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技術 ギヤポンプの制御方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 中津川英治石崎啓祐大澤司
出願日 2019年2月13日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-023911
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-133424
状態 未査定
技術分野 回転型液体ポンプの応用細部 回転型液体ポンプ(1)
主要キーワード ベース回転数 エアーチャンバ 変動振幅 三角波形状 容積量 容積変動 周期的変動 次検知
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(2020年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

駆動装置直接制御することにより圧力脈動を軽減できるギヤポンプ制御方法を提供する。

解決手段

複数の外歯26が形成されたインナロータと22と複数の内歯28が形成されたアウタロータ24を互いに噛み合わせて回転するときに外歯26と内歯28に囲まれて形成される複数のセル50の容積変化により流体吸入する吸入ポート40と流体を吐出する吐出ポート44と、インナロータ22を回転させる駆動装置14と、駆動装置14の回転を制御する制御装置16と、を含んで構成されたギヤポンプ10に適用する。制御装置16は、外歯26又は内歯28の歯数から算出された周波数により駆動装置14の回転数周期的に変化させると共に、周期的に変化する回転数が、吐出ポート44に対して開口する複数のセル50の容積が少なくなるときに小さくなるように駆動装置14を駆動させる。

概要

背景

下記特許文献1には、外歯が形成されたインナロータ内歯が形成されたアウタロータにより構成され、これらが噛み合って回転するときの歯面間に形成されるセル容積変化を用いて流体吸入吐出することにより流体を搬送するギヤポンプが開示されている。

概要

駆動装置直接制御することにより圧力脈動を軽減できるギヤポンプの制御方法を提供する。複数の外歯26が形成されたインナロータと22と複数の内歯28が形成されたアウタロータ24を互いに噛み合わせて回転するときに外歯26と内歯28に囲まれて形成される複数のセル50の容積変化により流体を吸入する吸入ポート40と流体を吐出する吐出ポート44と、インナロータ22を回転させる駆動装置14と、駆動装置14の回転を制御する制御装置16と、を含んで構成されたギヤポンプ10に適用する。制御装置16は、外歯26又は内歯28の歯数から算出された周波数により駆動装置14の回転数周期的に変化させると共に、周期的に変化する回転数が、吐出ポート44に対して開口する複数のセル50の容積が少なくなるときに小さくなるように駆動装置14を駆動させる。

目的

本発明は、上記事実を考慮し、駆動装置を直接制御することにより圧力脈動を軽減できるギヤポンプの制御方法を得ることが目的である

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

外径部に複数の外歯が形成されたインナロータと、前記インナロータの外径側に配置され、内径部に複数の内歯が形成されたアウタロータと、前記インナロータと前記アウタロータを互いに噛み合わせて回転するときに前記外歯と前記内歯に囲まれて形成される複数のセル容積変化により流体吸入する吸入ポートと、前記複数のセルの容積変化により流体を吐出する吐出ポートと、前記インナロータを回転させる駆動装置と、前記駆動装置の回転を制御する制御装置と、を含んで構成されたギヤポンプに適用され、前記制御装置は、前記外歯又は前記内歯の歯数から算出された周波数により前記駆動装置の回転数周期的に変化させると共に、周期的に変化する前記回転数が、前記吐出ポートに対して開口する前記複数のセルの容積が少なくなるときに小さくなるように前記駆動装置を駆動させるギヤポンプの制御方法

技術分野

0001

本発明は、ギヤポンプ制御方法に関する。

背景技術

0002

下記特許文献1には、外歯が形成されたインナロータ内歯が形成されたアウタロータにより構成され、これらが噛み合って回転するときの歯面間に形成されるセル容積変化を用いて流体吸入吐出することにより流体を搬送するギヤポンプが開示されている。

先行技術

0003

特開2007−262963号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載されたギヤポンプでは、その駆動装置を一定の回転数で駆動した場合、複数のセルの容積量周期的に変化することにより圧力脈動が生じる。このため、例えば、エアーチャンバアキュムレータといった吐出ポート側に脈動減衰させる装置を設ける方法が採用されている。しかしながら、ギヤポンプとは別個部品を設ける必要があり、耐用期間に制限があると共にコスト増加が生じる別個の装置よりも、駆動装置を直接制御することにより適切に圧力脈動を軽減できることが望ましい。

