JP2011234524A - トランスミッション用電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータアセンブリが収容されたトランスミッションハウジングの凹所内の油の粘度が変わっても、常に良好にブラシレスＤＣモータを起動できるトランスミッション用電動ポンプユニットを提供する。
【解決手段】 トランスミッション用電動ポンプユニット1は、油の吸入および吐出を行うポンプ3とポンプ駆動用のセンサレス制御ブラシレスＤＣモータ4が一体化された電動ポンプアセンブリ5と、モータ4をセンサレス制御するモータ制御装置6とを備えている。モータ制御装置6が、モータ4の起動時に強制転流を行うものである。電動ポンプアセンブリ5が、トランスミッションハウジング7に形成されて油が導入される凹所内に収容され、モータ4の少なくとも一部が油に浸漬させられている。モータ制御装置6が、モータ4の起動時に、前記凹所内に導入される油の温度を検出し、検出された油温に基づいて強制転流の周波数を設定するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車のトランスミッション（変速機）用の電動ポンプユニットに関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車のトランスミッション用電動油圧ポンプは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。このような要求に応えるため、ポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータのコントローラが共通のユニットハウジング内に組み込まれたトランスミッション用電動ポンプユニットが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

自動車に搭載されるポンプ駆動用電動モータとして、従来、ブラシ付きのＤＣモータが用いられてきたが、ブラシの耐久性からくる信頼性の問題があり、ブラシレスモータが用いられるようになっている。

ブラシレスモータの代表的なものとして、直流電源を用いて駆動される永久磁石モータであるブラシレスＤＣモータが知られている。ブラシレスＤＣモータでは、３個のホール素子などの回転位置検出センサによってロータの回転位置を検出し、３個のセンサからの回転位置信号に基づいてＰＷＭ方式で、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相への通電を制御することにより、ロータを回転駆動するようになっている。各相への通電は、通常、電気角１８０度のうち１２０度区間だけ通電を行ういわゆる１２０度通電が行われる。また、各相の回転位置信号は、その相の誘起電圧に対して３０度位相が遅れている。

このように、ブラシレスＤＣモータの駆動には３個の回転位置検出センサが必要であるが、モータが高温のエンジンルーム内に搭載される場合には、センサの耐熱性の問題があり、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス制御が必要になる。

ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するためには、ロータの回転位置を推定して回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要がある。回転位置推定信号の推定は、一般に、モータの３相の誘起電圧を用いて行われるが、モータの起動時において、ロータが回転していないか低速で回転している間は、誘起電圧が０か低い値であるため、回転位置推定信号を生成することができない。このため、３相への通電パターンを一定周期で強制的に切り換えることにより、回転磁界を発生させて、ロータを強制的に連れ回りさせる強制転流が行われるようになっている（たとえば特許文献２参照）。

特開２００８−２１５０８８号公報 特開２００８−２７１７２７号公報

上記の従来の電動ポンプユニットは、トランスミッションの外側にねじなどで固定され、配管によってトランスミッションと接続される。

このため、ユニットハウジングはシールによって防水され、また、ユニットハウジング内部にも、電動モータやコントローラの電装品の防水のためのシールが必要である。また、電動モータのモータステータを構成するコイルなどで発生する熱を放熱する必要があり、そのために電動ポンプユニットの体格が大型化するという問題がある。

電動ポンプユニットのさらなる小形化を図るため、電動ポンプユニットを、ポンプと電動モータが一体化された電動ポンプアセンブリと、モータ制御装置とに分離し、モータ制御装置をトランスミッションハウジングの外に配置し、電動ポンプアセンブリをトランスミッションハウジングに形成された凹所内に組み込み、油冷による電動モータの小型化およびシールの廃止を目的として、凹所内に油を導入し、油の中で電動モータを駆動する構造を採用することが考えられる。

このような構造を採用して、ブラシレスＤＣモータを油の中で強制転流により起動する場合、油の温度によって粘度が変わり、それによりモータの回転抵抗が変わるため、従来のように一定の周期で強制転流を行ったのでは、モータをうまく起動できないことがある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、電動モータアセンブリが収容されたトランスミッションハウジングの凹所内の油の粘度が変わっても、常に良好にブラシレスＤＣモータを起動できるトランスミッション用電動ポンプユニットを提供することにある。

