WO2018087908A1 - 電動ポンプ装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electric pump device driven by an electric motor.
  • an electric pump that supplies a medium such as cooling water, lubricating oil, or hydraulic oil to each part of the engine (a cooling target part, a lubrication target part, and an operation target part) by rotation of an electric motor.
  • the discharge amount of the electric pump varies depending on the rotation speed (rotational speed) of the motor.
  • a technique for driving the motor by feedback control that converges the actual rotational speed of the motor to the steady rotational speed has been widely put into practical use ( For example, see Patent Document 1).
  • This invention is made
  • an electric pump device includes a fluid pump that discharges fluid, a motor that drives the fluid pump, and a current value supplied to the motor to control rotation of the motor.
  • the control device is configured such that when the motor is started, the rotation speed of the motor is a preset target rotation speed.
  • the motor is driven by open loop control in which the current value supplied to the motor is limited to a predetermined upper limit value or less until it reaches the vicinity, and when the rotational speed of the motor reaches the vicinity of the target rotational speed, The motor is driven by feedback control in which the rotational speed is maintained at a steady rotational speed.
  • the control device is preset with a command rotational speed for the motor, and in the open loop control, the command rotational speed of the motor is increased stepwise, It is preferable that the motor is configured to supply a current value corresponding to the command rotational speed.
  • the electric pump device includes a temperature detector that detects the temperature of the fluid, and when the motor is started, when the temperature of the fluid detected by the temperature detector is less than a specified temperature, The open loop control is executed for a relatively long time, and when the temperature of the fluid detected by the temperature detecting means is equal to or higher than a specified temperature, the open loop control is executed for a relatively short time. It is preferable.
  • the motor is controlled by open loop control in which the current value supplied to the motor is limited to a value lower than the predetermined upper limit value until the motor speed reaches the vicinity of the target speed. Because it drives, the load at the start of the motor can be reduced and the output of the motor can be suppressed. As a result, the rated output of the electric pump can be achieved even when the fluid is relatively viscous, such as during cold start. It becomes possible to start stably without exceeding.
  • the temperature of the fluid is gradually increased as time passes without increasing the load of the fluid pump by increasing the command rotational speed of the motor stepwise (The viscous resistance of the fluid can be gradually reduced), and the electric pump device can be started up efficiently.
  • the open loop control when the temperature of the fluid is lower than the specified temperature, the open loop control is executed for a relatively long time before the shift to the feedback control, and when the temperature of the fluid is higher than the specified temperature, it is opened.
  • optimal control according to the physical properties (viscous resistance) of the fluid can be performed, and the motor can be used without consuming unnecessary power. Can be quickly brought to steady rotation.
  • FIG. 1 An electric pump 1 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1. First, a schematic configuration of the electric pump 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1.
  • the electric pump 1 mainly includes an oil pump 10 that discharges oil, a motor 20 as a drive source that drives the oil pump 10, and a control device (also referred to as “driver”) 30 that controls the rotation of the motor 20. Configured.
  • the discharge amount (flow rate) of the oil pump 10 increases and decreases according to the rotational speed of the motor 20. That is, the discharge amount of the oil pump 10 increases as the rotation speed of the motor 20 increases, and the discharge amount of the oil pump 10 decreases as the rotation speed of the motor 20 decreases.
  • the oil pump 10 is connected to a rotating shaft of the motor 20 and sucks oil from an oil tank (not shown) by a driving force (rotating force) transmitted from the motor 20 to externally (cooling system, lubricating system, operating system). ).
  • the oil discharged from the oil pump 10 to the outside is returned to the oil tank and circulated.
  • a gear pump that discharges fluid according to rotation of a pair of gears that mesh with each other, a centrifugal pump that discharges fluid according to rotation of an impeller (impeller), and the like are applied.
  • the motor 20 is, for example, a three-phase brushless DC motor, and includes a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) coil, and a rotor made of permanent magnets magnetized in N and S poles. .
  • the motor 20 is configured such that the rotor rotates by sequentially switching energization to the coils of each phase.
  • the motor 20 of this example is a so-called sensorless type brushless DC motor that does not use a position detecting element such as a Hall element, and rotates the rotor using an induced voltage (back electromotive force) generated in each coil. The position is detected, and the energization to each phase is switched from the magnetic pole position information obtained based on the position. Since such a DC brushless motor has been conventionally known, detailed description thereof is omitted here.
  • the control device 30 includes a drive circuit 31 that drives the motor 20 and a microcomputer (hereinafter simply referred to as “microcomputer”) 32 that controls the drive circuit 31.
  • the control device 30 is configured as a control board on which various electronic / electrical components are mounted.
  • the control device 30 or a part of the control device 30 may be configured separately from the electric pump 1.
  • the drive circuit 31 is a driver configured by connecting switching elements corresponding to each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor 20 in parallel to the battery (power source) 40.
  • the switching element of the drive circuit 31 is turned on / off based on a motor control signal (PWM signal) transmitted from the microcomputer 32 of the host device, thereby supplying current (three-phase excitation current) to the motor 20. Then, the motor 20 is driven to rotate.
  • PWM signal motor control signal
  • a MOSFET or the like is preferably used as the switching element, but other transistors may be used.
