WO2005031193A1

WO2005031193A1 - 車載用電動モータの運転方法

Info

Publication number: WO2005031193A1
Application number: PCT/JP2004/013778
Authority: WO
Inventors: Takatoshi Sakata; Yasuhiro Yukitake; Yasuo Asai; Kouji Yoshinami
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-04-07
Also published as: EP1666773B1; US20070065296A1; EP1666773A1; EP1666773A4; JP2005098468A; US7497800B2; KR20060094951A

Description

明細書

車載用電動モータの運転方法

技術分野

[0001] 本発明は、例えばエンジンのアイドルストップ時にトランスミッションに ATFの油圧を供給する補助オイルポンプ等のような車両に搭載された被駆動機器の駆動を行う電動モータにお、て、この電動モータの回転軸を軸支する転がり軸受を保護するための車載用電動モータの運転方法に関するものである。

背景技術

[0002] AT (自動変速機)を備えた自動車は、一般に図 3に示すように、内燃機関であるェンジン 1の回転をトルクコンバータ 2を介してトランスミッション 3で変速し、図示しない駆動輪に伝えるようになつている。トランスミッション 3は、変速のための油圧と潤滑用として ATF (オートマチック 'トランスミッション'フルード）を用いている。そして、この A TFは、エンジン 1の回転を駆動力として動作する主オイルポンプ 4により、ドレイン 5 力もトランスミッション 3に循環供給されるようになっている。なお、トルクコンバータ 2も、動力伝達媒体流体として、図示を省略している力この主オイルポンプ 4から ATF の供給を受けている。また、図中の Iは各種の運転情報を、 Pはアイドルストップ時の駆動電源を示す。

[0003] 上記自動車には、エンジン 1のアイドリング動作時に、アイドルストップ制御装置 6によってこのエンジン 1を停止させるアイドルストップ機能を装備することにより、燃費向上や環境保全を図るようにしたものがある。このアイドルストップ制御装置 6は、自動車の走行速度やセレクトレバーの位置、ペダル操作等の各種運転情報に基づ、てエンジン 1を制御するものであり、例えばブレーキペダルを踏んで徐々に減速しながら停車した場合のように、信号待ちや渋滞等による停車時にエンジン 1を停止させるようになっている。

[0004] そして、例えばブレーキペダル力足が離れた場合等のように、再び走行を開始することが予測されると、エンジン 1を再始動する。また、例えば急停車した場合等のように直ぐに走行を再開することが予測されるときや、エンジン 1の温度が低力つたり、バッテリの残量が少ない場合等のように、エンジン 1の再始動の負担が大きいときには、このエンジン 1を停止させな、ようにして、る。

[0005] し力しながら、上記アイドルストップ機能により自動車の停車中にエンジン 1が停止すると、主オイルポンプ 4が動作しなくなり、トランスミッション 3等への ATFの供給が止まって油圧がダウンすることになる。すると、エンジン 1が再始動して直ぐにアクセルペダルが踏み込まれたような場合に、主オイルポンプ 4が ATFの供給を再開しても油圧は瞬時には復帰しないので、エンジン 1がー且空吹かし状態となり、その後復帰した油圧により急発進する等して、スムーズな走行の再開ができないことがある。

[0006] そこで、従来は、主オイルポンプ 4の他に、電動モータ 7で駆動される補助オイルポンプ 8でも ATFの供給を行うことができるようにし、アイドルストップ機能によりエンジン 1が停止した場合には、この補助オイルポンプ 8によって油圧を維持できるようにしている。即ち、アイドルストップ制御装置 6は、アイドルストップ機能によりエンジン 1を停止させると、このエンジン 1が停止している間、電動モータ 7に駆動電源を供給して補助オイルポンプ 8を動作させるようにして!/、る。

[0007] 上記電動モータ 7と補助オイルポンプ 8は、これらを一体化して自動車への組み付けを便利にしたものが従来力も種々提案されている（例えば、日本特開平 9— 32738 号を参照。）。

