JP2013099178A - 電動オイルポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円滑に起動し、センサレス制御で確実に駆動できるブラシレスモータを備えた電動オイルポンプ装置を提供する。
【解決手段】基板１９と対向するロータ６の回転面には、周縁部から中心に向かう白色の線状の検出対象物２１が等角度で複数形成されている。基板１９には、ロータ６と対向する面上に、発光素子と受光素子の２つの赤外線素子同士が同一方向に並んで配置された反射型フォトセンサである光センサ２２が搭載されている。光センサ２２の発光部から出た赤外光は、ロータ６の回転面に形成された検出対象物２１に反射して光センサ２２の受光部に入射する。制御部２０は、光センサ２２から出力された検出対象物２１の検出パターンの情報に基づき、ロータ６の角度位置を演算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動オイルポンプ装置に関するものである。

従来、電動オイルポンプ装置の具体的一例には、流体（オイル）を循環させるオイルポンプとオイルポンプを駆動するブラシレスモータとを組み合わせたものがある。ブラシレスモータを駆動するには、ロータの角度（磁極）位置を検出するためのセンサが必要であるが、センサを用いずにロータの角度位置を推定して、角度位置推定信号を作成するセンサレスのブラシレスモータを駆動源に使用した電動オイルポンプ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、角度位置推定信号の作成に、３相の誘起電圧を利用して、モータの各相のステータ巻線への通電タイミングを切り換えるブラシレスモータのセンサレス駆動が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２７７７６号公報 特開２００２−３２５４８４号公報

上記のようなブラシレスモータのセンサレス駆動では、各相のステータ巻線への通電は、通常正負電圧間の電気角１８０度の内１２０度の区間のみ通電するいわゆる１２０度通電が行われており、通電しない残りの６０度の区間には、各相のステータ巻線の端子に各相の誘起電圧が発生する。したがって、この６０度の区間の各相のステータ巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して、いずれかの相でそれらがクロスする時点、すなわち、ゼロクロス点をロータの角度位置に関連する時点として、各相のステータ巻線への通電タイミングを切り換えることができる。また、ブラシレスモータが停止中である場合、もしくは回転速度が低い領域ではロータの角度位置の検出ができなくなるため、強制転流による通電を行うことでブラシレスモータとして起動させてから、センサレス駆動制御に切り替えるようにしている。

しかしながら、通電タイミングを切り換えるとき、転流時の過渡応答により発生するリンギングをゼロクロス点として誤検出することがあり、このリンギングが発生している時間は、ブラシレスモータの回転数の変動や負荷の大きさによっても変化し、ブラシレスモータの同期ずれや脱調等を引き起こす可能性がある。さらに、ロータの初期の角度位置の推定ができないため、起動時に適切な通電ができず、瞬時の逆回転方向のトルク発生等のトルク変動による異音や振動が発生する場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、円滑に起動し、センサレス制御で確実に駆動できるブラシレスモータを備えた電動オイルポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、オイルポンプと、前記オイルポンプと一体に設けられ、前記オイルポンプをセンサレスで回転駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの角度位置を推定し、前記ブラシレスモータを駆動制御するコントローラと、を備えた電動オイルポンプ装置において、前記ブラシレスモータのロータの回転面に設けた複数の被検出体と、前記被検出体を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記被検出体の状態から前記ロータの角度を演算する角度演算手段と、を備え、前記コントローラは、前記ブラシレスモータの起動時に前記角度演算手段によって演算された前記ロータの推定角度に基づき、前記ブラシレスモータを駆動制御することを要旨とする。

上記構成によれば、オイルポンプに隣接して、センサレスのブラシレスモータおよびコントローラが並んで配置された電動オイルポンプ装置において、コントローラと対向するブラシレスモータのロータの回転面に複数の被検出体を設けて、コントローラに設けた検出手段により被検出体を検出する。そして、角度演算手段は、検出手段によって検出された被検出体の状態からロータの角度を演算する。コントローラは、ブラシレスモータの起動時に角度演算手段によって演算されたロータの推定角度（磁極）位置に基づいて、ロータの回転角および回転角速度を演算する。これにより、ブラシレスモータの起動時に発生する瞬時の逆回転方向のトルク等によるトルク変動を抑え、異音や振動の発生を防止することができる。また、起動時のブラシレスモータの回転数や負荷の変動による脱調を防止できる。この結果、ブラシレスモータを円滑に起動し、センサレス駆動制御に切り替えることができる。

