JPS592843B2

JPS592843B2 - 回転位置信号発生器

Info

Publication number: JPS592843B2
Application number: JP52135072A
Authority: JP
Inventors: 慶一小野寺; 博山浦
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1984-01-20
Also published as: JPS5468265A; US4284916A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、内燃機関点火装置、特に電流しや新式ある
いは誘導エネルギ蓄積式と呼ばれている方式の半導体点
火装置のＯＮおよびＯＦＦ信号を与えるための無接触式
回転位置信号発信器に関するものである。

一般に、この方式の半導体点火装置は、信号発信器の出
力電圧があるり卯値を越えるとＯＮし、Ｖｏｎ値より低
いレベルのあるＶｏｆｆ値より低下するとＯＦＦする。

このため点火装置が一旦ＯＮしたら内燃機関からの要求
より定まる所定のＯＦＦ時期になるまでは、信号発信器
の出力電圧は５Ｖｏｆｆ値を越えるレベルを保持するこ
とが必要である。この種の信号発信器の構造と原理を図
面に基づいて説明する。

この種の信号発信器が用いられる半導体点火装置の−伊
ｕにつき回路図を第１図に示す。第２図にこの発明の対
象であるこの種の半導体点火装置に適用される無接触信
号発信器の出力電圧の波形を示す。

第３図にこの無接触信号発信器の出力電圧に関連して動
作する半導体点火装置のｊ５点火コイルの１次側回路に
流れる電流波形を示す。第１図は、４サイクル・直列２
気筒の内燃機関に適用した場合として、電流しや新式あ
るいは誘導エネルギー蓄積式と呼ばれている方式の半導
体点火装置の−伊ｌの回路図を示している。この誘導体
点火装置は無接触信号発信器ＳＧの出力電圧に関連して
動作する。すなわち、第３図ａに示すごとく、信号発信
器ＳＧの出力電圧が半導体点火装置のＶｏｎレベルを越
えると、増幅段Ａを介してパワトランジスタＱ１がＯＮ
して、バッテリＥ、点火コイルＩＧＣ１次側、パワトラ
ンジスタＱ１の回路を閉成し、主としてバッテリ電圧Ｅ
ｓと点火コイルＩＧＣの１次側回路のインピーダンスと
により定まる関係で点火コイル１次電流ｉｌが第３図ｂ
に示すごとくに流れる。また、信号発信器３０の出力電
圧がＶｏｆｆレベルにまで低下すると、パワトランジス
タＱ１がＯＦＦし、前述の動作は停止する。そのさいの
点火コイル１次電流の値をＩｌｃとし、点火コイル１次
側のリアクタンスをＬｉとすると、パワトランジスタＱ
１のＯＦＦ時３５点では、点火コイルＩＧＣにはＫＬＩ
Ｉｌｃ２の誘導エネルギーが蓄積されていることになる
。パワトランジスタＱ１のＯＦＦにより、この誘導エネ
ルギ一が１次巻線よりも一般に１００倍程度多い巻数を
持つ２次巻線側に移行して、高電圧を発生し、点火プラ
グの電極間で放電し、内燃機関の燃焼室内に充填されて
いる燃料→空気の混合気に点火することになる。この点
火時期は、内燃機関の燃料効率を高くするなどのため内
燃機関により固有の値ではあるが、内燃機関の回転数あ
るいは混合気の密度などに関連して定まる値だけ、ピス
トンが上死点に到達する時点よりも早い時期に選定され
るべきものである。こうした半導体点火装置用の無接触
信号発信器の従来の構成を第４図Ａ，ｂに示す。

第４図では第１図による４サイクル・直列２気筒内燃機
関用半導体点火装置に必要であるので、内燃機関の１回
転につき１個の導通パルスを発生するように構成されて
いる。ここに示した無接触信号発信器は、いわゆる永久
磁石励磁・磁気抵抗可変型の方式のものであり、固定部
と回転部とから成立つている。回転部６は内燃機関のク
ランク軸と同一回転数で回転する。回転軸は６１．回転
磁極は６２で示されている。固定部は永久磁石４、継鉄
２、固定磁極１、ピツクアツプコイル３およびベース（
兼下方ヨーク）５を主要部材として構成されており、こ
の例の場合では、必要な導通パルスが１回転につき１個
であるので、固定磁極１およびピツクアツプコイル３の
個数は各々１個で、いわゆる極数は１である。こうした
構成の無接触信号発信器の動作は次の通りである。

