JP5970827B2 - ポンプ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ制御システムに関し、詳しくは、流体経路に流体を送る複数の電動ポンプを制御する技術に関する。

上記のように構成された電動ポンプの制御システムとして特許文献１には、半導体を冷却するための液体冷媒が供給される冷却ジャケットと、液体冷媒の熱を放熱するラジエータと、液体冷媒を循環させる２つの循環ポンプとを備えた液冷システムが示されている。この特許文献１では、２つの循環ポンプが直列に接続され、２つの循環ポンプと並列する位置にバイパス用のチューブを備え、故障等により１つの循環ポンプが停止した場合でも、バイパス用のチューブに液体冷媒を送ることで液体冷媒の循環を行えるように構成されている。

この特許文献１では、２つの循環ポンプの回転を計測するセンサを備え、このセンサで循環ポンプの一方の故障を判定した場合には、他方の循環ポンプの回転速度を増大させると共に、故障状態であることを示すアラームランプを点灯させる制御形態が示されている。

また、特許文献２では、熱交換器と冷却プレートとを液体冷却ループ配管に接続する複数ポンプアッセンブリを備え、この複数ポンプアッセンブリを制御するコントローラを備えて電子液体冷却システムが示されている。この特許文献１では、複数ポンプアッセンブリが、システムの使用を満たす最小限度の数より少なくとも１つ多い複数のポンプを連結して構成されている。コントローラは負荷に合わせてポンプを制御する。

この特許文献１では、電子部品の温度、配管の流量、ポンピングレートを含む個々のポンプの状態を測定するセンサにコントローラがアクセスし、非作動モードでは冗長ポンプを作動させず、故障状態を予測又は検出して非作動状態の冗長ポンプ作動させる制御形態が示されている。

特開２００５‐２２８２３７号公報 特開２００５‐３１５２５５号公報

流体流路に流体を供給するために複数の電動ポンプを用いることは冗長性を高める観点において有効である。しかしながら、例えば、複数の電動ポンプを単一の電力制御基板で制御する構成を想定すると、電力制御基板が故障した場合には、複数の電動ポンプが同時に作動不能となり、冗長性を活かせないことに繋がる。

特許文献１と特許文献２との構成を考えると、電力制御系の故障を考慮したものとは云えず、しかも、特許文献２の構成では電動ポンプの数が増大するため部品点数が増大しコストの上昇を招くものとなり、改善の余地がある。

本発明の目的は、複数の電動ポンプを備えることにより冗長性を高めながら電源系の故障にも対応するポンプ制御システムを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、共通の流体経路に流体を送る複数の電動ポンプと、各々の前記電動ポンプに電力を独立して供給する電力供給部と、複数の前記電動ポンプの回転数を個別に計測する回転数センサと、各々の電力供給部で前記電動ポンプに供給される電力の電流値又は電圧値を個別に計測する計測センサとを備えると共に、前記回転数センサと前記計測センサとの計測結果に基づいて前記電動ポンプの異常を判定し、この判定に基づき複数の前記電動ポンプに対して前記電力供給部から供給される電力を制御するポンプ制御装置を備え、
前記流体経路が、熱源で加熱された流体を放熱器に送り、この放熱器で放熱された流体を前記熱源に戻す循環型に構成され、この流体経路に送られる流体の温度を計測する温度センサが備えられ、
前記ポンプ制御装置は、前記温度センサで計測される温度が設定値を超えた場合に、複数の前記電動ポンプの少なくとも１つの回転速度の増大を図る温度制御を行い、
前記ポンプ制御装置は、前記温度センサで計測される温度が前記設定値未満にある状況で前記回転数センサで異常値を計測した場合、又は、前記計測センサで異常値を計測した場合には、第１警報情報を出力し、前記温度センサで計測される温度が前記設定値を超えた場合には、前記第１警報情報より厳しい状況にあることを示す第２警報情報を出力する点にある。

この構成によると、回転数センサと計測センサとの何れか一方からの計測値に基づいて電圧ポンプ制御装置が電動ポンプの異常を判定した場合には、判定に基づいて複数の電動ポンプに個別に電力を供給する電力供給部を制御する。これにより、異常に対応した制御が可能となる。また、複数の電動ポンプに対応する数の電力制御部が備えられているので、１つの電力制御基板等で複数の電動ポンプを制御する構成と比較して電力供給系が故障した場合に複数の電動ポンプが同時に作動不能に陥る不都合を招くこともない。
従って、複数の電動ポンプを備えることにより冗長性を高めながら電源系の故障にも対応するポンプ制御システムが構成された。
また、温度センサで計測される温度が設定値を超えた場合には、ポンプ制御装置が温度制御により電動ポンプの回転速度の増大を図ることにより、流体経路に送られる流体の温度上昇を抑制する。
第１警報情報が出力された場合に作業者は、複数の電動ポンプの少なくとも１つに異常が発生する状況にあり、流体経路に送られる流体の温度は設定値未満に維持されていると判断できる。これに対して、第２警報情報が出力された場合に作業者は、流体の温度が過剰に上昇しているため迅速な対応が必要であると判断できる。

