JPWO2015049713A1

JPWO2015049713A1 - 電動ポンプ

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Publication number: JPWO2015049713A1
Application number: JP2015540279A
Authority: JP
Inventors: 和晃岡本; 浩忠吉谷
Original assignee: TBK Co Ltd
Current assignee: TBK Co Ltd
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: US20160233814A1; CN105612348A; EP3054160B1; KR20160067845A; EP3054160A4; US9742343B2; EP3054160A1; WO2015049713A1; JP6279596B2; KR102100537B1

Abstract

電動オイルポンプ（１）は、電動モータ（２）と、オイルポンプ（３）とを一体に組み合わせて構成され、電動モータが、モータケーシング（１０）と、モータケーシングの内部に形成されたモータ収容室（１２）に配設されるとともに回転自在に支持された駆動シャフト（４２）と、駆動シャフト上に設けられたロータ（４０）と、モータ収容室内に位置してモータケーシングに取り付けられたステータ（２０）とから構成され、ステータへの通電制御を行って、ロータを介して駆動シャフトを回転駆動させる制御を行う内部コントローラ（４５）を備え、内部コントローラが、駆動シャフトの回転が外部から入力される回転指令に応じた回転となるようにステータへの通電制御を行う通常モードと、通常モードにより通電制御を行うときのステータの発熱効率よりも高い発熱効率でステータを発熱させるようにステータへの通電制御を行う発熱モードとを備える。

Description

本発明は、ロータとステータとが非接触で回転駆動される形式の電動モータと液体ポンプとを一体に組み合わせて構成される電動ポンプに関する。

このような電動ポンプとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この電動ポンプは、キャン（仕切り部材）２の内部にロータ５を収容し、このキャン２の外側にステータコア部８およびステータコイル９（ステータ）を配設して構成されている。キャン２は液体ポンプにより吸入、吐出される液体が駆動軸とケースとの隙間を通って電動モータの内部に侵入ないようにするために設けられており、この電動ポンプはキャンドポンプと称される。

特開２００１−２８０２８４号公報

電動ポンプのロータには例えば永久磁石が設けられており、これによりロータは、ステータコイルからの電磁力を受けて回転するようになっている。しかし、ロータは、キャン内に漏れ出た液体内に浸されているので、液体温度が低いと液体粘度が高くなり液体粘性による駆動抵抗がロータの回転駆動力よりも大きくなると、ステータコイルへの通電制御に応じてロータを回転駆動させることが困難になる場合があるという課題があった。なお、例えば液体を昇温させるための加熱ヒータを別途電動ポンプに設けるという方法も考えられるが、この方法を採用した場合には、加熱ヒータの分だけ電動ポンプが大型化したり製造コストが増大するという問題が新たに発生する。

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても駆動させることができる電動ポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る電動ポンプ（例えば、実施形態における電動オイルポンプ１）は、ブラシレス形式の電動モータと、前記電動モータにより回転駆動される液体ポンプ（例えば、実施形態におけるオイルポンプ３）とを一体に組み合わせて構成される電動ポンプであって、前記電動モータが、モータケース（例えば、実施形態におけるモータケーシング１０）と、前記モータケースの内部に形成されたケース内部空間（例えば、実施形態におけるモータ収容室１２）に配設されるとともに前記モータケースにより回転自在に支持されたモータ駆動軸（例えば、実施形態における駆動シャフト４２）と、前記モータ駆動軸上に設けられたロータと、前記ロータを円周方向外方から囲んで対向するように前記ケース内部空間内に位置して前記モータケースに取り付けられたステータとから構成され、前記ステータへの通電制御を行って、前記ロータを介して前記モータ駆動軸を回転駆動させる制御を行う通電制御手段（例えば、実施形態における内部コントローラ４５）を備え、前記通電制御手段が、前記モータ駆動軸の回転が外部から入力される回転指令に応じた回転となるように前記ステータへの通電制御を行う通常制御モード（例えば、実施形態における通常モードＵ）と、前記通常制御モードにより通電制御を行うときの前記ステータの発熱効率よりも高い発熱効率で前記ステータを発熱させるように前記ステータへの通電制御を行う発熱制御モード（例えば、実施形態における発熱モードＨ）とを備えることを特徴とする。

上述の電動ポンプにおいて、前記ロータは、前記ステータと対向する表面に永久磁石を備えて構成され、前記ステータは、ステータコイルを備えて構成され、前記通電制御手段は、前記ステータコイルへの通電制御を行うように構成されており、前記発熱制御モードは、前記ステータコイルの抵抗をＲ、前記ステータコイルのインダクタンスをＬ、前記ステータコイルに印加される電圧の周波数をｆ、前記ステータコイルに印加される電圧の実効値をＶ_ＲＭＳ、前記ステータコイルに流すことができる最大の電流をＩ_Ｍａｘとしたとき、式

を満たす電圧の周波数ｆのうちで、略最小の電圧の周波数ｆとなるように前記ステータコイルへの通電制御を行うモードであることが好ましい。

なお、前記液体ポンプを回転駆動させることにより前記液体ポンプから供給される液体の温度を検出する温度検出器を備え、前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度（例えば、実施形態における基準温度Ｔ_Ｌ）よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うことが好ましい。

