CN110118173B - 电动齿轮泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动齿轮泵。电动齿轮泵具备：电动机(2)，接受电动机电流的供给而使电动机轴(21)旋转；驱动齿轮(3)，连结于电动机轴(21)而旋转；从动齿轮(4)，通过该从动齿轮(4)的外齿(41)与驱动齿轮(3)的外齿(31)的啮合而旋转；及控制部(7)，输出电动机电流而控制电动机(2)。控制部(7)在使电动机(2)从停止状态起动时以及使电动机(2)的旋转反转时，至少在至驱动齿轮(3)的外齿(31)与从动齿轮(4)的外齿(41)在电动机(2)的旋转方向上抵接为止的空转期间执行抑制电动机电流而限制电动机(2)的转速的转速限制控制。
Description
技术领域
本发明涉及以电动机为驱动源的电动齿轮泵。
背景技术
以往，具备由电动机来驱动的驱动齿轮和通过驱动齿轮的旋转而旋转的从动齿轮的电动式的齿轮泵使用于各种用途。这样的齿轮泵例如搭载于车辆的情况下，在齿轮泵的起动时或旋转方向反转时由于齿轮齿彼此碰撞而产生的噪音可能会成为问题。
日本特开2001-289180号公报记载的齿轮泵在一对齿轮中的两方或一方的齿轮的啮合齿面上预先设置较厚的被磨损层，在使用开始当初由于该被磨损层的一部分磨损而一对齿轮的齿隙大致为0，来降低噪音。被磨损层是由例如二硫化钼或四氟化乙烯等构成的比较柔软的固体润滑材料。
在日本特开2001-289180号公报记载的齿轮泵中，通过使齿隙大致为0而预料到噪音的减少，但是需要通过柔软的固体润滑材料来构成被磨损层，因此由于例如排出压等，即使在使用开始当初被磨损层发生了磨损之后，被磨损层的磨损也可能会进展。这种情况下，齿隙扩大，在齿轮泵的起动时或齿轮的旋转方向的反转时，可能会产生由齿接触引起的噪音。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种电动齿轮泵，其具备电动机、由电动机来驱动的驱动齿轮及通过驱动齿轮的旋转而旋转的从动齿轮，即使驱动齿轮与从动齿轮的齿隙存在的情况下也能够抑制噪音。
本发明的一个方式的电动齿轮泵具备：
电动机，接受电动机电流的供给而使电动机轴旋转；
驱动齿轮，连结于所述电动机轴而旋转；
从动齿轮，通过该从动齿轮的齿轮齿与所述驱动齿轮的齿轮齿的啮合而旋转；
泵壳体，收容所述驱动齿轮和所述从动齿轮；及
控制部，输出所述电动机电流而控制所述电动机。
所述控制部在使所述电动机从停止状态起动时以及使所述电动机的旋转反转时，至少在至所述驱动齿轮的齿轮齿与所述从动齿轮的齿轮齿在所述电动机的旋转方向上抵接为止的空转期间执行抑制所述电动机电流而限制所述电动机的转速的转速限制控制。
根据上述方式的电动齿轮泵，在具备电动机、通过电动机来驱动的驱动齿轮及通过驱动齿轮的旋转而旋转的从动齿轮的电动齿轮泵中，即使驱动齿轮与从动齿轮的齿隙存在的情况下也能够抑制噪音。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是表示本发明的实施方式的外接齿轮泵的剖视图。
图2是表示外接齿轮泵的泵部的分解立体图。
图3是说明电动机进行正向旋转时的动作状态的说明图。
图4是说明电动机进行反向旋转时的动作状态的说明图。
图5是表示控制部的结构例的概略结构图。
图6是表示变形例的控制部的结构例的概略结构图。
具体实施方式
关于本发明的实施方式，参照图1至图5进行说明。
图1是表示本发明的实施方式的外接齿轮泵的剖视图。图2是表示外接齿轮泵的泵部的分解立体图。图3是说明电动机进行正向旋转时的外接齿轮泵的动作状态的说明图。图4是说明电动机进行反向旋转时的外接齿轮泵的动作状态的说明图。
外接齿轮泵1具备：接受电动机电流的供给而使电动机轴21旋转的电动机2；连结于电动机轴21而旋转的驱动齿轮3；通过驱动齿轮3的旋转而旋转的从动齿轮4；由树脂构成的第一及第二侧板51、52；由第一及第二侧板51、52保持的滑动轴承53～56；将驱动齿轮3及从动齿轮4与第一及第二侧板51、52和滑动轴承53～56一起收容的泵壳体6；及输出电动机电流而控制电动机2的控制部7。