  • the microcomputer 32 transmits a motor control signal (PWM signal) corresponding to the command rotational speed set in the control table or the like to the drive circuit 31, and performs on / off control of the switching elements of each phase of the drive circuit 31.
  • the motor 20 is PWM-controlled.
  • the microcomputer 32 controls the duty ratio of the motor control signal, thereby controlling the current value supplied to the coils of the respective phases of the motor 20 (pseudo-controlling the voltage applied to the motor 20).
  • the number of rotations of the motor 20 is increased or decreased. That is, the microcomputer 32 controls the amount of current supplied to the motor 20 (that is, the rotation speed of the motor 20) using the duty ratio of the PWM signal output to the drive circuit 31 as a control amount.
  • the microcomputer 32 detects the actual rotation speed (referred to as “actual rotation speed”) of the motor 20 by using the induced voltage (back electromotive force) generated in the coil of each phase of the motor 20 as an input.
  • the microcomputer 32 is electrically connected to an oil temperature detector (oil temperature sensor) 50 that detects the temperature of the oil, and is configured to receive detection information of the oil temperature detector 50.
  • Oil has the property that the viscosity changes according to the oil temperature, and the viscosity increases (viscosity resistance increases) as the oil temperature decreases.
  • the oil temperature detector 50 in this example functions as a viscosity estimating means for estimating the viscosity (physical properties) of the oil based on the temperature of the oil.
  • the oil temperature detector 50 may be mounted inside the electric pump 1.
  • the oil temperature detector 50 may be either a contact type or a non-contact type.
  • the microcomputer 32 selectively switches the control method of the motor 20 to open loop control or closed loop control (feedback control), and drives the motor 20.
  • the microcomputer 32 reaches the preset target rotational speed (hereinafter referred to as “feedback transition rotational speed”).
  • feedback transition rotational speed the preset target rotational speed
  • the open loop control is a control method for driving the motor 20 at a preset command rotational speed (duty ratio).
  • the command rotational speed (duty ratio of the motor control signal) is stepwise so that the current value supplied to the coil of each phase of the motor 20 does not exceed a predetermined upper limit value (rated current value).
  • the number of rotations of the motor 20 is gradually increased by increasing (increase gradually).
  • Various types of information used for the open loop control are stored in a control table set in the storage unit of the control device 30.
  • a control table a low temperature control table (see FIG. 3) set when the oil temperature (detected oil temperature) is lower than the specified temperature, and the oil temperature (detected oil temperature).
  • a high temperature control table (not shown) set when the temperature is equal to or higher than the specified temperature is prepared.
  • the low temperature control table is set, the feedback control is executed for a relatively long time.
  • feedback control is executed for a relatively short time. That is, in the low temperature control table, the driving time of the motor 20 by the open loop control is set to be a long time (for example, about 10 times longer) than the high temperature control table.
  • the microcomputer 32 maintains the actual rotational speed at the steady rotational speed (the deviation between the actual rotational speed and the steady rotational speed).
  • the motor 20 is driven by feedback control so that becomes zero.
  • the microcomputer 32 executes the feedback control for a relatively short time when the oil temperature is equal to or higher than the specified temperature when the electric pump 1 is started, and the actual rotational speed of the motor 20 reaches the feedback transition rotational speed. When this happens, the system shifts to feedback control.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operation processing at the time of starting the electric pump 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a control table for low temperature
  • FIG. 4 is a command rotation speed with respect to an elapsed time after starting the electric pump 1. It is a graph which shows the mode of a change of a duty ratio (when the control table for low temperature is set). Note that the processing of this flowchart is repeatedly executed at a predetermined cycle (for example, every 10 ms).
  • the control device 30 sets a control table (a low temperature control table or a high temperature control table) corresponding to the temperature of the oil detected by the oil temperature detector 50 (step S1). Specifically, the control device 30 determines whether or not the temperature of the oil detected by the oil temperature detector 50 is lower than a specified temperature, and sets the control table for low temperature when the temperature is lower than the specified temperature. When the temperature is higher than the specified temperature, a high temperature control table (not shown) is set. The specified temperature is set based on the characteristics of the electric pump 1, the type of oil, the usage environment, and the like. Hereinafter, a case where a low temperature control table (FIG. 3) is set will be described as an example.
  • a low temperature control table FIG. 3
  • the control device 30 refers to the control table and sets the first command rotational speed (step S2).
  • the control table includes a command rotation speed of the motor 20, a duty ratio with respect to the command rotation speed, and a drive time of the motor 20 at the command rotation speed (referred to as “specified drive time”).
  • the control device 30 reads the first command rotational speed (first command rotational speed) from the control table, and sets 50 rpm as the current command rotational speed.
  • a rotation speed from the initial rotation speed (50 rpm) to the feedback transfer rotation speed (1800) rpm is set as the command rotation speed.
  • the duty ratio is set in a range in which the current value supplied to the motor 20 does not exceed the rated current value (maximum rated current value).
  • control device 30 refers to the control table and sets a duty ratio according to the current command rotational speed (step S3). Specifically, the control device 30 reads the duty ratio corresponding to the first command rotational speed (50 rpm) from the control table, and sets 18% as the duty ratio of the motor control signal.
