WO2015072124A1 - 駆動制御装置、および、燃料ポンプ駆動システム - Google Patents

駆動制御装置、および、燃料ポンプ駆動システム Download PDF

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WO2015072124A1
WO2015072124A1 PCT/JP2014/005622 JP2014005622W WO2015072124A1 WO 2015072124 A1 WO2015072124 A1 WO 2015072124A1 JP 2014005622 W JP2014005622 W JP 2014005622W WO 2015072124 A1 WO2015072124 A1 WO 2015072124A1
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rotor
shaft
brushless motor
drive control
positioning
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PCT/JP2014/005622
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裕二 日高
喜芳 長田
晶也 大竹
博一 豊田
野村　学
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株式会社デンソー
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    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Definitions

  • the present disclosure relates to a drive control device and a fuel pump drive system using the drive control device.
  • Patent Document 1 describes an example in which driving of a brushless motor used as a driving source of a fuel pump is controlled by a drive control device.
  • drive control can be started because the rotor position relative to the stator is unknown when the rotor before drive control is stopped. It is necessary to start the drive control after forcibly positioning the rotor at the drive start position, which is the position of the rotor relative to the stator.
  • the drive control device of Patent Document 1 the position of the rotor with respect to the stator is detected by switching energization to the windings of the plurality of phases, the drive start position is determined based on the detected position of the rotor, and the determined drive By positioning the rotor at the start position, the time required to start the drive control of the brushless motor is shortened.
  • the rotor when performing the above-described position detection and positioning, the rotor is moved in one direction (forward rotation direction) or the other direction (reverse rotation direction) depending on the position of the rotor with respect to the stator during energization. Rotate.
  • the shaft of the brushless motor is inserted into the hole of the impeller, and the impeller is rotated by driving the brushless motor.
  • the end portion of the shaft and the hole portion of the impeller are generally formed in a D-shaped cross section.
  • a predetermined clearance is formed between the end of the shaft and the hole of the impeller. Therefore, when the shaft starts rotating, the corner portion of the outer wall at the end portion of the shaft may collide with the flat portion of the inner wall of the hole portion of the impeller with a predetermined acceleration.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems, and an object of the present disclosure is to provide a drive control device capable of suppressing wear and breakage of a rotating member that is rotationally driven by a brushless motor, and a brushless fuel pump using the same.
  • a fuel pump drive system for driving a motor is provided.
  • a drive control device includes a stator around which a plurality of phases of windings are wound, a rotor provided to be relatively rotatable with respect to the stator, and a center of the rotor.
  • the end of the brushless motor is inserted into the hole of the rotating member and controls the driving of a brushless motor having a shaft that rotates with the rotor.
  • the drive control device includes a control unit.
  • the controller can control the rotation of the rotor by controlling the power supplied to the winding by operating the energized output including at least one of current, voltage, and power.
  • the control unit has a positioning unit and a torque acceleration control unit.
  • the positioning unit controls the electric power supplied to the windings before starting the drive control of the brushless motor, thereby rotating the rotor to the drive start position, which is the position of the rotor with respect to the stator capable of starting the drive control of the brushless motor. Positioning.
  • the torque acceleration control unit detects that the torque acceleration that is the acceleration of the torque output from the shaft of the brushless motor is “the outer wall of the shaft end collides with the inner wall of the hole of the rotating member.
  • the electric power supplied to the windings is controlled so as to be within a predetermined range of “the extent that the collision stress at the time of being reduced to a predetermined value or less”.
  • the collision stress when the outer wall of the shaft collides with the inner wall of the rotating member can be set to a predetermined value or less.
  • abrasion, damage, etc. of the rotating member due to the outer wall of the shaft colliding with the inner wall of the rotating member can be suppressed. This effect is particularly noticeable when driving and controlling a brushless motor having a large number of on / off times within a predetermined period.
  • the fuel pump drive system includes a fuel pump and the above-described drive control device that controls the drive of the brushless motor.
  • the fuel pump includes a brushless motor capable of outputting torque by rotating a shaft, a housing that houses the brushless motor, a pump cover that has a suction portion and closes one end of the housing, and a second end of the housing that has a discharge portion And a rotating member that pressurizes the fuel flowing in from the suction part and discharges it from the discharge part by rotating with the shaft with the end of the shaft inserted into a hole formed in the center.
  • the collision stress when the outer wall of the shaft collides with the inner wall of the rotating member can be set to a small value equal to or less than a predetermined value when positioning the rotor before the start of drive control. Therefore, wear and breakage of the rotating member of the fuel pump can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a drive control device and a fuel pump according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an impeller of the fuel pump according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration of the drive control device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a state when the rotor is at a position corresponding to a drive start position.
  • FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a state when the rotor is located at a position other than the position corresponding to the drive start position.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a state when the rotor is at a position corresponding to a drive start position.
  • FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a state when the rotor is located at a position other than the position corresponding
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating the positional relationship between the shaft and the impeller when the brushless motor is stopped.
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating the positional relationship between the shaft and the impeller when the brushless motor is positioned.
  • FIG. 6C is a schematic diagram illustrating a positional relationship between the shaft and the impeller when the brushless motor is positioned.
  • FIG. 6D is a schematic diagram illustrating the positional relationship between the shaft and the impeller when the brushless motor is activated. The figure which shows the relationship between the torque acceleration of the shaft of the fuel pump by 1st Embodiment of this indication, and the collision stress which acts on an impeller at the time of the collision of a shaft.
  • the time chart which shows the electric current which flows into the brushless motor of a fuel pump in the drive control apparatus of 1st Embodiment of this indication, and a comparative example. 6 is a time chart showing collision stress relaxation control during rotor positioning according to the first embodiment of the present disclosure and positioning control of a comparative example.
  • the fuel pump 1 is mounted on a vehicle 9 and includes a fuel pump 1 and a drive control device 90.
  • the fuel pump 1 is driven by, for example, electric power supplied from a battery 96 of the vehicle 9, sucks fuel in a fuel tank (not shown), and discharges and supplies it to the internal combustion engine 8 as a fuel supply target.
  • the fuel pump 1 increases the number of on / off times within a predetermined period corresponding to the assumed use period of the vehicle 9, in other words, the number of restarts after stopping.
  • the fuel pump 1 includes a brushless motor 4, a housing 5, a pump cover 10, a cover end 20, an impeller 80 as a “rotating member”, and the like.
  • the brushless motor 4 includes a stator 30, a winding 40, a rotor 50, a shaft 60, and the like.
  • the stator 30 has a segment 31 and an insulator 34.
  • the segment 31 is formed from a laminated iron core in which thin plates of magnetic material are laminated.
  • six segments 31 are provided.
  • the segment 31 has a yoke part 32 and a tooth part 33.
  • the stator 30 is formed in a cylindrical shape so that the six yoke portions 32 form a hexagonal cylinder.
  • the teeth portion 33 is formed so as to extend radially inward from the center of the yoke portion 32.
  • the insulator 34 is made of resin and is provided in the tooth portion 33 of the segment 31.
  • the winding 40 is made of, for example, a metal such as copper, and includes a U-phase winding 41, a V-phase winding 42, and a W-phase winding 43, and is wound around the insulator 34 to be wound on the teeth portion 33 of the stator 30. Is provided.
  • the U-phase winding 41 constitutes the U-phase of the brushless motor 4
  • the V-phase winding 42 constitutes the V-phase
  • the W-phase winding 43 constitutes the W-phase.
  • the rotor 50 is formed in a cylindrical shape and includes a core 51 and magnets 52, 53, 54, and 55.
  • the rotor 50 is rotatably provided inside the stator 30.
  • the core 51 is formed in a substantially cylindrical shape, and has a hole 511 at the center.
  • the magnets 52, 53, 54, and 55 are provided on the outer wall of the core 51 so as to be arranged in the circumferential direction.
  • the magnets 52 and 54 are magnetized so that the magnetism on the radially outer side of the rotor 50 is an S pole.
  • the magnets 53 and 55 are magnetized so that the magnetism on the outer side in the radial direction of the rotor 50 is an N pole. That is, the outer wall of the rotor 50 is magnetized so that the magnetism is alternately different in the circumferential direction.
  • the brushless motor 4 is a three-phase brushless motor having four poles (two pole pairs) and six slots.
  • a position sensor that can detect the position of the rotor 50 of the brushless motor 4 is not provided. That is, the brushless motor 4 is a positionless sensor (hereinafter simply referred to as “sensorless”) type brushless motor.
  • the brushless motor 4 since the fuel pump 1 has a large number of on / off times within a predetermined period, the brushless motor 4 has a large number of on / off times within a predetermined period.
  • the shaft 60 is formed into a rod shape, that is, a long columnar shape by a metal such as stainless steel.
  • the shaft 60 is provided to fit into the hole 511 of the core 51 of the rotor 50. Thereby, the shaft 60 can rotate integrally with the rotor 50.
  • one end 61 of the shaft 60 is formed so that the cross section of the surface perpendicular to the axis is D-shaped (see FIG. 3).
  • a planar outer wall 611 and a curved outer wall 612 are formed at one end 61 of the shaft 60.
  • the corner portions 613 and 614 including the boundary between the outer wall 611 and the outer wall 612 are chamfered so as to have a smooth curved surface.
  • the housing 5 is formed in a substantially cylindrical shape from a metal such as iron.
  • the surface of the housing 5 is plated with, for example, zinc or tin.
  • the pump cover 10 is formed in a substantially disk shape with a metal such as aluminum, and closes one end of the housing 5.
  • the pump cover 10 is fixed inside the housing 5 by caulking one end of the housing 5 inward in the radial direction, and is prevented from coming off in the axial direction.
  • the pump cover 10 has a cylindrical suction portion 11.
  • a suction passage 111 that penetrates the pump cover 10 in the plate thickness direction is formed inside the suction portion 11.
  • the cover end 20 is formed in a disc shape with, for example, resin and closes the other end of the housing 5.
  • the outer end of the cover end 20 is press-fitted inside the other end of the housing 5. Further, the cover end 20 is fixed inside the housing 5 by the other end of the housing 5 being caulked inward in the radial direction, and is prevented from coming off in the axial direction.
  • the segment 31, the insulator 34, and the winding 40 constituting the stator 30 are molded with a resin that forms the cover end 20. That is, the stator 30 is integrally formed with the cover end 20 by being molded with resin. Thus, the stator 30 is accommodated inside the housing 5 coaxially with the housing 5.
  • a pump casing 70 is provided between the pump cover 10 and the stator 30.
  • the pump casing 70 is formed in a substantially disk shape from a metal such as aluminum.
  • a hole 71 that penetrates the pump casing 70 in the plate thickness direction is formed at the center of the pump casing 70.
  • a bearing member 72 is fitted in the hole 71 of the pump casing 70.
  • the bearing member 72 is formed in a cylindrical shape from, for example, a copper-based sintered metal.
  • a bearing portion 22 is formed at the center of the end surface of the cover end 20 on the rotor 50 side.
  • the bearing portion 22 is formed at the center of the cover end 20 so as to protrude in a cylindrical shape toward the rotor 50.
  • the central axis of the bearing portion 22 coincides with the central axis of the cover end 20. That is, the bearing portion 22 is provided on the central axis of the cover end 20.
  • a bearing member 23 is fitted inside the bearing portion 22.
  • the bearing member 23 is formed in a cylindrical shape from, for example, a copper-based sintered metal.
