JP6659202B1 - 内接歯車ポンプを駆動するモータを制御するモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内接歯車ポンプを駆動するためのモータを、駆動トルクが従来よりも低くなるように制御することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１０Ａは、内接歯車ポンプ３０を駆動するモータ２０の回転をトルク指令によって制御するものであって、内接歯車ポンプ３０に固有の最低回転数を下回らない範囲で内接歯車ポンプ３０に吐出させるべき油の量に応じた目標回転数を決定する目標回転数決定部１１と、トルク指令の値に応じて最低回転数の補正を行う最低回転数補正部１３Ａと、モータ２０の実際の回転数が目標回転数に一致するようなトルク指令をモータ２０に与えるトルク指令部１２とを備える。トルク指令の値が予め定められた閾値を超えると、最低回転数補正部１３Ａが最低回転数を予め定められたルールにしたがって増加させる補正を行い、目標回転数決定部１１が補正後の最低回転数を下回らない範囲で目標回転数を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内接歯車ポンプを駆動するモータの回転をトルク指令によって制御するモータ制御装置に関する。

特許文献１等に見られるように、各種車両に搭載されたパワーステアリング装置は、操舵輪の向きを変えるための油圧シリンダに作動油を送る内接歯車ポンプと、これを駆動するモータと、これを制御するモータ制御装置とを備えている。多くの場合、モータ制御装置は、モータにトルク指令を与えることによって内接歯車ポンプが吐出する作動油の量を運転者の操舵入力に対応する必要油量に一致させる。

図６を用いて、この従来のパワーステアリング装置の構成についてさらに詳しく説明する。モータ制御装置１００は、内接歯車ポンプ３０に固有の最低回転数を下回らない範囲で必要油量に応じた目標回転数を決定する目標回転数決定部１０１と、回転数センサ２１によって検知されたモータ２０の実際の回転数が目標回転数に一致するようなトルク指令をモータ２０に与えるトルク指令部１０２とを有している。また、内接歯車ポンプ３０は、入力側ポートが配管３１に接続されるとともに、出力側ポートが配管３２に接続されている。配管３１は、不図示の油タンクに繋がっており、配管３２は、不図示の油圧シリンダに繋がっている。

図７は、各種動作条件（回転数：５００〜２０００ｒｐｍ、吐出圧：１．５Ｍ，３．４Ｍ，６．９ＭＰａ、油温：４０，８０℃）下で内接歯車ポンプ３０の機械効率を測定した結果である。ここで、機械効率は、内接歯車ポンプ３０の回転数を目標値に維持するためにモータ２０が内接歯車ポンプ３０にどの程度の駆動トルクを与えなければならないのかを示す指標であり、概ね以下の計算式で求められる。

機械効率［％］＝回転数×吐出圧／駆動トルク

上式から明らかなように、回転数および機械効率が一定であれば、駆動トルクは吐出圧に比例する。また、内接歯車ポンプ３０が吐出する作動油の量は、上式の回転数に依存する。

特許第５２１６７２９号公報

ところで、上記のようなパワーステアリング装置では、駆動トルクの最大値に基づいてモータ２０を選定する必要がある。例えば、図７に示す一例では、油温が８０℃であり、回転数が５００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときに駆動トルクが最大となるので、この動作条件における駆動トルクを出力可能なモータ２０を選定する必要がある。一方で、高トルクを出力可能なモータは大型かつ高価であり、その制御に必要となるモータ制御装置も大型かつ高価なものとなってしまうので、このようなモータを使用することは好ましいことではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、内接歯車ポンプを駆動するためのモータを、駆動トルクが従来よりも低くなるように制御することができるモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者は、ほとんどの内接歯車ポンプとモータとの組み合わせにおいて図７に示したような傾向が見られること、言い換えると、油温が高く、吐出圧が大きく、かつ回転数が低いときに駆動トルクが最大となることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るモータ制御装置は、内接歯車ポンプを駆動するためのモータの回転をトルク指令によって制御するものであって、内接歯車ポンプに固有の最低回転数を下回らない範囲で内接歯車ポンプに吐出させるべき油の量に応じた目標回転数を決定する目標回転数決定部と、トルク指令の値に応じて最低回転数の補正を行う最低回転数補正部と、モータの実際の回転数が目標回転数に一致するようなトルク指令をモータに与えるトルク指令部とを備え、トルク指令の値が予め定められた閾値を超えると、最低回転数補正部が最低回転数を予め定められたルールにしたがって増加させる補正を行い、目標回転数決定部が補正後の最低回転数を下回らない範囲で目標回転数を決定するように構成されている。