该外接齿轮泵1搭载于车辆，通过驱动齿轮3及从动齿轮4的旋转而从吸入侧吸入车载装置的动作用的工作油并向排出侧排出。作为该车载装置，可列举例如变速器或动力转向装置。在图3中，电动机2进行正向旋转时的驱动齿轮3及从动齿轮4的旋转方向由箭头A1、A2表示，工作油的吸入方向及排出方向由空心的箭头表示。在图4中，电动机2进行反向旋转时的驱动齿轮3及从动齿轮4的旋转方向由箭头B1、B2表示，工作油的吸入方向及排出方向由空心的箭头表示。
电动机2具有电动机壳体20、电动机轴21、由电动机壳体20保持的环状的定子22、在定子22的内侧配置的转子23、支承电动机轴21的滚动轴承24、25及检测电动机轴21相对于定子22的旋转角的旋转角传感器26。
定子22具有铁芯221、安装于铁芯221的绝缘体222及卷缠于绝缘体222的绕组223。从控制部7向绕组223供给电动机电流。转子23具有固定于电动机轴21的芯部231、安装于芯部231的外周面的多个永磁铁232。旋转角传感器26具有：永磁铁261，固定于在电动机轴21的一端部设置的凸缘211，且具有多个磁极；磁传感器262，固定于电动机壳体20而检测永磁铁261的磁极的磁场。将磁传感器262的检测信号向控制部7传送。
驱动齿轮3一体地具有：设有多个外齿31的齿轮部32；从齿轮部32的中心部向轴向一侧突出的第一轴部33；及从齿轮部32的中心部向轴向另一侧突出的第二轴部34。第一轴部33的前端部331通过联轴器(轴接头)27而连结于电动机2的电动机轴21。电动机2从控制部7接受电动机电流的供给，产生对驱动齿轮3进行旋转驱动的转矩。
与驱动齿轮3同样，从动齿轮4一体地具有：设有多个外齿41的齿轮部42；从齿轮部42的中心部向轴向一侧突出的第一轴部43；及从齿轮部42的中心部向轴向另一侧突出的第二轴部44。驱动齿轮3的多个外齿31及从动齿轮4的多个外齿41相当于本申请发明的齿轮齿，在泵壳体6的泵室600内相互啮合。从动齿轮4通过该从动齿轮4的外齿41与驱动齿轮3的外齿31的啮合而旋转。
泵壳体6具有：筒部60，具有与驱动齿轮3及从动齿轮4的外齿31、41的齿顶面31a、41a(参照图3)相对的内表面60a；平板状的第一及第二侧板部61、62，沿其中心轴方向夹持筒部60。筒部60与第一及第二侧板部61、62以及电动机壳体20通过多个螺栓63而联接。
在筒部60形成有供工作油流通的第一及第二流通孔601、602。在电动机2进行正向旋转时，从第一流通孔601吸入到泵室600内的工作油从第二流通孔602排出，在电动机2进行反向旋转时，从第二流通孔602吸入到泵室600内的工作油从第一流通孔601排出。
在第一侧板部61形成有供驱动齿轮3的第一轴部33插通的插通孔611，在该插通孔611的内周面与第一轴部33的外周面之间配置有密封构件64。第一侧板51配置在驱动齿轮3及从动齿轮4的齿轮部32、42与第一侧板部61之间，第二侧板52配置在驱动齿轮3及从动齿轮4的齿轮部32、42与第二侧板部62之间。
在第一侧板51形成有供驱动齿轮3的第一轴部33插通的插通孔511及供从动齿轮4的第一轴部43插通的插通孔512。在插通孔511内嵌有对驱动齿轮3的第一轴部33进行支承的滑动轴承53，在插通孔512内嵌有对从动齿轮4的第一轴部43进行支承的滑动轴承54。而且，在第一侧板51的与第一侧板部61相对的面上形成有凹槽513，在该凹槽513内收容有由橡胶等弹性体构成的侧密封件65。
在第二侧板52形成有供驱动齿轮3的第二轴部34插通的插通孔521及供从动齿轮4的第二轴部44插通的插通孔522。在插通孔521内嵌有对驱动齿轮3的第二轴部34进行支承的滑动轴承55，在插通孔522内嵌有对从动齿轮4的第二轴部44进行支承的滑动轴承56。而且，在第二侧板52的与第二侧板部62相对的面上形成有凹槽523，在该凹槽523内收容有由橡胶等弹性体构成的侧密封66间。
如上所述构成的外接齿轮泵1通过电动机2对驱动齿轮3进行旋转驱动。而且，从动齿轮4的外齿41与驱动齿轮3的外齿31啮合，由此从动齿轮4向与驱动齿轮3相反的方向旋转。在沿驱动齿轮3的周向相邻的2个外齿31之间及沿从动齿轮4的周向相邻的2个外齿41之间分别形成有油室C。从第一流通孔601或第二流通孔602吸入的工作油伴随着驱动齿轮3及从动齿轮4的旋转，通过油室C从泵室600内的低压室侧向高压室侧移动。在高压室侧，由于驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41啮合产生的容积变化而工作油的压力升高。
