JP2008014656A - 回転速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の軸ぶれによる検出精度低下を抑制した回転速度検出装置を提供する。
【解決手段】電動機付ターボチャージャ１の回転体４１、５１、８、６の回転速度を検出する回転速度検出装置１０において、コンプレッサブレードとの距離を検出するギャップセンサ１２と、コンプレッサブレードの回転位置がギャップセンサ１２と対向する位置となる毎にギャップセンサ１２の出力信号中に現われるピーク値の現出時刻に基づいて、回転体４１、５１、８、６の回転速度を演算する回転速度演算手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転速度を検出する回転速度検出装置に関するものであって、特に、ターボチャージャの回転速度を検出する装置に適用して好適なものである。

従来より、回転体の回転速度を検出する回転速度検出装置が特許文献１等に記載されている。この特許文献１に記載の回転速度検出装置では、回転体に設けられた凹凸による磁界の変化を検出するセンサを備える。
このセンサの出力信号は、図１０（ａ）に示す如く突起部の回転位置がセンサと対向する位置となる毎にピーク値が現われるアナログ波形となるが、回転速度検出装置では、このアナログ波形を閾電圧によりパルス波形に変換している。そして、パルスの立上り時刻ｔ１と立下り時刻ｔ２とを検出し、これらの時刻ｔ１、ｔ２の平均時刻ｔ３を算出し、この平均時刻ｔ３の時間間隔Ｗ１に基づき回転体の回転速度を検出している。
すなわち、平均時刻ｔ３に前記ピーク値が現われているとみなすとともに、ピーク値が現出する時間間隔を前記時間間隔Ｗ１とみなして回転速度を検出している。

特開平９−２３６６１２号公報

しかしながら、回転体に軸ぶれが生じている場合には、図１０（ｂ）に示す如くアナログ波形がピーク値を中心とした左右対称の波形にならないことがある。その場合には、前述した平均時刻ｔ３にピーク値が現われなくなってしまうため、実際にピーク値が現出する時間間隔と平均時刻ｔ３の時間間隔Ｗ１とは一致しなくなり、その結果、回転速度の検出精度が低下する。

また、特許文献１に記載の回転速度検出装置とは別の構成の検出装置において、パルスの立下り時刻ｔ４（図１１参照）を検出し、立下り時刻ｔ４の時間間隔Ｗ２に基づき回転体の回転速度を検出している。
しかしながら、回転体に軸ぶれが生じている場合には、図１２に示す如くピーク値の大きさが均一にならないことがある。すると、時間間隔Ｗ２にばらつきが生じてしまい、その結果、回転速度の検出精度が低下する。
そこで、本発明の目的は、回転体の軸ぶれによる検出精度低下を抑制した回転速度検出装置を提供することにある。

ここで、回転体の回転にともない変化するギャップセンサの出力信号には、突起部の回転位置がギャップセンサと対向する位置となる毎にピーク値が現れる（例えば図２（ｂ）参照）。そして、図３（ａ）（ｂ）の点線にて例示される如く回転体に軸ぶれが生じると、前記ピーク値の大きさが変化したり（例えば図４中の上段参照）、或いは、ピーク値を中心とした左右対称の波形にならない（例えば図１０（ｂ）参照）。しかしながら、このようにピーク値の大きさが変化したり、ピーク値を中心とした左右対称の波形にならなかったとしても、ピーク値が現出する時間間隔は変化しない。
この点を鑑み、請求項１記載の発明では、回転体に設けられた突起部との距離を検出するギャップセンサを備え、突起部の回転位置がギャップセンサと対向する位置となる毎にギャップセンサの出力信号中に現われるピーク値の現出時刻に基づいて、回転体の回転速度を演算する。つまり、ピーク値の大きさが変化した場合やピーク値を中心とした左右対称の波形にならなかった場合であってもピーク値が現出する時間間隔は変化せず、このような軸ぶれの有無に拘わらず変化しないピーク値の現出時刻に基づいて回転体の回転速度を演算するので、回転体の軸ぶれによる検出精度低下を抑制できる。

請求項２記載の発明では、回転速度演算手段は、ギャップセンサの出力信号を微分してピーク値の現出時刻を演算する（例えば図４参照）。これによれば、所定のシークタイムで出力信号の大きさを検出してピーク値の現出時刻を演算する場合に比べて、回転速度演算手段による演算処理の負荷を軽減できる。

