JP5028949B2 - 流体ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体ポンプの制御装置に関する。

従来、ブラシレスモータを駆動源とした車両用のブラシレス燃料ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。ここで、ブラシレスモータでは、ロータの回転位置に応じて電機子コイルへの通電を順次切り替えることによりロータを回転させている。
特開平１１−２７０４６８号公報

燃料ポンプが搭載された車両が低温環境下に置かれた場合には、シャフトの軸受部が凍結してモータの回転が阻止される状態（以下、「モータロック状態」という）となることがある。また、燃料の中に混入していたダスト等の異物がロータとステータとの間に挟まったりポンプ部のインペラに咬み込まれたりして、モータロック状態となることもある。

モータロック状態である場合には、ロータの回転位置は変化しない。したがって、モータロック状態が解消されないままロータを回転させるような通電制御を行うと、所定の相コイルへの通電が継続されることとなる。そして、この通電状態を続けると所定の相コイルの発熱量が増大し、ついにはその相コイルが熱により損傷を受けるという問題を生じうる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、モータロック状態を解消又はモータロック状態の発生を抑止することが可能な流体ポンプの制御装置を提供することを目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果等を示しつつ説明する。

第１の構成は、多相の電機子コイルを有するステータと、前記ステータに対向して配設された界磁極を有するロータとを備え、前記ロータの回転位置に応じて各相の前記電機子コイルへの通電を順次切り替えることで前記ロータが回転し、該ロータの回転により流体を吸入するとともに吸入した流体を吐出するブラシレスモータ駆動式の流体ポンプを制御対象とする流体ポンプの制御装置に関するものである。そして、前記ロータを回転させることのない態様で通電と非通電とを切り替えるパターンで前記電機子コイルに通電が可能な通電制御手段を備えることを特徴としている。

流体ポンプにおいては、ロータの回転軸の軸受部が凍結したり、流体に含まれるダスト等の異物がロータとステータとの間等に挟み込まれたりして、ロータの回転が阻止される状態（ロック状態）に陥ることがある。この場合、ロータの回転位置に応じて各相の電機子コイルへの通電を切り替えるような回転制御をすると、ロータがロックされて回転位置が変化しないため所定の相の電機子コイルへの通電がされ続けることとなる。そして、所定の相の電機子コイルへの通電がされ続けることにより、その相の電機子コイルの発熱量が増大し、ついには電機子コイルが熱により損傷を受けるおそれがある。

この点、本発明では、ロータを回転させることのない態様で通電と非通電とを切り替えるパターンで所定期間電機子コイルに通電することが可能である。前記パターンで各相の電機子コイルへ通電と非通電とを切り替えることで、所定の相の電機子コイルへの通電が継続することにより電機子コイルの発熱量が増大することを抑制できる。その結果、電機子コイルが熱により損傷を受けることを抑止することが可能となる。

そして、前記パターンで所定期間電機子コイルに通電することにより、発熱量の増大は抑止しつつも電機子コイルを所定量発熱させることはできる。このため、流体ポンプを暖めることができ、その結果として凍結によるロック状態を解消又は凍結によりロック状態となることを抑制することが可能となる。

また、電機子コイルの所定の相に通電することにより、ロータはステータ側に引き寄せられる。そして、ロータの回転軸の軸受部に生じている僅かなクリアランスのためにロータはステータ側に僅かに移動する。そのため、前記パターンで各相の電機子コイルへの通電及び非通電を切り替えることで、ロータを径方向に微小振動させることが可能となる。ロータとステータの間等に挟みこまれた異物は径方向に圧縮された状態で存在することが多いが、ロータを径方向に振動させることにより、ロータとステータとの間等から異物を除去することが可能となる。この結果、異物によるロック状態を解消又は異物によりロック状態となることを抑制することが可能となる。

第２の構成として、前記パターンは、時間の経過とともに通電と非通電とが切り替わるように予め規定した規定パターンとしてもよい。回転位置に応じて通電を切り替えるのではなく、時間の経過とともに予め規定した規定パターンで通電を切り替えることで、モータを回転させない態様の通電パターンとすることが可能となる。

第３の構成では、前記通電制御手段は、前記流体ポンプの始動時に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴としている。これにより、流体ポンプの停止時にロック状態に陥っていた場合においても、そのロック状態を解除して良好に始動することが可能となる。

第４の構成では、前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止直後に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴としている。

流体ポンプの回転駆動中は、ロータが有する回転エネルギーが高いため、流体にダスト等の異物が混入していてもその異物はロータによって弾かれる。そのため、流体ポンプの回転駆動中はロータとステータとの間にダストが挟みこまれることが原因でロック状態になるおそれは低い。一方、流体ポンプを停止した直後は、ロータは停止するのに対し、流体の流れは慣性のため残存している。そのため、流体に混入している異物がロータとステータとの間に挟み込まれる等してロック状態に至る確率が流体ポンプの回転駆動中よりも高い。この点本発明では、流体ポンプの停止直後に通電と非通電とを切り替えるパターンで電機子コイルに通電している。通電と非通電とを切り替えることで、ロック状態となる確率が高い時期にロータに微小な振動を発生させることが可能となる。この結果、ロータとステータとの間に異物が挟み込まれること等によりロック状態に至ることを抑止することが可能となる。なお、「流体ポンプを停止した直後」とは、流体ポンプのロータは停止しているが流体の流れは慣性のため残存している時点をいう。

第５の構成では、前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止から所定時間経過した後に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴としている。流体ポンプが停止した後、流体ポンプが低温環境下に置かれた場合には、ロータの回転軸の軸受部が凍結してロック状態に陥ることがある。この点、流体ポンプの停止から所定時間経過した後に前記パターンでの通電を所定期間行うことにより、流体ポンプを暖めることができる。これにより、ロータの回転軸の軸受部が凍結することを抑止することができるとともに、凍結によりロック状態となることを抑止することが可能となる。

第６の構成では、前記流体ポンプの停止後所定時間経過するごとに、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電すること特徴としている。流体ポンプの停止後所定時間経過するごとに前記パターンでの通電を所定期間行うことにより、流体ポンプを周期的に暖めることができる。これにより、長期間流体ポンプが低温環境下に置かれた場合にもロータの回転軸の軸受部が凍結することを抑止することができるとともに、凍結によりロック状態となることを抑止することが可能となる。

第７の構成では、前記流体ポンプの近傍の温度を取得する温度取得手段を有し、前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止後、前記温度取得手段により取得した温度が所定温度以下である場合に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴としている。これにより、流体ポンプの近傍の温度が所定温度以下となり凍結によるロック状態となる可能性が高くなった場合に、流体ポンプを暖めることができる。この結果、凍結によりロック状態となることを抑止することが可能となる。

第８の構成では、前記流体ポンプのロック状態を検出するロック状態検出手段を備え、前記流体ポンプがロック状態である旨検出されたことを条件に、前記通電制御手段は前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴としている。これにより、流体ポンプのロック状態を検出できるので、適切な時期に前記パターンでの通電を行うことが可能となる。

第９の構成では、前記ロック状態検出手段は、前記各相の電機子コイルへの通電状態が切り替わることなく所定時間継続している場合に、前記流体ポンプがロック状態であると判定することを特徴としている。上述の通り、ロータの回転位置に応じて各相の電機子コイルへの通電が切り替えられることにより、ロータが回転する。ところが、ロック状態の場合にはロータが回転しないため、所定の通電状態が継続し続けることとなる。したがって、各相の電機子コイルへの通電状態が切り替わることなく所定時間継続していることを検出することにより、ロータが回転していない状態、すなわちロック状態を判定することができる。

第１０の構成として、前記パターンによる通電としては、該パターンによる通電期間中、前記電機子コイルの特定の２相にのみ通電し他の相は非通電としてもよい。また、第１１の構成として、前記パターンによる通電としては、該パターンによる通電期間中、前記電機子コイルの全相に同時に通電するようにしてもよい。これにより、ロック状態の解消又はロック状態の発生を抑止することができる。特に、第１１の構成では、全相同時に通電するものであるため、流体ポンプ全体をほぼ均一に暖めることが可能となる。これにより、凍結によるロック状態の解除が容易になるとともに凍結によりロック状態になることを抑止する効果が増大する。

第１２の構成では、前記通電制御手段は、前記パターンによる通電期間中、該パターンによる通電として、前記電機子コイルへの断続的な通電を行うことを特徴としている。これにより、ロータを径方向に連続的に振動させることが可能となる。この結果、ダスト等の異物の挟み込み等によるロック状態の解除を容易にすることができるとともに、異物の挟み込み等によりロック状態になることを抑止する効果を増大させることができる。

