JP2002027776A

JP2002027776A - 同期電動機の制御装置および制御方法、ならびに駆動系の作動流体制御用電動ポンプ

Info

Publication number: JP2002027776A
Application number: JP2000206733A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Sakata; 隆敏阪田; Yasuo Yokoi; 弥▲寿▼雄横井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Nihon Inverter Corp
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Nihon Inverter Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-25
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP3756045B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車の駆動系に使われている作動流体を制御
するための電動ポンプにおいて、長寿命で制御性能の良
い電動ポンプが望まれていた。【解決手段】センサおよびブラシのないセンサレスブラ
シレスモータを駆動源とする車載用駆動源に使われる作
動流体を制御するための電動ポンプを発明した。電動ポ
ンプ６には、モータ８およびドライバ９として、センサ
レスブラシレスモータが採用されている。モータ８は回
転子が永久磁石タイプの同期電動機である。ドライバ９
は、モータ８の回転子の位置検出は行わず、モータ８に
正弦波の電流を加え、そのときの電圧と電流の位相を検
出してその差が零になるように周波数を制御する。さら
に、その周波数は設定された値になるように、電流を制
御する。つまり、周波数と電流との二重ループ制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の駆動系
に使われている作動流体を制御するための電動ポンプに
関する。より具体的には、ＣＶＴ（Continuously Varia
ble Transmission: 無段変速装置）や油圧式パワーステ
アリング装置等の車載用駆動系に使用されている作動流
体（オイル等）の流量制御を行うための電動ポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載されるＣＶＴには、オイル
を作動流体として用いる方式のものがある。たとえば特
開２０００−４６１６６号公報には、係るＣＶＴの先行
技術が開示されている。先行技術では、エンジン回転数
が所定速度以上では、機械式ポンプのみによって自動変
速機に作動流体を供給し、エンジン回転数が所定速度未
満では、機械式ポンプに加えて、電動ポンプによって自
動変速機に作動流体を供給し、エンジンが停止している
ときには電動ポンプによって自動変速機に作動流体を供
給する構成になっている。

【０００３】このように、ＣＶＴでは、従来より電動ポ
ンプが作動流体の供給補助用として利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】作動流体の制御を補助
するための電動ポンプには、従来、その駆動源としてブ
ラシ付モータが用いられていた。しかし、ＣＶＴは自動
車のエンジンルームに配置され、雰囲気温度が１２０℃
以上の高温環境下であるため、ブラシ摩耗が激しく、寿
命が短いという課題があった。そこで本願発明者は、電
動ポンプの駆動源にブラシレスモータを使用することを
検討した。ブラシレスモータとは、直流電動機と等価な
特性を示すようにした同期電動機のことであり、同期電
動機および駆動用ドライバを含む装置である。

【０００５】同期電動機をブラシレスモータとして使用
する場合には、一般に、回転子の角度位置を検出するた
めのセンサが必要である。そしてセンサにより検出され
た回転子の角度位置に対応した交流電流がインバータに
よって発生され、界磁巻線に与えられる。上記センサ付
のブラシレスモータを電動ポンプに組み込んだ場合、電
動ポンプの使用環境は上述のように高温雰囲気であり、
しかも雨天等の運転を考えると、多湿雰囲気である。こ
のため、かかる過酷な環境下におけるセンサの耐温度性
能を確認しなければ、車載用の電動ポンプとしては実用
化することができない。

【０００６】そこで本願発明者は、電動ポンプの駆動源
に、ブラシレスモータで、しかもセンサのないものを使
用した作動流体制御用の電動ポンプを発明した。この発
明の目的は、センサおよびブラシのないセンサレスブラ
シレスモータを駆動源とする車載用駆動源に使われる作
動流体を制御するための電動ポンプを提供することであ
る。この発明の他の目的は、運転効率の良いセンサレス
ブラシレスモータ装置およびその制御方法を提供するこ
とである。

【０００７】この発明のさらに他の目的は、起動性能の
優れたセンサレスブラシレスモータ装置を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１記載の発明は、同期電動機の制御装置であって、同期
電動機に正弦波の電流を加え、そのときの電圧と電流の
位相差が零になるように周波数を制御し、さらに、その
周波数が設定周波数になるように電流を制御することを
特徴とする、同期電動機の制御装置である。請求項２記
載の発明は、請求項１記載の制御装置において、周波数
を制御するための制御ループには、差動増幅器が含ま
れ、差動増幅器の利得を０から無限大まで電気的な信号
で可変する構造を有することを特徴とする同期電動機の
制御装置である。

