DE102015220330A1

DE102015220330A1 - Antriebssteuereinrichtung und Motoransteuersystem

Info

Publication number: DE102015220330A1
Application number: DE102015220330.1A
Authority: DE
Inventors: Yuuji Hidaka; Kiyoshi Nagata; Masaya Ootake; Hirokazu Toyoda; Manabu Nomura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: US20160118918A1; JP2016086467A; DE102015220330B4; CN105553351B; US9780707B2; CN105553351A; JP6176222B2

Abstract

Eine Antriebssteuereinrichtung, die einen Antrieb eines Motors steuert. Die Antriebssteuereinrichtung führt während einer Motorstartzeit eine Kollisionskraftmoderationssteuerung, während welcher eine Kollisionskraft bei einer Kollision zwischen einer Wellenaußenwand mit einer Impellerlochinnenwand für eine Positionierung moderiert wird, durch Ändern einer Leistungsversorgung zu einer Phasenübergangszeit des Übergehens von einer Positionserfassung zu einer Positionsbestimmung durch. Der maximale Wert eines ersten Ausgangswerts (I1) während einer Positionserfassungszeit wird so festgelegt, dass er größer ist als ein erster Schwellenwert (I1MIN), der zumindest bewirkt, dass eine Drehzahl des Motors in einer erfassbaren Induktionsspannung resultiert. Ein zweiter Ausgangswert (I2) während einer Positionsbestimmungszeit wird so festgelegt, dass er niedriger ist als ein zweiter Schwellenwert (I2MAX), der einen Verschleiß oder einen Bruch eines Impellers durch die Kollisionskraft bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Antriebssteuereinrichtung und ein Motorantriebssystem, das eine solche Ansteuereinrichtung verwendet.
Allgemein wird eine Antriebssteuereinrichtung für eine Antriebssteuerung eines Motors durch die Steuerung eines in einem Motor fließenden elektrischen Stroms verwendet, welcher entweder durch Steuern einer an den Motor angelegten elektrischen Spannung oder durch Steuern einer dem Motor zugeführten elektrischen Leistung realisiert wird.
Zum Beispiel legt eine in einem Patentdokument, der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2011-148379 (Patentdokument 1), offenbarte Motorantriebseinrichtung für eine Verringerung einer Anlaufzeit ein Beschränkungsniveau für einen elektrischen Strom einer erzwungenen Kommutation auf ein Übernormalniveau fest, welches höher ist als ein bei einer Motorrotation in einem normalen Zustand bei einer konstanten Anzahl von Motorrotationen bzw. Motordrehzahl verwendetes Beschränkungsniveau, wenn ein bürstenloser Motor des positionssensorlosen Typs gestartet wird bzw. anläuft.
Allgemein wird ein von dem Motor ausgegebenes bzw. abgegebenes Motordrehmoment über einen Eingriff zwischen einem rotierbaren Eingreifer eines Rotors und einem Kraftempfänger der Last in einem ”rotierbar-spalthaltigen Zustand” übertragen.
Genauer ist der rotierbare Eingreifer als ein Stab bereitgestellt, welcher mit einer Innenseite eines Lochs des Kraftempfängers zum Antreiben der Last in Eingriff steht, oder ist der rotierbare Eingreifer als ein Zylinder bereitgestellt, welcher mit einer Außenseite eines Stabs des Kraftempfängers zum Antreiben der Last in Eingriff steht. In jedem Fall steht zu einer Antriebsstartzeit oder zu einer Rückwärtsrotationszeit der rotierbare Eingreifer mit dem Kraftempfänger nach einem kleinen Rotationshub im Eingriff, um mit einer Wand des Kraftempfängers zu kollidieren, und beginnen die beiden Teile nach einer solchen Kollision zusammen zu rotieren.
Wenn ein Betriebsablauf unmittelbar vor einer derartigen Kollision des rotierenden Eingreifers mit dem Kraftempfänger als eine ”Kollisionsvorbereitungsstufe” bzw. ”Kollisionsvorbereitungsphase” bezeichnet wird und ein Betriebsablauf des rotierenden Eingreifers vor dem Kollisionsvorbereitungszustand bzw. vor der Kollisionsvorbereitungsphase als ein ”Vorbetriebszustand” bzw. eine ”Vorbetriebsphase” bezeichnet wird, wird der Übergang von der Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase durch eine Umschaltung der Leistungsversorgung bewirkt.
Zum Beispiel wird zur Startzeit des bürstenlosen Motors eines positionssensorlosen Typs die Position des Rotors durch Durchführen einer voreingestellten Leistungsversorgung ”erfasst”, wird eine Antriebsstartposition auf der Grundlage einer erfassten Position des Rotors ”ermittelt” bzw. ”bestimmt”, und wird der Rotor nachfolgend durch Umschalten der Leistungsversorgung für das ”Positionieren” des Rotors zu der Antriebsstartposition rotiert. In einem bürstenlosen Dreiphasen-Motor erhalten zwei von drei Phasen eine Leistungsversorgung für eine Rotation des Rotors, und wird eine Position des Rotors auf der Grundlage einer Induktionsspannung in einer nicht mit Leistung versorgten Phase erfasst, welches ein Betriebsablauf in der ”Vorbetriebsphase” ist, und wird die Rotation des Rotors zu der Antriebsstartposition für die Positionierung in der ”Kollisionsvorbereitungsphase” durchgeführt.
Die Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger, welche vorübergehend einen Bruchschwellenwert des Materials der beiden Teile überschreiten kann, oder im Wiederholungsfall zu einer Materialermüdung führen kann, verursacht einen Abrieb oder einen Bruch des Schwächeren aus dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger, in Kombination mit komplexen externen Faktoren hoher Temperatur, hohen Drucks, starker Vibration und dergleichen.
Wenn zum Beispiel der Stab als der rotierbare Eingreifer aus Metall hergestellt ist und der Kraftempfänger aus einem Harz hergestellt ist, kann zu jeder Startzeit die Innenwand des Kraftempfängers wiederholt mit dem Stab kollidieren, und kann ermüdet, rissig oder gebrochen werden.
Bei der Einrichtung des Patentdokuments 1 wird, obwohl das Beschränkungsniveau für den elektrischen Strom von einem Gesichtspunkt der Verringerung der Anlauf- bzw. Hochfahrzeit des bürstenlosen Motors aus manipuliert wird, ein durch eine Kollision zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger oder dergleichen verursachter Verschleiß oder Bruch des Materials nicht berücksichtigt.
Die Erfindung stellt eine Motorsteuereinrichtung und ein Motorantriebssystem, das eine derartige Steuereinrichtung verwendet, bereit, welche ein Verhindern von Verschleiß und Bruch der Teile aufgrund der Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Motorsteuereinrichtung steuert einen Antrieb eines Motors, der ein Drehmoment an eine Last abgibt. Die Antriebssteuereinrichtung beinhaltet einen Mikrocomputer, der dazu konfiguriert ist, einen Leistungsversorgungssteuerabschnitt zu beinhalten, der eine Leistungsversorgung bzw. Leistungszufuhr, welche einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Leistung beinhaltet, zu dem Motor steuert. Der Motor weist einen Stator und einen Rotor auf, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist und einen rotierbaren Eingreifer hat, welcher mit einem Kraftempfänger der Antriebslast in Eingriff steht. Der Eingriff des rotierbaren Eingreifers und des Kraftempfängers ist mit einem zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten und eine Rotation des rotierbaren Eingreifers relativ zu dem Kraftempfänger erlaubenden Spalt eingerichtet. Wenn während einer Motorstartzeit oder während einer Motorantriebszeit eine Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger vorhergesagt wird, führt der Leistungsversorgungssteuerabschnitt eine Kollisionskraftmoderationssteuerung in einer Vorbetriebsphase und einer Kollisionsvorbereitungsphase durch. Darüber hinaus steuert die Vorbetriebsphase der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Vorbetrieb des rotierbaren Eingreifers vor der Kollision. Ferner steuert die Kollisionsvorbereitungsstufe der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Betrieb des rotierbaren Eingreifers ausgehend von einer auf die Vorbetriebsphase folgenden Umschaltung der Leistungsversorgung durch den Leistungsversorgungssteuerabschnitt bis zu der Kollision. Darüber hinaus ändert die Kollisionskraftmoderationssteuerung für eine Moderation einer in der vorhergesagten Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger erzeugten Kollisionskraft einen ersten Ausgangswert der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf einen zweiten Ausgangswert der Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase.
Das heißt, dass erfindungsgemäß dann, wenn die Leistungsversorgung in Übereinstimmung mit einem Übergang von der Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase vor einer Kollision umgeschaltet wird, die Umschaltung der Leistungsversorgung (i) für eine Startfähigkeit des Motors (das heißt zum Starten bzw. Anlaufen des Motors in einer kurzen Zeitspanne) in zum Beispiel der Vorbetriebsphase, und (ii) zum Moderieren der Kollisionskraft in der Kollisionsvorbereitungsphase durchgeführt wird.
Daher werden die Antriebseigenschaften des Motors vorzugsweise aufrechterhalten, während ein Verschleiß und ein Bruch der Motorkomponente durch die Kollision zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger verhindert werden.
Das erfindungsgemäße Motorantriebssystem beinhaltet einen Motor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist. Der Rotor hat einen rotierbaren Eingreifer, welcher mit einem Kraftempfänger einer Last in Eingriff steht. Der Eingriff des rotierbaren Eingreifers und des Kraftempfängers ist durch einen zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten rotierbaren Spalt eingerichtet, um ein von dem Motor abgegebenes Drehmoment zu übertragen. Das Motorantriebssystem hat darüber hinaus eine Last, die den Kraftempfänger beinhaltet, und eine Antriebssteuereinrichtung, die einen Antrieb eines Motors steuert, der ein Drehmoment an eine Last abgibt. Die Antriebssteuereinrichtung ist dazu konfiguriert, einen Leistungsversorgungssteuerabschnitt zu beinhalten, der eine Leistungsversorgung, welche einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Leistung beinhaltet, zu dem Motor steuert, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist. Der Rotor hat einen rotierbaren Eingreifer, welcher mit einem Kraftempfänger der Antriebslast in Eingriff steht. Der Eingriff des rotierbaren Eingreifers und des Kraftempfängers ist mit einem zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten Spalt eingerichtet, um eine Rotation des rotierbaren Eingreifers relativ zu dem Kraftempfänger zu erlauben. Wenn während einer Motorstartzeit oder während einer Motorantriebszeit eine Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger vorhergesagt wird, führt der Leistungsversorgungssteuerabschnitt eine Kollisionskraftmoderationssteuerung in einer Vorbetriebsphase und einer Kollisionsvorbereitungsphase durch. Darüber hinaus steuert die Vorbetriebsphase der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Vorbetrieb des rotierbaren Eingreifers vor der Kollision. Ferner steuert die Kollisionsvorbereitungsstufe der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Betrieb des rotierbaren Eingreifers ausgehend von einer auf die Vorbetriebsphase folgenden Umschaltung der Leistungsversorgung durch den Leistungsversorgungssteuerabschnitt bis zu der Kollision. Darüber hinaus ändert die Kollisionskraftmoderationssteuerung für eine Moderation einer in der vorhergesagten Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger erzeugten Kollisionskraft einen ersten Ausgangswert der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf einen zweiten Ausgangswert der Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase.
