JPH11107718A - 回転位相制御装置 - Google Patents

回転位相制御装置

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JPH11107718A
JPH11107718A JP9274670A JP27467097A JPH11107718A JP H11107718 A JPH11107718 A JP H11107718A JP 9274670 A JP9274670 A JP 9274670A JP 27467097 A JP27467097 A JP 27467097A JP H11107718 A JPH11107718 A JP H11107718A
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勉 清水
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恒久 奥田
Toshihide Nishikawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遊星歯車機構と位相変更用駆動手段とを用い
てカムシャフトの位相を制御する場合に、遊星歯車機構
及び位相変更用駆動手段を一括に、かつコンパクトにカ
ムシャフトの端部に組み付けることができるとともに、
入，出力部材の絶対回転数の変化に関係なく安定した位
相制御を行なうことができるようにする。 【解決手段】 サンギヤ１１、プラネタリキャリヤ１２
及びリングギヤ１５を備える遊星歯車機構１０と、永久
磁石２２が配設されたロータ２１及びステータコイル２
４が配設されたステータ２３を備えるモータ２０とが同
心状に配置され、ロータ２１及びステータ２３がサンギ
ヤ１１及びプラネタリキャリヤ１２にそれぞれ連結さ
れ、カムプーリ３がキャリヤ１３に連結される一方、カ
ムシャフト１がリングギヤ１５に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのバルブ
タイミングの制御等に用いられる回転位相制御装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、入力部材に対する出力部材の
回転位相を制御する装置は、例えばエンジンのバルブタ
イミングの制御に用いられており、この場合、クランク
シャフトにより伝動手段を介して回転が伝達されるカム
シャフトにより吸気弁や排気弁が開閉作動されるように
なっている動弁機構において、クランクシャフトに連動
するカムプーリ等の入力部材と出力部材であるカムシャ
フトとの間に回転位相制御装置が組み込まれている。
【０００３】回転位相制御装置の構造は種々知られてお
り、比較的コンパクトで制御性等にすぐれたものとして
は、例えば特開平４−２３２３１２号公報に示されるよ
うに、カムシャフトとカムプーリとの間に、サンギヤと
プラネットキャリヤに支持されプラネットギヤとリング
ギヤとからなる遊星歯車機構を設け、そのリングギヤに
カムプーリを連設するとともに、プラネットキャリヤに
カムシャフトを連結し、一方、エンジン本体にステップ
モータを設置し、遊星歯車機構のサンギヤを上記ステッ
プモータにウォームギヤ等を介して接続した装置が知ら
れている。
【０００４】この装置では、上記サンギヤが停止されて
いるときに、カムプーリに対してカムシャフトが遊星歯
車機構の設計に応じた減速比で回転し、遊星歯車機構の
減速比とクランクプーリ、カムプーリ間の減速比とで、
カムシャフトがクランクシャフトに対して１／２の回転
数で同期回転するとともに、上記サンギヤがステップモ
ータにより駆動されるとカムシャフトの位相が変化する
ようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の装
置によると、カムシャフトの端部に遊星歯車機構を組み
込む一方、エンジン本体側にステップモータを設置し
て、これとサンギヤとをウォームギヤ等を介して接続す
る必要があるため、組付け作業が面倒であるとともに、
カムシャフト配設場所の近傍にステップモータ及びウォ
ームギヤ等の設置スペースが必要となる。
【０００６】また、上記ステップモータに接続されたサ
ンギヤはステップモータの非駆動時に停止し、リングギ
ヤ及びプラネットキャリヤはクランクシャフトの回転に
応じて回転して、ステップモータで駆動されるサンギヤ
と出力部材側のプラネットキャリヤの相対速度がエンジ
ン回転数に応じて変化するため、サンギヤを駆動する位
相制御時の駆動トルク等がエンジン回転数（入，出力部
材の回転数）に大きく影響される。
【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、遊星歯車機
構とその一部の要素に連結される位相変更用駆動手段と
を一括に、かつコンパクトに入，出力部材に組み付ける
ことができるとともに、入，出力部材の絶対回転数の変
化に関係なく安定した位相制御を行なうことができる回
転位相制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、サンギヤとプラネタリギヤを支持するプ
ラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される
遊星歯車機構を入，出力部材と同心状に配置し、この遊
星歯車機構を介して入力部材と出力部材とを接続し、か
つ、位相変更用駆動手段を遊星歯車機構の一部の要素に
連結した回転位相制御装置において、上記位相変更用駆
動手段は入，出力部材と同心状に配置されて互いに相対
回転する２部材を有し、該２部材のうちの一方を上記サ
ンギヤに連結し、該２部材のうちの他方を上記プラネタ
リキャリヤ、リングギヤのいずれかに連結するととも
に、上記遊星歯車機構の３要素のうちで上記２部材が連
結される要素のいずれかに上記入力部材を連結し、上記
２部材が連結される要素以外の要素に上記出力部材を連
結したものである。
【０００９】この装置によると、位相変更用駆動手段を
構成する２部材が遊星歯車機構のうちの２つの要素に連
結された状態で、これら遊星歯車機構及び位相変更用駆
動手段が一括に出力部材等に組付けられる。そして、位
相変更時以外は入力部材、遊星歯車機構の各要素、位相
変更用駆動手段の２部材及び出力部材が全て一体的に回
転し、位相変更用駆動手段の２部材が相対回転するよう
に駆動されたときはそれ応じて遊星歯車機構の各要素が
相対回転することにより出力部材の位相が変えられる。
この場合、上記２部材の相対回転が遊星歯車機構で減速
されて出力部材側に伝えられることにより、位相変更に
要する位相変更用駆動手段のトルクが低減される。
【００１０】この発明において、上記位相変更用駆動手
段の２部材を上記サンギヤと上記プラネタリキャリヤと
に連結するとともに、上記入力部材を上記キャリアに連
結し、上記出力部材を上記リングギヤに連結しておけ
ば、上記位相変更用駆動手段の駆動により、上記入力部
材及び位相変更用駆動手段の一方の部材に連結されたキ
ャリヤに対して位相変更用駆動手段の他方の部材に連結
されたサンギヤが相対回転したとき、その相対回転が減
速されてリングギヤ及び出力部材に伝えられる。
【００１１】また、上記位相変更用駆動手段の２部材を
上記サンギヤと上記リングギヤとに連結し、上記出力部
材を上記プラネタリキャリヤに連結しておけば、上記位
相変更用駆動手段の駆動によりサンギヤとリングギヤと
が相対回転したときに、その相対回転が減速されてキャ
リヤ及び出力部材に伝えられる上記位相変更用駆動手段
として、界磁用のコイルが配列された部材と永久磁石が
配列された部材とを同心状に相対回転可能に設けたモー
タを構成し、駆動時に上記コイルへ通電することにより
上記２部材を相対回転させ、駆動停止時に上記永久磁石
の磁力により上記２部材の相対回転を阻止するための保
持力が与えられるようにすることが好ましい。
【００１２】このようにすると、モータの駆動により入
力部材に対する出力部材の位相が変更される。また、位
相変更時以外はモータの駆動が停止されることにより、
永久磁石による保持力で入力部材に対する出力部材の位
相が一定に保たれる。
【００１３】また、上記のように位相変更用駆動手段と
してモータを構成する場合に、上記界磁用のコイルへの
通電状態の変更により、上記２部材を相対回転させるよ
うに回転力を付与するモータ状態と上記コイルに電磁石
としての機能をもたせて上記２部材の相対回転を阻止す
るための保持力を与える保持力付与状態とに切替可能と
なるようにしておき、あるいは、上記界磁用のコイルと
は別に、位相変更用駆動手段の駆動停止時に上記２部材
の相対回転を阻止するための保持力を与える電磁石を設
けておくようにしてもよい。
【００１４】このようにすると、位相変更を行なわない
ときに、永久磁石による保持力に加えて電磁石の機能に
よる保持力も与えられ、永久磁石による保持力を低減す
ることができる。そして、永久磁石による保持力が低減
されれば、モータの駆動による位相変更時に、保持力の
解除に要する電流を小さくすることが可能となる。
【００１５】界磁用のコイルに対する通電回路にコイル
両端を短絡可能とするスイッチ手段を設け、位相変更用
駆動手段の駆動停止時に上記スイッチ手段を短絡状態と
することにより上記２部材の相対回転に対して逆トルク
を与えるような誘導起電力が生じるように構成しておい
ても、永久磁石による保持力を低減することができる。
【００１６】また、位相変更用駆動手段として、上記２
部材を用いてブラシレスＤＣモータを構成するととも
に、上記入力部材もしくはこれを駆動する部分と上記出
力部材とに回転角センサを設け、この両回転角センサの
出力に基づいて上記ブラシレスＤＣモータへの通電を制
御するようにしておけば、位相制御に必要入力側及び出
力側の回転角センサを利用して、上記モータの２部材の
相対回転角を調べ、それに応じた界磁用のコイルへの通
電電流の制御を行なうことができる。
【００１７】あるいはまた、位相変更用駆動手段とし
て、上記２部材を用いてブラシレスＤＣモータを構成
し、かつ、上記２部材を１回転未満の範囲で相対回転可
能とするとともに、このブラシレスＤＣモータにポテン
ショメータを内蔵し、このポテンショメータの出力に基
づいて演算手段により入力部材に対する出力部材の回転
位相が求められるようにしておけば、上記ポテンショメ
