JP4428163B2 - バルブ位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータのマグネットロータの回転位置に基づいてバルブの制御位置を制御するバルブ位置制御装置に関するもので、特に運転者のアクセル操作量に対応してブラシレスモータを駆動して、スロットルバルブの回転角度に相当するスロットル開度等を制御するバルブ開度制御装置に係わる。

［従来の技術］
従来より、アクセルペダルの踏み込み量に対応してブラシレスＤＣモータを駆動してスロットルバルブの開度を電子制御する電子制御式スロットル開度制御装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサより出力されたアクセル開度信号に基づいてブラシレスＤＣモータのステータコアに巻装された三相のステータコイルにモータ駆動電流を流し、ブラシレスＤＣモータが駆動されることで、スロットルバルブが開閉制御され、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量が最適値となるように制御される。そして、スロットル開度制御装置は、図２０に示したように、スロットルバルブの位置制御を行う目的で、スロットルバルブの回転角度に相当するスロットル開度を検出するスロットル開度センサ（例えばホールＩＣ等）１０１を備え、また、複数個の永久磁石によって界磁極を構成したマグネットロータと三相のステータコイル１０３との相対位置制御（ロータ位置制御）を行う目的で、マグネットロータの回転位置を検出するロータ位置検出手段（例えばホールＩＣ等）１０４を備えている。

そして、スロットル開度センサ１０１より出力されたスロットル開度信号とアクセル開度センサ１０２より出力されたアクセル開度信号との開度偏差がなくなるようにバルブ開度制御手段１０５によってスロットルバルブの位置制御がなされるように構成されている。一方、ロータ位置検出手段１０４の出力からロータ位置検出処理手段１０６を介してモータ通電ドライバ１０７に三相のステータコイル１０３へのモータ駆動電流の通電量、通電方向を変化させるように情報を送るように構成されている。ロータ位置検出処理手段１０６は、マグネットロータと三相のステータコイル１０３との相対位置を検出して、この検出結果に応じてマグネットロータが最大の出力トルクを発生できる三相のステータコイル１０３のうちの２つの相に選択的にモータ駆動電流を通電するように決定するものであって、しかも三相のステータコイル１０３へのモータ駆動電流の通電方向を決定するものである。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１、２に記載のスロットル開度制御装置においては、マグネットロータと三相のステータコイル１０３との相対位置制御（ロータ位置制御）用にロータ位置検出手段１０４およびロータ位置検出処理手段１０６を備え、それとは別にスロットルバルブの位置制御用にスロットル開度センサ１０１を持つため、部品点数が多く、高コストとなるという問題が生じている。
特開平６−９４１５１号公報（第１−７頁、図１−図７） 特許第３０７０２９２号公報（第１−７頁、図１−図７）

本発明の目的は、スロットル開度（バルブ開度）センサを廃止しながらも、ロータ位置検出手段より出力された信号を、バルブ位置制御量の演算とモータ通電制御量の演算との両方に使用することで、部品点数の削減化および低コスト化を図ることのできるバルブ位置制御装置を提供することにある。

請求項１、７、１０及び１３に記載の発明によれば、ロータ位置検出手段から出力された、ブラシレスモータの三相のステータコイルに対するマグネットロータの相対回転位置に対応した信号に基づいて、バルブの現在位置を算出（推定）する。そして、この算出したバルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出し、更にこの算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する。そして、ロータ位置検出手段から出力された、ブラシレスモータの三相のステータコイルに対するマグネットロータの相対回転位置に対応した信号、および算出されたモータ通電制御量に基づいて、三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動することにより、ブラシレスモータのマグネットロータが回転し、バルブの現在位置が制御目標値に近づくように制御される。したがって、スロットル開度（バルブ開度）センサを廃止しながらも、ロータ位置検出手段から出力された信号を、バルブ位置制御量の演算とモータ通電制御量の演算との両方に使用することにより、部品点数の削減化および低コスト化を図ることができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を設けている。そして、この異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することにより、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数のカウントミスを解消することができる。また、低コスト化を実現することもできる。

請求項２及び８に記載の発明によれば、モータ通電制御量とは、バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるように設定される、三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルへのモータ駆動電流のデューティ比および通電方向または通電量および通電方向であることを特徴としている。また、請求項３、７、１０及び１３に記載の発明によれば、ロータ位置検出手段として、複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を用いても良い。そして、磁気検出素子を、マグネットロータに対向するように複数個配置しても良い。なお、本発明では、三相のステータコイルに対するマグネットロータの相対回転位置およびマグネットロータの回転方向を検出する必要が有ることから少なくとも３個以上の磁気検出素子を設置することが望ましい。

請求項４、７、１０及び１３に記載の発明によれば、バルブ位置演算手段に、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを設けている。そして、バルブ位置演算手段は、カウンタのカウント数に基づいてバルブの現在位置を求めるようにしている。これによって、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数を常にモニターすることにより、バルブの現在位置を常にモニター（算出、推定）することができる。また、後記するマグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を実行することにより、バルブ開度の絶対値（基準位置からの相対位置）を算出（推定）することができる。

請求項５及び７に記載の発明によれば、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移がスキップした場合、カウンタのカウント数をスキップした分だけ増減するようにしている。これによって、正常な状態遷移の順序を規定することにより、小スキップが生じた場合でも、そのマグネットロータの回転方向と回転角度量とを推定することが可能となり、バックファイア等の外乱トルク、磁気検出素子より出力される電気信号へのノイズ印加に対するロバスト性（頑健性）を向上することができる。

請求項６、９及び１０に記載の発明によれば、第１故障判別手段によって磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別することができる。また、第２故障判別手段によって磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別することができる。これによって、磁気検出素子より出力される電気信号をモニターすることにより、磁気検出素子の異常故障の判別を、モータ駆動回路の異常故障に対して独立して判別できるようになるので、磁気検出素子の異常故障を精度良く検出することが可能となる。また、ブラシレスモータの三相のステータコイルへの通電を停止している時であっても、磁気検出素子の異常故障を検出することが可能となる。

また、磁気検出素子より出力される電気信号の状態異常（磁気検出素子の出力状態異常）および磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の異常（磁気検出素子の出力状態遷移異常）を検出することにより、信頼性の高いシステムを実現することができる。
そして、第２故障判別手段によって磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することにより、カウントミスによる車両等への悪影響を防止することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を設けている。そして、この異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することにより、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数のカウントミスを解消することができる。また、低コスト化を実現することもできる。

請求項１２及び１３に記載の発明によれば、ブラシレスモータの回転出力をバルブに伝達する動力伝達機構と、カウンタのカウント数が所定のレンジを逸脱した際、あるいはマグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御時に磁気検出素子より出力される電気信号が所定時間以上状態遷移を継続する際に、動力伝達機構の異常故障を検出する異常故障検出手段とを設けたことにより、動力伝達機構に破損（例えばギヤ折損、バックラッシュ異常拡大）が発生して、ブラシレスモータのマグネットロータの回転位置とバルブの現在位置との関係が不整合となる異常状態を検出できる。また、請求項１４に記載の発明によれば、磁気検出素子より出力される電気信号のサンプリング周期（ロータ位置検出手段の信号取り込み周期）を、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移周期の最小値よりも十分短くすることにより、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数のカウントミスを防止でき、信頼性の高いバルブ位置の検出が可能となる。

請求項１５に記載の発明によれば、ロータ位置検出手段は、複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する３個の磁気検出素子よりなる。そして、３個の磁気検出素子のうちの１個の磁気検出素子の異常故障を検出した際に、残りの２個の磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントして、バルブの現在位置を算出することにより、３個の磁気検出素子のうちの１個の磁気検出素子の異常故障だけでバルブの現在位置が不明となる状況を回避でき、そのような状況下でバルブ位置演算手段等がその情報に基づき適切な処理をすることが可能となる。

請求項１６に記載の発明によれば、バルブ位置演算手段、制御量演算手段およびモータ駆動回路のうちの少なくとも２つ以上の機能を、ワンチップ上に集積化することにより、バルブ位置演算手段と制御量演算手段とを結線するワイヤーハーネス、あるいは制御量演算手段とモータ駆動回路とを結線するワイヤーハーネス、あるいはバルブ位置演算手段とモータ駆動回路とを結線するワイヤーハーネス、送受信回路、入出力回路が不要となり、電源線の本数を削減できるので、コンパクト化およびコストダウンを図ることができる。

請求項１７に記載の発明によれば、ブラシレスモータは、マグネットロータと一体化されたモータシャフト、およびこのモータシャフトの軸方向の両端部を回転自在に支持する円筒状のモータハウジングを有している。そして、ワンチップ上に集積化した、バルブ位置演算手段、制御量演算手段およびモータ駆動回路のうちの少なくとも２つ以上の機能およびロータ位置検出手段の機能をブラシレスモータのモータハウジング内に収容することにより、ロータ位置検出手段（例えば複数個の磁気検出素子）とバルブ位置演算手段とを結線するワイヤーハーネス、送受信回路、入出力回路が不要となり、電源線の本数を削減できるので、更なるコストダウンを図ることができる。さらに、組み付け性を向上することが可能となる。

