JP5275071B2

JP5275071B2 - 電動オイルポンプ装置

Info

Publication number: JP5275071B2
Application number: JP2009026937A
Authority: JP
Inventors: 裕幸太田; 秀幸小島; 淳一野田; 雄幸野尻; 勝二丸本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-02-09
Also published as: JP2010183787A

Description

本発明は、電動オイルポンプ装置に係り、特に、車両に設けられた自動変速機の作動油機構へ油圧を供給する電動オイルポンプ装置に関する。

自動車の燃費の向上や環境問題に対して、ガソリンエンジンと電動モータで駆動するハイブリッド車や、自動車の停車時にエンジンをストップさせるアイドルストップ車が有効であることが知られている。このような自動車にはエンジンによって駆動されるオイルポンプの他に電動モータによって駆動される電動式オイルポンプを搭載するのが一般的である。

電動オイルポンプ装置は、小型、長寿命の観点からブラシレスモータによって駆動する方式が広く採用されており、数多くの技術が提案されている。例えば、特許文献１では、ブラシレスモータは、センサレス駆動回路によって駆動されている。また、ブラシレスモータを制御する制御装置は、モータの起動時間が規格外か正常かを判断してモータの状態を示す信号を外部に出力し、その信号を基に上位制御装置が故障診断を行う。

特開２００４−１６６４３６号公報

上記の電動オイルポンプ装置では、上位制御装置が故障診断を行ったとき、モータの起動時間が規格外か正常かという診断結果となる。例えば、モータの起動時間中、モータに通常流れる電流の閾値を超え、異常な電流が流れてモータが停止した場合には、過電流によるモータ停止といった情報ではなく、モータの起動時間が規格外であったことを上位制御装置へ情報を送信する。そのため、モータが停止した原因を正確に上位制御装置へ送信することができない。

また、モータの回転数はセンサレス回路より出力されるため、回転数情報と故障情報はそれぞれの情報に対して通信線を用意しなければ、上位制御装置へ情報を送信することができない。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、オイルポンプを駆動させるブラシレスモータとブラシレスモータ制御装置の状態が正常か異常かを適切に判断し、それに応じてブラシレスモータを制御できるようにすることで信頼性を向上させた電動オイルポンプ装置を提供することである。

上記目的を達成すべく、本発明に係る電動オイルポンプ装置は、オイルポンプと、そのオイルポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータと、外部の上位制御装置からの制御指令に基づいて前記ブラシレスモータを回転駆動させるブラシレスモータ制御装置とを有する電動オイルポンプ装置において、前記ブラシレスモータ制御装置は、前記ブラシレスモータの回転数情報と、前記ブラシレスモータ及び前記ブラシレスモータ制御装置の故障情報とを、いずれもパルス周波数及び１つの通信線を介して前記上位制御装置へ送信する情報通知手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、オイルポンプを駆動させるブラシレスモータとブラシレスモータ制御装置の状態が正常か異常かを適切に判断し、それに応じてブラシレスモータを制御することにより、信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態の電動オイルポンプ用モータ制御装置を適用した油圧ポンプシステムの構成を示すブロック図である。図１のブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図２のＭＤＵの構成を示すブロック図である。電動オイルポンプ装置から上位制御装置へ送信する信号の波形を示す図であり、（ａ）は電動オイルポンプ装置が正常と判断されたときのもの、（ｂ）は電動オイルポンプ装置が異常と判断されたときのものである。（ａ）は、電動オイルポンプ装置から上位制御装置へ送信する信号の周波数とブラシレスモータの回転速度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）のグラフにおいて周波数、故障情報及び回転速度の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、（ｂ）のグラフにおいて周波数と故障情報との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態の電動オイルポンプ装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、電動オイルポンプ装置１は、電動式オイルポンプ５と、電動式オイルポンプ５に回転駆動力を与えるブラシレスモータ４と、電動オイルポンプ装置外部の上位制御装置１１からの制御指令に基づいて、ブラシレスモータ４を回転駆動させるブラシレスモータ制御装置３とを備える。

