JP3077443B2 - バルブ開閉制御装置 - Google Patents
バルブ開閉制御装置Info
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- JP3077443B2 JP3077443B2 JP05055435A JP5543593A JP3077443B2 JP 3077443 B2 JP3077443 B2 JP 3077443B2 JP 05055435 A JP05055435 A JP 05055435A JP 5543593 A JP5543593 A JP 5543593A JP 3077443 B2 JP3077443 B2 JP 3077443B2
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- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
かわり、特に、小型軽量で、高信頼性のバルブ開閉装
置、例えば自動車のスロットルバルブ用に使用されるバ
ルブ開閉装置を提供するものである。
浄や燃費向上を図るため、スロットルバルブとアクセル
バルブ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
に特に安全性が重要になり、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が要求される。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
えられるが、直流機ではブラシの存在により安全性に難
がある点、一方、ステップモータでは高速応答が劣る欠
点があった。これに対してブラシレスモータは高速性で
優れている反面、磁極位置検出器が必要なことから構成
の複雑さと磁極位置検出器の故障に伴う不安全性の欠点
があった。
1)に記載のスロットルバルブ開閉装置においてはブラ
シレスモータをバルブアクチュエータとして使用した例
について記載されている。ここでは、上記の不安全性に
対して故障検出器を備えるとともに磁極位置検出器の故
障時にはステップモータ動作を行わしめることによって
位置検出器の故障時にも運転可能にして不安全性を緩和
しようとした例について開示している。
2)の記載においては、バルブとアクチュエータとが直
結した構成でかつブラシレスモータを使用した例で、ス
ロットルバルブの開度センサより開度センサの出力に比
例したアドレスを有し、かつそのアドレスのROMにモ
ータの各相巻線への正弦波状の電圧を印加するデータを
納めた例について開示している。
ては、安全生の改良に於いては前進があるが、磁極位置
検出器を備えるためにアクチュエータが煩雑になる点,
アクチュエータの体格が大きくなる点,アクチュエータ
からの引出線の数が多くなる点で問題がある。
ないことから負荷へのトルクが小さく、高速な応答が出
来なくなる点,各相への通電の情報を記憶するROMの
要領が多くなる点,位相制御等が絡んで制御が複雑にな
る点で問題であった。
除き、構成が簡単で、小型軽量でかつ更に安全性を高め
たスロットルバルブアクチュエータを提供するものであ
る。
めに、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、変換器を介して前記バルブを電磁的に開
閉するバルブアクチュエータと、バルブの開度を示す開
度センサと、バルブ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を制御する制御装置
とを備えたバルブ開閉制御装置において、バルブを電磁
的に開閉するバルブアクチュエータとしてブラシレス型
モータを使用し、且つバルブの開度を示す開度センサの
出力信号から前記バルブアクチュエータのロータの回転
角、及びロータの磁極位置とステータコイルとの位置関
係を求める手段を設け、当該ロータの回転角、及びロー
タの磁極位置とステータコイルとの位置関係に基づいて
前記ブラシレス型モータの各相への電流のON,OFF
状態を決定する信号を発生させる手段を持たせるように
した。
備えることなく、開度センサの情報からブラシレスモー
タの各相への切り替え情報を得ることができる。これに
よって上記の従来例で示した欠点であった安全性の向上
や小型軽量,高効率化等が達成できる。
図1は本発明にかかわる一実施例を示すもので、自動車
用のスロットルアクチュエータの例を示す。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。
スロットルバルブ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リターンスプリン
グ12とバルブ5の開度を示す開度センサ6と、変換器
であるギヤ4を介して前記バルブを開閉する力を発生す
るモータとで構成されている。ここで、モータ3はブラ
シレスモータ固定子巻線31と、固定子巻線31を巻き
回した固定子鉄心33とからなる固定子と永久磁石等か
らなる回転子32とで構成される。
換器4に連結され、またベアリング34によって支承さ
れている。
めに変換器4が使用されている。これは、特に、バルブ
制御は位置制御であるため、常時モータ3に電流を通電
させてバルブ5の開度を制御する必要がある点、また、
故障時の復帰を早めるためにリターンスプリング12の
力を強めなければならないために、モータ3のギヤ直結
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るからである。
ータの制御方式を示したもので、回転子32の発生トル
クはクラッチ14を介して変換器であるギヤ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
からの開度情報であるPFとからPI制御などによって
開度制御器9で制御される。
子巻線3への電源11より電力を供給する。ここで制御
演算装置1内の8は磁極位置演算手段を示すもので、こ
れによって、3相の固定子巻線31へ電流のON,OF
Fの通電方向を決定する。
送る。また、電流検出器10によって取り込まれた電流
は、負荷の推定に使用されて過大負荷時にはドライバ2
への通電を制限する機能を有する。
位置検出手段8の動作の詳細を示すもので、縦軸にバル