第１３の構成では、前記通電制御手段は、前記ロータの固有振動数で前記各相の電機子コイルへの通電を切り替えることを特徴としている。これにより、ロータの振動の振幅を増大させることができる。この結果、ダストの挟み込み等によるロック状態の解除をより容易にすることができるとともに、ダストの挟み込み等によりロック状態になることを抑止する効果をより増大させることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明を車両用の燃料ポンプに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１に基づいて燃料ポンプの全体構成を説明する。燃料ポンプ１１は、円筒ハウジング１２内にポンプ部１３とブラシレスモータ１４とが組み込まれて構成されている。ポンプ部１３の構成を説明すると、円筒ハウジング１２の一端部に圧入、かしめ等により固定されたポンプケーシング１５とポンプカバー１６とからポンプ室１７が構成され、このポンプ室１７内にインペラ１８が収納されている。インペラ１８はブラシレスモータ１４のシャフト２４に嵌着されており、シャフト２４とともに回転する。

一方、ブラシレスモータ１４は、例えば３相全波駆動方式のブラシレスモータであり、次のように構成されている。円筒ハウジング１２内に円筒型のステータ１９が嵌合固定され、このステータ１９には、図２に示すように、例えば６個の突極２０が形成されている。これら突極２０には、Ｕ、Ｖ及びＷ相の３相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順序で２個ずつ装着され、各相の２個のコイルが直列に接続されている（図３参照）。

以上のように構成した６極のステータ１９の内周側には、マグネットロータ２３が配置されている。このマグネットロータ２３は、シャフト２４に嵌着されたロータコア２５と、このロータコア２５の外周に接着等により固着された例えば８個の界磁用のマグネット２６とから構成されている。図２に示すように、８個のマグネット２６はＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置され、これにより８極のマグネットロータ２３が構成されている。

図１に示すように、マグネットロータ２３のシャフト２４の一端部は、軸受２７を介してポンプケーシング１５中心の軸受筒部２８に回転自在に支持されている。また、シャフト２４の他端部は、軸受２９を介して円筒ハウジング１２内に固定された軸受ホルダ３０に回転自在に支持されている。軸受ホルダ３０には、３相全波駆動方式の駆動制御回路３１が組み付けられ、ブラシレスモータ１４の駆動時には、この駆動制御回路３１によって各相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１への通電が順次切り替えられる。円筒ハウジング１２の駆動制御回路３１側の開口部には、吐出口３２を有するハウジングカバー３３が嵌着されている。

ブラシレスモータ１４によってポンプ部１３のインペラ１８が回転駆動されると、燃料タンク（図示せず）内の燃料がポンプカバー１６の吸込口（図示せず）からポンプ室１７内に吸い込まれ、ポンプケーシング１５の吐出口（図示せず）から円筒ハウジング１２内に吐出される。この燃料は、ステータ１９とマグネットロータ２３との間の隙間を流れてハウジングカバー３３の吐出口３２から燃料配管（図示せず）内に吐出され、燃料噴射弁（図示せず）へ送られる。

図４に示すように、３相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１はスター結線されている。また、駆動制御回路３１は、制御部３５と、この制御部３５の出力に基づいて各相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１への通電を切り替えるスイッチング素子部４６とから構成されている。スイッチング素子部４６は６個のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）から構成されている。これらは２個ずつ対となってバッテリ電圧（＋Ｂ）側とグランド側との間にブリッジ状に接続され、スター結線された各相の電子機コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１の一端に各対のＭＯＳＦＥＴの中間接続点が接続されている。そして、ブラシレスモータ１４の駆動電圧（各相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１への印加電圧）となるバッテリ電圧が制御部３５に入力される。

車両には、ユーザによるエンジン始動・停止要求を検出するイグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ」という）３６が設けられており、ＩＧスイッチ３６によるエンジン始動・停止要求の検出結果が制御部３５に入力される。燃料ポンプ１１の始動及び停止は、エンジンの始動及び停止と連動している。したがって、燃料ポンプ１１の始動及び停止もＩＧスイッチ３６からの入力により推定することができる。また、燃料ポンプ１１の近傍には温度検出手段３７が設けられており、温度検出手段３７による検出結果が制御部３５に入力される。

駆動制御回路３１は、２相通電方式でブラシレスモータ１４を回転駆動する。この際、駆動制御回路３１の制御部３５は、非通電相の電機子コイル２１に発生する誘起電圧を中性点電圧により検出し、この中性点電圧に基づいてマグネットロータ２３の回転位置を検出する。制御部３５はマグネットロータ２３の回転位置に応じて、図５に示すように、各相の上段及び下段のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）を順次スイッチングする。そして、図６に示す通電パターン（以下「回転パターン」という）で３相のうち２相の電機子コイル２１に同時に通電して、ブラシレスモータ１４を回転駆動する。

