JP2000240455A - 電動流体ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 要求された任意の回転数に到達することが可
能な電動流体ポンプ装置を提供すること。 【解決手段】 モータ制御装置１１により電動モータ１
２を回転駆動させることでインペラ５を回転させ、ハウ
ジング２の吸入口２ａから流体を吸入するとともに吐出
口２ｂから流体を吐出する電動流体ポンプ装置１におい
て、電動モータ１２に回転駆動の要求があり、且つハウ
ジング２の吸入口２ａと吐出口２ｂとの間で流体が流通
していないと判断したときには、モータ制御装置１１に
入力される情報に係わらずインペラ５を所定回転数で所
定時間回転させるべく電動モータ１２への通電を制御す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動流体ポンプ装置
に関し、例えば自動車のエンジン冷却用の流体ポンプと
して利用可能な電動流体ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電動モータの駆動によりポン
プを回転駆動させて流体を流通させる電動流体ポンプ装
置が知られている。このような電動流体ポンプ装置を用
いる技術として、例えば特開平５−２３１１４９号公報
に開示される技術がある。この公報には、容量が可変の
電動式水ポンプを、水温検出器で検出されるエンジン水
温に応じたフィードバック制御と、オープンループ制御
とをエンジンの運転状態に応じて切替えて制御手段によ
って制御する冷却装置が開示されている。

【０００３】この冷却装置によると、エンジンの運転状
態に応じた冷却水温の適正制御が可能になるものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術に示すような冷却装置は、エンジン水温に応じて電
動式水ポンプの作動をフィードバック制御とオープンル
ープ制御とに切替えているだけであり、冷却装置内を冷
却水が流れているか否かに関しては考慮されていない。

【０００５】このような制御によると、既に冷却水が流
通している場合には慣性によってインペラが回転してい
るので電動モータの駆動制御は比較的容易に行われる
が、例えば冷却水が流通していない状態からインペラを
回転させる場合には、電動式水ポンプにかかる負荷が大
きいために所望の流量に到達するまでに非常に時間がか
かってしまい、応答性の面から好ましくない。特に、冷
却水が流通していない状態から電動式水ポンプで低流量
を流通させるためにモータを低回転で回転させようとす
るとインペラにかかる負荷が大きいため、電動モータが
駆動しない状況が考えられ、性能上好ましくない。

【０００６】そこで本発明は、上記問題点を解決すべ
く、要求された任意の回転数に到達することが可能な電
動流体ポンプ装置を提供することを技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、モータ制御装置により電動モータ
を回転駆動させることでインペラを回転させ、ハウジン
グの吸入口から流体を吸入するとともに吐出口から流体
を吐出する電動流体ポンプ装置において、モータ制御装
置が、電動モータへの回転駆動の要求を検出する要求検
出手段と、ハウジングの吸入口と吐出口との間で流体が
流通しているか否かを検出する流通検出手段と、要求検
出手段により電動モータに回転駆動の要求があることを
検出し、且つ流通検出手段によりハウジングの吸入口と
吐出口との間で流体が流通していないことを検出したと
きにはインペラを所定回転数で所定時間回転させるべく
電動モータへの通電を制御するモータ駆動手段と、を備
えるようにした。

【０００８】請求項１によると、ハウジング内で流体の
流通がないと判断されたとき、すなわちハウジング内で
流体が流れていない場合では、既に流体が流れている場
合に比べてインペラにかかる流体の負荷が非常に大きい
が、インペラを所定回転数で所定時間回転させることで
流体の流通を形成し、インペラの回転が確保される。し
たがって、インペラを起動させるために必要な起動回転
数より低い回転数が要求された場合であっても、予めイ
ンペラを回転させて流体の流れを形成してから回転数を
制御するので、要求に応じた流体の流量を確保するよう
にインペラを回転させることが可能になる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１における電動
流体ポンプ装置に用いる電動モータの具体的な構成を示
すものであり、ハウジングに軸受を介して回転可能に支
持され、インペラを一端に保持するとともに外周に永久
磁石を備える回転子と、ハウジングの内周側から回転子
側に向かって径方向内方に突出し、永久磁石と所定の間
隙をもって軸方向に延在する複数の突出部を有するコア
とコアに巻回されるコイルとからなる固定子と、を備え
る電動モータとしたことである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１において、モ
ータ制御装置の流通検出手段が、回転子の回転を検出す
ることでハウジングの吸入口と吐出口との間での流体の
流通状態を検出するようにしたことである。

