(57)【要約】【課題】  自動車用のエンジンの可変位相装置において、摩擦による発熱を生じないようにする。【解決手段】  エンジン（１１０）の吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させる位相可変装置において、回転ドラムを制動又は加速する電磁クラッチ（４２）を有する電磁制御手段（４０ａ）を備える。回転ドラムには複数の磁極が設けられ、電磁クラッチには回転ドラムを加減速する磁界を発生させるコイル（６２）を設ける。回転ドラムの磁極を検出する磁気センサ（１０８）から送られてくる磁気信号（ｃ）と、エンジンから送られてくるクランク角信号（ａ）及びカム角信号（ｂ）とに基づいて各コイルへ供給する電流を制御するコントローラ（１０２）及びコイル駆動回路（１０４）を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトの回転が伝達される外筒部と、該外筒部に相対回転可能でエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるカムシャフトに連結された内筒部と、前記外筒部及び内筒部にヘリカルスプラインで噛み合う中間部材とを備え、該中間部材を軸方向に移動させることによって、前記外筒部と前記内筒部の間に相対回転を生じさせて、前記吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置において、
前記中間部材に螺合するとともに複数の磁極が設けられた回転ドラムと、該回転ドラムを加速又は減速する磁極を発生させるコイルを設けた電磁クラッチと、前記コイルに給電するコイル駆動回路と、前記回転ドラムの磁極の接近を検出して磁気信号を発生する磁気センサと、前記エンジンから送られてくるクランク角信号及びカム角信号から、カム角とクランク角との間の位相の設定値からの偏差である位相偏差を求め、該位相偏差と前記磁気信号とに基づいて前記コイルへ供給する電流のＯＮ、ＯＦＦ及び向きを指示する駆動信号を前記コイル駆動回路へ送るコントローラとを備えたことを特徴とするエンジンの位相可変装置。
【請求項２】
前記回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、前記電磁クラッチには前記磁極と同数のコイルが設けられ、前記コイルは奇数番目のものと偶数番目のものが異なる磁極となるようにされており、前記磁気センサは互いに隣接する２つの前記コイルの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの位相可変装置。
【請求項３】
前記電磁クラッチに設けられたコイルは１つの鉄心に巻かれており、前記鉄心は前記回転ドラムに設けられた磁極と同数の磁極片を有しており、該磁極片は前記コイルに通電したとき交互に逆の磁極なるようにされており、前記磁気センサは互いに隣接する前記磁極片の間に位置することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの位相可変装置。
【請求項４】
前記回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、前記磁極は前記電磁クラッチに設けられたコイルの数の１．５倍とされ、前記磁気センサは２つあって、それぞれ互いに隣接する２つの前記コイル上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの位相可変装置。
【請求項５】
前記位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を変える可変電圧電源から前記コイル駆動回路に電流を供給することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のエンジンの位相可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンのクランクシャフトの回転をエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるためのカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数等の運転状態によって吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンの位相可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような位相可変装置としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。これを図１３に示す。
【０００３】
この位相可変装置は、吸気弁又は排気弁を開閉するため、図示しないエンジンケース（位相可変装置用カバー）に組み付けた形態で用いられ、エンジンのクランクシャフトの駆動力が、図示しないチェーンによって伝達されるスプロケット１２を有する円環状の外筒部１０と、この外筒部１０と同軸に配置されて外筒部１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２の一部を構成する従動側の円環状の内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、軸方向に移動して外筒部１０に対する内筒部２０の位相を変える中間部材３０と、内筒部２０のカムシャフト２の配設された側と反対側に設けられて、中間部材３０を軸方向に移動させる電磁制御手段である電磁ブレーキ４０とを備えている。このカムシャフト２には、吸気弁又は排気弁の一方を開閉するためのカム２ａが設けられる。
【０００４】
外筒部１０は、内周縁にリング状の凹部１３が設けられたスプロケット１２と、スプロケット１２の側面に密着し、凹部１３と協働してフランジ係合溝１３Ａを画成する内フランジプレート１４と、内フランジプレート１４をスプロケット１２に共締め固定し、中間部材３０とのスプライン係合部１７が内周に形成されたスプラインケース１６とから構成されている。外筒部１０の凹部１３の開口側の大径凹部１３ａ、凹部１３の奧側の小径凹部１３ｂで、両凹部１３ａ，１３ｂ間には、内筒部２０側のフランジ２４の外周縁と正対する段差部１３ｃが設けられている。スプロケット１２と内フランジプレート１４とスプラインケース１６は、締結ねじ１１によって一体化されているので、フランジ係合溝１３Ａと、スプラインケース１６におけるスプライン係合部１７の形成が容易になっている。
