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    EinStellglied (1) enthälteine Spule (10) und einen IC (30), der an einem Kern (20) angebrachtist. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld und der Kern sieht einen Wegfür dasMagnetfeld vor. Ein Rotor (50) ist drehbar innerhalb des Kerns montiert,so dass sich der Rotor als Antwort auf das Magnetfeld, das durchdie Spule erzeugt wird, dreht. Der IC ist elektrisch mit der Spuleverbunden. Der Abstand zwischen dem IC und der Spule wird, basierendauf einer erlaubbaren Temperatur des ICs bestimmt, so dass der ICnicht wesentlich überdie erlaubbare Temperatur hinaus erwärmt wird.
    公开号:DE102004009142A1
    申请号:DE102004009142
    申请日:2004-02-25
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Yoshiki Obu Ito；Shingo Obu Nakanishi
    申请人:Aisan Industry Co Ltd；
    IPC主号:F02D9-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf Stellglieder, die ICs (integrierteSchaltkreise) aufweisen, die mit den Stellgliedern integriert sind.
    [0002] Bislangsind verschiedene Steuerungseinheiten, zum Beispiel Steuerungseinheitenvon Kraftfahrzeugen, bekannt, um verschiedene Stellglieder zu steuernund zu regeln, wie zum Beispiel Elektromotoren und Solenoidventile.Im Allgemeinen weist eine Steuerungseinheit eines Kraftfahrzeugseine CPU auf. Um die CPU zuverlässigund stabil zu betreiben, ist daher die Steuerungseinheit an einemgeeigneten Platz innerhalb des Kraftfahrzeugs angebracht, an demdie CPU geringem externen Einfluss ausgesetzt ist. Beispielsweisekann ein solcher Platz innerhalb einer Fahrzeugkabine gewählt werden,um einen engeren Bereich von möglichenTemperaturvariationen, ein geringeres Vibrationsniveau und eine geringereWahrscheinlichkeit fürdas Eindringen von Wasser zu gewährleisten.Im Allgemeinen ist jedoch das Stellglied direkt an dem zu betätigendemObjekt montiert, zum Beispiel einem Kraftfahrzeugmotor und einemGetriebe, oder es befindet sich in der Nähe eines solchen Objekts. Daherwurde(n) (eine) lange elektrische Leitung(en) zum Verbinden der Steuerungseinheitmit dem Stellglied verwendet.
    [0003] Zusätzlich weisendie bekannten Steuerungseinheiten einen Schaltkreis auf, der einen Triebstromzum direkten Betreiben des Stellglieds erzeugt. Solche Triebströme wurdendem Stellglied überdie elektrische(n) Leitung(en) zugeführt. Es wurde jedoch ein beträchtlicherVerlust an Leistung typischerweise auf Grund der langen elektrischenLeitung(en) hervorgerufen.
    [0004] Inden vergangenen Jahren wurden Stellglieder vorgeschlagen, die Schaltkreiseenthalten, zum Beispiel ICs, um Triebströme zu erzeugen. Die Steuerungseinheitmuss zum Stellglied überdie elektrische(n) Leitung(en) lediglich ein Steuerungssignal liefern,das einen verhältnismäßig kleinenStrom besitzt. Diese Arten von Stellgliedern sind als „Stellglieder,die mit ICs integriert sind" bekannt.Die Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 7-307435 lehrtein solches Stellglied.
    [0005] Beidem in der oben erwähntenVeröffentlichungoffenbarten Stellglied ist typischerweise ein Strom, der durch dasStellglied fließt,in der Größenordnungvon einigen wenigen Hundert mA. Daher übersteigt die durch das Stellgliederzeugte Temperatur gewöhnlicheinen erlaubbaren Temperaturbereich für den IC nicht. Aus diesemGrund ist der IC zwischen einem Verbinder und einer Spule derartpositioniert, dass elektrische Leitungen, die den Verbinder, denIC und die Spule verbinden, die kürzesten praktikablen Längen aufweisen.
    [0006] Inder neueren Vergangenheit wurden jedoch neue Arten von Stellgliedernentwickelt, die einen Strom im Bereich von 2 bis 3 A erfordern,und werden praktisch verwendet. Diese Arten von Stellgliedern können einegrößere Wärmemengeerzeugen. Daher besteht in Situationen, in denen diese Arten vonStellgliedern verwendet wurden und der IC zwischen einem Verbinderund einer Spule derart positioniert ist, dass die elektrischen Leitungen,die den Verbinder, den IC und die Spule verbinden, die kürzestenpraktikablen Längenaufweisen, die Möglichkeit,dass der IC übereinen erlaubbaren Temperaturbereich hinaus erwärmt wird.
    [0007] Esist entsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte,mit einem IC integrierte Stellglieder zu lehren, die einen möglichen Temperaturanstiegdes IC's verhindernoder minimieren können.