Das erfindungsgemäße Motorantriebssystem verhindert Verschleiß und Bruch der relevanten Komponenten aufgrund einer Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger durch Durchführen der Kollisionskraftmoderationssteuerung der Motorsteuereinrichtung, wenn die Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger während der Motorstartzeit oder während der Motorantriebszeit vorhergesagt wird.
Ferner kann als eine Anwendung der Erfindung ein Motorantriebssystem in einem Fahrzeug zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe, eines Lüfters usw. als eine Antriebslast unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Motorsteuereinrichtung ein geeignetes Zielobjekt sein, da der Motor in dem Fahrzeug sehr häufig gestartet und gesteuert wird und ebenso erwartet wird, dass er eine lange Lebensdauer hat.
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser entnehmbar. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Antriebssteuereinrichtung und einer Kraftstoffpumpe in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht von 1 entlang einer Linie II-II in 1;
3 eine Darstellung eines Impellers der Kraftstoffpumpe in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein schematisches Diagramm einer Schaltungskonfiguration der Antriebssteuereinrichtung in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A eine Darstellung einer Rotorpositionierung, bei welcher ein Rotor an eine Antriebsstartposition positioniert wird;
5B eine Darstellung der Rotorpositionierung, bei welcher der Rotor an einer anderen Position als der Antriebsstartposition positioniert wird;
6A/B/C Darstellungen einer Beziehung zwischen einer Welle und dem Impeller bei (A) einer Stoppzeit, (B) einer Positionierungszeit und (C) einer Anlaufzeit eines bürstenlosen Motors;
7 ein Zeitdiagramm einer Kollisionskraftmoderationssteuerung in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ein Zeitdiagramm einer Kollisionskraftmoderationssteuerung in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 ein Zeitdiagramm einer Kollisionskraftmoderationssteuerung in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
10 ein Zeitdiagramm einer Positionierungssteuerung in einem Vergleichsbeispiel.
Nachstehend werden die Antriebssteuereinrichtung und das Motorantriebssystem, welches die Antriebssteuerung des Motors unter Verwendung der Antriebssteuereinrichtung durchführt, in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung auf der Grundlage der Zeichnung beschrieben. Zugunsten der Lesbarkeit der Zeichnung können die Bezugszeichen nur einem oder zweien derselben Komponenten oder nur einem oder zwei Teilen der mehreren äquivalenten Teile in einer Zeichnung zugewiesen sein.
(Gemeinsame Struktur)
Nachstehend wird/werden die Konfiguration und/oder die Struktur, die jedem der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung gemeinsam ist/sind, unter Bezugnahme auf die 1 bis 6C beschrieben.
Ein in 1 gezeigtes Motorantriebssystem 100 ist in einem Fahrzeug 9 installiert und beinhaltet eine Kraftstoffpumpe 1, in welcher ein bürstenloser Motor 4 (der fürderhin als ”der Motor 4” bezeichnet wird) und ein Impeller bzw. Antriebsrad oder Laufrad 80 als eine ”Last” in einem Körper bzw. einem Gehäuse kombiniert bzw. integriert oder aufgenommen sind, und eine Antriebssteuereinrichtung 90.
Die Kraftstoffpumpe 1 wird mit der elektrischen Leistung angetrieben, die zum Beispiel von einer Batterie 96 des Fahrzeugs 9 geliefert wird. Die Kraftstoffpumpe 1 saugt einen Kraftstoff in einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank an und entlädt, um den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine 8, die ein Kraftstoffzufuhrobjekt ist, zuzuführen, und stellt damit ein Beispiel einer ”Flüssigkeits- bzw. Liquidpumpe zum Zuführen einer Flüssigkeit bzw. eines Liquids unter Druck” dar. In dem Fall, dass das Fahrzeug 9 ein im Leerlauf stoppendes bzw. mit einer Start/Stop-Funktion ausgerüstetes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug ist, kann die Kraftstoffpumpe 1 in einer vorbestimmten Zeitspanne einer erwarteten Nutzungsdauer sehr häufig gestartet und gestoppt werden (das heißt eine hohe Anzahl von Einschaltungen und Ausschaltungen aufweisen). In anderen Worten kann die Kraftstoffpumpe 1 sehr häufig gestartet werden, nachdem sie angehalten wurde.
Die Kraftstoffpumpe 1 ist mit dem Motor 4, einem Gehäuse 5, einer Pumpenabdeckung 10, einem Abdeckungsende 20 und dem Impeller 80 als eine ”Last” zusammen mit anderen Teilen bereitgestellt.
Der Motor 4 ist mit einem Stator 30, der als ein Stator dient, einer Wicklung 40, einem Rotor 50, der als ein ”Rotor” dient, und einer Welle 60, die als ein ”rotierbarer Eingreifer” dient, zusammen mit anderen Teilen bereitgestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Stator 30 ein Segment 31 und einen Isolator 34 und dergleichen auf.
Das Segment 31 ist aus einem laminierten Eisenkern erzeugt, welcher aus geschichteten dünnen Platten des magnetischen Materials besteht. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Segmente 31 bereitgestellt. Das Segment 31 weist einen Jochteil 32 und einen Zahnteil 33 auf. Der Stator 30 ist in einer Zylinderform ausgebildet, als eine Anordnung von sechs Jochteilen 32, die eine hexagonale Röhrenform ausbilden. Der Zahnteil 33 erstreckt sich ausgehend von dem Zentrum des Jochteils 32 in eine radial einwärts gerichtete Richtung. Der Isolator 34 ist aus Harz erzeugt und ist auf dem Zahnteil 33 des Segments 31 angeordnet.
Die Wicklung 40 ist zum Beispiel mit Metall (beispielsweise Kupfer) erzeugt und besteht aus einer U-Phasenwicklung 41, einer V-Phasenwicklung 42 und einer W-Phasenwicklung 43, und ist auf dem Zahnteil 33 des Stators 30 angeordnet (das heißt auf den Isolator 34 gewickelt). Die U-Phasenwicklung 41 dient als eine O-Phase des Motors 4, die V-Phasenwicklung 42 dient als eine V-Phase des Motors 4, und die W-Phasenwicklung 43 dient als eine W-Phase des Motors 4.
Der Rotor 50 ist in einer Zylinderform ausgebildet, und weist einen Kern 51 und Magnete 52, 53, 54, 55 auf. Der Rotor 50 ist in einem Inneren des Stators 30 drehbar bzw. rotierbar.
Der Kern 51 ist näherungsweise in Zylinderform ausgebildet und weist ein Loch 511 in dem Zentrum bzw. der Mitte auf. Die Magnete 52, 53, 54 und 55 sind in Folge entlang einer Peripherie an einer Außenwand des Kerns 51 angeordnet. Die Magnete 52 und 54 sind so magnetisiert, dass die entsprechenden außenseitigen Positionen des Rotors 50 als der S-Pol dienen. Die Magnete 53 und 55 sind so magnetisiert, dass die entsprechenden außenseitigen Positionen des Rotors 50 als der N-Pol dienen. Das heißt, die Außenwand des Rotors 50 weist die N-Pole und die S-Pole auf, die in Folge abwechselnd angeordnet sind.
Folglich ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Motor 4 ein bürstenloser Dreiphasen-Motor mit vier Polen (das heißt 2 Polpaaren) und sechs Schlitzen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem bürstenlosen Motor 4 keine Positionserfassungseinrichtung, welche in der Lage ist, die Rotationsposition des Rotors 50 zu erfassen, bereitgestellt. Das heißt, der Motor 4 ist ein bürstenloser Motor eines positionssensorlosen Typs.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, da die Anzahl von EIN-AUS-Zeiten der Kraftstoffpumpe 1 in einer vorbestimmten Zeitspanne groß ist, die Anzahl von EIN-AUS-Zeiten des bürstenlosen Motors 4 groß.
Die Welle 60 ist in einer Stabform (d. h. in Form einer langen Säule) aus Metall (beispielsweise aus rostfreiem Stahl) ausgebildet. Die Welle 60 passt in (das heißt greift in) das Loch 511 des Kerns 51 des Rotors 50 ein und ist mit dem Rotor 50 verbunden. Dadurch ist die Welle 60 zusammen mit dem Rotor 50 rotierbar bzw. drehbar.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat ein Ende 61 der Welle 60 einen D-förmigen Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Welle 60 verläuft (vgl. 3). Die D-Form bedeutet, dass zumindest ein Abschnitt einer runden und umfänglichen Wand der Welle 60 als eine ebene Oberfläche ausgebildet ist. Eine ebene Außenwand 611 der Welle 60 und eine gekrümmte Außenwand 612 entsprechen einer ”antreibenden” Außenwand. Ferner sind Ecken 613 und 614 einschließlich der Grenze zwischen der ebenen Außenwand 611 und der gekrümmten Außenwand 612 so verjüngt, dass sie eine übergangslose Oberfläche aufweisen.
Das Gehäuse 5 ist im Wesentlichen in einer Zylinderform ausgebildet, zum Beispiel aus Metall (beispielsweise Eisen). Eine Oberfläche des Gehäuses weist eine Plattierungsbehandlung durch zum Beispiel Zink oder Zinn auf.
Die Pumpenabdeckung 10 ist in Form einer runden Scheibe ausgebildet, zum Beispiel aus Metall (beispielsweise Aluminium), und verschließt ein Ende des Gehäuses 5. Die Pumpenabdeckung 10 ist an einer Innenseite des Gehäuses 5 durch Verkleben des Endteils des Gehäuses 5 in Richtung radial innenseitig befestigt, welches ein Abfallen der Pumpenabdeckung 10 entlang einer axialen Richtung der Kraftstoffpumpe 1 verhindert. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Pumpenabdeckung 10 einen Ansaugteil 11 in einer Röhrenform auf. Der Ansaugteil 11 stellt einen Ansaugkanal 111 bereit, welcher entlang einer Plattendickenrichtung durch die Pumpenabdeckung 10 verläuft.
