JP2020508411A - 回路基板とポンプの回転を検出する３ｄ回転センサとを含むコントローラを有するポンプアセンブリ - Google Patents

Abstract

ポンプアセンブリおよびその中のポンプの回転運動を検知する方法が開示される。ポンプアセンブリは、ポンプと、コントローラと、オプションとして被駆動電気モータとを含む。これらの構成要素は軸線方向に整列され、互いに対して相対的な位置に取り付けられる。コントローラは回路基板を含み、当該回路基板は半径方向に面するようにポンプアセンブリの軸線方向に配向される。３Ｄ回転センサは回路基板上に取り付けられ、その前面に平行な動き、およびその前面に垂直な平面内の動きを検出し、コントローラに出力するするように構成され、これらの動きにはポンプの回転運動が含まれる。コントローラはモータまたはポンプの駆動シャフトを制御することによって、ポンプを制御するような構成される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／４６２，０７８号（２０１７年２月２２日出願）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。

本開示は概して、加圧流体をシステムに供給するためのポンプに関する。より具体的には、このポンプはパワートレインに関連付けられ、コントローラ基板とともにアセンブリ内に設けられる。

流体ポンプを動作させるために専用の電気モータおよびコントローラ（回路基板および他の電気部品を有するもの）を設ける場合があることが知られている。図１は、軸方向に配列されたポンプ１０２、モータ１０４、およびコントローラ１０６を有するポンプアセンブリ１００の一例を示す。

通常、コントローラはポンプの軸方向に（図１のｙ軸に沿って）延びるプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。例えば、ＰＣＢ１０８はコントローラ１０６のハウジング内に設けられてもよい。このＰＣＢには、メインコントローラを含めることができる。通常、ＰＣＢ１０８はその主面１１２が半径方向に面するように、ポンプアセンブリの軸方向に配向されている。

ＰＣＢ１０８に加えて、回転センサ１１４を使用してモータ／ポンプ要素の回転速度を（間接的に）検出する場合がある。この検出または検知は、通常、センサ１１４を第２の回路基板に取り付けることにより行われる。１Ｄシャフト位置検知ＰＣＢの形態で示されている第２のＰＣＢ１１６を取り付ける通常の方法は、ＰＣＢ１０８に対して垂直方向に行われる。使用される回転センサは通常１Ｄまたは２Ｄセンサであるため、センサの主面に平行な物体（シャフト、磁石など）の回転のみを検出できる。そのため、センサ１１４の主面（前面）は（モータと駆動シャフトを含む）回転ポンプ部分に面する必要があるため、センサ１１４を含む第２のＰＣＢ１１６はＰＣＢ１０８に対して垂直でなければならない。

そのため、多くのポンプは２枚の回路基板を要する設計となる点が不利である。これにより、２つの基板間の接続が必要となり、冷却リスクと機能リスク、およびコストが増加する。

本開示の一態様は、ポンプハウジングを有するポンプであって、入力された流体を受ける入口と、加圧された流体を出力するポンプ出口と、前記ポンプの部品を駆動する駆動シャフトとを有するポンプと、前記ポンプの駆動シャフトを駆動するように構成されたコントローラと、を備えるポンプアセンブリを提供する。前記コントローラは回路基板を含み、当該回路基板はその第１の側が半径方向に面するように前記ポンプの軸線方向に配向される。３Ｄ回転センサが回路基板の第１の側に取り付けられている。３Ｄ回転センサは、半径方向に面するように回路基板の第１の側と平行に配置された前面を有する。３Ｄ回転センサは、（ａ）その前面に平行な動き、および（ｂ）その前面に垂直な平面内の動きを検出し、コントローラに出力するするように構成され、これらの動きにはポンプの回転運動が含まれる。

本開示の別の態様は、流体を入力するためのアセンブリ入口と、流体を出力するためのアセンブリ出口と、モータケーシング内に収容された電気モータと、ポンプハウジングを有するポンプと、電気モータをポンプに接続する駆動シャフトと、電気モータを駆動するように構成されたコントローラとを有するポンプアセンブリを提供することである。ポンプは、アセンブリ入口から入力流体を受け取るための入口と、加圧された流体を出力するためのポンプ出口とを有する。駆動シャフトは、電気モータによって軸線周りに駆動されるように構成される。ポンプと電気モータは、軸線方向でコントローラと整列されている。前記コントローラは回路基板を含み、当該回路基板は半径方向に面するように前記ポンプアセンブリの軸線方向に配向される。３Ｄ回転センサが回路基板上に取り付けられ、その前面は半径方向に面するように前記回路基板と平行に配置される。３Ｄ回転センサは、（ａ）その前面に平行な動き、および（ｂ）その前面に垂直な平面内の動きを検出し、コントローラに出力するするように構成され、これらの動きにはポンプの回転運動が含まれる。出口通路が前記ポンプ出口を前記アセンブリ出口と連通させて前記加圧された流体を吐出する。

さらに別の態様は、ポンプアセンブリ内におけるポンプの回転運動を検知する方法を提供する。ポンプアセンブリは、例えば上記の構成のうちの１つであってもよい。この方法は、駆動シャフトを駆動する工程と、ポンプの入口を通して流体を入力する工程と、ポンプを用いて入力された流体を加圧する工程と、３Ｄ回転センサを介してポンプの回転運動を検出する工程と、コントローラを用いて３Ｄ回転センサの検出に基づいてポンプ出力を制御する工程と、出口を通して加圧された流体を吐出する工程と、を備える。

本開示の上記以外の態様、特徴及び効果は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲により明らかになるであろう。