  • the hole 71 of the pump casing 70 supports the one end 61 side of the shaft 60 located in the pump chamber 73 via a bearing member 72.
  • the bearing portion 22 of the cover end 20 supports the other end 62 side of the shaft 60 via the bearing member 23.
  • the impeller 80 is formed in a substantially disc shape with a resin such as PPS, for example, and is accommodated in a substantially disc-shaped pump chamber 73 formed between the pump cover 10 and the pump casing 70.
  • the impeller 80 has a hole 81 that penetrates the center in the plate thickness direction.
  • the hole portion 81 is formed in a D shape so as to correspond to the cross-sectional shape of one end portion 61 of the shaft 60.
  • a planar inner wall 811 and a curved inner wall 812 are formed in the hole 81.
  • One end 61 of the shaft 60 is inserted into the hole 81 of the impeller 80. Thereby, when the shaft 60 rotates together with the rotor 50, the impeller 80 rotates in the pump chamber 73.
  • a predetermined clearance is formed between the end portion 61 of the shaft 60 and the hole portion 81 in a state where the end portion 61 of the shaft 60 is inserted into the hole portion 81 (FIG. 3). reference). With this clearance, manufacturing errors and assembly errors of the impeller 60 can be absorbed.
  • a substantially C-shaped groove 12 is formed on the impeller 80 side surface of the pump cover 10.
  • the groove 12 and the suction passage 111 are connected.
  • a substantially C-shaped groove 74 is formed on the surface of the pump casing 70 on the impeller 80 side.
  • the groove 74 is formed with a passage 75 that penetrates the pump casing 70 in the plate thickness direction.
  • a blade portion 82 is formed in the impeller 80 at a position corresponding to the groove 12 and the groove 74.
  • the discharge end 21 is provided in the cover end 20.
  • the discharge part 21 is formed of resin integrally with the cover end 20 so as to protrude in a cylindrical shape from the end surface of the cover end 20 opposite to the pump cover 10.
  • a discharge passage 211 is formed inside the discharge unit 21. The discharge passage 211 communicates with the space 6 between the pump cover 10 and the cover end 20 inside the housing 10.
  • the other end of the supply pipe 7 whose one end is connected to the internal combustion engine 8 is connected to the discharge unit 21.
  • the fuel pressurized in the space 6 by the rotation of the impeller 80 flows through the discharge passage 211, is discharged from the discharge portion 21, and is supplied to the internal combustion engine 8 through the supply pipe 7.
  • the cover end 20 is provided with a terminal 44 (see FIG. 1).
  • the terminal 44 is formed in a rod shape from a metal such as copper.
  • three terminals 44 are provided, one end of which is connected to the U-phase winding 41, the V-phase winding 42 and the W-phase winding 43, and the other end is the pump cover 10 of the cover end 20. It is embedded in the cover end 20 so as to be exposed from the opposite end face.
  • the drive control device 90 is a fuel pump controller (FPC) that controls the driving of the brushless motor 4 of the fuel pump 1.
  • the drive control device 90 is provided so as to be connected to the terminal 44 and the battery 96, converts electric power input from the battery 96 into three-phase electric power, and supplies it to the brushless motor 4.
  • the drive control device 90 includes a microcomputer 91, a drive circuit 94, and a three-phase inverter 95.
  • switching elements 951 to 956 are bridge-connected in order to switch energization to the winding 40 (U-phase winding 41, V-phase winding 42, W-phase winding 43).
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistors
  • the switching elements 951 to 956 are appropriately referred to as MOSs 951 to 956.
  • the drains of the three high potential side MOSs 951 to 953 are connected to the positive electrode side of the battery 96.
  • the sources of the MOSs 951 to 953 are connected to the drains of the MOS low potential sides 954 to 956, respectively.
  • the sources of the MOSs 954 to 956 are connected to the negative electrode side of the battery 96, that is, the ground.
  • connection point between the paired MOS 951 and MOS 954 is connected to one end of the U-phase winding 41.
  • the connection point between the paired MOS 952 and MOS 955 is connected to one end of the V-phase winding 42.
  • the connection point between the paired MOS 953 and MOS 956 is connected to one end of the W-phase winding 43.
  • a microcomputer 91 as a “control unit” is a small computer having a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, and the like.
  • the microcomputer 91 performs an operation according to a program stored in the ROM based on an input signal and the like. Is output to the drive circuit 94.
  • the microcomputer 91 operates the energized output including at least one of current, voltage, and power to control the power supplied from the three-phase inverter 95 to the winding 40, thereby rotating the brushless motor 4. Control number and torque.
  • the microcomputer 91 acquires voltages applied to the U-phase winding 41, the V-phase winding 42, and the W-phase winding 43. Thereby, for example, it is possible to detect an induced voltage generated in a non-energized phase during two-phase energization.
  • the microcomputer 91 is configured to perform sensorless control of the brushless motor 4.
  • the positioning unit 920 that positions the rotor 50 before starting the brushless motor 4 and the torque acceleration of the shaft 60 during positioning are within a predetermined range.
  • the torque acceleration control unit 93 that controls the power supplied to the winding 40 by operating the energization output is provided.
  • the positioning unit 920 includes a position detection unit 921, a position determination unit 922, and a positioning processing unit 923.
  • microcomputer 91 may function as the positioning unit 920 or the torque acceleration control unit 93 as needed. Detailed operation of each part will be described later.
  • the drive circuit 94 generates a signal for switching on and off the MOSs 951 to 956 constituting the three-phase inverter 95 based on the control signal input from the microcomputer 91, and outputs the signal to the gates of the MOSs 951 to 956.
  • the MOSs 951 to 956 perform switching operation, and power is supplied from the battery 96 to the winding 40 (U-phase winding 41, V-phase winding 42, W-phase winding 43).
  • start of drive control of the brushless motor 4
  • start of drive control is used in the same meaning as “startup”.
  • the brushless motor 4 of the present embodiment is a sensorless type
  • the position of the rotor 50 relative to the stator 30 is unknown when the rotor 50 is stopped before the start of drive control. Therefore, the rotor 50 is forcibly positioned at a “drive start position” (position where the stator 30 becomes the N pole when the winding 40 is energized), which is the position of the rotor 50 with respect to the stator 30 capable of starting drive control. It is necessary to start drive control. Control related to positioning of the rotor 50, which is executed by the microcomputer 91 before the start of drive control, is referred to as "positioning control".
  • the “drive start position” is any one of 12 locations (positions (angles) P1 to P12). Can be set. Therefore, when the center of the magnets 52 to 55 of the rotor 50 is located at any of the positions P1 to P12, the drive control of the brushless motor 4 can be started (FIG. 5A).
  • the “forward direction” is the rotational direction of the rotor 50 (shaft 60) in which the impeller 80 can pressurize the fuel
  • the “reverse direction” is the rotor 50 (in which the impeller 80 cannot pressurize the fuel.
  • the forward / reverse direction of the rotation direction is appropriately set according to the arrangement of the phase windings 41, 42, 43 and the viewing direction of the impeller 80.
  • the positional relationship of relative rotation between the shaft 60 and the impeller 80 when the brushless motor 4 is stopped, positioned, and started will be described with reference to FIGS. 6A to 6D.
  • the shaft 60 and the impeller 80 rotate relative to the rotation axis O on the same axis.
  • the stop corresponds to the section I from time t0 to t1
  • the positioning corresponds to the sections III and IV from time t2 to t6.
  • the time of activation it corresponds to the section VI after time t7.
  • the shaft 60 rotates forward or backward to the drive start position according to the position of the rotor 50.
  • forward rotation FIG. 6B
  • one corner 613 of the shaft 60 collides with the inner wall 811 of the hole 81 of the impeller 80
  • reverse rotation FIG. 6C
  • the other corner of the shaft 60 is marked with ⁇ .
  • the part 614 collides with the inner wall 811 of the hole 81 of the impeller 80.
  • the shaft 60 rotates forward with one corner 613 of the shaft 60 in contact with the inner wall 811 of the hole 81 of the impeller 80.
  • the positioning unit 920 controls the electric power supplied to the winding 40 before starting the drive control of the brushless motor 4 to thereby move the rotor to the drive start position (positions P1 to P12) where the drive control of the brushless motor 4 can be started. 50 is positioned.
  • the torque acceleration control unit 93 determines that the torque acceleration that is the acceleration of the torque output from the shaft 60 is “when the outer wall 611 of the shaft 60 collides with the inner wall 811 of the impeller 80.
  • the electric power supplied to the winding 40 is controlled by operating the energization output so that the impact stress is within a predetermined range of “a degree where the collision stress is equal to or less than a predetermined value”.
  • the present embodiment is characterized in that the “collision stress relaxation control” for relaxing the collision stress between the shaft 60 and the impeller 80 is executed in the positioning control.
  • the predetermined range is preferably set based on the experimental results shown in FIG.
  • FIG. 7 shows the relationship between the torque acceleration of the shaft 60 and the collision stress when the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80.
  • the torque acceleration [mN ⁇ m / ms] is a time change rate of torque, and reflects an energization output such as a current change rate [A / ms] output from the microcomputer 91, for example.
  • the collision stress [J / mm 2 ] is a value obtained by dividing the collision energy proportional to the torque acceleration by the force receiving area at the time of collision.
  • the “predetermined range” is preferably set to 3.6 to 6.6 mN ⁇ m / ms.
  • the positioning unit 920 of the present embodiment includes a position detection unit 921, a position determination unit 922, and a positioning processing unit 923.
  • the position detector 921 rotates the stopped rotor 50 by energizing the winding 40 and detects the position of the rotor 50 relative to the stator 30. Specifically, the position detection unit 921 energizes two phases of the U-phase winding 41, the V-phase winding 42, and the W-phase winding 43 to forcibly rotate the rotor 50. And the position with respect to the stator 30 of the rotor 50 is detected by detecting the induced voltage which arises in the coil
  • the position determination unit 922 determines a “drive start position” based on the detected position and rotation direction of the rotor 50. Specifically, for example, as shown in FIG. 5B, it is detected that the center C1 (S pole) of the magnet 52 of the rotor 50 is located between the position P11 and the position P12 and the rotor 50 rotates in the reverse direction. In this case, the position P11 is determined as the “drive start position”.
  • the positioning processing unit 923 rotates the rotor 50 by switching energization to the winding 40 so as to position the rotor 50 at the “drive start position” determined by the position determination unit 922. Specifically, by energizing the three phases, for example, the rotor 50 is positioned so that the center C1 of the magnet 52 of the rotor 50 overlaps the position P11 (determined by the position determining unit) shown in FIG. 5B.
  • the positioning unit 920 is used to detect the position of the rotor 50 once for the positioning from the state in which the rotor 50 is stopped until the rotor 50 is positioned at the “drive start position”.
  • the winding 40 is energized at least twice in total. That is, the energization of the winding 40 is switched at least once.
  • the torque acceleration control unit 93 operates the energization output so that the torque acceleration after the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 is larger than the torque acceleration before the shaft 60 collides with the impeller 80.
  • the power supplied to the winding 40 is controlled. Accordingly, the rotor 50 can be quickly positioned at the “drive start position” while suppressing the collision stress when the shaft 60 collides with the impeller 80.
  • the microcomputer 91 can detect that the outer wall of the shaft 60 has collided with the inner wall of the impeller 80 by detecting a change in the induced voltage generated in the winding 40, for example.
