JP3985305B2

JP3985305B2 - Rotation phase controller

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Publication number: JP3985305B2
Application number: JP27467097A
Authority: JP
Inventors: 勉清水; 泰明長谷川; 恒久奥田; 俊秀西川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11107718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのバルブタイミングの制御等に用いられる回転位相制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、入力部材に対する出力部材の回転位相を制御する装置は、例えばエンジンのバルブタイミングの制御に用いられており、この場合、クランクシャフトにより伝動手段を介して回転が伝達されるカムシャフトにより吸気弁や排気弁が開閉作動されるようになっている動弁機構において、クランクシャフトに連動するカムプーリ等の入力部材と出力部材であるカムシャフトとの間に回転位相制御装置が組み込まれている。
【０００３】
回転位相制御装置の構造は種々知られており、比較的コンパクトで制御性等にすぐれたものとしては、例えば特開平４−２３２３１２号公報に示されるように、カムシャフトとカムプーリとの間に、サンギヤとプラネットキャリヤに支持されプラネットギヤとリングギヤとからなる遊星歯車機構を設け、そのリングギヤにカムプーリを連設するとともに、プラネットキャリヤにカムシャフトを連結し、一方、エンジン本体にステップモータを設置し、遊星歯車機構のサンギヤを上記ステップモータにウォームギヤ等を介して接続した装置が知られている。
【０００４】
この装置では、上記サンギヤが停止されているときに、カムプーリに対してカムシャフトが遊星歯車機構の設計に応じた減速比で回転し、遊星歯車機構の減速比とクランクプーリ、カムプーリ間の減速比とで、カムシャフトがクランクシャフトに対して１／２の回転数で同期回転するとともに、上記サンギヤがステップモータにより駆動されるとカムシャフトの位相が変化するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の装置によると、カムシャフトの端部に遊星歯車機構を組み込む一方、エンジン本体側にステップモータを設置して、これとサンギヤとをウォームギヤ等を介して接続する必要があるため、組付け作業が面倒であるとともに、カムシャフト配設場所の近傍にステップモータ及びウォームギヤ等の設置スペースが必要となる。
【０００６】
また、上記ステップモータに接続されたサンギヤはステップモータの非駆動時に停止し、リングギヤ及びプラネットキャリヤはクランクシャフトの回転に応じて回転して、ステップモータで駆動されるサンギヤと出力部材側のプラネットキャリヤの相対速度がエンジン回転数に応じて変化するため、サンギヤを駆動する位相制御時の駆動トルク等がエンジン回転数（入，出力部材の回転数）に大きく影響される。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑み、遊星歯車機構とその一部の要素に連結される位相変更用駆動手段とを一括に、かつコンパクトに入，出力部材に組み付けることができるとともに、入，出力部材の絶対回転数の変化に関係なく安定した位相制御を行なうことができる回転位相制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、サンギヤとプラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される遊星歯車機構を入，出力部材と同心状に配置し、この遊星歯車機構を介して入力部材と出力部材とを接続し、かつ、位相変更用駆動手段を遊星歯車機構の一部の要素に連結した回転位相制御装置において、
上記位相変更用駆動手段は入，出力部材と同心状に配置されて互いに相対回転する２部材を有し、該２部材のうちの一方を上記サンギヤに連結し、該２部材のうちの他方を上記プラネタリキャリヤ、リングギヤのいずれかに連結するとともに、上記遊星歯車機構の３要素のうちで上記２部材が連結される要素のいずれかに上記入力部材を連結し、上記２部材が連結される要素以外の要素に上記出力部材を連結したものであり、この位相変更用駆動手段として、界磁用のコイルが配列された部材と永久磁石が配列された部材とを同心状に相対回転可能に設けたモータを構成し、駆動時に上記コイルへ通電することにより上記２部材を相対回転させ、駆動停止時に上記永久磁石の磁力により上記２部材の相対回転を阻止するための保持力が与えられるようにし、上記界磁用のコイルに対する通電回路にコイル両端を短絡可能とするスイッチ手段を設け、位相変更用駆動手段の駆動停止時に上記スイッチ手段を短絡状態とすることにより上記２部材の相対回転に対して逆トルクを与えるような誘導起電力が生じるように構成したものである。
【０００９】
この装置によると、位相変更用駆動手段を構成する２部材が遊星歯車機構のうちの２つの要素に連結された状態で、これら遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段が一括に出力部材等に組付けられる。そして、位相変更時以外は入力部材、遊星歯車機構の各要素、位相変更用駆動手段の２部材及び出力部材が全て一体的に回転し、位相変更用駆動手段の２部材が相対回転するように駆動されたときはそれ応じて遊星歯車機構の各要素が相対回転することにより出力部材の位相が変えられる。この場合、上記２部材の相対回転が遊星歯車機構で減速されて出力部材側に伝えられることにより、位相変更に要する位相変更用駆動手段のトルクが低減される。
【００１２】
また、モータの駆動により入力部材に対する出力部材の位相が変更される。また、位相変更時以外はモータの駆動が停止されることにより、永久磁石による保持力で入力部材に対する出力部材の位相が一定に保たれる。
【００１５】
さらに、界磁用のコイルに対する通電回路にコイル両端を短絡可能とするスイッチ手段を設け、位相変更用駆動手段の駆動停止時に上記スイッチ手段を短絡状態とすることにより上記２部材の相対回転に対して逆トルクを与えるような誘導起電力が生じるように構成しているため、永久磁石による保持力を低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の装置の一実施形態を概略的に示す。この図に示す例では、エンジンの動弁機構に組み込まれるバルブタイミング可変装置に適用しており、１はエンジン本体（図示せず）に回転自在に支承されたカムシャフトであって、回転に伴って吸気弁２（または排気弁）を開閉作動するようになっている。カムシャフト１の端部周囲にはカムプーリ３が位置し、カムプーリ３はクランクシャフト４の端部に設けられたクランクプーリ５にタイミングベルト６を介して接続されている。この例ではカムシャフト１が出力部材に相当し、カムプーリ３が入力部材に相当する。
【００２３】
