JP2004361273A

JP2004361273A - 回転角センサ

Info

Publication number: JP2004361273A
Application number: JP2003160783A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshikawa; 晃司吉川; Katsumi Ishida; 克己石田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】一回転未満の回転角度の検出に使用される回転角検出手段を利用してモータの回転角度からスロットルバルブの回転角度を求められるようにする。
【解決手段】本発明に係る回転角センサは、一回転未満の範囲内において、回転角度の増加に対応して最小値から最大値までリニアに変化する出力信号ｅを出力可能な構造であり、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段５５，５６と、モータ４の正転中、回転角検出手段５５，５６の出力信号ｅが最大値になる毎に、出力信号ｅの振幅分Ｅｍをその出力信号ｅに加算し、加算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する加算手段５７と、モータ４の逆転中、回転角検出手段５５，５６の出力信号ｅが最小値になる毎に、前記加算された振幅分Ｅｍを減じ、減算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する減算手段５７とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ及び減速ギヤ機構を駆動源とするエンジンのスロットルバルブの回転角度を検出する回転角センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのスロットル制御装置は一般的に、図８に示すように、モータ９２で減速ギヤ機構９４を駆動させ、その減速ギヤ機構９４によりスロットルバルブ９６を回動動作させて、スロットルボデー９１に形成された吸気通路９３を流れる吸入空気の流量制御を行う（特許文献１）。スロットルバルブ９６の回転角度の検出は、スロットルバルブ９６の回転軸９６ｓの端部に設けられた回転角センサ（図示されていない）によって行われる。スロットルバルブ９６の回動角度は０°〜約９０°であるため、回転角センサは、一般的に、１回転未満（０°から３６０°）の範囲内で、回転角度に対応するリニアな出力信号を出力可能なセンサが使用される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８９６１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スロットルバルブ９６の回動角度は０°〜約９０°であるため、回動角度を精度良く測定するためには高分解能のセンサが必要とされる。高分解能のセンサは高価であるため、比較的低分解能のセンサを使用してスロットルバルブ９６の回動角度を精度良く検出できる方法が考えられている。この方法の一つに、モータ９２の回転シャフト９２ｓの回転角度を検出し、モータ９２の回転角度と減速ギヤ機構９４の減速比等とからスロットルバルブ９６の回動角度を演算により求める方法がある。しかし、モータ９２は、スロットルバルブ９６が約９０°回動する間に複数回転するため、スロットルバルブ９６用の回転角センサ（一回転未満の回転測定用のセンサ）をそのまま利用することができない。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一回転未満の回転測定用の回転角検出手段を使用して、モータの回転角度からスロットルバルブの回転角度を検出できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、モータ及び減速ギヤ機構を駆動源とするエンジンのスロットルバルブの回転角度を検出する回転角センサであって、一回転未満の範囲内において、回転角度の増加に対応して最小値から最大値までリニアに変化する出力信号ｅを出力可能であり、前記出力信号ｅが最大値のときに回転角度がさらに増加すると、前記出力信号ｅが最小値に戻り、その出力信号ｅが回転角度の増加に対応して最小値から最大値まで同じくリニアに変化する構造であり、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記モータの正転中、前記回転角検出手段の出力信号ｅが最大値になる毎に、前記出力信号ｅの振幅分Ｅｍをその出力信号ｅに加算し、加算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する加算手段と、前記モータの逆転中、前記回転角検出手段の出力信号ｅが最小値になる毎に、前記加算された前記振幅分Ｅｍを減じ、減算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する減算手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