ータの出力を、モータ駆動のための制御に用いるだけで
なく、出力部材の位相の制御にも利用し得る。
【００１８】上記位相変更用駆動手段として、２部材の
間に形成された油圧室内の油圧の変化に応じて上記２部
材が相対回転するベーンタイプの油圧式駆動手段を設け
てもよい。この場合、オイルポンプ等から与えれる油圧
が低くて油圧式駆動手段のトルクが比較的小さい運転状
態にあるときでも、遊星歯車機構で減速されることによ
り、出力部材の位相を変更することか可能である。
【００１９】また、本発明は、出力部材をエンジンの動
弁用のカムシャフトとし、入力部材を伝動手段を介して
クランクシャフトに接続し、上記位相変更用駆動手段の
駆動に応じてクランクシャフトに対するカムシャフトの
回転位相が変えられることによりバルブ開閉タイミング
が変えられるようにしたものに有効に適用される。
【００２０】この場合、出力部材を吸気弁駆動用のカム
シャフトとするとともに、上記遊星歯車機構もしくは位
相変更用駆動手段に、入力側に対する出力側の相対回転
可能範囲を所定回転角に規制するストッパー機構を設
け、エンジン運転中における位相変更用駆動手段の停止
時に保持力が不足した場合に上記ストッパー機構により
規制された範囲内で吸気弁が遅角する方向にカムシャフ
トの回転位相が変化するように構成することが好まし
い。
【００２１】このようにすると、故障等によってエンジ
ン運転中における位相変更用駆動手段の停止時に保持力
が不足した場合、一定範囲内で吸気弁開閉タイミングが
リタード側にずれ、吸・排気弁のオーバラップが小さく
なるので、オーバラップが過度に大きくなるよりも燃焼
安定性の確保等に有利となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の装置の一実施形態を概略
的に示す。この図に示す例では、エンジンの動弁機構に
組み込まれるバルブタイミング可変装置に適用してお
り、１はエンジン本体（図示せず）に回転自在に支承さ
れたカムシャフトであって、回転に伴って吸気弁２（ま
たは排気弁）を開閉作動するようになっている。カムシ
ャフト１の端部周囲にはカムプーリ３が位置し、カムプ
ーリ３はクランクシャフト４の端部に設けられたクラン
クプーリ５にタイミングベルト６を介して接続されてい
る。この例ではカムシャフト１が出力部材に相当し、カ
ムプーリ３が入力部材に相当する。
【００２３】上記カムシャフト１の端部に、遊星歯車機
構１０と位相変更用駆動手段としてのモータ２０とが一
括に組付けられ、これらにより回転位相制御装置が構成
されている。
【００２４】上記遊星歯車機構１０は、サンギヤ１１
と、複数個のプラネタリギヤ１３を支持するプラネタリ
キャリヤ１２（以下、略してキャリヤ１２と呼ぶ）と、
リングギヤ１５との３要素を備え、サンギヤ１１、キャ
リヤ１２及びリングギヤ１５が同心状に互いに回転可能
に配置されている。また、上記モータ２０は、相対回転
可能な２部材としてロータ２１とステータ２２とを備え
ている。
【００２５】モータ２０の相対回転可能な２部材のうち
の一方がサンギヤ１１、他方がキャリヤ１２に連結さ
れ、例えばロータ２１がサンギヤ１１、ステータ２２が
キャリヤ１２に接続されている。また、遊星歯車機構１
０の３要素のうちでモータ２０の２部材が接続される要
素のいずれか、例えば上記キャリヤ１２に、入力部材で
あるカムプーリ３が接続されるとともに、遊星歯車機構
１０の３要素のうちでモータ２０の２部材が接続される
要素以外の要素であるリングギヤ１５に、出力部材であ
るカムシャフト１が接続されている。
【００２６】この回転位相制御装置の具体的構造を、図
２〜図４を参照しつつ具体的に説明する。上記カムシャ
フト１の端部にはねじ付きの軸体８が螺着され、この軸
体８の周囲に遊星歯車機構１０及びモータ２０を構成す
る部材並びにカムプーリ３が組付けられている。上記リ
ングギヤ１５は、比較的大径の円筒状部分１５ａの内周
にギヤ１５ｂを有するとともに、この円筒状部分１５ａ
に連結壁１５ｃを介して連結された筒軸部分１５ｄを中
心部に有し、この筒軸部分１５ｄが上記軸体８に外嵌さ
れた状態で、上記軸体８及びピン１６によりカムシャフ
ト１に固定されている。
【００２７】上記筒軸部分１５ｄの周囲にはサンギヤ１
１が配置され、その周囲に、キャリヤ１２に支持された
３個のプラネタリギヤ１３が、サンギヤ１１及びリング
ギヤ１５に噛合するように配置されている。また、カム
プーリ３は上記キャリヤ１２の外周に一体に連設され、
リングギヤ１５の周囲に位置している。
【００２８】上記モータ２０は、永久磁石２２を配設し
たロータ２１と、界磁用の３相のステータコイル２４を
巻装したステータ２３とからなり、ブラシレスＤＣモー
タとしての構成を備えている。当実施形態では、ロータ
２１とステータ２３とが径方向内外に対向するように配
置され、これらロータ２１及びステータ２３に１２極の
磁極を構成するように永久磁石２２及びステータコイル
２４が配設されている。
【００２９】上記ロータ２１は遊星歯車機構１０のサン
ギヤ１１に一体に連設されており、このロータ２１及び
サンギヤ１１がベアリング１８を介して上記筒軸部分１
５ｄに回転可能に支持されている。一方、上記ステータ