【０００５】
なお、外筒部１０には小径スプロケット１２Ａが固着されているが、この小径スプロケット１２Ａは、図示省略するが、吸気弁又は排気弁の他方を開閉するための位相可変装置のスプロケットとチェーンで連結されて、吸気弁と排気弁の両方を開閉制御するためのものである。
【０００６】
ところで、中間部材３０の内外周面には雌雄のヘリカルスプライン３２、３３が設けられ、内筒部２０の外周面には雄ヘリカルスプライン２３が設けられ、スプラインケース１６の内周面のスプライン係合部１７には雌ヘリカルスプラインが形成されている。そして、中間部材３０の内外のスプライン３２，３３は逆方向のヘリカルスプラインとされていて、中間部材３０の軸方向への僅かな移動で、外筒部１０に対し内筒部２０の位相を大きく変化させることができるようになっている。中間部材３０の外周面には雄ねじ部３１が形成されている。
【０００７】
電磁ブレーキ４０は、クラッチケース６０内に電磁石（電磁コイル）６２を備え、クラッチケース表面に摩擦材６６を固着した電磁クラッチ４２と、電磁クラッチ４２の摩擦材６６から制動力を受けるため強磁性体からなる回転ドラム４４と、回転ドラム４４と外筒部１０間に軸方向に介装されたねじりコイルばね４６とから構成される。電磁クラッチ４２は、ピン６８がエンジンケースに設けた孔に係合していて、軸方向に移動可能だが回転不能にエンジンケースに支持される。回転ドラム４４は、ベアリング２２によって内筒部２０に回転可能に支承され、中間部材３０の雄ねじ部３１に螺合する雌ねじ部４５が形成されている。回転ドラム４４が外筒部１０に対して相対回転すると、両ねじ部４５，３１の働きによって中間部材３０は軸方向に移動する。
【０００８】
電磁クラッチ４２がＯＦＦのときは、回転ドラム４４には制動力が働かないため、回転ドラム４４と外筒部１０とは、ねじりコイルばね４６によって初期位置に固定され、外筒部１０，内筒部２０，中間部材３０および回転ドラム４４は一体に回転し、外筒部１０と内筒部２０には位相差を生じない。すると、内筒部２０はカムシャフト２に連結され、外筒部１０はクランクシャフトに設けられたクランクプーリとチェーンで連結されているので、クランクシャフトの回転に応じて、通常のタイミングで吸気弁又は排気弁を開閉することができる。
【０００９】
電磁クラッチ４２をＯＮにすると、電磁クラッチ４２に設けた摩擦材６６と回転ドラム４４には摩擦による制動力が作用する。制動力が回転ドラム４４に作用すると、回転ドラム４４が外筒部１０に対して回転遅れが生じ、中間部材３０がねじ部３１，４５の働きによって図１３で右方向に移動し、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２，３３によって、内筒部２０が外筒部１０に対し回動して、両者の位相差が変わる。そして、回転ドラム４４は、制動力とねじりコイルばね４６のばね力とがバランスする位置に保持される。電磁クラッチ４２の電磁石に供給する電流を制御すると、内筒部２０と外筒部１０とを所望の位相差に制御できる。これにより、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを適切に変化させることができる。
【００１０】
再び、電磁クラッチ４２をＯＦＦにすると、制動力が回転ドラム４４に働かなくなり、ねじりコイルばね４６の作用により中間部材３０は、初期位置まで回転し、ねじ部３１，４５の働きによって図１３で左方向に初期位置まで移動する。すると、内筒部２０が外筒部１０に対し逆方向に初期位置まで回動して、両者の位相差がなくなり、通常のタイミングで吸気弁又は排気弁を開閉するようになる。
【００１１】
ところで、内筒部２０のフランジ２４と、外筒部１０のフランジ係合溝１３Ａの側面間に摩擦トルク付加部材５１，５５が介装されて、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部の摩擦トルクを高めるとともに、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士がぶつかる打音の発生が抑制している。
【００１２】
また、この位相可変装置内部には、エンジンオイルが、カムシャフト２の入口７３ａ、カムシャフト２内のオイル通路、出口７３ｂを経て供給される。出口７３ｂから出たエンジンオイルは、電磁クラッチ４２表面に設けた摩擦材６６と回転ドラム４４間の摺動面との間に供給されて、摩擦材６６と回転ドラム４４との摩擦による過熱を防止するようになっている（詳細は下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７１８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したように、前記位相可変装置では、摩擦材６６と回転ドラム４４の相対摺動面では、摩擦熱により摺動面温度が高温となると、エンジンオイル中に分散している酸化防止剤や摩擦調整剤、清浄分散剤等の添加剤の反応物や不溶解分により、一般に多孔質材で構成されている摩擦材の表面が目詰まりし、摩擦材６６と回転ドラム４４に発生する摩擦トルクが低下する可能性があり、摩擦材６６と回転ドラム４４との間にエンジンオイルを流すための冷却機構が必須なものとなる。