JP2005009480A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの駆動性能を高めつつ構成要素の発熱を抑えるモータ利用型のバルブ開閉制御装置を提供する。
【解決手段】 モータ駆動回路のブリッジ回路１１０は、互いに直列接続された二つのスイッチング素子１１１ａ，ｂ及び対応するスイッチング素子１１１ａ，ｂに並列接続された二つのダイオード１１２ａ，ｂからなるアームを三列有する。各アーム１１３ｕ，ｖ，ｗは電源１２０に並列接続され、各アーム１１３ｕ，ｖ，ｗにおけるスイッチング素子１１１ａ，ｂの相互接続点にモータ巻線２２ｕ，ｖ，ｗが接続される。制御回路は、アーム１１３ｕ，ｖの各スイッチング素子１１１ａ，ｂをオン状態にして巻線２２ｕ，ｖに通電した後、オン状態のスイッチング素子１１１ｂを通電停止素子としてオフ状態にすると共に通電停止素子１１１ｂと同一アーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａをオン状態にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動装置により駆動される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）のバルブ開閉を制御するバルブ開閉制御装置に関する。

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における最大バルブリフト量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バルブ開閉制御装置においてモータは、エンジン搭載可能に小型であることが求められている一方、例えば２０Ａ以上、好ましくは４０Ａ以上の電流供給によって大きな回転トルクを発生することが求められている。そこで、モータ利用型のバルブ開閉制御装置においてモータを駆動するモータ駆動装置としては、図１５に示す如き装置１が用いられている。

ここでモータ駆動装置１は三相モータ用であり、モータを負荷とするブリッジ回路２を備えている。ブリッジ回路２は、互いに直列に接続された二つのスイッチング素子３ａ，３ｂ及び対応するスイッチング素子３ａ，３ｂに並列に接続された二つのダイオード４ａ，４ｂからなるアームを三列有している。各アーム５ｕ，５ｖ，５ｗは互いに並列に電源６に接続されており、各アーム５ｕ，５ｖ，５ｗにおける二つのスイッチング素子３ａ，３ｂの相互接続点７ｕ，７ｖ，７ｗに、スター結線されたモータの巻線８ｕ，８ｖ，８ｗの非結線端がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子３ａ，３ｂのゲートに接続される図示しない制御回路は、各スイッチング素子３ａ，３ｂのオンオフを制御してモータの巻線８ｕ，８ｖ，８ｗに通電する。例えば、図１５（Ａ）に二点鎖線矢印で示すように巻線８ｕ，８ｖに通電するには、巻線８ｕに接続されたアーム５ｕの上段側のスイッチング素子３ａと、巻線８ｖに接続されたアーム５ｖの下段側のスイッチング素子３ｂがオン状態にされる。

実開平４−１０５９０６号公報 特開平１１−３２４６２５号公報

モータ駆動装置１において、例えば図１５（Ａ）に示す如く巻線８ｕ，８ｖに通電するためにオン状態にした二つのスイッチング素子３ａ，３ｂのうち一方のスイッチング素子３ｂをオフ状態にすると、当該スイッチング素子３ｂと同一アーム５ｖの別のスイッチング素子３ａに並列に接続されたダイオード４ａと、オン状態のアーム５ｕのスイッチング素子３ａと、巻線８ｕ，８ｖとを繋ぐ経路に、図１５（Ｂ）に二点鎖線矢印で示す如き環流電流が流れる。環流電流が流れることで、巻線８ｕ，８ｖの非結線端間の残留電圧が減少する。

一般にダイオードの電圧ドロップは０．７Ｖ程度であるため、例えば４０Ａの環流電流がダイオードに流れることで、２８Ｗという大きな熱損失が生じる。モータ利用型バルブ開閉制御装置のモータ駆動装置１では、スイッチング素子３ａ，３ｂのオンオフの切換頻度が高いため、環流電流によるダイオード４ａ，４ｂの発熱が大きくなる。ダイオード４ａ，４ｂの過大な発熱は、スイッチング素子３ａ，３ｂ等、モータ駆動装置１の構成要素の故障を招く。そこで、ダイオード４ａ，４ｂの発熱を抑えるためにスイッチング素子３ａ，３ｂのオンオフの切換頻度を低くすると、モータの駆動性能、ひいてはバルブ開閉の制御性能が低下してしまう。
本発明の目的は、モータの駆動性能を高めつつ構成要素の発熱を抑えるモータ利用型のバルブ開閉制御装置を提供することにある。