  • the torque acceleration control unit 93 controls the power supplied to the winding 40 by operating the energization output so that the torque acceleration becomes a predetermined target value by PI control.
  • FIG. 8 shows, as a solid line, a change with time of a current value (detected value) flowing through the brushless motor 4 when the brushless motor 4 is driven and controlled by the drive control device 90.
  • the current value is 0 because the rotor 50 is stopped at time t0 shown in FIG.
  • “t1, t4, t6, t7” are used for consistency with FIGS. 9 to 12 described later.
  • section symbols I to VI used in FIGS. 9 to 12 are described for reference.
  • the current value gradually increases.
  • the torque acceleration that is the acceleration of the torque output from the shaft 60 is “the collision stress when the outer wall 611 of the shaft 60 collides with the inner wall 811 of the impeller 80 is a predetermined value. Since the electric power supplied to the winding 40 is controlled so that it falls within the predetermined range of “being below”, the slope of the current value after time t1 becomes relatively small.
  • the torque acceleration control unit 93 controls the electric power supplied to the winding 40 so that the torque acceleration becomes a predetermined target value by the PI control, so that the current value is a predetermined target value at time t4. It converges to Ia.
  • the microcomputer 91 stops energizing the winding 40, so the current value becomes zero.
  • FIG. 8 the operation example of the drive control device of the comparative example is shown in FIG. 8 to clarify the advantages of the first embodiment relative to the comparative example.
  • the change with the passage of time is shown.
  • the drive control device of the comparative example is similar in physical configuration to the drive control device 90 of the present embodiment, but does not perform control to reduce the collision energy of the shaft 60 when the rotor 50 is positioned. Therefore, in the comparative example, the current value Ib that is about twice the current target value Ia of the present embodiment is set as the target value.
  • the 1st comparative example which does not perform PI control is shown with a broken line
  • the 2nd comparative example which performs PI control is shown with a dashed-two dotted line.
  • the current value approaches the target value Ib while repeating overshoot and undershoot. After time t1, the current value rapidly rises to a maximum value IbMAX that is three times or more the target value Ia of the present embodiment. Thereafter, the current value fluctuates in a range larger than Ia until time t6. In the second comparative example, the current value is approximately twice that of the present embodiment as a whole from time t1 to time t6, and converges to the target value Ib.
  • the collision stress when the shaft 60 collides with the impeller 80 may increase.
  • the collision stress when the shaft 60 collides with the impeller 80 can be reduced.
  • the drive control device 90 of the present embodiment includes a stator 30 around which a plurality of windings 40 (U-phase winding 41, V-phase winding 42, and W-phase winding 43) are wound, and relative rotation with respect to the stator 30.
  • the apparatus 90 includes a microcomputer 91.
  • the microcomputer 91 can control the rotation of the rotor 50 by controlling the power supplied to the winding 40 by operating an energized output including at least one of current, voltage, and power.
  • the microcomputer 91 has a positioning unit 920 and a torque acceleration control unit 93.
  • the positioning unit 920 controls the electric power supplied to the winding 40 before starting the drive control of the brushless motor 4, thereby starting the drive that is the position of the rotor 50 with respect to the stator 30 that can start the drive control of the brushless motor 4.
  • the rotor 50 is positioned at the position.
  • the torque acceleration control unit 93 determines that the torque acceleration that is the acceleration of the torque output from the shaft 60 of the brushless motor 4 is “the outer wall of the end portion 61 of the shaft 60 is the impeller 80.
  • the electric power supplied to the winding 40 is controlled so that the impact stress when colliding with the inner wall of the hole 81 is within a predetermined range.
  • the collision stress when the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 may be set to a predetermined value or less. it can. Thereby, abrasion, damage, etc. of the impeller 80 due to the outer wall of the shaft 60 colliding with the inner wall of the impeller 80 can be suppressed. This effect is particularly prominent when driving and controlling the brushless motor 4 having a large number of on / off times within a predetermined period.
  • the positioning unit 920 includes a position detection unit 921, a position determination unit 922, and a positioning processing unit 923.
  • the position detector 921 rotates the stopped rotor 50 by energizing the winding 40 and detects the position of the rotor 50 relative to the stator 30.
  • the position determination unit 922 determines the “drive start position” based on the position of the rotor 50 detected by the position detection unit 921.
  • the positioning processing unit 923 switches the energization to the winding 40 and rotates the rotor 50 so that the rotor 50 is positioned at the “drive start position” determined by the position determining unit 922.
  • the position of the rotor 50 is detected, the “drive start position” is determined based on the detected position of the rotor 50, and the rotor 50 is positioned at the determined “drive start position”. Therefore, the time required to start the drive control of the brushless motor 4 can be shortened.
  • the brushless motor 4 is a three-phase brushless motor in which a three-phase winding 40 is wound around a stator 30.
  • the position detector 921 energizes the two-phase winding 40 and detects the position of the rotor 50 based on the induced voltage generated in the non-energized phase.
  • the positioning processing unit 923 energizes the three-phase winding 40 to position the rotor 50.
  • the present disclosure is preferably applied to a three-phase brushless motor that is generally widely used.
  • the torque acceleration control unit 93 is wound so that the torque acceleration after the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 is larger than the torque acceleration before the shaft 60 collides with the impeller 80.
  • the power supplied to the line 40 is controlled.
  • the rotor 50 can be quickly positioned at the “drive start position” while suppressing the collision stress when the shaft 60 collides with the impeller 80. Therefore, the time required to start the drive control of the brushless motor 4 can be further shortened.
  • the torque acceleration control unit 93 controls the power supplied to the winding 40 so that the torque acceleration becomes a predetermined target value by PI control. Therefore, the torque acceleration of the shaft 60 can be brought close to the target value smoothly and a residual error from the target value can be eliminated. Further, by avoiding a significant overshoot, the torque acceleration of the shaft 60 can be maintained at a predetermined value (target value) or less.
  • the fuel pump drive system 100 of the present embodiment includes the fuel pump 1 and the above-described drive control device 90 that controls the drive of the brushless motor 4.
  • the fuel pump 1 includes a brushless motor 4 that can output torque by rotating a shaft 60, a housing 5 that houses the brushless motor 4, a pump cover 10 that has a suction portion 11 and closes one end of the housing 5, and a discharge portion 21.
  • the end portion 61 of the shaft 60 is inserted into the cover end 20 that closes the other end portion of the housing 5 and the hole portion 81 formed in the center and rotates together with the shaft 60, and flows into the suction portion 11.
  • An impeller 80 that pressurizes and discharges fuel from the discharge unit 21 is provided.
  • the collision stress when the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 during positioning of the rotor 50 before the start of drive control can be set to a small value equal to or less than a predetermined value. . Therefore, wear and breakage of the impeller 80 of the fuel pump 1 can be suppressed.
  • the end portion 61 of the shaft 60 of the fuel pump 1 is formed so that the cross section of the surface perpendicular to the axis is D-shaped. Further, the hole 81 of the impeller 80 is formed in a D shape so as to correspond to the cross-sectional shape of the end 61 of the shaft 60. Further, a predetermined clearance is formed between the end portion 61 of the shaft 60 and the hole portion 81 in a state where the end portion 61 of the shaft 60 is inserted into the hole portion 81. If the rotor 50 is positioned by the collision stress relaxation control by the drive control device 90 described above with respect to the fuel pump 1 having such a configuration, wear and breakage of the impeller 80 can be more effectively suppressed.
  • 9 to 12 are time charts showing changes in energization output over time.
  • the current value that actually flows through the brushless motor 4 is shown on the vertical axis, whereas the vertical axis in FIGS. 9 to 12 shows the three-phase inverter 95 as the “energized output” by the microcomputer 91.
  • PI feedback
  • the value of the energization output when the position detector 921 detects the position of the rotor 50 is referred to as “first output value”.
  • the first output value corresponds to the value of the energized output when the induced voltage generated in the non-energized phase due to the two-phase energization is detected and the position of the rotor 50 is detected based on the induced voltage.
  • the position determination unit 922 determines the driving start position and switches the energization
  • the energization output of the three-phase energization until the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80.
  • the value is referred to as “second output value”.
  • the microcomputer 91 controls the power supplied from the three-phase inverter 95 to the winding 40 by operating “current” as the energization output. Therefore, the symbol of the first output value is represented as “I1”, and the symbol of the second output value is represented as “I2”. In addition to this example, the microcomputer 91 may operate voltage or power as the energization output.
  • the first output value I1 is too small, the torque acceleration of the shaft 60 is not sufficiently increased, and there is a possibility that the rotational speed necessary for detecting the induced voltage in the non-conduction phase is not reached. Then, since the startability of the brushless motor 4 is lowered, it is necessary to set at least the maximum value of the first output value I1 to exceed the lower limit value for reaching the rotational speed at which the induced voltage can be detected. is there.
  • the lower limit value of the first output value I1 is “I1MIN”.
  • the second output value I2 is too large, the impeller 80 may be worn or damaged due to the collision stress when the outer wall of the shaft 60 collides. Therefore, it is necessary to set the second output value I2 to be lower than a certain upper limit value so as to avoid wear and breakage of the impeller 80.
  • the upper limit value of the second output value I2 is “I2MAX”.
  • Time t0 to t1 (section I) is when the rotor 50 is stopped.
  • Two-phase energization for position detection is started at time t1, and the position of the rotor 50 is detected based on the induced voltage from time t1 to t2 (section II).
  • the value of the energization output at this time is the first output value I1.
  • the two-phase energization is switched to the three-phase energization, and the shaft 60 collides with the impeller 80 between time t2 and t4 (section III).
  • the “latest timing” at which the shaft 60 collides with the impeller 80 is determined as the time. Set to t4.
  • the value of the energization output at this time is the second output value I2.
  • the current value is once reset to zero at times t6 to t7 (section V), and then the brushless motor 4 is started (drive control is started) at time t7. After time t7 (section VI), the brushless motor 4 rotates in the forward direction while being driven and controlled.
  • the current change according to the first embodiment is shown by a solid line
  • the current change of the comparative example similar to FIG. 8 is shown by a two-dot chain line.
  • the current is not changed before and after the switching time t2 from the two-phase energization to the three-phase energization. Therefore, the current gradient at time t2 is constant, and the value obtained by extending the increase gradient of the first output value I1 from time t1 to time t2 after time t2 is the second output value I2. That is, in the first embodiment and the comparative example, as a result, the second output value I2 is set larger than the first output value I1.
  • the current is increased at a constant gradient from the initial value I1s of the first output value I1 at time t1 until the third output value I3 is reached at time t3, and the current at time t4 is the second output.
  • the upper limit value I2MAX of the value I2 is exceeded. Therefore, the impeller 80 may crack at some timing C between times t2 and t4 (section III).
  • the second output value I2 (t4) at time t4 is reduced by reducing the current gradient from the initial value I1s of the first output value I1.
  • a certain final value I2e is set to be lower than the upper limit value I2MAX of the second output value I2. Therefore, the collision stress at the time of the collision of the shaft 60 can be relieved.
  • the startability of the brushless motor 4 can be ensured also in the first embodiment.
  • the lower limit value of the first output value I1 is relatively large, such as I1MIN indicated by the solid line
  • the first output value I1 (t2) at time t2 is lower than I1MIN, so that the rotation speed at which the induced voltage can be detected is reached. There is a possibility not to.
