JP6354562B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のウォータポンプ駆動用のモータ制御装置に関する。

水冷式エンジンでは、エンジンブロック等に設けられた冷却水の流路であるウォータジャケットに不凍液を添加した冷却水を循環させることにより、エンジンを冷却している。水冷式エンジンのエンジンブロックには、冷却水を循環させるためのウォータポンプが取り付けられており、ウォータポンプは、車両が備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって供給電力が制御されるポンプ駆動用モータによって駆動される。

冷却水はエンジンを冷却するためのものなので、始動直後で暖機されていないエンジンでは、循環させる冷却水の流量は、暖機されたエンジンほどは要しない。特許文献１には、ポンプのインペラを通常時とは逆方向に回転させることによって、ポンプが吐出する冷却水の量を通常時よりも減少させる遠心ポンプの運転方法の発明が開示されている。

特開２００４−１９７６２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、インペラを逆転させる場合よりも冷却水の吐出量が少なくなる制御及びインペラを逆回転させる場合と正回転させる場合とでの中間の吐出量が考慮されていないという問題点があった。

前述のように、始動直後のエンジンでは、冷却水を積極的に循環させてエンジンを冷却する必要はなく、特許文献１に記載の発明のように、ウォータポンプのインペラを逆転サせた場合の冷却水の吐出量も過剰な場合がある。

エンジンの冷却が必要ない場合であれば、ウォータポンプの作動を停止させることも考えられるが、エンジンの冷却水の循環を停止させると、冷却水の温度が、エンジンの燃焼室近くの流路では高く、エンジンのその他の部位の流路では低くなるという現象が起こる。冷却水の温度は、冷却水の流路の一角に設けられた水温センサで検知されるが、上述のように、冷却水の温度が流路の部位によって異なると、ＥＣＵがエンジンを制御するための冷却水の温度の情報が的確に得られず、エンジンの制御に支障が生じるおそれがある。

従って、始動直後のエンジンでは、水温センサによる冷却水の温度の検知が的確に行われ得る冷却水の循環が担保されるように、ポンプ駆動用モータを制御する必要がある。

また、インペラを逆回転させるとウォータポンプからの冷却水の吐出量は少なくできるが、インペラを正回転させた場合のウォータポンプからの冷却水の吐出量とは隔たりがあり、吐出量を連続的に制御できないという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、ウォータポンプを駆動する三相モータの無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて、前記三相モータのロータの回転位置を検出する検出部と、エンジン冷却水温が上昇するに従って前記三相モータが間欠的逆回転、連続的逆回転、低速正回転、及び高速正回転の順に回転し、低速正回転させる場合は、前記ロータの回転位置に応じていずれか１相のコイルを無通電にし、他の２相のコイルの一方のコイルから他方のコイルに通電された後、前記他方のコイルから前記一方のコイルに通電されるように駆動回路を制御する制御部と、を含んでいる。

このモータ制御装置によれば、エンジンの冷却水の温度が上昇するに従ってウォータポンプを駆動するモータを間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転及び高速正回転の順に回転させるように駆動回路を制御する。

モータを低速で正回転させる場合には、算出したロータの位置に応じて、３相のコイルのうち１の相のコイルを無通電にし、かつ他の２相のコイルのうち一方のコイルから他方のコイルへ通電した後、他方のコイルから一方のコイルへ通電する。通電したコイルに当該通電とは逆方向の電流を通電することにより、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺し、モータが低速で正回転できるようにしている。その結果、モータを間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転及び高速正回転させることが可能となり、ウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できる。

請求項２に記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後の前記他方のコイルから前記一方のコイルへの通電は、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電よりも短時間である。

このモータ制御装置によれば、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺する逆方向の通電を短時間で行うことにより、モータを低速で正回転させることができる。

請求項３に記載のモータ制御装置は、請求項１又は２記載のモータ制御装置において、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後に前記他方のコイルから前記一方のコイルへ通電する制御により、前記無通電相のコイルに生じる誘起電圧の発生を軽減させる。

このモータ制御装置によれば、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺することにより、無通電の相の誘起電圧の発生を軽減でき、低速回転時に誘起電圧に基づくロータの位置の検出が容易となる。