請求項１〜８に記載の発明よると、モータ駆動装置は、互いに直列に接続された二つのスイッチング素子及び対応するスイッチング素子に並列に接続された二つのダイオードからなるアームを複数列有するブリッジ回路を備える。このブリッジ回路において各アームは互いに並列に電源に接続され、各アームにおける二つのスイッチング素子の相互接続点にモータの巻線が接続される。スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段は、二列のアームの各一つのスイッチング素子をオン状態にして巻線に通電する。通電後、制御手段は、オン状態にした二つのスイッチング素子の一方である通電停止素子をオフ状態にすると共に通電停止素子と同一アームの別のスイッチング素子をオン状態にする。これにより、環流電流がダイオードではなく、通電停止素子と同一アームの別のスイッチング素子を通して流れることとなる。したがって、抵抗が小さなスイッチング素子を使用して環流電流によるスイッチング素子の発熱を抑えることが可能となるので、スイッチング素子のオンオフの切換頻度を高めることができる。スイッチング素子のオンオフの切換頻度が高められることによって、モータの駆動性能、ひいてはバルブ開閉制御装置のバルブ開閉の制御性能が向上する。

請求項２に記載の発明によると、制御手段は、オン状態の通電停止素子をオフ状態にするよりも遅いタイミングで、通電停止素子と同一アームの別のスイッチング素子をオン状態にする。これにより、通電停止素子に過大な電流が流れて故障することを防止できる。

請求項３に記載の発明によると、制御手段は、二列のアームの各一つのスイッチング素子をオン状態にして巻線に通電した後、通電停止素子として選択したスイッチング素子のオンオフをパルス幅変調方式により制御する。パルス幅変調方式により、選択された通電停止素子のオンオフが繰り返されるが、通電停止素子をオフ状態にする度に通電停止素子と同一アームの別のスイッチング素子に環流電流が流れる。そのため、スイッチング素子の発熱を抑えつつ、モータの回転トルクを可変にできる。

請求項５に記載の発明によると、各アームの一端同士は第一接続点において互いに接続されると共に各アームの他端同士は第二接続点において互いに接続される。そして、各アームは第一接続点に直近のスイッチング素子と第一接続点との間に負荷抵抗素子を有し、検出手段は各アームの負荷抵抗素子を流れる電流を検出する。これにより、ブリッジ回路を流れる環流電流を検出できる。したがって、例えば検出手段による環流電流の検出結果に基づいて構成要素の発熱量を予測することが可能となる。

請求項６に記載の発明によると、第一接続点は第二接続点より高電位であるので、アームの相互接続点が地絡した場合にブリッジ回路を流れる過電流を検出手段により検出できる。したがって、例えば検出手段による過電流の検出に応じてモータへの通電を停止することが可能となる。

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「バルブ開閉制御装置」としてのバルブタイミング調整装置を図２〜図４に示す。第一実施形態のバルブタイミング調整装置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。バルブタイミング調整装置１０は、モータ駆動装置１００により駆動されるモータ１２の回転トルクを利用してエンジンの吸気及び／又は排気バルブの開閉を制御することで、エンジンのバルブタイミングを調整する。

図２及び図３に示すようにバルブタイミング調整装置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ブラシレスモータである。
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。

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５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のブリッジ回路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。

図２及び図４に示すようにバルブタイミング調整装置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。

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。

回転軸１４がスプロケット３２に対して相対回転しないとき、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及び偏心軸３４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、回転トルクの増大等により回転軸１４がスプロケット３２に対して図４の反時計方向に相対回転するときには、遊星運動により遊星歯車３５が偏心軸３４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、回転トルクの増大等により回転軸１４がスプロケット３２に対して図４の時計方向に相対回転するときには、遊星運動により遊星歯車３５が偏心軸３４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。

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、ブリッジ回路１１０、電源１２０及び制御回路１３０等から構成されている。尚、図２では、各要素１１０，１２０，１３０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、各要素１１０，１２０，１３０の設置箇所については適宜設定できる。例えば、ブリッジ回路１１０をモータ１２内に設置し、電源１２０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。