ブの回転角度,横軸に開度センサ6の出力を示す(ギヤ
比が8,4極の例で示す。つまり、2回転でほぼ90度
のバルブ開度となる)。一般に120度通電方式の永久
磁石ブラシレスモータを使用する例で示す。ドライバ2
の各アームの上下への通電のパターンは固定子巻線3と
磁石回転子32の位置関係から図示のように割り振られ
る。磁石回転子の極数Pと、変換器であるギヤの比G
と、開度センサ6の各アームへの通電モードの繰返し数
との関係Kは次の様になる。
電気角1サイクル(図示のようにA,B,Cのパター
ン)の繰返しとなる。開度センサ出力から図示の通電モ
ードは計算により、決定することができる。制御演算装
置はマイクロコンピュータ等によって構成されることが
多いので演算によって容易に求めることができる。
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必要であり、8極以上の極数が
選定される。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度の時間間隔
は約500μsとなり、ソフトで電気角各60度の切り
替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。
る。横軸回転数に対する縦軸は電気角60度の所要時間
を示したものである。高速回転数になるに従って、電気
角60度の所要時間は図示のように短くなっていく。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替えのタイミング
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
御演算装置に切り替えを行えば良い。その代表例とし
て、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れば
良い。
ータの制御方式について示す。これは、電気角60度の
相変わりの検出法として、高速回転数時にはモータの逆
起電圧を利用したものである。構成では、逆起電圧位置
検出器15がある以外は図1の構成と全く同一である。
高速回転数時にはモータの逆起電圧を利用する。低回転
数時ではモータの逆起電圧は小さくなりこの方式の信頼
性が悪くなるため、この時には、前述のように開度セン
サよりの情報から通電モードを決定してやれば良い。低
速回転数時には、電気角60度の時間間隔が十分長いの
で切り替え点を図1で示した方式でも大きくずらしてし
まう心配はない。
8の詳細構成と動作原理図である。巻線の電圧を一次遅
れフィルタ16を介して比較器17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度の相切り替わり点を見出すことが
できる。各比較器の出力は図示(a),(b),(c)のよ
うに120度の位相差の矩形波信号となり、この三つの
矩形波信号を合成することによって電気角60度の信号
が図示(d)のように合成できる。図5の演算制御装置
1がマイクロコンピュータで構成している場合には、こ
の信号を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替える
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、また図3で示した開度センサからの通電情報
を示しても良い(図6の(a),(b),(c)の値をマイ
クロコンピュータへ取り込む)。
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。これを実現する一方法として、逆起電圧からの
モータの移動情報を常に把握し、かつ、開度センサの動
きとたえず比較することによって、開度センサの故障の
判定、あるいは逆起電圧位置検出器の故障の判定に使用
できる。故障の検出によって、外部への表示,機能の一
部制限等の処置は任意に行うことができる。
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。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
で制御する方式もある。この場合、本方式を使用する
と、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本発明が成り立た
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、学習修正するこ
とも考えられる。
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AD変換器を介してデジタル量として取り込む。1式
より電気角60度のデジタルの量は計算されるが、ビッ
ト数の少ないAD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AD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なく運転することができる。
モータで説明したが、可変リラクタンス型のブラシレス
モータで場合でも良く、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。
電磁気的に開閉するバルブアクチュエータとしてブラシ
レス型モータを使用し、かつバルブの開度を示す開度セ
ンサの出力信号から前記バルブアクチュエータのロータ
ーの回転角、及びロータの磁極位置とステータコイルと
の位置関係を求める手段を設け、当該ロータの回転角、
及びロータの磁極位置とステータコイルとの位置関係に
基づいて前記ブラシレス型モータの各相への電流のO
N,OFF状態を決定する信号を発生させる手段を持た
せるようにした。
サを備えることなく、開度センサの情報からブラシレス
モータの各相への切り替え情報を得ることができる。こ
れによって上記の従来例で示した欠点であった安全性の
向上や小型軽量,高効率化等が達成できる。
除き、構成が簡単で、小型軽量でかつ更に安全性を高め
たスロットルバルブアクチュエータを提供できる。
を示す図である。
ある。
方式を示す図である。
す図である。
タ、4…変換器のギヤ、5…バルブ、6…開度センサ、
7…AD変換器、8…磁極位置検出手段、9…開度制御
部、10…電流検出器、11…電源、12…リターンス