制御部３５は、図６に示す回転パターンでの通電の他に、マグネットロータ２３を回転させない通電パターンである第１及び第２の非回転パターンで電機子コイル２１に通電することが可能となっている。第１及び第２の非回転パターンはマグネットロータ２３の回転位置に応じてＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）をスイッチングするものではなく、あらかじめ設定されたパターンで通電されるように各相の上段及び下段のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）を順次スイッチングするものである。

この第１及び第２の非回転パターンでの通電は、燃料ポンプ１１の始動時においてモータロック状態が検出された場合に、制御部３５により所定期間実行される。ここで、モータロック状態とは、シャフト２４の軸受部が凍結することにより、又は、燃料内のダスト等がマグネットロータ２３とステータ１９との間に挟み込まれたりインペラ１８に咬み込まれたりすることにより、ブラシレスモータ１４の回転が阻止される状態をいう。

モータロック状態の検出は次のようにして行われる。上述の通り、ブラシレスモータ１４を回転駆動する際、制御部３５はマグネットロータ２３の回転位置に応じて各相のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）を順次スイッチングする。ところが、モータロック状態となっている場合にはマグネットロータ２３の回転位置が変化しないため、燃料ポンプ１１の始動後、ある通電状態（スイッチング状態）が継続する。制御部３５は、スイッチング状態の継続時間を計測し、その継続時間が所定時間以上である場合に、モータロック状態であると判断する。

図７は本実施形態の第１非回転パターンを示すものであり、図８は第２非回転パターンを示すものである。図７及び図８に示すように、第１及び第２の非回転パターンでは３相のうち特定の２相にのみ通電され、残りの１相は非通電の状態が継続する。具体的には、Ｕ相に所定期間正方向の通電がされ、Ｕ相に正方向の通電がされている期間Ｖ相に負方向の通電がされる。また、Ｗ相は全期間非通電の状態とされる。第１及び第２の非回転パターンで通電した場合は、マグネットロータ２３の回転位置に応じて順次各相の電機子コイルＵ２１、Ｖ２１及びＷ２１への通電を切り替えるものではないため、ブラシレスモータ１４は回転駆動されない。

図７に示す第１非回転パターンでは、Ｕ相およびＶ相の電機子コイルＵ２１，Ｖ２１が過発熱しない程度の比較的長い時間通電がされる。比較的長時間の通電がされるため、第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電した場合には、電機子コイル２１は効果的に発熱する。

また、図８に示す第２非回転パターンでは、Ｕ相およびＶ相の電機子コイルＵ２１，Ｖ２１に比較的短い周期で断続的に通電される。２相の電機子コイル２１に通電されている間は、マグネットロータ２３は軸受２７，２９とシャフト２４との微小なクリアランス分だけ磁力により特定の方向に引き付けられる。そして、通電を停止すると、磁力による引き付けが停止され、マグネットロータ２３は元位置に戻る。したがって、第２非回転パターンのように短い周期で通電と非通電とを繰り返すと、マグネットロータ２３は径方向に微小振動する。したがって、第２非回転パターンで電機子コイル２１に通電した場合には、マグネットロータ２３とステータ１９との間に挟み込まれたり、インペラ１８に咬み込みこまれたりしたダスト等を効果的に除去することができる。なお、第２非回転パターンにおける通電・非通電の切替波形の周期は、マグネットロータ２３の固有振動数となるように設定されている。例えば、マグネットロータ２３の固有振動数が１００Ｈｚである場合には、図８に示すように、第２非回転パターンにおける通電・非通電の切替波形の周期を１０ｍｓｅｃとする。

次に、燃料ポンプ１１の始動時におけるモータロック状態を解除するための制御手順について説明する。本制御は、第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電することにより電機子コイル２１を発熱させ、凍結によるモータロック状態を解除しようとするものである。また、第２非回転パターンで電機子コイル２１に通電することによりマグネットロータ２３及びインペラ１８を振動させ、ダストの挟み込み等によるモータロック状態を解除しようとするものである。

図９は、燃料ポンプ１１の始動時におけるモータロック状態を解除するための制御手順を示すフローチャートである。図９のルーチンはＩＧスイッチ３６のＯＮが検出された後、制御部３５により実行される。