    [0008] Gemäß einemAspekt der vorliegenden Lehren werden Stellglieder gelehrt, dieeinen Kern enthalten. Eine Spule ist an dem Kern angebracht, um einMagnetfeld zu erzeugen. Der Kern sieht einen Weg für das Magnetfeldvor. Ein Rotor ist drehbar innerhalb des Kerns montiert, so dasssich der Rotor als Antwort auf das durch die Spule erzeugte Magnetfelddreht. Ein IC ist an dem Kern angebracht und elektrisch mit derSpule verbunden. Der Abstand zwischen dem IC und der Spule wirdbasierend auf einem erlaubbaren Betriebstemperaturbereich des IC's derart bestimmt,dass der IC nicht so erwärmtwird, dass er den erlaubbaren Temperaturbereich wesentlich übersteigt.
    [0009] Daherkann der IC derart positioniert werden, dass verhindert wird, dassder IC derart erwärmtwird, dass er übereiner erlaubbaren Temperatur ist. Folglich kann der IC zuverlässiger arbeitenund das Magnetfeld der Spule steuern.
    [0010] Beieiner Ausführungsformkönnendie Stellglieder ferner einen Verbinder enthalten, der mit dem ICverbunden ist. Eine Stromquellenspannung und ein Steuerungssignalwerden an den IC überden Verbinder zugeführt.Der IC kann einen Anregungsstrom an die Spule basierend auf demSteuerungssignal liefern. Der Anregungsstrom kann größer alsder Strom des Steuerungssignals sein.
    [0011] Beieinem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren ist die Spule aufeiner Seite des Kerns positioniert und der IC ist auf der Seitegegenüberder Spule positioniert. Durch diese Anordnung kann der IC an demOrt am weitesten entfernt von der Spule positioniert werden. Daherist es weniger wahrscheinlich, dass der IC einen wesentlichen Einflussvon der Wärmeder Spule erfährt.
    [0012] Beieinem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren ist der IC angrenzendan einen Teil des Kerns positioniert, der dazu angepasst ist, inVerbindung mit einem Wärmedissipationselementzu stehen.
    [0013] Auchbei dieser Anordnung ist es möglich, dassder IC nicht wesentlich am Einfluss der durch die Spule erzeugtenWärme leidet.Die zu dem Teil des Kerns, der den IC enthält, geleitete Wärme kann effektiv über dasWärmedissipationselementdissipiert werden.
    [0014] Beieinem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren ist der IC derart positioniert,dass der Abstand zwischen dem Zentrum des IC's und dem Teil des Kerns, der dazu angepasstist, in Berührungmit einem Wärmedissipationselementzu sein, kleiner als der Abstand zwischen dem Zentrum des IC's und einer zentralenAchse der Spule ist. Mit anderen Worten befindet sich der IC näher an demWärmedissipationselementals an der Spule.
    [0015] DieseAnordnung ist ebenfalls effektiv, um dazu beizutragen, einen wesentlichenEinfluss, den die Wärmevon der Spule auf den IC ausübt,zu verhindern, da der IC näheran dem Teil des Kerns positioniert ist, der in Kontakt mit dem Wärmedissipationselementist, als an der Spule.
    [0016] Beispielsweisekann das Wärmedissipationselementein Teil eines Objekts sein, das durch das Stellglied betriebenwird. Bei einer Ausführungsformkann das Objekt eine Drosseleinrichtung sein, die Einlassluft aneinen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zuführt. Die Drosseleinrichtungkann eine Drosselklappe aufweisen, die vorzugsweise aus einem Materialmit hoher Wärmeleitfähigkeitgefertigt ist.
    [0017] Beieinem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren ist ein Gussmaterialintegral mit dem Stellglied gegossen. Der IC wird dann relativ inder Position zum Kern durch das Gussmaterial befestigt. Durch dieseAnordnung kann der IC derart positioniert werden, dass er zuverlässig mitdem Kern in Berührungist.
    [0018] Vorzugsweiseumschließtdas Gussmaterial im Wesentlichen den IC und ist aus einem wärmewiderstandsfähigen Harzgefertigt.
    [0019] Beieinem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren enthält das Stellgliedferner ein Abstandselement, das zwischen dem Kern und einem Objektangebracht ist, das durch das Stellglied betrieben wird, so dassein Teil des Kerns in Berührungmit dem Wärmedissipationselement über dasAbstandselement ist. Vorzugsweise ist das Abstandselement aus einemMaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeitgefertigt.
