JP2014241658A

JP2014241658A - ブラシレスモータの断線診断装置

Info

Publication number: JP2014241658A
Application number: JP2013122347A
Authority: JP
Inventors: 白井　康弘; Yasuhiro Shirai; 康弘白井
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Powertrain Systems Corp
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-25

Abstract

【課題】構成を複雑化することなく、断線の診断を行うことができるブラシレスモータの断線診断装置を提供する。
【解決手段】モータ停止状態において、ＶＬスイッチ１０３２を所定時間オン作動した後、ＶＨスイッチ１０３１をオン作動してＶ相ライン１０１２に電圧を印加するとともに、他のライン１０１１，１０１３での電圧の印加状態を各ＡＤコンバータ１０５１、１０５３を介して検出して断線の診断を行う。Ｗ相ライン１０１３が断線していると、Ｗ相ＡＤコンバータ１０５３では電圧が検出されてない。これにより、Ｗ相ライン１０１３が断線していると診断することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ブラシレスモータの断線を診断するブラシレスモータの断線診断装置に関する。

従来、ブラシレスモータの断線を診断する装置が案出されている（例えば、特許文献１参照。）。

この断線診断装置では、三相モータの各相のラインが二本に分岐されるととともに、各ラインにモニタ用の抵抗が設けられている。そして、対を成す抵抗の出力側に比較回路が設けられており、一方のラインが断線した際に、抵抗による電圧降下を検出することで、断線を確認できるように構成されている。

特開２００８−１８４９０４公報

しかしながら、このような従来の断線診断装置にあっては、各相のラインを分岐するとともに、モニタ用の抵抗や比較回路が必要となる。

このため、構成が複雑化するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、構成を複雑化することなく、断線の診断を行うことができるブラシレスモータの断線診断装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明のブラシレスモータの断線診断装置にあっては、三相コイルに電力を供給するＵ相ラインとＶ相ラインとＷ相ラインとが設けられたブラシレスモータの断線診断装置において、モータ停止状態で、前記各ラインのうち一つのラインに電圧を印加するとともに、他のラインでの電圧の印加状態を検出して断線の診断を行う。

すなわち、三相コイルが星形結線であっても三角結線であっても、Ｕ相ラインとＶ相ラインとＷ相ラインとは、いずれもコイルを介して接続される。

このため、モータ停止状態において、前記各ラインのうち一つのラインに電圧を印加した場合、他のラインが断線していなければ、他の各ラインにおいて、印加した電圧が検出される。

一方、いずれかのラインが断線していれば、そのラインでは電圧が検出されてない。このとき、電圧を印加したラインが断線していれば、他の両ラインにおいて電圧が検出されてない。

このため、従来のように構成を複雑化することなく、断線が検出される。

以上説明したように本発明のブラシレスモータの断線診断装置にあっては、モータ停止状態において、前記各ラインのうち一つのラインに電圧を印加するとともに、他のラインでの電圧の印加状態を検出することで、断線の診断を行うことができる。

このため、Ｕ相ラインとＶ相ラインとＷ相ラインとを二線に分岐するとともに、モニタ用の抵抗や比較回路を設けなければならなかった従来と比較して、構成を複雑化すること無く、ブラシレスモータの断線を診断することができる。

本発明の第一の実施の形態を示すブラシレスモータ式電動ポンプの断面図である。同実施の形態を示す分解斜視図である。同実施の形態におけるブラシレスモータの動作を示す為のブロック図である。同実施の形態の要部を示す回路図及びタイミングチャートである。同実施の形態で断線診断を行う際の説明図である。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。

図１及び図２は、本実施の形態にかかるブラシレスモータの制御装置により回転速度が制御される電動式オイルポンプ１を示す図であり、該電動式歯車ポンプ１は、モータ２と、該モータ２で駆動されるオイルポンプ３を備えている。これにより、モータ冷却用のオイルを供給に用いられたり、自動車のＡＴやＣＶＴ等の自動変速機に取り付けられアイドルストップ時に低下する油圧を所定圧に維持する用途に用いられたりする。

すなわち、前記自動変速機４には、油圧回路が形成されており、当該自動変速機４のケーシング１１内部には、前記油圧回路を構成する為の油圧経路１２が形成されている。このケーシング１１の外面１３には、前記電動式歯車ポンプ１を取り付ける為の取付穴１４が開口しており、該取付穴１４に前記電動式歯車ポンプ１の先端部を挿入した状態で取り付けられるように構成されている。