上記モータ制御装置の最低回転数補正部は、例えば、トルク指令の値が予め定められた閾値を超え、かつ内接歯車ポンプによって輸送される油の温度が予め定められた閾値を超えると、最低回転数の補正を行うように構成されていてもよい。

また、上記モータ制御装置の最低回転数補正部は、例えば、予め定められた複数のルールのうち、油の温度に対応する一のルールにしたがって最低回転数の補正を行うように構成されていてもよい。

本発明によれば、内接歯車ポンプを駆動するためのモータを、駆動トルクが従来よりも低くなるように制御することができるモータ制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係るモータ制御装置およびその周辺を示す図である。 第１実施例における補正を示す図である。 本発明の第２実施例に係るモータ制御装置およびその周辺を示す図である。 本発明の第３実施例に係るモータ制御装置およびその周辺を示す図である。 第３実施例における補正を示す図である。 従来のモータ制御装置およびその周辺を示す図である。 内接歯車ポンプの機械効率の測定結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の第１〜第３実施例に係るモータ制御装置について説明する。

［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係るモータ制御装置１０Ａを示す。後で詳細に説明するが、モータ制御装置１０Ａは、必要油量が指令されると、モータ２０にトルク指令を与えることにより、内接歯車ポンプ３０に必要油量に等しい量の油を吐出させるよう構成されている。モータ２０および内接歯車ポンプ３０がパワーステアリング装置を構成する場合は、運転者がハンドルを操作すると、その操作量および操作速度に応じた必要油量が指令される。

内接歯車ポンプ３０は、内側歯車と、外側歯車と、配管３１に接続された入力側ポートと、配管３２に接続された出力側ポートとを有している。配管３１は、不図示の油タンクに繋がっており、配管３２は、不図示の油圧シリンダに繋がっている。

各種動作条件（回転数：５００〜２０００ｒｐｍ、吐出圧：１．５Ｍ，３．４Ｍ，６．９ＭＰａ、油温：４０，８０℃）での内接歯車ポンプ３０の機械効率は、図７に示した通りである。なお、一般的に使用されている内接歯車ポンプの機械効率は、いずれも図７に示したものと同様の傾向を示す。

モータ２０は、内接歯車ポンプ３０の内側歯車に接続された出力軸を有している。また、モータ２０には、出力軸の回転数を検知する回転数センサ２１が設けられている。

モータ制御装置１０Ａは、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）とこれに付随するメモリ装置とからなっている。図１に示すように、モータ制御装置１０Ａは、目標回転数決定部１１と、トルク指令部１２と、最低回転数補正部１３Ａと、第１記憶部１４Ａと、第２記憶部１５Ａとを備えている。

目標回転数決定部１１は、内接歯車ポンプ３０に固有の最低回転数を下回らない範囲で必要油量に応じた目標回転数を決定する。最低回転数とは、内接歯車ポンプ３０が安定的に油を吐出するために必要な回転数であり、内接歯車ポンプ毎に予め定められている。本実施例で使用する内接歯車ポンプ３０の最低回転数は、５００ｒｐｍである。

トルク指令部１２は、回転数センサ２１によって検知されたモータ２０の実際の回転数が目標回転数に一致するようなトルク指令をモータ２０に与える。トルク指令部１２は、実際の回転数が目標回転数よりも小さい場合は比較的大きなトルク指令を与え、反対に、実際の回転数が目標回転数よりも大きい場合は比較的小さなトルク指令を与える。

