(57)【要約】【課題】スイッチング素子の過度な発熱を抑制するとともに、モータが停止した時点における回転角度に関わらずに再起動時においてモータに回転トルクを発生することのできるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御部は回転トルクの増減方向をモータの回転を促進する方向とする通常モードにおいて、モータの回転角度に依らずにステータコイルを電源のプラス端子とマイナス端子それぞれに接続する。これに対して回転トルクの増減方向をモータの回転を妨げる方向とする発電モードにおいてモータ制御部は、所定の回転角度範囲だけモータが回転する間にステータコイルを断続的にＭ回プラス端子に接続しつつ、ステータコイルがプラス端子に接続されている際にステータコイルをマイナス端子に断続的にＮ回接続する。【選択図】図１０
2016142182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト（３３０）およびカムシャフト（３２０）それぞれとバルブタイミング変換部（３１０）を介して機械的に連結されたモータ（２００）の駆動を制御することで、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を調整するモータ制御装置であって、
前記モータは、前記バルブタイミング変換部に連結された出力軸と、前記出力軸が固定されるロータ（２１０）と、前記ロータの周りに設けられたステータ（２２０）と、を有し、前記ロータは永久磁石（２１２）を備え、前記ステータはステータコイル（２２３〜２２６）を備えており、
前記ステータコイルに電流を流して磁束を発生させ、その磁束を前記永久磁石に作用させることで、前記出力軸の回転を促進する若しくは妨げる回転トルクを前記ロータに生じさせるインバータ（３３）と、
前記モータの回転角度と前記モータの回転方向とに依存する回転信号を出力する回転角検出部（４０，６０）と、
前記回転信号に基づいて前記インバータを構成する複数のスイッチング素子（３４〜３９）を開閉制御することで前記ステータコイルと電源のプラス端子およびマイナス端子それぞれとの接続を制御して前記ステータコイルに流れる電流を制御し、前記回転トルクの発生を制御するモータ制御部（３２）と、
前記モータ制御部に前記回転トルクの増減方向を指示する指示部（３１）と、を有し、
前記モータ制御部は、前記指示部から指示された前記回転トルクの増減方向が前記モータの回転を促進する方向の場合に通常モードになり、前記回転トルクの増減方向が前記モータの回転を妨げる方向の場合に発電モードになり、
前記モータ制御部は、
Ｍを１以上の自然数とし、Ｎを２以上の自然数とすると、
前記通常モードにおいて前記モータの回転角度に依らずに前記ステータコイルを前記電源のプラス端子とマイナス端子それぞれに接続し、
前記発電モードにおいて所定の回転角度範囲だけ前記モータが回転する間に前記ステータコイルを断続的にＭ回前記プラス端子に接続しつつ、前記ステータコイルが前記プラス端子に接続されている際に前記ステータコイルを前記マイナス端子に断続的にＮ回接続するモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ制御部は前記発電モードにおいて前記ステータコイルが前記プラス端子に接続されていない際に前記ステータコイルと前記マイナス端子とを非接続状態にする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
クランクシャフト（３３０）およびカムシャフト（３２０）それぞれとバルブタイミング変換部（３１０）を介して機械的に連結されたモータ（２００）の駆動を制御することで、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を調整するモータ制御装置であって、
前記モータは、前記バルブタイミング変換部に連結された出力軸と、前記出力軸が固定されるロータ（２１０）と、前記ロータの周りに設けられたステータ（２２０）と、を有し、前記ロータは永久磁石（２１２）を備え、前記ステータはステータコイル（２２３〜２２６）を備えており、
前記ステータコイルに電流を流して磁束を発生させ、その磁束を前記永久磁石に作用させることで、前記出力軸の回転を促進する若しくは妨げる回転トルクを前記ロータに生じさせるインバータ（３３）と、
前記モータの回転角度と前記モータの回転方向とに依存する回転信号を出力する回転角検出部（４０，６０）と、
前記回転信号に基づいて前記インバータを構成する複数のスイッチング素子（３４〜３９）を開閉制御することで前記ステータコイルと電源のプラス端子およびマイナス端子それぞれとの接続を制御して前記ステータコイルに流れる電流を制御し、前記回転トルクの発生を制御するモータ制御部（３２）と、
前記モータ制御部に前記回転トルクの増減方向を指示する指示部（３１）と、を有し、
前記モータ制御部は、前記指示部から指示された前記回転トルクの増減方向が前記モータの回転を促進する方向の場合に通常モードになり、前記回転トルクの増減方向が前記モータの回転を妨げる方向の場合に発電モードになり、
前記モータ制御部は、
Ｎを２以上の自然数とすると、
前記通常モードにおいて前記モータの回転角度に依らずに前記ステータコイルを前記プラス端子と前記マイナス端子それぞれに接続し、
前記発電モードにおいて前記モータの回転角度に依らずに前記ステータコイルを前記プラス端子に接続しつつ、所定の回転角度範囲だけ前記モータが回転する間に前記ステータコイルを前記マイナス端子に断続的にＮ回接続した後に前記マイナス端子を断続的にＮ回接続した時間の分だけ前記ステータコイルと前記マイナス端子とを連続的に非接続状態にすることを少なくとも一回行うモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの駆動を制御することで、アイドリングストップを行う内燃機関（３００）の前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を調整する請求項１〜３いずれか１項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトおよびカムシャフトそれぞれとバルブタイミング変換部を介して機械的に連結されたモータの駆動を制御することで、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を調整するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、吸気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。このバルブタイミング調整装置は、モータ軸の固定されるロータ部およびロータ部の周りに設けられたステータコイルを有する電動モータと、ステータコイルに接続される複数のスイッチング素子と、を有している。またバルブタイミング調整装置は、オンするスイッチング素子（選択素子）をモータ軸の回転角度範囲毎に切り換える通電駆動手段と、内燃機関の運転状況やモータ軸の回転状態に応じてクランク軸とカム軸の相対位相を調整する位相調整機構と、を備えている。
【０００３】
上記のステータコイルに電流が流れ、ステータコイルから磁界が発生している状態でモータ軸が回転すると、それによってステータコイルに誘起電圧が発生する。モータ軸の目標回転方向がモータ軸の実回転方向と一致している場合、スイッチング素子のオンによりステータコイルへ印加される電圧に対して、反対方向の誘起電圧が発生する。これによりオン状態のスイッチング素子（選択素子）には、印加電圧と誘起電圧との差に応じた電流が流れる。しかしながらモータ軸の目標回転方向がモータ軸の実回転方向と相異している場合、スイッチング素子のオンによりステータコイルへ印加される電圧に対して、同一方向の誘起電圧が発生する。これにより選択素子には印加電圧と誘起電圧との和に応じた大電流が流れる。そのため選択素子が過度に発熱する虞がある。
【０００４】