[0008] また、本出願人らは、図 4に示すように、このような電動モータ 7と補助オイルポンプ 8を一体化し、これら電動モータ 7と補助オイルポンプ 8が共用する回転軸 9を両端部で玉軸受 10, 11により軸支した電動ポンプを既に提案している（日本特願 2003— 2 3524号「電動内接ギヤポンプ」を参照）。この電動ポンプの電動モータ 7は、ロータに永久磁石 7aを配置すると共に、ステータのコア 7bにコイル 7cを卷回したものであり、センサレスモータとして用いている。また、補助オイルポンプ 8は、内歯を備えたァゥタロータ 8aの内周側に外歯を備えたインナロータ 8bを嚙み合わせ、これらのロータ 8 a, 8bを偏心して回転自在に配置したトロコイドポンプを用いて、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] ところで、上記電動ポンプを図 3に示したアイドルストップ機能の電動モータ 7と補助オイルポンプ 8として用いた場合、自動車が停車して!/、るときにのみアイドルストップ制御装置 6によって電動モータ 7が回転駆動し、自動車の走行中は常に電動モータ 7が停止して、ることになる。

[0010] し力しながら、これら電動モータ 7や補助オイルポンプ 8の回転軸 9を軸支する玉軸受 10, 11は、回転軸 9が停止中には、転動体である複数のボール 10a, 11aが外輪 10b, l ibと内輪 10c, 11cの軌道面上で停止しているので、この状態で自動車の走行に伴う振動を繰り返し受けると、ボール 10a, 11aが軌道面の同じ場所に何度も衝突して圧痕を生じ易くなる。特に、電動モータ 7のロータは、トルクを得るために軸径を太くすることが多ぐ図 3に示した永久磁石 7a等が配置されるために、回転軸 9の重量が比較的重くなるので、振動を受けてボール 10a, 11aが軌道面に衝突したときの衝撃が大きくなる。

[0011] このため、アイドルストップ機能に用いる電動モータ 7の回転軸 9が玉軸受 10, 11 によって軸支されている場合、従来は、これらの玉軸受 10, 11の外輪 10b, l ibや内輪 10c, 11cの軌道面に圧痕が生じ易くなり、軸受の寿命が短縮されるおそれがあるという問題があった。

[0012] また、このような問題は、電動モータ 7と補助オイルポンプ 8とが一体ィ匕された電動ポンプに限らず、単体の電動モータ 7を用いる場合も同様であり、玉軸受 10, 11に限らず、各種ころ軸受を含む転がり軸受を用いる場合も同様である。さらに、このような問題は、アイドルストップ機能に用いられる電動モータ 7に限らず、車両の走行時に長時間使用されないことのある被駆動機器を駆動する電動モータにも共通するものである。

[0013] 本発明は、車両の走行時に電動モータを長時間回転駆動させていないと、この電動モータの回転軸を軸支する転がり軸受の寿命が短縮されるという問題を解決しょうとするちのである。

課題を解決するための手段

[0014] 請求項 1の発明は、転がり軸受により軸支された回転軸を介して被駆動機器を駆動する車載用電動モータの運転方法において、車両が走行中であり、かつ、被駆動機器が不使用時である場合に、電動モータを微速回転又は間欠回転させることを特徴とする。

[0015] 請求項 2の発明は、前記被駆動機器が、エンジンのアイドルストップ時にのみ、トランスミッションに ATFの油圧を供給するための補助オイルポンプであることを特徴とする。

[0016] なお、車両の走行時と被駆動機器の不使用時は、必ずしもそれぞれ独立に検出する必要はない。例えば、通常のアイドルストップ機能では、アイドルストップ制御装置等が車両の走行中には必ず補助オイルポンプを使用しなヽような制御を行うので、このアイドルストップ制御装置等による走行中であるかどうかの判断をもって、「車両が走行中であり、かつ、被駆動機器が不使用時である場合」かどうかの判断として用いることちでさる。

[0017] 請求項 1の発明によれば、車両が走行中であり転がり軸受が振動を受ける可能性力 Sある場合であって、被駆動機器が不使用時であり電動モータの回転軸が停止している場合に、電動モータを微速回転又は間欠回転させる。従って、車両が走行により振動を受けても、回転軸がわずかに回転駆動されて転がり軸受のボールやころ等が軌道面上の位置を随時変化させるので、この軌道面上に圧痕を生じるようなおそれがなくなり、転がり軸受の寿命が短縮されるのを防ぐことができるようになる。車両が走行中でなければ、転がり軸受が振動を受けることはないので、電動モータを回転駆動させる必要はない。また、被駆動機器が使用時であれば、電動モータは適宜回転駆動して、るので、この電動モータをさらに回転駆動させるように制御する必要はな!/、。

