JP2002156205A

JP2002156205A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2002156205A
Application number: JP2000352459A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Inaba; 光則稲葉; Kimio Yukimori; 公雄行森; Yoshihiro Kaneko; 義弘金子; Yutaka Nozue; 裕野末
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造でかつ低コストにて絶対的な回転
角度を検出する。【解決手段】エンジンのクランクシャフトに接続した
ＡＣＧスタータをブラシレスモータとして機能させるセ
ンサマグネット及びホール素子による転流信号パターン
の違いを検出することにより、クランクシャフトの回転
角度を求める。このとき、１回転中に同一パターンの繰
り返しが複数回（ａ・ｂ・ｃ・ｄ）生じても、圧縮時に
回転速度が低下する時に発生することになる基準転流信
号パターンｄ４の位置を所定の回転角度として特定して
おくことができ、回転速度低下時に最も近い基準転流信
号パターンｄ４の発生位置を上記所定の回転角度とし
て、その後の転流信号パターンの発生に応じて絶対回転
角度を求める。【効果】回転角度センサを別個に設ける必要がなく、
絶対回転角度の検出を簡単にかつ安価に行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転角度検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンやアクチュエータなどの
回転体の絶対的な回転角度を検出するために、例えば、
回転体に連動する絶対角度検出型の回転角度センサを設
けたものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記回転角度センサに
あっては、磁気式のものや光学式のものがあるが、絶対
角度を検出するために構造が複雑であり、また高コスト
であるという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、簡単な構造でかつ低コストにて絶対的な回転角度を
検出することを実現するために、本発明に於いては、１
回転中に互いに異なる組合せの転流信号パターンが複数
回繰り返して発生するモータを、概ね所定の回転角度で
回転速度が変化する回転体に結合し、前記所定の回転角
度に対応する転流信号パターンを定めておき、前記複数
回発生することになる前記基準転流信号パターンと同一
の転流信号パターンの中から前記回転速度が変化した際
に最も近いものの発生位置を前記所定の回転角度とし
て、その後の前記転流信号パターンの発生に応じて前記
回転体の絶対回転角度を求めるものとした。

【０００５】これによれば、回転体の１回転中に同一の
転流信号パターンが複数回発生するモータを用いた場合
であっても、回転速度が変化した際に発生することにな
る転流信号パターンの位置を予め機械的に所定の回転角
度として特定しておくことができ、その後の転流信号パ
ターンの発生に応じて絶対回転角度を求めることがで
き、モータの転流信号を用いて絶対回転角度を求めるこ
とができるため、回転角度センサを別個に設ける必要が
ない。

【０００６】また、前記複数回発生することになる前記
基準転流信号パターンと同一の転流信号パターン同士の
各発生時間を比較して、前記所定の回転角度に対応する
前記基準転流信号パターンを求めることによれば、比較
対象が少なくて済み、処理を簡単に行うことができる。

【０００７】特に、前記回転体がエンジンのクランクシ
ャフトであることによれば、圧縮行程におけるクランク
シャフトの回転速度の低下を検出することになり、その
変化を容易に検出することができるため、エンジンに連
結された発電機やスタータに好適に適用し得る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【０００９】図１は、本発明が適用されたＡＣＧスター
タ１を示す側断面図である。本ＡＣＧスタータ１は、エ
ンジンＥの端壁にブラケット２を介して固設された固定
子３と、エンジンＥのクランクシャフト４に固着された
回転子５とにより構成されている。

【００１０】図２に模式的に示されるように、固定子３
は、半径方向外向きのティース６と、ティース６に巻か
れたステータコイル７と、界磁コイル８とにより構成さ
れている。また、回転子５は、クランクシャフト４に固
着されたボス部材９と、上記各コイル７・８を外囲する
有底筒状に形成されかつボス部材９の軸線方向突出端部
に取り付けられたヨーク１０と、ティース６に対向する
ようにヨーク１０の内周面に取り付けられた永久磁石１
１及び制御磁極１２とにより構成されている。

【００１１】本ＡＣＧスタータ１は、上記構成により界
磁コイル８に流す電流の方向と大きさによって出力が増
減調整される発電機として機能すると共に、スタータと
しても使用されるようになっている。そのスタータとし
てはブラシレスモータとして機能するように、ボス部材
９のエンジンＥ側にセンサマグネット１３が設けられ、
ブラケット２の対応する位置にホール素子１４が設けら
れており、一般的なブラシレスモータの制御を行うこと
ができる。

【００１２】本ＡＣＧスタータ１にあっては、図２に模
式的に示されるように、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相からなる３相
モータであって、その磁極数が８極として構成されてい
る。なお、図では３個の励磁コイルのみを示しており、
その整数倍の励磁コイルを有するものであって良く、ま
たヨーク１０側のＮ・Ｓ極は、配置構成を示すものであ
り、永久磁石１１及び制御磁極１２の形状を示すもので
はない。