２３はキャリヤ１２及びカムプーリ３と一体に形成され
ている。また、上記ロータ２１の端面部に突起状のスト
ッパー２５が設けられるとともに、上記キャリヤ１２の
内周部に所定範囲にわたる円弧上の切欠部２６が設けら
れ、この切欠部２６に上記ストッパー２５が突入してお
り、これら切欠部２６及びストッパー２５により、ステ
ータ２３とロータ２１の相対回転可能範囲を規制するこ
とによりカムプーリ３とカムシャフト１との相対回転可
能範囲を所定回転角に規制するストッパー機構が構成さ
れている。
【００３０】図２において、２７は上記ステータに連結
された内カバー、２８は図外のエンジン本体に固定され
た外カバー、２９は両カバー２７，２８に設けられたス
リップリングであり、このスリップリング２９を介して
ステータコイル２４への通電が行われるようになってい
る。
【００３１】また、モータ２０の制御とそれによるカム
シャフト１の回転位相の制御のため、図１中に示すよう
に、入力側及び出力側の回転角センサとして、クランク
シャフト４の回転角を検出するクランク角センサ３１
と、カムシャフト１の回転角を検出するカム角センサ３
２とが設けられている。そして、これらのセンサ３１，
３２からの回転数検出信号に基づき、コントロールユニ
ット３３により上記ステータコイル２３への通電の制御
が行われるようになっている。
【００３２】すなわち、カムシャフト１の位相制御を行
う場合に、クランク角センサ３１及びカム角センサ３２
からの信号に基づいてクランク角に対するカム角の位相
変化が調べられるが、さらに、位相変更用駆動手段とし
て上記ブラシレスＤＣモータ等の同期モータを用いる場
合に、そのモータ２０を駆動するためにはステータ２３
に対するロータ２１の相対回転角を調べてそれに応じた
ステータコイル２４への通電の制御を行う必要がある。
そこで当実施形態では、クランク角センサ３１及びカム
角センサ３２がモータ２０を駆動するための制御にも利
用され、つまりクランク角センサ３１及びカム角センサ
３２からの信号と予め設定されている遊星歯車機構１０
の諸元とに基づき、遊星歯車機構１０のキャリヤ１３と
サンギヤ１１との相対回転角、つまりモータ２０のステ
ータ２３とロータ２１との相対回転角が求められ、それ
に応じてステータコイル２４への通電の制御の制御が行
われるようになっている。
【００３３】以上のような当実施形態の装置によると、
位相変更時以外は後に詳述するようにカムプーリ３と遊
星歯車機構１０及びモータ２０を構成する各部材とカム
シャフト１とが一体的に回転することにより、カムプー
リ３の回転がそのままカムシャフト１に伝達される。
【００３４】この状態からバルブタイミングの変更のた
めにカムシャフト１の位相が変更されるときには、ステ
ータコイル２４への通電により、バルブタイミング変更
分に見合うだけロータ２１がステータ２３に対して相対
回転するようにモータ２０が駆動される。これに伴い、
カムプーリ３及びステータ２３と一体のキャリア１２に
対してサンギヤ１１が相対回転し、それに応じてリング
ギヤ１５が相対回転することにより、リングギヤ１５と
連結されているカムシャフト１の回転位相が変化する。
【００３５】このように、遊星歯車機構１０の各要素と
モータ２０の２部材がバルブタイミング変更時以外は一
体回転し、バルブタイミング変更時のみその変更量に応
じて相対回転するため、エンジン回転数の変化に関係な
く安定した位相制御が行われる。
【００３６】しかも、上記ステータ２３に対するロータ
２１の相対回転、つまりキャリア１２に対するサンギヤ
１１の相対回転が、リングギヤ１５及びカムシャフト１
に減速して伝えられ、位相変更に要するモータトルクを
低減することができる。
【００３７】ここで、遊星歯車機構の変速比等について
説明しておく。遊星歯車機構のサンギヤ及びリングギヤ
の歯数及び各要素の回転数の関係は次式のようになる。
【００３８】
【数１】 ｎr＋（Ｚs／Ｚr）ｎs−（１＋Ｚs／Ｚr）ｎc＝０ あるいは、ｎr＋γｎs＝（１＋γ）ｎc ただし、Ｚs：サンギヤの歯数 Ｚr：リングギヤの歯数 ｎs：サンギヤの回転数 ｎc：キャリヤの回転数 ｎr：リングギヤの回転数 γ＝Ｚs／Ｚr 遊星歯車機構の３要素のうちの１つを固定、他の１つを
駆動、残る１つを被駆動とし、駆動側の要素の回転数を
Ｎｉ、被駆動側の要素の回転数をＮｏとすれば、固定さ
れる要素の回転数は０であるので、上記式から変速比
（Ｎｉ／Ｎｏ）が求められる。固定、駆動、被駆動の関
係を種々変えた場合につき、変速比を調べると、次の表
のようになる。
【００３９】
【表１】
【００４０】さて、モータ２０の駆動と出力部材の位相
変化との関係を調べる場合には、遊星歯車機構１０の３
要素の中で、入力部材（カムプーリ３）に連結される要
素を固定とみなし、それ以外でモータ２０の２部材の一
方が連結される要素を駆動側、出力部材（カムシャフト
１）が連結される部材を被駆動側と考えればよい。当実
施形態の装置では、キャリヤ１２が固定、サンギヤ１１
が駆動側、リングギヤ１５が被駆動側と考えればよく、
この場合、上記表中のNo５のパターンとなり、変速比の
絶対値は１／γとなる。従って、被駆動側のカムシャフ
ト１の位相変化はモータ２０による駆動側の回転に対し