0005

本発明は、上記事実を考慮し、駆動装置を直接制御することにより圧力脈動を軽減できるギヤポンプの制御方法を得ることが目的である。

課題を解決するための手段

0006

請求項1に記載のギヤポンプの制御方法は、外径部に複数の外歯が形成されたインナロータと、前記インナロータの外径側に配置され、内径部に複数の内歯が形成されたアウタロータと、前記インナロータと前記アウタロータを互いに噛み合わせて回転するときに前記外歯と前記内歯に囲まれて形成される複数のセルの容積変化により流体を吸入する吸入ポートと、前記複数のセルの容積変化により流体を吐出する吐出ポートと、前記インナロータを回転させる駆動装置と、前記駆動装置の回転を制御する制御装置と、を含んで構成されたギヤポンプに適用され、前記制御装置は、前記外歯又は前記内歯の歯数から算出された周波数により前記駆動装置の回転数を周期的に変化させると共に、周期的に変化する前記回転数が、前記吐出ポートに対して開口する前記複数のセルの容積が少なくなるときに小さくなるように前記駆動装置を駆動させる。

0007

請求項1に記載のギヤポンプの制御方法によれば、制御装置は、駆動装置がギヤポンプを駆動する回転数を外歯又は内歯の歯数から算出された周波数により周期的に変化させると共に吐出ポートに対して開口する複数のセルの容積が少なくなるときに回転数が小さくなるように制御する。このため、吐出ポートに対して開口するセルから吐出ポートへ流体を緩やかに吐出することができる。これにより、流体の圧力の上昇を抑制することができるため、ギヤポンプの圧力脈動を軽減することができる。

発明の効果

0008

本発明に係るギヤポンプの制御方法は、駆動装置を直接制御することにより圧力脈動を軽減できるという優れた効果を有する。

図面の簡単な説明

0009

本実施形態に係るギヤポンプの制御方法を実行するための駆動システムブロック図である。
本実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態に係るギヤポンプの縦断面図である。
本実施形態に係るギヤポンプの制御方法を用いてギヤポンプを駆動した際の駆動回転数吐出圧の関係を示す時系列である。
図4に示された吐出圧の時系列をスペクトル分析した結果である。

実施例

0010

以下、図1図5を用いて、本実施形態に係るギヤポンプの制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図において、矢印UPはポンプ上方側を示している。

0011

図1には、本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法を実行するための駆動システム12のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。駆動システム12は、ギヤポンプ10と、ギヤポンプ10を駆動するための駆動装置としてのモータ14と、モータ14の回転数を制御するための制御装置16と、を含んで構成されている。

0012

(ギヤポンプ)
ギヤポンプ10は、例えば、自動車ブレーキアクチュエータにおけるブレーキ油圧回路等に用いられる。図3に示されるように、ギヤポンプ10は、インナロータ22と、アウタロータ24と、ボディ30と、図示しないカバー等と、を含んで構成されている。また、図1に示されるように、ギヤポンプ10の外側端部には、ギヤポンプ10の外側へ向けて連通し、流体としてのオイルが吸入される吸入ポート40とギヤポンプ10の外側へ向けて連通し、オイルが吐出される吐出ポート44が形成されている。

0013

図3にはギヤポンプ10の縦断面図が示されている。インナロータ22は、その外径側に複数(例えば、16個)の外歯26を有し、その内径部にインナロータ22の回転軸方向に沿って延在された図示しないシャフトが回転一体に嵌合されている。インナロータ22は、モータ14からの駆動力を受けて、インナ回転中心C1を中心として第1矢印A1の方向へ回転される。

0014

インナロータ22の外側には、アウタロータ24が配置されている。アウタロータ24は、その内径側にインナロータ22の外歯26よりも多数(例えば、17個)の内歯28を有し、その内径側に偏芯された状態のインナロータ22と噛合されている。また、アウタロータ24は、その外径側24Aが環状面に形成されており、アウタロータ24の外形に合わせて内側に空間部が形成されたボディ30の内側部30Aに回転自在に収容されている。インナロータ22がシャフトに伝達された駆動力により回転されると、アウタロータ24もアウタ回転中心C2を中心としてインナロータ22と同じ方向にボディ30の内側部を回転する。