請求項３記載の発明では、ギャップセンサの出力信号を微分して得られたアナログ波形を、閾電圧によりパルス波形に変換するパルス変換手段を備え、回転速度演算手段は、パルス波形中に現われるパルスの立上り時刻の間隔または立下り時刻の間隔に基づいて回転体の回転速度を演算する。これによれば、請求項２記載の発明を好適に実現できる。
また、このようなパルスの立上りまたは立下りの時刻の間隔に基づいて回転速度を演算する場合に限らず、請求項４記載の発明の如く、回転速度演算手段は、ピーク値の現出時刻の間隔に基づいて回転体の回転速度を演算するようにしてもよい。

請求項５記載の発明では、エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するターボチャージャの回転速度を検出する装置に適用され、突起部は、ターボチャージャが有するコンプレッサブレードである。
ここで、エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するターボチャージャは、極めて高速で回転する（例えば約１７万ｒｐｍ）ものであるため、軸ぶれによる回転速度の検出精度低下の問題が顕著となる。そのため、このようなターボチャージャに本発明に係る回転速度検出装置を適用すれば、検出精度低下抑制の効果が好適に発揮される。
また、ギャップセンサ検出専用の突起部をターボチャージャに設けると、ターボチャージャの性能低下および軸ぶれ増長を招くのに対し、請求項５記載の発明によれば、コンプレッサブレードを突起部としているため、ターボチャージャの性能低下および軸ぶれを低減できる。

請求項６記載の発明では、エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するターボチャージャの回転速度を検出する装置に適用され、ターボチャージャは、エンジンの排気圧の他に電動機を駆動源とする電動機付ターボチャージャである。
ここで、電動機付ターボチャージャは軸長が長くなるため軸ぶれが大きくなり、軸ぶれによる回転速度の検出精度低下の問題が顕著となる。そのため、このような電動機付ターボチャージャに本発明に係る回転速度検出装置を適用すれば、検出精度低下抑制の効果が好適に発揮される。

請求項７記載の発明では、回転速度演算手段は、回転体の回転速度を演算するにあたり異なる複数の演算方式を有するとともに、いずれの演算方式で前記回転速度を演算するかを切り替える。そのため、回転体の状態に応じて最適な演算方式に切り替えることができる。

ここで、所定時間当たりに現われるピーク値の数は、高速回転時には低速回転時に比べて多い。そのため、高速回転時には、回転速度の検出精度は高くなるものの回転速度演算手段の演算処理負荷は大きくなる。
この点を鑑み、請求項８記載の発明では、回転速度演算手段は、複数の演算方式として、回転速度が所定値よりも速い高速回転時における高速時演算方式と、低速回転時における低速時演算方式とを有し、高速時演算方式では、低速時演算方式に比べて多い数のピーク値の現出時刻に基づいて回転体の回転速度を演算する。よって、設定した数の最初のピーク時刻と最後のピーク時刻との差より回転体の回転速度を演算するため、高速回転時における回転速度演算手段の演算処理負荷を小さくできる。

請求項９記載の発明では、回転速度演算手段は、ピーク値の現出時刻の間隔に基づいて回転体の回転速度を演算し、複数の間隔のうち他の間隔に比べて所定値以上の大きな間隔が現出した場合に、ギャップセンサの出力異常が発生していると判定する異常判定手段を備え、回転速度演算手段は、複数の演算方式として、異常検出手段により出力異常が検出された場合における異常時演算方式と、出力異常が検出されていない場合における正常時演算方式とを有し、異常時演算方式では、所定値以上の大きな間隔を補正した上で回転体の回転速度を演算する。
そのため、ピーク値の現出時刻の間隔が所定値以上に大きくなった場合にはギャップセンサの出力異常と判定して、その所定値以上の大きな間隔を補正するので、ギャップセンサの出力異常が生じた場合における回転速度検出装置の検出精度低下を抑制できる。なお、ピーク値の現出時刻の間隔が所定値以上に大きくなる場合の具体例として図８に例示される場合が挙げられる。すなわち、軸ぶれが大きいことに起因してピーク値のレベルが低下し、その結果、そのピーク値に対応するパルスが現われなくなるといったパルス抜けが生じ、これにより、ピーク値の現出時刻の間隔が所定値以上（図８の例では２倍の間隔）となる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるターボチャージャ用回転速度検出装置（以下、単に「回転速度検出装置」と呼ぶ）を図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ１は、エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するものであり、エンジンの排気圧の他に電動機を駆動源とする電動機付ターボチャージャである。

