JP2004350447A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ利用型のバルブ開閉制御装置において故障を防止するモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】モータ駆動回路１１０は、モータ１２に通電するための通電経路と、モータ１２への通電状態を監視するモニタ手段１２６と、モニタ手段１２６による監視結果を表すモニタ信号を制御回路１３０に出力する出力手段１２８とを備えている。モニタ手段１２６は、通電経路を流れる電流の強さを検出するように構成されており、その検出結果を表す信号をモニタ信号として出力手段１２８から出力させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転トルクを利用して内燃機関（以下、エンジンという）のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御装置のモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バルブ開閉制御装置の一種に、モータの回転トルクを利用してエンジンのバルブタイミングを調整する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また、バルブ開閉制御装置の別の一種に、モータの回転トルクを利用してエンジンのバルブリフトを調整する装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
このようなモータ利用型のバルブ開閉制御装置において、エンジンの制御回路から出力される制御信号に従ってモータ駆動回路がモータに通電する技術が考えられている。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−１０５９０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３２４６２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、制御回路とモータ駆動回路との間における信号伝達が制御回路からモータ駆動回路に向かう一方向に限られているため、モータ駆動回路からモータへの実際の通電状態とは無関係に制御回路が制御信号を生成する。そのため、異常により止まったモータを回転させるべくモータへの通電量を増大する制御信号を制御回路が生成する場合等には、モータへの通電量が過多となってモータ及びモータ駆動回路が発熱により故障することがある。
本発明の目的は、モータ利用型のバルブ開閉制御装置において故障を防止するモータ駆動回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜９に記載の発明によると、モータ駆動回路のモニタ手段はモータへの通電状態を監視し、モータ駆動回路の出力手段はモニタ手段による監視結果を表すモニタ信号をエンジンの制御回路に出力する。モニタ信号を受けた制御回路では、モータへの実際の通電状態に基づいてモータへの通電量が過多とらないようにする制御信号を生成することが可能である。そのような制御信号がモータ駆動回路に出力されることによって、モータ及びモータ駆動回路は発熱を抑制されて故障し難くなる。
【０００６】
請求項３に記載の発明によると、モータに通電するための通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が閾値を超えたときモニタ手段はモニタ信号を出力手段から出力させる。このモニタ信号を受けた制御回路から例えばモータへの通電を抑制する制御信号がモータ駆動回路に出力されることで、過多な通電による故障からモータ及びモータ駆動回路を確実に護ることができる。
【０００７】
請求項４に記載の発明によると、モータに通電するための通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が閾値を超えたときモニタ手段はモータへの通電を自己制御により停止する。そのため、制御回路の制御によることなく即座に、モータ及びモータ駆動回路を過多な通電による故障から護ることができる。
【０００８】
請求項５に記載の発明によると、モータに通電するための通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が設定時間以上、閾値を超えた場合にモニタ手段はモニタ信号を出力手段から出力させる。このモニタ信号を受けた制御回路から例えばモータへの通電を抑制する制御信号がモータ駆動回路に出力されることで、モータ及びモータ駆動回路を過多な通電による故障から護ることができる。しかも、通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が偶発的且つ瞬間的に閾値を超えた場合には、モニタ信号が制御回路に出力されなくなる。これにより制御回路は、モータ及びモータ駆動回路の故障を招く通電状態を正確に検知可能となる。
【０００９】
