WO2018062096A1 - 制御装置、制御方法、モータ、および電動オイルポンプ - Google Patents
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- H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
- H02P2203/05—Determination of the rotor position by using two different methods and/or motor models
Definitions
- the present invention relates to a control device, a control method, a motor, and an electric oil pump.
- Patent Document 1 discloses a control device that maintains low-speed rotation of an electric motor by returning the rotation speed to the original when the rotation speed of the electric motor suddenly decreases.
- control device of Patent Document 1 requires a sudden change in rotational speed for control. Depending on the number of rotations of the motor controlled by low-speed rotation, the rotation of the motor can be stopped by a sudden change in the rotation speed, so that it is difficult to maintain the low-speed rotation of the motor with the control device of Patent Document 1. .
- an object of the present invention is to provide a control device that maintains low-speed rotation of a motor.
- An exemplary first invention of the present application is a control device that controls a motor including a stator having a coil and a rotor having a permanent magnet, and the rotation position of the rotor is detected for each predetermined rotation angle.
- a detection unit that outputs a position signal indicating a rotation position; a first calculation unit that receives the position signal output by the detection unit; Assuming that the first calculation unit has received a position signal next to the position signal, the time between the time at which the first calculation unit has received the position signal and the provisional time point at which the next position signal has been received.
- a first calculation unit that calculates an estimated number of rotations of the rotor based on the interval, and a first calculation unit between the time when the first calculation unit receives the position signal and the time when the next position signal is actually received.
- a comparison unit that compares the actual rotation number of the rotor calculated based on the time interval between when the signal is received, the estimated rotation number calculated by the second calculation unit, and the predetermined rotation number of the rotor;
- a control signal for adjusting the voltage applied to the coil from the number or the estimated rotational speed, and a control unit for controlling the voltage applied to the coil based on the calculated control signal.
- the voltage applied to the coil is increased based on the control signal for increasing the voltage applied to the coil calculated from the estimated rotational speed, and the estimated rotational speed
- the actual rotational speed is lower than the predetermined rotational speed at a time when is higher than the predetermined rotational speed
- it is applied to the coil based on a control signal for increasing the voltage applied to the coil calculated from the actual rotational speed.
- a control signal for decreasing the voltage applied to the coil calculated from the actual rotational speed is used. Based on this, the voltage applied to the coil is reduced.
- an XYZ coordinate system is appropriately shown as a three-dimensional orthogonal coordinate system.
- the Z-axis direction is a direction parallel to the axial direction (one direction) of the central axis J shown in FIG.
- the X-axis direction is a direction parallel to the length direction of the bus bar assembly 60 shown in FIG. 1, that is, the left-right direction in FIG.
- the Y-axis direction is a direction parallel to the width direction of the bus bar assembly 60, that is, a direction orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction.
- the positive side (+ Z side) in the Z-axis direction is referred to as “front side”
- the negative side ( ⁇ Z side) in the Z-axis direction is referred to as “rear side”.
- the rear side and the front side are simply names used for explanation, and do not limit the actual positional relationship and direction.
- a direction parallel to the central axis J (Z-axis direction) is simply referred to as an “axial direction”
- a radial direction around the central axis J is simply referred to as a “radial direction”.
- the circumferential direction centered at, that is, around the central axis J ( ⁇ direction) is simply referred to as “circumferential direction”.
- extending in the axial direction means not only extending in the axial direction (Z-axis direction) but also extending in a direction inclined by less than 45 ° with respect to the axial direction. Including. Further, in this specification, the term “extend in the radial direction” means 45 ° with respect to the radial direction in addition to the case where it extends strictly in the radial direction, that is, the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction). Including the case of extending in a tilted direction within a range of less than. (First embodiment)
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric oil pump 10 according to the present embodiment.
- the electric oil pump 10 includes a shaft 41, a motor unit 20, a pump unit 30, a housing 12, and a control device 70.
- the shaft 41 rotates around a central axis J that extends in the axial direction.
- the motor unit 20 and the pump unit 30 are provided side by side along the axial direction.
- the motor unit 20 includes a cover 13, a rotor 40, a stator 50, a bearing 42, a bus bar assembly 60, a front side O-ring 81, and a rear side O-ring 82.
- the rotor 40 is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 41.
- the stator 50 is located on the radially outer side of the rotor 40. That is, the motor unit 20 is an inner rotor type motor.
- the bearing 42 rotatably supports the shaft 41.
- the bearing 42 is held by the bus bar assembly 60.
- the bus bar assembly 60 is connected to an external power source and supplies power to the stator 50.
- the material of the cover 13 is a metal, for example.
- the cover 13 is fixed to the rear side ( ⁇ Z side) of the housing 12 and covers at least a part of the rear side ( ⁇ Z side) of the bus bar assembly 60.
- the cover 13 includes a cylindrical portion 22a, a lid portion 22b, and a flange portion 24.
- the cylindrical portion 22a opens to the front side (+ Z side).
- the lid 22b is connected to the rear end of the cylindrical portion 22a.
- the lid portion 22b has a flat plate shape.
- the flange portion 24 extends outward in the radial direction from the front end portion of the tubular portion 22a.
- the housing 12 and the cover 13 are joined by overlapping the flange portion 15 of the housing 12 and the flange portion 24 of the cover 13.
- the rotor 40 includes a rotor core 43 and a rotor magnet 44.
- the rotor core 43 is fixed to the shaft 41 so as to surround the shaft 41 around the axis ( ⁇ direction).
- the rotor magnet 44 is fixed to the outer surface along the axis of the rotor core 43.
- the rotor core 43 and the rotor magnet 44 rotate integrally with the shaft 41.
- a permanent magnet is used as the rotor magnet 44.
- a rare earth magnet (neodymium magnet or the like) having strong attractive force and repulsive force is used.
- the stator 50 surrounds the rotor 40 around the axis ( ⁇ direction), and rotates the rotor 40 around the central axis J.
- the stator 50 includes a core back part 51, a tooth part 52, a coil 53, and a bobbin (insulator) 54.
- the shape of the core back portion 51 is a cylindrical shape concentric with the shaft 41.
- FIG. 2 is a view of the cross section of the tooth portion 52 as viewed from the Z-axis direction.
- the teeth portion 52 extends from the inner surface of the core back portion 51 toward the shaft 41.
- a plurality of teeth portions 52 are provided, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the inner surface of the core back portion 51.
- the coil 53 is configured by winding a conductive wire 53a.
- the coil 53 is provided on the bobbin 54.
- the bobbin 54 is attached to each tooth portion 52.
- the bearing 42 is disposed on the rear side ( ⁇ Z side) of the stator 50.
- the bearing 42 is held by a bearing holding portion 65 included in a bus bar holder 61 described later.
- the bearing 42 supports the shaft 41.
- the configuration of the bearing 42 is not particularly limited, and any known bearing may be used.
- the bus bar assembly 60 includes a bus bar 91 that is electrically connected to the stator 50 and a bus bar holder 61 that holds the bus bar.
- the bus bar holder 61 has an opening on the rear side.
- the lid portion 22 b of the cover 13 closes the rear side opening of the bus bar holder 61.
- the front side surface of the cover portion 22 b of the cover 13 is in contact with the entire circumference of the rear side O-ring 82.
- the cover 13 contacts the rear body surface on the rear side of the bus bar holder 61 via the rear O-ring 82 over the entire circumference of the opening of the bus bar holder 61.
- the bus bar holder 61 has a connector part 63.
- the motor unit 20 and an external power source are connected via the connector unit 63.
- the connected external power supply is electrically connected to the bus bar 91 and the wiring member 92 that protrude from the bottom surface of the power supply opening 63 a of the connector portion 63.
- a drive current is supplied to the coil 53 of the stator 50 via the bus bar 91 and the wiring member 92.
- the pump unit 30 of the present embodiment is a gear pump that sucks and discharges oil by changing the internal volume by the rotational movement of the gear.
- the gear pump is one of positive displacement pumps.
- a diaphragm pump that changes the internal volume by the reciprocating motion of the diaphragm can also be used.
- the pump unit 30 is located on one side of the motor unit 20 in the axial direction, specifically on the front side (+ Z axis side).
