(57)【要約】【課題】正逆回転可能であって、回転方向によって大きさが異なる外部負荷が出力軸に作用するブラシレスモータを駆動源とする駆動装置において、正逆回転両方向の回転速度を上昇させる際の応答性を高める。【解決手段】駆動装置はブラシレスモータ１と、ロータの回転位相が切り替わったことを検出して位置切替信号を出力する位置センサＳ１〜Ｓ３と、出力軸８と、ステータコイルの励磁パターンを切り替える電子制御装置２とを備える。位置センサＳ１〜Ｓ３はブラシレスモータ１の正逆回転方向のうち出力軸８に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向と逆方向に所定回転角度だけ偏倚して配設される。電子制御装置２はブラシレスモータ１の正逆回転方向のうち出力軸８に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向にブラシレスモータ１が回転する際にはステータコイルの励磁パターンの切り替え時期を実質的に位置切替信号の出力時期に対して進角させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及び該ロータを囲むようにその周方向に沿って配設された複数のステータコイルを有した正逆回転可能なブラシレスモータと、前記複数のステータコイルのうち隣接する各ステータコイルの間に設けられ前記ロータの回転位相が切り替わったことを検出して位置切替信号を出力する位置センサと、前記ロータの回転力を駆動力として出力する出力軸と、前記位置センサにより出力される位置切替信号に基づいてステータコイルの励磁パターンを切り替える切替手段とを備える駆動装置において、
前記位置センサは前記ブラシレスモータの正逆回転方向のうち前記出力軸に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向と逆方向に所定回転角度だけ偏倚して配設され、
前記切替手段は前記ブラシレスモータの正逆回転方向のうち前記出力軸に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向に前記ブラシレスモータが回転する際には前記位置切替信号の出力時期に対して遅角した時期に前記ステータコイルの励磁パターンを切り替えることにより、同励磁パターンの切り替え時期を実質的に前記位置切替信号の出力時期に対して進角させる
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記ロータの回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、
前記切替手段は前記速度検出手段により検出される前記ロータの回転速度に基づいて前記励磁パターンの切り替え時期を補正する
請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の駆動装置を具備し、該駆動装置の出力軸に駆動連結される駆動部材を同出力軸の回転力に基づいて変位させることにより機関バルブの最大リフト量を変更する
内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータを駆動源とする駆動装置及びこれを具備する内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機構を駆動する駆動装置の駆動源としてブラシレスモータが広く採用されている。こうしたブラシレスモータにあっては、ロータ及び該ロータを囲むようにその周方向に沿って配設された複数のステータコイルを有している。また、各ステータコイルの間には、ロータの回転位相が切り替わったことを検出して位置切替信号を出力する位置センサが設けられている。そして、この位置センサから出力される位置切替信号に基づいてステータコイルの励磁パターンを切り替えることによってロータを回転させるようにしている。
【０００３】
ところで、このように位置切替信号の出力に基づいてステータコイルの励磁パターンを切り替える際には、通常、所定の応答遅れが存在する。すなわち、ステータコイルの通電状態を切り替えてから励磁パターンが実際に切り替わるまでに所定の時間を要する。そして、こうした応答遅れが存在するため、出力トルクが最も大きくなる最適な時期に励磁パターンを切り替えることができないこととなる。
【０００４】
そこで従来、こうしたブラシレスモータにあっては、位置センサをブラシレスモータの回転方向と逆方向に偏倚して配置し、位置切替信号をより早い時期に出力させることにより、こうした応答遅れを補償するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３３７０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように位置センサが配設されたブラシレスモータを正逆回転させるようにした場合には、以下の不都合が無視できないものとなる。
