JP2018182790A - ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切に電動ポンプを駆動可能な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、電動ポンプＰの起動時に当該電動ポンプＰで流通させる油の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部１０と、温度情報に基づいて、電動ポンプＰを駆動するモータＭのコイルのうち、モータＭの永久磁石との間で引力が作用するように通電するコイルの永久磁石に対する進角量を設定する進角量設定部１１と、第１の電源ライン２と第１の電源ライン２の電位よりも低い電位に接続される第２の電源ライン３との間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子ＱＨとローサイドスイッチング素子ＱＬとを有するアーム部Ａを３組備え、コイルに流れる電流を制御するインバータ１３と、進角量に基づいて、インバータ１３を駆動する通電制御部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動ポンプの運転を制御するポンプ制御装置に関する。

従来、油の流通制御に電動ポンプが利用されてきた。この種の電動ポンプはモータから出力される回転力により運転される。ここで、油は当該油の温度（以下「油温」とする）に応じて粘性が変わる。油温が高くなると粘性が小さくなるので電動ポンプの負荷が軽くなり、油温が低くなると粘性が大きくなるので電動ポンプの負荷が重くなる。このため、モータを一定の速度で駆動していた場合であっても、油温に応じて電動ポンプの回転数が変動し、脱調する可能性があった。このような脱調を防止する技術として例えば下記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に記載のモータ駆動制御装置は、進角基準電圧を生成する進角基準電圧生成部と、進角基準電圧とモータの各相の逆起電圧とのクロスタイミングによって各相の位相信号を生成する逆起電圧比較部と、各相の位相信号に基づいてモータの回転速度を検出し、回転速度が高速から低速に向かうに従って進角基準電圧を上昇させ、回転速度が低速から高速に向かうに従って進角基準電圧を下降させる制御部と、を備えて構成される。

特許文献２に記載の電動ポンプ用ブラシレスモータの制御装置は、電動ポンプを駆動するブラシレスモータのモータコイルに三相の駆動電力を通電する駆動回路と、モータコイルへの複数の通電パターンを予め定められた順序で切り替えることによりロータを強制的に回転させてブラシレスモータを起動させる起動手段と、電動ポンプが供給する作動油の油温を検出する油温検出手段とを備えて構成され、起動手段は油温が高くなるほど通電パターンの切り替え周期を早くする。

特開２０１６−１７４４７８号公報 特開２０１２−１３０１７８号公報

特許文献１に記載の技術は、モータのコイルに生じる逆起電力に基づいて進角制御を行っているが、当該逆起電力が不安定な場合（例えば起動直後等）は適切に進角制御を行うことができない。また、逆起電力が生じていない初期通電時には、進角制御を行うことができない。

ここで、上述したように油温の変化に応じて電動ポンプの負荷が変動するが、負荷が変動すると通電切り替え時にサージが生じる時間（サージ時間）も変化する。一方、電動ポンプを駆動するモータは、モータの回転に応じて出力される位置信号に基づき制御される。このような制御では、サージが生じている間には適切に位置信号を検出することができないので、サージが生じている間は位置信号を検出しないようにマスク期間が設けられている。例えば特許文献１に記載の技術に一定のマスク期間を適用した場合に、油温に応じて通電パターンの切り替え周期を変化させると、油温が低い時にはサージ時間がマスク期間よりも長くなる可能性がある。このサージ期間に位置信号を検出すると、位置信号の検出を正確に行うことができず、脱調に至る可能性がある。一方、油温が高い時にはサージ時間に対してマスク期間が長くなり過ぎ、本来ゼロクロスを検出したいポイントまでマスクしてしまい、通電切り換えの遅れにより効率が低下し、脱調に至る恐れもある。また、特許文献１に記載の技術は、モータのコイルに生じる逆起電力に基づき制御しているが、例えばモータの始動時（初回通電時）には逆起電力が不安定となるため適切に制御することができない可能性がある。このように、特許文献１に記載の技術では、電動ポンプを適切に駆動することができなくなってしまう。