そこで特許文献１に記載のバルブタイミング調整装置の通電駆動手段は、モータ軸の目標回転方向と実回転方向が一致する場合、例えばモータ軸の回転角度が機械角で３０°（電気角で１２０°）の回転角度範囲の全域を、選択素子を継続してオンするオン範囲に設定する。そして通電駆動手段は、目標回転方向と実回転方向が相異する場合、回転角度範囲を、オン範囲と、選択素子を継続してオフするオフ範囲とに分割して設定する。これによりオン範囲においてはステータコイルに電圧が印加されるが、オフ範囲においては電圧が印加されなくなる。そのため上記の印加電圧と誘起電圧との和に応じた電流が選択素子に流れる時間が短縮され、選択素子の過度な発熱が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６２８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで特許文献１に示されるバルブタイミング調整装置では、電動モータ（モータ）が位相調整機構を介してクランク軸と機械的に連結されている。そのため内燃機関が燃焼駆動してクランク軸が回転している場合、ステータコイルへの通電による制御トルク（回転トルク）の発生に関わらずにモータのモータ軸も回転する。内燃機関の駆動停止によってクランク軸が惰性回転している際もモータ軸はその回転数を低減しながらもクランク軸と同一方向に回転する。しかしながらモータ軸に固定されたロータ部は永久磁石を有している。この永久磁石の周囲にはステータコイルなどの金属材料があるため、その金属材料と永久磁石との間に磁力が発生し、これがロータ部の回転を妨げるブレーキトルクとしてモータ軸に作用する。モータ軸がクランク軸とともに惰性回転し、その回転力が静止するほどに弱まると、上記のブレーキトルクのためにその回転方向が一瞬逆転した後に停止する虞がある。このように停止前に回転方向が逆転すると、通電駆動手段は目標回転方向と実回転方向が相異すると判定して、その動作を終了する。上記したように通電駆動手段は、目標回転方向と実回転方向が相異する場合、回転角度範囲をオン範囲とオフ範囲とに分割して設定する。したがってモータが停止した時点における回転角度がオン範囲に含まれる場合、再起動時に通電駆動手段によってモータのモータ軸に回転トルクを発生することができる。そのためモータ軸を回転することで、カム軸のクランク軸に対する位相を、シリンダとピストンとによって構成される燃焼室内の圧縮空気量を内燃機関の再始動に適した位相に調整することができる。しかしながらモータが停止した時点における回転角度がオフ範囲に含まれる場合、再起動時に通電駆動手段によってモータ軸に回転トルクを発生することができない。そのためモータ軸を回転することができず、カム軸のクランク軸に対する位相を、内燃機関の再始動に適した位相に調整することができない、という不具合が生じる。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、スイッチング素子の過度な発熱を抑制するとともに、モータが停止した時点における回転角度に関わらずに再起動時においてモータに回転トルクを発生することのできるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、クランクシャフト（３３０）およびカムシャフト（３２０）それぞれとバルブタイミング変換部（３１０）を介して機械的に連結されたモータ（２００）の駆動を制御することで、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を調整するモータ制御装置であって、
モータは、バルブタイミング変換部に連結された出力軸と、出力軸が固定されるロータ（２１０）と、ロータの周りに設けられたステータ（２２０）と、を有し、ロータは永久磁石（２１２）を備え、ステータはステータコイル（２２３〜２２６）を備えており、
ステータコイルに電流を流して磁束を発生させ、その磁束を永久磁石に作用させることで、出力軸の回転を促進する若しくは妨げる回転トルクをロータに生じさせるインバータ（３３）と、
モータの回転角度とモータの回転方向とに依存する回転信号を出力する回転角検出部（４０，６０）と、
回転信号に基づいてインバータを構成する複数のスイッチング素子（３４〜３９）を開閉制御することでステータコイルと電源のプラス端子およびマイナス端子それぞれとの接続を制御してステータコイルに流れる電流を制御し、回転トルクの発生を制御するモータ制御部（３２）と、
モータ制御部に回転トルクの増減方向を指示する指示部（３１）と、を有し、
モータ制御部は、指示部から指示された回転トルクの増減方向がモータの回転を促進する方向の場合に通常モードになり、回転トルクの増減方向がモータの回転を妨げる方向の場合に発電モードになり、
モータ制御部は、
Ｍを１以上の自然数とし、Ｎを２以上の自然数とすると、
通常モードにおいてモータの回転角度に依らずにステータコイルを電源のプラス端子とマイナス端子それぞれに接続し、
発電モードにおいて所定の回転角度範囲だけモータが回転する間にステータコイルを断続的にＭ回プラス端子に接続しつつ、ステータコイルがプラス端子に接続されている際にステータコイルをマイナス端子に断続的にＮ回接続する。
【０００９】
このように上記発明のモータ制御部（３２）は、モータ（２００）の回転方向と逆向きに回転トルクを発生させる発電モードにおいて、所定の回転角度範囲だけモータが回転する間にステータコイルを電源と断続的に接続して通電している。これによれば永久磁石（２１２）とその周囲にあるステータコイル（２２３〜２２６）との間に生じるブレーキトルクのために、モータ（２００）が一瞬逆回転してモータ制御部（３２）が発電モードになったとしても、再起動時に回転トルクを発生することができる。したがって再起動時にモータ（２００）の出力軸を回転することができ、カムシャフト（３２０）のクランクシャフト（３３０）に対する位相を、内燃機関（３００）の再始動に適した位相に調整することができる。
【００１０】
また上記したようにモータ制御部（３２）は発電モードにおいて、所定の回転角度範囲だけモータ（２００）が回転する間にステータコイル（２２３〜２２６）への通電を断続的にしている。これによればスイッチング素子（３４〜３９）に過度な電流の流れることが抑制され、スイッチング素子（３４〜３９）の過度な発熱が抑制される。さらに言えば、本発明ではモータ（２００）が所定の回転角度範囲だけ回転する間にステータコイル（２２３〜２２６）と電源のプラス端子とを断続的にＭ回接続する。そのため発電モードにおいてモータが所定の回転角度範囲だけ回転する間にステータコイルとプラス端子とを常時接続しつつ、マイナス端子を断続的にＮ回接続する構成と比べて、スイッチング素子（３４〜３９）に過度な電流の流れることが抑制される。この結果、スイッチング素子（３４〜３９）の過度な発熱が抑制される。なおＭが１の場合、モータが所定の回転角度範囲だけ回転する間にステータコイルとプラス端子とが接続状態と非接続状態とに１度ずつなる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】モータの概略構成を示す断面図である。
【図３】回転角センサの配置を説明するための断面図である。
【図４】インバータとステータコイルの概略構成を示す回路図である。
【図５】センサ信号と制御信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図６】センサ信号と回転角度との関係を示す図表である。
【図７】通常制御における回転角度と制御信号との関係を示す図表である。
【図８】通常制御においてインバータとステータコイルを流れる電流を示す模式図である。
【図９】発電制御における回転角度と制御信号との関係を示す図表である。
【図１０】発電制御において制御対象となる上段スイッチと下段スイッチそれぞれに入力される制御信号を示すタイミングチャートである。
【図１１】発電制御においてインバータとステータコイルを流れる電流を示す模式図である。
【図１２】ブレーキトルクを模式的に示すグラフ図である。
【図１３】回転角センサとステータコイルとの位置関係を示すモータの断面図である。
【図１４】ロータの回転角度に対する回転角センサと永久磁石との位置関係を示す図表である。
【図１５】ブレーキトルクによるモード切り換えの結果、再起動できなくなることを説明するためのタイミングチャートである。
【図１６】ブレーキトルクによるモード切り換えが行われたとしても、再起動できることを説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】プリドライバの概略構成を示すブロック図である。
【図１８】ＰＷＭ駆動信号を説明するためのタイミングチャートである。
【図１９】制御判定部の判定処理を示すフローチャートである。
【図２０】カウント数とスイッチオフ信号を説明するためのタイミングチャートである。
【図２１】発電制御部の信号処理を説明するためのフローチャートである。
【図２２】発電制御の変形例を説明するためのタイミンチャートである。
【図２３】発電制御の変形例を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図２１に基づいて、本実施形態に係るモータ制御装置を説明する。なお図１ではモータ制御装置１００の他に、モータ２００、内燃機関３００、バルブタイミング変換部３１０、カム角センサ３４０、および、クランク角センサ３５０を図示している。そして図２、図３、図１３、および、図１４それぞれでは後述する電気角を括弧つきで図示し、回転角センサ６０にハッチングを施している。また図１４では煩雑と成ることを避けるために符号を省略し、回転状態を明りょうとするために後述の永久磁石２１２の１つのＮ極にハッチングを施している。最後に、図５および図１６の発電制御において制御対象の上段スイッチに入力される制御信号が単にＨｉレベルではないことを示すために、制御信号の一部にハッチングを施している。