【０００９】請求項３記載の発明は、同期電動機の制御
方法であって、同期電動機に正弦波の電流を加え、その
ときの電圧と電流の位相差が零になるように周波数を制
御し、さらに、その周波数が設定周波数になるように電
流を制御することを特徴とする同期電動機の制御方法で
ある。請求項４記載の発明は、自動車の駆動系に使われ
る作動流体を制御するための電動ポンプであって、作動
流体を移動させるためのポンプ本体と、ポンプ本体を回
転させるためのモータと、モータのドライバとを有し、
モータおよびドライバにセンサレスブラシレスモータが
用いられていることを特徴とする作動流体を制御するた
めの電動ポンプである。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の電
動ポンプにおいて、前記モータは、回転子が永久磁石タ
イプの同期電動機であり、前記ドライバは、モータに正
弦波の電力を加え、そのときの電圧と電流の位相差が零
になるように周波数を制御し、さらに、その周波数が設
定周波数になるように電流を制御することを特徴とす
る、作動流体を制御するための電動ポンプである。請求
項１または３の発明では、同期電動機の駆動対象（たと
えば作動流体を移動させるためのポンプ）の負荷が変化
しても、同期電動機がその負荷変動に追従し、脱調しな
いように、周波数と電流との二重ループ制御が行われ
る。従って、同期電動機の回転数を所望の回転数に好適
に制御できる。また負荷変動に対しても同期電動機が脱
調することなく、良好に制御できる。

【００１１】請求項２の構成では、同期電動機の立上が
りが滑らかに制御できる。つまり、同期電動機はある一
定の回転速度にならないと力率の検出はできない。しか
るに、停止状態にある同期電動機に制御周波数の電力を
加えても、同期電動機は回転を開始せず、最初から脱調
状態となっていて起動しない。そこで、始動時は、停止
状態でも十分に大きな引き込みトルクが発生するような
超低周波電力を加え、徐々にその電力の周波数を上げて
ゆく方法がとられる。そして同期電動機がある回転速度
に達すると、請求項１に記載の周波数制御を行う。この
場合に、一気に差動増幅器の利得を解放すると、同期電
動機の速度が急上昇して用途によっては甚だ不都合なこ
とがある。そこで、速度の設定信号に、低い範囲で、差
動増幅器の利得が比例するようにしておくことにより、
見かけ上滑らかな加速が得られる制御装置とすることが
できる。

【００１２】請求項４の構成によれば、自動車の駆動系
に使われる作動流体（オイル等）を制御するための電動
ポンプを、ブラシレスでかつセンサレスのモータを駆動
源とすることができるので、耐温度特性に優れた長寿命
な電動ポンプとなる。また、センサがないことから、低
コスト化、省スペース化が可能な電動ポンプを構成でき
る。請求項５の構成においても、請求項１または３と同
様、モータに対して周波数と電流との二重ループ制御を
行うことによって、電動ポンプの負荷が変化しても、脱
調することなく良好に制御することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下には、図面を参照して、この
発明の一実施形態について説明をする。図１は、この発
明の一実施形態にかかる作動流体制御用電動ポンプを含
む車両の駆動システム（トランスミッション系の駆動シ
ステム）の概略構成図である。エンジン１の回転力はト
ランスミッション２に含まれる主オイルポンプ３に与え
られる。つまりエンジン１の駆動中は、エンジン１によ
って主オイルポンプ３が動作される。主オイルポンプ３
は油圧制御部であるコントロールバルブ４にオイルを供
給する。そしてコントロールバルブ４はアクチュエータ
に制御油圧を与え、所定の変速制御が実行される。

【００１４】この駆動システムには、また、補助用電動
ポンプ６が含まれている。電動ポンプ６には、ポンプ本
体７と、ポンプ本体７を駆動するためのモータ８と、モ
ータ８のドライバ９とが含まれており、ドライバ９およ
びモータ８はバッテリ１０から供給される電力によって
動作される。電動ポンプ６、より具体的にはポンプ本体
７が回転するとコントロールバルブ４にオイルが供給さ
れ、コントロールバルブ４によってアクチュエータ５に
与えられる制御油圧が変化され、所定の変速制御が実行
される。

【００１５】エンジン１の作動中は、主オイルポンプ３
によってコントロールバルブ４にオイルが供給される
が、エンジン１の回転数が低速であったり、エンジン１
が停止しているときには、電動ポンプ６が動作されて、
コントロールバルブ４へのオイル供給が行われる。この
実施形態における電動ポンプ６には、モータ８およびド
ライバ９として、センサレスブラシレスモータ装置が採
用されている。すなわち、モータ８として同期電動機が
用いられ、しかもその回転子の角度位置を検出するため
のセンサはなく、ドライバ９によってモータ（同期電動
機）８が直流電動機と等価な特性を示すように、高効率
で常に運転される。

