CN112583306A

CN112583306A - 马达驱动装置及电动油泵装置

Info

Publication number: CN112583306A
Application number: CN202010932766.9A
Authority: CN
Inventors: 小林喜幸; 白井康弘; 初田匡之
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Powertrain Systems Corp
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-03-30
Also published as: US20210099125A1; JP7392362B2; US11705852B2; JP2021058003A

Abstract

本发明提供一种即使在极低温状态下也可使马达稳定地旋转的马达驱动装置及电动油泵装置。马达驱动装置的一个形态为对马达进行驱动的马达驱动装置，包括：驱动部，将用于驱动马达的驱动信号输出至马达；以及控制部，基于初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数，对驱动信号的占空比进行控制。控制部具有三个控制参数分别为规定值的通常控制模式、以及三个控制参数的至少一个为比通常控制模式小的值的极低温控制模式。

Description

马达驱动装置及电动油泵装置

技术领域

本发明涉及一种马达驱动装置及电动油泵装置。

背景技术

混合动力车辆包括配备于变速器的内部的机械式油泵、以及可与发动机的驱动无关地工作的电动式油泵。在此种混合动力车辆中，在发动机未驱动的状况下，通过电动式油泵向变速器供给必要的油压。

在专利文献1中，公开了一种在变速器的油温为规定的基准温度以下的极低温状态的情况下的、电动油泵中的马达驱动装置的控制方法。所述控制方法测定变速器的油温，并在变速器的油温为规定的基准温度以下的极低温状态的情况下，以电动油泵的转速成为目标转速的方式进行占空控制，在占空控制后，进行用于维持目标转速的反馈控制。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2013-122310号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，在-10℃以下的极低温状态下，油的粘度与常温状态相比变得极高。因此，在专利文献1所记载的马达驱动装置中，当在油的粘度高的状态下进行占空控制以使电动油泵的转速成为目标转速时，马达的负载扭矩增大，其结果，从马达驱动装置向马达输出的输出电流值上升。马达驱动装置中设有失效保护(fail-safe)功能，所述失效保护功能在输出电流值超过上限值的情况下停止向马达供给电流。因此，若如上所述般因油的粘度高而马达驱动装置的输出电流值上升，则失效保护功能起作用，有可能无法驱动马达、无法供给必要的油压。

本发明鉴于所述情况，其目的之一在于提供一种即使在极低温状态下也可使马达稳定地旋转的马达驱动装置及电动油泵装置。

[解决问题的技术手段]

本发明的马达驱动装置的一个实施例为对马达进行驱动的马达驱动装置，包括：驱动部，将用于驱动所述马达的驱动信号输出至所述马达；以及控制部，基于初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数，对所述驱动信号的占空比进行控制。所述控制部具有所述三个控制参数分别为规定值的通常控制模式、以及所述三个控制参数的至少一个为比所述通常控制模式小的值的极低温控制模式。

本发明的电动油泵装置的一个实施例包括：马达，具有轴；泵，位于所述轴的轴向一侧，经由所述轴而被所述马达驱动，以喷出油；以及所述马达驱动装置，对所述马达进行驱动。

[发明的效果]

根据本发明的所述实施例，可提供一种即使在极低温状态下也可使马达稳定地旋转的马达驱动装置及电动油泵装置。

附图说明

图1是示意性地表示包括本实施方式的马达驱动装置的电动油泵装置的电路框图。

图2是关于初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数的说明图。

图3是表示本实施方式的马达驱动装置的第一变形例的图。

图4是表示本实施方式的马达驱动装置的第二变形例的图。

[符号的说明]

10、10A、10B：马达驱动装置

11：电源电路

12：反相器电路(驱动部)

13：控制部

14：存储部

15：温度传感器(传感器)

20：马达

30：泵

40：电动油泵

100：电动油泵装置

200：电池

300：外部温度传感器

400：上位控制装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行详细说明。

图1是示意性地表示包括本实施方式的马达驱动装置10的电动油泵装置100的电路框图。如图1所示，电动油泵装置100包括马达驱动装置10以及电动油泵40。电动油泵40包括马达20以及泵30。电动油泵装置100例如是向混合动力车辆中所搭载的变速箱供给油的装置。