請求項６に記載の発明によると、モータに通電するための通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が設定時間以上、閾値を超えた場合にモニタ手段はモータへの通電を自己制御により停止する。そのため、制御回路の制御によることなくモータ及びモータ駆動回路を過多な通電による故障から護ることができる。しかも、通電経路を流れる電流の強さ又は通電経路上の二点間の電位差が偶発的且つ瞬間的に閾値を超えただけにも拘わらずモータへの通電が停止する事態を回避できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態によるモータ駆動装置を備えたバルブ開閉制御装置を図２〜図４に示す。バルブ開閉制御装置１０は、エンジンのクランクシャフトの駆動トルクをエンジンのカムシャフト１１に伝達する伝達系に設けられる。バルブ開閉制御装置１０は、モータ駆動装置１００により駆動制御されたモータ１２の回転トルクを利用して、エンジンの吸、排気バルブのバルブタイミングを調整し、吸、排気バルブの開閉を制御する。
【００１１】
図２及び図３に示すようにバルブ開閉制御装置１０のモータ１２は、回転軸１４、軸受１６、回転角センサ１８、ステータ２０等から構成される三相モータである。
回転軸１４は、二つの軸受１６により軸方向の二箇所を支持されて軸線Ｏ周りに回転可能である。回転軸１４は、軸本体から径方向外側に突出する円形板状のロータ部１５を形成しており、ロータ部１５の外周壁に複数の磁石１５ａが埋設されている。回転角センサ１８はロータ部１５の近傍に配設され、各磁石１５ａの形成磁界の強さを感知することにより回転軸１４の回転角度を検出する。回転角センサ１８の出力端子はモータ駆動装置１００の制御回路１３０に接続されており、回転角度の検出結果を表す信号を制御回路１３０に出力する。
【００１２】
ステータ２０は回転軸１４の外周側に配設されている。ステータ２０の複数のコア２１は回転軸１４の軸線Ｏ周りに等間隔に並んでいる。各コア２１に巻線２２が一つずつ巻回しされている。図１に示すように、本実施形態の巻線２２は三つを一組としてスター結線されており、同一の組をなす三つの巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの各非結線端は端子２３ｕ，２３ｖ，２３ｗを通じてモータ駆動装置１００の駆動回路１１０に接続される。モータ駆動装置１００の制御に従って各巻線２２（２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ）は、図３の時計方向又は反時計方向の回転磁界を回転軸１４の外周側に形成する。図３の時計方向の回転磁界が形成されるときには、ロータ部１５の各磁石が順に吸引力と反発力とを受け、図３の時計方向の回転トルクが回転軸１４に付与される。同様に、図３の反時計方向の回転磁界が形成されるときには、図３の反時計方向の回転トルクが回転軸１４に付与される。
【００１３】
図２及び図４に示すようにバルブ開閉制御装置１０の位相変化機構３０は、スプロケット３２、リングギア３３、偏心軸３４、遊星歯車３５、出力軸３６等から構成されている。
スプロケット３２は出力軸３６の外周側に同軸上に配設されており、出力軸３６に対して回転軸１４と同じ軸線Ｏ周りに相対回転可能である。クランクシャフトの駆動トルクがチェーンベルトを通じてスプロケット３２に入力されるとき、スプロケット３２はクランクシャフトに対する回転位相を保ちつつ、軸線Ｏを中心として図４の時計方向に回転する。リングギア３３は内歯車で構成されてスプロケット３２の内周壁に同軸上に固定されており、スプロケット３２と一体に回転する。
【００１４】
偏心軸３４は、回転軸１４に連結固定されることにより軸線Ｏに対し偏心して配設されており、回転軸１４と一体となって偏心軸線Ｐ周りに回転可能である。遊星歯車３５は外歯車で構成されており、複数の歯の一部をリングギア３３の複数の歯の一部に噛み合わせるようにしてリングギア３３の内周側に遊星運動可能に配設されている。偏心軸３４の外周壁に同軸上に支持されている遊星歯車３５は、偏心軸３４に対して偏心軸線Ｐ周りに相対回転可能である。出力軸３６はカムシャフト１１に同軸上にボルト固定されており、回転軸１４と同じ軸線Ｏを中心としてカムシャフト１１と一体に回転する。出力軸３６には、軸線Ｏを中心とする円環板状の係合部３７が形成されている。係合部３７には、軸線Ｏ周りに等間隔に複数の係合孔３８が設けられている。遊星歯車３５には、各係合孔３８と向き合う箇所に係合突起３９が設けられている。複数の係合突起３９は、偏心軸線Ｐ周りに等間隔に配設されている。係合突起３９は出力軸３６側に突出し、対応する係合孔３８に突入している。
【００１５】
偏心軸３４に伝達される回転軸１４の回転トルクが変化しないとき、クランクシャフトの回転に伴い遊星歯車３５は、リングギア３３との噛み合い位置を保ったまま、スプロケット３２、偏心軸３４及び回転軸１４と一体に図４の時計方向に回転する。このとき、係合突起３９が係合孔３８の内周壁を回転方向に押圧するため、出力軸３６はスプロケット３２に対する回転位相を保ったまま図４の時計方向に回転する。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が保たれる。一方、回転軸１４の回転トルクが図４の反時計方向に増大するときには、遊星歯車３５が偏心軸３４及びスプロケット３２に対して図４の時計方向に相対回転する。このとき、係合突起３９が係合孔３８を回転方向に押圧する力が増大するため、出力軸３６はスプロケット３２に対して進角する。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が進角側に変化する。また一方、回転軸１４の回転トルクが図４の時計方向に増大するときには、遊星歯車３５が偏心軸３４及びスプロケット３２に対して図４の反時計方向に相対回転する。このとき、係合突起３９が係合孔３８を反回転方向に押圧するようになるため、出力軸３６はスプロケット３２に対して遅角する。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が遅角側に変化する。