Das Abdeckungsende 20 ist in einer Scheibenform ausgebildet, zum Beispiel aus Harz, und verschließt das andere Ende des Gehäuses 5. Das Abdeckungsende 20 weist einen äußeren Randabschnitt auf, der in eine Innenseite des anderen Endes des Gehäuses 5 pressgepasst ist. Das Abdeckungsende 20 ist in der Innenseite des Gehäuses 5 durch Verkleben des anderen Endes des Gehäuses 5 in Richtung radial innenseitig befestigt, welches ein Abfallen des Abdeckungsendes 20 entlang einer axialen Richtung der Pumpe 1 verhindert.
Wie in 1 gezeigt ist, sind das Segment 31, der Isolator 34 und die Wicklung 40, die den Stator 30 bilden, mit dem Harz vergossen, das das Abdeckungsende 20 bildet. Das heißt, der Stator 30 und das Abdeckungsende 20 sind so vergossen, dass sie nur einen Körper mit dem Harzverguss aufweisen. Folglich ist der Stator 30 koaxial in einem Inneren des Gehäuses 5 aufgenommen.
An einer Position zwischen der Pumpenabdeckung 10 und dem Stator 30 ist ein Pumpengehäuse 70 im Wesentlichen in einer Zylinderform bereitgestellt, welches aus zum Beispiel Metall (beispielsweise Aluminium) hergestellt ist. Ein Loch 71, welches entlang einer Plattendickenrichtung durch das Pumpengehäuse 70 verläuft, ist an dem Mittenteil des Pumpengehäuses 70 gebohrt. Das Loch 71 des Pumpengehäuses 70 weist ein in das Loch 71 eingesetztes Lagerelement 72 auf. Das Lagerelement 72 hat zum Beispiel eine Zylinderform, mit einem gesinterten Metall aus Kupfer oder dergleichen.
Ein Lager 22 ist an der Mitte des Abdeckungsendes 20 auf einer Seite des Rotors 50 ausgebildet. Das Lager 22 ist an der Mitte des Abdeckungsendes 20 in einer gegenüber dem Abdeckungsende 20 vorstehenden Weise erzeugt. Die Mittenachse des Lagers 22 ist koaxial mit der Achse des Abdeckungsendes 20 angeordnet. Das heißt, das Lager 22 ist an der Mittenachse des Abdeckungsendes 20 ausgebildet. Im Inneren des Lagers 22 ist ein Lagerteil 23 fest eingesetzt. Der Lagerteil 23 ist in einer Zylinderform mit dem gesinterten Metall aus Kupfer oder dergleichen ausgebildet, genauso wie das Lagerelement 72.
Das Loch des Pumpengehäuses 70 lagert das eine Ende 61 der Welle 60 über das Lagerelement 72. Das Lager 22 des Abdeckungsendes 20 lagert ein anderes Ende 62 der Welle 60 über den Lagerteil 23. Dadurch werden der Rotor 50 und die Welle 60 durch das Pumpengehäuse 70 und das Abdeckungsende 20 über das Lagerelement 72, das Loch 71, den Lagerteil 23 und das Lager 22 rotierbar abgestützt.
Der Impeller 80, welcher in einer näherungsweise runden Scheibenform aus Harz (beispielsweise Polyphenylsulfid (PPS)) ausgebildet ist, ist in einem Pumpenraum 73 mit einer runden Scheibenform, der an einer Position zwischen der Pumpenabdeckung 10 und dem Pumpengehäuse 70 erzeugt ist, aufgenommen. Ein den Impeller 80 entlang einer Plattendickenrichtung durchstoßendes Loch 81 ist an dem Zentrum des Impellers 80 gebohrt. Das Loch 81 ist in der der Form des Zeichens D ähnelnden Form erzeugt, welche dem Querschnitt des einen Endes 61 der Welle 60 entspricht. Eine ebene Innenwand 811 des Lochs 81 und eine gekrümmte Innenwand 812 entsprechen einer ”angetriebenen Innenwand”.
Das eine Ende 61 der Welle 60, das als ein ”rotierbarer Eingreifer” dient, greift in das Loch 81, das als ein ”Kraftempfänger” bzw. ”Kraftaufnehmer” dient, in einem einen Spalt reservierenden bzw. bereitstellenden Zustand ein, in welchem, nachdem ein Spalt zwischen dem Loch 81 und dem einen Ende 61 der Welle 60 mit in einer richtungsrotierenden Welle 60 erschöpft bzw. geschlossen ist, das eine Ende 61 mit dem Loch 81 kollidiert bzw. in Anlage gerät. Durch Reservieren bzw. Freihalten eines solchen Spalts werden ein Montagefehler und ein Dimensionierungsfehler des Impellers 80 absorbiert bzw. ausgeglichen. Nach dem Eingreifen des einen Endes 61 der Welle 60 mit dem Loch 81 rotiert die Welle 60 zusammen mit dem Rotor 50, und rotiert der Impeller 80 in dem Pumpenraum 73.
Eine Seite der Pumpenabdeckung 10, die dem Impeller 80 gegenüberliegt, weist eine C-förmige Nut 12 auf, die auf der Pumpenabdeckung 10 ausgebildet ist. Die Nut 12 ist mit dem Ansaugkanal 111 verbunden. Ferner weist eine Seite des Pumpengehäuses 70, die dem Impeller 80 gegenüberliegt, eine C-förmige Nut 74 auf, die an dem Pumpengehäuse 70 ausgebildet ist. Die Nut 74 hat einen Durchlass 75, der entlang einer Plattendickenrichtung durch das Pumpengehäuse 70 verläuft, auf ihr ausgebildet. Der Impeller 80 hat einen Schaufelteil 82 an einer der Nut 12 und der Nut 74 entsprechenden Position.
Ein Ausstoßteil 21 ist an dem Abdeckungsende 20 bereitgestellt. Der aus Harz hergestellte Ausstoßteil 21 ist in einem Körper bzw. einstückig oder einteilig so mit dem Abdeckungsende 20 erzeugt, dass er gegenüber dem Abdeckungsende 20 vorsteht, und von dem Abdeckungsende 20 weg (das heißt von der Pumpenabdeckung 10 weg) vorsteht. In einem Inneren des Ausstoßteils 21 ist ein Ausstoßkanal 211 bereitgestellt. Der Ausstoßkanal 211 kommuniziert mit einem Raum 6, der an einer Position zwischen der Pumpenabdeckung 10 in dem Gehäuse 5 und dem Abdeckungsende 20 erzeugt ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Ausstoßteil 21 mit einer Versorgungsleitung 7 verbunden, welche ein Ende mit dem Ausstoßteil 21 verbunden und das andere Ende mit der Brennkraftmaschine 8 verbunden aufweist. Der in dem Raum 6 durch die Rotation des Impellers 80 druckbeaufschlagte Kraftstoff durchläuft den Ausstoßkanal 211, wird aus dem Ausstoßteil 21 ausgestoßen, und wird über die Versorgungsleitung 7 der Brennkraftmaschine 8 zugeführt.
Ein Anschluss 44 ist auf dem Abdeckungsende 20 angeordnet (vgl. 1).
Der Anschluss 44 ist in einer Stabform mit Metall (beispielsweise Kupfer) erzeugt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Anschlüsse 44 bereitgestellt. Ein Ende jedes der drei Anschlüsse 44 ist jeweils mit der U-Phasenwicklung 41, der V-Phasenwicklung 42 und der W-Phasenwicklung 43 verbunden, und das andere Ende jedes der drei Anschlüsse ist in dem Abdeckungsende 20 vergraben und an einer gegenüberliegenden Seite des Abdeckungsendes 20 (das heißt, von einer Seite aus, die von der Pumpenabdeckung 10 weg zeigt), freigelegt.
Die Antriebssteuereinrichtung 90 ist eine Kraftstoffpumpensteuereinrichtung (FPC; Fuel Pump Controller), die eine Antriebssteuerung des Motors 4 durchführt, welcher ein Teil der Kraftstoffpumpe 1 ist. Die Antriebssteuereinrichtung 90 ist mit dem Anschluss 44 und mit der Batterie 96 verbunden, wandelt die elektrische Leistung der Batterie 96 in eine elektrische Dreiphasenleistung bzw. dreiphasige elektrische Leistung um, und liefert die elektrische Leistung der Batterie 96 an den Motor 4.
Wie in 4 gezeigt ist, weist die Antriebssteuereinrichtung 90 einen Mikrocomputer 91, eine Ansteuerschaltung 94 und einen Dreiphasen-Inverter 95 auf.
Eine Brückenverbindung aus sechs Schaltelementen 951–956 ist so organisiert, dass der Dreiphasen-Inverter 95 in die Lage versetzt ist, die Leistungsversorgung zu der Wicklung 40 (das heißt, zu der U-Phasenwicklung 41, der V-Phasenwicklung 42, der W-Phasenwicklung 43) umzuschalten. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET) als die Schaltelemente 951–956 verwendet. Nachstehend werden die Schaltelemente 951–956 als Metalloxid-Halbleiter (MOS) 951–956 bezeichnet.
Drei hochseitige MOS 951–943 weisen jeweils einen Drainanschluss, der mit einem positiven Anschluss bzw. einer Plus-Klemme der Batterie 96 verbunden ist, und einen Sourceanschluss, der mit dem Drainanschluss der 3 niedrigseitigen MOS 954–956 verbunden ist, auf. Drei niedrigseitige MOS 954–956 weisen jeweils einen Sourceanschluss auf, der mit einem negativen Anschluss bzw. einer Minus-Klemme der Batterie 96 (das heißt mit einer Masse) verbunden ist.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der Knotenpunkt des MOS 951 und des MOS 954, welche gepaart sind, mit dem einen Ende der U-Phasenwicklung 41 verbunden. Ferner ist der Knotenpunkt des MOS 952 und des MOS 955, welche ebenfalls gepaart sind, mit dem einen Ende der V-Phasenwicklung 42 verbunden. Außerdem ist der Knotenpunkt des MOS 953 und des MOS 956, welche ebenfalls gepaart sind, mit dem einen Ende der W-Phasenwicklung 43 verbunden.
Der Mikrocomputer 91 ist ein kleiner Computer, welcher eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. Direktzugriffsspeicher (RAM), Eingabe/Ausgabe (I/O) usw. aufweist, eine Berechnung in Übereinstimmung mit einem in dem ROM gespeicherten Programm und basierend auf einem Eingangssignal durchführt, ein Steuersignal erzeugt, und das Signal an die Ansteuerschaltung 94 ausgibt.
