JP2005344663A - ポンプ制御装置ならびにそれを備えた負荷駆動装置および車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 振動抑制部材を別途設けることなくポンプ振動を抑制するポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】 冷却水を循環させるポンプ部36は、2台のウォーターポンプ52,54を含む。ウォーターポンプ52には、ウォーターポンプ52のロータ74の回転位置を検出する磁気センサ62,64が設けられ、磁気センサ64は、磁気センサ62に対して略π/6度だけずれた位置に配設される。そして、第1駆動制御部102は、磁気センサ62によって検出された検出信号に応じてウォーターポンプ52を駆動制御し、第2駆動制御部104は、磁気センサ64によって検出された検出信号に応じてウォーターポンプ54の回転を制御する。
【選択図】 図3

Description

この発明は、ポンプ制御装置ならびにそれを備えた負荷駆動装置および車両に関し、特に、各々がモータによって駆動される複数のポンプが併設される場合のポンプ制御装置ならびにそれを備えた負荷駆動装置および車両に関する。
近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が大きく注目されており、ハイブリッド自動車は、既に実用化されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
このようなハイブリッド自動車等においては、インバータに含まれるパワー素子を冷却水などで十分に冷却する必要があり、その冷却水などを循環させるためのウォーターポンプが一般に搭載されている。そして、ハイブリッド自動車等を含む車両においては、車内快適性が求められ、車内の静粛性が要求されるところ、上述したハイブリッド自動車等においては、エンジン停止状態においてもウォーターポンプが作動することがあるため、特にウォーターポンプの作動により発生する振動が車室内における騒音となって車内快適性が損なわれる可能性がある。
そして、近年、モータの高出力化に伴なってインバータの発熱量が増大しており、インバータの冷却性を確保するため、ウォーターポンプが複数台搭載されることがある。このようなことから、ウォーターポンプの振動による車内騒音の問題が大きくなってきており、ウォーターポンプの振動低減が求められている。
特許文献1は、ハイブリッド自動車等に搭載されるウォーターポンプの防振技術を開示する。この特許文献1によれば、ウォーターポンプ本体の底部から下方に突出する台形脚部端縁をクッションゴム部材で支持することによってウォーターポンプの回転による振動を吸収し、ウォーターポンプの回転に伴なう車室内への伝達音を低減することができる(特許文献1参照)。
特開2001−304339号公報 特開平7−83171号公報 特開2003−29879号公報
しかしながら、特許文献1で開示される技術は、ウォーターポンプから発生した振動をクッションゴム部材を用いて二次的に抑制するものであって、ウォーターポンプの振動低減に対して本質的な解決を図るものではない。また、特許文献1で開示される技術は、クッションゴム部材を別途設ける必要があり、コストの上昇を招く。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動抑制部材を別途設けることなくポンプ振動を抑制するポンプ制御装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、振動抑制部材を別途設けることなくポンプ振動を抑制するポンプ制御装置を備えた負荷駆動装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、振動抑制部材を別途設けることなくポンプ振動を抑制するポンプ制御装置を備えた車両を提供することである。
この発明によれば、ポンプ制御装置は、各々がモータにより駆動される第1および第2のポンプを駆動制御するポンプ制御装置であって、第1のポンプにおけるロータの回転位置を検出するセンサと、センサによって検出された第1のポンプの回転位置に基づいて第1および第2のポンプを駆動制御する制御部とを備え、制御部は、第1および第2のポンプからそれぞれ発生する振動が相互に抑制されるように第2のポンプの回転を制御する。