马达驱动装置10是对电动油泵40的马达20进行驱动的装置。马达20例如是三相无刷直流(direct current，DC)马达。马达20具有可旋转地受到支撑的轴21、以及对轴21的旋转位置进行检测的位置传感器22。另外，虽然在图1中省略了图示，但马达20具有包括U相线圈、V相线圈、以及W相线圈的定子。位置传感器22对轴21的旋转位置进行检测，并将表示所述检测结果的轴位置信号PS输出至马达驱动装置10。作为位置传感器22，例如可使用霍尔传感器、编码器、或旋转变压器(resolver)等。

泵30位于马达20的轴21的轴向一侧，经由轴21而被马达20驱动，以喷出油F。泵30具有油吸入口31及油喷出口32。油F从油吸入口31吸入泵30的内部后，从油喷出口32向未图示的变速箱侧喷出。如此，通过将泵30与马达20连接而构成电动油泵40。

马达驱动装置10包括电源电路11、反相器电路12(驱动部)、控制部13以及存储部14。马达驱动装置10分别与马达20、作为外部电源的电池200、以及外部温度传感器300电连接。此外，电池200及外部温度传感器300并非本实施方式的电动油泵装置100的构成元件。外部温度传感器300对环境温度进行检测，并将表示环境温度的环境温度信号TS输出至马达驱动装置10。

电源电路11具有第一输入端子11a、第二输入端子11b、第一输出端子11c以及第二输出端子11d。

电源电路11的第一输入端子11a与电池200的正极端子电连接。电源电路11的第二输入端子11b与电池200的负极端子电连接。电源电路11的第一输出端子11c与反相器电路12的第一输入端子12a电连接。电源电路11的第二输出端子11d与反相器电路12的第二输入端子12b电连接。

电源电路11将从电池200输入的直流电压Vi变换为直流电压Vo并输出至反相器电路12，所述直流电压Vo具有马达20的驱动所必需的电压值。从电池200输入的直流电压Vi是施加于第一输入端子11a与第二输入端子11b之间的电压。从电源电路11输出的直流电压Vo是产生于第一输出端子11c与第二输出端子11d之间的电压。

电源电路11具有如下的失效保护功能：对流经反相器电路12的电流值、即从马达驱动装置10向马达20输出的输出电流值进行测量，并在输出电流值超过上限值的情况下停止向反相器电路12的电压输出，由此停止通过反相器电路12向马达20的电流供给。

此外，虽然在图1中省略了图示，但电源电路11也生成用于使控制部13及存储部14运行所需的电源电压，并将所生成的电源电压输出至控制部13及存储部14。

反相器电路12是将用于驱动马达20的驱动信号输出至马达20的驱动电路。具体而言，反相器电路12向马达20的U相线圈(省略图示)输出经脉冲宽度调制后的驱动信号DSu。另外，反相器电路12向马达20的V相线圈(省略图示)输出经脉冲宽度调制后的驱动信号DSv。进而，反相器电路12向马达20的W相线圈(省略图示)输出经脉冲宽度调制后的驱动信号DSw。

反相器电路12具有第一输入端子12a、第二输入端子12b、第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第三开关元件SW3、第四开关元件SW4、第五开关元件SW5、以及第六开关元件SW6。

反相器电路12的第一输入端子12a与电源电路11的第一输出端子11c电连接。反相器电路12的第二输入端子12b与电源电路11的第二输出端子11d电连接。在第一输入端子12a与第二输入端子12b之间施加从电源电路11输出的直流电压Vo。

第一开关元件SW1至第六开关元件SW6例如是金属氧化物半导体-场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor，MOS-FET)等大功率用电力晶体管。第一开关元件SW1与第四开关元件SW4经串联连接。第二开关元件SW2与第五开关元件SW5经串联连接。第三开关元件SW3与第六开关元件SW6经串联连接。

第一开关元件SW1、第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3各自的一端与第一输入端子12a电连接。第四开关元件SW4、第五开关元件SW5以及第六开关元件SW6各自的一端与第二输入端子12b电连接。

马达20的U相线圈电连接于第一开关元件SW1与第四开关元件SW4之间。马达20的V相线圈电连接于第二开关元件SW2与第五开关元件SW5之间。马达20的W相线圈电连接于第三开关元件SW3与第六开关元件SW6之间。

通过从后述的控制部13输入的控制信号来控制第一开关元件SW1至第六开关元件SW6的导通/关断状态。通过对第一开关元件SW1至第六开关元件SW6的导通/关断状态进行控制，从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比得到控制。通过对驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比进行控制，可对马达20的转速进行控制。