＜電動機付ターボチャージャの構成＞
まず、図１を用いて電動機付ターボチャージャ１の構成を説明する。
電動機付ターボチャージャ１は、エンジンの排気ガス流によって回転駆動されるタービン４、そのタービン４の回転により回転駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ５、タービン４とコンプレッサ５を連結するシャフト６、このシャフト６を電動駆動する誘導電動機７とによって構成される。

また、ハウジング２内には、シャフト６をラジアル方向に回転可能に支持するベアリング３が収容されている。シャフト６とベアリング３間には隙間が形成されており、この隙間はオイルで満たされている。そして、シャフト６はそのオイル内に浮く構造となっている。

タービン４は、複数枚のタービンブレードを有するタービンホイール４１と、ハウジング２のうちタービンホイール４１を収容する部分であるタービンハウジング４２とを備えている。また、コンプレッサ５は、図２（ａ）に示す複数枚（例えば５〜１２枚）のコンプレッサブレード（突起部）５３を有するコンプレッサホイール５１と、ハウジング２のうちコンプレッサホイール５１を収容する部分であるコンプレッサハウジング５２とを有している。
そして、タービンホイール４１が排気ガスにより回転すると、コンプレッサホイール５１がシャフト６とともに回転し、コンプレッサハウジング５２内の吸気通路に吸入した空気を加圧圧縮し燃焼室に送り込む。

誘導電動機７は、シャフト６に固定された回転子８と、電動機付ターボチャージャ１のハウジング２に固定された固定子９とからなり、この固定子９にはＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ相からなる６相の励磁コイル（図示せず）が強固に固定されている。誘導電動機７の励磁コイルは、ＥＣＵ（電子制御装置）１５の電動機駆動部１８により通電制御され、これにより、回転子８の回転速度は制御される。すなわち、ＥＣＵ１５は、６相の励磁コイルを通電制御して電動機付ターボチャージャ１の回転をアシスト制御する。

ここで、電動機付ターボチャージャ１は、エンジンがアイドリングの１万ないし２万ｒｐｍ付近から、全負荷時の超高速回転（例えば、約２０万ｒｐｍ）までの非常に広い範囲で回転する。そして、エンジンの排気ガス流のみをコンプレッサ５の駆動源とした場合には、電動機付ターボチャージャ１の低回転時（例えば５００００ｒｐｍ以下）にアクセルを踏んでもターボ効果が現われるまで時間を要するといった、所謂ターボラグの問題が生じる。そこで、このような低回転時に誘導電動機７により電動機付ターボチャージャ１の回転をアシストして、ターボラグの抑制を図っている。

＜回転速度検出装置＞
次に、回転速度検出装置１０の構成を説明する。
回転速度検出装置１０は、コンプレッサブレード５３との距離を検出するギャップセンサ１２および前述のＥＣＵ１５を備えており、電動機付ターボチャージャ１の回転速度を検出する。

ギャップセンサ１２は、渦電流式のセンサ部１３、センサアンプ１４および微分回路１９を備えている。センサ部１３は、磁界発生手段としてのコイル（図示せず）を有しており、コンプレッサブレード５３と向き合うようにコンプレッサハウジング５２に取り付けられている。センサ部１３とコンプレッサブレード５３との距離は、センサ部１３が十分な感度を得られるように、コンプレッサブレード５３の回転が妨げられない範囲で極力近いことが望ましく、例えば、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定される。

センサアンプ１４は、センサ部１３の出力信号を増幅する増幅回路と、センサ部１３のコイルに高周波の交流励磁電流を供給する駆動回路とを有している。交流励磁電流の周波数は、コンプレッサブレード５３の回転数を元に、センサ部１３のコイルの発生する磁界を各ブレード５３が通過することを検出できる程度に設定される。交流励磁電流を供給されたコイルは、コンプレッサハウジング５２の厚さ方向に磁束を発生し、磁界を形成する。ＥＣＵ１５は、センサ部１３のコイルに流れる電流の変化を検出する。

タービンホイール４１とともにコンプレッサホイール５１が回転すると、センサ部１３のコイルが発生する磁界を各コンプレッサブレード５３が通過する。このとき、各ブレード５３には、コイルが発生する磁界を打ち消すように渦電流が発生する。そして、各ブレード５３に発生する渦電流により、コイルの発生する磁界の強さが変化すると、センサ部１３のコイルに流れる電流値が変化することによりコンプレッサブレード５３に渦電流が発生したことを検出し、図２（ｂ）に示す波形の出力電圧が出力される。