最低回転数補正部１３Ａは、モータ２０に与えられるトルク指令の値が第１記憶部１４Ａに格納された条件を満たすと、第２記憶部１５Ａに格納されたルールにしたがって、目標回転数決定部１１において使用される最低回転数を補正する。図２に示すように、この補正は、第１記憶部１４Ａに格納された閾値Ｔ１，Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）と、第２記憶部１５Ａに格納されたルールとしての波形Ｃとにしたがって行われる。より具体的には、本実施例では、モータ２０に与えられるトルク指令の値が閾値Ｔ１よりも小さいときは、最低回転数が内接歯車ポンプ３０に固有のＲｍｉｎ１（５００ｒｐｍ）のままとされ、トルク指令の値が閾値Ｔ１と閾値Ｔ２の間にあるときは、最低回転数がＲｍｉｎ１とＲｍｉｎ２（本実施例では１０００ｒｐｍ）の間の値に補正され、トルク指令の値が閾値Ｔ２よりも大きいときは、最低回転数がＲｍｉｎ２に補正される。

最低回転数が補正されると、目標回転数決定部１１は、内接歯車ポンプ３０に固有の最低回転数（Ｒｍｉｎ１）ではなく、補正後の最低回転数を下回らない範囲で必要油量に応じた目標回転数を決定する。例えば、トルク指令の値が閾値Ｔ２を超えると、モータ２０の回転数は、Ｒｍｉｎ２（１０００ｒｐｍ）以上に維持される。もっとも、指令された必要油量に対応する目標回転数が比較的大きい（例えば、１５００ｒｐｍ）場合は、最低回転数が５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに補正されてもモータ２０の制御は何ら変更されない。逆に言うと、最低回転数の補正を行うことは、必要油量が小さい場合に意義がある。

図７に示すように、モータ２０の駆動トルクは、油温が８０℃であり、回転数が５００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときに最大となる。しかしながら、本実施例に係るモータ制御装置１０Ａによれば、閾値Ｔ１，Ｔ２を好適に設定しておくことにより、駆動トルクが最大となるときの回転数を元の回転数よりも増大させ、その結果、駆動トルクを低減することができる。より詳しくは、油温が８０℃であり、回転数が５００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときの機械効率が約６３％であるのに対し、回転数が１０００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときの機械効率は約８５％なので、最低回転数を５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに補正することにより、駆動トルクを約２６％低減することができる。

なお、モータ２０の回転数を増大させるとモータ２０の消費電力が増大するが、増大するのは電圧であって電流ではないので、これによってモータ２０の選定に制限がかかることはほとんどない。一方、駆動トルクの低減、すなわち、モータ２０によって消費される電流の低減は、前述した通り、モータ２０およびモータ制御装置１０Ａの小型化および低価格化に大きく寄与する。

［第２実施例］
図３に、本発明の第２実施例に係るモータ制御装置１０Ｂを示す。同図に示すように、モータ制御装置１０Ｂは、最低回転数補正部１３Ａの代わりに最低回転数補正部１３Ｂを備えている点と、第１記憶部１４Ａの代わりに第１記憶部１４Ｂを備えている点とにおいて第１実施例に係るモータ制御装置１０Ａと相違する。

第１記憶部１４Ｂには、トルク指令の値に関する閾値Ｔ１，Ｔ２に加え、内接歯車ポンプ３０によって輸送される油の温度（以下、単に「油温」という）に関する閾値が格納されている。そして、最低回転数補正部１３Ｂは、モータ２０に与えられるトルク指令の値と、温度センサ３３によって検知された油温が第１記憶部１４Ｂに格納された閾値を超えると、第２記憶部１５Ａに格納されたルールにしたがって、目標回転数決定部１１において使用される最低回転数を補正する。

油温が８０℃であり、回転数が５００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときのモータ２０の機械効率は約６３％であるが（図７（Ａ）参照）、油温が４０℃であり、回転数が５００ｒｐｍであり、かつ吐出圧が６．９ＭＰａであるときのモータ２０の機械効率は約８６％である（同図（Ｂ）参照）。これは、油温によっても最低回転数の補正を行うべきか否かを判定することができることを示している。

本実施形態に係るモータ制御装置１０Ｂによれば、トルク指令の値が予め定められた閾値を超えており、かつ油温が予め定められた閾値を超えている場合に限って補正を行うことにより、意図しない無駄な補正が行われることを確実に防ぐことができる。

［第３実施例］
図４に、本発明の第３実施例に係るモータ制御装置１０Ｃを示す。同図に示すように、モータ制御装置１０Ｃは、最低回転数補正部１３Ａの代わりに最低回転数補正部１３Ｃを備えている点と、第１記憶部１４Ａの代わりに第１記憶部１４Ｃを備えている点と、第２記憶部１５Ａの代わりに第２記憶部１５Ｃを備えている点とにおいて第１実施例に係るモータ制御装置１０Ａと相違する。