好ましくは、制御部は、第1および第2のポンプを同じ角速度で制御し、かつ、第1および第2のポンプからそれぞれ発生する振動が相互に抑制されるように第1のポンプに対して回転角の位相をずらして第2のポンプの回転を制御する。
好ましくは、センサは、第1の位置検出部と、第1の位置検出部に対して略π/p(pはモータの磁極数)度の奇数倍だけ回転方向にずらして配設される第2の位置検出部とを含み、制御部は、第1および第2の位置検出部からの検出信号に応じて第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御する。
好ましくは、第1および第2の位置検出部の各々は、磁気センサからなる。
好ましくは、磁気センサは、ホール素子からなる。
好ましくは、センサは、第1のポンプの回転角を検出するレゾルバを含み、制御部は、レゾルバによって検出された第1のポンプの回転角に基づいて第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御する。
また、この発明によれば、負荷駆動装置は、電気負荷を駆動制御するインバータ装置と、インバータ装置を冷却する冷媒を循環させる第1および第2のポンプと、第1および第2のポンプを駆動制御する上述したいずれかのポンプ制御装置とを備える。
また、この発明によれば、車両は、直流電源と、直流電源が発生する電力によって走行駆動力を発生する回転電機と、直流電源から電力を受け、回転電機を駆動制御するインバータ装置と、インバータ装置を冷却する冷媒を循環させる第1および第2のポンプと、第1および第2のポンプを駆動制御する上述したいずれかのポンプ制御装置とを備える。
この発明によるポンプ制御装置においては、制御部は、第1および第2のポンプからそれぞれ発生する振動が相互に抑制されるように第2のポンプの回転を制御するので、第1および第2のポンプの各々から発生した振動が互いに打消しあう。
したがって、この発明によれば、全体としてのポンプ振動を抑制することができる。また、ポンプ振動を抑制するために振動抑制部材を別途設ける必要がなく、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。
また、この発明によるポンプ制御装置によれば、制御部は、第1の位置検出部、および第1の位置検出部に対して略π/p(pはモータの磁極数)度の奇数倍だけ回転方向にずらして配設される第2の位置検出部からの検出信号に応じて第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御するので、簡易な構成でポンプ振動の抑制を実現できる。
また、この発明によるポンプ制御装置によれば、制御部は、レゾルバによって検出された第1のポンプの回転角に基づいて第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御するので、振動の発生状況に応じて第1のポンプに対する第2のポンプの回転の位相差を容易に調整することができる。
また、この発明による負荷駆動装置によれば、上述したポンプ制御装置を備えるので、ポンプ振動およびそれに起因した騒音が抑制され、低振動かつ低騒音の冷却システムを構築できる。
また、この発明による車両によれば、上述したポンプ制御装置を備えるので、ポンプ振動に起因した騒音が抑制され、より静粛性に優れた車両を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるポンプ制御装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。
図1を参照して、ハイブリッド自動車10は、バッテリ12と、パワーコントロールユニット(Power Control Unit、以下「PCU」と称する。)14と、動力出力装置16と、ディファレンシャルギア(Differential Gear、以下「DG」と称する。)18と、前輪20R,20Lと、後輪22R,22Lと、フロントシート24R,24Lと、リアシート26とを備える。
バッテリ12は、たとえば、リアシート26の後方に配設される。PCU14は、たとえば、フロントシート24R,24Lの下部に位置するフロア下領域に配設される。動力出力装置16は、たとえば、ダッシュボード28の前方のエンジンルームに配設される。そして、PCU14は、バッテリ12および動力出力装置16と電気的に接続される。動力出力装置16は、DG18と連結される。
直流電源であるバッテリ12は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、直流電圧をPCU14へ供給するとともに、PCU14からの直流電圧によって充電される。
