JP6909119B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものである。

特許文献１には、電動モータによって駆動され自動変速機へ作動油を供給する電動式ポンプが開示されている。

特開２０００−４６１６６号公報

この種の電動式ポンプとして、ポンプの吐出流量が自動変速機で必要とされる必要流量以上となるように電動モータの回転数が制御されるものがある。

しかし、作動油中に気体が含まれる場合には、ポンプの実際の吐出流量は、ポンプの押しのけ容積とポンプ回転数とから算出される流量よりも低下してしまう。

このように、作動油中に気体が含まれるとポンプの吐出流量が低下してしまうため、作動油中の気体量を計測する計測器を設け、その計測値に基づいて電動モータの回転数を補正制御することが考えられる。しかし、作動油中の気体量を計測する計測器を設けるとシステムが複雑となり、コストも増加する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、作動流体中の気体量を簡単な方法で検出することが可能なベーンポンプを提供することを目的とする。

第１の発明は、ベーンポンプであって、ロータに設けられポンプ室の圧力を検出する圧力検出器と、ポンプ回転数を取得する回転数取得手段と、吸込区間から吐出区間に移行した際の前記ポンプ室の閉じ込み圧力と閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数とに基づいて、作動流体中の気体量を推定するコントローラと、を備えることを特徴とする。

第１の発明では、吸込区間から吐出区間に移行した際のポンプ室の閉じ込み圧力は作動流体中の気体量の影響を受けるため、閉じ込み圧力を用いることによって作動流体中の気体量を推定することが可能となる。

第２の発明は、コントローラは、閉じ込み圧力とポンプ室の吐出圧力又は吸込圧力との差圧と、閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数と、に基づいて、作動流体中の気体量を推定することを特徴とする。

第２の発明では、作動流体中の気体量を簡単な方法で検出することができる。

第３の発明は、ロータ及びカムリングの一側面に当接して配置されるサイド部材と、サイド部材に形成され、ポンプ室の作動流体を吐出する吐出ポートと、サイド部材に形成され、ロータの回転方向に向かって開口面積が徐々に大きくなり吐出ポートの端部に連通するノッチと、をさらに備え、閉じ込み圧力は、ポンプ室がノッチに連通した際の圧力であることを特徴とする。

第３の発明では、閉じ込み圧力として、ポンプ室がノッチに連通した際の圧力を用いるため、作動流体中の気体量を精度良く推定することができる。

第４の発明は、コントローラは、推定した作動流体中の気体量に基づいて駆動源の回転数を制御することを特徴とする。

第４の発明では、作動流体中に気体が含まれる環境下でも、ベーンポンプの安定した運転が可能となる。

第５の発明は、コントローラは、推定した作動流体中の気体量に基づいてポンプ回転数の最大限界回転数を設定し、ポンプ回転数が最大限界回転数を超えないように駆動源の回転数を制御することを特徴とする。

第５の発明では、推定した作動流体中の気体量に基づいて設定される最大限界回転数を超えないように駆動源の回転数が制御されるため、騒音の発生やポンプの故障を防止することができる。

第６の発明は、回転数取得手段は、圧力検出器によって検出された圧力に基づいて得られる隣り合う吐出区間の間の時間と、隣り合う吐出区間の間の回転角度範囲の設計値と、からポンプ回転数を演算することを特徴とする。

第６の発明では、圧力検出器の検出結果に基づいてポンプ回転数を取得することができるため、ポンプ回転数を検出するセンサが不要となる。よって、コストを低減することができる。

第７の発明は、駆動源は、電動モータであり、ロータと電動モータは、駆動シャフトによって同軸的に連結されることを特徴とする。

第７の発明では、ベーンポンプの駆動源が電動モータであるため、ベーンポンプの回転数を精度良く制御することができる。

本発明によれば、作動流体中の気体量を簡単な方法で検出することができる。

本発明の第１実施形態に係るベーンポンプの断面図である。 本発明の第１実施形態に係るベーンポンプのポンプロータ、カムリング、及びサイドプレートの側面図である。 本発明の第１実施形態に係るベーンポンプのサイドプレートの側面図である。 駆動シャフトの回転角度に対するポンプ室の圧力変化を示す図であり、作動流体中の気体割合がＡ１％である場合を示す。 駆動シャフトの回転角度に対するポンプ室の圧力変化を示す図であり、作動流体中の気体割合がＡ２％である場合を示す。 駆動シャフトの回転角度に対するポンプ室の圧力変化を示す実験データであり、作動流体中の気体割合がＡ２％である場合におけるポンプ回転数が異なる３つの圧力波形を示している。 ポンプロータの断面図である。 ポンプ室の圧力の時間変化を示す図である。 作動流体中の気体割合毎の、ポンプ回転数と差圧との関係を示すマップである。 作動流体中の気体割合毎の、ポンプ回転数とベーンポンプの吐出流量との関係を示す流量特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るベーンポンプ１００について説明する。