在电动机2进行正向旋转的情况下，如图3所示，驱动齿轮3的外齿31的旋转方向(箭头A1方向)前方侧的齿面31b与从动齿轮4的外齿41的旋转方向(箭头A2方向)后方侧的齿面41b接触，其接触部成为对低压室侧与高压室侧进行划分的密封部S。在电动机2进行正向旋转的情况下，密封部30的第一流通孔601侧成为低压室侧，密封部S的第二流通孔602侧成为高压室侧。而且，在形成密封部S的从动齿轮4的外齿41与该外齿41的旋转方向前方侧的驱动齿轮3的外齿31之间形成有间隔(间隙)G。
另一方面，在电动机2进行反向旋转的情况下，如图4所示，驱动齿轮3的外齿31的旋转方向(箭头B1方向)前方侧的齿面31c与从动齿轮4的外齿41的旋转方向(箭头B2方向)后方侧的齿面41c接触，其接触部成为对低压室侧与高压室侧进行划分的密封部S。并且，密封部S的第二流通孔602侧成为低压室侧，密封部30的第一流通孔601侧成为高压室侧。而且，在形成密封部S的从动齿轮4的外齿41与该外齿41的旋转方向前方侧的驱动齿轮3的外齿31之间形成有间隔G。
在电动机2的旋转方向反转时，即从正向旋转切换为反向旋转时以及从反向旋转切换为正向旋转时，根据驱动齿轮3的转速而有时会产生噪音。该噪音是由于驱动齿轮3的旋转而间隔G填满，驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41抵接时的碰撞音。由于该噪音，在外接齿轮泵1搭载于例如车辆的情况下，可能会给驾驶者或同乘者带来不愉快感。而且，这样的噪音在从电动机轴21的旋转停止的停止状态使电动机2起动时也会产生。
在本实施方式中，控制部7在使电动机2从停止状态起动时以及使电动机2的旋转反转时，至少在至驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41在电动机2的旋转方向(驱动齿轮3的旋转方向)上抵接为止的空转期间执行抑制电动机电流而限制电动机2的转速的转速限制控制，由此抑制这样的噪音的产生。空转期间是指从电动机2起动或旋转方向反转起至间隔G填满而驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41抵接为止的期间。以下，详细说明控制部7的结构及控制方法。
图5是表示控制部7的结构例的概略结构图。控制部7通过CPU执行预先存储的程序而作为速度限制部70、速度控制部71、电流控制部72、二相三相转换部73、PWM(脉冲宽度调制)控制部74、相位计算部75、三相二相转换部76及速度计算部77发挥功能。控制部7的CPU在每规定的运算周期执行后述的各处理。运算周期为例如5ms。
另外，控制部7具有：接收电路80，接收来自上位控制器9的转速指令值ω*；反相电路81，具有多个开关元件；及3个电流传感器82，分别检测从反相电路81输出的U相、V相及W相的各相电流。
接收电路80、速度限制部70、速度控制部71及电流控制部72分别相当于本发明的接收器、速度限制器、速度控制器及电流限制器。而且，速度控制部71及电流控制部72相当于本发明的反馈控制器。
控制部7在接收电路80中，通过通信而从上位控制器9受理电动机2的转速指令值ω*。速度限制部70能够将通过接收电路80接收到的转速指令值ω*限制成规定值以下。具体而言，在使电动机2从停止状态起动时以及使电动机2的旋转反转时，至少在经过空转期间且从动齿轮4随着驱动齿轮3的旋转而开始旋转之前，速度限制部70将转速指令值ω*限制成规定值以下，然后解除该限制。即，速度限制部70在空转期间，通过将接收到的转速指令值ω*限制成规定值以下来执行转速限制控制。
该规定值是以使间隔G成为0而空转期间结束时(驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41抵接时)的驱动齿轮3的旋转能量比车辆的驾驶者等能够听到的音量的碰撞音产生的能量小的方式确定的值。在E：驱动齿轮3的旋转能量，m：驱动齿轮3的质量，v：驱动齿轮3的转速时，通过下述式(1)能够求出驱动齿轮3的旋转能量。
E＝1/2×m×v2…(1)
换言之，在将车辆的驾驶者等听到的碰撞音产生的驱动齿轮3的旋转能量的下限值设为Emin时，将成为E<Emin的v的上限值确定为上述的规定值，例如作为程序中的常数而存储于控制部7的非易失性存储器。