控制部13分别电连接至反相器电路12、存储部14、马达20的位置传感器22以及外部温度传感器300。控制部13基于从位置传感器22输入的轴位置信号PS以及从外部温度传感器300输入的环境温度信号TS，生成用于对第一开关元件SW1至第六开关元件SW6的导通/关断状态进行控制的控制信号，并将所生成的控制信号输出至各开关元件。即，控制部13通过对第一开关元件SW1至第六开关元件SW6的导通/关断状态进行控制，来控制从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。由此，控制部13可对马达20的转速进行控制。

如此，在本实施方式中，控制部13通过脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)控制来对马达20进行控制，所述PWM控制通过改变驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比来控制马达20的转速。具体而言，控制部13可通过增大驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比来增大马达20的转速。另一方面，控制部13可通过减小驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比来减小马达20的转速。在由本实施方式的控制部13调整的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比的范围内，占空比的值与马达20的转速例如成比例。

详情将在之后叙述，控制部13基于初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数来控制驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。另外，控制部13具有所述三个控制参数分别为规定值的通常控制模式、以及所述三个控制参数的至少一个为比通常控制模式小的值的极低温控制模式。

在本实施方式中，控制部13基于从外部输入的环境温度信号TS来判定环境温度是否为阈值以下，并在环境温度超过阈值的情况下切换为通常控制模式，在环境温度为阈值以下的情况下切换为极低温控制模式。阈值例如是-10℃。

此种控制部13可通过中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等微型计算机来实现。

存储部14是具有只读存储器(read only memory，ROM)及随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)等的半导体存储器。存储部14预先存储通常控制模式用的初始占空比X1、占空比增大速度X2及目标占空比X3这三个控制参数，并且预先存储极低温控制模式用的初始占空比Y1、占空比增大速度Y2及目标占空比Y3这三个控制参数。

如图2所示，在本实施方式的存储部14中，作为通常控制模式用的初始占空比X1而存储“10％”，作为通常控制模式用的目标占空比X3而存储“20％”。通常控制模式用的占空比增大速度X2由下述(1)式表示。此外，ΔT1是占空比从初始占空比X1达到目标占空比X3为止的时间。

X2＝(X3-X1)/ΔT1…(1)

另外，在存储部14中，作为极低温控制模式用的初始占空比Y1而存储“8％”，作为极低温控制模式用的目标占空比Y3而存储“15％”。极低温控制模式用的占空比增大速度Y2由下述(2)式表示。此外，ΔT2是占空比从初始占空比Y1达到目标占空比Y3为止的时间。

Y2＝(Y3-Y1)/ΔT2…(2)

在本实施方式中，通常控制模式下的初始占空比X1与目标占空比X3之差的绝对值为“10％”。另外，极低温控制模式下的初始占空比Y1与目标占空比Y3之差的绝对值为“7％”。

如上所述，在本实施方式的极低温控制模式下，三个控制参数即初始占空比、占空比增大速度及目标占空比全部是比通常控制模式小的值。另外，极低温控制模式下的初始占空比Y1与目标占空比Y3之差的绝对值比通常控制模式下的初始占空比X1与目标占空比X3之差的绝对值小。

以下，对以所述方式构成的马达驱动装置10的运行进行说明。

当从电池200向马达驱动装置10输入直流电压Vi时，电源电路11向反相器电路12输出直流电压Vo，并且将电源电压输出至控制部13及存储部14。

控制部13接受自电源电路11供给的电源电压而启动，并基于从外部温度传感器300输入的环境温度信号TS来判定环境温度是否为阈值(-10℃)以下。在环境温度超过阈值的情况下，控制部13成为通常控制模式，从存储部14读出通常控制模式用的初始占空比X1、占空比增大速度X2及目标占空比X3。

然后，控制部13基于通常控制模式用的初始占空比X1、占空比增大速度X2及目标占空比X3，对反相器电路12的各开关元件的导通/关断状态进行控制，由此控制从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。由此，从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比如图2所示的通常控制模式时的图案那样变化。

另一方面，在环境温度为阈值以下的情况下，控制部13成为极低温控制模式，从存储部14读出极低温控制模式用的初始占空比Y1、占空比增大速度Y2及目标占空比Y3。

然后，控制部13基于极低温控制模式用的初始占空比Y1、占空比增大速度Y2及目标占空比Y3，对反相器电路12的各开关元件的导通/关断状态进行控制，由此控制从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。由此，从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比如图2所示的极低温控制模式时的图案那样变化。

