JP2023058122A - パルス信号生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ通信において、同期を要する複数の情報を１つの信号線によって送信することが可能にする。【解決手段】パルス信号を生成して外部と通信する制御装置において、次のようにパルス信号を生成する。まず、周期的に発生する所定事象が発生するごとに、前記パルス信号の電圧レベルを第１レベルから第２レベルに切り替える。そして、前記所定事象とともに生じる相互に排他的な複数の状態のそれぞれに対応させて異なる長さで設定された期間のうち現在の状態に対応する期間が経過するまで電圧レベルを前記第２レベルで維持する。そして、当該期間の経過後に電圧レベルを前記第１レベルに戻す。【選択図】図８

Description

本発明は、ＰＷＭ通信において送受信されるパルス信号の生成装置に関する。

車両の内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉タイミングを調整する電動可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構では、モータを駆動することによってクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変化させる。このようなＶＶＴ機構の一例では、モータの回転角信号及び回転方向信号をモータのドライバ（下位コントローラ）から電子制御装置（上位コントローラ）に送信する。そして、電子制御装置においてモータの目標回転速度を演算してドライバにフィードバックし、モータの制御を行う。

特開２０１６－１３６００７号公報

ここで、ＶＶＴ機構のコストを低減させるため、モータ側の下位コントローラの機能を上位コントローラに集中させる機能集中型の構成を採用することがある。この場合、上位コントローラと下位コントローラとの通信は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）通信のような低機能通信とすることが多い。このようなＰＷＭ通信における従来の方法では、回転角信号及び回転方向信号を別々に送信することから、信号線を多く設けることとなる。その結果、これらの信号情報の同期のずれによる制御性の悪化や、コストアップといった問題が発生し得る。また、このような問題は、ＶＶＴ機構のみならず、複数の情報をＰＷＭ通信によって送受信する他の制御機器においても生じ得る。

そこで、本発明の一側面では、ＰＷＭ通信において、同期を要する複数の情報を１つの信号線によって送信することが可能にすることを目的とする。

本発明の一側面は、パルス信号を生成して外部と通信する制御装置であって、周期的に発生する所定事象が発生するごとに、前記パルス信号の電圧レベルを第１レベルから第２レベルに切り替え、前記所定事象とともに生じる相互に排他的な複数の状態のそれぞれに対応させて異なる長さで設定された期間のうち現在の状態に対応する期間が経過するまで電圧レベルを前記第２レベルで維持し、当該期間の経過後に電圧レベルを前記第１レベルに戻すように構成される。

本発明の一側面によれば、同期を要する複数の情報を１つの信号線によって送信することが可能となる。

ＶＶＴ機構の一例を示す縦断面図である。 図１におけるＡ－Ａ断面図である。 図１におけるＢ－Ｂ断面図である。 電動モータの概略構成を示す図である。 ＶＶＴ制御処理に関連する機構の一例を示すブロック図である。 電動モータが正回転しているときのセンサ信号及び回転信号の一例のタイミングチャートである。 電動モータが逆回転しているときのセンサ信号及び回転信号の一例のタイミングチャートである。 ＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。 ＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は本実施形態に係るＶＶＴ機構を示す一部縦断面図、図２は図１のＡ－Ａ線断面図、図３は図１のＢ－Ｂ線断面図である。なお、本実施形態では、ＶＶＴ機構を内燃機関の吸気側に適用したものについて説明をするが、排気側に適用することも可能である。

ＶＶＴ機構１００は、駆動回転体であるタイミングスプロケット１(以下、スプロケット１という)と、シリンダヘッド上に軸受を介して回転自在に支持されたカムシャフト２と、スプロケット１とカムシャフト２との間に配置され、エンジンの駆動状態に応じてスプロケット１とカムシャフト２との相対回転位相を変更する位相変更機構３と、を備えている。

スプロケット１は、鉄系金属によって環状一体に形成されており、円環状のスプロケット本体１ａと、このスプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、外周に巻き回された図外のタイミングチェーンを介してエンジンのクランクシャフトから回転力を受ける歯車部１ｂと、を備えている。
スプロケット本体１ａの前端側には、後述する減速機構１３の一部を構成する円環状の内歯車５が一体に設けられている。この内歯車５は、スプロケット本体１ａに回転軸方向から一体に結合されていると共に、内周に波形状の複数の内歯５ａが形成されている。
スプロケット本体１ａは、その内周面とカムシャフト２の回転軸方向の一端部２ａに固定された従動回転体である従動部材９の外周面との間に滑り軸受機構６が設けられている。この滑り軸受機構６は、従動部材９の外周でスプロケット１を相対回転可能に軸受けしている。