円滑に起動し、センサレス制御で確実に駆動できるブラシレスモータを備えた電動オイルポンプ装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ装置の概略構成を示す軸方向の断面図。 図１におけるロータの角度検出部分を示す概略断面図。 図１における矢印Ａ方向から見たロータの角度検出面を示す正面図。

次に、本発明の一実施形態である電動オイルポンプ装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ装置の概略構成を示す軸方向の断面図である。図１に示すように、電動オイルポンプ装置１は、自動車のトランスミッション用油圧ポンプとして用いられ、オイルポンプ（例えば、内接ギヤポンプ）２とオイルポンプ２を回転駆動するブラシレスモータ３とがハウジング内にユニット化（一体化）されている。また、コントローラ４もハウジング内に組み込まれている。なお、図１に示すブラシレスモータ３は、センサレスでかつ３相巻線を有するブラシレスモータである。

オイルポンプ２は、ここではトロコイド曲線型ポンプを用いていて、トロコイド歯形を有する内歯を備えたポンプ用アウタロータ（以下、アウタロータという）１６の内周側に、外歯を備えたポンプ用インナロータ（以下、インナロータという）１７を噛み合わせ、ポンプハウジング１５内にこれらのアウタロータ１６およびインナロータ１７を偏心して回転自在に配置したものである。

インナロータ１７は、回転駆動軸７におけるロータ６を形成した部分より一方（図１の左側）に寄った部分に外嵌固着されて、この回転駆動軸７とともに回転するようになっている。アウタロータ１６は、このインナロータ１７の外歯よりも１歯多い内歯を備え、回転駆動軸７に対して偏心した位置を中心にポンプハウジング１５内で回転自在となるように配置されている。また、インナロータ１７は、外歯がこのアウタロータ１６の内歯に全周の一部で噛み合うとともに、各外歯がこのアウタロータ１６の内面に全周の各所でそれぞれほぼ内接しながら回転するようになっている。

したがって、ブラシレスモータ３により回転駆動軸７が回転駆動されると、このオイルポンプ２のアウタロータ１６およびインナロータ１７の間隙の容積がこの回転駆動軸７の１回転の間に拡大と縮小を繰り返すので、これらの間隙に通じるポンププレート１４に設けられた図示しないインポートからアウトポートに向けてオイルを送り出すポンプ動作が行われることになる。

ブラシレスモータ３は、回転するモータ用ロータ（以下、ロータという）６と、このロータ６の外周面の外側に固定されたモータ用ステータ（以下、ステータという）５とで構成される。ロータ６は、回転駆動軸７の外周面に、例えば、複数個の永久磁石８を周方向に沿って並べて配置し形成したものである。回転駆動軸７は、ブラシレスモータ３とオイルポンプ２とで共用する回転軸であり、両端部をポンプハウジング１５とモータハウジング１３の内部に軸受１１，１２によって回転自在に軸支されている。

ステータ５は、ロータ６の外周面の外側にわずかなエアギャップを介してステータコア９の内向きの図示しないティースを複数配置している。このステータコア９の各ティースにはそれぞれ３相のコイル（巻線）１０が巻回されている。ここで、ステータコア９の軸方向両端から、コイル１０をステータコア９から絶縁するための図示しないインシュレータが装着されている。

ポンププレート１４およびポンプハウジング１５は、非磁性材料（例えば、アルミダイカスト）で構成される。モータハウジング１３および蓋１８は、樹脂材料（例えば、熱可塑性樹脂）により形成される。電動オイルポンプ装置１のハウジングは、上記ポンププレート１４，ポンプハウジング１５、モータハウジング１３、および蓋１８により構成されている。