この発明によるトランスミッション用電動ポンプユニットは、トランスミッションに油圧を供給するトランスミッション用電動ポンプユニットであって、油の吸入および吐出を行うポンプとポンプ駆動用のセンサレス制御ブラシレスＤＣモータが一体化された電動ポンプアセンブリと、ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するモータ制御装置とを備え、モータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータの起動時に強制転流を行うものである電動ポンプユニットにおいて、電動ポンプアセンブリが、トランスミッションのトランスミッションハウジングに形成されて油が導入される凹所内に収容され、ブラシレスＤＣモータの少なくとも一部が油に浸漬させられており、モータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータの起動時に、前記凹所内に導入される油の温度を検出し、検出された油温に基づいて強制転流の周波数を設定するものであることを特徴とするものである。

モータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータの起動時に、凹所内に導入される油の温度に基づいて強制転流の周波数を設定するから、油温が変わってもそれに適した連れ回り速度でブラシレスＤＣモータを起動することができる。油の温度と粘度の間には、一定の関係がある。また、油の粘度が解ると、それに適したロータの連れ回り速度が決まる。さらに、ロータの連れ回り速度が決まると、強制転流の周波数が決まる。したがって、凹所内に導入される油の温度に基づいて強制転流の周波数を設定することにより、油の粘度が変わっても、それに適した連れ回り速度でブラシレスＤＣモータを良好に起動することができる。

たとえば、油温とそれに適した強制転流の周波数との関係は、予め、実験などによって求められ、モータ制御装置の内部メモリなどに記憶されている。

たとえば、モータ制御装置が、前記凹所内の電動ポンプアセンブリの部分に設けられた温度センサを用いて、前記凹所内に導入される油の温度を検出するものである。

この場合、温度センサにより、凹所内の油温を直接検出することができる。

たとえば、モータ制御装置が、前記凹所の外の部分に設けられた温度センサを用いて、前記凹所内に導入される油の温度を検出するものである。

この場合、温度センサにより、凹所内の油温が間接的に検出される。通常、トランスミッションには、油温センサが設けられており、上記の場合は、その油温センサを用いることができ、電動ポンプアセンブリに温度センサを付加する必要がない。

電動ポンプアセンブリは、たとえば、ポンプおよび電動モータが、凹所の開口を密閉する蓋と一体化されたものである。

電動モータは、たとえば、ポンプに連結されたモータ軸、モータ軸に固定状に設けられたモータロータおよびモータロータの周囲に配置されたモータステータを備えている。

好ましくは、モータロータが、円筒状のロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材に、複数の永久磁石が保持されているものである。

たとえば、モータ軸が水平に配置されて、転がり軸受を介してトランスミッションハウジングまたは蓋に回転支持されており、少なくともモータ軸の中心より下側の部分が油に浸漬させられている。

このようにすると、モータ軸を回転支持する転がり軸受が油に浸漬し、油によって潤滑される。このため、転がり軸受に潤滑のためのグリースやシールが不要になる。

ポンプは、たとえば、内接歯車ポンプである。

この発明のトランスミッション用電動ポンプユニットによれば、上記のように、電動モータアセンブリが収容されたトランスミッションハウジングの凹所内の油の粘度が変わっても、常に良好にブラシレスＤＣモータを起動することができる。

図１は、この発明のトランスミッション用電動ポンプユニットを用いた油圧供給装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 図２は、図１のトランスミッション用電動ポンプユニットの主要部を示す縦断面図である。 図３は、この発明のトランスミッション用電動ポンプユニットを用いた油圧供給装置の第２実施形態を示す概略構成図である。

(1) 電動ポンプユニット
(2) トランスミッション
(3) ポンプ
(4) モータ
(5) 電動ポンプアセンブリ
(6) モータ制御装置
(7) トランスミッションハウジング
(8) 凹所
(34)(44) 温度センサ
(0) 油

