JP6709863B2

JP6709863B2 - 角度検出装置

Info

Publication number: JP6709863B2
Application number: JP2018568069A
Authority: JP
Inventors: 英一郎大畠
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: CN110291365A; JPWO2018150833A1; WO2018150833A1; US20190390984A1

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフト等の回転体の回転角度を検出するための角度検出装置に関する。

自動車用のエンジンには、クランクシャフトの回転角度を検出するために角度検出装置が設けられている。この角度検出装置は、歯部が形成されクランクシャフトに取り付けられるシグナルロータと、シグナルロータの径方向に沿って歯部の外側において互いに対向する位置に配置される２つのセンサとを備えている（例えば特許文献１参照。）。

そして、２つのセンサにより出力される信号の周期の平均を算出することで、クランクシャフトの偏芯およびシグナルロータの取り付け時の偏芯による回転角度の検出誤差を補正している。

特開２００６−９８３９２号公報

しかし、従来の角度検出装置の構成では、２つのセンサをシグナルロータの外周において、径方向の互いに反対側の位置に配置する必要があるが、実際のエンジンにおいて当該位置に配置することは、レイアウト上困難であり、一方のセンサは高温の位置に配置する必要があり、その熱対策も必要となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、センサの配置が容易であり、シグナルロータの偏心による回転角度の検出誤差を補正して、回転角度の検出誤差を抑制可能な角度検出装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る角度検出装置は、第１の位置検出センサと、第２の位置検出センサと、シグナルロータと、を備え、前記シグナルロータが取り付けられた回転体の回転角度を検出する角度検出装置において、前記シグナルロータには、その軸方向に沿って、角度検出部と、距離検出部とが設けられ、前記第１の位置検出センサは、前記シグナルロータの径方向において、前記角度検出部に対向して設けられ、前記第２の位置検出センサは、前記径方向において、前記距離検出部に対向して設けられ、かつ、前記軸方向において、前記第１の位置検出センサに並んで配置されている。

本発明によれば、センサの配置が容易であり、シグナルロータの偏心による回転角度の検出誤差を補正して、回転角度の検出誤差を抑制可能な角度検出装置を提供することができる。

本実施形態に係る角度検出装置の全体構成図を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示している。第１の位置検出センサにより出力される出力信号を示す図である。クランク角度と信号周期との関係を示す図である。クランク角度と検出した距離との関係を示す図である。シグナルロータの回転角度を補正する手順の説明図を示す。

以下、本発明の一実施形態に係る角度検出装置１について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る角度検出装置１の全体構成図を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示している。図２は、第１の位置検出センサ３により出力される出力信号を示す図である。

図１に示すように、角度検出装置１は、シグナルロータ２と、第１の位置検出センサ３と、第２の位置検出センサ４と、ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５とを備える。

シグナルロータ２は、磁性材料で構成され、円盤部２Ａと、円筒部２Ｂとを備える。円盤部２Ａには、回転体であるクランクシャフト６を挿入するため挿入孔２ｃと、シグナルロータ２をクランクシャフト６にねじ７により取り付けるための取り付け孔２ｄが形成されている。

円筒部２Ｂは、円盤部２Ａの外周縁に沿って軸方向に突出するように設けられている。
図１（ｂ）に示すように、円筒部２Ｂは、その軸方向の一方側に位置する角度検出部２Ｅと、軸方向の他方側に位置する距離検出部２Ｆとを備える。角度検出部２Ｅは、等角度間隔で形成された複数の切欠き２ｆと残りの部分（複数の歯部）２Ｇにより構成されている。角度検出部２Ｅは、さらにクランクシャフト６の回転角度の基準となる部分であり、切欠き２ｆが形成されておらず歯部２Ｇより幅の広い一対の基準部２Ｈを備える。距離検出部２Ｆは、円盤部２Ａに連結されており、円筒状をなしている。

第１の位置検出センサ３は、永久磁石および磁界検出素子等からなる磁気式センサであり、シグナルロータ２の回転角度を検出するためのセンサである。第１の位置検出センサ３は、シグナルロータ２の径方向において、シグナルロータ２の角度検出部２Ｅの外周面に対向して配置され、角度検出部２Ｅの切欠き２ｆおよび歯部２Ｇの位置を検知して、図２に示すような検出信号（一歯分毎の信号周期）を出力する。

第２の位置検出センサ４は、永久磁石および磁界検出素子等からなる磁気式センサであり、シグナルロータ２の径方向において、シグナルロータ２の距離検出部２Ｆの外周面に対向して配置されている。第２の位置検出センサ４は、その先端からシグナルロータ２の距離検出部２Ｆの外周面までの距離を検出し、検出信号を出力する。

ＥＣＵ５は、後述のように、第１の位置検出センサ３および第２の位置検出センサ４から出力される検出信号に基づき、第１の位置検出センサ３で検出された回転角度のシグナルロータ２の偏芯による誤差を補正する。

以下に、シグナルロータ２の回転軸の偏芯による第１の位置検出センサ３で検出された回転角度の誤差を補正する方法について説明する。

図３は、クランク角度と信号周期との関係を示す図である。図４は、クランク角度と検出した距離との関係を示す図である。図５は、シグナルロータ２の回転角度を補正する手順の説明図を示す。

