JP2008067579A - モータドライバ - Google Patents

Abstract

【課題】電動バルブタイミング調整装置のモータドライバとして外部へのノイズ放出を抑制するモータドライバを提供すること。
【解決手段】外部端子としての電源入力端子７０に近接するスイッチング素子６８のオンオフに応じて電動モータを通電駆動するモータドライバ６０において、内部回路端子としてのインダクタ８４の端子８４ａと、スイッチング素子６８ａ，６８ｂの周囲に位置する周囲部８０ａを有し、電源入力端子７０とインダクタ８４の端子８４ａとを接続する接続ラインとしてのライン８０と、周囲部８０ａよりも電源入力端子７０側においてライン８０に接続され、接続ライン８０のノイズを吸収するノイズ吸収手段としてのコンデンサ８６とを備えることを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動モータの回転を利用して内燃機関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（以下、「電動バルブタイミング調整装置」という）に設けられて電動モータを通電駆動するモータドライバに関する。

従来、電動バルブタイミング調整装置には、スイッチング素子のオンオフに応じて電動モータを通電駆動するモータドライバが用いられている（例えば特許文献１参照）。

図１０は、そうしたモータドライバの一例を示しており、スイッチング素子１００は、外部端子としての電源入力端子１０１を通じて電力供給を受けるようになっている。故に、この例では、要素１００，１０１間での電圧ドロップを低減するため、図１１に示すようにスイッチング素子１００を電源入力端子１０１に近接させている。また、図１０，１１の例では、電源入力端子１０１からその接続ライン１０２へ伝播したノイズによってスイッチング素子１００等の内部回路要素が誤作動を起こさないよう、インダクタ１０３及びコンデンサ１０４，１０５からなるフィルタ部１０６を設けている。
特開２００６−３７８３７号公報

さて、図１１に示すようにスイッチング素子１００を電源入力端子１０１に近接させた場合、接続ライン１０２においてスイッチング素子１００の周囲に位置する周囲部１０８には、オンオフ作動等に起因してスイッチング素子１００から放射されるノイズが乗り易くなる。しかし、図１０，１１の例では、フィルタ部１０６の構成要素１０３，１０４が周囲部１０８（図１０では、二点鎖線で囲まれる部分）よりも電源入力端子１０１とは反対側において接続ライン１０２と接続されている。そのため、スイッチング素子１００から接続ライン１０２に乗って電源入力端子１０１側へ伝播するノイズについては、フィルタ部１０６によって吸収することができず、電源入力端子１０１から外部へと放出されるおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電動バルブタイミング調整装置のモータドライバとして外部へのノイズ放出を抑制するモータドライバを提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、外部端子と内部回路端子とを接続する接続ラインには、スイッチング素子の周囲に位置する周囲部よりも外部端子側においてノイズ吸収手段が接続され、当該ノイズ吸収手段が接続ラインのノイズを吸収する。このような構成によれは、スイッチング素子から放射されたノイズが接続ラインの周囲部に乗ると、ノイズは、外部端子側へ向かって接続ライン上を伝播しても、当該外部端子側で接続ラインに接続のノイズ吸収手段により吸収されることとなる。故に、スイッチング素子から接続ラインに乗ったノイズが外部端子から外部へ放出されることを抑制できる。

請求項２，４に記載の発明によると、ノイズ吸収手段はコンデンサであるので、ノイズ吸収に必要な構成を簡素化できる。尚、ノイズ吸収手段としては、コンデンサ以外にも、例えばインダクタであってもよいし、それらコンデンサ及びインダクタ等を組み合わせたフィルタ部であってもよい。

請求項３に記載の発明によると、接続ラインに接続の内部回路端子を有するインダクタは、接続ラインからスイッチング素子側へのノイズ伝播を遮断する。故に、スイッチング素子から接続ラインへ乗ったノイズや、外部から外部端子を通じて接続ラインへ伝播したノイズ等によってスイッチング素子が誤作動することを回避できる。

請求項４に記載の発明によると、インダクタとコンデンサとは、接続ラインからスイッチング素子側へのノイズ伝播を遮断するフィルタ部を構成する。これによれば、ノイズ吸収手段として外部へのノイズ放出を抑制する機能のみならず、スイッチング素子の誤作動を抑制する機能も、同じコンデンサによって果たされることになるので、部品点数を削減しつつ耐ノイズ性を高めることができる。