    [0020] ZusätzlicheAufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sindunmittelbar durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammenmit den Ansprüchenund den beigefügten Zeichnungenzu verstehen, in denen:
    [0021] 1(A), 1(B) und 1(C) jeweilseine Vorderansicht, eine Teilansicht von der rechten Seite und eineperspektivische Ansicht eines repräsentativen Stellglieds sind;und
    [0022] 2(A) eine schematische Vorderansicht desrepräsentativenStellglieds ist; und
    [0023] 2(B) eine schematische Vorderansicht eineralternativen Ausführungsformdes repräsentativenStellglieds ist, das mit einem Gussmaterial bedeckt ist; und
    [0024] 2(C) eine schematische Vorderansicht ähnlich zu 2(B) ist, die jedoch eineandere alternative Ausführungsformzeigt; und
    [0025] 3 eine perspektivische Explosionsansichteines Teils des repräsentativenStellglieds und einer Drosseleinrichtung ist, die dazu angepasstist, durch das Stellglied betrieben zu werden; und
    [0026] 4 eine Schaltkreiskonfigurationeines repräsentativenIC's ist; und
    [0027] 5(A) eine erklärende Darstellungist, die verschiedene möglicheMontagepositionen des IC's aneinem Kern zeigt; und
    [0028] 5(B) ein Diagramm ist, dasexperimentelle Ergebnisse von Messungen der Temperatur des IC's zeigt, die an denin 5(A) gezeigten Positionenerfasst wird.
    [0029] Jedesder zusätzlichenMerkmale und Lehren, die oben und unten erläutert werden, kann getrenntoder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden,um verbesserte Stellglieder und Verfahren zur Verwendung solcherStellglieder vorzusehen. RepräsentativeBeispiele der vorliegenden Erfindung, die viele dieser zusätzlichen Merkmaleund Lehren sowohl getrennt als auch in Verbindung miteinander verwenden,werden nun im Einzelnen unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungenbeschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich einemFachmann weiteren Einzelheiten zum Umsetzen bevorzugter Aspekteder vorliegenden Lehren in die Praxis geben und soll nicht den Rahmender Erfindung beschränken.Lediglich die Ansprüchedefinieren den Rahmen der beanspruchten Erfindung. Daher müssen Kombinationenvon Merkmalen und Schritten, die in der vorliegenden detailliertenBeschreibung erläutertwerden, nicht unbedingt die Erfindung in ihrem weitesten Sinn indie Praxis umsetzen, und werden statt dessen lediglich gelehrt,um speziell repräsentativeBeispiele der Erfindung zu beschreiben. Ferner können verschiedene Merkmaleder repräsentativeBeispiele und der abhängigenAnsprücheauf Arten kombiniert werden, die nicht im Einzelnen aufgezählt sind,um zusätzlichenützlicheAusführungsformender vorliegenden Lehren vorzusehen.
    [0030] EinrepräsentativeAusführungsformwird nun unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.
    [0031] 1(A), 1(B) und 1(C) zeigenjeweils eine Vorderansicht, eine seitliche Teilansicht und eineperspektivische Ansicht eines repräsentativen Stellglieds 1,das einen IC (integrierter Schaltkreis, integrated circuit) 30 aufweist,der mit dem Stellglied 1 integriert ist. Das Stellglied 1 enthält eineSpule 10, einen Kern 20 und Anschlüsse tc1,tc2 und tc3, zusätzlichzu dem IC 30. Die Spule 10 ist auf einer Seite (obereSeite betrachtet in 1(A))des Kerns 20 angebracht. Der Anschluss tc1 kann mit einerStromquelle verbunden werden.
    [0032] Beispielsweisekann die Stromquellenspannung von einer Batterie eines Kraftfahrzeugs(nicht dargestellt) geliefert werden. Der Anschluss tc2 kann einSteuerungssignal von einer Steuerungseinheit (nicht dargestellt)empfangen. Beispielsweise kann das Steuerungssignal von 0 bis 5V und in der Größenordnungvon einigen Dutzend mA sein. Der Anschluss tc3 ist mit einem Referenzpotentialverbunden (Erdung (Erde)). Die Anschlüsse tc1 bis tc3 sind innerhalbeines Verbinders 12 angebracht, der in 2(B) und 2(C) dargestelltist.
    [0033] DerIC Kreis 30 weist Eingangsanschlüsse ti1, ti2 und ti3 und Ausgangsanschlüsse ti4und ti5 auf. Der Anschluss ti1 ist mit dem Anschluss tc1 verbundenund empfängtdie durch eine Stromquelle gelieferte Spannung. Der Anschluss ti2ist mit dem Anschluss tc2 verbunden und empfängt ein Steuerungssignal. DerAnschluss ti3 ist mit dem Anschluss tc3 verbunden, so dass der Anschlussti3 mit einem Referenzpotential verbunden ist. Der Anschluss ti4 istmit einem von zwei gegenüberliegendementgegengesetzten Anschlüssender Spule 10 verbunden, und der Anschluss ti5 ist mit demanderen Anschluss der Spule 10 verbunden. Ein Strom wirdder Spule 10 überdie Anschlüsseti4 und ti5 zugeführtund fließt durchdie Spule 10 in einer vorgegebenen Richtung.