  • the control device 30 drives the motor 20 based on the PWM control based on the duty ratio set in step S3 (step S4).
  • the magnitude of the duty ratio in the PWM control is related to the increase / decrease in the current value supplied to the motor 20 (that is, the increase / decrease in the rotation speed of the motor 20).
  • the control device 30 refers to the control table and determines whether or not the motor 20 has been driven for the specified drive time at the current command rotational speed (step S5). Specifically, the control device 30 determines whether or not the motor 20 has been driven for the specified drive time (10 ms) at the current command rotation speed (50 rpm). In the present embodiment, 10 ms is basically set as the specified drive time of the motor 20 for each commanded rotational speed. However, as shown in FIGS. 3 and 4, at a predetermined command rotational speed (1100 rpm, 1350 rpm, 1750 rpm), the specified drive time is relative to promote the temperature rise of the oil through the circulation (replacement) of the oil. Set to a long time.
  • the command rotational speed is gradually increased every minute time (10 ms), and when the predetermined command rotational speed is reached, the motor 20 is set to a relatively long time. By driving it over the course, the temperature rise of the oil is promoted while preventing the motor 20 from stepping out and overloading.
  • Control device 30 determines whether or not the command rotational speed set in step S2 has reached the feedback transition rotational speed (step S6) when the motor 20 is driven for the specified drive time (step S5: YES). At this stage, since the command rotational speed (initial command rotational speed: 50 rpm) is less than the feedback transition rotational speed (1800 rpm), the process returns to step S2.
  • control device 30 refers to the control table and sets the next command rotational speed (step S2). Specifically, the control device 30 reads the next command rotational speed (second command rotational speed) from the control table, and sets 60 rpm as the current command rotational speed.
  • control device 30 refers to the control table and sets a duty ratio according to the current command rotational speed (step S3). Specifically, the control device 30 reads the duty ratio corresponding to the second command rotation speed (60 rpm) from the control table, and sets 22.5% as the duty ratio of the motor control signal.
  • control device drives the motor 20 based on the PWM control based on the duty ratio set in step S3 (step S4).
  • control device 30 refers to the control table and determines whether or not the motor 20 has been driven for a specified time at the current command rotational speed (step S5). Specifically, the control device 30 determines whether or not the motor 20 has been driven for the specified drive time (10 ms) at the current command rotational speed (60 rpm).
  • Control device 30 determines whether or not the command rotational speed set in step S2 has reached the feedback transition rotational speed (step S6) when the motor 20 is driven for the specified drive time (step S5: YES). At this stage, since the command rotational speed (second command rotational speed: 60 rpm) is less than the feedback transition rotational speed (1800 rpm), the process returns to step S2.
  • steps S2 to S6 open loop control
  • the processing in steps S2 to S6 is repeated until the command rotational speed reaches the feedback transition rotational speed, and the motor 20 is driven by PWM control with a duty ratio corresponding to the command rotational speed set at each time. Is done.
  • the oil is circulated, and the oil is heated by the frictional heat with the drive part (rotor, impeller, etc.) of the oil pump 10 and the heat generated by the motor 20, the battery 40, the engine, etc. Gradually rises.
  • the viscosity of the oil decreases, so the pump load is reduced.
  • step S6 When the command rotational speed becomes the feedback transition rotational speed (step S6: YES), the control device 30 determines whether or not the actual rotational speed of the motor 20 has reached the feedback transition rotational speed, that is, the actual rotational speed of the motor 20. Is equal to the command rotational speed (step S7). On the other hand, when the actual rotational speed of the motor 20 has not reached the feedback transition rotational speed (step S6: NO), the same as the above, until the actual rotational speed of the motor 20 reaches the feedback transition rotational speed. Repeat processing (open loop control).
  • step S8 when the actual rotational speed of the motor 20 reaches the feedback transition rotational speed, switching from the open loop control to the feedback control (closed loop control) is performed, and the steady rotational processing is executed (step S8).
  • the duty ratio of the PWM signal is set so that the actual rotation speed of the motor 20 maintains the steady rotation speed.
  • Control control the current value supplied to the motor 20.
  • the oil is sufficiently warmed, so that the current flowing through the motor 20 is the rated current value even if the control shifts to feedback control (steady rotation processing) at this stage. There is no risk of exceeding.
  • the current value supplied to the motor 20 is set to the predetermined upper limit value (rated current) until the rotational speed of the motor 20 reaches the vicinity of the feedback transition rotational speed. Since the motor 20 is driven by open loop control limited to less than (value), the load at the start-up of the motor 20 can be reduced and the output of the motor 20 can be suppressed. Even when the viscosity is relatively high, the electric pump 1 can be stably started without exceeding the rated output.
  • the command rotation speed (duty ratio) of the motor 20 is increased stepwise so that the load of the oil pump 10 is not increased rapidly, and the oil is increased over time.
  • the temperature can be gradually increased (the viscosity resistance of oil is gradually decreased), and the electric pump 1 can be started efficiently.
  • the open loop control is executed for a relatively long time and then the control is shifted to the feedback control.