Spezieller steuert der Mikrocomputer 91 die Drehzahl des Motors 4 und ein Drehmoment des Motors 4 durch Steuern der von dem Dreiphasen-Inverter 95 zu der Wicklung 40 zugeführten elektrischen Leistung.
Der Mikrocomputer 91 des vorliegenden Ausführungsbeispiels erhält die an die U-Phasenwicklung 41, die V-Phasenwicklung 42 und die W-Phasenwicklung 43 angelegte Spannung. Dadurch ist zum Beispiel die in einer nicht mit Leistung versorgten Phase induzierte Induktionsspannung erfassbar, wenn zwei andere Phasen die elektrische Leistung empfangen.
Der Mikrocomputer 91 beinhaltet ferner einen Positionierer 920, der den Rotor 50 an eine Antriebsstartposition zum Starten der Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors 4 bringt, wenn die Antriebssteuerung desselben begonnen wird. Der Positionierer 920 wird für eine sensorlose Steuerung des bürstenlosen Motors 4 verwendet. Der Mikrocomputer 91 beinhaltet darüber hinaus einen Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93, der eine ”Leistungsversorgung” (das heißt zumindest eines von einem elektrischen Strom, einer elektrischen Spannung oder einer elektrischen Leistung), die an die Wicklung 40 des Motors 4 geliefert wird, steuert. Genauer beinhaltet der Positionierer 920 einen Positionsdetektor 921, einen Positionsbestimmer 922, und einen Positionssetzer 923.
Jede der drei vorstehenden Komponenten braucht nicht als eine physikalisch separate Form bereitgestellt zu sein (beispielsweise kann bedarfsweise der Mikrocomputer 91 als der Positionierer 920 und der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 dienen). Einzelheiten des Betriebsablaufs bezüglich jeder dieser Komponenten werden später beschrieben.
Bezüglich der ”Leistungsversorgung” empfängt die Wicklung 40 des Motors 4 im Betrieb eine ”elektrische Leistung” (das heißt einen elektrischen Strom multipliziert mit einer elektrischen Spannung), die anzeigt, dass die Wicklung 40 nicht nur den elektrischen Strom empfangen wird, oder nicht nur die elektrische Spannung empfangen wird.
Erfindungsgemäß wird jedoch die Steuerung der Leistungsversorgung erreicht durch zumindest eines von (i) der Steuerung der elektrischen Leistung, (ii) der Steuerung der elektrischen Spannung, oder (iii) der direkten Steuerung der elektrischen Leistung, und wird dementsprechend beschrieben. Ferner kann die Leistungsversorgung zu der Wicklung 40 des Motors 4 einfach als die Leistungsversorgung zu dem Motor 4 beschrieben sein.
Die Ansteuerschaltung 94 erzeugt ein EIN-AUS-Umschaltsignal, welches ein EIN-AUS des MOS 951–956 in dem Dreiphasen-Inverter 95 auf der Grundlage des von dem Mikrocomputer 91 zugeführten Steuersignals umschaltet, und gibt das erzeugte Signal an das Gate des MOS 951–956 aus. Dadurch führt der MOS 951–956 einen Umschaltvorgang durch und wird die elektrische Leistung aus der Batterie 96 der Wicklung 40 (das heißt, der U-Phasenwicklung 41, der V-Phasenwicklung 42, der W-Phasenwicklung 43) zugeführt.
Wenn der Mikrocomputer 91 die Leistungsversorgung über die Ansteuerschaltung 94 und den MOS 951–956 auf die U-Phasenwicklung 41, die V-Phasenwicklung 42 und die W-Phasenwicklung 43 schaltet, wird in dem Stator 30 ein rotierendes magnetisches Feld bzw. ein magnetisches Drehfeld erzeugt und rotiert der Rotor 50 demgemäß. Wenn der Rotor 50 zusammen mit der Welle 60 rotiert, rotiert auch der mit der Welle 60 in Eingriff stehende Impeller 80.
Nun wird ”ein Start der Antriebssteuerung” des bürstenlosen Motors 4 beschrieben.
Nachstehend kann ”ein Start der Antriebssteuerung” ganz einfach einen ”Beginn” des Betriebs des Motors 4 bedeuten.
Da der bürstenlose Motor 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein positionssensorloser Typ ist, ist die Position des Rotors 50 relativ zu dem Stator 30 unbekannt, wenn die Antriebssteuerung des Rotors 50 noch nicht begonnen worden ist, wobei der Rotor 50 unrotiert bleibt (das heißt angehalten ist). Daher muss bevor die Antriebssteuerung begonnen wird, der Rotor 50 zwangsweise an die ”Antriebsstartposition” relativ zu dem Stator 30 gebracht werden (das heißt, muss an eine Position positioniert werden, an der eine Antriebssteuerung beginnbar ist), welches eine N-Pol-Position des Stators 30 ist, wenn die Leistungsversorgung zu der Wicklung 40 begonnen wird. Das Positionieren des Rotors 50 durch den Mikrocomputer 91 vor der Antriebssteuerung ist eine ”Positionierungssteuerung”.
Wie in den 5A/B gezeigt ist, kann eine ”Antriebsstartposition” des bürstenlosen Motors 4 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, welcher eine ”4 Pole und 6 Nuten”-Konfiguration aufweist, auf eine von 12 Positionen (das heißt, auf eine Winkelposition eines von P1 bis P12) festgelegt werden. Daher ist dann, wenn die Mitte eines der Magneten 52–55 an dem Rotor 50 an einer dieser Positionen P1 bis P12 positioniert ist, die Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors 4 beginnbar (vergleiche 5A).
Die in den 5A/B gezeigte ”Vorwärtsrotation” ist eine Rotation des Rotors 50 und der Welle 60, welche es dem Impeller 80 ermöglicht, den Kraftstoff druckzubeaufschlagen, und die ”Rückwärtsrotation” ist eine Rotation des Rotors 50 und der Welle 60, welche es dem Impeller 80 nicht erlaubt, den Kraftstoff druckzubeaufschlagen. Die Vorwärtsrotation und die Rückwärtsrotation werden in Übereinstimmung mit der Anordnung jeder der Phasenwicklungen 41, 42, 43 und im Hinblick auf den Impeller 80 festgelegt.
Nachstehend wird in Anbetracht der 6A/B/C die Beziehung zwischen der Welle 60 und dem Impeller 80 zu einer Stoppzeit (6A), einer Positionierungszeit (6B), und einer Startzeit (60) des bürstenlosen Motors jeweils beschrieben. Im Folgenden wird das relative Rotieren der Welle 60 und des Impellers 80 um eine Rotationsachse O bewirkt. Ferner entspricht in den 7–10, die nachstehend erwähnt werden, die Stoppzeit einem Abschnitt I zwischen einer Zeit t0 und einer Zeit t1, und entspricht die Positionierungszeit einem Abschnitt III und einem Abschnitt IV zwischen einer Zeit t2 und einer Zeit t6. Die Startzeit entspricht einem Abschnitt VI nach einer Zeit t7.
(6A) Zur Stoppzeit befindet sich die Welle 60 in einer neutralen Position in dem Loch 81 des Impellers 80.
(6B) Zur Positionierungszeit rotiert die Welle 60 in Abhängigkeit von der Position des Rotors 50 vorwärts oder rückwärts an die Antriebsstartposition.
Im Fall der Vorwärtsrotation kollidiert die eine Ecke 613 der Welle 60 mit der Innenwand 811 des Lochs 81 des Impellers 80, und im Fall der Rückwärtsrotation kollidiert die andere Ecke 614 der Welle 60 mit der Innenwand 811 des Lochs 81 des Impellers 80 an einer Position einer Sternmarkierung.
(6C) Zur Startzeit rotiert die eine Ecke 613 der Welle 60, welche in einem Kontaktzustand mit der Innenwand 811 des Lochs 81 des Impellers 80 ist, vorwärts.
Wenn die Rotation eines mit Bürsten versehenen Motors betrachtet wird, welcher in nur eine Richtung (das heißt nur in einer Vorwärtsrichtung) rotiert, wird die eine Ecke 613 der Welle 60 immer in einen Kontaktzustand mit der Innenwand 811 des Lochs 81 des Impellers 80 gebracht. Bei dem bürstenlosen Motor kann jedes Mal, wenn der Motor gestartet wird, die Rotationsrichtung des Motors für die Positionierung an die erste Stelle unterschiedlich sein. Das heißt, jedes Mal, wenn der Motor anläuft, kollidiert entweder die Ecke 613 oder die Ecke 614 mit der Innenwand 811 des Lochs 81, wodurch der Verschleiß oder Bruch des Impellers 80 beschleunigt wird.
Die Kollision der vorstehenden Komponenten kann im Folgenden einfach als eine ”Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80” beschrieben sein.
Nun werden der Positionsdetektor 921, der Positionsbestimmer 922 und der Positionssetzer 923 sowie der Positionierer 920 des Mikrocomputers 91 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Die folgende Beschreibung ist so zu verstehen, dass jedes von 920, 921, 922, 923 als eine Funktion des Mikrocomputers 91 bereitgestellt wird.
Der Positionierer 920 positioniert den Rotor 50 an die Antriebsstartpositionen (das heißt die Positionen P1 bis P12), an welchen die Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors 4 beginnbar ist, wenn der Antrieb des bürstenlosen Motors 4 begonnen wird. Das Verfahren einer solchen Positionierung ist zum Beispiel in dem japanischen Patent JP 2011-36083 A oder dergleichen offenbart.
Der Positionierer 920 weist den Positionsdetektor 921, den Positionsbestimmer 922 und den Positionssetzer 923 auf. Der Positionsdetektor 921 rotiert bzw. dreht einen angehaltenen Rotor 50 durch Zuführen der elektrischen Leistung zu demselben und erfasst die Position des Rotors 50 relativ zu dem Stator 30. In der Praxis liefert der Positionsdetektor 921 die elektrische Leistung an zwei der drei Phasen (das heißt zweien der O-Phasenwicklung 41, der V-Phasenwicklung 42 oder der W-Phasenwicklung 43) und dreht den Rotor 50 zwangsweise. Dann wird die in der Wicklung 40 der nicht mit Leistung versorgten Phase in Übereinstimmung mit der Rotation des Rotors 50 erzeugte Induktionsspannung zur Positionserfassung des Rotors 50 relativ zu dem Stator 30 erfasst. Während einer solchen Positionserfassung ist die Rotationsrichtung bzw. Drehrichtung des Rotors 50 durch den Positionsdetektor 921 auf der Grundlage der Änderung der erfassten Induktionsspannung erfassbar.
