JP3945696B2 - 回転検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転検出装置に関し、特に、エンジンに結合されたモータの制御およびエンジンの点火・燃料噴射制御に使用することができる検出信号を出力する回転検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンを始動させるため、エンジンのクランク軸にスタータモータが結合される。スタータモータは三相ステータ巻線を有していて、クランク軸の角度に応じてステータ巻線の各相に順番にドライバ回路を通じて電流が供給されて駆動される。したがって、この通電タイミングを判断するために、スタータモータが結合されるクランク軸の回転位置情報が検出される。一方、クランク軸の回転位置情報は燃料噴射時期や点火時期の制御のためにも検出される。
【0003】
上記それぞれの場合において回転位置情報の検出センサ(以下、「回転センサ」という)に求められる機能は異なる。モータ用の回転センサには電気的周期360°を均等に分割した行程ないし領域を判別できるパルス出力が要求されるがモータの1回転における基準位置を示す出力は要求されない。これに対して、燃料噴射や点火時期制御用の回転センサには、エンジンの1回転を均等分割したパルス出力、および1回転の基準位置を示す出力の双方が要求される。
【0004】
したがって、モータ用の回転センサから均等間隔で出力される信号を、モータ制御用と燃料噴射制御用等とで共用するとともに、1回転の基準位置だけを検出する回転センサを別に設けることが考えられる。
【0005】
図6は、回転センサおよび回転センサで検出される着磁帯のレイアウト例を示すセンサマグネットの展開図である。同図において、均等間隔で回転センサにパルスを出力させるための着磁帯100は、エンジンのクランク軸またはクランク軸と一体で回転するモータのロータ等、回転体の周囲に沿って配置される。着磁帯100は、均等な長さ(中心角30°)でN極とS極とに交互に着磁されており、該着磁帯100に対向して、モータのU相、V相、およびW相用の各回転センサ101,102,103が等間隔(20°間隔)で配置されている。各回転センサ101〜103の検出出力に基づいて着磁帯100の位置つまりクランク軸の回転角が検出される。クランク軸の絶対位置つまり基準位置を判断するためには、さらに着磁帯100とは別に1回転中の1領域にだけ着磁された着磁部104を設ける。そして、回転センサ105によって着磁部104が1回転中に1回検出されてパルスが出力される。このパルスを1回転の基準位置の情報として利用することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の着磁部104は1回転中の一部だけが着磁されているので、モータに通電した場合、着磁されていない領域では、ノイズの影響により、回転センサ105の出力が不安定になる。
【0007】
また、着磁帯100と着磁部104とでは形状や着磁パターンが異なるので着磁手順が煩雑である。したがって、着磁が容易な着磁パターンが要望される。
【0008】
本発明の目的は、着磁が容易なパターンを有するセンサマグネットを含む耐ノイズ性のある回転検出装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、モータの回転部分に設けられた環状センサマグネットの着磁部を感知することによって該モータの1回転の基準位置および回転角を検出する回転検出装置において、前記回転部分の回転方向に沿って極性を交互に変えて複数の着磁部が配列された第1および第2の着磁帯を有し、第2の着磁帯が第1の着磁帯に対して前記回転方向で予定角度ずれており、かつ第2の着磁帯の一つの着磁部が第1の着磁帯に対して前記ずれの方向と反対方向に前記予定角度ずれており、この反対方向のずれにより該着磁部の両側に隣接する第2着磁帯の着磁部の長さが他の着磁部と異なっている環状センサマグネットと、前記第1の着磁帯の周方向に沿って所定間隔で配置され、該第1の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの信号を回転角検出信号として出力する3つの第1センサと、前記第2の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの検出信号を出力する第2センサと、前記第1センサの一つから出力される回転角検出信号のレベルが一方向から他方向へ反転する時に検出される前記第2センサの検出信号のレベルが、前記回転部分の1回転中に1回だけ他と異なるレベルとなるように該第1センサの一つと第2センサの位置関係が設定されている構成の下で、前記他と異なるレベルの前記第2センサの検出信号が認識された時の前記モータの位置を1回転の基準位置として決定する判別手段とを具備した点に第1の特徴がある。
