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JP2009510388A - アクチュエータにおける2極磁石によるホイール・インクリメント位置の検知 - Google Patents

アクチュエータにおける2極磁石によるホイール・インクリメント位置の検知 Download PDF

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JP2009510388A JP2008501123A JP2008501123A JP2009510388A JP 2009510388 A JP2009510388 A JP 2009510388A JP 2008501123 A JP2008501123 A JP 2008501123A JP 2008501123 A JP2008501123 A JP 2008501123A JP 2009510388 A JP2009510388 A JP 2009510388A
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magnet
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シュミット、ジェレミー
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シーメンス ヴィディーオー オートモティヴ インコーポレイテッド
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Abstract

インクリメント・センサ・アセンブリに、アウトプット・シャフトに取り付けられた2極磁石と、アウトプット・シャフトに対して平行に配置されたホール効果センサが含まれている。アウトプット・シャフトが回転すると、第1のホール効果センサが磁石の回転位置を検知し、それとアウトプット・シャフトの回転位置を相関させる。第1のホール効果センサに隣接して、第2のホール効果センサが配置されており、アウトプット・シャフトの回転方向を確認するために利用される。

Description

本発明は、2005年3月14日に提出された米国仮特許出願第60/661,628号の恩典を請求するものである。
本発明は、エンジン・アクチュエータ用アウトプット・シャフトの回転を測定するための改良型システムに関するものである。とりわけ、本発明は、エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの回転を測定するためのインクリメンタル位置センサに関するものである。
吸気マニホルドは、エンジン性能を改善するため、自動車エンジンへの空気流量を制御する。エンジン・アクチュエータを用いて、吸気マニホルド内の弁が制御される。弁は、空気流の特性を変えて、燃料節約またはトルク出力に関するエンジン性能を向上させる。センサが、エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの回転位置を測定して、弁の位置及び速度を決定する。位置情報は、エンジン・コントローラに送られ、エンジン・コントローラは、この情報を利用して、弁を調整する。
現在のところ、エンジン・アクチュエータの速度及び位置の測定には、絶対位置及びインクリメンタル位置センサが利用されている。従来のインクリメント位置センサには、多極磁石と、少なくとも2つのホール効果センサが含まれている。ホール効果センサは、それぞれ、多極磁石によって生じる磁界に対して垂直になるように、アウトプット・シャフトの回転軸に対して垂直に配置される。正確な測定値を得るには、互いにちょうど90°間隔をあけて配置された、少なくとも2つのホール効果センサが必要になる。
しかしながら、この構成によれば、限定されたエンジン・スペースへのパッケージングが面倒になる可能性がある。
従って、本発明の目的は、エンジン・アクチュエータの速度及び位置を測定するための改良式構成を開発及び設計することにある。
本発明によるエンジン・アクチュエータ例では、インクリメンタル位置センサを利用して、自動車エンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトの回転が測定される。