コンプレッサホイール５１が回転することによりこのコンプレッサブレード５３がセンサ部１３と近づいたり離れたりすると、ギャップセンサ１２のセンサアンプ１４からは図２（ｂ）に示される検出信号が出力される。すなわち、コンプレッサブレード５３の回転位置がセンサ部１３と対向する位置（センサ部１３に最接近した位置）となる毎に、センサ部１３の出力信号中（出力電圧）にピーク値が現われる。

センサアンプ１４により増幅された出力信号は、電動機付ターボチャージャ１に軸ぶれが生じていない場合には図２（ｂ）に示される波形の信号となり、回転体４１、５１、８、６の軸ぶれが生じている場合には、コンプレッサブレード５３とセンサ部１３間の距離が変化するので、図４の上段にてセンサ出力電圧として示される如く、ピーク値の大きさが周期的に変化する波形の信号となる。

そして、微分回路１９は、センサアンプ１４により増幅された出力信号としてのセンサ出力電圧に基づき、図４の中段にて示される微分信号電圧を生成して出力する。
なお、センサアンプ１４および微分回路１９の少なくとも一方は、センサ部１３と一体に構成してもよいし、別体で構成してもよい。また、センサアンプ１４および微分回路１９の少なくとも一方をＥＣＵ１５に設けるようにしてもよい。

ここで、軸ぶれについて、図２（ａ）に示す如くコンプレッサホイール５１に８枚のコンプレッサブレード５３がついている場合を例に、より詳細に説明する。
上述の如くシャフト６はベアリング３との間に満たされたオイル内に浮く構造となっているため、タービンホイール４１、コンプレッサホイール５１、回転子８およびシャフト６からなる回転体４１、５１、８、６の回転バランスが悪いと、図３（ａ）（ｂ）に示すように、回転体４１、５１、８、６のハウジング２に対する軸ぶれが発生する。なお、図３（ａ）（ｂ）中の実線は、軸ぶれしていない場合のコンプレッサホイール５１およびシャフト６を示し、図３（ａ）（ｂ）中の点線は、軸ぶれしている場合のコンプレッサホイール５１およびシャフト６を示している。

ＥＣＵ１５は、波形整形回路１６、回転速度算出部１７および電動機駆動部１８を有する。波形整形回路１６は、微分回路１９から出力された微分信号に基づき、図４の下段にて示されるパルス波形の出力信号を生成して出力する。すなわち、微分回路１９から出力された微分信号のうち閾電圧より大きい部分がパルス発生部（凸部）に相当し、閾電圧より小さい部分がパルス非発生部に相当するよう、パルス波形を生成する。

回転速度算出部１７は、波形整形回路１６から出力されるパルス波形において、パルスの立下り時刻ｔ５（図４参照）を検出し、立下り時刻ｔ４の時間間隔Ｗ３に基づき回転体４１、５１、８、６の回転速度を検出する。そして、電動機駆動部１８は、回転速度算出部１７にて検出された回転速度に基づき、誘導電動機７の駆動を制御する。

なお、上述の如く回転速度算出部１７にて回転速度検出を実行しているＥＣＵ１５、或いは、微分回路１９にて微分信号出力を実行しているＥＣＵ１５は、特許請求の範囲に記載の「回転速度演算手段」に相当する。また、波形整形回路１６にてパルス波形の出力を実行しているＥＣＵ１５は、特許請求の範囲に記載の「パルス変換手段」に相当する。

次に、波形整形回路１６から出力されるパルス波形の信号（波形整形信号）に基づき、回転体４１、５１、８、６の回転速度を検出するＥＣＵ１５の動作を、図５のフローチャートに従って説明する。
先ず、ステップＳ１００において、波形整形信号のパルスの立下りエッジがくるまで待機する。すなわち、現時点における波形整形信号がパルスの立下りエッジであるか否かを判定し、立下りエッジであると判定した場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１０に進み、その時刻（図４の例ではｔ５）をＴ１に記憶する。立下りエッジでないと判定した場合（Ｓ１００：Ｎｏ）にはステップＳ１００の処理を繰り返す。