  • the following second to fourth embodiments are suitable for improving the startability of the brushless motor 4 and preventing damage to the impeller 80 even when the lower limit value I1MIN of the first output value I1 is relatively large.
  • the purpose is to achieve both.
  • the energization output before and after time t2 when switching from two-phase energization to three-phase energization is distinguished, and the second output value I2 after time t2 is set smaller than the first output value I1 before time t2. It is characterized by being.
  • the first output value I1 increases with a constant gradient from the start value I1s at time t1 to the end value I1e at time t2.
  • the start value I2s of the second output value I2 is set to a value that is lower than the end value I1e of the first output value.
  • the second output value I2 increases with a constant gradient from the start value I2s at time t2 to the end value I2e at time t4. Even after time t4, the current increases with the same slope, and after reaching the third output value I3 at time t5, maintains a constant value (I3) until time t6.
  • the current changes in a sawtooth shape.
  • the closing value I1e of the first output value is set to exceed the lower limit value I1MIN, and the closing value I2e of the second output value is set to be lower than the upper limit value I2MAX.
  • the torque acceleration control unit 93 determines that the “position determination unit 921” is different from the “first output value I1 which is the value of the energization output when the position detection unit 921 detects the position of the rotor 50”.
  • 922 determines the drive start position and switches the energization, and then in the positioning process by the positioning processing unit 923, the second output value I2 that is the energization output value until the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 " Set to a smaller value.
  • the first output value I1 can be increased to reach the rotation speed for sufficiently detecting the induced voltage.
  • the second output value I2 can be reduced to suppress the collision energy and relieve the collision stress. Therefore, it is possible to preferably achieve both improvement in the startability of the brushless motor 4 and prevention of damage to the impeller 80.
  • the second output value I2 at time t2 to t4 is set to be constant with respect to the second embodiment, and at time t4, the current is changed from the second output value I2 to the third output value.
  • the output value increases stepwise up to I3.
  • the second output value I2 is gradually increased from the time t2
  • the current at the time of collision varies. Occurs. Therefore, in the third embodiment, by making the second output value I2 constant, the collision energy at the time of collision can be made equal regardless of the initial position of the shaft 60, and the product quality can be stabilized.
  • the upper limit value I1MIN lower, the safety factor against the occurrence of wear and breakage can be increased.
  • the current increases stepwise from 0 to the first output value I1 at time t1 as compared with the third embodiment, and the first output value I1 from time t1 to t2 is constant. Is set. Thereby, the time for position detection can be shortened by rapidly increasing the number of rotations at the time of position detection.
  • the positioning unit 920 may position the rotor 50 without performing position detection by the position detection unit 921 or determination of the “drive start position” by the position determination unit 922. For example, as described in JP-A-4-31390, by energizing a certain fixed phase for a certain period of time for the first positioning, and then energizing the remaining phase for a certain period of time to perform the second positioning. Can also position the rotor 50.
  • the positioning unit 920 may energize the winding 40 not only twice, but also when the rotor 50 is positioned. That is, the energization of the winding 40 may be switched any number of times. For example, the current may be supplied multiple times for detecting the position of the rotor 50 and multiple times for positioning the rotor 50.
  • the torque acceleration control unit 93 is configured such that the torque acceleration after the outer wall of the shaft 60 collides with the inner wall of the impeller 80 is larger than the torque acceleration before the shaft 60 collides with the impeller 80. It is good also as not controlling the electric power supplied to the coil
  • the torque acceleration control unit 93 may not control the power supplied to the winding 40 so that the torque acceleration becomes a predetermined target value by PI control. That is, the torque acceleration may be controlled by a method other than PI control, such as proportional control without integral control.
  • the cross-sectional shape of the end portion of the shaft of the fuel pump and the shape of the hole portion of the impeller are not limited to the D-shape, for example, I-shape, polygonal shape, etc. It may be a simple shape. Further, the shaft and the impeller may be coupled by, for example, spline coupling.
  • the drive control device of the present disclosure is not limited to a three-phase brushless motor, and may be used for drive control of a brushless motor having a stator around which a plurality of phases of four or more phases are wound. Further, the present invention is not limited to the drive control of the brushless motor of the fuel pump, and may be used for the drive control of the brushless motor provided in other devices.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various forms without departing from the gist thereof.

Abstract

　ブラシレスモータ（４）の駆動を制御する駆動制御装置（９０）のマイクロコンピュータ（９１）は、位置決め部（９２０）およびトルク加速度制御部（９３）を有する。位置決め部（９２０）は、ブラシレスモータ（４）の駆動制御を開始する前、巻線（４０）に供給する電力を制御することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能なステータに対するロータの位置である駆動開始位置にロータを位置決めする。トルク加速度制御部（９３）は、ロータを位置決めするとき、ブラシレスモータ（４）のシャフトから出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、シャフトの端部の外壁がインペラ（回転部材）の穴部の内壁に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度の所定範囲内になるよう、巻線（４０）に供給する電力を制御する。これにより、インペラの摩耗、破損等を抑制する。

