JP5115590B2 - モータ制御装置及びバルブタイミング調整装置並びにインバータ回路の通電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、フリーホイールダイオードを有するスイッチング素子を多相ブリッジ接続して構成されるインバータ回路を介してモータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するモータ制御装置，及びそのモータ制御装置を備えてなるバルブタイミング調整装置並びにインバータ回路の通電制御方法に関する。

例えばモータを、インバータ回路を介してＰＷＭ制御する場合、上下段（アーム）で異なる相のトランジスタ（スイッチング素子）の一方をオンしている間に、他方をオンオフ制御する。この時、トランジスタをオフしたタイミングで、モータの巻線に発生する逆起電力により、前記トランジスタと同相で逆段側のトランジスタに接続されているフリーホイールダイオードを介して還流電流が流れる。

ダイオードの順方向電圧は一般に０．７Ｖ程度であるため、フリーホイールダイオードに還流電流が流れると、その電流値に応じて損失が発生する。例えば特許文献１では、Ｈブリッジ回路により直流モータをＰＷＭ制御する場合に、下段側の駆動トランジスタをオフさせると同時にその上段側の駆動トランジスタをオンさせて、フリーホイールダイオードを介すことなく駆動トランジスタに還流電流を流し、ダイオード損失を低減する技術が開示されている。また、特許文献２には、三相モータを三相ブリッジ構成のインバータ回路でＰＷＭ制御する場合に、インバータ回路を構成する各スイッチング素子について同様の制御を行う技術が開示されている。

特開平９−１８３１３号公報 特開２００５−９４８０号公報

ところで、モータの回転軸に発生させた制御トルクを位相調整機構に与えて、その制御トルクに応じてカム軸を回転駆動することで、クランク軸とカム軸との間の相対位相を調整するようにしたバルブタイミング調整装置においても、インバータ回路を介してモータを制御する構成を採用したものがある。斯様な構成では、エンジンの回転数が低下する過程において、制御回路が出力しているモータの回転方向と、実際のモータの回転方向とが相違することがある。すなわち、モータが正回転している状態において回転方向の指示が逆転となった場合には、モータが逆転に転じるまでの間にそのような状況が発生する。

この場合、モータが一時的に発電機として作用するため、インバータ回路を構成するスイッチング素子のフリーホイールダイオードには、上述した通常のＰＷＭ制御時よりも大きな還流電流が流れる。例えば図１４には、三相モータに１２０度通電方式で通電を行った場合で、目標回転方向とモータの実回転方向とが一致している場合の（ａ）Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電流，（ｂ）インバータ回路の上段各相電流，（ｃ）同下段各相電流を示す。（ｃ）に示すハッチング部分は、下段側でスイッチングを行いＰＷＭ制御した場合に流れる電流であり、（ｂ）に示すハッチング部分は、それに伴い上段側に流れる還流電流である。また、（ｂ）に示す白抜き部分は、下段スイッチング素子のＰＷＭ制御が停止する切り替わりに伴い上段側に流れる還流電流を示す。

一方、図１５は、目標回転方向とモータの実回転方向とが不一致の場合の図１４相当図である。この時、インバータ回路における通電パターンに対してモータが回転する方向が逆になることで相電流が歪み（ａ）、下段側でスイッチングされて流れる電流よりも上段側に還流する電流の方が多く流れる。（ｂ）にハッチングで示している部分は、図１４と同様に下段スイッチング素子によるスイッチング期間に流れる還流電流である。これにより、フリーホイールダイオードにおいて発生する損失が増加する。

また、この時流れる還流電流には、図１６に示すように、モータの巻線に発生した逆起電力に応じて流れる電流（実線で示す）が加わるため、ダイオード損失は更に大きくなる。図１６は、インバータ回路の各スイッチング素子とモータの巻線との接続を概略的に示すもので、Ｕ相上段をオンしている間にＶ相下段及びＷ相下段をＰＷＭ信号によりスイッチングさせた場合に、Ｖ相下段のスイッチング素子がオンからオフに転じると（×で示す）、Ｖ相上段のスイッチング素子に接続されているフリーホイールダイオードを介して還流電流が流れる（１点鎖線で示す）状態を示している。また、Ｗ相下段に流れる電流は破線で示している。図１５（ｂ）においてクロスハッチングで示している部分は、上記の誘起電圧により生じた還流電流が重畳して流れる期間である。そして、特許文献１，２に開示されている技術では、上記の場合に対応してダイオード損失を抑制することは想定されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの実回転方向が回転方向指令と逆になった場合に、フリーホイールダイオードにおいて発生する損失を軽減できるモータ制御装置，及びそのモータ制御装置を備えてなるバルブタイミング調整装置，並びにインバータ回路の通電制御方法を提供することにある。