- the pump unit 30 is driven by the motor unit 20 via the shaft 41.
- the pump unit 30 includes a pump body 31, a pump cover 32, and a pump rotor 35.
- the pump body 31 is fixed in the housing 12 on the front side of the motor unit 20.
- the outer peripheral surface of the pump body 31 is in contact with the inner peripheral surface of the housing 12 via the pump part O-ring 83 in the radial direction.
- the pump body 31 has a pump chamber 33 that houses the pump rotor 35 and is recessed from the front side (+ Z side) surface to the rear side ( ⁇ Z side).
- the shape of the pump chamber 33 viewed in the axial direction is circular.
- the pump body 31 has through-holes 31 a that are open at both ends in the axial direction, through which the shaft 41 is passed, and whose front-side opening opens into the pump chamber 33.
- the rear side opening of the through hole 31a opens to the motor unit 20 side.
- the through hole 31a functions as a bearing member that rotatably supports the shaft 41.
- the pump body 31 has an exposed portion 36 that is located on the front side of the housing 12 and is exposed to the outside of the housing 12.
- the exposed portion 36 is a portion of an end portion on the front side of the pump body 31.
- the exposed portion 36 has a cylindrical shape extending in the axial direction. The exposed portion 36 overlaps the pump chamber 33 in the radial direction.
- the pump cover 32 is attached to the front side of the pump body 31.
- the pump cover 32 includes a pump cover main body 32a, a pump connector portion 32b including a discharge port 32d, and a suction port 32c.
- the pump cover body 32a has a disk shape that expands in the radial direction.
- the pump cover body 32 a closes the opening on the front side of the pump chamber 33.
- the pump connector portion 32b has a cylindrical shape extending in the axial direction.
- the pump connector portion 32b has discharge ports 32d that open at both ends in the axial direction.
- the pump connector portion 32b extends from the pump cover main body 32a to the front side.
- the suction port 32 c opens on the front surface of the pump cover 32.
- the discharge port 32 d and the suction port 32 c are connected to the pump chamber 33, and can suck oil into the pump chamber 33 and discharge oil from the pump chamber 33.
- the shaft 41 rotates in one circumferential direction (- ⁇ direction)
- oil is sucked into the pump chamber 33 from the suction port 32c.
- the oil sucked into the pump chamber 33 is sent by the pump rotor 35 and discharged to the discharge port 32d.
- the pump rotor 35 has an inner rotor 37 and an outer rotor 38.
- the inner rotor 37 is attached to the front end portion of the shaft 41.
- the outer rotor 38 is disposed so as to surround the radially outer side of the inner rotor 37.
- the inner rotor 37 is a gear having an annular shape and having teeth on a radially outer surface.
- the inner rotor 37 and the outer rotor 38 mesh with each other, and when the inner rotor 37 rotates, the outer rotor 38 rotates.
- oil sucked into the pump chamber 33 from the suction port 32c can be sent to the discharge port 32d. That is, the pump rotor 35 is rotated by the rotation of the shaft 41.
- the motor unit 20 and the pump unit 30 have the same rotation axis.
- the housing 12 has a multistage cylindrical shape with both ends opened with respect to the central axis J.
- the material of the housing 12 is, for example, metal.
- the housing 12 holds the motor unit 20 and the pump unit 30.
- the housing 12 has a cylindrical portion 14 and a flange portion 15.
- the cylindrical portion 14 has a cylindrical shape with the central axis J as the center.
- the cylindrical portion 14 is configured to move the bus bar assembly insertion portion 21a, the stator holding portion 21b, and the pump body holding portion 21c from the rear side (-Z side) to the front side (+ Z side) along the axial direction (Z-axis direction). ) In order.
- the flange portion 15 extends radially outward from the rear end portion of the cylindrical portion 14.
- the rear end of the bus bar assembly insertion portion 21 a is connected to the cylindrical portion 22 a of the cover 13 via the flange portion 24 of the cover 13 and the flange portion 15 of the housing 12.
- the bus bar assembly insertion portion 21a surrounds the front side (+ Z side) end of the bus bar assembly 60 from the outside in the radial direction of the central axis J.
- the bus bar assembly insertion portion 21a, the stator holding portion 21b, and the pump body holding portion 21c each have a concentric cylindrical shape, and the diameter decreases in this order.
- the front end of the bus bar assembly 60 is located inside the housing 12.
- the outer surface of the stator 50 that is, the outer surface of the core back portion 51 is in contact with the inner surface of the stator holding portion 21 b. Thereby, the stator 50 is held in the housing 12.
- the outer peripheral surface of the pump body 31 is fixed to the inner peripheral surface of the pump body holding portion 21c.
- the control device 70 is disposed between the bearing 42 and the cover 13 and controls driving of the motor unit 20.
- the control device 70 includes a detection unit 71, an inverter circuit 72, a first calculation unit 73, a second calculation unit 74, a comparison unit 75, and a control unit 76.
- FIG. 3 is a block diagram illustrating the relationship between the elements included in the control device 70 and the relationship between the control device 70 and the motor unit 20.
- the inverter circuit 72 outputs a motor driving voltage.
- a magnetic sensor such as a Hall element and a magnetoresistive element, an optical encoder, or a resolver can be used.
- a Hall element that is a magnetic sensor is used.
- the detection unit 71 includes a sensor magnet 711 and a magnet holding unit 712.
- the sensor magnet 711 has an annular shape, and N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.
- the sensor magnet holding part 712 is positioned by fitting the central hole into the small diameter part of the rear side (+ Z side) end of the shaft 41.
- the sensor magnet holding part 712 can rotate together with the shaft 41.
- the sensor magnet 711 is disposed on the outer peripheral surface of the sensor magnet holding part 712.
- the detection unit 71 detects a change in the magnetic flux of the sensor magnet 711 to detect the rotation position of the rotor 40 for each predetermined angle, and sends a position signal indicating the detected rotation position to the first calculation unit 73. Output.
- the output position signal is a set of position signals composed of a plurality of signals. For example, when a magnetoresistive element is used as the detection unit 71, one position signal is output for each predetermined angle.
- the first calculation unit 73 receives the position signal output from the detection unit 71 and calculates the actual rotational speed of the rotor 40 based on the time interval at which the position signal is received.
- the second calculation unit 74 receives the second position signal on the assumption that the first calculation unit 73 has received the next position signal (second position signal) after receiving the first position signal. Set a provisional time point. Then, the second calculation unit 74 calculates the estimated rotation speed of the rotor 40 based on the time interval between the time point when the first calculation unit 73 receives the first position signal and the temporary time point.
- the second calculation unit 74 has a predetermined time between the time when the first calculation unit 73 receives the first position signal and the time when the first calculation unit 73 actually receives the second position signal.
- the estimated rotational speed may be calculated at intervals, or the estimated rotational speed may be calculated continuously without a time interval.
- the comparison unit 75 determines, from the first calculation unit 73, a time interval between the time when the first calculation unit 73 receives the first position signal and the time when the position signal before the first position signal is received. The actual rotational speed of the rotor 40 calculated based on the above is obtained. Further, the comparison unit 75 obtains the estimated rotation number calculated by the second calculation unit 74 and the predetermined rotation number of the rotor 40, and the first calculation unit 73 receives the first position signal and then receives the first position signal. The actual rotational speed, the estimated rotational speed, and the predetermined rotational speed are compared until the position signal 2 is actually received.
- the control unit 76 includes, for example, a calculation unit (computer or the like) and a storage unit.
- the controller 76 calculates a control signal for adjusting the voltage applied to the coil 53 from the actual rotational speed or the estimated rotational speed, and controls the voltage applied to the coil 53 based on the calculated control signal.
- the calculation of the control signal can be calculated by the calculation unit using the PID control method.
- the control unit 76 adjusts the duty ratio of the drive signal of the rotor 40 by a pulse width modulation method (PWM method) based on the calculated control signal.
- PWM method pulse width modulation method
- the control unit 76 outputs the adjusted drive signal of the rotor 40 to the inverter circuit 72.
- the inverter circuit 72 outputs a motor drive voltage based on the drive signal of the rotor 40 from the control unit 76.