また、本実施形態の電動オイルポンプ装置１には、ブラシレスモータ３を制御するためのコントローラ４の制御基板（以下、基板という）１９がモータハウジング１３に取り付けられている。基板１９には、直流電源を交流に変換してブラシレスモータ３の各コイル１０に駆動電流を供給するインバータ回路と、ホール素子等のセンサが検出したアウタロータ１６の回転位置の情報に基づいて、このインバータ回路を制御する制御回路が実装されている。基板１９のブラシレスモータ３と反対側の面に、コントローラ４を構成する上記制御回路のマイコンやコイル、コンデンサ等の電子部品からなる制御部（角度演算手段）２０が搭載されている。

そして、上記構成により、制御部２０によって制御された駆動電流がブラシレスモータ３の各コイル１０に供給されるようになっている。これにより、コイル１０に回転磁界が発生し、永久磁石８にトルクが生じてロータ６が回転駆動される。このようにして、インナロータ１７が回転駆動されると、アウタロータ１６がこれに従動して回転し、これらのアウタロータ１６の内歯と，インナロータ１７の外歯の間隙が拡縮を繰り返すので、インポートおよびアウトポートを通じてオイルを吸入・吐出するポンプ動作が行われる。

次に、図２は、図１におけるロータの角度検出部分を示す概略断面図、図３は、図１における矢印Ａ方向から見たロータの角度検出面を示す正面図である。図２および図３に示すように、基板１９と対向するロータ６の回転面には、周縁部から中心に向かう例えば、塗装や印刷等により付着された白色の線状の複数の検出対象物（被検出体）２１が等角度で形成されている。

さらに、図２に示すように、基板１９は、ロータ６と対向する側の面上に光センサ（検出手段）２２を搭載している。光センサ２２は、図示しない赤外線発光素子と赤外線受光素子の２つの素子同士が同一方向に並んで配置された反射型フォトセンサ（例えば、フォトリフレクタ）である。光センサ２２の発光部から出た赤外光は、基板１９に対向するロータ６の回転する面に形成された検出対象物２１に反射して光センサ２２の受光部に入射する。ここで、光センサ２２は、反射率により生じる入射する光の量の違い（例えば、白色と黒色）によって検出対象物２１の有無を識別する。そして、光センサ２２に入射した反射光は、基板１９上の制御部２０の図示しない制御回路部でパルスあるいはアナログ電圧の電気信号に変換されマイコンに取り込まれ、推定角度が演算される。なお、参考までに赤外光の入射経路を図２（矢印破線）に示している。

ブラシレスモータ３の起動時におけるロータ６の角度検出は、以下のように行われる。まず、停止状態からブラシレスモータ３を強制転流による通電を行い起動させることで、ロータ６は回転を開始する。ここで、コントローラ４の制御部２０は、基板１９上に設けた光センサ２２に対向するロータ６の回転面に設けた検出対象物２１の検出パターンから角度位置を推定する。例えば、本実施例のブラシレスモータ３は、８極６スロットで構成されており、コギングトルクの波形の機械的周期は、１５°周期（２４山）となる。したがって、ロータ６の表面に１５°間隔で検出対象物２１の検出パターンを設けることにより、コントローラ４は起動時のロータ６の角度位置を精度よく検出し、推定角度が演算される。

このようにして、ブラシレスモータ３は、起動時は強制転流により通電され、角度位置の推定後には、誘起電圧を検出して角度を演算推定するセンサレスの通常の駆動制御に切り替わる。そして、検出対象物２１と光センサ２２とにより、センサレス駆動制御に切り替わった後においてもロータ６の実回転数が検出される。また、この光センサ２２を用いた測定により求めた推定角度によって、内部演算に用いられるブラシレスモータ３の回転角、回転角速度等のパラメータが精度よく補正され、より安定したモータ回転駆動が行われる。