PCU14は、内部にインバータを含み、バッテリ12から受ける直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置16に含まれるモータジェネレータ(図示せず、以下同じ。)を駆動制御する。また、PCU14は、動力出力装置16に含まれるモータジェネレータによって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ12を充電する。
動力出力装置16は、エンジン(図示せず、以下同じ。)および/またはモータジェネレータによる動力をDG18へ出力する。また、動力出力装置16は、前輪20R,20Lの回転力によって発電し、その発電された電力をPCU14に供給する。さらに、動力出力装置16は、エンジンの動力を用いてモータジェネレータにより電力を発電し、その発電された電力をPCU14に供給する。
DG18は、動力出力装置16から受ける動力を前輪20R,20Lに伝達するとともに、前輪20R,20Lの回転力を動力出力装置16に伝達する。
図2は、図1に示したPCU14の冷却システムの構成を示すブロック図である。
図2を参照して、この冷却システム30は、PCU14と、ラジエータ34と、ポンプ部36と、冷却水路38〜44とを含む。バッテリ12から電力の供給を受けてモータジェネレータ32を駆動制御するPCU14は、それぞれ冷却水路38,40を介してポンプ部36およびラジエータ34と接続される。ラジエータ34およびポンプ部36は、冷却水路42を介して互いに接続される。
ポンプ部36は、冷却水路38、PCU14、冷却水路40、ラジエータ34および冷却水路42の順に冷却水を循環させる。ラジエータ34は、PCU14において熱交換した冷却水を冷却水路40から受け、その受けた冷却水をラジエータフィン(図示せず)を用いて冷却する。
ポンプ部36は、ウォーターポンプ52,54と、制御装置56とからなる。ウォータポンプ52,54は、冷却水路42,38の間に直列に接続され、制御装置56によって同じ角速度で駆動制御される。また、ウォーターポンプ52には、回転位置センサとしての磁気センサが設けられており(図示せず、以下同じ。)、その磁気センサは、検出したウォーターポンプ52の回転位置信号を制御装置56へ出力する。
制御装置56は、ウォーターポンプ52に設けられた磁気センサからウォーターポンプ52の回転位置信号を受け、検出されたウォーターポンプ52の回転位置に基づいてウォーターポンプ52,54を同じ角速度で駆動制御する。ここで、制御装置56は、ウォーターポンプ52の回転位置に応じてウォーターポンプ52を駆動制御するとともに、ウォーターポンプ52から発生する周期振動がウォーターポンプ54から発生する周期振動によって抑制されるように、ウォーターポンプ52に対して位相をずらしてウォーターポンプ54を駆動制御する。これについては、後ほど詳しく説明する。
この冷却システム30においては、冷却系統に直列に設けられた2台のウォーターポンプ52,54を含むポンプ部36によって冷却水が循環され、パワー半導体素子の動作によって発熱したPCU14が冷却される。制御装置56は、ウォーターポンプ52から発生する周期振動がウォーターポンプ54から発生する周期振動によって抑制されるように、ウォーターポンプ52,54を同速度で駆動制御し、かつ、ウォーターポンプ52に対するウォーターポンプ54の位相を調整する。
図3は、図2に示したポンプ部36の構成を示すブロック図である。
図3を参照して、ポンプ部36は、ウォーターポンプ52,54と、制御装置56と、磁気センサ62,64とからなる。ウォーターポンプ52は、ステータ72と、ロータ74と、回転シャフト76とからなり、ウォーターポンプ54は、ステータ82と、ロータ84と、回転シャフト86とからなる。制御装置56は、第1駆動制御部102と、第2駆動制御部104とからなる。
ウォーターポンプ52,54は、互いに同様の構成からなる6極の同期モータからなる。ウォーターポンプ52のステータ72およびウォーターポンプ54のステータ82は、それぞれウォーターポンプ52,54のハウジング等(図示せず)に固設され、周方向に等間隔に配設される6つの鉄心78,88をそれぞれ有する。鉄心78の各々には、コイル79が巻回され、鉄心88の各々にも同様にコイル89が巻回される。そして、ステータ72,82は、それぞれ第1および第2駆動制御部によりコイル79,89に所定の電流が流されることによって、図上時計回りに回転する回転磁界を発生する。