上記カムシャフト１の端部に、遊星歯車機構１０と位相変更用駆動手段としてのモータ２０とが一括に組付けられ、これらにより回転位相制御装置が構成されている。
【００２４】
上記遊星歯車機構１０は、サンギヤ１１と、複数個のプラネタリギヤ１３を支持するプラネタリキャリヤ１２（以下、略してキャリヤ１２と呼ぶ）と、リングギヤ１５との３要素を備え、サンギヤ１１、キャリヤ１２及びリングギヤ１５が同心状に互いに回転可能に配置されている。また、上記モータ２０は、相対回転可能な２部材としてロータ２１とステータ２２とを備えている。
【００２５】
モータ２０の相対回転可能な２部材のうちの一方がサンギヤ１１、他方がキャリヤ１２に連結され、例えばロータ２１がサンギヤ１１、ステータ２２がキャリヤ１２に接続されている。また、遊星歯車機構１０の３要素のうちでモータ２０の２部材が接続される要素のいずれか、例えば上記キャリヤ１２に、入力部材であるカムプーリ３が接続されるとともに、遊星歯車機構１０の３要素のうちでモータ２０の２部材が接続される要素以外の要素であるリングギヤ１５に、出力部材であるカムシャフト１が接続されている。
【００２６】
この回転位相制御装置の具体的構造を、図２〜図４を参照しつつ具体的に説明する。上記カムシャフト１の端部にはねじ付きの軸体８が螺着され、この軸体８の周囲に遊星歯車機構１０及びモータ２０を構成する部材並びにカムプーリ３が組付けられている。上記リングギヤ１５は、比較的大径の円筒状部分１５ａの内周にギヤ１５ｂを有するとともに、この円筒状部分１５ａに連結壁１５ｃを介して連結された筒軸部分１５ｄを中心部に有し、この筒軸部分１５ｄが上記軸体８に外嵌された状態で、上記軸体８及びピン１６によりカムシャフト１に固定されている。
【００２７】
上記筒軸部分１５ｄの周囲にはサンギヤ１１が配置され、その周囲に、キャリヤ１２に支持された３個のプラネタリギヤ１３が、サンギヤ１１及びリングギヤ１５に噛合するように配置されている。また、カムプーリ３は上記キャリヤ１２の外周に一体に連設され、リングギヤ１５の周囲に位置している。
【００２８】
上記モータ２０は、永久磁石２２を配設したロータ２１と、界磁用の３相のステータコイル２４を巻装したステータ２３とからなり、ブラシレスＤＣモータとしての構成を備えている。当実施形態では、ロータ２１とステータ２３とが径方向内外に対向するように配置され、これらロータ２１及びステータ２３に１２極の磁極を構成するように永久磁石２２及びステータコイル２４が配設されている。
【００２９】
上記ロータ２１は遊星歯車機構１０のサンギヤ１１に一体に連設されており、このロータ２１及びサンギヤ１１がベアリング１８を介して上記筒軸部分１５ｄに回転可能に支持されている。一方、上記ステータ２３はキャリヤ１２及びカムプーリ３と一体に形成されている。また、上記ロータ２１の端面部に突起状のストッパー２５が設けられるとともに、上記キャリヤ１２の内周部に所定範囲にわたる円弧上の切欠部２６が設けられ、この切欠部２６に上記ストッパー２５が突入しており、これら切欠部２６及びストッパー２５により、ステータ２３とロータ２１の相対回転可能範囲を規制することによりカムプーリ３とカムシャフト１との相対回転可能範囲を所定回転角に規制するストッパー機構が構成されている。
【００３０】
図２において、２７は上記ステータに連結された内カバー、２８は図外のエンジン本体に固定された外カバー、２９は両カバー２７，２８に設けられたスリップリングであり、このスリップリング２９を介してステータコイル２４への通電が行われるようになっている。
【００３１】
また、モータ２０の制御とそれによるカムシャフト１の回転位相の制御のため、図１中に示すように、入力側及び出力側の回転角センサとして、クランクシャフト４の回転角を検出するクランク角センサ３１と、カムシャフト１の回転角を検出するカム角センサ３２とが設けられている。そして、これらのセンサ３１，３２からの回転数検出信号に基づき、コントロールユニット３３により上記ステータコイル２３への通電の制御が行われるようになっている。
【００３２】
すなわち、カムシャフト１の位相制御を行う場合に、クランク角センサ３１及びカム角センサ３２からの信号に基づいてクランク角に対するカム角の位相変化が調べられるが、さらに、位相変更用駆動手段として上記ブラシレスＤＣモータ等の同期モータを用いる場合に、そのモータ２０を駆動するためにはステータ２３に対するロータ２１の相対回転角を調べてそれに応じたステータコイル２４への通電の制御を行う必要がある。そこで当実施形態では、クランク角センサ３１及びカム角センサ３２がモータ２０を駆動するための制御にも利用され、つまりクランク角センサ３１及びカム角センサ３２からの信号と予め設定されている遊星歯車機構１０の諸元とに基づき、遊星歯車機構１０のキャリヤ１３とサンギヤ１１との相対回転角、つまりモータ２０のステータ２３とロータ２１との相対回転角が求められ、それに応じてステータコイル２４への通電の制御の制御が行われるようになっている。
【００３３】
以上のような当実施形態の装置によると、位相変更時以外は後に詳述するようにカムプーリ３と遊星歯車機構１０及びモータ２０を構成する各部材とカムシャフト１とが一体的に回転することにより、カムプーリ３の回転がそのままカムシャフト１に伝達される。
【００３４】
この状態からバルブタイミングの変更のためにカムシャフト１の位相が変更されるときには、ステータコイル２４への通電により、バルブタイミング変更分に見合うだけロータ２１がステータ２３に対して相対回転するようにモータ２０が駆動される。これに伴い、カムプーリ３及びステータ２３と一体のキャリア１２に対してサンギヤ１１が相対回転し、それに応じてリングギヤ１５が相対回転することにより、リングギヤ１５と連結されているカムシャフト１の回転位相が変化する。
【００３５】
このように、遊星歯車機構１０の各要素とモータ２０の２部材がバルブタイミング変更時以外は一体回転し、バルブタイミング変更時のみその変更量に応じて相対回転するため、エンジン回転数の変化に関係なく安定した位相制御が行われる。
【００３６】
しかも、上記ステータ２３に対するロータ２１の相対回転、つまりキャリア１２に対するサンギヤ１１の相対回転が、リングギヤ１５及びカムシャフト１に減速して伝えられ、位相変更に要するモータトルクを低減することができる。
【００３７】
ここで、遊星歯車機構の変速比等について説明しておく。遊星歯車機構のサンギヤ及びリングギヤの歯数及び各要素の回転数の関係は次式のようになる。
【００３８】
【数１】
ｎ_r＋（Ｚ_s／Ｚ_r）ｎ_s−（１＋Ｚ_s／Ｚ_r）ｎ_c＝０
あるいは、ｎ_r＋γｎ_s＝（１＋γ）ｎ_c
ただし、Ｚ_s：サンギヤの歯数
Ｚ_r：リングギヤの歯数
ｎ_s：サンギヤの回転数
ｎ_c：キャリヤの回転数
ｎ_r：リングギヤの回転数
γ＝Ｚ_s／Ｚ_r
遊星歯車機構の３要素のうちの１つを固定、他の１つを駆動、残る１つを被駆動とし、駆動側の要素の回転数をＮｉ、被駆動側の要素の回転数をＮｏとすれば、固定される要素の回転数は０であるので、上記式から変速比（Ｎｉ／Ｎｏ）が求められる。固定、駆動、被駆動の関係を種々変えた場合につき、変速比を調べると、次の表のようになる。
【００３９】
【表１】