従来技術による垂直に配置されたコントローラボードを用いるポンプアセンブリの一例を示す。

本明細書に開示される実施形態のコントローラ部分の回路基板と共に使用される、３Ｄ回転センサに関連する信号処理および特徴の概略図である。

一実施形態によるポンプアセンブリの断面図である。

図３のポンプアセンブリの詳細な断面図であり、モータに隣接したコントローラ部分／ハウジング内に軸方向に取り付けられた回路基板と３Ｄセンサを示す。

図３の一実施形態によるポンプアセンブリの回路基板およびモータの詳細図であり、センサを用いてモータの特徴を検知する場合の構成要素の相対的な配置の概略を示す。

他の実施形態によるポンプアセンブリの断面図である。

図６のアセンブリなどのポンプアセンブリに設けられた回路基板およびポンプの詳細図であり、３Ｄセンサを用いてポンプおよびそのシャフトの特徴を検知する場合の構成要素の相対的な配置の概略を示す。

コントローラ２６、回路基板、３Ｄセンサ、およびポンプアセンブリ１０の各構成要素の何れかに関する、本明細書中および本開示全体にわたる位置、方向、および用語「側（”ｓｉｄｅ”）」の使用は限定的であることを意図するものではなく、そのような特徴が、本開示において頂部（”ｔｏｐ”）、底部（”ｂｏｔｔｏｍ”）、上部（”ｕｐｐｅｒ”）、下部（”ｌｏｗｅｒ”）、第１（”ｆｉｒｓｔ”）、第２（”ｓｅｃｏｎｄ”）などとも呼ばれ得ることが理解されるべきである。位置、方向、および対応する用語は、単に例示された実施形態の各図を参照して説明することを目的とするものである。

以下により詳細に記載されるように、本明細書に開示される多数の実施形態は、（直接または間接的に）ポンプの回転運動を検出するために３Ｄ回転センサを使用する。本開示を通して、３Ｄ回転センサは、図２及び図３に全般的に表されるように、３軸、すなわちｘ、ｙ、およびｚ軸上の動きを検出するように構成されたモノリシック集積回路（ＩＣ）センサとして定義される。記載された実施形態では、３Ｄ回転センサは磁石と共に使用されてもよく、そのようなセンサはＩＣセンサ取り付け面に平行および垂直な磁束密度に対する感度が高いため、垂直に取り付けられた磁石の測定値（例えば、運動または回転の読み取り値）を得ることができる。

図３は本明細書の一実施形態によるポンプアセンブリ１０を示し、そのハウジングおよび構成要素は、軸Ａに沿って（Ｙ方向に、またはＹ軸に沿って）長手方向に配置される。軸Ａにおいて、ポンプアセンブリ１０の駆動シャフト（例えば、ポンプ２２の駆動シャフト３２）が、ポンプアセンブリの各部品（ポンプ、モーターなど）を回転および駆動するように構成される。ポンプアセンブリ１０においては、特定数のハウジングおよび／またはケーシングを組み立てるまたは互いに固定する構成としてもよく、あるいは、単一のハウジングが本明細書に開示される部品および／またはハウジングおよびケーシングをその中に収容する構成としてもよい。ポンプアセンブリ１０は、潤滑剤（例えば、オイルまたは伝達流体）などの流体を入力するためのアセンブリ入口１４−１と、流体、すなわち、ポンプアセンブリ内に収容されたポンプ２２によって加圧された流体を出力するためのアセンブリ出口１６−１とを含む。一実施形態において、アセンブリ入口へのフローおよびアセンブリ出口からのフローの方向は、ポンプアセンブリ１０の軸線方向全長に対して垂直であってもよい。例えば、入口１４−１および／または出口１６−１は、Ｚ軸方向におよび／またはＺ軸に沿って配置され得る。流体はアセンブリ入口を通ってポンプアセンブリ１０に入り、図４に示す入口パイプによって画定される入口流路１４Ａを通って案内され、ポンプ２２に至る。入口パイプは軸方向に長さを有し、ポンプ２２の入口に流体接続される。ポンプ２２から出力される加圧流体は、やはり図４に示す出口パイプによって画定される出口流路１６Ａを経て、アセンブリ出口１６−１から吐出される。出口パイプは軸方向に長さを有し、例えば一実施形態では、入口パイプに平行であってもよい。

入口パイプおよび出口パイプはポンプ２２に流体接続されている。ポンプ２２は、本明細書においてポンプケーシング２４とも呼ばれるポンプ油圧ハウジング２４によって覆われている。一実施形態によれば、ポンプケーシング２４は入口パイプおよび出口パイプと一体的に形成されてもよい。ポンプケーシング２４はその中に機能的ポンプ部品を囲み、ポンピング部品と、出口パイプ内に画定された出口流路に向かって出力フローを導くための出口流路とを収容できる形状であってもよい。

アセンブリ１０のポンプ２２に関連付けられた入口パイプおよび出口パイプは、金属、プラスチック、または他の適切な材料から形成することができる。入口パイプ１４Ａおよび／または出口パイプ１６Ａの長さは限定的であることを意図するものではない。一実施形態において、軽量のアルミニウムまたはプラスチックをこれらのパイプの長さの少なくとも一部に用いてもよい。さらに、これらのパイプの長さは、ポンプに関連する他の部品、例えば、ここに具体的に図示されていない圧力逃し弁などに対応するように調節されてもよい。

ポンプアセンブリ１０に設けられるポンプ２２およびその各部品の種類は限定されない。一実施形態によれば、ポンプ２２はジェロータ駆動装置を有し、内側ロータが、駆動シャフト３２によって回転駆動され、その結果、外側ロータが回転駆動される。内側ロータは、駆動シャフト３２と共に軸線Ａ周りに回転するようにシャフト３２に固定されている。外側ロータ５２は、ポンプ部品ハウジング内に回転可能に収容されている。当業者には理解されるように、内側ロータの回転によって外側ロータが両者の互いに噛み合う歯を介して回転し、相補的形状を有する部品間の領域に受け入れられた入力流体が加圧されてポンプ２２から出力されるが、その詳細についてはここでは説明しない。別の実施形態では、ポンプ２２はその中にいくつかのベーン、ロータ、および制御スライドを含む可変ベーンポンプである。この制御スライドは、第１のスライド位置と第２のスライド位置との間でハウジング内のピンを中心に回転または旋回し、出口を通るポンプの吐出量を調節する。駆動シャフトは、例えばポンプのロータを駆動するように構成されてもよい。

