JP2006258033A

JP2006258033A - 電動液体ポンプ、その制御方法および制御装置

Info

Publication number: JP2006258033A
Application number: JP2005078395A
Authority: JP
Inventors: Koji Kajino; 浩司梶野; Hiroyuki Tsujihata; 裕行辻畑
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】ポンプ室内に液体が全く入っていない状態で回転（空転）させてしまった場合の問題点を回避すること。
【解決手段】電動モータの回転数を検出し（ステップＡ３）、検出された電動モータの回転数が所定回転数以上となった場合には、電動モータを所定時間停止させた後、前記電動モータを所定時間回転させる処理を１回以上行う（ステップＡ４〜Ａ８）。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプ、その制御方法および制御装置に関する。

従来、液圧ポンプを電動モータによって駆動するようにした小形でコンパクトな電動液圧ポンプは、例えば、自動車の停車中にエンジンをアイドリングストップする場合に、自動変速機のクラッチに必要液圧の作動油を供給するために使用されたり、あるいは、ハイブリッド車の電気モータの冷却ジャケットに必要液圧の冷却油を供給するために使用されている。

従来の電動液圧ポンプにおいては、ポンプ室に気泡を含む液体が入って液体ポンプが空転する泡がみ現象を回避するために、回転駆動されるインペラの回転軸方向に沿ってポンプ室に導入される水をポンプ室からインペラの周方向に排出するとともに、インペラの回転軸方向においてポンプ室から水を排出する部位の近傍の周面に形成した突起によりポンプ室に導入された気泡を粉砕するものが開示されている（特許文献１参照）。

特開平１１−３０１９３号公報

ところで、ポンプ室内の状態は外部から視認できないことから、電動液圧ポンプの組立時やメンテナンス時にポンプ室内に液体が全く入っていない状態で、誤って電動液圧ポンプの動作テストを行ってしまうことがある。ポンプ室内に液体が全く入っていない状態で電動液圧ポンプを回転（空転）させてしまうと、ポンプ室内に液体が満たされた状態のときの回転数よりも非常に高い回転数になってしまい、ポンプの構成部品が摩耗したり、極端な場合には破損してしまうおそれがある。ところが、従来の電動液圧ポンプでは、ポンプ室内に液体が全く入っていない状態で回転（空転）させてしまった場合の構成部品が摩耗を回避することは困難である。

本発明の課題は、ポンプ室内に液体が全く入っていない状態で回転（空転）させてしまった場合の問題点を回避することである。

本発明の第１の視点においては、電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプの制御方法において、前記電動モータの回転数を検出するステップと、検出された前記電動モータの回転数が所定回転数以上となった場合には、前記電動モータを所定時間停止させた後、前記電動モータを所定時間回転させる処理を１回以上行うステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の前記電動液体ポンプの制御方法において、前記電動モータが再起動しない場合には、フェイル処理を行うことが好ましい。

本発明の第２の視点においては、電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプの制御装置において、前記電動モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数が所定回転数以上となった場合に、前記電動モータを所定時間停止させた後、前記電動モータを所定時間回転させる処理を１回以上行う回転制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の視点においては、電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプにおいて、前記制御装置を備えることを特徴とする。

本発明（請求項１−４）によれば、制御装置内の電子部品の温度が定格値（上限温度）を超えないようにすることができ、電動モータの駆動を継続させることができる。これにより、制御装置内の電子部品に係る電気的特性の変動を抑えつつ、空転による電動液体ポンプの摩耗や故障を防止することができる。また、このような効果は、ソフトウェアの変更のみですむため、コストの上昇を抑えることができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御方法および装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置の構成を模式的に示したブロック図である。

電動液体ポンプは、液圧ポンプ１と、電動モータ３と、を有し、液圧回路２と流路として接続され、バッテリ４と制御装置２０を介して電気的に接続されている。制御装置２０は、ＦＥＴ回路６と、モータ駆動ＩＣ７と、モータ駆動回路５と、単位回転角度検出回路８と、電圧検出回路９と、シャント抵抗１０と、電流検出回路１１と、マイコン１２と、を有する。

液圧ポンプ１は、液圧回路２に必要液圧を供給する。液圧ポンプ１は、電動モータ３によって回転駆動される。液圧ポンプ１として、ポンプ室内で歯面と歯面が接近してポンプ作用を発揮するポンプ、例えば、トロコイドポンプ、ギヤポンプなどを用いることが好ましい。このようなポンプは空転時の構成部品の摩耗が激しいので、構成部品の摩耗や破損を回避するために実施形態１の制御装置２０を採用する意義が大きい。