請求項１８に記載の発明によれば、マグネットロータの回転速度を所定の減速比に減速して、バルブに伝達する歯車減速機構と、バルブを開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングとを設けている。そして、スプリングの付勢方向に対抗する方向にバルブを位置決めした状態で、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を実行することにより、歯車減速機構の構成要素としての減速ギヤ間のバックラッシュや、出力軸結合部のガタ等を要因とする、ブラシレスモータのマグネットロータの回転位置から求められる計算上のバルブの現在位置と実際のバルブの現在位置との不整合を解消することができる。

請求項１９に記載の発明によれば、バルブは、バルブハウジングの空気通路内を流れる空気の流量を制御する流量制御弁であることを特徴としている。この流量制御弁を、内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ、アイドル回転速度制御弁、吸気制御弁等に用いても良い。また、流量制御弁を、内燃機関の燃焼室より排出される排気ガスの流量を調節する排気制御弁等に用いても良い。また、流量制御弁を、内燃機関の排気ガスを吸気側に再循環させる排気ガス還流量を調節する排気ガス還流量制御弁等に用いても良い。

請求項２０に記載の発明によれば、バルブは、内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する空気に渦流を生起させる空気制御弁であることを特徴としている。この空気制御弁を、内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する空気に横方向の渦流を生起させるスワール流制御弁等に用いても良い。また、空気制御弁を、内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する空気に縦方向の渦流を生起させるタンブル流制御弁等に用いても良い。また、請求項２１に記載の発明によれば、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールドの吸気通路の通路長または開口面積を可変して、エンジントルクを向上させる可変吸気装置に適用されて、インテークマニホールドの吸気通路を開閉することで、インテークマニホールドの吸気通路の通路長または開口面積を変更する可変吸気弁であることを特徴としている。

請求項２２に記載の発明によれば、バルブは、スロットルボデーの断面円形状のスロットルボア内を流れる吸入空気量を調整する円板形状のスロットルバルブであることを特徴としている。ここで、バルブを、スロットルボデーに回転自在に支持されたシャフトを有し、シャフトの回転中心軸線と空気通路の中心軸線との交点を中心にして放射状に広げられて、シャフトの回転中心軸線を中心に回転方向に動作するバタフライ弁方式の回転弁としても良い。

本発明を実施するための最良の形態は、部品点数の削減化および低コスト化を図るという目的を、スロットル開度（バルブ開度）センサを廃止しながらも、ロータ位置検出手段より出力された信号（ブラシレスモータの三相のステータコイルに対するマグネットロータの相対回転位置に対応した信号）、すなわち、複数個の磁気検出素子より出力された電気信号を、バルブ位置制御量の演算とモータ通電制御量の演算との両方に使用することで実現した。

［実施例１及び比較例１の構成］
図１ないし図９は本発明の実施例１及びこの実施例１に対する比較例１を示したもので、図１はモータ通電制御回路の制御ロジックを示した図で、図２は内燃機関用バルブ開度制御装置の概略構成を示した図で、図３（ａ）はブラシレスＤＣモータの概略構成を示した図である。

本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置は、自動車等の車両に搭載される多気筒（本例では４気筒）ガソリンエンジン等の内燃機関（以下エンジンと言う）の吸気系に設けられ、運転者（ドライバー）のアクセルペダルの踏み込み量（ドライバーのアクセル操作量）に対応してブラシレスＤＣモータ１を駆動してスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度を変更することで、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御して、エンジン回転速度またはエンジントルクをコントロールする内燃機関用スロットル開度制御装置である。

この内燃機関用バルブ開度制御装置は、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整する２連式のスロットルバルブ２と、これらのスロットルバルブ２と一体的に回転するバルブシャフト３と、このバルブシャフト３を回転自在に支持するスロットルボデー４と、２連式のスロットルバルブ２を開弁方向または閉弁方向に駆動する動力ユニットと、２連式のスロットルバルブ２を閉弁方向（または開弁方向）に付勢するリターンスプリング５と、各種センサからのセンサ信号に基づいて動力ユニット（特にブラシレスＤＣモータ１）を電子制御するエンジン制御装置（エンジン制御ユニット：以下ＥＣＵと呼ぶ）９を備えている。

本実施例の動力ユニットは、動力源であるブラシレスＤＣモータ１と、このブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト（出力軸）１１の回転速度を所定の減速比となるように減速する歯車減速機構とを含んで構成されており、これらは、スロットルボデー４の外壁部に一体的に組み付けられたアクチュエータケース６内に収容されている。ここで、ブラシレスＤＣモータ１は、通電されるとモータシャフト１１が正転方向または逆転方向に回転する電動式のアクチュエータであって、フロントエンドフレーム１２が締結ネジ等の締結具（図示せず）を用いてアクチュエータケース６のモータ挿入口１３の周囲に締め付け固定されている。そのアクチュエータケース６は、ブラシレスＤＣモータ１を収容保持するモータ収容穴１４を形成するモータハウジング部１５と、歯車減速機構を構成する各ギヤを回転自在に収容するギヤ室１６を形成するギヤハウジング部１７とを有し、スロットルボデー４の円筒状壁部１９の開口側端部に一体的に組み付けられている。

歯車減速機構は、ブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト１１の外周に固定されたピニオンギヤ２１と、このピニオンギヤ２１と噛み合って回転する中間減速ギヤ２２と、この中間減速ギヤ２２と噛み合って回転するバルブギヤ２３とによって構成され、ブラシレスＤＣモータ１の回転動力（モータ出力軸トルク）をバルブシャフト３を介して２連式のスロットルバルブ２に伝達する動力伝達機構（トルク伝達部品）として利用されている。ピニオンギヤ２１は、ブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト１１と一体的に回転するモータギヤである。中間減速ギヤ２２は、回転中心を成す支持軸２４の外周に回転自在に嵌め合わされている。そして、中間減速ギヤ２２には、ピニオンギヤ２１に噛み合う大径ギヤ２５、およびバルブギヤ２３に噛み合う小径ギヤ２６が設けられている。バルブギヤ２３は、上記のバルブシャフト３の軸方向の一端部の外周に固定されている。

ここで、ブラシレスＤＣモータ１は、図３に示したように、例えば三相全波駆動方式のブラシレスモータであり、アウタロータ型永久磁石界磁ブラシレスモータであって、ベアリングホルダ（モータエンドフレーム）２９に固定されたインナステータ７と、このインナステータ７の外周側に所定のエアギャップを介して配設されたアウタロータ（以下マグネットロータと言う）８とを備えている。

インナステータ７は、軟磁性材（例えば鉄板または珪素鋼板）を多数積層した積層型コアよりなるステータコア（電機子鉄心）３１、およびこのステータコア３１に巻装された三相のステータコイル（電機子巻線）３２等から構成されている。なお、ステータコア３１の外周部には、複数のティースが等ピッチで形成され、各ティース毎にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータコイル３２が１相ずつ集中巻きされている。なお、三相のステータコイル３２をＹ結線しているが、三相のステータコイル３２をΔ結線しても良い。

マグネットロータ８は、モータシャフト１１の外周に嵌合するロータコア３３、およびこのロータコア３３の内周部に接着剤を用いて固着された１２個の永久磁石３４等から構成されている。また、マグネットロータ８に一体化されたモータシャフト１１の一端部（図示下端部）は、軸受け３５を介してベアリングホルダ２９に回転自在に支持されており、また、モータシャフト１１の他端部（図示上端部）は、軸受け３６を介して円筒ハウジング（モータハウジング）３７に回転自在に支持されている。

ここで、本実施例の永久磁石３４は、図３および図４（ａ）に示したように、被測定物としてのマグネットロータ８の回転に伴って回転すると共に、インナステータ７の外周面と対向する着磁面が円弧形状に形成され、板厚方向の内周部の極性が交互にＮ極とＳ極とを繰り返すように、１２極並ぶように配列されている。すなわち、１２個の永久磁石３４は、板厚方向の両端部（内周部と外周部）が互いに極性が逆向きとなるようにＮ極とＳ極とが平行着磁されている。これらの永久磁石３４は、例えばサマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）磁石、ネオジウム（Ｎｄ）磁石等の希土類磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石が用いられ、長期間磁力を安定して発生し続ける円弧板状のマグネットである。なお、永久磁石３４として、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）粉末を焼結した樹脂磁石を用いても良い。