  • the oil temperature is equal to or higher than the specified temperature, it is opened.
  • the sensorless three-phase brushless DC motor has been described as an example of the drive source of the electric pump.
  • the present invention is not limited to this configuration, and may be another DC motor such as a two-phase brushless DC motor.
  • a configuration in which a control table (a control table for low temperature or a control table for high temperature) is set according to the temperature of the oil (detected oil temperature) at the time of starting the electric pump has been described as an example.
  • a control table for low temperature may be always set regardless of the temperature of the oil.
  • a low temperature control table is always set at the first startup of the electric pump regardless of the temperature of the oil, and at the second and subsequent startups of the electric pump, the low temperature control table or You may comprise so that the control table for high temperature may be set.
  • the feedback control based on the deviation between the actual rotational speed and the steady rotational speed is performed in the steady rotational processing.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the feedback control based on the deviation may be performed.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the target rotational speed can be set as appropriate. For example, when the actual rotational speed of the motor reaches a rotational speed that is lower or higher than the feedback transition rotational speed by a predetermined rotational speed, transition from open loop control to feedback control, or the rotational speed of the motor is feedback transition rotational speed It may be configured to shift from the open loop control to the feedback control when the value reaches a predetermined range with the number as a center value. Furthermore, it may be configured to shift from the open loop control to the feedback control when the elapsed time since the start of the motor reaches a predetermined time.
  • control tables for low temperature and high temperature are prepared, but a plurality of types of control tables may be prepared.
  • the viscosity of the oil is estimated based on the oil temperature.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the viscosity of the oil is estimated based on other factors such as a load current value and an outside air temperature. You may comprise.
  • the numerical values such as the command rotation speed, the duty ratio, and the specified drive time exemplified in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately changed according to the characteristics of the electric pump, the type of oil, the required specifications, and the like.
  • the electric pump is not limited to an oil pump, and can be applied to other fluid pumps such as an air pump and a water pump.