て減速され、その減速度合に応じ、カムシャフト１を位
相変化させるために必要なモータトルクが軽減される。
そして、このモータトルクの軽減により、消費電力を少
なくすることができる。
【００４１】カムシャフト１の位相の変更を行なわない
ときには、上記モータ２０の駆動が停止されることによ
り、上記ロータ２１に設けられている永久磁石２２によ
る保持力で、ステータ２３に対するロータ２１の相対回
転が阻止されることにより、カムプーリ３に対するカム
シャフト１の相対回転が阻止される。
【００４２】この場合、図５に示すように上記ステータ
２３とロータ２１との間にはカムシャフト１側からの駆
動反力によるカム駆動トルクＴｄが作用し、このカム駆
動トルクＴｄはエンジンの中速域では比較的低いが、低
回転域では、動弁系の潤滑条件が変るとともにバルブス
プリングからのスプリング反力が大きく作用する（回転
数が上昇すると回転慣性でスプリング反力が軽減され
る）等の理由により、カム駆動トルクＴｄが増大する。
これに対し、上記永久磁石２２の磁力による保持トルク
Ｔｈを予め全運転域で上記駆動トルクＴｄを上回るよう
に比較的大きく設定しておくと、位相変更時以外はモー
タ２０に通電を停止しさえすれば、カムシャフト１の位
相は一定に保たれる。従って、制御が簡単になるととも
に、位相変更の頻度が少ない場合に消費電力が少なくな
る。
【００４３】ただし、このように永久磁石２２による保
持トルクＴｈを比較的大きく設定しておくと、ステータ
コイル２４に電流を流してモータ２０を駆動する位相変
更時に、保持トルク解除のために必要な電流値が比較的
大きくなる。
【００４４】そこで、図６に示すように、永久磁石２２
による保持トルクＴh1を比較的小さくし、その保持トル
クh1と比べて駆動トルクＴｄが大きくなる領域では、ス
テータコイル２４に電磁石としての保持トルクＴh2を生
じさせるように通電してもよい。
【００４５】つまり、ブラシレスＤＣモータを用いるよ
うな場合に、モータ駆動時にはステータ２３に対するロ
ータ２１の回転角に応じて磁界を変化させるようにステ
ータコイル２４への通電電流を制御するが、永久磁石２
２に対応する電磁石として機能するようにステータコイ
ル２４へ一定の電流を流すようにすれば停止状態を保つ
ための保持トルクＴh2を得ることもできる。従って、カ
ム駆動トルクＴｄが大きくなる低速域等では永久磁石２
２による保持トルクＴh1に加えてステータコイル２４を
利用した電磁石としての保持トルクＴh2を与えることに
より駆動トルクＴｄを上回るようにしつつ、永久磁石２
２による保持トルクＴh1を比較的小さくすることがで
き、これによって位相変更時に保持トルク解除のための
電流値を小さくすることができる。
【００４６】また、当実施形態では、切欠部２６及びス
トッパー２５からなるストッパー機構により、入力側に
対する出力側の相対回転可能範囲を所定回転角に規制す
るようにしており、このようにすれば、故障時等にバル
ブタイミングが過度にずれてしまうことが避けられる。
とくに、吸気弁２に対する動弁機構に適用した場合に、
有効にフェイルセーフ機能が得られる。つまり、例えば
上記のように電磁石としての保持トルクＴh2を与えるよ
うにする場合において、故障等で保持トルクが不足する
と、駆動抵抗により、吸気弁２の開閉タイミングがリタ
ードする方向にカムシャフト１の位相がずれるが、これ
によって吸・排気弁のオーバラップは小さくなるので、
オーバラップが過度に大きくなる場合のように燃焼性が
著しく悪化するようなことはなく、失火等を招かない程
度の燃焼性は確保される。
【００４７】なお、本発明の装置における位相変更用駆
動手段等の構造は上記実施形態に限定されず、種々変更
可能である。以下、他の実施形態について説明する。
【００４８】位相変更用駆動手段を構成するモータ２０
としては、上記ブラシレスＤＣモータのほかにステップ
モータ等を用いることもでき、２部材の相対回転角を制
御し得るものであればよい。
【００４９】モータ２０の回転停止時に永久磁石２２に
よる保持トルクに加えて補助的に保持トルクを与える手
段としては、ステータコイルとは別個に電磁石をステー
タまたはロータに設けておいてもよい。
【００５０】あるいは、位相変更用駆動手段にステップ
モータ等を用いる場合に、図７に示すように、ステータ
コイル２３´に対する電気回路に、電流供給用のトラン
ジスタ３５に加えて、コイル２３´を短絡するトランジ
スタ（スイッチ手段）３６を設けておき、モータの回転
駆動時（位相変更時）にはトランジスタ３５を介して２
点鎖線矢印のようにコイル２３´へ電流を供給する一
方、モータの回転停止時にはトランジスタ３５をオフと
するとともにトランジスタ３６をオンとすることによ
り、ステータに対するロータの相対回転に応じて実線矢
印のような誘導起電力が生じることで逆トルク（保持ト
ルク）が得られるようにすることもできる。
【００５１】また、上記実施形態では、ロータ２１及び
ステータ２３が円筒状に形成されて径方向内外に対向す
る円筒タイプとなっているが、図８〜図１０のような平
板タイプとしてもよい。すなわち、これらの図に示す実
施形態では、モータ１２０のロータ１２１及びステータ