さらに、スプロケット本体１ａの内歯車５と軸方向で反対側の後端面には、円環状に形成された保持プレート８が固定されている。保持プレート８は、中央に中央孔８ａが貫通形成されて、この中央孔８ａ側の内周部８ｂが滑り軸受機構６の軸受凹部１０のカムシャフト２側の一端開口を覆うように配置されている。
また、保持プレート８は、中央孔８ａの内周縁の所定位置に、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部８ｃが一体に設けられている。このストッパ凸部８ｃは、ほぼ逆台形状に形成されて、先端面がアダプタ４のストッパ凹溝４ｂの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。

アダプタ４は、外径が保持プレート８の中央孔８ａの内径よりも僅かに小さい円盤状に形成されて、中央孔８ａに嵌合している。また、アダプタ４は、中央に従動部材９の円筒部９ｂが挿入される挿入孔４ａが貫通形成されていると共に、外周面の所定位置にストッパ凹溝４ｂが設けられている。このストッパ凹溝４ｂは、アダプタ４の外周に沿って所定範囲の円弧状に形成されており、これによって、スプロケット１に対する従動部材９（カムシャフト２）の最大進角側、あるいは最大遅角側の相対回転位置を機械的に規制するようになっている。

また、スプロケット１の内歯車５側の前端面には、プレート部材であるフロントプレート１５が設けられている。このフロントプレート１５は、偏心軸２１が挿入配置される挿入孔１５ａが貫通形成されている。なお、内歯車５を含むスプロケット本体１ａ、フロントプレート１５及び保持プレート８は、ボルト７によって固定されている。

カムシャフト２は、外周に図外の吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有している。また、カムシャフト２は、一端部２ａの先端面から内部軸心方向に沿って形成された挿入孔２ｂを有している。この挿入孔２ｂには、カムボルト１４が締結される。
従動部材９は、中央位置にカムボルト１４が挿入されるボルト挿入孔９ａが貫通形成されており、カムボルト１４によってカムシャフト２に軸方向から締結固定されている。また、このボルト挿入孔９ａの孔縁には、カムシャフト２方向へ突出した円筒部９ｂが一体に設けられている。また、従動部材９は、外周面に滑り軸受機構６の一部を構成するジャーナル部１１が一体に設けられている。

滑り軸受機構６は、前述のように、スプロケット本体１ａの内周面に形成された円環状の軸受凹部１０と、従動部材９の外周面に設けられ、軸受凹部１０の内部に配置されたジャーナル部１１と、を有している。ジャーナル部１１は、環状の外周面が軸受凹部１０の滑り軸受面１０ａ全体に摺動可能になっている。

位相変更機構３は、従動部材９の前端側に配置された電動モータ１２と、この電動モータ１２からオルダム継手を介して伝達された回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する減速機構１３と、から主として構成されている。

電動モータ１２は、３相のブラシレスモータであって、チェーンケースに固定される有底円筒状のモータハウジング１６と、このモータハウジング１６の内周面に固定されたステータ(固定子)１７と、ステータ１７の内周側に配置されたモータ出力軸１８と、当該モータ出力軸１８の外周に固定されたロータ１９と、モータハウジング１６のスプロケット１と反対側に設けられた制御機構２０と、を有している。

モータハウジング１６は、内部にステータ１７などを収容する収容空間が形成されている。また、減速機構１３側の底壁１６ａのほぼ中央にモータ出力軸１８が挿通する貫通孔１６ｂが形成されている。モータハウジング１６と制御機構２０のケーシング４０とは、各ボルト２６によって共締め固定されると共に、図外のチェーンケースに固定される。ステータ１７は、鉄芯１７ａの外周に３相のコイル１７ｂが巻き付けられてモールドされている。

モータ出力軸１８は、回転軸方向の減速機構１３側の一端部１８ａがオイルシール２８を介して貫通孔１６ｂから突出している。一方、モータ出力軸１８の他端部１８ｂは、制御機構２０のケーシング４０に設けられた軸受である第１、第２ボールベアリング４２，４３によって回転可能に支持されている。また、モータ出力軸１８の一端部１８ａには、中間部材２７が設けられている。この中間部材２７は、減速機構１３に接続される継手であるオルダム継手の一部を構成するものであって、モータ出力軸１８の一端部１８ａに固定される。

ロータ１９は、円柱形状に形成され、複数の永久磁石１９ａがそれぞれ固定されている。また、ケーシング４０内の基板収容空間には回路基板４１が固定されている。また、基板収容空間には、回路基板４１と導通して電動モータ１２の駆動を制御するモータ制御装置１２０（図１において図示省略）や、回転角センサをはじめとした電子部品が収容配置されている。モータ制御装置１２０による制御については後で詳述する。