すなわち、位置センサを偏倚させた方向にブラシレスモータを回転させると、位置切替信号が遅い時期に出力されるようになり、応答遅れを助長してしまうこととなる。その結果、出力トルクが最も大きくなる最適な時期に励磁パターンを切り替えることができず、出力トルクの低下を招くこととなる。
【０００６】
また、こうした正逆回転可能なブラシレスモータにあって、これを正回転方向に回転させる場合と逆回転方向に回転させる場合とについてその出力軸に作用する外部負荷が異なることがある。そしてこの場合、位置センサを偏倚させた方向にブラシレスモータを回転させるときの外部負荷が相対的に大きい場合には、上述したような応答遅れが一層大きなものとなることが避けられない。
【０００７】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正逆回転可能であって、回転方向によって大きさが異なる外部負荷が出力軸に作用するブラシレスモータを駆動源とする駆動装置において、正逆回転両方向の回転速度を上昇させる際の応答性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、ロータ及び該ロータを囲むようにその周方向に沿って配設された複数のステータコイルを有した正逆回転可能なブラシレスモータと、前記複数のステータコイルのうち隣接する各ステータコイルの間に設けられ前記ロータの回転位相が切り替わったことを検出して位置切替信号を出力する位置センサと、前記ロータの回転力を駆動力として出力する出力軸と、前記位置センサにより出力される位置切替信号に基づいてステータコイルの励磁パターンを切り替える切替手段とを備える駆動装置において、前記位置センサは前記ブラシレスモータの正逆回転方向のうち前記出力軸に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向と逆方向に所定回転角度だけ偏倚して配設され、前記切替手段は前記ブラシレスモータの正逆回転方向のうち前記出力軸に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向に前記ブラシレスモータが回転する際には前記位置切替信号の出力時期に対して遅角した時期に前記ステータコイルの励磁パターンを切り替えることにより、同励磁パターンの切り替え時期を実質的に前記位置切替信号の出力時期に対して進角させることをその要旨としている。
【０００９】
同構成では、ブラシレスモータの正逆回転方向のうち出力軸に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向と逆方向に所定回転角度だけ偏倚して位置センサを配設するようにしている。このため、その外部負荷が相対的に大きい方向にブラシレスモータを回転させる際には、位置切替信号の出力時期がより早い時期に出力される、いわゆるハード進角が行われるようになり、これにより励磁パターンを切り替える際の遅れが補償されるようになる。従って、出力軸に作用する外部負荷が大きい場合であっても、ブラシレスモータの回転速度をより早期に上昇させることができる。一方、このように位置センサを偏倚して配設する構成を採用した場合、外部負荷が相対的に小さい方向にブラシレスモータを回転させる際には、励磁パターンを切り替える際の遅れが助長されることとなる。この点、上記構成では、位置切替信号の出力時期に対して遅角した時期にステータコイルの励磁パターンを切り替えることにより、同励磁パターンの切り替え時期を実質的に位置切替信号の出力時期に対して進角させる、いわゆるソフト進角を行うことにより、励磁パターンを切り替える際の遅れを補償するようにしている。ここで、このソフト進角による上記遅れの補償はハード進角する場合よりも遅れることとなるが、上記構成では、このソフト進角を出力軸に作用する外部負荷が相対的に小さい方向にブラシレスモータを回転させる際に行うようにしている。このため、ブラシレスモータの回転速度を上昇させる際の速度が大きく低下してしまうことを回避することができる。なお、「正逆回転方向のうち出力軸に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向」とは、その回転方向と逆方向に回転する場合と比較して外部負荷の絶対値が小さい場合はもとより、出力軸に外部負荷側から回転力が入力されて同出力軸が助勢されるような場合も含まれる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記ロータの回転速度を検出する速度検出手段を更に備え、前記切替手段は前記速度検出手段により検出される前記ロータの回転速度に基づいて前記励磁パターンの切り替え時期を補正することをその要旨としている。
【００１１】