本発明の位置センサ・アセンブリ例は、ギヤ・トレーンを介してエンジン・アクチュエータのアウトプット・シャフトに接続されている。2極磁石が、エンジン・アクチュエータ内において電気モータのアウトプット・シャフトに取り付けられ、第1のホール効果センサが、磁石に近接して配置されている。第1のホール効果センサは、アウトプット・シャフトに対して平行である。アウトプット・シャフトが回転すると、第1のホール効果センサが、磁石の回転を検知し、それとアウトプット・シャフトの回転位置を相関させて、エンジン・アクチュエータの位置を決定する。
第2のホール効果センサは、第1のホール効果センサに隣接して配置され、やはり、アウトプット・シャフトに対して平行である。第2のホール効果センサは、アウトプット・シャフトの回転方向を測定するため、第1のホール効果センサと組み合わせて用いられる。
ホール効果センサは、アウトプット・シャフトに対して平行に配置されているので、必要なパッケージング・スペースが小さくなり、2極磁石だけしか利用する必要がないので、センサ・アセンブリに関するコストとスペースの両方の節約になる。
本発明の以上の及びその他の特徴については、下記の明細書、及び後で簡単に説明される図面から最もよく理解することができる。
図1には、エンジン12と、燃料噴射システム18に接続された吸気マニホルド・システム16とを備える自動車10が例示されている。吸気マニホルド・システム16には、エンジン・アクチュエータ20が含まれている。エンジン12への給気を制御するため、エンジン・アクチュエータ20には、燃料噴射システム18内のエンジン・コントローラ22が接続されている。
エンジン・コントローラ22は、エンジン・アクチュエータ20に命じて、吸気マニホルド16内の弁23を操作し、エンジン12内の燃焼を改善する。エンジン12に燃料点火に適した時間調整を施すため、吸気エンジン・コントローラ22は、マニホルドの空気圧及びエンジン・アクチュエータ20の位置といった情報を知る必要がある。エンジン12の速度及び温度が上昇するにつれて、吸気マニホルド16を通る空気流量も増加しなければならない。エンジン12の速度及び温度が低下すると、吸気マニホルド16を通る空気流量も減少しなければならない。エンジン・アクチュエータ20は、吸気マニホルド16内部の弁を調整し、吸気マニホルド・チューニング長または吸気タンブルのような給気パラメータを改善することによって、さまざまなエンジン速度における給気特性を最適化する。センサ・アセンブリ26が、吸気マニホルド16内における弁23の位置及び速度に関して、エンジン・アクチュエータ20にフィードバックを行う。
センサ・アセンブリ26は、エンジン・アクチュエータ20の位置を測定するものとして説明されるが、装置の位置測定が必要とされる他の用途に利用することも可能である。
図2には、本発明のセンサ・アセンブリ26が例示されている。センサ・アセンブリ26は、電気モータ27によってエンジン・アクチュエータ20に接続されている。電気モータは、ギヤ・トレーン(不図示)を介して吸気マニホルド16内における弁23の位置を調整し、アウトプット・シャフト28を備えている。アウトプット・シャフト28には、磁石30が取り付けられており、磁石30とアウトプット・シャフト28は、両方とも、同じ軸14まわりを回転する。図示の例の場合、磁石30は、アウトプット・シャフト28に取り付けられたウォーム・ギヤ32に取り付けられている。ウォーム・ギヤ32に磁石30を取り付けることによって、アウトプット・シャフト28に対するギヤレシオが増し、センサ・アセンブリ26による分解能が向上する。すなわち、アウトプット・シャフト28が回転する間に、磁石30は複数回の回転を完了する。この例の場合、アウトプット・シャフト28は、ウォーム・ギヤ32が、従って、磁石30が100回転する毎に、1回転する。磁石30の回転数をセンサ・アセンブリ26がカウントすることによって、アウトプット・シャフト28の正確な回転位置及び速度が測定されるという点において、センサ・アセンブリ26は、インクリメント・センサである。この磁石例30は、2極磁石である。