【００１６】
次に、モータ駆動装置１００について詳細に説明する。
モータ駆動装置１００は、駆動回路１１０、制御回路１３０等から構成されている。尚、図２では、駆動回路１１０及び制御回路１３０を模式的にモータ１２の外部に位置するように示しているが、駆動回路１１０及び制御回路１３０の各設置箇所については適宜設定できる。例えば、駆動回路１１０をモータ１２内に設置し、制御回路１３０をモータ１２外に設置するようにしてもよい。また例えば、駆動回路１１０の一部をモータ１２内に設置し、駆動回路１１０の残部及び制御回路１３０をモータ１２外に設置するようにしてもよい。
【００１７】
図１に示すように駆動回路１１０のブリッジ部１１２は、二つのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂが互いに直列に接続されてなる通電経路としてのアームを三列有している。各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗにおいてスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂの相互接続点１１７ｕ，１１７ｖ，１１７ｗには、モータ１２の上記端子２３ｕ，２３ｖ，２３ｗが接続されている。各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗの一端同士は第一接続点１１８において接続されており、その第一接続点１１８に直流電源１２０が接続されている。各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗの他端同士は第二接続点１１９において接続されて接地されている。
【００１８】
各スイッチング素子１１４ａ，１１４ｂは電界効果トランジスタで構成されており、各スイッチング素子１１４ａ，１１４ｂのゲートに制御回路１３０が接続されている。各スイッチング素子１１４ａ，１１４ｂは制御回路１３０から出力される制御信号に従ってオンオフされ、オン状態となるとき第一接続点１１８側から第二接続点１１９側に向かって電流を流す。一アームの相互接続点より第一接続点１１８側のスイッチング素子１１４ａ及び別アームの相互接続点より第二接続点１１９側のスイッチング素子１１４ｂが共にオン状態となるとき、それら二つのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂに直列に繋がる二つの巻線２２に電流が流れる。例えばアーム１１６ｕのスイッチング素子１１４ａとアーム１１６ｖのスイッチング素子１１４ｂがオン状態となるときには、図１に二点鎖線矢印で示す如く巻線２２ｕ，２２ｖが通電される。各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂには、第二接続点１１９側から第一接続点１１８側に向かって電流を流すダイオード１２１が並列に接続されている。
【００１９】
各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗにおいて相互接続点１１７ｕ，１１７ｖ，１１７ｗより第二接続点１１９側のスイッチング素子１１４ｂと第二接続点１１９との間に負荷抵抗素子１２２ｕ，１２２ｖ，１２２ｗが介装されている。駆動回路１１０の検出部１２６は、各負荷抵抗素子１２２ｕ，１２２ｖ，１２２ｗを流れる電流の強さを検出する。これにより検出部１２６は、通電経路たる各アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗを通じた各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗへの通電の状態を監視する。例えば、アーム１１６ｕのスイッチング素子１１４ａとアーム１１６ｖのスイッチング素子１１４ｂがオン状態となるとき、負荷抵抗素子１２２ｖを流れる電流の強さを検出することで、巻線２２ｕ，２２ｖへの通電状態を監視できる。検出部１２６の出力端子部１２８は制御回路１３０に接続されており、上記通電状態の監視結果を表すモニタ信号として電流の検出結果を表す信号を制御回路１３０に出力する。但し、本実施形態の検出部１２６は、検出した電流の強さが所定の閾値を超えたときモニタ信号を出力端子部１２８から出力させる。ここで閾値は、モータ１２、ブリッジ部１１２及び検出部１２６が発熱して故障を起こすときの電流の強さよりも小さく設定される。
【００２０】
制御回路１３０は、例えばマイクロコンピュータ等で構成されている。制御回路１３０は、エンジン回転数、アクセル開度等に基づいてエンジンの作動を制御する。制御回路１３０はさらに、回転角センサ１８の出力信号、検出部１２６の出力信号等に基づいて駆動回路１１０からモータ１２への通電を制御する。