【００１４】
モータ制御装置１００はモータ２００の回転を制御することで、内燃機関３００のカムシャフト３２０とクランクシャフト３３０の位相差（以下、カム位相と示す）を制御するものである。図１に示すようにモータ制御装置１００は３つのステータ線９７〜９９を介してモータ２００と電気的に接続され、モータ２００はバルブタイミング変換部３１０を介して内燃機関３００と機械的に連結されている。以下においては先ずモータ２００、バルブタイミング変換部３１０、および、内燃機関３００を説明した後、モータ制御装置１００について詳説する。
【００１５】
図２に示すようにモータ２００は出力軸に固定されたロータ２１０、および、ロータ２１０の周りに設けられたステータ２２０を有する。ロータ２１０は円柱形状の鉄芯２１１と、この鉄芯２１１に埋め込まれた永久磁石２１２と、を有する。本実施形態では永久磁石２１２のＮ極とＳ極とが交互に隣接するように鉄芯２１１の軸周りに等間隔で埋め込まれており、隣り合うＮ極とＳ極の隣接間隔が４５°になっている。これにより複数の永久磁石２１２にて発生される磁束はロータ２１０が９０°回転する毎に周期的に変化し、機械角９０°に対して電気角が３６０°になっている。この永久磁石２１２から発せられる磁束が後述の回転角センサ６０にて検出される。
【００１６】
これに対してステータ２２０は円筒形状のケース２２１と、このケース２２１の内周面に設けられた突極２２２と、突極２２２に巻き回されたステータコイル２２３と、を有する。ケース２２１の内周面に１２個の突極２２２が等間隔で設けられ、２つの突極２２２の最短隣接間隔がロータ２１０の軸周りにて３０°になっている。ステータコイル２２３としては図４に示すようにＵ相ステータコイル２２４、Ｖ相ステータコイル２２５、Ｗ相ステータコイル２２６を有する。上記した１２個の突極２２２にＵ相ステータコイル２２４、Ｖ相ステータコイル２２５、Ｗ相ステータコイル２２６が順に隣接するように巻き回され、それぞれ隣接間隔が９０°の関係にある４つの突極２２２に巻き回されている。３つのステータコイル２２４〜２２６は図４に示すようにＹ結線され、それぞれ対応するインバータ３３の２つのスイッチの中点に結線されている。後で詳説するが、例えば図４に示すスイッチ３４，３７がオン状態になるとステータコイル２２４，２２５が電源のプラス端子とマイナス端子とに接続され、ステータコイル２２４，２２５に電流が流れる。この電流の流動によってステータコイル２２４，２２５から磁束が発生され、この磁束がロータ２１０の永久磁石２１２に作用することでロータ２１０に回転トルクが発生する。これによりモータ２００の出力軸が自立回転する。
【００１７】
上記したモータ２００の出力軸はバルブタイミング変換部３１０を介してカムシャフト３２０と連結されている。そしてバルブタイミング変換部３１０はチェーンを介してクランクシャフト３３０と連結されている。内燃機関３００の駆動によってクランクシャフト３３０が回転し始めると、それに伴ってバルブタイミング変換部３１０とともにカムシャフト３２０とモータ２００の出力軸も回転し始める。この回転によってカムシャフト３２０のカムジャーナルに設けられたカムロブが回転する。カムロブの回転により吸気弁と排気弁が燃焼室に対して上下動し、吸気弁にて燃焼室への吸気が行われ、排気弁にて燃焼室からの排気が行われる。
【００１８】
内燃機関３００が例えば４サイクルエンジンの場合、吸気弁若しくは排気弁に対応するカムシャフト３２０のカムロブは、クランクシャフト３３０が２回転すると１回転する。通常、吸気弁と排気弁の位相はカムシャフト３２０の回転角度で換算するとおよそ１８０°ずれている。この位相差は、上記したカム位相をモータ制御装置１００、モータ２００、および、バルブタイミング変換部３１０によって制御することで調整可能となっている。
【００１９】
図示しないがバルブタイミング変換部３１０は上記したチェーンを介して伝達されるクランクシャフト３３０の回転トルクをカムシャフト３２０に伝達しつつ、カムシャフト３２０をクランクシャフト３３０に対して相対的に回転させる遊星歯車機構を有する。バルブタイミング変換部３１０は上記したチェーンが連結される環状のリングギヤ、および、リングギヤの中に設けられた円盤状のピニオンギヤとバルブギヤを有する。リングギヤはチェーンを介してクランクシャフト３３０に連結され、バルブギヤはカムシャフト３２０に連結されている。そしてピニオンギヤはモータ２００の出力軸に連結されている。リングギヤの内側面に歯が形成され、ピニオンギヤおよびバルブギヤそれぞれの外側面に歯が形成されている。このリングギヤの内側面の歯とピニオンギヤの歯とが噛み合わさり、ピニオンギヤの歯とバルブギヤの歯とが噛み合わさっている。したがってクランクシャフト３３０が回転するとその回転トルクがチェーンを介してリングギヤに伝達され、これによってリングギヤが回転する。するとピニオンギヤがバルブギヤの周りを公転し、これによってバルブギヤが回転する。この結果、クランクシャフト３３０とともにカムシャフト３２０が回転する。
【００２０】
カムシャフト３２０におけるクランクシャフト３３０との位相差（カム位相）を維持する場合、モータ制御装置１００はモータ２００によってピニオンギヤを自転させずにバルブギヤの周りを公転させることで、バルブギヤとリングギヤとを同一の速さで回転させる。しかしながらカム位相を進角若しくは遅角する場合、モータ制御装置１００はモータ２００によってピニオンギヤを自転させつつバルブギヤの周りを公転させることで、バルブギヤをリングギヤに対して相対的に回転させる。モータ２００の出力軸がクランクシャフト３３０よりも速く公転するとカム位相が進角され、出力軸がクランクシャフト３３０よりも遅く公転するとカム位相が遅角される。進角若しくは遅角によってカム位相が目標とする位相に到達すると、モータ２００の出力軸をリングギヤと同一の速さで公転させる。これによって調整後のカム位相が維持される。このモータ２００によるカム位相制御によって、吸気タイミングと排気タイミングが調整される。
【００２１】
図１に示すようにモータ２００には回転角センサ６０が設けられ、内燃機関３００にはカム角センサ３４０とクランク角センサ３５０が設けられている。回転角センサ６０によってモータ２００の回転状態を示す検知信号が検出され、カム角センサ３４０とクランク角センサ３５０によってカムシャフト３２０の回転角度とクランクシャフト３３０の回転角度が検出される。モータ制御装置１００は検知信号に基づいてモータ２００の回転角度を算出し、カムシャフト３２０の回転角度とクランクシャフト３３０の回転角度とに基づいて内燃機関３００の回転数を算出する。モータ制御装置１００は算出した内燃機関３００の回転数とモータ２００の回転角度とに基づいてモータ２００を制御する。こうすることでモータ制御装置１００はカム位相制御を行う。
【００２２】
なおカム位相制御を行うためには上記した目標とする位相を算出しなくてはならない。この目標とする位相は、ユーザーのアクセル踏込量を示すアクセル開度センサや内燃機関３００の吸入空気量を計測するエアフローメータなどの車両の走行状態を示す各種センサ信号に基づいて、モータ制御装置１００にて算出される。以下、モータ制御装置１００について詳説する。
【００２３】
図１に示すようにモータ制御装置１００は、電子制御装置１０、ドライバ２０、および、回転角センサ６０を有する。電子制御装置１０はドライバ２０に目標とするモータ２００の回転数（回転速度）を含む指示信号を出力するものであり、ドライバ２０は指示信号および回転角センサ６０の検知信号に基づいてモータ２００を制御するものである。回転角センサ６０はモータ２００の回転に応じた検知信号を生成してドライバ２０に出力するものである。電子制御装置１０とドライバ２０とは４つの信号線９０〜９３を介して電気的に接続され、ドライバ２０と回転角センサ６０とは３つのセンサ線９４〜９６を介して電気的に接続されている。
【００２４】
電子制御装置１０は上記した車両の走行状態を示す各種センサ信号や内燃機関３００の回転数、および、ドライバ２０から出力される回転角信号と回転方向信号に基づいて目標とするモータ２００の回転数を決定するものである。電子制御装置１０は上記の各種センサ信号に基づいて、車両の走行状態に適合する目標と成るカム位相を算出する。次いで電子制御装置１０は、この目標とするカム位相とするためのモータ２００の回転数を算出し、この回転数を含めた指示信号をドライバ２０に出力する。なお電子制御装置１０は指示信号に含める回転数を常に有限の値に設定しており、内燃機関３００が燃焼駆動を停止した場合、有限の回転数とともに、ドライバ２０に回転トルクの発生を止める指示を指示信号に含ませる。
【００２５】
