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技術 電動ポンプ

出願人 株式会社TBK
発明者 岡本和晃吉谷浩忠
出願日 2018年1月17日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2018-005471
公開日 2018年5月17日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2018-076872
状態 特許登録済
技術分野 回転型液体ポンプの応用細部 無整流子電動機の制御 容積形ポンプの制御 回転型液体ポンプ(1)
主要キーワード 発熱モード 前側シャフト 仕切面 後側シャフト 外周側空間 従動シャフト 回転要求 供給媒体
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(2018年5月17日)のものです。
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図面 (8)

課題

装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても駆動させることができる電動ポンプを提供する。

解決手段

電動オイルポンプ1は、オイルポンプ3から供給される潤滑油の温度を検出する温度検出器46と、電動モータ2の回転速度を検出する回転位置検出器44と、ステータ20への通電制御を行って、ロータ40を介して駆動シャフト42を回転駆動させる制御を行う内部コントローラ45とを備え、温度検出器46により検出される潤滑油の温度が所定の温度以上である場合において、回転位置検出器44により検出されるロータ40の回転速度が所定の回転速度よりも高いときは通常制御モードによりステータ20への通電制御を行い、回転位置検出器44により検出されるロータ40の回転速度が所定の回転速度以下であるときは起動制御モードによりステータ20への通電制御を行うように構成される。

概要

背景

このような電動ポンプとして、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この電動ポンプは、キャン仕切り部材)2の内部にロータ5を収容し、このキャン2の外側にステータコア部8およびステータコイル9(ステータ)を配設して構成されている。キャン2は液体ポンプにより吸入吐出される液体駆動軸ケースとの隙間を通って電動モータの内部に侵入ないようにするために設けられており、この電動ポンプはキャンドポンプと称される。

概要

装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても駆動させることができる電動ポンプを提供する。電動オイルポンプ1は、オイルポンプ3から供給される潤滑油の温度を検出する温度検出器46と、電動モータ2の回転速度を検出する回転位置検出器44と、ステータ20への通電制御を行って、ロータ40を介して駆動シャフト42を回転駆動させる制御を行う内部コントローラ45とを備え、温度検出器46により検出される潤滑油の温度が所定の温度以上である場合において、回転位置検出器44により検出されるロータ40の回転速度が所定の回転速度よりも高いときは通常制御モードによりステータ20への通電制御を行い、回転位置検出器44により検出されるロータ40の回転速度が所定の回転速度以下であるときは起動制御モードによりステータ20への通電制御を行うように構成される。

目的

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても駆動させることができる電動ポンプを提供する

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

ブラシレス形式電動モータと、前記電動モータにより回転駆動される液体ポンプとを一体に組み合わせて構成される電動ポンプであって、前記電動モータが、モータケースと、前記モータケースの内部に形成されたケース内部空間に配設されるとともに前記モータケースにより回転自在に支持されたモータ駆動軸と、前記モータ駆動軸上に設けられたロータと、前記ロータを円周方向外方から囲んで対向するように前記ケース内部空間内に位置して前記モータケースに取り付けられたステータとから構成され、前記液体ポンプを回転駆動させることにより前記液体ポンプから供給される液体の温度を検出する温度検出器と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出器と、前記ステータへの通電制御を行って、前記ロータを介して前記モータ駆動軸を回転駆動させる制御を行う通電制御手段とを備え、前記通電制御手段が、前記モータ駆動軸の回転が外部から入力される回転指令に応じた回転となるように前記ステータへの通電制御を行う通常制御モードと、前記通常制御モードにより通電制御を行うときの前記ステータの発熱効率よりも高い発熱効率で前記ステータを発熱させるように前記ステータへの通電制御を行う発熱制御モードと、所定の通電パターンで前記ステータに通電させる制御を行って、前記ロータを前記通常制御モードによる通電制御が可能な回転状態にする起動制御モードとを備えており、前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うように構成され、前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度以上である場合において、前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度よりも高いときは前記通常制御モードにより前記ステータへの通電制御を行い、前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度以下であるときは前記起動制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うように構成されることを特徴とする電動ポンプ。

請求項2

前記ロータは、前記ステータと対向する表面に永久磁石を備えて構成され、前記ステータは、ステータコイルを備えて構成され、前記通電制御手段は、前記ステータコイルへの通電制御を行うように構成されており、前記発熱制御モードは、前記ステータコイルの抵抗をR、前記ステータコイルのインダクタンスをL、前記ステータコイルに印加される電圧周波数をf、前記ステータコイルに印加される電圧の実効値VRMS、前記ステータコイルに流すことができる最大の電流IMaxとしたとき、式を満たす電圧の周波数fのうちで、略最小の電圧の周波数fとなるように前記ステータコイルへの通電制御を行うモードであることを特徴とする請求項1に記載の電動ポンプ。

請求項3

前記電動モータが、前記ロータと前記ステータとが対向する間を延び、前記ケース内部空間を前記モータ駆動軸および前記ロータが配設されるロータ側空間と前記ステータが配設されるステータ側空間とに仕切仕切り部材を備えて構成されることを特徴とする請求項1もしくは2に記載の電動ポンプ。