ステータコイルの励磁パターンを切り替える際、その通電状態を切り替えてから励磁パターンが実際に切り替わるまでの遅れ時間は略一定であるため、その遅れ時間において回転するロータの回転角度はそのロータの回転速度に応じて変化することとなる。この点、上記構成によれば、こうしたロータの回転速度に基づいて励磁パターンの切り替え時期を補正するようにしているため、同回転速度に応じた態様をもって適切な時期、すなわちブラシレスモータにおいてより大きなトルクが得られる時期に設定することができ、回転速度を一層速やかに上昇させることができるようになる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の駆動装置を具備し、該駆動装置の出力軸に駆動連結される駆動部材を同出力軸の回転力に基づいて変位させることにより機関バルブの最大リフト量を変更することをその要旨としている。
【００１３】
駆動部材を変位させることにより機関バルブの最大リフト量を変更する内燃機関の可変動弁装置にあっては、その駆動部材を変位させる際の力、換言すればブラシレスモータの出力軸に作用する外部負荷が最大リフト量を増大させる場合と減少させる場合とでは通常異なっている。上記構成によれば、このように最大リフト量を増大させる場合と減少させる場合とで出力軸に作用する外部負荷の大きさが異なる可変動弁装置にあって、ブラシレスモータの回転速度を上昇させる際の速度が大きく低下してしまうことを回避することができるため、駆動部材を所定の応答性にて変位させることができ、機関バルブの最大リフト量を機関運転状態に即したかたちで速やかに変更することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる駆動装置を内燃機関の可変動弁装置に具体化した一実施形態について図１〜３を参照して説明する。
図１は、内燃機関の吸気バルブ及びその最大リフト量を変更する可変動弁装置についてその構造を示す拡大断面図である。同図１に示されるように、シリンダヘッド１０には吸気バルブ１２を駆動するための吸気カムシャフト４５が設けられている。この吸気カムシャフト４５には吸気カム４５ａが形成されるとともに、この吸気カム４５ａが吸気カムシャフト４５と一体回転することにより、吸気バルブ１２が開閉駆動される。吸気カムシャフト４５と吸気バルブ１２の上方に位置するロッカアーム１３との間には、吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角（吸気バルブ１２の開弁期間）を可変とする可変機構２０が設けられている。
【００１５】
この可変機構２０は、シリンダヘッド１０に支持され、吸気カムシャフト４５と平行に延びる支持パイプ３０を備えている。この支持パイプ３０の内部には摺動可能にコントロールシャフト３２が設けられている。また、可変機構２０には、支持パイプ３０及びコントロールシャフト３２の軸線を中心に揺動する入力アーム２２と、この入力アーム２２の揺動に基づき前記軸線を中心に揺動する出力アーム２６とが設けられている。この入力アーム２２の先端は吸気カム４５ａに当接されている。ロッカアーム１３は、吸気バルブ１２に設けられたバルブスプリング１４によって出力アーム２６側に付勢されている。従って、吸気カム４５ａの回転に基づき入力アーム２２及び出力アーム２６が揺動すると、出力アーム２６がロッカアーム１３を介して吸気バルブ１２を開弁方向に付勢して、吸気バルブ１２の開閉動作が行われる。
【００１６】
また、可変機構２０は、支持パイプ３０内に設けられた駆動部材であるコントロールシャフト３２を軸方向に変位させることで、入力アーム２２及び出力アーム２６の揺動方向における相対位置、換言すれば両アーム２２，２６の挟み角θを変更する。そして、こうした両アーム２２，２６の挟み角θの変更を通じて吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角が変更される。具体的には、入力アーム２２と出力アーム２６とを揺動方向について互いに接近させ、その挟み角θを減少させるほど、吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角は小さくなる。逆に、入力アーム２２と出力アーム２６とを揺動方向について互いに離間させ、挟み角θを増大させるほど、吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角が大きくなる。なお、出力アーム２６がバルブスプリング１４によって付勢されているため、コントロールシャフト３２はその軸方向において、入力アーム２２及び出力アーム２６の挟み角θが減少する側に付勢されている。
【００１７】