まず、ステップＳ１０１ではカウンタｎを０に設定する。次にステップＳ１０２では、ブラシレスモータ１４を回転駆動させるべく、電機子コイル２１に対して通電を行う。すなわち、マグネットロータ２３の回転位置に応じて各相のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）をスイッチングし、各相の電機子コイル２１に回転パターンで通電をする。ステップＳ１０３では、モータロック状態であるか否かを判定する。モータロック状態の判定は、上述の通り所定時間以上、あるスイッチング状態が継続しているか否かにより判定する。

ステップＳ１０３の判定結果がＮＯの場合、すなわちモータロック状態でないと判定された場合、本ルーチンを終了する。そして本ルーチン終了後も、回転パターンでの通電を継続し燃料ポンプ１１を回転駆動する。これにより、燃料ポンプ１１による燃料の吸引及び吐出が行われる。一方、ステップ１０３の判定結果がＹＥＳの場合、ステップＳ１０４に進み、第１非回転パターンで電機子コイル２１に所定時間通電する。これにより、通電された相の電機子コイル２１が発熱する。

ステップＳ１０４において、第１非回転パターンで所定時間通電した後、ステップＳ１０５に進み、再度ブラシレスモータ１４を回転駆動させるべく、電機子コイル２１に対して通電を行う。すなわち、マグネットロータ２３の回転位置に応じて各相の電機子コイル２１に回転モードで通電を行う。そして、ステップＳ１０６では、モータロック状態であるか否かを判定する。

ステップＳ１０６の判定結果がＮＯの場合、本ルーチンを終了する。そして本ルーチン終了後も、回転パターンでの通電を継続し燃料ポンプ１１を回転駆動する。一方、ステップ１０６の判定結果がＹＥＳの場合、ステップＳ１０７に進み、第２非回転パターンで電機子コイル２１に所定時間通電する。これにより、マグネットロータ２３が振動する。

ステップＳ１０８ではカウンタｎの値を１増加し、ステップＳ１０９でカウンタｎの値が予め設定したカウンタの上限値ｎmaxより大きいか否かを判定する。ステップＳ１０９の判定結果がＮＯの場合にはステップＳ１０２に戻り、ブラシレスモータ１４への回転パターンでの通電、モータロック状態の判定等ステップＳ１０２以降の処理を再度実行する。一方、ステップＳ１０９の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１０２からステップＳ１０７の処理をｎmax回実行してもモータロック状態が解消されない場合、ブラシレスモータ１４に故障が発生している可能性がある。そこで、ステップＳ１１０では、ランプを点灯する等してブラシレスモータ１４が故障している可能性があることをユーザに警告し、本ルーチンを終了する。

次に、燃料ポンプ１１の停止後において、燃料ポンプ１１がモータロック状態となることを予防するための制御手順について説明する。本制御は、燃料ポンプ１１の停止後、所定時間経過した場合に、第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電することにより電機子コイル２１を発熱させ、凍結によるモータロック状態を予防しようとするものである。

図１０は、燃料ポンプ１１の停止後において、燃料ポンプ１１がモータロック状態となることを予防するための制御手順を示すフローチャートである。燃料ポンプ１１の停止は、ＩＧスイッチ３６がＯＦＦされたことにより検出される。図１０のルーチンはＩＧスイッチ３６のＯＦＦが検出された後、制御部３５により実行される。

まず、ステップＳ２０１では、タイマカウンタｔを０に設定する。ステップＳ２０２では、タイマカウンタｔの値を１増加する。ステップＳ２０３では、タイマカウンタｔが設定値Ｔであるか否かを判定する。設定値Ｔは予め設定されたものであり、例えば５時間に相当する値が設定される。このステップＳ２０３は、ＩＧスイッチ３６のＯＦＦ後、予め設定された時間が経過したか否かを判定するステップである。

ステップＳ２０３の判定結果がＮＯの場合にはステップＳ２０２に戻り、タイマカウンタｔを増加するステップを繰り返し行う。一方、ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２０４に進み、第１非回転パターンで電機子コイル２１に所定時間通電し、本ルーチンを終了する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

燃料ポンプ１１がモータロック状態となっている場合にはマグネットロータ２３の回転位置が変化しない。そのため、マグネットロータ２３の回転位置に応じて各相の電機子コイルへの通電を切り替えるような回転パターンでの通電をすると、所定の相の電機子コイル２１への通電がされ続けることとなる。そして、所定の相の電機子コイル２１への通電がされ続けることにより、その相の電機子コイル２１の発熱量が増大し、ついには電機子コイル２１が熱により損傷を受けるおそれがある。