回転磁極６２の凸部６５が固定磁極１と一致した時点を
回転角度θ＝００とここでは定める。この時ピツクアッ
プコイル３を貫通し、永久磁石４の起電力と磁気回路の
全磁気抵抗Ｒｍとにより定まる磁束φは最大を示す。こ
の位置より回転磁極６２は回転を開始する。以後、回転
磁極６２は、回転磁極取付側の回転軸・軸端より見て、
時計方向を回転方向として説明する。回転磁極６２の回
転に従い固定磁極１と回転磁極６２間の空隙長が変化し
、空隙部の磁気抵抗Ｒｇは、第５図ａに示す如くに変化
する。ここでＲｇは永久磁石より見た磁気回路の全磁気
抵抗Ｒｍの主たる部分であるので、ＲｇはほぼＲｍを代
表するとして差支えない。以後この考え方に立つて説明
する。このＲｇの変化により、ピツクアツプコイル３を
貫通する磁束φも第５図ｂの如くに変化する。ピツクア
ツプコイル３に生ずる起電力ｖはで定まり、角速度一を
別にして扱えば、第５図ｃに示した波形となる。

これが第２図ならびに第３図ａに示した無接触信号発信
器の電圧波形である。再び第５図に戻り、第５図に示し
た従来の例の場合では、第４図の構成図にも示す如く、
１回転磁極の凸部の反対側、すなわち、回転角θ＝１８
００の位置で回転磁極の底部６７が来るので、固定磁極
間の空隙長、従つて空隙部の磁気抵抗Ｒｇは最大となる
。２しかも、空隙部の磁気抵抗Ｒｇならびにピツクアツ
プコイルを貫通する磁束φは、共に、回転角＝００（３
６００・・・・・づならびに１８０回（５４００・・・
・・・）の位置において対称形となるように、回転磁極
の形状が形成されている。

このため、第３図で示した点火コイル１次電流の導通期
間の１周期における割合、即ち導通率は、ＶＯｎの値と
無接触信号発信器の出力電圧との比が小さくなる高速回
転の場合には、略５０％となつている。こうした極数１
の条件では、従来装置であつても、実は何らの問題は無
い。

従来装置において問題であるのはこれから述べる極数が
２あるいはそれ以上の場合である。これより従来装置の
欠点につき説明する。第６図に４サイクル・直列４気筒
の内燃機関に適用した場合として、電流しや断式あるい
は誘導エネルギー蓄積式と呼ばれている方式の半導体点
火装置の一ダ１の回路図を示す。

第６図と第１図とを対比すると、第１図に示した半導体
点火装置が２組使用されていることが判る。付加された
部分は対応する記号にダツシユを付けて示してある。第
６図に例示した半導体点火装置は第７図に例示した従来
の無接触信号発信器よりの出力電圧に関連して動作する
。４サイクル直列４気筒の内燃機関の場合には、２組の
点火装置は、通常、交互に高電圧を発生せしむる必要が
あるので、無接触信号発信器はこれに応じた出力電圧の
発生を要求される。