技術分野

0001

本発明は、ロータステータとが非接触で回転駆動される形式電動モータ液体ポンプとを一体に組み合わせて構成される電動ポンプに関する。

背景技術

0002

このような電動ポンプとして、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この電動ポンプは、キャン仕切り部材)2の内部にロータ5を収容し、このキャン2の外側にステータコア部8およびステータコイル9(ステータ)を配設して構成されている。キャン2は液体ポンプにより吸入吐出される液体駆動軸ケースとの隙間を通って電動モータの内部に侵入ないようにするために設けられており、この電動ポンプはキャンドポンプと称される。

先行技術

0003

特開2001−280284号公報

発明が解決しようとする課題

0004

電動ポンプのロータには例えば永久磁石が設けられており、これによりロータは、ステータコイルからの電磁力を受けて回転するようになっている。しかし、ロータは、キャン内漏れ出た液体内に浸されているので、液体温度が低いと液体粘度が高くなり液体粘性による駆動抵抗がロータの回転駆動力よりも大きくなると、ステータコイルへの通電制御に応じてロータを回転駆動させることが困難になる場合があるという課題があった。なお、例えば液体を昇温させるための加熱ヒータ別途電動ポンプに設けるという方法も考えられるが、この方法を採用した場合には、加熱ヒータの分だけ電動ポンプが大型化したり製造コストが増大するという問題が新たに発生する。

0005

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても駆動させることができる電動ポンプを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る電動ポンプ(例えば、実施形態における電動オイルポンプ1)は、ブラシレス形式の電動モータと、前記電動モータにより回転駆動される液体ポンプ(例えば、実施形態におけるオイルポンプ3)とを一体に組み合わせて構成される電動ポンプであって、前記電動モータが、モータケース(例えば、実施形態におけるモータケーシング10)と、前記モータケースの内部に形成されたケース内部空間(例えば、実施形態におけるモータ収容室12)に配設されるとともに前記モータケースにより回転自在に支持されたモータ駆動軸(例えば、実施形態における駆動シャフト42)と、前記モータ駆動軸上に設けられたロータと、前記ロータを円周方向外方から囲んで対向するように前記ケース内部空間内に位置して前記モータケースに取り付けられたステータとから構成され、前記液体ポンプを回転駆動させることにより前記液体ポンプから供給される液体の温度を検出する温度検出器と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出器(例えば、実施形態における回転位置検出器44)と、前記ステータへの通電制御を行って、前記ロータを介して前記モータ駆動軸を回転駆動させる制御を行う通電制御手段(例えば、実施形態における内部コントローラ45)とを備え、前記通電制御手段が、前記モータ駆動軸の回転が外部から入力される回転指令に応じた回転となるように前記ステータへの通電制御を行う
通常制御モード(例えば、実施形態における通常モードU)と、前記通常制御モードにより通電制御を行うときの前記ステータの発熱効率よりも高い発熱効率で前記ステータを発熱させるように前記ステータへの通電制御を行う発熱制御モード(例えば、実施形態における発熱モードH)と、所定の通電パターンで前記ステータに通電させる制御を行って、前記ロータを前記通常制御モードによる通電制御が可能な回転状態にする起動制御モード(例えば、実施形態における起動モードK)とを備えており、前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度(例えば、実施形態における基準温度TL)よりも低い場合に、前記発熱制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うように構成され、前記通電制御手段は、前記温度検出器により検出される液体の温度が所定の温度以上である場合において、前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度(例えば、実施形態における基準回転速度R0)よりも高いときは前記通常制御モードにより前記ステータへの通電制御を行い、前記回転速度検出器により検出される前記ロータの回転速度が所定の回転速度以下であるときは前記起動制御モードにより前記ステータへの通電制御を行うように構成されることを特徴とする。

0007

上述の電動ポンプにおいて、前記ロータは、前記ステータと対向する表面に永久磁石を備えて構成され、前記ステータは、ステータコイルを備えて構成され、前記通電制御手段は、前記ステータコイルへの通電制御を行うように構成されており、前記発熱制御モードは、前記ステータコイルの抵抗をR、前記ステータコイルのインダクタンスをL、前記ステータコイルに印加される電圧周波数をf、前記ステータコイルに印加される電圧の実効値VRMS、前記ステータコイルに流すことができる最大の電流IMaxとしたとき、式


を満たす電圧の周波数fのうちで、略最小の電圧の周波数fとなるように前記ステータコイルへの通電制御を行うモードであることが好ましい。

0008

さらに、前記電動モータが、前記ロータと前記ステータとが対向する間を延び、前記ケース内部空間を前記モータ駆動軸および前記ロータが配設されるロータ側空間と前記ステータが配設されるステータ側空間とに仕切る仕切り部材(例えば、実施形態における仕切りケース30)を備えて構成されることが好ましい。