図１に示すようにドライバ２０は、モータ制御部３０、センサ信号処理部４０、および、状態判定部５０を有する。モータ制御部３０は電子制御装置１０から入力される指示信号およびセンサ信号処理部４０から入力される回転角信号とセンサ信号に基づいてモータ２００の回転を制御するものである。モータ制御部３０はモータ２００の出力軸を自立回転するための回転電流をモータ２００の３相のステータコイル２２４〜２２６に流すことでロータ２１０を回転する。センサ信号処理部４０は回転角センサ６０から入力されるアナログの検知信号に基づいてデジタルのセンサ信号、回転角信号、および、回転方向信号を生成するものである。状態判定部５０は後述の状態判定信号を生成するものである。この状態判定部５０には上記したセンサ信号、回転角信号、回転方向信号、指示信号、および、回転電流が入力される。なお図示しないが、上記の回転電流を検出するための電流センサをモータ制御装置１００は有しており、この電流センサの検出信号が状態判定部５０に入力される。
【００２６】
モータ制御部３０は、電子制御装置１０から指示信号が入力されると指示信号に含まれる回転数に出力軸の回転数が一致するように回転電流を流す。これによってモータ制御部３０はカム位相を進角、遅角、若しくは、維持する。しかしながら上記したように内燃機関３００の燃焼駆動が停止し、指示信号に回転トルクの発生を止める指示が含まれる場合、モータ制御部３０は３相のステータコイル２２４〜２２６に回転電流を流さない。この場合モータ２００の出力軸はクランクシャフト３３０およびカムシャフト３２０に連れまわされて回転する。上記の遊星歯車機構はカム位相を最も遅い最遅角、および、最も進んだ最進角に止めるためのストッパを有している。上記したようにモータ２００の出力軸がクランクシャフト３３０によって連れ回されて回転する場合、カム位相は最遅角になる。
【００２７】
図１に示すようにモータ制御部３０は、回転制御処理部３１、プリドライバ３２、および、インバータ３３を有する。回転制御処理部３１は指示信号に含まれる目標とする回転数（目標回転数）、および、後述の回転角信号から検出した現在の回転数（現在回転数）に基づいて回転トルクの増減方向を算出する。回転制御処理部３１は目標回転数が現在回転数よりも高い場合、回転トルクの増減方向をモータ２００の回転が促進される方向にして増加することを決定する。その反対に目標回転数が現在回転数よりも低い場合、回転制御処理部３１は回転トルクの増減方向をモータ２００の回転が妨げられる方向にして減少することを決定する。また回転制御処理部３１は目標回転数と現在回転数とに基づいて、モータ２００が電気角で６０°回転する間に後述の下段スイッチ３５，３７，３９それぞれをオン状態とする時間（デューティ比）も算出する。回転制御処理部３１は上記の回転トルクの増減方向とデューティ比とを含む制御情報をプリドライバ３２に出力する。回転制御処理部３１が特許請求の範囲に記載の指示部に相当する。
【００２８】
プリドライバ３２は回転制御処理部３１から入力される制御情報、および、センサ信号処理部４０から入力される回転角信号とセンサ信号に基づいてインバータ３３を制御する。プリドライバ３２は後述のセンサ信号に基づいてロータ２１０の現在の回転方向（実回転方向）を検出し、この実回転方向と制御情報に含まれる回転トルクの増減方向（トルク方向）とを比較する。プリドライバ３２は実回転方向とトルク方向の両者が一致する場合（回転を促進する方向の場合）に通常モードとなり、両者が相違する場合（回転を妨げる方向の場合）に発電モードとなる。プリドライバ３２は通常モードにおいて出力軸の回転方向に沿う回転トルクが発生するようにインバータ３３の駆動を制御することで出力軸の回転を促進して回転速度を速くする。またプリドライバ３２は発電モードにおいて出力軸の回転方向とは逆向きの回転トルクが発生するようにインバータ３３の駆動を制御することで出力軸の回転を妨げて回転速度を遅くする。プリドライバ３２は出力軸の回転速度の加速度と減速度を制御情報に含まれるデューティ比によって制御している。このプリドライバ３２の構成、および、通常モードおよび発電モード時におけるインバータ３３の制御（通常制御と発電制御）は後で詳説する。上記したプリドライバ３２による回転方向の検出は、後述するようにセンサ信号処理部４０と同様にして図６に基づいて行われる。プリドライバ３２は図６に示すセンサ信号と回転方向の関係を記憶している。
【００２９】
上記したように指示信号には常に有限の回転数が含まれているので、回転制御処理部３１はトルク方向を常時プリドライバ３２に出力している。そのためプリドライバ３２は常に通常モードか発電モードになっている。特に内燃機関３００の燃焼駆動が終了して、指示信号に回転トルクの発生を止める指示が含まれる場合、ロータ２１０がクランクシャフト３３０とともに惰性回転している方向にトルク方向が一致している。したがってこの場合プリドライバ３２は通常モードとなっている。プリドライバ３２が特許請求の範囲に記載のモータ制御部に相当する。
【００３０】
図４に示すようにインバータ３３はステータコイル２２４〜２２６それぞれに対応するスイッチ３４〜３９を有している。本実施形態においてスイッチ３４〜３９はそれぞれＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、特許請求の範囲に記載のスイッチング素子に相当する。電源のプラス端子からマイナス端子に向かってＵ相スイッチ３４，３５、Ｖ相スイッチ３６，３７、および、Ｗ相スイッチ３８，３９それぞれが直列接続され、これら対を成す２つのスイッチが並列接続されている。そしてＵ相スイッチ３４，３５の中点にＵ相ステータコイル２２４の一端が接続され、Ｖ相スイッチ３６，３７の中点にＶ相ステータコイル２２５の一端が接続され、Ｗ相スイッチ３８，３９の中点にＷ相ステータコイル２２６の一端が接続されている。これらステータコイル２２４〜２２６それぞれの他端が互いに結線され、ステータコイル２２４〜２２６がＹ結線されている。
【００３１】
センサ信号処理部４０は、回転角センサ６０から出力される出力軸の回転角に対応する検知信号を二値化処理してデジタルのセンサ信号を生成し、このセンサ信号に基づいて回転角信号と回転方向信号を生成する。図２に示すように回転角センサ６０はセンサ素子として３つのホール素子６１〜６３を有し、これら３つのホール素子６１〜６３はロータ２１０の永久磁石２１２の上方に位置している。上記したように永久磁石２１２にて発生される磁束はロータ２１０が機械角で９０°（電気角で３６０°）回転する毎に周期的に変化する。そのためロータ２１０が機械角で９０°回転すると、３つのホール素子６１〜６３それぞれを透過する磁束の向きが反転する。図２および図３に示すように３つのホール素子６１〜６３はロータ２１０の軸周りにおいて機械角で隣接角度３０°で設けられている。これにより３つのホール素子６１〜６３を透過する永久磁石２１２の磁束は電気角で１２０°ずれており、３つのホール素子６１〜６３から出力される検知信号の位相も１２０°ずれている。この３つの検知信号がセンサ信号処理部４０にて二値化処理され、図５に示すパルス状のＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号が生成される。図５〜図７、図９、図１０に示す回転角度は上記した電気角に相当し、以下においては特に断わらない限り、回転角度を電気角で表す。なお上記のセンサ信号が特許請求の範囲に記載の回転信号に相当し、センサ信号処理部４０と回転角センサ６０とによって特許請求の範囲に記載の回転角検出部が構成されている。
【００３２】
上記した３つのセンサ信号は同一の波形を有し、ロータ２１０が１８０°回転すると電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベル、若しくは、ＬｏレベルからＨｉレベルに変動する。そして３つのセンサ信号は互いに位相が１２０°ずれている。以上により図５および図６に示すようにロータ２１０の回転角度が６０°進む毎にＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の内のいずれか１つの電圧レベルが変化する。
【００３３】
上記した回転角信号は３つのセンサ信号の内の少なくとも１つの電圧レベルが変化する毎に電圧レベルが所定時間変化して元に戻るパルス信号である。本実施形態において回転角信号は、センサ信号の電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベル、若しくは、ＬｏレベルからＨｉレベルに変化する毎に、電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベルへと変化する。そして所定時間後に電圧レベルがＬｏレベルからＨｉレベルへと元に戻る。換言すれば、出力軸が６０°回転する毎に回転角信号に含まれるパルスが立ち下がる。したがって回転角信号のパルスの立ち下りエッジを検出することで、モータ２００が６０°回転したことを検出することができる。このため単位時間当たりの回転角信号のパルスの数（立ち下りエッジ数）を検出することでモータ２００の回転数（回転速度）を検出することができる。
【００３４】