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

図１および図２は、第１実施形態を示している。

図１は、自動車のトランスミッションに油圧を供給する油圧供給装置の１例を示す概略構成図である。

図１において、油圧供給装置には、トランスミッション用電動ポンプユニット(1)が設けられている。この電動ポンプユニット(1)は、自動車のトランスミッション(2)において、アイドルストップ時に低下する油圧を補助供給するために用いられるものであり、油圧供給装置の補助ポンプであるポンプ(3)およびポンプ駆動用電動モータ(4)が一体化された電動ポンプアセンブリ(5)と、モータ(4)を制御するモータ制御装置（コントローラ）(6)とを備えている。

図２は、図１の電動ポンプアセンブリ(5)の部分を示す縦断面図である。以下の説明において、図２の左側を前、右側を後とする。

図２において、電動ポンプアセンブリ(5)は、トランスミッション(2)のトランスミッションハウジング(7)を構成する鉛直状の縦壁(7a)の後面（外面）に形成された、後部が開口した有底円形穴よりなる凹所(8)内に配置されている。ポンプ(3)およびモータ(4)は蓋(9)と一体化され、これらにより電動ポンプアセンブリ(5)が構成されている。蓋(9)の前面にモータ(4)が配置され、モータ(4)の前にポンプ(3)が配置されている。ポンプ(3)およびモータ(4)が凹所(8)内にはめられ、蓋(9)が凹所(8)の後部開口を密閉している。この例では、ポンプ(3)は内接歯車ポンプである。モータ(4)は、３相巻線を有するセンサレス制御ブラシレスＤＣモータである。

ポンプ(1)は短円柱状のポンプハウジング(10)を備えており、ハウジング(10)内に形成されたポンプ室(11)内にアウタギヤ（アウタロータ）(12)が回転自在に収容され、アウタギヤ(12)の内側に、これとかみ合うインナギヤ（インナロータ）(13)が配置されている。

モータ(4)は、水平に配置されたポンプ駆動モータ軸(14)と、モータ軸(14)の後部に固定されたモータロータ(15)と、モータロータ(15)の周囲に配置されたモータステータ(16)とを備えている。

蓋(9)は円板状をなし、凹所(8)の周囲において、図示しないボルトなどの適宜な手段によりＯリング(17)を介して縦壁(7a)の後面に固定されている。蓋(9)の前面（内面）中心部に、凹所(8)と同心の短円筒部(9a)が一体に形成され、蓋(9)の後面（外面）にコネクタ(18)が形成されている。

ステータ(16)は、積層鋼板よりなるコア(19)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(20)が組み込まれ、インシュレータ(20)の部分にコイル(21)が巻きつけられたものである。インシュレータ(20)の後端面が、接着などの適宜な手段により蓋(9)の前面に固定されている。ステータ(16)の一部が凹所(8)の周壁(8a)に接触している。図示は省略したが、コイル(21)はコネクタ(18)に接続されている。ポンプハウジング(10)の後端面が、接着などの適宜な手段によりインシュレータ(20)の前端面に固定されている。モータ軸(14)の後端部が、蓋(9)の小径短円筒部(9a)内に設けられた軸受装置(22)に回転自在に支持されている。この例では、軸受装置(22)は、１個の転がり軸受である玉軸受よりなる。モータ軸(14)の前部は、ポンプハウジング(10)の後壁(10a)に形成された穴(23)の部分を貫通してポンプ室(11)内に進入し、その前端部がポンプ(3)のインナギヤ(13)に連結されている。モータ軸(14)と穴(23)の周壁との間にはブシュ(24)が介在しており、この部分にシールは設けられていない。ブシュ(24)は穴(23)に内嵌しており、ブシュ(24)の内周面とモータ軸(14)の外周面とで摺動し、すべり軸受を構成する。ロータ(15)は、モータ軸(14)の後部から半径方向外側にのびかつステータ(16)の内側においてモータ軸(14)を囲む円筒状のものであり、その外周に永久磁石(25)が設けられている。

ポンプハウジング(10)の外周面と凹所(8)の周壁(8a)との間には隙間が設けられており、ポンプハウジング(10)の周壁(10b)の下部に、ポンプ室(11)の弧状油吸入ポート(26)に連なる油吸入口（穴）(27)が設けられている。ポンプハウジング(10)の前壁(10c)の適当箇所に油吐出口（穴）(28)が形成され、吐出穴(28)に油吐出管(29)が接続している。吐出管(29)は、トランスミッションハウジング(7)の凹所(8)の底壁（前壁）(7b)を貫通しており、トランスミッション(2)の所要箇所に接続されるか、あるいは、図示しない他の管を介してトランスミッション(2)の所要箇所に接続されている。