また、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出器（例えば、実施形態における回転位置検出器４４）を備え、前記通電制御手段は、所定の通電パターンで前記ステータに通電させる制御を行って、前記ロータを前記通常制御モードによる通電制御が可能な回転状態にする起動制御モード（例えば、実施形態における起動モードＫ）をさらに備えており、前記通電制御手段は、前記起動制御モードによる通電制御を行ったときに前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度（例えば、実施形態における基準回転速度Ｒ_０）よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うことも好ましい。

さらに、前記電動モータが、前記ロータと前記ステータとが対向する間を延び、前記ケース内部空間を前記モータ駆動軸および前記ロータが配設されるロータ側空間と前記ステータが配設されるステータ側空間とに仕切る仕切り部材（例えば、実施形態における仕切りケース３０）を備えて構成されることが好ましい。

本発明に係る電動ポンプにおいては、ステータへの通電制御を行う通電制御手段が、回転指令に応じた回転となるようにステータへの通電制御を行う通常制御モードと、通常制御モードにより通電制御を行うときのステータの発熱効率よりも高い発熱効率でステータを発熱させる発熱制御モードとを備える。このため、液体温度が低く液体粘性による駆動抵抗がロータの回転駆動力よりも大きい場合に発熱制御モードによる通電制御を行えば、ステータで効率良く発生させた熱により電動モータ内の液体を昇温させて粘度（液体粘性による駆動抵抗）を低下させることができる。よって、加熱ヒータ等を追加して装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても電動ポンプを駆動させることができる。

本発明を適用した電動オイルポンプを示す断面図である。上記電動オイルポンプに用いられる電動モータを、図１中のＩＩ−ＩＩに沿って示す断面図である。上記電動オイルポンプに用いられるオイルポンプを、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って示す断面図である。駆動制御装置の構成を示すブロック図である。駆動制御装置による駆動制御を示すフローチャートである。駆動制御装置による変形例に係る駆動制御を示すフローチャートである。駆動制御装置による変形例に係る駆動制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に本発明を適用した一例としての電動オイルポンプ１の断面図を示しており、まず、この図１を参照しながら、電動オイルポンプ１の全体構成について説明する。なお、以下に説明する実施形態では、説明の便宜のために各図に付記する矢印で前後、左右（図１では矢印を示していないが、紙面に垂直な方向）および上下を定義して説明を行う。また、本実施形態では、車両に設けられたタンク（例えば、エンジンオイルパン）に貯留された潤滑油を吸い込んで、エンジン各部に繋がる潤滑油路に吐出する電動オイルポンプ１を例示している。

電動オイルポンプ１は、回転駆動力を出力する交流型の電動モータ２と、電動モータ２により駆動されて、吸い込んだ潤滑油を潤滑油路に吐出するオイルポンプ３と、電動モータ２の駆動制御を行う駆動制御装置５とを備えて構成される。

電動モータ２は、中心軸が前後に延びる略円筒状のモータ収容室１２を有するモータケーシング１０と、モータケーシング１０のモータ収容室１２内に内周面に沿って配設されたステータ２０と、略有底円筒状のロータ収容室３１を有しステータ２０の内周に配設された仕切りケース３０と、仕切りケース３０のロータ収容室３１内に回転自在に配設されたロータ４０とを備えて構成される。

モータケーシング１０は、後方に開口する有底円筒状の空間が形成されたメインモータケース１１と、このメインモータケース１１の後部に有底円筒状の空間を覆って組み付けられたサブモータケース８０とから構成される。このようにサブモータケース８０により覆われたメインモータケース１１の有底円筒状の空間により上記モータ収容室１２が形成される。なお、サブモータケース８０は、後述するポンプカバー９０が後部に組み付けられて、ギヤ配設室８１を有するポンプケーシング７０を構成する。このことから分かるように、サブモータケース８０は、モータケーシング１０およびポンプケーシング７０に兼用されるものである。

メインモータケース１１は、非磁性体材料を用いて形成され、ステータ２０やロータ４０で発生する磁力に与える影響を抑えることができるようになっている。

図２は図１中のＩＩ−ＩＩ部分の断面を示しており、この図２から分かるように、ステータ２０は、メインモータケース１１の内周面に接合されて取り付けられ、断面視略楕円形となって径方向内側に延びる複数のステータコア２１と、ステータコア２１を囲んで設けられたステータコイル２２とを備えて構成される。メインモータケース１１の内周面に６つのステータコア２１が周方向に沿って等間隔に並ぶように形成されており、それぞれのステータコア２１にステータコイル２２が設けられている。ステータコア２１は、断面視略矩形や断面視略円形となって径方向内側に延びる構成でも良く、メインモータケース１１と一体に形成された構成でも良い。

仕切りケース３０は後部が開口する有底円筒形状であり、前部中央（底部中央）に円筒状の前側シャフト支持部３２を有する。仕切りケース３０は非磁性体材料を用いて形成され、ステータ２０やロータ４０で発生する磁力に与える影響を抑える構成、すなわち、ステータ２０からロータ４０への電磁力伝達を妨げない構成になっている。仕切りケース３０の底部中央に形成された前側シャフト支持部３２において、後述する駆動シャフト４２を回転自在に支持する。仕切りケース３０は、その後端部がサブモータケース８０の前面に形成されたリング状凸部に嵌合接合してサブモータケース８０に取り付けられて、仕切りケース３０の内周側の空間からなるロータ収容室３１がその外側空間と液密状態で仕切られる。すなわち、上記モータ収容室１２が仕切りケース３０により仕切られて、外周側空間（ステータ側空間と称する）と内周側空間（ロータ収容室３１であるが、これをロータ側空間とも称する）とが液密状態で区画形成される。

