| 【発明の名称】 |
ステッピングモータ式流量制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】杉山 武史
【氏名】近藤 哲治
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| 【要約】 |
【課題】平常時には高いトルクを得ることができ、高温時には駆動電流を制御してスイッチング素子や固定子コイルの温度上昇を抑制し、ＥＣＵの小型化と標準化とが可能なステッピングモータ式流量制御装置を得る。
【解決手段】回転軸５を有する回転子２と固定子コイル６を有する固定子３と回転子２を回転自在に支承すると共に固定子３を保持するハウジング７とにより構成されるステッピングモータ１と、このステッピングモータ１の回転軸５に結合駆動される流量制御弁１２と、ステッピングモータ１のハウジング７に設けられ、外部端子９および固定子コイル６と接続される端子群１９と、固定子コイル６に駆動電流を供給するためのスイッチング素子を搭載すると共にハウジング７に取り付けられ、上記の端子群１９とは電気的に接続される回路基板１７とを備えるようにしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 回転軸を有する回転子と、固定子コイルを有する固定子と、回転子を回転自在に支承すると共に固定子を保持するハウジングとにより構成されるステッピングモータ、このステッピングモータの回転軸に結合駆動される流量制御弁、ステッピングモータのハウジングに設けられ、外部端子および固定子コイルと接続される端子群、ハウジングに取り付けられ、前記端子群に電気的に接続されると共に、固定子コイルに駆動電流を供給するためのスイッチング素子を搭載する回路基板を備えたことを特徴とするステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項２】 回路基板にスイッチング素子と固定子コイルの電流を制限する駆動電流制限回路が搭載されたことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項３】 回路基板のスイッチング素子と近接して、または、接触して感熱素子が設けられ、この感熱素子の出力信号により駆動電流制限回路を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項４】 固定子コイルに近接して、または、組み込まれて感熱素子が設けられ、この感熱素子の出力信号により駆動電流制限回路を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項５】 ハウジングに設けられた端子群のそれぞれに切り込みが設けられ、回路基板のリードターミナルがこの切り込みに係合してハンダ付けなどにより接続されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項６】 回路基板がセラミックで形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
【請求項７】 回路基板の一方の面に放熱手段が設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のステッピングモータ式流量制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両用内燃機関に使用するステッピングモータ式の流量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両用内燃機関の吸気系を制御する流量制御装置にはステッピングモータ式のバルブが多く使用されている。図６は従来の、例えば特開平３ー１７２６８９号公報に開示された車両用内燃機関のアイドリング回転数制御装置の一例である。図において、１は回転子２と固定子３よりなるステッピングモータで、回転子２は多極に磁化された永久磁石４と回転軸５とにより構成され、固定子３は固定子コイル６と図示しない磁極とにより構成されている。また、固定子３はハウジング７に保持され、回転子２はハウジング７に設けられたベアリング８により回転自在に支承されている。
【０００３】９はターミナル１０を有するコネクタで、ステッピングモータ１とは別体に設けられた図示しない制御装置から固定子コイル６に電流を供給するためのものであり、図示しない制御装置は内燃機関の状態を入力して演算する制御部（以下ＥＣＵと称す）と、ＥＣＵの信号を受けてステッピングモータ１に電流を供給するスイッチング素子を有する駆動回路とにより構成されている。１２は弁座１３と共に内燃機関の吸気量を調整してアイドリング回転数を制御する弁体であり、回転軸５とはネジ部１４にて係合すると共に外周部はハウジング７の弁体保持部１５に軸方向にのみ移動が可能で回転が不能なように保持されている。
