実施例ではスロットル制御ユニット２２がＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。図１３において、スロットル制御ユニット２２のＡ，Ｂ，Ｃ相（上アーム）の出力はそれぞれアンドゲート５５ａ〜５５ｃに入力される。アンドゲート５５ａ〜５５ｃの他端にはＰＷＭ出力が入力される。また、スロットル制御ユニット２２のＡ，Ｂ，Ｃ相（下アーム）の出力は直接にドライバ６０ａ〜６０ｃのベースに加えられる。なお、磁極位置検出器２７の出力はスロットル制御ユニット２２のアナログ入力ポートＡＮ３に入力され、スロットル制御ユニット２２はＡ／Ｄ変換してワンチップマイクロコンピュータに取り込むようになっている。
【００３４】
次に、動作について説明する。第１の実施例の図１０のフローチャートに示す動作に換えて、図１４のフローチャートに示す動作をおこなう。ステップ１４０１でモータ回転角度ＰＭを取り込む。ステップ１４０２でモータ回転角度ＰＭに応じたＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モード（各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃ）を演算する。この場合に図１５に示すようなモータ回転角ＰＭに対すると通電モードを予めＲＯＭに記憶しておき、これを読み出すようにする。
【００３５】
なお、他の部分は第１の実施例と同様なので説明を省略する。
【００３６】
第３の実施例を図１６から図１７を用いて説明する。第３の実施例では、スロットル開度センサ２８の出力ＰＦに基づいてＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。スロットル制御ユニット２２は図１４のフローチャートに示す動作に換えて図１６のフローチャートに示す動作をおこなう。すなわち、ステップ１６０１でスロットル開度センサ２８の出力ＰＦを取り込む。ステップ１６０２で検出値ＲＦに基づいてＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを演算する。すなわち、図１７に示すようなスロットル開度ＲＦに対するＦＥＴ６１ａ〜６１ｃ，６２ａ〜６２ｃの通電モードを予めＲＯＭに記憶させておき、このＲＯＭから記憶値を読み出すようにする。ステップ１４０３でＡ，Ｂ，Ｃをドライバ１０に出力する。
【００３７】
なお、他の部分は第２の実施例と同様なので説明を省略する。
【００３８】
次に第４の実施例を説明する。第４の実施例ではブラシレスモータ２５の回転位置を検出するものである。スロットルアクチュエータのバルブを開く速度は０〜９０度で０．１　秒以下の性能が求められる。一方、永久磁石ブラシレスモータとしてトルクアップのためには多極化が有利であり、４極以上の極数が選定しても良い。この場合、速度が０〜４５度までは直線的に増加し、４５〜９０度までは直線的に減少すると仮定すると、最高回転数は約３０００回転にもなることが推定される。この回転数における電気角６０時間間隔は約５００μｓとなり、ソフトで電気角各６０度の切り換えのタイミングを見出すには少なくとも電気角　６０度の中を５以上のサンプリングが必要となる。これを達成するためには高速のマイクロプロセッサを使わねばならないこと、通電モードの検出以外のシステムの処理ができなくなってしまう不便がある。高速回転数になるに従って、電気角６０度の所要時間は短くなっていく。上記の欠点を補う制御方式として高速回転数時にはブラシレスモータの各相巻線への通電の切り換えのタイミングを発生させる機構をモータもしくは開度センサ側に備えることによって可能である。これを割込み信号として制御演算装置に切り換えをおこなえば良い。実施例では、モータの逆起電圧を利用し、電気角６０度の相変わりのタイミングはハードによって検出するようにする。
【００３９】
逆起電圧位置検出器７３の詳細構成を図１８（ａ）に示す。巻線の各相の電圧を一次遅れフィルタ７０を介して比較器７１ａ〜７１ｃの一方に入れ、かつその他方には各相の巻線から抵抗を介して星型接続した中性点を接続する。星型接続した中性点の電位は各相電圧の平均値となり、これと各相巻線電圧と比較することによって電気角６０度の相切り換わり点を見出すことができる。各比較器の出力は図示図１８（ｂ）の（イ），（ロ），（ハ）のように１２０度の位相差の矩形波信号となり、この三つの矩形波信号を立上り立下り検出器７２で合成することによって電気角６０度の信号が図示図１８（ｂ）の（ニ）のように合成できる。この信号をワンチップマイクロコンピュータ３８の割込み信号として使用することによって、電気角６０度の相変わり角で瞬時に通電モードを切り換えることができる。この時の電気角６０度の相変わり角の通電モードのデータは逆起電圧位置検出器のデータを使っても良く、スロットル開度センサ２８からの通電情報を示しても良い。
【００４０】
