JP5929876B2 - 駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプに関する。

従来、回転子の位置を検出するセンサを備えないブラシレスモータを駆動制御する駆動制御装置が知られている。例えば特許文献１には、燃料ポンプの駆動源として用いられるブラシレスモータの駆動を駆動制御装置により制御する例が記載されている。

特開２０１１−３６０８３号公報

ところで、回転子の位置を検出するセンサを備えないセンサレスのブラシレスモータの場合、駆動制御の開始前の回転子が停止している状態では固定子に対する回転子の位置が不明のため、駆動制御を開始可能な固定子に対する回転子の位置である制御開始位置に回転子を強制的に位置決めした上で駆動制御を開始する必要がある。特許文献１の駆動制御装置では、複数相の巻線に対する通電を切り替えることにより、固定子に対する回転子の位置を検出し、検出した回転子の位置に基づき制御開始位置を決定し、決定した制御開始位置に回転子を位置決めすることにより、ブラシレスモータの駆動制御開始までに要する時間の短縮化を図っている。

特許文献１の駆動制御装置では、上述の位置検出および位置決めを行うとき、回転子は、通電時の固定子に対する回転子の位置により、一方向（正方向）または他方向（逆方向）に回転する。一般に、ブラシレスモータを燃料ポンプの駆動源として用いる場合、ブラシレスモータのシャフトをインペラの穴部に挿嵌し、ブラシレスモータを駆動することによりインペラを回転させる。また、シャフトの端部およびインペラの穴部は、断面形状がＤ字状に形成されるのが一般的である。また、インペラの製造誤差および組み付け誤差を吸収するため、シャフトの端部とインペラの穴部との間には所定のクリアランスが形成される。そのため、シャフトが回転を開始するとき、所定の加速度を伴ってシャフトの端部の外壁の角部がインペラの穴部の内壁の平面部に衝突する場合がある。

特許文献１の駆動制御装置で燃料ポンプのブラシレスモータを駆動する場合、駆動制御開始前の位置決め時、巻線に対する通電切り替えの度にシャフトが正方向または逆方向に回転する。そのため、例えば回転子の位置決めが必要なく、正方向にしか回転しないブラシ付きモータを駆動する場合と比べ、シャフトの端部の外壁がインペラの穴部の内壁に衝突する回数、および、衝突するときの衝突エネルギーが増大するおそれがある。これにより、インペラが摩耗または破損するおそれがある。特に、近年普及しているアイドリングストップ車やハイブリッド車両では所定期間内に燃料ポンプをオンオフする回数が多いため、シャフトの衝突によるインペラの摩耗の促進、または、破損の増大が懸念される。また、位置決め時の巻線に対する通電切り替えの回数が多い場合にもインペラの摩耗の促進、または、破損の増大が懸念される。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブラシレスモータにより回転駆動する回転部材の摩耗および破損を抑制可能な駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプを提供することにある。

本発明は、複数相の巻線が巻き回された固定子、当該固定子に対し相対回転可能に設けられる回転子、および、当該回転子の中心に設けられ端部が回転部材の穴部に挿嵌され回転子とともに回転するシャフトを有するブラシレスモータの駆動を制御する駆動制御装置であって、制御部を備えている。

制御部は、巻線に供給する電力を制御することにより回転子の回転を制御可能である。本発明では、制御部は、位置決め手段を有している。位置決め手段は、ブラシレスモータの駆動制御を開始する前、複数相の巻線に対しｎ回（ｎは２以上の整数）通電することにより回転子を回転させ、ブラシレスモータの駆動制御を開始可能な固定子に対する回転子の位置である制御開始位置に回転子を位置決めする。

本発明では、位置決め手段は、複数相の巻線に対しｎ回通電し回転子を回転させて制御開始位置に回転子を位置決めするとき、すなわち、複数相の巻線に対する通電をｎ−１回切り替えるとき、回転子が全ての回の通電で同一の方向に回転するよう、巻線に供給する電力を制御する。そのため、シャフトの端部の外壁が回転部材の穴部の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和を小さくすることができる。これにより、シャフトの外壁が回転部材の内壁に衝突することによる回転部材の摩耗および破損等を抑制することができる。この効果は、特に、所定期間内のオンオフ回数が多いブラシレスモータを駆動制御する場合、および、位置決め時の巻線に対する通電切り替えの回数が多い場合等に顕著となる。