    [0034] EinTeil des Kerns 20 wird in die Spule 10 derarteingeführt,dass er einen Weg fürein Magnetfeld vorsieht, das durch die Spule 10 erzeugtwird. Durchgangsbohrungen 20a, 20b und 20c sindin dem Kern 20 gebildet. Wie es in 2(A) dargestellt ist, ist ein Rotor 50 (zumBeispiel magnetisch) in die Durchgangsbohrung 20a eingesetzt,die zentral im unteren Bereich des Kerns 20 positioniertist. Die Durchgangsbohrungen 20b und 20c sindan beiden Seiten der Durchgangsbohrung 20a angebracht und dazuangepasst, Schrauben Sb beziehungsweise Sc aufzunehmen, die dazuverwendet werden, das Stellglied 1 an einem anderen Elementoder einem Gerät zubefestigen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Stellglied 1 derartkonfiguriert, dass es an der Drosselklappe 60 (siehe 3) einer Drosseleinrichtungzu montieren ist, die Einlassluft an einen Verbrennungsmotor einesKraftfahrzeugs (nicht dargestellt) zuführt. Wie es in 1(A) bis 1(C) dargestelltist, sind Basisplatten 22 an einer Oberfläche desKerns 20 angebracht. Die Oberfläche des Kerns 20 kannder Drosselklappe 60 gegenüber liegen. Auf diese Weisekann das Stellglied 1 die Drosselklappe 60 über Kontaktflächen 22a (siehe 1(B)) der Basisplatten 22 berühren, wenndas Stellglied 1 an der Drosselklappe 60 befestigtist. Somit könnendie Basisplatten 22 als Abstandselemente zwischen dem Stellglied 1 undder Drossellappe 60 dienen.
    [0035] Anstattdie Basisplatten 22 an dem Kern 20 des Stellglieds 1 zubefestigen, könnendie Basisplatten 22 auch an der Drosselklappe 60 angebracht werden.Alternativ könnendie Basisplatten 22 getrennte Elemente sein, die zwischendas Stellglied und die Drosselklappe 60 während desMontierens eingebracht werden.
    [0036] Vorzugsweiseist die Drosselklappe 60 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeitgefertigt, zum Beispiel aus Metall. Zusätzlich können die Basisplatten 22 durchBefestigungsvorsprünge 62 ausgetauschtwerden, die integral mit der Drosselklappe 60 geformt sindund Montageflächen 62a aufweisen,wie es in 3 dargestelltist. Wenn die Drosselklappe 60 aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeitgefertigt ist, zum Beispiel aus Harz, können getrennte Basisplatten,die jeweils eine großeOberflächeaufweisen, zwischen die Montageflächen 62a und das Stellglied 1 eingebrachtwerden. Die großeOberflächeder getrennten Basisplatten kann dazu beitragen, effizient Wärme vonder Spule zu dissipieren. Auf diese Weise können möglicherweise die Drosselklappe 60 und/odereines oder mehrere getrennte Elemente, die nicht integral mit derDrosselklappe 60 beziehungsweise dem Stellglied 1 sind,als Wärmedissipationselement(e)verwendet werden.
    [0037] Bezugnehmendauf 2(A) ist das repräsentativeStellglied schematisch dargestellt. Wie es in 2(A) gezeigt ist, weist der Rotor 50,der in die Durchgangsbohrung 20a eingesetzt ist, eine Welle 52 auf.Die Welle 52 ist an dem Rotor 50 befestigt und erstrecktsich entlang der zentralen Achse des Rotors 50, so dasssich die Welle 52 auf Grund der Rotation des Rotors 50 dreht,wie es in 3 dargestelltist. Wenn an die Spule 10 kein Strom zugeführt wird, nimmtder Rotor 50 eine in 2(A) dargestelltePosition ein. Wenn Strom an die Spule 10 zugeführt wird,kann sich der Rotor 50 entweder in einer Richtung im Uhrzeigersinnoder in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn als Antwort auf dasMagnetfeld drehen, das durch die Spule 10 erzeugt wird.Wenn die Zufuhr von Strom an die Spule 10 unterbrochen wird,kehrt der Rotor 50 in die in 2(A) gezeigte Positionzurück.