- a drive current based on the drive voltage from the inverter circuit 72 is supplied to the coil 53.
- a magnetic field is generated in the coil 53 by supplying a drive current, and the rotor 40 is rotated by this magnetic field. In this way, the motor unit 20 obtains a rotational driving force.
- the drive current is supplied to the coil 53 of the stator 50 via the bus bar 91 and the wiring member 92.
- the predetermined rotation number of the rotor 40 may be held by the comparison unit 75, or may be stored in a storage unit included in the control unit 76.
- the comparison unit 75 refers to the predetermined number of rotations stored in the storage unit.
- the predetermined rotational speed is a rotational speed at which the rotation of the rotor does not stop due to the cogging torque when the electric oil pump is not used, and is set to a lower rotational speed than when the electric oil pump is used. In the present embodiment, the predetermined rotational speed is set to 100 rpm.
- the number of times n that the detection unit 71 outputs a position signal during one rotation of the rotor 40 is the number of magnetic poles detected by the magnetic sensor relative to the number of magnetic sensors. It is the multiplied value.
- the number of magnetic poles detected by the magnetic sensor may be larger than the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor 40.
- the number n is preferably equal to or greater than the least common multiple of the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor 40 and the number of teeth portions 52 of the stator 50 (the number of teeth).
- the rotation signal can be output with a cycle shorter than the cycle of the cogging torque determined from the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor 40 and the number of teeth of the stator 50.
- the control part 73 can give the rotor 40 the rotational force which overcomes the cogging torque before the rotor 40 stops due to the influence of the cogging torque.
- the number n is preferably equal to or greater than the least common multiple of the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor 40 and the number of teeth of the stator 50.
- FIG. 4 is a flowchart showing the adjustment process of the drive signal of the rotor 40 performed by the control unit 76 included in the control device 70 of the motor unit 20 that drives the electric oil pump 10.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between the actual rotational speed, the estimated rotational speed, and the predetermined rotational speed when the actual rotational speed is lower than the predetermined rotational speed.
- FIG. 6 is a graph showing the relationship between the actual rotational speed, the estimated rotational speed, and the predetermined rotational speed when the actual rotational speed is higher than the predetermined rotational speed. 5 and 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the rotation speed.
- the time width including the timing of performing the step (S140, S160 or S170) of calculating the control signal and adjusting the voltage shown in FIG. 4 is shown in FIGS.
- step S100 the first calculation unit 73 receives a first position signal indicating the rotational position of the rotor 40 detected for each predetermined rotational angle of the rotor 40.
- step S110 the first calculation unit 73 calculates the actual rotational speed of the rotor 40 based on the time interval between the time point when the first position signal is received and the time point when the position signal before the first position signal is received. calculate.
- step S120 the second calculation unit 74 sets a provisional time point when the first calculation unit 73 receives the next position signal (second position signal) after receiving the first position signal.
- the second calculation unit 74 calculates the estimated rotation speed of the rotor 40 based on the time interval between the time point when the first calculation unit 73 receives the first position signal and the temporary time point.
- the comparison unit 75 calculates the actual rotational speed calculated by the first calculation unit 73 in step S110 and the second calculation in step S120 before the first calculation unit 73 actually receives the second position signal.
- the estimated rotational speed calculated by the calculation unit 74 is compared with a predetermined rotational speed.
- step S130 it is determined whether or not the estimated rotational speed is equal to or lower than a predetermined rotational speed.
- the control unit 76 calculates a control signal for increasing the voltage applied to the coil 53 from the estimated rotation number, and the calculated control signal Based on this, the voltage applied to the coil 53 is increased.
- the control unit 76 generates a control signal based on the difference between the predetermined rotational speed and the estimated rotational speed based on the result calculated by the PID control method from the difference between the predetermined rotational speed and the actual rotational speed.
- the control signal is calculated by addition.
- step S150 the comparison unit 75 determines whether or not the actual rotational speed is equal to or lower than a predetermined rotational speed.
- the control unit 76 calculates a control signal for increasing the voltage applied to the coil 53 from the actual rotation number in step S160, and calculates the calculated control. The voltage applied to the coil 53 is increased based on the signal. If the comparison unit 75 determines in step S150 that the actual rotational speed is higher than the predetermined rotational speed, the control unit 76 calculates a control signal for reducing the voltage applied to the coil 53 from the actual rotational speed in step S170, The voltage applied to the coil 53 is decreased based on the calculated control signal. After step S140, step S160 or step S170, the process returns to step S100 (reception of the second position signal), and the flow is repeated.
- the control unit 76 estimates the estimated rotation speed when the estimated rotation speed is equal to or lower than the predetermined rotation speed without waiting for the first calculation section 73 to actually receive the second position signal.
- a control signal can be calculated based on the number of rotations, and the voltage applied to the coil 53 can be increased.
- the control is started after waiting for the first calculation unit 73 to actually receive the second position signal during low-speed rotation less than 100 rpm, which is affected by cogging torque or external load, the rotation of the rotor 40 stops. Yes.
- the adjustment process allows the control device 70 to apply a rotational force that overcomes the cogging torque to the rotor 40 before the rotation of the rotor 40 stops. Further, even when the estimated rotational speed is higher than the predetermined rotational speed, control is performed so that the actual rotational speed approaches the predetermined rotational speed, and the predetermined rotational speed of 100 rpm of the present embodiment is maintained.
- the control unit 76 sets the estimated rotational speed to Based on this, a control signal for increasing the voltage applied to the coil 53 may be calculated. Based on the calculated control signal, the control unit 76 increases the voltage applied to the coil 53 when the estimated rotational speed becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed. In this case, since the calculation of the control signal can be completed before the estimated rotational speed becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed, the reduced rotational speed of the rotor 40 can be returned more quickly.
- control device that maintains low-speed rotation of the motor. Furthermore, the control device of the present embodiment can provide an electric oil pump that realizes high responsiveness by driving the pump unit at a low rotation in advance.
- the voltage applied by the control unit 76 to the coil 53 is increased when the estimated rotational speed is equal to or lower than the predetermined rotational speed.
- the voltage applied to the coil 53 by the control unit 76 is increased when the estimated rotational speed is equal to or lower than the actual rotational speed calculated based on the immediately preceding position signal.
- the voltage applied to the coil 53 can be increased before the estimated rotational speed becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed. It may be possible to return the rotational speed of the rotor 40 earlier than in one embodiment.
- FIG. 7 is a flowchart showing the adjustment process according to the present embodiment.
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between the actual rotational speed, the estimated rotational speed, and the predetermined rotational speed when the actual rotational speed is lower than the predetermined rotational speed.
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between the actual rotational speed, the estimated rotational speed, and the predetermined rotational speed when the actual rotational speed is higher than the predetermined rotational speed. 8 and 9, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the rotational speed. Timings for performing the steps of adjusting the voltage by calculating the control signal shown in FIG. 7 (S250, S260, S160, and S170) are shown in FIGS.
- Step S100 to S120 are the same as in the first embodiment.
- the comparison unit calculates the actual number of revolutions calculated by the first calculation unit 73 in step S110 and the second calculation in step S120 before the first calculation unit 73 actually receives the second position signal.
- the estimated rotational speed calculated by the unit 74 is compared with a predetermined rotational speed.
- step S230 it is determined whether or not the estimated rotation speed is equal to or less than the actual rotation speed.
- the comparison unit 75 determines whether or not the estimated rotation number is equal to or less than a predetermined rotation number in step S240.
- step S240 when the comparison unit 75 determines that the estimated rotational speed is equal to or lower than the predetermined rotational speed, the process proceeds to step S250.
- step S250 the control unit 76 calculates a control signal for increasing the voltage applied to the coil 53 from the estimated rotational speed, and increases the voltage applied to the coil 53 based on the calculated control signal.
- Step S240 when the comparison unit 75 determines that the estimated rotational speed is higher than the predetermined rotational speed, the process proceeds to Step S260.
- step S260 the control unit 76 calculates a control signal for decreasing the voltage applied to the coil 53 from the estimated rotation speed, and decreases the voltage applied to the coil 53 based on the calculated control signal.