[0018] また、請求項 2の発明によれば、エンジンのアイドルストップ時にのみ動作し、その他の場合に動作することなく長期間走行中の振動を受け続ける補助オイルポンプの電動モータの転がり軸受を確実に保護することができるようになる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の一実施形態を示すものであって、アイドルストップ用の補助オイルボンプを駆動する電動モータの駆動制御装置のブロック図である。

[図 2]本発明の一実施形態を示すものであって、自動車の走行状態とアイドルストツプ用の補助オイルポンプを駆動する電動モータに供給する駆動電源とを示すタイムチャートである。 [図 3]従来例を示すものであって、アイドルストップ用の補助オイルポンプを駆動する電動モータの駆動制御装置のブロック図である。

[図 4]アイドルストップ用の補助オイルポンプとこれを駆動する電動モータ力なる電動ポンプの構造を説明する縦断面側面図である。

符号の説明

[0020]

2 トルクコンバータ

3 トランスミッション

4 主オイルポンプ

6 アイドルストップ制御装置

7 電動モータ

8 補助オイルポンプ

9 回転軸

10 玉軸受

11 玉軸受

12 玉軸受保護駆動制御装置

I

I 走行中情報

2

P アイドルストップ時の駆動電源

P 玉軸受保護用の駆動電源

2

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の最良の実施形態について説明する。

本実施形態は、図 3に示した AT車のアイドルストップ機能で用いる補助オイルボンプ 8の電動モータ 7の運転方法であり、これらの電動モータ 7と補助オイルポンプ 8とは、図 4で示したように、回転軸 9を共用して一体ィ匕されている。なお、図 1においても、図 3に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。また、図中の符号 Iは各種の運転情報を、 Iは走行中情報を、 Pはアイドルストップ時の

1 2 1 駆動電源を、 Pは玉軸受保護用の駆動電源を、それぞれ表す。

2 [0022] 図 1に示す本実施形態のアイドルストップ制御装置 6も、図 3に示した場合と同様に、自動車の走行速度や運転操作等の各種運転情報に基づいて、停車中にエンジン 1を停止させるようになつている。即ち、このアイドルストップ制御装置 6は、自動車が走行中にはエンジン 1を停止させない。自動車が走行中かどうかは、例えば自動車の走行速度を検出することにより判断することができる。

[0023] ここで、自動車がわずかでも動いている場合の全てを走行中であると判断してもよいが、例えば動き始めの一定時間は除外したり、極めて低速の走行時を除外するために、所定速度以上で走行している場合だけを走行中とすることもできる。そして、この場合の走行中ではないとの判断、即ち停車しているとの判断は、始動直後や所定速度未満で走行してヽる場合を含むことになる。

[0024] この走行速度は、駆動輪やプロペラシャフト等の回転速度力も検出することもできる力例えば、位置情報システムや路上の磁気マーカー等を検出することにより算出したり、自動車の進行方向に沿った加速度を検出し時間積分することにより算出することも可能である。このようにしてアイドルストップ制御装置 6が走行中かどうかを判断した走行中情報は、玉軸受保護駆動制御装置 12に送られるようになっている。

[0025] また、このアイドルストップ制御装置 6は、自動車が停車中には、信号待ちや渋滞、その他の通常の一時停止による停車のような場合にのみ、アイドルストップ機能によりエンジン 1を停止させ、急停車の場合やエンジン 1の再始動による負担が大きいような場合にはこのエンジン 1を停止させない。そして、このアイドルストップ制御装置 6は、アイドルストップ機能によりエンジン 1を停止させると、補助オイルポンプ 8の電動モータ 7にアイドルストップ時の駆動電源を供給し、この電動モータ 7を連続的に回転駆動させる。

[0026] このようにエンジン 1が停止すると主オイルポンプ 4からのトランスミッション 3等への ATFの供給が停止するが、この電動モータ 7を回転駆動させることにより、補助オイルポンプ 8が ATFの供給を代替えするので、従来と同様に、アイドルストップ時のトランスミッション 3等の油圧を維持することができる。