このため従来装置では固定部に２組の「固定磁極＋ピツ
クアツプコイル」を持ち、１個の回転磁極の回転により
交互に点火信号電圧を発生する。

各々の「固定磁極＋ピツクアツプコイル」の動作は、第
４図ならびに第５図で説明した極数１の場合と基本的に
同一のメカニズムとなつている。そこで第７図Ａ，ｂで
は第４図Ａ，ｂにそれぞれ対応させてもう１組の部分に
ダツシユを付けて記号を付して示してある。極数２の場
合の従来の永久磁石励磁・磁気抵抗可変型の動作を第８
図により説明する。回転磁極６２の凸部が固定磁極１と
一致した時点を回転角度θ＝０部とする。この時、ピツ
クアツプコイル３を貫通する磁束φ１は最大を示す。し
かし、固定磁極Ｖの存在のために第８図ｂに点線で示し
た極数１の場合よりも、その値はやや小さい。このθ＝
０のの位置より、回転磁極６２が回転を開始する。回転
磁極６２の回転に従い固定磁極１と回転磁極６２間の空
隙長が変化し、回転角θ＝１８０磁で最大となり、この
位置での空隙部Ｇの磁気抵抗Ｒｇｌは第８図ａに示した
如く最大となる。この時のピツクアツプコイル３を貫通
する磁束φ１は、しかし、極数１の場合よりも大きく減
少する。この原因は２つ有る。こＯ位置では回転磁極６
２の凸部６５は固定磁極１″に一致しており、固定磁極
１′９１の空隙部Ｇ″の磁気抵抗Ｒｇ２は最小になつて
いる。第１の原因はこのことが関連する。固定部の構成
は永久磁石４から見た場合に、固定磁極１と１″の磁気
回路は並列になつている。一般に、複数の磁気抵抗が並
列に接続されている場合に、永久磁石から見た磁気抵抗
は、小さい値のものに支配される。第８図ａ、θ＝１８
０いの場合もこれに該当する。第２の原因は、複数の固
定磁極が１個の回転磁極を共有することに基因するもの
である。第８図ａ、θ＝１８００の場合、固定磁極１′
１１１の磁束が最大となるので、これにより回転磁極６
２に生ずる磁位差は最大となり、固定磁極１側の磁束は
この理由によりさらに減少する。ピツクアツプコイルに
生ずＤＯｄφる起電力は、角速度一を別にして扱えば、
に関連することは先に述べた。

この考えにより固定磁極１に生ずる起電力は、第８図ｃ
に示した如くになる。すなわち、θ＝０第では極数１の
場合とほぼ同様の値と波形とを示す。しかし、θ＝１８
０同付近では極数２の場合は極数１の場合と大きく異な
る傾向を示す。それは上記したこの付近でのφ１の大き
な落ち込みに基因する。このために、極数１の場合の波
形の上に、小さな波形が重畳された如くになり、図中に
矢印で示した起電力の凹みを生ずる。ここではこの重畳
された小さな波形を「干渉電圧」と呼ぶことにする。こ
の干渉電圧の存在が従来装置の問題点の原因である。な
お、固定磁極１″は、固定磁極１より、１８０遅れで同
一の現象となる。こうした干渉電圧を持つ場合の半導体
点火装置の動作は第９図Ａ，ｂに示す如くパワトランジ
スタの０Ｎ期間が、従つて点火コイル１次電流の流れる
期間が１周期の中にＩとの２回生じることになり、２回
点火を行なうことになる。第１回目の点火は、正規のも
のである第２回目の点火時期よりも、ずつと前に行なわ
れるので、内燃機関側から見れば異常点火となり、内燃
機関の燃焼効率の低下あるいは、ノッキングはどの異常
現象を生ずるので極めて不都合であるので問題となつて
いるところである。なお極数３の場合には干渉電圧が回
転角θに関して１２０の置きに生ずることになる点が極
数２の場合と異なる点であつて、問題点の内容は同一で
ある。

今までは１周期における点火コイル１次電流の導通期間
の比率（導通率）が５０％の場合につき説明した。

この発明で対象としている電流しや断式あるいは誘導エ
ネルギ蓄積式と呼ばれている方式の半導体点火装置の点
火能力は、点火コイルに蓄積された誘導エネルギー％Ｌ
ｌｌｌｃ２に関連するので、この％Ｌｌｌｌｃ２が同一
であれば導通率は５０％でなくてもよい。こういう理由
で５０％よりも短い導通率のものも実用されている。こ
うした場合の例を第１０図（導通率：３０％）により説
明する。導通率を短くすることは固定部を同一とし、回
転磁極の形状のみを変えるだけで可能である。第１０図
ａに示したものがその→ｕである。導通率５０％の例（
第４図ならびに第７図）では、回転磁極６２の底部６７
は、凸部の丁度反対側のただ１点にのみ存在していた。
第１０図ａの場合の底部６７は角度で１４００の範囲に
拡がつている。この１４００の範囲では空隙部の磁気抵
抗Ｒｇの変化は零であり、出力電圧は従つて零であるか
、有つたとしても極めて僅かである（第１０図ｂ参照）
。ここに前述した干渉電圧が加わると、例えば極数２の
場合には第１０図ｅの如くになる。この場合には、２重
点火以外に次のような問題も生じる。すなわち、干渉電
圧の凹み部分の電圧（第１０図ｃ中に矢印で示す。）が
０ｆｆ値を越える場合（これは最高回転数あるいはそれ
に近い高速の場合に生ずる）には、導通率は略５０％に
なつてしまう。これにより３０％導通率用に製作された
点火コイルが過熱してしまう問題を生ずる。この発明は
先述の諸欠点を除去して、電流しや断式あるいは誘導エ
ネルギー蓄積式と呼ばれる方式の半導体点火装置のより
正確な動作を実現するに必要な、永久磁石励磁・磁気抵
抗可変型の無接触信号発信器を提供することにある。