プリング、13…パイプ、14…クラッチ、15…ベア
リング、16…1次遅れフィルタ、17…比較器。
Claims (10)
- 【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、前記バルブを電磁気的に開閉する
バルブアクチュエータと、バルブの開度を検出する開度
センサと、バルブ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を制御する制御装置
と、 バルブを電磁気的に開閉するバルブアクチュエータとし
てブラシレス型モータを使用し、 且つバルブの開度を示す開度センサの出力信号から前記
バルブアクチュエータのロータの回転角、及びロータの
磁極位置とステータコイルとの位置関係を求める手段を
設け、 当該ロータの回転角、及びロータの磁極位置とステータ
コイルとの位置関係に基づいて前記ブラシレス型モータ
の各相への電流のON,OFF状態を決定する信号を発
生させる手段を備えたバルブ開閉制御装置。 - 【請求項2】請求項1記載のバルブ開閉制御装置におい
て、バルブを電磁的に開閉するブラシレスモータ型のバ
ルブアクチュエータを使用し、かつバルブとバルブアク
チュエータとの間にクラッチ機構を有する構成のバルブ
開閉装置において、クラッチのバルブ側とアクチュエー
タ側とで常に同一の角度に復帰する機能を備えたことを
特徴とするバルブ開閉制御装置。 - 【請求項3】請求項1記載のバルブ開閉制御装置におい
て、制御装置としてデジタル式の演算装置を備えると共
にブラシレスモータの各相巻線への一定通電区間をバル
ブ開度の最小の分解能のデジタルの値の整数倍としたこ
とを特徴とするバルブ開閉制御装置。 - 【請求項4】請求項3記載のバルブ開閉制御装置におい
て、バルブの開度センサはアナログ式の出力を発生させ
ると共に制御装置としてデジタル式の演算装置にAD変
換器を介して取り込むことを特徴としたバルブ開閉制御
装置。 - 【請求項5】請求項1記載のバルブ開閉制御装置におい
て、ブラシレスモータもしくは開度センサ側にブラシレ
スモータの各相への通電の切り替えのタイミングを発生
させる機構を有し、かつ、通電の情報を開度センサの情
報から決定する手段を備えたことを特徴とするバルブ開
閉制御装置。 - 【請求項6】請求項1記載のバルブ開閉制御装置におい
て、ブラシレスモータの端子電圧より磁極位置を検出す
る逆起電圧位置検出機能を持ったことを特徴とするバル
ブ開閉制御装置。 - 【請求項7】請求項6記載のバルブ開閉制御装置におい
て、ブラシレスモータの高速回転時に端子電圧より磁極
位置を検出する逆起電圧位置検出を使用し、低速回転時
には、開度センサからの磁極位置検出手段を用いたこと
を特徴とするバルブ開閉制御装置。 - 【請求項8】請求項6記載のバルブ開閉制御装置におい
て、ブラシレスモータの高速回転時に端子電圧より磁極
位置を検出し、ブラシレスモータの各相巻線への一定通
電区間を規定する信号発生手段を有することを特徴とす
るバルブ開閉制御装置。 - 【請求項9】請求項6記載のバルブ開閉制御装置におい
て、ブラシレスモータの各相巻線への一定通電区の変化
のカウント手段を持ち、開度センサと検出値との比較手
段を有すると共にその差が一定量以上になった時に機能
を制限する異常処理を行わしめることを特徴とするバル
ブ開閉制御装置。 - 【請求項10】請求項1記載のバルブ開閉制御装置にお
いて、バルブを電磁的に開閉する3相ブラシレスモータ
型のバルブアクチュエータを使用し、かつバルブアクチ
ュエータの電気角60度毎のパルス発生手段を備えたこ
とを特徴とするバルブ開閉制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05055435A JP3077443B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | バルブ開閉制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05055435A JP3077443B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | バルブ開閉制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06265039A JPH06265039A (ja) | 1994-09-20 |
JP3077443B2 true JP3077443B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=12998519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05055435A Expired - Fee Related JP3077443B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | バルブ開閉制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3077443B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10207565A1 (de) * | 2002-02-22 | 2003-09-04 | Pierburg Gmbh | Motoransteuerung für einen EC-Motor |
DE102015105526A1 (de) | 2015-04-10 | 2016-10-13 | Wittenstein Ag | Antrieb und Verfahren zum Betreiben eines Antriebs |
JP7310518B2 (ja) * | 2019-10-03 | 2023-07-19 | 株式会社デンソー | 冷凍サイクル装置 |
-
1993
- 1993-03-16 JP JP05055435A patent/JP3077443B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH06265039A (ja) | 1994-09-20 |
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