(57)【要約】【課題】電子制御スロットルバルブ装置に使用される回転角検出装置の精度や信頼性を向上させる。【解決手段】ブラシレスモータ５によって開閉駆動され、角度センサ１０によって開度が検出されるスロットルバルブ１を備えた電子制御スロットルバルブ装置において、スロットルチャンバ４が形成されたスロットルボディ３に、ブラシレスモータ５及び角度センサ１０が収容されるカバーモジュール６を取り付ける。カバーモジュール６のカバー７内部には、冷却液が流通する冷却液通路８が貫通形成されている。冷却液通路８はブラシレスモータ５やそのドライバ２７に近接して設けられている。冷却液通路８を流れる冷却液により、エンジンやブラシレスモータ５、ドライバ２７等に起因する熱はカバー７から効率良く排出され、角度センサ１０の精度や信頼性が向上する。【選択図】図１  
2005163555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気系に配置され、前記エンジンの吸気通路を構成するスロットルチャンバが形成されたスロットルボディと、
前記スロットルボディに回動自在に支持され、モータによって駆動されるシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、前記スロットルチャンバ内に配置されて前記シャフトの回動に伴って前記吸気通路を開閉するスロットルバルブと、
マグネットと、前記マグネットに近接して配置された磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子によって前記シャフトの回動に伴う磁束密度の変化を捉えて前記シャフトの回転角度を検出する角度センサと、
前記スロットルボディに取り付けられ、カバーの内側に前記モータ及び前記角度センサが収容されてなるカバーモジュールと、
前記カバーに形成され、前記カバー中の温度を調整する温度制御手段とを有することを特徴とするスロットルバルブ装置。
【請求項２】
請求項１記載のスロットルバルブ装置において、前記温度制御手段は、前記カバー内部に形成され、前記カバー外部と連通し前記カバー外部から供給された液体が流通する液体通路であることを特徴とするスロットルバルブ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のスロットルバルブ装置において、前記温度制御手段は、前記カバー外面に突設された複数のフィンを備えてなるヒートシンクであることを特徴とするスロットルバルブ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のスロットルバルブ装置において、前記温度制御手段は、前記モータに近接して配置されることを特徴とするスロットルバルブ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のスロットルバルブ装置において、前記温度制御手段は、前記モータの駆動回路に近接して配置されることを特徴とするスロットルバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータによってエンジンのスロットルバルブを駆動させる電子制御スロットルバルブ装置に関し、特に、スロットルバルブの開度検出に使用される非接触型角度センサの精度並びに信頼性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品の電子化に伴い、近年では、例えば、特開2001-123855号公報のようないわゆる電子制御スロットルバルブ装置が広く使用されている。そこでは、従来のアクセルワイヤによる機械的動作に代えて、電気信号を用いた指示によってスロットルバルブが制御される。アクセル踏み込み量はポテンショメータ等によって電気的に検出され、その値に応じてモータが駆動されてスロットルバルブの開閉が行われる。
【０００３】
このような電子制御スロットルバルブ装置では、マグネットを用いた回転角検出装置によってスロットルバルブの開度を検出するものも存在する。例えば特許第2920179号公報や特開2001-208510号公報、特開2001-289610号公報等には、このようなマグネットを用いた回転角検出装置が開示されている。特許第2920179号公報の装置では、駆動軸に円筒状のヨークが固定され、ヨークの内周には永久磁石が取り付けられる。磁石の内側には固定子が配置され、固定子に設けたスリット状の磁気間隙内にホール素子が収容される。駆動軸と共に永久磁石が回転すると、ホール素子周囲の磁束が変化し、その変化に応じた信号がホール素子から出力される。この信号変化は駆動軸の回転角度と対応しており、ホール素子の出力信号に基づき駆動軸の回転角度が算出され、スロットルバルブの開度が検出される。そして、検出された弁開度に基づいてモータの動作制御が行われ、アクセル踏み込み量やエンジン負荷等に応じた弁開度が設定される。
【特許文献１】特許第2920179号公報
【特許文献２】特開2001-123855号公報
【特許文献３】特開2001-208510号公報