第１記憶部１４Ｃには、トルク指令の値に関する４つの閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４（ただし、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）が格納されている。また、第２記憶部１５Ｃには、最低回転数補正部１３Ｃが補正を行う際に参照する２つのルールとしての波形Ｃ１，Ｃ２が格納されている（図５参照）。波形Ｃ１は、油温が比較的低い場合に参照されるルールであり、波形Ｃ２は、油温が比較的高い場合に参照されるルールである。

本実施例では、油温が比較的低く、かつモータ２０に与えられるトルク指令の値が閾値Ｔ２よりも小さいときは、最低回転数が内接歯車ポンプ３０に固有のＲｍｉｎ１（本実施例では５００ｒｐｍ）のままとされ、トルク指令の値が閾値Ｔ２と閾値Ｔ３の間にあるときは、最低回転数がＲｍｉｎ１とＲｍｉｎ２（本実施例では１０００ｒｐｍ）の間の値に補正され、トルク指令の値が閾値Ｔ３よりも大きいときは、最低回転数がＲｍｉｎ２に補正される。また、本実施例では、油温が比較的高く、かつモータ２０に与えられるトルク指令の値が閾値Ｔ１よりも小さいときは、最低回転数が内接歯車ポンプ３０に固有のＲｍｉｎ１のままとされ、トルク指令の値が閾値Ｔ１と閾値Ｔ４の間にあるときは、最低回転数がＲｍｉｎ１とＲｍｉｎ３（本実施例では１５００ｒｐｍ）の間の値に補正され、トルク指令の値が閾値Ｔ４よりも大きいときは、最低回転数がＲｍｉｎ３に補正される。

図７から明らかなように、最適な補正量は油温によって大きく異なる。本実施形態に係るモータ制御装置１０Ｃによれば、予め定められた複数のルールのうち、油温に対応した一のルールにしたがって補正を行うことにより、最適な補正を行うことが可能となる。すなわち、本実施形態に係るモータ制御装置１０Ｃによれば、補正量が少なすぎたために駆動トルクを十分に低減させることができなかったり、補正量が多すぎたために消費電力（回転数）が無駄に増大したりするのを防ぐことができる。

［変形例］
以上、本発明に係るモータ制御装置の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。

例えば、第２記憶部に格納された波形Ｃ，Ｃ１，Ｃ２は、任意の形状に変更することができる。波形Ｃ，Ｃ１，Ｃ２がステップ状を有している場合は、第１記憶部に駆動トルクに関する１つの閾値を格納しておけばよい。

また、本発明に係るモータ制御装置は、パワーステアリング装置以外の装置を構成するモータを制御するために使用することもできる。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ モータ制御装置
１１ 目標回転数決定部
１２ トルク指令部
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 最低回転数補正部
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 第１記憶部
１５Ａ，１５Ｃ 第２記憶部
２０ モータ
２１ 回転数センサ
３０ 内接歯車ポンプ
３１ 配管
３２ 配管
３３ 油温センサ

Claims (3)

1. 内接歯車ポンプを駆動するためのモータの回転をトルク指令によって制御するモータ制御装置であって、
   前記内接歯車ポンプに固有の最低回転数を下回らない範囲で前記内接歯車ポンプに吐出させるべき油の量に応じた目標回転数を決定する目標回転数決定部と、
   前記トルク指令の値に応じて前記最低回転数の補正を行う最低回転数補正部と、
   前記モータの実際の回転数が前記目標回転数に一致するような前記トルク指令を前記モータに与えるトルク指令部と、
   を備え、
   前記トルク指令の値が予め定められた閾値を超えると、前記最低回転数補正部が前記最低回転数を予め定められたルールにしたがって増加させる補正を行い、前記目標回転数決定部が前記補正後の前記最低回転数を下回らない範囲で前記目標回転数を決定する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記最低回転数補正部は、前記トルク指令の値が予め定められた閾値を超え、かつ前記内接歯車ポンプによって輸送される前記油の温度が予め定められた閾値を超えると、前記最低回転数の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記最低回転数補正部は、予め定められた複数のルールのうち、前記油の温度に対応する一のルールにしたがって前記最低回転数の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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