この点、本実施形態では、燃料ポンプ１１の始動時にモータロック状態が検出された場合には、マグネットロータ２３の回転位置に応じて各相の電機子コイル２１への通電を切り替えるのではなく、予め設定された第１及び第２の非回転パターンで電機子コイル２１へ通電を行うこととしている。第１非回転パターンでは電機子コイル２１が過発熱しない程度の通電時間が設定ており、第２非回転パターンでは通電が長期間継続させず短い周期で通電と非通電とを繰り返すように通電パターンが設定されている。これにより、所定の相の電機子コイル２１への通電が継続することによる電機子コイル２１の発熱量が増大することを抑制でき、電機子コイル２１が熱により損傷を受けることを抑止することが可能となる。

そして、第１非回転パターンで所定期間電機子コイル２１に通電することにより、過発熱は抑止しつつも電機子コイルを効果的に発熱させることができる。このため、燃料ポンプ１１を効果的に暖めることができ、その結果として凍結によるロック状態を解除することが可能となる。

また、電機子コイル２１の所定の相に通電することによりマグネットロータ２３はステータ１９側に引き寄せられる。そして、シャフト２４と軸受２７，２９との間に生じている僅かなクリアランスのためにマグネットロータ２３はステータ１９側に僅かに移動する。そのため、各相の電機子コイル２１への通電及び非通電を切り替えることで、マグネットロータ２３及びインペラ１８を径方向に微小に振動させることが可能となる。マグネットロータ２３とステータ１９の間等に挟みこまれたダストは径方向に圧縮された状態で存在することが多いが、マグネットロータ２３を径方向に振動させることにより、マグネットロータ２３とステータ１９との間等からダストを除去することが可能となる。

特に第２非回転パターンのように、短い周期で通電と非通電とを繰り返すようなパターンで電機子コイル２１に通電することにより、マグネットロータ２３及びインペラ１８を径方向に連続的に振動させることが可能となる。これにより、ダストの挟み込み等によるモータロック状態の解除が容易となる。また、第２非回転パターンの通電・非通電の切替波形の周波数をマグネットロータ２３の固有振動数と等しくなるように設定している。これによりマグネットロータ２３が共振するので、振動の振幅を増大させることができ、モータロック状態を解除することがより容易となる。なお、第２非回転パターンの通電・非通電の切替波形の周波数をマグネットロータ２３の固有振動数の約数と等しくなるように設定してもよい。これによっても、第２非回転パターンの通電・非通電の切替波形の高周波成分でロータ２３が共振するので、同様の作用効果を奏する。

本実施形態では、スイッチング状態の継続時間を計測し、その継続時間が所定時間以上である場合に、モータロック状態であると判断している。これにより、簡易にモータロック状態の判定が可能となる。

本実施形態では、第１及び第２の非回転パターンによる所定時間の通電をｎnax回繰り返してもモータロック状態が解除されない場合には、ランプを点灯するなどしてユーザに警告がされる。これにより、ユーザにモータロック状態以外の不具合が燃料ポンプに発生している可能性をユーザに知らせることができる。

燃料ポンプ１１が停止した後、燃料ポンプ１１が低温環境下に置かれた場合には、マグネットロータ２３のシャフト２４の軸受部が凍結してモータロック状態に陥ることがある。この点、本実施形態では、燃料ポンプ１１が停止してから所定時間Ｔが経過した後に、第１非回転パターンで所定時間電機子コイル２１の通電を行っている。これにより、燃料ポンプ１１を暖めることができ、マグネットロータ２３のシャフト２４の軸受部が凍結することを抑止することができる。そして、その結果として、凍結によりモータロック状態となることを抑止することが可能となる。

[第２実施形態]
図１１及び図１２は、マグネットロータ２３を回転させない通電パターンである第３及び第４の非回転パターンを示す図である。図１１に示す第３非回転パターンは第１実施形態における第１非回転パターンの代わりに用いられるものであり、図１２に示す第４非回転パターンは第１実施形態における第２非回転パターンの代わりに用いられるものである。