そこで、負荷の変動に拘らず、適切に電動ポンプを駆動することが可能なポンプ制御装置が求められる。

本発明に係るポンプ制御装置の特徴構成は、電動ポンプの起動時に当該電動ポンプで流通させる油の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報に基づいて、前記電動ポンプを駆動するモータのコイルのうち、前記モータの永久磁石との間で引力が作用するように通電するコイルの前記永久磁石に対する進角量を設定する進角量設定部と、第１の電源ラインと前記第１の電源ラインの電位よりも低い電位に接続される第２の電源ラインとの間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子とを有するアーム部を３組備え、前記コイルに流れる電流を制御するインバータと、前記進角量に基づいて、前記インバータへの通電を開始する通電制御部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、油温から電動ポンプの負荷を推定し、推定した負荷の大きさに応じて進角制御を行うことができる。また、起動時や起動完了後で進角量を変更することも可能であり、運転状態に応じた進角制御を行うことが可能となる。

また、前記ポンプ制御装置は、前記油の温度と前記進角量との関係が記憶された記憶部を更に備え、前記進角量設定部は、前記温度情報に示される前記油の温度と前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて前記進角量を設定すると好適である。

このような構成とすれば、進角量設定部が進角量を容易に設定することが可能となる。したがって、電動ポンプの負荷に応じて進角量を設定できるので、適切に電動ポンプを運転することが可能となる。

また、前記ポンプ制御装置は、前記温度情報に基づいて、前記３組のアーム部のうちの１つのアーム部が有する前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子の双方が開状態となる非通電期間において、前記非通電期間の開始直後に前記非通電期間よりも短い期間からなるマスク期間を設定するマスク期間設定部と、前記非通電期間において前記マスク期間の終了後に前記モータの回転数を検出する検出部と、を更に備え、前記通電制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記インバータを駆動すると好適である。

このような構成とすれば、油の温度の低下に伴いマスク期間を長く設定し、油の温度の上昇に伴いマスク期間を短く設定することができる。このため、電動ポンプの負荷に応じて適切なマスク時間を設定することができるので、ゼロクロスの検出が遅れることなく、サージ誤検出を防止できる。したがって、センシング性能を向上できるので、モータが脱調することなくセンサレスで駆動することが可能となる。また、使用油温範囲も拡大することができる。

ポンプ制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 モータの構成を模式的に示した図である。 進角量の説明図である。 通電期間及び非通電期間の説明図である。 油温とサージ期間との関係を示す図である。 ポンプ制御装置の処理を示すフローチャートである。

本発明に係るポンプ制御装置は、負荷の変動に拘らず、適切に電動ポンプを駆動できるように構成される。以下、本実施形態のポンプ制御装置１について説明する。

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、本実施形態のポンプ制御装置１は、温度情報取得部１０、進角量設定部１１、記憶部１２、インバータ１３、通電制御部１４、マスク期間設定部１５、検出部１６の各機能部を備えて構成され、特に温度情報取得部１０、進角量設定部１１、記憶部１２、通電制御部１４、マスク期間設定部１５、検出部１６の各機能部は電動ポンプＰの駆動を行うために、ＣＰＵを中核部材として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。

温度情報取得部１０は、電動ポンプＰの起動時に当該電動ポンプＰで流通させる油の温度を示す温度情報を取得する。電動ポンプＰは、モータＭから出力される回転力により駆動される。電動ポンプＰで流通させる油とは、電動ポンプＰが駆動することにより流通される油である。温度情報取得部１０は、このような電動ポンプＰの駆動に先立ち、電動ポンプＰが駆動することにより流通される油の温度を示す温度情報を取得する。なお、油の温度は温度センサ９により検出され、温度センサ９の検出結果が温度情報取得部１０に伝達されるように構成すると良い。温度情報取得部１０は、温度センサ９の検出結果を温度情報として後述する進角量設定部１１に伝達する。

進角量設定部１１は、温度情報に基づいて、電動ポンプＰを駆動するモータＭのコイルＬ（図２参照）のうち、モータＭの永久磁石ＰＭ（図２参照）との間で引力が作用するように通電するコイルＬの永久磁石ＰＭに対する進角量を設定する。温度情報は、上述したように温度情報取得部１０から伝達される。電動ポンプＰを駆動するモータＭとは、電動ポンプＰの動力源となる回転力を出力するモータＭである。ここで、図２にはモータＭの一例として、４極６スロットの三相モータの模式図が示される。図２の例では、モータＭは６つのコイルＬと、２組の永久磁石ＰＭとを有する。周知のように、三相モータは、６つのコイルＬのうちの所定のコイルＬに通電することによりコイルＬの周囲に生じる磁界と、永久磁石ＰＭの磁束との間で作用する引力及び斥力により回転する。図２の例では、コイルＬはステータＳに固定され、永久磁石ＰＭが回転する。