減速機構１３は、電動モータ１２とは軸方向から分離独立して設けられ、各構成部材が保持プレート８とフロントプレート１５との間のスプロケット１の内部に収容配置されている。具体的には、減速機構１３は、スプロケット本体１ａの内部に一部が配置された入力軸である円筒状の偏心軸２１と、当該偏心軸２１の外周に設けられたベアリングであるボールベアリング２２と、当該ボールベアリング２２の外周に設けられ、内歯車５の各内歯５ａ内に転動自在に保持された複数のローラ２３と、従動部材９の外周側に一体に設けられ、複数のローラ２３を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する保持器２４と、から主として構成されている。

偏心軸２１は、カムボルト１４の外周に設けられた軸受であるニードルベアリング２５の外周に配置された偏心軸部２１ａと、当該偏心軸部２１ａの電動モータ１２側に一体に有する円筒状の連結部２１ｂと、を有している。
偏心軸部２１ａは、軸方向の長さがニードルベアリング２５の軸方向の長さよりも長い円筒状に形成されている。また、偏心軸部２１ａは、周方向全体の肉厚が厚薄変化して軸心がカムボルト１４の軸心に対して僅かに偏心している。

連結部２１ｂは、スプロケット本体１ａの内部からフロントプレート１５の挿入孔１５ａを介して電動モータ１２方向へ突出している。この連結部２１ｂは、中間部材２７と共にオルダム継手を構成している。
ニードルベアリング２５は、カムボルト１４の外周面を転動する複数のニードルローラ２５ａと、偏心軸部２１ａの内周面に形成された段差面に固定されて、内周面にニードルローラ２５ａを転動可能に保持する複数の溝部を有する円筒状のシェル２５ｂと、を有している。

ボールベアリング２２は、ニードルベアリング２５の径方向位置で全体がほぼオーバーラップする状態に配置され、内輪２２ａと、外輪２２ｂ、内輪２２ａ及び外輪２２ｂの間に介装されたボール２２ｃと、当該ボール２２ｃを保持するケージ２２ｄと、から構成されている。内輪２２ａは、外輪２２ｂよりも肉厚幅が大きく形成されて偏心軸部２１ａの外周面に圧入固定されている。これに対して、外輪２２ｂは、軸方向で固定されることなくフリーな状態になっている。外輪２２ｂは、外周面に各ローラ２３の外周面が転動可能に当接している。また、外輪２２ｂの外周面と保持器２４の内面との間には、円環状のクリアランスが形成されている。したがって、ボールベアリング２２は、クリアランスを介して全体が偏心軸部２１ａの偏心回転に伴って径方向へ偏心動可能になっている。

保持器２４は、円筒状に形成されて、従動部材９の外周部に一体に設けられている。また、保持器２４は、複数のローラ２３をそれぞれ転動自在に保持するほぼ長方形状の複数のローラ保持孔２４ｂが軸方向に沿って形成されている。また、ローラ保持孔２４ｂは、その全体の数(ローラ２３の数)が内歯車５の内歯５ａの全体の歯数よりも少なくなっており、これによって、所定の減速比を得るようになっている。
各ローラ２３は、ボールベアリング２２の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ内歯車５の内歯５ａに嵌入している。また各ローラ２３は、各ローラ保持孔２４ｂの両側縁によって周方向にガイドされつつ径方向へ揺動運動するようになっている。

以下、本実施形態におけるバルブタイミング制御装置の作用及び効果について説明する。
クランクシャフトの回転駆動に伴ってタイミングチェーンを介してスプロケット１が回転すると、この回転力が内歯車５に伝達される。この内歯車５の回転力が、各ローラ２３から保持器２４及び従動部材９を経由してカムシャフト２に伝達される。これによって、カムシャフト２の駆動カムが各吸気弁を開閉作動させる。

このとき、モータ制御装置１２０が電動モータ１２の各コイル１７ｂに通電し、これによってモータ出力軸１８が回転駆動している。モータ出力軸１８がスプロケット１と同じ方向に同じ速度かつ回転しているとき、カムシャフト２のスプロケット１に対する相対回転位相、すなわち、カムシャフト２のクランクシャフトに対する相対回転位相は保持される。