ロータ４０は、円筒状に形成されてその中心軸が前後に延びるように配置されたロータコア４１と、略矩形平板状に形成されてロータコア４１の外周部に取り付けられた複数の永久磁石４３とから構成される。このロータ４０には、ロータコア４１の中心部に前後に駆動シャフト４２が挿入されて取り付けられている。図２に示すように、４つの永久磁石４３をロータコア４１の周方向に沿って等間隔に並ぶように取り付けている。これらの永久磁石４３は、径方向外面の磁極（Ｓ極またはＮ極）が隣り合う永久磁石４３同士間で異なるように配設されている。このロータ４０は、駆動シャフト４２の前部が前側シャフト支持部３２に、後部が後述するサブモータケース８０の後側シャフト支持部８３にそれぞれ回転自在に支持されて、回転軸Ｃを回転中心としてロータコア４１、駆動シャフト４２および永久磁石４３が一体回転するようになっている。

駆動制御装置５は、図１に示すように、メインモータケース１１の底部と仕切りケース３０の底部との間に配設された回転位置検出器４４と、メインモータケース１１の底部の前側に配設された内部コントローラ４５と、内部コントローラ４５と同様にメインモータケース１１の底部の前側に配設された温度検出器４６とを備えて構成される。回転位置検出器４４は、例えばホール素子を用いて構成され、ロータ４０（永久磁石４３）の磁極および磁界強度を検出し、この検出結果に対応した検出信号を内部コントローラ４５に出力する。温度検出器４６は、電動モータ２（メインモータケース１１）の温度を検出し、この検出結果に対応した検出信号を内部コントローラ４５に出力する。

内部コントローラ４５は、図４に示すように、電動モータ２の駆動制御に関するプログラム情報を記憶するメモリ４５ａと、メモリ４５ａに記憶されたプログラム情報を読み出して実行するＣＰＵ４５ｂとを備えて構成される。メモリ４５ａには、電動モータ２を起動させる際にＣＰＵ４５ｂにより読み出されて実行される起動モードＫに関するプログラム情報、および起動後にＣＰＵ４５ｂにより読み出されて実行される通常モードＵに関するプログラム情報等が記憶されている。そして、ＣＰＵ４５ｂは、回転位置検出器４４および温度検出器４６から送られる検出信号に対応したプログラム情報をメモリ４５ａから読み出し、その読み出したプログラム情報（プログラム）を上記検出信号に基づいて実行し、その実行結果に基づいてステータコイル２２への通電制御を行って電動モータ２の駆動制御を行う。

なお、この電動オイルポンプ１が搭載された車両には、エンジンや電動オイルポンプ１等を統括的に制御する外部コントローラ１００が設けられており、この外部コントローラ１００から内部コントローラ４５に、電動オイルポンプ１に対する回転要求としての回転信号が出力される。なお、この電動モータ２は同期モータ、または、インナーロータ型のブラシレスモータとも称される。

オイルポンプ３は、図１および図３に示すように、互いに平行な回転軸を中心として回転自在に設けられて外接噛合する駆動ギヤ５０および従動ギヤ６０と、駆動ギヤ５０および従動ギヤ６０を収容保持するポンプケーシング７０とから構成された外接噛合型ギヤポンプである。ポンプケーシング７０は、前述のサブモータケース８０と、その後面に接合されて取り付けられたポンプカバー９０とから構成される。サブモータケース８０には、両ギヤ５０，６０が歯先および前後側面を摺接させた状態で収容保持されるギヤ配設室８１が後方に開口して形成されている。ポンプカバー９０は、このギヤ配設室８１を閉塞するようにセットボルト４によりネジ締結されてサブモータケース８０（電動モータ２）に取り付けられている。

駆動ギヤ５０は、前述したロータ４０を構成する駆動シャフト４２の後端部上に連結支持されており、ロータ４０の回転に伴って駆動シャフト４２と一体となって回転する。従動ギヤ６０は、駆動シャフト４２に平行に延びて配設される従動シャフト８２上に連結支持されており、駆動ギヤ５０の回転に応じて従動シャフト８２と一体となって従動回転する。

サブモータケース８０には、図３に示すように、駆動ギヤ５０の歯先を摺接させる平面視円弧状の駆動側仕切面を有した駆動側仕切り部８７と、従動ギヤ６０の歯先を摺接させる平面視円弧状の従動側仕切面を有した従動側仕切り部８８とが形成されている。ポンプケーシング７０内部に形成されたギヤ配設室８１は、両ギヤ５０，６０、駆動側仕切り部８７および従動側仕切り部８８により区画され、両ギヤ５０，６０左側が吸入室８４、右側が吐出室８５となっている。ポンプカバー９０には、サブモータケース８０に取り付けられた状態で吸入室８４に連通する吸入口９１と、吐出室８５に連通する吐出口９２とが形成されている。さらに、サブモータケース８０には、吸入室８４をロータ収容室３１に連通させる連通孔８９（図１および図３参照）が形成されている。なお、図３におけるＩ−Ｉ部分の断面を、図１で示している。