【0010】
また、本発明は、モータの回転部分に設けられた環状センサマグネットの着磁部を感知することによって該モータの1回転の基準位置および回転角を検出する回転検出装置において、前記回転部分の回転方向に沿って極性を交互に変えて複数の着磁部が配列された第1着磁帯、および周方向に沿って複数の着磁部および該着磁部と異極性の1つの着磁部が形成された第2の着磁帯を有し、該第2の着磁帯の着磁部が第1の着磁帯の着磁部同士の境界を含む予定領域に位置している環状センサマグネットと、前記第1の着磁帯の周方向に沿って所定間隔で配置され、該第1の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの信号を回転角検出信号として出力する3つの第1センサと、前記第1センサのうちの2つの間に配置され、前記第2の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの検出信号を出力する第2センサと、前記第1センサのうち前記第2センサの両側に配置されたものでない第1センサの検出信号のレベルが一方向から他方向へ反転する時に前記第2センサの検出信号のレベルを判断し、該レベルが予定値と判断された時の前記モータの位置を1回転の基準位置として決定する判別手段とを具備した点に第2の特徴がある。
【0011】
第1および第2の特徴によれば、回転部分、例えばモータのロータの1回転中の第1センサによる回転角検出信号の一方向から他方向への反転時、つまり複数の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジにおいて、第1センサと予定の関係に設置された第2センサの各出力レベルが1カ所のみで他と異なる。したがって、この第2センサのレベルの違いを判別してモータの1回転の基準位置が決定される。また、二つの着磁帯を同様の着磁パターンで形成できるので、着時が容易であるし、センサマグネットは全周で着磁されているのでノイズの影響を受けにくい。
【0012】
また、本発明は、前記第2の着磁帯が、着磁部同士に間隔をあけて配置されている点に第3の特徴がある。着磁部が連続していなくても、第1センサの立ち上がりまたは立ち下がりエッジのみで第2センサの出力を判別するので、非着磁部検出時における他からのノイズに影響されない。
【0013】
また、本発明は、前記モータが三相ステータ巻線を有しており、前記第1センサの検出信号が前記ステータ巻線に給電するドライバ手段に供給されるように構成された点に第4の特徴がある。第4の特徴によれば、3つ設けられている第1センサが着磁部の長さと着磁部の極性に応じて交番する信号を出力し、各出力によって、ステータ巻線の各相に対する給電タイミングを決定することができる。
【0014】
さらに、本発明は、前記モータがエンジンに結合されるスタータモータであり、前記第1センサおよび第2センサの検出信号が前記エンジンの点火制御部および燃料噴射制御部に供給されるように構成された点に第5の特徴がある。第2センサで検出されるモータの1回転の基準位置と第1センサで検出される回転角により、モータが結合されているエンジンのクランク角が検出されるので、点火時期および燃料噴射時期を制御する信号として利用できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の回転検出装置を有するエンジンのスタータモータ(以下、単に「モータ」という)の断面図である。同図において、モータ1はロータ2とステータ3とを有する。ロータ2はカップ状のヨーク4と、ヨーク4をエンジンのクランク軸(図示しない)に結合するスリーブつまりハブ5と、ヨーク4の内周に沿って配置された複数のマグネット6とを含む。スリーブ5の端部外周には回転検出のためのセンサマグネット7が嵌挿されている。センサマグネット7はモータ制御用と、基準位置検出用とに分けたそれぞれ1列の着磁帯を有する。具体的な着磁構造は後述する。
【0016】
ステータ3はステータコア8と該ステータコア8に絶縁材9を介して巻回されたステータ巻線10とを含む。ステータ巻線10は三相巻線である。ステータコア8はボルトでエンジンのケーシングに固定される(いずれも図示しない)。ステータ3には前記センサマグネット7の各着磁帯に対向して配置された二組四つの磁気センサ(例えば、ホール素子)11,12を含むセンサパッケージ13を備える。磁気センサ11はモータ制御用(以下、「モータ用センサ」という)であり、モータ1のU,V,W相に対応して3個設けられる。一方、磁気センサ12は1回転の基準位置検出用(以下、「基準位置センサ」という)である。モータ用センサ11、および基準位置センサ12はセンサマグネット7の対応する着磁帯の磁気作用を受けてハイ(高レベル)またはロー(低レベル)の間で変化する信号を出力する。センサパッケージ13はモータ用センサ11、および基準位置センサ12を支持する基板14とセンサ11,12を制御部(図示せず)に接続するリード線15を含み、ボルト16でステータ3に固定される。