電動式オイルポンプ５は、油圧回路２に接続されている。油圧回路２は、自動変速機構９と、オイルパン６と、オイルパン６のオイル（作動油）を自動変速機構９に供給する機械式オイルポンプ８とを備える。電動式オイルポンプ５は、オイルパン６と自動変速機構９との間に、機械式オイルポンプ８と並列に接続されている。

機械式オイルポンプ８は、エンジンの出力により駆動される。従って、エンジンが回転している通常の状態では、機械式オイルポンプ８が用いられる。車両の通常運転時、すなわち、エンジン駆動中は、車両のエンジンにより駆動される機械式オイルポンプ８により、自動変速機構９に油路L３、L４を介してオイルパン６のオイルが（図中、矢印ＦＰ１の方向）自動変速機機構９へ流れ、自動変速機構９の潤滑などを行う。その場合、電動式オイルポンプ５へのオイルは、電動式オイルポンプ５の下流に設けられた逆止弁７により遮断されて流れない。

他方、例えば、アイドルストップ時等のエンジンが停止した状態では、機械式オイルポンプ８は駆動できないため、電動式オイルポンプ５が用いられる。電動式オイルポンプ５は、ブラシレスモータ４により駆動される。ブラシレスモータ４は、油圧回路２内に供給される作動油の油圧を制御する上位制御装置１１からの制御指令に基づいてブラシレスモータ制御装置３により制御される。ブラシレスモータ制御装置３は、ブラシレスモータ４を制御して電動式オイルポンプ５を駆動し、油路L１、L２のオイルを矢印ＦＰ２の方向へ流す。

具体的には、アイドルストップすると、エンジン回転数が低下し、機械式オイルポンプ８も回転数が低下して行き油路L３、L４の油圧力も低下する。アイドルストップと同時に上位制御装置１１よりモータ起動の制御指令がブラシレスモータ制御装置３へ送信され、ブラシレスモータ４を駆動して電動式オイルポンプ５を回転させて、オイルを油路L１、L２を介して矢印ＦＰ２の方向に流し、油圧を徐々に上昇させる。機械式オイルポンプ８の油圧力が低下し、逆止弁７により阻止されていた電動式オイルポンプ５の油圧力が閾値を超えると、オイルは油路L１、電動式オイルポンプ５、逆止弁７、自動変速機構９、油路L５、オイルパン６の経路を循環する。

自動変速機構９には、オイルの油温を検出する油温センサ１０が設けられている。油温センサ１０によって検出されたオイルの油温は、上位制御装置１１へ送られる。上位制御装置１１は、ブラシレスモータ制御装置３に対して、制御指令を送信するとともに、オイルの油温情報も提供する。

上位制御装置１１は、モータの制御指令をブラシレスモータ制御装置３へ送信する機能及びブラシレスモータ制御装置３からの回転数信号や故障信号を受信する機能を有する。

図２は、ブラシレスモータ制御装置３の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、ブラシレスモータ制御装置３は、ＭＤＵ（Motor Drive Unit）３１と、電源１２から供給される電源電圧を検出する電源電圧検出回路３３と、電源１２から供給される電力を変換してブラシレスモータ４に供給する電力変換手段３４と、電力変換手段３４からブラシレスモータ４へ供給される電流を検出する電流検出回路３５と、ブラシレスモータ制御装置３内の周囲温度を検出する温度検出回路３６と、ＭＤＵ３１と上位制御装置１１との間で通信するためのＩ／Ｆ回路（入力Ｉ／Ｆ回路３０、出力Ｉ／Ｆ回路３７）とを備える。

上位制御装置１１は、入力Ｉ／Ｆ回路３０を介してモータの制御指令をＭＤＵ３１へ送信する。入力Ｉ／Ｆ回路３０は上位制御装置１１とＭＤＵ３１の間に接続され、上位制御装置１１からの制御指令をＭＤＵ３１へ送信するための回路である。