    [0038] 2(B) zeigt eine alternativeAusführungsform,bei der das Stellglied 1 mit einem Gussmaterial Md gegossenist, so dass das Gussmaterial Md den IC 30 umschließt. Vorzugsweiseist das Gussmaterial Md aus wärmewiderstandsfähigem Harzgebildet. Auf diese Weise ist der IC 30 direkt an dem Kern 20 angebrachtund ist direkt in Berührungmit dem Kern 20. Typischerweise ist bei bekannten Ausführungsformenein IC in ein Material gepackt, das als Antwort auf Temperaturänderungendeformiert werden kann. Insbesondere kann sich die Packung thermischexpandieren und zusammenziehen. Es ist möglich, dass die Packung aufGrund der resultierenden Deformation Risse bekommt oder bricht.Im Gegensatz dazu ist gemäß der in 2(B) dargestellten Ausführungsformder IC 30 direkt in Kontakt mit dem Kern 20, dervorzugsweise aus Eisen gefertigt ist und verhältnismäßig hart ist. Zusätzlich hält das GussmaterialMd den IC 30 sicher. Daher kann jede mögliche Deformation der Packungdurch das Gussmaterial Md unterbunden oder minimiert werden. DieAnschlüssetc1 bis tc3 könneninnerhalb eines Verbinders 12 aufgenommen werden, der ausHarz gefertigt ist.
    [0039] EinemöglicheAnordnung des IC's 30 wird unterVerweis auf 2(B) und 2(C) beschrieben. Bei derin 2(B) dargestelltenAnordnung ist der IC 30 in der Nähe von einer der Basisplatten 22 positioniert.Wie oben erwähnt,kann die Basisplatte 22 in Berührung mit einem anderen Elementoder Gerät (wiezum Beispiel der Drosselklappe 60 bei dieser Ausführungsform)sein, das Wärmedissipieren kann, so dass die durch die Spule 10 erzeugteWärme an denKern 20 überdie Basisplatten 22 und weiter zu dem Wärmedissipationselement geleitetwird. In dieser Situation könnendie Basisplatten 22 und das Wärmedissipationselement vorzugsweiseaus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeitgefertigt sein. Die Position des IC's 30 wird vorzugsweise derartbestimmt, dass ein Abstand Lb kleiner als ein Abstand La ist, wiees in 2(B) angegebenist. Dabei wird der Abstand La von einer zentralen Achse Zc der Spule 10 zueiner Mittellinie Zi des IC's 30 gemessen. DieMittellinie Zi ist parallel zur zentralen Achse Zc. Der AbstandLb wird von der Mittellinie Zi des IC's 30 zu einer Linie Zt gemessen,die sich entlang eines Rands von einer der Basisplatten 22 erstreckt(das heißteinem Teil des Kerns 20, der in Kontakt mit dem Wärmedissipationselementist). Die Linie Zt ist ebenfalls parallel zur zentralen Achse Zcder Spule 10. Durch diese Konfiguration kann die Wärmedissipationsfähigkeitdes Wärmedissipationselementsdurch die Basisplatten 22 erzielt werden und eine mögliche Temperaturerhöhung desIC's 30 verhindertoder minimiert werden. Durch das Positionieren des IC's 30 innerhalbeines Bereichs zwischen der zentralen Achse Zc der Spule 10 undder Linie Zt kann zusätzlichder Abstand von dem IC 30 zu dem Verbinder 12 und/oderder Spule 10 auf einen mäßigen Abstand begrenzt werdenund ist nicht unnötiglang.
    [0040] 2(C) zeigt eine alternativeAnordnung des IC 30. In 2(C) istder IC 30 auf einer Seite des Kerns 20 positioniert,der Seite gegenüberder Spule 10. Diese Anordnung ermöglicht, dass der IC 30 soweitwie möglichentfernt von der wärmeerzeugendenSpule 10 ist und dennoch in Berührung mit dem Kern 20 ist.Daher kann ein Anstieg der Temperatur des IC's 30 effektiv verhindert oderminimiert werden. Wenngleich die in 2(C) dargestellteAnordnung längereVerdrahtungslängenzwischen dem Verbinder 12 und dem IC 30 und zwischendem IC 30 und der Spule 10 im Vergleich zur alternativenAnordnung, die in 2(B) gezeigtist, aufweist, kann die Verdrahtungslänge zwischen dem Verbinder 12 und demIC 30 durch Positionieren des Verbinders 12 an eineStelle näheran der Umgebung des IC's 30 dennochverkürztwerden.
    [0041] 3 zeigt eine Anwendung desrepräsentativenStellglieds 1 an der Drosselklappe 60 der Drosseleinrichtung.Wie vorher erwähnt,kann die Drosselklappe 60 dazu angepasst sein, Einlassluft aneinen Motor eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) zuzuführen.
    [0042] Wievorher beschrieben, kann das Stellglied 1 an der Drosselklappe 60 durchdie Schrauben Sb und Sc montiert werden. Die Basisplatten 22 des Stellgliedssind in Berührungmit den jeweiligen Montageflächen 62a derMontagevorsprünge 62,die auf der Drosselklappe 60 geformt sind. Ein Drosselventil 54 istinnerhalb eines Einlassdurchlasses angebracht, der in der Drosselklappe 60 definiertist, und ist an der Welle 52 des Rotors 50 angebracht.Daher kann das Drosselventil 54 den Einlassdurchlass öffnen undschließen,wenn sich die Welle 52 dreht.