ポンプ２２はパワートレインに関連付けられており、コントローラボードを有するアセンブリ１０内に設けられる。ポンプアセンブリ１０は、例えば、自動車のトランスミッションおよび／またはエンジンに加圧流体を供給してもよい。パワートレインとは、電力を生成する構成要素である。一実施形態によれば、関連するパワートレインは単にエンジンとトランスミッションを含むことができる。別の実施形態において、関連するパワートレインはエンジンおよびトランスミッションに加えて、追加の部品（例えば、駆動シャフト、ギア、ディファレンシャル）を含み得る。さらに別の実施形態では、関連するパワートレインは電気モータとコントローラを含んでもよい。したがって、当業者はパワートレインに含まれ得る追加の部品または構成要素を理解するため、上記の例は限定的なものではない。

ポンプアセンブリ１０では、少なくとも１つのコントローラ２６が、コントローラハウジング部１８またはポンプアセンブリ１０のモジュール内に収容されている。ポンプ２２および電気モータ２８は、軸Ａ上でコントローラ２６と軸方向に整列しており、一実施形態では、図３および図４に示すように、ポンプ２２およびコントローラ２６は、モータ２８の軸方向両側に設けられている。より具体的には、図３の断面図に示すように、例えば、ポンプ２２およびそのハウジング２４（後述）は、モータ２８およびそのケーシング３０の一方の側（例えば、図３に示す右側）に設けられ、コントローラ２６およびそのハウジング１８は、モータ２８およびそのケーシング３０の軸方向の反対側（例えば、図３に示す左側）に設けられる。一実施形態によれば、次いで、コントローラ２６およびポンプ２２をモータ２８に対して側面で隣接するように配置してもよい（したがって、それらのハウジングも同様に配置される）。ただし、図３に示された配置は限定を意図したものではない。一実施形態において、ポンプハウジング２４、モータケーシング３０、およびコントローラハウジング部１８は、ポンプアセンブリ１０内で互いに接続される。ポンプアセンブリ１０の内部において、駆動シャフト３２が電気モータ２８をポンプ２２に接続する。駆動シャフト３２は、電気モータ２８によって軸線Ａ周りに駆動されてポンプ２２の各構成要素を駆動する。コントローラ２６は、電気モータ２８を駆動制御してシャフト３２を駆動する。さらに、以下により詳細に説明するように、一実施形態において、コントローラ２６（特に、その３Ｄ回転センサ）は、モーターシャフト（モータ２８の駆動シャフト３２と同じでも別でもよい）の回転を検出するように配置および構成されてもよい。

図３および図４に示された実施形態は、全般に、駆動シャフト３２が電気モータ２８からポンプ２２まで延びる単一のシャフトであるように示しており、この場合、同一のシャフトであるシャフト３２が各部品を駆動するように設計される。しかしながら、一実施形態によれば、電気モータ２８は独自のモータ駆動シャフトを有し、このモータ駆動シャフトがポンプ２２に接続された状態で軸周りに駆動されるように構成されてもよい。電気モータ２８は、モータ駆動シャフトを介してポンプ２２の（別個の）駆動シャフトを駆動するように構成されてもよい。

電気モータ２８はロータ３４とステータ３６とを備える（図４参照）。ロータ３４はシャフト３２に接続され、ステータ３６と共にケーシング３０内に収容される。モータケーシング３０は略円筒形であり、ステータ３６をそれに固定してもよい。

ポンプ２２、モータ２８、およびコントローラ２６、並びにこれらのそれぞれのハウジングは、当技術分野で一般的に知られているコネクタ、締結具、ボルトなどを介してポンプアセンブリ１０内で互いに固定することができる。

アセンブリ１０のコントローラ２６は、電気モータ２８を作動させ、または駆動し（例えば、モータ２８のステータ３６の磁場を制御し）、それによってポンプ２２を制御および駆動するように構成される。図３および図４に示すように、コントローラ２６は電子制御ユニット、すなわちＥＣＵを含む。

このＥＣＵには、ハウジング１８内に取り付けられた回路基板４０、すなわちＰＣＢ（プリント回路基板）が含まれる。図において、回路基板４０は軸Ａに沿って縦方向（Ｙ方向）に配置される。このＰＣＢはコントローラのハウジング部１８内に設けられてもよい。このＰＣＢには、たとえばメインコントローラが含まれてもよい。ＰＣＢ／回路基板４０は、第１の面４２（または第１の側）および第２の面４３（または第２の側）を有し、第２の面４３は第１の面４２の反対側にある。第１の側４２および第２の側４３の各々は、特定数の電気的および／または検知用構成要素を受けるかそれらに接続するように構成された、細長い実質的に平坦な表面を有するものとして図に表されている（図３、図４、および図５は、後述の３Ｄセンサを含み面４２または面４３のいずれかに設けられる複数の構成要素を、例示を目的として示す）。ＰＣＢ４０の面および平坦な表面の両方は、ポンプアセンブリ１０の長手方向／Ｙ方向に延びるように配置され得る。図示の実施形態では、回路基板４０はポンプアセンブリ１０の軸Ａの軸（Ｙ）方向に配向されており、そのため、その第１の面４２は（軸Ａからの、または軸Ａに対する）半径方向において上向きになっている（図５および６に示す）。一実施形態では、回路基板／ＰＣＢ４０の長手方向部分、表面、または面は、同じ軸（軸Ａ）上で駆動シャフト３２と軸方向に整列している。当技術分野で一般的に知られているように、特定数の構成要素（センサなど）を回路基板４０に取り付けて、ＥＣＵ／コントローラ２６がポンプアセンブリの構成要素を制御できるように情報を通信することができる。図３および図４に示されるように、回路基板４０の長手方向（軸線Ａに沿う方向）におけるハウジング１８内のシャフト（シャフト３２およびポンプ駆動シャフト、並びに他の構成要素）との軸方向の位置合わせによって、構成要素がアセンブリ内で占める面積が小さくなり、その中に含まれる電気部品の冷却効率が向上する。