ウォーターポンプ52のロータ74およびウォーターポンプ54のロータ84の各々は、回転方向に等間隔に配設される6つの界磁極を有する。そして、ロータ74,84は、ステータ72,82に発生する回転磁界に同期した角速度でステータ72,82の回りをそれぞれ回転する。
磁気センサ62,64は、ウォーターポンプ52の近傍に設けられ、ウォーターポンプ52のロータ74の回転位置を検出する。磁気センサ62,64は、ホール素子からなり、ロータ74からの磁束を検出し、その検出した磁束の大きさに応じた電圧を発生する。そして、磁気センサ62,64は、それぞれ発生した電圧を第1および第2の駆動制御部102,104へ出力する。
ここで、磁気センサ62は、この磁気センサ62による検出結果によってウォーターポンプ52のロータ74がステータ72に発生する回転磁界に同期して適切に回転するように、ウォーターポンプ52の周方向における所定の回転角位置に配設される。一方、磁気センサ64は、磁気センサ62が配設された回転角位置から略π/6度(略30度)だけずれた位置に配設される。
第1および第2の駆動制御部102,104は、ウォーターポンプ52のロータ74の回転位置に応じて磁気センサ62,64から発生される電圧をそれぞれ受け、その受けた電圧に応じてそれぞれウォーターポンプ52,54を同じ角速度で駆動制御する。
このポンプ部36においては、ウォーターポンプ52は、磁気センサ62によって検出されるウォーターポンプ52のロータ74の回転位置に応じて回転制御される。一方、ウォーターポンプ54は、磁気センサ62から略π/6度だけずれた位置に配設される磁気センサ64によって検出されるロータ74の回転位置に応じて、ウォーターポンプ52と同速度で回転制御される。
したがって、このポンプ部36においては、ウォーターポンプ54は、ウォーターポンプ52に対して、磁気センサ62,64の配置ずれ分に相当する略π/6度だけ遅れた位相で回転する。
図4は、図3に示したポンプ部36における振動波形図である。
図4を参照して、横軸は、ウォーターポンプ52のロータ74の回転角を示し、ウォーターポンプ52のある振動ピークを回転角0度としている。縦軸は、ウォーターポンプ52,54の各々の振動波形、およびそれらの合成波形すなわちポンプ部36全体としての振動波形を示す。
上述したように、ウォーターポンプ52,54は同じ角速度で駆動制御されるので、ウォーターポンプ52,54の振動周期は同じである。また、ウォーターポンプ52,54は、いずれも6極の同期モータからなるので、2π/6度(60度)ごとに周期的に振動が発生する。さらに、上述したように、ウォーターポンプ54は、ウォーターポンプ52に対して略π/6度(略30度)遅れた位相で回転するので、ウォーターポンプ52の振動が負側にピークのとき、ウォーターポンプ54の振動は正側にピークとなる。
したがって、ウォーターポンプ52,54から発生する各振動は、互いに打消しあい、各振動の合成波形の振幅は、大幅に抑制される。
以上のように、この実施の形態1によれば、ウォーターポンプ52に設けられた磁気センサ62からの検出信号に応じてウォーターポンプ52を駆動制御し、その磁気センサ62に対して所定の角度だけウォーターポンプ52の回転方向にずらして配設される磁気センサ64からの検出信号に応じて、ウォーターポンプ52に併設されるウォーターポンプ54の回転を制御するようにしたので、ウォーターポンプ52,54の各々から発生する振動が相互に打消しあい、その結果、ポンプ部36全体としてのポンプ振動を抑制することができる。また、ポンプ振動を抑制するために振動抑制部材を別途設ける必要がないので、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。
なお、上記においては、磁気センサ62,64は、ホール素子としたが、磁気抵抗素子などその他の磁気センサであってもよい。また、ウォーターポンプ52の回転位置を検出するセンサとして、磁気センサの他、フォトダイオードなど光半導体素子を用いた光センサを用いてもよい。
また、上記においては、磁気センサ64は、ウォーターポンプ52,54の磁極数に応じて、磁気センサ62が配設された回転角位置から略π/6度だけずれた位置に配設されるものとしたが、磁気センサ64の配設位置は、磁気センサ62が配設された回転角位置から略π/6度の奇数倍だけずれた位置に配設してもよい。この場合も、図4と同様の振動波形が得られ、ポンプ振動が抑制される。