- step S230 when the comparison unit 75 determines that the estimated rotational speed is higher than the predetermined rotational speed, the process proceeds to step S150 similar to the first embodiment.
- the following steps S160 and S170 are the same as those in the first embodiment.
- step S140 step S160 or step S170
- the process returns to step S100 (reception of the second position signal), and the flow is repeated.
- step S160 for example, the control unit 76 calculates a control signal based on the difference between the predetermined rotational speed and the estimated rotational speed based on the result calculated by the PID control method from the difference between the predetermined rotational speed and the actual rotational speed. Is added to calculate the control signal.
- the controller 76 does not wait for the estimated rotation speed to be equal to or less than the actual rotation speed without waiting for the first calculation section 73 to actually receive the second position signal.
- the control signal can be calculated based on the number, and the voltage applied to the coil 53 can be increased.
- the control is started after waiting for the first calculation unit 73 to actually receive the second position signal during low-speed rotation less than 100 rpm, which is affected by cogging torque or external load, the rotation of the rotor 40 stops. Yes.
- the adjustment process allows the control device 70 to apply a rotational force that overcomes the cogging torque to the rotor 40 before the rotation of the rotor 40 stops.
- a control device that maintains the low-speed rotation of the motor can be provided as in the first embodiment. Furthermore, it is possible to provide an electric oil pump that realizes high responsiveness by driving the pump unit at a low rotation in advance.
- the type of motor is not limited to the inner rotor type of the above-described embodiment.
- the stator 50 may be an outer rotor type motor that is located on the radially inner side of the rotor 40. It is good also as an arranged axial gap type motor.
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Abstract
モータ制御装置70の制御部76は、推定回転数が所定の回転数以下となる時点で、推定回転数から算出されたコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させ、推定回転数が所定の回転数よりも高い時点において、実回転数が所定の回転数よりも低い場合には、実回転数から算出されたコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させ、推定回転数が所定の回転数よりも高い時点において、実回転数が所定の回転数よりも高い場合には、実回転数から算出されたコイル53へ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を減少させる。
Description
本発明は、制御装置、制御方法、モータ、および電動オイルポンプに関する。
モータにより駆動される電動オイルポンプ等の装置において、装置の未使用時にモータを停止させず、使用時よりも低速でモータを回転させて装置の高応答性を実現する技術が知られている。特許文献1は、電動機の回転速度が急に低下する場合に回転速度を元に戻すことで電動機の低速回転を維持する制御装置を開示している。
しかしながら、上記特許文献1の制御装置は、制御のために回転速度の急な変化が必要である。低速回転で制御される上記モータの回転数によっては、回転速度の急な変化によりモータの回転が停止しうるため、上記特許文献1の制御装置でモータの低速回転を維持することは困難となりうる。
本発明は、例えば、モータの低速回転を維持する制御装置を提供することを目的とする。
本願の例示的な第1発明は、コイルを有するステータおよび永久磁石を有するロータを備えるモータを制御する制御装置であって、ロータの回転位置を所定の回転角度ごとに検出して、検出された回転位置を示す位置信号を出力する検出部と、検出部が出力した位置信号を受信し、位置信号を受信した時間間隔に基づいてロータの実回転数を算出する第1の算出部と、第1の算出部が位置信号の次の位置信号を受信したと仮定し、第1の算出部が位置信号を受信した時点と、次の位置信号を受信したとする仮の時点との間の時間間隔に基づいてロータの推定回転数を算出する第2の算出部と、第1の算出部が位置信号を受信してから次の位置信号を実際に受信するまでの間に、第1の算出部が位置信号を受信した時と当該位置信号の前の位置信号を受信した時との間の時間間隔に基づいて算出したロータの実回転数、第2の算出部が算出した推定回転数、およびロータの所定の回転数を比較する比較部と、実回転数または推定回転数からコイルへ印加する電圧を調整する制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイルへ印加する電圧を制御する制御部と、を有し、制御部は、比較部による比較の結果、推定回転数が所定の回転数以下となる時点で、推定回転数から算出されたコイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいてコイルへ印加する電圧を増加させ、推定回転数が所定の回転数よりも高い時点において、実回転数が所定の回転数よりも低い場合には、実回転数から算出されたコイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいてコイルへ印加する電圧を増加させ、推定回転数が所定の回転数よりも高い時点において、実回転数が所定の回転数よりも高い場合には、実回転数から算出されたコイルへ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいてコイルへ印加する電圧を減少させることを特徴とする。
本願の例示的な第1発明によれば、モータの低速回転を維持する制御装置を提供できる。
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
(第1実施形態)
(第1実施形態)
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す中心軸Jの軸方向(一方向)と平行な方向とする。X軸方向は、図1に示すバスバーアッシー60の長さ方向と平行な方向、すなわち、図1の左右方向とする。Y軸方向は、バスバーアッシー60の幅方向と平行な方向、すなわち、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。
また、以下の説明においては、Z軸方向の正の側(+Z側)を「フロント側」と呼び、Z軸方向の負の側(-Z側)を「リア側」と呼ぶ。なお、リア側及びフロント側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周り(θ方向)を単に「周方向」と呼ぶ。
なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向(Z軸方向)に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
(第1実施形態)
(第1実施形態)
<電動オイルポンプ>
図1は、本実施形態に係る電動オイルポンプ10の構成を示す図である。電動オイルポンプ10は、シャフト41と、モータ部20と、ポンプ部30と、ハウジング12と、制御装置70と、を有する。シャフト41は、軸方向に延びる中心軸Jを中心として回転する。モータ部20とポンプ部30とは、軸方向に沿って並んで設けられる。