図５に示すようにブリッジ回路１１０は、互いに直列に接続された二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂ及び対応するスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂに並列に接続された二つのダイオード１１２ａ，１１２ｂからなるアームを三列有している。各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗにおいてスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの相互接続点１１４ｕ，１１４ｖ，１１４ｗには、巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗが端子２３ｕ，２３ｖ，２３ｗを介してそれぞれ接続されている。各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗは互いに並列に、直流電源からなる電源１２０に接続されている。具体的には、各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗの一端同士が第一接続点１１６において接続され、その第一接続点１１６に電源１２０の正極が接続されている。また、各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗの他端同士が第二接続点１１７において接続され、その第二接続点１１７に電源１２０の負極が負荷抵抗素子１１８を介して接続されている。これにより、第一接続点１１６が第二接続点１１７より高電位となっている。尚、負荷抵抗素子１１８は、それの流通電流を検出する検出回路（図示しない）に接続されるものであり、第一接続点１１６と電源１２０の正極との間に配設することもできる。また、図６に変形例を示す如く第一接続点１１６を電源１２０の正極に接続すると共に第二接続点１１７を接地するようにしてもよいし、あるいは第二接続点１１７を電源１２０の正極に接続すると共に第一接続点１１６を接地するようにしてもよく、それらいずれの場合においても、負荷抵抗素子１１８を介して第一接続点１１６又は第二接続点１１７を電源１２０と接続又は接地するように構成できる。

各スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂには電界効果トランジスタが使用されており、各スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂ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１１１ａ，１１１ｂは制御回路１３０から入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１１６側から第二接続点１１７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１１６側（即ち上段側）のスイッチング素子１１１ａ及びそれの対角に位置する、別アームの相互接続点より第二接続点１１７側（即ち下段側）のスイッチング素子１１１ｂ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１１１ａ，１１１ｂ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１１３ｕのスイッチング素子１１１ａとアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂがオン状態となるときには、図１（Ａ）に二点鎖線矢印で示す如く巻線２２ｕ，２２ｖが通電される。図５に示すように、各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗにおいてスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂと並列のダイオード１１２ａ，１１２ｂは、第二接続点１１７側から第一接続点１１６側に向かって電流を流すことができる。

制御回路１３０は、例えばマイクロコンピュータ等の電気回路からなる。制御回路１３０は、ブリッジ回路１１０からモータ１２への通電を制御する。尚、本実施形態の制御回路１３０は、モータ１２への通電を制御する機能の他、例えばエンジンの作動を制御する機能を有していてもよい。

ここで、制御回路１３０によるブリッジ回路１１０の制御方法について図７を参照しつつ説明する。尚、図７では、アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗをそれぞれＡｕ，Ａｖ，Ａｗと略記し、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂをそれぞれＳａ，Ｓｂと略記している。

制御回路１３０は、電圧レベルがハイ（Ｈ）とロー（Ｌ）との間で切り換わる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１１１ａ，１１１ｂに入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１１１ａ，１１１ｂに入力することでその素子をオフ状態にする。制御回路１３０は、各スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルを図７に示すように切り換えて、オン状態にする二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂを順次換えていく。これにより、各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗが所定のタイミングで通電され、回転軸１４に回転トルクが付与される。尚、制御信号の電圧レベルの切換が図７の横軸の左側から右側に向かって進行するとき正方向の回転トルクが回転軸１４に付与され、電圧レベルの切換が図７の横軸の右側から左側に向かって進行するとき逆方向の回転トルクが回転軸１４に付与される。

本実施形態の制御回路１３０は、所定巻線２２への通電に際してオン状態にする二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂのうち一方１１１ａに入力する制御信号の電圧レベルを継続してハイレベルとし、他方１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルをハイレベルとローレベルとの間で交互に切り換える。これにより制御回路１３０は、所定巻線２２への通電のために選択した二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂのうち上記他方１１１ｂについてパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によりオンオフを制御することができる。ここで、ＰＷＭ制御対象のスイッチング素子（以下、ＰＷＭ制御対象素子ともいう）１１１ｂをオンオフするタイミング、要するにＰＷＭ制御対象素子１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルを切り換えるタイミングは、モータ１２で実現させたい回転数に基づいて決定される。