【０００４】このように構成されたアイドリング回転数制御装置において、例えば内燃機関の負荷変動などによりアイドリング回転数を制御する必要が生じた場合、ＥＣＵは制御内容に応じた信号パルスを出力し、駆動回路はこの信号に応じてスイッチング素子を動作させて固定子コイル６に通電し、回転子２を所定の角度だけ回動させる。回転子２の回動により、ネジ結合されて回転不能に保持された弁体１２は軸方向に移動して弁座１３との間の距離を変え、弁座１３の内径を流通する吸気の流量を制御してアイドリング回転数を変化させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】車両用内燃機関の流量制御装置には高い応答性と小型化とが要求される。上記のようなステッピングモータ式の流量制御装置で高い応答性を得るためには、モータのトルクを高める必要があり、モータのトルクを高めるには固定子コイルのアンペアターンを可能な限り高めることが必要である。しかし、小型化が要求されると共に、雰囲気温度が高温になる可能性のある車両用の流量制御装置においては固定子コイルのアンペアターンを高めるのには限界があり、従って流量制御の応答性の向上にも限界があった。
【０００６】また、ステッピングモータを駆動する駆動回路は電子回路であり、同じ電子回路であるＥＣＵと一体化されるのが通常であり、ステッピングモータとは別個に形成されていた。しかし、駆動回路のスイッチング素子などはステッピングモータの特性により仕様が決定されるものであり、ＥＣＵは制御内容により仕様が決定されるものであるから、ＥＣＵと駆動回路との一体化は必要以上に機種数が増加し、さらに、スイッチング素子が発熱体であることから放熱用のヒートシンクが不可欠であり、ＥＣＵと駆動回路とが一体化された制御装置が大型化する問題があった。
【０００７】この発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、駆動回路をＥＣＵとは分離してステッピングモータと一体に構成すると共に駆動電流制限回路を付加し、スイッチング素子や固定子コイルに感熱素子を設けて温度による駆動電流の制御を行うことにより、平常時には高いトルクを得ることができ、高温時には駆動電流を制御してスイッチング素子や固定子コイルの温度上昇を抑制し、ＥＣＵの小型化と標準化とが可能なステッピングモータ式流量制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係わるステッピングモータ式流量制御装置は、回転軸を有する回転子と固定子コイルを有する固定子と回転子を回転自在に支承すると共に固定子を保持するハウジングとにより構成されるステッピングモータと、このステッピングモータの回転軸に結合駆動される流量制御弁と、ステッピングモータのハウジングに設けられ、外部端子および固定子コイルと接続される端子群と、ハウジングに取り付けられ、上記の端子群に電気的に接続されると共に、固定子コイルに駆動電流を供給するためのスイッチング素子を搭載する回路基板とを備えるようにしたものである。
【０００９】また、回路基板に、スイッチング素子と固定子コイルの電流を制限する駆動電流制限回路を搭載するようにしたものである。さらに、回路基板のスイッチング素子と近接して、または、接触して感熱素子が設けられ、この感熱素子の出力信号により駆動電流制限回路を作動させるようにしたものである。さらにまた、固定子コイルに近接して、または、組み込まれた感熱素子が設けられ、この感熱素子の出力信号により駆動電流制限回路を作動させるようにしたものである。
【００１０】また、ハウジングに設けられた端子群のそれぞれに切り込みを設け、回路基板のリードターミナルがこの切り込みに係合してハンダ付けなどにより接続されるようにしたものである。さらに、回路基板をセラミックで形成するようにしたものである。さらにまた、回路基板の一方の面に放熱手段を設けるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１ないし図３はこの発明の実施の形態１のステッピングモータ式流量制御装置の構成を示すもので、図１は断面図、図２は斜視図、図３は駆動回路を搭載する回路基板の斜視図であり、上記の従来例と同一部分には同一符号が付与されている。図において、１は多極に磁化された永久磁石４と回転軸５とにより構成される回転子２と、固定子コイル６と図示しない磁極とにより構成される固定子３と、ハウジング７とによりなるステッピングモータで、固定子３はハウジング７に保持され、回転子２はハウジング７に設けられたベアリング８とスリーブベアリング１６とにより回転自在に支承されている。９はターミナル１０を有するコネクタで、図示しないＥＣＵからの信号と電源からの電力が供給される。１２は弁座１３と共に内燃機関の吸気量を調整してアイドリング回転数を制御する弁体であり、回転軸５とはネジ部１４にて係合すると共に外周部はハウジング７の弁体保持部１５に軸方向にのみ移動が可能で回転不能に保持されている。