本明細書の一実施形態によれば、ＥＣＵは３Ｄ回転センサ４４も含む。３Ｄセンサ４４が回路基板４０上に配置されると、ＥＣＵが（前述のように）３つの軸すべてにおける特徴を測定、計測、または検知することが可能になる。３Ｄ回転センサ４４は、検知および検出のためにＰＣＢ／回路基板４０に取り付けられ、またポンプアセンブリ１０内に組み込まれたときに、その面がＰＣＢ／回路基板４０の面と平行になるように配置される。図示された実施形態では、３Ｄ回転センサ４４は回路基板４０の第１の面４２に取り付けられている。すなわち、一実施形態では、３Ｄセンサの面はＰＣＢ／回路基板４０の上面４２に平行である。ただし、別の実施形態では、３Ｄ回転センサ４４はＰＣＢ／回路基板４０の第２の面４３すなわち第２の側の底面に同様の向きで取り付けられてもよい。したがって、単一軸（ｘ軸）もしくは軸方向における検知、またはｘ−ｙ軸に沿った検知に限定されるのではなく、（図５または図７に示すような）ポンプアセンブリ１０内の３Ｄ回転センサ４４の配置によって、ｙ−ｚ軸もしくはｘ−ｚ軸、または両方の組み合わせにおける読み取りと、ｘ−ｙ軸を用いた読み取りとを可能にする。したがって、本明細書で説明するように、３Ｄ回転センサ４４（またはその本体）が回路基板４０上に配置されているものの、物体（例えば、駆動シャフト３２またはモーターシャフト）の角度位置を計測または検知することができる。３Ｄ回転センサ４４自体は、回路基板４０に取り付けられたときに回路基板４０の第１の面４２と平行となるように配置された前面４６を有し、前面４６もまた半径方向に面する（例えば、図５を参照）。この実施形態では、３Ｄ回転センサ４４はポンプアセンブリ１０の使用中に、ポンプの回転運動を含む前面４６に平行な動きおよび前面４６に垂直な平面内の動きを少なくとも検出し、コントローラ２６に出力するように構成される。センサ４４は、センサ４４に垂直な平面内の動きを検知することができるため、この向き（ｙ−ｚ軸）においても、隣接するモータ／ポンプ要素の回転運動を検知することができる。

図示されたポンプアセンブリ１０の実施形態によれば、３Ｄ回転センサ４４は、モーターシャフトの回転、すなわち駆動シャフト３２の回転を検出するように設計されている。シャフトの角度位置を検出するために、一実施形態では、駆動シャフト３２はその端部または端部付近に固定された磁石５０を有し、磁石５０は駆動シャフト３２とともに軸Ａの周りで回転する。したがって、ＥＣＵは磁石５０からの磁場を検出する磁場指向コントローラとして動作してもよい。より具体的には、３Ｄ回転センサ４４は磁石５０からの磁場を検出できるように回路基板４０上で磁石５０に対する相対的な位置に配置されるため、コントローラの構成要素／ＥＣＵによってシャフトの角度位置（したがって、その回転速度）を測定することが可能になる。例えば、図５に示すように、３Ｄ回転センサ４４は、回路基板４０のモータ２８側の端部または端部付近で表面４２に取り付けられるセンサチップの形態で提供され得るため、センサ４４はモータ２８、駆動シャフト３２、およびそれらに対応する磁石５０に対してより近く配置される。回路基板４０の端部または端部付近に３Ｄ回転センサ４４を設けることにより、モータ／駆動シャフト／磁石に対するより近い配置が可能になり、したがってより正確な読み取りが可能になる。

ハウジング／アセンブリ内の３Ｄ回転センサ４４と磁石５０との間の距離を制限することで、ポンプの回転速度の測定においてより高い精度が得られる。一実施形態では、センサ４４は、磁石５０からの距離または磁石５０に対する相対的位置が約２ｍｍから約４ｍｍの間（両端を含む）となるように配置される。当然ながら、このような距離は単なる例示であり、限定することを意図したものではない。

図示の実施形態は限定を意図していないことをここに特記する。センサ４４は、反対側の面（面４３）を含む回路基板４０上の任意の数の箇所に配置することができる。

磁石５０は、シャフト３２に取り付けられ、コントローラハウジング１８に面するように配置された双極子磁石であってもよい。この場合、３Ｄ回転センサは磁場を介して双極子磁石の回転を検出するように構成されているため、コントローラは３Ｄ回転センサを用いて駆動シャフトの回転運動を（アルゴリズム／計算を介して）測定できる。しかしながら、センサ４４はその周囲環境で動くいかなる種類の磁石をも検知することができ、言及された例に限定することは意図されていない。さらに、以下で詳述するように、センサ４４を使用してポンプ２２自体に関連するシャフトまたは他の要素に取り付けられた磁石を検知することができる。

したがって、本明細書で開示されるアセンブリは、３Ｄ回転センサを使用することによりポンプアセンブリ内のポンプの回転運動を検知する方法を提供する。センサ４４からの読み取り値とＥＣＵによって決定された計算値に基づいて、ポンプアセンブリ１０の部品をコントローラ２６を介して制御することができる。一実施形態では、動作中、電気モータ２８はコントローラ２６を用いて駆動され、すなわち、コントローラ２６は駆動シャフト３２およびモータ２８を駆動する。図示の実施形態では、駆動シャフト３２を駆動することによってポンプ２２が駆動される。流体をポンプアセンブリのアセンブリ入口を通ってポンプの入口に入力する。入力された流体をポンプ２２を用いて加圧する。ポンプが動作すると、３Ｄ回転センサは、磁石／モータ／駆動シャフトの動きを検出することにより、ポンプ２２の回転運動を検出する。センサ４４からの検出値または読み取り値は、ＥＣＵ／コントローラ２６がポンプアセンブリ１０の調節値を決定するために使用される。一実施形態では、電気モータ２８の速度は３Ｄ回転センサ４４による検出に基づいて制御される。ポンプ２２からの加圧流体はアセンブリ出口から排出される。