[実施の形態2]
実施の形態2によるポンプ制御装置が搭載されるハイブリッド自動車の全体構成は、図1に示したハイブリッド自動車10と同じである。また、実施の形態2におけるPCUの冷却システムの構成も、図2に示した冷却システムと同じである。
図5は、実施の形態2におけるポンプ部36Aの構成を示すブロック図である。
図5を参照して、この実施の形態2におけるポンプ部36Aは、図3に示した実施の形態1におけるポンプ部36の構成において、磁気センサ62,64に代えてレゾルバ112を含み、制御装置56に代えて制御装置56Aを含む。制御装置56Aは、実施の形態1における制御装置56の構成において、位置検出信号処理部114をさらに含む。なお、ポンプ部36Aのその他の構成は、実施の形態1におけるポンプ部36と同じである。
レゾルバ112は、電磁誘導型の角度検出器であって、その回転軸がウォーターポンプ52の回転シャフト76に据付けられる。そして、レゾルバ112は、内部に含まれるロータおよびステータに巻回された各コイル間の電磁結合率が回転角度により変化することを利用してウォーターポンプ52のロータ74の回転角を検出し、検出信号を制御装置56Aの位置検出信号処理部114へ出力する。
位置検出信号処理部114は、レゾルバ112によって検出されたウォーターポンプ52のロータ74の回転角に応じた制御指令を第1駆動制御部へ出力する。また、位置検出信号処理部114は、レゾルバ112によって検出されたロータ74の回転角に略π/6度の位相遅れを付与し、その位相を遅らせた回転角に応じた制御指令を第2駆動制御部へ出力する。
これによって、ウォーターポンプ54は、ウォーターポンプ52に対して略π/6度遅れた位相で回転する。したがって、この実施の形態2によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、この実施の形態2によれば、レゾルバ112によって検出されたウォーターポンプ52の回転角に基づいてウォーターポンプ52,54をそれぞれ制御するので、ポンプ振動の発生状況に応じてウォーターポンプ52に対するウォーターポンプ54の位相差を容易に調整することができる。
なお、上記の実施の形態2においては、位置検出信号処理部114は、レゾルバ112によって検出されたロータ74の回転角に略π/6度の位相遅れを付与して制御指令を第2駆動制御部へ出力するものとしたが、位置検出信号処理部114によって付与される位相遅れは、略π/6度の奇数倍であってもよい。この場合も、図4と同様の振動波形が得られ、ポンプ振動が抑制される。
なお、上記の各実施の形態1,2において、PCU14およびポンプ部36(36A)は、「負荷駆動装置」を構成する。また、実施の形態1における制御装置56および磁気センサ62,64、ならびに実施の形態2における制御装置56Aおよびレゾルバ112は、「ポンプ制御装置」を構成する。
また、上記の各実施の形態1,2においては、ウォーターポンプ52,54は、冷却系統において直列に配設されるものとしたが、並列に配設されていてもよい。また、冷却系統におけるポンプ部36,36Aは、ラジエータ34の下流であってPCU14の上流に配設されるものとしたが、PCU14の下流であってラジエータ34の上流に配設してもよい。
また、上記においては、ポンプ部36,36Aは、2台のウォーターポンプ52,54を備えるものとしたが、ウォーターポンプの台数は2台に限られるものではなく、より多くのウォーターポンプを備えてもよい。
また、上記においては、ウォーターポンプ52,54は、6極の同期モータとしたが、モータの種類および極数は、これに限定されるものではない。また、ウォーターポンプ52,54は、ロータがステータの外周に設けられる外転型のモータとしたが、ロータがステータの内周側に設けられる内転型のモータであってもよい。
また、上記におけるポンプ部36,36Aは、たとえば、近年大きく注目されているハイブリッド自動車や電気自動車などにおいて好適である。すなわち、このような車両においては、静粛性および低コスト化が要求されるところ、このポンプ部36,36Aによれば、ポンプ振動が抑制されるので、ハイブリッド自動車におけるエンジン停止時などウォーターポンプからの騒音が顕著になり得る状況においても、静粛性を確保できる。そして、このポンプ部36,36Aによれば、ポンプ振動を吸収するための振動吸収部材を別途設ける必要がないので、コストの上昇を抑制できる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態1によるポンプ制御装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。 図1に示すPCUの冷却システムの構成を示すブロック図である。 図2に示すポンプ部の構成を示すブロック図である。 図3に示すポンプ部における振動波形図である。 実施の形態2におけるポンプ部の構成を示すブロック図である。