第４の実施例のスロットル制御ユニット２２の動作を説明する。第４の実施例では第３の実施例の図１６のフローチャートに示される動作の換わりに図１９のフローチャートに示される動作をおこなう。逆起電圧検出器７２の発生するパルスがワンチップマイクロコンピュータ３８のＩＲＱ端子に入力されると、ステップ１９０１で正転か判断し、正転であればステップ１９０２でＤカウンタを１だけ増加されてこのフローを終了する。一方、ステップ１９０１で正転と判断されないとＤカウンタを１だけ減少させてこのフローを終了する。
【００４１】
また別のルーチンにおいて、ステップ１９１０で回転数が所定値ＮＳより大きいか判断する。所定値ＮＳより大きければ、Ｄカウンタに応じて各アームの通電モードを演算する。すなわち、図２０に示されるＤカウンタに対する通電モードが予めＲＯＭに記憶されており、これを読み出すことによって通電モードを求める。ステップ１９１０で回転数が所定値ＮＳより大きくないときには、スロットルセンサ２８の出力ＲＦを取り込む。さらにステップ１９１１で実際のスロットル開度ＲＦに基づいて各アームの通電モードを求める（第３の実施例と同様）。ステップ１９１２で各相の切り換え信号Ａ，Ｂ，Ｃを出力してこのフローを終了する。
【００４２】
次に、第５の実施例を説明する。第５の実施例はブラシレスモータ２５が１５度（機械角）毎にパルスを発生する磁極位置検出器２７を用いたものである。この磁極位置検出器２７の詳細を図２１に示す。全周にわたり１５度毎に２４個の突起を有した回転体２７の回転を検出コイル７６によって検出する。検出コイル７６は図２１（ｂ）のような信号を出力し、波形整形回路７７は波形整形し図
２１（ｃ）のようなパルスを発生する。
【００４３】
第５の実施例では、この波形整形回路７７の出力パルスによりワンチップマイクロコンピュータ３８に割込（ＩＲＱ）み、このパルスをＤカウントし、カウントマップ，カウントダウンすることによってブラシレスモータの回転角度を演算し、これに基づいてＡ，Ｂ，Ｃ各相の信号をドライバ２０に出力する（図１９において、ステップ１９１０，ステップ１９１１，ステップ１９１２を省略したもの）。
【００４４】
次に第６の実施例を図２２を用いて説明する。第６の実施例では永久磁石回転子３２の変わりに可変リラクタンス型の回転子７８を用いた。ここで、回転子７８は磁性材からなる突極形状の例で示す。永久磁石回転子３２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。
【００４５】
なお、他の部分は第１の実施例から第５の実施例と同様なので省略する。
【００４６】
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。このため、モータの出力軸にクラッチを備えてモータがロックして動かなくなったときにクラッチでモータとバルブの連結を解き、別に備えたアクセルワイヤで制御することも可能である。この場合、クラッチを使用したときにはモータの磁極の位置関係と、開度センサの位置関係がずれて成り立たなくなってしまう。そこで、クラッチとして常にモータ側とバルブ側とが一定の位置に復帰するようなクラッチ機構とすることによってクラッチの使用にかかわらず、安定した特性を持つスロットルアクチュエータとすることができる。そのほか、開度センサの動きと、逆起電圧位置検出器の動きから学習して、開度センサの動きと、逆起電圧位置検出器の動きを実時間で、学習し修正することも考えられる。
【００４７】
なお、制御演算装置として、マイクロコンピュータを使用する方式では開度センサのアナログ情報をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル量として取り込む。電気角６０度のデジタルの量は計算されるが、ビット数の少ないＡ／Ｄ変換器を使用する場合には予め、電気角６０度に相当するデジタル量をＡ／Ｄ変換器の最小分解能の整数倍に同期させることによって、少ないビット数でかつ性能を落すこと無く運転することができる。
【００４８】
なお、永久磁石のブラシレスモータで説明したが、可変リラクタンス型のブラシレスモータの場合でも良く、また、ステップモータの位置を検出してクローズドループ運転する形式の場合にも適用可能である。
【００４９】
また、スロットルバルブ開閉装置について説明したが、他のバルブ開閉装置にも適用できる。また、バルブ開閉装置以外のブラシレスモータの制御装置にも適用できる。
【００５０】
さらに、一般に、従来のブラシレスモータの固定子巻線が巻相される固定子鉄心には、鉄損を小さくするために、打ち抜いた珪素鋼板を積層して用いていた。しかしながら、積層しているために、軸方向に空気が入り込み磁気抵抗を形成する。そのために、ブラシレスモータの出力が低下し、応答性が低下するという問題点があった。
【００５１】
本発明の実施態様を以下説明する。
【００５２】
（１）軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子巻線が巻相される固定子鉄心を軸方向に連続な金属で構成した。
【００５３】