請求項１記載のモータ制御装置によれば、制御手段は、外部より指令として与えられるモータの目標回転方向と、回転方向センサにより検出されるモータの実回転方向とが相違する方向不一致状態を検出すると、インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を進み位相側に拡げるように制御する。すなわち、モータの目標回転方向と実回転方向とが相違する場合は、上述のようにモータの巻線に発生した逆起電力に応じて流れる電流が還流電流に加わるためフリーホイールダイオードにおける損失が増大する。そして、上段スイッチング素子のオン期間を進み位相側に拡げれば、同素子に対応する下段スイッチング素子がターンオフした場合に、フリーホイールダイオードを介して電源側に流れようとする電流を、上段スイッチング素子を介して流すことができる。したがって、フリーホイールダイオードにおいて発生する損失を低減できる。

具体的には、制御手段は、モータの目標回転方向と実回転方向とが一致している状態ではインバータ回路を１２０度通電でＰＷＭ制御し、方向不一致状態を検出するとインバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げる１８０度通電パターンとするように切り替える。斯様に構成すれば、ロータの回転位置を検出することで通電パターンを生成し易い１２０度通電方式から上段スイッチング素子だけ１８０度通電パターンとする方式とを切り替えて、上段スイッチング素子のオン期間を容易に進み位相側に拡げることができる。

請求項２記載のモータ制御装置によれば、制御手段は、インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げる場合には、上段スイッチング素子のオン期間を開始する時点に、同じ相の下段スイッチング素子のオフ期間が掛るようにデッドタイムを設ける。すなわち、１２０度通電の場合は、同じ相の上段側、下段スイッチング素子のオン期間が重複するおそれはないが、上段スイッチング素子だけ１８０度通電パターンとするように切り替えた場合は両者のオン期間が双方の切り替わり際で接近するためオン期間が重複するおそれがある。したがって、デッドタイムを設けることでオン期間の重複を確実に回避できる。

請求項３記載のモータ制御装置によれば、スイッチング素子をＭＯＳＦＥＴとするので、寄生ダイオードをフリーホイールダイオードとして利用できる。また、ＭＯＳＦＥＴはオン抵抗が低いので、上段スイッチング素子をオンさせた場合に発生する損失を低減できる。

請求項４記載のモータ制御装置によれば、回転方向センサを、モータのロータ位置を検出する複数の位置センサによって構成し、制御手段は、複数の位置センサにより出力される位置検出信号に基づいてＰＷＭ制御を行うと共に、複数の位置検出信号が示す出力パターンの変化によりモータの実回転方向を判定する。すなわち、ＰＷＭ制御を行うため、複数の位置センサによりロータ位置を検出する場合には、それらが出力する位置検出信号を利用してモータの実回転方向を判定することができる。

請求項５記載のバルブタイミング調整装置によれば、請求項１ないし４の何れかに記載のモータ制御装置を備え、インバータ回路を介してモータをＰＷＭ制御することで、モータの回転軸に伝達されたトルクに応じてカム軸を回転駆動し、位相調整機構がクランク軸とカム軸との間の相対位相を調整する。すなわち、車両が走行する場合は、走行速度の変化に応じて、内燃機関のバルブタイミング調整装置を構成するモータについて、その目標回転方向と実回転方向とが不一致となる状態は頻繁に発生する。そこで、本願発明のモータ制御装置を適用すれば、インバータ回路で発生する損失を低減する効果を極めて有効に適用できる。

一実施例であり、通電パターンの切替えを示すタイミングチャート 通電パターンの切替えをロジックで示す図 本発明の要旨に係る制御内容を示すフローチャート １８０度通電を行った場合に、インバータ部の上段側に流れる電流を概略的に示す図 １８０度通電に切り替えた場合の還流電流が流れる経路を示す図 通電ブロックの構成を示す機能ブロック図 通電制御回路の構成を示す機能ブロック図 通電制御ロジックの構成を示す図（その１） 図８相当図（その２） 図８相当図（その３） 図８相当図（その４） 電動バルブタイミング調整装置の構成を示す縦断側面図 カム軸に発生するカムトルクを説明する図 従来技術を説明する１２０度通電パターンを示す図 モータの目標回転方向と実回転方向とが不一致となった場合の図１４相当図 図５相当図