【００４０】
さて、モータ２０の駆動と出力部材の位相変化との関係を調べる場合には、遊星歯車機構１０の３要素の中で、入力部材（カムプーリ３）に連結される要素を固定とみなし、それ以外でモータ２０の２部材の一方が連結される要素を駆動側、出力部材（カムシャフト１）が連結される部材を被駆動側と考えればよい。当実施形態の装置では、キャリヤ１２が固定、サンギヤ１１が駆動側、リングギヤ１５が被駆動側と考えればよく、この場合、上記表中のNo５のパターンとなり、変速比の絶対値は１／γとなる。従って、被駆動側のカムシャフト１の位相変化はモータ２０による駆動側の回転に対して減速され、その減速度合に応じ、カムシャフト１を位相変化させるために必要なモータトルクが軽減される。そして、このモータトルクの軽減により、消費電力を少なくすることができる。
【００４１】
カムシャフト１の位相の変更を行なわないときには、上記モータ２０の駆動が停止されることにより、上記ロータ２１に設けられている永久磁石２２による保持力で、ステータ２３に対するロータ２１の相対回転が阻止されることにより、カムプーリ３に対するカムシャフト１の相対回転が阻止される。
【００４２】
この場合、図５に示すように上記ステータ２３とロータ２１との間にはカムシャフト１側からの駆動反力によるカム駆動トルクＴｄが作用し、このカム駆動トルクＴｄはエンジンの中速域では比較的低いが、低回転域では、動弁系の潤滑条件が変るとともにバルブスプリングからのスプリング反力が大きく作用する（回転数が上昇すると回転慣性でスプリング反力が軽減される）等の理由により、カム駆動トルクＴｄが増大する。これに対し、上記永久磁石２２の磁力による保持トルクＴｈを予め全運転域で上記駆動トルクＴｄを上回るように比較的大きく設定しておくと、位相変更時以外はモータ２０に通電を停止しさえすれば、カムシャフト１の位相は一定に保たれる。従って、制御が簡単になるとともに、位相変更の頻度が少ない場合に消費電力が少なくなる。
【００４３】
ただし、このように永久磁石２２による保持トルクＴｈを比較的大きく設定しておくと、ステータコイル２４に電流を流してモータ２０を駆動する位相変更時に、保持トルク解除のために必要な電流値が比較的大きくなる。
【００４４】
そこで、図６に示すように、永久磁石２２による保持トルクＴh1を比較的小さくし、その保持トルクh1と比べて駆動トルクＴｄが大きくなる領域では、ステータコイル２４に電磁石としての保持トルクＴh2を生じさせるように通電してもよい。
【００４５】
つまり、ブラシレスＤＣモータを用いるような場合に、モータ駆動時にはステータ２３に対するロータ２１の回転角に応じて磁界を変化させるようにステータコイル２４への通電電流を制御するが、永久磁石２２に対応する電磁石として機能するようにステータコイル２４へ一定の電流を流すようにすれば停止状態を保つための保持トルクＴh2を得ることもできる。従って、カム駆動トルクＴｄが大きくなる低速域等では永久磁石２２による保持トルクＴh1に加えてステータコイル２４を利用した電磁石としての保持トルクＴh2を与えることにより駆動トルクＴｄを上回るようにしつつ、永久磁石２２による保持トルクＴh1を比較的小さくすることができ、これによって位相変更時に保持トルク解除のための電流値を小さくすることができる。
【００４６】
また、当実施形態では、切欠部２６及びストッパー２５からなるストッパー機構により、入力側に対する出力側の相対回転可能範囲を所定回転角に規制するようにしており、このようにすれば、故障時等にバルブタイミングが過度にずれてしまうことが避けられる。とくに、吸気弁２に対する動弁機構に適用した場合に、有効にフェイルセーフ機能が得られる。つまり、例えば上記のように電磁石としての保持トルクＴh2を与えるようにする場合において、故障等で保持トルクが不足すると、駆動抵抗により、吸気弁２の開閉タイミングがリタードする方向にカムシャフト１の位相がずれるが、これによって吸・排気弁のオーバラップは小さくなるので、オーバラップが過度に大きくなる場合のように燃焼性が著しく悪化するようなことはなく、失火等を招かない程度の燃焼性は確保される。
【００４７】
なお、本発明の装置における位相変更用駆動手段等の構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。以下、他の実施形態について説明する。
【００４８】
位相変更用駆動手段を構成するモータ２０としては、上記ブラシレスＤＣモータのほかにステップモータ等を用いることもでき、２部材の相対回転角を制御し得るものであればよい。
【００４９】
モータ２０の回転停止時に永久磁石２２による保持トルクに加えて補助的に保持トルクを与える手段としては、ステータコイルとは別個に電磁石をステータまたはロータに設けておいてもよい。
【００５０】
あるいは、位相変更用駆動手段にステップモータ等を用いる場合に、図７に示すように、ステータコイル２３´に対する電気回路に、電流供給用のトランジスタ３５に加えて、コイル２３´を短絡するトランジスタ（スイッチ手段）３６を設けておき、モータの回転駆動時（位相変更時）にはトランジスタ３５を介して２点鎖線矢印のようにコイル２３´へ電流を供給する一方、モータの回転停止時にはトランジスタ３５をオフとするとともにトランジスタ３６をオンとすることにより、ステータに対するロータの相対回転に応じて実線矢印のような誘導起電力が生じることで逆トルク（保持トルク）が得られるようにすることもできる。
【００５１】
また、上記実施形態では、ロータ２１及びステータ２３が円筒状に形成されて径方向内外に対向する円筒タイプとなっているが、図８〜図１０のような平板タイプとしてもよい。すなわち、これらの図に示す実施形態では、モータ１２０のロータ１２１及びステータ１２３が円盤状とされ、これらが軸方向に対向するように配置されるとともに、これらの相対向する面に永久磁石１２２とステータコイル１２４とがそれぞれ配設されている。
【００５２】
カムシャフト１の端部に遊星歯車機構１０とモータ１２０とが同心状に一括に組付けられ、サンギヤ１１とロータ１２１とが一体に連設され、キャリヤ１２とステータ１２３及びカムプーリ３が一体に連設され、リングギヤ１５とカムシャフト１が固着連結されている点は前記の図２〜図４に示す実施形態と同様である。また、ロータ１２１の側面にストッパー１２５が設けられるとともに、これに対応するキャリヤ１２の側面に上記ストッパー１２５が突入する溝１２６が所定範囲にわたる円弧状に形成され、これらにより、入力側に対する出力側の相対回転可能範囲を規制するストッパー機構が構成されている。
【００５３】
このような構造でも、前記の図２〜図４に示す実施形態と同様の作用が得られる。
【００５４】
また、図１に示す例ではクランク角センサ３１及びカム角センサ３２を用い、これらのセンサ３１，３２からの回転数検出信号に基づき、カムシャフト１の回転位相の制御とブラシレスＤＣモータの駆動のための制御とが行われるようになっているが、図１１，図１２に示すように、モータ１２０の内部にポテンショメータ１３１を内蔵し、このポテンショメータ１３１の出力に基づいてモータ駆動のための制御とカムシャフト１の位相の制御とを行なうようにすることもできる。
【００５５】
すなわち、上記ポテンショメータ１３１は、例えばロータ１２１の側面に設けられた接点部分１３２と、ステータ１２３と一体のキャリヤ１２に設けられて上記接点部分１３２に接触する検出子１３３とで構成され、ステータ１２３に対するロータ１２１の相対回転角を検出するようになっており、その出力に基づいてモータ駆動のための通電制御が行なわれる。さらに、位相変更用駆動手段としてのモータ１２０の駆動量は１回転より小さいため、ポテンショメータ１３１の出力と遊星歯車機構１０の変速比（前記の表１参照）とから、カムプーリ３に対するカムシャフト１の位相変化を演算することができる。
【００５６】
図１３はさらに別の実施形態による回転位相制御装置の構成を概略的に示し、図１４はその具体的構造を示している。これらの図に示す実施形態でも、カムシャフト１の端部に遊星歯車機構２１０とモータ２２０とが同心状に一括に組付けられ、遊星歯車機構２１０がサンギヤ２１１と、プラネタリギヤ２１３を支持するキャリヤ２１２と、リングギヤ２１５とにより構成され、モータ２２０が永久磁石２２２を有するロータ２２１とステータコイル２２４を有するステータ２２３とで構成されている点は前記の図２〜図４に示す実施形態と同様である。
【００５７】
この実施形態が前記の実施形態と異なる点としては、モータ２２０の２部材がサンギヤ２１１及びリングギヤ２１５に連結され、かつ、カムプーリ３がリングギヤ２１５に連結される一方、カムシャフト１がキャリヤ２１２に連結されている。
【００５８】
すなわち、キャリヤ２１２の中心部に筒軸部分２１２ａが一体に形成され、この筒軸部分２１２ａが軸体８に外嵌された状態で、キャリヤ２１２が軸体８及びピン２１６によりカムシャフト１に固着される一方、カムプーリ３とリングギヤ２１５とステータ２２３とが一体に形成され、カムシャフト１にベアリング２１７を介して回転可能に支持されている。また、サンギヤ２１１及びこれと一体のロータ２２１が、ベアリング２１８を介して上記筒軸部分２１２ａに回転可能に支持されている。
【００５９】
当実施形態でも前記の実施形態と略同様の作用が得られるが、特に前記の表１を参照してモータ２２０の駆動と位相変化との関係を考察すると、当実施形態ではサンギヤが駆動、リングギヤが固定、キャリヤが被駆動と考えればよいので、上記表中のNo１のパターンとなり、変速比は［１＋１／γ］となる。従って、前記の実施形態と比べてもより一層減速度合が高められ、カムシャフト１を位相変化させるために必要なモータトルクが軽減される。
【００６０】
また、モータの２部材をサンギヤ及びリングギヤに連結するとともに、カムシャフト（出力部材）をキャリヤに連結する場合に、カムプーリ（入力部材）をサンギヤに連結してもよく、このようにすると、モータの駆動と位相変化との関係としては上記表中のNo２のパターンとなり、変速比は［１＋γ］となる。
【００６１】
図１５は位相変更用駆動手段のさらに別の実施形態を示し、この実施形態では、ベーンタイプの油圧モータ（油圧式駆動手段）３２０により位相変更用駆動手段を構成している。
【００６２】
すなわち、この油圧モータ３２０は、ステータに相当するケーシング３２３と、このケーシング３２３内に回転可能に配置されたロータ３２１とを有し、上記ケーシング３２３内周部の複数箇所にはロータ３２１に摺接する突壁３２４が設けられ、ロータ３２１には各突壁３２４間に位置するベーン３２２が配設されており、各突壁３２４間におけるベーン３２２の両側に油圧室３２５，３２６が形成されている。
【００６３】
上記油圧室３２５，３２６は制御弁３３１を介してオイルポンプ３３０に接続され、各油圧室３２５，３２６に対する作動油の給排が制御弁３３１によってコントロールされるようになっており、油圧室３２５，３２６の一方に作動油が供給されるとともに他方から作動油が排出されることによりロータ３２１がケーシング３２３に対して相対回転する。そして、この油圧モータ３２０を用いる場合でも、この油圧モータ３２０と前記各実施形態の中に示すような遊星歯車機構（図１５では図示省略）とが組み合わされ、油圧モータ３２０の駆動に応じて出力部材の回転位相が変更される。
【００６４】
この実施形態による場合、オイルポンプ３３０はエンジンで駆動されるため低回転時等に油圧モータ３２０のトルクが小さくなるが、遊星歯車機構と組み合わされて、遊星歯車機構で減速されることにより、有効に位相変更を行なうことができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、遊星歯車機構と相対回転する２部材を有する位相変更用駆動手段とを同心状に配置し、該２部材のうちの一方をサンギヤに連結し、他方をプラネタリキャリヤ、リングギヤのいずれかに連結するとともに、上記遊星歯車機構の３要素のうちで上記２部材が連結される要素のいずれかに入力部材を連結し、上記２部材が連結される要素以外の要素に出力部材を連結しているため、上記遊星歯車機構及び位相変更用駆動手段を一括に出力部材等に組付けることができ、組付け作業が簡単になる。しかも、位相変更時以外は入力部材、遊星歯車機構の各要素、位相変更用駆動手段の２部材及び出力部材が全て一体的に回転し、位相変更用駆動手段の２部材が相対回転するように駆動されたときはそれ応じて遊星歯車機構の各要素が相対回転することにより出力部材の位相が変えられるので、入，出力部材の回転数の変化に大きく影響されることなく安定した制御を行なうことができる。
【００６６】
この発明において、上記位相変更用駆動手段の２部材をサンギヤとプラネタリキャリヤとに連結するとともに、入力部材をキャリアに連結し、出力部材をリングギヤに連結しておくか、あるいは、位相変更用駆動手段の２部材をサンギヤとリングギヤとに連結し、そのいずれかに入力部材を連結するとともに、出力部材を上記プラネタリキャリヤに連結しておけば、位相変更用駆動手段の駆動によりその２部材が相対回転したときに、その相対回転が減速されて出力部材側に伝えられるため、位相変更に必要な位相変更用駆動手段の駆動トルクを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による回転位相制御装置の概略的である。
【図２】上記回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【図３】カバーを取り外した状態での上記回転位相制御装置の正面図である。