２連式のスロットルバルブ２は、１本のバルブシャフト３の外周にそれぞれ保持固定または一体的に形成されて、断面円形状のスロットルボア（吸気通路）４０の中心軸線とバルブシャフト３の回転中心軸線との交点を中心とする円板状のディスクよりなる。これらのスロットルバルブ２は、スロットルボデー４のスロットルボア４０内を流れる吸入空気の平均的な流れの軸線方向に対して略直交する方向に回転中心軸線を有する回転弁で、吸入空気量が最小となる全閉位置から、吸入空気量が最大となる全開位置に至るまでの回転角度範囲にて回転角度（バルブ開度）が変更されることで、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御する。そして、２連式のスロットルバルブ２は、リターンスプリング５によって全閉位置まで閉じる方向（または全開位置まで開く方向）に付勢されている。

バルブシャフト３は、２連式のスロットルバルブ２の回転軸を構成するもので、スロットルボデー４のスロットルボア４０内を流れる吸入空気の平均的な流れの軸線方向に対して略直交する方向で、且つブラシレスＤＣモータ１を保持固定するモータハウジング部１５の中心軸線方向に対して平行する方向となるように回転中心軸線方向（軸方向）が規定されている。このバルブシャフト３の軸方向の一端部は、スロットルボデー４の第１軸受ボス部４１に保持固定される第１ベアリング（第１軸受け）４２の第１摺動孔内において回転自在に摺動する第１軸受摺動部として機能する。また、バルブシャフト３の軸方向の他端部は、スロットルボデー４の第２軸受ボス部４３に保持固定される第２ベアリング（第２軸受け）４４の第２摺動孔内において回転自在に摺動する第２軸受摺動部として機能する。

そして、バルブシャフト３の軸方向の一端部には、円筒状のジョイント部（トルク伝達部品）４５が一体的に形成されている。また、バルブシャフト３の軸方向の他端部には、リターンスプリング５の一端部を係止するバルブ側スプリングフック（第１係止部）４６が一体的に組み付けられている。なお、ジョイント部４５の外周部には、回転角度制限部材４７が一体的に設けられている。この回転角度制限部材４７の外周部には、２連式のスロットルバルブ２が全閉位置まで閉じた際に、全閉側メカニカルストッパ（全閉ストッパ：図１７参照）９１に直接的または間接的に当接して係止される被係止部としての全閉ストッパ部（図示せず）、および２連式のスロットルバルブ２が全開位置まで開いた際に、全開側メカニカルストッパ（全開ストッパ：図１７参照）９２に直接的または間接的に当接して係止される被係止部としての全開ストッパ部（図示せず）が一体的に形成されている。そして、２つのメカニカルストッパ９１、９２は、スロットルボデー４の外壁部に一体的に設けられる円筒状壁部１９の内周部に一体的に形成されている。

また、ジョイント部４５の軸方向の一端部には、歯車減速機構の構成要素の１つであるバルブギヤ２３の回転軸２７の凹状の嵌合溝に嵌合（例えば隙間嵌め）する凸状の嵌合部が設けられている。本実施例では、２連式のスロットルバルブ２およびバルブシャフト３とバルブギヤ２３とが一定の相対角度となるように規定するために、更にはバルブシャフト３とバルブギヤ２３とが相対回転することを防止するために、ジョイント部４５の嵌合部に一文字状の凸部およびバルブギヤ２３の回転軸２７の嵌合溝に一文字状の凹部をそれぞれ形成している。

スロットルボデー４は、内部に２連式のスロットルバルブ２を開閉自在に収容すると共に、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気が中心軸線方向に流れる２個のスロットルボア壁部５１を有し、且つこれらのスロットルボア壁部５１内にエンジンの各気筒の燃焼室内に向かう吸入空気が流れる断面円形状のスロットルボア４０を形成するスロットルハウジング（バルブハウジング）であって、２連式のスロットルバルブ２を、吸入空気量を最小とする全閉位置から、吸入空気量を最大とする全開位置に至るまでの回転動作範囲内にて回転自在に保持する装置であり、エンジンのインテークマニホールドまたはサージタンクに固定ボルトや締結ネジ等の締結具（図示せず）を用いて締め付け固定されている。

なお、スロットルボア４０には、エアクリーナからエンジン吸気管（インテークパイプ）を介して吸入空気を吸い込むための空気入口部、およびエンジンのインテークマニホールドまたはサージタンクに吸入空気を流入させるための空気出口部が設けられている。

リターンスプリング５は、スロットルボデー４のスロットルボア壁部５１の外壁部に一体的に組み付けられるスプリングハウジング部５２内に収容されて、バルブシャフト３の軸方向の他端部の外周に巻装されている。このリターンスプリング５の一端部は、バルブシャフト３のバルブ側スプリングフック４６に保持（または係止）され、また、リターンスプリング５の他端部は、スプリングハウジング部５２の内壁面に設けられたハウジング側スプリングフック（第２係止部）５３に保持（または係止）されている。

本実施例のＥＣＵ９は、図１に示したように、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭまたはスタンバイＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータ、およびブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２にモータ駆動電流を印加するためのモータ通電制御回路１０が設けられている。ＥＣＵ９のマイクロコンピュータおよびモータ通電制御回路１０は、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納されている制御プログラムおよび制御ロジックに基づいて、例えば吸入空気量が制御指令値となるようにフィードバック制御するように構成されている。

マイクロコンピュータは、ドライバーのアクセルペダルの踏み加減（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ６１、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ（吸入空気量センサ）６２、エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角度センサ６３等の各種センサからのセンサ信号が、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。なお、マイクロコンピュータは、クランク角度センサ６３より出力されたＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転速度を検出するための回転速度検出手段として機能する。

モータ通電制御回路１０は、ブラシレスＤＣモータ１の円筒ハウジング３７内に内蔵された回路基板６４上に搭載されている。そして、モータ通電制御回路１０は、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（ロータ位置）を検出するロータ位置検出器６５より出力された電気信号が入力されるように構成されている。また、モータ通電制御回路１０は、バルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）７１、モータ回転角制御器（制御量演算手段）７２およびモータ通電ドライバ（モータ駆動回路）７３の機能を、ワンチップマイコン上に集積化した駆動ＩＣであって、回路基板６４のマグネットロータ８側に対して逆側面に一体的に搭載されている。

ここで、ロータ位置検出器６５は、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２に対するマグネットロータ８の相対回転位置（マグネットロータ８の回転位置、モータ回転角）およびマグネットロータ８の回転方向に対応した電気信号を出力するロータ回転位置センサである。このロータ位置検出器６５は、図１、図３および図４に示したように、ブラシレスＤＣモータ１の円筒ハウジング３７内に内蔵された回路基板６４のマグネットロータ８側面に搭載された３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗによって構成され、マグネットロータ８の回転方向に例えば４０°間隔で１２個の永久磁石３４の軌道半径上に所定の間隔で配置されている。そして、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗは、その板厚方向の両側に一定幅の感磁面をそれぞれ有している。

さらに、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗは、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（モータ回転角）およびマグネットロータ８の回転方向を検出するホール素子（非接触式の磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したＩＣ（集積回路）であり、１２個の永久磁石３４より発生する磁界に感応して起電力を発生すると共に、各ホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗに鎖交する磁束密度に対応した電圧信号を出力する。なお、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗは、磁束密度に対する出力ゲイン調整、オフセット調整、温度特性の補正のプログラムを外部から電気トリミングする機能を有したり、断線、ショートの自己診断機能を有していても良い。

バルブ開度演算器７１は、ロータ位置検出器６５より出力される電気信号に基づいて、２連式のスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出するバルブ開度演算手段として機能する。具体的には、図４および下記数１、数２の演算式に示したように、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントし、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の総回転角度、つまり２連式のスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出する。これは、基準位置学習時のカウント数をベースに、状態遷移方向に応じてバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を増減する。次の順番で状態が遷移した時に、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を１つ増やす。例えば１→２、または２→３、または３→４、または４→５、または５→６、または６→１に１つ増やす。また、次の順番で状態が遷移した時に、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を１つ減らす。例えば１→６、または６→５、または５→４、または４→３、または３→２、または２→１に１つ減らす。

［数１］
バルブ開度＝カウント数（回）×（３６０〔ｄｅｇ〕／磁極数Ｐ／ギヤ比Ｎ）
［数２］
バルブ開度分解能＝３６０〔ｄｅｇ〕／磁極数Ｐ／ギヤ比Ｎ
本実施例では、分解能５°以下にするため、Ｐ／Ｎ＞３６０／５＝７２とする。

モータ回転角制御器７２は、エンジンの運転状態に対応して設定される制御目標値（目標スロットル開度、目標バルブ開度、制御指令値）と実スロットル開度（演算されたバルブ開度）との開度偏差に基づいて、その開度偏差がなくなるようにバルブ開度制御量（バルブ位置制御量）を算出すると共に、この算出したバルブ開度制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する機能を有している。