図1は、本実施形態に係る電動オイルポンプ10の構成を示す図である。電動オイルポンプ10は、シャフト41と、モータ部20と、ポンプ部30と、ハウジング12と、制御装置70と、を有する。シャフト41は、軸方向に延びる中心軸Jを中心として回転する。モータ部20とポンプ部30とは、軸方向に沿って並んで設けられる。
<モータ>
モータ部20は、カバー13と、ロータ40と、ステータ50と、ベアリング42と、バスバーアッシー60と、フロント側Oリング81と、リア側Oリング82と、を有する。
モータ部20は、カバー13と、ロータ40と、ステータ50と、ベアリング42と、バスバーアッシー60と、フロント側Oリング81と、リア側Oリング82と、を有する。
ロータ40は、シャフト41の外周面に固定される。ステータ50は、ロータ40の径方向外側に位置する。すなわち、モータ部20は、インナーロータ型のモータである。ベアリング42は、シャフト41を回転可能に支持する。ベアリング42は、バスバーアッシー60に保持される。バスバーアッシー60は、外部電源に接続され、ステータ50に電源を供給する。
<カバー>
カバー13の材質は、例えば、金属である。カバー13は、ハウジング12のリア側(-Z側)に固定され、バスバーアッシー60のリア側(-Z側)の少なくとも一部を覆う。カバー13は、筒状部22aと、蓋部22bと、フランジ部24と、を有する。筒状部22aは、フロント側(+Z側)に開口する。蓋部22bは、筒状部22aのリア側の端部に接続されている。本実施形態において蓋部22bは、平板状の形状をしている。フランジ部24は、筒状部22aのフロント側の端部から径方向外側に拡がる。ハウジング12とカバー13とは、ハウジング12のフランジ部15とカバー13のフランジ部24とが重ね合わされて接合されている。
カバー13の材質は、例えば、金属である。カバー13は、ハウジング12のリア側(-Z側)に固定され、バスバーアッシー60のリア側(-Z側)の少なくとも一部を覆う。カバー13は、筒状部22aと、蓋部22bと、フランジ部24と、を有する。筒状部22aは、フロント側(+Z側)に開口する。蓋部22bは、筒状部22aのリア側の端部に接続されている。本実施形態において蓋部22bは、平板状の形状をしている。フランジ部24は、筒状部22aのフロント側の端部から径方向外側に拡がる。ハウジング12とカバー13とは、ハウジング12のフランジ部15とカバー13のフランジ部24とが重ね合わされて接合されている。
<ロータ>
ロータ40は、ロータコア43と、ロータマグネット44と、を有する。ロータコア43は、シャフト41を軸周り(θ方向)に囲んで、シャフト41に固定されている。ロータマグネット44は、ロータコア43の軸周りに沿った外側面に固定されている。ロータコア43及びロータマグネット44は、シャフト41と一体となって回転する。ロータマグネット44としては、永久磁石を用いる。本実施形態では、特に、吸引力と反発力が強いレアアースマグネット(ネオジムマグネット等)を用いる。
ロータ40は、ロータコア43と、ロータマグネット44と、を有する。ロータコア43は、シャフト41を軸周り(θ方向)に囲んで、シャフト41に固定されている。ロータマグネット44は、ロータコア43の軸周りに沿った外側面に固定されている。ロータコア43及びロータマグネット44は、シャフト41と一体となって回転する。ロータマグネット44としては、永久磁石を用いる。本実施形態では、特に、吸引力と反発力が強いレアアースマグネット(ネオジムマグネット等)を用いる。
<ステータ>
ステータ50は、ロータ40を軸周り(θ方向)に囲み、ロータ40を中心軸J周りに回転させる。ステータ50は、コアバック部51と、ティース部52と、コイル53と、ボビン(インシュレータ)54と、を有する。
ステータ50は、ロータ40を軸周り(θ方向)に囲み、ロータ40を中心軸J周りに回転させる。ステータ50は、コアバック部51と、ティース部52と、コイル53と、ボビン(インシュレータ)54と、を有する。
コアバック部51の形状は、シャフト41と同心の円筒状である。図2は、ティース部52の断面をZ軸方向から見た図である。ティース部52は、コアバック部51の内側面からシャフト41に向かって延びている。ティース部52は、複数設けられ、コアバック部51の内側面の周方向に均等な間隔で配置されている。コイル53は、導電線53aが巻き回されて構成される。コイル53は、ボビン54に設けられている。ボビン54は、各ティース部52に装着されている。
<ベアリング>
ベアリング42は、ステータ50のリア側(-Z側)に配置される。ベアリング42は、後述するバスバーホルダ61が有するベアリング保持部65に保持される。ベアリング42は、シャフト41を支持する。ベアリング42の構成は、特に限定されず、いかなる公知のベアリングを用いてよい。
ベアリング42は、ステータ50のリア側(-Z側)に配置される。ベアリング42は、後述するバスバーホルダ61が有するベアリング保持部65に保持される。ベアリング42は、シャフト41を支持する。ベアリング42の構成は、特に限定されず、いかなる公知のベアリングを用いてよい。
<バスバーアッシー>
バスバーアッシー60は、ステータ50と電気的に接続されるバスバー91と、バスバーを保持するバスバーホルダ61と、を有する。バスバーホルダ61はリア側に開口部を有する。カバー13の蓋部22bは、バスバーホルダ61のリア側の開口部を塞ぐ。また、カバー13の蓋部22bのフロント側の面は、リア側Oリング82の全周と接触している。これにより、カバー13は、バスバーホルダ61の開口部の周囲の一周に亘って、バスバーホルダ61のリア側の本体部リア面と、リア側Oリング82を介して接触する。
バスバーアッシー60は、ステータ50と電気的に接続されるバスバー91と、バスバーを保持するバスバーホルダ61と、を有する。バスバーホルダ61はリア側に開口部を有する。カバー13の蓋部22bは、バスバーホルダ61のリア側の開口部を塞ぐ。また、カバー13の蓋部22bのフロント側の面は、リア側Oリング82の全周と接触している。これにより、カバー13は、バスバーホルダ61の開口部の周囲の一周に亘って、バスバーホルダ61のリア側の本体部リア面と、リア側Oリング82を介して接触する。
バスバーホルダ61は、コネクタ部63を有する。コネクタ部63を介して、モータ部20と外部電源とが接続される。接続された外部電源は、コネクタ部63が有する電源用開口部63aの底面から突出するバスバー91及び配線部材92と電気的に接続される。これにより、バスバー91及び配線部材92を介して、ステータ50のコイル53に駆動電流が供給される。
<ポンプ部>
本実施形態のポンプ部30は、歯車の回転運動により内部の容積を変化させることでオイルの吸入と吐出を行う歯車ポンプである。歯車ポンプは容積型ポンプのひとつであり、その他、ダイヤフラムの往復運動により内部の容積を変化させるダイヤフラムポンプを用いることもできる。容積型ポンプを用いることでモータを低速回転させている時でもオイルの吸入と吐出を行うことができ、電動オイルポンプの高応答性を達成できる。
本実施形態のポンプ部30は、歯車の回転運動により内部の容積を変化させることでオイルの吸入と吐出を行う歯車ポンプである。歯車ポンプは容積型ポンプのひとつであり、その他、ダイヤフラムの往復運動により内部の容積を変化させるダイヤフラムポンプを用いることもできる。容積型ポンプを用いることでモータを低速回転させている時でもオイルの吸入と吐出を行うことができ、電動オイルポンプの高応答性を達成できる。
ポンプ部30は、モータ部20の軸方向一方側、詳細にはフロント側(+Z軸側)に位置する。ポンプ部30は、モータ部20によってシャフト41を介して駆動される。ポンプ部30は、ポンプボディ31と、ポンプカバー32と、ポンプロータ35と、を有する。
ポンプボディ31は、モータ部20のフロント側においてハウジング12内に固定される。ポンプボディ31の外周面は、ポンプ部Oリング83を介してハウジング12の内周面と径方向において接触する。ポンプボディ31は、ポンプロータ35を収容する、フロント側(+Z側)の面からリア側(-Z側)に窪んだポンプ室33を有する。ポンプ室33の軸方向に視た形状は、円形状である。
ポンプボディ31は、軸方向両端に開口しシャフト41が通され、フロント側の開口がポンプ室33に開口する貫通孔31aを有する。貫通孔31aのリア側の開口は、モータ部20側に開口する。貫通孔31aは、シャフト41を回転可能に支持する軸受部材として機能する。
ポンプボディ31は、ハウジング12よりもフロント側に位置しハウジング12の外部に露出する露出部36を有する。露出部36は、ポンプボディ31のフロント側の端部の部分である。露出部36は、軸方向に延びる円柱状である。露出部36は、ポンプ室33と径方向に重なる。
ポンプカバー32は、ポンプボディ31のフロント側に取り付けられる。ポンプカバー32は、ポンプカバー本体32aと、吐出口32dを含むポンプコネクタ部32bと、吸入口32cと、を有する。ポンプカバー本体32aは、径方向に拡がる円板状である。ポンプカバー本体32aは、ポンプ室33のフロント側の開口を閉塞する。ポンプコネクタ部32bは、軸方向に延びる円筒状である。ポンプコネクタ部32bは、軸方向両端に開口する吐出口32dを有する。ポンプコネクタ部32bは、ポンプカバー本体32aからフロント側に延びる。吸入口32cは、ポンプカバー32のフロント側の面に開口する。吐出口32d及び吸入口32cは、ポンプ室33と繋がり、ポンプ室33へのオイルの吸入およびポンプ室33からのオイルの吐出が可能である。シャフト41が周方向一方向き(-θ向き)に回転する場合、吸入口32cからオイルがポンプ室33に吸入される。ポンプ室33に吸入されたオイルは、ポンプロータ35によって送られ、吐出口32dへ吐出される。
ポンプロータ35は、インナーロータ37と、アウターロータ38と、を有する。インナーロータ37は、シャフト41のフロント側の端部に取り付けられる。アウターロータ38は、インナーロータ37の径方向外側を囲むように配置される。インナーロータ37は、円環状であり、径方向外側面に歯を有する歯車である。