ＭＤＵ３１は上位制御装置１１から入力Ｉ／Ｆ回路３０を介して得られた制御指令に基づいてブラシレスモータ４を駆動させるための制御演算処理を行い、その結果をＭＤＵ３１からゲートドライバ回路３２を介して電力変換手段３４へ送信し、ブラシレスモータ４を駆動させるように動作する。

ブラシレスモータ制御装置３に電力供給する電源１２は、電源電圧検出回路３３を介して電力変換手段３４に接続される。電源１２は、上位制御装置１１、ＭＤＵ３１、電力変換手段３４にそれぞれ電力を供給し、この電力により上位制御装置１１、ＭＤＵ３１、電力変換手段３４は動作を開始する。

電源電圧検出回路３３は、ＭＤＵ３１および電力変換手段３４に供給されている電圧を検出している（図示せず）。検出された電圧は、ＭＤＵ３１によってモニタされる。ＭＤＵ３１は、検出電圧が通常供給される電圧よりも過大なとき、または、低いときには異常電圧と判定し、それぞれの故障情報を出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ送信すると共に、ブラシレスモータ制御装置３を保護するように動作する。

電力変換手段３４は、三相インバータ回路を構成するスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）を備え（図示せず）、電源１２から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。電力変換手段３４の三相出力電圧を切り替えることでモータの各相への通電が順次切り替わるため、モータを駆動させることができる。

ゲートドライバ回路３２は、電力変換手段３４とＭＤＵ３１の間に接続され、ゲートドライバ回路３２の出力端子が電力変換手段３４の三相インバータ回路を構成するスイッチング素子に各々接続されている（図示せず）。ゲートドライバ回路３２は、ＭＤＵ３１からのスイッチング信号に応じて三相インバータ回路を構成する各々のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、モータの各相に流れる電流の方向や位相を制御する。

電流検出回路３５は、電流検出器２０，２１を介してブラシレスモータ４の各相に流れる電流を検出する。検出された電流はＭＤＵ３１によってモニタされ、ブラシレスモータ４に流れている三相分の電流を再現するために使用される。また、電流検出回路３５は、ブラシレスモータ４に流れている電流が予め設定された閾値を超えたかを検出している。閾値を超えた場合、ＭＤＵ３１は過電流と判定し、故障信号をＭＤＵ３１から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ送信すると共に、ブラシレスモータ４へ電流が流れないようにするためのスイッチング信号をゲートドライバ回路３２へ送信し、電力変換手段３４の過電流保護が働くように動作する。

温度検出回路３６は、ブラシレスモータ制御装置３内の周囲温度を検出する。検出された温度はＭＤＵ３１によってモニタされ、ブラシレスモータ制御装置３が通常使用される温度範囲以内で動作しているか判定するために使用されている。また、ＭＤＵ３１は、予め設定された閾値を超えて温度が上昇した場合、異常温度と判定し、故障信号をＭＤＵ３１から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ送信すると共に、ブラシレスモータ制御装置３を保護するように動作する。

上位制御装置１１は、上位制御装置１１と１つの通信線で接続される出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して回転数信号および故障信号に基づいてブラシレスモータ４の制御指令の演算や故障診断を行う。出力Ｉ／Ｆ回路３７は上位制御装置１１とＭＤＵ３１の間に接続され、ＭＤＵ３１からの回転数信号（回転数情報）及び故障信号（故障情報）を上位制御装置１１へ送信するための回路である。

図３は、ＭＤＵ３１の制御構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＭＤＵ３１は、制御指令発生手段３００と、電流偏差演算手段３０１と、電流制御手段３０２と、ブラシレスモータ制御手段３０３（図２のゲートドライバ回路３２を含む）と、電流再現手段３０４と、位置・速度制御演算手段３０５と、異常検出手段３０６と、情報通知手段３０７とを備える。

ＭＤＵ３１には、上位制御装置１１からの制御指令であるトルク指令値τｃが入力Ｉ／Ｆ回路３０を介して入力される。制御指令発生手段３００はトルク制御方式により、トルク指令値τｃに応じたブラシレスモータ４のｑ軸電流指令値Ｉｑ*を発生する。