速度控制部71及电流控制部72对电动机电流进行反馈控制，以使电动机2以与通过接收电路80接收到的转速指令值ω*或由速度限制部70限制成规定值以下的转速指令值ω*对应的转速旋转。
速度控制部71基于通过接收电路80接收到的转速指令值ω*或由速度限制部70限制成规定值以下的转速指令值ω*，来运算电动机电流的目标值即电流指令值。更详细而言，对于该转速指令值ω*与后述的通过速度计算部77运算出的表示电动机2的实际的转速的实际转速ω的偏差(ω*-ω)进行比例积分运算(PI运算)，由此来运算向电动机2供给的电动机电流的转矩成分的目标值即q轴电流指令值Iq*。
电流控制部72基于通过速度控制部71运算出的q轴电流指令值Iq*，来运算应向电动机2施加的电压的目标值即电压指令值。更详细而言，基于q轴电流指令值Iq*以及通过后述的三相二相转换部76运算出的q轴电流检测值Iq及d轴电流检测值Id来进行比例积分运算，从而运算q轴电压指令值Vq*及d轴电压指令值Vd*。
二相三相转换部73使用通过后述的相位计算部75运算出的旋转角θ，将q轴电压指令值Vq*及d轴电压指令值Vd*转换成U相、V相及W相的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。PWM控制部74生成与三相的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*分别对应的占空比的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号及W相PWM控制信号，向反相电路81供给。反相电路81根据各相的PWM控制信号而使开关元件进行开或关，将三相交流电流作为电动机电流向电动机2供给。
相位计算部75基于电动机2的旋转角传感器26的检测信号，来计算电动机2的电动机轴21的旋转角θ。三相二相转换部76使用由相位计算部75计算出的旋转角θ，将通过3个电流传感器82求出的各相的相电流转换成q轴电流检测值Iq及d轴电流检测值Id。此外，基于U相、V、W相的相电流的总和成为0的关联性，也可以省略3个电流传感器82中的1个。速度计算部77基于上次的运算周期的旋转角θ与本次的运算周期的旋转角θ之差，按照规定的各运算周期来计算电动机2的实际转速ω。
速度限制部70在通过接收电路80接收到的转速指令值ω*从正值(ω*>0)变化为负值(ω*<0)时或从负值变化为正值时，或者从0变成不为0时，开始将转速指令值ω*限制成规定值以下的处理(转速限制控制)，在判定为空转期间结束时，结束该处理。
空转期间结束的判定可以通过例如将转速指令值ω*限制成规定值以下的处理开始的时刻起的电动机2的旋转量成为了阈值以上来进行。该阈值基于例如间隔G的最大值来确定。另外，并不局限于此，可以根据该处理开始的时刻起的经过时间来进行空转期间结束的判定。或者，可以根据以从动齿轮4随着驱动齿轮3的旋转而开始旋转引起的负载的增大为起因的电动机电流的增大来进行空转期间结束的判定。即，在空转期间，伴随着电动机2的电动机轴21的旋转而仅驱动齿轮3旋转，因此电动机2的负载小，即使是小的电动机电流，驱动齿轮3也容易被加速，但是当空转期间结束时电动机2的负载增大，因此由于反馈控制而电动机电流增大。因此，通过该电动机电流的增大，能够进行空转期间结束的判定。
此外，在空转期间结束时，来自上位控制器的转速指令值ω*与实际转速ω的速度偏差增大，因此在解除了速度限制部70对转速指令值ω*的限制处理时，电动机电流会急剧增大，但是此时从动齿轮4随着驱动齿轮3而开始旋转，因此即使电动机电流急剧增大，也不会由于驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41的抵接而产生大的碰撞音。
根据以上说明的本发明的实施方式，即使在驱动齿轮3与从动齿轮4的齿隙存在的情况下，也能够抑制外接齿轮泵1的噪音。而且，通过控制部7的控制来抑制电动机2的反转时或起动时的噪音，因此不会使成本增大而能够得到噪音降低效果。
接下来，参照图6，说明本发明的实施方式的变形例。图6是表示变形例的控制部7的结构例的概略结构图。