【００２１】
ここで、制御回路１３０による駆動回路１１０の制御方法について図５を参照しつつ説明する。尚、図５では、アーム１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗをそれぞれＡｕ，Ａｖ，Ａｗと略記し、スイッチング素子１１４ａ，１１４ｂをそれぞれＳａ，Ｓｂと略記している。
【００２２】
制御回路１３０は、電圧レベルがハイ（Ｈ）及びロー（Ｌ）の二種類の制御信号を生成する。制御回路１３０は、ハイレベルの制御信号をスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂに出力することでその素子をオン状態にし、ローレベルの制御信号をスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂに出力することでその素子をオフ状態にする。制御回路１３０は、検出部１２６からモニタ信号を受信しないとき、オン状態にする二つのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂを図５に示す如き制御信号の電圧レベルの切換により変化させて、各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗに所定のタイミングで通電する。このとき制御回路１３０は、オン状態にする二つのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂのうち一方１１４ａにハイレベルの制御信号を継続的に出力し、他方１１４ｂにハイレベルの制御信号を断続的に出力するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を実施する。そのため、制御回路１３０がＰＷＭ制御において設定するパルス幅に応じて巻線２２への通電量が変化する。本実施形態では、巻線２２への通電量が増大して検出部１２６の検出電流の強さが閾値を超えると、制御回路１３０がモニタ信号を受信して全てのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂにローレベルの制御信号を出力する。すなわち巻線２２への通電量が過多となる場合には、制御回路１３０の制御により全ての巻線２２への通電が停止される。したがって、要素１２，１１２，１２６が発熱による故障から護られる。
以上、検出部１２６がモニタ手段を構成し、出力端子部１２８が出力手段を構成している。
【００２３】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態によるモータ駆動装置を図６に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第二実施形態において駆動回路１１０は、第一実施形態の構成要素に加えて自己制御部２００を有している。自己制御部２００は、スイッチング素子１１４ａ，１１４ｂのゲートと制御回路１３０との間に介装されている。また、自己制御部２００は検出部１２６に接続されている。
【００２４】
本実施形態において検出部１２６は、制御回路への１３０へのモニタ信号を常時出力端子部１２８から出力させると共に、検出電流の強さが閾値を超えたとき自己制御部２００にモニタ信号を出力する。モニタ信号を受信した制御回路１３０は、第一実施形態と同様な方法により通電する巻線２２を変化させる際、要素１２，１１２，１２６の発熱を抑制する通電を実現するように、モニタ信号が表す実際の通電状態に基づきＰＷＭ制御におけるパルス幅を設定する。自己制御部２００は検出部１２６からモニタ信号を受信しないとき、制御回路１３０から出力される制御信号を当該信号に対応するスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂに出力する。また、自己制御部２００は、異常等に起因する通電量の増大により検出部１２６の検出電流の強さが閾値を超えることに応じてモニタ信号を受信すると、全てのスイッチング素子１１４ａ，１１４ｂにローレベルの信号を制御回路１３０の制御信号とは無関係に出力する。すなわち巻線２２への通電量が過多となる場合には、駆動回路１１０が自己制御により巻線２２への通電を停止する。このような本実施形態では、制御回路１３０のＰＷＭ制御におけるパルス幅設定と駆動回路１１０の自己制御とによって、要素１２，１１２，１２６の発熱による故障を確実に防止できる。
以上、検出部１２６及び自己制御部２００がモニタ手段を構成している。
【００２５】
尚、上述した第一及び第二実施形態では、検出部１２６について、検出電流の強さが閾値を超えたときモニタ信号を制御回路１３０又は自己制御部２００に出力するように構成している。これに対し、検出電流の強さが設定時間以上、閾値を超えた場合にモニタ信号を制御回路１３０又は自己制御部２００に出力するように検出部１２６を構成してもよい。このように一旦閾値を超えた検出電流を設定時間監視する機能を持つ検出部１２６を採用することで、検出電流の強さが偶発的に急上昇して閾値を超えただけにも拘わらず巻線２２への通電が停止される事態を回避できる。
【００２６】