発明の効果

0009

本発明に係る電動ポンプにおいては、ステータへの通電制御を行う通電制御手段が、回転指令に応じた回転となるようにステータへの通電制御を行う通常制御モードと、通常制御モードにより通電制御を行うときのステータの発熱効率よりも高い発熱効率でステータを発熱させる発熱制御モードとを備える。このため、液体温度が低く液体粘性による駆動抵抗がロータの回転駆動力よりも大きい場合に発熱制御モードによる通電制御を行えば、ステータで効率良く発生させた熱により電動モータ内の液体を昇温させて粘度(液体粘性による駆動抵抗)を低下させることができる。よって、加熱ヒータ等を追加して装置全体を大型化させたり製造コストを増加させることなく、液体温度が低く液体粘度が高い場合であっても電動ポンプを駆動させることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明を適用した電動オイルポンプを示す断面図である。
上記電動オイルポンプに用いられる電動モータを、図1中のII−IIに沿って示す断面図である。
上記電動オイルポンプに用いられるオイルポンプを、図1中のIII−IIIに沿って示す断面図である。
駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
駆動制御装置による駆動制御を示すフローチャートである。
駆動制御装置による変形例に係る駆動制御を示すフローチャートである。
駆動制御装置による変形例に係る駆動制御を示すフローチャートである。

実施例

0011

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に本発明を適用した一例としての電動オイルポンプ1の断面図を示しており、まず、この図1を参照しながら、電動オイルポンプ1の全体構成について説明する。なお、以下に説明する実施形態では、説明の便宜のために各図に付記する矢印で前後、左右(図1では矢印を示していないが、紙面に垂直な方向)および上下を定義して説明を行う。また、本実施形態では、車両に設けられたタンク(例えば、エンジンオイルパン)に貯留された潤滑油を吸い込んで、エンジン各部に繋がる潤滑油路に吐出する電動オイルポンプ1を例示している。

0012

電動オイルポンプ1は、回転駆動力を出力する交流型の電動モータ2と、電動モータ2により駆動されて、吸い込んだ潤滑油を潤滑油路に吐出するオイルポンプ3と、電動モータ2の駆動制御を行う駆動制御装置5とを備えて構成される。

0013

電動モータ2は、中心軸が前後に延びる略円筒状のモータ収容室12を有するモータケーシング10と、モータケーシング10のモータ収容室12内に内周面に沿って配設されたステータ20と、略有底円筒状のロータ収容室31を有しステータ20の内周に配設された仕切りケース30と、仕切りケース30のロータ収容室31内に回転自在に配設されたロータ40とを備えて構成される。

0014

モータケーシング10は、後方に開口する有底円筒状の空間が形成されたメインモータケース11と、このメインモータケース11の後部に有底円筒状の空間を覆って組み付けられたサブモータケース80とから構成される。このようにサブモータケース80により覆われたメインモータケース11の有底円筒状の空間により上記モータ収容室12が形成される。なお、サブモータケース80は、後述するポンプカバー90が後部に組み付けられて、ギヤ設室81を有するポンプケーシング70を構成する。このことから分かるように、サブモータケース80は、モータケーシング10およびポンプケーシング70に兼用されるものである。

0015

メインモータケース11は、非磁性体材料を用いて形成され、ステータ20やロータ40で発生する磁力に与える影響を抑えることができるようになっている。

0016

図2図1中のII−II部分の断面を示しており、この図2から分かるように、ステータ20は、メインモータケース11の内周面に接合されて取り付けられ、断面視略楕円形となって径方向内側に延びる複数のステータコア21と、ステータコア21を囲んで設けられたステータコイル22とを備えて構成される。メインモータケース11の内周面に6つのステータコア21が周方向に沿って等間隔に並ぶように形成されており、それぞれのステータコア21にステータコイル22が設けられている。ステータコア21は、断面視略矩形や断面視略円形となって径方向内側に延びる構成でも良く、メインモータケース11と一体に形成された構成でも良い。

0017

仕切りケース30は後部が開口する有底円筒形状であり、前部中央(底部中央)に円筒
状の前側シャフト支持部32を有する。仕切りケース30は非磁性体材料を用いて形成され、ステータ20やロータ40で発生する磁力に与える影響を抑える構成、すなわち、ステータ20からロータ40への電磁力伝達を妨げない構成になっている。仕切りケース30の底部中央に形成された前側シャフト支持部32において、後述する駆動シャフト42を回転自在に支持する。仕切りケース30は、その後端部がサブモータケース80の前面に形成されたリング状凸部に嵌合接合してサブモータケース80に取り付けられて、仕切りケース30の内周側の空間からなるロータ収容室31がその外側空間液密状態で仕切られる。すなわち、上記モータ収容室12が仕切りケース30により仕切られて、外周側空間(ステータ側空間と称する)と内周側空間(ロータ収容室31であるが、これをロータ側空間とも称する)とが液密状態で区画形成される。

0018

ロータ40は、円筒状に形成されてその中心軸が前後に延びるように配置されたロータコア41と、略矩形平板状に形成されてロータコア41の外周部に取り付けられた複数の永久磁石43とから構成される。このロータ40には、ロータコア41の中心部に前後に駆動シャフト42が挿入されて取り付けられている。図2に示すように、4つの永久磁石43をロータコア41の周方向に沿って等間隔に並ぶように取り付けている。これらの永久磁石43は、径方向外面の磁極(S極またはN極)が隣り合う永久磁石43同士間で異なるように配設されている。このロータ40は、駆動シャフト42の前部が前側シャフト支持部32に、後部が後述するサブモータケース80の後側シャフト支持部83にそれぞれ回転自在に支持されて、回転軸Cを回転中心としてロータコア41、駆動シャフト42および永久磁石43が一体回転するようになっている。