本発明の一実施形態による駆動制御装置、および、燃料ポンプを示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 本発明の一実施形態による燃料ポンプのインペラを示す図。 本発明の一実施形態による駆動制御装置の回路構成を示す模式図。 （Ａ）はロータが制御開始位置に対応する位置にあるときの状態を示す模式図、（Ｂ）はロータが制御開始位置に対応する位置以外にあるときの状態を示す模式図。 本発明の一実施形態による燃料ポンプのシャフトのトルク加速度と巻線への通電時間との関係において回転子の移動距離が所定値以下となる範囲を示す図。 （Ａ）は本発明の一実施形態の駆動制御装置による位置決め制御時の作動を示す図、（Ｂ）は比較例の駆動制御装置による位置決め制御時の作動を示す図。 本発明の一実施形態による駆動制御装置の作動を説明するための図であって、時間の経過に伴う燃料ポンプのブラシレスモータに流れる電流の変化を示す図。 本発明の他の実施形態の駆動制御装置による位置決め制御時の作動を示す図。

以下、本発明の実施形態による駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプを図面に基づき説明する。なお、図面の記載が煩雑になることを避けるため、１つの図において同一の部材または部位等には、複数のうち１つ、または、数個のみに符号を付す場合がある。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による駆動制御装置を図４に、燃料ポンプを図１に示す。
図１に示す燃料ポンプ１は、例えば、車両のバッテリ２から供給される電力により駆動し、図示しない燃料タンクの燃料を吸入し、燃料供給対象としての内燃機関３に吐出供給する。本実施形態では、燃料ポンプ１は、例えばハイブリッド車両に搭載される。よって、燃料ポンプ１は、所定期間内、例えば車両の想定使用期間内のオンオフ回数が多い。

燃料ポンプ１は、ブラシレスモータ４、ハウジング５、ポンプカバー１０、カバーエンド２０、回転部材としてのインペラ８０、および、駆動制御装置９０等を備えている。
ブラシレスモータ４は、固定子としてのステータ３０、巻線４０、回転子としてのロータ５０およびシャフト６０等を備えている。
図２に示すように、ステータ３０は、セグメント３１およびインシュレータ３４等を有している。

セグメント３１は、磁性材料の薄板を積層した積層鉄心から形成されている。本実施形態では、セグメント３１は６つ設けられている。セグメント３１は、ヨーク部３２およびティース部３３を有している。ステータ３０は、６つのヨーク部３２が６角筒を形成するよう筒状に形成されている。ティース部３３は、ヨーク部３２の中央から径方向内側へ延びるよう形成されている。インシュレータ３４は、樹脂により形成され、セグメント３１のティース部３３に設けられている。

巻線４０は、例えば銅等の金属により形成され、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３からなり、インシュレータ３４に巻き回されることによりステータ３０のティース部３３に設けられている。Ｕ相巻線４１はブラシレスモータ４のＵ相を構成し、Ｖ相巻線４２はＶ相を構成し、Ｗ相巻線４３はＷ相を構成している。
ロータ５０は、円筒状に形成され、コア５１、磁石５２、５３、５４、５５を有している。ロータ５０は、ステータ３０の内側で回転可能に設けられている。

コア５１は、略円筒状に形成され、中心に穴部５１１を有している。磁石５２、５３、５４、５５は、コア５１の外壁に周方向に並ぶよう設けられている。磁石５２、５４は、ロータ５０の径方向外側の磁性がＳ極となるよう着磁されている。磁石５３、５５は、ロータ５０の径方向外側の磁性がＮ極となるよう着磁されている。すなわち、ロータ５０の外壁は、磁性が周方向で交互に異なるよう着磁されている。
ここで、ロータ５０は、重量が３０〜６０ｇ、半径が１５〜１９ｍｍであることが望ましい。本実施形態では、ロータ５０は、重量が例えば４７ｇ、半径が１７ｍｍに設定されている。

このように、本実施形態では、ブラシレスモータ４は、４極、６スロットの３相ブラシレスモータである。また、本実施形態では、ブラシレスモータ４のロータ５０の位置を検出可能な位置センサを備えていない。つまり、ブラシレスモータ４は、センサレスタイプのブラシレスモータである。また、本実施形態では、燃料ポンプ１の所定期間内のオンオフ回数が多いため、ブラシレスモータ４の所定期間内のオンオフ回数も多い。

シャフト６０は、例えばステンレス等の金属により棒状、すなわち、長い円柱状に形成されている。シャフト６０は、ロータ５０のコア５１の穴部５１１に嵌合するよう設けられている。これにより、シャフト６０はロータ５０と一体に回転可能である。

本実施形態では、シャフト６０の一方の端部６１は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成されている（図３参照）。これにより、シャフト６０の一方の端部６１には、平面状の外壁６１１、および、曲面状の外壁６１２が形成されている。また、外壁６１１と外壁６１２との境界を含む角部６１３は、滑らかな曲面状となるよう面取りされている。
ハウジング５は、例えば鉄等の金属により、略円筒状に形成されている。また、ハウジング５の表面には、例えば亜鉛または錫等によるめっきが施されている。

ポンプカバー１０は、例えばアルミ等の金属により略円板状に形成され、ハウジング５の一端を塞いでいる。ポンプカバー１０は、ハウジング５の一端が径方向内側へかしめられることにより、ハウジング５の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。図１に示すように、ポンプカバー１０は、筒状の吸入部１１を有している。吸入部１１の内側には、ポンプカバー１０を板厚方向に貫く吸入通路１１１が形成されている。