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Abstract

本発明に係る電動ポンプ装置（１）は、オイルを吐出するオイルポンプ（１０）と、オイルポンプ（１０）を駆動するモータ（２０）と、モータ（２０）に供給される電流値を制御してモータ（２０）の回転を制御することで、オイルポンプ（１０）から吐出される流体の流量を制御する制御装置（３０）とを備え、モータ（２０）の起動時において、モータ（２０）の回転数が予め設定された目標回転数の近傍に達するまで、モータ（２０）に供給される電流値を所定の上限値以下に制限したオープンループ制御によりモータ（２０）を駆動し、モータ（２０）の回転数が目標回転数の近傍に達した場合は、当該回転数が定常回転数に維持されるようにしたフィードバック制御によりモータ（２０）を駆動するように構成した。

Description

電動ポンプ装置
　本発明は、電動式のモータにより駆動される電動ポンプ装置に関する。
　従来から、電動式のモータの回転により、冷却水や潤滑油、作動油などの媒体をエンジン各部（冷却対象部、潤滑対象部、作動対象部）に供給する電動ポンプが知られている。この電動ポンプの吐出量は、モータの回転数（回転速度）に依存して変化する。ここで、電動ポンプの定常運転時には、モータを定常回転に制御すべく、モータの実回転数を定常回転数に収束するようにしたフィードバック制御によりモータを駆動する技術が広く実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１４－２４１６５７号公報
　ところで、冷間始動時など流体の粘度が高い場合に電動ポンプを起動すると、その流体の粘性抵抗によってモータに過大な負荷が作用するおそれがある。そのため、電動ポンプの起動時に、モータをフィードバック制御すると、目標回転数との乖離に比例してモータに供給される電流が増大するので、モータに過電流が発生して定格出力を超えてしまうという問題が生じる。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、モータの過出力を抑制することのできる電動ポンプ装置を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明に係る電動ポンプ装置は、流体を吐出する流体ポンプと、前記流体ポンプを駆動するモータと、前記モータに供給される電流値を制御して前記モータの回転を制御することで、前記ポンプから吐出される流体の流量を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータの起動時において、前記モータの回転数が予め設定された目標回転数の近傍に達するまで、前記モータに供給される電流値を所定の上限値以下に制限したオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記モータの回転数が目標回転数の近傍に達した場合は、当該回転数が定常回転数に維持されるようにしたフィードバック制御により前記モータを駆動することを特徴とする。
　また、本発明に係る電動ポンプ装置において、前記制御装置には、前記モータに対する指令回転数が予め設定されており、前記オープンループ制御では、前記モータの指令回転数を段階的に増加させて、当該指令回転数に応じた電流値を前記モータに供給するように構成されることが好ましい。
　また、本発明に係る電動ポンプ装置において、流体の温度を検出する温度検出器を備え、前記モータの起動時において、前記温度検出器により検出された流体の温度が規定温度未満である場合は、前記オープンループ制御を相対的に長時間実行し、前記温度検出手段により検出された流体の温度が規定温度以上である場合は、前記オープンループ制御を相対的に短時間実行するように構成されることが好ましい。
　本発明によれば、電動ポンプの起動時において、モータの回転数が目標回転数の近傍に達するまでは、モータに供給される電流値を所定の上限値未満に制限したオープンループ制御によりモータを駆動するため、モータの起動時の負荷を軽減して、モータの出力を抑制することができ、その結果、冷間始動時など流体が相対的に高粘度であるときでも、電動ポンプを定格出力を超えることなく安定的に起動させることが可能となる。
　また、本発明において、オープンループ制御では、モータの指令回転数を段階的に増加させることで、流体ポンプの負荷を急激に増大させることなく、時間の経過とともに流体の温度を徐々に上昇させる（流体の粘性抵抗を徐々に低下させる）ことができ、電動ポンプ装置を効率よく起動することが可能となる。
　また、本発明において、流体の温度が規定温度未満である場合は、オープンループ制御を相対的に長時間実行してからフィードバック制御に移行し、流体の温度が規定温度以上である場合は、オープンループ制御を相対的に短時間実行してからフィードバック制御に移行することで、流体の物性（粘性抵抗）に応じた最適な制御を実行することができ、無駄な電力を消費することなく、モータを速やかに定常回転に至らせることが可能となる。
本実施形態に係る電動ポンプの概略構成を示すブロック図である。 電動ポンプの起動時における動作処理の流れを示すフローチャートである。 電動ポンプの制御テーブルの一例を示す模式図である。 電動ポンプを起動してからの経過時間に対する指令回転数及びデューティ比の変化の様子を示すグラフである。
　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る電動ポンプ１を図１に示しており、まず、この図１を参照して本実施形態に係る電動ポンプ１の概要構成を説明する。
　電動ポンプ１は、オイルを吐出するオイルポンプ１０と、オイルポンプ１０を駆動する駆動源としてのモータ２０と、モータ２０の回転を制御する制御装置（「ドライバ」とも称される）３０とを主体に構成される。電動ポンプ１では、モータ２０の回転数の高低に応じてオイルポンプ１０の吐出量（流量）が増減する。すなわち、モータ２０の回転数が高くなるほどオイルポンプ１０の吐出量は増加し、モータ２０の回転数が低くなるほどオイルポンプ１０の吐出量は減少する。
　オイルポンプ１０は、モータ２０の回転軸に接続されており、モータ２０から伝達される駆動力（回転力）により不図示のオイルタンクからオイルを吸入して外部（冷却系、潤滑系、作動系）へ吐出する。なお、オイルポンプ１０から外部へ吐出されたオイルは、オイルタンクに戻されて循環する。オイルポンプ１０は、例えば、互いに噛合する一対の歯車の回転に応じて流体を吐出する歯車ポンプや、インペラ（羽根車）の回転に応じて流体を吐出する遠心式ポンプなどが適用される。