0019

駆動制御装置5は、図1に示すように、メインモータケース11の底部と仕切りケース30の底部との間に配設された回転位置検出器44と、メインモータケース11の底部の前側に配設された内部コントローラ45と、内部コントローラ45と同様にメインモータケース11の底部の前側に配設された温度検出器46とを備えて構成される。回転位置検出器44は、例えばホール素子を用いて構成され、ロータ40(永久磁石43)の磁極および磁界強度を検出し、この検出結果に対応した検出信号を内部コントローラ45に出力する。温度検出器46は、電動モータ2(メインモータケース11)の温度を検出し、この検出結果に対応した検出信号を内部コントローラ45に出力する。

0020

内部コントローラ45は、図4に示すように、電動モータ2の駆動制御に関するプログラム情報を記憶するメモリ45aと、メモリ45aに記憶されたプログラム情報を読み出して実行するCPU45bとを備えて構成される。メモリ45aには、電動モータ2を起動させる際にCPU45bにより読み出されて実行される起動モードKに関するプログラム情報、および起動後にCPU45bにより読み出されて実行される通常モードUに関するプログラム情報等が記憶されている。そして、CPU45bは、回転位置検出器44および温度検出器46から送られる検出信号に対応したプログラム情報をメモリ45aから読み出し、その読み出したプログラム情報(プログラム)を上記検出信号に基づいて実行し、その実行結果に基づいてステータコイル22への通電制御を行って電動モータ2の駆動制御を行う。

0021

なお、この電動オイルポンプ1が搭載された車両には、エンジンや電動オイルポンプ1等を統括的に制御する外部コントローラ100が設けられており、この外部コントローラ100から内部コントローラ45に、電動オイルポンプ1に対する回転要求としての回転信号が出力される。なお、この電動モータ2は同期モータ、または、インナーロータ型ブラシレスモータとも称される。

0022

オイルポンプ3は、図1および図3に示すように、互いに平行な回転軸を中心として回転自在に設けられて外接噛合する駆動ギヤ50および従動ギヤ60と、駆動ギヤ50およ
び従動ギヤ60を収容保持するポンプケーシング70とから構成された外接噛合型ギヤポンプである。ポンプケーシング70は、前述のサブモータケース80と、その後面に接合されて取り付けられたポンプカバー90とから構成される。サブモータケース80には、両ギヤ50,60が歯先および前後側面を摺接させた状態で収容保持されるギヤ配設室81が後方に開口して形成されている。ポンプカバー90は、このギヤ配設室81を閉塞するようにセットボルト4によりネジ締結されてサブモータケース80(電動モータ2)に取り付けられている。

0023

駆動ギヤ50は、前述したロータ40を構成する駆動シャフト42の後端部上に連結支持されており、ロータ40の回転に伴って駆動シャフト42と一体となって回転する。従動ギヤ60は、駆動シャフト42に平行に延びて配設される従動シャフト82上に連結支持されており、駆動ギヤ50の回転に応じて従動シャフト82と一体となって従動回転する。

0024

サブモータケース80には、図3に示すように、駆動ギヤ50の歯先を摺接させる平面視円弧状駆動側仕切面を有した駆動側仕切り部87と、従動ギヤ60の歯先を摺接させる平面視円弧状の従動側仕切面を有した従動側仕切り部88とが形成されている。ポンプケーシング70内部に形成されたギヤ配設室81は、両ギヤ50,60、駆動側仕切り部87および従動側仕切り部88により区画され、両ギヤ50,60左側が吸入室84、右側が吐出室85となっている。ポンプカバー90には、サブモータケース80に取り付けられた状態で吸入室84に連通する吸入口91と、吐出室85に連通する吐出口92とが形成されている。さらに、サブモータケース80には、吸入室84をロータ収容室31に連通させる連通孔89(図1および図3参照)が形成されている。なお、図3におけるI−I部分の断面を、図1で示している。

0025

このように構成されるオイルポンプ3においては、両ギヤ50,60が回転されると、吸入室84に作用する負圧によりタンクから吸入口91を介して吸入室84に潤滑油が吸い込まれる。このようにして吸入室84に吸い込まれた潤滑油は、両ギヤ50,60の歯溝入り込み、この状態で両ギヤ50,60の回転移動により吐出室85に移送された後、吐出室85から吐出口92を介して潤滑油路に吐出される。

