JP3311429B2

JP3311429B2 - 基準位置検出装置

Info

Publication number: JP3311429B2
Application number: JP16687493A
Authority: JP
Inventors: 修菱沼; 英介井上; 正人星野; 宏志木村
Original assignee: Denso Corp; Tsuchiya KK
Current assignee: Denso Corp; Tsuchiya KK
Priority date: 1993-02-22
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH074987A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、磁気抵抗素
子（以下、ＭＲ素子という）やホール素子といった感磁
素子を用いて位置センサを構成した基準位置検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の基準位置検出装置で
は、着磁体に異なる磁極（Ｓ，Ｎ極）を交互に着磁した
着磁面を設けるとともに、同着磁面の所定箇所に着磁ピ
ッチを他の部位よりも大きくした基準位置を設けてい
た。そして、着磁体の着磁面と位置センサとの相対的な
移動に伴い、位置センサが着磁パターンに応じた磁界強
度の変化を検出し、その検出信号に基づいて基準位置信
号やそれ以外の位置信号が得られるようになっていた
（例えば、特開昭５４−１５６６５６号公報，特開昭５
７−３０４８号公報，実公昭５９−２４９７０号公
報）。

【０００３】図６は、従来の基準位置検出装置の構成を
示す図である。図６に示すように、着磁体としての回転
体２１の外周面には、リング状の磁石２２が固着されて
いる。磁石２２には異なる磁極を交互に着磁した着磁面
２３が設けられ、着磁面２３の一部には着磁ピッチを他
の部位よりも大きくした基準位置２４が設けられてい
る。着磁面２３から所定の距離だけ離れた位置（センシ
ングギャップＬG'）には、ＭＲ素子からなる位置センサ
２５が配置されている。そして、回転体２１の回転に伴
い、位置センサ２５が磁界強度に応じた電圧信号Ｖout'
を出力する。

【０００４】ところが、上記従来の基準位置検出装置で
は、基準位置２４における位置センサ２５の電圧信号Ｖ
out'にうねりや歪みが生じるという問題があった。即
ち、図７に示すように、着磁面２３には、着磁パターン
に応じた磁力線Ｐ’（図に矢印で示す）が存在してい
る。基準位置２４では、その磁極の幅が広いために着磁
の際に両端部が強く磁化されて磁力線Ｐ’が両端側に偏
り、基準位置２４の両端部付近の磁力線Ｐ’が密な状態
になっている。そのため、位置センサ２５のセンシング
位置（図７に破線で示す）における磁力線Ｐ’（磁界強
度）の円周方向成分を抽出すると、基準位置２４の中心
線ＬC 付近で磁界の向きが反転するという現象（ＳＮ反
転現象）が生じている。つまり、基準位置２４がＮ極で
あれば、本来、その中心線ＬC に対して外向きの磁界が
発生するのであるが、内向きの磁界が発生している。

【０００５】従って、基準位置２４の中心線ＬC 付近で
は、位置センサ２５の電圧信号Ｖout'にうねりや歪みを
生じてしまう。又、そのうねりや歪みによって電圧信号
Ｖout'を波形整形するためのスレッショルドレベルの設
定可能範囲Ｖth' が狭い領域に制約され、電圧信号Ｖou
t'のバラツキに対する余裕度が小さくなってしまう。そ
して、電圧信号Ｖout'のバラツキが大きい場合には、電
圧信号Ｖout'の波形整形処理が困難になり、基準位置信
号の検出精度が悪化するというおそれを生じる。

【０００６】そこで、上記問題を解決するために、図８
に示す回転体（着磁体）２６を用いた基準位置検出装置
が提案されている。この回転体２６において、磁石２７
の外周には着磁面２８が設けられ、その着磁面２８の一
部には矩形状の切欠溝からなる基準位置２９が設けられ
ている。つまり、基準位置２９の溝底面２９ａと、その
基準位置２９に隣接する磁極の着磁面２８とが、その両
面２９ａ，２８に対して垂直な垂直面３０にて連結され
ている。

【０００７】従って、この基準位置検出装置では、図９
に示すように、基準位置２９のセンシングギャップＬG
2' が他の部位のセンシングギャップＬG1' よりも大き
くなるため、ＳＮ反転が生じない領域にて位置センサ２
５による検知が行われる。その結果、電圧信号Ｖout の
うねりが回避される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８の回転
体２６を備えた基準位置検出装置では、電圧信号Ｖout
のうねりが回避されるものの、位置センサ２５の出力レ
ベルが低下してスレッショルドレベルの設定可能範囲Ｖ
th' が狭くなるという問題が生じる。即ち、基準位置２
９に隣接する磁極（図では、Ｓ極）の垂直面３０には、
対向する磁極が設けられていないため、基準位置２９付
近の磁界強度が弱くなってしまう。その結果、位置セン
サ２５の電圧信号Ｖout'の電圧レベルが低下し、上記の
ような問題を生じる。