シグナルロータ２の回転軸が偏芯している場合において、定速で回転するシグナルロータ２の回転角度を、第１の位置検出センサ３により検出し、第１の位置検出センサ３により出力されるクランク角度と信号周期との関係をグラフ化すると、図３の実線Ｌ１で示すような関係が得られる。シグナルロータ２の回転軸が偏芯していなければ、クランク角度と信号周期との関係は、点線Ｌ２で示されるような直線（一定値）となるはずである。しかし、シグナルロータ２の回転軸が偏芯しているため、実線Ｌ１で示すような正弦曲線となる。よって、各クランク角度における実線Ｌ１と点線Ｌ２の差分が、シグナルロータ２の偏芯による回転角度の誤差に相当する。

すなわち、図１に示すようにシグナルロータ２が矢印Ｒ方向に定速で回転し、シグナルロータ２が偏芯により左右に振れている場合において、シグナルロータ２が右から左に振れている時には、第１の位置検出センサ３の近傍を通過するシグナルロータ２の回転速度が相対的に遅くなるので、実線Ｌ１の山部分のように信号周期が長くなる。一方、シグナルロータ２が左から右に振れている時には、第１の位置検出センサ３の近傍を通過するシグナルロータ２の回転速度が相対的に速くなるので、実線Ｌ１の谷部分のように信号周期が短くなる。また、シグナルロータ２が最も右および最も左に位置する時には、第１の位置検出センサ３の近傍を通過するシグナルロータ２の回転速度の相対的な変化はなく、信号周期は当該山部分および谷部分の中間値となる。

また、シグナルロータ２の回転軸が偏芯している場合において、第２の位置検出センサ４により、シグナルロータ２の距離検出部２Ｆの外周面までの距離を検出し、クランク角度と検出した距離との関係をグラフ化すると、図４の実線Ｌ３で示すような関係が得られる。シグナルロータ２の回転軸が偏芯していなければ、クランク角度と距離との関係は、点線Ｌ４で示されるような直線（一定値）となるはずである。しかし、シグナルロータ２の回転軸が偏芯しているため、実線Ｌ３で示すような正弦曲線となる。

すなわち、シグナルロータ２が矢印Ｒ方向に定速で回転し、シグナルロータ２が偏芯により左右に振れており、最も右側に位置する状態（０°）のシグナルロータ２に第２の位置検出センサ４が最も近接するように配置されている場合、シグナルロータ２が１８０°回転し最も左側に移動すると、第２の位置検出センサ４はシグナルロータ２から最も離間する。よって、シグナルロータ２が０°付近が実線Ｌ３の谷部分に相当し、１８０°付近が実線Ｌ３の山部分に相当する。また、シグナルロータ２が９０°または２７０°回転した状態では、シグナルロータ２と第２の位置検出センサ４との距離は中間値となる。このように、第２の位置検出センサ４により、シグナルロータ２までの距離を測ることにより、シグナルロータ２の偏芯を測定している。

図３および図４に示すように、クランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ１とクランク角度と検出した距離との関係を示す実線Ｌ３とは、９０°位相がずれている。詳細には、クランク角度と検出した距離との関係を示す実線Ｌ３は、クランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ１に対し、位相が９０°遅れている。

ＥＣＵ５では、クランク角度と検出した距離との関係を示す実線Ｌ３の微分を行い、図４の一点鎖線Ｌ５で示したような曲線を得る。これにより、クランク角度と検出した距離との関係を示す実線Ｌ３の位相を９０°進めて、クランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ１とクランク角度と検出した距離との関係を示す実線Ｌ３との位相を揃えることができる。すなわち、実線Ｌ３を微分することにより、シグナルロータ２の偏芯による誤差を算出する。

そして、図５に示すように、クランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ１から、実線Ｌ３を微分して得られる一点鎖線Ｌ５で補正し、クランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ６を算出する。具体的には、一点鎖線Ｌ５のスケールを実線Ｌ１に合わせて、実線Ｌ１からシグナルロータ２の偏芯による回転角度の誤差（偏芯成分）を減算する。これにより、補正後のクランク角度と信号周期との関係を示す実線Ｌ６が算出され、補正後の出力信号が得られる。

上記のように、本実施形態に係る角度検出装置１によれば、シグナルロータ２には、その軸方向に沿って、角度検出部２Ｅと、距離検出部２Ｆとが設けられ、第１の位置検出センサ３は、シグナルロータ２の径方向において、角度検出部２Ｅに対向して設けられ、第２の位置検出センサ４は、径方向において、距離検出部２Ｆに対向して設けられ、かつ、軸方向において、第１の位置検出センサ３に並んで配置されている。

かかる構成によれば、第１の位置検出センサ３および第２の位置検出センサ４の配置が容易であり、第１の位置検出センサ３により、シグナルロータ２の回転角度を検出し、第２の位置検出センサ４により、シグナルロータ２との間の距離を検出することにより、第１の位置検出センサ３により検出された回転角度を、第２の位置検出センサ４により検出したシグナルロータ２の偏芯により補正することができる。

