JP7115401B2 - motor - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関する。 The present invention relates to motors.
従来、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを決めるクランクシャフトとカムシャフトの相対位相を調整するバルブタイミング可変装置の駆動源にモータを用いたものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a motor is used as a drive source for a variable valve timing device that adjusts the relative phase between a crankshaft and a camshaft that determine the opening/closing timing of intake valves or exhaust valves of an engine (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記のようなバルブタイミング可変装置では、エンジンがアイドリングストップ状態において、バルブに設けられたバルブスプリングの付勢力によりカムシャフトが所定位置まで回転することで、カムシャフトと駆動連結されたモータのロータの回転位置がずれることとなる。 By the way, in the variable valve timing device as described above, when the engine is in an idling stop state, the camshaft rotates to a predetermined position due to the biasing force of the valve spring provided in the valve, thereby driving the motor connected to the camshaft. The rotational position of the rotor is shifted.
そのため、モータでは、ロータが回転しないように大きな保持トルクを有する必要がある。その一例として保持トルク増大させるためモータの回転特性を低下させる虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、モータの回転特性の低下を抑えつつ、アイドリングストップ状態における保持トルクを高くできるモータを提供することにある。
Therefore, the motor needs to have a large holding torque so that the rotor does not rotate. As an example, there is a risk that the rotation characteristics of the motor will be degraded due to the increase in holding torque.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor that can increase the holding torque in the idling stop state while suppressing deterioration of the rotation characteristics of the motor.
上記課題を解決するモータは、エンジン(1)のバルブ(5)のスプリング(6)の付勢力を受けるカムシャフト(4)に接続され、前記バルブの開閉タイミングを調整するモータ本体(11)と、前記モータ本体を制御する制御回路(12)とを備え、前記モータ本体は、三相交流電流が給電される三相巻線(22)を備え、前記制御回路は、前記エンジンが駆動状態である場合に前記三相巻線に対して三相交流電流を給電する交流電流作動を実施し、前記エンジンがアイドリングストップ状態である旨を示すアイドリングストップ信号が入力された場合、前記交流電流作動を終了させるとともに前記三相巻線の特定の巻線に対して直流電流を給電する直流電流作動を実施するモータであって、前記制御回路は、前記直流電流作動時に前記三相巻線の内の二相の巻線に対して通電を実施するものであり、前記三相巻線の内、順次又はランダムで前記二相の巻線の組み合わせを切り替える。 The motor that solves the above problems is connected to a camshaft (4) that receives the biasing force of a spring (6) of a valve (5) of an engine (1), and has a motor body (11) that adjusts the opening/closing timing of the valve. and a control circuit (12) for controlling the motor body, the motor body having a three-phase winding (22) to which a three-phase alternating current is supplied, the control circuit being controlled by the engine when the engine is running. In a certain case, an alternating current operation is performed to supply a three-phase alternating current to the three-phase winding, and when an idling stop signal indicating that the engine is in an idling stop state is input, the alternating current operation is performed. A motor that implements DC current operation for terminating and supplying DC current to a particular winding of said three-phase winding, wherein said control circuit controls, during said DC current operation, said one of said three-phase windings to Two-phase windings are energized, and among the three-phase windings, the combination of the two-phase windings is switched sequentially or at random .
上記態様によれば、アイドリングストップ状態である場合に三相巻線の特定の巻線に対して直流電流を給電することで、当該巻線を励磁させてモータ本体のロータの回転位置を保持するための保持トルクを得ることができる。このため、モータ本体におけるロータの形状等の制約を低減できるため、回転特性の低下を抑えつつアイドリングストップ状態における保持トルクを高くできる。 According to the above aspect, in the idling stop state, by supplying a DC current to a specific winding of the three-phase winding, the winding is excited and the rotational position of the rotor of the motor main body is maintained. can obtain a holding torque for Therefore, restrictions such as the shape of the rotor in the motor main body can be reduced, so that the holding torque in the idling stop state can be increased while suppressing deterioration in rotation characteristics.
