WO1999052199A1 - Capteur de deplacement de masse entraine, comprenant un moteur sans balai - Google Patents

Description

明 細 書 ブラシレスモータを用いた被駆動体の変位検出装置 技術分野

この発明は、 ブラシレスモータを駆動源と した被駆動体の変位検出装置に 関し、 例えば自動車用エンジンの冷却水をラジェータ側に送る流量制御弁の 開度を電気的に検出できるようにした被駆動体の変位検出装置に関する。 背景技術

自動車等のエンジンには、 これを冷却するために一般にラジェータを用い る水冷式の冷却装置が使用されている。 この種の冷却装置においては、 ェン ジン内のウォータジャケッ トを通過して昇温された冷却水をラジェータ側に 循環し、 ラジェータによる放熱によって冷却された冷却水を再度エンジンの ウォータジャケッ ト内に送り込むように構成されている。

そして、 エンジンの冷却水出口からエンジンの冷却水入口に至るバイパス 水路が設けられると共に、 エンジンからラジェータ側に至る水路に冷却水の 流量制御弁を設け、 この流量制御弁の開度を調整することで、 ラジェ一タ側 への冷却水の流入量を制御するようになされている。 これによリ冷却効率を 調整して冷却水の温度を一定の範囲に制御し、 終局的にエンジンを最適な温 度で駆動することができるように構成されている。

近来、 この種の冷却制御装置として、 エンジンの負荷情報等の各種パラメ ータを取り込んで流量制御弁の最適な開度を演算する制御ュニッ ト （以下 E C Uという） と、 この E C Uによる制御信号によって駆動されるモータと、 このモータの動力により、 その開度が制御される流量制御弁としてのバタフ ライ弁を備えたものが提案されている。

このような冷却制御装置においては、 前記バタフライ弁の変位検出装置と して、 その開度を検出する開度センサが必須とされており、 この開度センサ によリ得られたバタフライ弁の開度を前記 E C Uにフィードバックしつつ、 運転状態に応じて前記バタフライ弁が最適な開度となるように制御されるよ うに構成されている。

ところで、 前記したような冷却制御装置においては、 そのシステムにおい て、 バタフライ弁の変位検出手段として、 その開度を検出する開度センサが 必要であり、 したがって開度センサを前記バタフライ弁と一体にして流量制 御ュニッ トを構成していた。

したがって、 エンジンルームに配置される流量制御ュニッ 卜が大型化せざ るを得ず、 エンジンルーム内のレイアウ トに苦慮する場合もある。 また部品 点数も多くなリコス卜の上昇は免れない等の技術的課題を抱えていた。

この発明は、 前記した技術的課題に鑑みてなされたものであり、 ブラシレ スモータにより駆動される前記したバタフライ弁に代表される被駆動体の変 位、 すなわち開度を電気的に検出することができるように構成し、 小型にし てコストを低減し得る被駆動体の変位検出装置を提供することを目的とする ものである。 発明の開示

前記した目的を解決するためになされた本発明にかかる被駆動体の変位検 出装置は、 ブラシレスモータと、 このブラシレスモータの動力により駆動さ れる被駆動体と、 前記ブラシレスモータにおけるマグネッ トロ一タの回転に 基づく磁電変換素子よリ得られる波形信号の数をカウン卜するカウンタ手段 と、 前記カウンタ手段によるカウント値に基づいて、 前記被駆動体の変位を 演算する演算手段とにより構成される。

この場合、 好ましくは前記ブラシレスモータには、 回転するマグネッ ト口 ータに対峙するように配置された少なくとも 3つの磁電変換素子が具備され 、 また前記カウンタ手段には、 それぞれの磁電変換素子に発生する波形信号 の位相状態を検出してアップ · ダウン情報を抽出し、 アップ■ ダウン情報に 基づいて前記波形信号の数を可逆的にカウン卜するアップ， ダウンカウンタ が具備される。

そして、 好ましい実施の形態においては、 前記被駆動体は、 ブラシレスモ ータの回転を減速機構を介してその開度が制御される冷却水の流量制御弁で あり、 前記アップ · ダウンカウンタを含むカウンタ手段による出力に基づい て、 前記演算手段により流量制御弁の開度を演算するように構成される。 この場合、 前記演算手段は、 少なく とも前記カウンタ手段より得られる力 ゥント値と、 前記減速機構の減速比とから流量制御弁の開度を演算するよう に構成される。