このように構成されるオイルポンプ３においては、両ギヤ５０，６０が回転されると、吸入室８４に作用する負圧によりタンクから吸入口９１を介して吸入室８４に潤滑油が吸い込まれる。このようにして吸入室８４に吸い込まれた潤滑油は、両ギヤ５０，６０の歯溝に入り込み、この状態で両ギヤ５０，６０の回転移動により吐出室８５に移送された後、吐出室８５から吐出口９２を介して潤滑油路に吐出される。

以上ここまでは、電動オイルポンプ１の全体構成について説明した。ところで、供給媒体である潤滑油は、その温度が低くなるに従って粘度が高くなるので、特に低温環境において電動オイルポンプ１を使用する場合、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ２の駆動力よりも大きくなり、電動モータ２の駆動制御に応じてオイルポンプ３を回転駆動させることが困難になることがある。このため、本発明に係る電動オイルポンプ１においては、上述した起動モードＫおよび通常モードＵに加えて、ステータコイル２２を効率良く発熱させる通電制御を行う発熱モードＨに関するプログラム情報を、内部コントローラ４５のメモリ４５ａに記憶している（図４参照）。また、潤滑油の粘性によりオイルポンプ３の回転駆動に支障が生じるか否かを判断するための基準温度Ｔ_Ｌ、および電動モータ２が起動状態であるか否かを判断するための基準回転速度Ｒ_０等の情報も、内部コントローラ４５のメモリ４５ａに記憶している。

ここで、基準温度Ｔ_Ｌおよび基準回転速度Ｒ_０について説明する。基準温度Ｔ_Ｌは、潤滑油が基準温度Ｔ_Ｌ以上であれば電動モータ２の駆動制御に応じてオイルポンプ３を回転駆動させることでき、一方、潤滑油が基準温度Ｔ_Ｌ未満であれば電動モータ２の駆動制御に応じてオイルポンプ３を回転駆動させることが困難となる温度である。基準回転速度Ｒ_０は、通常モードＵによる通電制御が可能な回転状態でのロータ４０の回転速度である。

次に、駆動制御装置５による電動オイルポンプ１の駆動制御について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、潤滑油の粘性が低くオイルポンプ３の回転駆動に支障とならない状態、すなわち、メインモータケース１１（潤滑油）の温度が基準温度Ｔ_Ｌよりも高い状態で、電動オイルポンプ１が使用される場合について説明する。

図５に示すステップＳ１０において、内部コントローラ４５は、外部コントローラ１００から送られる回転信号の入力の有無を判断する。電動オイルポンプ１に対する回転要求がなく回転信号の入力がない場合にはこのフローは終了し、一方、回転要求に応じた回転信号の入力がある場合にはステップＳ２０に進む。ステップＳ２０に進むと、内部コントローラ４５は、温度検出器４６から送られる検出結果（メインモータケース１１の温度に対応した検出結果）を入力してメインモータケース１１の温度（検出温度Ｔ）を算出し、これを記憶してステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０は、通電制御に応じて支障なく電動モータ２を回転駆動させることができるか否かを検出温度Ｔに基づいて判断するステップであり、ＣＰＵ４５ｂはメモリ４５ａに記憶された基準温度Ｔ_Ｌを読み出し、これをステップＳ２０で記憶した検出温度Ｔ（メインモータケース１１の温度）と比較する。ここでは、メインモータケース１１の温度が基準温度Ｔ_Ｌよりも高い状態であるので、このステップＳ３０において検出温度Ｔ＞基準温度Ｔ_Ｌと判断することとなり、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０に進むと、内部コントローラ４５は、回転位置検出器４４から送られる検出結果を入力してロータ４０の回転速度Ｒを算出し、これを記憶してステップＳ５０に進む。ステップＳ５０において、内部コントローラ４５は、メモリ４５ａに記憶された基準回転速度Ｒ_０を読み出し、これをステップＳ４０で記憶したロータ４０の回転速度Ｒと比較する。比較の結果、回転速度Ｒ＜基準回転速度Ｒ_０、すなわち、ロータ４０の回転速度Ｒが基準回転速度Ｒ_０未満であって電動モータ２が起動していない場合もしくは起動中である場合には、回転信号に応じた回転制御（通常モード）を実行する前にステップＳ５１に進み、電動モータ２を起動させる制御（起動モードＫでの制御）を行う。