Description

駆動制御装置、および、燃料ポンプ駆動システム 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年１１月１２日に出願された日本出願番号２０１３－２３３８２８号と、２０１４年１０月２３日に出願された日本出願番号２０１４－２１６１３９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプ駆動システムに関する。
　従来、回転子の位置を検出するセンサを備えないブラシレスモータを駆動制御する駆動制御装置が知られている。例えば特許文献１には、燃料ポンプの駆動源として用いられるブラシレスモータの駆動を駆動制御装置により制御する例が記載されている。
　回転子の位置を検出するセンサを備えないセンサレスのブラシレスモータの場合、駆動制御の開始前の回転子が停止している状態では固定子に対する回転子の位置が不明のため、駆動制御を開始可能な固定子に対する回転子の位置である駆動開始位置に回転子を強制的に位置決めした上で駆動制御を開始する必要がある。特許文献１の駆動制御装置では、複数相の巻線に対する通電を切り替えることにより、固定子に対する回転子の位置を検出し、検出した回転子の位置に基づき駆動開始位置を決定し、決定した駆動開始位置に回転子を位置決めすることにより、ブラシレスモータの駆動制御開始までに要する時間の短縮化を図っている。
　特許文献１の駆動制御装置では、上述の位置検出および位置決めを行うとき、回転子は、通電時の固定子に対する回転子の位置により、一方向（正転方向）または他方向（逆転方向）に回転する。一般に、ブラシレスモータを燃料ポンプの駆動源として用いる場合、ブラシレスモータのシャフトをインペラの穴部に挿嵌し、ブラシレスモータを駆動することによりインペラを回転させる。また、シャフトの端部およびインペラの穴部は、断面形状がＤ字状に形成されるのが一般的である。また、インペラの製造誤差および組み付け誤差を吸収するため、シャフトの端部とインペラの穴部との間には所定のクリアランスが形成される。そのため、シャフトが回転を開始するとき、所定の加速度を伴ってシャフトの端部の外壁の角部がインペラの穴部の内壁の平面部に衝突する場合がある。
　特許文献１の駆動制御装置で燃料ポンプのブラシレスモータを駆動する場合、駆動制御開始前の位置決め時、巻線に対する通電切り替えの度にシャフトが正転方向または逆転方向に回転する。そのため、例えば回転子の位置決めが必要なく、正転方向にしか回転しないブラシ付きモータを駆動する場合と比べ、シャフトの端部の外壁がインペラの穴部の内壁に衝突する回数、および、衝突時の衝突応力が増大し、これにより、インペラが摩耗または破損するおそれがある。特に、近年普及しているアイドリングストップ車やハイブリッド車両では所定期間内に燃料ポンプをオンオフする回数が多いため、シャフトの衝突によるインペラの摩耗の促進、または、破損の増大が懸念される。
特開２０１１－３６０８３号公報
　本開示は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブラシレスモータにより回転駆動する回転部材の摩耗および破損を抑制可能な駆動制御装置、および、これを用いて燃料ポンプのブラシレスモータを駆動する燃料ポンプ駆動システムを提供することにある。
　本開示の一態様によれば、駆動制御装置は、複数相の巻線が巻回された固定子、当該固定子に対し相対回転可能に設けられる回転子、および、当該回転子の中心に設けられ端部が回転部材の穴部に挿嵌され回転子とともに回転するシャフトを有するブラシレスモータの駆動を制御する。駆動制御装置は、制御部を備えている。
　制御部は、電流、電圧、又は電力の少なくとも一つを含む通電出力を操作して巻線に供給する電力を制御することにより回転子の回転を制御可能である。
　制御部は、位置決め部およびトルク加速度制御部を有する。
　位置決め部は、ブラシレスモータの駆動制御を開始する前、巻線に供給する電力を制御することにより、ブラシレスモータの駆動制御を開始可能な固定子に対する回転子の位置である駆動開始位置に回転子を位置決めする。
　トルク加速度制御部は、位置決め部により回転子を位置決めするとき、ブラシレスモータのシャフトから出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、「シャフトの端部の外壁が回転部材の穴部の内壁に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度」の所定範囲内になるよう、巻線に供給する電力を制御する。
　そのため、本開示では、ブラシレスモータの駆動制御を開始する前、回転子の位置決めをするとき、シャフトの外壁が回転部材の内壁に衝突するときの衝突応力を所定値以下にすることができる。これにより、シャフトの外壁が回転部材の内壁に衝突することによる回転部材の摩耗および破損等を抑制することができる。この効果は、特に、所定期間内のオンオフ回数が多いブラシレスモータを駆動制御する場合に顕著となる。
　また、本開示の燃料ポンプ駆動システムは、燃料ポンプと、ブラシレスモータの駆動を制御する上述の駆動制御装置とを含む。
　燃料ポンプは、シャフトが回転しトルクを出力可能なブラシレスモータ、ブラシレスモータを収容するハウジング、吸入部を有しハウジングの一方の端部を塞ぐポンプカバー、吐出部を有しハウジングの他方の端部を塞ぐカバーエンド、および、中央に形成された穴部にシャフトの端部が挿嵌されシャフトとともに回転することで吸入部から流入した燃料を加圧し吐出部から吐出する回転部材を備えている。
　本開示の燃料ポンプ駆動システムでは、駆動制御開始前のロータの位置決め時、シャフトの外壁が回転部材の内壁に衝突するときの衝突応力を所定値以下の小さな値にすることができる。そのため、燃料ポンプの回転部材の摩耗および破損を抑制することができる。
図１は、本開示の第１実施形態による駆動制御装置、および、燃料ポンプを示す断面図。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。 図３は、本開示の第１実施形態による燃料ポンプのインペラを示す図。 図４は、本開示の第１実施形態による駆動制御装置の回路構成を示す模式図。 図５Ａは、ロータが駆動開始位置に対応する位置にあるときの状態を示す模式図。 図５Ｂは、ロータが駆動開始位置に対応する位置以外にあるときの状態を示す模式図。 図６Ａは、ブラシレスモータの停止時におけるシャフトとインペラとの位置関係を説明する模式図。 図６Ｂは、ブラシレスモータの位置決め時におけるシャフトとインペラとの位置関係を説明する模式図。 図６Ｃは、ブラシレスモータの位置決め時におけるシャフトとインペラとの位置関係を説明する模式図。 図６Ｄは、ブラシレスモータの起動時におけるシャフトとインペラとの位置関係を説明する模式図。 本開示の第１実施形態による燃料ポンプのシャフトのトルク加速度と、シャフトの衝突時にインペラに作用する衝突応力との関係を示す図。 本開示の第１実施形態及び比較例の駆動制御装置において、燃料ポンプのブラシレスモータに流れる電流を示すタイムチャート。 本開示の第１実施形態によるロータ位置決め時の衝突応力緩和制御、および、比較例の位置決め制御を示すタイムチャート。 本開示の第２実施形態による衝突応力緩和制御を示すタイムチャート。 本開示の第３実施形態による衝突応力緩和制御を示すタイムチャート。 本開示の第４実施形態による衝突応力緩和制御を示すタイムチャート。
　以下、本開示の複数の実施形態による駆動制御装置、および、これを用いて燃料ポンプのブラシレスモータを駆動制御する燃料ポンプ駆動システムを図面に基づいて説明する。なお、図面の記載が煩雑になることを避けるため、１つの図において同一の部材または部位等には、複数のうち１つ、または、数個のみに符号を付す場合がある。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について、図１～図９を参照して説明する。
　図１に示す燃料ポンプ駆動システム１００は、車両９に搭載され、燃料ポンプ１および駆動制御装置９０を含む。燃料ポンプ１は、例えば車両９のバッテリ９６から供給される電力により駆動され、図示しない燃料タンクの燃料を吸入し、燃料供給対象としての内燃機関８に吐出供給する。特に車両９がアイドリングストップ車やハイブリッド車の場合、燃料ポンプ１は、車両９の想定使用期間等に相当する所定期間内のオンオフ回数、言い換えれば停止後の再起動回数が多くなる。
　燃料ポンプ１は、ブラシレスモータ４、ハウジング５、ポンプカバー１０、カバーエンド２０、および、「回転部材」としてのインペラ８０等を備えている。
　ブラシレスモータ４は、ステータ３０、巻線４０、ロータ５０、およびシャフト６０等を備えている。
　図２に示すように、ステータ３０は、セグメント３１およびインシュレータ３４を有している。
　セグメント３１は、磁性材料の薄板を積層した積層鉄心から形成されている。本実施形態では、セグメント３１は６つ設けられている。セグメント３１は、ヨーク部３２およびティース部３３を有している。ステータ３０は、６つのヨーク部３２が６角筒を形成するよう筒状に形成されている。ティース部３３は、ヨーク部３２の中央から径方向内側へ延びるよう形成されている。インシュレータ３４は、樹脂により形成され、セグメント３１のティース部３３に設けられている。
　巻線４０は、例えば銅等の金属により形成され、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３からなり、インシュレータ３４に巻回されることによりステータ３０のティース部３３に設けられている。Ｕ相巻線４１はブラシレスモータ４のＵ相を構成し、Ｖ相巻線４２はＶ相を構成し、Ｗ相巻線４３はＷ相を構成している。
　ロータ５０は、円筒状に形成され、コア５１、磁石５２、５３、５４、５５を有している。ロータ５０は、ステータ３０の内側で回転可能に設けられている。
　コア５１は、略円筒状に形成され、中心に穴部５１１を有している。磁石５２、５３、５４、５５は、コア５１の外壁に周方向に並ぶよう設けられている。磁石５２、５４は、ロータ５０の径方向外側の磁性がＳ極となるよう着磁されている。磁石５３、５５は、ロータ５０の径方向外側の磁性がＮ極となるよう着磁されている。すなわち、ロータ５０の外壁は、磁性が周方向で交互に異なるよう着磁されている。
　このように本実施形態では、ブラシレスモータ４は、４極（２極対）６スロットの三相ブラシレスモータである。また、本実施形態では、ブラシレスモータ４のロータ５０の位置を検出可能な位置センサを備えていない。つまり、ブラシレスモータ４は、位置センサレス（以下、単に「センサレス」という。）タイプのブラシレスモータである。また、本実施形態では、燃料ポンプ１の所定期間内のオンオフ回数が多いため、ブラシレスモータ４の所定期間内のオンオフ回数も多い。
　シャフト６０は、例えばステンレス等の金属により棒状、すなわち、長い円柱状に形成されている。シャフト６０は、ロータ５０のコア５１の穴部５１１に嵌合するよう設けられている。これにより、シャフト６０はロータ５０と一体に回転可能である。
　本実施形態では、シャフト６０の一方の端部６１は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成されている（図３参照）。これにより、シャフト６０の一方の端部６１には、平面状の外壁６１１、および、曲面状の外壁６１２が形成されている。また、外壁６１１と外壁６１２との境界を含む角部６１３、６１４は、滑らかな曲面状となるよう面取りされている。
　ハウジング５は、例えば鉄等の金属により、略円筒状に形成されている。また、ハウジング５の表面には、例えば亜鉛または錫等によるめっきが施されている。
　ポンプカバー１０は、例えばアルミニウム等の金属により略円板状に形成され、ハウジング５の一端を塞いでいる。ポンプカバー１０は、ハウジング５の一端が径方向内側へかしめられることにより、ハウジング５の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。図１に示すように、ポンプカバー１０は、筒状の吸入部１１を有している。吸入部１１の内側には、ポンプカバー１０を板厚方向に貫く吸入通路１１１が形成されている。
　カバーエンド２０は、例えば樹脂により円板状に形成され、ハウジング５の他端を塞いでいる。カバーエンド２０は、外縁部がハウジング５の他端の内側に圧入される。また、カバーエンド２０は、ハウジング５の他端が径方向内側へかしめられることにより、ハウジング５の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。
　図１に示すように、ステータ３０を構成するセグメント３１、インシュレータ３４および巻線４０は、カバーエンド２０を形成する樹脂によりモールドされている。すなわち、ステータ３０は、樹脂によりモールドされることにより、カバーエンド２０と一体に形成されている。このように、ステータ３０は、ハウジング５と同軸に、ハウジング５の内側に収容されている。
　ポンプカバー１０とステータ３０との間には、ポンプケーシング７０が設けられている。ポンプケーシング７０は、例えばアルミニウム等の金属により、略円板状に形成されている。ポンプケーシング７０の中心部には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く穴部７１が形成されている。ポンプケーシング７０の穴部７１には、軸受部材７２が嵌め込まれている。軸受部材７２は、例えば銅系の焼結金属により円筒状に形成されている。
　カバーエンド２０のロータ５０側端面の中央には、軸受部２２が形成されている。軸受部２２は、カバーエンド２０の中央に、ロータ５０側に筒状に突出するよう形成されている。軸受部２２の中心軸は、カバーエンド２０の中心軸と一致している。すなわち、軸受部２２は、カバーエンド２０の中心軸上に設けられている。軸受部２２の内側には、軸受部材２３が嵌め込まれている。軸受部材２３は、軸受部材７２と同様、例えば銅系の焼結金属により円筒状に形成されている。