　モータ２０は、例えば３相式のブラシレスＤＣモータであり、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルと、Ｎ極およびＳ極に磁化された永久磁石からなるロータとを備えている。モータ２０は、各相のコイルに対する通電が順次切り替えられることでロータが回転するように構成されている。なお、本例のモータ２０は、ホール素子等の位置検出素子を用いない、いわゆるセンサレスタイプのブラシレスＤＣモータであり、各コイルに発生される誘起電圧（逆起電力）を利用してロータの回転位置を検出して、それに基づいて得られた磁極位置情報から各相への通電を切り替える。なお、このようなＤＣブラシレスモータは従来から周知のものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　制御装置３０は、モータ２０を駆動する駆動回路３１と、駆動回路３１を制御するマイクロコンピュータ（以下簡略して「マイコン」と称する）３２とを備えて構成される。例えば、制御装置３０は、各種の電子・電気部品が実装された制御基板として構成されている。なお、制御装置３０又は該制御装置３０の一部は、電動ポンプ１と別体として構成されていてもよい。
　駆動回路３１は、モータ２０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応したスイッチング素子をバッテリ（電源）４０に並列に接続して構成されたドライバである。駆動回路３１のスイッチング素子は、上位装置のマイコン３２から送信されるモータ制御信号（ＰＷＭ信号）に基づきオン／オフ制御されることで、モータ２０に電流（３相の励磁電流）を供給して、モータ２０を回転駆動させる。なお、スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどが好適に用いられるが、他のトランジスタを用いてもよい。
　マイコン３２は、制御テーブル等に設定された指令回転数に応じたモータ制御信号（ＰＷＭ信号）を駆動回路３１に送信し、駆動回路３１の各相のスイッチング素子をオン／オフ制御することで、モータ２０をＰＷＭ制御する。そして、マイコン３２は、モータ制御信号のデューティ比を制御することで、モータ２０の各相のコイルに供給される電流値を制御して（モータ２０への印加電圧を擬似的に制御して）、モータ２０の回転数を増減する。すなわち、マイコン３２は、駆動回路３１に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を制御量として、モータ２０に供給される電流量（すなわち、モータ２０の回転数）を制御する。
　マイコン３２は、モータ２０の各相のコイルに発生した上記の誘起電圧（逆起電力）を入力としてモータ２０の実際の回転数（「実回転数」と称する）を検出する。また、マイコン３２には、オイルの温度を検出する油温検出器（油温センサ）５０が電気的に接続され、この油温検出器５０の検出情報が入力されるように構成されている。オイルは、その油温に応じて粘度が変化し、油温が低いほど粘度が高くなる（粘性抵抗が増加する）性質がある。そのため、本例における油温検出器５０は、オイルの温度に基づき、オイルの粘度（物性）を推定するための粘度推定手段として機能する。なお、油温検出器５０は、電動ポンプ１の内部に搭載されていてもよい。また、油温検出器５０は、接触式又は非接触式のいずれであってもよい。
　マイコン３２は、モータ２０の制御方式をオープンループ制御又はクローズドループ制御（フィードバック制御）に選択的に切り替えて、モータ２０を駆動する。マイコン３２は、電動ポンプ１の起動時に、オイルの温度が規定温度未満である場合は、モータ２０の回転数が予め設定された目標回転数（以下、「フィードバック移行回転数」と称する）に達するまで、オープンループ制御にてモータ２０を駆動する。オープンループ制御とは、予め設定された指令回転数（デューティ比）でモータ２０を駆動させる制御方式である。このオープンループ制御では、モータ２０の各相のコイルに供給される電流値が所定の上限値（定格電流値）を越えないように、指令回転数（モータ制御信号のデューティ比）を段階的に増加させて（徐々に増加させて）、モータ２０の回転数を徐々に上昇させていく。なお、オープンループ制御に用いられる各種情報は、制御装置３０の記憶部に設定された制御テーブルに記憶されている。なお、本実施形態では、上記の制御テーブルとして、オイルの温度（検出油温）が規定温度未満の場合に設定される低温用の制御テーブル（図３を参照）と、オイルの温度（検出油温）が規定温度以上である場合に設定される高温用の制御テーブル（図示省略）とが用意されている。低温用の制御テーブルが設定された場合には、フィードバック制御が相対的に長時間実行されるようになっている。一方、高温用の制御テーブルが設定された場合には、フィードバック制御が相対的に短時間実行されるようになっている。つまり、低温用の制御テーブルでは、高温用の制御テーブルと比べて、オープンループ制御によるモータ２０の駆動時間が長時間（例えば約１０倍の長さ）に設定されている。
　一方、マイコン３２は、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達した場合は、この実回転数を定常回転数に維持するようにしたフィードバック制御（実回転数と定常回転数との偏差が０となるようにしたフィードバック制御）にてモータ２０を駆動する。なお、マイコン３２は、電動ポンプ１の起動時に、オイルの温度が規定温度以上である場合は、フィードバック制御を相対的に短時間だけ実行し、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達したことを契機としてフィードバック制御に移行する。
　次に、本実施形態に係る電動ポンプ１の起動時の作用について、図２～図４を追加参照しながら説明する。図２は電動ポンプ１の起動時における動作処理の流れを示すフローチャート、図３は低温用の制御テーブルを示す模式図、図４は電動ポンプ１を起動してからの経過時間に対する指令回転数及びデューティ比（低温用の制御テーブルが設定された場合）の変化の様子を示すグラフである。なお、本フローチャートの処理は、所定の周期（例えば１０ｍｓ毎）で繰り返し実行される。
　まず、制御装置３０は、油温検出器５０により検出されたオイルの温度に応じた制御テーブル（低温用の制御テーブル又は高温用の制御テーブル）を設定する（ステップＳ１）。具体的には、制御装置３０は、油温検出器５０により検出されたオイルの温度が規定温度未満であるか否かを判定し、規定温度未満である場合には低温用の制御テーブルを設定し、規定温度以上である場合には高温用の制御テーブル（図示省略）を設定する。規定温度は、電動ポンプ１の特性や、オイルの種類、使用環境などに基づき設定される。なお、以下では、低温用の制御テーブル（図３）が設定された場合を例示して説明する。