請求項５に記載の発明によると、互いに積層される複数の基板部のうち第一基板部にスイッチング素子が設けられ、またそれら複数の基板部のうち第二基板部に接続ラインが設けられる。そして、複数の基板部の積層方向において接続ラインの周囲部がスイッチング素子と対向するので、当該周囲部には、スイッチング素子の放射ノイズが乗り易くなる。しかし、周囲部において接続ラインに乗ったノイズは、上述したようにしてノイズ吸収手段により吸収されることになるので、外部へは放出され難くなる。

尚、接続ラインの周囲部については、例えば請求項６に記載の発明のように、スイッチング素子から乗るノイズが所定量以上となる部位とされる。この場合、スイッチング素子から所定量以上のノイズが接続ラインに乗ったとしても、そうした大きなノイズをノイズ吸収手段によって確実に吸収することができる。

外部端子については、モータドライバを外部要素に接続可能なものであればよく、例えば請求項７に記載の発明のように、外部電源に接続される電源入力端子であってもよい。この場合、外部端子とそれに近接するスイッチング素子との間において電圧ドロップを低減すると同時に、外部へのノイズ放出を抑制可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による電動バルブタイミング調整装置１を示している。電動バルブタイミング調整装置１は車両に搭載され、電動モータ１２の回転を利用して内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを調整する。

まず、図１に示す電動バルブタイミング調整装置１の電動ユニット１０について説明する。電動ユニット１０は、電動モータ１２及びモータドライバ６０を備えている。

電動モータ１２はブラシレスモータであり、モータケース１３、モータ軸１４及びモータコイル１５（図３参照）を備えている。モータケース１３は、内燃機関にステーを介して固定される。モータケース１３は、モータ軸１４を正逆回転自在に支持していると共に、各モータコイル１５を固定している。電動モータ１２では、図２の時計方向となる正転方向の回転磁界が各モータコイル１５への通電によって形成されるときには、当該正転方向へモータ軸１４が回転駆動される。一方、図２の反時計方向となる逆転方向の回転磁界が各モータコイル１５への通電によって形成されるときには、当該逆転方向へモータ軸１４が回転駆動される。

モータドライバ６０は、モータケース１３内に収容されている。図３に示すようにモータドライバ６０は、電動モータ１２の各モータコイル１５と接続されている。モータドライバ６０は、各モータコイル１５への通電によってモータ軸１５を回転駆動する。

次に、図１に示す電動バルブタイミング調整装置１の位相調整ユニット２０について説明する。位相調整ユニット２０は、駆動側回転体２２、従動側回転体２４、差動歯車機構３０及びリンク機構５０を備えている。

駆動側回転体２２は、内燃機関のクランク軸との間にタイミングチェーンが巻き掛けられるタイミングスプロケットである。クランク軸の出力トルクが駆動側回転体２２へ入力されるときには、駆動側回転体２２はクランク軸と連動して、当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ図４の時計方向へ回転する。従動側回転体２４は内燃機関のカム軸２に同軸上に固定されており、カム軸２と一体に図４の時計方向へ回転する。

図１，２に示すように差動歯車機構３０は、太陽歯車３１、遊星キャリア３２、遊星歯車３３及び伝達回転体３４等から構成されている。内歯車からなる太陽歯車３１は駆動側回転体２２に同軸上に螺子止めされており、クランク軸の出力トルクの伝達によって駆動側回転体２２と一体に回転する。遊星キャリア３２は継手３５を介してモータ軸１４に連結されており、モータ軸１４からの回転トルクの伝達によってモータ軸１４と一体に回転する。遊星キャリア３２は、駆動側回転体２２に対して偏心する円筒面状の外周面部により偏心部３６を形成している。外歯車からなる遊星歯車３３はベアリング３７を介して偏心部３６に嵌合しており、太陽歯車３１に対し偏心して配置されている。遊星歯車３３は太陽歯車３１に内周側から噛合しており、駆動側回転体２２に対するモータ軸１４の相対回転に応じて遊星運動する。伝達回転体３４は、従動側回転体２４の外周側に同心的に嵌合している。伝達回転体３４には、回転方向に等間隔に並ぶ複数の係合孔３８が設けられている。また、遊星歯車３３には、各係合孔３８内に突出する複数の係合突起３９が設けられている。そして、それら各係合突起３９が係合孔３８に係合することにより、遊星歯車３３の自転運動が抽出されて伝達回転体３４の回転運動へ変換されるようになっている。