次に、上記のように構成された本実施形態である電動オイルポンプ装置１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、オイルポンプ２に隣接して、センサレスのブラシレスモータ３およびコントローラ４が並んで配置された電動オイルポンプ装置１において、コントローラ４内の基板１９と対向するブラシレスモータ３のロータ６の回転面に複数の線状の検出対象物（被検出体）２１が設けられ、これに対向した基板１９上に反射型フォトセンサの光センサ（検出手段）２２が配置される。光センサ２２の発光部から出た赤外光は、検出対象物２１に反射して受光部に入射することにより、検出対象物２１が検出される。このとき、光センサ２２は反射率により生じる入射する光の量の違いによって、検出対象物２１の有無を識別する。

ブラシレスモータ３が、強制転流による通電で起動されると、光センサ２２により検出対象物２１が識別され、コントローラ４内の制御部２０によってロータ６の角度（磁極）位置が検出され、推定角度が演算される。この角度位置の推定後、ブラシレスモータ３は、回転角速度の上昇にともない、センサレスの通常の電流制御による回転駆動に切り替えられる。

これにより、ブラシレスモータ３の起動時にロータ６の角度位置を推定し、ロータ６の回転角および回転角速度を演算することができるので、ブラシレスモータ３の起動時に発生する瞬時の逆回転方向のトルク等によるトルク変動を抑え、異音や振動の発生を防止することができる。また、ブラシレスモータ３の起動時の回転数や負荷の変動による脱調を防止できる。この結果、ブラシレスモータ３を円滑に起動し、センサレス駆動制御に切り替えることができる。

さらに、ブラシレスモータ３の通常のセンサレス駆動時にも回転角速度の変動を時間遅れなく検出できるので、ロータ６のロック等異常発生時の異常電流による駆動回路の故障を回避できる。

以上のように、本実施形態によれば、円滑に起動し、センサレス制御で確実に駆動できるブラシレスモータを備えた電動オイルポンプ装置を提供できる。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、光センサ２２として反射型フォトセンサであるフォトリフレクタを用いて、検出対象物２１としてロータ６に塗装または印刷された白色の線状の被検出体を検出する例を示したが、これに限定されるものでなく、ロータ６と基板１９とが対向する構造であればロータ６の表面と反射率の異なるシールなどを貼付するようにしてもよい。また、ロータ６の表面に棒状のスリットを設けた別の回転体を設置して光学的に検出できるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態の光センサ２２および検出対象物２１の個数は、これに限定されるものでなく、コントローラ４のマイコンの性能、演算能力に応じて個数を増やして配置してもよい。

また、上記実施形態では、ブラシレスモータ３の停止時にロータ６の角度位置を検出しロータ６を回転起動する例を示したが、起動時に限定されるものでなく、例えば、ブラシレスモータ３の回転中に何らかの原因で低速回転に陥った場合の角度位置推定に適用することも可能である。

上記実施形態では、ブラシレスモータ３の角度位置推定手段を電動オイルポンプ装置１に適用する場合を示したが、これに限定されるものでなく、同様のブラシレスモータ３を用いた他の装置に適用してもよい。

１：電動オイルポンプ装置、２：オイルポンプ、３：ブラシレスモータ、
４：コントローラ、５：モータ用ステータ、６：モータ用ロータ、７：回転駆動軸、
８：永久磁石、９：ステータコア、１０：モータコイル、１１、１２：軸受、
１３：モータハウジング、１４：ポンププレート、１５ポンプハウジング、
１６：ポンプ用アウタロータ、１７：ポンプ用インナロータ、１８：蓋、１９：基板、
２０：制御部（角度演算手段）、２１：検出対象物（被検出体）、
２２：光センサ（検出手段）

Claims (1)

1. オイルポンプと、
   前記オイルポンプと一体に設けられ、前記オイルポンプをセンサレスで回転駆動するブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの角度位置を推定し、前記ブラシレスモータを駆動制御するコントローラと、を備えた電動オイルポンプ装置において、
   前記ブラシレスモータのロータの回転面に設けた複数の被検出体と、前記被検出体を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記被検出体の状態から前記ロータの角度を演算する角度演算手段と、を備え、
   前記コントローラは、前記ブラシレスモータの起動時に前記角度演算手段によって演算された前記ロータの推定角度に基づき、前記ブラシレスモータを駆動制御することを特徴とする電動オイルポンプ装置。

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