本発明は、前記ポンプ制御装置が、前記回転数センサで異常値を計測した場合、又は、前記計測センサで異常値を計測した場合には、異常値が計測された電動ポンプに対する電力供給を停止する電力遮断制御を行うと共に、電力供給を停止した前記電動ポンプを特定し得る情報を記憶部に記憶する記憶制御を行っても良い。

これによると、異常な値が計測された場合にポンプ制御装置は、電動ポンプに対する電力供給を停止する制御を行うことにより、電力を無駄にすることがない。また、電力供給が停止された電動ポンプを特定する情報を記憶部に記憶する記憶制御により、メンテナンスを行う場合や電動ポンプを交換する際の作業が容易に行える。

本発明は、前記ポンプ制御装置が、前記電力遮断制御により前記電動ポンプに供給される電力を遮断した場合には、他の前記電動ポンプの回転速度の増大を図る増速制御を行っても良い。

これによると、ポンプ制御装置が電力遮断制御によって電動ポンプに対する電力供給を停止した場合には増速制御により他の電動ポンプの回転速度の増大を図ることになり流体経路に送られる流体の流量の低減を抑制できる。

本発明は、複数の前記電力供給部に電源から電力を供給する電力経路に対して、設定電流を超える電流が流れた際に溶断するヒューズを備えても良い。

これによると、例えば、電動モータが故障して電力供給部に対して電力経路から、設定電流を超える過剰な電流が流れる状況ではヒューズが溶断することで、電力経路や電力供給部への保護が行われる。

本発明は、複数の前記電動ポンプが前記流体経路に対して直列に配置されても良い。

これによると、複数の電動ポンプの各々によって流体を加圧することで容易に圧力上昇を図った状態で流体を流体経路に送ることが可能となる。

ポンプ制御システムの全体構成図である。 制御系のブロック回路図である。 ポンプ制御ルーチンのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔システム構成〕
図１に示すように、乗用車等の車両に備えられるエンジンＥのウォータジャケット１（熱源の一例）の冷却水（流体の一例）を、ラジエータ２（放熱器の一例）に送り出し、放熱の後にウォータジャケット１に戻す循環型の流体経路Ｒが構成されると共に、冷却水を循環させる複数の電動ポンプＰと、複数の電動ポンプＰを独立して制御するポンプ制御装置１０を備えてポンプ制御システムが構成されている。

流体経路Ｒは、ウォータジャケット１から冷却水を送り出す供給管３と、ラジエータ２で放熱した冷却水をエンジンのウォータジャケットに戻す還元管４とを備えて構成され、供給管３には冷却水の温度を計測する温度センサＴＳを備えている。また、複数の電動ポンプＰとして、第１電動ポンプＰ１と、第２電動ポンプＰ２とが還元管４において流体経路Ｒの冷却水の流れ方向に沿って直列に配置されている。

第１電動ポンプＰ１は、ブラシレスＤＣモータで成る第１モータＭ１と、第１回転羽根Ｗ１（インペラ）を有する遠心ポンプ型に構成されている。これと同様に第２電動ポンプＰ２は、ブラシレスＤＣモータで成る第２モータＭ２と、第２回転羽根Ｗ２を備えて構成されている。

このポンプ制御システムでは、第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２の第１、第２モータＭ１，Ｍ２を独立して制御する電力供給部１４と、夫々の電力供給部１４に対して電源１５からの電力を供給する電力ライン１６とを備えている。第１モータＭ１には、回転数を計測する第１回転数センサＲＳ１を備え、第２モータＭ２には、回転数を計測する第２回転数センサＲＳ２を備えている。また、第１、第２モータＭ１，Ｍ２に対して対応する電力供給部１４から電力を供給する電力供給系も電力ライン１６と称している。

