JP4165444B2 - 回転角検出装置の検査装置及び回転角検出装置の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの回転異常を検出するために用いられる回転角検出装置の検査装置及び回転角検出装置の検査方法に関する。

エンジンの回転角を検出する方法として、回転角検出用センサを用いてエンジンの回転に伴う周期的に変動する電圧を取得し、その電圧値から算出される回転角に応じてエンジンを制御する方法が知られている。このような、回転角検出装置に異常か発生するとエンジンの制御に直接影響が及ぶため、回転角検出装置の異常を高い確度で検出できる検査装置が必要とされている。

例えば、エンジンが１回転する間における回転角検出用センサの出力電圧の最大値、最小値又は振幅（最大値−最小値）の値に基づいて回転角検出装置の異常を検出する方法が知られている。

特開平６−１０２２８３号公報

しかしながら、エンジンが回転する際には、エンジンの燃焼行程の変動に伴って回転速度の変動が発生する。回転角検出用センサは、一般的に回転速度に比例してその出力電圧が変動するので、エンジンが１回転する間の出力電圧の最大値、最小値及び振幅には変動が発生し、本来検出されるべき回転角検出用ロータの歯の欠けや歯の曲がり等の回転角検出装置の異常を検出することが困難となる。

一方、エンジンをモータ等によって一定速度で回転させて、回転角検出用センサからの出力電圧を取得することによって、エンジンの燃焼行程による変動の影響を受けることなく回転角検出装置の異常を検出することが可能である。しかしながら、エンジンの負荷に打ち勝って一定速度で回転させるためには大容量のモータが必要となり、検査に要するコストが膨大となる。

本発明は、上記問題を解決するため、被検査装置の回転異常に繋がる回転角検出装置の異常をより確実に検出できる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、回転駆動される被検査装置の回転角を検出するための回転角検出装置の検査装置であって、前記被検査装置の回転に同期して回転させられるように設けられた回転角検出用ロータと、前記回転角検出用ロータの回転に応じて周期的な信号Ｖ_nを出力する回転角検出用センサと、を含む回転角検出装置を検査するために用いられ、前記被検査装置の１回転分に相当する前記回転角検出用センサからの出力信号において、前記回転角検出用センサの出力信号の最大値Ｖ_maxと、前記回転角検出用センサの出力信号の隣り合うピーク間の最大差分値ΔＶ_maxと、の関係から前記回転角検出装置の異常を検出することを特徴とする。

ここで、基準となる基準差分値ΔＶ_iを前記最大値Ｖ_maxと所定の係数Ｋとの積で表し、前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの関係に基づいて前記回転角検出装置の異常を検出することが好適である。具体的には、前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの差が基準範囲外にある場合に前記回転角検出装置に異常が発生しているとする。

本発明によれば、エンジンの燃焼行程の周期的な変動の影響を受けることなく、回転角検出装置の異常を高い確度で検出することができる。

本発明の実施の形態における回転角検出装置を用いた検査設備は、図１に示すように、エンジン１００、駆動カップリング１０２、駆動軸１０４、モータ１０６、軸受１０８，１１０及び回転角検出装置２００を含んで構成される。

被検査対象となるエンジン１００は、駆動カップリング１０２を介して、モータ１０６の駆動軸１０４によって回転可能に連結される。エンジン１００には、回転角検出装置２００が設けられ、回転の様子が検査できるように構成される。回転角検出装置２００は、図２に示すように、回転角検出用ロータ１０と回転角検出用センサ１２とを含んで構成される。

回転角検出用ロータ１０は、エンジンの回転と同期して回転するようにクランク軸に取り付けられた金属の歯車とする。回転角検出用ロータ１０の外周には、図３に示すように、所定の角度θ毎に歯が設けられており、回転位相を認識するためにそのうち所定数Ｎの歯が欠けた構成を有している。例えば、図３の例では、θ＝１０°毎に歯が設けられており、そのうちＮ＝２の歯が欠けた構成となっている。

回転角検出用センサ１２は、永久磁石とコイルを含んで構成されている。回転角検出用センサ１２は、回転角検出用ロータ１０の金属の歯が磁界を遮断することによって周期的に変動する電圧を出力する。出力電圧の振幅は、回転角検出用センサ１２と回転角検出用ロータ１０の歯とで構成されるギャップ、回転角検出用ロータ１０の回転速度に応じた振幅となる。

図４に、実際に回転角検出用センサ１２から出力される電圧の例を示す。横軸はエンジンの回転角度であり、縦軸は出力電圧を示し、縦軸の中央が０Ｖである。図４において、回転の途中に電圧が不連続となっている領域があるが、これらが回転角検出用ロータ１０の歯が欠けた部分に相当する。

本実施の形態における回転角検出装置の検査方法は、図５に示すフローチャートに沿って行われる。

ステップＳ１０では、回転角検出用センサ１２から出力電圧が取得される。ステップＳ１２では、取得された出力電圧の波形から１回転分の出力電圧の波形が抽出される。

ステップＳ１４では、１回転分の出力電圧の波形から、０Ｖを超え、次に０Ｖを下回るまでのピークを１つの歯に相当する電圧変動として同定する。このとき、１つのピークの最大電圧値（波高値）を各歯に対する出力電圧値Ｖ_nとして記録する。例えば、図２に示したような正常な回転角検出用ロータ１０では、エンジンの１回転分の出力電圧から歯数に相当する数のピークが同定される。すなわち、図２の例では、３４個の出力電圧値Ｖ_n（Ｎ＝１〜３４）が記録される。さらに、ステップＳ１６では、出力電圧値Ｖ_nのうち最大値が最大電圧値Ｖ_maxとして抽出される。