（２）軸の周囲に磁石を配した磁石回転子と、前記磁石回転子に磁束を与える固定子巻線と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記磁石回転子により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブを有した内燃機関のスロットルアクチュエータにおいて、前記固定子鉄心の巻線部の軸方向長さを対向する部分の前記磁石回転子の軸方向長さよりも短くするように構成した。
【００５４】
（３）固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記スロットルバルブを制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線の発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記逆起電圧検出器の出力に基づいて前記スロットルバルブを制御するように構成した。
【００５５】
（４）固定子巻線と、前記固定子巻線の磁束の変化によって回転する回転子と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記固定子巻線に電流を供給するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記固定子巻線に電流を供給する時点を示す電流切り換え検出器を有し、前記スロットル制御ユニットは前記電流切り換え検出器の出力があると前記固定子巻線に電流を供給するように構成した。
【００５６】
（５）回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記吸入通路内に配されて吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転を減速して前記スロットルバルブに伝える減速手段と、前記スロットルバルブが全閉状態から開き始めるのを検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出信号の発生に応じて前記の駆動手段の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段の出力に基づいて異常を検出する第１の異常検出手段を有するように構成した。
【００５７】
（６）回転力を発生する駆動手段と、内燃機関に吸入空気を供給する吸入通路と、前記駆動手段により回転して吸入空気を増減するスロットルバルブと、前記駆動手段を制御するスロットル制御ユニットを有した内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記駆動手段の回転角度を検出する第３の検出手段と、前記スロットルバルブの開度を検出する第４の検出手段と、前記第４の検出手段の出力と前記第４の検出手段の出力を比較して異常を検出する第２の異常検出手段を有するように構成することによっても達成できる。
【００５８】
以上の実施態様の作用を説明する。
【００５９】
（１）回転子の回転は減速手段を介してスロットルバルブの回転力として伝えられる。そのために、磁極数を増加させなくても充分な力を発生させることができ、電流の切り換えの制御が充分に追従できるようになる。また、電流を切り換える回転子の角度を小さくしなくてもよく、高精度のモータ回転角度検出器が必要でなくなることが可能となる。
【００６０】
（２）固定子巻線の固定子鉄心を連続体の鉄で構成したので、軸方向の空隙を生じないように固定子鉄心を構成することができ、そのために、固定子巻線で発生する磁束を有効に使うことができ、目標となる開度まで速やかにスロットルバルブを移動する。
【００６１】
（３）固定子鉄心の巻線部の軸方向長さを対向する部分の磁石回転子の軸方向長さよりも短くしたので、固定子鉄心に巻回した巻線の軸方向の長さと回転子の磁石との軸方向の長さをほぼ同じにすることができ、巻線で発生する磁束を有効に使うことができ、目標となる開度まで速やかにスロットルバルブを移動することが可能となる。
【００６２】
（４）スロットル制御ユニットは逆起電圧検出器の出力に基づいてスロットルバルブを制御する。そのために、複雑な検出装置を備えることなくブラシレスモータの固定子に供給する電流を切り換えることが可能になる。
【００６３】
（５）電流切り換え検出器の信号をそのままブラシレスモータの固定子に供給する電圧の切り換え信号として用いることができる。このように、検出器の信号をそのまま制御信号として用いることができるので、簡単で安価な吸入空気量制御装置を得ることができる。
【００６４】
（６）スロットルバルブが全閉状態から開き始めたときの、駆動手段の回転角度によって、異常の検出ができる。
【００６５】
（７）駆動手段の回転角度とスロットルバルブの開度を比較することによって異常の検出が可能となる。
【００６６】
上記本実施態様における効果を以下説明する。
【００６７】
