JP6514406B2 - 電気的な駆動モータを備えた自動車の補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の補助装置、例えばブラシレス且つ電子工学的に整流される駆動モータを備えた電気的な流体ポンプに関し、駆動モータはモータロータ、モータステータ及びロータ回転位置を正確に検出する少なくとも１つのホールセンサを含む。

電子工学的に整流される駆動モータによって駆動される自動車の補助装置を確実に且つエネルギ効率的に作動させるには、モータロータにおけるロータ回転位置を正確に検出することが非常に重要であり、何故なら、このようなロータ回転位置の正確な検出のみにて、駆動モータの正確な制御及び調整が実現可能となるからである。特に、正確な検出は始動の問題、例えば、所謂トグリング(toggling)の問題や、特に正圧の容量ポンプにて大きなトルク変動に起因して生じる他の作動上の問題等の不所望な作動を回避するのに役立つ。一方、正確な検出はステータコイルでの整流の正確なタイミングを容易にし、絶対的なエネルギ消費の最小化可能となる。

このような背景技術に対して、正確なロータ位置の検出には通常、ホールセンサが使用されている。該ホールセンサは、複数の永久磁石によって磁気的に励起されたモータロータに対して軸線方向又は径方向に配置されている。このようにしてホールセンサは、永久磁石及びこれら永久磁石の磁極のそれぞれによって発生されたモータロータの回転磁場を検出する。

ホールセンサによるロータ位置検出を正確になすには、磁場の絶対的な磁の強度や干渉信号のサイズが非常に重要である。

本発明の目的は、低い製造コストにて、作動上の信頼性やエネルギ効率を高くできる電気的な駆動モータを備えた自動車の補助装置を提供することにある。

該目的は、請求項１の特徴を備えた自動車の補助装置によって達成される。

本発明に係る自動車の補助装置、特に電気的な流体ポンプは電気的に駆動されるインペラを備えたポンプセクションであって、インペラが流路内に備えられている、ポンプセクションと、電気的な駆動モータを備えたモータセクションとを具備し、該モータセクションは特に、ブラシレス且つ電子工学的に整流される駆動モータを含む。駆動モータは、モータロータ、モータステータ及び少なくとも１つのホールセンサを含み、該ホールセンサはモータロータの回転位置を検出する。ホールセンサの数は特にモータの相(phase)数に依存する。モータロータは回転可能なロータ軸を含み、該ロータ軸はポンプの長手方向の軸線を規定し、モータロータの少なくとも全長に亘って延びている。インペラ又は作動部分を駆動するために、ロータ軸がモータセクションからポンプセクション、即ち、その作動部に延びることができるのは勿論である。更に、モータロータは磁石担持体を含み、該磁石担持体はモータ軸に固定され、少なくとも１つの永久磁石を好ましくは、磁石担持体の径方向の外面にて支持している。永久磁石はリング形状をなし、軸方向の突出部分を有することができきる。該軸方向の突出部分は磁石担持体の少なくとも先端から軸方向に突出する。このため、永久磁石は磁石担持体よりも軸線方向に長く作ることができるものの、必ずしも長く作られなければならないこともない。永久磁石は少なくとも２つのロータ磁極を発生し、これにより、回転可能な磁場がモータロータに提供される。モータステータはモータロータの径方向且つ該モータロータの回りに配置され、少なくとも２つのステータコイルを含む。該コイルは、パワー電子機器によって制御された電流（electricity）で励磁可能である。好ましくは、パワー電子機器はステータ側に少なくとも１つのホールセンサを備えている。該ホールセンサは径方向ロータ検出センサであって、ロータ磁極の径方向磁場を検出し、従って、モータロータの永久磁石に対して径方向に配置されている。特に、ホールセンサは、回転可能なロータ軸と永久磁石との間の自由空間にて永久磁石の径方向内側に配置されている。このような自由空間及び領域のそれぞれは、磁石担持体の先端から軸方向に突出する永久磁石の突出部分の径方向内側に位置付けられているのが好ましい。この特徴は、ホールセンサによる径方向ロータ位置の検出感度を増加させる。この結果、ロータ磁場とセンサ磁場との間の整合不良やステータの磁場による影響を除外でき、これにより、ホールセンサの信号を改善できる。更にまた、その配置は、低い製造コストにて省スペースな構造や、作動上の高い信頼性及び高いエネルギ効率をも可能にする。