前記油圧経路１２には、当該自動変速機４の制御に用いるオイル２１が循環しており、前記取付穴１４の奥面２２には、図外のオイル貯留部に連通する連通路２３と、加圧したオイル２１を出力する出力路２４とが開設されている。

図２は、前記電動式歯車ポンプ１を示す分解斜視図であり、該電動式歯車ポンプ１は、トロコイド式の前記オイルポンプを構成するポンプ構成部３１と、該ポンプ構成部３１を駆動するモータ構成部３２と、該モータ構成部３２を制御する為のモータ駆動制御部３３とを備えている。前記ポンプ構成部３１と前記モータ構成部３２と前記モータ駆動制御部３３とは、前記モータ構成部３２を構成する回転軸３４の延出方向に配列されており、前記モータ構成部３２より延出した前記回転軸３４が、図１に示したように、組立状態において前記ポンプ構成部３１に接続されるように構成されている。

この電動歯車式ポンプ１は、外周部を構成する円筒状のケース４１を備えており、前記ポンプ構成部３１と前記モータ構成部３２とは、前記ケース４１内に内嵌されている。この内嵌状態において、前記ポンプ構成部３１の外周面と前記モータ構成部３２の外周面とは、前記ケース４１の内側面４２に面接するように構成されており、この面接状態において、前記ポンプ構成部３１及び前記モータ構成部３２が位置決めされるように構成されている。

前記ケース４１の基端には、外方へ延出するケースフランジ部５１が一体形成されており、当該電動式歯車ポンプ１は、図１及び図２に示したように、前記ケースフランジ部５１より先端側が前記ケーシング１１に設けられた前記取付穴１４に挿入される挿入領域を構成するとともに、前記ケースフランジ部５１より基端側が前記ケーシング１１より突出した突出領域を形成するように構成されている。

この電動式歯車ポンプ１を前記取付穴１４に取り付けた状態では、前記ケースフランジ部５１が、前記ケーシング１１の前記外面１３に面接するように構成されており、前記ケースフランジ部５１によって当該電動式歯車ポンプ１を前記ケーシング１１に固定できるように構成されている。

前記挿入領域を構成する前記ケースフランジ部５１より前記ケース４１の先端側には、前記ポンプ構成部３１及び前記モータ構成部３２が配置されるように構成されており、図１に示した取付状態において、前記ケース４１より突出した前記ポンプ構成部３１の先端面が前記取付穴１４の前記奥面２２に対向するように構成されている。

前記ポンプ構成部３１は、図１及び図２に示したように、先端側を構成するポンプベース７１と、該ポンプベース７１の基端側に配置されたポンプハウジング７２とを備えており、該ポンプハウジング７２と前記ポンプベース７１との間には、Ｏリング７３が配設されている。前記ポンプベース７１の先端面には、図１に示したように、前記ケース４１の円形穴６２に挿入されて外部に突出する円形の突出部７４が一体形成されており、当該ポンプベース７１は、前記突出部７４の外周部がケース４１先端の前記折曲部６１に支持された状態で先端側への抜けが阻止されるように構成されている。

前記ポンプベース７１の基端面には、ピン９１の一端部が挿入されており、該ピン９１の他端部は、前記ポンプベース７１に対向して配設された前記ポンプハウジング７２の先端面に挿入されている。これにより、前記ポンプベース７１に対して前記ポンプハウジング７２が位置決めされるように構成されており、この状態において、前記ポンプハウジング７２が前記ケース４１に圧入固定され、当該ポンプベース７１の外周面が前記ケース４１の内側面４２に密着した状態で固定されている。

前記ポンプハウジング７２の中央部は、図１に示したように、没入しており、当該ポンプハウジング７２と前記ポンプベース７１との間には、ロータ収容部１０１が形成されている。該ロータ収容部１０１内には、ポンプロータアウタ１０２が回動自在に収容されており、該ポンプロータアウタ１０２内には、ポンプロータインナ１０３が回動自在に収容されている。

このロータ収容部１０１には、前記ポンプベース７１に設けられた吸入ポート１１１と吐出ポート１１２とが連通しており、両ポート１１１，１１２は、前記ポンプベース７１の前記突出部７４の端面に開口するように構成されている。