ここで、バルブ開度制御量は、実スロットル開度（演算されたバルブ開度）とエンジン回転速度、アクセル開度信号などに基づきＥＣＵ９にて算出される目標スロットル開度（目標バルブ開度）またはその目標バルブ開度をベースに（トルク伝達部品の撓み等を考慮して）モータ回転角制御器７２にて補正される目標バルブ開度との偏差がなくなるように比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）によって算出される。また、モータ通電制御量は、目標バルブ開度と実スロットル開度（演算されたバルブ開度）との開度偏差がなくなるようにするためＰＷＭ（パルス変調）変換されたデューティ比信号として算出した出力ＤＵＴＹ（通電量）、および三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の通電方向等である。

モータ通電ドライバ７３は、ロータ位置検出器６５、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号、およびモータ回転角制御器７２によって設定された出力ＤＵＴＹ（通電量）から出力電流ＤＵＴＹ（モータ駆動電流）を形成して、三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２を選択的に駆動する機能を有している。また、モータ通電ドライバ７３は、三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の通電方向を選択的に切り替えるための半導体スイッチング素子を有している。

［比較例１の制御方法］
次に、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置の制御方法を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。ここで、バルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）７１で実行される、基準位置学習制御の処理手順を図５および図６のフローチャートを用いて説明する。この図５および図６の基準位置学習制御ルーチンは、セレクトレバーがパーキング（Ｐ）レンジまたはニュートラル（Ｎ）レンジの時にイグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）される毎にいずれかが実行される。なお、本比較例のバルブ開度演算器７１は、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗ等のセンサ出力異常時、あるいは歯車減速機構を含む動力伝達機構の異常故障時、あるいはバルブ開度演算器７１の出力異常時には、セレクトレバーがパーキング（Ｐ）レンジまたはニュートラル（Ｎ）レンジで、且つ車両の走行速度が所定値（例えば０ｋｍ／ｈ）以下の時に再実行（再学習）されるように構成されている。

先ず、全閉学習制御時（全閉＝０°の時）には、図５のフローチャートに示したように、２連式のスロットルバルブ２を全閉位置に保持するために、ＰＷＭ（パルス変調）変換されたデューティ比（ＤＵＴＹ比）を全閉学習制御時通電ＤＵＴＹ比（例えば−７０％）にセットする（ステップＳ１１）。次に、２連式のスロットルバルブ２およびマグネットロータ８が全閉位置から動いていないことを確認するために、バルブ開度カウンタＣｖ（ｎ）が前回値Ｃｖ（ｎ−１）と同じ値であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この判定結果がＮＯの場合には、学習時間カウンタ（Ｔ１）を０にリセットする（ステップＳ１３）。その後に、ステップＳ１５の判定処理に移行する。

また、ステップＳ１２の判定結果がＹＥＳの場合には、学習時間カウンタ（Ｔ１）をサンプリング時間（Ｔｃ）分だけカウントアップする（ステップＳ１４）。次に、学習時間カウンタ（Ｔ１）が学習終了時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ１２の判定処理に戻る。また、ステップＳ１５の判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を、２連式のスロットルバルブ２の全閉位置に相当するスロットル開度＝バルブ開度０にセットし、学習終了フラグ（Ｘ１ｆ）を１にセットする（ステップＳ１６）。その後に、図５の基準位置学習制御ルーチンを終了する。

また、全開学習制御時（全開＝９０°の時）には、図６のフローチャートに示したように、２連式のスロットルバルブ２を全開位置に保持するために、ＰＷＭ（パルス変調）変換されたデューティ比（ＤＵＴＹ比）を全開学習制御時通電ＤＵＴＹ比（例えば７０％）にセットする（ステップＳ２１）。次に、２連式のスロットルバルブ２およびマグネットロータ８が全開位置から動いていないことを確認するために、バルブ開度カウンタＣｖ（ｎ）が前回値Ｃｖ（ｎ−１）と同じ値であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。この判定結果がＮＯの場合には、学習時間カウンタ（Ｔ１）を０にリセットする（ステップＳ２３）。その後に、ステップＳ２５の判定処理に移行する。

また、ステップＳ２２の判定結果がＹＥＳの場合には、学習時間カウンタ（Ｔ１）をサンプリング時間（Ｔｃ）分だけカウントアップする（ステップＳ２４）。次に、学習時間カウンタ（Ｔ１）が学習終了時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ２２の判定処理に戻る。また、ステップＳ２５の判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を、２連式のスロットルバルブ２の全開位置に相当するスロットル開度＝バルブ開度９０／（３６０／ギヤ比Ｎ／磁極数Ｐ）にセットし、学習終了フラグ（Ｘ１ｆ）を１にセットする（ステップＳ２６）。その後に、図６の基準位置学習制御ルーチンを終了する。

ここで、バルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）７１で実行される、バルブ開度演算の処理手順を図７のフローチャートを用いて説明する。この図７のバルブ開度演算ルーチンは、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）された後に、所定のタイミング毎に繰り返し実行される。また、図７のバルブ開度演算ルーチンは、学習終了フラグ（Ｘ１ｆ）が１の時に起動する。

先ず、カウントアップ条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３１）。なお、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号が次のように変化した時に、カウントアップ条件が成立となり、それ以外の時に不成立となる。カウントアップ条件は、１→２、または２→３、または３→４、または４→５、または５→６、または６→１のように変化した時に成立する。

このステップＳ３１の判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）をカウントアップする（ステップＳ３２）。その後に、図７のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。また、ステップＳ３１の判定結果がＮＯの場合には、カウントダウン条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３３）。なお、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号が次のように変化した時に、カウントダウン条件が成立となり、それ以外の時に不成立となる。カウントダウン条件は、１→６、または６→５、または５→４、または４→３、または３→２、または２→１のように変化した時に成立する。

このステップＳ３３の判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）をカウントダウンする（ステップＳ３４）。その後に、図７のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。また、ステップＳ３３の判定結果がＮＯの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）の変更を行わない。つまり現在のバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を維持する（ステップＳ３９）。その後に、図７のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。

［比較例１の作用］
次に、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置の作用を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。

ドライバーがアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度センサ６１よりアクセル開度信号がＥＣＵ９に入力される。そして、ＥＣＵ９からモータ通電制御回路１０に制御目標値（目標スロットル開度）が出力される。一方、バルブ開度演算器７１は、ロータ位置検出器６５より出力される、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２に対するマグネットロータ８の相対回転位置に対応した電気信号、すなわち、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントし、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の総回転角度、つまり２連式のスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度を算出する。

次に、モータ回転角制御器７２は、実スロットル開度（演算されたバルブ開度）とエンジン回転速度、アクセル開度信号などに基づきＥＣＵ９にて算出される目標スロットル開度（目標バルブ開度）またはその目標バルブ開度をベースに（トルク伝達部品の撓み等を考慮して）モータ回転角制御器７２にて補正される目標バルブ開度との偏差がなくなるように比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）によってバルブ開度制御量を算出する。また、モータ回転角制御器７２は、制御目標値（目標スロットル開度）と実スロットル開度（演算されたバルブ開度）との開度偏差がなくなるようにするためＰＷＭ（パルス変調）変換されたデューティ比信号として算出した出力ＤＵＴＹ（通電量）、および三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の通電方向を決定する。

次に、モータ通電ドライバ７３は、ロータ位置検出器６５、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号、およびモータ回転角制御器７２によって設定された出力ＤＵＴＹ（通電量）から出力電流ＤＵＴＹ（モータ駆動電流）を形成して、三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２を選択的に駆動する。このとき、モータ通電ドライバ７３は、必要の有る場合に、複数個の半導体スイッチング素子を選択的に駆動して、三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の通電方向を選択的に切り替える。

これによって、２連式のスロットルバルブ２が所定の回転角度となるようにブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２にモータ駆動電流が流されて、ブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト１１が回転する。そして、ブラシレスＤＣモータ１のトルクがピニオンギヤ２１、中間減速ギヤ２２、バルブギヤ２３に伝達される。これにより、バルブギヤ２３およびこのバルブギヤ２３の回転軸２７にジョイント部４５を介して結合したバルブシャフト３が、リターンスプリング５の付勢力（例えば全閉方向の付勢力）に抗してアクセルペダルの踏み込み量に対応した回転角度分だけ回転する。したがって、２連式のスロットルバルブ２が全閉位置より全開位置側へ開く方向（全開方向）に回転駆動され、スロットルボデー４のスロットルボア４０が所定のバルブ開度だけ開かれるので、エンジン回転速度がアクセルペダルの踏み込み量に対応した速度に変更される。

［比較例１の効果］
以上のように、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（モータ回転角）およびマグネットロータ８の回転方向を検出するロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号に基づいて、２連式のスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度を算出するようにしている。そして、この算出した実スロットル開度（演算により求められたバルブ開度）と制御目標値（目標バルブ開度、指令開度）との開度偏差がなくなるように、２連式のスロットルバルブ２のバルブ開度制御量を算出している。