なお、この立下りエッジが現れるタイミング（図４中の時刻ｔ５）は、図４に示す如く微分回路１９から出力される微分信号電圧が閾電圧以下となるように変化したタイミングと一致するため、ひいては、センサアンプ１４から出力されるセンサ出力電圧にてピーク値が現れるタイミングと一致する。

次に、ステップＳ１２０で再度立下りエッジがくるまで待機する。すなわち、現時点における波形整形信号がパルスの立下りエッジであるか否かを判定し、立下りエッジであると判定した場合（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１３０に進み、その時刻（図４の例ではｔ６）をＴ２に記憶する。立下りエッジでないと判定した場合（Ｓ１２０：Ｎｏ）にはステップＳ１２０の処理を繰り返す。

次に、ステップＳ１４０で回転速度を算出する。すなわち、Ｔ２に記憶された時刻ｔ６からＴ１に記憶された時刻ｔ５を減算して立下りエッジ間の時間間隔Ｗ３（図４参照）を算出し、この時間間隔Ｗ３の逆数に定数Kを乗じて回転速度を算出する。ここでＫは検出するコンプレッサブレード５３の枚数等によって決まる定数である。
そして、ステップＳ１４０にて回転速度の算出が終わると、ステップＳ１５０でＴ２の値をＴ１に代入し、ステップＳ１２０に戻り、回転速度算出を繰り返す。

以上により、本第１実施形態によれば、コンプレッサブレード５３との距離を検出するギャップセンサ１２を備え、コンプレッサブレード５３の回転位置がギャップセンサ１２と対向する位置となる毎にギャップセンサ１２の出力信号中に現われるピーク値の現出時刻ｔ５、ｔ６に基づいて、回転体４１、５１、８、６の回転速度を演算する。
つまり、回転体４１、５１、８、６に軸ぶれが生じることに起因して、図４中の上段に示す如くピーク値の大きさが変化した場合や、図１０（ｂ）に示す如くピーク値を中心とした左右対称の波形にならなかった場合であっても、ピーク値が現出する時間間隔Ｗ３は変化しない。そして、このように軸ぶれの有無に拘わらず変化しないピーク値の現出時刻ｔ５、ｔ６に基づいて回転体４１、５１、８、６の回転速度を演算するので、回転体４１、５１、８、６の軸ぶれによる検出精度低下を抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に示す。図６は、波形整形回路１６から出力されるパルス波形の信号（波形整形信号）に基づき、回転体４１、５１、８、６の回転速度を検出するＥＣＵ１５の動作を示すフローチャートである。なお、電動機付ターボチャージャ１および回転速度検出装置１０のハード構成は図１に示す第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

本第２実施形態に係るＥＣＵ１５は、回転体４１、５１、８、６の回転速度を演算するにあたり、異なる複数の演算方式を有する。具体的には、回転速度が所定値よりも速い高速回転時における高速時演算方式と、低速回転時における低速時演算方式とを有する。
そして、低速回転時では、回転速度の算出頻度を上げて誘導電動機７の駆動精度を向上するため、図５に示すようにコンプレッサブレード５３の１枚ごとに回転速度を算出する。一方、高速回転時では、ＥＣＵ１５の演算負荷を低減させるため、検出するコンプレッサブレード５３の枚数よりも少ない枚数N毎に回転速度を算出する。

以下、この動作を図６に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ステップＳ２００において、波形整形信号のパルスの立下りエッジがくるまで待機する。すなわち、現時点における波形整形信号がパルスの立下りエッジであるか否かを判定し、立下りエッジであると判定した場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２１０に進み、その時刻（図４の例ではｔ５）をＴ１に記憶する。立下りエッジでないと判定した場合（Ｓ２００：Ｎｏ）にはステップＳ２００の処理を繰り返す。

次に、ステップＳ２２０で現在の回転速度が所定値Ａｒｐｍ（例えば２００００ｒｐｍ）より大きい場合は、ステップＳ２３０で立下りエッジがＮ回（図４に示す例では４回）くるまで待機する。すなわち、ステップＳ２２０にて現在の回転速度が所定値Ａよりも大きいと判定し（Ｓ２２０：Ｙｅｓ）、かつ、ステップＳ２３０にてＮ回目の立下りエッジであると判定（Ｓ２３０：Ｙｅｓ）した場合には、ステップＳ２４０に進む。一方、Ｎ回目の立下りエッジでないと判定した場合（Ｓ２３０：Ｎｏ）にはステップＳ２３０の処理を繰り返す。