　ポンプケーシング７０の穴部７１は、ポンプ室７３内に位置するシャフト６０の一方の端部６１側を、軸受部材７２を介し軸受けしている。カバーエンド２０の軸受部２２は、シャフト６０の他方の端部６２側を、軸受部材２３を介し軸受けしている。これにより、ロータ５０およびシャフト６０は、軸受部材７２および穴部７１、ならびに、軸受部材２３および軸受部２２を介し、ポンプケーシング７０およびカバーエンド２０に回転可能に支持されている。
　インペラ８０は、例えばＰＰＳ等の樹脂により略円板状に形成され、ポンプカバー１０とポンプケーシング７０との間に形成された略円板状のポンプ室７３に収容されている。インペラ８０は、中心を板厚方向に貫く穴部８１を有している。穴部８１は、シャフト６０の一方の端部６１の断面形状に対応するようＤ字状に形成されている。これにより、穴部８１には、平面状の内壁８１１、および、曲面状の内壁８１２が形成されている。
　シャフト６０の一方の端部６１は、インペラ８０の穴部８１に挿嵌されている。これにより、シャフト６０がロータ５０とともに回転すると、インペラ８０は、ポンプ室７３内で回転する。
　なお、本実施形態では、シャフト６０の端部６１が穴部８１に挿嵌された状態で、シャフト６０の端部６１と穴部８１との間に所定のクリアランスが形成されている（図３参照）。当該クリアランスにより、インペラ６０の製造誤差および組み付け誤差を吸収することができる。
　ポンプカバー１０のインペラ８０側の面には、略Ｃ字状の溝１２が形成されている。この溝１２と吸入通路１１１とは接続している。また、ポンプケーシング７０のインペラ８０側の面には、略Ｃ字状の溝７４が形成されている。この溝７４には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く通路７５が形成されている。インペラ８０には、溝１２および溝７４に対応する位置に羽根部８２が形成されている。
　カバーエンド２０には、吐出部２１が設けられている。吐出部２１は、カバーエンド２０のポンプカバー１０とは反対側の端面から筒状に突出するようカバーエンド２０と一体に樹脂により形成されている。吐出部２１の内側には、吐出通路２１１が形成されている。吐出通路２１１は、ハウジング１０内側のポンプカバー１０とカバーエンド２０との間の空間６に連通している。
　図１に示すように、吐出部２１には、一端が内燃機関８に接続する供給管７の他端が接続されている。インペラ８０の回転によって空間６で加圧された燃料は、吐出通路２１１を流通し吐出部２１から吐出され、供給管７を経由して内燃機関８に供給される。
　カバーエンド２０には、端子４４が設けられている（図１参照）。端子４４は、例えば銅等の金属により棒状に形成されている。本実施形態では、端子４４は３つ設けられ、それぞれ、一端がＵ相巻線４１、Ｖ相巻線４２およびＷ相巻線４３に接続し、他端がカバーエンド２０のポンプカバー１０とは反対側の端面から露出するようカバーエンド２０に埋設されている。
　駆動制御装置９０は、燃料ポンプ１のブラシレスモータ４の駆動を制御するFuel Pump Controller（ＦＰＣ）である。駆動制御装置９０は、端子４４およびバッテリ９６に接続するよう設けられ、バッテリ９６から入力される電力を三相電力に変換してブラシレスモータ４に供給する。
　図４に示すように、駆動制御装置９０は、マイクロコンピュータ９１、駆動回路９４および三相インバータ９５を有している。
　三相インバータ９５は、巻線４０（Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３）への通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子９５１～９５６がブリッジ接続されている。本実施形態では、スイッチング素子９５１～９５６として、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いる。以下、スイッチング素子９５１～９５６を、適宜、ＭＯＳ９５１～９５６という。
　３つの高電位側ＭＯＳ９５１～９５３は、ドレインが、バッテリ９６の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ９５１～９５３のソースが、それぞれＭＯＳ低電位側９５４～９５６のドレインに接続されている。ＭＯＳ９５４～９５６のソースは、バッテリ９６の負極側すなわちグランドに接続されている。
　図４に示すように、対になっているＭＯＳ９５１とＭＯＳ９５４との接続点は、Ｕ相巻線４１の一端に接続している。また対になっているＭＯＳ９５２とＭＯＳ９５５との接続点は、Ｖ相巻線４２の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ９５３とＭＯＳ９５６との接続点は、Ｗ相巻線４３の一端に接続している。
　「制御部」としてのマイクロコンピュータ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を有する小型のコンピュータであり、入力された信号等に基づき、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って演算を行い、制御信号を生成して駆動回路９４へ出力する。
　具体的には、マイクロコンピュータ９１は、電流、電圧又は電力の少なくとも一つを含む通電出力を操作して三相インバータ９５から巻線４０に供給する電力を制御することにより、ブラシレスモータ４の回転数及びトルクを制御する。
　また、本実施形態のマイクロコンピュータ９１は、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３に印加されている電圧を取得する。これにより、例えば二相通電時に非通電相に発生する誘起電圧を検出可能である。
　さらにマイクロコンピュータ９１は、ブラシレスモータ４をセンサレス制御するための構成として、ブラシレスモータ４を起動する前にロータ５０を位置決めする位置決め部９２０、および、位置決め時におけるシャフト６０のトルク加速度が所定範囲内になるよう、通電出力を操作して巻線４０に供給する電力を制御するトルク加速度制御部９３を有している。位置決め部９２０は、位置検出部９２１、位置決定部９２２および位置決め処理部９２３を含む。
　これらの各部は物理的に独立した形態で設けられる必要はなく、一つのマイクロコンピュータ９１が、随時、位置決め部９２０として機能したり、トルク加速度制御部９３として機能したりすればよい。各部についての詳細な作用については後述する。
　駆動回路９４は、マイクロコンピュータ９１から入力された制御信号に基づき、三相インバータ９５を構成するＭＯＳ９５１～９５６のオンオフを切り替える信号を生成し、ＭＯＳ９５１～９５６のゲートへ出力する。これにより、ＭＯＳ９５１～９５６がスイッチング作動し、バッテリ９６から巻線４０（Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３）へ電力が供給される。
　マイクロコンピュータ９１が駆動回路９４およびＭＯＳ９５１～９５６を経由して、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３への通電を切り替えると、ステータ３０に回転磁界が形成され、ロータ５０が回転する。ロータ５０がシャフト６０とともに回転すると、シャフト６０が挿嵌されているインペラ８０が回転する。
　次に、ブラシレスモータ４の「駆動制御の開始」について説明する。以下、「駆動制御の開始」は「起動」と同じ意味で用いる。
　本実施形態のブラシレスモータ４は、センサレスタイプのため、駆動制御の開始前のロータ５０が停止している状態ではステータ３０に対するロータ５０の位置が不明である。そのため、駆動制御を開始可能なステータ３０に対するロータ５０の位置である「駆動開始位置」（巻線４０に通電したときにステータ３０においてＮ極となる位置）にロータ５０を強制的に位置決めした上で駆動制御を開始する必要がある。駆動制御開始前にマイクロコンピュータ９１が実行するロータ５０の位置決めに関する制御を「位置決め制御」という。
　本実施形態のブラシレスモータ４は、４極６スロット構成のため、図５Ａ、５Ｂに示すように、「駆動開始位置」は、１２箇所（位置（角度）Ｐ１～Ｐ１２）のうちのいずれかに設定され得る。よって、ロータ５０の磁石５２～５５の中央が位置Ｐ１～Ｐ１２のいずれかに位置している場合、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能である（図５Ａ）。
　図５Ａ，５Ｂに示す「正転方向」はインペラ８０が燃料を加圧可能なロータ５０（シャフト６０）の回転方向であり、「逆転方向」はインペラ８０が燃料を加圧不能なロータ５０（シャフト６０）の回転方向である。なお、回転方向の正逆は、各相巻線４１、４２、４３の配置やインペラ８０の視方向によって、適宜、設定される。
　ここで、図６Ａから図６Ｄを参照し、ブラシレスモータ４の停止時、位置決め時、起動時におけるシャフト６０とインペラ８０との相対回転の位置関係について説明する。シャフト６０及びインペラ８０は、回転軸Ｏに対して同軸に相対回転する。また、後述の図９～図１２において、停止時は、時刻ｔ０～ｔ１の区間Ｉに対応し、位置決め時は、時刻ｔ２～ｔ６の区間ＩＩＩ、ＩＶに対応する。起動時は、時刻ｔ７以降の区間ＶＩに対応する。
　図６Ａに示すように、ブラシレスモータ４の停止時には、シャフト６０はインペラ８０の穴部８１に対し中立位置にある。
　図６Ｂ、６Ｃに示す様に、位置決め時には、ロータ５０の位置に応じて、シャフト６０は駆動開始位置まで正転または逆転する。正転の場合（図６Ｂ）、シャフト６０の一方の角部６１３がインペラ８０の穴部８１の内壁８１１に衝突し、逆転の場合（図６Ｃ）、☆印部にてシャフト６０の他方の角部６１４がインペラ８０の穴部８１の内壁８１１に衝突する。
　図６Ｄに示す様に、起動時には、シャフト６０の一方の角部６１３がインペラ８０の穴部８１の内壁８１１に当接した状態で正転する。
　回転方向が一方向（正転方向）のブラシ付モータの場合、常にシャフト６０の一方の角部６１３がインペラ８０の穴部８１の内壁８１１に当接した状態となるのに対し、ブラシレスモータでは、起動毎に位置決めのため回転方向が変化する。その度にシャフト６０のいずれかの角部６１３、６１４が穴部８１の内壁８１１に衝突するため、インペラ８０の摩耗や破損が促進されやすくなる。
　以下、衝突に関する記述として、正確には「シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突する」と記述するところ、適宜、「シャフト６０（の外壁）がインペラ８０（の内壁）に衝突する」というように省略する。
　続いて、本実施形態におけるマイクロコンピュータ９１の各部の作用を説明する。
　位置決め部９２０は、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、巻線４０に供給する電力を制御することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能な駆動開始位置（位置Ｐ１～１２）にロータ５０を位置決めする。
　トルク加速度制御部９３は、位置決め部９２０がロータ５０を位置決めするとき、シャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、「シャフト６０の外壁６１１がインペラ８０の内壁８１１に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度」の所定範囲内になるよう、通電出力を操作して巻線４０に供給する電力を制御する。
　このように、本実施形態は、位置決め制御において、シャフト６０とインペラ８０との衝突応力を緩和する「衝突応力緩和制御」を実行することを特徴とする。
　ここで、上記所定範囲は、図７に示す実験結果に基づき設定されることが望ましい。
　図７は、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときのシャフト６０のトルク加速度と衝突応力との関係を示すものである。トルク加速度［ｍＮ・ｍ／ｍｓ］は、トルクの時間変化率であり、例えばマイクロコンピュータ９１が出力する電流変化率［Ａ／ｍｓ］等の通電出力が反映される。衝突応力［Ｊ／ｍｍ2］は、トルク加速度に比例する衝突エネルギーを衝突時の受力面積で除した値である。
　図７に示すように、トルク加速度が６．６ｍＮ・ｍ／ｍｓ以上の領域ではトルク加速度が大きいほど衝突エネルギーが大きくなり、衝突応力が増加する。一方、トルク加速度が３．６ｍＮ・ｍ／ｍｓ以下の領域ではシャフト６０の角部６１３、６１４のみが穴部８１の内壁８１１に衝突し、受力面積が小さくなる効果が顕著となって衝突応力が増加する。トルク加速度が３．６～６．６ｍＮ・ｍ／ｍｓの領域では、衝突応力が所定値σ0以下となる。したがって、上記の「所定範囲」は、３．６～６．６ｍＮ・ｍ／ｍｓに設定されることが望ましい。
　本実施形態の位置決め部９２０は、位置検出部９２１、位置決定部９２２および位置決め処理部９２３を有する。位置検出部９２１は、巻線４０に通電することにより、停止しているロータ５０を回転させ、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出する。具体的には、位置検出部９２１は、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３のうちの二相に通電し、ロータ５０を強制的に回転させる。そして、ロータ５０が回転することにより非通電相の巻線４０に生じる誘起電圧を検出することによって、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出する。このとき、位置検出部９２１は、検出した誘起電圧の変化により、ロータ５０の回転方向を検出可能である。
　位置決定部９２２は、検出したロータ５０の位置および回転方向に基づき、「駆動開始位置」を決定する。具体的には、例えば図５Ｂに示すように、ロータ５０の磁石５２の中央Ｃ１（Ｓ極）が位置Ｐ１１と位置Ｐ１２との間に位置しロータ５０が逆方向に回転していることを検出した場合、位置Ｐ１１を「駆動開始位置」として決定する。