ここで、周知のようにコイルＬに電圧を印加しても、当該コイルＬにはすぐに電流が流れず、所定の位相遅れがある。この位相遅れはモータＭの回転速度が速くなる程、大きくなる。このため、コイルＬと永久磁石ＰＭとの間で引力及び斥力を適切に作用させるためには、コイルＬに流れる電流の位相遅れを考慮してコイルＬに印加する電圧の位相を進める必要がある。このような制御を進角制御と言い、その角度（量）を進角量と言う。

具体的には、本ポンプ制御装置１では、永久磁石ＰＭとコイルＬとの間で引力及び斥力が適切に作用させるために、図３に示されるように、引力又は斥力が作用する永久磁石ＰＭ（図３の例ではＮ極Ｎ１）がコイルＬ（図３の例ではコイルＬ１）と対向する位置（図３における位置Ａ）に達する前に（例えば図３における位置Ｂに位置する時に）コイルＬ１に印加（通電）される。このような永久磁石ＰＭ（Ｎ極Ｎ１）がコイルＬ１と対向する位置（位置Ａ）から、前もって通電される位置（位置Ｂ）までの角度が上記進角量にあたり、進角量設定部１１が設定する。

記憶部１２は、油の温度と進角量との関係が記憶されている。この関係は、例えば油の温度が所定の温度（例えば８０度）以上である場合には進角量を所定の角度（例えば１５度）にし、油の温度が前記所定の温度（例えば８０度）未満である場合には進角量を前記所定の角度（例えば１５度）より小さい角度にするような関係であると好適である。本実施形態では、進角量設定部１１は、温度情報に示される油の温度と記憶部１２に記憶された関係とに基づいて進角量を設定する。

インバータ１３は、第１の電源ライン２と当該第１の電源ライン２の電位よりも低い電位に接続される第２の電源ライン３との間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子ＱＨとローサイドスイッチング素子ＱＬとを有するアーム部Ａを３組備え、コイルＬに流れる電流を制御する。第１の電源ライン２とは、電源Ｖに接続されるケーブルである。第１の電源ライン２の電位よりも低い電位に接続される第２の電源ライン３とは、電源Ｖの出力電圧よりも低い電位が印加されたケーブルであり、本実施形態では接地されたケーブルが相当する。

本実施形態では、ハイサイドスイッチング素子ＱＨはＰ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成され、ローサイドスイッチング素子ＱＬはＮ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成される。ハイサイドスイッチング素子ＱＨは、ソース端子が第１の電源ライン２に接続され、ドレーン端子がローサイドスイッチング素子ＱＬのドレーン端子に接続される。ローサイドスイッチング素子ＱＬのソース端子は第２の電源ライン３に接続される。このように接続されたハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬでアーム部Ａを構成し、インバータ１３はこのアーム部Ａを３組備える。

ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの夫々のゲート端子はドライバ８と接続される。ドライバ８は、後述する通電制御部１４とインバータ１３との間に設けられ、通電制御部１４により生成されたＰＷＭ信号が入力される。ドライバ８は、入力されたＰＷＭ信号のドライブ能力を向上し、インバータ１３に出力する。各アーム部Ａのハイサイドスイッチング素子ＱＨのドレーン端子は、モータＭが有する３つの端子に夫々接続される。

通電制御部１４は、進角量に基づいて、インバータ１３への通電を開始する。進角量は、進角量設定部１１により油の温度に基づき設定され、伝達される。通電制御部１４は、ＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を進角量に応じてドライバ８に出力する。これにより、インバータ１３をＰＷＭ制御することが可能となる。ＰＷＭ信号によるＰＷＭ制御は、公知であるので説明は省略する。これにより、ポンプ制御装置１は、電動ポンプＰの起動時における油の温度に応じて、モータＭの永久磁石ＰＭに対するコイルＬの進角量を設定し、設定された進角量に応じて通電制御部１４がインバータ１３をＰＷＭ制御することにより電動ポンプＰを適切に始動することが可能となる。

マスク期間設定部１５は、温度情報に基づいて、３組のアーム部Ａのうちの１つのアーム部Ａが有するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの双方が開状態となる非通電期間において、非通電期間の開始直後に非通電期間よりも短い期間からなるマスク期間を設定する。温度情報は温度情報取得部１０から伝達される。３組のアーム部Ａとは、インバータ１３を構成する３組のアーム部Ａである。