ハウジング縦壁(7a)の凹所(8)の周壁(8a)の下部に、オイルパン(30)と連通する油吸入穴(31)が形成され、この穴(31)を通して、凹所(8)内に油(0)が入るようになっている。そして、モータ(4)の少なくとも一部が油(0)に浸漬させられている。この例では、モータ軸(14)の中心より下側の部分が油(0)に浸漬させられている。

モータ(4)のロータ(15)は、円筒状のロータ本体（バックヨーク）(32)の外周に合成樹脂製の永久磁石保持部材(33)が固定状に設けられ、保持部材(33)を周方向に等分する複数箇所にセグメント形状の永久磁石(25)が保持されたものである。

蓋(9)の前面（内面）下部に、凹所(8)内の油(0)の温度を検出するための温度センサ(34)が設けられている。温度センサ(34)は、コネクタ(18)に接続されている。

モータ制御装置(6)は、トランスミッションハウジング(7)の外に配置され、蓋(9)のコネクタ(18)を介してモータ(4)のステータ(16)および温度センサ(34)に接続されている。

上記の電動ポンプアセンブリ(5)では、モータ(4)が駆動されると、ポンプ(3)が動作し、それにより、凹所(8)内の油(0)が油吸入口(27)からポンプ室(11)内に吸入され、油吐出口(28)から吐出管(29)を通して吐出される。

図１において、油圧供給装置には、上記の補助ポンプ(3)を有する電動ポンプユニット(1)の他に、エンジン(35)により駆動される主ポンプ(36)が設けられている。

主ポンプ(36)の油吸入口(37)はオイルパン(30)に接続され、油吐出口(38)は主吐出油路(39)を介してトランスミッション(2)に接続されている。前述のように、補助ポンプ(3)の油吸入口(27)はオイルパン(30)に接続され、油吐出口(28)は補助吐出油路(40)を介して主吐出油路(39)に接続されている。補助吐出油路(40)には、主吐出油路(39)側から補助ポンプ(3)への油の逆流を阻止する逆止弁(41)が設けられている。

モータ制御装置(6)には、電源であるバッテリ(42)およびエンジン(35)やトランスミッション(2)を制御するコンピュータであるＥＣＵ(43)が接続されている。ＥＣＵ(43)は、エンジン(35)の駆動状態をモータ制御装置(6)に送信する。モータ制御装置(6)は、ＥＣＵ(43)から送られる信号に基づいて、エンジン(35)の駆動状態、エンジン(35)が駆動されているか停止しているかを検出する。

モータ制御装置(6)は、エンジン(35)が駆動されているときは、補助ポンプ(3)の駆動を停止する。このとき、エンジン(35)が駆動されていることにより、主ポンプ(36)が駆動され、主ポンプ(36)から主吐出油路(39)を介してトランスミッション(2)に油が供給される。そして、逆止弁(41)により、主吐出油路(39)から補助ポンプ(3)への油の逆流が阻止される。

モータ制御装置(6)は、エンジンが停止しているときは、補助ポンプ(3)を駆動する。このとき、主ポンプ(36)は停止しており、補助ポンプ(3)が駆動されることにより、補助ポンプ(3)から補助吐出油路(40)および主吐出油路(39)を介してトランスミッション(2)に油が供給される。

モータ制御装置(6)は、モータ(4)を制御することにより、補助ポンプ(3)を駆動する。モータ制御装置(6)によるモータ(4)の制御は、公知のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御方法により行われる。そして、モータ制御装置(6)は、モータ(4)の起動時に、強制転流を行う。さらに、モータ制御装置(6)は、モータ(4)の起動時に、温度センサ(34)により凹所(8)内の油(0)の温度を検出し、検出された油温に基づいて、強制転流の周波数を設定する。