以下、モータの一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。また、以下の説明では、特に言及が無い限り、単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」と記載した場合には、モータ(モータの回転軸)の軸方向、径方向、周方向をそれぞれ意味するものとする。 An embodiment of the motor will be described below with reference to the drawings. In the drawings, for convenience of explanation, part of the configuration may be exaggerated or simplified. Also, the dimensional ratio of each part may differ from the actual one. Further, in the following description, unless otherwise specified, the terms "axial direction", "radial direction", and "circumferential direction" simply refer to the axial direction, radial direction, and circumferential direction of the motor (rotating shaft of the motor). shall mean the direction respectively.
図1に示すように、本実施形態のモータ10は、車両のエンジン1に設けられるバルブタイミング可変装置2の駆動源に用いられるブラシレスモータである。モータ10の回転軸31は、位相調整機構3を介してカムシャフト4と連結されており、モータ10(回転軸31)の回転駆動力によってバルブ5の開閉タイミング(クランクシャフトに対するカムシャフト4の相対位相)を調整可能に構成されている。バルブ5は、バルブスプリング6によって閉弁方向に常時付勢されている。
As shown in FIG. 1, the
図1及び図2に示すように、モータ10は、モータ本体11と、モータ本体11の一体構成とされた制御回路12とを備えている。モータ本体11はステータ20及びロータ30を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すように、ステータ20は、12本のティース21aを有する略円環状のステータコア21と、ティース21aに巻回される巻線22とを有する。各ティース21a間にはそれぞれスロットが形成されている。そして、これら各ティース21aに巻回された巻線22には、制御回路12から三相交流が給電されるようになっている。巻線22は、U相電流が給電されるU相巻線22uと、V相電流が給電されるV相巻線22vと、W相電流が給電されるW相巻線22wとを有する。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、ロータ30は、回転軸31と、回転軸31に固定される円柱状のロータコア32とを有する。ロータ30の回転軸31は、図示しない軸受に支持されることにより、各ティース21aに囲まれる態様で、ステータ20の径方向内側において回転可能となっている。そして、ロータ30の外周縁部には、同ロータ30を包囲するティース21aと対向する複数の磁極部33が形成されている。
As shown in FIG. 2 , the
詳述すると、各磁極部33は、ロータコア32の外周縁部に平板状の永久磁石34a,34bを埋設することにより形成される。即ち、本実施形態のモータ本体11は、永久磁石埋め込み型(IPM側)のロータを有するモータとして構成されている。具体的には、ロータコア32の外周縁部には、その軸線方向に沿って形成された磁石収容孔35a,35bが周方向に等間隔(45°間隔)で設けられている。そして、各磁極部33は、これら各磁石収容孔35a,35bに、ロータコア32の径方向と直交する態様で各永久磁石34a,34bを収容・固定することにより形成されている。
More specifically, each
本実施形態では、永久磁石34a,34bは、各磁石収容孔35a,35b内において、径方向外側の面がN極となるように配置される第1永久磁石34aと、径方向外側の面がS極となるように配置される第2永久磁石34bとを有する。第1永久磁石34aと、第2永久磁石34bとは、周方向において交互となるように各磁石収容孔35a,35b内に収容される。すなわち、第1永久磁石34aで構成された同極の磁極部33と、第2永久磁石34bで構成された同極の磁極部33とが周方向に沿って交互に形成される。これにより、各磁極部33は、周方向45°間隔で計8個形成されることとなる。つまり、本実施形態のモータ本体11は、8極12スロットのブラシレスモータである。
In the present embodiment, the
図3に示すように、制御回路12は、巻線22への通電タイミングを設定して三相交流を生成することでモータ本体11の駆動を制御している。制御回路12には、直流電源E1が接続されている。具体的には、制御回路12の電源端子T1に直流電源E1の正極が接続され、制御回路12の電源端子T2に直流電源E1の負極が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、制御回路12は、インバータ回路40と、制御部50と、を含む。インバータ回路40は、巻線22の各巻線22u,22v,22wと接続される。