次に、ステップＳ２４０において、Ｎ回目の立下りエッジを検出した時刻（図４の例ではｔ７）をＴ２に記憶し、その後、ステップＳ２５０で回転速度を算出する。すなわち、Ｔ２に記憶された時刻ｔ７からＴ１に記憶された時刻ｔ５を減算して立下りエッジ間の時間間隔（ｔ７−ｔ５）を算出し、この時間間隔（ｔ７−ｔ５）の逆数に定数KおよびＮを乗じて回転速度を算出する。ここでＫは検出するコンプレッサブレード５３の枚数等によって決まる定数である。

一方、ステップＳ２２０で現在の回転速度が所定値Ａｒｐｍ以下の場合は、ステップＳ２６０で立下りエッジが１回くるまで待機する。すなわち、ステップＳ２６０にて立下りエッジであると判定（Ｓ２６０：Ｙｅｓ）した場合には、ステップＳ２７０に進み、立下りエッジでないと判定した場合（Ｓ２６０：Ｎｏ）にはステップＳ２６０の処理を繰り返す。

その後、ステップＳ２７０で立下りエッジを検出した時刻（図４の例ではｔ６）をＴ２に記憶し、その後、ステップＳ２８０で回転速度を算出する。すなわち、Ｔ２に記憶された時刻ｔ６からＴ１に記憶された時刻ｔ５を減算して立下りエッジ間の時間間隔Ｗ３を算出し、この時間間隔Ｗ３の逆数に定数Kを乗じて回転速度を算出する。

そして、ステップＳ２５０およびステップＳ２８０にて回転速度の算出が終わると、ステップＳ２９０でＴ２の値をＴ１に代入し、ステップＳ２２０に戻り、回転速度算出を繰り返す。
なお、特許請求の範囲に記載の「高速時演算方式」は、ステップＳ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０による回転速度算出に相当し、「低速時演算方式」はステップＳ２６０、Ｓ２７０、Ｓ２８０による回転速度算出に相当する。

以上により、本第２実施形態によれば、回転体４１、５１、８、６の回転速度に応じて高速時演算方式と低速時演算方式とに切り替えるので、低速回転時では、回転速度の算出頻度を上げて誘導電動機７の駆動精度を向上でき、高速回転時では、ＥＣＵ１５の演算負荷を低減させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７および図８に示す。図７は、波形整形回路１６から出力されるパルス波形の信号（波形整形信号）に基づき、回転体４１、５１、８、６の回転速度を検出するＥＣＵ１５の動作を示すフローチャートである。なお、電動機付ターボチャージャ１および回転速度検出装置１０のハード構成は図１に示す第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

本第３実施形態に係るＥＣＵ１５は、回転体４１、５１、８、６の回転速度を演算するにあたり、異なる複数の演算方式を有する。具体的には、波形整形信号のうちピーク値に相当する立下り時刻の間隔が大きくなるといったギャップセンサ１２の出力異常が発生している場合における異常時演算方式と、正常時演算方式とを有する。

ここで、回転体４１、５１、８、６の軸ぶれが大きいことに起因して、図８中の上段に示す如くセンサアンプ１４からの出力電圧のうちピーク値のレベルが低下する部分が生じ、その結果、図８中の下段に示す如く波形整形信号のうちレベル低下したピーク値に対応するパルスが現われなくなるといったパルス抜けが生じる。すると、ピーク値の現出時刻の間隔が所定値以上（図８の例では２倍の間隔）となり、実際の回転速度よりも遅い速度を算出してしまうことが懸念される。

このようなパルス抜けが生じる状態は、上述のギャップセンサ１２の出力異常が生じている状態であり、本第３実施形態では、実際の回転速度よりも遅い速度を算出してしまうことを防止するため、パルス間隔が大きく変化したときは前回のパルス間隔を基に演算した速度を使用する。

以下、この動作を図７に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ステップＳ３００で波形整形信号の立下りエッジを検出した時刻をＴ１に記憶し、ステップＳ３１０で次に現われる波形整形信号の立下りエッジを検出した時刻をＴ２に記憶する。その後、ステップＳ３２０で、Ｔ２からＴ１を減算して得られた値をΔＴ１に記憶する。次に、ステップＳ３３０で次の立下りエッジの時刻をＴ３に記憶し、その後、ステップＳ３４０で、Ｔ３からＴ２を減算して得られた値をΔＴ２に記憶する。

