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技術 ポンプ制御装置、車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法

出願人 アイシン精機株式会社
発明者 湊佳彦
出願日 2014年7月30日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2014-155192
公開日 2016年3月7日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2016-032414
状態 特許登録済
技術分野 交流電動機の制御一般
主要キーワード ワースト条件 電流制御モード 本ポンプ 電動ポンプユニット 要求油圧 ブラシレスモータ制御装置 ポンプ特性 起動モード
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年3月7日)のものです。
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図面 (5)

課題

効率良くオイルポンプを駆動することができるポンプ制御装置を提供する。

解決手段

ポンプ制御装置1は、車両に搭載される直流電源BとオイルポンプPを駆動するモータMとの間に接続されるインバータ10と、オイルポンプPに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータMの最低動作条件を予め記憶しておく動作条件記憶部20と、直流電源Bからの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部30と、現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部40と、設定されたデューティ比でインバータ10が有するスイッチング素子PWM制御するPWM制御部50と、を備える。

概要

背景

従来、オイルポンプ動力源の一つとしてモータが利用されてきた。この種のモータを制御する技術として以下に出典を示す特許文献1及び2に記載のものがある。

特許文献1に記載の電動ポンプユニットは、油の吸入及び吐出を行うポンプと、当該ポンプを駆動する電動モータと、油圧に基づいて電動モータをPWM駆動する駆動回路を有するモータ制御装置とを備えて構成される。モータ制御装置は、油圧センサを用いることなく、モータの負荷トルク油温とから油圧を求め、電流フィードバック制御により運転される。

特許文献2に記載のセンサレスブラシレスモータ制御装置は、モータを駆動するインバータと、当該インバータを制御するインバータ駆動回路と、インバータ駆動回路に制御指令を出すトルク制御手段とを有する。トルク制御手段は、モータの起動時はセンサレス起動モードで制御し、モータの起動後は電流制御モード切り換えて制御する。

概要

効率良くオイルポンプを駆動することができるポンプ制御装置を提供する。ポンプ制御装置1は、車両に搭載される直流電源BとオイルポンプPを駆動するモータMとの間に接続されるインバータ10と、オイルポンプPに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータMの最低動作条件を予め記憶しておく動作条件記憶部20と、直流電源Bからの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部30と、現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部40と、設定されたデューティ比でインバータ10が有するスイッチング素子PWM制御するPWM制御部50と、を備える。

目的

本発明の目的は、上記問題に鑑み、効率良くオイルポンプを駆動することができるポンプ制御装置、当該ポンプ制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両に搭載される直流電源オイルポンプを駆動するモータとの間に接続されるインバータと、前記オイルポンプに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含む前記モータの最低動作条件を予め記憶しておく動作条件記憶部と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部と、前記現在の印加電圧と前記最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子PWM制御するPWM制御部と、を備えるポンプ制御装置

請求項2

前記オイルポンプと、前記モータと、請求項1に記載のポンプ制御装置と、を備える車載用ポンプユニット

請求項3

車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されたインバータを駆動して前記直流電源の出力を交流に変換して前記モータに供給する出力変換工程と、前記オイルポンプに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含む前記モータの最低動作条件を予め動作条件記憶部に記憶しておく動作条件記憶工程と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出工程と、前記現在の印加電圧と前記最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定工程と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をPWM制御するPWM制御工程と、を備えるポンプ制御方法

技術分野

0001

本発明は、車両に搭載されるオイルポンプの出力を制御するポンプ制御装置、当該ポンプ制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法に関する。

背景技術

0002

従来、オイルポンプの動力源の一つとしてモータが利用されてきた。この種のモータを制御する技術として以下に出典を示す特許文献1及び2に記載のものがある。

0003

特許文献1に記載の電動ポンプユニットは、油の吸入及び吐出を行うポンプと、当該ポンプを駆動する電動モータと、油圧に基づいて電動モータをPWM駆動する駆動回路を有するモータ制御装置とを備えて構成される。モータ制御装置は、油圧センサを用いることなく、モータの負荷トルク油温とから油圧を求め、電流フィードバック制御により運転される。