さらに、制御目標値（目標スロットル開度）と実スロットル開度（演算されたバルブ開度）との開度偏差がなくなるように、ブラシレスＤＣモータ１のモータ通電制御量を決定している。具体的には、制御目標値（目標スロットル開度）と実スロットル開度（演算されたバルブ開度）との開度偏差がなくなるようにするためＰＷＭ（パルス変調）変換されたデューティ比信号として算出した出力ＤＵＴＹ（通電量）、および三相のステータコイル３２のうちの二つの相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の通電方向を決定している。したがって、スロットル開度（バルブ開度）センサを廃止しながらも、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号を、バルブ位置制御量の演算とモータ通電制御量の演算との両方に使用することにより、部品点数の削減化および低コスト化を図ることができる。

ここで、特許文献１、２に記載のスロットル開度制御装置のバルブ開度間接検出手段は、ロータ位置検出手段１０４より出力される電気信号（センサ出力）から直接バルブ開度を検出するのではなく、センサ出力に基づいてモータ通電ドライバ１０７により決定される三相のステータコイル１０３への通電制御トランジスタの切り替え信号のカウントによって間接的にバルブ開度が検出されるように構成されている。このバルブ開度間接検出方法では、ブラシレスＤＣモータの三相のステータコイル１０３への通電停止時に、スロットルボデーのスロットルボア（吸気通路）内を流れる吸入空気の流れ等によってスロットルバルブが回転した場合、そのスロットルバルブの回転を検出できないという問題がある。また、上記のバルブ開度間接検出方法では、スロットルバルブのバルブ開度の絶対値（基準位置からの相対位置）を検出することはできないという問題がある。

そこで、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、モータ通電制御回路１０のバルブ開度演算器７１に、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を内蔵している。そして、バルブ開度演算器７１は、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）のカウント数に基づいて２連式のスロットルバルブ２の現在位置（回転角度）に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出するようにしている。これによって、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数を常にモニター（直接的に検出）することにより、スロットル開度（バルブ開度）を常に精度良く算出または推定することができる。また、図５および図６のフローチャートに示した、マグネットロータ８の基準位置学習制御の処理手順を実行することにより、スロットル開度（バルブ開度）の絶対値（基準位置からの相対位置）を算出または推定することができる。

また、バルブ開度演算器７１、モータ回転角制御器７２およびモータ通電ドライバ７３の３つの機能を、ワンチップマイコン上に集積化しているので、バルブ開度演算器７１とモータ回転角制御器７２とを結線するワイヤーハーネス、モータ回転角制御器７２とモータ通電ドライバ７３とを結線するワイヤーハーネス、送受信回路、入出力回路が不要となり、電源線の本数を削減できる。したがって、モータ通電制御回路１０のサイズをコンパクト化することが可能となり、更に部品点数の削減化および低コスト化を図ることができる。

また、ワンチップマイコン上に集積化した、バルブ開度演算器７１、モータ回転角制御器７２およびモータ通電ドライバ７３の３つの機能およびロータ位置検出器６５の機能をブラシレスＤＣモータ１の円筒ハウジング３７に内蔵することにより、ロータ位置検出器６５、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのリード線とバルブ開度演算器７１またはモータ通電ドライバ７３とを結線するワイヤーハーネス、送受信回路、入出力回路が不要となり、電源線の本数を削減できる。したがって、更なる部品点数の削減化および低コスト化を図ることができる。さらに、ロータ位置検出器６５、バルブ開度演算器７１、モータ回転角制御器７２およびモータ通電ドライバ７３を１枚の回路基板６４に集約し、その回路基板６４をブラシレスＤＣモータ１の円筒ハウジング３７に組み付けるだけで、これらのセンサおよび回路の組み付けが終了するため、組み付け性を向上することができる。

［実施例１の特徴］
図８および図９は本発明の実施例１を示したもので、図８（ａ）は通常時におけるホールＩＣの出力状態を示した図で、図８（ｂ）はノイズ印加等による一時的な出力異常時におけるホールＩＣの出力状態を示した図である。

ここで、特許文献１、２に記載のスロットル開度制御装置において、ノイズ等によりロータ位置検出手段１０４の出力の状態遷移がスキップした場合、これに対する補償手段を持たず、仮にロータ位置検出手段１０４より出力される信号に基づいてスロットルバルブのバルブ開度を算出するようにした場合、スロットルバルブの認識バルブ開度とスロットルバルブの実バルブ開度との間に大きな相違が生じる可能性があり、場合によってはエミッションの悪化等の悪影響が発生する可能性がある。

また、図８に示したように、例えばブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転角が変化するに従って、１→２→３の順番で３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力状態が遷移する場合を考える。状態２を検出する際に、ノイズ等の影響により本来１であるべきホールＩＣ６５ｕの出力値が０となった場合、図７のフローチャートに示した１→２への状態遷移時にはバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）が更新されず、更に１→３へ状態遷移した時にもカウントアップされないため、合計２個のカウントロスが生じる。あるいは、バックファイア等の大きな外乱トルクの入力により、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号のサンプリング周期を上回る非常に高速な状態遷移が発生した場合にも、状態スキップが生じ、同じくカウントロスが生じる可能性がある。

そこで、本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちのいずれかのホールＩＣより出力される電気信号（センサ出力）へのノイズ印加や、バックファイア等の大きな外乱トルク等によるカウントロスに対する補償手段（図９のフローチャート）を設けている。ここで、バルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）７１で実行される、バルブ開度演算（カウントロスに対する補償手段）の処理手順を図９のフローチャートを用いて説明する。この図９のバルブ開度演算ルーチンは、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）された後に、所定のタイミング毎に繰り返し実行される。また、図９のバルブ開度演算ルーチンは、学習終了フラグ（Ｘ１ｆ）が１の時に起動する。なお、図７のフローチャートと同一の処理は同番号を付し、説明を省略する。

ステップＳ３３の判定結果がＮＯの場合には、状態スキップアップ方向条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。この判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）をスキップアップする（ステップＳ３６）。その後に、図９のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。
また、ステップＳ３５の判定結果がＮＯの場合には、状態スキップダウン方向条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３７）。この判定結果がＹＥＳの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）をスキップダウンする（ステップＳ３８）。その後に、図９のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。
また、ステップＳ３７の判定結果がＮＯの場合には、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）の変更を行わない。つまり現在のバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を維持する（ステップＳ３９）。その後に、図９のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。

以上のように、本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちのいずれかのホールＩＣより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移がスキップした場合、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）のカウント数をスキップした分だけ増減するようにしている。これによって、正常な状態遷移の順序を規定することにより、小スキップが生じた場合でも、そのマグネットロータ８の回転方向と回転角度量（モータ回転角）とを推定することが可能となり、バックファイア等の大きな外乱トルクや、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちのいずれかのホールＩＣより出力される電気信号（センサ出力）へのノイズ印加に対するロバスト性（頑健性）を向上することができる。したがって、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数のカウントロスが生じ難くなるので、２連式のスロットルバルブ２の演算上のバルブ開度と実バルブ開度との間に大きな相違が生じる可能性はなく、エミッションの悪化等の悪影響の発生を防止することができる。

図１０および図１１は本発明の実施例２を示したもので、図１０はホールＩＣの故障検出手段を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した図で、図１１は正常なホールＩＣの出力状態を示した図である。

本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置において、正常な３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力状態は、図１１に示した６状態（６パターン）しかなく、｛ｕｖｗ｝＝｛０００｝，｛ｕｖｗ｝＝｛１１１｝という状態は出力異常またはセンサ故障である。本実施例のモータ通電制御回路１０では、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の異常状態を検出することにより、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの異常故障（出力異常またはセンサ故障）を検出するホールＩＣの故障検出手段７４を有している。

また、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移として、１→４（状態２と３または状態６と５がスキップ）のように２つ以上の状態スキップが発生した時には、これを異常状態としてホールＩＣの故障検出手段７４にて検出し、図５および図６のフローチャートに示した、マグネットロータ８の基準位置学習制御を再学習する等の適切な処置を実施することにより、カウントミスによる車両への悪影響（エミッションの悪化）を防止する。したがって、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力異常状態や状態遷移異常を検出することにより、信頼性の高いシステムを実現することができる。

ここで、特許文献１、２に記載のスロットル開度制御装置では、通電切り替え順序の異常により、ロータ位置検出手段１０４、モータ通電ドライバ１０７のいずれかが故障したことは検知可能であるが、その分離ができず、故障検出時にエンジン側や車両側等で適切な処置ができないという問題がある。また、ブラシレスＤＣモータの三相のステータコイル１０３への通電停止時には、ロータ位置検出手段１０４、モータ通電ドライバ１０７の異常故障を検出することができないという問題がある。

そこで、本実施例のホールＩＣの故障検出手段７４は、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態が異常状態か正常状態かを判別する第１故障判別手段、およびロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第２故障判別手段を有している。これによって、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）をモニターすることにより、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの異常故障の判別を、モータ通電ドライバ７３の異常故障に対して独立して判別できるようになるので、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの異常故障を精度良く検出することが可能となる。また、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２への通電停止時であっても、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの異常故障を検出することが可能となる。