上記した回転方向信号は３つのセンサ信号の電圧レベルの変化パターンに応じて、Ｈｉレベル若しくはＬｏレベルに電圧レベルが固定されるパルス信号である。この回転方向信号の電圧レベルを定めるためには、センサ信号処理部４０がモータ２００の回転方向を検出しなければならないが、モータ２００の回転方向は図６に示す図表に基づいて検出される。センサ信号処理部４０は図６に示すモータ２００の回転角度に対する３つのセンサ信号の変化パターンの対応関係を記憶している。センサ信号処理部４０は図５および図６に示すように時間がｔ１からｔ７へと進む過程（期間Ｔ１からＴ６へと進む過程）において３つのセンサ信号の電圧レベルがどのように変化したかを判定する。例えば図６に示すように期間Ｔ１においてＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の電圧レベルがＨｉ，Ｌｏ，Ｈｉの場合に、時間が進み期間Ｔ２においてＨｉ，Ｌｏ，Ｌｏと変化した場合、センサ信号処理部４０はモータ２００が正転していると判定する。これとは異なり、期間Ｔ１においてＵ相センサ信号、Ｖ相センサ信号、Ｗ相センサ信号の電圧レベルがＨｉ，Ｌｏ，Ｈｉの場合に、時間が進み期間Ｔ２においてＬｏ，Ｌｏ，Ｈｉと変化した場合、センサ信号処理部４０はモータ２００が逆転していると判定する。このようにセンサ信号処理部４０は、図６に示す３つのセンサ信号の電圧レベルの組み合わせが時間経過に伴って実線矢印で示すように左から右へと変化する場合にモータ２００は正転していると判定する。それとは逆にセンサ信号処理部４０は、図６に示す３つのセンサ信号の電圧レベルの組み合わせが時間経過に伴って破線矢印で示すように右から左へと変化する場合にモータ２００は逆転していると判定する。センサ信号処理部４０はこの判定結果に基づいて回転方向信号の電圧レベルを決定している。
【００３５】
状態判定部５０はモータ２００の回転状態に応じて、デューティ比の変化する状態判定信号を生成する。本実施形態に係る状態判定部５０は３つのセンサ信号の電圧レベルが変化している場合に第１デューティ比の状態判定信号を生成する。これとは異なり３つのセンサ信号それぞれの電圧レベルが一定となった場合に状態判定部５０は第１デューティ比とは異なる第２デューティ比の状態判定信号を生成する。本実施形態において第１デューティ比は８０％、第２デューティ比は９０％である。第１デューティ比はモータ２００が回転状態であることを示し、第２デューティ比はモータ２００が停止状態であることを示している。この状態判定信号が電子制御装置１０に入力される。電子制御装置１０は状態判定信号のデューティ比に基づいてモータ２００が回転状態であるのかそれとも停止状態であるのかを判別する。
【００３６】
本実施形態に係る状態判定部５０はモータ２００の回転状態の他に別の判定も行う。すなわち状態判定部５０は、センサ信号の状態、モータ制御部３０の状態、および、指示信号線９０の状態の判定も行う。例えばＵ相センサ信号とＶ相センサ信号の電圧レベルが変化しているにも関わらず、Ｗ相センサ信号の電圧レベルが一定となる場合がある。この場合状態判定部５０はＷ相センサ信号を生成する第３ホール素子６３、若しくはこの第３ホール素子６３とセンサ信号処理部４０とを接続する第３センサ線９６に天絡若しくは地絡が生じていると判定し、第３デューティ比（４０％）の状態判定信号を生成する。また、例えばステータ線９７〜９９を介して３相のステータコイル２２４〜２２６に供給する回転電流の少なくとも１つの電圧レベルが一定となった場合、状態判定部５０はモータ制御部３０に異常が生じた、若しくは、ステータ線９７〜９９の少なくとも１つに天絡若しくは地絡が生じたと判定する。この場合、状態判定部５０は第４デューティ比（６０％）の状態判定信号を生成する。さらに言えば、例えば指示信号線９０の電圧レベルが一定となった場合、状態判定部５０は指示信号線９０に天絡若しくは地絡が生じたと判定し、第５デューティ比（１００％）の状態判定信号を生成する。電子制御装置１０は状態判定信号のデューティ比に基づいて、モータ２００の回転状態だけではなく、センサ信号の状態、モータ制御部３０の状態、および、指示信号線９０の状態も判別する。
【００３７】
次に、通常制御を説明する。プリドライバ３２は通常制御においてロータ２１０が回転している方向（実回転方向）とインバータ３３によってロータ２１０に生成される回転トルクの方向（トルク方向）とを同一とする。この制御では、図７に記号Ｈｉで示すようにロータ２１０の回転角度が０°−１２０°において電源のプラス端子側に接続されたＵ相上段スイッチ３４をオン状態、１２０°−２４０°においてＶ相上段スイッチ３６をオン状態とする。そして２４０°−３６０°においてＷ相上段スイッチ３８をオン状態とする。また図７に記号Ｐで示すようにロータ２１０の回転角度が３００°−６０°において電源のマイナス端子側に接続されたＶ相下段スイッチ３７を断続的にオン状態、６０°−１８０°においてＷ相下段スイッチ３９を断続的にオン状態とする。そして１８０°−３００°においてＵ相下段スイッチ３５を断続的にオン状態とする。このようにプリドライバ３２はモータ２００が３６０°回転する間に、電源のプラス端子側に接続された上段スイッチ３４，３６，３８を順次オン状態とし、電源のマイナス端子側に接続された下段スイッチ３５，３７，３９を順次断続的にオン状態とする。こうすることで３つのステータコイル２２４〜２２６の内の２つが電源のプラス端子とマイナス端子とに直列接続され、ステータコイルに回転電流が流れる。この結果回転トルクがロータ２１０に発生し、モータ２００の出力軸が回転する。
【００３８】
例えばモータ２００の回転角度が０°−６０°においてスイッチ３４，３７それぞれがオン状態になると、スイッチ３４，３７を介してステータコイル２２４，２２５が電源のプラス端子とマイナス端子とに直列接続される。したがって図８にて実線矢印で示すように電源のプラス端子からマイナス端子へと向かう電源電圧に基づく電流が流れる。この際、モータ２００の実回転方向とトルク方向とが同一であるため、ステータコイル２２４，２２５には電源電圧とは逆向きの逆起電力が発生する。したがってこの場合、図８にて破線矢印で示すように電源のマイナス端子からプラス端子へと向かう逆起電力に基づく電流が流れる。この際、スイッチ３４，３７それぞれを流れる２つの電流の流動方向が反対向きとなるため、スイッチ３４，３７それぞれに過剰な電流が流れず、過度に発熱することがない。なお回転電流の流量は、下段スイッチ３５，３７，３９それぞれのオン時間に依存して多くなる。したがって下段スイッチ３５，３７，３９それぞれのオン時間が長くなると回転トルクが増大し、モータ２００の加速度が増大する。
【００３９】
次に、発電制御を説明する。プリドライバ３２は発電制御においてロータ２１０の実回転方向とトルク方向とを異ならせる。この場合、図９に記号Ｐｈで示すように、電源のプラス端子側に接続された上段スイッチ３４，３６，３８を断続的にオン状態とする。詳しく言えば、Ｎを２以上の自然数とすると、図１０に示すように制御対象となる下段スイッチ３７，３９を断続的にＮ回オン制御する毎に、制御対象となる上段スイッチ３４，３６をオン状態からオフ状態若しくはオフ状態からオン状態へと変化させる。本実施形態においてＮは３であり、プリドライバ３２は制御対象となる下段スイッチに３つのパルスを入力する毎に制御対象となる上段スイッチに入力する制御信号の電圧レベルをＨｉレベルからＬｏレベル若しくはＬｏレベルからＨｉレベルへと変化させる。なお図９に示すように制御対象外の上段スイッチはオフ状態となっており、制御対象の上段スイッチはモータ２００が１２０°回転する間に断続的にオン状態に変化される。モータ２００が１２０°回転する間に制御対象の上段スイッチが断続的にオン状態になる回数Ｍは、モータ２００の回転数によって決定される。例えば図１０では、モータ２００が１２０°回転する間に制御対象の下段スイッチ３７，３８が断続的に４Ｎ＋１回オン制御されるため、制御対象のＵ相上端スイッチ３４は断続的に３回オン状態になっている。モータ２００の回転数によっては、モータ２００が１２０°回転する間に制御対象の上段スイッチが１回オン状態になることもあり得る。この場合、制御対象の上段スイッチはオン状態とオフ状態とに１度ずつなる。したがって制御対象の上段スイッチが断続的にオン状態になる回数Ｍは１以上の数となる。
【００４０】
なお３つの上段スイッチ３４，３６，３８の全てがオフ状態の場合、ステータコイル２２４〜２２６に電源電圧に基づく回転電流が流れず、その回転電流に基づく回転トルクがロータ２１０には発生されない。しかしながら上記したように制御対象となっている上段スイッチは断続的ではあるが必ずオン状態になり、この上端スイッチがオン状態の時に制御対象の下段スイッチは断続的にＮ回オン状態になる。そのためステータコイル２２４〜２２６に電源電圧に基づく回転電流が流れ、その回転電流に基づく回転トルクがロータ２１０に発生される。
【００４１】