１２３が円盤状とされ、これらが軸方向に対向するよう
に配置されるとともに、これらの相対向する面に永久磁
石１２２とステータコイル１２４とがそれぞれ配設され
ている。
【００５２】カムシャフト１の端部に遊星歯車機構１０
とモータ１２０とが同心状に一括に組付けられ、サンギ
ヤ１１とロータ１２１とが一体に連設され、キャリヤ１
２とステータ１２３及びカムプーリ３が一体に連設さ
れ、リングギヤ１５とカムシャフト１が固着連結されて
いる点は前記の図２〜図４に示す実施形態と同様であ
る。また、ロータ１２１の側面にストッパー１２５が設
けられるとともに、これに対応するキャリヤ１２の側面
に上記ストッパー１２５が突入する溝１２６が所定範囲
にわたる円弧状に形成され、これらにより、入力側に対
する出力側の相対回転可能範囲を規制するストッパー機
構が構成されている。
【００５３】このような構造でも、前記の図２〜図４に
示す実施形態と同様の作用が得られる。
【００５４】また、図１に示す例ではクランク角センサ
３１及びカム角センサ３２を用い、これらのセンサ３
１，３２からの回転数検出信号に基づき、カムシャフト
１の回転位相の制御とブラシレスＤＣモータの駆動のた
めの制御とが行われるようになっているが、図１１，図
１２に示すように、モータ１２０の内部にポテンショメ
ータ１３１を内蔵し、このポテンショメータ１３１の出
力に基づいてモータ駆動のための制御とカムシャフト１
の位相の制御とを行なうようにすることもできる。
【００５５】すなわち、上記ポテンショメータ１３１
は、例えばロータ１２１の側面に設けられた接点部分１
３２と、ステータ１２３と一体のキャリヤ１２に設けら
れて上記接点部分１３２に接触する検出子１３３とで構
成され、ステータ１２３に対するロータ１２１の相対回
転角を検出するようになっており、その出力に基づいて
モータ駆動のための通電制御が行なわれる。さらに、位
相変更用駆動手段としてのモータ１２０の駆動量は１回
転より小さいため、ポテンショメータ１３１の出力と遊
星歯車機構１０の変速比（前記の表１参照）とから、カ
ムプーリ３に対するカムシャフト１の位相変化を演算す
ることができる。
【００５６】図１３はさらに別の実施形態による回転位
相制御装置の構成を概略的に示し、図１４はその具体的
構造を示している。これらの図に示す実施形態でも、カ
ムシャフト１の端部に遊星歯車機構２１０とモータ２２
０とが同心状に一括に組付けられ、遊星歯車機構２１０
がサンギヤ２１１と、プラネタリギヤ２１３を支持する
キャリヤ２１２と、リングギヤ２１５とにより構成さ
れ、モータ２２０が永久磁石２２２を有するロータ２２
１とステータコイル２２４を有するステータ２２３とで
構成されている点は前記の図２〜図４に示す実施形態と
同様である。
【００５７】この実施形態が前記の実施形態と異なる点
としては、モータ２２０の２部材がサンギヤ２１１及び
リングギヤ２１５に連結され、かつ、カムプーリ３がリ
ングギヤ２１５に連結される一方、カムシャフト１がキ
ャリヤ２１２に連結されている。
【００５８】すなわち、キャリヤ２１２の中心部に筒軸
部分２１２ａが一体に形成され、この筒軸部分２１２ａ
が軸体８に外嵌された状態で、キャリヤ２１２が軸体８
及びピン２１６によりカムシャフト１に固着される一
方、カムプーリ３とリングギヤ２１５とステータ２２３
とが一体に形成され、カムシャフト１にベアリング２１
７を介して回転可能に支持されている。また、サンギヤ
２１１及びこれと一体のロータ２２１が、ベアリング２
１８を介して上記筒軸部分２１２ａに回転可能に支持さ
れている。
【００５９】当実施形態でも前記の実施形態と略同様の
作用が得られるが、特に前記の表１を参照してモータ２
２０の駆動と位相変化との関係を考察すると、当実施形
態ではサンギヤが駆動、リングギヤが固定、キャリヤが
被駆動と考えればよいので、上記表中のNo１のパターン
となり、変速比は［１＋１／γ］となる。従って、前記
の実施形態と比べてもより一層減速度合が高められ、カ
ムシャフト１を位相変化させるために必要なモータトル
クが軽減される。
【００６０】また、モータの２部材をサンギヤ及びリン
グギヤに連結するとともに、カムシャフト（出力部材）
をキャリヤに連結する場合に、カムプーリ（入力部材）
をサンギヤに連結してもよく、このようにすると、モー
タの駆動と位相変化との関係としては上記表中のNo２の
パターンとなり、変速比は［１＋γ］となる。
【００６１】図１５は位相変更用駆動手段のさらに別の
実施形態を示し、この実施形態では、ベーンタイプの油
圧モータ（油圧式駆動手段）３２０により位相変更用駆
動手段を構成している。
【００６２】すなわち、この油圧モータ３２０は、ステ
ータに相当するケーシング３２３と、このケーシング３
２３内に回転可能に配置されたロータ３２１とを有し、
上記ケーシング３２３内周部の複数箇所にはロータ３２
１に摺接する突壁３２４が設けられ、ロータ３２１には
各突壁３２４間に位置するベーン３２２が配設されてお
り、各突壁３２４間におけるベーン３２２の両側に油圧
室３２５，３２６が形成されている。
【００６３】上記油圧室３２５，３２６は制御弁３３１
を介してオイルポンプ３３０に接続され、各油圧室３２