以下、本発明の一実施例について図１ないし図１３を参照して説明する。図１２は、本実施例の電動バルブタイミング調整装置１を示している。電動バルブタイミング調整装置１は車両に搭載され、内燃機関（例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等）のクランク軸（図示しない）からカム軸２へ機関トルクを伝達する伝達系に設置されている。電動バルブタイミング調整装置１は、モータ４、通電制御回路部（モータ制御装置）６及び位相調整機構８を組み合わせてなり、クランク軸とカム軸２との間の相対位相である機関位相によって決まるバルブタイミングを調整する。カム軸２は内燃機関の吸気弁を開閉するものであり、電動バルブタイミング調整装置１は当該吸気弁のバルブタイミングを調整する。

モータ４は、埋設磁石（ＩＰＭ）型ブラシレスＤＣモータであり、ハウジング１０、軸受１２、回転軸１４、永久磁石１８及びステータ１６を備えている。ハウジング１０は、チェーンケース等の内燃機関の固定節９に固定され、ハウジング１０内には、二つの軸受１２及びステータ１６が収容されている。各軸受１２は、回転軸１４の軸本体１４ａを正逆回転自在に支持しており、回転軸１４において軸本体１４ａから外周側へ突出するロータ部１４ｂの内部には、回転方向に等間隔に並ぶように複数の永久磁石１８が埋設されている。
回転方向において隣り合う永久磁石１８同士は、相反する極性の磁極をロータ部１４ｂの外周壁側に向けている。ステータ１６はロータ部１４ｂの外周側に同心的に配置されており、コア１６ａ及びコイル１６ｂを有している。コア１６ａは鉄片を積層して形成され、回転軸１４の回転方向に等間隔に複数設けられている。各コア１６ａには、それぞれ個別にコイル１６ｂが巻装されている。

通電制御回路部６は、モータ４の各コイル１６ｂに接続されており、それらコイル１６ｂへの通電を内燃機関の運転状況等に応じて制御する。すると、モータ４は、各永久磁石１８へ作用する回転磁界を各コイル１６ｂの励磁により形成し、当該形成磁界に応じた方向のトルクをロータ部１４ｂに発生させて回転軸１４を回転させる。

位相調整機構８は、駆動側回転体２２、従動側回転体２４、遊星歯車ユニット３０及びリンクユニット５０を備えている。駆動側回転体２２は、内燃機関のクランク軸との間にタイミングチェーンが巻き掛けられるタイミングスプロケットである。クランク軸の出力トルクが駆動側回転体２２へ入力されると、駆動側回転体２２はクランク軸と連動して、当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ正転方向へ回転する。従動側回転体２４は内燃機関のカム軸２に同軸上に固定され、カム軸２と共に正転方向へ回転する。この場合、回転軸１４の正転方向が内燃機関の回転方向と同一方向に、また回転軸１４の逆転方向が内燃機関の回転方向と反対方向に設定されている。

そして、位相調整機構８は、吸気弁からの反力によるカムトルクが図１３に示すように遅角側と進角側とに交番して作用するカム軸２を、回転軸１４から与えられる制御トルクに応じて回転駆動することで機関位相を調整する。具体的には、制御トルクの保持等により回転軸１４が駆動側回転体２２に対して相対回転しないときは、遊星歯車３３が遊星運動せずに駆動側回転体２２及び伝達回転体３４と共に回転する。その結果、回転軸１４とカム軸２とが連れ回りして、駆動側回転体２２と従動側回転体２４との間の相対位相，バルブタイミングを決める機関位相が保持される。
一方、制御トルクの正転方向への増大等により回転軸１４が駆動側回転体２２に対して正転方向へ相対回転するときは、遊星歯車３３の遊星運動により伝達回転体３４が駆動側回転体２２に対して逆転方向（反時計方向）へ相対回転する。その結果、従動側回転体２４と共にカム軸２が駆動側回転体２２に対して正転方向（時計方向）へ相対回転駆動され、機関位相が進角する。

また、制御トルクの逆転方向への増大等により回転軸１４が駆動側回転体２２に対して逆転方向へ相対回転するときは、上記正転方向への相対回転時とは逆の原理で、従動側回転体２４と共にカム軸２が駆動側回転体２２に対して逆転方向へと相対回転駆動され、機関位相が遅角する。尚、以上の構成の詳細（図１２中に示す断面の構造）については、特開２００８−２１５２７４号公報の図３ないし図６に開示されている。上記の正転，反転方向（時計，反時計方向）についても上記の図に従う。