【００１１】請求項３によると、ハウジング内で流体が
流通している場合には回転子が流体の流れに伴って連れ
まわるので、回転子の回転を検出することで流体の流通
状態を検出するための余分なセンサ類を追加することな
く流体の流通状態を検出することが可能になる。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１において、電
動モータを複数相のコイルにより通電制御されるブラシ
レス電動モータとし、モータ制御装置の流通検出手段
が、コイルの非通電相の電圧を検出することでハウジン
グの吸入口と吐出口との間での流体の流通状態を検出す
るようにしたことである。

【００１３】請求項４によると、コイルの相に発生する
起電力を検出することで回転子の回転状態を検出してい
るので、流体の流通状態を検出するための余分なセンサ
類を追加する必要がなくなる。

【００１４】

【実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照して説
明する。図１は本実施の形態における電動流体ポンプ装
置の概略図である。本実施の形態では、電動流体ポンプ
装置を自動車のエンジンの冷却装置に用いた場合につい
て説明する。

【００１５】電動流体ポンプ装置１の構成について説明
する。電動流体ポンプ装置１は、吸入口２ａ及び吐出口
２ｂを有するハウジング２と、インペラ５を回転可能に
支持するとともにハウジング２内に配設される電動モー
タ１２と、インペラ５と軸受３ａの間に配設されるシー
ル部材であるメカニカルシール１０と、コイル８への通
電を制御するモータ制御装置１１とを備える。

【００１６】電動モータ１２は、軸受３ａ、３ｂを介し
てハウジング２に回転可能に支承されるとともに外周面
に複数の極を有する円環状の永久磁石４を形成し、一端
にインペラ５を固設してなる回転子６と、回転子６とハ
ウジング２との間に配置されるとともに複数の突出部７
ａを有するコア７及びコア７に巻回されるコイル８とか
らなる固定子９とから構成される。

【００１７】回転子６は、永久磁石４とメカニカルシー
ル１０との間に配置されるボール軸受３ａと、インペラ
５と反対側の端部に配置されるボール軸受３ｂとの２つ
のボール軸受によりハウジング２に対して回転可能に支
承されている。

【００１８】ハウジング２は、回転子６及び固定子９を
支持するボディ側ハウジング２Ａと、冷却水の吸入口２
ａと吐出口２ｂを有し冷却水が流通するとともにボディ
側ハウジング２Ａとボルト１５にて取り付けられる流通
側ハウジング２Ｂとから構成される。

【００１９】メカニカルシール１０は、回転子６の外周
に圧入される側の部材１０Ａとハウジング２Ａの内周に
圧入される側の部材１０Ｂとを備えており、軸受３ａと
メカニカルシール１０の間に形成され内部空間１３側と
インペラ５が配置されるポンプ室１６とに区画して、内
部空間１３内にポンプ室１６内の冷却水が浸入するのを
規制している。

【００２０】図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、電動モ
ータ１２における固定子９及び回転子６の断面を示して
いる。固定子９はボディ側ハウジング２Ａの内周に固定
されて回転子６の軸心に向かって突出する６つの突出部
７ａを有するコア７と、対向する各コア７にＹ結線で巻
回される３相のコイル８とから構成されている。回転子
６の外周面にはＮ極とＳ極が交互に４極形成される永久
磁石４が固設されている。

【００２１】電動モータ１２の回転子６の位置を検出す
るためのホール素子等のセンサは熱に弱いため、本実施
の形態における電動モータ１２は、回転子６の位置を検
出するためのセンサを備えず、各コイルの非通電相と中
性点との間の電圧に基づいて回転子６の位置を検出する
センサレス駆動のブラシレスモータを用いている。

