JP5214344B2 - 電動ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動ポンプ装置に係り、例えば、ハイブリッド車両等の自動変速機構に作動油を供給する流体圧送ポンプとして用いるに好適な電動ポンプ装置に関する。

車両用変速機構の油圧源として用いられる、油圧供給装置へ必要な油圧を確保するために電動ポンプ装置を駆動して、油圧制御装置を制御することは知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、低速域から高速域の全速度領域においても高精度なトルク制御が実現出来る永久磁石同期電動機のトルク制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１６１８５０号公報 特開２００５−０３９９１２号公報

しかしながら、特許文献１、２のいずれも、モータの上限回転数を制限する速度制御部で用いる上限回転数は、予め設定した固定値としている。このために、例えば電源電圧が低下した場合においては、モータ特性が変化し前記モータ上限回転数が速度制御部で用いる固定値よりも低くなる。そのために、速度制御部が動作せず電圧飽和領域に入るため、制御不安定となる問題があった。また、電源電圧が高い場合には、前記モータ上限回転数が上昇し、速度制御部に用いる固定値で制限されているために、高回転領域の特性を十分に出力できない問題があった。

本発明の目的は、電源電圧の変動によってモータ特性が変化した場合においても、適切な上限回転数を設定し、設定されたモータ上限回転数以下で安定に制御することができる電動ポンプ装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、流体回路に流体圧を供給する流体圧送ポンプと、該流体圧送ポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータと、該ブラシレスモータを外部からの制御信号に応じて回転駆動させるブラシレスモータ制御装置とを有し、前記ブラシレスモータは、電源の直流電力から３相交流電力に変換された電力により駆動される電動ポンプ装置であって、前記ブラシレスモータ制御装置は、前記電源の電圧に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数の上限値である上限回転数を設定するものであり、前記電圧が高いほど、前記上限回転数値が高くなるように、前記上限回転数値を出力する上限回転数演算手段を備え、前記上限回転数演算手段は、前記電源の電圧を前記ブラシレスモータの誘起電圧定数で除した値を上限回転数とするようにしたものである。
かかる構成により、電源電圧の変動によってモータ特性が変化した場合においても、適切な上限回転数を設定し、設定されたモータ上限回転数以下で安定に制御することができるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記上限回転数演算手段は、前記電源の電圧を前記ブラシレスモータの誘起電圧定数で除した値に安全率を乗じた値を上限回転数とするようにしたものである。

本発明によれば、電源電圧の変動によってモータ特性が変化した場合においても、適切な上限回転数を設定し、設定されたモータ上限回転数以下で安定に制御することができるものとなる。

以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による電動ポンプ装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電動ポンプ装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電動ポンプ装置の全体構成を示すブロック図である。

電動ポンプ装置１は、ブラシレスモータ制御装置３と、ブラシレスモータ４と、流体圧送ポンプ５とを備えている。なお，流体圧送オイルポンプ５は，以下の説明ではオイルポンプ５と称する。

ブラシレスモータ制御装置３は、上位制御装置２０からのトルク指令に基づいて、ブラシレスモータ４に供給する３相交流電力により、ブラシレスモータ４の出力トルクを制御し、オイルポンプ５を駆動する。

ブラシレスモータ４は、３相交流電力により駆動される、永久磁石界磁型の同期モータであり、ブラシレスモータ制御装置３から供給される電力で回転が制御される。ブラシレスモータ制御装置３は、内部にインバータを含み、電源２３の直流電力を３相交流電力に変換した上で、ブラシレスモータ４に供給する。電源２３は、車載用のバッテリーであり、例えば、１４Ｖの直流電圧を出力する・電源２３は、バッテリーの状態によっては、その電圧は、例えば、１０Ｖ〜１６Ｖの間で変化する。

オイルパン６に溜められたオイルは、オイルポンプ５により吸引され、油路Ｌ１、Ｌ２を経て自動変速機構８に供給される。油路Ｌ２には、オイルポンプ５の停止時に自動変速機構８からオイルポンプ５側にオイルが逆流するのを防止するための逆止弁７が設けられている。自動変速機構８を潤滑したオイルは、油路Ｌ３を経て、オイルパン６に戻される。

自動変速機構８には、オイルの油温を検出する油温センサ９が設けられている。油温センサ９によって検出されたオイルの油温は、上位制御装置２０へ送られる。上位制御装置２０は、ブラシレスモータ制御装置３に対して、トルク指令値を出力するとともに、オイルの油温情報も供給する。