以上のように構成された本発明にかかる被駆動体の変位検出装置によると 、 カウンタ手段において、 ブラシレスモータにおけるマグネッ トロータの回 転に基づく磁電変換素子より得られる波形信号の数をカウン卜する。 そして 演算手段において、 前記カウンタ手段によりカウントされたカウン ト値に基 づいて、 被駆動体としての例えばバタフライ弁の開度が演算される。

したがって、 バタフライ弁の開度はブラシレスモータから得られる波形信 号によって、 いわば電気的に求めることが可能となる。

そして、 ブラシレスモータの整流スィツチング作用に使用されている磁電 変換素子と しての例えばホール素子をそのまま利用し、 ホール素子の出力波 形信号をカウンタ手段によってカウントすることで、 被駆動体の変位、 すな わちバタフライ弁の開度を演算することができる。 図面の簡単な説明

第 1 図はこの発明にかかる変位検出装置を、 エンジンの冷却制御装置に利 用した実施の形態を示す構成図、 第 2図はこの発明において使用されるブラ シレスモータの一部の構成を示した構成図、 第 3図は第 2図に示すブラシレ スモータにおいて生成される磁電変換信号と、 駆動用矩形波信号の関係を示 したタイミング図である。 また第 4図はこの発明にかかる変位検出装置を、 エンジンの冷却制御装置に利用した制御回路を示すブロック図、 第 5図は第 4図に示す回路においてなされる作用を示したフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明にかかるブラシレスモータを用いた被駆動体の変位検出装 置について、 これをエンジンにおける冷却水の流量制御装置に利用した実施 するための最良の形態について図面沿って説明する。

第 1 図はブラシレスモータによって、 冷却水の流量を制御するためのバタ フライ弁の開度検出を行う構成を示したものである。 この図に示すようにブ ラシレスモータ 1 1 の駆動軸 1 1 aには、 クラッチ機構 1 2を構成する第 1 クラツチ盤 1 2 aが取り付けられている。 ここで、 モータ 1 1 の駆動軸 1 1 aは多角柱状に成されており、 一方第 1 クラッチ盤 1 2 a側は、 前記駆動軸 1 1 aを包囲するように多角形の孔が形成されている。 これにより、 第 1 ク ラッチ盤 1 2 aは駆動軸 1 1 aの回転方向に結合され、 かつ軸方向に摺動可 能となるように構成されている。

そして、 前記第 1 クラッチ盤 1 2 aの周側面には環状の溝部 1 2 bが形成 されており、 この溝部 1 2 aには電磁プランジャ 1 3の作動子 1 3 aの先端 部が遊嵌されている。 またプランジャ 1 3にはコイルスプリング 1 3 bが取 リ付けられており、 このコイルスプリング 1 3 bの拡開作用により、 プラン ジャ 1 3に通電されない状態においては、 第 1 図に示すように第 1 クラッチ 盤 1 2 aをモータ 1 1側に引き込むように成されている。

また前記第 1 クラッチ盤 1 2 aに対向するように第 2クラッチ盤 1 2 cが 配置されており、 この第 2クラッチ盤 1 2 cは、 減速機構 1 4を構成する入 力側回転軸 1 4 aに固着されている。

前記減速機構 1 4はピニオンおよび平歯車の組み合わせにより構成されて いて、 これらにより減速された出力軸 1 4 bは、 流量制御弁 1 5を駆動する ように構成されている。 この流量制御弁 1 5は、 図に示す例においては円形 平板状のバタフライ弁 1 5 aにより構成されており、 減速機構 1 4の出力軸 1 4 bは、 バタフライ弁 1 5 aを取り付けた弁軸 1 5 bに結合されている。 このバタフライ弁 1 5 aは周知のとおり、 冷却水の流通方向に対するその平 面方向の角度が前記弁軸により調整 （開度調整） されることにより冷却水の 流量が制御される。

