JP6354562B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、車両のウォータポンプ駆動用のモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device for driving a water pump of a vehicle.
水冷式エンジンでは、エンジンブロック等に設けられた冷却水の流路であるウォータジャケットに不凍液を添加した冷却水を循環させることにより、エンジンを冷却している。水冷式エンジンのエンジンブロックには、冷却水を循環させるためのウォータポンプが取り付けられており、ウォータポンプは、車両が備えるECU(Electronic Control Unit)によって供給電力が制御されるポンプ駆動用モータによって駆動される。 In a water-cooled engine, the engine is cooled by circulating cooling water with antifreeze added to a water jacket that is a flow path of cooling water provided in an engine block or the like. A water pump for circulating cooling water is attached to the engine block of the water-cooled engine, and the water pump is driven by a pump driving motor whose supply power is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) provided in the vehicle. Is done.
冷却水はエンジンを冷却するためのものなので、始動直後で暖機されていないエンジンでは、循環させる冷却水の流量は、暖機されたエンジンほどは要しない。特許文献1には、ポンプのインペラを通常時とは逆方向に回転させることによって、ポンプが吐出する冷却水の量を通常時よりも減少させる遠心ポンプの運転方法の発明が開示されている。 Since the cooling water is for cooling the engine, the flow rate of the cooling water to be circulated is not as high as that of the engine that has been warmed up in an engine that has not been warmed up immediately after starting. Patent Document 1 discloses an invention of an operation method of a centrifugal pump in which the amount of cooling water discharged from the pump is reduced as compared with the normal time by rotating the impeller of the pump in a direction opposite to the normal time.
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、インペラを逆転させる場合よりも冷却水の吐出量が少なくなる制御及びインペラを逆回転させる場合と正回転させる場合とでの中間の吐出量が考慮されていないという問題点があった。 However, in the invention described in Patent Document 1, the amount of cooling water discharged is less than when the impeller is reversed, and an intermediate discharge amount between the case where the impeller is reversely rotated and the case where the impeller is rotated forward is considered. There was no problem.
前述のように、始動直後のエンジンでは、冷却水を積極的に循環させてエンジンを冷却する必要はなく、特許文献1に記載の発明のように、ウォータポンプのインペラを逆転サせた場合の冷却水の吐出量も過剰な場合がある。 As described above, in the engine immediately after starting, it is not necessary to cool the engine by actively circulating the cooling water, as in the invention described in Patent Document 1, when the impeller of the water pump is reversed. The amount of cooling water discharged may also be excessive.
エンジンの冷却が必要ない場合であれば、ウォータポンプの作動を停止させることも考えられるが、エンジンの冷却水の循環を停止させると、冷却水の温度が、エンジンの燃焼室近くの流路では高く、エンジンのその他の部位の流路では低くなるという現象が起こる。冷却水の温度は、冷却水の流路の一角に設けられた水温センサで検知されるが、上述のように、冷却水の温度が流路の部位によって異なると、ECUがエンジンを制御するための冷却水の温度の情報が的確に得られず、エンジンの制御に支障が生じるおそれがある。 If it is not necessary to cool the engine, it may be possible to stop the operation of the water pump. However, if the circulation of the cooling water in the engine is stopped, the temperature of the cooling water will be reduced in the flow path near the engine combustion chamber. There is a phenomenon that it is high and low in the flow path of other parts of the engine. The temperature of the cooling water is detected by a water temperature sensor provided at one corner of the flow path of the cooling water. However, as described above, if the temperature of the cooling water varies depending on the location of the flow path, the ECU controls the engine. Information on the temperature of the cooling water cannot be obtained accurately, and the engine control may be hindered.
従って、始動直後のエンジンでは、水温センサによる冷却水の温度の検知が的確に行われ得る冷却水の循環が担保されるように、ポンプ駆動用モータを制御する必要がある。 Therefore, in the engine immediately after starting, it is necessary to control the motor for driving the pump so as to ensure the circulation of the cooling water that can accurately detect the temperature of the cooling water by the water temperature sensor.
また、インペラを逆回転させるとウォータポンプからの冷却水の吐出量は少なくできるが、インペラを正回転させた場合のウォータポンプからの冷却水の吐出量とは隔たりがあり、吐出量を連続的に制御できないという問題点があった。 Also, if the impeller is rotated in the reverse direction, the cooling water discharge amount from the water pump can be reduced, but there is a difference from the cooling water discharge amount from the water pump when the impeller is rotated in the forward direction. There was a problem that it could not be controlled.
本発明は上記に鑑みてなされたもので、ウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a motor control device capable of continuously controlling the discharge amount of cooling water by a water pump.
