JP3985305B2 - 回転位相制御装置 - Google Patents
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Description
【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り、この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、上記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。
【００１２】
また、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。
【００１５】
さらに、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いるため、永久磁石による保持力を低減することができる。
【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１１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１５ｄ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３２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２２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２２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２２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１２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３１，３２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１３２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２２０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２２１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２１７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２１８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２２０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３２３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３２１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３２５，３２６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３２５，３２６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３３０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
【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り、この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、上記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。
【００１２】
また、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。
【００１５】
さらに、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いるため、永久磁石による保持力を低減することができる。
【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１１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１５ｄ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３２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】
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２２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２２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２２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１２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３１，３２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１３２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２２０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２２１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２１７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２１８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２２０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３２３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３２１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３２５，３２６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３２５，３２６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３３０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
Claims (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ものであり、
この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、
上記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回転位相制御装置。
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