【0017】
図2は、モータおよびエンジン制御装置の要部を示すブロック図である。ECU17は、例えばMOS−FETからなる整流回路18と整流回路18の各FETにゲート信号を供給するドライバ回路19とを有する。モータ1の各相の検出信号はモータ用センサ11で検出されてドライバ回路19に供給される。
【0018】
さらに、ECU17は燃料噴射制御部20と点火制御部21とを有する。燃料噴射制御部20および点火制御部21は、モータ用センサ11の検出信号と、基準位置センサ12によるモータ1の1回転の基準位置検出信号とに基づいてエンジンの回転角つまりエンジンのクランク軸に結合されているモータ1の回転角を判断し、燃料噴射時期および点火時期を決定する。そして、この燃料噴射時期および点火時期に図示しない燃料噴射弁および点火装置に駆動信号が供給される。つまり、燃料噴射弁が所定のデューティで開弁され、点火装置では高圧が発生される。
【0019】
なお、モータ1は、一旦エンジンが始動された後は発電機として作用させることができ、モータ1のステータ巻線10はエンジンで回転されて三相交流を出力し、この交流は所定電圧の直流に変換してバッテリに蓄積することができる。交流を直流に変換するAC/DCコンバータや電圧を調整するレギュレータが設けられるが、本発明の要部ではないので図示は省略する。
【0020】
動作時には、モータ用センサ11で検出される回転角度に従い、ドライバ回路19によってステータ巻線10に順次電流を供給することにより、マグネット6を備えたロータ2が駆動される。エンジンのクランク軸はモータ1のロータ2にスリーブ5を介して結合されているので、ロータ2の回転によってクランキングされ、着火回転数に達したならばエンジンは点火され自立運転を開始する。自立運転開始後は制御系統が発電機側に切り換えられ、モータ1はエンジン発電機として作用させることができる。
【0021】
図3は、センサマグネットの着磁およびセンサの配置を示す展開図および出力レベルのタイミングチャートである。着磁帯M1および着磁帯M2は、既述のとおり一体でリング状のセンサマグネット7に形成される。着磁帯M1にはU相、V相、W相用のモータ用センサ(11U,11V,11W)が対向配置され、着磁帯M2には基準位置センサ12が対向配置される。モータ用センサ11U,11V,11Wのうち一つが、ロータ2の回転方向の同一位置で基準位置センサ12と並んで設けられる。この例ではモータ用センサ11Wに基準位置センサ12が並んで配置されている。なお、モータ用センサ11Wと基準位置センサ12とは、必ずしも同位置に並んでいることはなく、1回転中における複数回のセンサ11Wの検出信号レベル反転時、つまり信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジで、基準位置センサ12の検出信号が1回だけ他の回と異なるように位置設定されていればよい。
【0022】
着磁帯M1と、着磁帯M2は、いずれもN極とS極が交互に配置されるが、着磁帯M1と着磁帯M2とでは互いの磁極がロータ2の回転方向に所定量ずれて着磁されている。そして、1カ所だけで互いのずれの方向が逆になっている。
【0023】
例えば、同図において、着磁帯M1の磁極に対して着磁帯M2の磁極が全体には左方向に距離Dだけずれている。つまり、着磁帯M1の磁極(例えばN極)に対して着磁帯M2の同種磁極(N極)は左にずらされている。しかし、1カ所だけ、つまり着磁帯M2のN極23は、着磁帯M1のN極22に対して右方向にずれていて、その分、右に隣接するS極24の長さが短くなり、左に隣接するS極25の長さが長くなっている。
【0024】
出力レベルの変化は、センサマグネット7を図3で左方向に移動つまり回転したときのものである。各センサ11(11U,11V,11W),12は着磁帯のN極を検出するとハイ信号、同S極を検出するとロー信号を出力するものとする。この図で、モータ用センサ11Wの立ち上がりエッジで基準位置センサ12の出力を観察すると、一つのタイミングにおいて、出力が他と異なっている。つまり、モータ用センサ11Wの6カ所の立ち上がりエッジE1〜E6のうち、エッジE1だけで基準位置センサ12の出力はローであり、他のエッジE2〜E6では基準位置センサ12の出力はハイである。
【0025】
したがって、磁極の長さ(周方向の着磁長さ)に応じて規則的に所定のパルス幅で出力されるモータ用センサ11U,11V,11Wの検出信号によってステータ巻線10の各相に対する給電タイミングが得られる。また、モータ用センサ11Wの立ち上がりエッジにおける基準位置センサ12の出力信号がローであるかどうかの判断でモータ1の1回転の基準位置かどうかを検出することができる。