前記課題を解決するために、請求項1に記載のモータ制御装置は、ウォータポンプを駆動する三相モータの無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて、前記三相モータのロータの回転位置を検出する検出部と、エンジン冷却水温が上昇するに従って前記三相モータが間欠的逆回転、連続的逆回転、低速正回転、及び高速正回転の順に回転し、低速正回転させる場合は、前記ロータの回転位置に応じていずれか1相のコイルを無通電にし、他の2相のコイルの一方のコイルから他方のコイルに通電された後、前記他方のコイルから前記一方のコイルに通電されるように駆動回路を制御する制御部と、を含んでいる。 In order to solve the above-described problem, the motor control device according to claim 1 is configured to rotate the rotor of the three-phase motor based on an induced voltage generated in a non-conducting phase coil of the three-phase motor that drives the water pump. When the detection unit for detecting the position and the three-phase motor rotates in the order of intermittent reverse rotation, continuous reverse rotation, low-speed normal rotation, and high-speed normal rotation as the engine coolant temperature rises, Either one phase coil is de-energized according to the rotational position of the rotor, and one coil of the other two phase coils is energized to the other coil, and then the other coil is energized to the one coil. And a control unit for controlling the drive circuit.
このモータ制御装置によれば、エンジンの冷却水の温度が上昇するに従ってウォータポンプを駆動するモータを間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転及び高速正回転の順に回転させるように駆動回路を制御する。 According to this motor control device, the motor driving the water pump is intermittently reverse-rotated, continuously reverse-rotated, low-speed normal rotation, and high-speed normal rotation in this order as the engine coolant temperature rises. Control the drive circuit.
モータを低速で正回転させる場合には、算出したロータの位置に応じて、3相のコイルのうち1の相のコイルを無通電にし、かつ他の2相のコイルのうち一方のコイルから他方のコイルへ通電した後、他方のコイルから一方のコイルへ通電する。通電したコイルに当該通電とは逆方向の電流を通電することにより、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺し、モータが低速で正回転できるようにしている。その結果、モータを間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転及び高速正回転させることが可能となり、ウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できる。 When the motor is rotated forward at a low speed, one of the three-phase coils is deenergized according to the calculated rotor position, and one of the other two-phase coils is switched from one coil to the other. After energizing one coil, the other coil is energized to one coil. By energizing the energized coil with a current in the opposite direction to the energized current, the current that continues to flow in the energized coil is canceled out so that the motor can rotate forward at low speed. As a result, the motor can be intermittently reversely rotated, continuously reversely rotated, low-speed normal rotation, and high-speed normal rotation, and the amount of cooling water discharged by the water pump can be controlled continuously.
請求項2に記載のモータ制御装置は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後の前記他方のコイルから前記一方のコイルへの通電は、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電よりも短時間である。 The motor control device according to claim 2 is the motor control device according to claim 1, wherein energization from the other coil to the one coil after energization from the one coil to the other coil is It is shorter than the energization from one coil to the other coil.
このモータ制御装置によれば、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺する逆方向の通電を短時間で行うことにより、モータを低速で正回転させることができる。 According to this motor control device, the motor can be rotated forward at a low speed by performing reverse energization in a short time to cancel out the current that continues to flow through the energized coil.
請求項3に記載のモータ制御装置は、請求項1又は2記載のモータ制御装置において、前記一方のコイルから前記他方のコイルへの通電後に前記他方のコイルから前記一方のコイルへ通電する制御により、前記無通電相のコイルに生じる誘起電圧の発生を軽減させる。 According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, after the energization from the one coil to the other coil, the energization from the other coil to the one coil is performed. The generation of the induced voltage generated in the non-conducting phase coil is reduced.
このモータ制御装置によれば、通電後のコイルに流れ続ける電流を相殺することにより、無通電の相の誘起電圧の発生を軽減でき、低速回転時に誘起電圧に基づくロータの位置の検出が容易となる。 According to this motor control device, by canceling the current that continues to flow through the coil after being energized, the generation of the induced voltage in the non-energized phase can be reduced, and the rotor position can be easily detected based on the induced voltage during low-speed rotation. Become.
請求項4に記載のモータ制御装置は、請求項1〜3のいずれか1項記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記エンジンが始動された直後は、前記三相モータを誘起電圧によって前記ロータの位置が検知可能となる回転速度まで連続的に逆回転させるように前記駆動回路を制御し、前記三相モータの回転が該回転速度に達した後は、前記三相モータのコイルに間欠的に通電させるように前記駆動回路を制御して前記三相モータを間欠的に逆回転させる。 A motor control device according to a fourth aspect of the present invention is the motor control device according to any one of the first to third aspects, wherein the control unit causes the three-phase motor to be driven by an induced voltage immediately after the engine is started. The drive circuit is controlled so as to continuously reversely rotate to a rotational speed at which the position of the rotor can be detected, and after the rotation of the three-phase motor reaches the rotational speed, the coil of the three-phase motor is The three-phase motor is intermittently reversely rotated by controlling the drive circuit so as to be energized intermittently.