この冷却機構を構成するために、位相可変装置は、複雑な構造となって高価になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、自動車用のエンジンの可変位相装置において、摩擦による発熱を生じないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を達成するために、請求項１に係る発明は、エンジンのクランクシャフトの回転が伝達される外筒部と、該外筒部に相対回転可能でエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるカムシャフトに連結された内筒部と、前記外筒部及び内筒部にヘリカルスプラインで噛み合う中間部材とを備え、該中間部材を軸方向に移動させることによって、前記外筒部と前記内筒部の間に相対回転を生じさせて、前記吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置において、前記中間部材に螺合するとともに複数の磁極が設けられた回転ドラムと、該回転ドラムを加速又は減速する磁極を発生させるコイルを設けた電磁クラッチと、前記コイルに給電するコイル駆動回路と、前記回転ドラムの磁極の接近を検出して磁気信号を発生する磁気センサと、前記エンジンから送られてくるクランク角信号及びカム角信号から、カム角とクランク角との間の位相の設定値からの偏差である位相偏差を求め、該位相偏差と前記磁気信号とに基づいて前記コイルへ供給する電流のＯＮ、ＯＦＦ及び向きを指示する駆動信号を前記コイル駆動回路へ送るコントローラとを備える。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、前記電磁クラッチには前記磁極と同数のコイルが設けられ、前記コイルは奇数番目のものと偶数番目のものが異なる磁極となるようにされており、前記磁気センサは互いに隣接する２つの前記コイルの間に位置することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記電磁クラッチに設けられたコイルは１つの鉄心に巻かれており、前記鉄心は前記回転ドラムに設けられた磁極と同数の磁極片を有しており、該磁極片は前記コイルに通電したとき交互に逆の磁極なるようにされており、前記磁気センサは互いに隣接する前記磁極片の間に位置することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、前記磁極は前記電磁クラッチに設けられたコイルの数の１．５倍とされ、前記磁気センサは２つあって、それぞれ互いに隣接する２つの前記コイル上に配置されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１、２、３又は４に係る発明において、前記位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を変える可変電圧電源から前記コイル駆動回路に電流を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１係る発明の位相可変装置によれば、回転ドラムを従来のように電磁クラッチで制動するのではなく、回転ドラムの磁極と電磁クラッチのコイルの間に働く電磁力によって回転ドラムを加速又は減速することによって、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるようにしたから、電磁クラッチの摩擦材と回転ドラムとの接触による摩擦熱によって高温になることがない。このため、エンジンオイル劣化による不都合が生じないうえ、摩擦材や回転ドラムを初期位置に戻すねじりコイルばねや電磁クラッチと回転ドラムに対する冷却機構が不要となって構造が簡単となるので、故障しにくく長寿命で安価となる。
【００２１】
請求項２係る発明によれば、さらに、回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、電磁クラッチには前記磁極と同数のコイルが設けられ、前記コイルは奇数番目のものと偶数番目のものが異なる磁極となるようにされており、磁気センサは互いに隣接する２つの前記コイルの間に位置するから、回転ドラムを加速又は減速するためには、磁気センサによって検出した磁極信号によって、奇数番目のコイルと偶数番目のコイルをそれぞれＮ極又はＳ極のいずれに励磁すべきか簡単に分かる。このため、回転ドラムを加速又は減速するときに各コイルへ流す電流の方向を指示するためのコントローラを簡単に構成できる。
【００２２】
請求項３係る発明によれば、さらに、電磁クラッチに設けられたコイルは１つの鉄心に巻かれており、前記鉄心は回転ドラムに設けられた磁極と同数の磁極片を有しており、該磁極片は前記コイルに通電したとき交互に逆の磁極なるようにされており、磁気センサは互いに隣接する前記磁極片の間に位置するから、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。しかも、コイルが１つであるから、可変位相装置全体の構造が簡単になり、いっそう故障しにくく長寿命で安価となる。
【００２３】
請求項４係る発明によれば、さらに、回転ドラムにはＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられ、前記磁極は前記電磁クラッチに設けられたコイルの数の１．５倍とされ、磁気センサは２つあって、それぞれ互いに隣接する２つのコイル上に配置されたから、回転ドラムを加速又は減速するためには、２つの磁気センサによって検出した磁極信号によって、各コイルをそれぞれＮ極又はＳ極のいずれに励磁すべきか簡単に分かり、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。しかも、コイルと磁極数が異なっていて、磁極とコイルとがどのような位置関係にあっても、回転ドラムの加速または減速が可能であるから、常にスムーズなカム角とクランク角との間の位相制御が可能である。
【００２４】
請求項５係る発明によれば、さらに、位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を変える可変電圧電源からコイル駆動回路に電流を供給するから、位相偏差の小さいときには加減速をゆっくりと行うことができ、行き過ぎ制御が少なくなって、いっそう高精度の位相可変制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