カバーエンド２０は、例えば樹脂により円板状に形成され、ハウジング５の他端を塞いでいる。カバーエンド２０は、外縁部がハウジング５の他端の内側に圧入される。また、カバーエンド２０は、ハウジング５の他端が径方向内側へかしめられることにより、ハウジング５の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。

図１に示すように、ステータ３０を構成するセグメント３１、インシュレータ３４および巻線４０は、カバーエンド２０を形成する樹脂によりモールドされている。すなわち、ステータ３０は、樹脂によりモールドされることにより、カバーエンド２０と一体に形成されている。このように、ステータ３０は、ハウジング５と同軸に、ハウジング５の内側に収容されている。

ポンプカバー１０とステータ３０との間には、ポンプケーシング７０が設けられている。ポンプケーシング７０は、例えばアルミ等の金属により、略円板状に形成されている。ポンプケーシング７０の中心部には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く穴部７１が形成されている。ポンプケーシング７０の穴部７１には、軸受部材７２が嵌め込まれている。軸受部材７２は、例えば銅系の焼結金属により円筒状に形成されている。

カバーエンド２０のロータ５０側端面の中央には、軸受部２２が形成されている。軸受部２２は、カバーエンド２０の中央に、ロータ５０側に筒状に突出するよう形成されている。ここで、軸受部２２の中心軸は、カバーエンド２０の中心軸と一致している。すなわち、軸受部２２は、カバーエンド２０の中心軸上に設けられている。軸受部２２の内側には、軸受部材２３が嵌め込まれている。軸受部材２３は、軸受部材７２と同様、例えば銅系の焼結金属により円筒状に形成されている。

穴部７１は、軸受部材７２を介し、シャフト６０の一方の端部６１側を軸受けしている。軸受部２２は、軸受部材２３を介し、シャフト６０の他方の端部６２側を軸受けしている。これにより、ロータ５０およびシャフト６０は、軸受部材７２および穴部７１、ならびに、軸受部材２３および軸受部２２を介し、ポンプケーシング７０およびカバーエンド２０に回転可能に支持されている。

インペラ８０は、例えばＰＰＳ等の樹脂により、略円板状に形成されている。インペラ８０は、ポンプカバー１０とポンプケーシング７０との間に形成された略円板状のポンプ室７３に収容されている。インペラ８０は、中心を板厚方向に貫く穴部８１を有している。穴部８１は、シャフト６０の一方の端部６１の断面形状に対応するようＤ字状に形成されている。これにより、穴部８１には、平面状の内壁８１１、および、曲面状の内壁８１２が形成されている。

シャフト６０の一方の端部６１は、ポンプ室７３内に位置するよう設けられている。シャフト６０の一方の端部６１は、インペラ８０の穴部８１に挿嵌されている。これにより、シャフト６０がロータ５０とともに回転すると、インペラ８０は、ポンプ室７３内で回転する。

なお、本実施形態では、シャフト６０の端部６１が穴部８１に挿嵌された状態で、シャフト６０の端部６１と穴部８１との間に所定のクリアランスが形成されている（図３参照）。当該クリアランスにより、インペラ６０の製造誤差および組み付け誤差を吸収することができる。

ポンプカバー１０のインペラ８０側の面には、略Ｃ字状の溝１２が形成されている。当該溝１２と吸入通路１１１とは接続している。また、ポンプケーシング７０のインペラ８０側の面には、略Ｃ字状の溝７４が形成されている。当該溝７４には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く通路７５が形成されている。インペラ８０には、溝１２および溝７４に対応する位置に羽根部８２が形成されている。

カバーエンド２０には、吐出部２１が設けられている。吐出部２１は、カバーエンド２０のポンプカバー１０とは反対側の端面から筒状に突出するようカバーエンド２０と一体に樹脂により形成されている。吐出部２１の内側には、吐出通路２１１が形成されている。吐出通路２１１は、ハウジング１０内側のポンプカバー１０とカバーエンド２０との間の空間６に連通している。

図１に示すように、吐出部２１には、一端が内燃機関３に接続する供給管７の他端が接続される。これにより、インペラ８０の回転によって空間６で加圧された燃料は、吐出通路２１１を流通し吐出部２１から吐出され、供給管７を経由して内燃機関３に供給される。

カバーエンド２０には、端子４４が設けられている（図１参照）。端子４４は、例えば銅等の金属により棒状に形成されている。本実施形態では、端子４４は３つ設けられ、それぞれ、一端がＵ相巻線４１、Ｖ相巻線４２およびＷ相巻線４３に接続し、他端がカバーエンド２０のポンプカバー１０とは反対側の端面から露出するようカバーエンド２０に埋設されている。