本発明によると、回転角度検出手段は、一回転未満の範囲内で、回転角度の増加に対応して最小値から最大値までリニアに増加する出力信号ｅを出力可能な構造であり、モータの回転角の検出に使用される。即ち、回転角度検出手段の出力信号ｅは、例えば、回転角度が０°から３６０°まで変化する際に一定比率で増加し、回転角度が０°のときに最小値、回転角度が３６０°のときに最大値となる。さらに、出力信号ｅが最大値のときに回転角度がさらに増加する場合、即ち、二回転目では出力信号ｅが最小値に戻り、その出力信号ｅが一回転目と同様に回転角度の増加に対応して最小値から最大値までリニアに変化する。したがって、モータの正転中、回転角検出手段の出力信号ｅが最大値になる毎に、即ち、一回転進む毎に出力信号ｅの振幅分Ｅｍ（最大値と最小値との差分Ｅｍ）をその出力信号ｅに加算することで、モータが多回転する場合でも回転角度に対応するリニアなセンサ出力信号を得ることができる。
【０００７】
同様に、モータの逆転中も、一回転戻る毎にモータの正転中に加算された振幅分Ｅｍを減じることで、回転角度に対応するリニアなセンサ出力信号を得ることができる。
したがって、一回転未満の回転角度の検出に使用される回転角検出手段を利用してモータの回転角度からスロットルバルブの回転角度を求めることができるようになる。
【０００８】
請求項２の発明は、スロットルバルブが全閉位置まで戻されたときの回転角検出手段の出力値をセンサ出力信号Ｖの基準値ｅ_０として記憶する。このため、スロットルバルブの全閉位置とモータの回転角度の０°位置とがずれていても、スロットルバルブの開度を正確に求められるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図７に基づいて本発明の実施形態１に係る回転角センサの説明を行う。本実施形態に係る回転角センサは、エンジンのスロットル制御装置においてスロットルバルブの回転角度を検出するためのセンサであり、図１にその回転角センサを備えるスロットル制御装置の模式図等が示されている。また、図２は回転角センサの縦断面図（Ａ図）、横断面図（Ｂ図）であり、図３〜図５は回転角センサの第２演算部における処理手順を表すフローチャート、図６、図７は第２演算部の処理動作を表す模式図である。
【００１０】
スロットル制御装置は、図１（Ａ）に示すように、モータ４で減速ギヤ機構３５を駆動させ、その減速ギヤ機構３５によりスロットルバルブ２を回動動作させて、スロットルボデー１に形成された吸気通路１ａを流れる吸入空気の流量制御を行う。
回転角センサ４０は、モータ４の回転角度及び減速ギヤ機構３５の減速比に基づいてスロットルバルブ２の回転角度を求めるセンサであり、図１（Ｂ）、図２に示すように、可動部４１とセンサ本体５４とから構成されている。
【００１１】
回転角センサ４０の可動部４１は、モータ４の出力回転軸４ａの後端部にその出力回転軸４ａと同軸に固定されている。可動部４１は、モータ４の出力回転軸４ａと共に回転する部分であり、図２に示すように、有底略円筒形のハウジング４３と、円筒形のヨーク４５と、一対の磁石４７，４８とから構成されている。ハウジング４３は、円板部４３ａ、円筒部４３ｂ、内フランジ部４３ｃにより、縦断面形状が略Ｃ字形状に形成されている。
【００１２】
ハウジング４３の内部には、円筒部４３ｂの内壁面に面接触した状態で磁性材料からなるヨーク４５が収納されており、そのヨーク４５が円板部４３ａと内フランジ部４３ｃとによって軸方向から挟まれている。ヨーク４５の内側面には、モータ４の出力回転軸４ａの回転軸線Ｐを挟んで対向するように一対の磁石４７，４８が固定されている。ヨーク４５及び一対の磁石４７，４８の両端面はハウジング４３内に埋設されており、一対の磁石４７，４８の内周面のみがハウジング４３の内周面において露出している。一対の磁石４７，４８は、図２（Ｂ）に示すように、ヨーク４５内の空間にほぼ平行な磁界を発生させることができるように、平行着磁されている。
【００１３】