液圧回路２は、所定液圧のかかった液が流通するとともに、所定の流路抵抗Ｒを有する回路であり、液圧ポンプ１と流路として接続する。液圧回路２として、例えば、自動車の停車中にエンジンをアイドリングストップする場合に、自動変速機のクラッチに必要油圧の作動油を供給する油圧回路、あるいは、ハイブリッド車の電気モータの冷却ジャケットに必要液圧の冷却油を供給する冷却回路等が挙げられる。

電動モータ３は、液圧ポンプ１を回転駆動する。電動モータ３として、例えば、センサレス三相ブラシレスＤＣモータが挙げられる。電動モータ３の３線には、ＦＥＴ回路６を介してバッテリ４の電圧が印加される。また、電動モータ３の３線には、単位回転角度検出回路８が電気的に接続されている。

モータ駆動回路５は、電動モータ３を駆動するための回路であり、ＦＥＴ回路６と、モータ駆動ＩＣ７と、を有する。

ＦＥＴ回路６は、モータ駆動ＩＣ７からの単位回転角度信号に基づいて、電動モータ３の３線の中の２線間に順次電圧を印加して、電動モータ３を単位回転角度ずつ回転駆動させる。また、ＦＥＴ回路６は、モータ駆動ＩＣ７からの指令電圧信号と、電圧検出回路９からの直流電源電圧と、に基づいて、各２線間に印加する電圧をオン、オフしてデューティ制御し、電動モータ３に印加される平均電圧を指令電圧に制御している。ここで、単位回転角度信号は、単位回転角度検出回路８によって検出された単位回転角度に係る信号である。また、指令電圧信号は、ＣＰＵ１３から指令された電圧に係る信号である。

ＦＥＴ回路６のデューティ制御は、以下のようなステップにより行われる。図３を参照すると、まず、電圧検出回路９から直流電源電圧を取得する（ステップＢ１）。次に、取得した直流電源電圧に基づいて最低出力デューティを演算する（ステップＢ２）。ここで、最低出力デューティは、例えば、演算式「（最低モータ電圧規定値；例えば０．４）×１２×（直流電源電圧）」により演算される。次に、指令電圧信号に基づいて出力デューティを演算する（ステップＢ３）。ここで、出力デューティは、指令電圧信号の偏差に基づいて演算される。次に、演算した出力デューティが最低出力デューティ以下であるか否かを判断する（ステップＢ４）。出力デューティが最低出力デューティより大きい場合（ステップＢ４のＮＯ）、ステップＢ６に進む。出力デューティが最低出力デューティ以下である場合（ステップＢ４のＹＥＳ）、出力デューティを最低出力デューティに修正する（ステップＢ５）。出力デューティが最低出力デューティより大きい場合（ステップＢ４のＮＯ）、演算した出力デューティをそのまま用いて、各２線間に印加する電圧をオン、オフしてデューティ制御する（ステップＢ６）。一方、出力デューティを最低出力デューティに修正した場合（ステップＢ５）、最低出力デューティを用いて各２線間に印加する電圧をオン、オフしてデューティ制御する（ステップＢ６）。

モータ駆動ＩＣ７は、単位回転角度検出回路８からの単位回転角度信号をＦＥＴ回路６および入出力回路１６に送出する。モータ駆動ＩＣ７は、入出力回路１６からの指令電圧信号をＦＥＴ回路６に送出する。

単位回転角度検出回路８は、電動モータ３の回転につれて循環する３線の中の低電圧線を順次検出して電動モータ３の単位回転角度を検出し、単位回転角度信号をモータ駆動ＩＣ７に送出する。この単位回転角度信号は、モータ駆動回路５でモータの駆動制御に使用されるとともに、モータ駆動ＩＣ７を経由してマイコン１２に送出される。

電圧検出回路９は、バッテリ４の直流電源電圧を検出して、直流電源電圧信号をＦＥＴ回路６に送出する。

シャント抵抗１０は、一端がＦＥＴ回路６と電流検出回路１１を結ぶ第１配線上に接続され、他端がＦＥＴ回路６及びバッテリ４と電流検出回路１１を結ぶ第２配線上に接続されている。

電流検出回路１１は、シャント抵抗１０の両端子間の電圧を測定し、電動モータ３に供給されるモータ電流を検出して、モータ電流信号をマイコン１２に送出する。

マイコン１２は、所定のプログラムに基づいて制御処理を行うコンピュータである。マイコン１２は、ＣＰＵ１３と、ＲＯＭ１４と、ＲＡＭ１５と、入出力回路１６と、を有する。