駆動制御装置９０は、燃料ポンプ１のブラシレスモータ４の駆動を制御するＦＰＣ（Fuel Pump Controller）である。駆動制御装置９０は、端子４４およびバッテリ２に接続するよう設けられ、バッテリ２からの電力を制御しながらブラシレスモータ４に供給する。

図４に示すように、駆動制御装置９０は、スイッチング素子９１〜９６、マイコン９７、駆動回路９８を有している。ここで、スイッチング素子９１〜９６は、３相インバータを構成している。当該インバータは、巻線４０のＵ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子９１〜９６がブリッジ接続されている。スイッチング素子９１〜９６は、本実施形態においては、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。以下、スイッチング素子９１〜９６を、適宜、ＭＯＳ９１〜９６という。

３つのＭＯＳ９１〜９３は、ドレインが、バッテリ２の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ９１〜９３のソースが、それぞれＭＯＳ９４〜９６のドレインに接続されている。ＭＯＳ９４〜９６のソースは、バッテリ２の負極側すなわちグランドに接続されている。

図４に示すように、対になっているＭＯＳ９１とＭＯＳ９４との接続点は、Ｕ相巻線４１の一端に接続している。また対になっているＭＯＳ９２とＭＯＳ９５との接続点は、Ｖ相巻線４２の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ９３とＭＯＳ９６との接続点は、Ｗ相巻線４３の一端に接続している。

マイコン９７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏ等を有する小型のコンピュータであり、入力された信号等に基づき、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って演算を行い、制御信号を生成し駆動回路９８へ出力する。

駆動回路９８は、マイコン９７から入力された制御信号に基づき、ＭＯＳ９１〜９６のオンオフを切り替えるための信号を生成し、ＭＯＳ９１〜９６のゲートへ出力する。これにより、ＭＯＳ９１〜９６がスイッチング作動し、バッテリ２から巻線４０（Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３）へ電力が供給される。マイコン９７が駆動回路９８およびＭＯＳ９１〜９６を経由して、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３への通電を切り替えると、ステータ３０に回転磁界が形成され、ロータ５０が回転する。ロータ５０がシャフト６０とともに回転すると、シャフト６０が挿嵌されているインペラ８０が回転する。

このように、マイコン９７は、巻線４０に供給する電力を制御することによりロータ５０（ブラシレスモータ４）の回転を制御可能である。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「制御部」に対応している。

また、図４に示すように、マイコン９７は、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３のそれぞれに接続している。これにより、マイコン９７は、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３に印加されている電圧を検出することができる。

次に、ブラシレスモータ４の駆動制御の開始について、説明する。
本実施形態のブラシレスモータ４は、センサレスタイプのため、駆動制御の開始前のロータ５０が停止している状態ではステータ３０に対するロータ５０の位置が不明である。そのため、駆動制御を開始可能なステータ３０に対するロータ５０の位置である「制御開始位置」（巻線４０に通電したときにステータ３０においてＮ極となる位置）にロータ５０を強制的に位置決めした上で駆動制御を開始する必要がある。

本実施形態のブラシレスモータ４は、６スロット構成のため、図５に示すように、「制御開始位置」は、１２箇所（位置（角度）Ｐ１〜Ｐ１２）のうちのいずれかに設定され得る。よって、ロータ５０の磁石５２〜５５の中央が位置Ｐ１〜Ｐ１２のいずれかに位置している場合、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能である（図５（Ａ）参照）。なお、図５に示す「正方向」はインペラ８０が燃料を加圧可能なロータ５０（シャフト６０）の回転方向であり、「逆方向」はインペラ８０が燃料を加圧不能なロータ５０（シャフト６０）の回転方向である。

本実施形態では、マイコン９７は、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、巻線４０に対しｎ回（ｎは２以上の整数）通電することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能な制御開始位置（位置Ｐ１〜１２）にロータ５０を位置決めする。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「位置決め手段」として機能する。なお、巻線４０に対しｎ回通電するとは、Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３への通電をｎ−１回切り替えることに相当する。本実施形態では、マイコン９７は、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、巻線４０に対し少なくとも２回通電することにより、ロータ５０を位置決めする。すなわち、巻線４０への通電を少なくとも１回切り替える。

また、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能し、巻線４０に対し通電をｎ回切り替えるとき、ロータ５０が全ての回の通電で同一の方向に回転するよう、巻線４０に供給する電力を制御する。すなわち、例えば図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように１回目の通電でロータ５０が逆方向に回転した場合、２回目の通電でもロータ５０が逆方向に回転するよう、巻線４０に供給する電力を制御する。

本実施形態では、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能するとき、巻線４０に通電することにより、停止しているロータ５０を回転させ、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出することができる。具体的には、マイコン９７は、例えばＵ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３のうちの２つに通電し、ロータ５０を強制的に回転させ、ロータ５０が回転することにより、通電していない巻線４０に生じる誘起電圧を検出することによって、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出する。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「位置検出手段」として機能する。また、マイコン９７は、検出した誘起電圧の変化により、ロータ５０の回転方向を検出可能である。