ここで、図４には通電期間と非通電期間の説明図が示される。図４には、インバータ１３が有する３組のアーム部Ａのうち、１つのアーム部Ａを構成するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの導通状態が示される。上述したように、ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬはＰＷＭ信号で制御されるが、本実施形態ではハイサイドスイッチング素子ＱＨはＰ−ＭＯＳＦＥＴで構成されるため、ＰＷＭ信号は図４の最上段の波形を反転したものとなる。また、図４には、図１においてＶＵで示した箇所の電圧波形も示される。

通電期間は、３組のアーム部Ａのうちの１つのアーム部Ａが有するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬのうちの一方が閉状態となる期間である。「ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬのうちの一方が閉状態となる」とは、ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬのうちの一方が導通状態となることを意味する。具体的には、図４の例にあっては、時間ｔ１から時間ｔ２までの間、時間ｔ３から時間ｔ４までの間、時間ｔ５から時間ｔ６までの間、時間ｔ７から時間ｔ８までの間が相当する。これらの期間は、３組のアーム部Ａのうちの１つのアーム部Ａが有するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬのうちの一方が通電された状態であることから、通電期間と称される。

非通電期間は、３組のアーム部Ａのうちの１つのアーム部Ａが有するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの双方が開状態となる期間である。「ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの双方が閉状態となる」とは、ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの双方が導通していない状態となることを意味する。具体的には、図４の例にあっては、時間ｔ２から時間ｔ３までの間、時間ｔ４から時間ｔ５までの間、時間ｔ６から時間ｔ７までの間が相当する。これらの期間は、３組のアーム部Ａのうちの１つのアーム部Ａが有するハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの双方が通電されていない状態であることから、非通電期間と称される。

このような非通電期間には、通電期間からの移行直後にサージが発生する。そこで、非通電期間の開始直後に非通電期間よりも短い期間からなるマスク期間が設定される。「非通電期間よりも短い期間からなるマスク期間が設定される」とは、マスク期間は、非通電期間の全てに亘って設定されるわけではなく、非通電期間の一部においてのみ設定されることを意味する。特に、マスク期間は、位置検出（ゼロクロス検出）後から開始し、次の位置検出前までに解除される。図４には、マスク期間の一例が示される。このようなマスク期間はマスク期間設定部１５により設定され、マスク期間の長さは温度情報、すなわち油の温度に応じて設定される。ここで、サージ時間（サージが生じる時間）と油の温度（油温）との関係の一例が図５に示される。一方、マスク期間はサージ時間よりも長い必要がある。そこでマスク期間設定部１５は、温度情報に示される油の温度と図５に示されるような油の温度とサージ時間との関係とに基づいてマスク期間の長さを設定する。

検出部１６は、非通電期間において、マスク期間の終了後にモータＭの回転数を検出する。本実施形態では、検出部１６は、モータＭに流れるモータ電流に基づいて、モータＭのロータ（図示せず）の位置を検出する。本実施形態では、検出部１６は、上述した各アーム部Ａのハイサイドスイッチング素子ＱＨのドレーン端子とモータＭが有する３つの端子の夫々とを接続するケーブルに、抵抗器Ｒを介して接続される。このように接続されることにより、検出部１６はモータ電流を検出し、ロータの位置を検出（算定）する。この検出については、公知であるので説明は省略する。検出部１６は、ロータの位置に基づき、モータＭの回転数を検出する。これにより、サージの影響を受けることなくモータＭの回転数を検出することが可能となる。検出部１６の検出結果は、通電制御部１４に伝達され、通電制御部１４は、検出部１６の検出結果に基づいてインバータ１３を駆動する。

次に、ポンプ制御装置１が行う処理について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、電動ポンプＰを起動させる起動信号が入力されると（ステップ＃０１：Ｙｅｓ）、温度情報取得部１０が油の温度を示す温度情報を取得する（ステップ＃２）。この温度情報により示される油の温度（油温）に基づき、電動ポンプＰの起動時の進角量を進角量設定部１１が設定し（ステップ＃３）、電動ポンプＰが起動される（ステップ＃４）。