前記吸入ポート１１１は、当該電動式歯車ポンプ１を前記取付穴１４に取り付けた状態において、前記取付穴１４の奥面２２に設けられた前記連通路２３に接続されるように構成されており、前記吐出ポート１１２は、Ｏリング１２１を介して前記出力路２４に接続されるように構成されている。

これにより、前記ポンプロータインナ１０３の回転に伴って前記ポンプロータアウタ１０２が回転することで、前記連通路２３から前記吸入ポート１１１を介して吸入したオイルを加圧して、前記吐出ポート１１２から前記出力路２４へ出力するトロコイドポンプが形成されるように構成されている。

このトロコイドポンプの基端側には、図１に示したように、前記モータ構成部３２で構成された直流式のブラシレスモータが配設されている。このモータは、外周部を形成するモータケース２０１を備えており、該モータケース２０１の外周面が前記ケース４１の内側面４２に密着した状態で固定されている。

このモータケース２０１の内側には、モータ巻線２１１が巻回された三相コイル２１２が内嵌されており、該三相コイル２１２には、コイルで励磁されるステータ２１３が保持されている。このステータ２１３の内側には、モータロータコア２１４が回転自在に収容されており、該モータロータコア２１４の外周面には、マグネット２１５が設けられている。このモータロータコア２１４には、前記回転軸３４が挿通しており、当該回転軸３４は、前記モータロータコア２１４を貫通した状態で固定されている。

この回転軸３４の他端部は、先端側へ向けて延出しており、当該回転軸３４は、オイルシール２２１を介して前記ポンプハウジング７２の中心穴２２２を挿通し、前記ロータ収容部１０１内に突出するように構成されている。該ロータ収容部１０１に突出した前記回転軸３４の周面には、平坦面２２３が形成されており、断面Ｄ字状のロータ接続部２２４が形成されている。このロータ接続部２２４は、前記ロータ収容部１０１に収容された前記ポンプロータインナ１０３のＤ字穴２２５を挿通した後、先端側軸受けを介して前記ポンプベース７１の座ぐり穴２２７に回転自在に収容された状態で支持されている。

このモータ構成部３２で構成されたモータの基端側には、前記モータ駆動制御部３３が配設されており、該モータ駆動制御部３３は、前記モータ構成部３２の基端部に接続されたインシュレータ３０１を備えている（図２参照）。

該インシュレータ３０１は、合成樹脂によって形成されており、前記モータ構成部３２の前記モータケース２０１の基端部に挿入され内嵌した状態で接続されるモータ接続部３１１が一体形成されている。該モータ接続部３１１には、基端側軸受け３１４を介して、前記回転軸３４の一端部が回転自在に支持されている。

前記モータ接続部３１１には、前記モータ巻線２１１への通電を中継するバスバー３２１，・・・がインサート成型されており、前記モータ構成部３２側に突出したバスバー３２１，・・・には、前記モータ巻線２１１が電気的に接続されている。

また、前記モータ接続部３１１の側縁部には、上方へ突出するとともに、ハーネス接続穴３２４が側方へ向けて開口したコネクタ部３２２が一体形成されており、該コネクタ部３２２の奥面には、前記ハーネスと電気的に接続される接続端子３２３，３２３がインサート成型されている。

前記モータ接続部３１１の端面には、支柱部３３３，・・・が複数立設されており、各支柱部３３３，・・・によって制御基板３３４が支持されている。該制御基板３３４には、電子回路が形成されており、外部機器から延出された前記ハーネスを前記コネクタ部３２２に接続した状態において、該コネクタ部３２２から入力される信号に基づいて前記バスバー３２１，・・・への出力信号を制御してモータ駆動制御するコントローラが構成されている。

前記モータ駆動制御部３３は、前記ケース４１の基端部に取り付けられる容器状の制御器カバー３３１を備えてなり、前記モータ接続部３１１に支持された前記制御基板３３４は、前記制御器カバー３３１によって覆われるように構成されている。

この制御器カバー３３１は、アルミニュームによって構成されており、当該制御器カバー３３１の外側面には、内部で発生した熱を外部に放出する冷却フィン３４１，・・・が複数設けられている。

前記インシュレータ３０１の前記コネクタ部３２２の基端部には、係合凹部３５１が凹設されており、該係合凹部３５１より端部側には、前記コネクタ部３２２基端の一般部よりやや低い段差部３５２が形成されている。このコネクタ部３２２の基端部と重合する前記制御器カバー３３１一端側の延出片３５３には、前記段差部３５２上に延在するように構成されており、当該延出片３５３の先端には、前記係合凹部３５１と係合する係合凸部３５４が折曲形成されている。