まず、図１〜図５に基づいて、本発明の第１実施例に係る位相可変装置について説明する。図１の（Ａ）は、この位相可変装置の縦断面図であり、図１の（Ｂ）は、この位相可変装置の回転ドラムの正面図であり、図１の（Ｃ）は、この位相可変装置の電磁クラッチの正面図である。図２は、回転ドラムを加減速する原理について説明する図である。図３は、電磁クラッチの各コイルへ流す電流を制御する制御回路のブロック図である。図４は、コイル駆動回路及び各コイルの配線図である。図５は、回転ドラムの加減速制御を行うための手順を説明するフローチャートである。
【００２７】
この位相可変装置は、図１の（Ａ）に示したように、回転ドラム４４及び電磁クラッチ４２とからなる電磁制御手段４０ａと、電磁制御手段４０ａの制御回路１００（図３参照）以外は、前記従来の位相可変装置と同じである。以下、本実施例については、従来と同じ部分の説明を省略して、電磁制御手段４０ａについて説明する。
【００２８】
この位相可変装置の電磁制御手段４０ａでは、図１の（Ｂ）に示したように、回転ドラム４４には、１２個の磁極４５が周方向に沿ってＮ極とＳ極とを交互に配置している。また、図１の（Ｃ）に示したように、電磁クラッチ４２は、回転ドラム４４の外方側面に近接して配置され、クラッチケース内に１２個のコイル（電磁石）６２を周方向に沿って、回転ドラム４４に設けられた磁極４５に対向させて等間隔に配置している。なお、この電磁制御手段４０ａでは、回転ドラム４４を初期位置に付勢するためのねじりコイルバネを備えておらず、さらに、電磁クラッチ４２は、エンジンケース５８に対して軸方向及び径方向移動可能にされておらず、回転ドラム４４に摺接する摩擦材も備えていない。
【００２９】
図２に基づいて、回転ドラム４４を加減速する原理について説明する。ただし、図２では、右方へ移動する回転ドラム４４の磁極４５と、電磁クラッチ４２のコイル６２との位置関係を理解し易くするため、回転ドラム４４及び電磁クラッチ４２を磁極４５及びコイル６２の位置で切断して平面状に展開して説明している。
【００３０】
図２に示したように、互いに隣接するコイル（たとえば、１番目と２番目）の中間位置に磁気センサ１０８を設けておく。これで、磁気センサ１０８からの磁極信号ｃにより、両コイル６２の間にＮ極又はＳ極のいずれの磁極４５が位置しているかが分かると同時に、全ての磁極４５と全てのコイル６２に位置関係が分かる。このとき、回転ドラム４４を加速しなければならないとする。回転ドラム４４を加速するためには、図２の（ａ）に示したように、回転ドラム４４の各磁極４５の直後に位置する各コイル６２が各磁極４５と同磁極になるとともに、回転ドラム４４の各磁極４５の直前に位置する各コイル６２が各磁極４５と逆磁極になるように励磁すればよい。なお、図２では、右方向（回転ドラム４４の回転方向）を前、左方向を後とする。
【００３１】
時刻Ｔ２になったとき、回転ドラム４４が回転して、磁気センサ１０８からの磁極信号ｃが反転することにより、回転ドラム４４が図２の（ｂ）に示した位置にまで回転したことを検出したとする。このまま、回転ドラム４４の加速を続けるには、各コイル６２に加える電流の向きを反転させて、図２の（ｂ）に示したように励磁する。以下、磁気センサ１０８からの磁極信号ｃが示す極が変わる度に、各コイル６２に加える電流の向きを磁極信号ｃで検出した極に応じて変えて、回転ドラム４４の各磁極４５の直後に位置する各コイル６２を各磁極４５と同磁極にするとともに、回転ドラム４４の各磁極４５の直前に位置する各コイル６２を各磁極４５と逆磁極にするように励磁すると、回転ドラム４４は加速を続ける。
【００３２】
回転ドラム４４の加減速が必要無いときは、各コイル６２への供給電流を遮断すればよい。これで、回転ドラム４４は定速回転を続ける。回転ドラム４４を減速するには、前述した回転ドラム４４を加速する場合と逆向きの電流を各コイル６２に流せばよい。
【００３３】
図３に示したように、電磁クラッチ４２の各コイル６２へ流す電流を制御する制御回路１００は、コントローラ（マイクロコンピュータ）１０２、コイル駆動回路１０４、可変電圧電源１０６及び磁気センサ１０８とからなる。
【００３４】
コントローラ１０２は、エンジン１１０から送られてくるクランク角信号ａ及びカム角信号ｂと、磁気センサ１０８からの磁極信号ｃとに基づいて、クランク角に対するカム角の位相角の設定値からの偏差、すなわち位相偏差が無くなるように、回転ドラム４４の加減速制御するための駆動信号ｄをコイル駆動回路１０４に送るものである。回転ドラム４４の加減速制御を停止するには、駆動信号ｄを停止すればよい。また、コントローラ１０２は、位相偏差の絶対値に応じて、各コイル６２に加える電圧を変化させるための電源制御信号ｅを可変電圧電源１０６へ送って、よりきめ細かな位相制御を可能にしている。
【００３５】
コイル駆動回路１０４は、コントローラ１０２から送られてくる駆動信号ｄに応じて、コイル６２に供給する電流をＯＮ・ＯＦＦするとともに電流の方向を変える半導体スイッチ回路である。回転ドラム４４に設けられた磁極４５の位置に応じて、適切にコイル６２に交番電流を流すと、コイル６２により発生する磁極（磁界）と回転ドラム４４に設けられた磁極４５との相互作用により、回転ドラム４４を加速又は減速させることができる。
【００３６】
図４にコイル駆動回路１０４とコイル６２の配線図の一例を示す。奇数番目のコイル６２と４つのスイッチング用トラジスタ８０から第１ブリッジ８２−１が構成され、偶数番目のコイル６２と４つのスイッチング用トラジスタ８０から第２ブリッジ８２−２が構成される。奇数番目のコイル６２と偶数番目のコイル６２とは、逆向きに巻かれたコイルである。なお、スイッチング用トラジスタ８０に並列に挿入されたダイオード８４は、コイル６２に発生する逆起電力がスイッチング用トラジスタ８０にかかるのを防止するためのものである。
【００３７】
コントローラ１０２からは駆動信号ｄとして、スイッチング用トラジスタ８０をＯＮ・ＯＦＦするためのＨ１信号とＨ２信号が送られてくる。Ｈ１信号がＨ信号（Ｈ１＝１）でＨ２信号がＬ信号（Ｈ２＝０）であれば、両ブリッジ８２−１、８２−２とも、図４の各コイル６２を右向きに電流が流れる。しかし、両ブリッジ８２−１、８２−２のコイル６２は互いに逆向きに巻いているので、互いに異なる磁極を生成する。ここで、Ｈ１信号がＬ信号（Ｈ１＝０）でＨ２信号がＨ信号（Ｈ２＝１）にそれぞれ反転すれば、両ブリッジ８２−１、８２−２とも、図４の各コイル６２を左向きに電流が流れ、各コイル６２の磁極を反転させることができる。