図１１及び図１２に示すように、第３及び第４の非回転パターンは、３相のうち特定の２相に正方向の通電がされ、残りの１相に負方向の通電がされるパターンである。具体的には、Ｕ相とＶ相には所定期間正方向に通電され、Ｗ相はＵ相及びＶ相に通電されている期間負方向に通電される。この第３及び第４の通電パターンもマグネットロータ２３の回転位置に応じて各相のＭＯＳＦＥＴ（Ｕ１〜Ｗ２）を順次スイッチングするものではないので、ブラシレスモータ１４は回転駆動されない。第３非回転パターンで通電した場合にも、第１非回転パターンで通電した場合と同様、電機子コイル２１は効果的に発熱する。また、第４非回転パターンで通電した場合にも、第２非回転パターンで通電した場合と同様、マグネットロータ２３は径方向に振動する。これにより、第１及び第２の非回転パターンに代えて第３及び第４の非回転パターンを用いた場合にも、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

特に第３非回転パターンで通電した場合、３相全ての電機子コイル２１に通電がされるので、３相全ての電機子コイル２１を発熱させることができる。このため、燃料ポンプ１１を全体的に効率よく暖めることができ、凍結状態をより速やかに解消することが可能となる。

[第３実施形態]
上記第１実施形態では、ＩＧスイッチ３６のＯＦＦが検出された後、所定時間が経過した場合に、第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電した。本実施形態では、ＩＧスイッチ３６のＯＦＦが検出された後の所定時間経過という条件に代えて、温度検出手段３７による検出温度が所定温度（例えば０℃）以下という条件の場合に第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電する。

これにより、燃料ポンプ１１の周辺温度が低下し、凍結によるモータロック状態に陥るおそれが高い場合に、電機子コイル２１を発熱させ、燃料ポンプ１１を暖めることができる。そして、シャフト２４の軸受部が凍結してモータロック状態に陥ることを未然に防止することが可能となる。

[第４実施形態]
上記第１実施形態では、ＩＧスイッチ３６のＯＦＦが検出された後、所定時間が経過した場合に、第１非回転パターンで電機子コイル２１に通電した。これに対し、本実施形態ではＩＧスイッチ３６のＯＦＦが検出された直後に、第２非回転パターンで電機子コイル２１に通電する。

燃料ポンプ１１の回転駆動中は、マグネットロータ２３やインペラ１８が回転している。そしてそれらが回転している間は、燃料に混入しているダスト等はマグネットロータ２３やインペラ１８の回転によって弾かれる。そのため、マグネットロータ２３やインペラ１８の回転中は、ダストがマグネットロータ２３とステータ１９との間に挟み込まれたり、インペラ１８に咬み込みこまれたりしてモータロック状態になるおそれは低い。一方、燃料ポンプ１１を停止した直後は、マグネットロータ２３やインペラ１８の回転は停止するのに対し、燃料の流れは慣性のため残存している。そのため、燃料ポンプ１１を停止した直後は、燃料に混入しているダストがマグネットロータ２３とステータ１９との間に入り込みやすく、燃料ポンプ１１の回転駆動中よりもモータロック状態になる確率が高い。

この点、本実施形態では、燃料ポンプ１１の停止直後に第２非回転パターンで電機子コイル２１に通電している。このため、燃料ポンプ１１の停止直後のモータロック状態となる確率が高い時期に、マグネットロータ２３に微小な振動を発生させることが可能となる。この結果、ダストがマグネットロータ２３とステータ１９との間に挟み込まれたり、インペラ１８に咬み込みこまれたりしてモータロック状態に至るおそれを低減することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記第１実施形態では、燃料ポンプ１１の始動時にモータロック状態の検出を行ったが、始動時以外にモータロック状態の検出を行い、モータロック状態が検出された場合に第２非回転パターンでの通電を行うようにしてもよい。これにより、運転時に異物がインペラ１８に咬み込まれたりしてモータロック状態となった場合においても、そのモータロック状態を解除することが可能である。

上記第１実施形態では、燃料ポンプ１１が停止してから所定時間Ｔが経過した後に第１非回転パターンで所定時間電機子コイル２１の通電を行ったが、所定時間Ｔの経過ごとに繰り返し第１非回転パターンでの通電を行うようにしてもよい。これにより、数日車両を駐車した場合などにも、凍結によりモータロック状態となることを抑制することができる。また、所定時間Ｔをユーザが任意に設定できるようにしてもよい。これによると、次回の車両使用時に対応した時間Ｔをユーザが設定することで、車両使用前に燃料ポンプ１１を暖め、凍結によるモータロック状態を予め解除しておくことが可能となる。