【0026】
なお、モータ用センサ11Wの立ち下がりエッジで基準位置センサ12の出力がハイかどうかを判断して、該出力がハイのときを基準位置としてもよい。また、モータ用センサ11U〜11Wのうち、基準位置センサ12と予定の位関係に配置したものの検出信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジで基準位置センサ12の出力の高低を判断することにより基準位置を判定できる。但し、基準位置センサ12は、点火時期や燃料噴射時期の基準となるので、エンジンのサイクルとの関係で予め設定された位置に配置される。
【0027】
図4は、第2実施形態に係るセンサマグネットの着磁およびセンサの配置を示す展開図および出力のタイミングチャートである。同図において、着磁帯M1にはU相、V相、W相用のモータ用センサ(11U,11V,11W)が対向配置され、着磁帯M2には基準位置センサ12が対向配置される。モータ用センサ11U,11V,11Wは20°間隔で設けられ、基準位置センサ12はモータ用センサ11Uと11Vとの中間に設けられる。
【0028】
着磁帯M1には、N極とS極とが30°間隔で連続して交互に配置されるが、着磁帯M2では磁極が連続してではなく間隔をあけて設定される。図4の例では、着磁帯M2には60°間隔で10°長さの磁極が配置され、かつ6カ所の磁極のうち1カ所だけが他と異なる極性に設定されている。つまり、1カ所がN極で、他がS極である。そして、着磁帯M2の磁極は着磁帯M1の二つの磁極に跨るように配置される。
【0029】
センサマグネット7が図4で左方向に移動つまり回転したときのセンサの出力をタイミングチャートで示すように、モータ用センサ11U,11V,11Wは、着磁帯M1の極性に応じて、所定の位相差で検出信号を出力する。一方、基準位置センサ12は着磁帯M2の極性に応じて検出信号を出力する。基準位置センサ12の検出信号は着磁帯M2の磁極の長さが短く、間隔があいていて、その間隔の部分では検出信号がハイかローかは明確でない。本実施形態では、少なくとも着磁された領域で、基準位置センサ12の出力がハイかローかが明確であればよい。
【0030】
このような出力において、モータ用センサ11Wの立ち下がりエッジE10〜E15で基準位置センサ12の検出信号がハイかローかを判断し、ハイの場合に、1回転中の基準位置が検出されたと判定する。この例では、トリガ位置E10〜E15のうち、トリガ位置E10のみで検出信号はハイである。
【0031】
この第2実施形態によれば、モータ用センサ11Wの信号をトリガにして、基準位置センサ12の出力を読み取り、その位置では確実に着磁帯M2の着磁部に対応する信号が基準位置センサ12から出力されているので、ノイズによる影響を受けにくい。
【0032】
なお、この第2実施形態において、着磁帯M1,M2の極性は、上述の例と逆にしてもよい。その場合、モータ用センサ11Wの立ち上がりエッジで基準位置センサ12の検出信号がローかハイかを判断し、ローの場合に、1回転中の基準位置として判断する。
【0033】
また、モータ用センサ11Wの検出信号をトリガにして基準位置センサ12の出力を判断した。しかし、例えば基準位置センサ12をモータ用センサ11Vと11Wとの間に配置されていれば、モータ用センサ11Uの立ち下がりエッジをトリガに基準位置センサ12の出力を判断するように変形する。このように、本発明は上述の実施形態に限らず、変形が可能である。
【0034】
図5は、本実施形態による基準位置検出のための要部機能ブロック図である。同図において、エッジ検出部25はモータ用センサ11の検出信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジを検出する。エッジ検出部25で検出信号の立ち上がりを検出するか立ち下がりを検出するかは、着磁帯M1,M2の極性およびモータ用センサ11(11U,11V,11W)と基準位置センサ12との位置関係によって予め決定しておく。また、モータ用センサ11U〜11Wのいずれを対象にしてエッジ検出するかも同様に予め決定しておく。
【0035】
基準位置センサ12の検出信号はゲート26を介して出力されるものとする。ゲート26はエッジ検出部25からエッジ検出信号が供給されたときに開いて基準位置センサ12の検出信号が有効に出力される。
【0036】
【発明の効果】
請求項1〜請求項5の発明によれば、センサマグネットの第2の着磁帯がS極だけまたはN極だけに着磁されているのと異なり、センサマグネットの全体で極性が明確であるため、耐ノイズ性が向上する。第1および第2の着磁帯の着磁パターンが同様であるため、着磁が容易であり製造工程が簡単になる。