【００１３】このようにして構成されたＡＣＧスタータ
１における転流信号パターンは例えば図３の表に示され
るようになる。上記したように磁極数が８極あることか
ら、Ｎ極・Ｓ極の組合せによる周期が１回転（クランク
シャフト４の１回転に相当）に４つあることになる。そ
の１周期においてＵ相・Ｖ相・Ｗ相に対する転流信号
（Ｈｉ・Ｌｏ）の組合せのパターンが６通り生じ、図３
に示されるように１回転で４回（周期ａ・ｂ・ｃ・ｄ）
繰り返すことになる。したがって、１回転中に互いに異
なる組合せの６通りの転流信号パターンが４回繰り返し
（ａ１…ａ６・ｂ１…ｂ６・ｃ１…ｃ６・ｄ１…ｄ６）
て発生することになる。

【００１４】図４は、クランクシャフト４の回転角度に
対する圧縮圧の変化と上記転流信号パターンａ１〜ｄ６
との関係を示す説明図である。圧縮行程の圧力が上昇す
る区間で例えば転流信号パターンｄ３の発生時間に対し
て転流信号パターンｄ４の発生時間が所定以上長くなっ
たら、圧縮行程における圧縮時であることを判定でき
る。そのようにクランクシャフト４の回転速度が遅くな
る時期に発生することになる基準転流信号パターン（例
えばｄ４）を定めて、互いに同一パターンとなる各基準
転流信号パターンａ４・ｂ４・ｃ４・ｄ４の各発生時間
を比較することにより、回転速度が遅くなる時期に発生
する基準転流信号パターンｄ４を特定することができ
る。この場合には、４つの基準転流信号パターンａ４・
ｂ４・ｃ４・ｄ４の発生時間のみを検出して比較すれば
良く、その処理を簡単に行うことができる。

【００１５】その転流信号パターンｄ４が発生するクラ
ンク角（回転角度）は予め機械的に定まっているので、
その回転角度を特定することができる。そして、その回
転角度を基準として、各転流信号パターンが発生するピ
ッチ（図示例では１５度ピッチ）に応じてクランクシャ
フト４の回転角度の絶対角度を検出することができる。

【００１６】また、各転流信号パターンａ１〜ｄ６の発
生時とクランクシャフト４の絶対回転角度との対応を予
めメモリに記憶させておくことができる。例えば、ｄ４
発生時がＢＴＤＣ（上死点前）４５度であるとすると、
次の転流信号パターンｄ５の発生時はＢＴＤＣ３０度と
なり、以後１５度ピッチで絶対角度を求めることができ
る。

【００１７】これにより、点火制御や燃料噴射制御を行
うことができ、それらの制御のために高価な回転角度セ
ンサを別個に設ける必用が無くなる。その結果、装置全
体のコストの低廉化を促進することができる。

【００１８】また、本実施の形態で示したＡＣＧスター
タは、前記したように発電機能とスタータ機能とを兼ね
備えていることから、それらを別個に設けたものよりも
小型軽量化可能であり、小型自動二輪車に好適である。
さらに、振り子型始動方式を採用することにより、ＡＣ
Ｇスタータ１に大トルクを発生させる必要が無くなり、
小型化に好適である。その振り子型始動の一例を以下に
示す。

【００１９】ＡＣＧスタータ１のスタータとしてのトル
クは、始動時にクランクシャフト４を正回転させた場合
に上死点を乗り越えることができない程度であって良
い。そのため、始動時にまずクランクシャフト４を正転
させて圧縮行程に達すると、圧縮圧が上昇する途中でそ
の高圧縮圧によりクランクシャフト４が反転する。それ
に応じて、ＡＣＧスタータ１によりクランクシャフト４
を逆回転させて、膨張行程を逆行させる。次に、膨張行
程逆行時の圧縮圧上昇を回転速度低下により検出して逆
回転駆動を停止して惰性により逆行させることにより、
膨張行程の上死点前で再度正回転方向に反転させること
ができる。その膨張行程逆行時の圧縮反発力とＡＣＧス
タータ１による正転駆動力とを合わせることにより、圧
縮行程の上死点を乗り越えさせることができるようにな
り、そのようにして始動させることができる。

【００２０】このように始動させるＡＣＧスタータ１を
用いた場合には、上記反転時には上記転流信号パターン
の発生順序が逆転することから、その反転時に発生して
いた転流信号パターンを特定することができる。例え
ば、転流信号パターンがｄ４→ｄ５→ｄ４と変化した場
合には、転流信号パターンｄ５の発生時が圧縮行程の圧
縮時であると判定することができる。その圧縮時の回転
角度は機械的に予め特定することができるため、その回
転角度を基準として、上記と同様にその後の転流信号パ
ターンの発生に応じて絶対角度を求めることができる。
そして、上記と同様に点火制御や燃料噴射制御を行うこ
とができる。