さらに制御回路１３０は、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂと同一アームの別のスイッチング素子（以下、同一アーム素子ともいう）１１１ａに入力する制御信号の電圧レベルをハイレベルとローレベルとの間で、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂの場合とは逆順となるように切り換える。このとき制御回路１３０は、図７（Ｂ）に示すように、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルをハイレベルからローレベルに切り換えた後、同一アーム素子１１１ａに入力する制御信号の電圧レベルをローレベルからハイレベルに切り換える。これにより、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂがオン状態からオフ状態に移行するよりも遅いタイミングで、同一アーム素子１１１ａがオフ状態からオン状態に移行する。また同様に制御回路１３０は、図７（Ｂ）に示すように、同一アーム素子１１１ａに入力する制御信号の電圧レベルをハイレベルからローレベルに切り換えた後、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルをローレベルからハイレベルに切り換える。これにより、同一アーム素子１１１ａがオン状態からオフ状態に移行するよりも遅いタイミングで、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂがオフ状態からオン状態に移行する。このように互いに同一アームをなすスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂが同時にオン状態とならないようにすることで、ＰＷＭ制御対象素子１１１ｂに過大な電流が流れて故障する事態を防止できる。本実施形態では、制御信号の電圧レベルの切換によりＰＷＭ制御対象素子として順次選択される各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗのスイッチング素子１１１ｂが「通電停止素子」に相当し、制御回路１３０が「制御手段」に相当する。尚、ＰＷＭ制御対象素子として各アーム１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗのスイッチング素子１１１ａを順次選択することも可能である。

以上説明した制御方法によりブリッジ回路１１０を流れる電流について、巻線２２ｕ，２２ｖに通電する場合を例に採り説明する。まず、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａとＰＷＭ制御対象素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂとがオンされ、同一アーム素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａがオフされるときには、図１（Ａ）に二点鎖線矢印で示すように、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａと巻線２２ｕ，２２ｖとアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂとを繋ぐ経路にＰＷＭ制御電流が流れる。この後、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａがオン状態に保持される一方、ＰＷＭ制御対象素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂがオフされると共に、同一アーム素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａがオンされる。これにより、図１（Ｂ）に二点鎖線矢印で示すように、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａと巻線２２ｕ，２２ｖとアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａとを繋ぐ経路に環流電流が流れる。このとき環流電流は、アーム１１３ｖのダイオード１１２ａを実質的に流れない。

このような第一実施形態によれば、環流電流が所定の二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂを流れるようになるため、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂとして抵抗が比較的小さい素子を使用することでスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱を抑制できる。例えば、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂとして０．００５Ωの素子を使用する場合には、４０Ａの環流電流が生じるときに生じる熱損失が８Ｗとなる。この熱損失は、環流電流がダイオードを流れる上記従来例の場合に比べて十分に小さい数値である。したがって、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂのオンオフの切換頻度を高めても、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱によってモータ駆動装置１００の故障が生じ難くなる。これにより、高精度なＰＷＭ制御を実現してモータ１２の回転トルクを自在に変化させることができるので、バルブタイミング調整装置１０によるバルブタイミングの調整性能が向上する。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態は、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置の変形例であり、そのモータ駆動装置を図８に示す。第二実施形態のモータ駆動装置２００は、駆動回路２１０及び制御回路２２０等から構成されている。
駆動回路２１０は電気回路からなり、第一実施形態のブリッジ回路１１０及び電源１２０と同様な構成のブリッジ部２１２及び電源部２１３と、第一実施形態の制御回路１３０と同様な機能を奏する制御部２１４とを有している。但し、制御部２１４は、それに接続された制御回路２２０から受信する指令信号に基づいて、第一実施形態と同様な制御信号を生成する。マイクロコンピュータ等の電気回路からなる制御回路２２０は、モータ１２において実現させたい回転数にするための信号やモータ１２において実現させたい回転方向を表す信号等を指令信号として生成する機能の他、例えばエンジンの作動を制御する機能を有していてもよい。

このような第二実施形態によれば、第一実施形態と同様な効果が得られる。
以上、第二実施形態では、ブリッジ部２１２が「ブリッジ回路」に相当し、電源部２１３が「電源」に相当し、制御部２１４及び制御回路２２０のうち少なくとも制御部２１４が「制御手段」に相当する。

（第三実施形態）
本発明の第三実施形態による「バルブ開閉制御装置」としてのバルブリフト調整装置の要部を図９〜図１２に示す。第三実施形態のバルブリフト調整装置３００は、モータ駆動装置３７０により駆動されるモータ３２０の回転トルクを利用してエンジンの吸気バルブの開閉を制御することで、当該吸気バルブの最大リフト量を調整する。