別の実施形態では、ポンプ２２の各部品は３Ｄ回転センサ４４による検出および検知に基づいて制御されてもよい。すなわち、３Ｄ回転センサ４４およびＰＣＢ／コントローラは、ポンプ（およびその駆動シャフト）に隣接する相対位置に配置され、ポンプに対応する検出のために構成され得る。図６はハウジング１８Ａ内に設けられたコントローラ２６Ａを含むポンプアセンブリ１０Ａの配置の一例を示す。コントローラ２６Ａの側面方向には、モータ２８Ａおよびポンプ２２Ａが配列され、これらは対応するケーシングおよびハウジング３０Ａ、２４Ａに収容されている。ポンプアセンブリ１０Ａは、図２から図５を参照して説明した実施形態について記載したものと同様の構成要素を有することができ、これらの特徴のすべてをここで再度記載することは必要でない。ただし、図２から図５におけるポンプアセンブリ１０に関して説明された上記の特徴はアセンブリ１０Ａに含まれ得ることを理解すべきである。例えば、ポンプアセンブリ１０Ａは、潤滑剤（例えば、オイルまたは伝達流体）などの流体を入力するためのアセンブリ入口（図示せず）と、流体、すなわち、ポンプアセンブリ内に収容されたポンプ２２Ａによって加圧された流体を出力するためのアセンブリ出口（図示せず）とを含む。一実施形態において、アセンブリ入口へのフローおよびアセンブリ出口からのフローの方向は、ポンプアセンブリ１０Ａの軸線方向全長に対して垂直であってもよい。例えば、入口および／または出口は、Ｚ軸方向におよび／またはＺ軸に沿って配置され得る。

図７は本開示の別の実施形態による、少なくとも１つのコントローラ２６ＡのＥＣＵの回路基板４０Ａの詳細図である。コントローラ２６Ａは、例えば図６のポンプアセンブリ１０Ａ内のポンプ２２Ａに対して取り付けられる。ここで、コントローラ２６（特に、その３Ｄ回転センサ）は、（例えば、モータ駆動シャフトと同じでも別でもよいポンプ駆動シャフトの検出回転によって）ポンプ２２Ａを制御および／または駆動するように配置および構成されている。コントローラ／回路基板とポンプのハウジングはここでは明示的に図示されていないが、図６に示すように、ポンプ２２Ａはその構成要素（例えば、ポンプ駆動シャフト、ベーン／ロータ／ギア、制御スライドなど）を収容するための別個のハウジング２４Ａに収容されてもよい。同様に、回路基板４０Ａは、ポンプ２２Ａのハウジングの一部であるかまたは（例えば、留め具またはボルトを介して）それに接続されるハウジング１８Ａ（図６参照）または筐体に収容されてもよい。

例えば図６に示すように、モータケーシング３０Ａ内においてポンプ２２Ａの反対側にモータ２８Ａを設けることができる。したがって、一実施形態では、ポンプアセンブリ１０Ａに含まれるポンプ２２Ａは、その側面のいずれかにコントローラ２６およびモータ２８Ａが隣接する。ただし、図６に示された配置は限定を意図するものではない。

前述の実施形態と同様に、コントローラ２６ＡのＰＣＢ／回路基板４０Ａは、それぞれに電気部品を取り付けるための第１の面４２（または第１の側）および第２の面４３（または第１の面４２と反対の第２の側）を有し、第１の側および第２の側はそれぞれ実質的に平坦な表面を有する。図示の実施形態では、回路基板４０Ａはポンプアセンブリ１０Ａの軸Ａ２の軸方向（Ｙ方向）に配向されているため、その第１の面４２は（軸Ａ２からの、または軸Ａ２に対する）半径方向において上向きになっている。ＰＣＢの面および平坦な表面の両方は、ポンプアセンブリ１０Ａの長手方向／Ｙ方向に延びるように配置され得る。再び、図７に概略的に示されるように、回路基板４０を長手方向（軸Ａ２、またはＹ方向もしくはＹ軸）に配置し、かつポンプ２２Ａのシャフト３２Ａと軸方向に整列させて配置することにより、各構成要素の占有面積が小さくなり、電気部品の冷却効率が向上する。一実施形態では、回路基板／ＰＣＢ４０Ａの長手方向部分、表面、または面は、同じ軸（軸Ａ２）上で駆動シャフト３２Ａと軸方向に整列している。３Ｄ回転センサ４４は、回路基板４０Ａの第１の面４２（または第２の面４３）に取り付けられてもよい。センサ４４の前面４６は、回路基板４０Ａに取り付けられたときに回路基板４０Ａの相対面と平行となるように配置されるため、前面４６もまた半径方向に面する。

前述のように、一実施形態によれば、回路基板４０Ａの向きはポンプ２２Ａの駆動シャフト３２Ａに対する相対的なものであるため、ポンプ２２Ａの駆動シャフト３２Ａのポンプシャフトの回転／速度は、３Ｄセンサ４４およびコントローラを介して決定される。３Ｄ回転センサ４４は、駆動シャフト３２Ａの端部またはその付近に固定された磁石５０Ａ（例えば、双極子磁石）を使用してポンプシャフトの回転を検出する。磁石５０Ａは駆動シャフト３２Ａとともに軸Ａ２を中心に回転する。したがって、ＥＣＵは磁石５０Ａからの磁場を検出する磁場指向コントローラとして動作してもよい。したがって、３Ｄ回転センサ４４は、ｘ−ｙ軸を使用する読み取りとともに、ｙ−ｚもしくはｘ−ｚ軸、または両方の組み合わせでの読み取りを可能にする。この実施形態では、ポンプの使用中に３Ｄ回転センサ４４は、少なくともその前面４６に平行な動き、およびその前面４６に垂直な平面内の動きを検出し、コントローラ２６に出力するするように構成され、これらの動きにはポンプの回転運動が含まれる。