第１１図Ａ，ｂはこの発明の極数２における実施例を示
すもので、固定磁極１１および１２は、環状の固定部上
方継鉄２０に取付けられている。

固定磁極１１ならびに１２には各々ピックァップコイル
３１ならびに３２が装着されている。固定部上方継鉄２
０は、厚さ方向に着磁された環状の永久磁石４０の片面
に取付けられている。永久磁石４０の他面は、下方継鉄
を兼ねた基板５０の片面に取付けられている。基板５０
の中心部には円形の穴５１が設けられており、ここを回
転部６０が貫通している。回転部６０は回転軸６１．回
転磁極６２、回転部継鉄６３とより成り、回転軸６１は
内燃機関のクランク軸そのものの延長であるか、あるい
は、クランク軸と同期して回転するように構成されてい
る。回転部継鉄６３の外面は穴５１との間に僅かな空隙
７３が形成される直径を持つ円形状を成している。固定
磁極１１と１２の内面は穴５１と同一中心を持つ円１３
の上にあるように構成する。回転磁極６２は円１３の径
よりも僅かに短い径を持ち、かつ、円１３と同心である
円６４の上にある凸部６５と、円６４より短い径を持ち
、円６４と同心の円６６の上にある底部６７とを持つて
おり、半導体点火装置の最大の導通角でもある凸部６５
と底部６７とのなす角度αは凸部６５よりスタートし回
転方向にたどつた場合に大きくてもほぼ１２００に選ば
れる。なお第１１図ａにおいて、円形の穴５１と回転部
継鉄６３の外面に係る実線は、この実施例ではそれぞれ
一点鎖線で示された円１３と円６４と一致するため省略
した。凸部６５と底部６７との間の回転磁極６２の外面
６８ならびに６９は、各々凸部６５と底部６７との間の
径を持ち、しかも、その径はほぼ一様に変化するように
形成される。但し、回転磁極６２の凸部６５の巾Ｔは、
ピツクアツプコイル３１，３２の起電力が望ましいピー
ク値を持つということと、ピツクアツプコイル３１の起
電力の場合では、回転角θ＝００（３６００・・・・・
・）における急激な立下り（回転数の変化に対して安定
な点火時期を得るのに必要）とを両立させる必要から、
一般に零ではなく、しかしせいぜい固定磁極１１ならび
に１２の厚さｗと同程度の寸法との間に選ばれる。従つ
て固定磁極１１ならびに１２と、回転磁極６２との空隙
長は、凸部６５が固定磁極１１あるいは１２と対向する
位置に来た際に最小値Ｌｇｍｉｎとなり、底部６７が来
た時には最大値ＬｇｍＯとなり、かつ、その間の外面６
８ならびに６９が来た時には、ＬｇｍｌｎとＬｇｍＯと
の中間の値となる。これらの空隙長が支配的な要因とな
つているので、固定磁極１１と回転磁極６２間の空隙部
磁気抵抗Ｒｇｌと、固定磁極１２と回転磁極６２間の空
隙部磁気抵抗Ｒｇ２とは、回転磁極６２の回転と共に第
１２図ａに示す如くに変化する（但し、第１２図はα−
１１０すの場合を示す）。すなわち、固定磁極１１と凸
部６５とが一致した時点をθ＝００とするとして、Ｒｇ
ｌはθ一００で最小となり、θ＝３６０し−ｄ−２５０
θで最大となる。空隙部磁気抵抗ＲｇｌならびにＲｇ２
が、固定磁極１１ならびに１２を含む磁気回路の磁気抵
抗の最大要素であるので、固定磁極１１ならびに１２の
中を流れ、従つて、ピックァップコイル３１ならびに３
２を貫通する磁束φ１ならびにφ２は、第１２図ｂに実
線で示したように変化する。（ここで、図中に点線で示
したのは、極数１の場合の例である。極数２の場合の磁
束の値は、極数１の場合の値から、従来装置の項で述べ
た如く、φ２の存在によつ生ずる付加的磁束変化の分だ
け減少する。）φ１はθ＝００で最大となり、この位置
ではφ２の値が小さいので、付加的磁束変化は少なく、
従つて、その値は極数１の場合と比較して僅かに小さい
程度である。θ−１８０との位置では、この発明の場合
には、点線で示した極数１の場合に明瞭な如く、θく１
８０でと同様にいまだφ１は減少の途上にある。極数２
の場合は、このθ＝１８００の位置でφ２が最大となる
ので付加的磁束変化は大きくなる。しかし、これがまた
この発明の場合の特徴であるが、φ，に対する干渉の原
因であるφ２の変化が、θく１８０す側で急激で、θ〉
１８００側で緩やかであるので、干渉電圧の直接の原因
である磁束の付加的変化はθく１８００側で急激で、θ
〉１８０加側で緩やかである。θ＝２５００の位置では
、極数１の場合ではφ１は最小になるが、極数２の場合
には、付加的磁束変化の存在のためかならずしも最小と
はならない。２５０在くθく３６００の範囲のφ１は、
この発明のもう１つの特徴であるが、０の〈θく２５０
０の範囲の変化の割合よりも大きな割合で変化する。