（１）ブラシレスモータの出力の低下をなくし充分な応答性を持った内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することができる。
【００６８】
（２）また、一般に、従来のブラシレスモータでは、固定子の固定子鉄心と磁石回転子の磁石とは軸線方向に同じ距離となるように形成されていた。固定子鉄心の周囲には巻線が巻かれているが、巻線を巻回すと、この巻線の軸方向の距離は磁石の軸方向の距離より長くなる。そうすると、固定子巻線の発生する磁束が有効に使われなくなり、ブラシレスモータの出力が低下し力が出なくなり、応答性が低下するという問題点があった。
【００６９】
本実施例によれば、ブラシレスモータの出力の低下をなくし充分な応答性を持った内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することができる。
【００７０】
（３）また、冒頭に記載の特開平１−３１５６４１　号公報に記載の技術では、回転子の出力軸に４極の磁石を固定し、この磁石を検出素子で検出し、この検出素子の出力に基づいて固定子に供給する電流を切り換えるようにしている。しかしながら、ブラシレスモータが高速で回転するときに正確に固定子に供給する電圧を切り換えるようにするためには、磁石の工作精度を上げ、また、磁石と回転子を正確にあわせなくてはならない。
【００７１】
本実施例によれば、ブラシレスモータの固定子に供給する電流の切り換えのための信号が比較的容易に得られる吸入空気量制御装置を提供することができる。
【００７２】
（４）また、上記の特開平１−３１５６４１　号公報に記載の技術では、検出素子の検出信号を論理演算することによって、ブラシレスモータの固定子に供給する電流の切り換えを行っていた。このように、検出素子の出力を論理演算等することによってブラレスモータに供給する電流を切り換えていたので、少なくとも、論理演算をする装置が必要となり、複雑で、高価になっていた。
【００７３】
本実施例では、ブラシレスモータに供給する電流の切り換えをするのに簡単で、廉価な吸入空気量制御装置を提供することができる。
【００７４】
（５）さらに、上記の従来技術では、故障の検出について充分に配慮されていなかった。
【００７５】
本実施例によれば、故障の検出が可能な内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ブラシレスモータの出力の低下をなくし、十分な応答性を有し、スロットルバルブを目標のスロットル開度に速やかに移動することが可能な内燃機関のスロットルアクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットルアクチュエータ及びスロットル制御ユニットを示す図である。
【図２】システム構成図である。
【図３】制御ユニットの詳細を示す図である。
【図４】スロットルアクチュエータの詳細を示す図である。
【図５】ブラシレスモータの詳細を示す図である。
【図６】磁極位置検出器の詳細を示す図である。
【図７】磁極位置値検出器の出力とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図８】ドライバの詳細を示す図である。
【図９】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１０】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１１】スロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１２】スロットル開度とブラシレスモータの回転角の関係を示す図である。
【図１３】第２の実施例のドライバの詳細を示す図である。
【図１４】第２の実施例のスロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１５】第２の実施例とブラシレスモータの回転角とスイッチング状態を示す図である。
【図１６】第３の実施例のスロットル制御ユニットの動作を示すフローチャート図である。
【図１７】第３の実施例のスロットル開度とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図１８】逆起電圧位置検出器の詳細を示す図である。
【図１９】第４の実施例のスロットル開度とＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図２０】第４の実施例のＤカウンタとＦＥＴのスイッチング状態を示す図である。
【図２１】第５の実施例の磁極位置検出器の詳細を示す図である。
【図２２】第６の実施例の可変リラクタンスの図である。
【符号の説明】
２…吸入通路、４…スロットルバルブ、５…スロットルアクチュエータ、２２…スロットル制御ユニット、２４…磁石回転子、２６…減速機、２７…磁極位置検出器、２８…スロットル開度センサ、４２…固定子巻線、７３…逆起電圧検出器。