センサ４４は、センサ４４に垂直な平面内の動きを検知することができるため、この向き（ｙ−ｚ軸）において、隣接するポンプ要素の回転運動を検知することができる。したがって、３Ｄ回転センサ４４（またはその本体）が回路基板４０上に配置されているものの、物体（例えば、駆動シャフト３２Ａ）の角度位置を計測または検知することができる。図示の実施形態では、コントローラまたはＥＣＵは、駆動シャフト３２Ａの特徴（回転、速度）を検知し、ポンプ２２Ａの駆動シャフト３２Ａの動作または回転を制御するように構成され得る。しかしながら、３Ｄ回転センサは、駆動シャフト３２Ａに隣接する配置に限定される必要はない。例えば、別の実施形態では、ポンプ２２Ａに関連するＥＣＵ／コントローラおよびセンサ４４を使用して、ポンプ２２Ａ内の制御スライドの位置を検知し、および／または制御スライドの位置を変更し（例えば、下降させ）て加圧流体の出力を変化させてもよい。したがって、センサ４４からの読み取り値は、ポンプ２２Ａの任意の数の部品を制御するためにコントローラ／ＥＣＵによって使用され得ることを理解されたい。

したがって、本明細書で開示されるアセンブリは、３Ｄ回転センサおよびコントローラ（ＥＣＵ）を使用することにより、２つ以上の軸におけるポンプの回転運動を検知する方法を提供する。コントローラは、ポンプおよび／またはポンプアセンブリの軸方向に（ｙ軸に沿って）延びるプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むＥＣＵである。ポンプ２２Ａの入口から流体を入力する。入力された流体をポンプ２２Ａを用いて加圧する。ポンプが動作すると、３Ｄ回転センサは磁石５０Ａ／駆動シャフトの動きを検出することにより、ポンプ２２Ａの回転運動を検出する。センサ４４からの読み取り値およびＥＣＵによって決定された計算値に基づいて、ポンプ２２Ａの部品はコントローラを介して制御され得る。一実施形態では、動作中に、ポンプ２２Ａの駆動シャフト３２Ａはコントローラを使用して駆動される。別の実施形態では、コントローラは、ポンプ出口からの吐出量が変更されるように、ポンプハウジング内のスライドの位置を変更してもよい。ポンプ２２Ａから出力される加圧流体は、その出口から吐出される。

図６および図７に示したポンプ２２Ａの種類およびポンプアセンブリ１０に設けられたその部品の種類は限定されない。一実施形態によれば、ポンプ２２Ａは、内側ロータおよび外側ロータを備えたジェロータ駆動部を有する。内側ロータは、駆動シャフト３２と共に軸線Ａ周りに回転するようにシャフト３２に固定されている。別の実施形態では、ポンプ２２Ａはその中にいくつかのベーン、ロータ、および制御スライドを含む可変ベーンポンプである。この制御スライドは、第１のスライド位置と第２のスライド位置との間でハウジング内のピンを中心に回転または旋回し、出口を通るポンプの吐出量を調節する。駆動シャフト３２Ａは、例えば、ポンプのロータを駆動するように構成され得る。

また、３Ｄ回転センサ４４と磁石５０Ａとの間の距離を制限することによって、ポンプの回転速度を決定する際の精度が向上し得ることに再び留意されたい。一実施形態では、センサ４４は、磁石５０Ａからの距離または磁石５０Ａに対する相対的位置が約２ｍｍから約４ｍｍの間（両端を含む）となるように配置される。当然ながら、このような距離は単なる例示であり、限定することを意図したものではない。

図示された実施形態において回路基板４０と３Ｄ回転センサ４４をここに開示したように組み合わせることによって、従来のマルチ基板接続のリスクを排除し、コントローラ部分の全体的なパッケージングを小型化することが可能になる。３Ｄ回転センサ４４はまた、ＰＣＢ／回路基板４０上での向きの選択の自由度が高い（その面４６がシャフトの真正面に取り付けられるのとは対照的である）。また、ポンプアセンブリの部品および検出対象のシャフト／磁石に対する相対的な取り付けにおいて、設計の柔軟性が向上する。３Ｄ回転センサは第３軸に対する動きを検出するという大きな利点を有する。特に、軸方向（ｙ軸など）における検出値は比較的または一般的にゼロであるが、３Ｄ回転センサは、Ｘ軸とＺ軸における検出によってポンプの回転運動の測定を可能にする。

さらに、３Ｄ回転センサを使用すると、回路基板とコントローラ部品の最適な冷却を維持／実現できる。また、３Ｄセンサが配置された回路基板４０がハウジング内で軸方向に配置されるようにその向きを維持することで、放熱が最大化される。回路基板の一方の側に３Ｄセンサを取り付けても、３軸の動きを検出できる。さらに、回路基板の一方の側に３Ｄセンサを取り付けることによって、（検出対象の物体の真正面かつ隣接する位置に垂直方向の取り付けを必要とする従来の取り付け方法と比較して）熱への露出を含むチップ／センサ自体への損傷のリスクを限定または解消することができる。

電気部品はポンプ構造に依存せず開発できる。さらに、従来のシステムで通常提供される追加のセンサ、追加の回路基板、配線、および組み立て作業（時間）が、本明細書で開示されるポンプアセンブリ１０では削減または廃止されるため、コストが削減される。