【図４】図２中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】カム駆動トルクと保持トルクとの関係の一例を示す図である。
【図６】カム駆動トルクと保持トルクとの関係の別の例を示す図である。
【図７】保持トルクを与える手段の別の例を示す回路図である。
【図８】回転位相制御装置のモータの構造の変更例を示す断面図である。
【図９】図８中に示すモータのステータの正面図である。
【図１０】図８中に示すモータのロータの正面図である。
【図１１】回転位相制御装置にポテンショメータを内蔵させた構造を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す構造の要部の拡大断面図である。
【図１３】別の実施形態による回転位相制御装置の概略的である。
【図１４】図１３に示した回転位相制御装置の具体的構造を示す断面図である。
【図１５】回転位相制御装置における位相変更用駆動手段の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１カムシャフト
２吸気弁
３カムプーリ
１０，２１０遊星歯車機構
１１，２１１サンギヤ
１２，２１２キャリヤ
１３，２１３プラネタリギヤ
１５，２１５リングギヤ
２０，１２０，２２０モータ
２１，１２１，２２１ロータ
２２，１２２，２２２永久磁石
２３，１２３，２２３ステータ
２４，１２４，２２４ステータコイル
３２０油圧モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotational phase control device used for controlling valve timing of an engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an apparatus for controlling the rotation phase of an output member with respect to an input member has been used, for example, for controlling the valve timing of an engine. In this case, intake is performed by a camshaft whose rotation is transmitted by a crankshaft via a transmission means. In a valve operating mechanism in which a valve or an exhaust valve is opened and closed, a rotational phase control device is incorporated between an input member such as a cam pulley that is linked to a crankshaft and a camshaft that is an output member.
[0003]
Various structures of the rotational phase control device are known, and as a relatively compact and excellent controllability, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-232212, between the camshaft and the cam pulley, A planetary gear mechanism consisting of a planet gear and a ring gear supported by a sun gear and a planet carrier is provided. A cam pulley is connected to the ring gear, a cam shaft is connected to the planet carrier, and a step motor is installed on the engine body. A device is known in which a sun gear of a planetary gear mechanism is connected to the step motor via a worm gear or the like.
[0004]
In this device, when the sun gear is stopped, the camshaft rotates with respect to the cam pulley at a reduction ratio according to the design of the planetary gear mechanism, and the reduction ratio of the planetary gear mechanism and the reduction ratio between the crank pulley and the cam pulley. Thus, the camshaft rotates synchronously with respect to the crankshaft at a half speed, and the phase of the camshaft changes when the sun gear is driven by the step motor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional apparatus as described above, it is necessary to install a planetary gear mechanism at the end of the camshaft, while installing a step motor on the engine body side, and to connect this to the sun gear via a worm gear or the like. The assembly work is troublesome, and an installation space for a step motor, a worm gear, and the like is required in the vicinity of the camshaft installation location.
[0006]
The sun gear connected to the step motor stops when the step motor is not driven, and the ring gear and the planet carrier rotate according to the rotation of the crankshaft, and the sun gear driven by the step motor and the planet carrier on the output member side Therefore, the driving torque and the like during phase control for driving the sun gear are greatly affected by the engine speed (input / output member speed).
[0007]
In view of the above circumstances, the present invention allows a planetary gear mechanism and a phase change driving means connected to a part of the planetary gear mechanism to be collectively and compactly assembled and assembled to an output member. It is an object of the present invention to provide a rotational phase control device capable of performing stable phase control regardless of changes in the absolute rotational speed of a member.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention includes a planetary gear mechanism composed of three elements of a planetary carrier and a ring gear that supports a sun gear and a planetary gear, and is arranged concentrically with an output member. In the rotational phase control device in which the input member and the output member are connected to each other and the phase changing drive means is connected to a part of the planetary gear mechanism.
  The phase changing drive means has two members arranged concentrically with the input and output members and rotating relative to each other, one of the two members is connected to the sun gear, and the other of the two members is connected to the sun gear. An element that is connected to either the planetary carrier or the ring gear, and that connects the input member to one of the elements to which the two members are connected among the three elements of the planetary gear mechanism, and to which the two members are connected The output member is connected to an element other thanAs the phase change driving means, a motor is provided in which a member in which field coils are arranged and a member in which permanent magnets are arranged are concentrically arranged so as to be relatively rotatable. The two members are rotated relative to each other by energizing the magnetic field, and a holding force for preventing the relative rotation of the two members is applied by the magnetic force of the permanent magnet when driving is stopped. Inductive electromotive force that provides reverse torque with respect to the relative rotation of the two members by providing a switch means that can short-circuit both ends of the coil, and setting the switch means in a short-circuited state when the phase change driving means is stopped Configured to occurIs.
[0009]