請求項４に記載のモータ制御装置は、請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記エンジンが始動された直後は、前記三相モータを誘起電圧によって前記ロータの位置が検知可能となる回転速度まで連続的に逆回転させるように前記駆動回路を制御し、前記三相モータの回転が該回転速度に達した後は、前記三相モータのコイルに間欠的に通電させるように前記駆動回路を制御して前記三相モータを間欠的に逆回転させる。

このモータ制御装置によれば、エンジン始動直後は誘起電圧によるロータの位置検出が可能なるまでモータを連続的に逆回転させ、ロータの位置検出が可能なった後に、モータのコイルに間欠的に通電することにより、モータを間欠的に逆回転させることができる。

本発明の実施の形態に係るポンプ駆動用モータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るモータを用いたウォータポンプのインペラの動作の一例を示した概略図であり、（Ａ）はインペラを正回転させた場合、（Ｂ）はインペラを逆回転させた場合を各々示している。 （Ａ）はインペラを連続的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を、（Ｂ）はインペラを間欠的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を各々示している。 インペラを間欠的に逆回転させる場合の、モータに印加するモータ印加電圧とウォータポンプが吐出する冷却水の流量と平均流量とを対比させた概略図である。 冷却水を吐出する際の配管抵抗を流量と圧力の比で表したグラフである。 モータのＵ相コイルからＶ相コイルへの通電においてインバータ回路が動作したことにより、各相とＧＮＤ間の電圧を示した概略図であり、（Ａ）はインペラを高速正回転させる場合、（Ｂ）はインペラを低速正回転させる場合を各々示している。 本発明の実施の形態に係るモータ制御装置におけるインバータＦＥＴのゲートに印加される信号の一例を示した概略図であり、（Ａ）は片側ＰＷＭ駆動の場合、（Ｂ）は平衡駆動の場合を各々示している。 本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の制御の一例を示したフローチャートである。

図１は、本実施の形態に係るポンプ駆動用モータ１０（以下、「モータ１０」と略記）の分解斜視図である。図１に示されるように、モータ１０は、ハウジング１２と、ベース部材１４と、ロータ１６と、ステータ１８と、制御基板２０と、シールドカバー２２と、ステータホルダ２４とを備えている。

ハウジング１２は、樹脂製とされている。このハウジング１２は、板状のハウジング本体２６と、ロータ１６を収容する開口２８Ａを備えたロータ収容室２８の周壁部３０とを一体に有している。ハウジング本体２６の一端部には、コネクタ３２が設けられており、ロータ収容室２８の周壁部３０は、ハウジング本体２６の中央部よりも他端部寄りの位置に円筒状に形成されている。

モータ１０は、例えばエンジン冷却水を循環させるウォータポンプとして好適に用いられるものであり、ロータ収容室２８は、ハウジング１２が自動車のエンジンブロック等に取り付けられた場合に、エンジンブロックに形成されたポンプ室と連通される。

ベース部材１４は、伝熱性が高く導電性を有する金属の一例として、例えば、アルミニウム合金製とされている。このベース部材１４には、ロータ収容室２８の底壁部３１が形成されており、この底壁部３１には、接合部３８及びシャフト支持部４０が形成されている。この接合部３８及びシャフト支持部４０は、それぞれ円筒状に形成されている。

接合部３８は、シャフト支持部４０の径方向外側に形成されると共に、周壁部３０の先端部と同軸上に形成されている。この接合部３８は、ロータ収容室２８側に突出しており、周壁部３０の先端部における外周部と接合されている。この接合部３８の内周部と周壁部３０の先端部における外周部との間には、例えばＯリング等のシール材が設けられている。

シャフト支持部４０は、周壁部３０の径方向内側に形成されており、ロータ収容室２８の内部に突出されている。このシャフト支持部４０の内側には、ロータ収容室２８の軸方向に延びるシャフト４４の一端が圧入されており、これにより、シャフト４４は、シャフト支持部４０に支持されている。

ロータ１６は、ロータ収容室２８に回転可能に収容されている。このロータ１６は、軸受４６を介してシャフト４４に回転可能に支持されている。ロータ１６は、永久磁石で構成されており、シャフト４４の軸方向にインペラ部材４８が設けられている。

インペラ部材４８にはインペラ５６が形成されている。インペラ５６は、エンジンブロックのポンプ室に収容される。ポンプ室内でインペラ５６が回転することにより、ポンプ室内に液体が流入されると共に、ポンプ室から液体が吐出される。なお、ロータ収容室２８は、ポンプ室と連通されるので、ポンプ室３６に液体が流入すると、ロータ収容室２８は、液体で充満される。