これにより、前記制御器カバー３３１の前記係合凸部３５４が前記コネクタ部３２２の前記係合凹部３５１に係合した状態で噛み合わせられる噛み合わせ構造が前記係合凸部３５４及び前記係合凹部３５１によって構成されており、組立時には、前記係合凹部３５１と前記係合凸部３５４との接合部分にシール剤が塗布され前記係合凸部３５４と前記係合凹部３５１とが噛み合わせられるように構成されている。

また、前記制御器カバー３３１の他端側には、取付状態において、前記モータケース２０１に外嵌した部位より側方へ向けて延出するカバーフランジ部３７１が前記ケースフランジ部５１に対応した部位に一体形成されており、このカバーフランジ部３７１と前記ケースフランジ部５１との面接部分及び前記モータケース２０１に外嵌した外嵌部分には、組立時においてシール剤が塗布されるように構成されている。

前記カバーフランジ部３７１と該カバーフランジ部３７１に面接する前記ケースフランジ部５１には、ボルト挿通穴３８１が開設されており、該ボルト挿通穴３８１には、カラー３８２が内嵌されている。

これにより、図１に示したように、取付時において、前記ケースフランジ部５１を前記ケーシング１１の前記外面１３に面接した状態で、前記ボルト挿通穴３８１内の前記カラー３８２に挿通したボルト３９１を、前記ケーシング１１に形成されたねじ穴３９２に螺入することで、当該電動式歯車ポンプ１を前記ケーシング１１に固定できるように構成されている。

図３は、前記電動式歯車ポンプ１を駆動するブラシレスモータの制御装置１００１を示すブロック図である。

このブラシレスモータの制御装置１００１には、目標とするモータの回転速度を設定する目標回転速度設定部１００２と、前記目標回転速度設定部にて設定された目標モータ回転速度と、実際のモータ回転速度との偏差、及びモータの回転位置に基づき、モータのフィードバック制御量を設定するフィードバック制御量算出部１００３と、前記フィードバック制御量算出部にて設定されたモータ電圧・電流等のモータ制御量をＵ・Ｖ・Ｗの３相のモータ巻線２１１へ出力するインバータ部１００４が設けられている。

一方、本実施例におけるブラシレスモータにおいては、前記モータ巻線２１１の３相各々に生じる逆起電圧を電圧検出部１００５にて検出し、各相の逆起電圧に基づきモータの回転位置や回転速度を推定するセンサレス制御を用いている。

すなわち、前記逆起電圧の入力に基づき、モータの回転位置を推定する回転位置推定部１００６と、前記モータの推定回転位置に基づきモータ回転速度を推定する実回転速度推定部１００７を備えており、推定された回転速度および回転位置に基づきフィードバック制御量算出部１００３における制御量算出が行われる。

同様にして、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の前記モータ巻線２１１より電圧検出部１００５にてモータ電圧（モータに印加される電圧）を検出する。

これにより検出されたモータ電圧は、断線検出部１００８に出力されるように構成されており、該断線検出部１００８では、モータ停止状態において、三相コイル２１２のＵ相ライン１０１１とＶ相ライン１０１２とＷ相ライン１０１３とのうち一つのラインに前記インバータ部１００４を介して電圧を印加するとともに、他のラインでの電圧の印加状態を前記電圧検出部１００５で検出して断線の診断を行うように構成されている。

図４は、前記インバータ部１００４の出力部分と、前記電圧検出部１００５とを示す回路図であり、その右側には、断線診断時のタイミングチャートが示されている。

すなわち、前記インバータ部１００４の出力部分は、ＵＨスイッチ１０２１とＵＬスイッチ１０２２とが電源ライン１０２３とグランドライン１０２４との間で直列接続されてなるＵ相ドライブ回路１０２５と、ＶＨスイッチ１０３１とＶＬスイッチ１０３２とが電源ライン１０２３とグランドライン１０２４との間で直列接続されてなるＶ相ドライブ回路１０３３と、ＷＨスイッチ１０４１とＷＬスイッチ１０４２とが電源ライン１０２３とグランドライン１０２４との間で直列接続されてなるＷ相ドライブ回路１０４３とで構成されており、前記各スイッチ１０２１，１０２２，１０３１，１０３２，１０４１，１０４２は、ＦＥＴなどのスイッチング素子で構成されている。

