(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、相対位置を検出する安価なエンコーダを用いて、電動機の回転軸の回転位置を常に正確に検出することのできる回転位置検出装置を提供すること。【解決手段】  本発明の電動機の回転位置検出装置は、電動機と、電動機の回転軸の相対的回転位置を検出する相対式エンコーダと、エンコーダの出力に基づいて回転軸の回転位置を検出する検出手段と、回転軸に接続され、電動機の非通電状態では動かない状態となって回転軸の回転を規制するギアと、電動機への電力供給停止に際して、回転軸を所定回転位置に回転させた後に電動機への電力供給を停止する制御手段とを備えていることを特徴としている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、前記電動機の回転軸の相対的回転位置を検出する相対式エンコーダと、前記エンコーダの出力に基づいて前記回転軸の回転位置を検出する検出手段とを備えた電動機の回転位置検出装置において、
前記回転軸に接続され、前記電動機の非通電状態では動かない状態となって前記回転軸の回転を規制するギアと、
前記電動機への電力供給停止に際して、前記回転軸を所定回転位置に回転させた後に前記電動機への電力供給を停止する制御手段とを備えていることを特徴とする電動機の回転位置検出装置。
【請求項２】
前記回転軸が前記所定位置に回転された状態で前記電動機への電力供給が停止されたか否かを判断する判断手段をさらに備えており、
前記回転軸が前記所定位置に回転された状態で前記電動機への電力供給が停止されていないと前記判断手段が判断した場合には、
前記制御手段は、前記回転軸の回転が機械的に規制される位置まで前記電動機を駆動させ、
前記検出手段は、前記回転軸の回転が機械的に規制される位置における前記エンコーダの位置を基準として前記回転軸の回転位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転軸の回転位置を絶対的に検出することのできる、電動機の回転位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（モータ）において、その回転位置がどの位置にあるかを検出することが必要になる場合は多い。このため、電動機にはその回転軸の絶対的な回転位置を検出する回転センサなどを組み込むなどすることがある。ただし、絶対位置を検出する回転センサは高価であり、相対的な回転位置を検出する安価なエンコーダを利用して絶対的な位置を検出しようとする要望がある。このようなものとしては、下記［特許文献１］に記載のものなどがある。
【特許文献１】特開２００４−５６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記［特許文献１］に記載のものは、モータの回転軸にエンコーダが取り付けられており、目標設定手段によって設定されたエンコーダの目標位置を記憶する手段を備えている。そして、モータの起動時には、既に記憶されている目標位置をモータ起動時の目標位置にセットすることで、モータの回転位置の初期位置合わせを行う。しかし、相対位置を検出するエンコーダを利用しているので、目標位置のセット以前に、始動時位置の学習（特定）が必要となる。また、記憶手段に対して目標位置を常に記憶する必要があるため、メモリ容量が足りずに対応できない。従って、本発明の目的は、相対位置を検出する安価なエンコーダを用いて、電動機の回転軸の回転位置を常に正確に検出することのできる電動機の回転位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置は、電動機と、電動機の回転軸の相対的回転位置を検出する相対式エンコーダと、エンコーダの出力に基づいて回転軸の回転位置を検出する検出手段と、回転軸に接続され、電動機の非通電状態では動かない状態となって回転軸の回転を規制するギアと、電動機への電力供給停止に際して、回転軸を所定回転位置に回転させた後に電動機への電力供給を停止する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置において、回転軸が所定位置に回転された状態で電動機への電力供給が停止されたか否かを判断する判断手段をさらに備えており、回転軸を所定位置に回転させた状態で電動機への電力供給が停止されていないと判断手段が判断した場合には、制御手段は、回転軸の回転が機械的に規制される位置まで電動機を駆動させ、検出手段は、回転軸の回転が機械的に規制される位置におけるエンコーダの位置を基準として回転軸の回転位置を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置によれば、電動機を停止する際には、制御手段によって回転軸は必ず所定位置にまで回転される。また、電動機の停止中はギアによって回転軸は回転されない。このため、電動機の始動時には、回転軸は常に所定位置にあり、この所定位置とエンコーダで検出する相対的な回転位置とによって、回転軸の絶対的な回転位置を常に正確に検出することができる。