次に、ステップＳ３５０で、ΔＴ２の値がΔＴ１の値に比べて所定値以上の大きな値であるか否かを判定する。本実施形態では、ΔＴ２がΔＴ１の例えば１．５倍以上であるか否かを判定する。
なお、これらΔＴ１およびΔＴ２は、特許請求の範囲に記載の「ピーク値の現出時刻の間隔」に相当する。

次に、ステップＳ３５０において、ΔＴ２がΔＴ１の１．５倍より小さいと判定した場合（Ｓ３５０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ３６０で回転速度を算出する。すなわち、今回のパルス間隔であるΔＴ２の逆数に定数Ｋを乗じて回転速度を算出する。ここでＫは検出するコンプレッサブレード５３の枚数等によって決まる定数である。
一方、ステップＳ３５０において、ΔＴ２がΔＴ１の１．５倍以上であると判定した場合（Ｓ３５０：Ｎｏ）には、ステップＳ３８０で回転速度を算出する。すなわち、前回のパルス間隔であるΔＴ１の逆数に定数Ｋを乗じて回転速度を算出する。

そして、ステップＳ３６０にて回転速度の算出が終わると、ステップＳ３７０でＴ２の値をＴ１に代入し、Ｔ３の値をＴ２に代入し、ΔＴ２の値をΔＴ１に代入し、その後、処理はステップＳ３３０に戻り、回転速度算出を繰り返す。
一方、ステップＳ３８０にて回転速度の算出が終わると、ステップＳ３９０でＴ２の値にΔＴ１の値を加算した値をＴ２に代入し、その後、処理はステップＳ３３０に戻り、回転速度算出を繰り返す。

なお、特許請求の範囲に記載の「異常判定手段」は、ステップＳ３５０による判定を実行するＥＣＵ１５に相当する。また、特許請求の範囲に記載の「正常時演算方式」はステップＳ３６０による回転速度算出に相当し、「異常時演算方式」はステップＳ３８０による回転速度算出に相当する。

以上により、本第３実施形態によれば、回転体４１、５１、８、６の軸ぶれが大きいことに起因して出力電圧におけるピーク値のレベルが低下するといった異常状態であるか否かに応じて、正常時演算方式と異常時演算方式とに切り替えるので、ギャップセンサ１２の出力異常が生じた場合における回転速度検出装置１０の検出精度低下を抑制できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、センサ部１３のセンシング面を、図１に示す如くコンプレッサブレード５３の回転面と平行となるように配置しているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図９に示す如く、センサ部１３のセンシング面を、シャフト６に対して平行となるようにコンプレッサブレード５３に対向配置するようにしてもよい。なお、図１に示す配置の方がコンプレッサブレード５３とセンサ部１３との距離の変化が大きいため、センサ部１３から出力される信号のレベルを増加させることができ、軸ぶれによる出力信号の変動を抑え、回転速度の算出ばらつきを抑えることができる。

上記各実施形態では、誘導電動機７によって電動機付ターボチャージャ１をアシストする例のみを開示したが、例えば、目標回転速度が実回転速度より下回る場合には、誘導電動機７を発電機として活用しても良い。
また、上記の各実施形態では、電動機付ターボチャージャ１のハウジング２内に誘導電動機７を搭載する例を示したが、電動機付ターボチャージャ１のシャフト６をハウジング２の外部へ延ばし、ハウジング２の外部に搭載した誘導電動機７でターボチャージャ１のシャフト６を駆動するように設けても良い。
また、本発明は、電動機付ターボチャージャ１への適用に限らず、誘導電動機７を備えていない電動機付ターボチャージャ１にも適用できる。
このように、本発明は、上記実施形態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の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による電動機付ターボチャージャおよび回転速度検出装置の構成を示す模式図。 （ａ）は図１に示すコンプレッサとセンサ部との位置関係を示す模式図、（ｂ）は（ａ）の状態におけるギャップセンサの出力電圧の時間変化を示す図。 （ａ）は軸ぶれを説明する図、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図。 軸ぶれが生じた状態における図１に示すギャップセンサの出力波形を示す図であり、図中の上段に示す出力波形はセンサアンプから出力されるセンサ出力電圧の時間変化を示す図、図中の中段に示す出力波形は微分回路から出力される微分信号電圧の時間変化を示す図、図中の下段に示す出力波形は波形整形回路から出力されるパルス波形の時間変化を示す図。 図１に示すＥＣＵが実行する、回転速度検出の動作を説明するフローチャート。 本発明の第２実施形態によるＥＣＵが実行する、回転速度検出の動作を説明するフローチャート。 本発明の第３実施形態によるＥＣＵが実行する、回転速度検出の動作を説明するフローチャート。 第３実施形態において、パルス抜けが生じた状態におけるギャップセンサの出力波形を示す図であり、図中の上段はセンサ出力電圧の時間変化を示し、中段は微分信号電圧の時間変化を示し、下段はパルス波形の時間変化を示す。 本発明の他の実施形態によるセンサ部の配置を示す断面図。 特許文献１に記載の回転速度検出装置において、センサ出力電圧およびパルス波形の時間変化を示す図であり、（ａ）は軸ぶれが生じていない場合の図、（ｂ）は軸ぶれが生じている場合の図。 従来の回転速度検出装置において、回転速度を検出するために用いるパルスの立下り時刻の時間間隔を説明する図。 図１１に示す時間間隔が軸ぶれにより変化する状態を説明する図。