ステップＳ１８では、図６に示すように、隣り合うピーク間の出力電圧値Ｖ_nの差分値ΔＶ_nをΔＶ_n＝Ｖ_n+1−Ｖ_nとして算出する。例えば、図２の例では、３３個の差分値ΔＶ_nが算出される。さらに、ステップＳ２０では、差分値ΔＶ_nのうち最大値を最大差分値ΔＶ_maxとして抽出する。

ステップＳ２２では、回転角検出装置２００の異常判定が行われる。回転角検出装置２００に異常が無い場合、最大差分値ΔＶ_maxは最大電圧値Ｖ_maxに比例関係となる。そこで、予め異常のない回転角検出装置を用いて、図７に示すように、最大差分値ΔＶ_maxと最大電圧値Ｖ_maxとの比例係数Ｋを求めておき、異常検出の基準となる基準差分値ΔＶ_iをΔＶ_i＝Ｋ・Ｖ_maxとして算出する。そして、ステップＳ２０で抽出した最大差分値ΔＶ_maxから基準差分値ΔＶ_iを引いた値の絶対値が所定の基準範囲に収まっているか否かに基づいて回転角検出装置２００の異常を判定する。

もし、最大差分値ΔＶ_maxから基準差分値ΔＶ_iを引いた値の絶対値が所定の基準範囲に収まっていれば、回転角検出装置２００は正常であると判定する。一方、最大差分値ΔＶ_maxから基準差分値ΔＶ_iを引いた値の絶対値が所定の基準範囲に収まっていなければ、回転角検出用ロータ１０の歯が欠けている又は歯が曲がっている等の回転角検出装置２００に異常が発生していると判定し、ステップＳ２４で異常に対する処理を行う。

このように、被検査装置の１回転における出力信号の最大値で全出力信号の振幅を補正することによって正規化を行い、その正規化した出力信号の隣接ピーク間の差分値の最大値に基づいて検査を行うことで、回転周期の変動の影響を受けることなく、回転角検出装置の不良を検出することができる。

なお、本実施の形態では、回転角検出用センサ１２を用いて回転角を電圧として取得したが、これに限定されるものではなく、電流等の他の信号を用いても同様に処理を行うことができる。

本発明の実施の形態における回転角検出装置の検査システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態における検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における回転角検出用ロータの構成を示す図である。 本発明の実施の形態における回転角検出用センサからの出力を示す図である。 本発明の実施の形態における検査方法のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態における差分値ΔＶ_nの算出方法を説明する図である。 異常がない場合における最大電圧値Ｖ_maxと最大差分値ΔＶ_maxとの関係を示す図である。

符号の説明

１０ 回転角検出用ロータ、１２ 回転角検出用センサ、１００ エンジン、１０２ 駆動カップリング、１０４ 駆動軸、１０６ モータ、１０８，１１０ 軸受、２００ 回転角検出装置。

Claims (6)

1. 被検査装置の回転に同期して回転させられるように設けられた回転角検出用ロータと、前記回転角検出用ロータの回転に応じて周期的な信号Ｖ_nを出力する回転角検出用センサと、を含み、回転駆動される被検査装置の回転角を検出するための回転角検出装置、の検査装置であって、
   前記被検査装置の１回転分に相当する前記回転角検出用センサからの出力信号において、前記回転角検出用センサの出力信号の最大値Ｖ_maxと、前記回転角検出用センサの出力信号の隣り合うピーク間の最大差分値ΔＶ_maxと、の関係から前記回転角検出装置の異常を検出することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   基準差分値ΔＶ_iを前記最大値Ｖ_maxと所定の係数Ｋとの積で表し、
   前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの関係に基づいて前記回転角検出装置の異常を検出することを特徴とする検査装置。
3. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの差が基準範囲外にある場合に前記回転角検出装置に異常が発生しているとすることを特徴とする検査装置。
4. 回転駆動される被検査装置の回転の異常を検出するための回転角検出装置、の検査方法であって、
   前記被検査装置の回転に同期して回転させられるように設けられた回転角検出用ロータ、の回転に応じて発生させられた周期的な信号Ｖ_nを取得し、
   前記被検査装置の１回転分に相当する前記出力信号において、前記出力信号の最大値Ｖ_maxと、前記出力信号の隣り合うピーク間の最大差分値ΔＶ_maxと、の関係から前記回転角検出装置の異常を検出することを特徴とする検査方法。
5. 請求項４に記載の検査方法において、
   基準差分値ΔＶ_iを前記最大値Ｖ_maxと所定の係数Ｋとの積で表し、
   前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの関係に基づいて前記回転角検出装置の異常を検出することを特徴とする検査方法。
6. 請求項５に記載の検査方法において、
   前記最大差分値ΔＶ_maxと前記基準差分値ΔＶ_iとの差が基準範囲外にある場合に前記回転角検出装置に異常が発生しているとすることを特徴とする検査方法。