５，３２６に対する作動油の給排が制御弁３３１によっ
てコントロールされるようになっており、油圧室３２
５，３２６の一方に作動油が供給されるとともに他方か
ら作動油が排出されることによりロータ３２１がケーシ
ング３２３に対して相対回転する。そして、この油圧モ
ータ３２０を用いる場合でも、この油圧モータ３２０と
前記各実施形態の中に示すような遊星歯車機構（図１５
では図示省略）とが組み合わされ、油圧モータ３２０の
駆動に応じて出力部材の回転位相が変更される。
【００６４】この実施形態による場合、オイルポンプ３
３０はエンジンで駆動されるため低回転時等に油圧モー
タ３２０のトルクが小さくなるが、遊星歯車機構と組み
合わされて、遊星歯車機構で減速されることにより、有
効に位相変更を行なうことができる。
【００６５】
【発明の効果】本発明は、遊星歯車機構と相対回転する
２部材を有する位相変更用駆動手段とを同心状に配置
し、該２部材のうちの一方をサンギヤに連結し、他方を
プラネタリキャリヤ、リングギヤのいずれかに連結する
とともに、上記遊星歯車機構の３要素のうちで上記２部
材が連結される要素のいずれかに入力部材を連結し、上
記２部材が連結される要素以外の要素に出力部材を連結
しているため、上記遊星歯車機構及び位相変更用駆動手
段を一括に出力部材等に組付けることができ、組付け作
業が簡単になる。しかも、位相変更時以外は入力部材、
遊星歯車機構の各要素、位相変更用駆動手段の２部材及
び出力部材が全て一体的に回転し、位相変更用駆動手段
の２部材が相対回転するように駆動されたときはそれ応
じて遊星歯車機構の各要素が相対回転することにより出
力部材の位相が変えられるので、入，出力部材の回転数
の変化に大きく影響されることなく安定した制御を行な
うことができる。
【００６６】この発明において、上記位相変更用駆動手
段の２部材をサンギヤとプラネタリキャリヤとに連結す
るとともに、入力部材をキャリアに連結し、出力部材を
リングギヤに連結しておくか、あるいは、位相変更用駆
動手段の２部材をサンギヤとリングギヤとに連結し、そ
のいずれかに入力部材を連結するとともに、出力部材を
上記プラネタリキャリヤに連結しておけば、位相変更用
駆動手段の駆動によりその２部材が相対回転したとき
に、その相対回転が減速されて出力部材側に伝えられる
ため、位相変更に必要な位相変更用駆動手段の駆動トル
クを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による回転位相制御装置の
概略的である。
【図２】上記回転位相制御装置の具体的構造を示す断面
図である。
【図３】カバーを取り外した状態での上記回転位相制御
装置の正面図である。
【図４】図２中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】カム駆動トルクと保持トルクとの関係の一例を
示す図である。
【図６】カム駆動トルクと保持トルクとの関係の別の例
を示す図である。
【図７】保持トルクを与える手段の別の例を示す回路図
である。
【図８】回転位相制御装置のモータの構造の変更例を示
す断面図である。
【図９】図８中に示すモータのステータの正面図であ
る。
【図１０】図８中に示すモータのロータの正面図であ
る。
【図１１】回転位相制御装置にポテンショメータを内蔵
させた構造を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す構造の要部の拡大断面図であ
る。
【図１３】別の実施形態による回転位相制御装置の概略
的である。
【図１４】図１３に示した回転位相制御装置の具体的構
造を示す断面図である。
【図１５】回転位相制御装置における位相変更用駆動手
段の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト ２ 吸気弁 ３ カムプーリ １０，２１０ 遊星歯車機構 １１，２１１ サンギヤ １２，２１２ キャリヤ １３，２１３ プラネタリギヤ １５，２１５ リングギヤ ２０，１２０，２２０ モータ ２１，１２１，２２１ ロータ ２２，１２２，２２２ 永久磁石 ２３，１２３，２２３ ステータ ２４，１２４，２２４ ステータコイル ３２０ 油圧モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 俊秀 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サンギヤとプラネタリギヤを支持するプ
    ラネタリキャリヤとリングギヤとの３要素で構成される
    遊星歯車機構を入，出力部材と同心状に配置し、この遊
    星歯車機構を介して入力部材と出力部材とを接続し、か
    つ、位相変更用駆動手段を遊星歯車機構の一部の要素に
    連結した回転位相制御装置において、上記位相変更用駆
    動手段は入，出力部材と同心状に配置されて互いに相対
    回転する２部材を有し、該２部材のうちの一方を上記サ
    ンギヤに連結し、該２部材のうちの他方を上記プラネタ
    リキャリヤ、リングギヤのいずれかに連結するととも
    に、上記遊星歯車機構の３要素のうちで上記２部材が連