According to this apparatus, in a state where the two members constituting the phase change driving means are connected to two elements of the planetary gear mechanism, the planetary gear mechanism and the phase change drive means are collectively assembled to the output member or the like. Attached. Then, except during the phase change, the input member, each element of the planetary gear mechanism, the two members of the phase changing drive means and the output member are all rotated integrally, and the two members of the phase changing drive means are rotated relative to each other. When driven, the phase of the output member is changed by the relative rotation of the elements of the planetary gear mechanism. In this case, the relative rotation of the two members is decelerated by the planetary gear mechanism and transmitted to the output member side, thereby reducing the torque of the phase change driving means required for the phase change.
[0012]
  Also,The phase of the output member relative to the input member is changed by driving the motor. Further, when the driving of the motor is stopped except when the phase is changed, the phase of the output member with respect to the input member is kept constant by the holding force of the permanent magnet.
[0015]
  further,The energization circuit for the field coil is provided with switch means that can short-circuit both ends of the coil, and the switch means is short-circuited when the phase change drive means is stopped to reverse the relative rotation of the two members. Configured to generate induced electromotive force that gives torqueBecauseThe holding force by the permanent magnet can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an embodiment of the device of the invention. In the example shown in this figure, the present invention is applied to a variable valve timing device incorporated in a valve operating mechanism of an engine. Reference numeral 1 denotes a camshaft rotatably supported on an engine body (not shown). Thus, the intake valve 2 (or the exhaust valve) is opened and closed. A cam pulley 3 is located around the end of the camshaft 1, and the cam pulley 3 is connected to a crank pulley 5 provided at the end of the crankshaft 4 via a timing belt 6. In this example, the camshaft 1 corresponds to an output member, and the cam pulley 3 corresponds to an input member.
[0023]
A planetary gear mechanism 10 and a motor 20 as a phase change driving means are assembled together at the end of the camshaft 1 to constitute a rotational phase control device.
[0024]
The planetary gear mechanism 10 includes three elements: a sun gear 11, a planetary carrier 12 (hereinafter abbreviated as a carrier 12 for short) that supports a plurality of planetary gears 13, and a ring gear 15. The sun gear 11, the carrier 12, and the ring gear 15 are arranged concentrically so as to be rotatable relative to each other. The motor 20 includes a rotor 21 and a stator 22 as two members that can rotate relative to each other.
[0025]
One of two relatively rotatable members of the motor 20 is connected to the sun gear 11 and the other is connected to the carrier 12. For example, the rotor 21 is connected to the sun gear 11 and the stator 22 is connected to the carrier 12. Further, among the three elements of the planetary gear mechanism 10, the cam pulley 3 as an input member is connected to one of the elements to which the two members of the motor 20 are connected, for example, the carrier 12. The camshaft 1 that is an output member is connected to the ring gear 15 that is an element other than the elements to which the two members of the motor 20 are connected.
[0026]
A specific structure of the rotational phase control device will be specifically described with reference to FIGS. A threaded shaft body 8 is screwed to the end portion of the camshaft 1, and members constituting the planetary gear mechanism 10 and the motor 20 and the cam pulley 3 are assembled around the shaft body 8. The ring gear 15 has a gear 15b on the inner periphery of a cylindrical portion 15a having a relatively large diameter, and has a cylindrical shaft portion 15d connected to the cylindrical portion 15a via a connecting wall 15c at the center. The cylindrical shaft portion 15 d is fixed to the camshaft 1 by the shaft body 8 and the pin 16 with the shaft body portion 15 d being fitted on the shaft body 8.
[0027]
A sun gear 11 is arranged around the cylindrical shaft portion 15d, and three planetary gears 13 supported by the carrier 12 are arranged around the cylindrical shaft portion 15d so as to mesh with the sun gear 11 and the ring gear 15. The cam pulley 3 is integrally connected to the outer periphery of the carrier 12 and is located around the ring gear 15.
[0028]
The motor 20 includes a rotor 21 provided with a permanent magnet 22 and a stator 23 around which a field three-phase stator coil 24 is wound, and has a configuration as a brushless DC motor. In the present embodiment, the rotor 21 and the stator 23 are disposed so as to face each other in the radial direction, and the permanent magnet 22 and the stator coil 24 are disposed so as to form 12 poles in the rotor 21 and the stator 23. ing.
[0029]
The rotor 21 is integrally connected to the sun gear 11 of the planetary gear mechanism 10, and the rotor 21 and the sun gear 11 are rotatably supported by the cylindrical shaft portion 15 d via a bearing 18. On the other hand, the stator 23 is formed integrally with the carrier 12 and the cam pulley 3. In addition, a protruding stopper 25 is provided on the end surface portion of the rotor 21, and a notch 26 on an arc extending over a predetermined range is provided on the inner peripheral portion of the carrier 12, and the stopper 25 enters the notch 26. A stopper mechanism that restricts the relative rotatable range between the cam pulley 3 and the camshaft 1 to a predetermined rotation angle by restricting the relative rotatable range between the stator 23 and the rotor 21 by the notch portion 26 and the stopper 25. It is configured.
[0030]
In FIG. 2, 27 is an inner cover connected to the stator, 28 is an outer cover fixed to the engine body (not shown), and 29 is a slip ring provided on both