本発明の好適な実施形態によれば、ホールセンサは永久磁石の径方向の内面に隣接して配置されている。この特徴は、ロータ軸線に対して同軸の丸い形状で且つ増加した総表面を備える永久磁石の径方向の内周をもたらす。好ましくは、このような径方向の内周は、少なくとも磁石担持体の先端から軸方向に突出する永久磁石の一部分により提供される。この結果、ホールセンサは永久磁石に非常に近接して配置され、ロータ位置検出の大幅な改善が可能となる。

ホールセンサはロータ軸線の横断面内にて、ロータ軸線から外れて配置できる。好ましくは、該横断面はモータ部分での軸方向に位置付けられ、該横断面に永久磁石の突出部分が配置されている。ホールセンサは、例えば周方向に約１２０°の角度にて互い離れることができる。従って、ホールセンサは比較的簡単にして永久磁石の径方向内周に面して取り付け可能である。駆動モータが１つのみよりも多くのホールセンサを備えているならば、ホールセンサは横断面内にて、ロータ軸線と同軸の円上に配置されているのが好ましい。更に、この構成はロータ位置の非常に正確な検出をもたらす。

本発明の好適な実施形態によれば、ホールセンサは、モータロータの軸方向の先端側、特に磁石担持体の軸方向の先端側に備えられている。モータロータの先端は、ポンプにおける作動部、即ち、ポンプセクションとは反対側に配置されているのが好ましい。この実施形態において、ホールセンサはパワー電子機器に非常に近接して配置でき、製造コストが削減される。

好ましくは、ホールセンサはリング形状のセンサ担持体に固定されるか、又は、センサ担持体に一体的に組み込まれる。センサ担持体はプラスチック材料からなり、ホールセンサはセンサ担持体に容易に固定又は一体的に組み込み可能である。センサ担持体自身は、少なくとも１つのステータ側のブラケット又はアームによって固定される。該実施形態は非常に低い製造コストをもたらす。

本発明の好適な実施形態によれば、モータロータは強磁性部を備え、該強磁性部は強磁性材料からなり、ロータ軸線とホールセンサとの間の径方向に配置されている。特に、強磁性部はロータ軸とホールセンサとの間に配置されている。強磁性部の作用としては、永久磁石によって発生された磁束の向きを方向付け、特に、ホールセンサを通過する磁束の屈曲(angle)は例えば完全な径方向に改善され、これにより、高性能な検出が可能となる。

強磁性部はロータ軸の一部、例えば、軸の肩部であるか又はモータロータ、例えばロータ軸に固定された別の部材である。

強磁性部がロータ軸の一部である場合、製造コストの大幅な削減が可能となる。強磁性部がモータロータに固定された別の部品である場合、強磁性部は特定のポンプ充填(pump charge)又はその他の個々の要求に依存して個別に組み込み可能である。

強磁性部は固形のリング又はロータ軸の軸受、例えばロータ軸を支持する玉軸受として実現可能である。この種の配置はモータの省スペースな構成をもたらす。

好ましくは、強磁性部はホールセンサに面した径方向の外周を備えている。この配置の結果、ホールセンサを通過する磁束の屈曲は実質的に径方向にでき、これにより、ロータ磁場とセンサ磁場との間の整合不良やステータ磁場による影響を除外でき、そして、ホールセンサの信号が改善される。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも強磁性部及び永久磁石は周方向の溝又は経路を形作り、該経路にホールセンサが備えられる。前記経路は一方側にて軸方向に開き、これにより、ホールセンサは経路路内に一方の側から挿入可能である。該実施形態は低いコストでの製造や高い検出品質を可能にする。

本発明の他の好適な実施形態によれば、強磁性部、永久磁石及びホールセンサは、ホールセンサを通過する磁束が実質的に径方向に方向付けられるべく配置されている。特に、永久磁石からホールセンサを通過して強磁性部に至る磁束は実質的に径方向に方向付けられる。該特徴は、ホールセンサによる径方向ロータ位置検出の感度を増加させる。

本発明の好適な実施形態によれば、磁石担持体はロータスタックである。この特徴はモータの省スペースな構造をもたらす。

本発明の好適な実施形態によれば、永久磁石は、磁石担持体、例えばロータスタックの径方向の外面に固定されている。該特徴もまたモータの省スペースな構造もたらす。

本発明の一実施形態は以下の図面を参照して記述される。

電気的な駆動モータを備えた自動車の補助装置を概略的に示す斜視図である。 前記自動車の補助装置、特に、図１の電気的な駆動モータを概略的に示す断面図である。

図１，２は自動車の補助装置１を概略的に示し、該補助装置１はここでは電気的な流体ポンプとして実現されている。流体ポンプ１は例えば冷却ポンプ又は燃料ポンプ等の液体流ポンプとして構成されている。また、流体ポンプ１は代替的に、例えば内燃機関の潤滑のための潤滑油を汲み出すための正圧の容量型ポンプ、ジェロータポンプ、ベーンポンプ又は他の回転容量型ポンプとして構成且つ提供される。