ベーンポンプ１００は、車両や産業機械に搭載される油圧機器に作動油（作動流体）を供給する油圧供給源として用いられる。本実施形態では、ベーンポンプ１００が、車両に搭載される自動変速機、具体的にはベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）に作動油を供給する場合について説明する。

図１に示すように、ベーンポンプ１００は、駆動源としての電動モータ１の動力によって駆動する。ベーンポンプ１００と電動モータ１は、駆動シャフト４を介して同軸的に連結される。ベーンポンプ１００と電動モータ１によって電動ベーンポンプ１０１が構成される。

電動モータ１は、軸受２ａ，２ｂを介してモータハウジング３に回転自在に支持された駆動シャフト４と、周方向に並ぶ複数の永久磁石を有し駆動シャフト４に固定されたモータロータ５と、モータハウジング３の内周に固定されコイルが巻き回されたステータ６と、を備える。モータロータ５とステータ６は、同心円状に配置され、両者の間には僅かな隙間が存在する。

モータハウジング３は、略有底筒状の本体部３ａと、本体部３ａの開口部を閉塞すると共にベーンポンプ１００が連結されるモータカバー３ｂと、を備える。本体部３ａとモータカバー３ｂは、モータカバー３ｂに形成された環状のインロー部３ｃが本体部３ａの内周面に嵌合することによって一体に組み付けられる。

軸受２ａは本体部３ａの底部に固定され、軸受２ｂはモータカバー３ｂの中空部３ｄの内周面に固定される。駆動シャフト４は、２つの軸受２ａ，２ｂによって回転自在に支持され、モータカバー３ｂの中空部３ｄを挿通して延設される。駆動シャフト４は、電動モータ１に設けられた軸受２ａ，２ｂによってのみ支持され、ベーンポンプ１００には、駆動シャフト４を支持する軸受は設けられない。

図１及び２に示すように、ベーンポンプ１００は、駆動シャフト４に連結されたポンプロータ３１と、ポンプロータ３１に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３２と、ポンプロータ３１を収容すると共にポンプロータ３１の回転に伴って内周のカム面３３ａにベーン３２の先端部が摺接するカムリング３３と、ポンプロータ３１及びカムリング３３を収容するポンプハウジング４０と、を備える。

ポンプロータ３１、カムリング３３、及び一対の隣り合うベーン３２によってポンプ室３４が区画される。

ポンプロータ３１は環状部材であり、駆動シャフト４の先端部にスプライン結合によって連結される。ポンプロータ３１には、外周面に開口するスリット３１ｂが放射状に形成され、スリット３１ｂにはベーン３２が摺動自在に挿入される。スリット３１ｂの底部には、ベーン３２によって背圧室３１ａが区画される。

カムリング３３は、カム面３３ａが短径と長径を有する略楕円形状をした環状部材である。カムリング３３は、ポンプロータ３１の回転に伴ってポンプ室３４の容積を拡張する２つの吸込領域５０と、ポンプロータ３１の回転に伴ってポンプ室３４の容積を収縮する２つの吐出領域６０と、を有する。つまり、ポンプロータ３１が１回転する間に、ベーン３２は２往復しポンプ室３４は収縮と拡張を２回繰り返す。吸込領域５０と吐出領域６０は、カム面３３ａの形状によって規定される。

ポンプロータ３１及びカムリング３３の一側面にはサイド部材としての第１サイドプレート３６が当接して配置され、他側面には第２サイドプレート３７が当接して配置される。このように、第１サイドプレート３６と第２サイドプレート３７は、ポンプロータ３１及びカムリング３３を両側から挟んだ状態で配置され、ポンプ室３４を区画する。

第１サイドプレート３６は、ポンプロータ３１とポンプハウジング４０の底面４０ｂとの間に配置される。第２サイドプレート３７は、ポンプロータ３１とモータカバー３ｂとの間に配置される。

ポンプロータ３１、カムリング３３、第１サイドプレート３６、及び第２サイドプレート３７は、ポンプハウジング４０に凹状に形成されたポンプ収容部４０ａに収容される。ポンプハウジング４０とモータカバー３ｂはボルトによって締結され、ポンプ収容部４０ａの開口部は、モータハウジング３のモータカバー３ｂによって閉塞される。

図３に示すように、第１サイドプレート３６は、円板状部材であり、２つの吸込ポート５１と２つの吐出ポート６１とを有する。吸込ポート５１は、第１サイドプレート３６の外周に円弧状に切り欠かれて形成される。吸込ポート５１は、カムリング３３の吸込領域５０に対応して形成され、ポンプ室３４に作動油を導く。