此处，例如在-10℃以下的极低温状态下，油F的粘度与常温状态相比变得极高。若油F的粘度变高，则泵30从油F受到的粘性阻力变大，为了使泵30旋转而需要的马达20的扭矩增大。因此，在极低温状态下，假设基于以常温状态、即油F的粘度比较低的状态为前提所决定的通常控制模式用的初始占空比X1、占空比增大速度X2及目标占空比X3来对从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比进行控制，则马达20的负载扭矩有可能极端增大。其结果，从反相器电路12向马达20输出的输出电流值上升而有可能超过预先决定的输出电流值的上限值。由于输出电流值超过上限值，电源电路11的失效保护功能起作用，有可能无法驱动马达20。

另一方面，在本实施方式中，控制部13具有通常控制模式及极低温控制模式，且在极低温控制模式下，初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数的至少一个是比通常控制模式小的值。因此，在极低温控制模式下，与通常控制模式相比容易减小各驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。极低温控制模式下的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比容易比通常控制模式小，因此通过将控制部13设为极低温控制模式，与通常控制模式相比容易降低马达20的转速。当马达20的转速变低时，泵30的转速也变低。此处，粘性阻力与速度成比例，因此泵30的转速越低，从油F受到的粘性阻力越小。因此，即使在油F的粘度比较高的情况下，也可减小泵30受到的粘性阻力，从而可抑制马达20的负载扭矩增大。因此，例如在环境温度为-10℃以下的极低温状态下，通过将控制部13设为极低温控制模式，即使在油F的粘度变得比较高的情况下，也可抑制马达20的负载扭矩增大，从而可抑制从反相器电路12向马达20输出的输出电流值上升。通过抑制输出电流值的上升，可抑制电源电路11的失效保护功能起作用，从而可抑制无法驱动马达20的情况。因此，根据本实施方式，即使在极低温状态下也可使马达20稳定地旋转，从而可供给油压。

在本实施方式中，将初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数分为通常控制模式用与极低温控制模式用来准备，可根据环境温度来选择所述控制参数。

具体而言，在本实施方式中，控制部13基于从外部输入的环境温度信号TS来判定环境温度是否为阈值以下，并在环境温度超过阈值的情况下切换为通常控制模式，在环境温度为阈值以下的情况下切换为极低温控制模式。因此，在环境温度比较高、油F的粘度比较低的情况下，可通过通常控制模式适宜地提高马达20的转速，并通过泵30适宜地输送油F。另一方面，在环境温度比较低、油F的粘度比较高的情况下，可通过极低温控制模式抑制马达20的转速，从而抑制马达20的负载扭矩增大。如此，在本实施方式中，通过根据环境温度切换通常控制模式与极低温控制模式，即使在极低温状态下，也可抑制负载扭矩的增大、即输出电流值的上升，可不使马达20的旋转停止而实现顺畅且稳定的马达控制。

在本实施方式中，在极低温控制模式下，初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数全部是比通常控制模式小的值。因此，如图2所示，假设在相同的时刻开始了各模式的情况下，无论在哪一时刻，均可使极低温控制模式下的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比小于通常控制模式下的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比。通过使极低温控制模式下的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比小于通常控制模式，在通过极低温控制模式对马达20进行控制的整个期间，可使马达20的转速比通过通常控制模式对马达20进行控制时小。因此，可更适宜地抑制马达20的负载扭矩增大。

具体而言，在本实施方式中，在环境温度大于-10℃的情况下，基于以油F的粘度比较低的状态为前提所决定的通常控制模式用的初始占空比X1、占空比增大速度X2及目标占空比X3，对从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比进行控制。另一方面，在环境温度为-10℃以下的情况下，基于以油F的粘度比较高的状态为前提所决定的极低温控制模式用的初始占空比Y1、占空比增大速度Y2及目标占空比Y3，对从反相器电路12向马达20输出的驱动信号DSu、驱动信号DSv及驱动信号DSw的占空比进行控制。

此外，在所述实施方式中，例示了极低温控制模式用的三个控制参数全部是比通常控制模式小的值的情况，但只要极低温控制模式用的三个控制参数的至少一个是比通常控制模式小的值，便能够获得可抑制负载扭矩的增大(即输出电流值的上升)的效果。然而，为了使所述效果最大化，优选极低温控制模式用的三个控制参数全部是比通常控制模式小的值。