【０００７】
請求項２に記載の電動機の回転位置検出装置によれば、電動機が停止される時に回転軸が所定位置に回転された状態とされたか否かを判断手段によって判断する。例えば、電動機が正常に終了されなかった場合などは、電動機が停止される時に回転軸が所定位置に回転された状態とされないことがある。このような場合は、電動機の起動時に回転軸が所定位置にないため、回転軸の絶対的な回転位置を検出できない。そこで、ここでは、回転軸が所定位置にあるときに電動機への電力供給が停止されなかったと判断した場合には、回転軸の回転が機械的に規制される位置まで電動機を駆動させて、この位置におけるエンコーダの位置を基準として回転軸の回転位置を検出する。このようにすることで、回転軸の絶対的な回転位置を正確に検出することができる。なお、機械的に規制される位置とは、例えば、回転軸がギアによってそれ以上回転することができないような位置のことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の電動機の回転位置検出装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の検出装置の構成図を図１に示す。なお、本実施形態の電動機（モータ）１は、内燃機関（エンジン）で駆動される車両に搭載されており、エンジンのバルブリフト量を可変制御するためのアクチュエータとして機能している。可変バルブリフト制御機構自体については、本発明の検出装置とは直接関係ないため、ここでは詳しい説明を省略する。
【０００９】
ただし、バルブリフト量の可変制御時にはコントロールシャフトを進退動させ、このコントロールシャフトの進退動によってバルブリフト量を変更する。本実施形態の検出装置が組み込まれたモータ１では、このロッドを進退動させる。また、本実施形態の検出装置は車載されるため、モータ１への電力供給が瞬断したり、エンストなどによる電力供給の予期せぬ中断などがあり得る。以下に説明する実施形態の検出装置では、このような場合に対する配慮もなされている。
【００１０】
図１に示されるように、本実施形態の検出装置は、モータ１の回転位置を検出するものである。モータ１は、回転軸２を備えており、回転軸２には外力によっては動かない構造のギア（差動ローラギア）３が接続されている。モータ１には、回転軸２の相対的な回転位置を検出する相対式（インクリメンタル式）のエンコーダ４が内蔵されている。モータ１は、ＥＣＵ５によって制御されている。モータ１の電力線（駆動信号線）は、ＥＣＵ５内のプリドライバ６を介して、ＥＣＵ５内のＣＰＵ７に接続されている。ＥＣＵ７によって生成された駆動信号を受け取ったプリドライバ６は、その駆動信号に従ってモータ１に電力を供給してモータ１を制御する。
【００１１】
また、ＥＣＵ５内のＣＰＵ７には、上述したエンコーダ４も接続されており、エンコーダ４の検出結果もＥＣＵ５内で処理される。さらに、エンコーダ４の検出結果を利用したによるモータ１（回転軸２）の回転位置制御に際して必要な情報を記憶しておく不揮発性メモリ８もＥＣＵ５内に内蔵されている。
【００１２】
次に、モータ１の構造について、図２を参照しつつもう少し詳しく説明する。上述したように、モータ１は、ブラシレスモータであり、エンジンのカムリフト量を可変制御するためのアクチュエータとしてバルブカムシャフトを保持するカムキャリア９に固定されている。モータ１のボディ１０の内部には、モータ１の主要構成部品となるステータ１１及びロータ１２が配設されている。ステータ１１はボディ１０の内壁に固定されている。ロータ１２は、円筒状のローラギア１３の外周面上に固定されている。ローラギア１３は、一対のベアリング１４によって回転可能にボディ１０の内部に保持されている。
【００１３】
このローラギア１３が、ステータ１１及びロータ１２を持つモータ１の回転軸（出力軸）として機能している。モータ１が回転駆動されると、ローラギア１３が回転し、コントロールシャフト１５がその軸方向に進退動する。しかし、モータ１が停止状態にある時にコントロールシャフト１５を軸方向に動かそうとしても動かない。
【００１４】
ローラギア１３の一端には、環状に並べられた複数極の磁石１６が取り付けられている。磁石１６に対向する位置には、磁気センサとしてのホールＩＣ１７が配設されている。ホールＩＣ１７は、ボディ１０に対してその位置が固定されている。ローラギア１３が回転されることによって複数極の磁石１６が回転すると、これに伴ってホールＩＣ１７を通過する磁束が変化する。この磁束変化をホールＩＣ１７を利用することで、ローラギア１３の回転位置を検出する。即ち、磁石１６やホールＩＣ１７がエンコーダとして機能している。また、ＥＣＵ５は、検出手段や、制御手段、判断手段として機能している。
【００１５】