一方、モータ出力軸１８がスプロケット１よりも高速又は低速で回転するとき、若しくは、モータ出力軸１８がスプロケット１に対して逆回転するとき、モータ出力軸１８の回転に伴い偏心軸部２１ａが偏心回転する。そして、各ローラ２３がモータ出力軸１８の１回転ごとに、保持器２４により径方向にガイドされながら、内歯５ａを乗り越えて隣接する他の内歯５ａに転動しながら移動する。そして、各ローラ２３が、これを順次繰り返しながら円周方向へと転接し、モータ出力軸１８の回転が、減速されつつ従動部材９に伝達される。これにより、カムシャフト２のクランクシャフトに対する相対回転位相が進角側又は遅角側に変更され、吸気弁の開閉タイミングが変更される。なお、モータ出力軸１８の回転が従動部材９に伝達されるときの減速比は、ローラ２３の個数などによって任意に設定することができる。

図４は、電動モータ１２の一例の概略構成を示す図である。
ステータ１７は、１２個の鉄芯１７ａと、それぞれの鉄芯１７ａに巻き付けられたコイル１７ｂと、を有する。鉄芯１７ａは、相互に３０°の間隔をあけて等間隔で設けられている。コイル１７ｂは、３相のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有する。Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルは、この順序で時計回りに隣接するように鉄芯１７ａに巻き付けられている。すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルはそれぞれ４つずつ配置され、その４つは相互に９０°の間隔をあけて設けられている。これらのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに電流が流れることによって、電流が流されたコイルから磁束が発せられる。

ロータ１９は、円柱形状の鉄芯に埋め込まれた８つの永久磁石１９ａを有する。永久磁石１９ａは、ロータ１９の軸回りにおいてＮ極とＳ極とが隣接するように相互に４５°の間隔をあけて配置されている。すなわち、永久磁石１９ａによって発生され、コイル１７ｂとの間で作用する磁束は、ロータ１９が９０°回転する毎に周期的に変化する。
また、電動モータ１２には、永久磁石１９ａに対向する位置に回転角センサとして３つのホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗが配置されている。これらのホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗのホール素子は、相互に１２０°の間隔をあけて等間隔で設けられている。

コイル１７ｂに電流が流されると、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから発せされる磁束がロータ１９の永久磁石１９ａに作用することによって、ロータ１９に回転トルクが発生する。これによりロータ１９に固定されたモータ出力軸１８が回転する。ロータ１９が回転すると、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗが永久磁石１９ａにより発せられる磁界の変化を検出し、センサ信号を出力する。当該センサ信号を用いた電動モータ１２の駆動制御について、後で詳述する。

図５は、本実施形態に係るＶＶＴ機構１００の制御処理に関連する機構の一例を示すブロック図である。
エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１１０は、車両に搭載されたエンジン（例えば直列４気筒のガソリンエンジン）２００の制御を行う。ＥＣＭ１１０は、マイクロコンピュータ（図示せず）を内蔵しており、ＶＶＴ機構１００の制御に関連する構成要素として、目標回転速度演算部１１１及び回転角演算部１１２を備える。

目標回転速度演算部１１１は、エンジン２００に設けられたカム角センサ２０１及びクランク角センサ２０２によってそれぞれ検出されたカムシャフト２及びクランクシャフトの回転角情報を受信する。また、目標回転速度演算部１１１は、エンジン回転速度をはじめ、各気筒の吸気流量やアクセル開度等、トルクと関連する情報を各種センサから取得する。さらに、目標回転速度演算部１１１は、後述する回転角演算部１１２から、電動モータ１２の現在の回転角情報及び回転方向情報を取得する。そして、目標回転速度演算部１１１は、これらの情報に基づいてＶＶＴ機構１００において目標とする相対回転位相を演算するとともに、当該相対回転位相にするための電動モータ１２の目標回転速度及び目標回転方向を演算する。そして、目標回転速度演算部１１１は、これらの目標回転速度及び目標回転方向の情報をモータ制御装置１２０に送信する。

回転角演算部１１２は、後述するモータ制御装置１２０の回転信号生成部１２２から、電動モータ１２の現在の回転角と回転方向の両方の情報を含んだパルス信号である回転信号を受信する。回転角演算部１１２は、当該回転情報のパルス信号に基づいて、電動モータ１２の現在の回転角及び回転方向を演算する。当該演算方法については、後で詳述する。そして、回転角演算部１１２は、演算した電動モータ１２の現在の回転角及び回転方向を目標回転速度演算部１１１に通知する。

電動モータ１２は、ステータ１７及びロータ１９（図５ではモータ本体１２ａとして図示している）と、ロータ１９の回転を制御するモータ制御装置１２０と、を有する。電動モータ１２には、前述したように、回転角センサとしてホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗが設けられている。
モータ制御装置１２０は、マイクロコンピュータ（図示せず）を内蔵したドライバであり、ＥＣＭ１１０から受信する電動モータ１２の目標回転速度情報及び目標回転方向情報に基づいてロータ１９の回転を制御する。そして、ロータ１９の現在の回転角情報及び回転方向情報をＥＣＭ１１０に対して送信する。このとき、ＥＣＭ１１０とモータ制御装置１２０とは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）通信を行う。