0015

ボディ30は、略円筒状に形成され、内側に貫通形成された内側部30Aには、インナロータ22が噛合されたアウタロータ24が回転自在に収容されている。ボディ30の外側には、図示しないカバーが、ボルト等の締結具により取り付けられている。このため、ボディ30とカバーが、ギヤポンプ10のハウジング部32を構成している。

0016

ボディ30とカバーにより構成されたハウジング部32の内部には、吸入ポート40(図1参照)に連通する吸入チャンバ42と吐出ポート44(図1参照)に連通する吐出チャンバ46が形成されている。また、ハウジング部32の端部には、インナロータ22及びアウタロータ24の軸方向側の端面と面接触する側壁部34が形成されている。

0017

図3に示されるように、互いに噛み合うインナロータ22の外歯26及びアウタロータ24の内歯28の間にセル50が形成されている。具体的には、各セル50は、インナロータ22の2個の外歯26と、アウタロータ24の2個の内歯28と、ハウジング部32の側壁部34とにより囲まれた空間として構成されている。

0018

各セル50の容積、すなわち、インナロータ22及びアウタロータ24の歯間内容積は、インナロータ22及びアウタロータ24の回転に伴って増減する。ギヤポンプ10のポンプ下方側(図2の図中略下半分)の領域は、インナロータ22及びアウタロータ24の回転に伴ってセル50の容積が徐々に拡大する吸入領域52とされている。この吸入領域52において、セル50が吸入チャンバ42に連通されている。

0019

一方、ギヤポンプ10のポンプ上方側(図2の図中略上半分)の領域は、インナロータ22及びアウタロータ24の回転に伴ってセル50の容積が徐々に縮小する吐出領域56とされている。この吐出領域56において、セル50が吐出チャンバ46に連通されている。また、吸入領域52と吐出領域56の境界領域にあるセル50は、その容積が最大となるとき、吸入チャンバ42および吐出チャンバ46のいずれにも連通しない締切空間58(密封空間)が形成される。

0020

インナロータ22のインナ回転中心C1部に設けられたシャフト(図示省略)の先端部は、モータ14と接続されている。モータ14は、直接又は図示しないギヤユニバーサルジョイント等の機械的な動力伝達手段を介してインナ回転中心C1部に設けられたシャフト(図示省略)の先端部と機械的に接続されている。

0021

ギヤポンプ10は、モータ14からの駆動力によりインナロータ22が第1矢印A1の方向に回転すると、インナロータ22の回転に伴ってアウタロータ24が同じく第1矢印A1の方向に回転する。これにより、セル50の容積が変動するため、このセル50の容積変動により吸入ポート40から吸入チャンバ42を介してセル50へオイルが吸入(流入)される。セル50へ吸入されたオイルは、セル50によって吐出チャンバ46側へ移動される(送り出される)。吐出チャンバ46側へ送り出されたオイルは、セル50から吐出チャンバ46を介して吐出ポート44へ吐出される。ここでは、この工程を、「圧縮工程」と称する。また、圧縮工程においてオイルを吐出したセル50は、吸入チャンバ42側へ向けて回転により移動すると共に、セル50の容積を増加させる。ここでは、この工程を、「吸入工程」と称する。

0022

ここで、上記のようなギヤポンプ10の回転(ポンプ動作)が繰り返されることにより、セル50内の圧力が、上昇と低下を繰り返して変動する。このため、セル50から吐出チャンバ46を介して吐出ポート44へ吐出されるオイルの圧力が周期的に変動する、いわゆる圧力変動(圧力脈動)が発生する。

0023

駆動システム12には、圧力脈動を抑制するために、モータ14に電気的に外部接続された制御装置16が設けられている。制御装置16を用いてギヤポンプ10を駆動するモータ14の回転数(駆動回転数)を直接制御することにより圧力脈動が軽減されている。なお、本実施形態では、制御装置16は、モータ14に電気的に外部接続されているとして説明したが、これに限らず、モータ14と一体的に構成されてもよい。