また、上述した第一及び第二実施形態では、各負荷抵抗素子１２２ｕ，１２２ｖ，１２２ｗを流れる電流の強さを検出部１２６により検出し、その検出結果を閾値と比較している。これに対し、各負荷抵抗素子１２２ｕ，１２２ｖ，１２２ｗの両端間の電位差を検出し、その検出結果について、要素１２，１１２，１２６が発熱して故障するときの電位差よりも小さい所定の閾値と比較するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、上述した第一及び第二実施形態では、三相モータを駆動するためのモータ駆動装置１００及びその駆動回路１１０に本発明を適用した例について説明した。これに対し、ＤＣモータ、単相モータ乃至は三相以外の多相モータを駆動するためのモータ駆動装置及びその駆動回路に本発明を適用してもよい。
【００２８】
またさらに、上述した第一及び第二実施形態では、吸、排気バルブのバルブタイミングを調整するバルブ開閉制御装置１０のモータ駆動装置１００及びその駆動回路１１０に本発明を適用した例について説明した。これに対し、吸、排気バルブのバルブリフトを調整するバルブ開閉制御装置のモータ駆動装置及びその駆動回路に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態によるモータ駆動装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態によるバルブ開閉制御装置を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第一及び第二実施形態において制御回路が駆動回路に出力する制御信号を示す模式図である。
【図６】本発明の第二実施形態によるモータ駆動装置を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ バルブ開閉制御装置
１２ モータ
１８ 回転角センサ
２０ ステータ
２１ コア
２２（２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ） 巻線
２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ 端子
３０ 位相変化機構
１００ モータ駆動装置
１１０ 駆動回路（モータ駆動回路）
１１２ ブリッジ部
１１４ａ，１１４ｂ スイッチング素子
１１６ｕ，１１６ｖ，１１６ｗ アーム（通電経路）
１２０ 直流電源
１２２ｕ，１２２ｖ，１２２ｗ 負荷抵抗素子
１２６ 検出部（モニタ手段）
１２８ 出力端子部（出力手段）
１３０ 制御回路
２００ 自己制御部（モニタ手段）

Claims (9)

1. モータの回転トルクを利用して内燃機関のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御装置において、前記内燃機関の制御回路から出力される制御信号に従って前記モータに通電するモータ駆動回路であって、
   前記モータへの通電状態を監視するモニタ手段と、
   前記モニタ手段による監視結果を表すモニタ信号を前記制御回路に出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記モータに通電するための通電経路を備え、
   前記モニタ手段は、前記通電経路を流れる電流の強さ又は前記通電経路上の二点間の電位差を検出し、その検出結果を表す信号を前記モニタ信号として前記出力手段から出力させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記電流の強さ又は前記電位差が閾値を超えたとき前記モニタ手段は前記モニタ信号を前記出力手段から出力させることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記電流の強さ又は前記電位差が閾値を超えたとき前記モニタ手段は前記モータへの通電を自己制御により停止することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
5. 前記電流の強さ又は前記電位差が設定時間以上、閾値を超えた場合に前記モニタ手段は前記モニタ信号を前記出力手段から出力させることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
6. 前記電流の強さ又は前記電位差が設定時間以上、閾値を超えた場合に前記モニタ手段は前記モータへの通電を自己制御により停止することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
7. バルブタイミングを調整する前記バルブ開閉制御装置において用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
8. バルブリフトを調整する前記バルブ開閉制御装置において用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動回路と、
   前記制御信号を出力する制御回路と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。

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