電流検出回路３５はブラシレスモータ４に供給される三相電流のうち、二相分の電流ｉｕ，ｉｗを検出する。位置・速度検出演算手段３０５は、電流検出器２０，２１を介して電流検出回路３５で検出されたブラシレスモータ４に流れる電流から磁極位置θｍと、モータ回転速度ω１を演算する。モータ回転速度ω１は、ブラシレスモータ制御手段３０３に入力され、磁極位置θｍは電流再現手段３０４に入力される。電流制御手段３０２は、制御指令発生手段３００が出力する電流指令値Ｉｑ*と、電流のフィードバック値Ｉｑｃより電流偏差演算手段３０１で得られた偏差値（Ｉｑ*−Ｉｑｃ）を入力し演算して、第２の電流指令値Ｉｑ**を出力する。

ブラシレスモータ制御手段３０３は、電流制御手段３０２の出力信号Ｉｑ**と、位置・速度検出演算手段３０５が出力する回転速度ω１及びブラシレスモータのｄ軸電流指令値Ｉｄ（例えば、Ｉｄ＝０）を入力し、ベクトル演算を行い、三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。

電力変換手段３４は、電源１２から供給される直流電力を三相交流電力に変換してブラシレスモータ４に電力を供給する。電力変換手段３４は、ブラシレスモータ制御手段３０３からの三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じて、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切換える。電動オイルポンプ装置１は、電力変換手段３４により電動式オイルポンプ５に直結されたブラシレスモータ４で駆動される。

電流再現手段３０４は、電流検出回路３５によって検出された電流ｉｕ、ｉｗと磁極位置θｍを入力として、ブラシレスモータ４に流れる三相電流の再現演算と回転子直交座標であるｄ−ｑ軸へ座標変換を行い、ブラシレスモータ４のｑ軸電流Ｉｑｃを出力する。

異常検出手段３０６は、ブラシレスモータ制御手段３０３、電源電圧検出回路３３、電流検出回路３５、温度検出回路３６の各々が正常であるか否かの切り替えを判断する。正常である場合には、異常検出手段３０６は、上位制御装置１１へ回転数信号を出力するように情報通知手段３０７を動作させる。異常である場合には、異常検出手段３０６は、上位制御装置１１へ故障信号を出力するように情報通知手段３０７を動作させるとともに、ブラシレスモータ制御手段３０３、電源電圧検出回路３３、電流検出回路３５、温度検出回路３６のどの部分で故障が発生したのかを情報通知手段３０７へ通知する。

図４（ａ）は、異常検出手段３０６において正常と判断された場合に情報通知手段３０７から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ出力される信号波形を示している。図４（ａ）の左側には、電動オイルポンプ装置１が正常に停止している場合に出力される信号波形である。このときには信号の周波数を０ＨｚとしたＬｏｗレベルの信号を出力する。図４（ａ）の右側にはモータが正常に停止している状態から駆動したときに情報通知手段３０７から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ出力される信号波形を示している。モータの駆動時に出力される信号は、ＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス信号である。ＯＮ期間における振幅はＨｉｇｈレベルの電圧であり、ＯＦＦ期間における振幅はＬｏｗレベルの電圧である。上位制御装置１１で観測可能であれば、振幅の大きさを変更してもよい。また、モータ駆動中は位置・速度検出演算手段３０５からブラシレスモータ制御手段３０３を介して出力された回転速度ω１を情報通知手段３０７においてモータの回転速度ω１に比例して周波数が変化するパルス信号を生成し、その信号を出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ出力する。

図４（ｂ）は異常検出手段３０６において異常と判断された場合に情報通知手段３０７から上位制御装置１１へ出力される信号波形を示している。図４（ｂ）の左側の出力波形は、電動オイルポンプ装置１が異常で停止している場合に出力される信号波形である。このときには信号の周波数を０ＨｚとしたＨｉｇｈレベルの信号を出力する。この信号を受けて上位制御装置１１が故障診断を行う。上位制御装置１１は、Ｈｉｇｈレベルの信号を受信すると、ＭＤＵ３１に故障情報の読み出しを要求する。入力Ｉ／Ｆ回路３０を介してその要求を受けたＭＤＵ３１は、情報通知手段３０７から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して、故障信号として図４（ｂ）の左側に示す信号波形を出力する。後述するようにパルス信号の周波数を変化させることで原因が異なる故障情報を情報通知手段３０７から出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ送信する。