そして、 前記弁軸 1 5 bには筒状体 1 5 cが取り付けられており、 この筒 状体 1 5 cに樹立されたピン部材 1 5 dと、 流量制御弁 1 5のケース 1 5 e との間にそれぞれの端部が係合されたコイル状のリターンスプリング 1 ⁵ f により、 前記バタフライ弁 1 5 aが開弁される方向に付勢されている。

したがって、 前記クラッチ機構 1 2が開放された状態においては、 リタ一 ンスプリング 1 5 f の作用によリバタフライ弁 1 5 aは開弁状態となされる 。

次に第 2図は前記バタフライ弁の開弁状態を制御するブラシレスモータの 一部の構成を示すものである。 このブラシレスモータ 1 1 には周知のとおり マグネッ トロータ 1 1 bが配置されており、 このマグネッ トロータ 1 1 bに 対峙して磁電変換素子としての 3つのホール素子 H a， H b， H eが配置さ れている。 このホール素子 H a , H b , H cは、 マグネッ トロータ 1 1 bに 着磁された磁極に沿って 6 0度毎に配置されている。 すなわち第 1 のホール 素子 H aを起点として、 Θ 1 が 6 0度の位置に第 2のホール素子 H bが配置 され、 また第 1 のホール素子 H aを起点として、 0 2が 1 2 0度の位置に第 3のホール素子 H cが配置されている。 これにより、 マグネッ トロータ 1 1 bの矢印 R方向への回転に伴い第 3図に （ a ) ( b ) ( c ) として示すよう に電気角で 6 0度の位相関係を持った各波形信号を得るようにしている。 この各波形信号は、 後述する波形整形回路によって第 3図の （d ) ( e ) ( f ) に示す A相、 B相、 C相の矩形波信号に変換され、 この矩形波信号を用 いてブラシレスモータ 1 1 に配置されたステータ側駆動コイルに対して駆動 信号を供給するように構成されている。

第 4図は、 前記ブラシレスモータ 1 1 の駆動回路およびこの駆動回路から 得られる前記 A相、 B相、 C相の矩形波信号を利用してバタフライ弁の開度 を演算する演算手段の構成を示したものである。 すなわち、 符号 2 1 はブラ シレスモータ 1 1 の駆動回路の基本構成を示しており、 その波形整形回路 2 1 aには各ホール素子 H a , H b , H cより得られる第 3図に （ a ) ( b ) ( c ) と して示す各波形信号が供給される。 この各波形信号は、 波形整形回 路 2 1 aにおいて所定の閾値電圧と比較され、 同図 （ d ) ( e ) ( f ) に示 す A相、 B相、 C相の矩形波信号に変換される。

これら各矩形波信号は、 モータ制御回路 2 1 bに供給され、 このモータ制 御回路 2 1 bによリスイッチングされた電流をブラシレスモータ 1 1 に具備 された各ス亍ータコイル 1 1 cに流すように作用する。

したがって、 ステータコイル 1 1 cによって順次回転磁界が発生し、 マグ ネッ トロータ 1 1 bが回転駆動されるようになされる。

符号 2 2は変位検出回路を示し、 これは前記駆動回路 2 1 における波形整 形回路 2 1 aより得られた第 3図の （d ) ( e ) ( f ) に示す A相、 B相、 C相の矩形波信号を受けるカウンタ回路と演算回路により構成されている。 前記 A相、 B相、 C相の矩形波信号は、 相順検出回路 2 2 aに供給されるよ うに構成されておリ、 この相順検出回路 2 2 aにより生成されるアップ■ ダ ゥン指令信号が、 アップ ' ダウンカウンタ 2 2 bに供給される。

このアップ ' ダウンカウンタ 2 2 bには、 前記 A相、 B相、 C相のうちの 1 つ、 例えば A相の矩形波信号が供給されるように構成されており、 アップ ■ ダウンカウンタ 2 2 bは、 A相の矩形波信号の立上がり回数をカウン卜す ると共に、 相順検出回路 2 2 aよリ供給されるアップ■ ダウン指令信号に基 づいて、 前記立上がり回数を加減算することで、 そのカウント値を演算回路 2 2 cに供給するように構成されている。