ステータ１８は、周壁部３０の周囲に設けられており、この周壁部３０を介してロータ１６と径方向に対向されている。このステータ１８は、環状のステータコアに巻装された巻線を有している。ステータ１８の巻線に印加する電圧の極性を制御することによって、ステータ１８にはいわゆる回転磁界生じる。ロータ１６を構成する永久磁石が、ステータ１８に生じた回転磁界に吸引又は反発することにより、ロータ１６が回転磁界に追随して回転する。

制御基板２０は、プリント基板等の基板本体６４に複数の素子が実装されている。基板本体６４は、底壁部３１にロータ収容室２８と反対側から重ね合わされている。なお、基板本体６４は、底壁部３１との間に例えば伝熱シートや伝熱ゲル等の介在物を介して底壁部３１に重ね合わされていても良い。

シールドカバー２２は、例えば鉄等の強磁性体により形成されている。このシールドカバー２２は、上述の制御基板２０及びベース部材１４と後述するステータホルダ２４の保持部７６とを包囲する包囲部７２と、制御基板２０に対する底壁部３１と反対側から制御基板２０を覆う被覆部７４とを有している。このシールドカバー２２は、モータ１０の外形部を形成している。

ステータホルダ２４は、例えば鉄等の強磁性体により形成されている。このステータホルダ２４は、円筒状の保持部７６を有している。この保持部７６は、ステータ１８と包囲部７２との間に設けられている。この保持部７６の内周部に、巻線が巻回されたステータコアが圧入されることにより、ステータ１８は、保持部７６によって保持されている。

また、この保持部７６におけるハウジング本体２６側の端部には、この板状のハウジング本体２６に沿って包囲部７２に向けて延びる延長フランジ７８が形成されている。さらに、上述のシールドカバー２２の周縁部には、第１フランジ８０が形成されており、ステータホルダ２４の周縁部には、第２フランジ８２が形成されている。この第１フランジ８０及び第２フランジ８２は、締結具等により互いに結合されている。なお、この第１フランジ８０及び第２フランジ８２は、シールドカバー２２とステータホルダ２４との接続部の一例である。

シールドカバー２２及びステータホルダ２４が互いに固定された際に形成される空間に、上述の制御基板２０が収容されている。

制御基板２０の基板本体６４には、上述の延長フランジ７８と同じ側に延びる延長部８６が形成されている。保持部７６の側方で延長フランジ７８と延長部８６との間に形成された空間には、基板本体６４に実装されている素子よりも大型の電気部品９０が配置されている。電気部品９０は、例えば雑防素子とされており、基板本体６４における底壁部側の面に実装されている。なお、ベース部材１４には、底壁部３１から延長部８６と同じ側に延びる支持部９２が形成されており、延長部８６は、支持部９２に重ね合わされている。

図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置１００の一例を示す概略図である。インバータ回路１１４は、イグニッションスイッチ１２４がオンになり、車載のバッテリ１２０から供給された電力をスイッチングし、モータ本体１１８のステータ１８のコイルに印加する電圧を生成する。例えば、インバータＦＥＴ１１４Ａ，４４ＤはＵ相のコイルに、インバータＦＥＴ１１４Ｂ，４４ＥはＶ相のコイルに、インバータＦＥＴ１１４Ｃ，４４ＦはＷ相のコイルに、各々印加する電圧を生成するスイッチングを行う。

インバータＦＥＴ１１４Ａ，１１４Ｂ，１１４Ｃの各々のドレインは車載のバッテリ１２０の正極に接続されている。また、インバータＦＥＴ１１４Ｄ，１１４Ｅ，１１４Ｆの各々のソースはバッテリ１２０の負極に接続されている。

本実施の形態では、モータ本体１１８のロータ１６が回転によって生じる誘起電圧によりロータ１６の回転速度及び位置（回転位置）を検出する。一般に、ブラシレスＤＣモータは、シャフト４４と同軸に設けられたロータマグネット又はセンサマグネットの磁界をホール素子で検出し、検出された磁界に基づいてロータ１６の回転速度及び位置（回転位置）を検出する。しかしながら、本実施の形態に係るモータ本体１１８は、エンジンのウォータポンプ１２８に用いられるので、ロータ１６が収容されるロータ収容室２８もエンジン冷却水が循環する構造のため、ロータの近傍にホール素子を配置することが難しいので、本実施の形態に係るモータ１０では、ホール素子は使用せず、無通電の相のコイルに生じた誘起電圧によってロータ１６の回転速度及び位置を検出する。