具体的にバルブリフト調整装置３００は、制御軸３３０を軸方向に直線駆動するアクチュエータ３１０と、吸気バルブの最大リフト量を制御軸３３０の軸方向位置に基づき調整するリフト調整手段（図示しない）とから構成される。
図９に示すようにアクチュエータ３１０は、モータ３２０、制御軸３３０、伝達部３４０、駆動カム３５０（図１１参照）、角度センサ３６０、モータ駆動装置３７０を備えている。

モータ３２０はＤＣブラシモータであり、巻線が巻回されている回転子３２２と、回転子３２２の外縁を覆っている永久磁石３２４とを有している。モータ３２０において回転子３２２と共に回転する回転軸３２６の端部には、モータギア３２８が一体回転可能に固定されている。

制御軸３３０は、一方側の端部で伝達部３４０の支持枠３４１と結合し、他方側でリフト調整手段と結合している。制御軸３３０の軸方向は、モータ３２０の回転軸３２６と直交する方向に設定されている。図１０及び図１１に示すように、制御軸３３０の一方の端部である結合部３３２は、制御軸３３０と直交する方向で支持枠３４１の結合部３４２と重なり嵌合している。結合部３３２，３４２はクリップ３４６によって相互の離脱を防止されている。

伝達部３４０は、箱形の支持枠３４１と、制御軸３３０とは反対側で支持枠３４１に正逆転自在に支持されているローラ３４４とを有している。
駆動カム３５０のカム軸３５２は、モータ３２０の回転軸３２６と平行となるようにして支持枠３４１の内側に正逆転自在に挿入されている。駆動カム３５０の外周面には、ローラ３４４に摺接するカム面３５３が形成されている。図９に示すようにカム軸３５２の両端には、それぞれカムギア３５４，３５６が一体回転可能に固定されている。モータギア３２８とカムギア３５４とは互いに噛み合うことで減速手段を構成している。カムギア３５４の回転角度範囲は、当該ギアに設けられた二つの突起（図示しない）がそれぞれ係止部材３５８，３５９に係止されることにより制限される。

角度センサ３６０は、カムギア３５６と噛み合うセンサギア３６２を有している。角度センサ３６０は、センサギア３６２と共に回転するセンサ回転部材（図示しない）の回転角度をホール素子等により検出する。角度センサ３６０はモータ駆動装置３７０に接続されており、回転角度の検出信号をモータ駆動装置３７０へと送信する。

モータ駆動装置３７０は、制御回路３７２及び駆動回路３８０等から構成されている。制御回路３７２は、角度センサ３６０の検出信号を始め、エンジン回転数、アクセル開度等の各種の検出信号を受信し、受信した検出信号に基づいて指令信号を生成する。また、制御回路３７２は、指令信号を生成する機能の他、例えばエンジンの作動を制御する機能を有していてもよい。駆動回路３８０は、制御回路３７２の生成した指令信号を受信し、受信した指令信号に基づいてモータ３２０を通電駆動する。

次に、バルブリフト調整装置３００の作動について説明する。駆動回路３８０からの通電によりモータ３２０が回転すると、モータギア３２８、カムギア３５４を通じてモータ３２０の回転トルクが駆動カム３５０に伝達される。駆動カム３５０がローラ３４４と摺接しつつ回転すると、ローラ３４４を支持する支持枠３４１が制御軸３３０と共に当該制御軸３３０の軸方向へ往復直線移動する。このときリフト調整手段は、駆動カム３５０のカム面３５３のカムプロフィールに従って移動する制御軸３３０の軸方向位置に応じて吸気バルブの最大リフト量を調整する。
モータ３２０が停止すると、リフト調整手段から受ける付勢力により制御軸３３０は、吸気バルブのエンジン始動時のリフト量に対応する位置に保持される。

次に、モータ駆動装置３７０について詳細に説明する。
図１２に示すモータ駆動装置３７０の制御回路３７２は、例えばマイクロコンピュータ等の電気回路からなる。制御回路３７２は、モータ３２０において実現させたい回転数にするための信号やモータ３２０において実現させたい回転方向を表す信号等を、指令信号として生成する。