前記演算回路 2 2 cは、 アップ · ダウンカウンタ 2 2 bによるカウント値 を受けて被駆動体としてのバタフライ弁の変位、 すなわち弁の開度を演算す るものである。 これには、 少なくともアップ■ ダウンカウンタ 2 2 bより得 られるカウント値 " n " と、 前記減速機構 1 4の減速比とからバタフライ弁 の開度を演算する。 ここで、 前記 A相の信号は第 3図に示すように、 モータ の 1 回転について 2回の立上がり （2パルス数） が発生する。 そして減速機 構 1 4の減速比が例えば " 1 0 0 " であるとした場合、 バタフライ弁の開度 Θ Vは次のような演算により求めることができる。

θ V = C n ( 1 2 ) ノ 1 0 0〕 x 3 6 0° …… （式 1 )

このようにして得られたバタフライ弁の開度 Θ Vは演算回路 2 2 cより、 エンジンの制御ユニッ ト （E C U ) 2 3に供給される。 そして、 E C U 2 3 はエンジンの運転状態を示す他のパラメータを取り込んで、 バタフライ弁の 開度 0 Vをさらに開くべきか、 閉じるべきかの判断をなし、 その制御信号を 前記モータ制御回路 2 bに供給してブラシレスモータ 1 1 の駆動を制御す るように構成されている。

なお、 前記 E C U 23からは、 クラッチ機構 1 2を制御する前記プランジ ャ 1 3にも制御信号を送出するようになされており、 エンジンの始動時に E C U 23より制御信号を送り、 プランジャ 1 3を動作させてクラッチ機構 1 2を接続させることで、 モータ 1 1 によリバタフライ弁 1 5 aの開度を調整 することができるように構成されている。

第 5図は、 第 4図に示した変位検出回路 22の作用を説明するためのフロ —チャートである。 先ずエンジンが始動された時、 前記変位検出回路 22に おけるカウンタ 22 bは、 ステップ S 1 においてそのカウント値がクリアさ れる。

この場合、 第 1 図に示す構成においては、 エンジン停止時にはバタフライ 弁 1 5 aはリターンバネ 1 5 f により開弁状態になされており、 この開弁状 態を基準位置と定められる。

そして、 エンジンの始動に伴って、 前記したようにプランジャ 1 3が E C

Uからの指令によって動作し、 クラッチ機構 1 2が接続されてモータ 1 1 に よりバタフライ弁 1 5の開閉動作が可能となされる。

相順検出回路 22 aはステップ S 2において、 第 3図に示した各矩形信号

A, B , Cの立上がりを監視しており、 信号 A， B, Cのいずれかに立上が りが生じた場合 （Y e sの場合） には、 ステップ S 3において、 最初に立ち 上がった信号のタイプを、 相順検出回路 22 a内に構築された、 1 つ前の信 号状態を格納する図示しない格納エリア （P r e P u l s e ) に格納する 続いてステップ S 4において、 相順検出回路 22 aは各矩形信号 A, B, Cの立上がりを監視しており、 信号 A， B， Cのいずれかに立上がりが生じ た場合 （Y e sの場合） には、 ステップ S 4において、 次に立ち上がった信 号のタイプを、 相順検出回路 22 a内に構築された、 現状の信号状態を格納 する図示しない格納エリァ （R e a l P u l s e ) に格納する。

そして、 ステップ S 6において、 前記格納エリアに格納された信号のタイ プを比較してアップカウントまたはダウンカウン卜の指令信号を生成する。 すなわち、 ステップ S 6に示すように相順が A→B, B→C, C→Aのいず れかの場合においては、 例えば閉弁方向への駆動であることを意味し、 開弁 状態を基準としたアップ■ ダウンカウンタ 2 2 bに、 アップカウントを指示 する制御信号を送出する。 また相順が C— B, B→A, A→Cのいずれかの 場合においては、 例えば開弁方向への駆動であることを意味し、 アップ ' ダ ゥンカウンタ 2 2 bにダウンカウントを指示する制御信号を送出する。