吐出ポート６１は、第１サイドプレート３６に円弧状に貫通して形成される。吐出ポート６１は、カムリング３３の吐出領域６０に対応して形成され、ポンプ室３４の作動油を吐出する。吐出ポート６１の端部には、ポンプロータ３１の回転方向に向かって開口面積が徐々に大きくなるノッチ６２が形成される。ノッチ６２は、第１サイドプレート３６の表面に、溝状に形成される。ノッチ６２が形成されることにより、ポンプロータ３１の回転に伴い、ポンプ室３４から吐出ポート６１へのノッチ６２を通じた作動油の流れが促されるため、後述する高圧室４２の急激な圧力変動が防止される。

第１サイドプレート３６には、高圧室４２からポンプロータ３１の背圧室３１ａ（図２参照）へ作動油を導く２つの背圧通路５５が貫通して形成される。背圧通路５５は、カムリング３３の吸込領域５０に対応して円弧状に形成される。これにより、吸込領域５０を通過する背圧室３１ａ（図２参照）には高圧室４２から作動油が導かれるので、吸込領域５０を通過するベーン３２は、背圧室３１ａ内の圧力によりスリット３１ｂから突出し、カムリング３３のカム面３３ａに押圧される。また、第１サイドプレート３６には、背圧室３１ａが連通する円弧溝５６が４つ形成される。

図１に示すように、第２サイドプレート３７は環状部材であり、その中心部には軸方向に貫通し駆動シャフト４が挿通する貫通孔３７ａが形成される。第２サイドプレート３７はベーンポンプ１００の必須の構成ではなく、廃止することが可能である。この場合には、第１サイドプレート３６とモータカバー３ｂが、ポンプロータ３１及びカムリング３３を両側から挟みポンプ室３４を区画する。

カムリング３３と第１サイドプレート３６は、２つの位置決めピン４６によって相対回転が規制される。これにより、カムリング３３の吸込領域５０及び吐出領域６０に対する第１サイドプレート３６の吸込ポート５１及び吐出ポート６１の位置決めが行われる。

位置決めピン４６は、カムリング３３及び第２サイドプレート３７を挿通し、一端側が第１サイドプレート３６に形成された位置決め穴３６ｄに挿入され、他端側がモータカバー３ｂに形成された位置決め穴３ｅに挿入される。このように、カムリング３３、第１サイドプレート３６、及び第２サイドプレート３７は、位置決めピン４６によってモータカバー３ｂに対して位置決めされる。

モータカバー３ｂの中空部３ｄの内周面には、駆動シャフト４の外周面が摺接するシール部材４５が設けられる。シール部材４５によって、ベーンポンプ１００から電動モータ１への作動油の漏れが防止される。

ポンプ収容部４０ａの底面４０ｂには、第１サイドプレート３６の吐出ポート６１に連通する高圧室４２が環状に形成される。高圧室４２は、ポンプ収容部４０ａの底面４０ｂに配置される第１サイドプレート３６によって区画される。高圧室４２は、ポンプハウジング４０の外面に開口して形成される吐出通路４１に連通する。

ポンプハウジング４０には、第１サイドプレート３６の吸込ポート５１に連通する吸込通路（図示省略）も形成される。吸込通路は、作動油が貯留されたタンクに連通する。

電動モータ１の駆動により駆動シャフト４が回転すると、駆動シャフト４に連結されたポンプロータ３１が回転し、それに伴ってカムリング３３内の各ポンプ室３４は、吸込ポート５１を通じて作動油を吸込み、吐出ポート６１を通じて作動油を高圧室４２に吐出する。高圧室４２の作動油は、吐出通路４１を通じてベルト式無段変速機構へ供給される。このように、カムリング３３内の各ポンプ室３４は、ポンプロータ３１の回転に伴う拡縮によって作動油を給排する。

ベーンポンプ１００は、吐出通路４１を通じてベルト式無段変速機構へ供給される作動油の吐出流量を制御するコントローラ７０（図１参照）を備える。ベーンポンプ１００の吐出流量は、ポンプの押しのけ容積とポンプ回転数との積によって決まる。ベーンポンプ１００は固定容量型ポンプであるため、ポンプの押しのけ容積は一定である。つまり、ポンプの押しのけ容積は予め決まっている。したがって、コントローラ７０は、ポンプ回転数、つまり電動モータ１の回転数を制御することによって、ベーンポンプ１００の吐出流量を制御する。具体的には、コントローラ７０は、ベーンポンプ１００の吐出流量がベルト式無段変速機構で必要とされる作動油の必要流量を超えるように電動モータ１の回転数を制御する。ベルト式無段変速機構の必要流量は、各種センサによって検出される信号、主には、アクセル開度や車速、ベルト式無段変速機構内の作動油の油温、ベルト式無段変速機構に供給される作動油の圧力、ベルト式無段変速機構の入力軸及び出力軸回転数、ベルト式無段変速機構の変速比に基づいて演算される。ベルト式無段変速機構の必要流量は、コントローラ７０にて演算してもよいし、ベルト式無段変速機構の駆動を制御するＣＶＴコントローラで演算し、その演算結果をコントローラ７０で受信するようにしてもよい。