上記第１実施形態では、燃料ポンプ１１が停止してから所定時間Ｔが経過した後に所定時間だけ第１非回転パターンで電機子コイル２１の通電を行った。すなわち、第１非回転パターンで電機子コイル２１の通電は、所定時間の経過により終了するようにした。しかし、温度検出手段３７による検出温度が所定温度以上となった場合に、第１非回転パターンで電機子コイル２１の通電を終了するようにしてもよい。これによると、燃料ポンプ１１が十分に暖まるまで電機子コイル２１への通電を行えるので、凍結によるモータロック状態を依り確実に解除することが可能となる。

なお、車両に搭載されたバッテリの電圧を検出する手段を設け、バッテリ電圧が所定値以下の場合には、燃料ポンプ１１の停止後における電機子コイル２１への通電を禁止、又は通電時間や周波数を低減するようにしてもよい。これにより、車両停止時における通電により、バッテリがあがることを抑止することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す燃料ポンプの縦断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 各相の電機子コイルの巻回方法を説明するための図。 ブラシレスモータの電気的構成を示す回路図。 各ＭＯＳＦＥＴの切り替えパターンを示す図。 回転パターンにおける各相の通電状態を示す図。 第１非回転パターンにおける各相の通電状態を示す図。 第２非回転パターンにおける各相の通電状態を示す図。 燃料ポンプ始動時におけるモータロック状態解除ルーチンを示すフローチャート。 燃料ポンプ停止後におけるモータロック状態予防ルーチンを示すフローチャート。 第３非回転パターンにおける各相の通電状態を示す図。 第４非回転パターンにおける各相の通電状態を示す図。

符号の説明

１１…燃料ポンプ、１２…円筒ハウジング、１３…ポンプ部、１４…ブラシレスモータ、１５…ポンプケーシング、１６…ポンプカバー、１７…ポンプ室、１８…インペラ、１９…ステータ、２０…突極、２１…電機子コイル、２３…マグネットロータ、２４…シャフト、２５…ロータコア、２６…マグネット、２７，２９…軸受、２８…軸受筒部、３０…軸受ホルダ、３１…駆動制御回路、３２…吐出口、３３…ハウジングカバー、３５…制御部。

Claims (12)

1. ３相の電機子コイルを有するステータと、前記ステータに対向して配設された界磁極を有し、回転軸に嵌着されて該回転軸とともに回転するロータとを備え、前記ロータの回転位置に応じて各相の前記電機子コイルへの通電を順次切り替えることで前記ロータが回転し、該ロータの回転により流体を吸入するとともに吸入した流体を吐出するブラシレスモータ駆動式の流体ポンプを制御対象とする流体ポンプの制御装置であって、
   前記ロータをその径方向に振動させるべく、前記ロータを回転させることのない態様で通電と非通電とを切り替えるパターンで前記電機子コイルに断続的に通電する通電制御手段を備えることを特徴とする流体ポンプの制御装置。
2. 前記パターンにおける通電・非通電の切替波形の周波数は、前記ロータの固有振動数に設定されることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプの制御装置。
3. 前記パターンは、時間の経過とともに通電と非通電とが切り替わるように予め規定した規定パターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体ポンプの制御装置。
4. 前記通電制御手段は、前記流体ポンプの始動時に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
5. 前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止直後に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
6. 前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止から所定時間経過した後に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
7. 前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止後所定時間経過するごとに、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
8. 前記流体ポンプの近傍の温度を取得する温度取得手段を有し、
   前記通電制御手段は、前記流体ポンプの停止後、前記温度取得手段により取得した温度が所定温度以下である場合に、前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
9. 前記流体ポンプのロック状態を検出するロック状態検出手段を備え、
   前記流体ポンプがロック状態である旨検出されたことを条件に、前記通電制御手段は前記パターンで所定期間前記電機子コイルに通電することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
10. 前記ロック状態検出手段は、前記各相の電機子コイルへの通電状態が切り替わることなく所定時間継続している場合に、前記流体ポンプがロック状態であると判定することを特徴とする請求項９に記載の流体ポンプの制御装置。
11. 前記通電制御手段は、前記パターンによる通電期間中、該パターンによる通電として、前記電機子コイルの特定の２相にのみ通電し他の相は非通電とすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。
12. 前記通電制御手段は、前記パターンによる通電期間中、該パターンによる通電として、前記電機子コイルの全相に同時に通電することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の流体ポンプの制御装置。

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