[0027] なお、本実施形態では、電動モータ 7にセンサレスモータを用いているので、このセンサレスモータのドライバ回路が図 4に示したステータのコイル 7cに誘起される逆起電力を検出してロータの回転位置を推定すると共に、この推定した回位置に応じて直流電源をインバータにより交番電流に変換してコイル 7cに供給して、る。従って、アイドルストップ制御装置 6は、この電動モータ 7のドライバ回路に直流電源を供給するだけで回転駆動させることができ、この電源電圧を変化させることにより速度制御を行うこともできる。しかも、ドライバ回路力ロータの回転速度の情報を得ることにより、この速度制御をフィードバック制御とすることもできる。

[0028] 上記玉軸受保護駆動制御装置 12は、アイドルストップ制御装置 6から走行中と判断された走行中情報を受け取ると、補助オイルポンプ 8の電動モータ 7に玉軸受保護用の駆動電源を供給し、この電動モータ 7を回転駆動させる。玉軸受保護用の駆動電源は、電動モータ 7を例えば数分程度の比較的長い時間間隔で、例えば数秒程度の短時間だけ回転駆動させる間欠回転を行うための直流電源である。

[0029] 従って、この玉軸受保護用の駆動電源は、デューティ比の非常に小さいパルス状となり、長時間にわたってこの電源を供給しても消費電力は極めて小さいものとなる。また、このように電動モータ 7が間欠的に回転駆動して補助オイルポンプ 8が動作しても、走行中は主オイルポンプ 4が動作しているので、トランスミッション 3等への ATFの供給には全く影響しない。

[0030] 上記のようにして電動モータ 7を間欠的に回転駆動させている玉軸受保護駆動制御装置 12は、アイドルストップ制御装置 6からの走行中情報が停車中であると判断されたものに切り替わった場合には、玉軸受保護用の駆動電源の供給を停止するので、これに伴い電動モータ 7も回転駆動を停止する。

[0031] ただし、アイドルストップ制御装置 6がさらにアイドルストップ機能によりエンジン 1を停止させた場合には、アイドルストップ時の駆動電源が供給されるので、電動モータ 7は連続的に回転駆動されることになる。もっとも、自動車が停車中であっても、アイドルストップ制御装置 6がエンジン 1を停止させな!/、場合には、主オイルポンプ 4が AT Fを供給するので、電動モータ 7にアイドルストップ時の駆動電源を供給することもない。

[0032] 上記構成により、例えば図 2に示す時刻 tに自動車が発進して走行を開始すると、

0

アイドルストップ制御装置 6から走行中と判断された走行中情報が玉軸受保護駆動制御装置 12に送られるので、この玉軸受保護駆動制御装置 12は、電動モータ 7に玉軸受保護用の駆動電源を供給する。この玉軸受保護用の駆動電源は、例えば時刻 tから時刻 tまでの短い期間 T だけ電動モータ 7を回転駆動（ON)させた後に、

1 2 ON

この時刻 tから時刻 tまでの比較的長、期間 T 中電動モータ 7を停止（OFF)させ

2 3 OFF

、これを期間 T +T の周期で繰り返すパルス状の直流電源である。

ON OFF

[0033] 従って、図 4に示した電動ポンプの回転軸 9を軸支する玉軸受 10, 11が自動車の走行により振動を受けても、電動モータ 7が間欠的に回転駆動されて、ボール 10a, 11aが外輪 10b, l ibや内輪 10c, 11cの軌道面上の位置を随時変化させるので、この軌道面に圧痕が生じるようなことがなくなる。

[0034] なお、この電動モータ 7を繰り返し期間 T だけ回転駆動させても、その後にボール

ON

10a, 11aが毎回又は周期的に軌道面上の同じ位置に停止するような場合には、例えば期間 T の長さをわずかずつ変化させるようにすればよい。また、電動モータ 7

ON

のロータの回転角を検出できる場合には、期間 τ の回転駆動後のこの回転角が全

ON

周にわたつて均等に分散して分布するように制御することもできる。

[0035] 上記自動車がブレーキペダルを踏むことにより徐々に減速して時刻 tに停止すると

4

、アイドルストップ制御装置 6からの走行中情報が停車中に切り替わるので、玉軸受保護駆動制御装置 12は、電動モータ 7への玉軸受保護用の駆動電源の供給を停止する。ただし、アイドルストップ制御装置 6は、このような停車を信号待ちや渋滞中等の通常の停車と判断するので、アイドルストップ機能によりエンジン 1を停止させると共に、電動モータ 7にアイドルストップ時の駆動電源を供給し、この時刻 t以降は連