ステップＳ５１に進むと、ＣＰＵ４５ｂは、メモリ４５ａに記憶された起動モードＫを読み出し、ステータコイル２２に対してオープン制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器４４から送られる検出信号をフィードバックさせることなくステータコイル２２に通電制御を行う。具体的には、図２に示す６つのステータコイル２２を、対向するステータコイル２２同士を１つの組として全体を３つの組に分け、組毎に、ロータ４０を回転させようとする方向に順番にオープン制御による通電制御を行う。この通電制御により、ロータ４０はステータコイル２２からの電磁力が作用する方向に連れ回りする回転力を受ける。このとき、メインモータケース１１の温度、つまり、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌよりも高い状態であるのため、この回転力を受けてロータ４０が徐々に連れ回りを始める。連れ回るロータ４０の回転速度Ｒが基準回転速度Ｒ_０未満の状態では、ステップＳ５０からステップＳ５１に進んで、起動モードＫでの制御を繰り返して実行する。このようにして連れ回りするときのロータ４０の回転が回転位置検出器４４により検出され、内部コントローラ４５は回転位置検出器４４での検出結果に基づいてロータ４０の回転速度を検出する。なお、この起動モードＫによる制御では、以下に説明する通常モードＵでの制御ができる回転状態にまでロータ４０の回転速度を上昇させる制御を行う。

このように、ステップＳ５１で規定する起動モードＫでの制御を繰り返して実行すると、ロータ４０の回転速度が徐々に上昇する。そして、ロータ４０の回転速度Ｒが基準回転速度Ｒ_０を超えるまで上昇すると、ステップＳ５０において、回転速度Ｒ＞基準回転速度Ｒ_０と判断してステップＳ５２に進む。ステップＳ５０からステップＳ５２に進むと、ＣＰＵ４５ｂは、メモリ４５ａに記憶された通常モードＵを読み出し、ステータコイル２２に対してフィードバック制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器４４から送られる検出信号（ロータ４０の回転速度）をフィードバックさせながらステータコイル２２に通電制御を行う。具体的には、外部コントローラ１００から送られる回転信号に対応する回転速度（指令速度）と、回転位置検出器４４から送られる検出信号に対応するロータ４０の回転速度（実速度）とを比較し、実速度が指令速度となるようにステータコイル２２に通電制御を行う。

この通常モードＵに基づいた通電制御により、通電制御に応じた向きにロータ４０が回転駆動されて駆動シャフト４２が回転駆動されると、両ギヤ５０，６０が噛合しながら回転されて吸入室８４に負圧が作用し、この負圧によりタンクに貯留された潤滑油が吸入口９１を通って吸入室８４内に吸い込まれる。この吸い込まれた潤滑油は、両ギヤ５０，６０の歯溝に入り込んで閉じ込められた状態で、両ギヤ５０，６０の回転によって吐出室８５に送られる。このようにして、吸入室８４から吐出室８５に送られた潤滑油は、吐出室８５から吐出口９２を通ってエンジンに形成された潤滑油路に吐出されてエンジン各部の潤滑を行った後、タンクに戻される。

以上のように、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌ以上で潤滑油の粘度がオイルポンプ３の回転駆動に支障とならない程度まで低い場合には、起動モードＫおよび通常モードＵによる通電制御に応じて、オイルポンプ３を回転駆動させることができる。ところが、特に低温環境で使用する場合であって、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌ未満で潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ２の駆動力よりも大きい場合には、起動モードＫおよび通常モードＵによる通電制御に応じてオイルポンプ３を回転駆動させることが困難になることがある。

このような場合における駆動制御装置５による電動オイルポンプ１の駆動制御について、再び図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下においては、上述した、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌ以上で潤滑油の粘度がオイルポンプ３の回転駆動に支障とならない程度まで低い場合と重複する説明を省略し、特徴的な駆動制御を中心に説明する。

ステップＳ１０からステップＳ２０に進むと、内部コントローラ４５は検出温度Ｔ（メインモータケース１１の温度）を記憶してステップＳ３０に進むが、このとき記憶される検出温度Ｔは環境温度を反映した温度であって、基準温度Ｔ_Ｌよりも低い温度（検出温度Ｔ＜基準温度Ｔ_Ｌ）である。よって、この状態のまま起動モードＫや通常モードＵによる通電制御を行っても、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ２の駆動力よりも大きいため、オイルポンプ３を回転駆動させることが困難である。

このような検出温度Ｔを記憶した場合、起動モードＫや通常モードＵによる通電制御を行う前に、潤滑油の温度を上昇させることによって電動モータ２の回転駆動の支障とならない程度まで潤滑油の粘度を低下させるため、ステップＳ３０からステップＳ３１に進む。ステップＳ３１に進むと、ＣＰＵ４５ｂは、メモリ４５ａに記憶された発熱モードＨを読み出し、ステータコイル２２に対してオープン制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器４４から送られる検出信号をフィードバックさせることなくステータコイル２２に通電制御を行う。例えば、６つのステータコイル２２のうちの３つに対して、ロータ４０を回転させる電磁力を発生させるように通電制御を行うと同時に、残りの３つに対して、そのロータ４０の回転を阻止する電磁力を発生させるように通電制御を行って、ロータ４０を回転させないようにステータコイル２２に通電させる。このように通電制御を行えば、ロータ４０が回転しない分だけ、効率良くステータコイル２２を発熱させることができる。

ここで、発熱モードＨに基づいた通電制御について詳しく説明する。まず、ステータコイル２２の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、印加する電圧の周波数をｆとすると、電動モータ２のインピーダンスＺは以下の式（１）で表される。