図４，５に示すようにリンク機構５０は、リンク５２，５３、案内部５４及び可動体５６等から構成されている。尚、図４，５では、説明を判り易くするため、断面を表すハッチングを省略している。第一リンク５２は、駆動側回転体２２に回り対偶によって連繋している。第二リンク５３は、従動側回転体２４に回り対偶によって連繋していると共に、可動体５６を介した回り対偶によって第一リンク５２に連繋している。図１，５に示すように案内部５４は、伝達回転体３４において遊星歯車３３とは反対側の端面を含む部分により形成されている。案内部５４には、可動体５６が滑動自在に嵌合する案内溝５８が形成されている。案内溝５８は、案内部５４の回転中心からの距離が長手方向で変化する螺旋溝状に形成されている。

このような構成の位相調整ユニット２０において、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して相対回転しないときには、遊星歯車３３が遊星運動せずに駆動側回転体２２及び伝達回転体３４と一体に回転する。その結果、可動体５６が案内溝５８内を案内されず、リンク５２，５３の相対位置関係が変化しないので、駆動側回転体２２及び従動側回転体２４の間の相対位相、ひいてはバルブタイミングが保持される。一方、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して正転方向へ相対回転駆動されるときには、遊星歯車３３の遊星運動により伝達回転体３４が駆動側回転体２２に対して図５の反時計方向へ相対回転する。その結果、可動体５６が案内溝５８内を案内されてリンク５２，５３の相対位置関係が変化することにより、従動側回転体２４が駆動側回転体２２に対して図４の時計方向へ相対回転するため、バルブタイミングが進角する。また一方、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して逆転方向へ相対回転駆動されるときには、正転方向への相対回転駆動時とは逆の原理によって、バルブタイミングが遅角する。

次に、モータドライバ６０の特徴部分について詳細に説明する。図３に示すようにモータドライバ６０のドライバ回路６２は、インバータ部６４、電源入力端子７０、接地端子７２及びフィルタ部７８を有している。

電動モータ１２を通電駆動するインバータ部６４は、ブリッジ６６及び制御ＩＣ６７等から構成されている。ブリッジ６６において複数のアーム６６ｕ，６６ｖ，６６ｗには、それぞれ対応するモータコイル１５が接続されている。各アーム６６ｕ，６６ｖ，６６ｗにおいてモータコイル１５との接続点を挟む上段側及び下段側には、それぞれスイッチング素子６８が一つずつ設けられている。各スイッチング素子６８は例えばＭＯＳ型の電界効果トランジスタであり、それぞれのゲートに制御ＩＣ６７が接続されている。制御ＩＣ６７は、各スイッチング素子６８のオンオフを切換制御する。その結果、各スイッチング素子６８のオンオフに応じて各モータコイル１５への通電状況が変化するため、電動モータ１２が駆動される。

電源入力端子７０は、モータドライバ６０の外部となる車両の電源７４に接続されている。接地端子７２は、モータドライバ６０の外部において接地されている。

フィルタ部７８は、ライン８０，８１，８２、インダクタ８４及びコンデンサ８６，８８等から構成されている。ライン８０，８１は、それぞれ対応する端子７０，７２に接続されている。ライン８１，８２は、インバータ部６４のブリッジ６６の上段側と下段側とにそれぞれ接続されている。インダクタ８４の端子８４ａ，８４ｂは、それぞれ対応するライン８０，８２に接続されている。第一コンデンサ８６の端子８６ａ，８６ｂは、それぞれ対応するライン８０，８１に接続されている。第二コンデンサ８８の端子８８ａ，８８ｂは、それぞれ対応するライン８１，８２に接続されている。以上の接続形態によりインバータ部６４のブリッジ６６よりも上流側には、π型のフィルタ部７８が形成されており、ライン８０のノイズがブリッジ６６まで伝播してスイッチング素子６８の誤作動を招来することを防止している。