θ＝３６００でθ＝００の場合と同一の磁束値に戻る。
ピツクアツプコイル３１に生ずる起電力Ｖ１の値は、止
わ・一八？ユ・↓で定まり、角速を別に扱えば、第１２
図ｃに示した波形となる。

φ１の変化、特に『１θ＝１８００ではまだ減少を続け
ている。２付加的磁束変化はθ〉１８００側で緩い。

』という変化によりＶ１は、『１θ１８００の位置で極
数１の場合負の値である。２１８００〈θく２５００の
範囲では付加的磁束変化が緩いのでＶ１を正方向に持上
げる度合が弱い。

』この結果、Ｖ１はせいぜい零電圧であり、最も高くな
りえたとしても半導体点火装置のＶＯｎレベルを越える
ことはない。なおθ１−０の（３６０ベ・・・・・・）
におけるＶ１の急激な立下りについては、この発明の内
容はこの部分に関しては従来装置と全く同一であるので
、従来装置と何ら異なることはない。以上の如きピツク
アツプコイル起電力を発生するので、従来装置で問題と
されていた干渉電圧が原因となる『１２重点火の問題２
導通率が所定の値よりも増加する問題』の発生は皆無と
なる。

なおまた、ピツクアツプコイル３２に生ずる起電力Ｖ２
は、Ｖ１と１８０イ位相が遅れて同一の波形・値となる
ことは従来装置における関係と全く同一である。極数３
の場合におけるこの発明による装置のピツクアツプコイ
ル起電力Ｖ３を第１３図に示す。

この場合回転部は極数２の場合と全く同一のものを使用
しており、固定側のみ、固定磁極ならびにピツクアツプ
コイルとを各３個に変更したのみである。極数３の場合
、干渉電圧はθ−１２０み、２４０極の位置で生ずる。
θ＝１２００におけるベースとなる極数１の場合の起電
力（図中に点線で示す）は、当然、前述した極数２の場
合におけるθ−１８０当の位置の起電力よりも、負側に
大きくできる。従つて、極数３の場合のθ＝１２００の
位置における干渉電圧による影響は実用上問題はない。
θ−２４０電におけるＶ３に関しては干渉電圧は発生す
るが、『１θ−２４０に付近におけるベースとする極数
１の場合の起電力の傾斜が大きいこと。２干渉電圧のθ
〉２４０力側の値が小さいこと。