covers

27 and 28. In this way, the stator coil 24 is energized.
[0031]
Further, as shown in FIG. 1, a crank angle for detecting the rotation angle of the crankshaft 4 as a rotation angle sensor on the input side and the output side for controlling the motor 20 and controlling the rotation phase of the camshaft 1. A sensor 31 and a cam angle sensor 32 that detects the rotation angle of the camshaft 1 are provided. The control unit 33 controls the energization of the stator coil 23 based on the rotational speed detection signals from the

sensors

31 and 32.
[0032]
That is, when the phase control of the camshaft 1 is performed, the phase change of the cam angle with respect to the crank angle is examined based on the signals from the crank angle sensor 31 and the cam angle sensor 32. When a synchronous motor such as a brushless DC motor is used, in order to drive the motor 20, it is necessary to check the relative rotation angle of the rotor 21 with respect to the stator 23 and to control the energization to the stator coil 24 accordingly. Therefore, in the present embodiment, the crank angle sensor 31 and the cam angle sensor 32 are also used for control for driving the motor 20, that is, the signals from the crank angle sensor 31 and the cam angle sensor 32 and preset planetary gears. Based on the specifications of the mechanism 10, the relative rotation angle between the carrier 13 and the sun gear 11 of the planetary gear mechanism 10, that is, the relative rotation angle between the stator 23 of the motor 20 and the rotor 21 is obtained, and the stator coil 24 is accordingly sent. The energization control is controlled.
[0033]
According to the apparatus of the present embodiment as described above, the cam pulley 3, the planetary gear mechanism 10 and the members constituting the motor 20 and the camshaft 1 rotate integrally as will be described in detail later except when the phase is changed. Thus, the rotation of the cam pulley 3 is transmitted to the camshaft 1 as it is.
[0034]
From this state, when the phase of the camshaft 1 is changed to change the valve timing, the motor is controlled so that the rotor 21 rotates relative to the stator 23 by the energization of the stator coil 24 as much as the valve timing change. 20 is driven. Along with this, the sun gear 11 rotates relative to the carrier 12 integral with the cam pulley 3 and the stator 23, and the ring gear 15 rotates relative thereto, so that the rotational phase of the camshaft 1 connected to the ring gear 15 changes. Change.
[0035]
In this way, each element of the planetary gear mechanism 10 and the two members of the motor 20 rotate integrally except when the valve timing is changed, and rotate relative to the change amount only when the valve timing is changed. Regardless of the stable phase control.
[0036]
In addition, the relative rotation of the rotor 21 with respect to the stator 23, that is, the relative rotation of the sun gear 11 with respect to the carrier 12, is transmitted to the ring gear 15 and the camshaft 1 at a reduced speed, and the motor torque required for phase change can be reduced.
[0037]
Here, the gear ratio and the like of the planetary gear mechanism will be described. The relationship between the number of teeth of the sun gear and ring gear of the planetary gear mechanism and the number of rotations of each element is as follows.
[0038]
[Expression 1]
n_r+ (Z_s/ Z_r) N_s-(1 + Z_s/ Z_r) N_c= 0
Or n_r+ Γn_s= (1 + γ) n_c
However, Z_s: Number of teeth of sun gear
Z_r: Number of teeth of ring gear
n_s: Sun gear rotation speed
n_c: Carrier rotation speed
n_r: Ring gear rotation speed
γ = Z_s/ Z_r
One of the three elements of the planetary gear mechanism is fixed, the other is driven, the remaining one is driven, the rotational speed of the driving element is Ni, and the rotational speed of the driven element is No. Then, since the rotation speed of the element to be fixed is 0, the gear ratio (Ni / No) is obtained from the above formula. The following table shows the gear ratio when the relationship between fixed, driven and driven is changed.
[0039]
[Table 1]