次に、図２を用いて、本実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ４の構成について説明する。
図２は、本発明の実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ブラシレスモータ４は、ハウジング４０４に固定された固定子４０５と、出力軸４０１に固定された回転子４０６とを備えている。固定子４０５の電機子巻線には、図１に示したブラシレスモータ制御装置３から３相交流電力が供給される。回転子４０６は、回転子鉄心の外周に保持された永久磁石４０７を備えている。なお、永久磁石は。回転子鉄心の内部に埋め込まれたものでもよい。

出力軸４０１は、ベアリング４０２Ｆによりブラケット４０８に、また、ベアリング４０２Ｒによりハウジング４０４に、それぞれ保持されている。そして、回転子４０６は、固定子４０５に対して回転可能である。ブラケット４０８と出力軸４０１との間には、モータ内部へのオイル混入を防ぐためのオイルシール４０３が設けられている。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置３の構成について説明する。

図３は、本発明の一実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図４は、図３における上限回転数演算部の詳細ブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図３に示すように、ブラシレスモータ４の駆動を制御するブラシレスモータ制御装置３は、電流指令発生部３０８と、電流制御部３０１と、電圧指令作成部３０３と、電力変換部３０４と、磁極位置推定及び速度推定部３０５と、座標変換部３０６と、相電流再現部３０７と、速度制御部３１１と、上限回転数演算部３１２と、直流電源ＶＢと、電流検出部Ｓ１と、減算部３０９，３１０とを備えている。

上位制御装置２０は、ブラシレスモータ制御装置３に対して、トルク指令τ*とオイル温度Ｔｏを出力する。

次に、ブラシレスモータ制御装置３の動作を説明する。

図３において、電流指令発生部３０８は入力したトルク指令τ*に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*を算出し、減算部３１０に出力する。

相電流再現部３０７は、電流検出部Ｓ１により検出した電流Ｉｓｔを入力として、ブラシレスモータ４に流れる３相電流を再現した電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標変換部３０６に出力する。座標変換部３０６は、相電流再現部３０７の出力である電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、磁極位置推定及び速度推定部３０５から出力される磁極位置推定θｃとを用いて、回転子直交座標であるｄｃ−ｄｑ軸へ座標変換して、検出電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する。

速度制御部３１１は、磁極位置推定及び速度推定部３０５からの出力である速度推定値ω１と、上限回転数演算部３１２からの出力である上限回転数値ω０を入力として、上限回転数以下に回転数を制御するため速度制御を行い、算出したＩｑlmtを減算部３１０に出力する。上限回転数演算部３１２は、電源２３の直流電圧ＶＢに基づいて、ブラシレスモータ４の回転速度の上限値である上限回転数値ω０を出力するものである。上限回転数演算部３１２は、直流電圧ＶＢが高いほど、上限回転数値ω０が高くなるように、上限回転数値ω０を出力する。なお、上限回転数演算部３１２の詳細内容については、図４を用いて後述する。

減算部３０９，３１０では、電流指令発生部３０８の出力である電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*に対して、速度制御部３１１の出力であるＩｑlmtと座標変換部３０６の出力であるＩｄｃ，Ｉｑｃとの，それぞれの偏差を算出し、電流制御部３０１に入力する。電流制御部３０１は、入力された前記偏差が０となるように電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**を算出し出力する。

電圧指令作成部３０３は、電流制御部３０１の出力と磁極位置推定及び速度推定部３０５の出力である推定モータ回転数ω１とを用いて、３相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、電力変換部３０４に出力する。電力変換部３０４は、直流電源ＶＢの直流電力を、３相交流電力に変換するインバータである。電力変換部３０４は、電圧指令作成部３０３の出力Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づき、ブラシレスモータ４に印加する電圧を制御し、ブラシレスモータ４を回転させ、所望のトルクを発生させる。

次に、図４を用いて、上限回転数演算部３１２の詳細内容について説明する。

上限回転数演算部３１２は、演算部３１２Ａと、誘起電圧定数記憶部３１２Ｂとを備えている。演算部３１２Ａは、電源２３の電圧ＶＢ［Ｖ］と、誘起電圧定数記憶部３１２Ｂに記憶された誘起電圧定数Ｋｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］とに基づいて、下記の式（１）に従い、上限回転数ω０を演算する。