図７に示すように、モータ４は、三つの回転角センサ（位置センサ，回転方向センサ）ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを備えている。各回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷは例えばホール素子等からなり、回転軸１４の回転方向に所定間隔をおいて配置されている。回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、それぞれ回転軸１４に装着されたセンサ磁石（位置センサ，回転方向センサ）２０が磁極により形成する磁界を検出することで、回転軸１４の実回転位置θを表すための検出信号を出力する。回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各々の検出範囲内にセンサ磁石２０のＮ極が位置するときオンして検出信号の電圧レベルをハイ（Ｈ）にし、検出範囲内にセンサ磁石２０のＳ極が位置するときオフして検出信号の電圧レベルをロー（Ｌ）にする（図２参照）。尚、以下では、回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷがそれぞれ出力するセンサ信号についてもＳＵ，ＳＶ，ＳＷで示す。

通電制御回路部６は、制御回路（制御手段）６０及び駆動回路７０を備えている。本実施例において制御回路６０はモータ４の外部に、また駆動回路７０はモータ４の内部に配置されているが、それら回路６０，７０の双方をモータ４の外部又は内部に配置するようにしてもよい。制御回路６０はマイクロコンピュータを主体に構成されており、駆動回路７０に接続されている。制御回路６０は、内燃機関を制御する機能と共にモータ４への通電を制御する機能を備えている。

制御回路６０は、駆動回路７０から与えられるモータ４の実回転方向Ｄｒ及び実回転数Ｓｒ等に基づいて機関位相の実バルブタイミングを算出すると共に、内燃機関の運転状況等に基づいて目標バルブタイミングを算出する。さらに制御回路６０は、算出した実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの位相差に基づいてモータ４の目標回転方向Ｄｔ及び目標回転数Ｓｔをそれぞれ設定し、それらの設定結果を駆動回路７０へ出力する。駆動回路７０には、信号生成ブロック７２及び通電ブロック７４が設けられている。尚、本実施例において各ブロック７２，７４は、ハードウェアロジックで構成されている。

信号生成ブロック７２は、モータ４の各回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷ、制御回路６０及び通電ブロック７４に電気接続されている。信号生成ブロック７２は、回転軸１４の実回転位置θを表す各回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷの検出信号に基づいてモータ４の実回転方向Ｄｒ及び実回転数Ｓｒをそれぞれ算出し、それらの算出結果を制御回路６０及び通電ブロック７４へ出力する。
ここで、回転方向Ｄｒについては、例えば、現状のＳＵ，ＳＶ，ＳＷのセンサパターンから次のセンサパターンを予想し、正転パターンなら正転，逆転パターンなら逆転として、その結果をハイ／ローの２値レベル信号として出力する。また、実回転数Ｓｒについては、例えば、センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷのエッジの出力間隔をカウンタ等によりカウントし、そのカウント結果をデジタルデータとして出力するか、若しくはアナログレベル信号として出力する。

図６に示すように、通電ブロック７４は、インバータ部（インバータ回路）７６及び通電駆動部７８を有している。三相ブリッジ回路からなるインバータ部７６は、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ及び下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを有している。上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷと下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷとは、例えば何れもＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されており、各素子のフリーホイールダイオードＤ＿ＦＵ，Ｄ＿ＦＶ，Ｄ＿ＦＷ，Ｄ＿ＧＵ，Ｄ＿ＧＶ，Ｄ＿ＧＷは寄生ダイオードからなる。そして、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷのソースと、下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷのドレインとが夫々接続されると共に、モータ４のスター結線されている各相コイル１６ｂの一端にそれぞれ接続されている。

通電駆動部７８は制御ＩＣからなり、制御回路６０、信号生成ブロック７２及びインバータ部７６の各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷに電気接続されている。通電駆動部７８は、制御回路６０から与えられる目標回転方向Ｄｔ及び目標回転数Ｓｔと、信号生成ブロック７２から与えられる実回転方向Ｄｒ及び実回転数Ｓｒとに基づいて、各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷをオンオフ制御する。すると、モータ４が通電されて出力トルクが回転軸１４に発生する。

ここで、図２に示すように本実施例の通電駆動部７８は、各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷへ与える駆動信号（ゲート信号）の電圧レベルのパターンｉ〜ｖｉ（以下、「通電パターン」という）を制御することにより、制御トルクを調整する。尚、図２では、各通電パターンｉ〜ｖｉにおいて駆動信号の電圧レベルをパルス幅変調させる場合を「Ｐ」で表している。また、以下では、各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷへ与える駆動信号を、同じくＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷとして示す。
具体的には、目標及び実回転方向Ｄｔ，Ｄｒが共に正転方向の場合、通電駆動部７８は、図２（ａ）に示す通電パターンｉ〜ｖｉの切換により、正転中の回転軸１４へ作用する当該正転方向の制御トルクを調整する。目標及び実回転方向Ｄｔ，Ｄｒが共に逆転方向の場合、通電駆動部７８は、図２（ｂ）に示す通電パターンｉ〜ｉｖの切換により、逆転中の回転軸１４に作用する当該逆転方向の制御トルクを調整する。