在上述的实施方式中，说明了通过速度限制部70进行转速限制控制的情况，但是在以下的变形例中，说明在空转期间通过限制速度控制部71(速度控制器)运算出的电流指令值或电流控制部72(电流控制器)运算出的电压指令值来进行转速限制控制的情况。在图6中，关于与参照图5说明的功能共通的结构要素，标注与图5标注的标号相同的标号而省略重复的说明。
在该变形例中，速度控制部71取得接收电路80接收到的转速指令值ω*，来运算q轴电流指令值Iq*。在通过限制速度控制部71运算出的电流指令值而进行转速限制控制的情况下，在空转期间通过电流限制部710将速度控制部71运算出的q轴电流指令值Iq*限制成规定值以下，并向电流控制部72传递。电流限制部710的功能作为控制部7的电流限制器，通过例如CPU执行程序来实现。电流限制部710对q轴电流指令值Iq*进行限制时的规定值是例如以避免驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41抵接时的碰撞音被驾驶者等听到的方式设定的值。
另外，在通过对电流控制部72运算出的电压指令值进行限制而进行转速限制控制的情况下，在空转期间通过电压限制部720将电流控制部72运算出的q轴电压指令值Vq*及d轴电压指令值Vd*限制成规定值以下，并向二相三相转换部73传递。电压限制部720的功能作为控制部7的电压限制器，通过例如CPU执行程序来实现。电压限制部720对q轴电压指令值Vq*及d轴电压指令值Vd*进行限制时的规定值是例如以避免驱动齿轮3的外齿31与从动齿轮4的外齿41抵接时的碰撞音被驾驶者等听到的方式设定的值。
此外，在图6中，为了简便起见，一并图示了电流限制部710及电压限制部720，但是在设置有电流限制部710的情况下不需要电压限制部720，在设置有电压限制部720的情况下不需要电流限制部710。即，电流限制部710及电压限制部720只要任一方设置于控制部7即可。
根据这样的变形，与上述同样，能够不使成本增大而抑制外接齿轮泵1的噪音。
另外，本发明在不脱离其主旨的范围内可以适当变形地实施。例如，在上述的实施方式及变形例中，说明了控制部7的CPU通过执行程序而实现各部的功能的情况，但是各部的功能的一部分或全部可以通过ASIC(面向特定用途的集成电路)等硬件实现。而且，图1至图4所示的外接齿轮泵1的机械结构是作为一例而示出的结构，只要是驱动齿轮由电动机来驱动、通过从动齿轮的齿轮齿与驱动齿轮的齿轮齿的啮合而使从动齿轮旋转的结构即可，能够在各种机械结构的电动齿轮泵中应用本发明。
Claims (3)
1.一种电动齿轮泵，搭载于车辆，包括：
电动机，接受电动机电流的供给而使电动机轴旋转；
驱动齿轮，连结于所述电动机轴而旋转；
从动齿轮，通过该从动齿轮的齿轮齿与所述驱动齿轮的齿轮齿的啮合而旋转；
泵壳体，收容所述驱动齿轮和所述从动齿轮；及
控制部，输出所述电动机电流而控制所述电动机，其中，
所述控制部在使所述电动机从停止状态起动时以及使所述电动机的旋转反转时，执行抑制所述电动机电流而将所述电动机的转速限制为规定值以下的转速限制控制，然后，在空转期间结束时结束所述转速限制控制，所述空转期间是指从所述电动机起动或所述电动机的旋转方向反转起至所述驱动齿轮的齿轮齿与所述从动齿轮的齿轮齿在所述电动机的旋转方向上抵接为止的期间。
2.根据权利要求1所述的电动齿轮泵，其中，
所述控制部具有：接收器，接收所述电动机的转速指令值；速度限制器，能够将所述接收到的转速指令值限制成规定值以下；及反馈控制器，对所述电动机电流进行反馈控制以使所述电动机以与所述接收到的转速指令值或由所述速度限制器限制后的转速指令值对应的转速旋转，
所述速度限制器在所述空转期间通过将所述接收到的转速指令值限制成所述规定值以下来执行所述转速限制控制。
3.根据权利要求1所述的电动齿轮泵，其中，
所述控制部具有：接收器，接收所述电动机的转速指令值；速度控制器，基于所述转速指令值来运算所述电动机电流的目标值即电流指令值；及电流控制器，基于所述运算出的电流指令值来运算应向所述电动机施加的电压的目标值即电压指令值，
所述转速限制控制是在所述空转期间对所述速度控制器运算出的所述电流指令值或所述电流控制器运算出的所述电压指令值进行限制的控制。
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