コントローラ７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースはコントローラ７０に接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ７０は、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。コントローラ７０は、本実施形態では、ポンプハウジング４０の外表面に設けられる（図１参照）。なお、コントローラ７０は、モータハウジング３の外表面や、モータハウジング３又はポンプハウジング４０の内部に設けてもよいし、ベーンポンプ１００及び電動モータ１とは別に設けてもよい。

ここで、作動油中に気体が含まれている場合には、ベーンポンプ１００の実際の吐出流量は、ポンプの押しのけ容積とポンプ回転数とから算出される流量よりも低下してしまい、ベルト式無段変速機構の必要流量を下回ってしまう。したがって、作動油中に含まれる気体量が多くなると、気体含有に起因する吐出流量の低下を補うため、ポンプ回転数が上昇してしまう。ポンプ回転数の上昇は、騒音の発生やポンプの故障を招く。そこで、作動油中の気体量を把握することができれば、ベーンポンプ１００の安定した運転が可能となる。

図４Ａ及び４Ｂは、駆動シャフト４の回転角度に対するポンプ室３４の圧力変化を示す実験データである。図４Ａは作動油中の気体割合がＡ１％である場合を示し、図４Ｂは作動油中の気体割合がＡ２％である場合を示す。気体割合Ａ１％は、気体割合Ａ２％よりも低い（Ａ１＜Ａ２）。ポンプ回転数は、図４Ａ及び４ＢともＲ２ｒｐｍであり、油温等のその他の条件も図４Ａ及び４Ｂで同一である。図５は、駆動シャフト４の回転角度に対するポンプ室３４の圧力変化を示す実験データであり、作動油中の気体割合がＡ２％である場合におけるポンプ回転数が異なる３つの圧力波形を示している。ポンプ回転数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の大小関係は、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３である。３つの圧力波形は、回転数以外の油温等のその他の条件は同一である。

図４Ａ，４Ｂ，５において、圧力が高い区間は、ノッチ６２及び吐出ポート６１を通じて作動油を吐出する吐出区間θ１であり、圧力が低い区間は、吸込ポート５１を通じて作動油を吸込む吸込区間θ２である。つまり、吐出区間θ１の圧力はポンプ室３４の吐出圧力であり、吸込区間θ２の圧力はポンプ室３４の吸込圧力である。ポンプ室３４が吸込区間θ２から吐出区間θ１へ移行する際には、ポンプ室３４の作動油は一瞬閉じ込められた状態となり、ポンプ室３４が吐出区間θ１のノッチ６２に連通した際に吐出圧力が一気に上昇する。したがって、図４Ａ，４Ｂ，５からわかるように、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際には、吐出圧力が最大となるピーク圧力（図４Ａ，４Ｂ，５のＰｍａｘ）が発生する。以下では、このピーク圧力を「閉じ込み圧力」と称する。

図４Ａと図４Ｂの比較からわかるように、作動油中の気体割合が高い図４Ｂの方が閉じ込み圧力Ｐｍａｘが高くなっている。これは、作動油中の気体割合が高いと、ノッチ６２を通じた作動油の吐出が遅れ、吐出圧力の上昇に遅れが生じ、その分吐出圧力の立ち上がりが大きくなるためである。

また、図５中の３つの圧力波形の比較からわかるように、ポンプ回転数が大きい方が閉じ込み圧力Ｐｍａｘが高くなっている。これは、ポンプ回転数が大きいとポンプ室３４がノッチ６２を通過する時間が短くなり、ノッチ６２を通じた作動油の吐出が遅れ、吐出圧力の上昇に遅れが生じ、その分吐出圧力の立ち上がりが大きくなるためである。

このように、図４Ａ，４Ｂ，５からわかるように、作動油中の気体割合が高い程、また、ポンプ回転数が大きい程、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは大きくなる傾向を示す。このように、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは、作動油中の気体割合及びポンプ回転数と相関関係がある。特に、ノッチ６２は作動油の流れを絞るものであるため、ポンプ室３４がノッチ６２に連通した際の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは、作動油中の気体割合及びポンプ回転数の影響をより受け易い。