【００３８】
こうして、Ｈ１信号とＨ２信号によって、各コイル６２に自在に磁極を発生させることにより、回転ドラム４４を自在に加減速できる。
【００３９】
可変電圧電源１０６は、コントローラ１０２から送られてくる電源制御信号ｅに応じて出力電圧を昇圧又は降圧させコイル駆動回路１０４へ送るものである。本実施例では、電源制御信号ｅに応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）することにより、出力電圧を変化させている。
【００４０】
磁気センサ１０８は、適宜隣接するコイル６２の中間に位置しており、接近した磁極を示す磁気信号ｃを出力するもので、回転ドラム４４の一方の磁極Ｎ（又はＳ）が接近するとＨ信号（＋１）を出力し、他方の磁極Ｓ（又はＮ）が接近するとＬ信号（０）を出力する。磁気センサ１０８としてはホール素子等が用いられる。
【００４１】
それでは、図５に基づいて、回転ドラム４４の加減速制御を行うために、この位相可変装置のコントローラ１０２の行う制御手順を説明する。この位相可変装置が動作をスタートさせると、まず、ステップＳ１に進んで、エンジン１１０から送られてくるクランク角信号ａ及びカム角信号ｂとから、クランク角に対するカム角の位相角の設定値からの偏差、すなわち位相偏差の絶対値が所定値Ｋ１以上か否かを判断する。位相偏差の絶対値が所定値Ｋ１未満のときは、回転ドラム４４の加減速制御は必要ないので、ステップＳ２に進んで、コイル駆動回路１０４への駆動信号ｄを停止（Ｈ１＝０、Ｈ２＝０）して、各コイル６２への給電を停止し、各コイル６２を非励磁状態として、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
ステップＳ１で位相偏差の絶対値が所定値Ｋ１以上のときは、回転ドラム４４の加減速制御が必要なので、ステップＳ３に進んで、位相偏差の正負から回転ドラム４４を加速するか減速するか判断する。位相偏差が負のときは回転ドラム４４を減速することに決定して、ステップＳ４〜Ｓ６を実行する。ただし、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２、３３（図１３参照）の方向によっては、回転ドラム４４を逆に加速することになる。
【００４３】
さて、ステップＳ４に進むと、磁気センサ１０８からの磁極信号ｃを調べて、磁気センサ１０８に最も接近している磁極４５がＮ極かＳ極のいずれであるかを検出して、各コイル６２をいずれの磁極にするか指示する駆動信号ｄ（Ｈ１信号及びＨ２信号）を決定する。
【００４４】
次にステップＳ５に進んで、位相偏差の絶対値から電源制御信号ｅを決定する。位相偏差の絶対値が所定値Ｋ２（Ｋ２＞Ｋ１）以上のときは、可変電圧電源１０６は、位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を上げるが、位相偏差の絶対値が所定値Ｋ２未満のときは、位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を下げる。
【００４５】
さらに、ステップＳ６に進んで、駆動信号ｄをコイル駆動回路１０４へ送るとともに、回転ドラム４４の各磁極４５の直後に位置する各コイル６２を各磁極４５と逆磁極にするとともに、電源制御信号ｅを可変電圧電源１０６に送る。これで、回転ドラム４４の各磁極４５の直前に位置する各コイル６２を各磁極４５と同磁極に励磁される。この後、ステップＳ１に戻る。こうして、ステップＳ１、Ｓ３〜Ｓ６を繰り返して、磁気センサ１０８によって検出した磁極信号ｃによって、奇数番目のコイル６２と偶数番目のコイル６２とをそれぞれ適切に励磁して、回転ドラム４４を加減速して、位相偏差の絶対値が所定値Ｋ１以内になるまで、位相偏差を小さくしていく。
【００４６】
ステップＳ３で、位相偏差が正で回転ドラム４４を増速することに決定したときは、ステップＳ７〜Ｓ９を実行する。ステップＳ７では、前述したステップＳ４と同じく駆動信号ｄを決定するのであるが、回転ドラム４４を増速させるため、駆動信号ｄを構成するＨ１信号及びＨ２信号は、前記ステップＳ４のときとは反転している。ステップＳ８とＳ９は、前述したステップＳ５とＳ６と同じである。結局、ステップＳ７〜Ｓ９が実行されると、ステップＳ４〜Ｓ６が実行された場合とは、各コイル６２に流す電流の方向は逆向きになって、回転ドラム４４の各磁極４５の直後に位置する各コイル６２を各磁極４５と同磁極に励磁されるとともに、回転ドラム４４の各磁極４５の直前に位置する各コイル６２を各磁極４５と逆磁極に励磁される。この後、ステップＳ１に戻る。こうして、ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ７〜Ｓ９を繰り返して、位相偏差の絶対値が所定値Ｋ１以内になるまで、位相偏差を小さくしていく。
【００４７】
以上のように、ステップＳ１〜Ｓ９を実行することにより、この位相可変装置では常に位相偏差を所定値Ｋ１以内に保つことができる。そして、従来のように、電磁クラッチ４２表面に設けた摩擦材６６と回転ドラム４４との摩擦による発熱を生じないので、エンジンオイル中に分散している酸化防止剤や摩擦調整剤、清浄分散剤等の添加剤の反応物や不溶解分により摩擦材の表面が目詰まりし、摩擦材６６と回転ドラム４４に発生する摩擦トルクが低下することもなくなり、この位相可変装置の信頼性が高まる。しかも、この位相可変装置は、摩擦材６６と回転ドラム４４との間にエンジンオイルを流すための冷却機構も不要となるので、部品点数を減らすことができて簡単な構造となり、故障しにくく長寿命とできるうえ、安価に製造できる。
【００４８】
次に、図６及び図７に基づいて、本発明の第２実施例に係る位相可変装置について説明する。この位相可変装置は、前記第１実施例のものとは、図６に示したように電磁クラッチ４２の構造が異なるともに、図７に示したようにコイル駆動回路１０４とコイル１２０の配線が異なる以外は同じである。したがって、前記第１実施例のものと異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