モータ制御装置(6)には、油温とそれに適した強制転流の周波数との関係が記憶されており、この関係に基づいて、強制転流の周波数が設定される。油の温度と粘度の間には、一定の関係がある。また、油の粘度が解ると、それに適したロータ(15)の連れ回り速度が決まる。さらに、ロータ(15)の連れ回り速度が決まると、強制転流の周波数が決まる。したがって、凹所(8)内に導入される油(0)の温度に基づいて強制転流の周波数を設定することにより、油の粘度が変わっても、それに適した連れ回り速度でブラシレスＤＣモータ(4)を良好に起動することができる。なお、油の温度が高くなるにしたがって、粘度が低くなり、それに適したロータ(15)の連れ回り速度は大きくなる。

油温とそれに適した強制転流の周波数との関係は、予め、実験などによって求められ、モータ制御装置(6)の内部メモリに記憶されている。

上記のトランスミッション用電動ポンプユニット(1)では、ポンプ(3)およびポンプ駆動用電動モータ(4)がトランスミッションハウジング(7)内に設けられているので、従来の電動ポンプユニットのユニットハウジングは不要であり、したがってユニットハウジングの防水も不要である。電動モータ(3)の制御装置(6)はトランスミッションハウジング(7)内には設けられないので、その防水も不要である。また、ポンプ(3)と電動モータ(4)の間のシールも不要である。したがって、電動ポンプの部分のコンパクト化ならびに重量およびコストの低減が可能である。なお、ポンプ(3)は車両停止中に動作するため、作動油(0)の油量管理のみで油面(0a)の高さの管理が可能である。

モータロータ(15)において、永久磁石(25)をロータ本体(32)に接着剤で固定することが考えられるが、接着剤は油がかかる環境で使用すると、永久磁石(25)が剥がれるおそれがある。上記の実施形態では、モータロータ(15)が、円筒状のロータ本体(32)の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材(33)に、複数の永久磁石(25)が保持されているものであるから、永久磁石(25)をロータ本体(32)に接着剤で固定する必要がなく、剥がれのおそれがない。

モータステータ(16)の一部が熱容量の大きいトランスミッションハウジング(7)に接触しているいので、ステータ(16)で発生した熱が効率良く放熱される。さらに、ステータ(16)で発生した熱は、油(0)に浸漬させられている部分からも放熱される。このため、放熱のために電動ポンプの部分の体格を大きくする必要がなく、電動ポンプの部分のコンパクト化ならびに重量およびコストの低減が可能である。

上記の例では、凹所(7)内の下半部に油(0)が導入されて、モータ(3)のモータ軸(14)よりした側の部分が油(0)に浸漬されているが、凹所(7)全体に油が導入されて、モータ(3)全体が油に浸漬されていてもよい。

図３は、第２実施形態を示す油圧供給装置の概略構成図である。

第２実施形態の場合、モータ制御装置(6)は、トランスミッション(2)に元来設けられている温度センサ(44)を用いて凹所(7)内に導入される油の温度を検出するようになっている。

この場合、凹所(7)内の電動ポンプアセンブリ(5)の部分に温度センサを付加する必要がない。

他は、第１実施形態の場合と同様であり、同じ部分には同一の符号を付している。

電動ポンプユニット(1)の構成や電動ポンプアセンブリ(5)の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

Claims (3)

1. トランスミッションに油圧を供給するトランスミッション用電動ポンプユニットであって、油の吸入および吐出を行うポンプとポンプ駆動用のセンサレス制御ブラシレスＤＣモータが一体化された電動ポンプアセンブリと、ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するモータ制御装置とを備え、モータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータの起動時に強制転流を行うものである電動ポンプユニットにおいて、
   電動ポンプアセンブリが、トランスミッションのトランスミッションハウジングに形成されて油が導入される凹所内に収容され、ブラシレスＤＣモータの少なくとも一部が油に浸漬させられており、モータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータの起動時に、前記凹所内に導入される油の温度を検出し、検出された油温に基づいて強制転流の周波数を設定するものであることを特徴とするトランスミッション用電動ポンプユニット。
2. モータ制御装置が、前記凹所内の電動ポンプアセンブリの部分に設けられた温度センサを用いて、前記凹所内に導入される油の温度を検出するものであることを特徴とする請求項１のトランスミッション用電動ポンプユニット。
3. モータ制御装置が、前記凹所の外の部分に設けられた温度センサを用いて、前記凹所内に導入される油の温度を検出するものであることを特徴とする請求項１のトランスミッション用電動ポンプユニット。

Images