【００１６】ドライバ９によるモータ８の運転制御は、
以下のように行われる。モータ８の回転子の位置検出に
はこだわらず、モータ８に正弦波の電流を加え、その時
の電圧と電流の位相を検出してその差が零になるように
周波数を制御する。さらに、その周波数が設定された値
になるように、電流を制御する。つまり、周波数と電流
との二重ループ制御が行われる。直接電流を制御せず
に、周波数と電流との二重ループ制御にする理由は、次
の通りである。モータ８の力率は、周波数の変動に対し
ては俊敏に反応するが、電流の変化に対しては比較的緩
慢な反応しかしない。このため、モータ８が軽負荷で、
力率１の状態で運転しているときに、急に負荷が重くな
ると、モータ８は一瞬進み力率になった後、脱調に至
る。負荷が重くなったことに対応して、素早くモータ８
に与える周波数を下げるような制御をすると、モータ８
は脱調しない。ところが、モータ８に与える周波数をそ
のままにして、モータ８に与える電流を増加させても、
モータ８の脱調は免れない。これは結果を見てから原因
を制御したのでは間に合わないのであって、原因に対し
てそれを補正するような逆の原因を加えるといった同じ
次元での制御をしなければならないことを教示してい
る。従って、この実施形態では、電流を制御するのでは
なく、周波数と電流との二重ループ制御を行うようにし
た。

【００１７】以下、より具体的に、この発明に使用され
ているセンサレスブラシレスモータ装置について説明す
る。モータ８には小型の同期電動機が用いられ、その回
転子は永久磁石タイプである。ドライバ９にはインバー
タが含まれていて、バッテリ１０から与えられる直流電
力を交流電力に変えてモータ８に与える。モータ８は、
与えられる交流電力の電圧Ｖが一定で、周波数が上昇す
れば、電流位相が進む。また、与えられる電圧Ｖおよび
周波数ｆを一定にし、負荷（ポンプ７によるオイル供給
量等）が上昇すると、電流位相が進む。

【００１８】この関係を利用して、モータ８を周波数制
御するのである。ところで、モータ８が回転子の角度位
置センサを有するものの場合は、そのセンサ信号を、ド
ライバ９に含まれるインバータのオン／オフ信号（発振
信号）として用いることができる。ところが、この実施
形態のように、モータ８がセンサレスモータの場合は、
回転子の角度位置を検知しようとすると、センサに代え
て回転子の位置信号を出力するものを利用しなければな
らない。一般的な方法としては、モータ８の逆起電力を
回転子の位置信号として利用する方法が知られている。

【００１９】すなわち、モータ８に対して、ドライバ９
からまず低い周波数の駆動電力を加え、回転子の引き込
みを行って、モータ８の回転を開始させる。次いで、モ
ータ８が回転開始後は、回転数に同期して回転子に逆起
電力が生じるから、その逆起電力の波形から回転子の角
度位置を検知することができる。ところが、かかる方法
は、モータ８に与える駆動電力が方形波でなければなら
ず、駆動電力が正弦波の場合は回転子の逆起電力を検知
することができない。

【００２０】一方、モータ８にとっては方形波の電圧制
御よりも正弦波の電流制御の方が効率その他の特性上の
すべての点で望ましいことが知られている。そこでこの
実施形態では、上述したように、モータ８における回転
子の位置検出は行わず、ドライバ９からモータ８に対し
て正弦波の電力を加え、そのときの電圧と電流の位相差
を検出してその差が零になるように周波数を制御し、か
つ、その周波数が設定された値になるように電流を制御
することにした。

【００２１】図２に、ドライバ９およびモータ８の具体
的な回路構成例を示す。図２を参照して、モータ８の界
磁巻線８１には、三相のインバータ回路９１から交流電
流が与えられる。一方、ＶＣＯ（Voltage Controlled O
scilator: 電圧制御発振器）１０１（発振回路）の発振
出力は基準波発生器１０２へ与えられて、基準波として
の正弦波が発生される。このとき、ＶＣＯ１０１の出力
周波数と、モータ速度設定に対応した設定周波数との差
が基準波発生器１０２へ電流値として与えられる。これ
により基準波発生器１０２で発生される正弦波の波高値
が制御される。

【００２２】またインバータ回路９１から界磁巻線８１
に与えられる電流は、電流検出用の直流ＣＴ１０３で検
出される。この直流ＣＴ１０３が出力する電流検出信号
と基準波との偏差をとって誤差信号が作成され、さら
に、この誤差信号が増幅される。増幅後の誤差信号は、
位相比較器１０４へ与えられる。一方、基準波発生器１
０２の出力から電圧の位相が取り出されて、位相比較器
１０４へ与えられる。位相比較器１０４では、基準波と
誤差信号との位相差を検出することにより、結果とし
て、直流ＣＴ１０３で検出される電流の位相と、モータ
８にかかる電圧の位相とが比較されることになり、その
差が差動アンプ１０５を介してＶＣＯ１０１にフィード
バックされる。これにより、ＶＣＯ１０１の発振周波数
が制御される。