ここで、図８ないし図１１は、通電駆動部７８に内蔵される通電制御ロジック８０の構成であり、図８は、駆動信号ＦＵを生成するロジック部８０ＦＵを示している。センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、夫々ＮＯＴゲート８１Ｕ，８１，８１Ｗの入力端子に与えられており、ＮＯＴゲート８１Ｕ，８１，８１Ｗからは、反転信号ＳＵ（バー），ＳＶ（バー），ＳＷ（バー）が出力される。実回転方向Ｄｒは、ＥＸＮＯＲゲート８２の入力端子の一方に与えられ、同入力端子の他方には回転方向Ｄｔが与えられている。また、目標回転方向Ｄｔは、ＮＯＴゲート８３の入力端子にも与えられている。

ロジック部８０ＦＵは、その他、７つのＡＮＤゲート８４ＦＵ〜９０ＦＵ，４個のＮＡＮＤゲート９１ＦＵ〜９４ＦＵ，２個のＮＯＲゲート９５ＦＵ，９６ＦＵから構成されている。これらの各ゲートのうち、ＡＮＤゲート９０ＦＵ，ＮＡＮＤゲート９３ＦＵだけが２端子入力であり、その他のゲートは３端子入力である。ＡＮＤゲート８４ＦＵ〜８６ＦＵの出力端子はＮＯＲゲート９５ＦＵの各入力端子に夫々接続され、ＡＮＤゲート８７ＦＵ〜８９ＦＵの出力端子はＮＯＲゲート９６ＦＵの各入力端子に夫々接続されている。

ＮＡＮＤゲート９１ＦＵ，９２ＦＵの出力端子は、ＮＡＮＤゲート９３ＦＵの各入力端子に夫々接続され、ＥＸＮＯＲゲート８２，ＮＯＲゲート９５ＦＵ，９６ＦＵの出力端子は、ＮＡＮＤゲート９４ＦＵの各入力端子に夫々接続されている。また、ＮＡＮＤゲート９３ＦＵ，９４ＦＵの出力端子は、ＡＮＤゲート９０ＦＵの各入力端子に夫々接続されている。

そして、センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。尚、ゲートについては符号のみ（ＦＵは省略）で示す
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ ８４，８８，９１
ＳＶ ８４，８５，８６，９２
ＳＷ ８６，８７，８８，８９
また、センサ信号ＳＵ（バー），ＳＶ（バー），ＳＷ（バー）は、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ（バー） ８５，８６，８７，９２
ＳＶ（バー） ８７，８８，８９，９１
ＳＷ（バー） ８４，８９
また、目標回転方向Ｄｔは、ＡＮＤゲート８５ＦＵ，ＮＡＮＤゲート９２ＦＵの入力端子に与えられ、ＮＯＴゲート８３を介したその反転信号は、ＮＡＮＤゲート９１ＦＵの入力端子に与えられている。

図９は、駆動信号ＦＶを生成するロジック部８０ＦＶを示している。ＮＯＴゲート８１及び８２，ＥＸＮＯＲゲート８２はロジック部８０ＦＵと共通であり、同様に７つのＡＮＤゲート８４ＦＶ〜９０ＦＶ，４個のＮＡＮＤゲート９１ＦＶ〜９４ＦＶ，２個のＮＯＲゲート９５ＦＶ，９６ＦＶから構成されている。そして、これらの接続関係は、センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷ並びにＳＵ（バー），ＳＶ（バー），ＳＷ（バー）が各ゲートの入力端子に与えられる部分のみが相違している。
センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。尚、ゲートについては符号のみ（ＦＶは省略）で示す。
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ ８６，８７，８８
ＳＶ ８４，８８，８９，９１
ＳＷ ８４，８５，８６，９２
また、センサ信号ＳＵ（バー），ＳＶ（バー），ＳＷ（バー）は、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ（バー） ８４，８５，８９
ＳＶ（バー） ８５，８６，８７，９２
ＳＷ（バー） ８７，８８，８９，９１