　制御装置３０は、オイルの温度が規定温度未満である場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御テーブルを参照して、最初の指令回転数を設定する（ステップＳ２）。制御テーブルには、図３に示すように、モータ２０の指令回転数と、該指令回転数に対するデューティ比と、該指令回転数でのモータ２０の駆動時間（「規定駆動時間」と称する）との対応関係が規定されている。具体的に、制御装置３０は、制御テーブルから最初の指令回転数（１回目の指令回転数）を読み込んで、今回の指令回転数として５０ｒｐｍを設定する。なお、この制御テーブルには、指令回転数として、初期回転数（５０ｒｐｍ）からフィードバック移行回転数（１８００）ｒｐｍまでの回転数が設定されている。また、デューティ比は、モータ２０に供給される電流値が定格電流値（最大定格電流値）を超えない範囲で設定されている。
　続いて、制御装置３０は、制御テーブルを参照して、今回の指令回転数に応じたデューティ比を設定する（ステップＳ３）。具体的に、制御装置３０は、制御テーブルから１回目の指令回転数（５０ｒｐｍ）に対応するデューティ比を読み込んで、モータ制御信号のデューティ比として１８％を設定する。
　次いで、制御装置３０は、上記ステップＳ３で設定したデューティ比によるＰＷＭ制御に基づき、モータ２０を駆動する（ステップＳ４）。なお、前述したように、ＰＷＭ制御におけるデューティ比の大小は、モータ２０に供給される電流値の増減（すなわち、モータ２０の回転数の増減）に関係する。
　続いて、制御装置３０は、制御テーブルを参照して、今回の指令回転数でモータ２０を規定駆動時間だけ駆動したか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的に、制御装置３０は、モータ２０を今回の指令回転数（５０ｒｐｍ）で規定駆動時間（１０ｍｓ）だけ駆動したか否かを判定する。なお、本実施形態では、基本的には各指令回転数に対するモータ２０の規定駆動時間として１０ｍｓが設定されている。但し、図３，４に示すように、所定の指令回転数（１１００ｒｐｍ、１３５０ｒｐｍ、１７５０ｒｐｍ）であるときは、オイルの循環（入れ替え）を通じてオイルの昇温を促進させるため、規定駆動時間が相対的に長い時間に設定されている。このように上記所定の指令回転数になるまでは、指令回転数を微小時間（１０ｍｓ）毎に徐々に上昇させ、所定の指令回転数となったときに、モータ２０を相対的に長い時間に亘り駆動させることで、モータ２０の脱調や過負荷を防止しつつオイルの昇温を促進させるようにしている。
　制御装置３０は、モータ２０を規定駆動時間だけ駆動した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、上記ステップＳ２で設定した指令回転数がフィードバック移行回転数まで到達したか否かを判定する（ステップＳ６）。この段階において、指令回転数（最初の指令回転数：５０ｒｐｍ）はフィードバック移行回転数（１８００ｒｐｍ）に満たないため、ステップＳ２の処理に戻る。
　再びステップＳ２の処理に戻り、制御装置３０は、制御テーブルを参照して、次の指令回転数を設定する（ステップＳ２）。具体的に、制御装置３０は、制御テーブルから次の指令回転数（２回目の指令回転数）を読み込んで、今回の指令回転数として６０ｒｐｍを設定する。
　続いて、制御装置３０は、制御テーブルを参照して、今回の指令回転数に応じたデューティ比を設定する（ステップＳ３）。具体的に、制御装置３０は、制御テーブルから２回目の指令回転数（６０ｒｐｍ）に対応するデューティ比を読み込んで、モータ制御信号のデューティ比として２２．５％を設定する。
　次いで、制御装置は、上記ステップＳ３で設定したデューティ比によるＰＷＭ制御に基づき、モータ２０を駆動する（ステップＳ４）。
　続いて、制御装置３０は、制御テーブルを参照して、今回の指令回転数でモータ２０を規定時間だけ駆動したか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的に、制御装置３０は、モータ２０を今回の指令回転数（６０ｒｐｍ）で規定駆動時間（１０ｍｓ）だけ駆動したか否かを判定する。
　制御装置３０は、モータ２０を規定駆動時間だけ駆動した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、上記ステップＳ２で設定した指令回転数がフィードバック移行回転数まで到達したか否かを判定する（ステップＳ６）。この段階において、指令回転数（２回目の指令回転数：６０ｒｐｍ）はフィードバック移行回転数（１８００ｒｐｍ）に満たないため、再びステップＳ２の処理に戻る。
　以降、指令回転数がフィードバック移行回転数となるまで、ステップＳ２～Ｓ６の処理（オープンループ制御）が繰り返され、各回において設定された指令回転数に応じたデューティ比によるＰＷＭ制御によりモータ２０が駆動される。このような処理の過程で、オイルが循環されて、オイルポンプ１０の駆動部（ロータやインペラなど）との摩擦熱や、モータ２０やバッテリ４０、エンジン等の発熱により、オイルが加熱され油温が徐々に上昇する。このように油温の上昇に伴い、オイルの粘度が低下するので、ポンプ負荷が低減されることになる。
　制御装置３０は、指令回転数がフィードバック移行回転数となった場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達しているか否か、すなわち、モータ２０の実回転数が指令回転数に一致しているか否かを判定する（ステップＳ７）。一方、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達していない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達するまで、上記と同様に、ステップＳ２～Ｓ７の処理（オープンループ制御）を繰り返す。
　ここで、モータ２０の実回転数がフィードバック移行回転数に達した場合、オープンループ制御からフィードバック制御（クローズドループ制御）に切り替えて、定常回転処理を実行する（ステップＳ８）。定常回転処理では、モータ２０の実回転数と定常回転数（４５００ｒｐｍ）との偏差（回転偏差）に基づき、モータ２０の実回転数が定常回転数を維持するように、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御する（モータ２０に供給される電流値を制御する）。なお、前述のオープンループ制御が実行されている過程において、オイルは十分に温められているので、この段階でフィードバック制御（定常回転処理）に移行しても、モータ２０に流れる電流が定格電流値を超えるおそれはない。