モータ駆動装置３７０の駆動回路３８０は電気回路からなり、ブリッジ部３８２、電源部３８３、検出部３８４及び制御部３８５を有している。ブリッジ部３８２は、第一実施形態のブリッジ回路１１０からアーム１１３ｗを省いた回路、即ち二列のアーム１１３ｕ，１１３ｖを有するＨブリッジ回路である。ブリッジ部３８２において第一接続点１１６は直流電源からなる電源部３８３の正極に接続され、第二接続点１１７は接地されているが、第一実施形態のブリッジ回路１１０のように第一及び第二接続点１１６，１１７をそれぞれ電源部３８３の正極及び負極に接続するようにしてもよい。さらに本実施形態のブリッジ部３８２では、各アーム１１３ｕ，１１３ｖにおいて第一接続点１１６に直近のスイッチング素子１１１ａと第一接続点１１６との間に負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖが配設されている。検出部３８４は各負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖの両端に接続されており、各負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖを流れる電流を検出する。この検出部３８４は制御回路３７２に接続されており、各負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖの流通電流の検出結果を表すモニタ信号を制御回路３７２へと送信する。以上、第三実施形態では、ブリッジ部３８２が「ブリッジ回路」に相当し、電源部３８３が「電源」に相当し、検出部３８４が「検出手段」に相当する。

制御部３８５は各スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂのゲートに接続されており、各スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂをオンオフする制御信号を生成する。本実施形態の制御部３８５では、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａ及びそれの対角に位置するアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂにハイレベルの制御信号を入力することで、それら素子１１１ａ，１１１ｂをオン状態にして回転軸３２６に正方向の回転トルクを付与する。また、制御部３８５では、アーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａ及びそれの対角に位置するアーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ｂにハイレベルの制御信号を入力することで、それら素子１１１ａ，１１１ｂをオン状態にして回転軸３２６に逆方向の回転トルクを付与する。制御回路３７２に接続されている制御部３８５は、回転軸３２６に正方向及び逆方向のいずれの回転トルクを付与するかについて、制御回路３７２から受信する指令信号に基づき決定する。

回転軸３２６に正方向及び逆方向のいずれの回転トルクを付与する場合でも制御部３８５は、オン状態にする二つのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂに入力する制御信号について、第一実施形態の制御回路１３０と同様に電圧レベルを切り換える。但し、ＰＷＭ制御対象素子となるスイッチング素子１１１ｂに入力する制御信号の電圧レベルを切り換えるタイミングは、制御回路３７２から受信する指令信号に基づいて決定される。またさらに制御部３８５は、回転軸３２６に正方向及び逆方向のいずれの回転トルクを付与する場合でも、ＰＷＭ制御対象素子となるスイッチング素子１１１ｂと同一アームのスイッチング素子１１１ａに入力する制御信号について、第一実施形態の制御回路１３０と同様に電圧レベルを切り換える。したがって第三実施形態では、各アーム１１３ｕ，１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂが「通電停止素子」に相当し、制御部３８５及び制御回路３７２のうち少なくとも制御部３８５が「制御手段」に相当する。

ここで、ブリッジ部３８２を流れる電流について、回転軸３２６を正方向に回転させる場合を例に採り説明する。まず、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａ及びＰＷＭ制御対象素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂがオンされ、同一アーム素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａがオフされるときには、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａとモータ３２０の巻線とアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂとを繋ぐ経路にＰＷＭ制御電流が流れる。この後、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａ及び同一アーム素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａがオンされ、ＰＷＭ制御対象素子であるアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ｂがオフされると、アーム１１３ｕのスイッチング素子１１１ａとモータ３２０の巻線とアーム１１３ｖのスイッチング素子１１１ａとを繋ぐ経路に環流電流が流れる。この環流電流はアーム１１３ｖのダイオード１１２ａを実質的に流れないため、抵抗が比較的小さい素子をスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂを使用することで当該スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱を抑制できる。また、環流電流は各アーム１１３ｖ，１１３ｕの負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖを流れるので、検出部３８４により検出できる。したがって、制御回路３７２は、環流電流の検出結果を表すモニタ信号を受信したときに環流電流によるスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱量を予測して、例えば発熱量を抑えるように指令信号を生成することができる。