符号の説明

１：電動機付ターボチャージャ、６：シャフト（回転体）、７：誘導電動機、１０：回転速度検出装置、１２：ギャップセンサ、１３：センサ部、１４：センサアンプ、１５：ＥＣＵ（回転速度演算手段、パルス変換手段）、４１：タービンホイール（回転体）、５１：コンプレッサホイール（回転体）、５３：コンプレッサブレード（突起部）。

Claims (9)

1. 回転体の回転速度を検出する回転速度検出装置において、
   回転体に設けられた突起部との距離を検出するギャップセンサと、
   前記突起部の回転位置が前記ギャップセンサと対向する位置となる毎に前記ギャップセンサの出力信号中に現われるピーク値の現出時刻に基づいて、前記回転体の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
   を備える回転速度検出装置。
2. 前記回転速度演算手段は、前記ギャップセンサの出力信号を微分して前記ピーク値の現出時刻を演算する請求項１記載の回転速度検出装置。
3. 前記ギャップセンサの出力信号を微分して得られたアナログ波形を、閾電圧によりパルス波形に変換するパルス変換手段を備え、
   前記回転速度演算手段は、前記パルス波形中に現われるパルスの立上り時刻の間隔または立下り時刻の間隔に基づいて前記回転体の回転速度を演算する請求項２記載の回転速度検出装置。
4. 前記回転速度演算手段は、前記ピーク値の現出時刻の間隔に基づいて前記回転体の回転速度を演算する請求項１または２記載の回転速度検出装置。
5. エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するターボチャージャの回転速度を検出する装置に適用され、
   前記突起部は、前記ターボチャージャが有するコンプレッサブレードである請求項１から４のいずれか一項記載の回転速度検出装置。
6. エンジンの排気圧を駆動源として圧縮空気をエンジンに供給するターボチャージャの回転速度を検出する装置に適用され、
   前記ターボチャージャは、エンジンの排気圧の他に電動機を駆動源とする電動機付ターボチャージャである請求項１から５のいずれか一項記載の回転速度検出装置。
7. 前記回転速度演算手段は、前記回転体の回転速度を演算するにあたり異なる複数の演算方式を有するとともに、いずれの演算方式で前記回転速度を演算するかを切り替える請求項１から６のいずれか一項記載の回転速度検出装置。
8. 前記回転速度演算手段は、前記複数の演算方式として、前記回転速度が所定値よりも速い高速回転時における高速時演算方式と、低速回転時における低速時演算方式とを有し、
   前記高速時演算方式では、前記低速時演算方式に比べて多い数のピーク値の現出時刻に基づいて前記回転体の回転速度を演算する請求項７記載の回転速度検出装置。
9. 前記回転速度演算手段は、前記ピーク値の現出時刻の間隔に基づいて前記回転体の回転速度を演算し、
   複数の前記間隔のうち他の間隔に比べて所定値以上の大きな間隔が現出した場合に、前記ギャップセンサの出力異常が発生していると判定する異常判定手段を備え、
   前記回転速度演算手段は、前記複数の演算方式として、前記異常検出手段により出力異常が検出された場合における異常時演算方式と、出力異常が検出されていない場合における正常時演算方式とを有し、
   前記異常時演算方式では、前記所定値以上の大きな間隔を補正した上で前記回転体の回転速度を演算する請求項７記載の回転速度検出装置。

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