Der Positionsbestimmer 922 bestimmt die ”Antriebsstartposition” auf der Grundlage der Position und der Rotationsrichtung des Rotors 50, welche wie vorstehend erfasst werden. Genauer wird, wie in 5B gezeigt ist, dann, wenn ein Zentrum bzw. eine Mitte C1 (das heißt ein S-Pol) des Magneten 52 des Rotors zwischen der Position P11 und der Position P12 liegt und der Rotor 50 rückwärts dreht, die Position P11 als eine ”Antriebsstartposition” bestimmt bzw. ermittelt.
Der Positionssetzer 923 schaltet die Leistungsversorgung auf die Wicklung 40 zum Rotieren (d. h. Positionieren) des Rotors 50 an die durch den Positionsbestimmer 922 bestimmte Antriebsstartposition. In der Praxis wird das Zentrum bzw. die Mitte C1 des Magneten 52 durch Zuführen der Leistungen zu den drei Phasen an die Position P11 gebracht, welche durch den Positionsbestimmer 922 bestimmt wird, wie zum Beispiel in 5B gezeigt ist.
Daher führt ausgehend von dem Stoppzustand des Rotors 50 der Positionierer 920 zu der Zeit, zu der der Rotor 50 an die Antriebsstartposition positioniert wird, die elektrische Leistung zumindest zweimal der Wicklung 40 zu, einmal für die Positionserfassung des Rotors und einmal für die Positionsbestimmung. Das heißt, die Leistungsversorgung zu der Wicklung 40 wird während der Positionierung des Rotors 50 zumindest einmal umgeschaltet.
Der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 steuert die dem bürstenlosen Motor zugeführte Leistungsversorgung (d. h. den elektrischen Strom, die elektrische Spannung, und/oder die elektrische Leistung), wenn der Positionierer 920 den Rotor 50 positioniert. Im Einzelnen führt der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine ”Kollisionskraftmoderationssteuerung” durch, welche eine Kollisionsbelastung einer Kollision zwischen der Außenwand 611 eines Endes 61 der Welle 60 und der Innenwand des Lochs 81 des Impellers 80 bei der Positionierungssteuerung verringert.
Ferner steigert der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 die Leistungsversorgung nach der Kollision der Außenwand der Welle 60 mit der Innenwand des Impellers 80 auf einen Wert, welcher größer ist als der maximale Wert des zweiten Ausgangswerts I2. Auf diese Weise wird der Rotor 50 schnell an die Antriebsstartposition gebracht, während die Kollisionsbelastung der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 moderiert wird. In dem Verlauf der Kollision kann der Mikrocomputer 91 durch Erfassen einer Änderung der zum Beispiel in der Wicklung 40 erzeugten Induktionsspannung erfassen, dass die Außenwand der Welle 60 mit der Innenwand des Impellers 80 kollidiert hat.
Ferner berechnet der Leistungsversorgung Steuerabschnitt 93 den ersten Ausgangswert I1 und den zweiten Ausgangswert I2 mittels einer Rückkopplungssteuerung (beispielsweise mittels einer PI-Steuerung).
(Kollisionskraftmoderationssteuerung)
Als nächstes wird die Kollisionskraftmoderationssteuerung zur Zeit der Rotorpositionierung durch die Antriebssteuereinrichtung in jedem der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung im Vergleich mit der einfachen Positionierungssteuerung eines Vergleichsbeispiels unter Bezugnahme auf 7–10 beschrieben (10 ist das Vergleichsbeispiel).
Zunächst wird die in jedem der Ausführungsbeispiele gemeinsam verwendete technische Idee zusammen mit technischen Begriffen und Bezugszeichen beschrieben. Die 7–10 sind Zeitdiagramme bezüglich einer Änderung der Leistungsversorgung in Übereinstimmung mit dem Verstreichen von Zeit, in welchen eine vertikale Achse des Diagramms einen angewiesenen elektrischen Strom (das heißt einen Sollwert eines elektrischen Stroms), der von dem Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 des Mikrocomputers 91 an den Dreiphasen-Inverter 95 gesendet wird, zeigt. Hierbei wird auf der Grundlage einer Annahme, dass eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, der tatsächliche Wert als mit dem Sollwert übereinstimmend betrachtet.
In der Positionierungssteuerung jedes Ausführungsbeispiels wird ein Betriebsablaufschritt, welcher die Position des Rotors 50 mittels des Positionsdetektors 921 vor einer ”Kollision” durch die Positionierung erfasst, als eine ”Vorbetriebsphase” bezeichnet, und wird der Wert der Leistungsversorgung in einer solchen Vorbetriebsphase als ein ”erster Ausgangswert” bezeichnet. Zum Beispiel entspricht der erste Ausgangswert dem Wert der Leistungsversorgung, wenn die Leistungsversorgung zu zwei Phasen für die Erfassung der Induktionsspannung in einer nicht mit Leistung versorgten Phase und für die Erfassung der Position des Rotors 50 auf der Grundlage der Induktionsspannung durchgeführt wird.
Nachdem der Positionsbestimmer 922 die Antriebsstartposition bestimmt und von der Zweiphasen-Leistungsversorgung auf die Dreiphasen-Leistungsversorgung umschaltet, wird ein Betriebsablaufschritt, in welchem die Außenwand der Welle 60 mit der Innenwand des Impellers 80 durch den Positionierungsprozess durch den Positionssetzer 923 kollidiert, als eine ”Kollisionsvorbereitungsphase” bezeichnet. Dies impliziert, dass ein solcher Betriebsablauf als eine Vorbereitung für die Kollision durchgeführt wird. Ferner wird der Wert der Leistungsversorgung der Dreiphasen-Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase als der ”zweite Ausgangswert” bezeichnet.
In jedem der folgenden Ausführungsbeispiele steuert der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 des Mikrocomputers 91 die der Wicklung 40 von dem Dreiphasen-Inverter 95 durch Steuern des ”elektrischen Stroms” als die Leistungsversorgung zugeführte elektrische Leistung. In einer solchen Steuerung wird der erste Ausgangswert durch ”I1” repräsentiert, und wird der zweite Ausgangswert durch ”I2” repräsentiert. Der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 kann darüber hinaus die elektrische Spannung oder die elektrische Leistung als die Leistungsversorgung steuern.
Falls der erste Ausgangswert I1 in der Vorbetriebsphase zu klein ist, wird die Drehmomentbeschleunigung der Welle 60 nicht vollständig zunehmen, und wird nicht in der für die Erfassung der Induktionsspannung der nicht mit Leistung versorgten Phase erforderlichen Drehzahl resultieren. In einem solchen Fall kann die Startfähigkeit des bürstenlosen Motors 4 fehlen, wodurch es notwendig wird, dass der maximale Wert des ersten Ausgangswerts I1 zumindest die untere Grenze der Leistungsversorgung übersteigt, die die Drehzahl des Motors bewirkt, durch welche eine gerade noch erfassbare Induktionsspannung erzeugt wird. Die untere Grenze des ersten Ausgangswerts I1 wird ”I1_MIN” genannt.
Falls der zweite Ausgangswert I2 in der Kollisionsvorbereitungsphase zu groß ist, kann das Loch 81 des Impellers 80 durch die Kollisionsbelastung verschleißen oder beschädigt werden, wenn die Außenwand der Welle 60 mit dem Impeller 80 kollidiert. Daher muss zur Vermeidung von Verschleiß und Bruch des Lochs 81 durch die Kollision der zweite Ausgangswert I2 einen kleinen Wert haben, der unter einer bestimmten oberen Grenze liegt. Die obere Grenze des zweiten Ausgangswerts I2 wird ”I2_MAX” genannt.
Die obere Grenze I2_MAX ist als ein Wert definiert, der nicht zu Verschleiß oder Bruch des Impellers 80 führt (das heißt die Kollisionsbelastung durch das Ausgangsdrehmoment des bürstenlosen Motors 4 in Übereinstimmung mit einem solchen Wert wird den Impeller 80 nicht verschleißen oder brechen).
Im Folgenden werden die Zeitrahmen (das heißt die Zeiten t0 bis t7, die gemeinsam auf der horizontalen Achse der 7–10 gezeigt sind) beschrieben.
Die Zeit zwischen t0 bis t1 (das heißt der Abschnitt I) ist eine Stoppzeit des Rotors 50.
Die Zweiphasen-Leistungsversorgung für eine Positionserfassung wird zu der Zeit t1 begonnen, und die Position des Rotors 50 wird auf der Grundlage der Induktionsspannung in der Vorbetriebsphase (das heißt der Zeit zwischen t1 bis t2, dem Abschnitt II) erfasst. Der Wert der Leistungsversorgung zu einer solchen Zeit ist der erste Ausgangswert I1.
Zur Zeit t2 wird die Zweiphasen-Leistungsversorgung auf die Dreiphasen-Leistungsversorgung umgeschaltet, und kollidiert die Welle 60 mit dem Impeller 80 in der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt der Zeit zwischen t2–t4, dem Abschnitt III). Hierbei ändert sich die Zeit bis zu der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 in Übereinstimmung mit einer Anfangsposition der Welle 60 zu der Zeit t2, und ist der spätestmögliche Kollisionszeitpunkt der Welle 60 mit dem Impeller 80 als die Zeit t4 festgelegt. Der Wert der Leistungsversorgungszeit zwischen t2 bis t4 ist der zweite Ausgangswert I2.
Die Endzeit der ”Kollisionsvorbereitungsphase” ist nicht strikt auf die Zeit t4 festgelegt, welche sich in Übereinstimmung mit einer tatsächlichen Kollisionszeit ändern kann, wenn die Antriebssteuerung begonnen wird. Die Zeit t4 wird jedoch aus Gründen der Kürze der Beschreibung und ungeachtet des tatsächlichen Kollisionszeitpunkt gemeinhin als die Endzeit der Kollisionsvorbereitungsphase in allen Ausführungsbeispielen verwendet.
Während der Zeit zwischen t4 bis t6 (das heißt dem Abschnitt IV) rotiert nach der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 der Rotor 50 und wird an die Antriebsstartposition positioniert. Der zulässige maximale Wert der Leistungsversorgung in einer solchen Phase wird als ein dritter Ausgangswert I3 angenommen, der größer ist als der zweite Ausgangswert I2.
Wenn die Positionierung des Rotors 50 zu einer Zeit t6 abgeschlossen ist, wird zu einer Zeit zwischen t6 bis t7 (das heißt dem Abschnitt V) ein Wert eines elektrischen Stroms zunächst auf 0 gesetzt, und wird der Antrieb des bürstenlosen Motors 4 zu der Zeit t7 begonnen werden (das heißt die Antriebssteuerung wird gestartet). Nach der Zeit t7 (das heißt dem Abschnitt VI) rotiert der bürstenlose Motor 4 durch die Antriebssteuerung vorwärts.