【０００９】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、位置センサの
出力を所定レベルに保持し、さらに、基準位置における
出力信号のうねりや歪みを解消することにより、常に安
定した基準位置信号を得ることができる基準位置検出装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、異なる磁極を交互に着磁した着磁面を
有するとともに、該着磁面に磁極の着磁ピッチが他の部
位よりも大きく且つ所定の溝深さを有する溝状の基準位
置を形成した着磁体と、前記着磁体の着磁面に対向する
感磁素子を有し、当該着磁体に対して相対的に移動し、
着磁面の磁界強度に応じた電気信号を出力する位置セン
サと、前記位置センサの出力信号を所定のスレッショル
ドレベルに基づいて波形整形し、基準位置信号を生成す
る基準位置信号生成回路とを備えた基準位置検出装置に
おいて、前記着磁体の基準位置の溝底面と、その基準位
置に隣接する磁極の着磁面とを、所定の勾配を有する勾
配部にて連結したことを要旨とするものである。

【００１１】又、前記勾配部は、所定の曲率を有する曲
面であってもよい。さらに、前記勾配部は、所定の傾斜
角を有する平面であってもよい。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、位置センサは、着磁体との
相対的な移動による着磁面の磁界強度に応じて電気信号
を出力する。このとき、基準位置を所定の溝深さを有す
る溝状に形成したため、基準位置でのセンシングギャッ
プ（位置センサと着磁面との距離）が他の部位のセンシ
ングギャップよりも大きくなる。その結果、基準位置の
両端部で磁界の偏りが生じても基準位置の中央部におけ
る磁界の反転現象が回避され、位置センサの出力信号の
うねりや歪みが防止される。又、基準位置の溝底面と、
その基準位置に隣接する磁極の着磁面とを、所定の勾配
を有する勾配部にて連結したため、基準位置の磁極の着
磁面とその基準位置に隣接する磁極の着磁面との距離が
近くなり、両磁極間の磁界強度が高いレベルにて保持さ
れ、位置センサの出力信号レベルの低下が防止される。

【００１３】又、基準位置信号生成回路は、位置センサ
の出力信号を所定のスレッショルドレベルに基づいて波
形整形し、基準位置信号を生成する。このとき、位置セ
ンサの出力信号は、うねりや歪みがなく、且つ、高い出
力レベルに保持されているため、スレッショルドレベル
が広い範囲で設定可能となる。その結果、常に安定した
基準位置信号の生成が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の基準位置検出装置を４気筒
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に具体化した一実施
例について、図面に従って説明する。図１に示すよう
に、ディーゼルエンジン４０の回転に伴い、１／２の回
転速度で回転するシャフト１には、着磁体としての円盤
状の回転体２が固定されている。このシャフト１は、燃
料噴射ポンプ５０の入力軸であり、燃料噴射ポンプ５０
はシャフト１の回転力により燃料を加圧し、ディーゼル
エンジン４０の各噴射弁に燃料を分配供給する。そし
て、この燃料噴射ポンプ５０内に回転体２を有する基準
位置検出装置が設けられている。

【００１５】回転体２はその外周面にリング状の磁石３
を有している。同磁石３の外周には、異なる磁極を交互
に着磁した着磁面４が設けられており、同着磁面４に
は、切欠溝状をなすとともに、Ｎ極を着磁した基準位置
５が４ヶ所に均等配設されている。着磁面４には、２４
０極の磁極が着磁されており、基準位置５の溝幅は、基
準位置５以外の磁極の７極分の幅となっている。即ち、
基準位置５以外の着磁ピッチλと、基準位置５の着磁ピ
ッチλ0 との関係は、λ0 ＝７・λとなっている。具体
的には、磁石３の外径を７０ｍｍとした場合、λ≒０．
９２ｍｍ，λ0 ≒６．４ｍｍとなっている。