4 続的に回転駆動される。

[0036] なお、上記実施形態では、アイドルストップ機能で用いる補助オイルポンプ 8の電動モータ 7につ、て説明したので、自動車の走行中であれば必ず補助オイルポンプ 8 は不使用時となるため（ただし、補助オイルポンプ 8の不使用時には必ずしも走行中とは限らない）、玉軸受保護駆動制御装置 12は、走行中情報だけに基づいて電動モータ 7に玉軸受保護用の駆動電源を供給するかどうかを判断した。

[0037] しかしながら、各種のハイブリッド車によっては、走行中であっても、例えば回生制動時に燃料噴射を止めてエンジン 1を停止させる場合がある。そして、この場合に、主オイルポンプ 4がエンジン 1の回転にのみ従って動作するものであれば、走行中にもこの主オイルポンプ 4が停止するので、アイドルストップ機能と同様に、電動モータ 7 を回転駆動させて補助オイルポンプ 8を動作させる必要が生じる。従って、このような場合は、走行中であっても、玉軸受保護駆動制御装置 12が補助オイルポンプ 8を使用中かどうかを判断して、不使用時には電動モータ 7に玉軸受保護用の駆動電源を供給するようにする。

[0038] また、ワイパゃパワーウィンドウ等の駆動機構は、自動車の走行中にも必要がなければ長時間使用しないことは当然であり、必要があれば走行中力、停車しているかにかかわらず使用されるものである。しかも、不使用時のワイパゃパワーウィンドウ等の停止位置が決まっているために、この駆動機構を回転駆動する電動モータの回転軸の停止角度位置も一定となって、走行中の振動による玉軸受への負担が特に大きくなるおそれがある。

[0039] 従って、電動モータが回転駆動する被駆動機器は、補助オイルポンプ 8には限定されず、これらワイパゃパワーウィンドウ等の駆動機構のように、自動車に搭載される各種の機器が含まれる。そして、このような被駆動機器を回転駆動する電動モータは、一般に、自動車が走行中であることと、この被駆動機器が不使用時であることを別個に検出して制御する必要がある。

[0040] ここで、被駆動機器の不使用時とは、この被駆動機器が動作する必要のな、場合の他、全く動作してはならない、又は、所定以上に動作してはならない場合も含むことができる。例えば、本実施形態で示した補助オイルポンプ 8の場合には、少なくともエンジン 1が回転していれば不使用時となり、このような場合に ATFを供給する必要はない。しかし、ワイパゃパワーウィンドウ等の駆動機構では、動作するように操作されていない場合が不使用時となり、この不使用時には基本的には動作してはならない。

[0041] また、上記実施形態では、玉軸受保護駆動制御装置 12が電動モータ 7を間欠回転させる場合を示したが、消費電力が十分に小さければよいので、微速回転させるようにしてもよい。この微速とは、被駆動機器の使用時における電動モータの平均的な回転速度よりも十分に低速で回転駆動させることをいう。被駆動機器の使用時であつても、電動モータは、瞬間的に又は一時的に停止したり極めて低速で回転駆動される場合があるので、この微速は、必ずしも使用時の電動モータの最低速度よりも低速である必要はない。ただし、本実施形態の電動モータ 7の場合のように、使用時における回転速度に下限があり、この最低速度が十分速い回転速度である場合の微速は、省電力のためにこの最低速度よりも十分に低速にすべきである。

[0042] また、上記実施形態では、センサレスモータ力もなる電動モータ 7を用いる場合を示したが、ブラシレスモータやインダクションモータ等の他の電動モータを用いることもできる。そして、玉軸受保護駆動制御装置 12が供給する玉軸受保護用の駆動電源も、直流電源に限らず、この電動モータの種類に応じたものを供給する。