インバータ回路40は、例えば直流電源E1から供給される直流電力から120°位相の異なる三相の駆動電力を生成するための三相インバータ回路である。インバータ回路40は、ブリッジ接続された6個のスイッチング素子41~46を有している。スイッチング素子41~46は、例えば、Nチャネル型MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子41~46には、還流電流を流すためのダイオードD1~D6がそれぞれ逆接続されている。インバータ回路40では、高電位側電源線VB1と低電位側電源線VB2との間に、U相用のスイッチング素子41とスイッチング素子42とが直列に、V相用のスイッチング素子43とスイッチング素子44とが直列に、W相用のスイッチング素子45とスイッチング素子46とが直列に接続されている。高電位側のスイッチング素子41,43,45と低電位側のスイッチング素子42,44,46との接続点は、それぞれ各巻線22u,22v,22wの一端に接続されている。また、本実施形態の各巻線22u,22v,22wの他端は中性点Pで接続される。すなわち、本実施形態の巻線22は、所謂スター結線で接続される。なお、巻線22は、スター結線に限らず、デルタ結線であってもよい。
As shown in FIG. 3 , the
The
制御部50は、各スイッチング素子41~46のゲートに接続され、スイッチング素子41~46のオン・オフを制御する。これにより、直流電源E1からの直流電流が三相交流電流に変換されてブラシレスモータ10に給電される。
The
本実施形態の制御部50は、例えばエンジンECU7から入力される入力信号SIに基づいてスイッチング素子41~46のオン・オフを制御する。ここで、入力信号SIは、ハイレベルである場合にエンジン1が通常駆動状態であることを示し、ローレベルである場合にエンジン1がアイドリングストップ状態であることを示す。より具体的には、入力信号SIがハイレベルからローレベルに変わった場合に制御部50に対してアイドリングストップ信号が入力されたこととなる。また、入力信号SIがローレベルからハイレベルに代わった場合に制御部50に対してエンジン始動信号が入力されたこととなる。
The
制御部50は、エンジン1が通常駆動状態である旨を示す入力信号SIがハイレベルである場合に三相交流電流を巻線22u,22v,22wを給電する交流電流作動を実施する。また、制御部50は、エンジン1がアイドリングストップ状態である旨を示す入力信号SIがローレベルである場合に巻線22u,22v,22wの内の二相の巻線22u,22vに直流電流を給電する直流電流作動を実施する。制御部50は、直流電流作動時の平均電圧値と、交流電流作動時の平均電圧値とを比較した場合に、直流電流作動時の平均電圧値を低くしている。
The
次に、本実施形態のモータ10の一動作例(作用)を主に図4を用いて説明する。
モータ10の制御部50は、例えばエンジンECU7からハイレベルの入力信号SIが入力される場合、通常駆動状態であるとして三相交流電流を巻線22u,22v,22wを給電する交流電流作動を実施する。
Next, an operation example (action) of the
For example, when a high-level input signal SI is input from the
図4に示すように或る時刻t1において、例えば車両ブレーキが操作されて車両速度が0となった場合、エンジン1はアイドリングストップ状態に移行する。このとき、エンジンECU7からローレベルの入力信号SIが制御部50に入力される。
As shown in FIG. 4, at time t1, for example, when the vehicle brake is operated and the vehicle speed becomes 0, the
制御部50は、エンジンECU7からローレベルの入力信号SIが入力される場合、アイドリングストップ状態であるとして交流電流作動を停止させるとともに、直流電流作動を実施する。具体的には、制御部50は、スイッチング素子41~46を制御して三相の巻線22u,22v,22wの内、二相の巻線22u,22vに対して直流電流を給電する。これにより、二相の巻線22u,22vが励磁されて巻線22u,22vとロータ30との間に保持トルクが発生する。この保持トルクは、バルブ5に設けられたスプリング6の付勢力に抗する程度のトルクとすることで、ロータ30並びにカムシャフト4の意図しない回転を抑えることができる。
When a low-level input signal SI is input from the
図4に示すように、時刻t1より後の時刻t2において、例えば車両ブレーキの操作が解除されると、エンジン1は通常駆動状態に移行する。このとき、エンジンECU7からハイレベルの入力信号SIが制御部50に入力される。
As shown in FIG. 4, at time t2 after time t1, for example, when the operation of the vehicle brake is released, the
制御部50は、エンジンECU7からハイレベルの入力信号SIが入力される場合、通常駆動状態であるとして直流電流作動を終了させると同時に交流電流作動を実施する。すなわち、直流電流作動後に即座に交流電流作動を実施して無通電時間(ゼロ電位の時間)を略ゼロとしている。これにより、エンジン1の始動から速やかにバルブタイミング調整を実施することができる。
When a high-level input signal SI is input from the
本実施形態の効果を記載する。
(1)アイドリングストップ状態である場合に巻線22u,22v,22wの特定の巻線22u,22vに対して直流電流を給電することで、当該巻線22u,22vを励磁させてモータ本体11のロータ30の回転位置を保持するための保持トルクを得ることができる。このため、モータ本体11におけるロータ30の形状等の制約を低減できるため、回転特性の低下を抑えつつアイドリングストップ状態における保持トルクを高くできる。モータ本体11の回転特性の低下が抑えられることで、エンジン1の応答性向上に寄与できる。また、ロータ30並びにカムシャフト4の位置を保持するため、位置検出のためのセンサや位置を微調整するためのフィードバック回路が必要となるが、本実施形態で示す構成では、従来のモータにおいて有する巻線に対して直流電流を給電する単純且つ簡素な構成で実現することができる。
The effect of this embodiment will be described.