誘起電圧は、ロータ１６の回転に応じて変化する正弦波状のアナログ信号であるが、本実施の形態では、コンパレータを含む位置検出回路１１６により、矩形波状のパルス信号に変換してマイコン１１０に入力する。

マイコン１１０は、位置検出回路１１６から入力された信号からロータ１６の位置を算出し、算出したロータ１６の位置と上位の制御装置であるＥＣＵ１２２から入力された信号とに基づいて、インバータ回路１１４のスイッチングの制御に係るＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のデューティ比を算出する。ＥＣＵ１２２には、エンジンの冷却水の温度を検知する水温センサ１２６が接続されており、冷却水の温度が上昇するに従って、ウォータポンプ１２８の冷却水の吐出量が多くなるようにモータ本体１１８の回転速度を制御する。また、水温センサ１２６は、エンジンのウォータジャケット又はラジエータ等の冷却水の流路の一角に設けられている。

マイコン１１０によって算出されたデューティ比の信号は、プリドライバ１１２を介してインバータ回路１１４に出力され、インバータ回路１１４は当該デューティ比に基づいて電圧を生成し、モータ本体１１８のコイルに印加する。

図３は、本実施の形態に係るモータ１０を用いたウォータポンプのインペラ５６の動作の一例を示した概略図であり、（Ａ）はインペラ５６を正回転させた場合、（Ｂ）はインペラ５６を逆回転させた場合を各々示している。

図３（Ａ）に示したように、インペラ５６を正回転させると、ポンプ室５８内の冷却水の水分子６０がインペラ５６の羽根に当たり、吐出口５８Ａに向けて押し出される。また、図３（Ｂ）に示したように、インペラ５６を逆回転させると、ポンプとしての効率はインペラ５６を正回転させた場合よりも損なわれるので、インペラ５６を正回転させた場合よりも少量の冷却水が吐出口５８Ａに向けて押し出される。

従って、インペラ５６の回転を正回転から逆回転に変更することにより、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量を変更することができる。さらに、インペラ５６を間欠的に逆回転させることにより、インペラ５６を連続的に逆回転させる場合よりもさらに少ない流量にすることが可能となる。

図４（Ａ）はインペラ５６を連続的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を、図４（Ｂ）はインペラ５６を間欠的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を各々示している。図４（Ａ）は、逆回転とはいえ、インペラ５６を連続的に回転させているので、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量１３０は若干の変化はあるものの略一定であり、平均流量１３２から大きくは外れない。

図４（Ｂ）では、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量１３４は、インペラ５６が逆回転した「ＯＮ」の場合と回転を停止した「ＯＦＦ」の場合とで大きく変化するが、結果として、平均流量１３６はインペラ５６を連続的に逆回転させた場合よりも低くなる。

図５は、インペラ５６を間欠的に逆回転させる場合の、モータ１０に印加するモータ印加電圧１３８とウォータポンプが吐出する冷却水の流量１３４と平均流量１３６とを対比させた概略図である。モータ印加電圧１３８を断続的に通電することで、インペラ５６を間欠的に逆回転させ、平均流量１３６を抑制する。

図６は、冷却水を吐出する際の配管抵抗を流量と圧力の比で表したグラフである。図６に示したように、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量が増えるに従って、高い圧力を要するようになり、配管抵抗が大きくなっている。本実施の形態では、流量が少ない場合には、ウォータポンプのインペラ５６を間欠的に逆回転させ、流量が大きくなるに従って、インペラ５６の回転を連続的な逆回転から、低速正回転、高速正回転に切り替えていく。低速正回転の場合には、モータ１０に印加する電圧のデューティ比を小さくし、高速正回転の場合には、モータ１０に印加する電圧のデューティ比を大きくする。

図７は、モータ１０のＵ相コイル１８ＵからＶ相コイル１８Ｖへの通電においてインバータ回路１１４が動作したことにより、各相とＧＮＤ間の電圧を示した概略図であり、（Ａ）はインペラ５６を高速正回転させる場合、（Ｂ）はインペラ５６を低速正回転させる場合を各々示している。