本実施形態では、上記相関関係を利用して作動油中の気体量を推定する。以下に、詳細に説明する。

図６に示すように、ポンプロータ３１には、ポンプ室３４の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ７１が設けられる。ポンプロータ３１には、内外周面に開口して径方向に貫通する貫通孔３１ｃが形成される。圧力センサ７１は、貫通孔３１ｃに装着されて固定される。圧力センサ７１は、複数のポンプ室３４のうちベーン３２ａと３２ｂによって区画されたポンプ室３４ａの圧力を検出する（図６では、ベーン３２ａ，３２ｂ以外のベーン３２の図示を省略する）。圧力センサ７１は、その端面がポンプ室３４ａに露出するように設けられるため、ポンプ室３４ａの圧力を精度良く検出することができる。

圧力センサ７１によって検出された圧力信号は、ポンプハウジング４０に設けられたスリップリング７２（図１参照）を介してコントローラ７０へ出力される。圧力センサ７１とスリップリング７２は、配線７３を介して電気的に接続される。配線７３は、ポンプロータ３１の貫通孔３１ｃ（図６参照）、第１サイドプレート３６に形成された貫通孔（図示せず）、及びポンプハウジング４０に形成された貫通孔（図示せず）を挿通する。スリップリング７２は、第１サイドプレート３６に設けるようにしてもよい。

圧力センサ７１は、ベーンポンプ１００の部材のうち回転部材であるポンプロータ３１に設けられる。したがって、圧力センサ７１によって検出される圧力は、ポンプロータ３１の回転に伴うポンプ室３４ａの圧力の時間変化を示すものとなる。圧力センサ７１は、ポンプロータ３１の回転中、所定周期でポンプ室３４ａの圧力を検出し、その検出結果をコントローラ７０へ出力する。

図７に、圧力センサ７１によって検出されたポンプ室３４ａの圧力の時間変化を示す。図７の縦軸は、ポンプ室３４ａの圧力であり、横軸は時間である。図７において、圧力が高い区間は、ノッチ６２及び吐出ポート６１を通じて作動油を吐出する吐出区間θ１であり、圧力が低い区間は、吸込ポート５１を通じて作動油を吸込む吸込区間θ２である。つまり、吐出区間θ１の圧力はポンプ室３４の吐出圧力であり、吸込区間θ２の圧力はポンプ室３４の吸込圧力である。

コントローラ７０は、圧力センサ７１の検出結果に基づいて、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際のポンプ室３４ａの閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力との差圧ΔＰを演算する。具体的には、図７に示すように、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力の平均圧力Ｐａｖｅとの差圧ΔＰを演算する。ポンプ室３４ａの吐出圧力は、ポンプ室３４ａが吐出ポート６１に連通するまでは安定しない。したがって、平均圧力Ｐａｖｅは、ポンプ室３４ａが吐出ポート６１に連通している際の吐出圧力の平均値や、吐出区間θ１のうち吐出圧力が安定しない初期の所定時間を除いた区間の吐出圧力の平均値とするのが好ましい。

また、差圧ΔＰは、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吸込圧力との差であってもよい。このように、差圧ΔＰは、閉じ込み圧力Ｐｍａｘに基づく差圧ΔＰ、つまり閉じ込み圧力Ｐｍａｘの変化量であればよく、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと比較する圧力は限定されない。

差圧ΔＰの演算は、１つの吐出区間θ１の閉じ込み圧力Ｐｍａｘのみでは誤差が大きいおそれがある。そこで、差圧ΔＰとして、複数の吐出区間θ１の閉じ込み圧力Ｐｍａｘについて差圧ΔＰを演算し、その平均値を用いるようにしてもよい。

ベーンポンプ１００は、ポンプ回転数を検出する回転数取得手段としての回転数センサ８２（図１参照）をさらに備える。回転数センサ８２は、駆動シャフト４の回転数を検出することによってポンプ回転数を取得する。回転数センサ８２の検出結果は、コントローラ７０へ出力される。

コントローラ７０は、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力の平均圧力Ｐａｖｅとの差圧ΔＰと、その閉じ込み圧力Ｐｍａｘ発生時に回転数センサ８２によって検出されたポンプ回転数と、を対応付けて記憶する。また、コントローラ７０には、図８に示すマップが予め記憶されている。

図８のマップ中の各線は、作動油中の気体割合毎の、ポンプ回転数と差圧ΔＰとの関係を示す理想線であり、予め実験により求められるものである。図８のマップは、作動油中の気体割合が高い程、また、ポンプ回転数が大きい程、差圧ΔＰが大きくなる特性を有する。これは、上述したように、作動油中の気体割合が高いと、ノッチ６２を通じた作動油の吐出が遅れ、吐出圧力の上昇に遅れが生じ、その分閉じ込み圧力Ｐｍａｘが大きくなるためである。また、ポンプ回転数が大きいと、ポンプ室３４がノッチ６２を通過する時間が短くなり、ノッチ６２を通じた作動油の吐出が遅れ、吐出圧力の上昇に遅れが生じ、その分閉じ込み圧力Ｐｍａｘが大きくなるためである。特に、ノッチ６２は作動油の流れを絞るものであるため、ポンプ室３４がノッチ６２に連通した際の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは、作動油中の気体割合及びポンプ回転数の影響をより受け易く、図８に示すような特性となる。