インナーロータ37とアウターロータ38とは互いに噛み合い、インナーロータ37が回転することでアウターロータ38が回転する。インナーロータ37とアウターロータ38とが回転することで、吸入口32cからポンプ室33内に吸入されるオイルを、吐出口32dに送ることができる。すなわち、シャフト41の回転によりポンプロータ35は回転する。言い換えると、モータ部20とポンプ部30とは同一の回転軸を有する。
<ハウジング>
ハウジング12は、中心軸Jに対し両端が開口した多段の円筒形状をしている。ハウジング12の材質は、例えば、金属である。ハウジング12は、モータ部20とポンプ部30とを保持する。ハウジング12は、筒部14と、フランジ部15と、を有する。筒部14は、中心軸Jを中心とする円筒状をしている。筒部14は、軸方向(Z軸方向)に沿って、バスバーアッシー挿入部21aと、ステータ保持部21bと、ポンプボディ保持部21cと、をリア側(-Z側)からフロント側(+Z側)へ向かって順に有する。フランジ部15は、筒部14のリア側の端部から径方向外側に延びる。
ハウジング12は、中心軸Jに対し両端が開口した多段の円筒形状をしている。ハウジング12の材質は、例えば、金属である。ハウジング12は、モータ部20とポンプ部30とを保持する。ハウジング12は、筒部14と、フランジ部15と、を有する。筒部14は、中心軸Jを中心とする円筒状をしている。筒部14は、軸方向(Z軸方向)に沿って、バスバーアッシー挿入部21aと、ステータ保持部21bと、ポンプボディ保持部21cと、をリア側(-Z側)からフロント側(+Z側)へ向かって順に有する。フランジ部15は、筒部14のリア側の端部から径方向外側に延びる。
バスバーアッシー挿入部21aのリア側の端部は、カバー13のフランジ部24およびハウジング12のフランジ部15を介して、カバー13の筒状部22aと連結する。バスバーアッシー挿入部21aは、バスバーアッシー60のフロント側(+Z側)の端部を中心軸Jの径方向外側から囲む。バスバーアッシー挿入部21aと、ステータ保持部21bと、ポンプボディ保持部21cとは、それぞれ同心の円筒形状であり、直径はこの順に小さくなる。
バスバーアッシー60のフロント側の端部は、ハウジング12の内側に位置する。ステータ保持部21bの内側面には、ステータ50の外側面、すなわち、コアバック部51の外側面が接触している。これにより、ハウジング12には、ステータ50が保持される。ポンプボディ保持部21cの内周面には、ポンプボディ31の外周面が固定される。
<制御装置>
制御装置70は、ベアリング42とカバー13との間に配置され、モータ部20の駆動を制御する。制御装置70は、検出部71と、インバータ回路72と、第1の算出部73、第2の算出部74、比較部75および制御部76を有する。図3は、制御装置70に含まれる各要素間の関係および制御装置70とモータ部20との関係を示すブロック図である。
制御装置70は、ベアリング42とカバー13との間に配置され、モータ部20の駆動を制御する。制御装置70は、検出部71と、インバータ回路72と、第1の算出部73、第2の算出部74、比較部75および制御部76を有する。図3は、制御装置70に含まれる各要素間の関係および制御装置70とモータ部20との関係を示すブロック図である。
インバータ回路72は、モータ駆動電圧を出力する。検出部71としては、ホール素子および磁気抵抗素子などの磁気式センサ、光学式エンコーダまたはレゾルバを用いることができる。本実施形態では、磁気式センサであるホール素子を用いる。検出部71は、センサマグネット711およびマグネット保持部712を有する。
センサマグネット711は、円環状であり周方向にN極とS極とが交互に配置されている。センサマグネット保持部712は、中央の孔がシャフト41のリア側(+Z側)の端部の小径部分に嵌まることで位置決めされている。センサマグネット保持部712は、シャフト41とともに回転可能である。センサマグネット711は、センサマグネット保持部712の外周面に配置されている。
検出部71は、センサマグネット711の磁束の変化を検出することで、ロータ40の回転位置を所定の角度ごとに検出して、検出された回転位置を示す位置信号を第1の算出部73に出力する。本実施形態では、出力される位置信号は複数の信号からなる一組の位置信号である。例えば、磁気抵抗素子を検出部71として用いた場合は、一つの位置信号が所定の角度ごとに出力される。
第1の算出部73は、検出部71が出力した位置信号を受信し、位置信号を受信した時間間隔に基づいてロータ40の実回転数を算出する。第2の算出部74は、第1の算出部73が第1の位置信号を受信したあとに次の位置信号(第2の位置信号)を受信したと仮定し、第2の位置信号を受信したとする仮の時点を設定する。そして、第2の算出部74は、第1の算出部73が第1の位置信号を受信した時点と、仮の時点との間の時間間隔に基づいてロータ40の推定回転数を算出する。第2の算出部74は、第1の算出部73が第1の位置信号を受信してから第1の算出部73が実際に第2の位置信号を受信するまでの間において、所定の時間間隔で推定回転数を算出してもよく、時間間隔なしに連続して推定回転数を算出してもよい。
比較部75は、第1の算出部73から、第1の算出部73が第1の位置信号を受信した時と第1の位置信号の前の位置信号を受信した時との間の時間間隔に基づいて算出したロータ40の実回転数を得る。さらに、比較部75は、第2の算出部74が算出した推定回転数、およびロータ40の所定の回転数を得て、第1の算出部73が第1の位置信号を受信してから第2の位置信号を実際に受信するまでの間に、実回転数、推定回転数および所定の回転数を比較する。
制御部76は、例えば、演算部(コンピュータ等)および記憶部を有する。制御部76は、実回転数または推定回転数からコイル53へ印加する電圧を調整する制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を制御する。ここで、制御信号の算出は、PID制御方式で演算部により算出されうる。また、制御部76は、算出した制御信号に基づいて、パルス幅変調方式(PWM方式)によりロータ40の駆動信号のデューティ比の調整を行う。
制御部76は、調整後のロータ40の駆動信号をインバータ回路72に出力する。インバータ回路72は、制御部76からのロータ40の駆動信号に基づいてモータ駆動電圧を出力する。コイル53にはインバータ回路72からの駆動電圧に基づいた駆動電流が供給される。コイル53には、駆動電流の供給により磁場が発生し、この磁場によってロータ40が回転する。このようにして、モータ部20は、回転駆動力を得る。駆動電流は、バスバー91及び配線部材92を介して、ステータ50のコイル53に供給される。
ここで、ロータ40の所定の回転数は比較部75が保持していてもよく、制御部76が有する記憶部が記憶していてもよい。所定の回転数が記憶部に記憶されている場合は、比較部75が記憶部に記憶された所定の回転数を参照する。所定の回転数は、電動オイルポンプ未使用時にコギングトルクの影響でロータの回転が停止しない回転数であって、電動オイルポンプの使用時よりも低い回転数に設定される。本実施形態では、所定の回転数を100rpmと設定する。
検出部71として磁気式センサを用いる場合、ロータ40が1回転する間に検出部71が位置信号を出力する回数nは、磁気式センサの数に対して当該磁気式センサが検出する磁極数を乗じた値である。ここで、磁気式センサが検出する磁極数は、ロータ40の永久磁石の磁極数よりも大きくてもよい。また、回数nは、ロータ40の永久磁石の磁極数とステータ50のティース部52の数(ティース数)との最小公倍数以上であることが望ましい。回数nを上記最小公倍数以上とすることで、ロータ40の永久磁石の磁極数およびステータ50のティース数から決定されるコギングトルクの周期よりも短い周期で回転信号を出力することがきる。これにより、制御部73は、コギングトルクの影響でロータ40が停止する前にコギングトルクに打ち勝つ回転力をロータ40に与えることができる。検出部71として、光学式エンコーダまたはレゾルバを用いる場合も、上記回数nは、ロータ40の永久磁石の磁極数とステータ50のティース数との最小公倍数以上であることが望ましい。
<調整プロセス>
図4は、電動オイルポンプ10を駆動するモータ部20の制御装置70に含まれる制御部76が行うロータ40の駆動信号の調整プロセスを示すフローチャートである。図5は、実回転数が所定の回転数よりも低い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図6は、実回転数が所定の回転数よりも高い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図5及び図6において、横軸は時間、縦軸は回転数を示す。図4で示す制御信号を算出して電圧を調整する工程(S140、S160またはS170)を行うタイミングを含む時間幅を図5及び図6中に示す。
図4は、電動オイルポンプ10を駆動するモータ部20の制御装置70に含まれる制御部76が行うロータ40の駆動信号の調整プロセスを示すフローチャートである。図5は、実回転数が所定の回転数よりも低い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図6は、実回転数が所定の回転数よりも高い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図5及び図6において、横軸は時間、縦軸は回転数を示す。図4で示す制御信号を算出して電圧を調整する工程(S140、S160またはS170)を行うタイミングを含む時間幅を図5及び図6中に示す。
図4に示すフローチャートにおいて、工程S100で第1の算出部73は、ロータ40の所定の回転角度ごとに検出されたロータ40の回転位置を示す第1の位置信号を受信する。工程S110で第1の算出部73は、第1の位置信号を受信した時点と、第1の位置信号の前の位置信号を受信した時点との時間間隔に基づいてロータ40の実回転数を算出する。工程S120で第2の算出部74は、第1の算出部73が第1の位置信号を受信したあとに次の位置信号(第2の位置信号)を受信した仮の時点を設定する。そして、第2の算出部74は、第1の算出部73が第1の位置信号を受信した時点と、仮の時点との間の時間間隔に基づいてロータ40の推定回転数を算出する。工程S130で比較部75は、第1の算出部73が実際に第2の位置信号を受信する前に、工程S110で第1の算出部73が算出した実回転数、工程S120で第2の算出部74が算出した推定回転数および所定の回転数を比較する。