図７（Ａ）に示したインペラ５６を高速正回転させる場合は、モータ１０に印加する電圧のデューティ比を大きくする場合である。図７（Ａ）では、バッテリ１２０から供給された電力を、インバータＦＥＴ１１４ＡをオンにしてＵ相コイル１８Ｕに印加し、Ｖ相コイル１８ＶとインバータＦＥＴ１１４Ｅとを経由して接地させている。

図７（Ａ）の下段の表は上から順に、Ｕ相コイル１８Ｕに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄのスイッチング概念、Ｖ相コイル１８Ｖに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅのスイッチング概念、Ｗ相コイル１８Ｗの電圧の変化を示している。

図７（Ａ）表のＵ相コイル１８Ｕに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄのスイッチング概念では、インバータＦＥＴ１１４Ａが連続的にオンになっていることを示している。また、Ｖ相コイル１８Ｖに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅのスイッチング概念では、インバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅが、交互にオンオフしていることを示している。

図７（Ａ）では、インバータＦＥＴ１１４Ａが連続的にオンで、インバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４ＥをＰＷＭ制御により断続的にオンオフさせている。Ｕ相コイル１８Ｕに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴを連続的にオンにする一方で、Ｖ相コイル１８Ｖに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴをＰＷＭ制御しているので、本実施の形態では、図７（Ａ）のような場合を片側ＰＷＭ駆動と呼称する。

図７（Ａ）において、電流１４０はインバータＦＥＴ１１４Ｅがオンになった場合の電流である。電流１４０は、連続的にオンになっているインバータＦＥＴ１１４Ａを介してＵ相コイル１８Ｕに流れ、さらにＶ相コイル１８ＶとインバータＦＥＴ１１４Ｅとを経由して接地領域に流れている。

図７（Ａ）において、電流１４２は、インバータＦＥＴ１１４Ｅがオフになり、インバータＦＥＴ１１４Ｂがオンになった場合の電流である。電流１４２は、電流１４０が流れた影響によるものであり、インバータＦＥＴ１１４Ｅがオフになっても、直前に流れた電流１４０の影響により、電流１４０と同一方向、すなわちＵ相コイル１８ＵからＶ相コイル１８Ｖへ電流を流そうとする起電力によるものである。

電流１４２は、インバータＦＥＴ１１４Ｅがオフになっているので、接地領域には流れず、Ｕ相コイル１８Ｕ、Ｖ相コイル１８Ｖ、インバータＦＥＴ１１４Ｂ、インバータＦＥＴ１１４Ａを構成された回路を循環するに留まる。しかしながら、後述するように、電流１４０，１４２によって、Ｗ相コイル１８Ｗに生じる誘起電圧が影響されるというおそれがある。

図７（Ａ）の場合、Ｗ相コイル１８Ｗにはバッテリ１２０の電力は通電されていないので、図７（Ａ）表の最下段の波形は、Ｗ相コイル１８Ｗに発生した誘起電圧によるものである。

本実施の形態に係るモータ１０は、前述のようにホール素子を用いず、バッテリ１２０の電力が通電されていない相のコイルに生じた誘起電圧を検出して、ロータ１６の位置を検出する。しかしながら、図７（Ａ）表の最下段のＷ相コイル１８Ｗの電圧は、電流１４０，１４２の影響等により、小刻みに振幅が変化し、ロータ１６の位置検出に至適な信号が抽出可能なタイミングが限られるおそれがある。

ロータ１６の位置検出に至適な信号が抽出可能なタイミングが限られると、モータ１０の回転速度が低速な場合ほどロータ１６の位置検出が困難になりやすい。モータ１０の回転速度が小さくなるほど、図７（Ａ）に示したＷ相コイル１８Ｗのような無通電のコイルが出現するタイミングが単位時間に対して少なくなるからである。従って、モータ１０の回転速度が小さい場合、本実施の形態であれば、インペラ５６を低速正回転させるような場合には、図７（Ａ）に示した片側ＰＷＭ駆動とは異なるＰＷＭ制御を要する。