【００１２】１７はステッピングモータ１のハウジング７に搭載された回路基板、１８は回路基板１７の放熱用のヒートシンクであり、図２に示すように、ステッピングモータ１のハウジング７にはインサート成形されてステッピングモータ１の固定子コイル６およびコネクタ９のターミナル１０と接続される端子群１９を有し、回路基板１７はリードターミナル２０が端子群１９に電気的に接続されて取り付けられると共に一方の面にはヒートシンク１８が接着固定されている。回路基板１７の他方の面には図３に示すように、印刷された配線パターンに回路を構成する電子部品２１が搭載されており、電子部品２１はＥＣＵからの信号を増幅する増幅回路、ＥＣＵの信号により固定子コイルの電流をオンオフ制御するスイッチング素子、およびスイッチング素子と固定子コイルの通電電流を制御する、例えばチョッパ回路などのような駆動電流制限回路を構成し、これらでステッピングモータ１の駆動回路を形成している。
【００１３】このように構成されたこの発明の実施の形態１のステッピングモータ式流量制御装置において、吸気流量の制御動作は上記の従来例と同一であり、図示しないＥＣＵからの信号により回路基板１７に搭載された駆動回路のスイッチング素子が固定子コイル６の通電をオンオフ制御し、弁体１２の位置を制御して吸気量を制御する。このスイッチング素子は比較的大電流を制御する発熱体であり、この発熱はヒートシンク１８により放熱されるが、熱伝導を良くして放熱効果を高め、また、耐熱性を得るために回路基板１７にはセラミック基板が使用され、ヒートシンク１８にはアルミニュウム製のヒートシンクが使用される。
【００１４】回路基板１７に搭載された駆動電流制限回路は、発熱体である固定子コイル６とスイッチング素子の温度を検知し、この温度が所定値を越えた場合にはスイッチング素子と固定子コイルの電流に制限を加え、発熱を抑制するように構成される。また、ハウジング７にインサート成形された端子群１９のハウジング７から突出した先端部にはＵ字型切り込みが設けられ、回路基板１７のリードターミナル２０は端子群１９と同一ピッチで設けられることにより、回路基板１７をステッピングモータ１のハウジング７に取り付けてハンダ付けを行うだけで電気的に接続されるように構成される。
【００１５】この発明の実施の形態１によるステッピングモータ式流量制御装置は、以上のように固定子コイル６とスイッチング素子の温度が所定値を越えた場合に駆動電流に制限を加えるようにしたので、通常時もしくは雰囲気温度が低い状態では電源電圧と固定子コイル６の抵抗値とで決まる電流を通電し、動作が頻繁になったり雰囲気温度が異常に高まって、固定子コイルやスイッチング素子の温度が所定値を越えたときにのみ電流値を低下させることになり、通常時は電流を大きく設定し、充分なアンペアターンを得てステッピングモータのトルクを上げ、流量制御の応答性を向上させることができ、また、温度上昇に伴う固定子コイルの焼損やスイッチング素子の破壊を防止することができ、さらに、駆動回路とＥＣＵとを分離したのでＥＣＵの小型化と標準化とが可能になるものである。
【００１６】実施の形態２．図４は、この発明の実施の形態２のステッピングモータ式流量制御装置に搭載される回路基板の構成を示す斜視図であり、この実施の形態は、回路基板１７に搭載された電子部品２１の近傍、特にスイッチング素子に近接または接触してサーミスタなどの感熱素子２２を設けるようにしたものである。このように構成することにより、スイッチング素子の温度が所定値を越えたとき、感熱素子２２の出力で駆動電流制限回路を動作せしめ、電流値を低下させることによりスイッチング素子の破壊を防止することができる。
【００１７】実施の形態３．図５は、この発明の実施の形態３のステッピングモータ式流量制御装置の構成を示すもので、この実施の形態は、ステッピングモータの固定子コイル６の近傍に、もしくは、固定子コイル６に組み込まれてサーミスタなどの感熱素子２３が設けられるようにしたものである。このように構成することにより、固定子コイル６の温度が所定値を越えたとき、感熱素子２３の出力で駆動電流制限回路を動作せしめ、電流値を低下させることにより固定子コイル６の焼損を防止することができるものである。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明のステッピングモータ式流量制御装置によれば、ステッピングモータの駆動回路に駆動電流制限回路を付加してスイッチング素子と固定子コイルとの温度により駆動電流を制限するようにし、回路基板をステッピングモータと一体に構成するようにしたので、スイッチング素子と固定子コイルの耐熱限界を合致させた設計が可能となり、無駄のない部品選定ができ、また、通常時には高いトルクを得て応答性の良い流量制御ができ、高温時には電流制限して固定子コイルの焼損やスイッチング素子の破壊を防止することができるなど、高い性能と信頼性を確保することが可能なステッピングモータ式流量制御装置を得ることができるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２２日（１９９９．４．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３７５９
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１４９（Ｐ２０００−３０４１４９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１５３００ |
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