0004

特許文献2に記載のセンサレスブラシレスモータ制御装置は、モータを駆動するインバータと、当該インバータを制御するインバータ駆動回路と、インバータ駆動回路に制御指令を出すトルク制御手段とを有する。トルク制御手段は、モータの起動時はセンサレス起動モードで制御し、モータの起動後は電流制御モード切り換えて制御する。

先行技術

0005

特開2012−31832号公報
特開2010−233301号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1及び2に記載の技術では電流フィードバック制御を行っているので、負荷が重い場合には効率良くポンプを駆動することができる。しかしながら、負荷が軽い場合にはデューティが100%となるので、過出力となり電力損失が大きくなってしまう。

0007

また、オイルポンプはワースト条件(例えばモータに対する印可電圧が最も低い場合)であっても、当該オイルポンプに要求される油圧(以下「要求油圧」とする)を具備するように選定されるが、印可電圧は常に低い状態ではなく、高い状態になることもあり得る。モータに印加される電圧が高い場合には、オイルポンプにあっては要求油圧を具備する必要な仕事量に対する余裕が大きく、電力損失が増大する。

0008

本発明の目的は、上記問題に鑑み、効率良くオイルポンプを駆動することができるポンプ制御装置、当該ポンプ制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するための本発明に係るポンプ制御装置の特徴構成は、車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されるインバータと、前記オイルポンプに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含む前記モータの最低動作条件を予め記憶しておく動作条件記憶部と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部と、前記現在の印加電圧と前記最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子PWM制御するPWM制御部と、を備えている点にある。

0010

このような特徴構成とすれば、オイルポンプは、印加電圧が動作電圧範囲における最も低い電圧となった場合でも要求油圧を具備するように選定されているので、直流電源からの印加電圧が動作電圧以上であれば要求油圧を具備することができる。一方、直流電源からの印加電圧が、要求油圧を具備する動作電圧範囲における最も低い電圧よりも高い場合には、直流電源からの印加電圧を当該最も低い電圧相当の電圧に変換してモータを駆動することができるので、無駄な電力消費を低減しつつ、要求油圧を具備することができる。したがって、本ポンプ制御装置によれば、直流電源からの印加電圧に拘らず要求油圧を具備しつつ、効率良くオイルポンプを駆動することが可能となる。

0011

また、上記目的を達成するための本発明に係る車載用ポンプユニットの特徴構成は、前記オイルポンプと、前記モータと、前記ポンプ制御装置と、を備えている点にある。

0012

このような特徴構成とすれば、効率良く駆動することが可能なオイルポンプを有するポンプユニットを形成することができる。

0013

また、上記目的を達成するための本発明に係るポンプ制御方法の特徴構成は、車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されたインバータを駆動して前記直流電源の出力を交流に変換して前記モータに供給する出力変換工程と、前記オイルポンプに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含む前記モータの最低動作条件を予め動作条件記憶部に記憶しておく動作条件記憶工程と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出工程と、前記現在の印加電圧と前記最低動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定工程と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をPWM制御するPWM制御工程と、を備えている点にある。

0014

このような構成とすれば、上述のポンプ制御装置の特徴構成と同様に、直流電源からの印加電圧が、要求油圧を具備する動作電圧範囲における最も低い電圧よりも高い場合には、直流電源からの印加電圧を当該最も低い電圧相当の電圧に変換してモータを駆動することができるので、無駄な電力消費を低減しつつ、要求油圧を具備することができる。したがって、直流電源からの印加電圧に拘らず要求油圧を具備しつつ、効率良くオイルポンプを駆動することが可能となる。

図面の簡単な説明

0015

ポンプ制御装置及び車載用ポンプユニットの構成を模式的に示すブロック図である。
オイルポンプのポンプ特性を示す図である。
デューティ比の設定例を示す図である。
ポンプ制御装置の処理を示すフローチャートである。