【００２２】図３はモータ制御装置１１を含む電動流体
ポンプ装置１の構成図である。モータ制御装置１１はエ
ンジン制御ＥＣＵ１３とは別体に構成されており、電動
流体ポンプ装置１のハウジング２の底面に取付けられて
いる。コイル８の端部はハウジング２から突出し、モー
タ制御装置１１と電気的に接続している。モータ制御装
置１１は、入力された情報に応じてコイル８の各相への
出力を算出するマイコン１１Ａと、エンジン制御ＥＣＵ
１３からの指令をマイコン１１Ａに入力する差動通信イ
ンタフェース１１Ｂと、マイコン１１Ａにて算出された
電流を各相へ出力するためのブリッジ駆動回路１１Ｃ及
び３相ブリッジ１１Ｄと、各相への通電切替タイミング
を生成する生成回路１１Ｅとを備えており、差動通信に
よりエンジン制御ＥＣＵ１３からの指令を入力するとと
もに電動モータ１２の運転状況をエンジン制御ＥＣＵ１
３に出力している。尚、マイコン１１Ａ内には、電動モ
ータ１２への回転駆動の要求を検出する要求検出手段
と、ハウジング２内で流体が流通しているか否かを検出
する流通検出手段と、流通検出手段にて流体が流通して
いないと判断した場合に電気モータ１２を所定回転数で
所定時間回転させるモータ駆動手段とが構成されてい
る。

【００２３】本実施の形態では、モータ制御装置１１を
電動流体ポンプ装置１のハウジング２の底面に設けたこ
とにより、コイル８とモータ制御装置１１の間の配線が
短くなって損失が減少し、電動モータ１２の出力低下を
減らすことができ、更に配線が少ないので取付け上の面
からも好適である。

【００２４】次に、モータ制御装置１１における電動流
体ポンプ装置１の駆動制御について説明する。図４はモ
ータ制御装置１１に回転要求が入力されてから電動モー
タ１２が回転駆動するまでのメイン処理を示すフローチ
ャートである。

【００２５】先ず、車両のイグニッションスイッチ（図
示せず）がオンになってモータ制御装置１１の制御がス
タートすると、ステップ１０１にてモータ制御装置１１
のイニシャライズが行われ、ステップ１０２にて外部情
報（例えば水温やエンジン回転数）から電動流体ポンプ
装置１の駆動要求があるか否かが判定される。駆動要求
がある場合には、ステップ１０３に進んで電動モータ１
２の状態を判定する。駆動要求がない場合にはステップ
１０７に進んで電動モータ１２を停止する。ステップ１
０３における電動モータ１２の状態の判定は、図５の判
定処理に沿って行われる。ステップ２０１にて電動モー
タ１２の回転数が設定値以下か否かが判定され、設定値
以下でなければステップ２０５に進んで電動モータ１２
が停止していないと判断する。ステップ２０１にて設定
値以下と判定された場合には、ステップ２０２にて流体
の流通状態が判定される。図６に流通状態の判定処理の
サブルーチンを示す。次にステップ２０３に進んで、ス
テップ２０２の判定処理にて流体が流通しているか否か
を判定する。流体が流通しているか否かを判定すること
で電動モータ１２が停止しているか否かが検出され、電
動モータ１２が停止している場合にはステップ２０４に
進み、電動モータ１２が停止していない場合にはステッ
プ２０５に進む。図５の判定処理が終了すると図４のス
テップ１０４に進んで電動モータ１２が停止しているか
否かが判定され、電動モータ１２が停止している、すな
わち流体が流通していない場合にはステップ１０５にて
後述する電動モータ１２の安定起動が行われてからステ
ップ１０６の電動モータ１２回転制御に進む。また、ス
テップ１０４で電動モータ１２が停止していない、すな
わち流体が流通していると判定された場合にはステップ
１０６に進んで後述する電動モータ１２の回転制御を行
う。

【００２６】図５のステップ２０２で行われる判定処理
について説明する。図６は流通判定処理を示すフローチ
ャートである。先ず、ステップ３０１にてタイマにより
流通判定時間（１５ｍｓｅｃ）を設定する。次にステッ
プ３０２に進んでコイル８の各相へのタイミング信号が
あるか否かを判定し、タイミング信号がある場合にはス
テップ３０３に進んで流体の流通があると判断する。ス
テップ３０２にてタイミング信号がない場合には、ステ
ップ３０４にて判定時間が経過したか否かを判定する。
判定時間経過していなければ再びステップ３０２以降の
処理を行なう。ステップ３０４にて判定時間が経過して
いる場合には、ハウジング２内で流体の流通がないと判
断してステップ３０５に進む。ステップ３０３及びステ
ップ３０５の判定が行われると、上述した図５のステッ
プ２０３に進んで流体の流通があるか否かの判定結果に
基づいて処理が行われる。