第１モータＭ１に供給する電力を制御する電力ライン１６には電圧を計測する第１電圧センサＶＳ１（計測センサの一例）と、電力の断続を行う第１リレーＲＹ１（計測センサの一例）と、設定電流が超えた電流が流れた際に溶断するヒューズ１８を備えている。これと同様に、第２モータＭ２に電力を供給する電力を制御する電力ライン１６には電圧を計測する第２電圧センサＶＳ２と、電力の断続を行う第２リレーＲＹ２と、設定電流が超えた電流が流れた際に溶断するヒューズ１８を備えている。尚、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２が、電力供給部１４から対応する第１、第２モータＭ１，Ｍ２に電力を共有する電力ライン１６の電圧を計測するように構成しても良い。

前述した電源１５は、車両に備えられるバッテリーで構成されるものであり、電力供給部１４は、モータの界磁コイルに供給する電力を調節してロータの回転速度の制御を実現するコントローラとして構成される。尚、電力供給部１４は、デューティ比の設定により電動ポンプＰに供給する電力を調節する電力調節部（図示せず）を内蔵しており、この電力調節部による電力値により回転速度を調節する。

ポンプ制御装置１０は、マイクロプロセッサやＤＳＰを用いることによりＥＣＵとして構成されるものであり、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリで構成される履歴情報記憶部（図示せず）を備えている。このポンプ制御装置１０は、図１及び図２に示すように温度センサＴＳの計測信号と、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２の計測信号と、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２との計測信号とからの計測信号を取得する。また、このポンプ制御装置１０は、第１、第２モータＭ１，Ｍ２の回転数を制御する制御信号を２つの電力供給部１４に対して独立して出力し、第１、第２リレーＲＹ１，ＲＹ２を制御する制御信号を出力し、車両の運転部に備えられた黄色ランプ１１と、赤色ランプ１２とを選択して点灯させる。尚、黄色ランプ１１は第１警報情報を出力する出力手段の一例であり、赤色ランプ１２は第１警報情報より厳しい状況にあることを示す第２警報情報を出力する出力手段の一例である。

特に、電動ポンプＰが、ロータの回転角をフィードバックするホール素子等の回転角センサを備えているものでは、回転角センサの検出信号から回転速度を検出するように制御形態を設定しても良い。また、回転角センサレスの場合には、ゼロクロスポイントの周期、周波数により回転速度を検出しても良い。

〔制御形態〕
本発明のポンプ制御システムは、温度センサＴＳで計測される冷却水の温度が設定値未満に維持されるようにポンプ制御装置１０が、第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２の作動速度の制御を行う。また、第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２のうちの１つの作動速度が異常値であることを判定した場合、又は、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２のうちの１つが異常値であることを判定した場合には、異常値の電動ポンプＰへの電力供給を停止する電力遮断制御を行う。この制御を行うことによりポンプ制御装置１０が冗長制御を実現するものであり、この制御の概要を図３のフローチャートに基づいて説明する。

制御の開始時にはイニシャライズ（＃１０１ステップ）を行い、温度センサＴＳの計測値に基づき電動ポンプＰの回転速度（単位時間内の回転数）を制御する温度制御ルーチンを実行する（＃１０２〜＃１０７ステップ）。次に、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２の計測値に基づき電動ポンプＰの異常の判定を行い、異常を判定した電動ポンプＰを停止させる制御の電圧制御ルーチンを実行する（＃１０８〜＃１１２ステップ）。次に、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２の計測値に基づき電動ポンプＰの異常の判定を行い、異常を判定した電動ポンプＰを停止させる制御の回転数制御ルーチンを実行する（＃１１３〜＃１１７ステップ）。そして、これらの制御はリセットされるまで反復して行われる（＃１１８ステップ）。

前述したイニシャライズでは、電動ポンプＰの作動を開始する際に第１、第２モータＭ１，Ｍ２に供給する初期の電力値を設定する制御情報を含んでおり、この制御情報に基づいて２つの電力供給部１４から対応するモータ（第１、第２モータＭ１，Ｍ２）に電力が供給される。

温度制御ルーチンにおいて、温度センサＴＳの計測値が適正であることを判定した場合には次のルーチンに移行する。これに対して、温度センサＴＳの計測値が適正でないことを判定した場合において、計測値が目標とする温度より低い計測値である場合には、電動ポンプＰの駆動力を低下（Ｄｏｗｎ）させる（＃１０３、＃１０４ステップ）。また、温度センサＴＳの計測値が目標とする温度より高い計測値であることを判定した場合には、電動ポンプＰの駆動力を上昇（Ｕｐ）させる（＃１０５ステップ）。また、駆動力を上昇させても温度センサＴＳの計測値が低下しない場合には、異常が判定された日時や計測された温度等を含む異常履歴を生成して履歴情報記憶部に記憶する記憶制御を行い、警報出力として赤色ランプ１２を点灯させる制御を行う（＃１０６、＃１０７ステップ）。