図７（Ｂ）に示したインペラ５６を低速正回転させる場合は、モータ１０に印加する電圧のデューティ比を小さくする場合である。図７（Ｂ）の下段の表は上から順に、Ｕ相コイル１８Ｕに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄのスイッチング概念、Ｖ相コイル１８Ｖに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅのスイッチング概念、Ｗ相コイル１８Ｗの電圧の変化を示している。

図７（ｂ）表のＵ相コイル１８Ｕに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄのスイッチング概念では、インバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄが、交互にオンオフしていることを示している。また、Ｖ相コイル１８Ｖに通電するためのスイッチングを行うインバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅのスイッチング概念では、インバータＦＥＴ１１４Ａがオンの場合にはインバータＦＥＴ１１４Ｅが、インバータＦＥＴ１１４Ｄがオンの場合にはインバータＦＥＴ１１４Ｂがオンになることを示している。

図７（Ｂ）において、電流１４４はインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅがオンになった場合の電流である。電流１４４は、インバータＦＥＴ１１４Ａを介してＵ相コイル１８Ｕに流れ、さらにＶ相コイル１８ＶとインバータＦＥＴ１１４Ｅとを経由して接地領域に流れている。

図７（Ｂ）において、電流１４６は、インバータＦＥＴ１１４Ｂ及びインバータＦＥＴ１１４Ｄがオンになった場合の電流である。電流１４６は、インバータＦＥＴ１１４Ｂを介してＶ相コイル１８Ｖに流れ、さらにＵ相コイル１８ＵとインバータＦＥＴ１１４Ｄとを経由して接地領域に流れている。電流１４６は、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖにおいて電流１４４とは逆方向の電流である。

電流１４４は、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖにおいて図７（Ａ）の電流１４０と同一の方向に流れる電流であり、電流１４４が流れた結果、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖには図７（Ａ）の電流１４２と同様の電流が生じ得る。しかしながら、図７（Ｂ）では、電流１４４とは逆方向の電流１４６がＵ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖに流れるので、電流１４４に影響されて生じる図７（Ａ）の電流１４２と同様の電流が相殺される。その結果、Ｗ相コイル１８Ｗに生じる誘起電圧は、多少はスパイク波が生じるものの、顕著なノイズとなるＦＥＴのＯＦＦで無通電相であるＷ相でかかる電源電圧が抑えられ、その結果、ロータ１６の位置検出に至適な信号の抽出が容易となる。

図７（Ｂ）は、電流１４４を通電した直後に電流１４４とは逆方向の電流１４６を通電することにより、電流１４４に起因して発生する電流を相殺し、インバータ回路１１４及びモータ１０のコイルの電位を平衡にする。本実施の形態では、図７（Ｂ）に示した場合を平衡駆動と呼称する。

図８は、本実施の形態に係るモータ制御装置１００におけるインバータＦＥＴ１１４Ａ〜１１４Ｆのゲートに印加される信号の一例を示した概略図であり、（Ａ）は片側ＰＷＭ駆動の場合、（Ｂ）は平衡駆動の場合を各々示している。なお、ＰＷＭ周期１５０は、１のコイルから他のコイルを介して接地領域への通電するためのＰＷＭ制御に必要な周期で、図８では、Ｕ相コイル１８ＵからＶ相コイル１８Ｖを介して接地領域に１パルスを通電するためのＰＷＭ制御に要する周期である。本実施の形態では、ＰＷＭ周期１５０は、略５０μ秒である。

図８（Ａ）に示したように、Ｕ相コイル１８Ｕへの通電に係るインバータＦＥＴ１１４Ａのゲートには連続的にハイレベルの信号が印加され、その結果、インバータＦＥＴ１１４ＡはＰＷＭ周期１５０において連続的にオンになっている。また、Ｖ相コイル１８Ｖの通電に係るインバータＦＥＴ１１４Ｅのゲートにはデッドタイム１５２の直後にハイレベル信号が印加されてインバータＦＥＴ１１４Ｅがオンになり、その結果、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖには、図７（Ａ）に示した電流１４０が流れる。なお、デッドタイム１５２は、直列に接続されたインバータＦＥＴが同時にオンにならないようにするために設けられた時間である。

その後、インバータＦＥＴ１１４Ｅがオフになって、デッドタイム１５２が経過した後に、インバータＦＥＴ１１４Ｂのゲートにハイレベル信号が印加されてインバータＦＥＴ１１４Ｂがオンになる。その結果、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖには、図７（Ａ）に示した電流１４２が流れる。