コントローラ７０は、図８のマップを参照して、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力の平均圧力Ｐａｖｅとの差圧ΔＰと、その閉じ込み圧力Ｐｍａｘ発生時のポンプ回転数とから、作動油中の気体割合を推定する。

図８を参照して具体的に説明すると、図７から閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力の平均圧力Ｐａｖｅとの差圧ΔＰがＰ１と演算され、その閉じ込み圧力Ｐｍａｘ発生時に回転数センサ８２によって検出されたポンプ回転数がＮ１であった場合には、図８のマップを参照することによって、作動油中の気体割合は現状Ａ４％であると推定できる。作動油中の気体割合が推定できれば、作動油中の気体量も推定できる。

なお、作動油中の気体割合を推定するにあたり、閉じ込み圧力Ｐｍａｘに基づく差圧ΔＰを用いることなく、閉じ込み圧力Ｐｍａｘそのものを用いてもよい。つまり、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際のポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘと、その閉じ込み圧力Ｐｍａｘ発生時に回転数センサ８２によって検出されたポンプ回転数と、に基づいて作動油中の気体量を推定するようにしてもよい。その場合には、図８に示すマップは、縦軸が閉じ込み圧力Ｐｍａｘとなり、作動油中の気体割合毎の、ポンプ回転数と閉じ込み圧力Ｐｍａｘとの関係を示すマップとなる。

上述したように、作動油中に含まれる気体量が多くなると、気体含有に起因する吐出流量の低下を補うため、ポンプ回転数が上昇してしまう。ポンプ回転数の上昇は、騒音の発生やポンプの故障を招く。そこで、本実施形態では、以上のようにして推定した作動油中の気体割合を利用してポンプ回転数を制御する。以下に、詳細に説明する。

図９は、作動油中の気体割合毎の、ポンプ回転数とベーンポンプ１００の吐出流量との関係を示す流量特性図であり、予め実験により求められるものである。図９からわかるように、吐出流量はポンプ回転数が所定回転数に達すると、上限に達し減少傾向になる。これは、ポンプ回転数が大きくなると、作動油から泡が発生するためである。また、吐出流量は、作動油中の気体割合が高い程、上限に達するポンプ回転数が小さい。これは、作動油中の気体割合が高い程、泡が発生し易いためである。このように、作動油中の気体割合に応じて、吐出流量が上限に達するポンプ回転数が異なる。図９の流量特性図に基づいて、作動油中の気体割合毎に、吐出流量が上限に達するポンプ回転数を最大限界回転数（ＮＡ３ｍａｘ，ＮＡ４ｍａｘ，ＮＡ５ｍａｘ）に設定する。ポンプ回転数が最大限界回転数を超えると、図８に示すように差圧ΔＰが急激に大きくなり、騒音の発生やポンプの故障を招き、ベーンポンプ１００の安定した運転が困難となる。したがって、コントローラ７０は、ポンプ回転数が最大限界回転数を超えないように、電動モータ１の回転数を制御する。つまり、ポンプ回転数が図９中の最適運転区間内となるように、電動モータ１の回転数を制御する。

最大限界回転数（ＮＡ３ｍａｘ，ＮＡ４ｍａｘ，ＮＡ５ｍａ）は、コントローラ７０のＲＯＭに予め記憶されている。例えば、コントローラ７０は、図８のマップを参照して作動油中の気体割合がＡ４％であると推定した場合には、気体割合Ａ４％に対応する最大限界回転数ＮＡ４ｍａｘを設定し、ポンプ回転数が最大限界回転数ＮＡ４ｍａｘを超えないように電動モータ１の回転数を制御する。これにより、作動油中に気体が含まれる環境下でも、ベーンポンプ１００の安定した運転が可能となる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ベーンポンプ１００では、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際のポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘと、その閉じ込み圧力Ｐｍａｘ発生時に回転数センサ８２によって検出されたポンプ回転数と、に基づいて作動油中の気体量を推定することができる。このように、ポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘとポンプ回転数とから作動油中の気体量を推定することができ、作動油中の気体量を計測する計測器等を設ける必要がない。よって、作動油中の気体量を簡単な方法で検出することができる。

また、ポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは、ポンプロータ３１に設けられた圧力センサ７１の検出結果から得られ、ポンプ回転数を検出する回転数センサ８２は電動ベーンポンプ１０１内に設けられる。したがって、電動ベーンポンプ１０１の外部、つまりベルト式無段変速機構等の油圧機器から信号を受信する必要がないため、作動油中の気体量を検出するシステムを単純なものとすることができる。

