JP3945696B2 - 回転検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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