　位置決め処理部９２３は、位置決定部９２２により決定された「駆動開始位置」にロータ５０を位置決めするように巻線４０に対する通電を切り替えることにより、ロータ５０を回転させる。具体的には、三相に通電することにより、例えば図５Ｂに示す位置Ｐ１１（位置決定部により決定）にロータ５０の磁石５２の中央Ｃ１が重なるようロータ５０を位置決めする。
　このように、位置決め部９２０は、ロータ５０が停止している状態から、ロータ５０を「駆動開始位置」に位置決めするまでの間に、ロータ５０の位置検出のために１回、位置決めのために１回の少なくとも計２回、巻線４０に対し通電する。すなわち、巻線４０に対する通電を少なくとも１回切り替える。
　また、トルク加速度制御部９３は、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突した後のトルク加速度が、シャフト６０がインペラ８０に衝突する前のトルク加速度より大きくなるよう、通電出力を操作して巻線４０に供給する電力を制御する。これにより、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突応力を抑制しつつ、ロータ５０を「駆動開始位置」に素早く位置決めすることができる。なお、マイクロコンピュータ９１は、例えば巻線４０に生じる誘起電圧の変化を検出することにより、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突したことを検出可能である。
　さらに、トルク加速度制御部９３は、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、通電出力を操作して巻線４０に供給する電力を制御する。
　次に、第１実施形態による駆動制御装置９０の作動について、図８に基づき説明する。
　図８に、駆動制御装置９０によりブラシレスモータ４を駆動制御したときにブラシレスモータ４に流れる電流値（検出値）の時間の経過に伴う変化を実線で示す。
　図８に示す時刻ｔ０ではロータ５０は停止しているため、電流値は０である。以後の時刻の記号は、後述の図９～図１２との整合のため「ｔ１、ｔ４、ｔ６、ｔ７」を用いる。また、図９～図１２で用いる区間記号Ｉ～ＶＩを参考として記載する。
　時刻ｔ１でマイクロコンピュータ９１がロータ５０の位置決め制御を開始すると、電流値は徐々に増大する。本実施形態では、ロータ５０の位置決めを行うとき、シャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、「シャフト６０の外壁６１１がインペラ８０の内壁８１１に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度」の所定範囲内になるよう、巻線４０に供給する電力を制御するため、時刻ｔ１以降の電流値の傾きは、比較的小さくなる。
　また、本実施形態では、トルク加速度制御部９３は、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御するため、時刻ｔ４で電流値が所定の狙い値Ｉａに収束する。
　時刻ｔ６でロータ５０の位置決めが完了すると、マイクロコンピュータ９１は巻線４０への通電を停止するため、電流値は０になる。
　時刻ｔ６の時点でロータ５０は「駆動開始位置」に位置決めされた状態のため、時刻ｔ７でブラシレスモータ４の通常の駆動制御を開始可能である。時刻ｔ７以降、ブラシレスモータ４の通常の駆動制御開始（起動）に伴い、ブラシレスモータ４に電流が流れる。
　ここで、比較例の駆動制御装置の作動例を図８に示すことにより、第１実施形態の比較例に対する有利な点を明らかにする。
　図８に、比較例の駆動制御装置により、ロータ５０が停止している状態から、ブラシレスモータ４の通常の駆動制御が開始された後までの、ブラシレスモータ４に流れる電流の値（電流値）の時間の経過に伴う変化を示す。比較例の駆動制御装置は、物理的な構成は本実施形態の駆動制御装置９０と同様であるものの、ロータ５０の位置決め時、シャフト６０の衝突エネルギーを緩和する制御を行わない。そのため比較例では、本実施形態の電流狙い値Ｉａに対し約２倍の電流値Ｉｂを狙い値としている。また、ＰＩ制御を行わない第１比較例を破線で示し、ＰＩ制御を行う第２比較例を二点鎖線で示す。
　第１比較例では、電流値が狙い値Ｉｂに対してオーバーシュート、アンダーシュートを繰り返しつつ近づく。時刻ｔ１以降、電流値は、本実施形態の狙い値Ｉａの３倍以上である最大値ＩｂMAXまで急上昇する。その後、時刻ｔ６までの間、電流値は、Ｉａよりも大きな範囲で変動する。第２比較例では、電流値は、時刻ｔ１から時刻ｔ６の間で全体に本実施形態の約２倍となり、狙い値Ｉｂに収束する。
　このように、比較例の駆動制御装置の場合、ロータ５０の位置決め時にブラシレスモータ４に流れる電流値が大きいため、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突応力が大きくなるおそれがある。それに対し、本実施形態の駆動制御装置９０では、ロータ５０の位置決め時にブラシレスモータ４に流れる電流値が小さいため、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突応力を小さくすることができる。
　以上説明した第１実施形態の作用効果について説明する。
　本実施形態の駆動制御装置９０は、複数相の巻線４０（Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３）が巻回されたステータ３０、当該ステータ３０に対し相対回転可能に設けられるロータ５０、および、当該ロータ５０の中心に設けられ端部６１がインペラ８０の穴部８１に挿嵌されロータ５０とともに回転するシャフト６０を有するブラシレスモータ４の駆動を制御する駆動制御装置９０であって、マイクロコンピュータ９１を備えている。
　マイクロコンピュータ９１は、電流、電圧、又は電力の少なくとも一つを含む通電出力を操作して巻線４０に供給する電力を制御することによりロータ５０の回転を制御可能である。
　マイクロコンピュータ９１は、位置決め部９２０およびトルク加速度制御部９３を有する。
　位置決め部９２０は、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、巻線４０に供給する電力を制御することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能なステータ３０に対するロータ５０の位置である駆動開始位置にロータ５０を位置決めする。
　トルク加速度制御部９３は、位置決め部９２０によりロータ５０を位置決めするとき、ブラシレスモータ４のシャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、「シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度」の所定範囲内になるよう、巻線４０に供給する電力を制御する。
　そのため、本実施形態では、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、ロータ５０の位置決めをするとき、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突応力を所定値以下にすることができる。これにより、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突することによるインペラ８０の摩耗および破損等を抑制することができる。この効果は、特に、所定期間内のオンオフ回数が多いブラシレスモータ４を駆動制御する場合に顕著となる。
　また、本実施形態では、位置決め部９２０は、位置検出部９２１、位置決定部９２２および位置決め処理部９２３を有する。位置検出部９２１は、巻線４０に通電することにより、停止しているロータ５０を回転させ、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出する。位置決定部９２２は、位置検出部９２１が検出したロータ５０の位置に基づき、「駆動開始位置」を決定する。位置決め処理部９２３は、位置決定部９２２が決定した「駆動開始位置」にロータ５０を位置決めするように、巻線４０に対する通電を切り替えてロータ５０を回転させる。
　このように、本実施形態では、ロータ５０の位置を検出し、検出したロータ５０の位置に基づき「駆動開始位置」を決定し、決定した「駆動開始位置」にロータ５０を位置決めする。そのため、ブラシレスモータ４の駆動制御開始までに要する時間を短縮することができる。
　ここで、本実施形態では、ブラシレスモータ４は、ステータ３０に三相巻線４０が巻回された三相ブラシレスモータである。位置検出部９２１は、二相の巻線４０に通電し、非通電相に生じる誘起電圧に基づいてロータ５０の位置を検出する。位置決め処理部９２３は、三相の巻線４０に通電し、ロータ５０を位置決めする。このように、本開示は、一般に広く使用される三相ブラシレスモータに好適に適用される。
　また、本実施形態では、トルク加速度制御部９３は、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突した後のトルク加速度が、シャフト６０がインペラ８０に衝突する前のトルク加速度より大きくなるよう、巻線４０に供給する電力を制御する。
　これにより、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突応力を抑制しつつ、ロータ５０を「駆動開始位置」に素早く位置決めすることができる。そのため、ブラシレスモータ４の駆動制御開始までに要する時間をさらに短縮することができる。
　また、本実施形態では、トルク加速度制御部９３は、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御する。そのため、シャフト６０のトルク加速度を目標値にスムーズに近づけるとともに目標値との残留誤差を無くすことができる。また、大幅なオーバーシュートを回避することで、シャフト６０のトルク加速度を所定値（目標値）以下に維持することができる。
　また、本実施形態の燃料ポンプ駆動システム１００は、燃料ポンプ１と、ブラシレスモータ４の駆動を制御する上述の駆動制御装置９０とを備える。
　燃料ポンプ１は、シャフト６０が回転しトルクを出力可能なブラシレスモータ４、ブラシレスモータ４を収容するハウジング５、吸入部１１を有しハウジング５の一方の端部を塞ぐポンプカバー１０、吐出部２１を有しハウジング５の他方の端部を塞ぐカバーエンド２０、および、中央に形成された穴部８１にシャフト６０の端部６１が挿嵌されシャフト６０とともに回転することで吸入部１１から流入した燃料を加圧し吐出部２１から吐出するインペラ８０を備えている。
　本実施形態の燃料ポンプ駆動システム１００では、駆動制御開始前のロータ５０の位置決め時、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突応力を所定値以下の小さな値にすることができる。そのため、燃料ポンプ１のインペラ８０の摩耗および破損を抑制することができる。
　また、本実施形態では、燃料ポンプ１のシャフト６０の端部６１は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成されている。また、インペラ８０の穴部８１は、シャフト６０の端部６１の断面形状に対応するようＤ字状に形成されている。また、シャフト６０の端部６１が穴部８１に挿嵌された状態で、シャフト６０の端部６１と穴部８１との間に所定のクリアランスが形成されている。このような構成の燃料ポンプ１に対し、上述の駆動制御装置９０による衝突応力緩和制御によってロータ５０の位置決めを行えば、インペラ８０の摩耗および破損をより効果的に抑制することができる。
　（第２～第４実施形態）
　次に、本開示の第２～第４実施形態の駆動制御装置によるロータ位置決め時の衝突応力緩和制御について、図９～図１２を参照して説明する。
　最初に、各実施形態に共通する技術的思想や用語、および、各図で共通して用いる記号について説明する。図９～図１２は、時間の経過に伴う通電出力の変化を表すタイムチャートである。上述の図８では、ブラシレスモータ４に実際に流れる電流値を縦軸に示しているのに対し、図９～図１２の縦軸には、マイクロコンピュータ９１が「通電出力」として三相インバータ９５に指令する電流（目標値）を示している。ただし、フィードバック（ＰＩ）制御が行われることを前提として、実値と目標値とは一致しているものとする。
　各実施形態の位置決め制御において、位置検出部９２１によってロータ５０の位置を検出するときの通電出力の値を「第１出力値」という。例えば、第１出力値は、二相通電により非通電相に生じる誘起電圧を検出し、その誘起電圧に基づいてロータ５０の位置を検出するときの通電出力の値に相当する。
　また、位置決定部９２２が駆動開始位置を決定し、通電を切り替えた後、位置決め処理部９２３による位置決め処理において、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するまでの三相通電の通電出力の値を「第２出力値」という。
　第１～第４実施形態では、マイクロコンピュータ９１は、通電出力として「電流」を操作することで三相インバータ９５から巻線４０に供給する電力を制御する。そこで、第１出力値の記号を「Ｉ１」、第２出力値の記号を「Ｉ２」と表す。この例の他、マイクロコンピュータ９１は、通電出力として、電圧又は電力を操作してもよい。
　第１出力値Ｉ１が小さすぎると、シャフト６０のトルク加速度が十分に上がらず、非通電相の誘起電圧を検出するために必要な回転数に到達しない可能性がある。すると、ブラシレスモータ４の起動性が低下することとなるため、少なくとも第１出力値Ｉ１の最大値が、誘起電圧を検出可能な回転数に到達するための下限値を上回るように設定する必要がある。この第１出力値Ｉ１の下限値を「Ｉ１MIN」とする。