モータ制御装置１２０は、回転制御部１２１及び回転信号生成部１２２を有する。
回転制御部１２１は、ＥＣＭ１１０から受信する信号に含まれる目標回転速度及び目標回転方向と、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗからの検出信号に基づいた現在のロータ１９の回転角及び回転方向に基づいて、電動モータ１２の回転トルクの増減値を演算する。回転制御部１２１は、インバータ回路１２３を介し、コイル１７ｂのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルにそれぞれ電気的に接続されている。回転制御部１２１は、演算した回転トルクの増減値に基づき、インバータ回路１２３が備えるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのスイッチング素子のオンとオフを制御することによってＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルへの通電を制御し、これによりロータ１９の回転制御を行う。

回転信号生成部１２２は、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗから出力される検知信号に基づいて、ロータ１９の回転角と回転方向の両方の情報を含んだパルス信号である回転信号を生成し、ＥＣＭ１１０に対して出力する。

以下、回転信号生成部１２２における処理について詳細に説明する。図６及び図７は、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗにおいて検知された磁界に基づいて生成されたＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号と、回転信号生成部１２２によって生成される回転信号との一例を示すタイミングチャートである。ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗでは、ホール素子において磁界が検知されることにより出力された電圧に基づき、二値化処理を経てＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のパルス信号を生成する。

ここで、前述したように、本実施形態の電動モータ１２では、８つの永久磁石１９ａが、ロータ１９の軸回りにおいてＮ極とＳ極とが隣接するように相互に４５°の間隔をあけて配置されている。これにより、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗによって生成されるＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のそれぞれは、ロータ１９が電気角で１８０°回転すると、電圧レベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル、若しくは、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる。

一方で、前述したように、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗはロータ１９の軸周りにおいて１２０°の間隔で設置されている。これにより、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗにおいて検出される永久磁石１９ａの磁界は、相互に電気角で１２０°ずれる。そして、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗから出力される検知信号の位相も、相互に電気角で１２０°ずれる。したがって、ロータ１９の回転角が電気角で６０°進むごとに、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗにおいて生成されるＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のうちのいずれか１つの電圧レベルが切り替わる。これらのＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のうちのいずれか１つの電圧レベルの変化、すなわちこれらのセンサ信号のパルスのエッジを検出することで、ロータ１９が電気角で６０°回転したことを検出することができる。なお、このようにロータ１９が電気角で６０°回転することが、所定事象が周期的に発生することの一例である。

また、回転信号生成部１２２は、前述したＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の電圧レベルの切り替わりに基づいて、ロータ１９の回転方向を検出する。図６に示すセンサ信号は、ロータ１９が正回転をしている際のセンサ信号の一例のタイミングチャートを示している。この例では、時間がＴ１からＴ７へと経過する際に、Ｕ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の順序で電圧レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わり、エッジが立ち上がっている。回転信号生成部１２２は、Ｕ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のエッジがこの順序で立ち上がるパターンのときに、ロータ１９が正回転していると判別する。一方、図７に示すセンサ信号は、ロータ１９が逆回転をしている際のセンサ信号の一例のタイミングチャートを示している。この例では、時間がＴ１からＴ７へと経過する際に、Ｗ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｕ相センサ信号の順序で電圧レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わり、エッジが立ち上がっている。回転信号生成部１２２は、Ｕ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のエッジがこの順序で立ち上がるパターンのときに、ロータ１９が逆回転していると判別する。なお、このようにロータ１９が正回転又は逆回転することが、所定事象とともに生じる相互に排他的な複数の状態の一例である。

そして、回転信号生成部１２２は、前述のようにして検出したロータ１９の回転角及び回転方向に基づいて、回転角と回転方向の両方の情報を含んだパルス信号である回転信号を生成する。具体的には、回転信号生成部１２２は、図６及び図７に示すように、Ｕ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のいずれか１つのパルス信号のエッジが検出されたときに、回転信号のパルス信号の電圧レベルをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替える。なお、この場合、Ｌｏｗレベルが第１レベルに相当し、Ｈｉｇｈレベルが第２レベルに相当する。