例如，也可如图2所示的单点链线所示，将极低温控制模式用的初始占空比Y1设为与通常控制模式相同的值(10％)，将占空比增大速度Y2与目标占空比Y3(17％)设为比通常控制模式小的值。或者，在极低温控制模式中，也可为三个控制参数中的初始占空比与目标占空比这两者是比通常控制模式小的值。在所述情况下，也能够获得可抑制负载转矩的增大、即可抑制输出电流值的上升的效果。

在所述实施方式中，例示了极低温控制模式下的初始占空比Y1与目标占空比Y3之差的绝对值比通常控制模式下的初始占空比X1与目标占空比X3之差的绝对值小的情况。由此，可进一步减小从驱动马达20时起至旋转结束为止的驱动信号的占空比之差。其结果，能够获得与通常控制模式的输出电流值的上升相比，极低温控制模式的输出电流值的上升可进一步得到抑制的效果。

[变形例]

本发明并不限定于所述实施方式，本说明书中所说明的各构成可在不相互矛盾的范围内适当组合。

例如，在所述实施方式中例示了从外部温度传感器300将环境温度的信息供给至马达驱动装置10的控制部13的构成，但也可如图3所示的马达驱动装置10A那样，采用马达驱动装置还包括温度传感器15的构成。

温度传感器15对环境温度进行检测，并将表示环境温度的环境温度信号TS输出至控制部13。作为温度传感器15，只要可输出与环境温度具有相关关系的信号，则可使用任意的传感器。此情况下的控制部13基于从温度传感器15输入的环境温度信号TS来判定环境温度是否为阈值以下，并在环境温度超过阈值的情况下切换为通常控制模式，在环境温度为所述阈值以下的情况下切换为极低温控制模式。

通过采用此种构成，可由马达驱动装置自身完成包括温度检测在内的全部操作。

另外，也可如图4所示的马达驱动装置10B那样，采用根据从外部的上位控制装置400输入的工作指令信号DS切换控制模式的构成。在所述情况下，当从上位控制装置400输入的工作指令信号DS的占空比包含于第一范围内时，控制部13切换为通常控制模式，当工作指令信号DS的占空比包含于第二范围内时，控制部13切换为极低温控制模式。

通过采用此种构成，不需要在马达驱动装置侧把握环境温度，可削减装置成本，且可实现马达驱动装置的轻量化与小型化。

Claims

1.一种马达驱动装置，对马达进行驱动，所述马达驱动装置包括：

驱动部，将用于驱动所述马达的驱动信号输出至所述马达；以及

控制部，基于初始占空比、占空比增大速度及目标占空比这三个控制参数，对所述驱动信号的占空比进行控制，

所述控制部具有所述三个控制参数分别为规定值的通常控制模式、以及所述三个控制参数的至少一个为比所述通常控制模式小的值的极低温控制模式。

2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中，所述控制部基于从外部输入的环境温度信号来判定环境温度是否为阈值以下，并在所述环境温度超过所述阈值的情况下切换为所述通常控制模式，在所述环境温度为所述阈值以下的情况下切换为所述极低温控制模式。

3.根据权利要求1所述的马达驱动装置，还包括传感器，所述传感器对环境温度进行检测，并将表示所述环境温度的环境温度信号输出至所述控制部，

所述控制部基于从所述传感器输入的所述环境温度信号来判定所述环境温度是否为阈值以下，并在所述环境温度超过所述阈值的情况下切换为所述通常控制模式，在所述环境温度为所述阈值以下的情况下切换为所述极低温控制模式。

4.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中，在从外部输入的工作指令信号的占空比包含于第一范围内的情况下，所述控制部切换为所述通常控制模式，在所述工作指令信号的占空比包含于第二范围内的情况下，所述控制部切换为所述极低温控制模式。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的马达驱动装置，其中，在所述极低温控制模式下，所述三个控制参数中的所述初始占空比与所述目标占空比这两者是比所述通常控制模式小的值。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的马达驱动装置，其中，在所述极低温控制模式下，所述三个控制参数全部是比所述通常控制模式小的值。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的马达驱动装置，其中，所述极低温控制模式下的所述初始占空比与所述目标占空比之差的绝对值小于所述通常控制模式下的所述初始占空比与所述目标占空比之差的绝对值。

8.一种电动油泵装置，包括：

马达，具有轴；

泵，位于所述轴的轴向一侧，经由所述轴而被所述马达驱动，以喷出油；以及

如权利要求1至7中任一项所述的马达驱动装置，对所述马达进行驱动。