上述した構成の検出装置によるモータ１の制御について、図３及び図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、図３のフローチャートに基づいて、モータ１の終了駆動終了時の制御について説明する。モータ１の駆動終了時には、ＥＣＵ５内部のＣＰＵ７で駆動終了信号が生成される。この駆動終了信号が生成されると、これを受けてプリドライバがモータ１を駆動させ、ローラギア１３、即ち、モータ１の回転軸を所定の回転位置にまで移動させる（ステップ３００）。ここで説明しているのは終了時であるため、ローラギア１３の絶対的な回転位置は既に検出可能な状態であり、上述したエンコーダの検出値から所定位置を検出することが可能となっている。
【００１６】
あるいは、コントロールシャフト１５のストローク量には機械的な限界があり、この限界位置の何れかを所定位置としてもよい。この場合は、コントロールシャフト１５が限界位置に達するまで（エンコーダによって回転が検出されなくなるまで）モータ１を駆動すればよい。なお、本実施形態の場合、図２における部材１８とカムキャリア９やホルダ１９とが当接する位置が、コントロールシャフト１５のストローク限界である。このようにして、ローラギア１３（モータ１の回転軸）が所定の回転位置にまで移動させられたら、正常終了フラグがＯＮにセットされる（ステップ３１０）。このフラグは上述したＥＣＵ５内の不揮発性メモリ８に記録される。
【００１７】
ステップ３１０の後、モータ１への電源供給が停止される（ステップ３２０）。このとき、モータ１の回転位置はステップ３００の処理によって常に所定位置にあり、モータ１の停止中はローラギア１３の構造によってその位置が動くことはない。このため、次回のモータ１の起動時には常に所定位置からモータ１を駆動させることができ、起動の度に基準位置を学習する必要がない。
【００１８】
上述したように、本実施形態のモータ１は、エンジンのバルブリフト量を制御するアクチュエータとして機能している。モータ１の起動はエンジンの始動と同時に行われることとなるが、エンジン始動時にはバルブリフト量が所望の量となっていなければエンジンが正常に起動しない。このとき、モータの回転位置をその都度学習しなければならないと、エンジン始動にタイムラグを感じてしまう。しかし、本実施形態によれば、モータ１の起動と同時にその回転位置が把握できるため、このようなことがない。
【００１９】
ただし、上述したように、車載装置であるため、不意の電源断が生じる可能性があり、このような場合は図３の制御が正常に行われず、始動時にモータ１の回転位置が所定位置となっていない場合もあり得る。そこで、本実施形態では、このようなことを考慮した始動制御が行われる。次に、図４に基づいてモータ１の始動制御について説明する。モータ１の起動指令があった場合、ＣＰＵ６は不揮発性メモリ８に記憶された正常終了フラグを読み出す。そして、読み出した正常終了フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップ４００）。
【００２０】
ステップ４００が肯定される場合は、モータ１の回転位置は所定位置にあると判断できるので、そのままモータ１の制御が開始される（起動時制御は終了する）。一方、ステップ４００が否定される場合は、図３のフローチャートのステップ３００が実行されなかったと推定できる。この場合は、ローラギア１３（モータ１の回転軸）の回転が規制される位置（上述した限界位置）までモータ１が駆動される（ステップ４２０）。なお、このとき、エンコーダによって相対的な回転位置は検出できるため、エンコーダが回転を検出しなくなることで限界位置を検出することが可能である。
【００２１】
ステップ４２０の後、この限界位置を基準位置としてセットする（ステップ４３０）ことで、それ以降はエンコーダによってモータ１の絶対的な回転位置を検出することができる。即ち、ＥＣＵ５は、正常終了フラグを利用して、モータ１の回転軸が所定位置に回転された状態で電力供給が停止されたか否かを判断している。
【００２２】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においてはエンジンのバルブリフト量を制御するアクチュエータとしての電動機の回転位置を検出するものとして本発明を適用したが、このような用途に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の検出装置の一実施形態の構成図である。
【図２】モータの断面図である。
【図３】終了時制御のフローチャートである。
【図４】起動時制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１…モータ、２…回転軸、３，１３…差動ローラギア（回転軸）、４…エンコーダ、５…ＥＣＵ、６…プリドライバ、７…ＣＰＵ、８…不揮発性メモリ、１１…ステータ、１２…ロータ、１５…コントロールシャフト、１６…磁石（エンコーダ）、１７…ホールＩＣ（エンコーダ）。
【図１】
2006271176.tif 000003
【図２】
2006271176.tif 000004
【図３】
2006271176.tif 000005
【図４】
2006271176.tif 000006