【００２３】直流ＣＴ１０３で検出される電流の位相と
モータ８にかかる電圧の位相との比較のためには、直流
ＣＴ１０３が出力する電流検出信号を位相比較器１０４
に入力し、この位相比較器１０４において、基準波と電
流検出信号との位相差を検出することとしてもよい。た
だし、モータ８が無負荷の場合には、直流ＣＴ１０３に
よる電流検出ができない。そのため、上述の図２に示さ
れた構成のように、誤差信号と基準波との位相差を検出
することによって、電流の位相とモータ８にかかる電圧
との位相差を検出する構成を採用することが好ましい。

【００２４】上記増幅された誤差信号は、ＰＷＭ（Puls
e Width Modulation: パルス幅変調）１０６へ与えら
れ、その出力によってインバータ回路９１が制御され
る。この回路において、モータ８の負荷が増加すると、
ＶＣＯ１０１の出力周波数が下がり、設定周波数との差
が増加するから、その周波数差が電流値として基準波発
生器１０２へ与えられて、基準波発生器１０２で発生さ
れる正弦波の波高値が大きくなるように制御される。

【００２５】また、位相差検出回路１０４からＶＣＯ１
０１へ与えられる位相差信号は、差動アンプ１０５を介
して与えられる。この場合、モータ８がある回転速度に
達すると差動アンプ１０５を介して位相比較器１０４の
出力がＶＣＯ１０１へ与えられるが、一気に差動アンプ
１０５の利得を解放すると、モータ８の速度が急上昇す
るおそれがある。そこで、差動アンプ１０５の利得を０
から無限大まで電気的に信号で可変する構成にすれば、
見かけ上、滑らかな加速が得られる。つまり、モータ８
の速度の設定信号に、低い範囲で、差動アンプ１０５の
利得が比例するようにされている。

【００２６】ドライバ９が以上の構成である結果、モー
タ８およびドライバ９からなるセンサレスブラシレスモ
ータ装置を、車載用駆動源の作動流体を制御するための
電動ポンプ６の駆動源とすることができる。この発明は
以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求
項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる作動流体制御用
電動ポンプを含む車両の駆動システムの概略構成図であ
る。

【図２】ドライバおよびモータの具体的な構成例を示す
図である。

【符号の説明】

６電動ポンプ７ポンプ本体８モータ９ドライバ

フロントページの続き (72)発明者横井弥▲寿▼雄大阪府枚方市中宮大池３丁目25番７号日本インバータ株式会社内Ｆターム(参考） 3D033 EB04 3H045 AA01 AA09 AA12 AA24 AA32 BA19 CA03 DA07 EA42 5H560 AA02 BB04 BB12 DC01 DC12 DC13 EB01 EC01 HA01 RR04 SS02 TT05 XA02 XA04 XA06 XA10 XA12 5H576 AA05 AA15 BB02 DD02 DD05 EE04 EE11 FF01 GG04 GG05 GG06 HB01 LL22 LL24 LL25 LL39 LL41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同期電動機の制御装置であって、同期電動機に正弦波の電流を加え、そのときの電圧と電
流の位相差が零になるように周波数を制御し、さらに、
その周波数が設定周波数になるように電流を制御するこ
とを特徴とする、同期電動機の制御装置。
【請求項２】請求項１記載の制御装置において、周波数を制御するための制御ループには、差動増幅器が
含まれ、差動増幅器の利得を０から無限大まで電気的な
信号で可変する構造を有することを特徴とする同期電動
機の制御装置。
【請求項３】同期電動機の制御方法であって、同期電動機に正弦波の電流を加え、そのときの電圧と電
流の位相差が零になるように周波数を制御し、さらに、
その周波数が設定周波数になるように電流を制御するこ
とを特徴とする同期電動機の制御方法。
【請求項４】自動車の駆動系に使われる作動流体を制御
するための電動ポンプであって、作動流体を移動させるためのポンプ本体と、ポンプ本体を回転させるためのモータと、モータのドライバとを有し、モータおよびドライバにセンサレスブラシレスモータが
用いられていることを特徴とする作動流体を制御するた
めの電動ポンプ。
【請求項５】請求項４記載の電動ポンプにおいて、前記モータは、回転子が永久磁石タイプの同期電動機で
あり、前記ドライバは、モータに正弦波の電力を加え、そのと
きの電圧と電流の位相差が零になるように周波数を制御
し、さらに、その周波数が設定周波数になるように電流
を制御することを特徴とする、作動流体を制御するため
の電動ポンプ。