そして、Ｗ相コイル１８Ｗの通電に係るインバータＦＥＴ１１４Ｃ及びインバータＦＥＴ１１４Ｆは、ＰＷＭ周期１５０において共にオフであり、その結果、Ｗ相コイル１８Ｗは無通電となる。

図８（Ｂ）に示したように、平衡駆動では、デッドタイム１５２経過後にインバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅのゲートにハイレベル信号が印加されて、インバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅがオンになる。その結果、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖには、図７（Ｂ）に示した電流１４４が流れる。

その後、インバータＦＥＴ１１４Ａ及びインバータＦＥＴ１１４Ｅがオフになって、デッドタイム１５２が経過した後に、インバータＦＥＴ１１４Ｄ及びインバータＦＥＴ１１４Ｂのゲートにハイレベル信号が印加されて、インバータＦＥＴ１１４Ｄ及びインバータＦＥＴ１１４Ｂがオンになる。その結果、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖには、図７（Ｂ）に示した電流１４６が流れる。

そして、Ｗ相コイル１８Ｗの通電に係るインバータＦＥＴ１１４Ｃ及びインバータＦＥＴ１１４Ｆは、ＰＷＭ周期１５０において共にオフであり、その結果、Ｗ相コイル１８Ｗは無通電となる。

前述のように、電流１４６は電流１４４とは逆方向なので、電流１４４の影響により、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖに流れる電流を相殺することができる。その結果、電流１４４の通電に起因する無通電相の誘起電圧に生じるノイズを抑制することが可能となり、無通電相に生じた誘起電圧によるロータ１６の位置検出が容易となる。

電流１４４の影響による電流を相殺するための電流１４６の通電時間は、図８（Ｂ）に示したように、電流１４４の通電時間よりも短時間でよい。電流１４４の通電時間に対する電流１４６の通電時間は、モータ１０の仕様等によって異なるので、実機を用いた実験等を通じて具体的に決定する。

なお、図８（Ｂ）に示した平衡駆動は、ロータ１６の位置検出が容易となる半面、図８（Ａ）に示した片側ＰＷＭ駆動の場合よりも頻繁にインバータＦＥＴをスイッチングするので、モータ１０の回転速度が同じであれば、平衡駆動は電界放射ノイズが片側ＰＷＭ駆動の場合よりも顕著になる。しかしながら、本実施の形態では、平衡駆動は、デューティ比が低い場合、すなわちモータ１０の回転速度が低い場合に用いられる。従って、単位時間におけるインバータＦＥＴのスイッチング回数は少ないので、スイッチングによって放射される電界放射ノイズは実用上問題にならない。

また、図７、図８では、Ｕ相コイル１８Ｕ及びＶ相コイル１８Ｖの通電について説明したが、Ｖ相コイル１８Ｖ及びＷ相コイル１８Ｗの通電並びにＷ相コイル１８Ｗ及びＵ相コイル１８Ｕの通電の場合も、同様なので、詳細な説明は省略する。図７、図８に示したような、３相のコイルのうち１の相のコイルを無通電にし、かつ他の２相のコイルのうち一方の相のコイルから他方の相のコイルへ通電する制御は、無通電の相のコイルに生じた誘起電圧から算出したロータ１６の位置に応じて行われる。

以上のように、本実施の形態では、ウォータポンプの吐出量が大きくなるに従って、インペラ５６を間欠的に逆回転、連続的に逆回転、正回転させていく。また、インペラ５６を正回転させる場合も、ウォータポンプの吐出量が比較的少ない場合には、平衡駆動を行い、ウォータポンプの吐出量が多い場合には、片側ＰＷＭ駆動を行う。

図９は、本実施の形態に係るモータ制御装置１００の制御の一例を示したフローチャートである。ステップ９００では、車両のエンジンが始動されたか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ９０２で、水温センサ１２６が検知したエンジン冷却水の温度の情報を取得する。

ステップ９０４では、モータ１０を間欠的に逆回転させる。ただし、ステップ９０４では、モータ１０が回転を開始した直後なので、最初に強制的に指定のコイルに電流を流しロータ１６を特定の位置まで移動させ、低速の一定周期で順番に各相のコイルに電流を流す。そして、 電圧を徐々に上げながら連続的に逆回転させ、回転速度が上がり、誘起電圧によるロータ１６の位置検出が可能になった場合に、各相のコイルに間欠的に通電して、モータ１０を間欠的に逆回転させる。