また、ベーンポンプ１００では、推定した作動油中の気体割合に基づいて電動モータ１の回転数が制御される。よって、作動油中に気体が含まれる環境下でも、ベーンポンプ１００の安定した運転が可能となる。

また、作動油中の気体割合の推定及び電動モータ１の回転数の制御は、電動ベーンポンプ１０１内で完結する。このように、電動ベーンポンプ１０１のみでベーンポンプ１００の安定運転を実現できる。

また、ポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘを検出する圧力センサ７１及びポンプ回転数を検出する回転数センサ８２は、電動ベーンポンプ１０１内に設けられる。このように、作動油中の気体量を検出するシステムは、電動ベーンポンプ１０１で完結している。したがって、電動ベーンポンプ１０１は、流体中の気体量を検出するセンサとしても用いることができる。

以下に、本実施形態の変形例について説明する。

（１）図８のマップ中の理想線は、作動油の温度や粘性によって変化する。そのため、作動油の温度や粘性毎に複数のマップを用意するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、ポンプ回転数は、回転数センサ８２を用いて取得する場合について説明した。これに代わり、ポンプ回転数は、圧力センサ７１の検出結果に基づいて取得することも可能である。図７を参照して説明すると、本実施形態では、ポンプロータ３１の１回転の間に、ポンプ室３４ａはノッチ６２及び吐出ポート６１を通じた作動油の吐出を２回行う。つまり、３６０度の回転の間に吐出区間θ１が２つ存在する。したがって、図７において、隣り合う吐出区間θ１間の回転角度範囲は１８０度である。ここで、上述したように、作動油中の気体割合が高い場合やポンプ回転数が大きい場合には、ノッチ６２を通じた作動油の吐出が遅れ吐出圧力の上昇に遅れが生じるため、吐出区間θ１の開始角度θ１ｓ（図３参照）は、作動油中の気体割合やポンプ回転数によって吐出区間θ１毎に異なる。しかし、ポンプ室３４ａが吐出ポート６１の回転方向後端部６１ａ（図３参照）を通過して吸込ポート５１に連通するタイミングである吐出区間θ１の終了角度θ１ｆ（図３参照）は、作動油中の気体割合やポンプ回転数に関係なく各吐出区間θ１で略同じとなる。したがって、隣り合う吐出区間θ１の終了角度θ１ｆ間の回転角度範囲は、設計値の１８０度となる。一方、図７から、隣り合う吐出区間θ１の終了角度θ１ｆに対応する時刻Ｔｆ間の時間Ｔ１がわかる。よって、回転角度範囲の設計値１８０度と時間Ｔ１とからポンプ回転数を演算することができる。

このように、圧力センサ７１の検出結果に基づいてポンプ回転数を取得することができるため、回転数センサ８２が不要となる。よって、コストを低減することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ベーンポンプ１００は、駆動源１によって回転駆動されるロータ３１と、ロータ３１に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３２と、ロータ３１を収容すると共にロータ３１の回転に伴って内周面にベーン３２の先端部が摺接するカムリング３３と、ロータ３１、カムリング３３、及び一対の隣り合うベーン３２によって区画されるポンプ室３４と、ロータ３１に設けられポンプ室３４の圧力を検出する圧力検出器７１と、ポンプ回転数を取得する回転数取得手段８２と、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際のポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘと閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数とに基づいて、作動流体中の気体量を推定するコントローラ７０と、を備える。

この構成では、吸込区間θ２から吐出区間θ１に移行した際のポンプ室３４の閉じ込み圧力Ｐｍａｘは作動流体中の気体量の影響を受ける。よって、作動流体中の気体量を簡単な方法で検出することができる。

また、コントローラ７０は、閉じ込み圧力Ｐｍａｘに基づく差圧ΔＰと閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数とに基づいて、作動流体中の気体量を推定する。

また、差圧ΔＰは、閉じ込み圧力Ｐｍａｘと吐出圧力との差である。

これらの構成では、作動流体中の気体量を簡単な方法で検出することができる。

また、ロータ３１及びカムリング３３の一側面に当接して配置されるサイド部材３６と、サイド部材３６に形成され、ポンプ室３４の作動流体を吐出する吐出ポート６１と、サイド部材３６に形成され、ロータ３１の回転方向に向かって開口面積が徐々に大きくなり吐出ポート６１の端部に連通するノッチ６２と、をさらに備え、閉じ込み圧力Ｐｍａｘは、ポンプ室３４がノッチ６２に連通した際の圧力である。