電圧制御ルーチンにおいて、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２で計測される電圧値が何れも適正であることを判定した場合には次のルーチンに移行する。これに対して、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２で計測される電圧値のうち第１モータＭ１に供給される電圧値が異常値であることを判定した場合には、第１リレーＲＹ１をオフ（ｏｆｆ）し（電力遮断制御）、第２モータＭ２の駆動力（回転速度）を上昇（Ｕｐ）する増速制御を行う（＃１０９、＃１１０ステップ）。また、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２で計測される電圧値から第２モータＭ２に供給される電圧値が異常値であることを判定した場合には、第２リレーＲＹ２をオフ（ｏｆｆ）し（電力遮断制御）、第１モータＭ１の駆動力（回転速度）を上昇（Ｕｐ）する増速制御を行う（＃１１１ステップ）。このように異常が判定された場合には、異常が判定された日時や電力供給を停止した電動ポンプＰを特定し得る異常履歴を生成して履歴情報記憶部に記憶する記憶制御を行い、警報出力として黄色ランプ１１を点灯させる制御を行う（＃１１２ステップ）。

この電圧制御ルーチンでは、第１電圧センサＶＳ１で計測される電圧値と、第２電圧センサＶＳ２で計測される電圧値と設定電圧との比較により異常の判定を行っているが、第１、第２電圧センサＶＳ１，ＶＳ２の各々の電圧値の比較し、電圧値の差が設定値を超えた場合に異常であることを判定するように処理形態を設定しても良い。

回転数判定ルーチンにおいて、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２で計測される回転数（単位時間内の回転数）が何れも適正である場合には次のルーチンに移行する。これに対して、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２で計測される回転数から第１モータＭ１が異常であることを判定した場合には、第１リレーＲＹ１をオフ（ｏｆｆ）し、第２モータＭ２の駆動力（回転速度）を上昇（Ｕｐ）する増速制御を行う（＃１１４、＃１１５ステップ）。また、第１、第２回転数センサＲＳ１，ＲＳ２で計測される回転数から第２モータＭ２が異常であることを判定した場合には、第２リレーＲＹ２をオフ（ｏｆｆ）し、第１モータＭ１の駆動力（回転速度）を上昇（Ｕｐ）する増速制御を行う（＃１１６ステップ）。このように異常が判定された場合には、異常が判定された日時や電力供給を停止した電動ポンプＰを特定し得る異常履歴を生成して履歴情報保存部に書き込み、警報出力として黄色ランプ１１を点灯させる制御を行う（＃１１７ステップ）。

この回転数判定ルーチンでは、第１回転数センサＲＳ１で単位時間内に計測される回転数と、第２回転数センサＲＳ２で単位時間内に計測される回転数とを比較し、一方の回転数に対して他方の回転数が、設定値を超えて低い数値である場合に異常であると判定している。これと異なる判定形態として、電力供給部１４で設定される電力値に対する回転数を予めテーブル情報等で記憶しておき、計測される回転数とテーブル値との差に基づいて異常の判定を行っても良い。

このポンプ制御システムでは、第１、第２モータＭ１，Ｍ２や電力供給部１４が故障して電力ライン１６に過剰な電流が流れた場合には、ヒューズ１８が溶断することで、その電力ライン１６への電力供給を迅速に停止できるようにも構成されている。

〔実施形態の効果〕
このように本発明のポンプ制御システムは２つ電動ポンプＰ（第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２）を流体経路に備えることにより、一方の電動ポンプＰに異常が発生した場合には、他方の電動ポンプＰの作動によっても冷却水の循環が可能となり冗長性を高める制御を実現している。特に、電動ポンプＰが遠心ポンプ型で非作動状態でも冷却水の流通が可能であるため、一方の電動ポンプＰの作動を停止しても他方の電動ポンプＰによる冷却水の循環を無理なく行える。

また、このポンプ制御システムでは、温度センサＴＳの計測値に基づいて２つの電動ポンプＰ（第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２）の駆動力を同時に制御することで冷却水の温度が目標値に維持される。この制御によっても冷却水の温度が設定温度を超える場合には赤色ランプ１２を点灯させることでオーバヒートを招く状況にあることを、運転者に明確に伝えることが可能となる。尚、一方の電動ポンプＰが停止状態にある場合には他方の電動ポンプＰの駆動力が制御される。