　また、第２出力値Ｉ２が大きすぎると、シャフト６０の外壁が衝突したときの衝突応力により、インペラ８０が摩耗または破損するおそれがある。そこで、第２出力値Ｉ２は、インペラ８０の摩耗および破損を回避可能なように、ある上限値を下回るように設定する必要がある。この第２出力値Ｉ２の上限値を「Ｉ２MAX」とする。
　続いて、図９～図１２の横軸に共通に示す時刻ｔ０～ｔ７の意味について説明する。
　時刻ｔ０～ｔ１（区間Ｉ）はロータ５０の停止時である。
　時刻ｔ１にて位置検出のための二相通電が開始され、時刻ｔ１～ｔ２（区間ＩＩ）に、誘起電圧に基づいてロータ５０の位置が検出される。このときの通電出力の値が第１出力値Ｉ１である。
　時刻ｔ２にて二相通電から三相通電に切り替えられ、時刻ｔ２～ｔ４（区間ＩＩＩ）の間にシャフト６０がインペラ８０に衝突する。ここで、通電を切り替えた時刻ｔ２におけるシャフト６０の初期位置に応じて、シャフト６０がインペラ８０に衝突するまでの時間は変化するため、シャフト６０がインペラ８０に衝突する「最も遅いタイミング」を時刻ｔ４に設定する。このときの通電出力の値が第２出力値Ｉ２である。
　時刻ｔ４～ｔ６（区間ＩＶ）では、シャフト６０がインペラ８０に衝突した後、ロータ５０が回転し、駆動開始位置に位置決めされる。この段階での通電出力の許容最大値は、第２出力値Ｉ２よりも大きい第３出力値Ｉ３であるとする。
　時刻ｔ６にてロータ５０の位置決めが完了すると、時刻ｔ６～ｔ７（区間Ｖ）で電流値を一旦０にした後、時刻ｔ７にてブラシレスモータ４を起動（駆動制御を開始）する。時刻ｔ７以降（区間ＶＩ）、ブラシレスモータ４は駆動制御されつつ正転方向に回転する。
　時刻ｔ０～ｔ１、および時刻ｔ６～ｔ７における挙動は、図９～図１２で共通である。なお、図９でのみ用いられる時刻ｔ３、および、図１０でのみ用いられる時刻ｔ５については、各図の説明で述べる。
　図９には、第１実施形態による電流変化を実線で示し、図８と同様の比較例の電流変化を二点鎖線で示している。第１実施形態および比較例では、二相通電から三相通電への切り替え時刻ｔ２での前後で電流を変化させていない。したがって、時刻ｔ２での電流の傾きは一定であり、時刻ｔ１～ｔ２における第１出力値Ｉ１の増加勾配をそのまま時刻ｔ２後に延長した値が第２出力値Ｉ２となっている。すなわち、第１実施形態および比較例では、結果的に第２出力値Ｉ２は第１出力値Ｉ１よりも大きく設定されている。
　比較例では、時刻ｔ１での第１出力値Ｉ１の始値Ｉ１ｓから時刻ｔ３で第３出力値Ｉ３に到達するまで、電流を一定勾配で増加させており、時刻ｔ４における電流は、第２出力値Ｉ２の上限値Ｉ２MAXを超えている。そのため、時刻ｔ２～ｔ４（区間ＩＩＩ）の間のいつかのタイミングＣでインペラ８０にクラックが発生する可能性がある。
　一方、第１実施形態では、インペラ８０の摩耗や破損を回避するため、第１出力値Ｉ１の始値Ｉ１ｓからの電流勾配を小さくすることで、時刻ｔ４における第２出力値Ｉ２（ｔ４）である終値Ｉ２ｅが第２出力値Ｉ２の上限値Ｉ２MAXを下回るように設定している。したがって、シャフト６０の衝突時における衝突応力を緩和することができる。
　ここで、第１出力値Ｉ１の下限値が破線で示すＩ１’MINのように比較的小さい場合、第１実施形態でもブラシレスモータ４の起動性を確保することができる。しかし、第１出力値Ｉ１の下限値が実線で示すＩ１MINのように比較的大きい場合、時刻ｔ２における第１出力値Ｉ１（ｔ２）がＩ１MINを下回るため、誘起電圧を検出可能な回転数に到達しない可能性がある。
　そこで、以下の第２～第４実施形態は、第１出力値Ｉ１の下限値Ｉ１MINが比較的大きい場合であっても、ブラシレスモータ４の起動性の向上と、インペラ８０の破損防止とを好適に両立することを目的とするものである。これらの実施形態では、二相通電から三相通電に切り替える時刻ｔ２の前後での通電出力を区別し、時刻ｔ２後の第２出力値Ｉ２が時刻ｔ２前の第１出力値Ｉ１よりも小さく設定されることを特徴とする。
　図１０に示す第２実施形態では、第１出力値Ｉ１は、時刻ｔ１の始値Ｉ１ｓから時刻ｔ２の終値Ｉ１ｅまで一定勾配で増加する。
　時刻ｔ２で通電を切り替えたとき、第２出力値Ｉ２の始値Ｉ２ｓは、第１出力値の終値Ｉ１ｅから下がった値に設定される。第２出力値Ｉ２は、時刻ｔ２の始値Ｉ２ｓから時刻ｔ４の終値Ｉ２ｅまで一定勾配で増加する。時刻ｔ４後も電流は同じ勾配で増加し、時刻ｔ５で第３出力値Ｉ３に到達してからは時刻ｔ６まで一定値（Ｉ３）を維持する。
　このように、第２実施形態では電流は鋸型状に変化する。また、第１出力値の終値Ｉ１ｅは下限値Ｉ１MINを上回るように設定され、第２出力値の終値Ｉ２ｅは上限値Ｉ２MAXを下回るように設定されている。
　このように第２実施形態では、トルク加速度制御部９３は、「位置検出部９２１によってロータ５０の位置を検出するときの通電出力の値である第１出力値Ｉ１」に対し、「位置決定部９２２が駆動開始位置を決定し、通電を切り替えた後、位置決め処理部９２３による位置決め処理において、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するまでの通電出力の値である第２出力値Ｉ２」を小さく設定する。
　これにより、位置検出時には、第１出力値Ｉ１を大きくして誘起電圧を十分に検出するための回転数に到達することができる。一方、位置決め処理でのシャフト６０の衝突時には、第２出力値Ｉ２を小さくして衝突エネルギーを抑制し、衝突応力を緩和することができる。したがって、ブラシレスモータ４の起動性の向上と、インペラ８０の破損防止とを好適に両立することができる。
　以下の第３、第４実施形態については、前述の実施形態との相違点のみを説明する。
　図１１に示す第３実施形態は、第２実施形態に対し、時刻ｔ２～ｔ４における第２出力値Ｉ２が一定に設定されており、時刻ｔ４にて、電流は第２出力値Ｉ２から第３出力値Ｉ３までステップ状に増加している。
　上述の通り、シャフト６０がインペラ８０に衝突する時刻は、シャフト６０の初期位置に応じて変化するため、時刻ｔ２から第２出力値Ｉ２を漸増させる第２実施形態では、衝突時の電流にばらつきが生じる。そこで、第３実施形態では、第２出力値Ｉ２を一定とすることで、シャフト６０の初期位置に関係なく衝突時の衝突エネルギーを同等とし、製品品質を安定させることができる。また、上限値Ｉ１MINをより低く設定することで、摩耗や破損の発生に対する安全率を大きくすることができる。
　図１２に示す第４実施形態は、第３実施形態に対し、時刻ｔ１にて電流が０から第１出力値Ｉ１までステップ状に増加し、時刻ｔ１～ｔ２における第１出力値Ｉ１が一定に設定されている。これにより、位置検出時に回転数を急激に上昇させることで、位置検出の時間を短縮することができる。
　（他の実施形態）
　本開示の他の実施形態では、位置決め部９２０は、位置検出部９２１による位置検出や位置決定部９２２による「駆動開始位置」の決定を行うことなく、ロータ５０を位置決めしてもよい。例えば特開平４－３１２３９０号公報に記載されたように、ある固定された相に一定時間通電して第１位置決めをし、その後残りの相にも一定時間通電して第２位置決めをすることによってもロータ５０を位置決めすることができる。
　また、本開示の他の実施形態では、位置決め部９２０は、ロータ５０の位置決めを行うとき、２回に限らず、巻線４０に対し何回通電してもよい。すなわち、巻線４０への通電を何回切り替えてもよい。例えばロータ５０の位置検出のために複数回、ロータ５０の位置決めのために複数回通電してもよい。
　また、本開示の他の実施形態では、トルク加速度制御部９３は、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突した後のトルク加速度が、シャフト６０がインペラ８０に衝突する前のトルク加速度より大きくなるよう、巻線４０に供給する電力を制御しないこととしてもよい。すなわち、シャフト６０がインペラ８０に衝突する前と後においてトルク加速度を同じに制御してもよいし、衝突前よりも衝突後のトルク加速度が小さくなるよう制御することとしてもよい。
　また、本開示の他の実施形態では、トルク加速度制御部９３は、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御しないこととしてもよい。すなわち、積分制御を行わない比例制御等、ＰＩ制御以外の方法でトルク加速度を制御することとしてもよい。
　また、本開示の他の実施形態では、燃料ポンプのシャフトの端部の断面形状、および、インペラの穴部の形状は、Ｄ字状に限らず、例えばＩ字状、多角形状等、どのような形状であってもよい。また、シャフトとインペラとは、例えばスプライン結合により結合されることとしてもよい。
　また、本開示の駆動制御装置は、三相ブラシレスモータに限らず、四相以上の複数相の巻線が巻回された固定子を有するブラシレスモータの駆動制御に用いられてもよい。また、燃料ポンプのブラシレスモータの駆動制御に限らず、他の機器等に設けられるブラシレスモータの駆動制御に用いられてもよい。
　このように、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

Claims (9)

  1. 　複数相の巻線（４０、４１、４２、４３）が巻回された固定子（３０）、当該固定子に対し相対回転可能に設けられる回転子（５０）、および、当該回転子の中心に設けられ端部（６１）が回転部材（８０）の穴部（８１）に挿嵌され前記回転子とともに回転するシャフト（６０）を有するブラシレスモータ（４）の駆動を制御する駆動制御装置（９０）であって、
    　電流、電圧、又は電力の少なくとも一つを含む通電出力を操作して前記巻線に供給する電力を制御することにより前記回転子の回転を制御可能な制御部（９１）を備え、
    　前記制御部は、
    　前記ブラシレスモータの駆動制御を開始する前、前記巻線に供給する電力を制御することにより、前記ブラシレスモータの駆動制御を開始可能な前記固定子に対する前記回転子の位置である駆動開始位置に前記回転子を位置決めする位置決め部（９２０）、および、
    　前記位置決め部により前記回転子を位置決めするとき、前記シャフトから出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が、前記シャフトの外壁が前記回転部材の内壁に衝突するときの衝突応力が所定値以下となる程度の所定範囲内になるよう、前記巻線に供給する電力を制御するトルク加速度制御部（９３）を有することを特徴とする駆動制御装置。
  2. 　前記位置決め部は、
    　複数相の前記巻線に通電することにより、停止している前記回転子を回転させ、前記回転子の前記固定子に対する位置を検出する位置検出部（９２１）と、
    　前記位置検出部が検出した前記回転子の位置に基づき前記駆動開始位置を決定する位置決定部（９２２）と、
    　前記位置決定部が決定した前記駆動開始位置に前記回転子を位置決めするように、複数相の前記巻線に対する通電を切り替えて前記回転子を回転させる位置決め処理部（９２３）と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
  3. 　前記トルク加速度制御部は、
    　前記位置検出部によって前記回転子の位置を検出するときの前記通電出力の値である第１出力値に対し、
    　前記位置決定部が前記駆動開始位置を決定し、通電を切り替えた後、前記位置決め処理部による位置決め処理において、前記シャフトの外壁が前記回転部材の内壁に衝突するまでの前記通電出力の値である第２出力値を小さく設定することを特徴とする請求項２に記載の駆動制御装置。
  4. 　前記第２出力値は、一定に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の駆動制御装置。
  5. 　前記ブラシレスモータは、前記固定子に三相巻線が巻回された三相ブラシレスモータであり、
    　前記位置検出部は、二相の前記巻線に通電し、非通電相に生じる誘起電圧に基づいて前記回転子の位置を検出し、
    　前記位置決め処理部は、三相の前記巻線に通電し、前記回転子を位置決めすることを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
  6. 　前記トルク加速度制御部は、
    　前記シャフトの外壁が前記回転部材の内壁に衝突した後の前記トルク加速度が、前記シャフトが前記回転部材に衝突する前の前記トルク加速度より大きくなるよう、前記巻線に供給する電力を制御することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
  7. 　前記トルク加速度制御部は、
    　ＰＩ制御により前記トルク加速度が所定の目標値になるよう、前記巻線に供給する電力を制御することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
  8. 　シャフト（６０）が回転しトルクを出力可能なブラシレスモータ（４）、前記ブラシレスモータを収容するハウジング（５）、吸入部（１１）を有し前記ハウジングの一方の端部を塞ぐポンプカバー（１０）、吐出部（２１）を有し前記ハウジングの他方の端部を塞ぐカバーエンド（２０）、及び、中央に形成された穴部（８１）に前記シャフトの端部（６１）が挿嵌され前記シャフトとともに回転することで前記吸入部から流入した燃料を加圧し前記吐出部から吐出する回転部材（８０）を備える燃料ポンプ（１）と、
    　前記ブラシレスモータの駆動を制御する請求項１～７のいずれか一項に記載の駆動制御装置（９０）と、
    　を含む燃料ポンプ駆動システム（１００）。
  9. 　前記シャフトの端部は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成され、
    　前記穴部は、前記シャフトの端部の断面形状に対応するようＤ字状に形成され、
    　前記シャフトの端部が前記穴部に挿嵌された状態で、前記シャフトの端部と前記穴部との間に所定のクリアランスが形成されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料ポンプ駆動システム。
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