また、ステータコイル２２に流れる電流の実効値Ｉ_ＲＭＳは、ステータコイル２２に印加される電圧の実効値をＶ_ＲＭＳとすると、以下の式（２）で表される。

有効電力（熱量）Ｐは、式（２）で示した電流の実効値Ｉ_ＲＭＳを用いて、以下の式（３）のように表される。

この式（３）から分かるように、｜Ｚ｜を小さくすればそれに応じて有効電力Ｐ、すなわち、ステータコイル２２の発熱量を増大させることができる。なお、式（１）より、｜Ｚ｜は以下の式（４）で表される。

式（４）を参照すると、Ｒはステータコイル２２の抵抗で一定のため、２πｆ、すなわち、周波数ｆを小さくすれば｜Ｚ｜を小さくでき、それに応じて有効電力Ｐ（ステータコイル２２の発熱量）を増大させることができることが分かる。

一方、電動モータ２および制御基板（内部コントローラ４５が実装される基板）に流すことができる最大の電流をＩ_Ｍａｘとすると、実効値Ｉ_ＲＭＳの最大値とＩ_Ｍａｘとの関係は以下の式（５）のように表される。

式（２）および式（５）より、以下の式（６）が成立する範囲内において周波数ｆを小さくした通電制御を行うことにより、ステータコイル２２を効率良く発熱させることができる。

式（６）を変形すると以下の式（７）が得られ、この式（７）は上記の式（４）を用いて以下の式（８）のように表される。そして、式（８）を変形することによって以下の式（９）が得られる。そこで、この発熱モードＨにおいては、式（９）を満たす最小の周波数ｆとなるように電圧印加制御を行って、起動モードＫおよび通常モードＵによる通電制御を行うときよりも高い発熱効率でステータコイル２２を発熱させる。

検出温度Ｔが基準温度Ｔ_Ｌを超えるまで、ステップＳ３０からステップＳ３１に進んで発熱モードＨに基づいた通電制御が繰り返して実行され、ステータコイル２２が発熱する。このステータコイル２２で発生した熱が、仕切りケース３０を介してロータ収容室３１内の潤滑油に伝達されて潤滑油の温度を上昇させる。ここで、メインモータケース１１の熱容量は潤滑油の熱容量よりも小さいため、メインモータケース１１の温度は潤滑油の温度とほぼ等しくなる、すなわち、潤滑油の温度が上昇するとそれに伴ってメインモータケース１１の温度も上昇する。このため、温度検出器４６によりメインモータケース１１の温度上昇を検出することにより、潤滑油の温度上昇を検出することができる。よって、内部コントローラ４５は、温度検出器４６から送られる検出結果に基づいて潤滑油の温度上昇を検出でき、検出温度Ｔが基準温度Ｔ_Ｌを超えたことを検出するとステップＳ３０からステップＳ４０に進む。これ以降は、ロータ４０の回転速度Ｒが基準回転速度Ｒ_０を超えるまで起動モードＫを実行した後（ステップＳ５１）、通常モードＵに切り換えて駆動制御を行う（ステップＳ５２）。なお、仕切りケース３０を熱伝導性の良い材料を用いて形成すれば、ステータコイル２２で発生した熱を効率良くロータ収容室３１内の潤滑油に伝達することができて、潤滑油の昇温効率を高めることができる。

このように、発熱モードＨによる通電制御を行って潤滑油の温度を上昇させた後は、起動モードＫおよび通常モードＵによる通電制御を行うことによってもステータコイル２２が発熱するため、潤滑油の温度をある程度高い状態に維持できる。以上説明したように、電動オイルポンプ１は、発熱モードＨに基づいて構成部品であるステータコイル２２に効率良く発熱させるように通電制御を行って、潤滑油を昇温させることにより潤滑油の粘度を低下させることができる。このため、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ２の駆動力よりも大きい場合であっても、確実に始動させることができる。

上述の実施形態においては、図５に示すように、検出温度Ｔが基準温度Ｔ_Ｌよりも低い場合に、検出温度Ｔが基準温度Ｔ_Ｌを超えるまで発熱モードＨを繰り返して実行する駆動制御について説明したが、これに代えて図６のフローチャートに示す駆動制御も可能である。以下、図６に示すフローチャートについて、図５に示すフローチャートと異なる部分を中心に説明する。なお、図５に示すステップと同一内容を示すステップには、同一番号を付している。

図６に示すフローチャートにおいては、ステップＳ３０において検出温度Ｔ＜基準温度Ｔ_Ｌと判断してステップＳ３１に進んだ場合、発熱モードＨを実行してステップＳ３２に進む。ここで、メモリ４５ａに所定時間Ｔ_Ｈが記憶されており、ステップＳ３２においてＣＰＵ４５ｂはこの所定時間Ｔ_Ｈを読み出して、これをステップＳ３１における発熱モードＨの累積実行時間と比較する。この所定時間Ｔ_Ｈは、発熱モードＨを繰り返して実行すれば、潤滑油を確実に基準温度Ｔ_Ｌを超えるまで昇温させることができる時間であって、実験的に測定して潤滑油の温度に応じて設定されている。すなわち、所定時間Ｔ_Ｈは、潤滑油の温度が低い程長くなるように、潤滑油の温度に応じて設定されている。このため、ステップＳ３０からステップＳ３１に進んだ場合、検出温度Ｔに応じた所定時間Ｔ_Ｈが経過するまで繰り返して発熱モードＨを実行して、潤滑油を基準温度Ｔ_Ｌを超えるまで確実に昇温させることができる。