可動部４１の一対の磁石４７，４８間には、回転角センサ４０のセンサ本体５４が非接触状態で規定位置に位置決めされている。センサ本体５４は、可動部４１がモータ４の出力回転軸４ａと共に回転することによる磁界の方向の変化を検出し、その磁界の方向の変化に基づいて演算によりモータ４の回転角度、さらにスロットルバルブ２の回転角度を求める装置である。即ち、センサ本体５４は、磁界の方向を検出し、その磁界の方向に対応する信号を発生させる磁気検出部５５と、磁気検出部５５の信号に基づいてモータ４の回転角度（０°〜３６０°）を演算する第１演算部５６と、第１演算部５６の信号（モータ４の回転角度）と減速ギヤ機構３５の減速比等に基づいてスロットルバルブ２の回転角度を演算する第２演算部５７とを備えている（図１（Ｂ）参照）。
【００１４】
センサ本体５４の磁気検出部５５は、図２等に示すように、一対の磁石４７，４８間においてほぼ同心状に、かつ磁気検出部５５の前面（先端面）が出力回転軸４ａの回転軸線Ｐと直角（図２（Ａ）参照）になるように配置される。なお、磁気検出部５５の素子には、例えば、磁気抵抗素子等が使用される。
センサ本体５４の第１演算部５６と第２演算部５７とは一体化された半導体集積回路（ＩＣ）から構成されている。そして、後記するように、第２演算部５７の出力端子からスロットルバルブ２の開度（０°〜約８４°）に対応するリニアな電圧信号（センサ出力信号Ｖ）が出力されるように構成されている。ここで、センサ出力信号Ｖは、自動車のエンジンの制御に使用されるＥＣＵ等の制御手段（図１参照）に入力される。
センサ本体５４は、図２（Ａ）に示す支持部材６０を介してスロットルボデー１に固定されている。
即ち、回転角センサ４０の可動部４１、センサ本体５４の磁気検出部５５及び第１演算部５６等が本発明の回転角検出手段に相当する。
【００１５】
次に、図３〜図５のフローチャート、及び図６、図７の模式図に基づいて、回転角センサの第１演算部５６及び第２演算部の動作説明を行う。なお、図３〜図５のフローチャートに示す処理は第２演算部５７において行われる。
電源がオフ状態では、スロットルバルブ２がバックスプリング（図示省略）のバネ力で微開位置（オープナ開度（開度５°未満））に保持されている。
電源がオンされてエンジンが起動されると、ＥＣＵ等の制御手段からの信号に基づいてモータ４が逆転方向に起動され、スロットルバルブ２はバックスプリングのバネ力に抗して全閉位置まで戻される。
【００１６】
このとき、センサ本体５４の磁気検出部５５及び第１演算部５６によってモータ４の回転角度が演算され、スロットルバルブ２の全閉位置に対応する電圧ｅ_０が第１演算部５６から第２演算部５７に対して出力される。第２演算部５７では、スロットルバルブ２が全閉位置にあるときの電圧ｅ_０をセンサ出力信号Ｖの基準電圧ｅ_０（基準値ｅ_０）として記憶する（ステップＳ１０２）。さらに、ステップＳ１０３で、モータ４の回転積算数Ｎがクリア（Ｎ＝０）される。
【００１７】
この状態で、アクセルペダルが踏まれると、ＥＣＵ等の制御手段によってモータ４が正転方向に駆動される。モータ４が正転方向に回転すると、そのモータ４の回転が減速ギヤ機構３５を介してスロットルシャフト９に伝達され、スロットルバルブ２が開方向に回動する。スロットルバルブ２が開方向に回動すると（ステップＳ１０４ＹＥＳ）、ステップＳ１０５の開方向処理が行われる。
開方向処理では、第１演算部５６の出力信号、即ち、モータ４の回転角度に対応する電圧ｅ（以下、回転角度対応電圧ｅという）が読み込まれる（図４ステップＳ１１１）。
【００１８】
モータ４は正転しているため、回転角度対応電圧ｅは、図６、図７に示すように、基準電圧ｅ_０からリニアに増加する。なお、三角形状の波形が回転角度対応電圧ｅを表している。
モータ４が正転を開始したときは、回転角度対応電圧ｅが最大値Ｅｍよりも小さい（ステップＳ１１２ＮＯ）。このため、処理はステップＳ１１２からステップＳ１１４に進み、ステップＳ１１４でＶ＝Ｅｍ×Ｎ＋ｅ−ｅ_０が計算される。前述のように、Ｎ＝０であるため、Ｖ＝ｅ−ｅ_０となる。このため、ステップＳ１１５で、ｅ−ｅ_０がセンサ出力信号Ｖとして出力される（０°から３６０°間の斜め実線参照）。ここで、Ｅｍは、図６、図７に示すように、回転角度対応電圧ｅの振幅（最大値と最小値との差分）である。なお、最小値は０であるため、Ｅｍは最大値に等しくなる。
モータ４の正転が継続され、磁気検出部５５及び第１演算部５６が３６０°を検出して回転角度対応電圧ｅが最大値Ｅｍになると（ステップＳ１１２ＹＥＳ）、モータ４の回転積算数Ｎに１が加算される（ステップＳ１１３）。即ち、Ｎ＝１となる。
【００１９】
次に、ステップＳ１１４で、Ｖ＝Ｅｍ×Ｎ＋ｅ−ｅ_０が計算される。ここで、Ｎ＝１であるため、Ｖ＝Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となる。回転角度対応電圧ｅは、モータ４が一回転目から二回転目にはいると、最大値Ｅｍから最小値０まで減少するため、回転積算数Ｎに１が加算された直後は、センサ出力信号Ｖ＝Ｅｍ−ｅ_０となる（図６、図７における○〜１Ｅｍ参照）。この状態からモータ４の正転が継続されると、処理がステップＳ１１１からステップＳ１１２、ステップＳ１１４及びステップＳ１１５に進み、Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０がセンサ出力信号Ｖとして出力される（３６０°から７２０°間の斜め点線参照）。