【００１６】又、基準位置５は所定の溝深さＤを有し、
基準位置５の溝底面５ａと、その基準位置５に隣接する
磁極の着磁面４とは、所定の曲率（半径Ｒ）を有する勾
配部としての曲面５ｂにて連結されている。具体的に
は、基準位置５の溝深さＤは１ｍｍ程度であり、半径Ｒ
は６ｍｍ程度となっている。なお、この基準位置５の形
状は、磁石３の外径や磁極数に応じて決定されるもので
あり、基準位置５の溝深さＤは、基準位置５以外の磁極
の着磁ピッチλと略同等にするとよい。又、曲面５ｂの
半径Ｒは、本実施例の相似形にするのが好ましく、例え
ば、磁石３の外径を３５ｍｍに変更した場合であれば、
Ｒ＝３ｍｍ程度にするとよい。

【００１７】又、本実施例では、磁性体のプラスチック
マグネットにて磁石３を構成しており、磁石３は基準位
置５の溝部をも含めて一体成形されている。この成形方
法によれば、低コストにて磁石３を製造することができ
る。しかし、その他に、リング状の磁石を回転体２に固
着した後、機械加工により削り取る方法や、フェライト
粉末等の焼結による成形方法を用いることも可能であ
る。

【００１８】位置センサとしての回転角センサ６は、着
磁面４に対向する感磁素子としての一対のＭＲ素子７
Ａ，７Ｂを有している。ＭＲ素子７Ａ，７Ｂは、磁石３
の磁界強度の円周方向成分に応じて抵抗値を変化させる
ように配置されており、ＭＲ素子７Ａ，７Ｂの取付ピッ
チλ1 は着磁ピッチλの１／２になっている（λ1 ＝λ
／２）。又、基準位置５以外の着磁面４では、ＭＲ素子
７Ａ，７Ｂと着磁面４との間のセンシングギャップＬG1
が０．８ｍｍに設定されている。従って、基準位置５で
は、そのセンシングギャップＬG2が基準位置５の溝深さ
Ｄの分だけ他の部位のセンシングギャップＬG1よりも大
きくなっている（ＬG2＝ＬG1＋Ｄ）。

【００１９】ＭＲ素子７Ａ，７Ｂには、駆動電源Ｖcc
（５ボルト）が直列に接続され、両ＭＲ素子７Ａ，７Ｂ
の中点は回転角センサ６の出力端子８となっている。そ
して、回転角センサ６は、ＭＲ素子７Ａの抵抗値と、Ｍ
Ｒ素子７Ｂの抵抗値との差分に対応した電圧信号Ｖout
を出力する。又、回転角センサ６には波形整形回路９が
接続されている。同波形整形回路９は、抵抗１０〜１２
と、調整抵抗１３と、比較器１４とを備えている。そし
て、波形整形回路９では、調整抵抗１３の抵抗値に応じ
てスレッショルドレベルＶthが設定されるとともに、当
該スレッショルドレベルＶthにて回転角センサ６の電圧
信号Ｖout が波形整形され、回転角信号Ｎｅが生成され
る。又、波形整形回路９には信号処理回路１５が接続さ
れている。そして、信号処理回路１５では、波形整形回
路９から出力された回転角信号Ｎｅに基づいて基準位置
信号Ｇが生成される。なお、本実施例では、波形整形回
路９及び信号処理回路１５により基準位置信号生成回路
が構成されている。

【００２０】波形整形回路９及び信号処理回路１５から
の信号は、燃料噴射制御装置６０に入力される。この燃
料噴射制御装置６０は、エンジンの負荷状態等に応じて
設定される目標噴射量と噴射時期とを実現するように燃
料噴射ポンプ５０を制御する。特に、この実施例では、
回転角信号Ｎｅと基準位置信号Ｇとに応じて電磁スピル
弁７０の通電断続タイミングを決定し、電磁スピル弁７
０の開弁時間を調節して燃料噴射量を制御する。

【００２１】次に、本実施例の基準位置検出装置の作用
を図２を用いて説明する。図２に示すように、回転体２
の着磁面４には、着磁パターンに対応した磁力線Ｐ（図
中、矢印で示す）が存在している。詳しくは、着磁面４
のＮ極からＳ極に向けて磁力線Ｐが存在しており、基準
位置５では、その幅が広いため着磁の際に両端部が強く
磁化されて磁力線Ｐが両端側に偏っている。そのため、
基準位置５の両端部付近の磁力線Ｐが密な状態になり、
基準位置５の着磁面４に近い領域（例えば、溝底面５ａ
から距離がセンシングギャップＬG1の領域）では、基準
位置５の中心線ＬC 付近で、磁界の向きが反転する現象
（ＳＮ反転現象）が生じている。つまり、基準位置５が
Ｎ極であれば、本来、その中心線ＬC に対して外向きの
磁界が発生するのであるが、内向きの磁界が発生してい
る。