また図１０は、駆動信号ＦＷを生成するロジック部８０ＦＷを示しており、図９と同様に、対応するゲートの符号には「ＦＷ」を付して示している。センサ信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。尚、ゲートについては符号のみ（ＦＷは省略）で示す。
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ ８４，８５，８６，９２
ＳＶ ８６，８７，８８
ＳＷ ８４，８８，８９，９１
また、センサ信号ＳＵ（バー），ＳＶ（バー），ＳＷ（バー）は、以下のように各ゲートの入力端子に与えられている。
センサ信号 入力端子に与えられるゲート
ＳＵ（バー） ８７，８８，８９，９１
ＳＶ（バー） ８４，８５，８９
ＳＷ（バー） ８５，８６，８７，９２

図１１は、駆動信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成するロジック部８０ＧＵ，８０ＧＶ，８０ＧＷを示している。これらは夫々、３個のＮＡＮＤゲート９７〜９９で構成され、ＮＡＮＤゲート９７，９８の出力端子はＮＡＮＤゲート９９の入力端子に夫々接続されており、ＮＡＮＤゲート９９ＧＵ，９９ＧＶ，９９ＧＷの出力端子から、各駆動信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷがそれぞれ出力される。

ロジック部８０ＧＵでは、センサ信号ＳＵがＮＡＮＤゲート９７ＧＵの入力端子に、センサ信号ＳＶがＮＡＮＤゲート９８ＧＵの入力端子に与えられ、センサ信号ＳＵ（バー）がＮＡＮＤゲート９８ＧＵの入力端子に、センサ信号ＳＶ（バー）がＮＡＮＤゲート９７ＧＵの入力端子に与えられている。また、ロジック部８０ＧＶでは、センサ信号ＳＶがＮＡＮＤゲート９７ＧＶの入力端子に、センサ信号ＳＷがＮＡＮＤゲート９８ＧＶの入力端子に与えられ、センサ信号ＳＶ（バー）はＮＡＮＤゲート９８ＧＶの入力端子に、センサ信号ＳＷ（バー）はＮＡＮＤゲート９７ＧＶの入力端子に与えられている。

また、ロジック部８０ＧＷでは、センサ信号ＳＵがＮＡＮＤゲート９８ＧＷの入力端子に、センサ信号ＳＷがＮＡＮＤゲート９７ＧＷの入力端子に与えられ、センサ信号ＳＵ（バー）はＮＡＮＤゲート９７ＧＷの入力端子に、センサ信号ＳＷ（バー）はＮＡＮＤゲート９８ＧＷの入力端子に与えられている。そして、目標回転方向ＤｔはＮＡＮＤゲート９７の入力端子に与えられ、ＮＯＴゲート８３の出力端子はＮＡＮＤゲート９８の入力端子に与えられている。
通電制御ロジック８０が以上のように構成されることで、モータ４の目標回転方向Ｄｔと実回転方向Ｄｒとが一致している場合は１２０度通電パターンとなる駆動信号ＦＵ〜ＦＶ，ＧＵ〜ＧＶが出力され、目標回転方向Ｄｔと実回転方向Ｄｒとが不一致となった場合は１８０度通電パターンとなる駆動信号ＦＵ〜ＦＶ，ＧＵ〜ＧＶが出力される。

次に、本実施例の作用について図１ないし図５を参照して説明する。図３は、制御回路６０による制御内容を、本発明の要旨に係る部分について示すフローチャートである。制御回路６０は、信号生成ブロック７２より与えられる実回転方向Ｄｒを取得すると（ステップＳ１）、その実回転方向Ｄｒと、自身が通電ブロック７４に出力している目標回転方向Ｄｔとを比較する（ステップＳ２）。そして、両者の方向が一致している場合は（ＹＥＳ）、通電ブロック７４における通電制御ロジックを従来通りの１２０度通電に設定する（ステップＳ３）。一方、ステップＳ２において、両者の方向が一致していない場合は（ＮＯ）、通電ブロック７４における通電制御ロジックを、１８０度通電とするように切り替える（ステップＳ４）。

上記のステップＳ４において１８０度通電を行うと、図２（ａ）（正転トルク指示の場合）に示す通電パターンでは、図中の右側に示されているように、上段側のスイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷがオンする期間が機械角１５度分だけ進み位相側に延長されるようになる。Ｕ，Ｖ，Ｗの各相について、それぞれパターンｖｉ，ｉｉ，ｉｖも上段スイッチング素子がオンする期間となる。尚、モータ４は８極であるから、電気角６０度は機械角１５度に対応する。その結果、図１に示すタイミングチャートでは、（ａ）に示すスイッチングパターンから（ｂ）に示すスイッチングパターンに切り替わる。また、モータ４の逆転トルク指示が与えられている場合は、図２（ｂ）に示す通電パターンとなり、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相について、それぞれパターンｉｖ，ｖｉ，ｉｉも上段スイッチング素子がオンする期間となる。