また、シグナルロータ２は、円筒部２Ｂを有し、角度検出部２Ｅは、円筒部２Ｂにおいて、軸方向の一方側において、周方向に沿って等角度間隔で形成された複数の切欠き２ｆおよび残りの部分２Ｇにより構成され、距離検出部２Ｆは、円筒部２Ｂにおいて、軸方向の他方側の部分により構成されている。第１の位置検出センサ３は、円筒部２Ｂの軸方向の一方側の外周面に対向して配置され、第２の位置検出センサ４は、円筒部２Ｂの軸方向の他方側の外周面に対向して配置されている。

かかる構成によれば、第１の位置検出センサ３により複数の切欠き２ｆおよび残りの部分２Ｇを検出することにより、クランクシャフト６の回転角度を検出することができ、第２位置検出センサ４により円筒部２Ｂの外周面との間の距離に基づきシグナルロータ２の偏心を測定することができる。

第１の位置検出センサ３および第２の位置検出センサ４は、軸方向に対してほぼ平行をなすように配置されている。よって、軸方向においてシグナルロータ２の同じ個所を測定することができ、第１の位置検出センサ３と第２の位置検出センサ４との間における回転角度の誤差を抑制することができる。

また、第１の位置検出センサ３の検出信号に基づき、クランクシャフト６の回転角度を検出し、第２の位置検出センサ４の検出信号に基づき、第１の位置検出センサ３により検出したクランクシャフト６の回転角度を補正し、クランクシャフト６の回転角度を算出する。これにより、シグナルロータ２の偏心による回転角度の検出誤差を補正することができ、当該回転角度の検出誤差を抑制することができる。

第１の位置検出センサ３の検出信号に基づき、クランクシャフト６の回転角度を検出し、第２の位置検出センサ４の検出信号に基づき、第２の位置検出センサ４からシグナルロータ２の距離検出部２Ｆまでの距離を検出し、第１の位置検出センサ３により検出したクランクシャフト６の回転角度を、第２の位置検出センサ４の検出信号に基づき補正することにより、クランクシャフト６の回転角度を算出する。これにより、シグナルロータ２の偏心による回転角度の検出誤差を補正することができ、当該回転角度の検出誤差を抑制することができる。

第１の位置検出センサ３の検出信号に基づき、クランクシャフト６の回転角度を検出し、第２の位置検出センサ４の検出信号に基づき、第２の位置検出センサ４からシグナルロータ２の前記距離検出部２Ｆまでの距離を検出し、第１の位置検出センサ３により検出したクランクシャフト６の回転角度を、第２の位置検出センサ４の検出信号の微分値に基づき補正することにより、クランクシャフト６の回転角度を算出する。これにより、シグナルロータ２の偏心による回転角度の検出誤差を補正することができ、当該回転角度の検出誤差を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

１：角度検出装置、２：シグナルロータ、３：第１の位置検出センサ、４：第２の位置検出センサ、５：ＥＣＵ

Claims

第１の位置検出センサと、第２の位置検出センサと、シグナルロータと、を備え、前記シグナルロータが取り付けられた回転体の回転角度を検出する角度検出装置において、
前記シグナルロータには、その軸方向に沿って、角度検出部と、距離検出部とが設けられ、
前記シグナルロータは、円筒部を有し、
前記角度検出部は、前記円筒部において、前記軸方向の一方側において、周方向に沿って等角度間隔で形成された複数の切欠きおよび残りの部分により構成され、
前記距離検出部は、前記円筒部において、前記軸方向の他方側の部分により構成され、
前記第１の位置検出センサは、前記シグナルロータの径方向において、前記角度検出部の外周面に対向して配置され、
前記第２の位置検出センサは、前記径方向において、前記距離検出部の外周面に対向して配置され、かつ、前記軸方向において、前記第１の位置検出センサに並んで配置されている、角度検出装置。
請求項１に記載の角度検出装置において、
前記第１の位置検出センサおよび前記第２の位置検出センサは、前記軸方向に対してほぼ平行をなすように配置されている、角度検出装置。
第１の位置検出センサと、第２の位置検出センサと、シグナルロータと、を備え、前記シグナルロータが取り付けられた回転体の回転角度を検出する角度検出装置において、
前記シグナルロータには、その軸方向に沿って、角度検出部と、距離検出部とが設けられ、
前記第１の位置検出センサは、前記シグナルロータの径方向において、前記角度検出部に対向して設けられ、
前記第２の位置検出センサは、前記径方向において、前記距離検出部に対向して設けられ、かつ、前記軸方向において、前記第１の位置検出センサに並んで配置され、
前記第１の位置検出センサの検出信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出し、
前記第２の位置検出センサの検出信号に基づき、前記第２の位置検出センサから前記シグナルロータの前記距離検出部までの距離を検出し、
前記第１の位置検出センサにより検出した前記回転体の回転角度を、前記第２の位置検出センサの検出信号の微分値に基づき補正することにより、前記回転体の回転角度を算出する、角度検出装置。