【００２２】しかし、回転角センサ６のセンシング位置
（図２に破線で示す）では、そのセンシングギャップＬ
G2が他の部位のセンシングギャップＬG1よりも大きいた
め、ＳＮ反転現象が解消され、中心線ＬC 付近における
磁力線Ｐ（磁界強度）の円周方向成分のうねりが回避さ
れている。又、基準位置５の溝底面５ａと、その基準位
置５に隣接する磁極の着磁面４とが曲面５ｂにて連結さ
れているため、基準位置５に隣接する磁極において、セ
ンシング位置での磁界強度が高いレベルにて保持されて
いる。

【００２３】そして、回転体２の回転に伴い、回転角セ
ンサ６のＭＲ素子７Ａ，７Ｂの抵抗値が変化し、回転角
センサ６は、磁界強度の変化１サイクルにつき、２サイ
クル分の電圧信号Ｖout を出力する。又、回転角センサ
６のセンシング位置では、回転角センサ６がＳＮ反転現
象の影響を受けずに動作し、常に安定した電圧信号Ｖou
t を出力する。

【００２４】波形整形回路９では、回転角センサ６から
出力された電圧信号Ｖout がスレッショルドレベルＶth
で波形整形され、矩形パルス状の回転角信号Ｎｅが出力
される。このとき、回転角センサ６の電圧信号Ｖout が
安定しているため、スレッショルドレベルＶthが広い範
囲の領域にて可能となっている。又、信号処理回路１５
では、回転角信号Ｎｅの信号発生周期Ｔａをソフトウェ
ア処理することによって基準位置信号Ｇが生成される。
つまり、信号処理回路１５では、回転角信号Ｎｅが入力
される度に、信号発生周期Ｔａに定数ｋを乗じて基準位
置信号出力時間Ｔｘ（＝ｋ・Ｔａ）が演算される。そし
て、基準位置信号出力時間Ｔｘ内に、次の回転角信号Ｎ
ｅが入力されれば、その基準位置信号出力時間Ｔｘがク
リアされる。又、その時間Ｔｘ内に回転角信号Ｎｅが入
力されなければ、その基準位置信号出力時間Ｔｘのタイ
ミングにて基準位置信号Ｇが出力される。このようにし
て、基準位置信号Ｇは、基準位置５に対応してディーゼ
ルエンジン４０の気筒毎に出力される。

【００２５】なお、定数ｋの値は、エンジンの回転数の
変動や加減速により回転角信号Ｎｅの発生周期Ｔａに変
動があった場合でも、基準位置５の誤検出が生じないよ
うに基準位置５の長さに合わせて設定されている。その
後、回転角信号Ｎｅ及び基準位置信号Ｇは、燃料噴射制
御装置６０に入力され、燃料噴射制御等が実施される。

【００２６】以上詳述したように、本実施例の基準位置
検出装置では、回転体２の外周面に異なる磁極を交互に
着磁した着磁面４を設けたとともに、該着磁面４に磁極
の着磁ピッチが他の部位よりも大きく且つ所定の溝深さ
Ｄを有する溝状の基準位置５を形成した。そして、基準
位置５の溝底面５ａと、その基準位置５に隣接する磁極
の着磁面４とを、所定の曲率（半径Ｒ）を有する曲面５
ｂにて連結した。

【００２７】上記構成によれば、基準位置５でのセンシ
ングギャップＬG2が他の部位のセンシングギャップＬG1
よりも大きくなる。その結果、基準位置５の両端部では
磁界の偏りが生じても基準位置５の中央部における磁界
の反転現象が回避され、回転角センサ６の電圧信号Ｖou
t のうねりや歪みが防止される。又、基準位置５に隣接
する磁極の磁界強度が高いレベルにて保持され、回転角
センサ６の出力信号レベルの低下が防止される。さら
に、回転角センサ６の出力信号のうねりや歪みが防止さ
れ、且つ、同信号が高い出力レベルに保持されているた
め、スレッショルドレベルＶthが広い範囲で設定可能と
なる。その結果、常に安定した基準位置信号Ｇの生成が
可能となる。

【００２８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、次の様態にて具体化することもできる。
例えば、図３に示すように、基準位置５の溝底面５ａ
と、その基準位置５に隣接する磁極の着磁面４とを所定
の傾斜角ＲA を有する平面１６にて連結してもよい。