Das Verhalten des Motors 4 während der Zeit zwischen t0 bis t1 und der Zeit zwischen t6 bis t7 ist in den 7–10 dasselbe. Ferner wird die nur in 10 verwendete Zeit t3 und die nur in 7 verwendete Zeit t5 in Zuordnung zu diesen Zeichnungen beschrieben.
Die Änderung des elektrischen Stroms in dem ersten Vergleichsbeispiel ist in 10 mit einer langen durchbrochenen Linie gezeigt, und die Änderung des elektrischen Stroms in dem zweiten Vergleichsbeispiel ist mit einer zweipunktigen Kettenlinie gezeigt. In dem ersten und dem zweiten Vergleichsbeispiel wird kein technischer Gedanke bezüglich der Umschaltung der Leistungsversorgung zu der Zeit t2 (das heißt bei einem Umschalten von der Zweiphasen-Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf die Dreiphasen-Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase) bereitgestellt. Daher ist die Steigung des elektrischen Stroms zu der Zeit t2 konstant und erstreckt sich der Anstieg (das heißt die Steigung) des ersten Ausgangswerts I1 in der Vorbetriebsphase (das heißt der Zeit zwischen t1 bis t2) in die Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt die Zeit t2 und danach), um den zweiten Ausgangswert I2 zu definieren. Das heißt, dass gemäß dem Vorstehenden in der Positionierungssteuerung des ersten Vergleichsbeispiels und des zweiten Vergleichsbeispiel der zweite Ausgangswert I2 so festgelegt wird, dass er größer ist als der erste Ausgangswert I1.
In dem zweiten Vergleichsbeispiel wird die Steigung bzw. der Kurvenverlauf des ersten Ausgangswerts des elektrischen Stroms beginnend von einem Startwert I1s in der Vorbetriebsphase auf einen relativ großen Wert festgelegt, und nimmt der Wert des elektrischen Stroms mit einer konstanten Geschwindigkeit bis zu dem dritten Ausgangswert I3 zu einer Zeit t3 in der Kollisionsvorbereitungsphase zu. Infolge dessen überschreitet der elektrische Strom zu der Zeit t4 die obere Grenze I2_MAX des zweiten Ausgangswerts I2. Daher kann ein Riss des Impellers 80 zu irgendeinem Zeitpunkt C in der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt zu einem gewissen Zeitpunkt zwischen t2 bis t4 in dem Abschnitt III) verursacht werden.
In dem ersten Vergleichsbeispiel wird andererseits die Steigung des elektrischen Stroms für den ersten Ausgangswert I1 und den zweiten Ausgangswert I2 über die Vorbetriebsphase und die Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt die Zeit zwischen t1 bis t4) hinweg auf einen kleinen Winkel festgelegt, so dass ein Wert I2e, welcher ein Endwert des zweiten Ausgangswerts I2 zur Zeit t4 ist, kleiner wird als der obere Grenzwert I2_MAX des zweiten Ausgangswerts I2. Daher wird die Kollisionsbelastung zur Zeit der Kollision der Welle 60 eingeschränkt, und werden Verschleiß und Bruch des Impellers 80 vermieden.
Hierbei wird auch in dem ersten Vergleichsbeispiel dann, wenn die untere Grenze des ersten Ausgangswerts I1 relativ klein ist, wie mit einer durchbrochenen Linie als I1'_MIN gezeigt, die Startfähigkeit des bürstenlosen Motors 4 gewährleistet.
Wenn jedoch die untere Grenze des ersten Ausgangswerts I1 relativ groß ist, wie mit einer durchgezogenen Linie als I1_MIN gezeigt, ist der erste Ausgangswert I1 am Ende der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt zur Zeit t2) kleiner als I1_MIN, welches in einer niedrigeren Drehzahl resultieren kann, die nicht zu einer erfassbaren Induktionsspannung führt.
Daher wird in den folgenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung, die nachstehend beschrieben wird, auch dann, wenn die untere Grenze I1_MIN des ersten Ausgangswerts I1 relativ groß ist, die Startfähigkeit des bürstenlosen Motors 4 verbessert, ohne die Verhinderung des Verschleißes und des Bruchs des Impellers 80 zu kompromittieren.
Durch die ”Kollisionskraftmoderationssteuerung” der vorliegenden Offenbarung wird eine Leistungsversorgung für eine Phase vor t2 und für eine Phase nach t2 unterschieden, wo die Zweiphasen-Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf die Dreiphasen-Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase umgeschaltet wird und der zweite Ausgangswert I2 der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt zur Zeit t2 und danach) von dem ersten Ausgangswert I1 der Vorbetriebsphase (das heißt vor der Zeit t2) umgeschaltet wird.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird speziell der maximale Wert des ersten Ausgangswerts I1 so festgelegt, dass er die untere Grenze I1_MIN überschreitet, und wird der zweite Ausgangswert I2 so festgelegt, dass er kleiner ist als die obere Grenze I2_MAX.
Die untere Grenze I1_MIN und die obere Grenze I2_MAX entsprechen dem ”ersten vorbestimmten Schwellenwert” bzw. dem ”zweiten vorbestimmten Schwellenwert”.
Wenn die Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase übergeht, fällt der Wert der Leistungsversorgung von dem ersten Ausgangswert I1 auf den zweiten Ausgangswert I2.
In dem in 7 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel steigt der erste Ausgangswert I1 der Vorbetriebsphase (zu der Positionserfassungszeit) mit einer festen Steigung ausgehend von dem Startwert I1s der Zeit t1 auf einen Endwert I1e der Zeit t2 an.
Wenn die Leistungsversorgung zur Zeit t2 umgeschaltet wird und der Betriebsablauf zu der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt zu einem Positionierungsprozess) übergeht, wird ein Startwert I2s des zweiten Ausgangswerts I2 auf einen Wert festgelegt, welcher niedriger ist als der Endwert I1e des ersten Ausgangswerts. Der zweite Ausgangswert I2 der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt des Positionierungsprozesses) steigt mit einer festen Steigung ausgehend von dem Startwert I2s der Zeit t2 auf den Endwert I2e der Zeit t4 an. Der elektrische Strom steigt mit derselben Steigung nach der Kollision zu der Zeit t4 an, und der elektrische Strom bleibt bis zu der Zeit t6 auf einem konstanten Wert, auf dem dritten Ausgangswert I3, nach Erreichen desselben zu der Zeit t5.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ändert sich der elektrische Strom in dem ersten Ausführungsbeispiel sägezahnförmig. Ferner ist der Endwert I1i des ersten Ausgangswerts so festgelegt, dass er gleich oder größer als die untere Grenze I1_MIN ist, und ist der Endwert I2e des zweiten Ausgangswerts so festgelegt, dass er kleiner ist als die obere Grenze I2_MAX.
Die betrieblichen Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben.
Als ein Beispiel steuert Antriebssteuereinrichtung 90 des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Antrieb des Motors 4, welcher den Stator 30 und den Rotor 50 aufweist, der relativ zu den Stator 30 rotierbar angeordnet ist. Der Motor 4 weist darüber hinaus die mit dem Rotor 50 verbundene Welle 60 auf, wobei die Welle 60 in Eingriff mit dem Loch 81 steht, das in einer spalthaltigen und stoppbar rotierbaren Weise in den Impeller 80 (das heißt die Last) gebohrt ist. Ferner ist das Ausgangsdrehmoment des Motors 4 auf den Impeller 80 übertragbar. Die Antriebssteuereinrichtung 90 beinhaltet darüber hinaus den Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93, der die Leistungsversorgung, einschließlich zumindest einem des elektrischen Stroms, der elektrischen Spannung oder der elektrischen Leistung, zu dem Motor steuert.
Wenn die Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 während der Antriebsstartzeit oder während der Antriebszeit des Motors 4 vorhergesagt wird, führt der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 vor einer solchen Kollision die ”Kollisionskraftmoderationssteuerung” zum Moderieren der Kollisionskraft in der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 durch. Die Kollisionskraftmoderationssteuerung wird durch das Umschalten der Leistungsversorgung des ersten Ausgangswerts I1 in der ”Vorbetriebsphase” auf die Leistungsversorgung des zweiten Ausgangswerts I2 in der ”Kollisionsvorbereitungsphase” realisiert. Die ”Vorbetriebsphase” kann in praktischerer Weise der Betrieb der Welle 60 in Vorbereitung für die Kollision sein, und die ”Kollisionsvorbereitungsphase” kann in praktischerer Weise der Betriebsablauf der Welle 60 ausgehend von dem Umschalten der von der Vorbetriebsphase auf die Kollisionsvorbereitungsphase umgeschalteten Leistungsversorgung bis zu der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 sein.
Daher wird durch unterscheidbares Steuern der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase und in der Kollisionsvorbereitungsphase zum Beispiel die Motorstartfähigkeit, wie beispielsweise eine Verringerung der Anlaufzeit, in der Vorbetriebsphase priorisiert und verbessert. Darüber hinaus wird in der Kollisionsvorbereitungsphase die Moderation der Kollisionskraft priorisiert. Daher werden Verschleiß und Brechen des Impellers 80 durch die Kollision mit der Welle 60 geeignet verhindert, während die Antriebscharakteristik des Motors gewährleistet wird.
Darüber hinaus wird in der Kollisionskraftmoderationssteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der maximale Wert des ersten Ausgangswerts I1 als der ”erste vorbestimmte Schwellenwert” so eingestellt, dass er die untere Grenze I1_MIN zum Erzielen der Drehzahl zum Erzeugen einer erfassbaren Induktionsspannung überschreitet, und wird der zweite Ausgangswert I2 als der ”zweite vorbestimmte Schwellenwert” so eingestellt, dass er kleiner ist als die obere Grenze I2_MAX zum Vermeiden von Verschleiß und Bruch des Lochs 81 durch die Kollision.
Dadurch ist in der Vorbetriebsphase die Position des Rotors 50 sicher erfassbar, und werden Verschleiß und Bruch des Lochs 81 in der Kollisionsvorbereitungsphase geeignet verhindert.
Ferner fällt in einem Fall, in dem die obere Grenze I2_MAX des zweiten Ausgangswerts I2 gleich oder kleiner als die untere Grenze I1_MIN des ersten Ausgangswerts I1 ist, bei der Übergangszeit von der Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase der Wert der Leistungsversorgung von dem ersten Ausgangswert I1 auf den zweiten Ausgangswert I2.
Darüber hinaus wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kollisionskraftmoderationssteuerung zur Motorstartzeit des Startens des Motors 4 wirkungsvoll durchgeführt. Daher wird die Wirkung des vorstehenden ”Steuerns von Verschleiß und Bruch” bei dem Steuern des Antriebs des Motors 4 durch häufiges Einschalten und Ausschalten desselben (das heißt, dass dieser mit größerer Häufigkeit eingeschaltet und ausgeschaltet wird) in einer voreingestellten Zeitspanne wirksam.