上記したようにステータコイル２２４〜２２６に全く電流が流れない状態を作るのは、下記理由のためである。例えばモータ２００の回転角度が０°−６０°においてスイッチ３４，３７それぞれがオン状態になると、スイッチ３４，３７を介してステータコイル２２４，２２５が電源のプラス端子とマイナス端子とに直列接続される。したがって図１１にて実線矢印で示すように電源のプラス端子からマイナス端子へと向かう電源電圧に基づく電流が流れる。この際、モータ２００の実回転方向とトルク方向とが相違するため、Ｕ相ステータコイル２２４には電源電圧と同一方向の逆起電力が発生する。したがってこの場合、図１１にて破線矢印で示すようにＵ相上段スイッチ３４からステータコイル２２４，２２６を介してＷ相上段スイッチ３８へと向かう逆起電力に基づく電流が流れる。この際、Ｕ相上段スイッチ３４を流れる２つの電流の流動方向が同一となるため、Ｕ相上段スイッチ３４に過剰な電流が流れ、それによって過度に発熱する虞がある。このような過度な発熱は、上段スイッチ３６，３８においても同様に起こる可能性がある。
【００４２】
このようにモータ２００の実回転方向とトルク方向とを異ならせる発電制御では、上段スイッチ３４，３６，３８それぞれが過度に発熱する虞がある。そのため上記したようには制御対象となる上段スイッチを断続的にオン状態とし、上段スイッチ３４，３６，３８それぞれに電流の流れない時間を設ける。これにより上段スイッチ３４，３６，３８の過度な発熱が抑制される。
【００４３】
なお本構成とは異なり、上段スイッチ３４，３６，３８の過度な発熱を抑制するために６０°−１２０°、１８０°−２４０°、３００°−３６０°などの特定の角度範囲において全ての上段スイッチ３４，３６，３８をオフ状態にする場合、下記に示す不具合の生じる虞がある。図２に示したように、ロータ２１０は複数の永久磁石２１２を有し、この永久磁石２１２の周囲には突極２２２に巻き回されたステータコイル２２３が設けられている。ステータコイル２２３に回転電流が流れていない場合、回転電流による回転トルクはロータ２１０には発生しない。しかしながら上記した永久磁石２１２とステータコイル２２３との間に磁力が生じ、これがロータ２１０の回転を妨げるブレーキトルクとしてロータ２１０に作用する。この永久磁石２１２のために生じるブレーキトルクはロータ２１０の回転に対して図１２に示すように変動する。ブレーキトルクがゼロとなるのは、ステータコイル２２３（突極２２２）と永久磁石２１２のＮ極若しくはＳ極が対向する場合である。しかしながらロータ２１０が回転し、それによってＮ極若しくはＳ極と突極２２２とが対向位置から離れると、それを妨げるブレーキトルクが発生する。なお上記の磁力のためにロータ２１０の回転を促進するトルクも発生する。しかしながらロータ２１０の回転を妨げる方向のトルクが問題となるため、本実施形態ではこのトルクを主として論じている。
【００４４】
図１３に示すように３つのホール素子６１〜６３の内の真ん中に位置する第３ホール素子６３は、自身に最も近い突極２２２と機械角で７．５°（電気角で３０°）ずれるように配置されている。したがって図１４の（ａ）欄に示すように永久磁石２１２の４つのＮ極が突極２２２と対向している状態において第１ホール素子６１がＮ極とＳ極との間に位置し、第１ホール素子６１の出力レベルがＨｉレベルからＬｏレベル、若しくは、ＬｏレベルからＨｉレベルへと変化する。そして図１４の（ｂ）欄に示すようにロータ２１０が６０°回転すると永久磁石２１２の４つのＳ極が突極２２２と対向し、第３ホール素子６３がＮ極とＳ極との間に位置してその出力レベルが変化する。以下同様にして図１４の（ｃ）〜（ｆ）欄に示すようにロータ２１０が６０°回転する毎に永久磁石２１２の４つのＮ極若しくはＳ極が突極２２２と対向し、３つのホール素子６１〜６３の内の１つがＮ極とＳ極との間に位置してその出力レベルが変化する。以上により、ロータ２１０が６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°、３６０°（０°）回転した際に永久磁石２１２のＮ極若しくはＳ極が突極２２２と対向してブレーキトルクがゼロとなる。そしてこれら６つの回転角度の際に３つのホール素子６１〜６３の内の１つの出力レベルが反転する。
【００４５】
上記したようにモータ２００の出力軸はクランクシャフト３３０に連れ回されて回転する。しかしながら内燃機関３００での燃焼駆動が終了すると、クランクシャフト３３０とともにモータ２００の出力軸の回転も弱まる。その回転が静止するほどに弱まると、上記のブレーキトルクのためにその回転方向が一瞬逆転した後、Ｎ極若しくはＳ極が突極２２２と対向するようにロータ２１０が停止する虞がある。この際、例えば図１５に示すように第３ホール素子６３の出力レベルが反転した後に元に戻ると、それによってセンサ信号処理部４０とプリドライバ３２にてロータ２１０が逆回転したと判定される。するとプリドライバ３２はモータ２００の実回転方向とトルク方向とが相違すると判定し、通常モードから発電モードへと切り換わる。そしてその動作を終了する。上記した変形例の場合、プリドライバ３２は発電モードにおいて６０°−１２０°、１８０°−２４０°、３００°−３６０°などの特定の角度範囲でステータコイル２２４〜２２６に回転電流を流さない。例えば図１５に示すようにモータ２００が回転角度１８０°−２４０°の範囲にて停止した場合、再起動時においてプリドライバ３２はこの角度範囲に対応した制御信号をスイッチ３４〜３９に出力する。この際に電源のプラス端子側に位置する全ての上段スイッチ３４，３６，３８がオフ状態に制御されるため、ステータコイル２２４〜２２６に回転電流が流れない。この結果ロータ２１０に回転トルクが生じず、ロータ２１０を回転することができなくなる。
【００４６】
これに対して本実施形態に係るプリドライバ３２は、上記したように発電モードにおいて制御対象となる下段スイッチに３つのパルスを出力する毎に制御対象となる上段スイッチに入力する制御信号の電圧レベルを変化する。したがって図１６の時間ｔ８に示すように再起動時においてステータコイル２２４〜２２６に回転電流が流れ、これによってロータ２１０が回転される。
【００４７】
次にプリドライバ３２の概略構成を図１７に基づいて説明する。プリドライバ３２は基準信号生成部７０、ＰＷＭ駆動信号生成部７１、制御判定部７２、発電制御部７３、メモリ７４、および、スイッチ駆動回路７５を有する。基準信号生成部７０は下段スイッチ３５，３７，３９に入力する制御信号のパルス周期を定めるものであり、ＰＷＭ駆動信号生成部７１は下段スイッチ３５，３７，３９に入力する制御信号のパルス幅（デューティ比）を定めるものである。図１８に示すように基準信号生成部７０は基準信号として周期が一定の三角波を生成し、この三角波をＰＷＭ駆動信号生成部７１に出力する。ＰＷＭ駆動信号生成部７１には上記した三角波とともに回転制御処理部３１の制御情報が入力される。この制御情報には目標回転数と現在回転数とに基づくデューティ比が含まれているが、これは図１８に直線で示すように目標回転数と現在回転数とに電圧レベルの依存する信号（以下、デューティ信号と示す）である。ＰＷＭ駆動信号生成部７１はデューティ信号と三角波とを比較し、前者が後者よりも電圧レベルの高い場合にＨｉレベル、反対の場合にＬｏレベルとなるＰＷＭ駆動信号を生成する。このＰＷＭ駆動信号のパルス周期は三角波によって定まるが、パルス幅はデューティ信号によって定まる。目標回転数と現在回転数との乖離が大きい場合、デューティ信号の電圧レベルは高まり、ＰＷＭ駆動信号のパルス幅が長くなる。これとは反対に目標回転数と現在回転数との乖離が小さい場合、デューティ信号の電圧レベルは低まり、ＰＷＭ駆動信号のパルス幅が短くなる。スイッチ駆動回路７５はＰＷＭ駆動信号のパルス幅およびパルス周期に基づいて下段スイッチ３５，３７，３９をオンオフ制御するが、そのオン時間はＰＷＭ駆動信号のパルス幅に依存する。すなわちＰＷＭ駆動信号のパルス幅が長くなると下段スイッチ３５，３７，３９のオン時間が長くなり、ＰＷＭ駆動信号のパルス幅が短くなると下段スイッチ３５，３７，３９のオン時間が短くなる。
【００４８】
制御判定部７２は発電制御部７３の動作モードを通常モードにするかそれとも発電モードにするかを判定するものである。この制御判定部７２は図１９に示すフローチャートにしたがって動作モードの判定を行う。先ずステップＳ１０において制御判定部７２は回転制御処理部３１から入力される制御情報、および、センサ信号処理部４０から入力される回転角信号とセンサ信号を読み込む。そして制御判定部７２はステップＳ２０へと進む。
【００４９】
ステップＳ２０へ進むと制御判定部７２は読み込んだセンサ信号、および、図６に示す関係に基づいてロータ２１０の回転方向を判定する。そして制御判定部７２はステップＳ３０へと進む。
【００５０】
ステップＳ３０へ進むと制御判定部７２は読み込んだ回転角信号に基づいてモータ２００の現在回転数を検出し、その現在回転数が記憶している閾値よりも高いか否かを判定する。すなわち制御判定部７２はロータ２１０の回転数（回転速度）が発電制御を行えるほどに速いか否かを判定する。回転数が閾値よりも高いと判定すると制御判定部７２はステップＳ４０へと進み、回転数が閾値以下であると判定すると制御判定部７２はステップＳ５０へと進む。