また、マイコン９７は、「位置検出手段」として機能し検出したロータ５０の位置および回転方向に基づき、「制御開始位置」を決定する。具体的には、例えば図５（Ｂ）に示すように、ロータ５０の磁石５２の中央Ｃ１（Ｓ極）が位置Ｐ１１と位置Ｐ１２との間に位置しロータ５０が逆方向に回転していることを検出した場合、位置Ｐ１１を「制御開始位置」として決定する。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「位置決定手段」として機能する。

また、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能するとき、巻線４０に対する通電を切り替えることにより、ロータ５０を回転させ、「位置決定手段」として機能し決定した「制御開始位置」にロータ５０を位置決めする。具体的には、例えば図５（Ｂ）に示す位置Ｐ１１（位置決定手段により決定）にロータ５０の磁石５２の中央Ｃ１が重なるようロータ５０を位置決めする。

また、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能するとき、巻線４０に対する１回目の通電、すなわち、ロータ５０の位置検出のために行う通電によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう、巻線４０に供給する電力を制御する。これにより、位置検出後の位置決め時に、ロータ５０が位置検出時に回転していた方向とは反対方向に急激に回転することを防ぐことができる。

また、マイコン９７は、「位置検出手段」として機能するとき、シャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が所定の加速度以下となるよう巻線４０に供給する電力を制御する。これにより、シャフト６０の外壁６１１がインペラ８０の内壁８１１に衝突するときの衝突エネルギーが所定値以下となる。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「トルク加速度制御手段」として機能する。
また、本実施形態では、マイコン９７は、「トルク加速度制御手段」として機能するとき、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御する。

また、本実施形態では、マイコン９７は、「位置検出手段」として機能するとき、巻線４０への通電時間が所定の時間以下となるよう巻線４０に供給する電力を制御する。ここで、マイコン９７は、特許請求の範囲における「通電時間制御手段」として機能する。

ここで、巻線４０に通電しロータ５０が回転するときの、通電開始時から通電終了時までのロータ５０の移動距離（角度）をｘ、シャフト６０のトルク加速度をａ、巻線４０への通電時間をｔとすると、下記式（１）が成り立つ。
ｘ＝ａｔ² ・・・式（１）

本実施形態では、１回目の通電（位置検出）でロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう、すなわち、ｘが「停止時のロータ５０の磁石５２の中央Ｃ１から制御開始位置までの距離（角度）ｙ」以下になるよう、トルク加速度ａおよび通電時間ｔを所定値以下に設定する。

図６は、シャフト６０のトルク加速度ａと巻線４０への通電時間ｔとの関係において、距離ｘが距離ｙ以下になる範囲（図６において網掛けした部分）を示すものである。
本実施形態では、図６に基づき、距離ｘが距離ｙ以下となるよう、トルク加速度ａを例えば１５（ｍＮ・ｍ／ｍｓ）、通電時間ｔを例えば５（ｍｓ）に設定している。これにより、巻線４０に対する１回目の通電によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えるのを防ぐことができる（図７（Ａ）参照）。

上述のように、本実施形態では、マイコン９７は、ロータ５０が停止している状態から、ロータ５０を「制御開始位置」に位置決めするまでの間に、ロータ５０の位置検出のために１回、位置決めのために１回の少なくとも２回、巻線４０に対し通電する。すなわち、巻線４０に対する通電を少なくとも１回切り替える。

次に、本実施形態による駆動制御装置９０の作動について、図８に基づき説明する。
図８に、駆動制御装置９０によりブラシレスモータ４を駆動制御したときのブラシレスモータ４に流れる電流の値（電流値）の時間の経過に伴う変化を実線で示す。
図８に示す時刻ｔ０では、ロータ５０は停止しているため、電流値は０である。

時刻ｔ１でマイコン９７がロータ５０の位置決め制御を開始すると、電流値は徐々に増大する。本実施形態では、ロータ５０の位置決め（位置検出）を行うとき、シャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が所定の加速度以下となるよう巻線４０に供給する電力を制御するため、時刻ｔ１以降の電流値の傾きは、比較的小さくなる。
また、本実施形態では、マイコン９７は、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御するため、時刻ｔ２で電流値が所定値ａ１になる。

時刻ｔ３でロータ５０の位置決めが完了すると、マイコン９７は巻線４０への通電を停止するため、電流値は０になる。
時刻ｔ３の時点でロータ５０は「制御開始位置」に位置決めされた状態のため、時刻ｔ４でブラシレスモータ４の通常の駆動制御を開始可能である。時刻ｔ４以降、ブラシレスモータ４の通常の駆動制御に伴い、ブラシレスモータ４に電流が流れる。