このような第三実施形態によれば、スイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱によってモータ駆動装置３７０の故障が生じ難くなるため、高精度なＰＷＭ制御の実現によってモータ３２０の回転トルクを自在に変化させることができる。したがって、バルブリフト調整装置３００による吸気バルブの最大リフト量の調整性能が向上する。

さらに第三実施形態によると、アーム１１３ｖ，１１３ｕのスイッチング素子１１１ａ，１１１ａがオンされているときに、アーム１１３ｖ，１１３ｕの相互接続点１１４ｕ，１１４ｖが地絡すると、アーム１１３ｖ，１１３ｕのスイッチング素子１１１ａに過電流が流れる。しかし、アーム１１３ｖ，１１３ｕにおいて第二接続点１１７より高電位の第一接続点１１６と当該第一接続点１１６との間に負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖが配設されているので、そのような過電流を検出部３８４により検出することができる。したがって、制御回路３７２は、過電流の検出結果を表すモニタ信号を受信したときに、例えばモータ３２０への通電を停止するように指令信号を生成してスイッチング素子１１１ａの発熱、ひいては故障を回避することができる。

（第四実施形態）
本発明の第四実施形態は、第三実施形態によるバルブリフト調整装置の変形例であり、そのモータ駆動装置を図１３に示す。第四実施形態によるモータ駆動装置４００の駆動回路４１０のブリッジ部４１１は、第三実施形態のブリッジ部３８２において第一接続点１１６よりも第二接続点１１７が高電位とされたＨブリッジ回路である。即ち駆動回路４１０において、ブリッジ部４１１の第一接続点１１６は接地され、ブリッジ部４１１の第二接続点１１７は電源部４１２の正極に接続されている。但し、本実施形態のダイオード１１２ａ，１１２ｂは、第一接続点１１６側から第二接続点１１７側に向かって電流を流すことができるように配設される。駆動回路４１０の検出部４１３は各負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖの高電位側端に接続されると共に、接地されている。これにより検出部４１３は、第一接続点１１６を通じて低電位側が接地されている各負荷抵抗素子３９０ｕ，３９０ｖの流通電流を検出できる。

このような第四実施形態では、第三実施形態と同様に各アーム１１３ｕ，１１３ｖのスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂをオンオフ制御する。したがって、第三実施形態と同様な原理によってスイッチング素子１１１ａ，１１１ｂの発熱が抑制され、モータ駆動装置４００の故障が生じ難くなるので、吸気バルブの最大リフト量の調整性能が向上する。
以上、第四実施形態では、ブリッジ部４１１が「ブリッジ回路」に相当し、電源部４１２が「電源」に相当し、検出部４１３が「検出手段」に相当する。

以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
例えば第一〜第四実施形態では、スイッチング素子として電界効果トランジスタを使用したが、バイポーラトランジスタ等をスイッチング素子として使用してもよい。

また、第一及び第二実施形態では、三相モータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用した例について説明した。これに対し、三相以外の多相モータ又はＤＣブラシモータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用してもよい。尚、多相モータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用する場合には、モータの相数に応じた列数のアームを有するようにモータ駆動装置のブリッジ回路（ブリッジ部）を構成し、第一実施形態に準じて各アームのスイッチング素子をオンオフ制御する。ＤＣブラシモータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用する場合には、図１４に示す第一実施形態の変形例の如く、二列のアームを有するようにモータ駆動装置のブリッジ回路（ブリッジ部）を構成し、第三実施形態と同様に各アームのスイッチング素子をオンオフ制御する。あるいは、ＤＣブラシモータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用する場合には、モータ駆動装置を第三又は第四実施形態と同様な構成とすることもできる。

さらに、第三及び第四実施形態では、ＤＣモータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブリフト調整装置に本発明を適用した例について説明した。これに対し、多相モータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブタイミング調整装置に本発明を適用してもよい。尚、多相モータを駆動するモータ駆動装置を備えたバルブリフト調整装置に本発明を適用する場合には、モータの相数に応じた列数のアームを有するようにモータ駆動装置のブリッジ回路（ブリッジ部）を構成し、第一実施形態に準じて各アームのスイッチング素子をオンオフ制御する。