この電磁クラッチ４２は、１つの鉄心１２２に巻かれた１つのコイル１２０を備える。この鉄心１２２では、リング状平板１２４の内縁と外縁から、交互にＬ字形の磁極片１２６ａ、１２６ｂが向かい合うように突設されている。コイル１２０は、内縁から突設された磁極片１２６ａに巻かれており、内縁と外縁から突設された磁極片１２６ａ、１２６ｂは、コイル１２０に通電したとき互いに異なる磁極になる。
【００５０】
したがって、前記第１実施例と同様に、コントローラ１０２からＨ１信号又はＨ２信号をコイル駆動回路１０４へ送ることにより、コイル１２０に供給する電流の向きを制御して、両磁極片１２６ａ、１２６ｂを適切な磁極にすることにより、回転ドラム４４の加減速を自在に行うことができる。これにより、本実施例の可変位相装置も前記第１実施例の可変位相装置と同じ効果を奏する。しかも、コイル１２０が１つであるから、コイル駆動回路１０４の構成が簡単になる。なお、応答を良くするため、コイル１２０を並列接続した複数のコイルに置き換え、複数のコイルの合成インダクタンスを小さくしてもよい。
【００５１】
次に、図８〜図１１に基づいて、本発明の第３の実施例に係る位相可変装置について説明する。図８は、この電磁制御手段の制御回路のブロック図である。図９は、回転ドラムを加減速する原理について説明する図である。図１０は、磁極とコイルとの位置関係を検出する方法を説明する図である。図１１は、コイル駆動回路及び各コイルの配線図である。
【００５２】
この位相可変装置は、回転ドラム４４に備えられる磁極Ｎ、Ｓの数が電磁クラッチ４２に設けられるコイル６２の数１２の１．５倍の１８であることと（図示省略）、図８に示したように、磁気センサ１０８ａ、１０８ｂが２個あって、それぞれが、互いに隣接するコイル６２の位置に対応して設置されていて、磁気信号ｃ１、ｃ２を出力することと、図１１に示したように、コイル駆動回路１０４とコイル１２０の配線が異なることと、コントローラ１０２から駆動信号ｄとしてｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４の４つの信号がコイル駆動回路１０４へ送られることを除いて同じである。したがって、前記第１実施例のものと異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
まず、図９に基づいて、回転ドラム４４を加減速する原理について説明する。ただし、図９も、前記図２と同様に、回転ドラム４４及び電磁クラッチ４２を平面状に展開して説明している。また、一方の磁気センサ１０８ｂが１つのコイル６２（３番目）上に位置し、他方の磁気センサ１０８ａが、その後方に隣接するコイル６２（２番目）上に位置しているとする。
【００５４】
時刻Ｔ１のとき、図９の（ａ）に示したように、一方の磁気センサ１０８ｂ直下に一方の磁極４５（Ｎ）が位置し、他方の磁気センサ１０８ａが一方の磁極Ｎと他方の磁極Ｓの中間に位置すると、図１０に示したように、一方の磁気センサ１０８ｂからの磁極信号ｃ２が一方の磁極（Ｎ）を示す信号（＋１）を出力し、他方の磁気センサ１０８ａからの磁極信号ｃ１はＳ極からＮ極へ（０から＋１へ）切替わる状態を示す。これで、両磁極信号ｃ１、ｃ２から、コイル６２と磁極４５が、図９の（ａ）に示した位置関係にあることを検出できる。このとき、回転ドラム４４を加速しなければならないとする。回転ドラム４４を加速するためには、磁気信号ｃ１が切替わって、一方の磁極Ｎと他方の磁極Ｓとの丁度中間に位置していることを検出した磁気センサ（１０８ａ）が位置するコイル６２（２番目）を、いずれかの磁極４５（Ｎ）のみを検出した磁気センサ（１０８ｂ）で検出した磁極４５（Ｎ）と逆磁極に励磁するとともに、これから１つ跳び毎のコイル６２にＮ極とＳ極とが交互に現れるように励磁する。ただし、いずれかの磁極４５（Ｎ）のみが位置するコイル６２（３番目）は励磁する必要がなく、これから１つ跳び毎のコイル６２（奇数番目）も励磁する必要はないが、インダクタンスを有するコイル６２に速い電流変化を生じさせることが困難であるので、１つ前のタイミング（時刻Ｔ４）で励磁した状態に保つ。
【００５５】
時刻Ｔ２になったとき、図９の（ｂ）に示した位置まで回転ドラム４４が回転したとする。すると、一方の磁気センサ１０８ｂがＮ極からＳ極へ（＋１から０へ）と切替わり、他方の磁気センサ１０８ａからの磁極信号ｃ１が一方の磁極（Ｎ）を示す信号（＋１）を出力する（図１０参照）。これで、両磁極信号ｃ１、ｃ２から、コイル６２と磁極４５が、図９の（ｂ）に示した位置関係にあることを検出できる。このまま、回転ドラム４４の加速を続けるには、一方の磁極Ｎと他方の磁極Ｓとの丁度中間に位置していることを検出した磁気センサ（１０８ｂ）が位置するするコイル６２（３番目）を、いずれかの磁極４５（Ｎ）のみを検出した磁気センサ（１０８ａ）で検出した磁極４５（Ｎ）と同磁極に励磁するとともに、これから１つ跳び毎のコイル６２にＮ極とＳ極とが交互に現れるように励磁する。ただし、いずれかの磁極４５（Ｎ）のみが位置するコイル６２（２番目）と、これから１つ跳び毎のコイル６２（偶数番目）は、励磁する必要はないが、１つ前のタイミング（時刻Ｔ１）で励磁した状態に保つ。
【００５６】
時刻Ｔ３になったとき、図９の（ｃ）に示した位置まで回転ドラム４４が回転したとする。すると、一方の磁気センサ１０８ｂからの磁気信号ｃ２が他方の磁極（Ｓ）を示す信号（０）を出力し、他方の磁気センサ１０８ａがＮ極からＳ極へ（＋１から０へ）と切替わる（図１０参照）。これで、両磁極信号ｃ１、ｃ２から、コイル６２と磁極４５が、図９の（ｃ）に示した位置関係にあることを検出できる。このまま、回転ドラム４４の加速を続けるには、一方の磁極Ｎと他方の磁極Ｓとの丁度中間に位置していることを検出した磁気センサ（１０８ａ）が位置するコイル６２（２番目）を、いずれかの磁極４５（Ｓ）のみを検出した磁気センサ（１０８ｂ）で検出した磁極と逆磁極に励磁するとともに、これから１つ跳び毎のコイル６２にＮ極とＳ極とが交互に現れるように励磁する。ただし、いずれかの磁極４５（Ｓ）のみが位置するコイル６２（３番目）と、これから１つ跳び毎コイル６２（奇数番目）は、励磁する必要はないが、１つ前のタイミング（時刻Ｔ２）で励磁した状態に保つ。