したがって、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態異常（３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力状態異常）および３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移の異常（３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力状態遷移異常）を検出することにより、信頼性の高いシステムを実現することができる。ここで、本実施例のホールＩＣの故障検出手段７４の第２故障判別手段によって３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移の順序が異常状態であると判別された場合には、図５および図６のフローチャートに示した、マグネットロータ８の基準位置学習制御を再学習する等の適切な処置を実施することにより、バルブ開度演算器７１のバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）のカウントミスによる２連式のスロットルバルブ２の演算上のバルブ開度と実バルブ開度との不整合に基づくエミッションの悪化等を防止することができる。

図１２および図１３は本発明の実施例３を示したもので、図１２は電流検出器を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した図で、図１３はモータ駆動電流、ＤＵＴＹ比、外乱トルクおよびバルブ開度の変化を示した図である。

ここで、本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、バックファイア（エンジンの各気筒の燃焼室内での混合気の燃焼が爆発行程中に完了せず、次の吸気行程でエンジンの各気筒の吸気ポートを開閉する吸気弁が開いた時まで継続する現象）等により大きな外乱トルクが、エンジンの吸気ポートに連通するエンジン吸気管中、特にスロットルボデー４のスロットルボア４０中に発生した場合、その大きな外乱トルクにより２連式のスロットルバルブ２が高速で回転し、ロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態変化速度がサンプリング速度を上回り、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移回数を、バルブ開度演算器７１のバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）がカウントミスする可能性がある。これに対し、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）のサンプリング速度を速くすることで対応すると非常に高速なサンプリングが必要となり、高コストとなる可能性がある。

そこで、本実施例では、モータ通電制御回路１０に、モータ通電ドライバ７３からブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２へのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する電流検出器（異常故障検出手段）７５を設けている。この電流検出器７５は、外乱トルク大によるカウントミスを補償する補償手段である。そして、大きな外乱トルクにより２連式のスロットルバルブ２が高速で回転することで、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２に逆起電力が発生する。この結果、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２へのモータ駆動電流が変動する。

そのモータ駆動電流の変動量を電流検出器７５によって検出し、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際、すなわち、ブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２へのモータ駆動電流の変動量が所定値を越えた際に、図５および図６のフローチャートに示した、マグネットロータ８の基準位置学習制御を再学習することにより、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移回数のカウントミスを解消することができる。

また、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）のサンプリング速度を速くしなくても、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）の状態遷移回数のカウントミスを解消できるので、低コストとなる。また、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）のサンプリング周期（ロータ位置検出器６５からの信号取り込み周期）を、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移周期の最小値よりも十分短くすることにより、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号の状態遷移回数のカウントミスを防止でき、信頼性の高い２連式のスロットルバルブ２の現在位置（バルブ開度）の検出が可能となる。

図１４ないし図１６は本発明の実施例４を示したもので、図１４はマグネットロータと３個のホールＩＣとの位置関係を示した図で、図１５（ａ）はモータ回転角に対するホールＩＣの状態遷移、状態遷移回数（カウント数）の変化を示したタイミングチャートで、図１５（ｂ）はホールＩＣの出力状態を示した図である。ここで、バルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）７１で実行される、ホールＩＣ故障時のバルブ開度を検出する方法を図１６の制御ロジックに示す。

本実施例のロータ位置検出器（ロータ位置検出手段）６５は、マグネットロータ８の回転方向に例えば４０°間隔で１２個配設された永久磁石３４より発生する磁界に感応して起電力を発生すると共に、自身を鎖交する磁束密度に対応した電圧信号を出力する３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗよりなる。ここで、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちの１個のホールＩＣ６５ｗがＨｉｇｈ（ハイレベル）固定異常の場合には、状態３で（１１０）となるところが（１１１）となる。

したがって、バルブ開度演算器７１では、図１６の制御ロジックに示したように、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗの出力状態が、｛ｕｖｗ｝＝｛０００｝，｛ｕｖｗ｝＝｛１１１｝の時に、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちのいずれか１つのホールＩＣに故障が発生していると判断する。ここで、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちの１個のホールＩＣ６５ｗがＨｉｇｈ（ハイレベル）固定異常の場合で説明すると、状態３から状態５までの間に値の変わらないセンサは、ホールＩＣ６５ｗのみであるので、故障ホールＩＣは、ホールＩＣ６５ｗであると特定する（消去法）。すなわち、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖより出力される電気信号の状態遷移（値の変化：Ｈｉｇｈ→ＬｏｗまたはＬｏｗ→Ｈｉｇｈ）が生じた時点（状態５）で、それ以外のホールＩＣ６５ｗが異常であることを検出する。

故障ホールＩＣを特定した後は、故障ホールＩＣより出力される電気信号を無視して、残る２個のホールＩＣより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントし、そのカウント数に基づいて２連式のスロットルバルブ２の現在位置（回転角度）に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出（検出）するようにしている。具体的には、状態６の時に、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛００｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ｄとなる。そして、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態１の時に、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛１０｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ａとなる。さらに、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態２の時も、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛１０｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ａを継続する。

さらに、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態３の時には、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛１１｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ｂとなる。さらに、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態４の時には、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛０１｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ｃとなる。さらに、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態５の時も、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛０１｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ｃを継続する。さらに、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転した状態６の時には、２個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖの出力状態が、｛ｕｖ｝＝｛００｝となり、ホールＩＣ６５ｗ故障時の状態Ｄとなる。

上記のように、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全開方向に回転している場合、バルブ開度演算器７１は、次の順番で状態が、例えば状態Ａ→状態Ｂまたは状態Ｃ→状態Ｄのように遷移した時、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を２つ増やす（２つスキップアップする）。また、次の順番で状態が、例えば状態Ｂ→状態Ｃまたは状態Ｄ→状態Ａのように遷移した時、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を１つ増やす（１つカウントアップする）。また、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８が全閉方向に回転している場合、バルブ開度演算器７１は、次の順番で状態が、例えば状態Ｃ→状態Ｂまたは状態Ａ→状態Ｄのように遷移した時、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を２つ減らす（２つスキップダウンする）。また、次の順番で状態が、例えば状態Ｂ→状態Ａまたは状態Ｄ→状態Ｃのように遷移した時、バルブ開度カウンタ（Ｃｖ）を１つ減らす（１つカウントダウンする）。

また、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちの１個のホールＩＣ６５ｗがＬｏｗ（ローレベル）固定異常の場合には、状態６で（００１）となるところが（０００）となる。これにより、１個のホールＩＣ６５ｗがＬｏｗ（ローレベル）固定異常の場合も、１個のホールＩＣ６５ｗがＨｉｇｈ（ハイレベル）固定異常の場合と同様に故障ホールＩＣを特定でき、故障ホールＩＣを特定した後は、同様にして、故障ホールＩＣより出力される電気信号を無視して、残る２個のホールＩＣより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントし、そのカウント数に基づいて２連式のスロットルバルブ２の現在位置（回転角度）に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出（検出）できる。

以上のように、本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちの１個のホールＩＣの異常故障を検出した際に、残りの２個のホールＩＣより出力される電気信号の状態遷移回数をカウントして、２連式のスロットルバルブ２の現在位置（回転角度）に相当するスロットル開度（バルブ開度）を算出することができるので、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗのうちの１個のホールＩＣの異常故障だけで２連式のスロットルバルブ２の現在位置（バルブ開度）が不明となる状況を回避でき、そのような状況下でバルブ開度演算器７１等がそのセンサ故障情報に基づき適切な処理（上記のようなバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）のカウント方法）をすることが可能となる。

図１７は本発明の実施例５を示したもので、図１７（ａ）は通常作動時のリターンスプリングの付勢方向を示した図で、図１７（ｂ）は基準位置学習制御時のリターンスプリングの付勢方向を示した図である。

本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、歯車減速機構の構成要素としてのピニオンギヤ２１と中間減速ギヤ２２の大径ギヤ２５とを噛み合わせた時の歯面間の隙間（バックラッシュ）、中間減速ギヤ２２の小径ギヤ２６とバルブギヤ２３とを噛み合わせた時の歯面間の隙間（バックラッシュ）、すなわち、減速歯車（減速ギヤ）の回転方向のガタの大きさ（バックラッシュ）、バルブギヤ２３の回転軸２７とバルブシャフト３のジョイント部４５との結合部（バルブシャフト結合部）のガタ、ブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト１１とピニオンギヤ２１との結合部（モータ出力軸結合部）のガタによって、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）からのバルブ開度計算値と実バルブ開度との間にズレが生じる可能性がある。すなわち、３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される信号の状態遷移回数に基づく、２連式のスロットルバルブ２の現在位置（回転角度）に相当するスロットル開度（バルブ開度）の算出値（バルブ開度計算値）と実バルブ開度との間にズレが生じる可能性がある。