ここで、比較例の駆動制御装置の作動例を図８に示すことにより、本実施形態の比較例に対する有利な点を明らかにする。
図８に、比較例の駆動制御装置により、ロータ５０が停止している状態から、ブラシレスモータ４の通常の駆動制御が開始された後までの、ブラシレスモータ４に流れる電流の値（電流値）の時間の経過に伴う変化を破線で示す。

比較例の駆動制御装置は、物理的な構成は本実施形態の駆動制御装置９０と同様であるものの、ロータ５０の位置決め（位置検出）時、シャフト６０のトルク加速度の制御を行わない。そのため、時刻ｔ１で位置決め制御を開始して以降、電流値が急激に上昇することがわかる。また、比較例の駆動制御装置でロータ５０の位置決めを行う場合、電流値がａ２に達することがわかる。ここで、ａ２は、ａ１の約３倍程度の値である。また、比較例の駆動制御装置による位置決めでは、時刻ｔ２以降、時刻ｔ３まで、電流値がａ１より大きな値を変動していることがわかる。

このように、比較例の駆動制御装置の場合、ロータ５０の位置決め時にブラシレスモータ４に流れる電流値が大きいため、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突エネルギーが大きくなるおそれがある。一方、本実施形態の駆動制御装置９０の場合、ロータ５０の位置決め時にブラシレスモータ４に流れる電流値が小さいため、シャフト６０がインペラ８０に衝突するときの衝突エネルギーを小さくすることができる。

また、比較例の駆動制御装置では、ロータ５０の位置決め時、巻線４０へ通電する度にロータ５０が正方向または逆方向へ回転するおそれがある。そのため、シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和が増大するおそれがある。一方、本実施形態の駆動制御装置９０では、ロータ５０の位置決め時、巻線４０に対しｎ回通電するとき、ロータ５０が全ての回の通電で同一の方向に回転するよう、巻線４０に供給する電力を制御する。そのため、シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和を小さくすることができる。

また、比較例の駆動制御装置では、ロータ５０の位置決め時、巻線４０への１回目の通電（位置検出）でロータ５０の位置が制御開始位置を越えるおそれがある。１回目の通電でロータ５０の位置が制御開始位置を越えると、２回目以降の通電でロータ５０の回転が逆転し制御開始位置に位置決めされるおそれがある（図７（Ｂ）参照）。そのため、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突エネルギーが増大するおそれがある。一方、本実施形態の駆動制御装置９０では、ロータ５０の位置決め時、巻線４０に対する１回目の通電（位置検出）によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう、巻線４０に供給する電力を制御する（図７（Ａ）参照）。そのため、２回目の通電でロータ５０の回転が逆転するのを防ぐことができる。これにより、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突エネルギーを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施形態では、（１）複数相の巻線４０（Ｕ相巻線４１、Ｖ相巻線４２、Ｗ相巻線４３）が巻き回されたステータ３０、当該ステータ３０に対し相対回転可能に設けられるロータ５０、および、当該ロータ５０の中心に設けられ端部６１がインペラ８０の穴部８１に挿嵌されロータ５０とともに回転するシャフト６０を有するブラシレスモータ４の駆動を制御する駆動制御装置９０であって、マイコン９７を備えている。
マイコン９７は、巻線４０に供給する電力を制御することによりロータ５０の回転を制御可能である。

本実施形態では、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能する。マイコン９７は、「位置決め手段」として機能することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始する前、巻線４０に対しｎ回（ｎは２以上の整数）通電することにより、ブラシレスモータ４の駆動制御を開始可能なステータ３０に対するロータ５０の位置である制御開始位置にロータ５０を位置決めする。

マイコン９７は、「位置決め手段」として機能し、巻線４０に対しｎ回通電するとき、すなわち、巻線４０に対する通電をｎ−１回切り替えるとき、ロータ５０が全ての回の通電で同一の方向に回転するよう、巻線４０に供給する電力を制御する。そのため、シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和を小さくすることができる。これにより、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突することによるインペラ８０の摩耗および破損等を抑制することができる。この効果は、特に、本実施形態のように所定期間内のオンオフ回数が多いブラシレスモータ４を駆動制御する場合、および、位置決め時の巻線４０に対する通電切り替えの回数が多い場合等に顕著となる。

また、本実施形態では、（２）マイコン９７は、「位置決め手段」として機能するとき、巻線４０に対する１回目の通電によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう、巻線４０に供給する電力を制御する。そのため、ロータ５０の位置決め時、ロータ５０の回転が逆転するのを防ぐことができる。これにより、シャフト６０の端部６１の外壁がインペラ８０の穴部８１の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和を小さくすることができる。