上述の実施形態（図５および図６）では、温度検出器４６によりメインモータケース１１の温度を検出することで潤滑油の温度を検出し、この検出結果に基いて電動モータ２の駆動制御を行う構成を例示して説明したが、この構成に代えて、温度検出器４６によりロータ収容室３１内の潤滑油の温度を直接検出して駆動制御を行うようにしても良い。

上述の実施形態では、図５および図６に示すように、温度検出器４６から送られる検出信号を基にして行う駆動制御について説明したが、例えば図７に示すように、温度検出器４６を用いることなく駆動制御を行うことも可能である。以下、図７に示す駆動制御について説明する。なお、図５に示すステップと同一内容を示すステップには、対応する図５の番号を括弧で示している。また、図５および図６の説明と重複する説明は省略し、図５および図６と異なる部分を中心に説明する。

図７に示す駆動制御においては、ステップＳ１５０において通常モードＵを実行するとともに通常モード実行有フラグを立て、ステップＳ１１０において外部コントローラ１００からの回転信号の入力無しと判断するまで、通常モード実行有フラグを維持する。この通常モード実行有フラグが立てられているか否かをステップＳ１２０で判断するが、このフローを最初に実行するときには通常モード実行有フラグが立っていないので、ステップＳ１２１に進んで駆動モードＫを実行する。ここで、メモリ４５ａに所定時間Ｔ_Ｋが記憶されており、ステップＳ１２２においてＣＰＵ４５ｂはこの所定時間Ｔ_Ｋを読み出し、これをステップＳ１２１における駆動モードＫの累積実行時間と比較する。この所定時間Ｔ_Ｋは、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌより高い所定の温度の場合に、起動モードＫを繰り返して実行すれば、ロータ４０を所定回転速度Ｒ_０よりも高速で回転させることができる時間であって、実験的に測定して設定されている。

このため、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌより高い場合には、所定時間Ｔ_Ｋだけ繰り返してステップＳ１２１（起動モードＫ）を実行すれば、ロータ４０を所定回転速度Ｒ_０よりも高速で回転させることができる。この場合には、ステップＳ１２１を所定時間Ｔ_Ｋだけ繰り返して実行した後、ステップＳ１３０からステップＳ１４０に進んで回転速度Ｒ＞基準回転速度Ｒ_０と判断して、ステップＳ１５０（通常モードＵ）に進む。

一方、潤滑油の温度が基準温度Ｔ_Ｌより低い場合には、潤滑油の粘性による駆動抵抗が大きいため、所定時間Ｔ_Ｋだけ繰り返してステップＳ１２１を実行しても、所定回転速度Ｒ_０を超える回転速度Ｒが検出されない。この場合、ステップＳ１２１を所定時間Ｔ_Ｋだけ繰り返して実行した後、ステップＳ１３０からステップＳ１４０進んで回転速度Ｒ＜基準回転速度Ｒ_０か否かの判断を行う。このときには、回転速度Ｒ＜基準回転速度Ｒ_０と判断されるので、ステップＳ１４１（発熱モードＨ）に進む。ステップＳ１４１に進むと、ステップＳ１４２において所定時間Ｔ_Ｈが経過したと判断するまで繰り返して発熱モードＨを実行した後ステップＳ１２１に戻り、再び所定時間Ｔ_Ｋが経過するまで繰り返して起動モードＫが実行される。

このステップＳ１４２において、温度検出器４６を使用しないため潤滑油の温度に応じた所定時間Ｔ_Ｈが設定されないが、もし所定時間Ｔ_Ｈが不足している場合、すなわち、潤滑油の昇温が不十分な場合には、ステップＳ１２１に戻って起動モードＫを実行した後、再びステップＳ１４１を実行することになるので問題はない。このように発熱モードＨを繰り返して実行することにより潤滑油が昇温されて、ステップＳ１３０で検出されるロータ４０の回転速度Ｒ（ここでは、起動モードＫを実行したときの回転速度Ｒ）が上昇する。そして、回転速度Ｒが基準回転速度Ｒ_０を超えたとき、この回転速度Ｒに対応する検出信号を受けてステップＳ１４０において回転速度Ｒ＞基準回転速度Ｒ_０と判断されるので、ステップＳ１５０（通常モードＵ）に進む。

ステップＳ１５０に進むと、通常モードＵに基づいた通電制御を実行するとともに、通常モード実行有フラグを立てる。このため、これ以降は、ステップＳ１１０に戻ってステップＳ１２０に進んだときに、通常モード実行有フラグが立っていると判断されるので、ステップＳ１５０に進んで通常モードＵを実行する。

上述の実施形態においては、交流型の電動モータ２のステータコイル２２に対して発熱モードＨによる通電制御を行うときに、式（９）を満たす最小の周波数ｆとなるように電圧印加制御を行う構成を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、交流型の電動モータ２に代えて直流型の電動モータを用い、この直流型の電動モータのステータコイルに対して発熱モードＨによる通電制御を行うときに、通常モードＵのときの供給電流よりも大きな供給電流を流す通電制御を行って、通常モードＵの場合よりも高い発熱効率でステータコイルを発熱させるようにしても良い。