【００２７】図４のステップ１０５で行われる電動モー
タ１２の安定起動について説明する。図７は電動モータ
１２の安定起動を示すタイミングチャートであり、横軸
に電動モータ１２の安定起動が指令されてからの経過時
間と、縦軸に電動モータ１２の回転数を示す。電動モー
タ１２の停止状態からポンプの駆動要求があると、流通
のない状態から電動モータ１２が確実に起動する起動回
転数で所定の安定時間（２ｓｅｃ）電動モータ１２を回
転させることで、電動モータ１２を安定して回転させて
おき、所定時間経過後に目標となる回転数（例えば目標
回転数１、目標回転数２）となるようにコイル８への通
電量を制御する。このような制御によって、例えば図７
の目標回転数２に示すような起動回転数より低い回転数
が要求された場合であっても、予め流体を流通すること
で任意の回転数で電動モータ１２を回転させることが可
能になる。

【００２８】安定起動について更に説明する。図１０は
安定起動処理を示すフローチャートである。ステップ５
０１でモータを起動回転数で回転させるための通電時間
のデューティ比を演算し、ステップ５０２に進んで上記
の所定時間をタイマに設定する。所定時間をタイマに設
定するとステップ５０３に進み、起動通電処理を行な
う。ステップ５０３の起動通電処理はセンサレス駆動の
ブラシレスモータ特有の処理であり、固定子に対する回
転子６の位置を認識して、電動モータ１２を起動させる
ための特別な通電処理を行なう必要がある。起動通電処
理を行なって電動モータ１２を起動させると、ステップ
５０４にて所定時間が経過したか否かを判定し、所定時
間経過したと判定すると、ステップ５０５に進んで目標
回転数への制御を許可する。

【００２９】起動通電処理について説明する。図１１は
起動通電処理のフローチャートである。ステップ６０１
にて回転子６の位置を固定させる時間（モータロック時
間）をタイマに設定し、ステップ６０２にて位置の固定
のために通電時間のデューティ比を演算する。次にステ
ップ６０３に進んで回転子６の位置を所定位置にセット
するために位置検出を行なう所定の相（ロック相）に通
電する。ステップ６０４でステップ６０１で設定したモ
ータロック時間経過したか否かを判定し、モータロック
時間を経過すると、ステップ６０５にて停止状態の電動
モータ１２を起動させるために通電時間のデューティ比
を演算する。そしてステップ６０６に進んでロック相か
ら決定される起動相に起動電流を出力してモータ１２を
回転させる。尚、図１１で行われる起動通電処理はモー
タ１２を停止状態から回転させるための初期駆動力を付
与するための演算であり、図１０のステップ５０１は、
モータ１２が回転し始めてから起動回転数で回転するた
めに必要な電流の演算である。したがってインペラ５に
かかる負荷が大きいステップ６０５のデューティ比がス
テップ５０１のデューティ比に比べて大きくなる。

【００３０】次に、図４のステップ１０６における電動
モータ１２の回転制御について説明する。尚、本実施の
形態では電動モータ１２としてセンサレス駆動タイプの
ブラシレスモータを用いているため、タイミング信号に
よる割り込み処理を行なっており、回転制御は回転子６
の位置に応じてコイル８の通電相を切替える必要があ
る。図８は回転制御におけるフローチャートである。

【００３１】図８は回転制御について説明する。先ずス
テップ４０１でタイミング信号の割り込みを禁止してお
き、ステップ４０２からステップ４０７の通電相の切替
処理を行なう。通電相の切替処理は、先ずステップ４０
２にて電気角からディレイ時間を演算し、ステップ４０
３にて回転数に応じたディレイ時間にタイマを設定す
る。ステップ４０４にてディレイ時間が経過したか否か
を判定し、ディレイ時間が経過するとステップ４０５に
進んで通電相を切替える。このとき、通電相の切替によ
って発生する電気信号を次の通電相の切替信号と認識し
ないように、ステップ４０６にて通電相の切替が行われ
てから所定時間（５００μｓｅｃ）をマスキング時間と
して設定し、ステップ４０７にてマスキング時間が経過
したか否かを判定し、マスキング時間が経過すると通電
相の切替処理が終了したとして、ステップ４０８に進ん
でタイミング信号の割り込みが許可される。