【００５１】
なおブレーキトルクのためにロータ２１０が一瞬逆方向に回転した後に停止する場合、その信号の切り換わりは一瞬で起こるため、回転数が上記した閾値よりも十分に高いと制御判定部７２は判定する。したがってブレーキトルクのためにロータ２１０が逆回転した場合、制御判定部７２はステップＳ５０へと進む。
【００５２】
ステップＳ４０へ進むと制御判定部７２は動作モードを通常モードにすることを決定し、その情報を含むモード信号を発電制御部７３に出力する。そしてその動作を終了する。本実施形態のモード信号は、通常モードの場合にＬｏレベル、発電モードの場合にＨｉレベルに設定される。
【００５３】
フローを遡り、ステップＳ３０において回転数が閾値よりも高いと判定してステップＳ５０へ進むと制御判定部７２は、ロータ２１０の回転方向とトルク方向とが異なるか否かを判定する。回転方向とトルク方向とが同一であると判定すると制御判定部７２はステップＳ４０へと進み、モード信号の電圧レベルをＬｏレベルに設定する。これとは異なり回転方向とトルク方向とが異なると判定すると制御判定部７２はステップＳ６０へと進む。
【００５４】
ステップＳ６０へ進むと制御判定部７２は動作モードを発電モードにすることを決定し、モード信号の電圧レベルをＨｉレベルに設定する。そしてその動作を終了する。
【００５５】
発電制御部７３は制御対象となるインバータ３３のスイッチのオンオフ状態を決定するものである。発電制御部７３には上記した基準信号としての三角波とモード信号が入力される。図２０に示すように発電制御部７３は電圧レベルの一定な比較信号を有しており、この比較信号と基準信号とを比較して、デューティ比５０％のスイッチ信号を生成する。このスイッチ信号のパルス周期はＰＷＭ駆動信号のパルス周期と同一であり、下段スイッチ３５，３７，３９それぞれが断続的にオン状態となる間隔と同一である。発電制御部７３はスイッチ信号の立下りエッジをカウントし、そのカウント数をメモリ７４に記憶する。そして発電制御部７３はカウント数がＮ（３）までカウントアップされるとカウント数をリセットしてゼロへと戻す。発電制御部７３はカウント数をリセットするとともにメモリ７４に記憶されているスイッチオフ信号の電圧レベルを定めるフラグを０から１若しくは１から０へと書き換える。発電制御部７３はモード信号の電圧レベルがＬｏレベルの場合に通常モードになり、上記のフラグに依らずに出力信号（スイッチオフ信号）をＬｏレベルにする。しかしながらモード信号の電圧レベルがＨｉレベルの場合に発電制御部７３は発電モードになり、フラグに応じてスイッチオフ信号の電圧レベルを変化させる。すなわち発電制御部は発電モードにおいてフラグが１の場合にスイッチオフ信号をＨｉレベルにし、その反対にフラグが０の場合にスイッチオフ信号をＬｏレベルにする。
【００５６】
スイッチ駆動回路７５はセンサ信号、スイッチオフ信号、および、ＰＷＭ駆動信号に基づいてスイッチ３４〜３９に出力する制御信号を生成するものである。スイッチ駆動回路７５は図６に示すセンサ信号と回転角度の関係、および、図７に示すセンサ信号と制御信号の関係を記憶している。スイッチ駆動回路７５は図６に示す関係とセンサ信号とに基づいて回転角度を算出し、図７に示す関係と算出した回転角度に基づいて制御対象となるインバータ３３のスイッチを特定する。そしてスイッチ駆動回路７５はＰＷＭ駆動信号に基づいて制御対象となっている下段スイッチにパルス状の制御信号を出力する。またスイッチ駆動回路７５は図７に示す関係とスイッチオフ信号に基づいて制御対象となる上段スイッチに制御信号を出力する。スイッチオフ信号がＬｏレベルの場合、スイッチ駆動回路７５は制御対象となる上段スイッチにＨｉレベルの制御信号を出力し、オン状態にする。上記したように発電制御部７３が通常モードの場合、スイッチオフ信号は常時Ｌｏレベルである。そのためスイッチ駆動回路７５は図７に記号Ｈｉで示すように制御対象の上段スイッチにＨｉレベルの制御信号を出力する。これとは異なり発電制御部７３が発電モードの場合、スイッチオフ信号はＨｉレベルとＬｏレベルとに変化する。スイッチオフ信号がＨｉレベルの場合、スイッチ駆動回路７５は制御対象となる上段スイッチにＬｏレベルの制御信号を出力し、オフ状態にする。そのためスイッチ駆動回路７５は図１０に記号Ｐｈで示すように、スイッチオフ信号の電圧レベルが切り換わる毎に制御対象の上段スイッチに出力する制御信号の電圧レベルをＨｉレベルからＬｏレベル若しくはＬｏレベルからＨｉレベルへと切り換える。
【００５７】
次に、図２１に基づいて発電制御部７３の信号処理を詳説する。先ずステップＳ１１０において発電制御部７３はモード信号がＨｉレベルか否かを判定する。モード信号がＨｉレベルではないと判定した場合、発電制御部７３は通常モードになりステップＳ１２０へと進む。これとは異なりモード信号がＨｉレベルであると判定した場合、発電制御部７３は発電モードになりステップＳ１３０へと進む。
【００５８】
ステップＳ１２０へ進むと発電制御部７３はメモリ７４に記憶されていたカウント数をリセットし、ステップＳ１４０へと進む。
【００５９】
ステップＳ１４０へ進むと発電制御部７３はメモリ７４に記憶されているスイッチオフ信号のフラグを０にして、スイッチオフ信号をＬｏレベルにする。上記したステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０を通常モードの発電制御部７３が繰り返している間、スイッチ駆動回路７５はスイッチ３４〜３９を図７に示す関係に基づいて開閉制御する。
【００６０】
フローを少し遡りステップＳ１１０においてモード信号はＨｉレベルであると判定してステップＳ１３０へ進むと、発電制御部７３はメモリ７４に記憶されているカウント数を取得する。そして発電制御部７３はステップＳ１５０へと進む。
【００６１】
ステップＳ１５０へ進むと発電制御部７３はメモリ７４に記憶されているスイッチオフ信号のフラグを取得して、スイッチオフ信号状態を確認する。そして発電制御部７３はステップＳ１６０へと進む。
【００６２】
ステップＳ１６０へ進むと発電制御部７３はステップＳ１３０にて取得したカウント数がＮ（３）以上か否かを判定する。カウント数がＮよりも小さいと判定すると発電制御部７３はステップＳ１７０へと進む。これとは異なりカウント数がＮ以上であると判定すると発電制御部７３はステップＳ１８０へと進む。
【００６３】
ステップＳ１７０へ進むと発電制御部７３はカウント数を１だけ増加（インクリメント）して、それをメモリ７４に記憶する。そして発電制御部７３はステップＳ２２０へと進む。
【００６４】
ステップＳ１８０へ進むと発電制御部７３はステップＳ１５０にて取得したスイッチオフ信号のフラグが１であり、スイッチオフ信号はＨｉレベルであるか否かを判定する。スイッチオフ信号はＨｉレベルではないと判定すると発電制御部７３はステップＳ１９０へと進む。これとは異なりスイッチオフ信号はＨｉレベルであると判定すると発電制御部７３はステップＳ２００へと進む。
【００６５】
ステップＳ１９０へ進むと発電制御部７３はスイッチオフ信号のフラグを１にしてそれをメモリ７４に記憶する。そして発電制御部７３はスイッチオフ信号の電圧レベルをＨｉレベルにし、ステップＳ２１０へと進む。
【００６６】
ステップＳ２００へ進むと発電制御部７３はスイッチオフ信号のフラグを０にしてそれをメモリ７４に記憶する。そして発電制御部７３はスイッチオフ信号の電圧レベルをＬｏレベルにし、ステップＳ２１０へと進む。
【００６７】
ステップＳ２１０へ進むと発電制御部７３はメモリ７４に記憶されていたカウント数をリセットし、ステップＳ２２０へと進む。
【００６８】
ステップＳ２２０へ進むと発電制御部７３はスイッチオフ信号のフラグは１であり、スイッチオフ信号はＨｉレベルか否かを判定する。スイッチオフ信号はＨｉレベルではないと判定すると発電制御部７３はステップＳ２３０へと進む。これとは異なりスイッチオフ信号はＨｉレベルであると判定すると発電制御部７３はステップＳ２４０へと進む。
【００６９】
ステップＳ２３０へ進むと発電制御部７３はスイッチオフ信号をＬｏレベルにする。そしてその動作を終了する。
【００７０】
ステップＳ２４０へ進むと発電制御部７３はスイッチオフ信号をＨｉレベルにする。そしてその動作を終了する。上記したステップＳ１１０，Ｓ１３０，Ｓ１５０〜Ｓ２４０を発電モードの発電制御部７３が繰り返している間、スイッチ駆動回路７５はスイッチ３４〜３９を図７に示す関係とスイッチオフ信号の電圧レベルにより図９に示す関係となるように開閉制御する。
【００７１】
通常モードの発電制御部７３は図２１のステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０を順次繰り返し、スイッチオフ信号の電圧レベルをＬｏレベルに固定する。これに対して発電モードの発電制御部７３は図２１のステップＳ１１０、Ｓ１３０，Ｓ１５０〜Ｓ２４０を順次繰り返し、スイッチオフ信号の電圧レベルを変化させる。
【００７２】