また、本実施形態では、（３）マイコン９７は、「位置決め手段」として機能するとき、巻線４０に通電することにより、停止しているロータ５０を回転させ、ロータ５０のステータ３０に対する位置を検出するよう「位置検出手段」として機能する。また、マイコン９７は、「位置検出手段」として機能し検出したロータ５０の位置に基づき、「制御開始位置」を決定するよう「位置決定手段」として機能する。また、マイコン９７は、巻線４０に対する通電を切り替えることにより、ロータ５０を回転させ、「位置決定手段」として機能し決定した「制御開始位置」にロータ５０を位置決めする。

このように、本実施形態では、ロータ５０の位置を検出し、検出したロータ５０の位置に基づき「制御開始位置」を決定し、決定した「制御開始位置」にロータ５０を位置決めする。そのため、ブラシレスモータ４の駆動制御開始までに要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、（４）マイコン９７は、「位置検出手段」として機能するとき、シャフト６０から出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が所定の加速度以下となるよう巻線４０に供給する電力を制御するよう「トルク加速度制御手段」として機能する。これにより、巻線４０に対する１回目の通電によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう制御することができるとともに、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突エネルギーを小さくすることができる。

また、本実施形態では、（５）マイコン９７は、「トルク加速度制御手段」として機能するとき、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御する。そのため、シャフト６０のトルク加速度を目標値にスムーズに近づけるとともに目標値との残留誤差を無くすことができる。また、シャフト６０のトルク加速度を所定値（目標値）以下に維持することができる。

また、本実施形態では、（６）マイコン９７は、「位置検出手段」として機能するとき、巻線４０への通電時間が所定の時間以下となるよう巻線４０に供給する電力を制御するよう「通電時間制御手段」として機能する。これにより、巻線４０に対する１回目の通電によって回転するロータ５０の位置が制御開始位置を越えないよう制御することができるとともに、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突エネルギーを小さくすることができる。

また、本実施形態では、（７）燃料ポンプ１は、上述の駆動制御装置９０と、駆動制御装置９０により駆動制御されるブラシレスモータ４と、ブラシレスモータ４を収容するハウジング５と、吸入部１１を有し、ハウジング５の一方の端部を塞ぐポンプカバー１０と、吐出部２１を有し、ハウジング５の他方の端部を塞ぐカバーエンド２０と、中央に穴部８１を有し、シャフト６０の端部６１が穴部８１に挿嵌され、シャフト６０とともに回転することで、吸入部１１から流入した燃料を加圧し吐出部２１から吐出するインペラ８０と、を備えている。本実施形態の駆動制御装置９０を燃料ポンプ１のブラシレスモータ４の駆動制御に用いた場合、駆動制御開始前のロータ５０の位置決め時、シャフト６０の外壁がインペラ８０の内壁に衝突するときの衝突エネルギーの和を小さくすることができる。そのため、燃料ポンプ１のインペラ８０の摩耗および破損を抑制することができる。

また、本実施形態では、（８）シャフト６０の端部６１は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成されている。また、インペラ８０の穴部８１は、シャフト６０の端部６１の断面形状に対応するようＤ字状に形成されている。また、シャフト６０の端部６１が穴部８１に挿嵌された状態で、シャフト６０の端部６１と穴部８１との間に所定のクリアランスが形成されている。このような構成の燃料ポンプ１の場合、上述の駆動制御装置９０によりブラシレスモータ４の駆動制御（ロータ５０の位置決め）を行えば、インペラ８０の摩耗および破損をより効果的に抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、マイコン９７は、ロータ５０の位置決め時、巻線４０への１回目の通電（位置検出）でロータ５０の位置が、想定していた制御開始位置Ｓ１を越えた場合、同じ回転方向における次の制御開始位置Ｓ２を「制御開始位置」として決定し、当該「制御開始位置」にロータ５０を位置決めする（図９参照）。これにより、ロータ５０の位置決め時、ロータ５０の回転が逆転するのを防ぐことができる。

本発明の他の実施形態では、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能しロータ５０の位置決めをするとき、ロータ５０の位置検出、および、検出した位置に基づく「制御開始位置」の決定を行わないこととしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、マイコン９７は、「トルク加速度制御手段」として機能するとき、シャフト６０のトルク加速度が所定の加速度より大きくなるよう巻線４０に供給する電力を制御してもよい。また、マイコン９７は、「通電時間制御手段」として機能するとき、巻線４０への通電時間が所定の時間より大きくなるよう巻線４０に供給する電力を制御してもよい。例えば図６に網掛けで示す範囲内の加速度および時間であれば、トルク加速度および巻線４０への通電時間は、どのような値に設定してもよい。

また、本発明の他の実施形態では、マイコン９７は、「トルク加速度制御手段」として機能するとき、ＰＩ制御によりトルク加速度が所定の目標値になるよう、巻線４０に供給する電力を制御しないこととしてもよい。すなわち、比例制御等、ＰＩ制御以外の方法でトルク加速度を制御することとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、マイコン９７は、「位置決め手段」として機能しロータ５０の位置決めを行うとき、巻線４０に対し何回（２回以上）通電してもよい。すなわち、巻線４０への通電を何回切り替えてもよい。例えばロータ５０の位置検出のために複数回、ロータ５０の位置決めのために複数回通電してもよい。