0024

図2には、駆動システム12を構成する制御装置16の機能構成の例を示すブロック図が示されている。制御装置16は、機能構成として、駆動周波数計算部62と、回転数信号受信部64と、回転数変動部66と、を含んで構成されている。制御装置16は、その内部にCPU(Central Processing Unit:プロセッサ)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、を含んで構成され(いずれも図示省略)、その制御処理はCPUを使用して実行される。駆動周波数計算部62は、CPUがROM又はストレージに格納された駆動周波数計算プログラム読み出し、RAMを作業領域として駆動周波数計算プログラムを実行することにより計算される。具体的には、ギヤポンプ10を駆動するモータ14の駆動回転数を周期的に変化させるための駆動周波数は、アウタロータ24の内歯28の歯数又はインナロータ22の外歯26の歯数の関数として計算される。

0025

回転数信号受信部64は、モータ14の回転数(駆動回転数)を逐次検知する。回転数変動部66は、回転数信号受信部64により検知された駆動回転数を確認の上、周期的に変化する駆動回転数が、吐出ポート44に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最小のときに最小となるようにモータ14を制御する。

0026

次に、本実施形態に係るギヤポンプ10が駆動されたときに生じる圧力変動(圧力脈動)の説明を通じて、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

0027

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、モータ14は、制御装置16により、外歯26又は内歯28の歯数から算出された周波数によりモータ14を駆動する駆動回転数を周期的に変化させて駆動される。さらに、周期的に変化する駆動回転数は、吐出ポート44に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最小となるときに最小となるように回転数変動部66により制御される。

0028

圧力脈動が励起される際の基本周波数f1[Hz]は、f1=n×N/60で表される。ここで、nは、アウタロータ24の内歯28の歯数(例えば、17個)又はインナロータ22の外歯26の歯数(例えば、16個)、Nは、モータ14の駆動回転数[rpm]を表す。

0029

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、モータ14を駆動する駆動回転数は、基本周波数f1から換算される基本周期T1=2×π/f1[sec]で周期的に変動されている。具体的には、図4点線で示されるように、駆動回転数は、ベース回転数BSから所定の振幅で周期的に増加及び減少されており、周期は基本周期T1に設定されている。ここでは、駆動回転数は、吐出ポート44に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最小となる圧縮工程の終わりTM1のタイミングで駆動回転数が最小となるように位相が設定された三角波形状図4の点線)により周期的に変動されている。さらに、駆動回転数は、吸入ポート40に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最大となる吸入工程の終わりTM2のタイミングで駆動回転数が最大となるように周期的変動の位相が設定されている。

0030

ギヤポンプ10は、モータ14からの駆動力によりインナロータ22が第1矢印A1の方向に回転すると共に、アウタロータ24が同じく第1矢印A1の方向に回転する。圧縮工程においてオイルを吐出したセル50は、吸入チャンバ42側へ向けて移動すると共にセル50の容積を増加させる。このため、セル50内の圧力は低下する。

0031

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、図4に示されるように、制御装置16は、吸入工程が始まると同時に、モータ14の駆動回転数を一定の割合で直線的に上昇させる。このため、オイルを吐出した直後のセル50を、吸入チャンバ42側へ向けて速く移動させることができる。これにより、オイルを吐出した直後のセル50内の圧力低下を抑制することができる。

0032

圧力低下を抑制されて吸入チャンバ42側へ移動されたセル50には、オイルが吸入(流入)される。このため、セル50に流入されるオイルの圧力低下を抑制することができる。オイルが流入されたセル50は、吐出チャンバ46側へ向けて移動される。吐出チャンバ46側へ移動されたオイルは、吐出工程において吐出チャンバ46から吐出ポート44へ吐出される。

0033

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、図4の駆動回転数の時系列に示されるように、制御装置16は、吐出工程に移行すると同時に、モータ14の駆動回転数を一定の割合で直線的に低下させる。このため、オイルをセル50から吐出チャンバ46へ比較的緩やかに流出することができ、セル50から吐出チャンバ46へ流出されるオイルの圧力上昇を抑制することができる。これにより、吐出チャンバ46内から吐出ポート44へ吐出されるオイルの圧力上昇を抑制することができる。