この構成では、閉じ込み圧力Ｐｍａｘとして、ポンプ室３４がノッチ６２に連通した際の圧力を用いるため、作動流体中の気体量を精度良く推定することができる。

また、コントローラ７０は、推定した作動流体中の気体量に基づいて駆動源１の回転数を制御する。

この構成では、作動流体中に気体が含まれる環境下でも、ベーンポンプ１００の安定した運転が可能となる。

また、コントローラ７０は、推定した作動流体中の気体量に基づいてポンプ回転数の最大限界回転数を設定し、ポンプ回転数が最大限界回転数を超えないように駆動源１の回転数を制御する。

この構成では、推定した作動流体中の気体量に基づいて設定される最大限界回転数を超えないように駆動源１の回転数が制御されるため、騒音の発生やポンプの故障を防止することができる。

また、回転数取得手段８２は、圧力検出器７１によって検出された圧力に基づいて得られる隣り合う吐出区間θ１の間の時間Ｔ１と、隣り合う吐出区間θ１の間の回転角度範囲の設計値と、からポンプ回転数を演算する。

この構成では、圧力検出器７１の検出結果に基づいてポンプ回転数を取得することができるため、ポンプ回転数を検出するセンサが不要となる。よって、コストを低減することができる。

また、駆動源は、電動モータ１であり、ロータ３１と電動モータ１は、駆動シャフト４によって同軸的に連結される。

この構成では、ベーンポンプ１００の駆動源が電動モータ１であるため、ベーンポンプ１００の回転数を精度良く制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、自動変速機がベルト式無段変速機構を備える変速機である場合について説明したが、自動変速機は作動油の圧力を利用して作動するものであればどのような形式のものであってもよく、トロイダル式無段変速機構や遊星歯車機構を備えたものであってもよい。

１００，２００・・・ベーンポンプ、１・・・電動モータ（駆動源）、４・・・駆動シャフト、３１・・・ポンプロータ（ロータ）、３３・・・カムリング、３４，３４ａ・・・ポンプ室、３６・・・第１サイドプレート（サイド部材）、６１・・・吐出ポート、６２・・・ノッチ、７０・・・コントローラ、７１・・・圧力センサ（圧力検出器）、７２・・・スリップリング、８２・・・回転数センサ（回転数取得部）

Claims (7)

1. 駆動源によって回転駆動されるロータと、
   前記ロータに対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーンと、
   前記ロータを収容すると共に前記ロータの回転に伴って内周面に前記ベーンの先端部が摺接するカムリングと、
   前記ロータ、前記カムリング、及び一対の隣り合う前記ベーンによって区画されるポンプ室と、
   前記ロータに設けられ前記ポンプ室の圧力を検出する圧力検出器と、
   ポンプ回転数を取得する回転数取得手段と、
   吸込区間から吐出区間に移行した際の前記ポンプ室の閉じ込み圧力と前記閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数とに基づいて、作動流体中の気体量を推定するコントローラと、を備える
   ことを特徴とするベーンポンプ。
2. 請求項１に記載のベーンポンプであって、
   前記コントローラは、前記閉じ込み圧力と前記ポンプ室の吐出圧力又は吸込圧力との差圧と、前記閉じ込み圧力発生時のポンプ回転数と、に基づいて、作動流体中の気体量を推定することを特徴とするベーンポンプ。
3. 請求項１又は２に記載のベーンポンプであって、
   前記ロータ及び前記カムリングの一側面に当接して配置されるサイド部材と、
   前記サイド部材に形成され、前記ポンプ室の作動流体を吐出する吐出ポートと、
   前記サイド部材に形成され、前記ロータの回転方向に向かって開口面積が徐々に大きくなり前記吐出ポートの端部に連通するノッチと、をさらに備え、
   前記閉じ込み圧力は、前記ポンプ室が前記ノッチに連通した際の圧力であることを特徴とするベーンポンプ。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のベーンポンプであって、
   前記コントローラは、推定した作動流体中の気体量に基づいて前記駆動源の回転数を制御することを特徴とするベーンポンプ。
5. 請求項４に記載のベーンポンプであって、
   前記コントローラは、
   推定した作動流体中の気体量に基づいてポンプ回転数の最大限界回転数を設定し、
   ポンプ回転数が前記最大限界回転数を超えないように前記駆動源の回転数を制御する
   ことを特徴とするベーンポンプ。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載のベーンポンプであって、
   前記回転数取得手段は、前記圧力検出器によって検出された圧力に基づいて得られる隣り合う吐出区間の間の時間と、前記隣り合う吐出区間の間の回転角度範囲の設計値と、からポンプ回転数を演算することを特徴とするベーンポンプ。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載のベーンポンプであって、
   前記駆動源は、電動モータであり、
   前記ロータと前記電動モータは、駆動シャフトによって同軸的に連結されることを特徴とするベーンポンプ。

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