また、本発明の他の実施形態では、シャフトの端部の断面形状、および、インペラの穴部の形状は、Ｄ字状に限らず、例えばＩ字状、多角形状等、どのような形状であってもよい。また、シャフトとインペラとは、例えばスプライン結合により結合されることとしてもよい。

また、本発明の駆動制御装置は、燃料ポンプのブラシレスモータの駆動制御に限らず、他の機器等に設けられるブラシレスモータの駆動制御に用いてもよい。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

４ ・・・・ブラシレスモータ
３０ ・・・ステータ（固定子）
４０ ・・・巻線
４１ ・・・Ｕ相巻線（巻線）
４２ ・・・Ｖ相巻線（巻線）
４３ ・・・Ｗ相巻線（巻線）
５０ ・・・ロータ（回転子）
６０ ・・・シャフト
６１ ・・・端部
８０ ・・・インペラ（回転部材）
８１ ・・・穴部
９０ ・・・駆動制御装置
９７ ・・・制御部（位置決め手段）

Claims (8)

1. 複数相の巻線（４０、４１、４２、４３）が巻き回された固定子（３０）、当該固定子に対し相対回転可能に設けられる回転子（５０）、および、当該回転子の中心に設けられ端部（６１）が回転部材（８０）の穴部（８１）に挿嵌され前記回転子とともに回転するシャフト（６０）を有するブラシレスモータ（４）の駆動を制御する駆動制御装置（９０）であって、
   前記巻線に供給する電力を制御することにより前記回転子の回転を制御可能な制御部（９７）を備え、
   前記制御部は、前記ブラシレスモータの駆動制御を開始する前、複数相の前記巻線に対しｎ回（ｎは２以上の整数）通電することにより前記回転子を回転させ、前記ブラシレスモータの駆動制御を開始可能な前記固定子に対する前記回転子の位置である制御開始位置に前記回転子を位置決めする位置決め手段（９７）を有し、
   前記位置決め手段は、複数相の前記巻線に対しｎ回通電し前記回転子を回転させて前記制御開始位置に前記回転子を位置決めするとき、前記回転子が全ての回の通電で同一の方向に回転するよう、前記巻線に供給する電力を制御することを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記位置決め手段は、前記巻線に対する１回目の通電によって回転する前記回転子の位置が前記制御開始位置を越えないよう、前記巻線に供給する電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記位置決め手段は、
   複数相の前記巻線に通電することにより、停止している前記回転子を回転させ、前記回転子の前記固定子に対する位置を検出する位置検出手段（９７）、および、
   前記位置検出手段により検出した前記回転子の位置に基づき前記制御開始位置を決定する位置決定手段（９７）を有し、
   複数相の前記巻線に対する通電を切り替えることにより、前記回転子を回転させ、前記位置決定手段により決定した前記制御開始位置に前記回転子を位置決めすることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動制御装置。
4. 前記位置検出手段は、前記シャフトから出力されるトルクの加速度であるトルク加速度が所定の加速度以下となるよう前記巻線に供給する電力を制御するトルク加速度制御手段（９７）を有することを特徴とする請求項３に記載の駆動制御装置。
5. 前記トルク加速度制御手段は、ＰＩ制御により前記トルク加速度が所定の目標値になるよう、前記巻線に供給する電力を制御することを特徴とする請求項４に記載の駆動制御装置。
6. 前記位置検出手段は、前記巻線への通電時間が所定の時間以下となるよう前記巻線に供給する電力を制御する通電時間制御手段（９７）を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の駆動制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動制御装置（９０）と、
   前記駆動制御装置により駆動制御される前記ブラシレスモータ（４）と、
   前記ブラシレスモータを収容するハウジング（５）と、
   吸入部（１１）を有し、前記ハウジングの一方の端部を塞ぐポンプカバー（１０）と、
   吐出部（２１）を有し、前記ハウジングの他方の端部を塞ぐカバーエンド（２０）と、
   中央に前記穴部（８１）を有し、前記シャフト（６０）の端部（６１）が前記穴部に挿嵌され、前記シャフトとともに回転することで、前記吸入部から流入した燃料を加圧し前記吐出部から吐出する前記回転部材（８０）と、
   を備える燃料ポンプ（１）。
8. 前記シャフトの端部は、軸に垂直な面による断面がＤ字状となるよう形成され、
   前記穴部は、前記シャフトの端部の断面形状に対応するようＤ字状に形成され、
   前記シャフトの端部が前記穴部に挿嵌された状態で、前記シャフトの端部と前記穴部との間に所定のクリアランスが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料ポンプ。

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