    [0043] Wenngleichdas Stellglied 1 bei dieser repräsentativen Ausführungsformfür eineDrosseleinrichtung verwendet wird, ist das Stellglied 1 nichtauf Drosseleinrichtungen begrenzt und kann an anderen Maschinenund Vorrichtungen verwendet werden.
    [0044] EinerepräsentativeSchaltkreiskonfiguration des IC's 30 wirdnun unter Verweis auf 4 beschrieben.Wie vorher erläutert,weist der Verbinder 12 Anschlüsse tc1 bis tc3 auf. Der Anschlusstc1 ist mit einem positiven Anschluss einer Batterie als Stromquelleverbunden. Der Anschluss tc3 ist mit einem Referenzpotential (Erdung(Erde)) verbunden. Der Anschluss tc2 ist mit einer (nicht dargestellten) Steuerungseinheitverbunden. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit eine Motorsteuerungseinheit einesKraftfahrzeugs sein. Die Steuerungseinheit kann ein Steuerungssignal(zum Beispiel ein Lastimpulssignal) ausgeben, das in den Anschlusstc2 von einer Steuerungseinheit eingegeben wird.
    [0045] DerAnschluss tc1 ist mit dem Anschluss ti1 des IC's 30 verbunden. Der Anschlussti1 ist mit einem H-Brücken-Kreisverbunden. Der H-Brücken-Kreisenthälteine 5V-Stromquelle 33 und Leistung-MOS-Transistoren (anschließend als „MOSTrs" bezeichnet) T1,T2, T3 und T4. Der Anschluss ti1 ist mit dem H-Brücken-Kreisauf der stromaufwärtigen Seiteverbunden, wo die MOSTrs T1 und T2 miteinander verbunden sind. Die5V-Stromquelle 33 dient dazu, Strom an kleine Signalverarbeitungskreise, zumBeispiel einen Eingabenverarbeitungskreis 32 und einenSelbstdiagnosekreis 38, die nicht die MOSTrs T1 bis T4des IC's 30 sind,zu liefern.
    [0046] DerAnschluss ti3 des IC's 30 istmit dem Anschluss tc3 verbunden und liefert ein Referenzpotential(Erde) fürverschiedene Elemente und Kreise des IC 30.
    [0047] DerAnschluss ti4 des IC 30 ist mit einem der Anschlüsse derSpule 10 verbunden. Der andere Anschluss der Spule 10 istmit dem Anschluss ti5 verbunden. Wenn beispielsweise der Strom durchdie Spule 10 in der in 4 gezeigtenRichtung Ioff en fließt, kanndas Stellglied 1 das Drosselventil 54 (siehe 3) in einer Öffnungsrichtungdrehen. Wenn andererseits der Strom durch die Spule 10 inder Richtung entgegengesetzt zur Richtung Ioff en fließt, dasheißtder Richtung Izu, die in 4 gezeigt ist, kann das Stellglied dasDrosselventil 54 in einer Schließrichtung drehen.
    [0048] DerAnschluss ti2 des IC 30 ist mit dem Anschluss tc2 verbunden,so dass das Steuerungssignal von der Steuerungseinheit an den Anschlussti2 eingegeben wird. Der Eingabeverarbeitungskreis 32 wandeltdas Steuerungssignal in ein geeignetes Ausgangssignal um, um denH-Brücken-Kreiszu betreiben, der die MOSTrs T1 bis T4 enthält. Vortreiber (anschließend als „PrDrvs" , pre-drivers, bezeichnet) 34a, 34b, 34c und 34d dienenjeweils dazu, die ON und/oder OFF-Funktion der MOSTrs T1, T2, T3und T4 zu steuern.
    [0049] Wennbeispielsweise das Verhältnisdes Low-Level-Bereichs des Lastimpulssignals, das an den Anschlusstc2 eingegeben wird, niedriger als 50% ist, kann der Strom, dereinem solchen Verhältnisentspricht, in der Richtung Izu fließen, umdas Drosselventil 54 zu schließen. In diesem Fall führt der Eingabeverarbeitungskreis 32 dieZyklussteuerung des durch die MOSTrs T1 und T4 gebildeten Stromwegsund des durch die MOSTrs T2 und T3 gebildeten Stromwegs durch (durchSchalten auf ON und OFF an einer Last, die einem geforderten Stromentspricht, der in der Richtung Izu fließt), sodass ein geeigneter Strom in der Richtung von Izu fließt. Dabei werdendie MOSTrs T1 und T4 simultan betrieben und die MOSTrs T2 und T3werden ebenfalls simultan betrieben. Um das Drosselventil zu schließen, wirdder Zyklus der MOSTrs T1 und T4 derart gesteuert, dass die ON-Dauerkurz und die OFF-Dauer lang ist, während der Zyklus der MOSTrsT2 und T3 derart gesteuert wird, dass die ON-Dauer lang ist und die OFF-Dauer kurzist.