電動ポンプＰの起動が完了すると（ステップ＃５：Ｙｅｓ）、進角量設定部１１が電動ポンプＰの定常時（定常運転時）の進角量を設定する（ステップ＃６）。この定常時の進角量は、油の温度を示す温度情報ではなく、コイルＬに生じる逆起電力に基づき設定される。

温度情報取得部１０は、電動ポンプＰが定常運転の状態となった場合でも温度情報を取得する（ステップ＃７）。マスク期間設定部１５は、温度情報により示される油の温度（油温）に基づき、非通電期間内にマスク期間を設定する（ステップ＃８）。設定されたマスク期間に基づき検出部１６がモータＭの回転数を検出し、この検出結果に基づき通電制御部１４がモータＭのセンサレス制御を行う（ステップ＃９）。電動ポンプＰを停止しない場合には（ステップ＃１０：Ｎｏ）、ステップ＃６に戻り処理が継続される。

以上のように、本ポンプ制御装置１によれば、電動ポンプＰの進角量を油温に応じて制御するため、初回通電時や逆起電力が不安定ない起動時の進角制御が可能となる。また、起動時は定常時に比べて大きなトルクが必要なため、それを考慮した最適な進角を設定することができる。また、起動時に最適な進角を設定できるため、起動時のもたつき（停止や逆転）がなくなり、起動スピードを向上することができる。定常時は起動時に比べてトルクが小さいため、最適な進角に設定することで効率良く電動ポンプＰを駆動できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、ポンプ制御装置１が油の温度と進角量との関係が記憶された記憶部１２を備えるとして説明したが、記憶部１２を備えなくても良い。この場合、進角量設定部１１は、例えば油の温度と進角量との関係を規定した式に基づいて進角量を設定するように構成すると好適である。

上記実施形態では、マスク期間設定部１５が温度情報に基づいてマスク期間を設定するとして説明したが、マスク期間設定部１５は温度情報に拘らず、マスク期間を設定するように構成することも可能である。

上記実施形態では、モータＭの一例として、４極６スロットの三相モータを例に挙げて説明したが、極数及びスロット数は単なる一例であり、他の構成であっても良い。また、モータＭは三相モータでなくても良い。

上記実施形態では、油の温度と進角量との関係は、油の温度が所定の温度以上である場合には進角量を所定の角度にし、油の温度が前記所定の温度未満である場合には進角量を前記所定の角度より小さい角度にするような関係であるとして説明したが、例えば油の温度が低い程、進角量が小さくなり、油の温度が高い程、進角量が大きくなる関係とすることも可能である。

本発明は、電動ポンプの運転を制御するポンプ制御装置に用いることが可能である。

１：ポンプ制御装置
２：第１の電源ライン
３：第２の電源ライン
１０：温度情報取得部
１１：進角量設定部
１２：記憶部
１３：インバータ
１４：通電制御部
１５：マスク期間設定部
１６：検出部
Ａ：アーム部
Ｌ：コイル
Ｍ：モータ
Ｐ：電動ポンプ
ＰＭ：永久磁石
ＱＨ：ハイサイドスイッチング素子
ＱＬ：ローサイドスイッチング素子

Claims (3)

1. 電動ポンプの起動時に当該電動ポンプで流通させる油の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、
   前記温度情報に基づいて、前記電動ポンプを駆動するモータのコイルのうち、前記モータの永久磁石との間で引力が作用するように通電するコイルの前記永久磁石に対する進角量を設定する進角量設定部と、
   第１の電源ラインと前記第１の電源ラインの電位よりも低い電位に接続される第２の電源ラインとの間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子とを有するアーム部を３組備え、前記コイルに流れる電流を制御するインバータと、
   前記進角量に基づいて、前記インバータへの通電を開始する通電制御部と、
   を備えるポンプ制御装置。
2. 前記油の温度と前記進角量との関係が記憶された記憶部を更に備え、
   前記進角量設定部は、前記温度情報に示される前記油の温度と前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて前記進角量を設定する請求項１に記載のポンプ制御装置。
3. 前記温度情報に基づいて、前記３組のアーム部のうちの１つのアーム部が有する前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子の双方が開状態となる非通電期間において、前記非通電期間の開始直後に前記非通電期間よりも短い期間からなるマスク期間を設定するマスク期間設定部と、
   前記非通電期間において前記マスク期間の終了後に前記モータの回転数を検出する検出部と、を更に備え、
   前記通電制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記インバータを駆動する請求項１又は２に記載のポンプ制御装置。

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