[0040]
Now, when investigating the relationship between the drive of the motor 20 and the phase change of the output member, among the three elements of the planetary gear mechanism 10, the element connected to the input member (cam pulley 3) is regarded as fixed, and the others Therefore, the element to which one of the two members of the motor 20 is connected may be considered as the driving side, and the member to which the output member (camshaft 1) is connected as the driven side. In the apparatus of this embodiment, the carrier 12 is fixed, the sun gear 11 is on the driving side, and the ring gear 15 is on the driven side. In this case, the pattern No. 5 in the above table is obtained, and the absolute value of the gear ratio is 1 / γ. It becomes. Therefore, the phase change of the camshaft 1 on the driven side is decelerated with respect to the rotation on the drive side by the motor 20, and the motor torque required to change the phase of the camshaft 1 is reduced according to the deceleration. And by reducing the motor torque, the power consumption can be reduced.
[0041]
When the phase of the camshaft 1 is not changed, the driving of the motor 20 is stopped, and the relative rotation of the rotor 21 with respect to the stator 23 is prevented by the holding force of the permanent magnet 22 provided on the rotor 21. As a result, relative rotation of the camshaft 1 with respect to the cam pulley 3 is prevented.
[0042]
In this case, as shown in FIG. 5, a cam driving torque Td due to a driving reaction force from the camshaft 1 acts between the stator 23 and the rotor 21, and this cam driving torque Td is in the middle speed range of the engine. Although it is relatively low, the reason is that the lubrication conditions of the valve operating system change and the spring reaction force from the valve spring acts greatly (when the rotation speed increases, the spring reaction force is reduced by the rotational inertia). As a result, the cam drive torque Td increases. On the other hand, if the holding torque Th due to the magnetic force of the permanent magnet 22 is set to be relatively large in advance so as to exceed the driving torque Td in the entire operation range, the energization of the motor 20 is even stopped except during the phase change. Then, the phase of the camshaft 1 is kept constant. Therefore, the control is simplified and the power consumption is reduced when the frequency of phase change is low.
[0043]
However, if the holding torque Th by the permanent magnet 22 is set to be relatively large as described above, the current value necessary for releasing the holding torque can be obtained when the phase is changed to drive the motor 20 by passing a current through the stator coil 24. It becomes relatively large.
[0044]
Therefore, as shown in FIG. 6, in the region where the holding torque Th1 by the permanent magnet 22 is relatively small and the driving torque Td is larger than the holding torque h1, a holding torque Th2 as an electromagnet is generated in the stator coil 24. You may energize so that it may.
[0045]
That is, when a brushless DC motor is used, the energization current to the stator coil 24 is controlled so as to change the magnetic field according to the rotation angle of the rotor 21 with respect to the stator 23 when the motor is driven. If a constant current is passed through the stator coil 24 so as to function as an electromagnet, a holding torque Th2 for maintaining a stopped state can be obtained. Accordingly, in a low speed region where the cam drive torque Td becomes large, the permanent magnet 22 is provided with a holding torque Th2 as an electromagnet using the stator coil 24 in addition to the holding torque Th1 by the permanent magnet 22, while exceeding the driving torque Td. Thus, the holding torque Th1 by 22 can be made relatively small, whereby the current value for releasing the holding torque can be reduced when the phase is changed.
[0046]
Further, in this embodiment, the relative rotation possible range on the output side with respect to the input side is restricted to a predetermined rotation angle by the stopper mechanism including the notch portion 26 and the stopper 25. Therefore, it is possible to prevent the valve timing from being excessively shifted. In particular, when applied to a valve operating mechanism for the intake valve 2, a fail-safe function can be obtained effectively. That is, for example, in the case where the holding torque Th2 as the electromagnet is applied as described above, if the holding torque is insufficient due to a failure or the like, the phase of the camshaft 1 in the direction in which the opening / closing timing of the intake valve 2 is retarded by the drive resistance. However, this reduces the overlap between the intake and exhaust valves, so that the combustibility does not deteriorate significantly unlike the case where the overlap becomes excessively large, and does not cause misfires. Is secured.
[0047]
It should be noted that the structure of the phase change driving means and the like in the apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously changed. Hereinafter, other embodiments will be described.
[0048]
As the motor 20 constituting the phase changing drive means, a step motor or the like can be used in addition to the brushless DC motor, and any motor that can control the relative rotation angle of the two members may be used.
[0049]
As means for giving the holding torque in addition to the holding torque by the permanent magnet 22 when the rotation of the motor 20 is stopped, an electromagnet may be provided in the stator or the rotor separately from the stator coil.
[0050]
Alternatively, when a stepping motor or the like is used for the phase change driving means, as shown in FIG. 7, in addition to the current supply transistor 35, a transistor (for short-circuiting the coil 23 ') is added to the electric circuit for the stator coil 23'. (Switch means) 36 is provided, and when the motor is driven to rotate (when the phase is changed), current is supplied to the coil 23 'via the transistor 35 as indicated by a two-dot chain line arrow, while when the motor stops rotating, the transistor 35 By turning off the transistor 36 and turning on the transistor 36, an inverse electromotive force (holding torque) can be obtained by generating an induced electromotive force as indicated by a solid arrow in accordance with the relative rotation of the rotor with respect to the stator. .
[0051]
Moreover, in the said embodiment, although the rotor 21 and the stator 23 are formed in the cylindrical shape and become a cylindrical type which opposes a radial direction inside and outside, it is good also as a flat plate type like FIGS. 8-10. That is, in the embodiment shown in these drawings, the rotor 121 and the stator 123 of the motor 120 are formed in a disk shape and are arranged so as to face each other in the axial direction, and the permanent magnet 122 and A stator coil 124 is provided.
[0052]
The planetary gear mechanism 10 and the motor 120 are assembled concentrically at the end of the camshaft 1, the sun gear 11 and the rotor 121 are integrally connected, and the carrier 12, the stator 123, and the cam pulley 3 are integrally connected. The ring gear 15 and the camshaft 1 are fixedly connected to each other in the same manner as in the embodiment shown in FIGS. In addition, a stopper 125 is provided on the side surface of the rotor 121, and a groove 126 into which the stopper 125 projects is formed in an arc shape over a predetermined range on the side surface of the carrier 12 corresponding thereto. A stopper mechanism that restricts the relative rotatable range is configured.
[0053]
Even with such a structure, the same operation as the embodiment shown in FIGS. 2 to 4 can be obtained.
[0054]
In the example shown in FIG. 1, a crank angle sensor 31 and a cam angle sensor 32 are used. Based on the rotation speed detection signals from these