工程S130の比較部75による比較では、推定回転数が所定の回転数以下であるか否かが判断される。比較部75が、推定回転数が所定の回転数以下と判断した場合、工程S140で制御部76が推定回転数からコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させる。具体的には、制御部76は、例えば、所定の回転数と実回転数との差からPID制御方式で算出した結果に、所定の回転数と推定回転数との差に基づいた制御信号を加算することで制御信号を算出する。工程S130にて比較部75が、推定回転数が所定の回転数よりも高いと判断した場合、工程S150に進む。
工程S150で比較部75は、実回転数が所定の回転数以下であるか否かを判断する。比較部75が、実回転数が所定の回転数以下であると判断した場合、工程S160で制御部76が実回転数からコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させる。工程S150で比較部75が、実回転数が所定の回転数よりも高いと判断した場合、工程S170で制御部76が実回転数からコイル53へ印加する電圧を減少させる制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を減少させる。工程S140、工程S160または工程S170の後、工程S100に戻り(第2の位置信号の受信)、フローが繰り返される。
上記調整プロセスによれば、第1の算出部73が第2の位置信号を実際に受信するのを待たずに、推定回転数が所定の回転数以下となった時点において、制御部76が推定回転数に基づいて制御信号を算出し、コイル53へ印加する電圧を増加させることができる。コギングトルクまたは外部負荷の影響を受ける100rpmより小さい低速回転時において、第1の算出部73が第2の位置信号を実際に受信するのを待ってから制御を始める場合、ロータ40の回転が停止しうる。しかしながら、上記調整プロセスにより、制御装置70は、ロータ40の回転が停止する前にコギングトルクに打ち勝つ回転力をロータ40に与えることができる。また、推定回転数が所定の回転数よりも高い時点においても、実回転数が所定の回転数に近づくような制御が行われ、本実施形態の所定の回転数である100rpmが維持される。
また、図6のように実回転数が所定の回転数よりも高い場合において、比較部75による比較の結果、推定回転数が実回転数以下となる時点で、制御部76が推定回転数に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号を算出してもよい。制御部76は算出した制御信号に基づいて、推定回転数が所定の回転数以下となる時点でコイル53へ印加する電圧を増加させる。この場合、推定回転数が所定の回転数以下となる前に制御信号の算出を済ませることができるため、低下したロータ40の回転数をより早く復帰させることができる。
本実施形態によれば、モータの低速回転を維持する制御装置を提供できる。さらに、本実施形態の制御装置により、予め低回転でポンプ部を駆動して高応答性を実現した電動オイルポンプを提供できる。
(第2実施形態)
(第2実施形態)
第1実施形態では、推定回転数が所定の回転数以下となる時点で、制御部76がコイル53へ印加する電圧を増加させていた。本実施形態では、推定回転数が直前の位置信号に基づいて算出された実回転数以下となる時点で、制御部76がコイル53へ印加する電圧を増加させる。本実施形態によれば、例えば、実回転数が所定の回転数よりも高い場合において、推定回転数が所定の回転数以下となる前にコイル53へ印加する電圧を増加させることができ、第1実施形態よりも早くロータ40の回転数を復帰させることが可能となりうる。
図7は、本実施形態に係る調整プロセスを示すフローチャートである。図8は、実回転数が所定の回転数よりも低い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図9は、実回転数が所定の回転数よりも高い場合における、実回転数、推定回転数および所定の回転数の関係を示すグラフである。図8及び図9において、横軸は時間、縦軸は回転数を示す。図7で示す制御信号を算出して電圧を調整する工程(S250、S260、S160およびS170)を行うタイミングを図8及び図9中に示す。
図7に示すフローチャートにおいて、第1実施形態と同様の工程は同じ符号を付け説明は省略する。工程S100~工程S120は第1実施形態と同様である。工程S230で比較部は、第1の算出部73が実際に第2の位置信号を受信する前に、工程S110で第1の算出部73が算出した実回転数、工程S120で第2の算出部74が算出した推定回転数および所定の回転数を比較する。
工程S230の比較部75による比較では、推定回転数が実回転数以下であるか否かが判断される。比較部75が、推定回転数が実回転数以下と判断した場合、工程S240にて、推定回転数が所定の回転数以下であるか否かが比較部75により判断される。
工程S240にて、比較部75が、推定回転数が所定の回転数以下であると判断した場合、工程S250に進む。工程S250にて、制御部76は、推定回転数からコイル53へ印加する電圧を増加させる制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を増加させる。
工程S240にて、比較部75が、推定回転数が所定の回転数よりも高いと判断した場合、工程S260に進む。工程S260にて、制御部76は、推定回転数からコイル53へ印加する電圧を減少させる制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいてコイル53へ印加する電圧を減少させる。
工程S230にて比較部75が、推定回転数が所定の回転数よりも高いと判断した場合、第1実施形態と同様の工程S150に進む。以下の工程S160および工程S170は第1実施形態と同様である。工程S140、工程S160または工程S170の後、工程S100に戻り(第2の位置信号の受信)、フローが繰り返される。なお、工程S160において、制御部76は、例えば、所定の回転数と実回転数との差からPID制御方式で算出した結果に、所定の回転数と推定回転数との差に基づいた制御信号を加算することで制御信号を算出する。
上記調整プロセスによれば、第1の算出部73が第2の位置信号を実際に受信するのを待たずに、推定回転数が実回転数以下となった時点において、制御部76が推定回転数に基づいて制御信号を算出し、コイル53へ印加する電圧を増加させることができる。コギングトルクまたは外部負荷の影響を受ける100rpmより小さい低速回転時において、第1の算出部73が第2の位置信号を実際に受信するのを待ってから制御を始める場合、ロータ40の回転が停止しうる。しかしながら、上記調整プロセスにより、制御装置70は、ロータ40の回転が停止する前にコギングトルクに打ち勝つ回転力をロータ40に与えることができる。また、推定回転数が実回転数よりも高い時点においても、実回転数が所定の回転数に近づくような制御が行われる。これにより、ロータ40の回転数を上げすぎることなく本実施形態の所定の回転数である100rpmを維持することができる。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様にモータの低速回転を維持する制御装置を提供できる。さらに、予め低回転でポンプ部を駆動して高応答性を実現した電動オイルポンプを提供できる。
なお、モータの種類は上記実施形態のインナーロータ型に限らず、例えば、ステータ50がロータ40の径方向内側に位置するアウターロータ型モータとしてもよく、ステータ50とロータ40とがモータ軸方向に配置されたアキシャルギャップ型モータとしてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本出願は、2016年9月30日に出願された日本出願特願2016-194686号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
10 電動オイルポンプ
20 モータ部
30 ポンプ部
33 ポンプ室
40 ロータ
44 ロータマグネット
50 ステータ
53 コイル
70 制御装置
71 検出部
73 第1の算出部
74 第2の算出部
75 比較部
76 制御部
20 モータ部
30 ポンプ部
33 ポンプ室
40 ロータ
44 ロータマグネット
50 ステータ
53 コイル
70 制御装置
71 検出部
73 第1の算出部
74 第2の算出部
75 比較部
76 制御部
Claims (22)
- コイルを有するステータおよび永久磁石を有するロータを備えるモータを制御する制御装置であって、
前記ロータの回転位置を所定の回転角度ごとに検出して、検出された回転位置を示す位置信号を出力する検出部と、
前記検出部が出力した前記位置信号を受信し、前記位置信号を受信した時間間隔に基づいて前記ロータの実回転数を算出する第1の算出部と、
前記第1の算出部が前記位置信号の次の位置信号を受信したと仮定し、前記第1の算出部が前記位置信号を受信した時点と、前記次の位置信号を受信したとする仮の時点との間の時間間隔に基づいて前記ロータの推定回転数を算出する第2の算出部と、
前記第1の算出部が前記位置信号を受信してから前記次の位置信号を実際に受信するまでの間に、前記第1の算出部が前記位置信号を受信した時と当該位置信号の前の位置信号を受信した時との間の時間間隔に基づいて算出した前記ロータの実回転数、前記第2の算出部が算出した前記推定回転数および、前記ロータの所定の回転数を比較する比較部と、