ＣＰＵ１３は、所定のプログラムに基づいて、各種演算処理を行う。ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１３が実行する各種プログラムを格納する。ＲＡＭ１５は、ＣＰＵ１３が演算処理中に必要なデータを読み書きする。

入出力回路１６は、モータ駆動ＩＣ７からの単位回転角度信号をＣＰＵ１３に送出する。入出力回路１６は、電流検出回路１１からのモータ電流信号をＣＰＵ１３に送出する。入出力回路１６は、ＣＰＵ１３からの指令電圧信号をモータ駆動ＩＣ７に送出する。

ＲＯＭ１４には、モータ回転数演算プログラム１７、モータ制御プログラム１８、電流制御プログラム１９等のプログラム、所定の情報が格納されている。

モータ回転数演算プログラム１７は、一定時間内に送出された単位回転角度検出信号を計数して電動モータ３のモータ回転数を演算するためのプログラムである。なお、電動モータ３のモータ回転数を検出するために必要なモータ回転数演算プログラム１７及びこれに関連する部分（単位回転角度検出回路８、ＣＰＵ１３を含む）は、回転数検出部を構成する。

モータ制御プログラム１８は、モータ回転数演算プログラム１７で演算されたモータ回転数と、電流検出回路１１で検出されたモータ電流値と、に基づいて、液温を推定し、推定した液温において必要液圧を確保するためのモータ電流の目標値を演算するためのプログラムである。

電流制御プログラム１９は、電流検出回路１１によって検出されたモータ電流値を、モータ制御プログラム１８で演算された目標値になるように制御するためのプログラムである。電流制御プログラム１９を実行すると、モータ電流値と目標値の差を演算し、比例制御および積分制御を用いて、電動モータ３に印加する指令電圧を演算し、この指令電圧信号を出力する。なお、電動モータ３の回転時間を制御するために必要なプログラム（電流制御プログラム１９を含む）及びこれに関連する部分（ＦＥＴ回路６、ＣＰＵ１３を含む）は、回転制御部を構成する。

次に、実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置の作動について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置の作動を模式的に示したフローチャート図である。

まず、マイコン１２は、液圧ポンプ１から必要液圧を吐出して液圧回路２に供給するためにモータ電流値を所定値で電動モータ３を電流制御して駆動し、所定の短時間毎に、モータ回転数演算プログラム１７、モータ制御プログラム１８、電流制御プログラム１９に基づいて所定の処理を繰り返し実行し、所定の処理の実行を開始する毎に、電流検出回路１１によってモータ電流値Ｉを検出する（ステップＡ１）。

次に、マイコン１２は、液圧ポンプ１が空転しているか否かを１次判定すべく、モータ電流値Ｉが予め規定された規定電流値Ｉ_１（例えば、１Ａ）以下の状態が所定時間（例えば、２００ｍｓ）継続したか否かを判定する（ステップＡ２）。モータ電流値Ｉが規定電流値Ｉ_１より小さい状態が所定時間継続した場合（ステップＡ２のＹＥＳ）、液圧ポンプ１が空転していると判定し、ステップＡ５に進む。

モータ電流値Ｉが規定電流値Ｉ_１以下の状態が所定時間継続していない場合（ステップＡ２のＮＯ）、マイコン１２は、単位回転角度検出回路８からの単位回転角度信号に基づいて電動モータ３のモータ回転数Ｒを検出する（ステップＡ３）。

次に、マイコン１２は、液圧ポンプ１が空転しているか否かを２次判定すべく、モータ回転数Ｒが予め規定された規定回転数Ｒ_１（例えば、７０００ｒｐｍ）以上の状態が所定時間（例えば、２００ｍｓ）継続したか否かを判定する（ステップＡ４）。モータ回転数Ｒが規定回転数Ｒ_１以上の状態が所定時間継続していない場合（ステップＡ４のＮＯ）、マイコン１２は、液圧ポンプ１が空転していないと判定し、一旦終了する。モータ回転数Ｒが規定回転数Ｒ_１以上の状態が所定時間継続している場合（ステップＡ４のＹＥＳ）、マイコン１２は、液圧ポンプ１が空転していると判定し、再起動処理（ステップＡ５〜Ａ８）を実行する。

ここで、ステップＡ１〜Ａ４によって液圧ポンプ１が空転していると判定される空転判定領域は、例えば、図４のようになる。

再起動処理においては、まず、マイコン１２は、空転によって発熱した制御装置２０を冷却させるために、電動モータ３を所定時間（例えば、３０秒）停止させる（ステップＡ５）。つまり、ＣＰＵ１３から指令電圧信号を出力しないようにして（指令電圧＝０Ｖ）、制御装置２０を冷却させる。