【００３２】尚、ディレイ時間はタイミング信号が入力
されてから通電相の切替が行われるまでの時間であり、
電気角３０°に相当する時間に設定されている。

【００３３】上記の制御に基づいて回転子６を回転させ
ることで、要求された回転数で回転子６の先端のインペ
ラ５が回転して吸入口２ａから冷却水を吸入するととも
に吐出口２ｂへと冷却水を吐出する。吐出口２ｂから吐
出された冷却水はエンジン或いはラジエータ内を流れて
エンジンを冷却する。

【００３４】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明は上述した実施の形態に限定される意図は
なく、本発明の主旨に沿った形態の電動流体ポンプ装置
であればどのようなものであってもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によると、電動モータの回転要求
があり、且つハウジング内で流体の流れがないときには
入力される情報に係わらず電動モータを所定回転数で回
転させることで電動モータが安定して回転し、ハウジン
グ内での流体の流れを確保してから所望の回転数に電動
モータを制御するため、例えば所定回転数より低回転で
電動モータを回転駆動させる際にも安定して要求された
回転数で電動モータを回転させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における電動流体ポンプ装置の概
略図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】モータ制御装置を含む電動流体ポンプ装置の構
成図である。

【図４】本実施の形態における電動モータのメイン処理
を示すフローチャートである。

【図５】電動モータの状態を判定する処理を示すフロー
チャートである。

【図６】流通判定処理を示すフローチャートである。

【図７】電動モータの安定起動を示すタイミングチャー
トである。

【図８】電動モータの回転制御を示すフローチャートで
ある。

【図９】安定起動処理を示すフローチャートである。

【図１０】起動通電処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１・・・電動流体ポンプ装置 ２・・・ハ
ウジング ３・・・軸受 ４・・・永
久磁石 ５・・・インペラ ６・・・回
転子 ７・・・コア ８・・・コ
イル ９・・・固定子 １０・・・
メカニカルシール １１・・・モータ制御装置 １２・・・
電動モータ １３・・・エンジン制御ＥＣＵ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ制御装置により電動モータを回転
   駆動させることでインペラを回転させ、ハウジングの吸
   入口から流体を吸入するとともに吐出口から流体を吐出
   する電動流体ポンプ装置であって、 前記モータ制御装置は、前記電動モータへの回転駆動の
   要求を検出する要求検出手段と、前記ハウジングの吸入
   口と吐出口との間で流体が流通しているか否かを検出す
   る流通検出手段と、前記要求検出手段により電動モータ
   に回転駆動の要求があることを検出し、且つ前記流通検
   出手段により前記ハウジングの吸入口と吐出口との間で
   流体が流通していないことを検出したときには前記イン
   ペラを所定回転数で所定時間回転させるべく前記電動モ
   ータへの通電を制御するモータ駆動手段と、を備えるこ
   とを特徴とする電動流体ポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記電動モータは、前記ハウジングに軸
   受を介して回転可能に支持され、前記インペラを一端に
   保持するとともに外周に永久磁石を備える回転子と、 前記ハウジングの内周側から前記回転子側に向かって径
   方向内方に突出し、前記永久磁石と所定の間隙をもって
   軸方向に延在する複数の突出部を有するコアと該コアに
   巻回されるコイルとからなる固定子と、を備えることを
   特徴とする、請求項１の電動流体ポンプ装置。
3. 【請求項３】 前記流通検出手段は、回転子の回転を検
   出することで前記ハウジングの吸入口と吐出口との間で
   の流体の流通状態を検出することを特徴とする、請求項
   １の電動流体ポンプ装置。
4. 【請求項４】 前記電動モータは、複数相のコイルによ
   り通電制御されるブラシレス電動モータであり、前記流
   通検出手段は、前記コイルの非通電相の電圧を検出する
   ことで前記ハウジングの吸入口と吐出口との間での流体
   の流通状態を検出することを特徴とする、請求項１の電
   動流体ポンプ装置。