前記Ｕ相ドライブ回路１０２５の前記ＵＨスイッチ１０２１と前記ＵＬスイッチ１０２２との間には、前記Ｕ相ライン１０１１が接続されており、前記Ｖ相ドライブ回路１０３３の前記ＶＨスイッチ１０３１と前記ＶＬスイッチ１０３２との間には、前記Ｖ相ライン１０１２が接続されている。前記Ｗ相ドライブ回路１０４３の前記ＷＨスイッチ１０４１と前記ＷＬスイッチ１０４２との間には、前記Ｗ相ライン１０１３が接続されており、前記各スイッチ１０２１，１０２２，１０３１，１０３２，１０４１，１０４２のオンオフ状態によって前記各ライン１０１１〜１０１３への電力供給が制御されるように構成されている。

また、前記Ｕ相ドライブ回路１０２５の前記ＵＨスイッチ１０２１と前記ＵＬスイッチ１０２２との間には、Ｕ相ＡＤコンバータ１０５１が接続されており、前記Ｖ相ドライブ回路１０３３の前記ＶＨスイッチ１０３１と前記ＶＬスイッチ１０３２との間には、Ｖ相ＡＤコンバータ１０５２が接続されている。前記Ｗ相ドライブ回路１０４３の前記ＷＨスイッチ１０４１と前記ＷＬスイッチ１０４２との間には、Ｗ相ＡＤコンバータ１０５３が接続されており、前記各ＡＤコンバータ１０５１〜１０５３は、前記電圧検出部１００５を構成している。

図５は、断線診断を行う際の説明図であり、Ｗ相ライン１０１３が断線している状態が示されている。

ここで、本実施の形態では、星形結線の三相コイル１２１を例に説明するが、三角結線の三相コイルであっても良く、前記Ｕ相ライン１０１１と前記Ｖ相ライン１０１２と前記Ｗ相ライン１０１３とは、いずれ場合でも三相コイル１２１を介して接続される。

すなわち、断線診断を行う際には、モータ停止状態において、ＶＬスイッチ１０３２を所定時間オン作動した後、前記各ライン１０１１〜１０１３のうち一つのラインに電圧を印加、具体的には、前記ＶＨスイッチ１０３１をオン作動して前記Ｖ相ライン１０１２に電圧を印加するとともに、他のライン１０１１，１０１３での電圧の印加状態を各ＡＤコンバータ１０５１，１０５３を介して検出して断線の診断を行う。

このとき、いずれのライン１０１１〜１０１３も断線していない場合、図４中右側のタイミングチャートで示したように、各ＡＤコンバータ１０５１〜１０５３からは「Ｈ」が検出され、電圧検出部１００５では、その出力が得られる。これにより、前記断線検出部１００８では、前記各ライン１０１１〜１０１３は断線していないことを確認できる。

一方、図５に示したように、いずれかのライン、具体的にはＷ相ライン１０１３が断線していた場合、Ｗ相ＡＤコンバータ１０５３では電圧が検出されてない。これにより、前記断線検出部１００８では、Ｗ相ライン１０１３が断線していると診断することができる。

なお、電圧を印加したＶ相ライン１０１２が断線していれば、他の両ライン１０１１，１０１３において電圧が検出されてない。これにより、前記断線検出部１００８では、Ｖ相ライン１０１２が断線していると診断することができる。

このため、Ｕ相ライン１０１１とＶ相ライン１０１２とＷ相ライン１０１３とを二線に分岐するとともに、モニタ用の抵抗や比較回路を設けなければならなかった従来と比較して、構成を複雑化すること無く、ブラシレスモータの断線を診断することができる。

なお、前記実施の形態ではモータの負荷として電動式の歯車ポンプを用いているがこれに限定されず、別の回転ポンプを用いても良いし、ポンプ以外の負荷であっても良い。

１電動式歯車ポンプ
２モータ
３オイルポンプ
３１ポンプ構成部
３２モータ構成部
３４回転軸
１００１コントローラ
１００５電圧検出部
１００８断線検出部

Claims

三相コイルに電力を供給するＵ相ラインとＶ相ラインとＷ相ラインとが設けられたブラシレスモータの断線診断装置において、
モータ停止状態で、前記各ラインのうち一つのラインに電圧を印加するとともに、他のラインでの電圧の印加状態を検出して断線の診断を行うことを特徴としたブラシレスモータの断線診断装置。