【００２０】
モータ４の正転が継続され、再び回転角度対応電圧ｅが最大値Ｅｍになると（ステップＳ１１２ＹＥＳ）、モータ４の回転積算数Ｎに１が加算される（ステップＳ１１３）。即ち、Ｎ＝２となる。
さらに、ステップＳ１１４で、Ｖ＝Ｅｍ×２＋ｅ−ｅ_０が計算される。前述のように、回転角度対応電圧ｅは、モータ４が二回転目から三回転目にはいると、最大値Ｅｍから最小値０まで減少するため、回転積算数Ｎに１が加算された直後は、センサ出力信号Ｖ＝２Ｅｍ−ｅ_０となる（図６、図７における○〜２Ｅｍ参照）。この状態からモータ４の正転が継続されると、処理がステップＳ１１１からステップＳ１１２、ステップＳ１１４及びステップＳ１１５に進み、２Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０がセンサ出力信号Ｖとして出力される（７２０°から１０８０°間の斜め点線参照）。
【００２１】
同様に、モータ４が四回転目ではセンサ出力信号Ｖは３Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となり、モータ４が五回転目ではセンサ出力信号Ｖは４Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となり、モータ４がｎ回転目ではセンサ出力信号Ｖは（ｎ−１）Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となる。このため、スロットルバルブ２が全閉位置（０°）から開位置（８４°）まで回動する際に、モータ４が複数回転したとしても、リニアなセンサ出力信号Ｖ（斜め点線参照）が得られるようになる。
即ち、センサ本体５４の第２演算部５７及び開方向処理（図４参照）のステップＳ１１２、ステップＳ１１２、ステップＳ１１４及びステップＳ１１５の処理が本発明の加算手段に相当する。
【００２２】
次に、例えば、モータ４が四回転目にある状態（Ｎ＝３）、即ち、センサ出力信号Ｖが３Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０のときに、アクセルペダルが緩められた場合を考える。アクセルペダルが緩められると、ＥＣＵ等の制御手段によってモータ４が逆転方向に駆動される。モータ４が逆転方向に回転すると、そのモータ４の回転が減速ギヤ機構３５を介してスロットルシャフト９に伝達され、スロットルバルブ２が閉方向に回動する。スロットルバルブ２が閉方向に回動すると（図３ステップＳ１０４ＮＯ）、ステップＳ１０６の閉方向処理が行われる。
【００２３】
閉方向処理では、第１演算部５６の出力信号、即ち、回転角度対応電圧ｅが読み込まれる（図５ステップＳ１２１）。センサ出力信号Ｖが、図６に示す３Ｅｍと４Ｅｍの間の斜め点線上にある状態では、回転角度対応電圧ｅが最小値０でないため、ステップＳ１２２の判定がＮＯになる。このため、処理はステップＳ１２２からステップＳ１２４に進み、ステップＳ１２４でＶ＝Ｅｍ×Ｎ＋ｅ−ｅ_０が計算される。前述のように、Ｎ＝３であるため、Ｖ＝３Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となる。このため、ステップＳ１２５で、３Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０がセンサ出力信号Ｖとして出力される。
【００２４】
モータ４の逆転が継続され、磁気検出部５５及び第１演算部５６が０°を検出して回転角度対応電圧ｅが最小値０になると（ステップＳ１２２ＹＥＳ）、モータ４の回転積算数Ｎから１が減算される（ステップＳ１２３）。即ち、Ｎ＝２となる。
次に、ステップＳ１２４で、Ｖ＝Ｅｍ×Ｎ＋ｅ−ｅ_０が計算される。ここで、Ｎ＝２であるため、Ｖ＝２Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０となる。モータ４が四回転目から三回転目にはいると、回転角度対応電圧ｅは最小値０から最大値Ｅｍまで増加するため、回転積算数Ｎから１が減算された直後は、センサ出力信号Ｖ＝３Ｅｍ−ｅ_０となる（図６、図７における○〜３Ｅｍ参照）。この状態からモータ４の逆転が継続されると、処理がステップＳ１２１からステップＳ１２２、ステップＳ１２４及びステップＳ１２５に進み、２Ｅｍ＋ｅ−ｅ_０がセンサ出力信号Ｖとして出力される（７２０°から１０８０°間の斜め点線参照）。
【００２５】