【特許文献４】特開2001-289610号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、電子制御スロットルバルブ装置は自動車内のエンジン近傍に配置されるため、温度上昇が大きく温度変動も大きい。また、回転角検出装置の近傍にはモータや制御回路のような発熱源も配置されている場合が多く、回転角検出装置の温度上昇がさらに大きくなることも少なくない。このため、電子制御スロットルバルブ装置内に設置された回転角検出装置も温度上昇や温度変化の影響を受け、その精度や信頼性が低下するという問題があった。
【０００５】
一般にマグネットは、温度変化に応じて磁束密度が固有の温度係数に従って変化する。また、マグネットは、高温状態や低温状態では減磁する場合もある。さらに、磁気検出素子にも温度特性が存在する。従って、回転角検出装置の温度変化が大きいと、マグネットの磁束密度変化や、マグネットの経年減磁、磁気検出素子の温度特性などにより、スロットル軸の回転角と磁束変化との対応関係が変化し、回転角を正確に検出できなくなる。すなわち、マグネットを用いた回転角検出装置は、電子制御スロットルバルブ装置のような高温になりしかも温度変化の大きい環境下においては、検出精度や信頼性が確保しにくいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、電子制御スロットルバルブ装置に使用される回転角検出装置の精度や信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスロットルバルブ装置は、エンジンの吸気系に配置され、前記エンジンの吸気通路を構成するスロットルチャンバが形成されたスロットルボディと、前記スロットルボディに回動自在に支持され、モータによって駆動されるシャフトと、前記シャフトに取り付けられ、前記スロットルチャンバ内に配置されて前記シャフトの回動に伴って前記吸気通路を開閉するスロットルバルブと、マグネットと前記マグネットに近接して配置された磁気検出素子とを備え、前記磁気検出素子によって前記シャフトの回動に伴う磁束密度の変化を捉えて前記シャフトの回転角度を検出する角度センサと、前記スロットルボディに取り付けられ、カバーの内側に前記モータ及び前記角度センサが収容されてなるカバーモジュールと、前記カバーに形成され、前記カバー中の温度を調整する温度制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明にあっては、モータや角度センサが収容されるカバーに設けた温度制御手段によってカバーの内側の温度を調整するので、角度センサの温度変化が低く抑えられ、角度センサにて使用されるマグネットや磁気検出素子の特性変化も抑えられる。また、角度センサ以外にも、モータやその駆動回路の温度変化も抑えられるため、それらの温度特性も安定する。
【０００９】
前記スロットルバルブ装置において、前記温度制御手段として、前記カバー内部に形成され、前記カバー外部と連通し前記カバー外部から供給された液体が流通する液体通路を設けても良い。また、前記温度制御手段として、前記カバー外面に突設された複数のフィンを備えてなるヒートシンクを設けることも可能である。
【００１０】
前記スロットルバルブ装置において、前記温度制御手段を、前記モータや前記モータの駆動回路に近接して配置するようにしても良い。この場合、前記温度制御手段は排熱手段として機能し、熱源となるモータやその駆動回路から放出される熱が温度制御手段によって速やかに排出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスロットルバルブ装置によれば、モータや角度センサが収容されるカバーに温度制御手段を設けカバーの内側の温度を調整するようにしたので、カバー内の温度変化が抑えられ、角度センサの温度変化を低く抑えることが可能となる。従って、角度センサにて使用されるマグネットや磁気検出素子の特性変化も抑えられ、角度センサにおける角度検出精度や信頼性の向上を図ることが可能となる。また、モータの温度変化や、カバーの内側にモータ駆動回路を配置した場合にはその温度変化も抑えられるため、それらの温度特性が安定し、この点においても信頼性の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１である電子制御スロットルバルブ装置の構成を示す断面図である。図１のスロットルバルブ装置はエンジンの吸気系に配置され、スロットルバルブ１の開度によりエンジンの吸入空気量を制御している。スロットルバルブ１はシャフト２に固定されており、金属製のスロットルボディ３に形成されエンジンの吸気通路の一部を構成するスロットルチャンバ４内に配置されている。シャフト２にはギア１１が固定されており、スロットルバルブ１はギア１１〜１４からなる減速機構１５を介してブラシレスモータ５（以下、モータ５と略記する）によって駆動される。シャフト２の回転角度は角度センサ１０によって検出され、この検出値に基づきモータ５が制御されてスロットルバルブ１の開度が調整される。
【００１４】
シャフト２は、スロットルボディ３に固定されたベアリング１６ａ，１６ｂによって回動自在に支持されている。シャフト２にはギア１１が固定されており、ギア１１にはねじりコイルばね１７が取り付けられている。このねじりコイルばね１７によってシャフト２は所定の回転方向に付勢され、その付勢力によってスロットルバルブ１が全閉位置まで自動的に復帰する。
【００１５】