このとき、回転信号生成部１２２は、当該回転信号の１周期におけるＨｉｇｈレベルの期間（パルス幅）を、モータの回転方向に応じて異なる長さとする。モータ制御装置１２０では、マイコンのメモリにおいて、モータの回転方向、すなわち正回転及び逆回転のそれぞれに対応する、異なる長さの期間が予め設定されている。本実施形態では、一例として、正回転に対応する第１期間（ｔ１）として２５０マイクロ秒、逆回転に対応する第２期間（ｔ２）として１２５マイクロ秒が設定されているものとする。回転信号生成部１２２は、ロータ１９が正回転しているときには、図６に示すように、Ｈｉｇｈレベルを維持する期間を、正回転に対応する第１期間（ｔ１）の２５０マイクロ秒とする。そして、回転信号生成部１２２は、当該第１期間が経過した後、電圧レベルをＬｏｗレベルに戻す。さらに、回転信号生成部１２２は、次にいずれかのホールセンサによって出力されるセンサ信号のパルスのエッジが検出されたときに、再び電圧レベルをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替える。回転信号生成部１２２は、この電圧レベルの切り替えの反復によって回転信号のパルス信号を継続して生成する。一方、回転信号生成部１２２は、ロータ１９が逆回転しているときには、図７に示すように、Ｈｉｇｈレベルを維持する期間を、逆回転に対応する第２期間（ｔ２）の１２５マイクロ秒とする。そして、回転信号生成部１２２は、当該第２期間が経過した後、電圧レベルをＬｏｗレベルに戻す。回転信号生成部１２２は、このようにして生成した回転信号を、ＥＣＭ１１０に対して出力する。

一方、ＥＣＭ１１０の回転角演算部１１２は、モータ制御装置１２０から当該回転信号を受信し、そのパルス信号の矩形波における電圧レベルの切り替わりに基づいて、ロータ１９の回転角を演算することができる。また、ＥＣＭ１１０側においても、正回転及び逆回転に対応する期間の長さが予め設定されており、回転角演算部１１２は、当該パルス信号におけるＨｉｇｈレベルの期間の長さに基づいて、電動モータ１２の回転方向が正回転か逆回転かを判別することができる。

次に、前述したＶＶＴ機構１００の制御処理に関連する機構のうち、電動モータ１２の現在の回転角及び回転方向を示す回転信号を生成するモータ制御装置１２０の回転信号生成部１２２において実行される処理について、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップ１０１（図ではＳ１０１と表記している。以下同様）で、回転信号生成部１２２は、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗにおいて生成されるＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のうちのいずれか１つの電圧レベルの切り替わり（エッジ）を検出する。
ステップ１０２で、回転信号生成部１２２は、前述したようなＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の電圧レベルの切り替わりの順序（切り替わりのパターン）に基づいて、電動モータ１２の回転方向を判別する。
ステップ１０３で、回転信号生成部１２２は、ステップ１０２で判別した電動モータ１２の回転方向が正回転か逆回転かのいずれであるかを判定する。回転方向が正回転のときにはステップ１０４に進み、回転方向が逆回転のときにはステップ１０５に進む。

ステップ１０４で、回転信号生成部１２２は、パルス信号における電圧レベルがＨｉｇｈレベルである期間を第１期間（ｔ１）として回転信号を生成し、ＥＣＭ１１０に出力する。具体的には、回転信号生成部１２２は、パルス信号の電圧レベルをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替え、第１期間が経過するまで電圧レベルをＨｉｇｈレベルで維持し、第１期間の経過後に再度電圧レベルをＬｏｗレベルに切り替える。
ステップ１０５で、回転信号生成部１２２は、パルス信号における電圧レベルがＨｉｇｈレベルである期間を第２期間（ｔ２）として回転信号を生成し、ＥＣＭ１１０に出力する。具体的には、回転信号生成部１２２は、パルス信号の電圧レベルをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替え、第２期間が経過するまで電圧レベルをＨｉｇｈレベルで維持し、第２期間の経過後に再度電圧レベルをＬｏｗレベルに切り替える。

回転信号生成部１２２は、これらのステップ１０１～１０５の処理の反復により、ＥＣＭ１１０に対して回転信号を継続して出力する。前述したように、本実施形態の電動モータ１２では、ロータ１９が電気角で６０°回転したときにＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号のうちのいずれか１つの電圧レベルが切り替わる。このため、回転信号生成部１２２が生成する回転信号におけるパルスの１周期は、電動モータ１２が電気角で６０°回転したことを示す。

次に、前述したＶＶＴ機構１００の制御処理に関連する機構のうち、モータ制御装置１２０から電動モータ１２の現在の回転角及び回転方向を示す回転信号を受信するＥＣＭ１１０側の回転角演算部１１２において実行される処理について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ステップ２０１で、回転角演算部１１２は、電動モータ１２の回転信号生成部１２２から、電動モータ１２の現在の回転角及び回転方向を示す回転信号のパルス信号を受信する。
ステップ２０２で、回転角演算部１１２は、受信した回転信号のパルス信号の１周期におけるＨｉｇｈレベルの期間が第１期間であるか第２期間であるかを判定する。Ｈｉｇｈレベルの期間が第１期間であるときにはステップ２０３に進み、Ｈｉｇｈレベルの期間が第２期間であるときにはステップ２０４に進む。