0026

以上ここまでは、電動オイルポンプ1の全体構成について説明した。ところで、供給媒体である潤滑油は、その温度が低くなるに従って粘度が高くなるので、特に低温環境において電動オイルポンプ1を使用する場合、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ2の駆動力よりも大きくなり、電動モータ2の駆動制御に応じてオイルポンプ3を回転駆動させることが困難になることがある。このため、本発明に係る電動オイルポンプ1においては、上述した起動モードKおよび通常モードUに加えて、ステータコイル22を効率良く発熱させる通電制御を行う発熱モードHに関するプログラム情報を、内部コントローラ45のメモリ45aに記憶している(図4参照)。また、潤滑油の粘性によりオイルポンプ3の回転駆動に支障が生じるか否かを判断するための基準温度TL、および電動モータ2が起動状態であるか否かを判断するための基準回転速度R0等の情報も、内部コントローラ45のメモリ45aに記憶している。

0027

ここで、基準温度TLおよび基準回転速度R0について説明する。基準温度TLは、潤滑油が基準温度TL以上であれば電動モータ2の駆動制御に応じてオイルポンプ3を回転駆動させることでき、一方、潤滑油が基準温度TL未満であれば電動モータ2の駆動制御に応じてオイルポンプ3を回転駆動させることが困難となる温度である。基準回転速度R0は、通常モードUによる通電制御が可能な回転状態でのロータ40の回転速度である。

0028

次に、駆動制御装置5による電動オイルポンプ1の駆動制御について、図5に示すフロ
ーチャートを参照しながら説明する。まず、潤滑油の粘性が低くオイルポンプ3の回転駆動に支障とならない状態、すなわち、メインモータケース11(潤滑油)の温度が基準温度TLよりも高い状態で、電動オイルポンプ1が使用される場合について説明する。

0029

図5に示すステップS10において、内部コントローラ45は、外部コントローラ100から送られる回転信号の入力の有無を判断する。電動オイルポンプ1に対する回転要求がなく回転信号の入力がない場合にはこのフローは終了し、一方、回転要求に応じた回転信号の入力がある場合にはステップS20に進む。ステップS20に進むと、内部コントローラ45は、温度検出器46から送られる検出結果(メインモータケース11の温度に対応した検出結果)を入力してメインモータケース11の温度(検出温度T)を算出し、これを記憶してステップS30に進む。

0030

ステップS30は、通電制御に応じて支障なく電動モータ2を回転駆動させることができるか否かを検出温度Tに基づいて判断するステップであり、CPU45bはメモリ45aに記憶された基準温度TLを読み出し、これをステップS20で記憶した検出温度T(メインモータケース11の温度)と比較する。ここでは、メインモータケース11の温度が基準温度TLよりも高い状態であるので、このステップS30において検出温度T>基準温度TLと判断することとなり、ステップS40に進む。

0031

ステップS40に進むと、内部コントローラ45は、回転位置検出器44から送られる検出結果を入力してロータ40の回転速度Rを算出し、これを記憶してステップS50に進む。ステップS50において、内部コントローラ45は、メモリ45aに記憶された基準回転速度R0を読み出し、これをステップS40で記憶したロータ40の回転速度Rと比較する。比較の結果、回転速度R<基準回転速度R0、すなわち、ロータ40の回転速度Rが基準回転速度R0未満であって電動モータ2が起動していない場合もしくは起動中である場合には、回転信号に応じた回転制御(通常モード)を実行する前にステップS51に進み、電動モータ2を起動させる制御(起動モードKでの制御)を行う。

0032

ステップS51に進むと、CPU45bは、メモリ45aに記憶された起動モードKを読み出し、ステータコイル22に対してオープン制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器44から送られる検出信号をフィードバックさせることなくステータコイル22に通電制御を行う。具体的には、図2に示す6つのステータコイル22を、対向するステータコイル22同士を1つの組として全体を3つの組に分け、組毎に、ロータ40を回転させようとする方向に順番にオープン制御による通電制御を行う。この通電制御により、ロータ40はステータコイル22からの電磁力が作用する方向に連れ回りする回転力を受ける。このとき、メインモータケース11の温度、つまり、潤滑油の温度が基準温度TLよりも高い状態であるのため、この回転力を受けてロータ40が徐々に連れ回りを始める。連れ回るロータ40の回転速度Rが基準回転速度R0未満の状態では、ステップS50からステップS51に進んで、起動モードKでの制御を繰り返して実行する。このようにして連れ回りするときのロータ40の回転が回転位置検出器44により検出され、内部コントローラ45は回転位置検出器44での検出結果に基づいてロータ40の回転速度を検出する。なお、この起動モードKによる制御では、以下に説明する通常モードUでの制御ができる回転状態にまでロータ40の回転速度を上昇させる制御を行う。

0033

このように、ステップS51で規定する起動モードKでの制御を繰り返して実行すると、ロータ40の回転速度が徐々に上昇する。そして、ロータ40の回転速度Rが基準回転速度R0を超えるまで上昇すると、ステップS50において、回転速度R>基準回転速度R0と判断してステップS52に進む。ステップS50からステップS52に進むと、CPU45bは、メモリ45aに記憶された通常モードUを読み出し、ステータコイル22に対してフィードバック制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器44から送られ
る検出信号(ロータ40の回転速度)をフィードバックさせながらステータコイル22に通電制御を行う。具体的には、外部コントローラ100から送られる回転信号に対応する回転速度(指令速度)と、回転位置検出器44から送られる検出信号に対応するロータ40の回転速度(実速度)とを比較し、実速度が指令速度となるようにステータコイル22に通電制御を行う。