[0043] さらに、この電動モータには、このような駆動電源を供給する代わりに、ドライバ回路に制御信号を送ることにより、このドライバ回路の制御によって間欠回転ゃ微速回転を行わせるようにすることもできる。そして、これらはアイドルストップ制御装置 6のアイドルストップ時の駆動電源の場合も同様である。

[0044] また、上記実施形態では、走行中に電動モータ 7を回転駆動させて補助オイルボンプ 8が動作しても ATFの供給に影響のな、場合を示した力ワイパゃパワーウィンドゥ等の駆動機構では、不使用時、即ち動作するように操作されていないときには、上記のように基本的には動作してはならないことになる。ただし、これらの駆動機構でも、伝動装置の遊びの範囲内で電動モータだけを回転駆動することは可能であるため、玉軸受保護駆動制御装置 12は、この範囲内で繰り返し往復するように回転駆動させればよい。さらに、搭乗者が気付かない程度の範囲内で、ワイパゃウィンドウガラス等を実際に動作させることも許容され得る場合があるので、この範囲内で繰り返し往復するように回転駆動させることもできる。

[0045] また、上記本発明では、自動車が走行中であることを検出して制御を行ったが、これに代えて、自動車に加速度センサを取り付けて、又は、既に他の目的で装備された加速度センサを利用して、この加速度が所定以上であり、かつ、被駆動機器が不使用時である場合に、電動モータを微速回転又は間欠回転させるようにする運転方法もある。このような加速度センサを用いれば、振動を受ける可能性のある走行中ではなぐ実際に振動を受けたときにのみ制御を行うことができるので、例えば極めて滑らかで振動のない走行中に電動モータを回転駆動させて電力を無駄に消費するのを防止することができるようになる。

[0046] この加速度センサは、本実施形態の場合であれば、電動モータ 7や補助オイルポンプ 8の回転軸 9を軸支する玉軸受 10, 11に悪影響を与えるおそれのある振動のみを検出することが最適であるため、トランスミッション 3の付近や電動モータ 7や補助ォィルポンプ 8の近傍に設置することが好ましぐ回転軸 9のラジアル方向の加速度を検出するように設置することが好ま、。

[0047] また、上記実施形態では、電動モータが被駆動機器を回転駆動する回転軸を玉軸受 10, 11が軸支する場合を示した力振動による圧痕が生じるおそれがあるのは、このような玉軸受 10, 11に限らず、転動体を用いる転がり軸受一般に共通するものであり、各種のころ軸受の場合も同様となる。

[0048] さらに、上記実施形態では、電動モータ 7と補助オイルポンプ 8が回転軸 9を共用して一体化された電動ポンプにっヽて示したが、電動モータと被駆動機器力 Sこのように一体化されている必要はなぐ電動モータの回転軸が被駆動機器に継ぎ手やその他の伝動装置で連結されて、てもよ、。

[0049] また、上記実施形態では、自動車について説明したが、路上や軌道上を走行し、この走行中に振動を受けるものであれば、どのような車両にも実施可能であり、必ずしも動力源としてエンジンを備えて、るものにも限定されな、。

産業上の利用可能性

[0050] 以上のように、本発明によれば、被駆動機器が不使用時で、かつ、電動モータの回転軸が停止している場合に、車両が走行により振動を受けても、回転軸がわずかに回転駆動されて転がり軸受のボールやころ等が軌道面上の位置を随時変化させるので、この軌道面上に圧痕を生じるようなおそれがなくなり、転がり軸受の寿命が短縮されるのを防ぐことができる。

[0051] また、エンジンのアイドルストップ時にのみ動作し、その他の場合に動作することなく長期間走行中の振動を受け続ける補助オイルポンプの電動モータの転がり軸受を確実に保護することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 転がり軸受により軸支された回転軸を介して被駆動機器を駆動する車載用電動モータの運転方法において、車両が走行中であり、かつ、被駆動機器が不使用時である場合に、電動モータを微速回転又は間欠回転させることを特徴とする車載用電動モータの運転方法。

[2] 前記被駆動機器が、エンジンのアイドルストップ時にのみ、トランスミッションに ATF の油圧を供給するための補助オイルポンプであることを特徴とする請求項 1に記載の車載用電動モータの運転方法。