実施例

0016

本発明に係るポンプ制御装置は、オイルポンプを駆動するモータに印加される電圧の高低に拘らず、効率良くオイルポンプの運転を制御する機能を備えて構成される。以下、本実施形態のポンプ制御装置1について詳細に説明する。ポンプ制御装置1は、車両に搭載されるオイルポンプPの運転を制御するのに利用される。このため、ポンプ制御装置1も車両に搭載される。

0017

図1は、ポンプ制御装置1の構成を模式的に示したブロック図である。図1に示されるように、ポンプ制御装置1は、インバータ10、動作条件記憶部20、印加電圧検出部30、デューティ比設定部40、PWM制御部50の各機能部を備えて構成される。特に、動作条件記憶部20、印加電圧検出部30、デューティ比設定部40、PWM制御部50の各機能部はCPUを中核部材としてオイルポンプPの運転を制御する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。また、図1に示されるように、オイルポンプPとモータMとポンプ制御装置1とから本発明に係る車載用ポンプユニット100が構成される。

0018

インバータ10は、車両に搭載される直流電源BとオイルポンプPを駆動するモータMとの間に接続される。車両に搭載される直流電源Bとは、所謂バッテリが相当する。オイルポンプPはモータMにより駆動され、車両に備えられる機器に供給する油圧の基となるオイル流通させる。モータMは、本実施形態では3相モータが用いられ、永久磁石を備えるロータと、当該ロータに回転力を与えるための磁界を発生させるステータとを備えて構成される。ステータは、U相、V相、W相の3相のステータコイルを備える。各ステータコイルは、Y結線であってもΔ結線であっても良い。

0019

インバータ10はモータMを制御対象とし、直流電源Bから出力される直流電圧交流電圧に変換する。図1に示されるように、インバータ10は、直流電源Bの正電圧側に接続されたハイサイドトランジスタQ1、Q3、Q5と、直流電源Bの負電圧側に接続されたローサイドのトランジスタQ2、Q4、Q6と、の合計6つのトランジスタQ1〜Q6で構成される。例えば、トランジスタQ1及びトランジスタQ4のみを同時にオンさせると、直流電源BからトランジスタQ1、モータMのステータコイル、トランジスタQ4に電流が流れる。一方、トランジスタQ3及びトランジスタQ2のみを同時にオンさせると、直流電源BからトランジスタQ3、モータMのステータコイル、トランジスタQ2に電流が流れる。これにより、直流電源Bの出力は交流電圧に変換される。

0020

また、トランジスタQ1及びトランジスタQ4のみをオンさせた場合と、トランジスタQ3及びトランジスタQ2のみをオンさせた場合とでは、モータMのステータコイルに流れる電流の方向が異なる。そのため、各ステータコイルには電流の流れる方向に応じた電磁力が働き、当該電磁力とロータが備える永久磁石との間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、トランジスタQ1〜Q6の中から選択されたハイサイドのトランジスタとローサイドのトランジスタとで形成される上下対トランジスタを順次オンさせることにより、ロータが回転力を得ることができる。

0021

尚、トランジスタQ1〜Q6には、コレクタ端子カソード端子が、またエミッタ端子アノード端子が接続されるように夫々ダイオードD1〜D6が配設されている。ここで、各ステータコイルには、通電中にエネルギーが蓄えられるが、これらのダイオードD1〜D6は各ステータコイルの通電を停止した際に当該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。このようなインバータ10を駆動して直流電源Bの出力を交流に変換してモータMに供給する工程は、出力変換工程と称される。

0022

動作条件記憶部20は、オイルポンプPに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータMの最低動作条件を予め記憶しておく。オイルポンプPに要求される要求油圧とは、車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧としてオイルポンプPに要求される油圧である。このような要求油圧は、オイルポンプPの吐出流量と当該流量に応じた圧力とにより規定される。このような要求油圧の一例が図2に示される。