0034

この通常モードUに基づいた通電制御により、通電制御に応じた向きにロータ40が回転駆動されて駆動シャフト42が回転駆動されると、両ギヤ50,60が噛合しながら回転されて吸入室84に負圧が作用し、この負圧によりタンクに貯留された潤滑油が吸入口91を通って吸入室84内に吸い込まれる。この吸い込まれた潤滑油は、両ギヤ50,60の歯溝に入り込んで閉じ込められた状態で、両ギヤ50,60の回転によって吐出室85に送られる。このようにして、吸入室84から吐出室85に送られた潤滑油は、吐出室85から吐出口92を通ってエンジンに形成された潤滑油路に吐出されてエンジン各部の潤滑を行った後、タンクに戻される。

0035

以上のように、潤滑油の温度が基準温度TL以上で潤滑油の粘度がオイルポンプ3の回転駆動に支障とならない程度まで低い場合には、起動モードKおよび通常モードUによる通電制御に応じて、オイルポンプ3を回転駆動させることができる。ところが、特に低温環境で使用する場合であって、潤滑油の温度が基準温度TL未満で潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ2の駆動力よりも大きい場合には、起動モードKおよび通常モードUによる通電制御に応じてオイルポンプ3を回転駆動させることが困難になることがある。

0036

このような場合における駆動制御装置5による電動オイルポンプ1の駆動制御について、再び図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下においては、上述した、潤滑油の温度が基準温度TL以上で潤滑油の粘度がオイルポンプ3の回転駆動に支障とならない程度まで低い場合と重複する説明を省略し、特徴的な駆動制御を中心に説明する。

0037

ステップS10からステップS20に進むと、内部コントローラ45は検出温度T(メインモータケース11の温度)を記憶してステップS30に進むが、このとき記憶される検出温度Tは環境温度を反映した温度であって、基準温度TLよりも低い温度(検出温度T<基準温度TL)である。よって、この状態のまま起動モードKや通常モードUによる通電制御を行っても、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ2の駆動力よりも大きいため、オイルポンプ3を回転駆動させることが困難である。

0038

このような検出温度Tを記憶した場合、起動モードKや通常モードUによる通電制御を行う前に、潤滑油の温度を上昇させることによって電動モータ2の回転駆動の支障とならない程度まで潤滑油の粘度を低下させるため、ステップS30からステップS31に進む。ステップS31に進むと、CPU45bは、メモリ45aに記憶された発熱モードHを読み出し、ステータコイル22に対してオープン制御による通電制御、すなわち、回転位置検出器44から送られる検出信号をフィードバックさせることなくステータコイル22に通電制御を行う。例えば、6つのステータコイル22のうちの3つに対して、ロータ40を回転させる電磁力を発生させるように通電制御を行うと同時に、残りの3つに対して、そのロータ40の回転を阻止する電磁力を発生させるように通電制御を行って、ロータ40を回転させないようにステータコイル22に通電させる。このように通電制御を行えば、ロータ40が回転しない分だけ、効率良くステータコイル22を発熱させることができる。

0039

ここで、発熱モードHに基づいた通電制御について詳しく説明する。まず、ステータコイル22の抵抗をR、インダクタンスをL、印加する電圧の周波数をfとすると、電動
ータ2のインピーダンスZは以下の式(1)で表される。

0040

また、ステータコイル22に流れる電流の実効値IRMSは、ステータコイル22に印加される電圧の実効値をVRMSとすると、以下の式(2)で表される。

0041

有効電力(熱量)Pは、式(2)で示した電流の実効値IRMSを用いて、以下の式(3)のように表される。

0042

この式(3)から分かるように、|Z|を小さくすればそれに応じて有効電力P、すなわち、ステータコイル22の発熱量を増大させることができる。なお、式(1)より、|Z|は以下の式(4)で表される。

0043

式(4)を参照すると、Rはステータコイル22の抵抗で一定のため、2πf、すなわち、周波数fを小さくすれば|Z|を小さくでき、それに応じて有効電力P(ステータコイル22の発熱量)を増大させることができることが分かる。

0044

一方、電動モータ2および制御基板(内部コントローラ45が実装される基板)に流すことができる最大の電流をIMaxとすると、実効値IRMSの最大値とIMaxとの関係は以下の式(5)のように表される。

0045

式(2)および式(5)より、以下の式(6)が成立する範囲内において周波数fを小さくした通電制御を行うことにより、ステータコイル22を効率良く発熱させることができる。

0046

式(6)を変形すると以下の式(7)が得られ、この式(7)は上記の式(4)を用いて以下の式(8)のように表される。そして、式(8)を変形することによって以下の式(9)が得られる。そこで、この発熱モードHにおいては、式(9)を満たす最小の周波数fとなるように電圧印加制御を行って、起動モードKおよび通常モードUによる通電制
御を行うときよりも高い発熱効率でステータコイル22を発熱させる。