ポンプ１はここでは３つの部分、即ち、ポンプセクション７、モータセクション２及び電子機器セクション８を備えている。

ここで、ポンプセクション７は、軸方向入口７１及び径方向出口７２を含む流路７０と、ポンプロータ軸７５及びインペラホイール７３を含むポンプロータ７４とを備え、図１，２は、ポンプ部７をその一部を破断して概略のみで示している。ポンプロータ７４及びインペラ７３をそれぞれ駆動するために、ポンプロータ軸７５はモータセクション２の駆動モータに接続されている。

モータセクション２は電気的な駆動モータを備え、ここで、駆動モータはブラシレスのDCモータとして構成され、少なくともモータロータ３及びモータステータ４を含む。駆動モータを制御するために、電子機器セクションは幾つかの電子部品を含む。

モータロータ３は、少なくともロータ軸３１を含む回転可能なモータロータ本体、磁石担持体３２及び幾つかの永久磁石３３によって形成されている。モータロータ軸３１はポンプロータ軸７５に回転可能に接続され、ポンプ１の長手方向のロータ軸線１０を形成する。モータロータ３は磁石担持体３２を含み、ここで、該磁石担持体３２はロータ軸３１に固定され、その径方向の外面にて永久磁石３３を担持している。永久磁石３３は磁石担持体３２よりも長く、軸方向の突出部分３３ａを有する。該軸方向の突出部分３３ａは磁石担持体３２の先端３２ａから軸方向に突出している。従って、ロータ軸線１０と永久磁石３３との間、特に、ロータ軸受６２と永久磁石３３との間に内側の自由空間３５が提供されている。ここで、ロータ軸受６２は強磁性部６を形成し、該強磁性部６は強磁性材料からなっている。従って、強磁性部６は永久磁石３３からの磁束を強磁性部６、即ち、ロータ軸受６２に向け、径方向に方向付ける。

駆動モータがモータ制御電子機器によって電子工学的に整流されるブラシレスDCモータとして構成されているので、モータロータ３は、少なくとも２つのロータ磁極を生発生する永久磁石３３によって永久的に磁化される。磁化されたモータロータ３はモータステータ４によって磁気的に駆動され、該モータステータ４は多数のモータステータコイル４１によって形成されている。該コイル４１はモータロータ３の径方向且つ該モータロータ３の回りに配置され、磁化されたモータローラ３が追従する回転磁場を発生する。回転磁場を発生するために、ステータコイル４１は半導体等の複数のパワー電子機器によって選択的に励磁される。パワー電子機器は電子機器セクション８に備えられているが図面に詳細に示されていない。ここで、パワー電子機器はポンプセクション７とは反対側のモータロータ３の先端に備えられている。モータロータ３の回転を制御するために、電子機器セクション８は３つのホールセンサ５を更に含み、これらホールセンサ５はモータロータ３の正確な回転位置を検出する。

ホールセンサ５は、ロータ磁極の径方向磁場を検出する径方向ロータ検出センサであって、モータロータ３の永久磁石３３に対して径方向に配置されている。特に、ホールセンサ５は、回転可能なロータ軸受６２と永久磁石３３との間の径方向領域、即ち、上述した自由空間３５内にて磁石担持体３２の軸方向の先端側に備えられている。換言すれば、永久磁石３３の突出部分３３ａはホールセンサ５を径方向外側から囲んでいる。この特徴はホールセンサ５による前記ロータ位置検出の感度増加や、ポンプ１の省スペースな構成を導く。ホールセンサ５はロータ軸線１０の横断面内にて、ロータ軸線１０から外れているもののロータ軸線１０と同心の円上に配置され、周方向に１２０°だけ互いに離れている。ホールセンサ５はリング形状のセンサ担持体５１に固定され、該センサ担持体５１はモータステータ４にアーム又はブラケットを介して固定されている。