(1) By supplying DC current to
(2)アイドリングストップ状態終了後においてエンジン1が始動された旨を示すエンジン始動信号が入力された場合、前記直流電流作動が終了されるため、エンジン1始動から速やかにバルブタイミング調整を実施することができる。
(2) When an engine start signal indicating that the
(3)直流電流作動の終了と同時に交流電流作動を実施することで、エンジン1始動から速やかにバルブタイミング調整を実施することができる。
(4)制御部50は、直流電流作動時の平均電圧値と、交流電流作動時の平均電圧値とを比較した場合に、直流電流作動時の平均電圧値を低くすることで、省電力とすることができる。
(3) By performing AC current operation at the same time as the completion of DC current operation, it is possible to quickly adjust the valve timing from the start of the
(4) When comparing the average voltage value during DC current operation and the average voltage value during AC current operation, the
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。 It should be noted that each of the above-described embodiments can be implemented with the following modifications. Each of the above-described embodiments and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記実施形態では、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2の間、巻線22u並びに巻線22vのみに直流電流を給電することとしたが、これに限らない。例えば、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2において、巻線22u,22v,22wの組み合わせを変更するようにしてもよい。二相の巻線に直流電流を給電する場合、巻線22uと巻線22vの組み合わせ、巻線22uと巻線22wの組み合わせ、巻線22vと巻線22wとの組み合わせが考えられ、このうちの少なくとも2つをアイドリングストップ状態である時刻t1~t2において切り替えるようにしてもよい。また、上記の3つの組み合わせを用いる場合、順次切り替えたり、ランダムに切り替えたりしてもよい。
In the above embodiment, the DC current is supplied only to the
また、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2の間において巻線22uと巻線22vとに直流電流を給電した場合、その後のアイドリングストップ状態においては、他の巻線の組み合わせ(巻線22uと巻線22wの組み合わせや巻線22vと巻線22wとの組み合わせ)を用いてもよい。この場合においても、上記の3つの組み合わせを、順次切り替えたり、ランダムに切り替えたりしてもよい。
Further, when a DC current is supplied to the winding 22u and the winding 22v during the idling stop state from time t1 to t2, in the subsequent idling stop state, another combination of windings (the winding 22u and the winding A combination of
上述したように、直流電流作動時に直流電流を給電する二相の巻線の決定方法として、三相の巻線22u,22v,22wから順次又はランダムで決定することで、巻線22u,22v,22wの劣化の偏りを抑えることができる。
As described above, as a method for determining the two-phase windings to which the DC current is supplied during the DC current operation, the
・上記実施形態では、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2の間において二相の巻線22u,22vに直流電流を給電するようにしたが、これに限らない。
例えば、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2の間において、三相の巻線22u,22v,22wに直流電流を給電するようにしてもよい。この場合、各巻線22u,22v,22wの全てに直流電流が給電されるため、三相の巻線22u,22v,22wの内の二相の巻線のみに給電した場合と比較して、巻線22u,22v,22wのバランス良く給電することができ、特定の巻線のみが劣化することを抑えることができる。
In the above-described embodiment, direct current is supplied to the two-
For example, a DC current may be supplied to the three-
また、アイドリングストップ状態である時刻t1~t2の間において、三相の巻線22u,22v,22wの内の一相の巻線に対して直流電流を給電するようにしてもよい。
・上記実施形態では、モータ本体11と制御回路12とを一体構成としたが、モータ本体11と制御回路12とが分離された構成を採用してもよい。
Also, during the idling stop state between times t1 and t2, a direct current may be supplied to one of the three-
- In the above-described embodiment, the motor