0023

要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータMの最低動作条件とは、上述した要求油圧をオイルポンプPにより実現するためのモータMの運転条件である。このような運転条件は、モータMに印加される入力電圧及びこの入力電圧のオンデューティにより定まる。したがって、要求油圧を満たす動作電圧とは、要求油圧をオイルポンプPにより実現するためにモータMに印加される入力電圧にあたる。また、オンデューティとは、入力電圧のオンデューティにあたる。本実施形態では、理解を容易にするために、当該入力電圧は直流電圧で規定され、オンデューティは100%となるので、以下ではモータMの最低動作条件は入力電圧のみで規定されるとして説明する。このようなモータMの最低動作条件は、予め動作条件記憶部20に記憶され、このような予め記憶しておく工程は動作条件記憶工程と称される。

0024

印加電圧検出部30は、直流電源Bからの現在の印加電圧を検出する。本実施形態では、直流電源Bとは車両に搭載されるバッテリである。このため、印加電圧とはバッテリの出力電圧にあたるが、バッテリの出力電圧は使用期間や発電状態等により変動し得る。印加電圧検出部30は、このように変動し得る印加電圧の最新の値を取得すべく、現時点の印加電圧を検出する。検出結果は、後述するデューティ比設定部40に伝達される。このような印加電圧検出部30による直流電源Bからの現在の印加電圧を検出する工程は、印加電圧検出工程と称される。

0025

デューティ比設定部40は、現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定する。現在の印加電圧とは、上述した印加電圧検出部30から伝達される検出結果である。最低動作条件とは、動作条件記憶部20に予め記憶されているモータMの最低動作条件である。ここで、図3に示されるように、現在の印加電圧をV1とし、最低動作条件としての入力電圧をV2とする。この場合、デューティ比設定部40は、印加電圧V1と入力電圧V2との比を演算し、この比をデューティ比として設定する。具体的には、図3に示されるように、デューティ比をDとするとD=V2/V1×100(%)として設定する。このように設定したデューティ比は後述するPWM制御部50に伝達される。このような現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定する工程は、デューティ比設定工程と称される。

0026

PWM制御部50は、設定されたデューティ比でインバータ10が有するスイッチング素子をPWM制御する。設定されたデューティ比とは上述したデューティ比設定部40により設定されたデューティ比である。インバータ10が有するスイッチング素子とは、上述したトランジスタQ1〜Q6である。PWM制御とは、公知のパルス幅変調(pulse width modulation)制御であるので説明は省略する。このため、PWM制御部50は、デューティ比設定部40により設定されたデューティ比を用いてトランジスタQ1〜Q6をPWM制御することにより、例えば図2の一点鎖線で示されるような直流電源Bからの印加電圧が最低動作条件における入力電圧よりも高い場合でも、実線で示される特性に沿ってオイルポンプPを運転することができる。したがって、要求油圧を具備するまでの間(吐出圧力が0〜P1までの間)は、無駄な電力消費を抑制しつつ、要求油圧を実現することが可能となる。このようなPWM制御部50が、設定されたデューティ比でインバータ10が有するスイッチング素子をPWM制御する工程はPWM制御工程と称される。

0027

ここで、PWM制御部50はインバータ10を介してモータMに流れる電流(以下「モータ電流」とする)をモニタしている。このモータ電流が所定に達すると、PWM制御部50はモータMが定電流で制御されるようにPWM制御を行う。具体的には、モータ電流を一定に維持したままでモータMに印加する電圧を下げる制御を行う。これにより、モータ電流が一定の状態で、モータMの回転数が低下する。したがって、図2に示されるように、吐出圧力が要求油圧を超えた時点で吐出油圧を一定に維持したままで、オイルポンプPの吐出流量を下げることが可能となる。なお、本実施形態では、吐出圧力が要求油圧を超えたことは、予め対応するモータ電流で特定できるように設定されている。

0028

ここで、本実施形態ではモータMの回転数はモータ電流のリップルにより演算している。PWM制御部50は、上述した定電流でのモータMの制御中にモータ電流のリップルに基づき演算したモータMの回転数が所定値まで低下すると、定電流での制御からその時点の回転数を維持するように再度、定電圧制御切り替える。これにより、吐出圧力としてP1を維持したままで吐出流量が低減した後、吐出圧力に応じて吐出流量を低減することができる。