　以上、本実施形態によれば、電動ポンプ１の起動時において、モータ２０の回転数がフィードバック移行回転数の近傍に達するまでは、モータ２０に供給される電流値を所定の上限値（定格電流値）未満に制限したオープンループ制御によりモータ２０を駆動するため、モータ２０の起動時の負荷を軽減して、モータ２０の出力を抑制することができ、その結果、冷間始動時などオイルが相対的に高粘度であるときでも、電動ポンプ１を定格出力を超えることなく安定的に起動させることが可能となる。
　また、本実施形態において、オープンループ制御では、モータ２０の指令回転数（デューティ比）を段階的に増加させることで、オイルポンプ１０の負荷を急激に増大させることなく、時間の経過とともにオイルの温度を徐々に上昇させる（オイルの粘性抵抗を徐々に低下させる）ことができ、電動ポンプ１を効率よく起動することが可能となる。
　また、本実施形態において、オイルの温度が規定温度未満である場合、オープンループ制御を相対的に長時間実行してからフィードバック制御に移行し、オイルの温度が規定温度以上である場合は、オープンループ制御を相対的に短時間実行してからフィードバック制御に移行することで、オイルの物性（粘性抵抗）に応じた最適な制御を実行することができ、無駄な電力を消費することなく、モータ２０を速やかに定常回転に至らせることが可能となる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。
　上述の実施形態では、電動ポンプの駆動源としてセンサレス三相ブラシレスＤＣモータを例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、例えば二相ブラシレスＤＣモータ等の他のＤＣモータであってもよく、また、必要に応じてホール素子等の位置検出素子（回転検出手段）を備えたＤＣモータを採用してもよい。
　また、上述の実施形態では、電動ポンプの起動時に、オイルの温度（検出油温）に応じた制御テーブル（低温用の制御テーブル又は高温用の制御テーブル）を設定する構成を例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、電動ポンプの起動時には、オイルの温度に関わらず、常に低温用の制御テーブルを設定するように構成してもよい。また、電動ポンプの最初の起動時には、オイルの温度に関わらず、常に低温用の制御テーブルを設定し、電動ポンプの２回目以降の起動時には、オイルの温度に応じて、低温用の制御テーブル又は高温用の制御テーブルを設定するように構成してもよい。
　また、上述の実施形態では、定常回転処理において、実回転数と定常回転数との偏差に基づくフィードバック制御を行っているが、この構成に限定されるものではなく、実電流値と定常電流値との偏差に基づくフィードバック制御を行うように構成してもよい。
　また、上述の実施形態では、モータの実回転数が目標回転数としてフィードバック移行回転数に達した場合に、オープンループ制御からフィードバック制御へ移行しているが、この構成に限定されるものではなく、目標回転数は適宜に設定が可能である。例えば、モータの実回転数がフィードバック移行回転数よりも所定回転数だけ低い回転数又は高い回転数に達した場合に、オープンループ制御からフィードバック制御へ移行、或いは、モータの回転数がフィードバック移行回転数を中心値とした所定範囲内に達した場合に、オープンループ制御からフィードバック制御へ移行するように構成してもよい。更には、モータの駆動を開始してからの経過時間が所定時間に達した場合に、オープンループ制御からフィードバック制御へ移行するように構成してもよい。
　また、上述の実施形態では、低温用及び高温用の二種類の制御テーブルが用意されていたが、更に複数種の制御テーブルが用意されていてもよい。
　また、上述の実施形態で示した各種の設定回転数（フィードバック移行回転数、定常回転数、指令回転数など）の数値は一例であり、電動ポンプの種類や機能、要求仕様、使用条件等に応じて適宜変更が可能である。
　また、上述の実施形態では、オイルの粘度を油温に基づき推定しているが、この構成に限定されるものではなく、負荷電流値や外気温などの他の要素に基づきオイルの粘度を推定するように構成してもよい。
　また、上述の実施形態で例示した指令回転数、デューティ比、規定駆動時間などの数値はあくまで一例であり、電動ポンプの特性やオイルの種類、要求仕様などに応じて適宜変更が可能である。
　なお、電動ポンプは、オイルポンプに限定されず、例えば、空気ポンプや水ポンプ等の他の流体ポンプに適用することもできる。
１　　電動ポンプ
１０　オイルポンプ
２０　モータ
３０　制御装置
３１　駆動回路
３２　マイクロコンピュータ
４０　バッテリ
５０　油温検出器

Claims (3)

  1. 　流体を吐出する流体ポンプと、
    　前記流体ポンプを駆動するモータと、
    　前記モータに供給される電流値を制御して前記モータの回転を制御することで、前記ポンプから吐出される流体の流量を制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、
    　　前記モータの起動時において、前記モータの回転数が予め設定された目標回転数の近傍に達するまで、前記モータに供給される電流値を所定の上限値以下に制限したオープンループ制御により前記モータを駆動し、
    　　前記モータの回転数が目標回転数の近傍に達した場合は、当該回転数が定常回転数に維持されるようにしたフィードバック制御により前記モータを駆動することを特徴とする電動ポンプ装置。
  2. 　前記制御装置には、前記モータに対する指令回転数が予め設定されており、
    　前記オープンループ制御では、前記モータの指令回転数を段階的に増加させて、当該指令回転数に応じた電流値を前記モータに供給することを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ装置。
  3. 　流体の温度を検出する温度検出器を備え、
    　前記モータの起動時において、前記温度検出器により検出された流体の温度が規定温度未満である場合は、前記オープンループ制御を相対的に長時間実行し、前記温度検出手段により検出された流体の温度が規定温度以上である場合は、前記オープンループ制御を相対的に短時間実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動ポンプ装置。
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