更に、図１５（ｂ）相当図としては、図４に示すパターンとなる。このように１２０度通電から１８０度通電に切り替わることで、従来は、上段側のスイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷのフリーホイールダイオードＤ＿ＦＵ，Ｄ＿ＦＶ，Ｄ＿ＦＷに流れていた還流電流が、その期間にオンされる上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷを介して流れるようになる。すなわち、クロスハッチングで示す誘起電圧に基づく還流電流が流れる期間に対応して、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷがオンするようになっている。

図５は図１６相当図であり、Ｕ相上段スイッチング素子ＦＵをオンしている間にＶ相下段スイッチング素子ＧＶをＰＷＭ信号によりスイッチングさせた場合、Ｖ相下段のスイッチング素子ＧＶがオンからオフに転じる期間は、Ｖ相上段スイッチング素子ＦＶがオンするので、還流電流がフリーホイールダイオードを介して流れることはなく、Ｖ相上段スイッチング素子ＦＶを介して流れるようになる。

また、図１（ｂ）に示すように１８０度通電を行う場合は、例えばＶ相下段のスイッチング素子ＧＶをＰＷＭ信号でスイッチングさせるパターンｉから、Ｖ相上段のスイッチング素子ＦＶをオンさせるパターンｉｉに切り替わる。そこで、通電駆動部７８は、図１（ｃ）に示すようにパターンｉからパターンｉｉに切り替わる前後のタイミングでＶ相下段のスイッチング素子ＧＶをオフさせて、Ｖ相上段のスイッチング素子ＦＶと同時にオフになる期間、いわゆるデッドタイムを形成するようにＰＷＭ信号の出力タイミングを設定する。これにより、上段及び下段スイッチング素子が同時にオンして貫通電流が流れることを確実に防止する。尚、逆転の場合についても、同様にデッドタイムを形成する。

以上のように本実施例によれば、制御回路６０は、外部より指令として与えられるモータ４の目標回転方向Ｄｔと、回転角センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷが出力するセンサ信号に基づき信号生成ブロック７２により検出されるモータ４の実回転方向Ｄｒとが相違する方向不一致状態を検出すると、インバータ部７６を構成する上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷのオン期間を、進み位相側に拡げるように制御する。したがって、従来はフリーホイールダイオードに還流電流を流すことで発生していた損失を低減できる。

具体的には、制御回路６０は、目標回転方向Ｄｔと実回転方向Ｄｒとが一致している状態ではインバータ部７６を１２０度通電でＰＷＭ制御し、方向不一致状態を検出すると１８０度通電でＰＷＭ制御するように切り替える。斯様に構成すれば、ロータの回転位置を検出することで通電パターンを生成し易い１２０度通電方式と１８０度通電方式とを切り替えることで、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷのオン期間を容易に進み位相側に拡げることができる。

また、通電駆動部７８は、インバータ部７６を１８０度通電によりＰＷＭ制御する場合には、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷのオン期間を開始する時点に、同じ相の下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷのオフ期間が掛るようにデッドタイムを設けるので、上段側，下段スイッチング素子のオン期間の重複を確実に回避できる。そして、スイッチング素子ＦＵ〜ＦＷ，ＧＵ〜ＧＷをＭＯＳＦＥＴとするので、寄生ダイオードをフリーホイールダイオードとして利用できる。また、ＭＯＳＦＥＴはオン抵抗が低いので、上段スイッチング素子ＦＵ〜ＦＷをオンさせた場合に発生する損失を低減できる。

更に、回転方向センサを、モータ４のロータ位置を検出する３つの位置センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷ及び信号生成ブロック７２で構成し、制御回路６０は、位置検出信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷに基づいてＰＷＭ制御を行うと共に、それらが示す出力パターンの変化によりモータ４の実回転方向Ｄｒを判定するので、ＰＷＭ制御を行うため位置センサＳＵ，ＳＶ，ＳＷを用いる場合には、それらが出力する位置検出信号を利用してモータ４の実回転方向Ｄｒを判定することができる。

そして、通電制御回路部６がインバータ部７６を介してモータ４をＰＷＭ制御することで、モータ４の回転軸１４に伝達されたトルクに応じてカム軸２を回転駆動し、位相調整機構８がクランク軸とカム軸２との間の相対位相を調整する。すなわち、車両が走行する場合は、走行速度の変化に応じて、内燃機関のバルブタイミング調整装置１を構成するモータ４について、その目標回転方向Ｄｔと実回転方向Ｄｒとが不一致となる状態は頻繁に発生する。そこで、通電制御回路部６を適用すれば、インバータ部７６で発生する損失を低減する効果を極めて有効に適用できる。