    結される要素のいずれかに上記入力部材を連結し、上記
    ２部材が連結される要素以外の要素に上記出力部材を連
    結したことを特徴とする回転位相制御装置。
  2. 【請求項２】 上記位相変更用駆動手段の２部材を上記
    サンギヤと上記プラネタリキャリヤとに連結するととも
    に、上記入力部材を上記キャリアに連結し、上記出力部
    材を上記リングギヤに連結したことを特徴とする請求項
    １記載の回転位相制御装置。
  3. 【請求項３】 上記位相変更用駆動手段の２部材を上記
    サンギヤと上記リングギヤとに連結し、上記出力部材を
    上記プラネタリキャリヤに連結したことを特徴とする請
    求項１記載の回転位相制御装置。
  4. 【請求項４】 上記位相変更用駆動手段として、界磁用
    のコイルが配列された部材と永久磁石が配列された部材
    とを同心状に相対回転可能に設けたモータを構成し、駆
    動時に上記コイルへ通電することにより上記２部材を相
    対回転させ、駆動停止時に上記永久磁石の磁力により上
    記２部材の相対回転を阻止するための保持力が与えられ
    るようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
    かに記載の回転位相制御装置。
  5. 【請求項５】 上記界磁用のコイルへの通電状態の変更
    により、上記２部材を相対回転させるように回転力を付
    与するモータ状態と上記コイルに電磁石としての機能を
    もたせて上記２部材の相対回転を阻止するための保持力
    を与える保持力付与状態とに切替可能となるように位相
    変更用駆動手段を構成したことを特徴とする請求項４記
    載の回転位相制御装置。
  6. 【請求項６】 上記界磁用のコイルとは別に、位相変更
    用駆動手段の駆動停止時に上記２部材の相対回転を阻止
    するための保持力を与える電磁石を設けたことを特徴と
    する請求項４記載の回転位相制御装置。
  7. 【請求項７】 界磁用のコイルに対する通電回路にコイ
    ル両端を短絡可能とするスイッチ手段を設け、位相変更
    用駆動手段の駆動停止時に上記スイッチ手段を短絡状態
    とすることにより上記２部材の相対回転に対して逆トル
    クを与えるような誘導起電力が生じるように構成したこ
    とを特徴とする請求項４記載の回転位相制御装置。
  8. 【請求項８】 位相変更用駆動手段として、上記２部材
    を用いてブラシレスＤＣモータを構成するとともに、上
    記入力部材もしくはこれを駆動する部分と上記出力部材
    とに回転角センサを設け、この両回転角センサの出力に
    基づいて上記ブラシレスＤＣモータへの通電を制御する
    ことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の回転
    位相制御装置。
  9. 【請求項９】 位相変更用駆動手段として、上記２部材
    を用いてブラシレスＤＣモータを構成し、かつ、上記２
    部材を１回転未満の範囲で相対回転可能とするととも
    に、このブラシレスＤＣモータにポテンショメータを内
    蔵し、このポテンショメータの出力に基づいて演算手段
    により入力部材に対する出力部材の回転位相が求められ
    るようにしたことを特徴とする請求項４〜７のいずれか
    に記載の回転位相制御装置。
  10. 【請求項１０】 上記位相変更用駆動手段として、２部
    材の間に形成された油圧室内の油圧の変化に応じて上記
    ２部材が相対回転するベーンタイプの油圧式駆動手段を
    設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
    載の回転位相制御装置。
  11. 【請求項１１】 出力部材をエンジンの動弁用のカムシ
    ャフトとし、入力部材を伝動手段を介してクランクシャ
    フトに接続し、上記位相変更用駆動手段の駆動に応じて
    クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変
    えられることによりバルブ開閉タイミングが変えられる
    ようにしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
    に記載の回転位相制御装置。
  12. 【請求項１２】 出力部材を吸気弁駆動用のカムシャフ
    トとするとともに、上記遊星歯車機構もしくは位相変更
    用駆動手段に、入力側に対する出力側の相対回転可能範
    囲を所定回転角に規制するストッパー機構を設け、エン
    ジン運転中における位相変更用駆動手段の停止時に保持
    力が不足した場合に上記ストッパー機構により規制され
    た範囲内で吸気弁が遅角する方向にカムシャフトの回転
    位相が変化するように構成したことを特徴とする請求項
    １１記載の回転位相制御装置。
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