』のために、従来装置で生じたピツクアツプコイル起電
力の凹み（（第８図ｃ中で矢印で示しだ）は生じない。
例え生じたとしても、半導体点火装置のＶＯｆｆレベル
以下に落ち込むことのない、極く僅かな程度になしえる
のである。従つて、極数３の場合でも、従来装置で問題
とされていた干渉電圧が原因による２重点火の問題は皆
無にできる。この発明によれば、回転部の回転磁極の凸
部と底部とを最大の導通角に換算して表現すればほぼ１
２００あるいはそれ以下になしえるように配置するよう
にしたことにより、この種の装置で従来避け難いとされ
ていたところの該当する固定磁極以外の磁極に所属する
磁束により該当する固定磁極に所属する磁束に生ずる付
加的磁束変化に基ずく干渉電圧が半導体点火装置を誤動
作せしめる問題を解決し、いかなる回転条件といえども
正確な動作を実現しえる効果がある。

しかも、このような効果を得られるにもかかわらず、い
かなる極数であつても回転磁極は同一の構造のものを使
用可能であり、部品共通化の面でも実用±極めて好まし
いものである。

このように、この発明によれば、電流しや断式あるいは
誘導エネルギー蓄積式と一般に呼ばれている方式の半導
体点火装置の導通信号源として用いられるところの固定
子極数が２以上の永久磁石励磁・磁気抵抗可変型であつ
て、しかも、１回転につき毎極当り１個の導通信号を出
力する無接触信号発生器において、回転磁極を、回転磁
極の凸部と底部とを最大の導通角に換算して表現すれば
ほぼ１２００あるいはそれ以下になしえるような位置に
配置し、しかも、凸部と底部との間は空隙がほぼ一様に
変化するように形成することにより、従来技術の有する
欠点を一掃できる効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図は従来の半導体点火装置の一例の回路図、第２図
は従来の無接触信号発信器の出力電圧波形図、第３図Ａ
，ｂは同じく無接触信号発信器の出力電圧と点火コイル
１次側回路電流との関係を示す波形図、第４図Ａ，ｂは
それぞれ従来の無接触信号発信器の構成を示す平面図お
よび側面断面図（磁束通路を明示するため断面にハツチ
ングを施していない）、第５図Ａ，ｂ，ｃは磁気抵抗、
磁束および出力波形図、第６図は直列４気筒の場合の従
来の半導体点火装置の回路図、第７図Ａ，ｂはそのため
の無接触信号発信器の構成を示す平面図および側面断面
図（同じくハツチングを施していない）、第８図Ａ，ｂ
，ｃはその磁気抵抗、磁束および出力波形図、第９図Ａ
，ｂは無接触信号発信器の出力電圧と点火コイル１次側
回路電流の関係を示す波形図、第１０図Ａ，ｂ，ｃは３
０％導通率用の無接触信号発信器の回転磁極形状と出力
波形を示寸図、第１１図Ａ，ｂは本発明の実施例の平面
図および側面断面図（同じくハツチングを施していない
）、第１２図Ａ，ｂ，ｃはその磁気抵抗、磁束および出
力波形図、第１３図は極数３の場合の出力波形図である
。第１１図において、主要な符号と部品との対応関係は次
の通りである。１１，１２・・・・・・固定磁極、３１
，３２・・・・・・ピツクアツプコイル、４０・・・・
・・永久磁石、６１・・・・・・回転軸、６２・・・・
・・回転磁極、６５・・・・・・凸部、６７・・・・・
・底部。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転軸より最長の距離を有する凸部と回転軸より最
短の距離を有する底部と前記凸部および底部間をなだら
かに結ぶ外面部とからなる回転磁極を永久磁石にて励磁
された少なくとも２つの固定磁極に対向配置してなり、
回転磁極の凸部が固定磁極の端部を横切つた際に出力信
号を発生するように構成した回転位置信号発生器におい
て、回転磁極の底部を、該磁極の凸部より磁極の回転方
向にほぼ１２０°以下となるような位置に設けたことを
特徴とする回転位置信号発生器。