sensors

31, 32, the rotation phase of the camshaft 1 is controlled and the brushless DC motor is driven. 11 and 12, a potentiometer 131 is built in the motor 120, and control for driving the motor based on the output of the potentiometer 131 is performed as shown in FIGS. 11 and 12. The phase of the camshaft 1 can also be controlled.
[0055]
That is, the potentiometer 131 includes, for example, a contact portion 132 provided on the side surface of the rotor 121 and a detector 133 provided on the carrier 12 integral with the stator 123 and in contact with the contact portion 132. The relative rotation angle of the rotor 121 is detected, and energization control for driving the motor is performed based on the output. Further, since the drive amount of the motor 120 as the phase changing drive means is smaller than one rotation, the camshaft 1 relative to the cam pulley 3 is determined from the output of the potentiometer 131 and the gear ratio of the planetary gear mechanism 10 (see Table 1 above). Phase change can be calculated.
[0056]
FIG. 13 schematically shows a configuration of a rotational phase control apparatus according to still another embodiment, and FIG. 14 shows a specific structure thereof. Also in the embodiments shown in these drawings, the planetary gear mechanism 210 and the motor 220 are collectively and concentrically assembled to the end of the camshaft 1, and the planetary gear mechanism 210 supports the sun gear 211 and the planetary gear 213. And the ring gear 215, and the motor 220 is similar to the embodiment shown in FIGS. 2 to 4 in that the motor 220 includes a rotor 221 having a permanent magnet 222 and a stator 223 having a stator coil 224. .
[0057]
This embodiment differs from the previous embodiment in that two members of the motor 220 are connected to the sun gear 211 and the ring gear 215, and the cam pulley 3 is connected to the ring gear 215, while the camshaft 1 is connected to the carrier 212. Has been.
[0058]
That is, a cylindrical shaft portion 212 a is integrally formed at the center of the carrier 212, and the carrier 212 is fixed to the camshaft 1 by the shaft body 8 and the pin 216 in a state where the cylindrical shaft portion 212 a is externally fitted to the shaft body 8. On the other hand, the cam pulley 3, the ring gear 215, and the stator 223 are integrally formed, and are rotatably supported by the camshaft 1 via a bearing 217. Further, the sun gear 211 and the rotor 221 integrated therewith are rotatably supported by the cylindrical shaft portion 212a via the bearing 218.
[0059]
In this embodiment, substantially the same operation as that of the above-described embodiment can be obtained. In particular, referring to Table 1, the relationship between the driving of the motor 220 and the phase change is considered. Is fixed and the carrier is driven, it becomes No. 1 pattern in the above table, and the gear ratio is [1 + 1 / γ]. Therefore, the degree of deceleration is further increased as compared with the above embodiment, and the motor torque necessary for changing the phase of the camshaft 1 is reduced.
[0060]
In addition, when the two members of the motor are connected to the sun gear and the ring gear, and when the camshaft (output member) is connected to the carrier, the cam pulley (input member) may be connected to the sun gear. The relationship between drive and phase change is the pattern No. 2 in the above table, and the gear ratio is [1 + γ].
[0061]
FIG. 15 shows still another embodiment of the phase change driving means. In this embodiment, the vane type hydraulic motor (hydraulic drive means) 320 constitutes the phase change drive means.
[0062]
That is, the hydraulic motor 320 has a casing 323 corresponding to a stator and a rotor 321 rotatably arranged in the casing 323, and is in sliding contact with the rotor 321 at a plurality of locations on the inner periphery of the casing 323. Protruding walls 324 are provided, and the rotor 321 is provided with vanes 322 located between the protruding walls 324, and

hydraulic chambers

325 and 326 are formed on both sides of the vanes 322 between the protruding walls 324.
[0063]
The

hydraulic chambers

325 and 326 are connected to an oil pump 330 via a control valve 331, and supply and discharge of hydraulic oil to and from the

hydraulic chambers

325 and 326 are controlled by the control valve 331. The hydraulic oil is supplied to one side of 326 and the hydraulic oil is discharged from the other side, so that the rotor 321 rotates relative to the casing 323. Even when this hydraulic motor 320 is used, this hydraulic motor 320 is combined with a planetary gear mechanism (not shown in FIG. 15) as shown in each of the above embodiments, and an output is generated according to the driving of the hydraulic motor 320. The rotational phase of the member is changed.
[0064]
According to this embodiment, since the oil pump 330 is driven by the engine, the torque of the hydraulic motor 320 is reduced at a low rotation or the like, but it is effective when combined with the planetary gear mechanism and decelerated by the planetary gear mechanism. The phase can be changed.
[0065]
【The invention's effect】
In the present invention, a planetary gear mechanism and a phase changing drive means having two members that rotate relative to each other are concentrically arranged, one of the two members is connected to a sun gear, and the other is either a planetary carrier or a ring gear. And connecting the input member to one of the three elements of the planetary gear mechanism to which the two members are connected, and connecting the output member to an element other than the element to which the two members are connected. Therefore, the planetary gear mechanism and the phase changing drive means can be assembled to the output member or the like all at once, and the assembling work is simplified. In addition, the input member, each element of the planetary gear mechanism, the two members of the phase change driving means, and the output member all rotate integrally except during the phase change, and the two members of the phase change drive means rotate relative to each other. When driven, the phase of the output member is changed by the relative rotation of each element of the planetary gear mechanism accordingly, so that stable control is performed without being greatly affected by changes in the rotational speed of the input and output members. be able to.
[0066]
In the present invention, the two members of the phase change driving means are connected to the sun gear and the planetary carrier, the input member is connected to the carrier, and the output member is connected to the ring gear, or the phase change drive means When the two members are connected to the sun gear and the ring gear, and the input member is connected to one of them and the output member is connected to the planetary carrier, the two members rotate relative to each other by the driving of the phase change driving means. When this is done, the relative rotation is decelerated and transmitted to the output member side, so that the driving torque of the phase change driving means necessary for the phase change can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic of a rotational phase control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific structure of the rotational phase control device.
FIG. 3 is a front view of the rotational phase control device with a cover removed.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a relationship between cam driving torque and holding torque.
FIG. 6 is a diagram showing another example of the relationship between cam driving torque and holding torque.
FIG. 7 is a circuit diagram showing another example of means for giving a holding torque.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the structure of the motor of the rotational phase control device.
FIG. 9 is a front view of a stator of the motor shown in FIG.
FIG. 10 is a front view of the rotor of the motor shown in FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structure in which a potentiometer is built in a rotational phase control device.
12 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the structure shown in FIG.
FIG. 13 is a schematic of a rotational phase control device according to another embodiment.
14 is a cross-sectional view showing a specific structure of the rotational phase control device shown in FIG. 13;
FIG. 15 is a cross-sectional view showing another embodiment of the phase change driving means in the rotational phase control device;
[Explanation of symbols]
1 Camshaft
2 Intake valve
3 Cam pulley
10,210 Planetary gear mechanism
11, 211 Sun gear
12,212 carriers
13,213 Planetary gear
15,215 Ring gear
20, 120, 220 Motor
21, 121, 221 Rotor
22, 122, 222 Permanent magnet
23, 123, 223 stator
24, 124, 224 Stator coil
320 Hydraulic motor

Claims

A planetary gear mechanism composed of three elements of a planetary carrier and a ring gear that supports the sun gear and the planetary gear is inserted, arranged concentrically with the output member, and the input member and the output member are connected via this planetary gear mechanism, And, in the rotational phase control device in which the phase changing drive means is connected to some elements of the planetary gear mechanism,
The phase changing drive means has two members arranged concentrically with the input and output members and rotating relative to each other, one of the two members is connected to the sun gear, and the other of the two members is connected to the sun gear. An element that is connected to either the planetary carrier or the ring gear, and that connects the input member to one of the elements to which the two members are connected among the three elements of the planetary gear mechanism, and to which the two members are connected the elements other than is obtained by connecting the output member,
As the phase changing drive means, a motor is provided in which a member in which field coils are arranged and a member in which permanent magnets are arranged are concentrically arranged to be relatively rotatable, and the coil is energized during driving. The two members are rotated relative to each other, and a holding force for preventing the relative rotation of the two members is applied by the magnetic force of the permanent magnet when driving is stopped.
The energization circuit for the field coil is provided with switch means for enabling both ends of the coil to be short-circuited. When the phase change drive means is stopped, the switch means is short-circuited to prevent relative rotation of the two members. A rotational phase control device configured to generate an induced electromotive force that gives reverse torque .