図６に示すようにモータドライバ６０は、二つの基板部９０，９２が互いに積層された積層構造を有している。第一基板部９０は、アルミベース部９１、アルミベース部９１により保持される基板本体部９３及び複数の第一樹脂ケース部９５等から構成されている。第二基板部９２は、複数の第二樹脂ケース部９７等から構成されている。各基板部９０，９２には、図７に示すようにドライバ回路６２の構成要素６４，７０，７２，７８が振り分けて実装されている。具体的に第一基板部９０には、インバータ部６４及び端子７０，７２が設けられている。一方、第二基板部９２には、フィルタ部７８が設けられている。

図６，８に示すように第一基板部９０側の電源入力端子７０は、溶接部９４を通じて第二基板部９２側のライン８０に接続されている。また、第一基板部９０側のインバータ部６４は、溶接部９８を通じて第二基板部９２側のライン８２に接続されている。さらに、図８に示すように第一基板部９０側の接地端子７２及びインバータ部６４は、溶接部９６を通じて第二基板部９２側のライン８１に接続されている。

図６，８に示すように、電源入力端子７０とインダクタ８４の端子８４ａとを接続するライン８０の中間部８０ａは、複数のスイッチング素子６８のうち特に電源入力端子７０に近接して配置された素子（以下、近接素子という）６８ａ，６８ｂと対向している。これによりライン８０の中間部８０ａは、近接素子６８ａ，６８ｂの周囲に位置する周囲部８０ａを形成しており、それ故、オンオフ作動等に起因して近接素子６８ａ，６８ｂから放射されるノイズが当該周囲部８０ａに乗り易くなっている。尚、本実施形態では、近接素子６８ａ，６８ｂが第一基板部９２に設けられ、周囲部８０ａを有するライン８０が第二基板部９４に設けられていることから、近接素子６８ａ，６８ｂと周囲部８０ａとが基板部９０，９２の積層方向において対向する形となっている。

ここで、図３，８に示すように本実施形態では、第一コンデンサ８６の端子８６ａが周囲部８０ａよりも電源入力端子７０側においてライン８０に接続されている。そのため、近接素子６８ａ，６８ｂから放射されたノイズが周囲部８０ａへと乗り、電源入力端子７０側へ向かってライン８０上を伝播すると、当該伝播ノイズが第一コンデンサ８６の働きによって吸収されることとなる。そして特に本実施形態では、図３に二点鎖線で囲んで示す周囲部８０ａの範囲について、近接素子６８ａ，６８ｂからライン８０へ所定量以上のノイズが乗る範囲に設定されており、当該所定量以上のノイズが第一コンデンサ８６の働きによって確実に吸収されるようになっている。

このような吸収作用によれば、電源入力端子７０側へ向かったノイズが当該端子７０から電源７４側へ放出されることを抑制できる。ここで図９は、モータドライバの作動中に電源入力端子から放出されたノイズが当該端子に接続の電源を通じて車両のラジオへ与える影響を、本実施形態と図１０，１１の従来例とで比較したものであるが、同図から、本実施形態のノイズ放出抑制効果は顕著なものであることが判る。しかも、本実施形態のノイズ放出抑制効果は、フィルタ部７８としても機能する第一コンデンサ８６によってもたらされるので、部品点数を削減しつつ耐ノイズ性を高めることができる。

尚、以上説明した実施形態では、第一コンデンサ８６が特許請求の範囲に記載の「ノイズ吸収手段」及び「コンデンサ」に相当し、電源入力端子７０が特許請求の範囲に記載の「外部端子」に相当し、インダクタ８４の端子８４ａが特許請求の範囲に記載の「内部回路端子」に相当し、ライン８０が特許請求の範囲に記載の「接続ライン」に相当し、電源７４が特許請求の範囲に記載の「外部電源」に相当する。

（他の実施形態）
さて、ここまで本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、「ノイズ吸収手段」については、フィルタ部７８の構成要素とは別のコイル又はインダクタ等によって実現してもよい。