ステップ２０３で、回転角演算部１１２は、電動モータ１２の回転方向が正回転であると判別する。
ステップ２０４で、回転角演算部１１２は、電動モータ１２の回転方向が逆回転であると判別する。
ステップ２０５で、回転角演算部１１２は、回転信号に基づいて、電動モータ１２の現在の回転角を演算する。前述したように、回転信号生成部１２２から受信する回転信号のパルスの１周期は、電動モータ１２が電気角で６０°回転したことを示す。これに基づき、回転角演算部１１２は、電動モータ１２の現在の回転角を演算することが可能である。そして、回転角演算部１１２は、電動モータ１２の現在の回転角と回転方向とを示す情報を、目標回転速度演算部１１１に通知する。

ＥＣＭ１１０の目標回転速度演算部１１１は、回転角演算部１１２から通知された電動モータ１２の現在の回転角と回転方向とを示す情報に基づいて、現在の電動モータ１２の回転速度を演算する。目標回転速度演算部１１１は、単位時間当たりの回転信号の角度の変化を検出することで、電動モータ１２の回転速度を演算することができる。なお、当該回転速度の演算までを回転角演算部１１２側で行ってもよい。目標回転速度演算部１１１は、電動モータ１２の回転速度及び回転方向と、エンジン２００から受信したカム角センサ２０１及びクランク角センサ２０２の回転角情報をはじめとした駆動情報を用いて、電動モータ１２の目標回転速度及び目標回転方向を演算する。そして、目標回転速度演算部１１１は、当該目標回転速度及び目標回転方向を、モータ制御装置１２０の回転制御部１２１に送信する。

［本実施形態による効果、変形例等］
このように、本実施形態によれば、ＶＶＴ機構１００における電動モータ１２の制御において、モータ制御装置１２０が電動モータ１２の回転角及び回転方向をＥＣＭ１１０に送信するときに、次のように回転信号が生成される。すなわち、１周期におけるＨｉｇｈレベルの期間の長さが、電動モータ１２の回転方向（正回転又は逆回転）に応じて異なるようにパルス信号が生成される。これにより、当該パルス信号を受信したＥＣＭ１１０側では、当該パルス信号に基づき、電動モータ１２の回転角とともに、当該パルス信号のＨｉｇｈレベルの期間の長さに基づいて電動モータ１２の回転方向も判別することが可能となる。したがって、電動モータ１２の回転角情報と回転方向情報を、ＰＷＭ通信における１本の信号線によって送信することが可能となる。その結果、複数の信号線で回転角情報と回転方向情報を別々に送信する場合と比較して、それぞれの信号線における通信のずれに起因する両情報の同期のずれを低減させることが可能となる。これにより、ＥＣＭ１１０側における電動モータ１２の回転角の演算や、これを用いた目標回転速度の演算において発生し得る誤差を抑制することが可能となる。また、このように信号線の数を減らすことができることにより、コストダウンを実現することもできる。

なお、図６及び図７に示した回転信号の具体例では、電動モータ１２が正回転しているときに対応する第１期間（ｔ１）が、逆回転しているときに対応する第２期間（ｔ２）よりも短い。しかし、これらの期間は相互に異なる長さであればどのように設定されてもよい。例えば、電動モータ１２が逆回転しているときのＨｉｇｈレベルの期間のほうが正回転しているときのＨｉｇｈレベルの期間よりも長くなるようにパルス信号を生成してもよい。なお、いずれの場合であっても、電動モータ１２が最高回転速度で回転する状態、すなわち、センサ信号の切り替えが最も高い頻度で発生し回転情報のパルス信号の１周期が最も短くなる状態に備え、この状態における１周期の長さよりも第１期間及び第２期間の両方が短くなるように設定しておくことが望ましい。さらに、第１期間及び第２期間は、モータ制御装置１２０やＥＣＭ１１０における回路の応答遅れや信号の検知遅れを考慮しても、ＥＣＭ１１０において確実に電動モータ１２の回転方向の判別が可能となるような期間を設定することが望ましい。