ステップ９０６では、冷却水の温度が第１閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ９０８でモータ１０を連続的に逆回転させる。ステップ９０６で否定判定の場合には、手順をステップ９０４に戻し、モータ１０を間欠的に逆回転させる。

ステップ９１０では、冷却水の温度が第１閾値よりも高い第２閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ９１２でモータ１０を平衡駆動によって正回転させる。ステップ９１０で否定判定の場合には、手順をステップ９０６に戻す。

ステップ９１４では、冷却水の温度が第２閾値よりも高い第３閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ９１６でモータ１０を片側ＰＷＭ駆動によって正回転させる。ステップ９１４で否定判定の場合には、手順をステップ９１０に戻す。

ステップ９１８では、冷却水の温度が所定の範囲を超えて低下したか否かを判定し、否定判定の場合には、片側ＰＷＭ駆動による正回転を継続する。ステップ９１８で肯定判定の場合には、ステップ９２０で車両のエンジンが停止されたか否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了する。ステップ９２０で否定判定の場合には、手順をステップ９０４に戻し、モータ１０を間欠的に逆回転させる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン冷却水の温度が上がるに従って、ポンプ駆動用モータの回転を間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転、高速正回転に切り換える制御を行っている。かかる制御により、エンジンの温度に応じてウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できる。

１０…ポンプ駆動用モータ、１２…ハウジング、１４…ベース部材、１６…ロータ、１８…ステータ、１８Ｕ…Ｕ相コイル、１８Ｖ…Ｖ相コイル、１８Ｗ…Ｗ相コイル、２０…制御基板、２２…シールドカバー、２４…ステータホルダ、２６…ハウジング本体、２８…ロータ収容室、２８Ａ…開口、３０…周壁部、３１…底壁部、３２…コネクタ、３６…ポンプ室、３８…接合部、４０…シャフト支持部、４４…シャフト、４６…軸受、４８…インペラ部材、５６…インペラ、５８…ポンプ室、５８Ａ…吐出口、６０…水分子、６４…基板本体、７２…包囲部、７４…被覆部、７６…保持部、７８…延長フランジ、８０…フランジ、８２…フランジ、８６…延長部、９０…電気部品、９２…支持部、１００…モータ制御装置、１１０…マイコン、１１２…プリドライバ、１１４…インバータ回路、１１４Ａ，１１４Ｂ，１１４Ｃ，１１４Ｄ，１１４Ｅ，１１４Ｆ…インバータＦＥＴ、１１６…位置検出回路、１１８…モータ本体、１２０…バッテリ、１２２…ＥＣＵ
１２４…イグニッションスイッチ、１２６…水温センサ、１２８…ウォータポンプ、１３０…流量、１３２…平均流量、１３４…流量、１３６…平均流量、１３８…モータ印加電圧、１４０，１４２，１４４，１４６…電流、１５０…ＰＷＭ周期、１５２…デッドタイム

Claims (4)

1. ウォータポンプを駆動する三相モータの無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて、前記三相モータのロータの回転位置を検出する検出部と、
   エンジン冷却水温が上昇するに従って前記三相モータが間欠的逆回転、連続的逆回転、低速正回転、及び高速正回転の順に回転し、低速正回転させる場合は、前記ロータの回転位置に応じていずれか１相のコイルを無通電にし、他の２相のコイルの一方のコイルから他方のコイルに通電された後、前記他方のコイルから前記一方のコイルに通電されるように駆動回路を制御する制御部と、
   を含むモータ制御装置。
2. 前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後の前記他方のコイルから前記一方のコイルへの通電は、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電よりも短時間である請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後に前記他方のコイルから前記一方のコイルへ通電する制御により、前記無通電相のコイルに生じる誘起電圧の発生を軽減させる請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記エンジンが始動された直後は、前記三相モータを誘起電圧によって前記ロータの位置が検知可能となる回転速度まで連続的に逆回転させるように前記駆動回路を制御し、前記三相モータの回転が該回転速度に達した後は、前記三相モータのコイルに間欠的に通電させるように前記駆動回路を制御して前記三相モータを間欠的に逆回転させる請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ制御装置。

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