また、「外部端子」としては、スイッチング素子６８が近接することにより電圧ドロップの低減効果が生じる電源入力端子７０以外の端子であっても、スイッチング素子６８が近接して配置される端子であれば、適宜採用することができる。

さらに、「内部回路端子」は、フィルタ部７８を構成するインダクタ８４以外の内部回路要素の端子であってもよい。

またさらに、「モータドライバ」は、一つ又は三つ以上の基板部に回路要素を設けたものであってもよい。

加えて、「電動モータ」は、ブラシレスモータ以外のモータ、例えばＤＣモータ等であってもよい。

さらに加えて、本発明が適用される「バルブタイミング調整装置」については、電動モータの回転を利用して内燃機関のクランク軸及びカム軸間の相対位相を変化させることによりバルブタイミングを調整可能なものであれば、位相調整ユニット１２以外の機構を備えるものであってもよい。

本発明の一実施形態による電動バルブタイミング調整装置を示す構成図であって、図４のI−I線断面図に相当する。 図１のII−II線断面図である。 図１の電動ユニットを示すブロック図である。 図１のIV−IV線断面図である。 図１のV−V線断面図である。 図３のモータドライバを示す断面図である。 図３のモータドライバの構成を説明するための分解平面図（ａ），（ｂである。 図３のモータドライバを示す平面図である。 本発明の一実施形態と従来例との特性を対比して示す模式図である。 従来のモータドライバの一例を示すブロック図である。 従来のモータドライバの一例を示す平面図である。

符号の説明

１ 電動バルブタイミング調整装置（バルブタイミング調整装置）、２ カム軸、１０ 電動ユニット、１２ 位相調整ユニット、１２ 電動モータ、１４ モータ軸、１５ モータコイル、２０ 位相調整ユニット、６０ モータドライバ、６２ ドライバ回路、６４ インバータ部、６６ ブリッジ、６７ 制御ＩＣ、６８ スイッチング素子、６８ａ，６８ｂ 近接素子（スイッチング素子）、７０ 電源入力端子（外部端子）、７２ 接地端子、７４ 電源（外部電源）、７８ フィルタ部、８０ ライン（接続ライン）、８１，８２ ライン、８０ａ 中間部・周囲部、８４ インダクタ、８４ａ 端子（内部回路端子）、８４ｂ，８６ａ，８６ｂ，８８ａ，８８ｂ 端子、８６ 第一コンデンサ（ノイズ吸収手段・コンデンサ）、８８ 第二コンデンサ、９０ 第一基板部、９１ アルミベース部、９２ 第二基板部、９３ 基板本体部、９４，９６，９８ 溶接部、９５ 第一樹脂ケース部、９７ 第二樹脂ケース部

Claims (7)

1. 電動モータの回転を利用して内燃機関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に設けられ、外部端子に近接するスイッチング素子のオンオフに応じて前記電動モータを通電駆動するモータドライバにおいて、
   内部回路端子と、
   前記スイッチング素子の周囲に位置する周囲部を有し、前記外部端子と前記内部回路端子とを接続する接続ラインと、
   前記周囲部よりも前記外部端子側において前記接続ラインに接続され、前記接続ラインのノイズを吸収するノイズ吸収手段と、
   を備えることを特徴とするモータドライバ。
2. 前記ノイズ吸収手段はコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載のモータドライバ。
3. 前記内部回路端子を有し、前記接続ラインから前記スイッチング素子側へのノイズ伝播を遮断するインダクタを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータドライバ。
4. 前記ノイズ吸収手段はコンデンサであり、
   前記インダクタと前記コンデンサとは、前記接続ラインから前記スイッチング素子側へのノイズ伝播を遮断するフィルタ部を構成することを特徴とする請求項３に記載のモータドライバ。
5. 互いに積層される複数の基板部を備え、
   前記スイッチング素子は、前記複数の基板部のうち第一基板部に設けられ、
   前記接続ラインは、前記複数の基板部のうち第二基板部に設けられ、前記周囲部が前記複数の基板部の積層方向において前記スイッチング素子と対向することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータドライバ。
6. 前記周囲部は、前記スイッチング素子から乗るノイズが所定量以上となる部位であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータドライバ。
7. 前記外部端子は、外部電源に接続される電源入力端子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータドライバ。

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