・上記実施形態では、ロータコア32内に永久磁石34a,34bを配置した所謂IPM型のロータ30を採用したが、これに限らない。例えば、軸方向に沿った着磁方向を持つ円板状の界磁磁石を軸方向に延びる爪状磁極を有する一対のコア部材で挟んで構成したランデル型や、コア部材の外周面に界磁磁石を備えた表面磁石型(SPM型)を採用してもよい。
- In the above embodiment, the so-called
・上記実施形態では、モータ本体11を8極12スロットのブラシレスモータとしたが、極数やスロット数は仕様等によって適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ブレーキの操作が解除された場合にアイドリングストップ状態から通常駆動状態に移行することとして説明したが、ブレーキの操作解除以外にバッテリ電圧の変化やアイドリングストップ状態の時間(期間)によってアイドリングストップ状態から通常駆動状態に移行することがある。このような場合においても上記実施形態と同様に直流電流作動の終了と同時に交流電流作動を実施することが好ましい。
In the above embodiment, the motor
・In the above embodiment, the idling stop state is shifted to the normal drive state when the brake operation is released. may shift from the idling stop state to the normal drive state. Even in such a case, it is preferable to perform alternating current operation at the same time as the end of direct current operation, as in the above embodiment.
・上記実施形態並びに上記変更例では、直流電流作動の終了と同時に交流電流作動を実施することとしたが、直流電流作動後の所定時間、無通電時間(ゼロ電位の時間)を有するようにしてもよい。 ・In the above embodiment and modification, the AC current operation is performed at the same time as the DC current operation is completed. good too.
・上記実施形態では、モータ10をバルブタイミング可変装置2の駆動源として用いる構成としたが、これに限らない。必要に応じて保持トルクを要するシステムに広く用いることができる。これにより、システムに合わせたモータ設計ができ、設計自由度を高めることができる。
- In the above-described embodiment, the
1…エンジン、4…カムシャフト、5…バルブ、6…スプリング、10…モータ、11…モータ本体、12…制御回路、22…巻線(三相巻線)、22u…U相巻線、22v…V相巻線、22w…W相巻線、SI…入力信号(アイドリングストップ信号並びにエンジン始動信号)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータ本体は、三相交流電流が給電される三相巻線(22)を備え、
前記制御回路は、前記エンジンが駆動状態である場合に前記三相巻線に対して三相交流電流を給電する交流電流作動を実施し、前記エンジンがアイドリングストップ状態である旨を示すアイドリングストップ信号が入力された場合、前記交流電流作動を終了させるとともに前記三相巻線の特定の巻線に対して直流電流を給電する直流電流作動を実施するモータであって、
前記制御回路は、前記直流電流作動時に前記三相巻線の内の二相の巻線に対して通電を実施するものであり、
前記直流電流作動期間毎に、前記三相巻線の内、順次又はランダムで前記二相の巻線の組み合わせを切り替える、モータ。 A motor body (11) that is connected to a camshaft (4) that receives the biasing force of a spring (6) of a valve (5) of an engine (1) and that adjusts the opening/closing timing of the valve, and a control that controls the motor body. a circuit (12);
The motor body comprises a three-phase winding (22) fed with a three-phase alternating current,
The control circuit performs an alternating current operation to supply a three-phase alternating current to the three-phase winding when the engine is in a driving state, and an idling stop signal indicating that the engine is in an idling stop state. is input, the motor terminates the AC current operation and supplies a DC current to a specific winding of the three-phase windings, wherein
The control circuit energizes two-phase windings of the three-phase windings when the direct current is operated,
A motor, wherein the combination of the two-phase windings among the three-phase windings is sequentially or randomly switched for each DC current operation period .
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