【００５７】
時刻Ｔ４になったとき、図９の（ｄ）に示した位置まで回転ドラム４４が回転したとする。すると、一方の磁気センサ１０８ｂがＳ極からＮ極へ（０から＋１へ）と切替わりとなり、他方の磁気センサ１０８ａからの磁極信号ｃ１が他方の磁極（Ｓ）を示す信号（０）を出力する（図１０参照）。これで、両磁極信号ｃ１、ｃ２から、コイル６２と磁極４５が、図９の（ｂ）に示した位置関係にあることを検出できる。このまま、回転ドラム４４の加速を続けるには、一方の磁極Ｎと他方の磁極Ｓとの丁度中間に位置していることを検出した磁気センサ（１０８ｂ）が位置するコイル６２（３番目）を、いずれかの磁極４５（Ｓ）のみを検出した磁気センサ（１０８ｂ）で検出した磁極と同磁極に励磁するとともに、これから１つ跳び毎のコイル６２にＮ極とＳ極とが交互に現れるように励磁する。ただし、いずれかの磁極４５（Ｓ）のみが位置するコイル６２（２番目）と、これから１つ跳び毎のコイル６２（偶数番目）は、励磁する必要はないが、１つ前のタイミング（時刻Ｔ３）で励磁した状態に保つ。
【００５８】
以下、前記時刻Ｔ１〜Ｔ４に行ったように各コイル６２を励磁制御することを繰り返すと、回転ドラム４４の加速を行うことができる。
【００５９】
回転ドラム４４の加減速が必要無いときは、各コイル６２への供給電流を遮断すればよい。これで、回転ドラム４４は定速回転を続ける。回転ドラム４４を減速するには、前述した回転ドラム４４を加速する場合と逆向きの電流を各コイル６２に流せばよい。
【００６０】
図１１にコイル駆動回路１０４と各コイル６２の配線図の一例を示す。奇数番目のコイル６２と４つのスイッチング用トラジスタ８０から第１ブリッジ８２−１が構成され、偶数番目のコイル６２と４つのスイッチング用トラジスタ８０から第２ブリッジ８２−２が構成される。ここで、１、２、５、６、９、１０番目のコイル６２と３、４、７、８、１１、１２番目のコイル６２とは、互いに逆向きに巻かれている。
【００６１】
コントローラ１０２からは駆動信号ｄとして、スイッチング用トラジスタ８０をＯＮ・ＯＦＦするため、ｈ１信号とｈ３信号が第１ブリッジ８２−１に送られ、ｈ２信号とｈ４信号が第２ブリッジ８２−２に送られてくる。
ｈ１信号がＨ信号（ｈ１＝１）でｈ３信号がＬ信号（ｈ３＝０）であれば、第１ブリッジ８２−１の各コイル６２を右向きに電流が流れる。ｈ１信号がＬ信号（ｈ１＝０）でｈ３信号がＨ信号（ｈ３＝１）であれば、第１ブリッジ８２−１の各コイル６２を左向きに電流が流れる。ｈ２信号がＨ信号（ｈ２＝１）でｈ４信号がＬ信号（ｈ４＝０）であれば、第２ブリッジ８２−２の各コイル６２を右向きに電流が流れる。ｈ２信号がＬ信号（ｈ２＝０）でｈ４信号がＨ信号（ｈ４＝１）であれば、第２ブリッジ８２−２の各コイル６２を左向きに電流が流れる。
【００６２】
回転ドラム４４を加速する場合は、次のようにする。まず、時刻Ｔ１において、駆動信号ｄとして、ｈ１＝１、ｈ２＝０、ｈ３＝０、ｈ４＝１とすれば、図９の（ａ）に示したように、４、８、１２番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、２、６、１０番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁でき、１、５、９番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、３、７、１１番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁できる。
【００６３】
次に、時刻Ｔ２において、駆動信号ｄとして、ｈ１＝０、ｈ２＝０、ｈ３＝１、ｈ４＝１とすれば、図９の（ｂ）に示したように、３、７、１１番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、１、５、９番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁でき、４、８、１２番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、２、６、１０番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁できる。
【００６４】
次に、時刻Ｔ３において、駆動信号ｄとして、ｈ１＝０、ｈ２＝１、ｈ３＝１、ｈ４＝０とすれば、図９の（ｃ）に示したように、２、６、１０番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、４、８、１２番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁でき、３、７、１１番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、１、５、９番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁できる。
【００６５】
次に、時刻Ｔ４において、駆動信号ｄとして、ｈ１＝１、ｈ２＝１、ｈ３＝０、ｈ４＝０とすれば、図９の（ｄ）に示したように、１、５、９番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、３、７、１１番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁でき、２、６、１０番目のコイル６２を一方の磁極（Ｎ）に励磁でき、４、８、１２番目のコイル６２を他方の磁極（Ｓ）に励磁できる。
【００６６】
こうして、駆動信号ｄ（ｈ１信号、ｈ２信号、ｈ３信号、ｈ４信号）をコイル駆動回路１０４へ送って、各コイル６２を励磁することによって、回転ドラム４４を加速することができる。ただし、特に高速エンジンでなく、回転ドラム４４の回転速度が特に速くない場合は、いずれかの磁極４５のみが位置するコイル６２と、これから１つ跳び毎のコイル６２は、励磁しないようにしてもよい。