Ferner kann der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angetriebene Motor ein bürstenloser Dreiphasen-Motor sein, und kann die Phase der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase und in der Kollisionsvorbereitungsphase umgeschaltet werden.
Darüber hinaus ist der bürstenlose Dreiphasen-Motor ein positionssensorloser Motor, und weist die Antriebssteuereinrichtung 90 den Positionierer 920 auf, welcher den Rotor an die Antriebsstartposition bringt, während welchem die Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors 4 zur Zeit des Beginnens des Antriebs des bürstenlosen Motors 4 beginnbar ist.
Ferner beinhaltet der Positionierer 920 den Positionsdetektor 921, den Positionsbestimmer 922 und den Positionssetzer 923.
Der Positionsdetektor 921 erfasst in der Vorbetriebsphase die Position des Rotors 50 auf der Grundlage der in einer nicht mit Leistung versorgten Phase erzeugten Induktionsspannung.
Darüber hinaus bestimmt der Positionsbestimmer 922 die Antriebsstartposition auf der Grundlage der Position des Rotors 50, welche durch den Positionsdetektor 921 erfasst wird.
Ferner schaltet der Positionssetzer 923 die Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase um, und wird der Rotor 50 durch Rotieren des Rotors 50 an die Antriebsstartposition, welche durch den Positionsbestimmer 922 bestimmt wird, positioniert.
Daher erfasst der Positionierer 920 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Position des Rotors 50, bestimmt die ”Antriebsstartposition” auf der Grundlage der erfassten Position des Rotors 50, und positioniert den Rotor 50 an der bestimmten ”Antriebsstartposition”. Daher wird die Zeit, die durch den Start der Antriebssteuerung zum Starten des Antriebs des bürstenlosen Motors 4 benötigt wird, verringert.
Ferner erhöht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Leistungsversorgungssteuerabschnitt 93 die Leistungsversorgung bzw. die Leistungszufuhr nach der Kollision so, dass sie größer ist als der maximale Wert des zweiten Ausgangswerts. Daher wird der Rotor 50 durch einen derartigen Betriebsablauf schnell an die ”Antriebsstartposition” positioniert. Daher wird die Zeit, die durch den Beginn der Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors 4 benötigt wird, weiter reduziert.
Darüber hinaus werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Ausgangswert I1 und der zweite Ausgangswert I2 durch die Rückkopplungssteuerung berechnet. Dadurch wird der tatsächliche Wert mit ausreichender Genauigkeit auf den Sollwert gesteuert.
Ferner ist das Motorantriebssystem 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit dem Motor 4, dem Impeller 80, welcher das Loch 81 aufweist, und der vorstehend erwähnten Antriebssteuereinrichtung 90, welche den Antrieb des Motors 4 steuert, versehen.
Der Motor 4 ist mit dem Stator 30 versehen, und der Rotor 50 ist relativ zu den Stator 30 drehbar bzw. rotierbar angeordnet. Darüber hinaus ist die Welle 60 mit dem Rotor 50 verbunden, um in das Loch 81 an dem Impeller 80 in einer spalthaltigen Weise einzugreifen, wodurch das Ausgangsdrehmoment auf den Impeller 80 (das heißt auf die Last) übertragbar wird.
Das Motorantriebssystem 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet die Antriebssteuereinrichtung 90, um die Kollisionskraftmoderationssteuerung durchzuführen, wenn die Kollision der Welle 60 mit dem Loch 81 des Impellers 80 zur Motorstartzeit oder während der Motorantriebszeit vorhergesagt wird. Auf solche Weise werden Verschleiß und Bruch des Impellers 80 durch die Kollision bzw. den Aufprall zwischen der Welle 60 und dem Loch 81 verhindert.
Darüber hinaus greifen in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die antreibenden Außenwände 611 und 612, die an dem einen Ende 61 der Welle 60 erzeugt sind (das heißt der ”rotierbare Eingreifer”), mit den angetriebenen Innenwänden 811 und 812, die an dem Loch 81 (das heißt dem ”Kraftempfänger”) erzeugt sind, ein.
Ferner greifen die antreibenden Außenwände 611 und 612 und die angetriebenen Innenwände 811 und 812 unter Verwendung einer teilweise flachen Form (das heißt über einen flachen Teil der Umfangswand) an jeder der Innenwände und der Außenwände ineinander ein.
Ferner ist die Kraftstoffpumpe 1, welche Kraftstoff durch die Rotation des Impellers 80 fördert, mit dem Motor 4 in einem Körper kombiniert bzw. integriert.
Daher wird das erfindungsgemäße Motorantriebssystem geeignet als die Kraftstoffpumpe 1 verwendet, welche Kraftstoff durch zum Beispiel die Rotation des Impellers 80 fördert.
Darüber hinaus ist in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Motorantriebssystem 100 in einem Fahrzeug installiert.
Da das Motorantriebssystem in dem Fahrzeug für den Betrieb der Kraftstoffpumpe, das Lüfterrad und dergleichen als die Last vorwiegend sehr häufig eingeschaltet und ausgeschaltet wird, kann davon ausgegangen werden, dass das in einer solchen Umgebung verwendete Motorantriebssystem gemäß der Erfindung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen eine ganze Reihe von Vorteilen einschließlich einer längeren Produktlebensdauer und dergleichen bewirkt.
Bezüglich des zweiten und des dritten Ausführungsbeispiels, die nachstehend beschrieben werden, werden hauptsächlich die Unterschiede dieser Ausführungsbeispiele gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem in 8 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel wird der zweite Ausgangswert I2 in der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt der Zeit zwischen t2 bis t4) als ein konstanter Wert festgelegt, welcher in dem ersten Ausführungsbeispiel zunimmt, und der zweite Ausgangswert I2 nimmt stufenförmig auf den dritten Ausgangswert I3 zur Zeit t4 zu.
Da sich die Zeit der Kollision der Welle 60 mit dem Impeller 80 in Abhängigkeit von der Anfangsposition der Welle 60 wie vorstehend beschrieben ändert, kann das Verfahren zum Steuern des elektrischen Stroms in dem ersten Ausführungsbeispiel, in welchem der zweite Ausgangswert I2 ausgehend von der Zeit t2 graduell erhöht wird, zur Zeit der Kollision die Fluktuation bzw. Schwankung des elektrischen Stroms aufweisen.
Daher wird durch Festlegen des zweiten Ausgangswerts I2 in der Kollisionsvorbereitungsphase auf den konstanten Wert zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die folgende Wirkung erzielt.
Das heißt, dass in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der zweite Ausgangswert I2 als ein konstanter Wert eingestellt bzw. festgelegt wird. Dadurch wird die Energie der Kollision ungeachtet der Anfangsposition der Welle 60 ausgeglichen, und ergibt sich folglich eine stabile Produktqualität. Ferner wird durch Festlegen der oberen Grenze I1_MIN auf einen niedrigeren Wert der Sicherheitsfaktor für Verschleiß und Bruch erhöht.
In Übereinstimmung mit dem in 9 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel wird der zweite Ausgangswert I2 in der Kollisionsvorbereitungsphase (das heißt der Zeit zwischen t2 bis t4) als ein konstanter Wert festgelegt, genauso wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Ferner nimmt in dem dritten Ausführungsbeispiel der elektrische Strom ausgehend von 0 stufenförmig auf den ersten Ausgangswert I1 zu der Zeit t1 zu, und wird der erste Ausgangswert I1 in der Vorbetriebsphase (das heißt der Zeit zwischen t1 bis t2) als ein konstanter Wert festgelegt.
Zusätzlich zu den betrieblichen Wirkungen des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels verringert das dritte Ausführungsbeispiel durch schnelles Erhöhen der Drehzahl in der Vorbetriebsphase (das heißt zu der Position Erfassungszeit) die Startzeit bzw. Anlaufzeit für den Start der Motoransteuerung bzw. des Motorantriebs, welches die Zeit verringert, bis die Drehzahl für eine erfassbare Induktionsspannung erreicht ist.

(a) Die Antriebssteuereinrichtung gemäß der Erfindung kann nicht nur für die Antriebssteuerung des bürstenlosen Dreiphasen-Motors verwendet werden, sondern kann auch für die Antriebssteuerung eines bürstenlosen Mehrphasenmotors mit 4 oder mehr Phasen verwendet werden.

Ferner kann die Antriebssteuereinrichtung nicht nur für die Positionierungssteuerung des bürstenlosen Motors eines positionssensorlosen Tipps verwendet werden, sondern kann auch für die Steuerung des bürstenlosen Motors mit einem Positionssensor verwendet werden, oder für die Steuerung des mit Bürsten versehenen Motors verwendet werden. In einem solchen Fall kann der Betriebsablauf in der ”Vorbetriebsphase” ein beliebiger anderer Betriebsablauf als der Positionserfassungsbetriebsablauf sein.

(b) Wenn die Antriebssteuereinrichtung die Positionierungssteuerung durchführt, kann in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Positionierer 920 den Rotor positionieren, ohne eine Positionserfassung (das heißt den Vorbereitungsbetriebsablauf) durch den Positionsdetektor 921 durchzuführen, oder ohne eine ”Antriebsstartposition” durch den Positionsbestimmer 922 zu bestimmen.

Zum Beispiel kann, wie in der JP 4-312390 A offenbart ist, der Rotor 50 durch Durchführen einer ersten Positionierung, in welcher die Leistung einer Phase für eine voreingestellte Zeitspanne zugeführt wird, und durch Durchführen einer zweiten Positionierung, in welcher die Leistung der/den verbleibenden Phase(n) für eine voreingestellte Zeitspanne zugeführt wird, positioniert werden.

(c) In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Leistungsversorgung Steuerabschnitt 93 die Leistungsversorgung nach der Kollision der Außenwand der Welle 60 mit der Innenwand des Lochs 81 des Impellers 80 auf einem Wert halten, der gleich oder kleiner als der zweite Ausgangswert I2 ist, anstelle sie ausgehend von dem zweiten Ausgangswert I2 zu steigern.
(d) In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Leistungsversorgung Steuerabschnitt 93 den ersten Ausgangswert I1 und den zweiten Ausgangswert I2 ohne Zurückgreifen auf die Rückkopplungssteuerung berechnen.