0047

検出温度Tが基準温度TLを超えるまで、ステップS30からステップS31に進んで発熱モードHに基づいた通電制御が繰り返して実行され、ステータコイル22が発熱する。このステータコイル22で発生した熱が、仕切りケース30を介してロータ収容室31内の潤滑油に伝達されて潤滑油の温度を上昇させる。ここで、メインモータケース11の熱容量は潤滑油の熱容量よりも小さいため、メインモータケース11の温度は潤滑油の温度とほぼ等しくなる、すなわち、潤滑油の温度が上昇するとそれに伴ってメインモータケース11の温度も上昇する。このため、温度検出器46によりメインモータケース11の温度上昇を検出することにより、潤滑油の温度上昇を検出することができる。よって、内部コントローラ45は、温度検出器46から送られる検出結果に基づいて潤滑油の温度上昇を検出でき、検出温度Tが基準温度TLを超えたことを検出するとステップS30からステップS40に進む。これ以降は、ロータ40の回転速度Rが基準回転速度R0を超えるまで起動モードKを実行した後(ステップS51)、通常モードUに切り換えて駆動制御を行う(ステップS52)。なお、仕切りケース30を熱伝導性の良い材料を用いて形成すれば、ステータコイル22で発生した熱を効率良くロータ収容室31内の潤滑油に伝達することができて、潤滑油の昇温効率を高めることができる。

0048

このように、発熱モードHによる通電制御を行って潤滑油の温度を上昇させた後は、起動モードKおよび通常モードUによる通電制御を行うことによってもステータコイル22が発熱するため、潤滑油の温度をある程度高い状態に維持できる。以上説明したように、電動オイルポンプ1は、発熱モードHに基づいて構成部品であるステータコイル22に効率良く発熱させるように通電制御を行って、潤滑油を昇温させることにより潤滑油の粘度を低下させることができる。このため、潤滑油の粘性による駆動抵抗が電動モータ2の駆動力よりも大きい場合であっても、確実に始動させることができる。

0049

上述の実施形態においては、図5に示すように、検出温度Tが基準温度TLよりも低い場合に、検出温度Tが基準温度TLを超えるまで発熱モードHを繰り返して実行する駆動制御について説明したが、これに代えて図6のフローチャートに示す駆動制御も可能である。以下、図6に示すフローチャートについて、図5に示すフローチャートと異なる部分を中心に説明する。なお、図5に示すステップと同一内容を示すステップには、同一番号を付している。

0050

図6に示すフローチャートにおいては、ステップS30において検出温度T<基準温度
TLと判断してステップS31に進んだ場合、発熱モードHを実行してステップS32に進む。ここで、メモリ45aに所定時間THが記憶されており、ステップS32においてCPU45bはこの所定時間THを読み出して、これをステップS31における発熱モードHの累積実行時間と比較する。この所定時間THは、発熱モードHを繰り返して実行すれば、潤滑油を確実に基準温度TLを超えるまで昇温させることができる時間であって、実験的に測定して潤滑油の温度に応じて設定されている。すなわち、所定時間THは、潤滑油の温度が低い程長くなるように、潤滑油の温度に応じて設定されている。このため、ステップS30からステップS31に進んだ場合、検出温度Tに応じた所定時間THが経過するまで繰り返して発熱モードHを実行して、潤滑油を基準温度TLを超えるまで確実に昇温させることができる。

0051

上述の実施形態(図5および図6)では、温度検出器46によりメインモータケース11の温度を検出することで潤滑油の温度を検出し、この検出結果に基いて電動モータ2の駆動制御を行う構成を例示して説明したが、この構成に代えて、温度検出器46によりロータ収容室31内の潤滑油の温度を直接検出して駆動制御を行うようにしても良い。

0052

上述の実施形態では、図5および図6に示すように、温度検出器46から送られる検出信号を基にして行う駆動制御について説明したが、例えば図7に示すように、温度検出器46を用いることなく駆動制御を行うことも可能である。以下、図7に示す駆動制御について説明する。なお、図5に示すステップと同一内容を示すステップには、対応する図5の番号を括弧で示している。また、図5および図6の説明と重複する説明は省略し、図5および図6と異なる部分を中心に説明する。

0053

図7に示す駆動制御においては、ステップS150において通常モードUを実行するとともに通常モード実行有フラグを立て、ステップS110において外部コントローラ100からの回転信号の入力無しと判断するまで、通常モード実行有フラグを維持する。この通常モード実行有フラグが立てられているか否かをステップS120で判断するが、このフローを最初に実行するときには通常モード実行有フラグが立っていないので、ステップS121に進んで駆動モードKを実行する。ここで、メモリ45aに所定時間TKが記憶されており、ステップS122においてCPU45bはこの所定時間TKを読み出し、これをステップS121における駆動モードKの累積実行時間と比較する。この所定時間TKは、潤滑油の温度が基準温度TLより高い所定の温度の場合に、起動モードKを繰り返して実行すれば、ロータ40を所定回転速度R0よりも高速で回転させることができる時間であって、実験的に測定して設定されている。

0054

このため、潤滑油の温度が基準温度TLより高い場合には、所定時間TKだけ繰り返してステップS121(起動モードK)を実行すれば、ロータ40を所定回転速度R0よりも高速で回転させることができる。この場合には、ステップS121を所定時間TKだけ繰り返して実行した後、ステップS130からステップS140に進んで回転速度R>基準回転速度R0と判断して、ステップS150(通常モードU)に進む。