次に、マイコン１２は、再起動させるべく、電動モータ３を所定時間（例えば、５秒）回転させる（ステップＡ６）。ここで、再起動処理における電動モータ３の停止時間と回転時間の関係については、電動モータ３が停止したときの制御装置２０の冷却速度と、電動モータ３が回転したときの制御装置２０の加熱速度と、の関係によって決定され、例えば、加熱速度が冷却速度の６倍であれば、電動モータ３の停止時間が回転時間の６倍とすることができる。

次に、マイコン１２は、再起動処理により空転が解消されたか否か（モータ電流値Ｉ≧規定電流値Ｉ_１、かつ、モータ回転数Ｒ≦規定回転数Ｒ_１であるか否か）、すなわち再起動に成功したか否かを判定する（ステップＡ７）。再起動に成功した場合（ステップＡ７のＹＥＳ）、一旦終了する。

再起動に成功しなかった場合（ステップＡ７のＮＯ）、マイコン１２は、再起動処理を開始してからステップＡ６の再起動回数をカウントし、カウントされた再起動回数が予め規定された規定回数Ｎ_ａ（例えば、５回）以上か否かを判定する（ステップＡ８）。再起動回数が規定回数Ｎ_ａ以上でない場合（ステップＡ８のＮＯ）、ステップＡ５に戻る。

再起動回数が規定回数Ｎ_ａ以上である場合（ステップＡ８のＹＥＳ）、すなわち再起動処理によっても空転が解消されない場合には、マイコン１２は、再起動処理および電動モータ３の制御処理を停止するとともに、警告を発するフェイル処理を実行する（ステップＡ９）。

実施形態１によれば、再起動処理においても、制御装置２０内の電子部品（ＦＥＴ回路６、モータ駆動ＩＣ７等）の温度が定格値（上限温度）を超えないようにすることができ（図５参照）、電動モータ３の駆動を継続させることができる。これにより、制御装置２０内の電子部品に係る電気的特性の変動を抑えつつ、空転による電動液体ポンプの摩耗や故障を防止することができる。また、このような効果は、ソフトウェアの変更のみですむため、コストの上昇を抑えることができる。

また、実施形態１においては、電動モータ３としてセンサレス三相ブラシレスＤＣモータを使用しているが、これに限られるものではなく、二相ブラシレスＤＣモータ、直流モータ等でもよく、必要に応じて回転数を検出する回転数検出装置およびモータ電流を検出する電流検出装置を付加するとよい。

本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置の構成を模式的に示したブロック図である。本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置の作動を模式的に示したフローチャート図である。本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置におけるＦＥＴ回路のデューティ制御の動作を模式的に示したフローチャート図である。本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置におけるマイコンによって空転していると判定される空転判定領域を模式的に示したグラフである。本発明の実施形態１に係る電動液体ポンプの制御装置内の電子部品の温度の経時変化を模式的に示したグラフである。

符号の説明

１液圧ポンプ
２液圧回路
３電動モータ
４バッテリ
５モータ駆動回路
６ＦＥＴ回路
７モータ駆動ＩＣ
８単位回転角度検出回路
９電圧検出回路
１０シャント抵抗
１１電流検出回路
１２マイコン
１３ＣＰＵ
１４ＲＯＭ
１５ＲＡＭ
１６入出力回路
１７モータ回転数演算プログラム
１８モータ制御プログラム
１９電流制御プログラム
２０制御装置

Claims

電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプの制御方法において、
前記電動モータの回転数を検出するステップと、
検出された前記電動モータの回転数が所定回転数以上となった場合には、前記電動モータを所定時間停止させた後、前記電動モータを所定時間回転させる処理を１回以上行うステップと、
を含むことを特徴とする電動液体ポンプの制御方法。
前記電動モータが再起動しない場合には、フェイル処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電動液体ポンプの制御方法。
電動モータによって駆動される液体ポンプから必要液圧の液体を液圧回路に供給する電動液体ポンプの制御装置において、
前記電動モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記回転数検出部によって検出された前記電動モータの回転数が所定回転数以上となった場合に、前記電動モータを所定時間停止させた後、前記電動モータを所定時間回転させる処理を１回以上行う回転制御部と、
を備えることを特徴とする電動液体ポンプの制御装置。
請求項３記載の制御装置を備えることを特徴とする電動液体ポンプ。