【００２１】なお、始動時に影響する要因として、エン
ジンの温度やバッテリの充電状態や助走距離などが挙げ
られる。エンジン熱時やバッテリの充電良好時や助走距
離が長い時には上記反転前の最高回転速度が高く、エン
ジン冷時やバッテリの充電不良時や助走距離が短い時に
は反転前最高回転速度は低くなる。

【００２２】しかしながら、それらの影響を受けて変化
する範囲は、転流信号パターンの１周期（図示例では９
０度の回転角度範囲）よりは充分に狭いため、反転時の
周期を容易に判別できる（図示例では周期ｄ）。例えば
反転時の転流信号パターンが上記各要因の違いによりｄ
４〜ｄ６のいずれかになったとしても、その反転が周期
ｄで起きたことが分かる。その転流信号パターンｄ１〜
ｄ６の発生時の絶対的な回転角度は予め特定されること
から、反転検出時に、その後の転流信号パターンの発生
時の回転角度を絶対的に設定することができる。

【００２３】なお、上記図示例ではブラシレスモータを
用いたもので示したが、転流信号またはそれに相当する
信号を用いて回転制御を行うモータであれば良く、ブラ
シレスモータに限られない。また、適用対象として図示
例では自動車用ＡＣＧスタータについて示したが、その
ようなＡＣＧスタータに限定されるものではなく、例え
ば電動アシスト自転車のモータ装置にも適用可能であ
る。この場合の回転速度の変動は、ペダルを踏み込む踏
力がクランクシャフトの１回転中で最大となる所がある
ことにより判別可能である。

【００２４】

【発明の効果】このように本発明によれば、回転体の１
回転中に同一の転流信号パターンが複数回発生するモー
タを用いた場合であっても、回転速度が変化した際に発
生することになる転流信号パターンの位置を予め機械的
に所定の回転角度として特定しておくことができ、その
後の転流信号パターンの発生に応じて絶対回転角度を求
めることができ、モータの転流信号を用いて絶対回転角
度を求めることができるため、回転角度センサを別個に
設ける必要がなく、絶対回転角度の検出を簡単にかつ安
価に行うことができる。

【００２５】また、複数回発生することになる基準転流
信号パターンと同一の転流信号パターン同士の各発生時
間を比較して、所定の回転角度に対応する基準転流信号
パターンを求めることによれば、比較対象が少なくて済
み、処理を簡単に行うことができる。

【００２６】特に、エンジンに本装置を用いることによ
り、圧縮行程におけるクランクシャフトの回転速度の低
下を検出することになり、その変化を容易に検出するこ
とができるため、エンジンに連結された発電機やスター
タに好適に適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたＡＣＧスタータを示す側断
面図。

【図２】ＡＣＧスタータの固定子及び回転子の配置を示
す模式図。

【図３】ＡＣＧスタータにおける転流信号パターンを示
す図。

【図４】クランクシャフトの回転角度に対する圧縮圧の
変化と転流信号パターンとの関係を示す説明図。

【符号の説明】

１ＡＣＧスタータ２ブラケット３固定子４クランクシャフト５回転子６ティース７ステータコイル８界磁コイル９ボス部材１０ヨーク１１永久磁石１２制御磁極１３センサマグネット１４ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子義弘群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地株式会社ミツバ内 (72)発明者野末裕群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA07 BB03 BD16 CA34 CA40 DA01 DA05 DD02 GA52 GA68 KA03 LA02 LA03 3G084 DA13 EA04 EA07 EA08 FA00 FA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１回転中に互いに異なる組合せの転流信
号パターンが複数回繰り返して発生するモータを、概ね
所定の回転角度で回転速度が変化する回転体に結合し、前記所定の回転角度に対応する基準転流信号パターンを
定めておき、前記複数回発生することになる前記基準転流信号パター
ンと同一の転流信号パターンの中から前記回転速度が変
化した際に最も近いものの発生位置を前記所定の回転角
度として、その後の前記転流信号パターンの発生に応じ
て前記回転体の絶対回転角度を求めることを特徴とする
回転角度検出装置。
【請求項２】前記複数回発生することになる前記基準
転流信号パターンと同一の転流信号パターン同士の各発
生時間を比較して、前記所定の回転角度に対応する前記
基準転流信号パターンを求めることを特徴とする請求項
１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】前記回転体がエンジンのクランクシャフ
トであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に
記載の回転角度検出装置。