0055

一方、潤滑油の温度が基準温度TLより低い場合には、潤滑油の粘性による駆動抵抗が大きいため、所定時間TKだけ繰り返してステップS121を実行しても、所定回転速度R0を超える回転速度Rが検出されない。この場合、ステップS121を所定時間TKだけ繰り返して実行した後、ステップS130からステップS140進んで回転速度R<基準回転速度R0か否かの判断を行う。このときには、回転速度R<基準回転速度R0と判断されるので、ステップS141(発熱モードH)に進む。ステップS141に進むと、ステップS142において所定時間THが経過したと判断するまで繰り返して発熱モードHを実行した後ステップS121に戻り、再び所定時間TKが経過するまで繰り返して起動モードKが実行される。

0056

このステップS142において、温度検出器46を使用しないため潤滑油の温度に応じた所定時間THが設定されないが、もし所定時間THが不足している場合、すなわち、潤滑油の昇温が不十分な場合には、ステップS121に戻って起動モードKを実行した後、再びステップS141を実行することになるので問題はない。このように発熱モードHを繰り返して実行することにより潤滑油が昇温されて、ステップS130で検出されるロータ40の回転速度R(ここでは、起動モードKを実行したときの回転速度R)が上昇する。そして、回転速度Rが基準回転速度R0を超えたとき、この回転速度Rに対応する検出信号を受けてステップS140において回転速度R>基準回転速度R0と判断されるので、ステップS150(通常モードU)に進む。

0057

ステップS150に進むと、通常モードUに基づいた通電制御を実行するとともに、通常モード実行有フラグを立てる。このため、これ以降は、ステップS110に戻ってステップS120に進んだときに、通常モード実行有フラグが立っていると判断されるので、ステップS150に進んで通常モードUを実行する。

0058

上述の実施形態においては、交流型の電動モータ2のステータコイル22に対して発熱モードHによる通電制御を行うときに、式(9)を満たす最小の周波数fとなるように電圧印加制御を行う構成を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、交流型の電動モータ2に代えて直流型の電動モータを用い、この直流型の電動モータのステータコイルに対して発熱モードHによる通電制御を行うときに、通常モードUのときの供給電流よりも大きな供給電流を流す通電制御を行って、通常モードUの場合よりも高い発熱効率でステータコイルを発熱させるようにしても良い。

0059

上述の実施形態においては、オープン制御によりステータコイル22を効率良く発熱させる発熱モードHについて説明したが、オープン制御に代えて、例えばフィードバック制御により、ロータ40を回転させないようにステータコイル22に通電制御を行って、ステータコイル22を効率良く発熱させるようにしても良い。例えばステータコイル22に発生する電磁力と永久磁石43における磁力との間で生じる反発力および吸着力を、ロータ40の回転を阻止するように作用させる通電制御を行う。

0060

上述の実施形態においては、外接噛合型ギヤポンプからなるオイルポンプ3を用いて構成される電動オイルポンプ1に本発明を適用した例について説明したが、他の形態のオイルポンプを用いて構成される電動オイルポンプにも本発明を適用可能である。例えば内周側に摺動面が形成されたアウターロータ、および外周側に摺動面が形成されたインナーロータとを備えて構成されるトロコイド型ポンプや、ロータに突出入自在にベーンを設けて構成されるベーンポンプや、インペラを用いて構成される渦巻きポンプを備えて構成される電動オイルポンプにも、本発明を適用可能である。

0061

上述の実施形態では、ロータコア41の外周部に4つの永久磁石43を取り付けるとともに、6つのステータコア21を設けた構成例について説明したが、永久磁石43およびステータコア21の個数はこれに限定されない。なお、一般的には、例えば2n個(nは自然数)の永久磁石43をロータコア41の外周部に取り付けるとともに、3n個のステータコア21を設けた構成が用いられることが多い(本実施形態は、n=2の場合を例示)。

0062

上述の実施形態においては、エンジンの潤滑油路に潤滑油を吐出する電動オイルポンプ1を例示して説明したが、電動オイルポンプ1はこれ以外にも、例えば冷却油供給、油圧供給および冷却水供給の用途に用いることが可能である。

0063

上述の実施形態では、電動モータ2(同期モータ)を用いて構成される電動オイルポンプ1に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、誘導モータを用いて構成される電動オイルポンプにも適用可能である。

0064

1電動オイルポンプ(電動ポンプ)
2電動モータ
3オイルポンプ(液体ポンプ)
10モータケーシング(モータケース)
12モータ収容室(ケース内部空間)
20ステータ
22ステータコイル
30仕切りケース(仕切り部材)
40ロータ
42駆動シャフト(モータ駆動軸)
43永久磁石
44回転位置検出器(回転速度検出器)
45内部コントローラ(通電制御手段)
46温度検出器
H発熱モード(発熱制御モード)
K起動モード(起動制御モード)
R0基準回転速度(所定の回転速度)
TL基準温度(所定の温度)
U 通常モード(通常制御モード)

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