(e) Die Struktur des ”rotierbaren Eingreifers des Motors und des Kraftempfängers der Last” in dem Motorantriebssystem gemäß der Erfindung kann andere Formen annehmen, andere als die eine in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das heißt, die vorstehend beschriebene Struktur, in welcher das Ende 61 der Welle 60 (das heißt des rotierbaren Eingreifers) mit der Innenseite des Lochs 81 (das heißt dem Kraftempfänger) in Eingriff kommt, kann zu einer sogenannten ”Außenrotorstruktur” modifiziert werden, in welcher der Zylinderteil des rotierbaren Eingreifers mit einer Außenseite der Welle in Eingriff kommt, die als der Kraftempfänger angetrieben wird. Zum Beispiel kann die innere Wand des rotierbaren Zylinders auf der antreibenden Seite eine Klaue (d. h. eine Sperrvorrichtung bzw. eine Ratsche) aufweisen, und kann die ein Zahnrad aufweisende äußere Wand der Welle mit der Klaue in Eingriff gebracht werden, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu übertragen.
(f) In der vorstehend beschriebenen Konfiguration, bei welcher der Endteil der Welle mit der Innenseite des Lochs in Eingriff kommt, kann die Form des eingreifenden Teils eine andere sein als die D-Form. Das heißt, der eingreifende Teil kann eine I-Form annehmen, oder kann beispielsweise eine polygonale Form annehmen, solange die Form des eingreifenden Teils die Bedingung des ”Aufweisens einer teilweise flachen Form” erfüllt. Ferner können die Welle und der Impeller durch eine Keilkupplung verbunden sein.
(g) Das Motorantriebssystem gemäß der Erfindung kann, wenn es in einem Fahrzeug installiert ist, außer bei der Kraftstoffpumpe zum Antreiben des Motors eines Lüfterrads in der Klimaanlage oder dergleichen verwendbar sein. Der Kraftempfänger des Lüfterrad ist vorwiegend aus Harz hergestellt, welches im Hinblick auf die Verhinderung von Verschleiß und Bruch des Kraftempfängers ein geeignetes Objekt der Antriebssteuerung durch die erfindungsgemäße Antriebssteuereinrichtung ist. Ferner kann das Motorantriebssystem gemäß der Erfindung für die Antriebssteuerung des Motors in einer beliebigen anderen Einrichtung als dem Motor in dem Fahrzeug verwendet werden.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, wird angemerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen sich für den Fachmann ergeben werden, und das solche Änderungen, Modifikationen und zusammengefasste Verfahren als innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung wie durch die angefügten Ansprüche definiert liegend zu verstehen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-148379 [0003]
JP 2011-36083 A [0086]
JP 4-312390 A [0157]

Claims

Antriebssteuereinrichtung (90) zum Steuern eines Antriebs eines Motors (4), der ein Drehmoment an eine Last abgibt, beinhaltend: einen Mikrocomputer, der dazu konfiguriert ist, einen Leistungsversorgungssteuerabschnitt (93) zu beinhalten, die eine Leistungsversorgung, welche einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Leistung beinhaltet, zu dem Motor steuert, der einen Stator (30) und einen Rotor (50) aufweist, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist und einen rotierbaren Eingreifer (60) hat, welcher mit einem Kraftempfänger (81) der Antriebslast (80) in Eingriff steht, wobei der Eingriff des rotierbaren Eingreifers (60) und des Kraftempfängers (81) mit einem zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten und eine Rotation des rotierbaren Eingreifers relativ zu dem Kraftempfänger erlaubenden Spalt eingerichtet ist, wobei dann, wenn während einer Motorstartzeit oder während einer Motorantriebszeit eine Kollision des rotierbaren Eingreifers (60) mit dem Kraftempfänger vorhergesagt wird, der Leistungsversorgungssteuerabschnitt eine Kollisionskraftmoderationssteuerung in einer Vorbetriebsphase und einer Kollisionsvorbereitungsphase durchführt, die Vorbetriebsphase der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Vorbetrieb des rotierbaren Eingreifers vor der Kollision steuert, die Kollisionsvorbereitungsstufe der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Betrieb des rotierbaren Eingreifers ausgehend von einer auf die Vorbetriebsphase folgenden Umschaltung der Leistungsversorgung durch den Leistungsversorgungssteuerabschnitt bis zu der Kollision steuert, und die Kollisionskraftmoderationssteuerung für eine Moderation einer in der vorhergesagten Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger erzeugten Kollisionskraft einen ersten Ausgangswert (I1) der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf einen zweiten Ausgangswert (I2) der Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase ändert.
Antriebssteuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein maximaler Wert des ersten Ausgangswerts so festgelegt ist, dass er größer ist als ein erster Schwellenwert, und so festgelegt ist, dass er kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert.
Antriebssteuereinrichtung nach Anspruch 2, bei der während eines Übergangs von der Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase der erste Ausgangswert der Leistungsversorgung auf den zweiten Ausgangswert fällt.
Antriebssteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der zweite Ausgangswert ein konstanter Wert ist.
Antriebssteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kollisionskraftmoderationssteuerung während der Motorstartzeit durchgeführt wird.
Antriebssteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Motor ein Multiphasenmotor mit zumindest drei Phasen ist, und eine Phasenumschaltung in Übereinstimmung mit einem Übergang von der Vorbetriebsphase zu der Kollisionsvorbereitungsphase veranlasst wird.
Antriebssteuereinrichtung nach Anspruch 6, deren Motor ein bürstenloser Mehrphasenmotor eines positionssensorlosen Typs ist, wobei die Antriebssteuereinrichtung ferner beinhaltet: einen Positionierer (920), der während der Motorstartzeit eine Rotationsposition des bürstenlosen Motors auf eine Antriebsstartposition positioniert, um eine Antriebssteuerung des bürstenlosen Motors zu beginnen, wobei der Positionierer beinhaltet: einen Positionsdetektor (921), der eine Position des Rotors in der Vorbetriebsphase auf der Grundlage einer Induktionsspannung in einer Nichtleistungsversorgungsphase erfasst, wobei die Nichtleistungsversorgungsphase keine Leistungsversorgung erhält; einen Positionsbestimmer (922), der die Antriebsstartposition auf der Grundlage einer durch den Positionsdetektor (921) erfassten Position des Rotors bestimmt; und einen Positionssetzer (923), der die Leistungsversorgungsphase des Motors umschaltet und den Rotor an die durch den Positionsbestimmer bestimmte Antriebsstartposition rotiert.
Antriebssteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Leistungsversorgungssteuerabschnitt die Leistungsversorgung nach der Kollision auf einen Wert steigert, der größer ist als ein maximaler Wert des zweiten Ausgangswerts.
Antriebssteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Leistungsversorgungssteuerabschnitt den ersten Ausgangswert und den zweiten Ausgangswert auf der Grundlage einer Rückkopplungssteuerung berechnet.
Motorantriebssystem (100), beinhaltend: einen Motor, der einen Stator (30) und einen Rotor (50) aufweist, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist, wobei der Rotor einen rotierbaren Eingreifer (60) hat, welcher mit einem Kraftempfänger (81) einer Last (80) in Eingriff steht, wobei der Eingriff des rotierbaren Eingreifers (60) und des Kraftempfängers (81) durch einen zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten rotierbaren Spalt eingerichtet ist, um ein von dem Motor abgegebenes Drehmoment zu übertragen; wobei die Last (80) den Kraftempfänger (81) beinhaltet; und eine Antriebssteuereinrichtung (90) zum Steuern eines Antriebs eines Motors (4), der ein Drehmoment an eine Last (80) abgibt, wobei die Antriebssteuereinrichtung dazu konfiguriert ist, zu beinhalten: einen Leistungsversorgungssteuerabschnitt (93), der eine Leistungsversorgung, welche einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Leistung beinhaltet, zu dem Motor steuert, der einen Stator (30) und einen Rotor (50) aufweist, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist und einen rotierbaren Eingreifer (60) hat, welcher mit einem Kraftempfänger (81) der Antriebslast (80) in Eingriff steht, wobei der Eingriff des rotierbaren Eingreifers (60) und des Kraftempfängers (81) mit einem zwischen dem rotierbaren Eingreifer und dem Kraftempfänger angeordneten Spalt eingerichtet ist, um eine Rotation des rotierbaren Eingreifers relativ zu dem Kraftempfänger zu erlauben, wobei dann, wenn während einer Motorstartzeit oder während einer Motorantriebszeit eine Kollision des rotierbaren Eingreifers (60) mit dem Kraftempfänger vorhergesagt wird, der Leistungsversorgungssteuerabschnitt eine Kollisionskraftmoderationssteuerung in einer Vorbetriebsphase und einer Kollisionsvorbereitungsphase durchführt, die Vorbetriebsphase der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Vorbetrieb des rotierbaren Eingreifers vor der Kollision steuert, die Kollisionsvorbereitungsstufe der Kollisionskraftmoderationssteuerung einen Betrieb des rotierbaren Eingreifers ausgehend von einer auf die Vorbetriebsphase folgenden Umschaltung der Leistungsversorgung durch den Leistungsversorgungssteuerabschnitt bis zu der Kollision steuert, und die Kollisionskraftmoderationssteuerung für eine Moderation einer in der vorhergesagten Kollision des rotierbaren Eingreifers mit dem Kraftempfänger erzeugten Kollisionskraft einen ersten Ausgangswert (I1) der Leistungsversorgung in der Vorbetriebsphase auf einen zweiten Ausgangswert (I2) der Leistungsversorgung in der Kollisionsvorbereitungsphase ändert.
Motorantriebssystem nach Anspruch 10, bei dem der als ein Endteil (61) einer Welle bereitgestellte rotierbare Eingreifer (61) eine an dem Endteil ausgebildete antreibende Außenwand (611, 612) aufweist, der als ein Loch bereitgestellte Kraftempfänger eine angetriebene Innenwand (811, 812) aufweist, die an dem Kraftempfänger ausgebildet ist, und die antreibende Außenwand mit der angetriebenen Innenwand im Eingriff steht.
Motorantriebssystem nach Anspruch 11, bei dem die antreibende Außenwand des Endteils der Welle und die angetriebene Innenwand des Lochs jeweils eine teilweise flache Form als einen eingreifenden Teil aufweist, und der Eingriff zwischen dem eingreifenden Teil der antreibenden Außenwand und dem eingreifenden Teil der angetriebenen Innenwand durch einen flachen Teil einer Umfangswand der angetriebenen Innenwand eingerichtet wird.
Motorantriebssystem nach Anspruch 10, bei dem der Motor und eine Liquidpumpe zum unter Druck Zuführen eines Liquids durch eine Rotation der Last in einem Körper ausgebildet sind.
Motorantriebssystem nach Anspruch 10, bei dem das Motorantriebssystem in einem Fahrzeug (9) installiert ist.