0034

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、駆動回転数を基本周期T1により周期的に変動させることにより、吸入工程において吸入チャンバ42側へ送り出されるセル50内の圧力低下を抑制することができる。さらに、圧縮工程においてセル50から吐出ポート44へ流出されるオイルの圧力上昇を抑制することができる。これにより、図4の吐出圧の時系列に示されるように、駆動回転数を一定とする場合(図4の直線)と比べて圧力脈動の変動量(変動振幅)を小さくすることができるため、吐出圧の変動が大きくなることを抑制することができる。このように圧力脈動を抑制することにより、ギヤポンプ10のノイズの発生を抑制できると共に、例えば、吸入ポート40や吐出ポート44に接続された図示しない配管振動を抑制することができる。

0035

図5には、図4に示された吐出圧の時系列をスペクトル分析した結果が示されている。基本周波数f1で駆動されるギヤポンプ10の吐出圧の時系列は、主に基本周波数f1の整数倍の周波数成分の組み合わせにより構成される。図5横軸は、周波数[Hz]を表し、縦軸は、スペクトル分析することにより抽出された周波数成分毎の吐出圧の変動振幅[MPa]を表す。図5の左側から基本周波数f1、基本周波数f1の2倍の周波数成分f2及び基本周波数f1の3倍の周波数成分f3の吐出圧の変動振幅が示されており、吐出圧の時系列は、これらの周波数成分が支配的であることがわかる。

0036

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、図5に示されるように、駆動回転数を周期的に変化させることにより、圧力脈動の主成分となる基本周波数f1成分の振幅は、駆動回転数を一定とする場合と比べて大幅に低減されている。これにより、ギヤポンプ10が駆動される際に発生する圧力脈動が適切に抑制されていることを定量的に確認することができる。

0037

以上説明したように、本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、モータ14を直接制御することにより圧力脈動を軽減することができる。

0038

さらに、本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、駆動回転数は周期的に変動されるもののベース回転数BSを中心として増減されるため、一周期における平均駆動回転数は、ベース回転数BSと略同一となる。このことは、ギヤポンプ10において吸入及び吐出されるオイルの総量は、駆動回転数を一定とした場合と略同一になることを意味する。これにより、例えば、ギヤポンプ10がブレーキアクチュエータ等に適用された場合に、ギヤポンプ10の性能を維持した上で圧力脈動を軽減することができる。

0039

(変形例)
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態の変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

0040

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、図4に一点鎖線で示されるように、制御装置16は、ベース回転数BSが、基本周期T1及び所定の振幅で周期的(正弦波的)に変化(増加及び減少)するようにモータ14を制御する。ここでは、駆動回転数は、吐出ポート44に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最小となる圧縮工程の終わりTM1のタイミングで駆動回転数が最小になるように位相が設定された正弦波形状図4の一点鎖線)により周期的に変動されている。

0041

本実施形態に係るギヤポンプ10の制御方法によれば、図4の吐出圧の時系列(図4の一点鎖線)に示されるように、吐出圧の変動量(変動振幅)が小さくなるように制御されている。これにより、圧縮工程の終わりTM1のタイミングで駆動回転数が最小になるように位相が設定するだけの制御であっても、圧力脈動の変動量(変動振幅)を小さくすることができる。

0042

さらに、図5に示されるように、圧力脈動の主成分となる基本周波数f1成分の振幅は、駆動回転数を一定とする場合と比べて大幅に低減されている。これにより、駆動回転数を、圧縮工程の終わりTM1のタイミングで最小値になるように設定した上で正弦波的に変動させることにより、ギヤポンプ10が駆動される際に発生する圧力脈動が適切に抑制されていることを定量的に確認することができる。

0043

なお、駆動回転数は、吐出ポート44に対して開口するギヤポンプ10のセル50の容積が最小となるときに最小となるように制御されるとして説明したが、これに限らず、セルの容積が少なくなるのに合わせて駆動回転数が小さくなればよく、セルの容積が最小となるときと駆動回転数が最小になるときが厳密に一致しなくてもよい。

0044

10ギヤポンプ
14モータ(駆動装置)
16制御装置
22インナロータ
24アウタロータ
26外歯
28内歯
40吸入ポート
44吐出ポート
50セル
f1基本周波数(周波数)

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