このポンプ制御システムでは、電動ポンプＰを構成するモータの異常を、ロータの回転数と、電圧とによって判定することから精度の高い判定を実現しており、異常が発生した場合には第１、第２リレーＲＹ１，ＲＹ２の制御により電力の供給を停止するため、電力の無駄な消費を抑制している。そして、一方の電動ポンプＰへの電力の供給を停止した場合には、他方の電動ポンプＰに供給する電力を増大することで冷却水の循環量の低下を抑制している。

特に、２つ電動ポンプＰ（第１、第２電動ポンプＰ１，Ｐ２）を停止した場合には、黄色ランプ１１の点灯により電動ポンプＰの一方が故障状態にあることを運転者に認識させ、故障の状況を履歴情報から把握できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）流体を送る電動ポンプＰを３つ以上備えても良い。このように３つ以上の電動ポンプＰを備える場合、全ての電動ポンプＰ又は一部の電動ポンプＰを流体経路Ｒに対して並列に備えても良い。

（ｂ）電動ポンプＰとして遠心型以外の構成のものであって良く、流体として冷却水以外に熱媒体やオイル等であっても良い。

（ｃ）複数の電動ポンプＰのモータに流れる電流値を計測する計測センサとして、例えば、モータのコイルからアース側に流れる電力系にシャント抵抗を備え、このシャント抵抗で電流値を電圧値に変換して取得するように電流センサを構成し、この電流センサで計測される電流値から電動ポンプＰの状態を判定するように構成しても良い。また、実施形態に記載した電圧センサと、電流センサとの計測値に基づいて電動モータの状態を判定するように判定形態を設定しても良い。

本発明は、流体経路に複数の電動ポンプを備えることで冗長性の向上を図るポンプ制御システムに利用することができる。

１ 熱源（ウォータジャケット）
２ 放熱器（ラジエータ）
１０ ポンプ制御装置
１４ 電力供給部
１５ 電源
１８ ヒューズ
Ｐ 電動ポンプ
Ｒ 流体経路
ＲＳ１ 回転数センサ（第１回転数センサ）
ＲＳ２ 回転数センサ（第２回転数センサ）
ＴＳ 温度センサ
ＶＳ１ 計測センサ（第１電圧センサ）
ＶＳ２ 計測センサ（第２電圧センサ）

Claims (5)

1. 共通の流体経路に流体を送る複数の電動ポンプと、各々の前記電動ポンプに電力を独立して供給する電力供給部と、複数の前記電動ポンプの回転数を個別に計測する回転数センサと、各々の電力供給部で前記電動ポンプに供給される電力の電流値又は電圧値を個別に計測する計測センサとを備えると共に、
   前記回転数センサと前記計測センサとの計測結果に基づいて前記電動ポンプの異常を判定し、この判定に基づき複数の前記電動ポンプに対して前記電力供給部から供給される電力を制御するポンプ制御装置を備え、
   前記流体経路が、熱源で加熱された流体を放熱器に送り、この放熱器で放熱された流体を前記熱源に戻す循環型に構成され、この流体経路に送られる流体の温度を計測する温度センサが備えられ、
   前記ポンプ制御装置は、前記温度センサで計測される温度が設定値を超えた場合に、複数の前記電動ポンプの少なくとも１つの回転速度の増大を図る温度制御を行い、
   前記ポンプ制御装置は、前記温度センサで計測される温度が前記設定値未満にある状況で前記回転数センサで異常値を計測した場合、又は、前記計測センサで異常値を計測した場合には、第１警報情報を出力し、前記温度センサで計測される温度が前記設定値を超えた場合には、前記第１警報情報より厳しい状況にあることを示す第２警報情報を出力するポンプ制御システム。
2. 前記ポンプ制御装置は、前記回転数センサで異常値を計測した場合、又は、前記計測センサで異常値を計測した場合には、異常値が計測された電動ポンプに対する電力供給を停止する電力遮断制御を行うと共に、電力供給を停止した前記電動ポンプを特定し得る情報を記憶部に記憶する記憶制御を行う請求項１記載のポンプ制御システム。
3. 前記ポンプ制御装置は、前記電力遮断制御により前記電動ポンプに供給される電力を遮断した場合には、他の前記電動ポンプの回転速度の増大を図る増速制御を行う請求項２記載のポンプ制御システム。
4. 複数の前記電力供給部に電源から電力を供給する電力経路に対して、設定電流を超える電流が流れた際に溶断するヒューズを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ制御システム。
5. 複数の前記電動ポンプが前記流体経路に対して直列に配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のポンプ制御システム。

Images