同様に、モータ４が二回転目ではセンサ出力信号ＶはＥｍ＋ｅ−ｅ_０となり、モータ４が一回転目ではセンサ出力信号Ｖはｅ−ｅ_０となる。このため、スロットルバルブ２が開位置（約８４°）から全閉位置（０°）まで回動する際に、モータ４が複数回逆転したとしても、リニアなセンサ出力信号Ｖを得られるようになる。
即ち、センサ本体５４の第２演算部５７及び閉方向処理（図５参照）のステップＳ１２２、ステップＳ１２３、ステップＳ１２４及びステップＳ１２５の処理が本発明の減算手段に相当する。
なお、図３に示すスロットルバルブの回転角度演算処理は、電源がオフされた時点（ステップＳ１０７ＹＥＳ）で終了する。
【００２６】
このように、本実施形態に係る回転角センサ４０によると、一回転未満の回転角度の検出に使用される回転角検出手段を利用してモータ４の回転角度からスロットルバルブ２の回転角度を測定可能になる。このため、比較的低分解能のセンサを使用してスロットルバルブ２の回動角度を精度良く検出できるようになる。
また、本実施形態では、スロットルバルブ２が全閉位置まで戻されたときの回転角検出手段の出力値ｅ_０をセンサ出力信号Ｖの基準値ｅ_０として記憶する。このため、スロットルバルブ２の全閉位置とモータ４の回転角度の０°位置とがずれていても、スロットルバルブ２の開度を正確に求められるようになる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、上記実施形態ではスロットルバルブ２の全閉位置とモータ４の回転角度の０°位置とがずれていることを前提として説明を行ったが、スロットルバルブ２の全閉位置とモータ４の回転角度の０°位置とが一致していれば、センサ出力信号Ｖを、Ｖ＝Ｅｍ×Ｎ＋ｅにより演算することが可能になる。
また、本実施形態では、０°から３６０°（一回転未満）の範囲内で回転角度を測定可能な回転角検出手段を使用する例を示したが、例えば、０°から１８０°の範囲内で回転角度を検出可能な回転角検出手段を使用して、モータ４の回転角度からスロットルバルブ２の回転角度を測定することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の回転角センサによれば、一回転未満の回転角度の検出に使用される回転角検出手段を利用してモータの回転角度からスロットルバルブの回転角度を求めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る回転角センサを備えるスロットル制御装置の模式図（Ａ図）及びその回転角センサの模式図（Ｂ図）である。
【図２】回転角センサの縦断面図（Ａ図）及び横断面図（Ｂ図）である。
【図３】回転角センサの第２演算部における処理手順を表すフローチャートである。
【図４】回転角センサの第２演算部における処理手順を表すフローチャートである。
【図５】回転角センサの第２演算部における処理手順を表すフローチャートである。
【図６】回転角センサの第２演算部の処理動作を表す模式図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】従来のスロットル制御装置の模式図である。
【符号の説明】
２スロットルバルブ
４モータ
３５減速ギヤ機構
４０回転角センサ
４１可動部（回転角検出手段）
５４センサ本体（回転角検出手段、加算手段、減算手段）
５５磁気検出部（回転角検出手段）
５６第１演算部（回転角検出手段）
５７第２演算部（加算手段、減算手段）

Claims

モータ及び減速ギヤ機構を駆動源とするエンジンのスロットルバルブの回転角度を検出する回転角センサであって、
一回転未満の範囲内において、回転角度の増加に対応して最小値から最大値までリニアに変化する出力信号ｅを出力可能であり、前記出力信号ｅが最大値のときに回転角度がさらに増加すると、前記出力信号ｅが最小値に戻り、その出力信号ｅが回転角度の増加に対応して最小値から最大値まで同じくリニアに変化する構造であり、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記モータの正転中、前記回転角検出手段の出力信号ｅが最大値になる毎に、前記出力信号ｅの振幅分Ｅｍをその出力信号ｅに加算し、加算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する加算手段と、
前記モータの逆転中、前記回転角検出手段の出力信号ｅが最小値になる毎に、前記加算された前記振幅分Ｅｍを減じ、減算後の信号をセンサ出力信号Ｖとして出力する減算手段と、
を有することを特徴とする回転角センサ。
請求項１に記載された回転角センサであって、
スロットルバルブが全閉位置まで戻されたときの回転角検出手段の出力値をセンサ出力信号Ｖの基準値ｅ_０として記憶することを特徴とする回転角センサ。