【００２９】又、図４に示すように、基準位置５の両端
部に、所定長さＬA の壁面１７を設けるとともに、基準
位置５の溝底面５ａと、壁面１７とを所定の傾斜角ＲA
を有する平面１６にて連結してもよい。このとき、壁面
１７の所定長さＬA は、基準位置５の両端部の磁界強度
が所定レベル以上に保持できる範囲内にて設定される。

【００３０】又、図５に示すように、回転体２の代わり
にリニアタイプの着磁体１８を用いてもよい。この場
合、着磁体１８を移動させるか、或いは位置センサを移
動させるかして着磁体１８と位置センサとを相対的に移
動させ、位置検出を行う。さらに、基準位置信号生成回
路を前記実施例の波形整形回路９とは異なる構成にして
もよい。例えば、位置センサの出力信号のピーク値、或
いはボトム値を基準にしてスレッショルドレベルとして
設定し、そのスレッショルドレベルにて波形整形処理す
るように構成してもよい。

【００３１】さらに、第１実施例では、磁石の外径を７
０ｍｍとしたが、この外径を大きくしてさらに多くの磁
極を着磁させてもよい。例えば外径を１０５ｍｍとする
ことで、第１実施例と同じピッチ幅λ≒０．９２ｍｍで
３６０極の着磁が可能であり、分解能を１°とすること
ができる。また、センシングギャップＬＧ１を小さくす
ることは、加工、組付け作業の上で不利であるので、ピ
ッチ幅λを大きくし、磁界強度を高めてセンシングギャ
ップＬＧ１を大きくしてもよい。例えば、磁石を、外径
７０ｍｍ、ピッチ幅λ≒１．８４ｍｍとすれば、センシ
ングギャップＬＧ１をＬＧ１＝１．５ｍｍとしても十分
な出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

【００３２】さらに加えて、感磁素子として、ＭＲ素子
の代わりにホール素子を用いて位置センサを構成しても
よい。この場合、位置センサの出力信号は、磁界強度に
応じたホール素子の起電力の変化に対応して変化する。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、位置センサの出力を
所定レベルに保持し、さらに、基準位置における出力信
号のうねりや歪みを解消することにより、常に安定した
基準位置信号を得ることができるという優れた効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における基準位置検出装置を
示した構成図である。

【図２】実施例における基準位置検出装置の動作図であ
る。

【図３】着磁体の変形例を示した平面図である。

【図４】着磁体の変形例を示した平面図である。

【図５】着磁体の変形例を示した斜視図である。

【図６】従来の基準位置検出装置を示す平面図である。

【図７】従来の基準位置検出装置の動作図である。

【図８】従来の基準位置検出装置を示す平面図である。

【図９】従来の基準位置検出装置の動作図である。

【符号の説明】

２着磁体としての回転体４着磁面５基準位置５ａ溝底面５ｂ勾配部としての曲面６位置センサとしての回転角センサ７Ａ，７Ｂ感磁素子としてのＭＲ素子９基準位置信号生成回路としての波形整形回路１５基準位置信号生成回路としての信号処理回路１６勾配部としての平面１８着磁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星野正人愛知県名古屋市緑区乗鞍１丁目1303−２ (72)発明者木村宏志愛知県名古屋市緑区鳴海町字赤塚148番地 (56)参考文献特開平４−225103（ＪＰ，Ａ) 実開平２−94474（ＪＰ，Ｕ) 実公昭59−24970（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 G01P 1/00 - 3/80

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる磁極を交互に着磁した着磁面を有
するとともに、該着磁面に磁極の着磁ピッチが他の部位
よりも大きく且つ所定の溝深さを有する溝状の基準位置
を形成した着磁体と、前記着磁体の着磁面に対向する感磁素子を有し、当該着
磁体に対して相対的に移動し、着磁面の磁界強度に応じ
た電気信号を出力する位置センサと、前記位置センサの出力信号を所定のスレッショルドレベ
ルに基づいて波形整形し、基準位置信号を生成する基準
位置信号生成回路とを備えた基準位置検出装置におい
て、前記着磁体の基準位置の溝底面と、その基準位置に隣接
する磁極の着磁面とを、所定の勾配を有する勾配部にて
連結したことを特徴とする基準位置検出装置。
【請求項２】前記勾配部は、所定の曲率を有する曲面
である請求項１に記載の基準位置検出装置。
【請求項３】前記勾配部は、所定の傾斜角を有する平
面である請求項１に記載の基準位置検出装置。