    [0050] Wennandererseits das Verhältnisdes Low-Level-Bereichs des Lastimpulssignals, das dem Anschlusstc2 eingegeben wird, 50% oder mehr ist, kann der Strom, der einemsolchen Verhältnisentspricht, in der Richtung Ioff en fließen,um das Drosselventil 54 zu öffnen. Auch in diesem Fallführt derEingangsverarbeitungskreis 32 die Zykluskontrolle eines Stromwegsdurch, der durch die MOSTrs T1 und T4 gebildet wird, und eines Stromwegs,der durch die MOSTrs T2 und T3 gebildet wird. Um das Drosselventil 54 zu öffnen, wirdder Zyklus der MOSTrs T1 und T4 derart gesteuert, dass die ON-Dauerlang ist und die OFF-Dauer kurz ist, während der Zyklus der MOSTrsT2 und T4 derart gesteuert wird, dass die ON-Dauer kurz ist unddie OFF-Dauer lang ist.
    [0051] Stromerfassungskreise 36a und 36b dienen dazu,jeweils den in der Richtung Ioffen und denin der Richtung Izu fließenden Strom zu erfassen. DieAusgaben der Stromerfassungskreise 36a und 36b werdeneinem ersten Erfassungskreis 38a für einen abnormalen Zustandund einem zweiten Erfassungskreis 38b für einen abnormalen Zustandeingegeben. Beispielsweise kann der erste Erfassungskreis 38a für einenabnormalen Zustand einen Bruch in der Spule 10 erfassenund der zweite Erfassungskreis 38b für einen abnormalen Zustandeinen Kurzschluss der Spule 10 erfassen.
    [0052] DieAusgaben des ersten Erfassungskreises 38a für einenabnormalen Zustand und des zweiten Erfassungskreises 38b für einenabnormalen Zustand werden in den Selbstdiagnosekreis 38 eingegeben.Wenn ein abnormaler Zustand durch entweder den ersten Erfassungskreis 38a für den abnormalenZustand oder den zweiten Erfassungskreis 38b für einenabnormalen Zustand erfasst worden ist, schaltet der Selbstdiagnosekreis 38 einenTransistor T5 an, der ein Signal an die Steuerungseinheit sendet,um einen abnormalen Zustand anzuzeigen, und setzt die Ausgabe desEingabeverarbeitungskreises 32 auf einen Default-Wert (zumBeispiel Aufrechterhalten der Ausgabe auf OFF).
    [0053] Unterden verschiedenen Elementen des IC's 30 können die 5V-Stromquelle 33 unddie Ausgangstransistoren MOSTrs T1 bis T4 (durch die ein verhältnismäßig großer Stromfließt)größere Wärmemengenals die anderen Elemente erzeugen.
    [0054] DieWirkung zum Verhindern eines Temperaturanstiegs gemäß der repräsentativenAusführungsformwird nun unter Verweis auf 5(A) und 5(B) beschrieben. 5(B) ist ein Diagramm, dasdie Ergebnisse der Messungen der Temperatur des IC's 30 zeigt,wenn der IC 30 an drei unterschiedlichen Positionen Pa,Pb und Pc angebracht ist, die in 5(A) gezeigtsind. Die Messungen wurden alle unter der Bedingung durchgeführt, dassein maximaler Stromfluss durch die Spule 10 vorliegt (beispielsweisebeinhalten andere Bedingungen eine Umgebungstemperatur von 120°C und eineBatteriespannung von 16 V).
    [0055] DiePosition Pc entspricht der in 2(C) gezeigtenPosition und die Position Pb entspricht der in 2(B) gezeigten Position. Die PositionPa dient zum Zweck des Vergleichs mit den in den Positionen Pc undPb erzielten Ergebnissen. Die Position Pa ist derart gewählt, dassein Abstand Lc zwischen der Mittellinie Zi des IC's 30 undder zentralen Achse Zc der Spule 10 kleiner als ein AbstandLd zwischen der Mittellinie Zi und der Linie Zt ist, die sich entlangeines Rands der einen der Basisplatten 22 erstreckt (odereines Teils des Kerns 20, der in Berührung mit dem Wärmedissipationselementist).
    [0056] Wiein 5(B) gezeigt, habendie Ergebnisse der Messungen ergeben, dass die Temperatur des IC's 30 einenerlaubbaren Temperaturbereich (zum Beispiel 150°C) nicht übersteigt, wenn der IC in den PositionenPb und Pc positioniert ist. In dem Fall, in dem der IC 30 inder Position Pa positioniert ist, wurde der IC jedoch über dieerlaubbare Temperatur hinaus erwärmt.