またさらに、第三及び第四実施形態では、各アームを互いに接続している第一接続点とそれに直近のスイッチング素子との間に負荷抵抗素子を設けた。これに対し、第一実施形態で説明したように、各アームを互いに接続している第一接続点又は第二接続点が負荷抵抗素子を介して電源部に接続されるように第三及び第四実施形態を変形してもよいし、第一接続点又は第二接続点が負荷抵抗素子を介して接地されるように第三及び第四実施形態を変形してもよい。
加えて、上述の第三及び第四実施形態では、吸気バルブの最大リフト量を調整するバルブリフト調整装置に本発明を適用した例について説明した。これに対し、排気バルブの最大リフト量を調整するバルブリフト調整装置に本発明を適用してもよい。

本発明の第一実施形態によるモータ駆動装置の作動を説明するための模式図である。 本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を模式的に示す断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 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。 本発明の第一実施形態によるモータ駆動装置の変形例を模式的に示すブロック図である。 本発明の第一実施形態において制御回路がブリッジ回路に入力する制御信号を示す模式図（Ａ）及び（Ａ）の要部の拡大図（Ｂ）である。 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。 本発明の第三実施形態によるバルブリフト調整装置の要部を示す部分断面斜視図である。 本発明の第三実施形態によるアクチュエータの要部を示す斜視図である。 本発明の第三実施形態によるアクチュエータの要部を示す側面図である。 本発明の第三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。 本発明の第四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。 本発明の第一実施形態によるモータ駆動装置の変形例を模式的に示すブロック図である。 従来のモータ駆動装置の作動を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ バルブタイミング調整装置（バルブ開閉制御装置）、１２，３２０ モータ、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、１００，２００，３７０，４００ モータ駆動装置、１１０ ブリッジ回路、１１１ａ，１１１ｂ スイッチング素子、１１２ａ，１１２ｂ ダイオード、１１３ｕ，１１３ｖ，１１３ｗ アーム、１１４ｕ，１１４ｖ，１１４ｗ 相互接続点、１２０ 電源、１３０，２２０，３７２ 制御回路（制御手段）、２１０，３８０，４１０ 駆動回路、２１２，３８２，４１１ ブリッジ部（ブリッジ回路）、２１３，３８３，４１２ 電源部（電源）、２１４，３８５ 制御部（制御手段）、３００ バルブリフト調整装置（バルブ開閉制御装置）、３１０ アクチュエータ、３２２ 回転子、３３０ 制御軸、３８４，４１３ 検出部（検出手段）

Claims (8)

1. モータ駆動装置により駆動されるモータの回転トルクを利用して内燃機関のバルブ開閉を制御するバルブ開閉制御装置であって、
   前記モータ駆動装置は、
   電源と、
   互いに直列に接続された二つのスイッチング素子及び対応する前記スイッチング素子に並列に接続された二つのダイオードからなるアームを複数列有し、各前記アームが互いに並列に前記電源に接続されると共に、各前記アームにおける二つの前記スイッチング素子の相互接続点に前記モータの巻線が接続されるブリッジ回路と、
   前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、二列の前記アームの各一つの前記スイッチング素子をオン状態にして前記巻線に通電した後、オン状態にした二つの前記スイッチング素子の一方である通電停止素子をオフ状態にすると共に前記通電停止素子と同一アームの別の前記スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とするバルブ開閉制御装置。
2. 前記制御手段は、オン状態の前記通電停止素子をオフ状態にするよりも遅いタイミングで、前記通電停止素子と同一アームの別の前記スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする請求項１に記載のバルブ開閉制御装置。
3. 前記制御手段は、二列の前記アームの各一つの前記スイッチング素子をオン状態にして前記巻線に通電した後、前記通電停止素子として選択した前記スイッチング素子のオンオフをパルス幅変調方式により制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ開閉制御装置。
4. 前記スイッチング素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ開閉制御装置。
5. 前記モータ駆動装置は、
   各前記アームの一端同士が第一接続点において互いに接続されると共に各前記アームの他端同士が第二接続点において互いに接続され、各前記アームが前記第一接続点に直近の前記スイッチング素子と前記第一接続点との間に負荷抵抗素子を有する前記ブリッジ回路と、
   各前記アームの前記負荷抵抗素子を流れる電流を検出する検出手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ開閉制御装置。
6. 前記第一接続点は前記第二接続点より高電位であることを特徴とする請求項５に記載のバルブ開閉制御装置。
7. 内燃機関のバルブタイミングを調整す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バルブ開閉制御装置。
8. 内燃機関における最大バルブリフト量を調整す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バルブ開閉制御装置。

Images