通常モードから発電モードに切り換わった直後の発電制御部７３が初めてステップＳ１３０へと進んだ場合、メモリ７４に記憶されているカウント数はゼロである。そしてステップＳ１５０へと進んだ場合、メモリ７４に記憶されているスイッチオフ信号のフラグは０であり、スイッチオフ信号の電圧レベルはＬｏレベルである。したがってステップＳ１６０へと進んだ場合、カウント数はゼロなので発電制御部７３はステップＳ１７０へと進み、スイッチ回数をインクリメントする。そして発電制御部７３はステップＳ２２０に進むとスイッチオフ信号はＬｏレベルなのでステップＳ２３０へと進み、Ｌｏレベルのスイッチオフ信号を出力する。この処理をＮ回（３回）繰り返した後、再びステップＳ１６０へと進むと、スイッチ回数がＮ回以上となっているので、発電制御部７３はステップＳ１８０へと進む。この際スイッチオフ信号はＬｏレベルなので、発電制御部７３はステップＳ１９０へと進み、スイッチオフ信号のフラグを１にして、スイッチオフ信号をＨｉレベルにする。これにより例えば図１０に示すように制御対象となっているＵ相上段スイッチ３４に入力される制御信号の電圧レベルがＨｉレベルからＬｏレベルへと変化される。
【００７３】
この後にステップＳ２１０へ進むと発電制御部７３はスイッチ回数をリセットする。発電制御部７３はステップＳ２２０に進むとスイッチオフ信号はＨｉレベルなのでステップＳ２４０へと進み、Ｈｉレベルのスイッチオフ信号を出力する。この後に発電制御部７３が再びステップＳ１３０へと進んだ場合、メモリ７４に記憶されているカウント数はゼロである。そしてステップＳ１５０へと進んだ場合、メモリ７４に記憶されているスイッチオフ信号のフラグは１であり、スイッチオフ信号の電圧レベルはＨｉレベルである。したがってステップＳ１６０へと進んだ場合、カウント数はゼロなので発電制御部７３はステップＳ１７０へと進み、スイッチ回数をインクリメントする。そして発電制御部７３はステップＳ２２０に進むとスイッチオフ信号はＨｉレベルなのでステップＳ２４０へと進み、Ｈｉレベルのスイッチオフ信号を出力する。この処理をＮ回（３回）繰り返した後、再びステップＳ１６０へと進むと、スイッチ回数がＮ回以上となっているので、発電制御部７３はステップＳ１８０へと進む。この際スイッチオフ信号はＨｉレベルなので、発電制御部７３はステップＳ２００へと進み、スイッチオフ信号のフラグを０にして、スイッチオフ信号をＬｏレベルにする。これにより例えば図１０に示すように制御対象となっているＵ相上段スイッチ３４に入力される制御信号の電圧レベルがＬｏレベルからＨｉレベルへと変化される。
【００７４】
次に、本実施形態に係るモータ制御装置１００の作用効果を説明する。上記したようにプリドライバ３２は発電モードにおいて、所定の回転角度範囲だけモータ２００が回転する間にステータコイル２２３を電源と断続的に接続して通電している。これによればブレーキトルクのためにモータ２００が一瞬逆回転し、プリドライバ３２が通常モードから発電モードに一時的に切り換わったとしても、再起動時に回転トルクを発生することができる。これによりカム位相を、内燃機関３００の再始動に適した位相に調整することができる。
【００７５】
また上記したようにプリドライバ３２は発電モードにおいて所定の回転角度範囲だけモータ２００が回転する間にステータコイル２２３への通電を断続的にしている。これによれば上段スイッチ３４，３６，３８に過度な電流の流れることが抑制され、上段スイッチ３４，３６，３８の過度な発熱が抑制される。
【００７６】
より具体的に言えば、プリドライバ３２は発電モードにおいてモータ２００が所定の回転角度範囲だけ回転する間にステータコイル２２３と電源のプラス端子とを断続的にＭ回接続しつつ、プラス端子と接続されている際にマイナス端子を断続的にＮ回接続する。そのためモータが所定の回転角度範囲だけ回転する間にステータコイルとプラス端子とを常時接続しつつ、マイナス端子を断続的にＮ回接続する構成と比べて、上段スイッチ３４，３６，３８に過度な電流の流れることが抑制される。この結果、上段スイッチ３４，３６，３８の過度な発熱が抑制される。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７８】
（第１変形例）
図１０に示すように本実施形態では制御対象となっている上段スイッチがオフ状態においても、制御対象となっている下段スイッチが断続的にＮ回オフ状態に制御する例を示した。しかしながらこれとは異なり、図２２にて破線で示すように、制御対象となっている上段スイッチがオフ状態の場合、制御対象となっている下段スイッチをオフ状態に制御してもよい。この場合、下段スイッチのスイッチング回数が減るため、インバータ３３の発熱が抑制される。なおこのような制御を実施する場合、スイッチ駆動回路７５はＨｉレベルのスイッチオフ信号が入力されている際にスイッチ３４〜３９の全てをオフ状態に制御する。
【００７９】
（第２変形例）
本実施形態では制御対象の上段スイッチを断続的にオン状態に制御する例を示した。しかしながらこれとは異なり、図２３に示すように、制御対象となっている上段スイッチを常時オン状態にしてもよい。この場合、制御対象となっている下段スイッチを断続的にオン状態にすることと連続的にオフ状態にすることを順次繰り返す。この場合、上記の第１変形例と比べて上段スイッチのスイッチング回数が減るため、インバータ３３の発熱が抑制される。なお、このような制御を実施する場合、スイッチ駆動回路７５はスイッチオフ信号の電圧レベルに依らすに制御対象となる上段スイッチを常時オン状態に制御する。そしてスイッチ駆動回路７５はＨｉレベルのスイッチオフ信号が入力されている際に下段スイッチ３５、３７、３９をオフ状態に制御する。
【００８０】
（その他の変形例）
本実施形態ではプリドライバ３２がセンサ信号に基づいてモータ２００の回転方向を検出する例を示した。しかしながらプリドライバ３２にセンサ信号処理部４０にて検出されたモータ２００の回転方向が入力される構成を採用することもできる。
【００８１】
本実施形態では回転角センサ６０がセンサ素子としてホール素子を有する例を示した。しかしながらセンサ素子としては磁気信号を電気信号に変換する磁電変換素子であれば適宜採用することができる。またセンサ素子の数として３つの例を示したが、センサ素子の数としては３つ以上である必要はない。
【００８２】
本実施形態ではドライバ２０が状態判定部５０を有する例を示した。しかしながらドライバ２０は状態判定部５０を有していなくともよい。
【００８３】
本実施形態では回転角信号が３つのセンサ信号の内の少なくとも１つの電圧レベルが変化する毎に電圧レベルが所定時間変化して元に戻るパルス信号である例を示した。しかしながら回転角信号としては上記例に限定されず、３つのセンサ信号の電圧レベルの変化頻度に応じて電圧レベルの変動する信号でもよい。この変形例の場合、センサ信号処理部４０は３つのセンサ信号の電圧レベルの変化頻度に対応する電圧レベルの関係を記憶しており、センサ信号の電圧レベルの変化頻度を検出した後、上記の関係に基づいた電圧レベルの信号を回転角信号として出力する。そして電子制御装置１０、回転制御処理部３１、および、プリドライバ３２それぞれは、回転角信号の電圧レベルに対応する回転数の関係を記憶しており、この関係と入力される回転角信号の電圧レベルとに基づいて回転数を検出する。
【００８４】
本実施形態では特に言及していなかったが、上記の機能を有するモータ制御装置１００は、アイドリングストップを行う車両に好適である。アイドリングストップを行う車両の場合、エンジンを停止した後に短時間で再始動することが求められる。この際に例えばエンジンを停止した後に一度プリドライバ３２の動作モードを強制的に通常モードにする場合、その処理に時間がかかる。そのためエンジンを短時間で再始動できなくなる虞がある。これに対して本実施形態で示したようにモータ制御装置１００ではブレーキトルクによるモータ２００の停止に依らずにプリドライバ３２によって回転トルクを発生することができる。これにより上記の比較構成とは異なり、短時間で内燃機関３００の再始動に適した位相にカム位相を調整し、それによってエンジンを短時間で再始動することができる。
【符号の説明】
【００８５】
３１…回転制御処理部、３２…プリドライバ、３３…インバータ、３４…Ｕ相上段スイッチ、３５…Ｕ相下段スイッチ、３６…Ｖ相上段スイッチ、３７…Ｖ相下段スイッチ、３８…Ｗ相上段スイッチ、３９…Ｗ相下段スイッチ、４０…センサ信号処理部、６０…回転角センサ、１００…モータ制御装置、２００…モータ、２１０…ロータ、２１２…永久磁石、２２０…ステータ、２２３…ステータコイル、２２４…Ｕ相ステータコイル、２２５…Ｖ相ステータコイル、２２６…Ｗ相ステータコイル、３１０…バルブタイミング変換部、３２０…カムシャフト、３３０…クランクシャフト
【図１】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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