３Ｄ回転センサ４４の種類およびメーカーを限定することは意図されていない。図２は、開示されたポンプアセンブリ１０のセンサ４４に使用され得る例示的な部品の概略図である。一実施形態では、３Ｄ回転センサ４４は、その表面に垂直および平行に印加される磁束密度を検知するモノリシックセンサであるため、３つの方向（ｘ、ｙ、およびｚ）の磁束密度を非接触で検知する機能を有する。センサ４４は、磁束密度ベクトルの３つの空間成分を測定および処理することにより、周囲を移動する磁石を検知し得る。

一実施形態では、図２に示すμＣ／マイクロコントローラ（ＰＣＢ／コントローラ４０に対応する）の信号処理は、３Ｄ回転センサ４４を介してＳＩＮおよびＣＯＳアナログ情報を取得するように設計されてもよい。コントローラ４０は、一実施形態に従って、感度のミスマッチおよびオフセットに対する信号補正を処理して、例えば理想的でない磁場角度成分を補償するように設計されてもよい。角度位置計算（アークタンジェント補間など）を実行してデジタル出力信号（ｋＨｚ ＰＷＭ信号）に変換し、デモボードによる測定および／またはポンプアセンブリ１０に関連付けられたアプリケーションモジュールもしくはその他のコントローラによる処理を行ってもよい。当然ながら、この概略図は例示に過ぎず、開示された３Ｄ回転センサ４４およびコントローラ４０を使用した処理の非限定的な実施形態であると理解されるべきである。

コントローラ２６（およびオプションとしてそのＰＣＢ／基板４０）は、それに取り付けられた集積ＬＩＮインダクタおよび他のセンサ（例えば温度センサ）などの他の構成要素を含むことができるが、これらの例は非限定的である。コントローラ２６は、例えば、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）バスインターフェースを介して電源（例えばバッテリ）に電気的に結合されてもよい。さらに、従来、正および負の電力コネクタもコントローラカバーにオーバーモールドされている。

本明細書で開示される３Ｄ回転センサを使用すれば、単一のコントローラ回路基板を用いて、ポンプの動作および関連するシャフトの回転に関する検出を行うことが可能になる（前述のように、互いに垂直に取り付けられた２つ以上の回路基板を使用してシャフトの動きを検出するのとは対照的である）。しかし、他のコントローラ基板をアセンブリ内で使用したり、ポンプと連係させてポンプの動作を制御したりできることを理解されたい。

加えて、上記で説明され、図３から図５の実施形態に示された３Ｄ回転センサ４４は、ポンプアセンブリ１０内の磁石５０／駆動シャフト３２／モータ２８に関連する動きを検出するように設計されているが、ポンプアセンブリ１０におけるコントローラ２６、モータ２８、およびポンプ２２の配置および配列によっては、ＥＣＵは、ポンプ２２の部品を含むアセンブリの他の部分に関連する特徴を検出または検知することができる。例えば、図６および図７に示されるように、アセンブリが、側面方向でモータおよびポンプに並ぶコントローラを含む場合、ＥＣＵの３Ｄ回転センサは（モータ２８の駆動シャフト３２と同じでも別でもよい）ポンプシャフト、すなわちモータ２８の駆動シャフトの回転を検知するように配置できる。

いくつかの実施形態では、ＰＣＢ／回路基板４０および／または４０Ａの第１の面４２を横切る平面は、モータおよび／またはポンプの駆動シャフトの軸Ａおよび／またはＡ２と整列して配置される。一実施形態では、ＰＣＢは、ポンプの駆動シャフト（駆動シャフト３２、３２Ａ、またはこのシャフトによって駆動される他のシャフトであり得る）の軸Ａおよび／またはＡ２に平行になるように、ハウジング１８および／または１８Ａ内に配置される。

上記の例示的な実施形態において本開示の原理が明確にされたが、本開示の実施に使用される構造、配置、比率、要素、材料及び構成要素に対して様々な変形を加えることが可能であることは当業者であれば理解できる。

したがって、そのような変形例であっても本開示の特徴は完全に及び有効に達成されるだろう。上記に示した望ましい具体的な実施形態は、本開示の機能的及び構造的な原理を例示することを目的として説明及び図示されたものであり、本開示の原理の範囲内において変更可能である。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲の精神に含まれる全ての変形例を包含する。

Claims (19)