次に、コントロールシャフト３２を軸方向に変位させるための駆動装置について図２，３を参照して説明する。図２に示されるように、駆動装置はその駆動源として正逆回転可能なブラシレスモータ１を備えている。このブラシレスモータ１のロータの回転力を駆動力として出力する出力軸８は、同出力軸８の回転運動をコントロールシャフト３２の軸方向の直線運動に変換する変換機構９を介して同コントロールシャフト３２が駆動連結されている。また、ブラシレスモータ１には、三つの位置センサＳ１〜Ｓ３、及び二つの回転速度センサＳ４，Ｓ５が設けられている。各位置センサＳ１〜Ｓ３は、ブラシレスモータ１の回転時、ブラシレスモータ１のロータと一体回転する２極のマグネットの磁気に応じて位置切替信号としてパルス信号を電子制御装置２に出力する。一方、回転速度センサＳ４，Ｓ５は、ブラシレスモータ１の回転時、ブラシレスモータ１のロータと一体回転する４８極の多極マグネットの磁気に応じてパルス信号を電子制御装置２に出力する。また、電子制御装置２は、これらセンサの他、アクセルセンサや機関回転速度センサ等、各種センサから入力された検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を検出する。そして、電子制御装置２はその検出される機関運転状態に基づいてブラシレスモータ１を駆動制御することにより、可変機構２０を駆動させてバルブ特性、すなわち吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角の制御を行う。
【００１８】
図３は、このブラシレスモータ１の構造を示す概略構成図である。同図３に示されるように、ブラシレスモータ１は、一体回転する２極のマグネット３１が設けられたロータ３と、このロータ３を囲むようにその周方向に沿って等間隔を隔てて配設され、それぞれステータコイル５〜７がそれぞれ巻回された三つのステータ４と、２極のマグネット３１の回転位相が切り替わったことを検出する位置センサＳ１〜Ｓ３とを備えている。各位置センサＳ１〜Ｓ３は、ステータコイル５〜７のうちロータ３の周方向において隣接する一対のステータコイルの間に設けられている。これら位置センサＳ１〜Ｓ３は、隣接する各ステータコイル５〜７から等距離となる位置、すなわち破線で示した位置より反時計回りに所定回転角度だけ偏倚した位置に配設されている。
【００１９】
そして、ブラシレスモータ１のロータ３を正回転（時計回りに回転）させると、コントロールシャフト３２はブラシレスモータ１から離間する側に変位し、入力アーム２２及び出力アーム２６の挟み角θが増大するようになる。一方、ブラシレスモータ１のロータ３を逆回転（反時計回りに回転）させると、コントロールシャフト３２はブラシレスモータ１に近接する側に変位し、入力アーム２２及び出力アーム２６の挟み角θが減少するようになる。このように、ブラシレスモータ１の回転駆動による入力アーム２２及び出力アーム２６の挟み角θを変更することによって、吸気バルブ１２の最大リフト量が変更される。なお、入力アーム２２と出力アーム２６との揺動方向について互いに近接する側となる軸方向にコントロールシャフト３２は付勢されているため、出力軸８を介してブラシレスモータ１のロータ３には反時計回りの外部負荷が作用している。
【００２０】
次に、電子制御装置２によるブラシレスモータ１の回転制御について説明する。位置センサＳ１〜Ｓ３は、２極のマグネット３１の回転位相が切り替わると位置切替信号を電子制御装置２に出力する。電子制御装置２は、この位置切替信号により２極のマグネット３１の回転位相に応じてステータコイル５〜７の励磁パターンを切り替えることによってロータ３を回転させる。このように位置切替信号の出力に基づいてステータコイルの励磁パターンを切り替える際には、通常、所定の応答遅れが存在するため、出力トルクが最も大きくなる最適な時期に励磁パターンを切り替えるようにする必要がある。また、可変機構２０からブラシレスモータ１の出力軸８に作用する外部負荷は、同ロータ３を反時計回りに回転させて上記挟み角θを減少させる場合よりも、同ロータ３を時計回りに回転させて挟み角θを増大させる場合の方が相対的に大きい。すなわち、初期速度及び回転速度等が同じ条件であれば、可変機構２０を通じて吸気バルブ１２の最大リフト量及び作用角を減少させる場合よりもそれらを増大させる場合の方が出力軸８に作用する外部負荷は大きなものとなる。
【００２１】
そこで本実施形態では、出力軸８に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向である時計回りとは反対方向に所定回転角度だけ偏倚して位置センサＳ１〜Ｓ３を配設するようにしている。これにより、ロータ３を時計回りに回転させる際には、位置切替信号の出力時期がより早い時期に出力される、いわゆるハード進角を行っている。これにより、励磁パターンを切り替える際の遅れが補償され、出力軸８に作用する外部負荷が大きい場合であっても、ブラシレスモータ１の回転速度を早期に上昇させることができる。一方、出力軸８に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向である反時計回りにロータ３を回転させる際には、励磁パターンを切り替える際の遅れが助長されるため、位置切替信号の出力時期に対して遅角した時期にステータコイル５〜７の励磁パターンを切り替えることにより、同励磁パターンの切り替え時期を実質的に位置切替信号の出力時期に対して進角させる、ソフト進角を行っている。但し、こうしたソフト進角はロータ３がある程度回転した後にしか開始することができず、ハード進角と比較すると、上述したような補償が行えるようになる時期も遅れることとなる。この点、本実施形態では、出力軸８に作用する外部負荷が相対的に小さい回転方向をソフト進角がなされる回転方向に設定するようにしている。従って、出力軸８に作用する外部負荷が相対的に大きい回転方向をソフト進角がなされる回転方向に設定した場合と比較して、ロータ３の回転速度を上昇させる際の応答性が大きく低下することを極力抑制することができる。