前記実回転数または前記推定回転数から前記コイルへ印加する電圧を調整する制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記比較部による比較の結果、前記推定回転数が前記所定の回転数以下となる時点で、前記推定回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数以下の場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数よりも高い場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させることを特徴とする制御装置。 - 前記制御部は、前記実回転数が前記所定の回転数よりも高い場合において、前記比較部による比較の結果、前記推定回転数が前記実回転数以下となる時点で、前記推定回転数に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- コイルを有するステータおよび永久磁石を有するロータを備えるモータを制御する制御装置であって、
前記ロータの回転位置を所定の回転角度ごとに検出して、検出された回転位置を示す位置信号を出力する検出部と、
前記検出部が出力した前記位置信号を受信し、前記位置信号を受信した時間間隔に基づいて前記ロータの実回転数を算出する第1の算出部と、
前記第1の算出部が前記位置信号の次の位置信号を受信したと仮定し、前記第1の算出部が前記位置信号を受信した時点と、前記次の位置信号を受信したとする仮の時点との間の時間間隔に基づいて前記ロータの推定回転数を算出する第2の算出部と、
前記第1の算出部が前記位置信号を受信してから前記次の位置信号を実際に受信するまでの間に、前記第1の算出部が前記位置信号を受信した時と当該位置信号の前の位置信号を受信した時との間の時間間隔に基づいて算出した前記ロータの実回転数、前記第2の算出部が算出した前記推定回転数、および前記ロータの所定の回転数を比較する比較部と、
前記実回転数または前記推定回転数から前記コイルへ印加する電圧を調整する制御信号を算出し、算出した制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記比較部による比較の結果、前記推定回転数が前記実回転数以下となる時点において、前記推定回転数が前記所定の回転数以下の場合に、前記推定回転数に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号を算出し、算出した前記制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記比較部による比較の結果、前記推定回転数が前記実回転数以下となる時点において、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い場合に、前記推定回転数に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号を算出し、算出した前記制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させ、
前記推定回転数が前記実回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数以下の場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記実回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数よりも高い場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させることを特徴とする制御装置。 - 前記制御部は、前記実回転数または前記推定回転数および前記所定の回転数に基づいてPID制御方式で前記制御信号を算出することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記制御部は、前記制御信号に基づいて、パルス幅変調方式により前記ロータの駆動信号のデューティ比の調整を行って前記コイルへ印加する電圧を変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記制御部は、前記第1の算出部が前記次の位置信号を受信するまでの間、ひとつの前記推定回転数に基づいて前記制御信号を算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記検出部は、磁気式センサを有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記磁気式センサは、ホール素子であることを特徴とする請求項7に記載の制御装置。
- 前記ホール素子を有する前記検出部が出力する前記位置信号は、複数の信号からなる一組の位置信号であることを特徴とする請求項8に記載の制御装置。
- 前記磁気式センサは、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項7に記載の制御装置。
- 前記ロータが1回転する間に前記検出部が前記位置信号を出力する回数nは、前記磁気式センサの数に対して当該磁気式センサが検出する磁極数を乗じた値であることを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載の制御装置。
- 当該磁気式センサが検出する磁極数は、前記永久磁石の磁極数よりも大きいことを特徴とする請求項11に記載の制御装置。
- 前記回数nは、前記永久磁石の磁極数と前記ステータのティース数との最小公倍数以上であることを特徴とする請求項11に記載の制御装置。
- 前記検出部は、光学式エンコーダを有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記検出部は、レゾルバを有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記ロータが1回転する間に前記検出部が前記位置信号を出力する回数は、前記永久磁石の磁極数と前記ステータのティース数との最小公倍数以上であることを特徴とする請求項13または14に記載の制御装置。
- コイルを有するステータおよび永久磁石を有するロータを備えるモータを制御する制御装置による前記モータの制御方法であって、
前記制御装置が、
前記ロータの所定の回転角度ごとに検出された前記ロータの回転位置を示す位置信号を受信し、
前記位置信号を受信した時点と、前記位置信号の前の位置信号を受信した時点との時間間隔に基づいて前記ロータの実回転数を算出し、
前記位置信号の次の位置信号を受信したと仮定し、前記位置信号を受信した時点と、前記次の位置信号を受信したとする仮の時点との間の時間間隔に基づいて前記ロータの推定回転数を算出し、
前記位置信号を受信してから前記次の位置信号を受信するまでの間に、前記実回転数、前記推定回転数、および前記ロータの所定の回転数を比較し、
前記比較の結果、前記推定回転数が前記所定の回転数以下となる時点で、前記推定回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数以下の場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数よりも高い場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させることを特徴とする制御方法。 - コイルを有するステータおよび永久磁石を有するロータを備えるモータを制御する制御装置による前記モータの制御方法であって、
前記制御装置が、
前記ロータの所定の回転角度ごとに検出された前記ロータの回転位置を示す位置信号を受信し、
前記位置信号を受信した時点と、前記位置信号の前の位置信号を受信した時点との時間間隔に基づいて前記ロータの実回転数を算出し、
前記位置信号の次の位置信号を受信したと仮定し、前記位置信号を受信した時点と、前記次の位置信号を受信したとする仮の時点との間の時間間隔に基づいて前記ロータの推定回転数を算出し、
前記位置信号を受信してから前記次の位置信号を受信するまでの間に、前記実回転数、前記推定回転数、および前記ロータの所定の回転数を比較し、
前記比較の結果、前記推定回転数が前記実回転数以下となる時点において、前記推定回転数が前記所定の回転数以下の場合に、前記推定回転数に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号を算出し、算出した前記制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記比較部による比較の結果、前記推定回転数が前記実回転数以下となる時点において、前記推定回転数が前記所定の回転数よりも高い場合に、前記推定回転数に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号を算出し、算出した前記制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させ、
前記推定回転数が前記実回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数以下の場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を増加させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を増加させ、前記推定回転数が前記実回転数よりも高い時点において、前記実回転数が前記所定の回転数よりも高い場合には、前記実回転数から算出された前記コイルへ印加する電圧を減少させる制御信号に基づいて前記コイルへ印加する電圧を減少させることを特徴とする制御方法。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の制御装置または請求項17もしくは請求項18に記載の制御方法により制御されることを特徴とするモータ。
- 請求項19に記載のモータにより駆動されるポンプ部を有することを特徴とする電動オイルポンプ。
- 前記ポンプ部は、内部の容積を変化させることでオイルの吸入と吐出を行う容積型ポンプであることを特徴とする請求項20に記載の電動オイルポンプ。
- 前記ポンプ部は、ダイヤフラムの往復運動により内部の容積を変化させるダイヤフラムポンプまたは歯車の回転運動により内部の容積を変化させる歯車ポンプであることを特徴とする請求項21に記載の電動オイルポンプ。
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