ホールセンサ５による前記ロータ位置検出の感度を更に増加させるため、ロータ軸受６２は上述したように強磁性部６として構成され、この結果、永久磁石３３からホールセンサ５を通じてロータ軸受６２に至る磁束の屈曲(angle)を実質的に径方向にすることができ、ロータ磁場とセンサ磁場との間の整合不良(misalignment)や、スタータ磁場の影響が除外可能となる。

図１，２は補助装置の１つの適用例のみを示すことに留意すべきである。補助装置は、内燃機関の排ガス再循環装置(EGR)や、スロットル弁等の他の構成部品のための装置としても実現可能である。

１ 自動車の電気流体ポンプ
１０ ロータ軸線
２ モータセクション
３ モータロータ
３１ モータロータ軸
３２ 磁石担持体
３２ａ 磁石担持体の先端
３３ 永久磁石
３３ａ 突出部分
３４ 永久磁石の径方向のない面
３５ 自由空間、リング形状溝
３６ モータロータの先端
４ モータステータ
４１ ステータコイル
５ ホールセンサ
５１ センサ担持体
６ 強磁性部
６１ 径方向の外周
６２ 軸受
７ ポンプセクション
７０ 流路
７１ 入口
７２ 出口
７３ インペラ
７４ ポンプロータ
７５ ポンプロータ軸
８ 電子機器セクション

Claims (10)

1. ブラシレスで且つ電子工学的に整流される電気的な駆動モータ（２）を備えた自動車の補助装置（１）において、
   前記駆動モータ（２）は、
   長手方向のロータ軸線（１０）を規定する回転可能なモータロータ（３）であって、
   ロータ軸（３１）、磁石担持体（３２）及び少なくとも２つのロータ磁極を発生する少なくとも１つの永久磁石（３３）を含み、前記永久磁石（３３）が前記磁石担持体（３２）に固定され且つ前記磁石担持体（３２）の少なくとも一方の側から軸方向に突出する軸方向突出部分（３３ａ）を有する、モータロータ（３）と、
   少なくとも２つのステータコイル（４１）を含み、これらステータコイル（４１）が前記モータロータ（３）の径方向且つ前記モータロータ（３）の回りに配置されている、モータステータ（４）と、
   径方向ロータ検出センサの型式をなし、前記ロータ軸（３１）と前記永久磁石（３３）との間の自由空間（３５）に配置されたステータ側の少なくとも１つのホールセンサ（５）とを具備し、
   前記モータロータ（３）は、前記ロータ軸線（１０）と前記ホールセンサ（５）との間での径方向に配置されていると共に前記ホールセンサ（５）に面した径方向の外周を備えている強磁性部（６）を備え、
   前記強磁性部（６）は固形のリング又はロータ軸の軸受（６２）である、自動車の補助装置。
2. 前記ホールセンサ（５）は前記永久磁石（３３）の径方向の内面（３４）に隣接して配置されている、請求項１に記載の自動車の補助装置。
3. 前記ホールセンサ（５）は、前記ロータ軸線（１０）の横断面内にて、前記ロータ軸線（１０）から外れて配置されている、請求項１又は２に記載の自動車の補助装置。
4. 前記ホールセンサ（５）は前記モータロータ（３）の先端（３６）側に備えられている、請求項１〜３の何れかに記載の自動車の補助装置。
5. 前記ホールセンサ（５）はリング形状のセンサ担持体（５１）に固定されている、請求項１〜４の何れかに記載の自動車の補助装置。
6. 前記強磁性部（６）は前記ロータ軸（３１）の肩、又は、前記モータロータ（３）に固定された前記モータロータ（３）とは別の部分である、請求項１〜５の何れかに記載の自動車の補助装置。
7. 少なくとも前記強磁性部（６）及び前記永久磁石（３３）は一方の側が軸方向に開いたリング形状の溝又は経路（３５）を形作り、該溝又は経路（３５）内に前記ホールセンサ（５）が備えられている、請求項１〜６の何れかに記載の自動車の補助装置。
8. 前記強磁性部（６）、前記永久磁石（３３）及び前記ホールセンサ（５）は、前記ホールセンサ（５）を通過する磁束が実質的に径方向に方向付けられるべく配置されている、請求項１〜７の何れかに記載の自動車の補助装置。
9. 前記磁石担持体（３２）はロータスタックである、請求項１〜８の何れかに記載の自動車の補助装置。
10. 前記永久磁石（３３）は前記磁石担持体（３２）の径方向の外面に固定されている、請求項１〜９の何れかに記載の自動車の補助装置。

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