    [0057] Zwarwurde die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den repräsentativenAusführungsformen beschrieben,wobei jedoch die Erfindung nicht auf die repräsentativen beschriebenen Ausführungsformen begrenztsein soll. Beispielsweise wurde das Stellglied zusätzlich zurDrosselvorrichtung fürviele andere Arten von Maschinen und Vorrichtungen angewendet, wiezum Beispiel Motoren und Solenoidventile. Zusätzlich muss die Schaltkreiskonfigurationdes IC's 30 nichtauf die in 4 gezeigteKonfiguration begrenzt sein. Ferner sollten die numerischen Werte, zumBeispiel die Temperaturwerte und die elektrischen Werte, bei derBeschreibung der repräsentativenAusführungsformennur als beispielhafte Werte angesehen werden. Die tatsächlichenWerte sollten durch kurze Experimente für jede spezielle Ausführungsformbestimmt werden.
    [0058] Eswird explizit festgehalten, dass alle in der Beschreibung und/oderden Ansprüchenoffenbarten Merkmale dazu gedacht sind, getrennt und unabhängig voneinanderzum Zweck der ursprünglichenOffenbarung ebenso wie zum Zweck des Beschränkens der beanspruchten Erfindungangesehen zu werden, unabhängigvon der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen. Eswird explizit festgehalten, dass alle Wertebereiche oder Angabenvon Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jedeZwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebensowie fürden Zweck des Beschränkens derbeanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere in Hinblick aufGrenzen von Wertebereichen.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Stellglied (1), enthaltend: einenKern (20); eine Spule (10), die an dem Kernangebracht ist und angeordnet und konstruiert ist, ein Magnetfeldzu erzeugen, wobei der Kern einen Weg des Magnetfelds vorsieht; einenRotor (50), der drehbar innerhalb des Kerns montiert ist,so dass sich der Rotor als Antwort auf das durch die Spule erzeugteMagnetfeld dreht; und einen IC (30), der an dem Kernangebracht ist und elektrisch mit der Spule verbunden ist, wobeider Abstand zwischen dem IC und der Spule basierend auf einer erlaubbarenTemperatur des IC'sbestimmt wird, so dass der IC nicht derart erwärmt wird, dass er die erlaubbareTemperatur wesentlich übersteigt.
    [2] Stellglied nach Anspruch 1, weiter enthaltend einenVerbinder (12), der mit dem IC (30) verbunden ist,so dass eine Stromquellenspannung und ein Steuerungssignal an denIC (30) überden Verbinder (12) geliefert werden, wobei der IC (30)einen Anregungsstrom an die Spule (10) basierend auf dem Steuerungssignalzuführt.
    [3] Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spule(10) auf einer Seite des Kerns (20) positioniert ist.
    [4] Stellglied nach Anspruch 3, wobei der IC (30) aufder Seite gegenüberder Spule (10) positioniert ist.
    [5] Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der IC (30)angrenzend an einen Teil des Kerns (10) positioniert ist,der dazu angepasst ist, in Berührungmit einem Wärmedissipationselement (60)zu sein.
    [6] Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der IC (30)derart positioniert ist, dass ein Abstand (Lb) zwischen einem Zentrum(Z1) des IC (30) und einem Teil des Kerns (20),der dazu angepasst ist, in Berührungmit einem Wärmedissipationselement(60) zu sein, kleiner als ein Abstand (La) zwischen demZentrum des IC und einer zentralen Achse (Zc) der Spule (10)ist.
    [7] Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeiein Gussmaterial (Md) integral mit dem Stellglied (1) geformtist, so dass der IC (30) in einer Position relativ zu demKern (20) durch das Gussmaterial festgelegt ist.
    [8] Stellglied nach Anspruch 7, wobei das Gussmaterial(Md) im Wesentlichen den IC (30) umschließt.
    [9] Stellglied nach Anspruch 7, wobei das Gussmaterial(Md) aus einem wärmewiderstandsfähigen Harzgebildet ist.
    [10] Stellglied nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Wärmedissipationselement(60) ein Teil eines Gegenstand ist, der durch das Stellglied(1) betrieben wird.
    [11] Stellglied nach Anspruch 10, wobei der durch dasStellglied (1) betriebene Gegenstand eine Drosseleinrichtungist, die eine Drosselklappe (60) als Wärmedissipationselement enthält.
    [12] Stellglied nach Anspruch 11, wobei die Drosselklappe(60) aus einem Material gefertigt ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeitaufweist.
    [13] Stellglied nach einem der Ansprüche 5 oder 6, weiter enthaltendein Abstandselement (22), das zwischen dem Kern (20)und einem durch das Stellglied (1) betriebenen Objekt angebrachtist, so dass der Teil des Kerns (20) in Berührung mitdem Wärmedissipationselement(60) überdas Abstandselement ist.
    [14] Stellglied nach Anspruch 13, wobei das Abstandselementaus einem Material gefertigt ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeitaufweist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004257321A|2004-09-16|
    US7071800B2|2006-07-04|
    US20040164827A1|2004-08-26|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2012-01-05| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20110901 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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