第1のホール効果センサ34が、軸25に沿って磁石30から間隔をあけて配置されている。2極磁石を用いることによって、第1のホール効果センサ34の所望の動作に必要とされるように、第1のホール効果センサ34の軸25が、アウトプット・シャフト28に対して平行で、なおかつ、磁石30によって生じる磁界Bに対しては垂直をなすようにすることが可能になる。アウトプット・シャフト28が回転すると、第1のホール効果センサ34は、磁石30の回転を検知する。磁石30の半回転毎にカウントされ、この情報がエンジン・アクチュエータ20内のマイクロコントローラ24によって収集される。マイクロコントローラ24は、位置情報を解釈して、弁23の位置を制御する。位置情報は、エンジン・コントローラ22にも送られる。エンジン・コントローラ22は、位置情報を解釈して、燃料点火装置18を制御する。
第1のホール効果センサ34は、アウトプット・シャフト28に対して平行に配置されるので、必要とされるパッケージング空間が小さくなる。さらに、2極磁石30を利用することによって、センサ・アセンブリ26に関するコストとスペースの両方を節約して、
インクリメンタル・センサを設けられる。第1のホール効果センサ34及びアウトプット・シャフト28を平行に配置することによって、磁石30の回転の明確な測定値を得るのに、1つのホール効果センサ34だけしか必要としなくなる。
図3には、第2のホール効果センサ36を利用した、実施形態例の端面図が例示されている。第2のホール効果センサ36は、軸25に沿って第1のホール効果センサ34に隣接して配置され、アウトプット・シャフト28の回転軸14に対しても平行である。第1のホール効果センサ34と同様、平行配置によって、センサ・アセンブリ26に関するスペース及びコストが節約される。第2のホール効果センサ36は、アウトプット・シャフト28の配向を測定するために用いられる。すなわち、第2のホール効果センサ36は、アウトプット・シャフト28の回転方向を測定する。磁石30が回転するにつれて、磁界方向が変化する。図3に示すように、磁石30が時計廻り方向に回転すると、第1のホール効果センサ34は、第2のホール効果センサ36より先に、磁界の変化を表示することになる。磁石30の回転方向が変化すると、第2のホール効果センサ36は、第1のホール効果センサ34より先に、磁界の変化を表示することになる。この磁界の表示は、第1のホール効果センサ34及び第2のホール効果センサ36からエンジン・アクチュエータ20内のマイクロコントローラ24に送られ、マイクロコントローラ24は、この情報を利用して、磁石30の回転方向を決定する。
第2のホール効果センサ36は、システムのエラー検査を行って、全ての接続が適正であることを保証するために利用される。アウトプット・シャフト28の回転方向が期待される方向と逆の場合には、センサ・アセンブリ26内に不適切な接続があることが表示される。第2のホール効果センサ例36は、第1のホール効果センサ34と同様に、磁石30の回転のインクリメントをカウントして、エンジン速度を測定するために利用することも可能である。この情報を利用して、第1のホール効果センサ34の結果を検証することが可能である。
第2のホール効果センサ36から間隔をあけて第1のホール効果センサ34を配置するため、遅れ38が付与される。遅れ38は、シャフト28の角回転である。第2のホール効果センサ36は、第1のホール効果センサ34と第2のホール効果センサ36が互いに干渉しないことを保証するため、第1のホール効果センサ34に対して約60度の位相遅れ38になっている。すなわち、第1のホール効果センサ34と第2のホール効果センサ36は、第1のホール効果センサ34と第2のホール効果センサ36のそれぞれの間で、磁石30が60°回転するように、互いに間隔をあけて配置されている。
本発明の望ましい実施形態を開示したが、通常の当該技術者には、本発明の範囲内に含まれるいくつかの修正が明らかになるであろう。そのため、付属の請求項を検討して、本発明の真の範囲及び内容を判断すべきである。
本発明のセンサ・アセンブリを利用した、自動車エンジン及び吸気マニホルド・アセンブリ例の概略図である。 本発明のセンサ・アセンブリ例の略側面図である。 本発明のセンサ・アセンブリ例の略端面図である。
符号の説明
10 自動車
12 エンジン
14 アウトプット・シャフトの回転軸
16 吸気マニホルド・システム
18 燃料噴射システム
20 エンジン・アクチュエータ
22 エンジン・コントローラ
23 弁
24 マイクロコントローラ
26 センサ・アセンブリ
27 電気モータ
28 アウトプット・シャフト
30 磁石
32 ウォーム・ギヤ
34 第1のホール効果センサ
36 第2のホール効果センサ