そこで、本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、２連式のスロットルバルブ２を全開方向に付勢するリターンスプリング５を設け、常にバックラッシュおよびガタの一方向にて減速歯車およびモータ出力軸結合部を係合させるようにするために、リターンスプリング５の付勢力に対抗する側の全閉側メカニカルストッパ（全閉ストッパ）９１に突き当てたバルブ開度（アイドル開度）にて２連式のスロットルバルブ２を位置決めした状態で、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の基準位置を学習する基準位置学習制御を実行するようにしている。これによって、減速歯車（減速ギヤ）間のバックラッシュ、バルブシャフト結合部のガタおよびモータ出力軸結合部のガタによる、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）からのバルブ開度計算値と実バルブ開度との関係が不整合となることを解消することができる。なお、２連式のスロットルバルブ２を全閉方向に付勢するリターンスプリング５を設け、常にバックラッシュおよびガタの一方向にて減速歯車およびモータ出力軸結合部を係合させるようにするために、リターンスプリング５の付勢力に対抗する側の全開側メカニカルストッパ（全開ストッパ）９２に突き当てたバルブ開度（アイドル開度）にて２連式のスロットルバルブ２を位置決めした状態で、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の基準位置を学習する基準位置学習制御を実行しても良い。

図１８は本発明の実施例６を示したもので、動力伝達機構の故障検出手段を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した図である。

本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、歯車減速機構の構成要素としてのピニオンギヤ２１、中間減速ギヤ２２およびバルブギヤ２３のうちのいずれか１つ以上の減速歯車（減速ギヤ）、あるいはバルブギヤ２３の回転軸２７とバルブシャフト３のジョイント部４５との結合部（バルブシャフト結合部）、あるいはブラシレスＤＣモータ１のモータシャフト１１とピニオンギヤ２１との結合部（モータ出力軸結合部）に破損（例えばギヤ折損、バックラッシュ異常拡大）が発生すると、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）からのバルブ開度計算値と実バルブ開度との関係が不整合となり、そのまま放置されると、エミッションの悪化等の悪影響が生じる可能性がある。

そこで、本実施例では、モータ通電制御回路１０に、バルブ開度演算器７１のバルブ開度カウンタ（Ｃｖ）のカウント数が所定のレンジ（カウント可能範囲）を逸脱した際、あるいはブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の基準位置を学習する基準位置学習制御時にロータ位置検出器６５からの信号状態（ｓｓｔａ）、つまり３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗより出力される電気信号（センサ出力）が所定時間（例えば２００ｍｓｅｃ）以上状態遷移を継続する際に、減速歯車（減速ギヤ）、バルブシャフト結合部およびモータ出力軸結合部の異常故障を検出する動力伝達機構の故障検出手段（異常故障検出手段）７６を設けている。

これによって、動力伝達機構、すなわち、減速歯車（減速ギヤ）、バルブシャフト結合部およびモータ出力軸結合部に破損（例えばギヤ折損、バックラッシュ異常拡大）が発生して、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）からのバルブ開度計算値と実バルブ開度との関係が不整合となる異常状態を検出できる。このようなブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）のレンジ外れによる動力伝達機構の異常故障を検出した場合に、ブザーや音声等の聴覚表示手段や、インジケータランプや文字情報等の視覚表示手段を作動させて、ドライバーに動力伝達機構の修理や交換を促すことにより、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）からのバルブ開度計算値と実バルブ開度との関係が不整合となっている状態がそのまま放置されることはなく、エミッションの悪化等の悪影響を抑制することができる。なお、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（回転角度）のレンジ外れによる動力伝達機構の異常故障を検出した場合に、図５および図６のフローチャートに示した、マグネットロータ８の基準位置学習制御を再学習する等の適切な処置を実施しても良い。

図１９は本発明の実施例７を示したもので、内燃機関用バルブ開度制御装置の概略構成を示した図である。

本実施例の内燃機関用バルブ開度制御装置は、駆動源としてのブラシレスＤＣモータ１と、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整する１個のスロットルバルブ２と、このスロットルバルブ２と一体的に回転するバルブシャフト３と、このバルブシャフト３を回転自在に支持するスロットルボデー４と、スロットルバルブ２を閉弁方向（または開弁方向）に付勢するリターンスプリング５と、少なくともアクセル開度センサ６１からのスロットル開度信号に基づいてブラシレスＤＣモータ１の三相のステータコイル３２に流すモータ駆動電流を制御するＥＣＵ９およびモータ通電制御回路１０（バルブ開度演算器７１、モータ回転角制御器７２およびモータ通電ドライバ７３の３つの機能を、ワンチップマイコン上に集積化した駆動ＩＣ）とを備えている。なお、スロットルバルブ２を３つ以上の多連式のスロットルバルブとしても良い。

［変形例］
本実施例では、本発明のバルブ位置制御装置を、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量に対応してブラシレスＤＣモータ１を駆動して、内燃機関用スロットル制御装置に使用されるスロットルバルブ２の回転角度に相当するスロットル開度（バルブ開度）を制御する内燃機関用バルブ開度制御装置に適用したが、本発明のバルブ位置制御装置を、内燃機関用可変吸気システムに使用される多連式の可変吸気弁のバルブ開度を制御する内燃機関用バルブ開度制御装置に適用しても良い。この可変吸気弁は、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールドの吸気通路の通路長または断面積を可変する内燃機関用空気制御弁である。なお、内燃機関用可変吸気システムは、例えばエンジン回転速度が低中速回転領域の時にはインテークマニホールドの吸気通路の通路長が伸長するように可変吸気弁のバルブ（弁体）によって吸気通路を切り替え、また、エンジン回転速度が高速回転領域の時にはインテークマニホールドの吸気通路の通路長が短縮するように可変吸気弁のバルブ（弁体）によって吸気通路を切り替えることで、エンジン回転速度にかかわらず、エンジン出力軸トルク（エンジントルク）を向上できる装置である。

また、本発明のバルブを、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御する吸気制御弁、エンジンの燃焼室内より排出される排気ガス量を制御する排気制御弁、スロットルバルブをバイパスする吸入空気量を制御するアイドル回転速度制御弁、エンジンの排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に再循環させる排気ガス還流量を制御する排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ制御弁）に適用しても良い。また、本発明のバルブを、エンジンの吸気ポートからエンジンの気筒の燃焼室内に流入する吸入空気に横方向の渦流を生起させるスワール制御弁、所謂スワール流制御弁等の吸入空気流制御弁に適用しても良い。また、本発明のバルブを、エンジンの吸気ポートからエンジンの気筒の燃焼室内に流入する吸入空気に縦方向の渦流を生起させるタンブル制御弁、所謂タンブル流制御弁等の吸入空気流制御弁に適用しても良い。なお、本発明のバルブを、これらのようなバタフライバルブ方式の回転弁の他に、ポペット弁タイプのバルブ、シャッター式のバルブ、一辺のみ支持されたドア型のバルブに適用しても良い。

本実施例では、非接触式の磁気検出素子（回転角度センサ）として、ホール素子（非接触式の磁気検出素子）と増幅回路とを一体化した３個のホールＩＣ６５ｕ、６５ｖ、６５ｗを用いた例を説明したが、非接触式の磁気検出素子（回転角度センサ）として、ホール素子単体や、磁気抵抗素子を用いても良い。なお、非接触式の磁気検出素子（回転角度センサ）を、永久磁石により磁化される一対の磁性体（ヨーク）間に形成される磁気ギャップに配置しても良い。また、非接触式の磁気検出素子の個数は、２個以上であれば、ブラシレスＤＣモータ１のマグネットロータ８の回転位置（モータ回転角）および回転方向を検出可能なため、２個以上いくつ設置されていても構わない。また、ブラシレスモータとして、アウタステータ型（インナロータ型）のブラシレスモータを用いても良い。また、ブラシレスＤＣ（直流）モータ１の代わりに、ブラシレスＡＣ（交流）モータや、三相誘導電動機等のＡＣ（交流）モータを用いても良い。