本発明は上記し、又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
デッドタイムを設けずとも貫通電流が流れるおそれがない場合、若しくは、貫通電流が僅かに流れても問題ない場合は、必ずしもデッドタイムを設ける必要はない。
回転方向センサは、複数の位置センサを用いて構成するものに限らず、独立した回転方向センサを用いても良い。

スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限ることなく、パワートランジスタやＩＧＢＴを用いてフリーホイールダイオードを外付けしても良い。
ロータの表面側に磁石が配置されるタイプ（ＳＰＭ型）のモータを用いても良い。この場合、回転位置センサは、センサ磁石を設けることなく、ロータ磁石の磁力を検出すれば良い。
バルブタイミング調整装置に限ることなく、モータの目標回転方向と実回転方向とが相違する状態が発生する制御系であれば適用が可能である。

図面中、１は電動バルブタイミング調整装置、２はカム軸、４はモータ、８は位相調整機構、１４は回転軸、２０はセンサ磁石（位置センサ，回転方向センサ）、６０は制御回路（制御手段）、７６はインバータ部（インバータ回路）、ＦＵ〜ＦＷ，ＧＶ〜ＧＷはスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｄ＿ＦＵ〜Ｄ＿ＦＷ，Ｄ＿ＧＶ〜Ｄ＿ＧＷはフリーホイールダイオード、ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは回転角センサ（位置センサ，回転方向センサ）を示す。

Claims (9)

1. モータの回転方向を検出する回転方向センサと、
   フリーホイールダイオードを有するスイッチング素子を多相ブリッジ接続して構成され、前記モータの巻線に通電を行うインバータ回路と、
   外部より指令として与えられる前記モータの目標回転方向に基づいて、前記インバータ回路を構成するスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記目標回転方向と前記実回転方向とが一致している状態では前記インバータ回路を１２０度通電によりＰＷＭ制御し、前記目標回転方向と、前記回転方向センサにより検出される前記モータの実回転方向とが相違する方向不一致状態を検出すると、前記インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げる場合には、前記上段スイッチング素子のオン期間を開始する時点に、同じ相の下段スイッチング素子のオフ期間が掛るようにデッドタイムを設けることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記回転方向センサは、前記モータのロータ位置を検出する複数の位置センサによって構成され、
   前記制御手段は、前記複数の位置センサにより出力される位置検出信号に基づいて、前記ＰＷＭ制御を行うと共に、前記複数の位置検出信号が示す出力パターンの変化により前記モータの実回転方向を判定することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のモータ制御装置。
5. クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁，排気弁の少なくとも一方についてバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、
   通電により発生した出力トルクを回転軸に伝達するモータと、
   前記回転軸に伝達されたトルクに応じて前記カム軸を回転駆動することにより、前記クランク軸と前記カム軸との間の相対位相を調整する位相調整機構と、
   請求項１ないし４の何れかに記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
6. フリーホイールダイオードを有するスイッチング素子を多相ブリッジ接続して構成されるインバータ回路を介してモータの巻線に通電を行う方法において、
   外部より指令として与えられる前記モータの目標回転方向に基づいて、前記インバータ回路を構成するスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する場合、
   前記目標回転方向と前記実回転方向とが一致している状態では前記インバータ回路を１２０度通電によりＰＷＭ制御し、前記目標回転方向と、前記モータの実回転方向とが相違する方向不一致状態を検出すると、前記インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げることを特徴とするインバータ回路の通電制御方法。
7. 前記インバータ回路を構成する上段スイッチング素子のオン期間を、電気角６０度分だけ進み位相側に拡げる場合には、前記上段スイッチング素子のオン期間を開始する時点に、同じ段の下側スイッチング素子のオフ期間が掛るようにデッドタイムを設けることを特徴とする請求項６記載のインバータ回路の通電制御方法。
8. 前記スイッチング素子に、ＭＯＳＦＥＴを用いることを特徴とする請求項６又は７記載のインバータ回路の通電制御方法。
9. 前記モータのロータ位置を検出する複数の位置センサにより出力される位置検出信号に基づいて前記ＰＷＭ制御を行い、前記複数の位置検出信号が示す出力パターンの変化により前記モータの実回転方向を判定することを特徴とする請求項６ないし８の何れかに記載のインバータ回路の通電制御方法。

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