1. ポンプハウジングを有するポンプであって、入力された流体を受ける入口と、加圧された流体を出力するポンプ出口と、前記ポンプの部品を駆動する駆動シャフトとを有するポンプと、
   前記ポンプの駆動シャフトを駆動するように構成されたコントローラであって、回路基板を含み、当該回路基板はその第１の側が半径方向に面するように前記ポンプの軸線方向に配向された、コントローラと、
   前記回路基板の第１の側に取り付けられた３Ｄ回転センサであって、前記半径方向に面するように前記回路基板の第１の側と平行に配置された前面を含み、前記ポンプの回転運動を含む（ａ）前記前面に平行な動きおよび（ｂ）前記前面に垂直な平面内の動きを検出して前記コントローラに出力するように構成された３Ｄ回転センサと、
   を備えるポンプアセンブリ。
2. 前記ポンプに接続された電気モータと、軸線周りに駆動されるように構成されたモータ駆動シャフトとをさらに備え、前記電気モータは前記モータ駆動シャフトを介して前記ポンプの駆動シャフトを駆動するように構成された、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
3. 前記電気モータのモータ駆動シャフトおよび前記ポンプの駆動シャフトは同一のシャフトであり、単一のシャフトが前記電気モータから前記ポンプまで延在する、請求項２に記載のポンプアセンブリ。
4. 前記３Ｄ回転センサは前記ポンプの駆動シャフトの回転運動を検出するように構成され、前記コントローラは前記検出に基づいて前記ポンプの駆動シャフトが駆動される速度を調節するように構成された、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
5. 前記ポンプの駆動シャフトには双極子磁石が取り付けられ、前記３Ｄ回転センサは当該双極子磁石の回転を検出するように構成され、当該検出された回転に基づいて前記コントローラが前記ポンプの駆動シャフトの回転運動を測定する、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
6. 前記電気モータのモータ駆動シャフトには双極子磁石が取り付けられ、前記３Ｄ回転センサは当該双極子磁石の回転を検出するように構成され、当該検出された回転に基づいて前記コントローラが前記電気モータのモータ駆動シャフトの回転運動を測定し、前記検出に基づいて前記コントローラが前記電気モータのモータ駆動シャフトを駆動する速度を調節するように構成された、請求項２に記載のポンプアセンブリ。
7. 前記ポンプアセンブリ内において、前記電気モータの側面方向に前記コントローラと前記ポンプが配列された、請求項２に記載のポンプアセンブリ。
8. 前記ポンプアセンブリ内において、前記ポンプの側面方向に前記コントローラと前記電気モータが配列された、請求項２に記載のポンプアセンブリ。
9. 流体を入力するためのアセンブリ入口と、
   流体を出力するためのアセンブリ出口と、
   モータケーシング内に収容された電気モータと、
   ポンプハウジングを有し、前記アセンブリ入口から入力された流体を受け取るための入口と、加圧された流体を出力するためのポンプ出口とを有するポンプと、
   前記電気モータを前記ポンプに接続し、前記電気モータによって軸線周りに駆動されるように構成された駆動シャフトと、
   前記電気モータを駆動するように構成されたコントローラであって、前記ポンプと前記電気モータは前記コントローラと軸線方向で整列され、前記コントローラは、半径方向に面するように前記ポンプアセンブリの軸線方向に配向された回路基板を含む、コントローラと、
   前記回路基板に取り付けられた３Ｄ回転センサであって、前記半径方向に面するように前記回路基板と平行に配置された前面を含み、前記ポンプの回転運動を含む（ａ）前記前面に平行な動きおよび（ｂ）前記前面に垂直な平面内の動きを検出して前記コントローラに出力するように構成された３Ｄ回転センサと、
   前記ポンプ出口を前記アセンブリ出口と連通させて前記加圧された流体を吐出する出口通路と、
   を備えるポンプアセンブリ。
10. 前記駆動シャフトには双極子磁石が取り付けられ、前記３Ｄ回転センサは当該双極子磁石の回転を検出するように構成され、当該検出された回転に基づいて前記コントローラが前記駆動シャフトの回転運動を測定し、前記検出に基づいて前記コントローラが前記駆動シャフトを駆動する速度を調節するように構成された、請求項９に記載のポンプアセンブリ。
11. 前記ポンプアセンブリ内において、前記電気モータの側面方向に前記コントローラと前記ポンプが配列された、請求項９に記載のポンプアセンブリ。
12. 前記ポンプアセンブリ内において、前記ポンプの側面方向に前記コントローラと前記電気モータが配列された、請求項９に記載のポンプアセンブリ。
13. ポンプアセンブリ内のポンプの回転運動を検出する方法であって、当該ポンプアセンブリは、
    ポンプハウジングを有し、アセンブリ入口から入力された流体を受け取るための入口と、加圧された流体を出力するためのポンプ出口とを有するポンプと、
    前記ポンプの部品を駆動する駆動シャフトと、
    前記ポンプの駆動シャフトを駆動するように構成されたコントローラであって、回路基板を含み、当該回路基板はその第１の側が半径方向に面するように前記ポンプの軸線方向に配向された、コントローラと、
    前記回路基板の第１の側に取り付けられた３Ｄ回転センサであって、前記半径方向に面するように前記回路基板と平行に配置された前面を含み、前記ポンプの回転運動を含む（ａ）前記前面に平行な動きおよび（ｂ）前記前面に垂直な平面内の動きを検出して前記コントローラに出力するように構成された３Ｄ回転センサと、
    を含み、前記方法は、
    前記駆動シャフトを駆動する工程と、
    前記ポンプの入口に流体を入力する工程と、
    前記ポンプを用いて入力された流体を加圧する工程と、
    前記３Ｄ回転センサを介して前記ポンプの回転運動を検出する工程と、
    前記コントローラを用いて、前記３Ｄ回転センサの検出に基づいてポンプ出力を制御する工程と、
    前記加圧された流体を前記出口を通して吐出する工程と、
    を備える方法。
14. 前記ポンプアセンブリはさらに前記ポンプの駆動シャフトに取り付けられた双極子磁石を含み、前記３Ｄ回転センサを介して検出する工程は前記双極子磁石の回転を検出する工程を含み、当該検出された回転に基づいて前記コントローラが前記駆動シャフトの回転運動を測定する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ポンプアセンブリは前記ポンプに接続された電気モータと、軸線周りに駆動されるように構成されたモータ駆動シャフトとをさらに含み、前記電気モータは前記モータ駆動シャフトを介して前記ポンプの駆動シャフトを駆動するように構成され、前記方法はさらに、
    前記コントローラを用いて前記電気モータを駆動する工程と、
    前記モータ駆動シャフトを駆動する工程と、
    を備え、
    前記３Ｄ回転センサを介して検出する工程は前記モータ駆動シャフトの回転を検出する工程を含み、検出された回転に基づいて前記コントローラが前記ポンプの回転運動を測定する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記電気モータのモータ駆動シャフトおよび前記ポンプの駆動シャフトは同一のシャフトであり、単一のシャフトが前記電気モータから前記ポンプまで延在する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ポンプ出力を制御する工程は、前記３Ｄ回転センサを介して検出する工程に基づいて前記ポンプの駆動シャフトが駆動される速度を調節する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記電気モータのモータ駆動シャフトには双極子磁石が取り付けられ、前記３Ｄ回転センサは当該双極子磁石の回転を検出するように構成され、当該検出された回転に基づいて前記コントローラが前記電気モータのモータ駆動シャフトの回転運動を測定する、請求項１５に記載の方法。
19. 前記ポンプ出力を制御する工程は、前記３Ｄ回転センサを介して検出する工程に基づいて前記電気モータのモータ駆動シャフトが駆動される速度を調節する工程を含む、請求項１５に記載の方法。

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