モータ通電制御回路の制御ロジックを示した構成図である（実施例１）。 内燃機関用バルブ開度制御装置の概略構成を示した断面図である（実施例１）。 （ａ）はブラシレスＤＣモータの概略構成を示した断面図で、（ｂ）はマグネットロータと３個のホールＩＣとの位置関係を示した模式図である（実施例１）。 （ａ）はマグネットロータと３個のホールＩＣとの位置関係を示した模式図で、（ｂ）はモータ回転角に対する３個のホールＩＣの出力状態を示したタイミングチャートで、（ｃ）はモータ回転角に対する３個のホールＩＣの出力状態を示した説明図である（実施例１）。 基準位置学習制御の処理手順を示したフローチャートである（比較例１）。 基準位置学習制御の処理手順を示したフローチャートである（比較例１）。 バルブ開度演算の処理手順を示したフローチャートである（比較例１）。 （ａ）は通常時におけるホールＩＣの出力状態を示した説明図で、（ｂ）はノイズ印加等による一時的な出力異常時におけるホールＩＣの出力状態を示した説明図である（実施例１）。 バルブ開度演算（カウントロスに対する補償手段）の処理手順を示したフローチャートである（実施例１）。 ホールＩＣの故障検出手段を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した構成図である（実施例２）。 正常なホールＩＣの出力状態を示した説明図である（実施例２）。 電流検出器を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した構成図である（実施例３）。 モータ駆動電流、ＤＵＴＹ比、外乱トルクおよびバルブ開度の変化を示した説明図である（実施例３）。 マグネットロータと３個のホールＩＣとの位置関係を示した模式図である（実施例４）。 （ａ）はモータ回転角に対するホールＩＣの状態遷移、状態遷移回数（カウント数）の変化を示したタイミングチャートで、（ｂ）はホールＩＣの出力状態を示した説明図である（実施例４）。 バルブ開度演算器の制御ロジックを示した構成図である（実施例４）。 （ａ）は通常作動時のリターンスプリングの付勢方向を示した模式図で、（ｂ）は基準位置学習制御時のリターンスプリングの付勢方向を示した模式図である（実施例５）。 動力伝達機構の故障検出手段を有するモータ通電制御回路の制御ロジックを示した構成図である（実施例６）。 内燃機関用バルブ開度制御装置の概略構成を示した断面図である（実施例７）。 スロットル開度制御装置の制御ロジックを示した構成図である（従来の技術）。

１ ブラシレスＤＣモータ（ブラシレスモータ）
２ スロットルバルブ（バタフライバルブ、バルブ）
３ バルブシャフト
４ スロットルボデー（バルブハウジング）
５ リターンスプリング（スプリング）
７ ブラシレスＤＣモータのインナステータ
８ ブラシレスＤＣモータのマグネットロータ（アウタロータ）
９ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）
１０ モータ通電制御回路
１１ ブラシレスＤＣモータのモータシャフト（出力軸）
２１ ピニオンギヤ（動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ）
２２ 中間減速ギヤ（動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ）
２３ バルブギヤ（動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ）
３１ ブラシレスＤＣモータのステータコア（電機子鉄心）
３２ ブラシレスＤＣモータの三相のステータコイル（電機子巻線）
３３ ブラシレスＤＣモータのロータコア
３４ ブラシレスＤＣモータの永久磁石
３７ 円筒ハウジング（モータハウジング）
４０ スロットルボデーのスロットルボア（吸気通路）
６１ アクセル開度センサ
６２ エアフローメータ（吸入空気量センサ）
６３ クランク角度センサ
６４ 回路基板
６５ ロータ位置検出器（ロータ位置検出手段）
７１ モータ通電制御回路のバルブ開度演算器（バルブ位置演算手段）
７２ モータ通電制御回路のモータ回転角制御器（制御量演算手段）
７３ モータ通電制御回路のモータ通電ドライバ（モータ駆動回路）
４ スロットルボデー（バルブハウジング）
５ リターンスプリング（スプリング）
７６ モータ通電制御回路の動力伝達機構の故障検出手段（異常故障検出手段）
６５ｕ ホールＩＣ（非接触式の磁気検出素子）
６５ｖ ホールＩＣ（非接触式の磁気検出素子）
６５ｗ ホールＩＣ（非接触式の磁気検出素子）

Claims (22)

1. （ａ）電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
   （ｂ）このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
   （ｃ）前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
   （ｄ）このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
   （ｅ）このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
   （ｆ）前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
   を備えたバルブ位置制御装置において、
   前記三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を備え、
   前記バルブ位置演算手段は、前記異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。
2. 請求項１に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記モータ通電制御量とは、前記バルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるように設定される、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルへのモータ駆動電流のデューティ比および通電方向または通電量および通電方向であることを特徴とするバルブ位置制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
   前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されていることを特徴とするバルブ位置制御装置。
4. 請求項３に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、
   前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出することを特徴とするバルブ位置制御装置。
5. 請求項４に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移がスキップした場合、前記カウンタのカウント数を前記スキップした分だけ増減することを特徴とするバルブ位置制御装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第１故障判別手段と、
   前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第２故障判別手段とを備え、
   前記バルブ位置演算手段は、前記第２故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。
7. （ａ）電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
   （ｂ）このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
   （ｃ）前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
   （ｄ）このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
   （ｅ）このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
   （ｆ）前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
   を備えたバルブ位置制御装置において、
   前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
   前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
   前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移がスキップした場合、前記カウンタのカウント数を前記スキップした分だけ増減することを特徴とするバルブ位置制御装置。
8. 請求項７に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記モータ通電制御量とは、前記バルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるように設定される、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルへのモータ駆動電流のデューティ比および通電方向または通電量および通電方向であることを特徴とするバルブ位置制御装置。
9. 請求項７または請求項８に記載のバルブ位置制御装置において、
   前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第１故障判別手段と、
   前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第２故障判別手段とを備え、
   前記バルブ位置演算手段は、前記第２故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。
10. （ａ）電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
    （ｂ）このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
    （ｃ）前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
    （ｄ）このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
    （ｅ）このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
    （ｆ）前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
    を備えたバルブ位置制御装置において、
    前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
    前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
    前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第１故障判別手段と、
    前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第２故障判別手段とを備え、
    前記バルブ位置演算手段は、前記第２故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。
11. 請求項７ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を備え、
    前記バルブ位置演算手段は、前記異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。
12. 請求項７ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記ブラシレスモータの回転出力を前記バルブに伝達する動力伝達機構と、
    前記カウンタのカウント数が所定のレンジを逸脱した際、あるいは前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御時に前記磁気検出素子より出力される電気信号が所定時間以上状態遷移を継続する際に、前記動力伝達機構の異常故障を検出する異常故障検出手段と
    を備えたことを特徴とするバルブ位置制御装置。
13. （ａ）電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
    （ｂ）このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
    （ｃ）前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
    （ｄ）このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
    （ｅ）このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
    （ｆ）前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
    を備えたバルブ位置制御装置において、
    前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
    前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
    前記ブラシレスモータの回転出力を前記バルブに伝達する動力伝達機構と、
    前記カウンタのカウント数が所定のレンジを逸脱した際、あるいは前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御時に前記磁気検出素子より出力される電気信号が所定時間以上状態遷移を継続する際に、前記動力伝達機構の異常故障を検出する異常故障検出手段と
    を備えたことを特徴とするバルブ位置制御装置。
14. 請求項７ないし請求項１３のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号のサンプリング周期を、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移周期の最小値よりも十分短くすることを特徴とするバルブ位置制御装置。
15. 請求項１ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する３個の磁気検出素子よりなり、
    前記バルブ位置演算手段は、前記３個の磁気検出素子のうちの１個の磁気検出素子の異常故障を検出した際に、残りの２個の磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントして、前記バルブの現在位置を算出することを特徴とするバルブ位置制御装置。
16. 請求項１ないし請求項１５のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記バルブ位置演算手段、前記制御量演算手段および前記モータ駆動回路のうちの少なくとも２つ以上の機能は、ワンチップ上に集積化されていることを特徴とするバルブ位置制御装置。
17. 請求項１６に記載のバルブ位置制御装置において、
    前記ブラシレスモータは、前記マグネットロータと一体化されたモータシャフト、およびこのモータシャフトの軸方向の両端部を回転自在に支持する円筒状のモータハウジングを有し、
    前記ワンチップ上に集積化した、前記バルブ位置演算手段、前記制御量演算手段および前記モータ駆動回路のうちの少なくとも２つ以上の機能および前記ロータ位置検出手段の機能を前記モータハウジング内に収容したことを特徴とするバルブ位置制御装置。
18. 請求項１ないし請求項１７のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    前記マグネットロータの回転速度を所定の減速比に減速して、前記バルブに伝達する歯車減速機構と、前記バルブを開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングとを備え、
    前記バルブ位置演算手段は、前記スプリングの付勢方向に対抗する方向に前記バルブを位置決めした状態で、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を実行することを特徴とするバルブ位置制御装置。
19. 請求項１ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    内部を空気が流れる空気通路を形成するバルブハウジングを備え、
    前記バルブは、前記空気通路内を流れる空気の流量を制御する流量制御弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。
20. 請求項１ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    内燃機関の吸気ポートに連通する吸気通路を形成するバルブハウジングを備え、
    前記バルブは、前記内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する空気に渦流を生起させる空気制御弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。
21. 請求項１ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するインテークマニホールドを備え、
    前記バルブは、前記吸気通路を開閉することで、前記吸気通路の通路長または開口面積を変更する可変吸気弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。
22. 請求項１ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載のバルブ位置制御装置において、
    内燃機関の燃焼室に連通する断面円形状のスロットルボアを形成するスロットルボデーを備え、
    前記バルブは、前記スロットルボア内を流れる吸入空気量を調整する円板形状のスロットルバルブであることを特徴とするバルブ位置制御装置。

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