スロットルボディ３の図１において上部には、カバーモジュール６が取り付けられている。カバーモジュール６内には、モータ５や減速機構１５、角度センサ１０などが設置されており、それらは金属製のカバー７によって覆われその内側に配置されている。このカバー７は、放熱性を考慮して熱伝導性の良いアルミニウム等の金属にて形成されると共に、その上端には冷却液通路（液体通路，温度制御手段）８が設けられている。冷却液通路８は、図１の左右方向にカバー７を貫通するように形成されており、両端の開口部には接続パイプ９ａ,９ｂが取り付けられている。接続パイプ９ａには図示しない冷却液ポンプが接続されており、このポンプから冷却液（液体）が冷却液通路８に供給される。なお、この冷却液として、エンジンの冷却液を使用することもできる。
【００１６】
シャフト２の端部には、スロットルバルブ１の開度を検出する角度センサ１０が設けられている。角度センサ１０では、シャフト２の端部に合成樹脂製のハブ２０が固定されている。ハブ２０は段付き円筒形状に形成され、内周側には鉄等の磁性材料によって形成されたロータコア２１が取り付けられている。ロータコア２１の内周にはさらに磁石２２が固定されている。磁石２２は断面半円形状の２個の磁石によって円筒状に形成されており、磁力線の向きが径方向となるいわゆるラジアル着磁がなされている。磁石２２のうちの１つは、内周側がＮ極、外周側がＳ極となるように着磁され、他の１つは、内周側がＳ極、外周側がＮ極となるように着磁されている。
【００１７】
カバー７の内側には、モータ５のドライバ（駆動回路）２７が取り付けられた基板２３が固定されている。ドライバ２７の図中上面はカバー７の内面と接触しており、ドライバ２７の放熱性の向上が図られている。基板２３にはまた、ホールＩＣ（磁気検出素子）２４が配置されたステータコア２５が取り付けられている。ステータコア２５もまた鉄等の磁性材料によって円柱状に形成されており、その中央部にはスリット２６が設けられている。このスリット２６によってステータコア２５は２分割され、中央にエアギャップが形成される。カバー７をスロットルボディ３に取り付けると、ステータコア２５は磁石２２の内側にハブ２０と同軸状に配設される。これにより、ステータコア２５の外周面と磁石２２の内周面との間には、均一なエアギャップが形成される。
【００１８】
エアギャップを形成するスリット２６には、ホールＩＣ２４が１個配置されている。ホールＩＣ２４は、ホール素子と信号増幅回路とを一体化したＩＣであり、リニア出力ホールＩＣが使用されている。ホールＩＣ２４からは、スリット２６を通過しホールＩＣ２４に鎖交する磁束密度に応じた電圧信号が出力される。
【００１９】
モータ５は、図１に示すように、ステータ３１の内側にロータ３２を回転自在に配置したいわゆるインナーロータ型のブラシレスモータである。ステータ３１は、駆動コイル３３と、コイル３３が巻装されたステータコア３４とから構成され、基板２３に固定されている。ステータコア３４は、金属板を積層して形成されており、内周側に突設された突極に駆動コイル３３が巻回されて巻線が形成されている。ステータコア３４の側部はカバー７の内面と接触しており、モータ５における発熱源であるコイル３３の放熱性の向上が図られている。基板２３には、ロータ３２の回転位置を検出するホールＩＣ（図示せず）が設けられている。このホールＩＣからはロータ３２に回転に伴って、ロータ位置検出信号が出力される。
【００２０】
ロータ３２は、ロータシャフト３５と、ロータシャフト３５に固定されたロータコア３６及びロータコア３６の外周に固定されたロータマグネット３７とから構成される。ロータマグネット３７は円筒状に形成され、Ｎ,Ｓの極が等間隔に配置されている。ロータシャフト３５はベアリング３８ａ，３８ｂにて回転自在に支持されており、ベアリング３８ａはカバー７に、ベアリング３８ｂはスロットルボディ３に取り付けられたブラケット３９にそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
ロータコア３６には、円柱状のマグネット取付部３６ａとギヤ１４が形成されている。ギヤ１４は、アイドルギヤ１８のギヤ１３と噛合している。アイドルギヤ１８は、ブラケット３９に固定されたギアシャフト１９に回転自在に支持されている。アイドルギヤ１８にはギヤ１３と一体にギヤ１２が形成されており、ギヤ１２はシャフト２に固定されたギア１１と噛合している。これにより、モータ５におけるロータ３２の回転が減速されてシャフト２に伝達される。
【００２２】
このような当該スロットルバルブ装置では、角度センサ１０のホールＩＣ２４からの出力信号やモータ５のホールＩＣからのロータ位置検出信号は、図示しない制御装置に送られる。制御装置では、ホールＩＣ２４からの出力信号によってハブ２０の回転角度、すなわちスロットルバルブ１の回転角度（バルブ開度）が算出される。また、ロータ位置検出信号に基づいてハブ２０の回転角度が推定され、両者の結果を互いに比較して異常がないか否かを確認しながらスロットルバルブ１の開度制御が行われる。
【００２３】
また、図１のスロットルバルブ装置には、エンジン動作中は常時冷却液が供給されている。冷却液通路８の接続パイプ９ａ,９ｂには図示しない冷却液供給ホースが接続され、冷却液通路８には温度管理された冷却液が供給される。冷却液は冷却液通路８内を流通し、エンジンの熱によって温度が上昇したカバー７から熱を排出する。さらに、冷却液通路８は、熱源となるモータ５やドライバ２７に近接して配置されており、それらから放出される熱も冷却液によって速やかに排出される。なお、カバー７に温度センサを設け、その検出値によって冷却液の流通（供給）を制御しても良い。