符号の説明
10 ハイブリッド自動車、12 バッテリ、14 PCU、16 動力出力装置、18 DG、20R,20L 前輪、22R,22L 後輪、24R,24L フロントシート、26 リアシート、30 冷却システム、32 モータジェネレータ、34 ラジエータ、36,36A ポンプ部、38〜44 冷却水路、52,54 ウォーターポンプ、56,56A 制御装置、62,64 磁気センサ、66,68 電力線、72,82 ステータ、74,84 ロータ、76,86 回転シャフト、78,88 鉄心、79,89 コイル、102 第1駆動制御部、104 第2駆動制御部、112 レゾルバ、114 位置検出信号処理部。

Claims (8)

  1. 各々がモータにより駆動される第1および第2のポンプを駆動制御するポンプ制御装置であって、
    前記第1のポンプにおけるロータの回転位置を検出するセンサと、
    前記センサによって検出された前記第1のポンプの回転位置に基づいて前記第1および第2のポンプを駆動制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記第1および第2のポンプからそれぞれ発生する振動が相互に抑制されるように前記第2のポンプの回転を制御する、ポンプ制御装置。
  2. 前記制御部は、前記第1および第2のポンプを同じ角速度で制御し、かつ、前記第1および第2のポンプからそれぞれ発生する振動が相互に抑制されるように前記第1のポンプに対して回転角の位相をずらして前記第2のポンプの回転を制御する、請求項1に記載のポンプ制御装置。
  3. 前記センサは、
    第1の位置検出部と、
    前記第1の位置検出部に対して略π/p(pは前記モータの磁極数)度の奇数倍だけ回転方向にずらして配設される第2の位置検出部とを含み、
    前記制御部は、前記第1および第2の位置検出部からの検出信号に応じて前記第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御する、請求項1または請求項2に記載のポンプ制御装置。
  4. 前記第1および第2の位置検出部の各々は、磁気センサからなる、請求項3に記載のポンプ制御装置。
  5. 前記磁気センサは、ホール素子からなる、請求項4に記載のポンプ制御装置。
  6. 前記センサは、前記第1のポンプの回転角を検出するレゾルバを含み、
    前記制御部は、前記レゾルバによって検出された前記第1のポンプの回転角に基づいて前記第1および第2のポンプをそれぞれ駆動制御する、請求項1または請求項2に記載のポンプ制御装置。
  7. 電気負荷を駆動制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置を冷却する冷媒を循環させる第1および第2のポンプと、
    前記第1および第2のポンプを駆動制御する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のポンプ制御装置とを備える負荷駆動装置。
  8. 直流電源と、
    前記直流電源が発生する電力によって走行駆動力を発生する回転電機と、
    前記直流電源から前記電力を受け、前記回転電機を駆動制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置を冷却する冷媒を循環させる第1および第2のポンプと、
    前記第1および第2のポンプを駆動制御する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のポンプ制御装置とを備える車両。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014009619A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Mitsubishi Electric Corp 圧縮機の振動抑制方法および圧縮機

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