また、本実施形態では、回転信号生成部１２２が、センサ信号のエッジが検出されたときに、回転信号の電圧レベルをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替えているが、逆に、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替えるようにしてもよい。この場合、電動モータ１２の回転方向に対応する期間が経過するまでＬｏｗレベルを維持した後、Ｈｉｇｈレベルに戻し、これを反復して繰り返すこととなる。なお、この場合は、Ｈｉｇｈレベルが第１レベルに相当し、Ｌｏｗレベルが第２レベルに相当する。

また、電動モータ１２が正回転しているときに対応する第１期間及び逆回転しているときに対応する第２期間には、図６及び図７に示した例のような時間の長さ（２５０マイクロ秒、１２５マイクロ秒）の代わりに、それぞれ異なるデューティ比が設定されていてもよい。デューティ比が設定されている場合には、電動モータ１２が最高速度で回転しているときに第１期間又は第２期間がパルス信号の周期よりも長くなってしまうリスクを回避することができる。

また、回転信号生成部１２２は、ホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗのセンサ信号のエッジが検出されたときに回転信号の電圧レベルを切り替えるのではなく、次のように制御してもよい。すなわち、回転信号生成部１２２は、電動モータ１２のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルにおいて通電していない開放相と、通電している相とを検出し、この通電パターンに基づいて電動モータ１２が所定角度回転したことを検出してもよい。そして、当該検出結果に基づいて、回転信号の電圧レベルを切り替えるようにしてもよい。このような制御によれば、電動モータ１２がホールセンサ５０ｕ、５０ｖ、５０ｗを備えていないセンサレスモータである場合においても、同様の回転信号を生成することが可能である。

なお、エンジン２００の停止時に、ＶＶＴ機構１００においてカムシャフトをストッパに押し当てるように電動モータ１２を制御し、遅角側においてストッパにロックさせる制御を行うことができる。この状態においてクランクシャフトが逆回転した場合、電動モータ１２も連動して逆回転することとなる。このとき、ＥＣＭ１１０では、電動モータ１２のモータ制御装置１２０から送信される回転信号に基づいて電動モータ１２の回転方向が変わったことを検知することにより、クランクシャフトが逆回転していることを判別可能となる。本実施形態によれば、モータ制御装置１２０において前述したような回転信号のパルス信号が生成されることにより、回転角情報と回転方向情報との同期のずれが低減され、ＥＣＭ１１０ではより正確なタイミングで電動モータ１２の回転方向の変化を検知することができる。したがって、クランク角センサ２０２に逆転検知機能が搭載されていなくても、エンジン２００の逆回転を高精度で検知することが可能となる。

なお、本実施形態で説明したパルス信号の生成方法は、ＶＶＴ機構における制御装置間の通信に限定して適用されるものではない。このようなパルス信号の生成方法は、所定事象が周期的に発生し、当該所定事象に関連する複数の情報、特に相互に同期していることを要する複数の情報をＰＷＭ通信によって１つの信号線で通信する様々な装置において適用可能である。

さらに、当業者であれば、上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を周知技術に置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。

１００…ＶＶＴ機構、１１０…ＥＣＭ、１１１…目標回転速度演算部、１１２…回転角演算部、１２０…モータ制御装置、１２１…回転制御部、１２２…回転信号生成部、１２…電動モータ、１７…ステータ、１９…ロータ、５０ｖ・５０ｗ・５０ｕ…ホールセンサ

Claims (5)

1. パルス信号を生成して外部と通信する制御装置であって、
   所定事象が周期的に発生するごとに、前記パルス信号の電圧レベルを第１レベルから第２レベルに切り替え、前記所定事象とともに生じる相互に排他的な複数の状態のそれぞれに対応させて異なる長さで設定された期間のうち現在の状態に対応する期間が経過するまで電圧レベルを前記第２レベルで維持し、当該期間の経過後に電圧レベルを前記第１レベルに戻すように構成された、
   制御装置。
2. 前記期間には、前記所定事象が最も高い頻度で発生する場合における発生周期よりも短い期間が設定される、請求項１記載の制御装置。
3. 前記所定事象は電動モータが所定角度回転することであり、前記複数の状態は前記電動モータの回転方向が正回転であるか逆回転であるかであり、前記電動モータが正回転しているときには電圧レベルを前記第２レベルで第１期間維持する一方、前記電動モータが逆回転しているときには電圧レベルを前記第２レベルで前記第１期間とは異なる第２期間維持する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記電動モータはブラシレスモータであり、当該ブラシレスモータに設置された回転角センサによって出力される検知信号の電圧レベルが切り替わったときに前記電動モータが所定角度回転したことを検出して、前記パルス信号の電圧レベルを前記第１レベルから前記第２レベルに切り替える、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記期間には、前記複数の状態のそれぞれに対応する時間の長さ又はデューティ比のいずれかが設定される、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。

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