図５（ａ）は情報通知手段３０７から上位制御装置１１へ出力されるパルス信号の周波数とブラシレスモータ４の回転速度ω１との関係を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、パルス信号の周波数はブラシレスモータ４の回転速度ω１に比例する。したがって、ブラシレスモータ４が駆動している間は常に回転数情報をパルス信号の周波数として上位制御装置１１へ送信される。

他方、故障情報（Ｆ／Ｓ）の送信については、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の一部を利用して情報通知手段３０７は上位制御装置１１との情報の交換を行う。具体的には、上位制御装置１１がブラシレスモータ制御装置３に対して故障情報の読み出しを要求した場合に限り、パルス信号の周波数の低い領域に、予め設定された周波数のパルス信号を出力Ｉ／Ｆ回路３７を介して上位制御装置１１へ出力する。上位制御装置１１が認識可能な範囲であれば、パルスの周波数が低い領域と限定せず、高い周波数帯域を使用して故障信号を上位制御装置１１へ出力してもよい。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）においてパルス信号の周波数が低い領域で、故障信号を上位制御装置１１へ出力する部分を拡大した図である。上位制御装置１１がブラシレスモータ制御装置３に対して故障情報の読み出しを要求したときには、表１に示すように、異常検出手段３０６において特定された故障情報に基づいて予めマップ化されたパルス信号の周波数で上位制御装置１１へ故障信号を出力する。

本実施形態の電動オイルポンプ装置１によれば、ブラシレスモータ４の回転数情報及び正確な故障情報を上位制御装置１１に伝達することができるので、信頼性を向上させることができる。また、本電動オイルポンプ装置１は、回転数情報及び故障情報は１つの通信線を介して上位制御装置１１に送信する構成としているので、信頼性の高い電動オイルポンプ装置７を、低コストで構成することができると共に、上位制御装置１１との通信線が制限されるシステムにも適用することができる。

また、本電動オイルポンプ装置１では、上位制御装置１１がブラシレスモータ制御装置３に対して故障情報の読み出しを要求したときにブラシレスモータ制御装置３が上位制御装置１１へ送信する故障情報を、予めマップ化されたパルス信号の周波数に基づいて出力している（パルス信号の周波数に割り当てている）ので、パルス信号のパルス幅（Ｄｕｔｙ比）を変調して故障情報を送信する方式（ＰＷＭ方式）に比べ、上位制御装置１１へ送信する故障情報の情報量を多くすることができる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。

１電動オイルポンプ装置
２油圧回路
３ブラシレスモータ制御装置
４ブラシレスモータ
５電動オイルポンプ
１１上位制御装置

Claims

オイルポンプと、そのオイルポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータと、外部の上位制御装置からの制御指令に基づいて前記ブラシレスモータを回転駆動させるブラシレスモータ制御装置とを有する電動オイルポンプ装置において、
前記ブラシレスモータ制御装置は、前記ブラシレスモータの回転数情報と、前記ブラシレスモータ及び前記ブラシレスモータ制御装置の故障情報とを１つの通信線を介して前記上位制御装置へ送信するための情報通知手段を備えており、
前記情報通知手段は、前記電動オイルポンプが正常に駆動しているときに、前記ブラシレスモータの回転速度に比例して周波数が変化するパルス信号を前記回転数情報として前記通信線を介して前記上位制御装置に送信し、前記ブラシレスモータまたは前記ブラシレスモータ制御装置が異常のときに、その異常を前記通信線を介して前記上位制御装置に認識させた後、予め設定されたパルス周波数により前記異常を特定するようにしたパルス信号を前記故障情報として前記通信線を介して前記上位制御装置に送信する構成をなしていることを特徴とする電動オイルポンプ装置。