0029

なお、車両の油圧制御に用いられるオイルは、温度に応じて粘度が変化する。このため、温度に拘らず同じ条件でオイルポンプPを駆動すると要求油圧を具備できない可能性がある。そこで、オイルの温度に応じて、定電流での制御から定電圧での制御に切り替え時点を変更すると好適である。具体的には、オイルの温度が低い時は、粘度が高くなり流通抵抗が大きくなるので、オイルの温度が低い程、モータMを定電流での制御から定電圧での制御に切り替える際のモータMの回転数を大きく設定すると良い。これにより、オイルの温度に拘らず、要求油圧を具備すると共に、無駄な消費電力を低減することが可能となる。

0030

次に、ポンプ制御装置1によるオイルポンプPの制御方法について図4のフローチャートを用いて説明する。ポンプ制御装置1はオイルポンプPに対する駆動命令を受けると、デューティ比設定部40は、予め動作条件記憶部20に記憶されているオイルポンプPに要求される要求油圧を満たすモータMの最低動作条件を参照する(ステップ#01)。一方、印加電圧検出部30は、直流電源Bからの現在の印加電圧の検出を開始し(ステップ#02)、検出結果はデューティ比設定部40に伝達される。

0031

デューティ比設定部40は、直流電源Bからの印加電圧及び最低動作条件からデューティ比を演算し、設定する(ステップ#03)。設定されたデューティ比はPWM制御部50に伝達され、PWM制御部50は当該デューティ比でインバータ10のスイッチング素子をPWM制御する(ステップ#04)。このPWM制御はモータ電流が所定値に達するまで継続される(ステップ#05:No)。

0032

モータ電流が所定値に達すると(ステップ#05:Yes)、PWM制御部50はモータMを定電流での制御に変更する(ステップ#06)。この定電流でのモータMの制御は、モータMの回転数が所定の回転数になるまで継続される(ステップ#07:No)。モータMの回転数が所定の回転数に達すると(ステップ#07:Yes)、PWM制御部50はモータMを定電圧での制御に再度、切り替える(ステップ#08)。この制御は、オイルポンプPを停止するまで継続される(ステップ#09:No)。

0033

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、モータMの最低動作条件が動作電圧及びオンデューティを含んで規定され、オンデューティが100%の例を挙げて説明したが、最低動作条件が動作電圧及びオンデューティの双方で規定されている場合でも本発明を適用することは可能である。具体的には、動作電圧がV3で、オンデューティが50%であり、直流電源Bからの印加電圧がV1であるとする。この場合、デューティ比設定部40は、最低動作条件からオンデューティ100%とした場合の換算動作電圧V4を求める。すなわち、V4=V3×(50/100)=V3/2となる。次に、この換算動作電圧V3/2と印加電圧V1とからデューティ比Dを求める。すなわち、D=(V3/2)/V1×100(%)となる。このようなデューティ比でPWM制御することにより、上記実施形態と同様に省エネルギーでオイルポンプPを運転することが可能である。

0034

上記実施形態では、ポンプ制御装置1が要求油圧を具備した後は、定電流制御を行い、更にその後、定電圧制御を行うとして説明したが、定電流制御及び定電圧制御を行わないように構成することも可能である。

0035

上記実施形態では、インバータ10はトランジスタQ1〜Q6を備えて構成されるとして説明したが、トランジスタQ1〜Q6に代えて、FET(Field Effect Transistor)を用いて構成しても良いし、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いても良い。

0036

本発明は、車両に搭載されるポンプの出力を制御するポンプ出力制御装置、当該ポンプ出力制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ出力制御方法に用いることが可能である。

0037

1:ポンプ制御装置
10:インバータ
20:動作条件記憶部
30:印加電圧検出部
40:デューティ比設定部
50:PWM制御部
100:車載用ポンプユニット
B:直流電源
M:モータ
P:オイルポンプ

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