上述の実施形態においては、オープン制御によりステータコイル２２を効率良く発熱させる発熱モードＨについて説明したが、オープン制御に代えて、例えばフィードバック制御により、ロータ４０を回転させないようにステータコイル２２に通電制御を行って、ステータコイル２２を効率良く発熱させるようにしても良い。例えばステータコイル２２に発生する電磁力と永久磁石４３における磁力との間で生じる反発力および吸着力を、ロータ４０の回転を阻止するように作用させる通電制御を行う。

上述の実施形態においては、外接噛合型ギヤポンプからなるオイルポンプ３を用いて構成される電動オイルポンプ１に本発明を適用した例について説明したが、他の形態のオイルポンプを用いて構成される電動オイルポンプにも本発明を適用可能である。例えば内周側に摺動面が形成されたアウターロータ、および外周側に摺動面が形成されたインナーロータとを備えて構成されるトロコイド型ポンプや、ロータに突出入自在にベーンを設けて構成されるベーンポンプや、インペラを用いて構成される渦巻きポンプを備えて構成される電動オイルポンプにも、本発明を適用可能である。

上述の実施形態では、ロータコア４１の外周部に４つの永久磁石４３を取り付けるとともに、６つのステータコア２１を設けた構成例について説明したが、永久磁石４３およびステータコア２１の個数はこれに限定されない。なお、一般的には、例えば２ｎ個（ｎは自然数）の永久磁石４３をロータコア４１の外周部に取り付けるとともに、３ｎ個のステータコア２１を設けた構成が用いられることが多い（本実施形態は、ｎ＝２の場合を例示）。

上述の実施形態においては、エンジンの潤滑油路に潤滑油を吐出する電動オイルポンプ１を例示して説明したが、電動オイルポンプ１はこれ以外にも、例えば冷却油供給、油圧供給および冷却水供給の用途に用いることが可能である。

上述の実施形態では、電動モータ２（同期モータ）を用いて構成される電動オイルポンプ１に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、誘導モータを用いて構成される電動オイルポンプにも適用可能である。

１電動オイルポンプ（電動ポンプ）
２電動モータ
３オイルポンプ（液体ポンプ）
１０モータケーシング（モータケース）
１２モータ収容室（ケース内部空間）
２０ステータ
２２ステータコイル
３０仕切りケース（仕切り部材）
４０ロータ
４２駆動シャフト（モータ駆動軸）
４３永久磁石
４４回転位置検出器（回転速度検出器）
４５内部コントローラ（通電制御手段）
４６温度検出器
Ｈ発熱モード（発熱制御モード）
Ｋ起動モード（起動制御モード）
Ｒ_０基準回転速度（所定の回転速度）
Ｔ_Ｌ基準温度（所定の温度）
Ｕ通常モード（通常制御モード）

Claims

ブラシレス形式の電動モータと、前記電動モータにより回転駆動される液体ポンプとを一体に組み合わせて構成される電動ポンプであって、
前記電動モータが、モータケースと、前記モータケースの内部に形成されたケース内部空間に配設されるとともに前記モータケースにより回転自在に支持されたモータ駆動軸と、前記モータ駆動軸上に設けられたロータと、前記ロータを円周方向外方から囲んで対向するように前記ケース内部空間内に位置して前記モータケースに取り付けられたステータとから構成され、
前記ステータへの通電制御を行って、前記ロータを介して前記モータ駆動軸を回転駆動させる制御を行う通電制御手段を備え、
前記通電制御手段が、
前記モータ駆動軸の回転が外部から入力される回転指令に応じた回転となるように前記ステータへの通電制御を行う通常制御モードと、
前記通常制御モードにより通電制御を行うときの前記ステータの発熱効率よりも高い発熱効率で前記ステータを発熱させるように前記ステータへの通電制御を行う発熱制御モードとを備えることを特徴とする電動ポンプ。
前記ロータは、前記ステータと対向する表面に永久磁石を備えて構成され、
前記ステータは、ステータコイルを備えて構成され、
前記通電制御手段は、前記ステータコイルへの通電制御を行うように構成されており、
前記発熱制御モードは、前記ステータコイルの抵抗をＲ、前記ステータコイルのインダクタンスをＬ、前記ステータコイルに印加される電圧の周波数をｆ、前記ステータコイルに印加される電圧の実効値をＶ_ＲＭＳ、前記ステータコイルに流すことができる最大の電流をＩ_Ｍａｘとしたとき、式

を満たす電圧の周波数ｆのうちで、略最小の電圧の周波数ｆとなるように前記ステータコイルへの通電制御を行うモードであることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。
前記液体ポンプを回転駆動させることにより前記液体ポンプから供給される液体の温度を検出する温度検出器を備え、
前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の電動ポンプ。
前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出器を備え、
前記通電制御手段は、所定の通電パターンで前記ステータに通電させる制御を行って、前記ロータを前記通常制御モードによる通電制御が可能な回転状態にする起動制御モードをさらに備えており、
前記通電制御手段は、前記起動制御モードによる通電制御を行ったときに前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の電動ポンプ。
前記電動モータが、前記ロータと前記ステータとが対向する間を延び、前記ケース内部空間を前記モータ駆動軸および前記ロータが配設されるロータ側空間と前記ステータが配設されるステータ側空間とに仕切る仕切り部材を備えて構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動ポンプ。