Claims (18)

  1. 位置センサ・アセンブリであって、
    回転軸まわりで回転可能なアウトプット・シャフトに取り付けられた磁石と、
    前記磁石に近接して取り付けられた少なくとも1つのホール効果センサが含まれており、前記少なくとも1つのホール効果センサの軸が、前記アウトプット・シャフトの前記回転軸に対し平行であることを特徴とするアセンブリ。
  2. 前記少なくとも1つのホール効果センサが、前記アウトプット・シャフトのインクリメンタル位置を測定することを特徴とする、請求項1に記載のアセンブリ。
  3. 前記少なくとも1つのホール効果センサに、両方とも、前記回転軸に対して平行に取り付けられた、第1のホール効果センサと第2のホール効果センサが含まれることを特徴とする、請求項1に記載のアセンブリ。
  4. 前記第2のホール効果センサが前記第1のホール効果センサに対して平行であることを特徴とする、請求項3に記載のアセンブリ。
  5. 前記第1のホール効果センサ及び前記第2のホール効果センサが、アウトプット・シャフトの回転方向を表わした信号を発生することを特徴とする、請求項3に記載のアセンブリ。
  6. 前記第2のホール効果センサが、前記磁石の角回転に等しい距離だけ、前記第1のホール効果センサから間隔をあけて配置されることを特徴とする、請求項3に記載のアセンブリ。
  7. 前記角回転が約60度であることを特徴とする、請求項6に記載のアセンブリ。
  8. 前記磁石に2極磁石が含まれることを特徴とする、請求項1に記載のアセンブリ。
  9. エンジン・アクチュエータ・センサ・アセンブリであって、
    回転軸まわりで回転可能なアウトプット・シャフトに取り付けられた磁石と、
    前記磁石に近接して配置された第1のホール効果センサと、
    前記第1のホール効果センサと同じ平面内に、前記第1のホール効果センサから間隔をあけて配置された第2のホール効果センサが含まれており、前記第1のホール効果センサ及び前記第2のホール効果センサが、前記アウトプット・シャフトの前記回転軸に対して平行であることを特徴とする、
    アセンブリ。
  10. 前記第1のホール効果センサが前記アウトプット・シャフトのインクリメンタル位置を測定することを特徴とする、請求項9に記載のアセンブリ。
  11. 前記第1のホール効果センサ及び前記第2のホール効果センサが、前記アウトプット・シャフトの回転方向を表した信号を発生することを特徴とする、請求項9に記載のアセンブリ。
  12. 前記第2のホール効果センサが、前記第1のホール効果センサと前記第2のホール効果センサとの間に60度の位相遅れを生じさせるため、前記第1のホール効果センサから間隔をあけて配置されていることを特徴とする、請求項9に記載のアセンブリ。
  13. 磁石に2極磁石が含まれることを特徴とする、請求項9に記載のアセンブリ。
  14. エンジン・アクチュエータに関するアウトプット・シャフトの回転を測定する方法であって、
    a)前記アウトプット・シャフトと共に回転軸まわりを回転するように磁石を取り付けるステップと、
    b)前記アウトプット・シャフトの前記回転軸に対して平行に第1のホール効果センサを配置するステップと、
    c)前記第1のホール効果センサによって前記アウトプット・シャフトのインクリメンタル位置を測定するステップが含まれている、
    方法。
  15. さらに、
    d)前記第1のホール効果センサに隣接して第2のホール効果センサを配置して、前記第1のホール効果センサと前記第2のホール効果センサの軸が平行になるようにするステップが含まれることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
  16. 前記ステップd)に、さらに、前記第1及び第2のホール効果センサによって、前記アウトプット・シャフトの回転方向を表した信号を発生するステップが含まれることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
  17. 前記ステップd)に、さらに、前記第2のホール効果センサと前記第1のホール効果センサとの間に約60度の位相遅れを生じさせるステップが含まれることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
  18. 前記ステップa)に、2極磁石を設けるステップが含まれることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
JP2008501123A 2005-03-14 2006-03-14 アクチュエータにおける2極磁石によるホイール・インクリメント位置の検知 Pending JP2009510388A (ja)

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