【００６７】
回転ドラム４４を減速する場合は、前述した加速する場合と逆に各コイル６２を励磁するように電流を流せばよい。回転ドラム４４を加減速しない場合は、駆動信号ｄを停止（ｈ１＝０、ｈ２＝０、ｈ３＝０、ｈ４＝０）すればよい。こうして、駆動信号ｄにより、各コイル６２に自在に所望の磁極を発生させることにより、回転ドラム４４を自在に加減速できる。
【００６８】
回転ドラム４４の加減速制御を行うために、この位相可変装置のコントローラ１０２の行う制御手順は、前記第１実施例と同じく図５に示したとおりである。ただし、ステップＳ４とＳ７では、図９に示したように各コイル６２を励磁すべく、２つの磁気センサ１０８ａ、１０８ｂからの磁気信号ｃ１、ｃ２に基づいて駆動信号ｄ（ｈ１信号、ｈ２信号、ｈ３信号、ｈ４信号）を決定することと、ステップＳ６とＳ９では、駆動信号ｄがｈ１信号、ｈ２信号、ｈ３信号、ｈ４信号からなることが、前記第１実施例と相違している。
【００６９】
本実施例の位相可変装置も前記第１実施例のものとと同じ効果を奏する。しかも、コイル６２と磁極４５数が異なっているので、磁極４５とコイル６２とがどのような位置関係にあっても、回転ドラム４４の加速または減速が可能であって、一瞬なりとも位相制御が遅れる事態の発生がなく、常にスムーズなカム角とクランク角との位相制御が可能である。
【００７０】
なお、コイル６２と磁極４５数が同じであると、コイル６２と磁極４５の位置が一致してしまったときには、回転ドラム４４の加速又は減速が行えないが、回転ドラム４４は常に回転しているから、直ぐにコイル６２と磁極４５の位置がずれるので、前記第１実施例のように、コイル６２と磁極数４５が同じでも実用上問題はない。
【００７１】
ところで、本発明は前記実施例に限るものではなく、例えば、次のように種々の変形可能である。
【００７２】
磁極４５及びコイル６２の数は、前記各実施例の数と同じにする必要はなく、必要な精度やトルク等に応じて適宜増減してもよい。ただし、請求項４に係る発明では、磁極４５を交互に配置するためには磁極４５の数が偶数でなければならないとともに、磁極４５の数がコイル６２の数の１．５倍の条件を満たすためにはコイル６２は偶数でなければならない。
【００７３】
また、前記各実施例では位相偏差に応じて、可変電圧電源１０６の出力電圧を制御しているが、特に高精度が要求されない限り、電源電圧の制御をしなくても実用上問題ない。ただし、高速エンジンで高速の位相制御が必要な場合は、インダクタンスを有するコイル６２に充分な電流を流すために、可変電圧電源１０６の出力電圧を所定電圧まで上げて使用してもよい。
【００７４】
さらに、図４又は図１１に示したコイル駆動回路１０４、コイル駆動回路１０４とコイル６２の接続、及びコントローラ１０２からコイル駆動回路１０４へ送る駆動信号ｄは、それぞれ単なる一例であり、各コイル６２を所望の磁極に制御できれば、コイル駆動回路１０４とコイル６２の配線や駆動信号ｄをどのようにしてもよい。
【００７５】
例えば、図１２に示したように、コイル駆動回路１０４として、各コイル６２毎にスイッチ９０を設けてもよい。そして、各スイッチ９０は、互いに相補性のスッチング用トランジスタ９２Ａ、９２Ｂからなり、コントローラ１０２から駆動信号ｄとして−１、０、＋１の信号を受けることにより、各コイル６２に流れる電流のＯＮ・ＯＦＦとともに方向を切換えて、各コイル６２を所望の励磁状態にするようにしてもよい。このように各コイル６２を独立に制御できるようにするとともに、各磁極４５と各コイル６２位置関係を把握できるように適切に磁気センサを配置すれば、磁極４５の数とコイル６２の数は、任意に決めることができる。通常、磁極４５は等間隔で交互に配置されるので、磁気センサと各コイル６２の位置関係を予め記憶しているコントローラ１０２は、１つの磁気センサからの磁気信号に基づいて、全ての磁極４５とコイル６２の位置関係を把握できる。したがって、磁気センサは１つで充分である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施例に係る位相可変装置の概略の構造を説明する図である。
【図２】この位相可変装置の回転ドラムを加減速する原理について説明する図である。
【図３】この位相可変装置における電磁クラッチの制御回路のブロック図である。
【図４】この位相可変装置におけるコイル駆動回路及び各コイルの配線図である。
【図５】この位相可変装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】第２実施例の位相可変装置における電磁クラッチの構造を説明する図である。
【図７】第２実施例の位相可変装置におけるコイル駆動回路及び各コイルの配線図である。
【図８】第３実施例の位相可変装置における電磁クラッチの制御回路のブロック図である。
【図９】第３実施例の位相可変装置において回転ドラムの加減速の原理を説明する図である。
【図１０】第３実施例の位相可変装置において、磁極とコイルとの位置関係を検出する方法を説明する図である。
【図１１】第３実施例の位相可変装置におけるコイル駆動回路及び各コイルの配線図である。
【図１２】さらに別の実施例を説明する図である。
【図１３】従来の位相可変装置の構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００７７】
２    カムシャフト
１０    外筒部
１２    スプロケット
２０    内筒部
３０    中間部材
４０ａ  電磁制御手段
４２    電磁クラッチ
４４    回転ドラム
４５    磁極
６２    コイル
１０２    コントローラ
１０４    コイル駆動回路
１０６    可変電圧電源
１０８、１０８ａ、１０８ｂ    磁気センサ
ａ    クランク角信号
ｂ    カム角信号
ｃ、ｃ１、ｃ２    磁気信号
ｄ    駆動信号
ｅ    電源制御信号
【図１】
2007126977.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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