ω０＝ＶＢ／Ｋｅ …（１）

誘起電圧定数Ｋｅは、ブラシレスモータの形状，寸法，出力等によって異なるが、例えば、０．０５［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］である。したがって、式（１）に従い、電源電圧ＶＢが１４Ｖであれば、上限回転数ω０は、２８００ｒｐｍとなる。また、電源電圧ＶＢが１０Ｖであれば、上限回転数ω０は、２０００ｒｐｍとなる。このように、上限回転数演算部３１２は、直流電圧ＶＢが高いほど、上限回転数値ω０が高くなるように、上限回転数値ω０を出力する。誘起電圧定数Ｋｅは、ブラシレスモータの形状，寸法，出力等を同じに設計したものでも、製造時の誤差により、僅かずつ異なる。このような場合には、個々のブラシレスモータ毎に、誘起電圧定数Ｋｅを計測して用いてもいいが、複数のブラシレスモータの誘起電圧定数Ｋｅを計測した上で、これらの平均値を用いてもよいものである。

なお、上限回転数は上式で算出したω０をそのまま出力としても良いし、安全率（例えば０．９等）を乗じた値を出力してもよいものである。

次に、図５を用いて、本実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置の中の、上限回転数演算部の他の構成について説明する。

図５は、本発明の一実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置の中の、上限回転数演算部の他の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

上限回転数演算部３１２’は、マップ３１２Ｃを備えている。マップ３１２Ｃには、各電源電圧ＶＢに対して予め設定された上限回転数ω０が保持されている。演算部３１２’は、電源２３の電圧ＶＢ［Ｖ］に対して、マップ３１２Ｃを用いて、上限回転数ω０を演算する。
マップ３１２Ｃに保持されている上限回転数ω０は、上述の式（１）に基づいて、電源電圧ＶＢと、誘起電圧定数Ｋｅとから算出したものを、保持する。また、マップ３１２Ｃに保持されている上限回転数ω０は、上述の式（１）に基づいて、電源電圧ＶＢと誘起電圧定数Ｋｅとから算出したものに対して、例えば、前述のように、安全率（例えば０．９等）を乗じた値を保持しても良いし、電源電圧ＶＢと誘起電圧定数Ｋｅとから算出したものに対して、例えば、電源電圧が高い側（例えば、１６Ｖ以上）では、算出された誘起電圧定数Ｋｅよりも少し低めの上限回転数ω０とし、また、電源電圧が低い側（例えば、１２Ｖ以下）では、算出された誘起電圧定数Ｋｅよりも少し高めの上限回転数ω０を設定して保持してもよいものである。これらの場合、上限回転数演算部３１２’は、電源電圧ＶＢに基づいて、上限回転数ω０を算出するものとなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ブラシレスモータの上限回転数以下で動作するように回転数を制限する速度制御部を備えることにより、電源電圧の変動によってモータ特性が変化しても、適切な上限回転数を速度制御部で設定し、モータの上限回転数以下で安定に制御することができる。

本発明の一実施形態による電動ポンプ装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図３における上限回転数演算部の詳細ブロック図である。 本発明の一実施形態による電動ポンプ装置に用いるブラシレスモータ制御装置の中の、上限回転数演算部の他の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…電動ポンプ装置
２…流体回路
３…ブラシレスモータ制御装置
４…ブラシレスモータ
５…流体圧送ポンプ
２０…上位指令装置
２３…電源
３１２…上限回転数演算部

Claims (2)

1. 流体回路に流体圧を供給する流体圧送ポンプと、該流体圧送ポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータと、該ブラシレスモータを外部からの制御信号に応じて回転駆動させるブラシレスモータ制御装置とを有し、
   前記ブラシレスモータは、電源の直流電力から３相交流電力に変換された電力により駆動される電動ポンプ装置であって、
   前記ブラシレスモータ制御装置は、前記電源の電圧に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数の上限値である上限回転数を設定するものであり、前記電圧が高いほど、前記上限回転数値が高くなるように、前記上限回転数値を出力する上限回転数演算手段を備え、前記上限回転数演算手段は、前記電源の電圧を前記ブラシレスモータの誘起電圧定数で除した値を上限回転数とすることを特徴とする電動ポンプ装置。
2. 請求項１記載の電動ポンプ装置において、
   前記上限回転数演算手段は、前記電源の電圧を前記ブラシレスモータの誘起電圧定数で除した値に安全率を乗じた値を上限回転数とすることを特徴とする電動ポンプ装置。

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