【0037】
基準位置の判別のために出力されるトリガを、第1センサの検出信号の一つからとることができるので、トリガ発生のための制御手段の負荷を増大させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る回転検出装置を含むモータの断面図である。
【図2】 回転検出装置を含むモータおよびエンジンの制御装置を示す要部ブロック図である。
【図3】 センサマグネットに対応するセンサの出力タイミングチャートである。
【図4】 第2実施形態に係るセンサマグネットに対応するセンサの出力タイミングチャートである。
【図5】 基準位置センサの出力制御部の機能ブロック図である。
【図6】 従来例に係るセンサマグネットの着磁状態を示す展開図である。
【符号の説明】
1…モータ、 2…ロータ、 3…ステータ、 4…ヨーク、 5…スリーブ、6…ロータマグネット、 7…センサマグネット、 10…ステータ巻線、 11…モータ用センサ、 12…基準位置センサ、 25…エッジ検出部
Claims (5)
- モータの回転部分に設けられた環状センサマグネットの着磁部を感知することによって該モータの1回転の基準位置および回転角を検出する回転検出装置において、
前記回転部分の回転方向に沿って極性を交互に変えて複数の着磁部が配列された第1および第2の着磁帯を有し、第2の着磁帯が第1の着磁帯に対して前記回転方向で予定角度ずれており、かつ第2の着磁帯の一つの着磁部が第1の着磁帯に対して前記ずれの方向と反対方向に前記予定角度ずれており、この反対方向のずれにより該着磁部の両側に隣接する第2着磁帯の着磁部の長さが他の着磁部と異なっている環状センサマグネットと、
前記第1の着磁帯の周方向に沿って所定間隔で配置され、該第1の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの信号を回転角検出信号として出力する3つの第1センサと、
前記第2の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの検出信号を出力する第2センサと、
前記第1センサの一つから出力される回転角検出信号のレベルが一方向から他方向へ反転する時に検出される前記第2センサの検出信号のレベルが、前記回転部分の1回転中に1回だけ他と異なるレベルとなるように該第1センサの一つと第2センサの位置関係が設定されている構成の下で、前記他と異なるレベルの前記第2センサの検出信号が認識された時の前記モータの位置を1回転の基準位置として決定する判別手段とを具備したことを特徴とする回転検出装置。 - モータの回転部分に設けられた環状センサマグネットの着磁部を感知することによって該モータの1回転の基準位置および回転角を検出する回転検出装置において、
前記回転部分の回転方向に沿って極性を交互に変えて複数の着磁部が配列された第1着磁帯、および周方向に沿って複数の着磁部および該着磁部と異極性の1つの着磁部が形成された第2の着磁帯を有し、該第2の着磁帯の着磁部が第1の着磁帯の着磁部同士の境界を含む予定領域に位置している環状センサマグネットと、
前記第1の着磁帯の周方向に沿って所定間隔で配置され、該第1の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの信号を回転角検出信号として出力する3つの第1センサと、
前記第1センサのうちの2つの間に配置され、前記第2の着磁帯の着磁部の極性に対応したレベルの検出信号を出力する第2センサと、
前記第1センサのうち前記第2センサの両側に配置されたものでない第1センサの検出信号のレベルが一方向から他方向へ反転する時に前記第2センサの検出信号のレベルを判断し、該レベルが予定値と判断された時の前記モータの位置を1回転の基準位置として決定する判別手段とを具備したことを特徴とする回転検出装置。 - 前記第2の着磁帯が、着磁部同士に間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項2記載の回転検出装置。
- 前記モータが三相ステータ巻線を有しており、前記第1の磁気センサの検出信号が前記ステータ巻線に給電するドライバ手段に供給されるように構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の回転検出装置。
- 前記モータがエンジンに結合されるスタータモータであり、前記第1の磁気センサおよび第2の磁気センサの検出信号が前記エンジンの点火制御部および燃料噴射制御部に供給されるように構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の回転検出装置。
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