【００２２】
さらに、ステータコイル５〜７の励磁パターンを切り替える際、その通電状態を切り替えてから励磁パターンが実際に切り替わるまでの遅れ時間は略一定であるため、その遅れ時間において回転するロータ３の回転角度はそのロータ３の回転速度に応じて変化することとなる。そこで、電子制御装置２が回転速度センサＳ４，Ｓ５により得られるパルス信号からロータ３の回転速度を算出し、それに基づいて励磁パターンの切り替え時期を補正する。具体的には、ロータ３の回転速度が高いときほど励磁パターンをより早いタイミングで切り替えるようにしている。これにより、励磁パターンを切り替える際の遅れを更に精度良く補償することができる。
【００２３】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）外部負荷が相対的に大きい方向である時計回りにブラシレスモータ１を回転させる際にハード進角が行われるようにしているため、出力軸８に作用する外部負荷が大きい場合であっても、ブラシレスモータの回転速度をより早期に上昇させることができる。一方、外部負荷が相対的に小さい方向である反時計回りにブラシレスモータ１を回転させる際にソフト進角を行うようにしているため、ブラシレスモータ１の回転速度を上昇させる際の速度が大きく低下してしまうことを極力回避することができる。
【００２４】
（２）ロータ３の回転速度に基づいて励磁パターンの切り替え時期を補正するようにしているため、同回転速度に応じて態様をもって適切な時期、すなわちブラシレスモータ１においてより大きなトルクが得られる時期に設定することができ、回転速度を一層速やかに上昇させることができるようになる。
【００２５】
（３）吸気バルブ１２の最大リフト量を増大させる場合と減少させる場合とで出力軸８に作用する外部負荷の大きさが異なる可変動弁装置にあって、ブラシレスモータ１の回転速度を上昇させる際の速度が大きく低下してしまうことを回避することができるため、駆動部材であるコントロールシャフト３２を所定の応答性にて変位させることができ、吸気バルブ１２の最大リフト量を機関運転状態に即したかたちで速やかに変更することができるようになる。
【００２６】
なお、上記実施形態は以下のようにその構成を変更することができる。
・上記実施形態では、ロータ３の回転速度を別途設けられた回転速度センサＳ４，Ｓ５により得られるパルス信号から算出するようにしたが、位置センサＳ１〜Ｓ３により得られる位置切替信号から算出するようにしてこの回転速度センサＳ４，Ｓ５を省略した構成を採用することもできる。
【００２７】
・上記実施形態では、ステータコイル５〜７の励磁パターンの切り替え時期をロータ３の回転速度に基づいて補正して、実質的に位置切替信号の出力時期に対して進角させるようにしたが、ロータ３の回転速度によらず予め定めたステータコイル５〜７の励磁パターンの切り替え時期により実質的に位置切替信号の出力時期に対して進角させるようにしてもよい。
【００２８】
・ロータ３の極数並びにステータ４のコイル数は上記実施形態にて例示したものに限定されず、適宜変更が可能である。
・上記実施形態では、出力軸８の正逆転させる場合において外部負荷の絶対値が異なる場合を例に説明したが、例えば出力軸８を正回転させる場合にはその回転を妨げるような外部負荷が作用する一方、逆回転させる場合には出力軸８の回転を助勢するように外部負荷が作用する場合であっても本発明の駆動装置を適用することができる。
【００２９】
・上記実施形態では、内燃機関の可変動弁装置に具体化したが、回転方向によって大きさが異なる外部負荷が出力軸に作用する他の装置に採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】可変動弁装置の構成図。
【図２】駆動装置の構成図。
【図３】ブラシレスモータの構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ブラシレスモータ、２…電子制御装置、３…ロータ、４…ステータ、５，６，７…ステータコイル、８…出力軸、９…変換機構、１０…シンリンダヘッド、１２…吸気バルブ、１３…ロッカアーム、１４…バルブスプリング、２０…可変機構、２２…入力アーム、２６…出力アーム、３０…支持パイプ、３２…コントロールシャフト、４５…吸気カムシャフト、４５ａ…吸気カム、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…位置センサ、Ｓ４，Ｓ５…回転速度センサ。
【図１】
2007288947.tif 000003
【図２】
2007288947.tif 000004
【図３】
2007288947.tif 000005