【００２４】
このようにカバー７には冷却液が流通し熱を排出するため、当該スロットルバルブ装置ではエンジンから伝わる熱やモータ５の発熱によって蓄積される熱をカバー７内から効率良く排出できる。このため、カバー７の内側の温度上昇が抑えられ、角度センサ１０の温度上昇や温度変化も低く抑えられる。従って、角度センサ１０にて使用されるロータマグネット３７の磁束密度変化も小さくなり、その減磁も抑えられる。また、ホールＩＣ２４の特性変化も抑えられ、これらの特性が安定することにより、角度センサ１０の角度検出精度や信頼性が向上する。さらに、角度センサ１０以外にも、モータ５やドライバ２７自体の温度上昇も抑えられるため、それらの温度特性が安定し、モータ系の信頼性も向上する。モータ５の冷却性が向上するとモータの高効率化が図られ、モータの小型化、そして、スロットルバルブ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２５】
一方、冷却液通路８は前述のような排熱手段としての機能の他、スロットルバルブ装置冷態時の加温手段としても機能する。例えば、冷却液通路８にエンジン冷却液を流通させると、エンジンの駆動に伴い、冷却液通路８にはエンジンで暖められた液体が流通する。スロットルバルブ装置はこの液体の持つ熱によってを暖機され、冷えた状態のモータ５やドライバ２７等が加温される。すなわち、本発明のスロットルバルブ装置では、冷却液通路８は、冷却作用のみならず加温作用も有する温度制御手段として機能する。寒冷地などでは、モータ５やドライバ２７は冷態時に非常に低い温度になり、それらの特性にも影響が生じるが、この暖機作用によっていち早く常温での稼働が可能となり、それらの特性も安定する。
【実施例２】
【００２６】
次に、本発明の実施例２である電子制御スロットルバルブ装置について説明する。図２はその構成を示す断面図である。なお、実施例１の電子制御スロットルバルブ装置と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２７】
図２のスロットルバルブ装置では、図１の装置における冷却液通路８に代えて、温度制御手段として、ヒートシンク４１が設けられている。図２に示すように、カバー７の図２において上端外面には複数の冷却フィン４２が突設されており、この冷却フィン４２によってヒートシンク４１が形成される。ヒートシンク４１によりカバー７の表面積が拡大して放熱効率が向上するため、カバー７の内側の温度上昇が抑えられる。これにより、角度センサ１０の温度上昇や温度変化も低く抑えられ、角度検出精度や信頼性の向上が図られる。
【００２８】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、冷却液通路８の配置位置はカバー７の上端部には限られず、カバー７の側面に配置しても良い。また、冷却フィン４２の配置位置はカバー７の上端外面には限られず、カバー７の側面に冷却フィン４２を形成しても良い。さらに、実施例１の冷却液通路８と実施例２のヒートシンク４１は排他的なものではなく、カバー７に両者を共に形成しても良い。この場合、冷却液通路８の上方にヒートシンク４１を配置する構成のみならず、冷却液通路８をカバー７の側面、ヒートシンク４１を上面に配置する構成や、冷却液通路８をカバー７の上面、ヒートシンク４１を側面に配置する構成なども可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１である電子制御スロットルバルブ装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２である電子制御スロットルバルブ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    スロットルバルブ
２    シャフト
３    スロットルボディ
４    スロットルチャンバ
５    ブラシレスモータ
６    カバーモジュール
７    カバー
８    冷却液通路（液体通路，温度制御手段）
９ａ,９ｂ    接続パイプ
１０    角度センサ
１１    ギア
１２    ギヤ
１３    ギヤ
１４    ギヤ
１５    減速機構
１６ａ,１６ｂ    ベアリング
１７    ねじりコイルばね
１８    アイドルギヤ
１９    ギアシャフト
２０    ハブ
２１    ロータコア
２２    磁石
２３    基板
２４    ホールＩＣ（磁気検出素子）
２５    ステータコア
２６    スリット
２７    ドライバ（駆動回路）
３１    ステータ
３２    ロータ
３３    駆動コイル
３４    ステータコア
３５    ロータシャフト
３６    ロータコア
３６ａ  マグネット取付部
３７    ロータマグネット
３８ａ,３８ｂ    ベアリング
３９    ブラケット
４１    ヒートシンク
４２    冷却フィン（温度制御手段）
【図１】
2005163555.tif 000003
【図２】
2005163555.tif 000004