アップ ' ダウンカウンタ 2 2 bは、 前記 A相の矩形波信号の立上がりを監 視し、 その立上がりにおいて、 相順検出回路 2 2 aから到来するアップカウ ント指令またはダウンカウント指令によってカウン卜値の加減算を実行する そして、 ステップ S 7においては、 現状の信号状態を格納した格納エリア (R e a l P u l s e ) のデータを、 1 つ前の信号状態を格納する格納ェ リア （P r e P u l s e ) に移動する操作 （すなわち書き換え） がなされ る。 続くステップ S 8において演算回路 2 2 cは、 アップ · ダウンカウンタ 2 2 bよリ供給されるカウント値 " n " に基づいてバタフライ弁 1 5 aの開 度 θ Vを演算する。 この場合の演算は前記した式 1 によってなされる。

このようにして得られたバタフライ弁の開度情報 0 Vは、 前記したとおり E C U 2 3に供給され、 E C U 2 3はエンジンの運転状態を示す他のパラメ —タを取り込んで、 バタフライ弁の開度 S Vを調整する制御信号を前記モー タ制御回路 2 1 bに供給する。

そして、 再びステップ S 4に戻り同様のルーチンを巡回する。 すなわちル 一チンを一巡する毎にカウンタ 2 2 bは矩形波の相順を把握してアップまた はダウンカウントし、 バタフライ弁の開度に対応したカウント値 " n " を発 生する。

このようにして、 ブラシレスモータにおいてスィツチング駆動させるため の制御信号をそのまま利用することにより、 バタフライ弁の開度を把握する ことができる。 そして、 これを E C Uにフィードバックさせて他の運転パラ メータと共に演算することで、 エンジンの理想的な冷却制御を実現すること ができる。

なお以上の説明は、 この発明の変位検出装置をエンジンの冷却制御装置に 利用した一例に基づくものであり、 本発明はこのような特定の装置に限らず 、 本発明の精神を逸脱しない範囲においてその他の装置に利用することが可 能である。

以上の説明で明らかなように、 本発明にかかるブラシレスモータを用いた 被駆動体の変位検出装置によると、 ブラシレスモータの整流作用に用いられ るスイッチング信号をそのまま利用して被駆動体の変位を検出するようにし ているので、 被駆動体の変位を検出するための、 例えば開度センサ等を不要 にすることができる。 したがって、 実施の形態のようにエンジンの冷却制御 装置に利用した場合においては、 エンジンルームに配置される流量制御ュニ ッ 卜を小型化することが可能であり、 エンジンルーム内のレイァゥ 卜に余裕 を持たせることができる。 また、 部品点数も少なく構成できるため、 低価格 な装置を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ブラシレスモータと、 このブラシレスモータの動力により駆動される被 駆動体と、 前記ブラシレスモータにおけるマグネッ トロータの回転に基づく 磁電変換素子より得られる波形信号の数をカウントするカウンタ手段と、 前 記カウンタ手段によるカウント値に基づいて、 前記被駆動体の変位を演算す る演算手段とを具備したことを特徴とするブラシレスモータを用いた被駆動 体の変位検出装置。

2 . 前記ブラシレスモータには、 回転するマグネッ トロータに対峙するよう に配置された少なくとも 3つの磁電変換素子が具備され、 また前記カウンタ 手段には、 それぞれの磁電変換素子に発生する波形信号の位相状態を検出し てアップ ' ダウン情報を抽出し、 アップ · ダウン情報に基づいて前記波形信 号の数を可逆的にカウン卜するアップ · ダウンカウンタが具備されているこ とを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のブラシレスモータを用いた被駆動 体の変位検出装置。

3 . 前記被駆動体は、 ブラシレスモータの回転を減速機構を介してその開度 が制御される冷却水の流量制御弁であり、 前記アップ · ダウンカウンタを含 むカウンタ手段による出力に基づいて、 前記演算手段により流量制御弁の開 度を演算するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のブ ラシレスモータを用いた被駆動体の変位検出装置。

4 . 前記演算手段は、 少なくとも前記カウンタ手段より得られるカウント値 と、 前記減速機構の減速比とから流量制御弁の開度を演算するように構成し たことを特徴とする請求項の範囲第 3項に記載のブラシレスモータを用いた 被駆動体の変位検出装置。 1 Z 4 第 1図

EC