このモータ制御装置によれば、エンジン始動直後は誘起電圧によるロータの位置検出が可能なるまでモータを連続的に逆回転させ、ロータの位置検出が可能なった後に、モータのコイルに間欠的に通電することにより、モータを間欠的に逆回転させることができる。 According to this motor control device, immediately after the engine is started, the motor is continuously reversely rotated until the rotor position can be detected by the induced voltage. After the rotor position can be detected, the motor coil is intermittently energized. By doing so, the motor can be intermittently reversely rotated.
図1は、本実施の形態に係るポンプ駆動用モータ10(以下、「モータ10」と略記)の分解斜視図である。図1に示されるように、モータ10は、ハウジング12と、ベース部材14と、ロータ16と、ステータ18と、制御基板20と、シールドカバー22と、ステータホルダ24とを備えている。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a pump drive motor 10 (hereinafter abbreviated as “
ハウジング12は、樹脂製とされている。このハウジング12は、板状のハウジング本体26と、ロータ16を収容する開口28Aを備えたロータ収容室28の周壁部30とを一体に有している。ハウジング本体26の一端部には、コネクタ32が設けられており、ロータ収容室28の周壁部30は、ハウジング本体26の中央部よりも他端部寄りの位置に円筒状に形成されている。
The
モータ10は、例えばエンジン冷却水を循環させるウォータポンプとして好適に用いられるものであり、ロータ収容室28は、ハウジング12が自動車のエンジンブロック等に取り付けられた場合に、エンジンブロックに形成されたポンプ室と連通される。
The
ベース部材14は、伝熱性が高く導電性を有する金属の一例として、例えば、アルミニウム合金製とされている。このベース部材14には、ロータ収容室28の底壁部31が形成されており、この底壁部31には、接合部38及びシャフト支持部40が形成されている。この接合部38及びシャフト支持部40は、それぞれ円筒状に形成されている。
The
接合部38は、シャフト支持部40の径方向外側に形成されると共に、周壁部30の先端部と同軸上に形成されている。この接合部38は、ロータ収容室28側に突出しており、周壁部30の先端部における外周部と接合されている。この接合部38の内周部と周壁部30の先端部における外周部との間には、例えばOリング等のシール材が設けられている。
The
シャフト支持部40は、周壁部30の径方向内側に形成されており、ロータ収容室28の内部に突出されている。このシャフト支持部40の内側には、ロータ収容室28の軸方向に延びるシャフト44の一端が圧入されており、これにより、シャフト44は、シャフト支持部40に支持されている。
The
ロータ16は、ロータ収容室28に回転可能に収容されている。このロータ16は、軸受46を介してシャフト44に回転可能に支持されている。ロータ16は、永久磁石で構成されており、シャフト44の軸方向にインペラ部材48が設けられている。
The
インペラ部材48にはインペラ56が形成されている。インペラ56は、エンジンブロックのポンプ室に収容される。ポンプ室内でインペラ56が回転することにより、ポンプ室内に液体が流入されると共に、ポンプ室から液体が吐出される。なお、ロータ収容室28は、ポンプ室と連通されるので、ポンプ室36に液体が流入すると、ロータ収容室28は、液体で充満される。
An
ステータ18は、周壁部30の周囲に設けられており、この周壁部30を介してロータ16と径方向に対向されている。このステータ18は、環状のステータコアに巻装された巻線を有している。ステータ18の巻線に印加する電圧の極性を制御することによって、ステータ18にはいわゆる回転磁界生じる。ロータ16を構成する永久磁石が、ステータ18に生じた回転磁界に吸引又は反発することにより、ロータ16が回転磁界に追随して回転する。
The
制御基板20は、プリント基板等の基板本体64に複数の素子が実装されている。基板本体64は、底壁部31にロータ収容室28と反対側から重ね合わされている。なお、基板本体64は、底壁部31との間に例えば伝熱シートや伝熱ゲル等の介在物を介して底壁部31に重ね合わされていても良い。
The
シールドカバー22は、例えば鉄等の強磁性体により形成されている。このシールドカバー22は、上述の制御基板20及びベース部材14と後述するステータホルダ24の保持部76とを包囲する包囲部72と、制御基板20に対する底壁部31と反対側から制御基板20を覆う被覆部74とを有している。このシールドカバー22は、モータ10の外形部を形成している。
The
ステータホルダ24は、例えば鉄等の強磁性体により形成されている。このステータホルダ24は、円筒状の保持部76を有している。この保持部76は、ステータ18と包囲部72との間に設けられている。この保持部76の内周部に、巻線が巻回されたステータコアが圧入されることにより、ステータ18は、保持部76によって保持されている。
The
また、この保持部76におけるハウジング本体26側の端部には、この板状のハウジング本体26に沿って包囲部72に向けて延びる延長フランジ78が形成されている。さらに、上述のシールドカバー22の周縁部には、第1フランジ80が形成されており、ステータホルダ24の周縁部には、第2フランジ82が形成されている。この第1フランジ80及び第2フランジ82は、締結具等により互いに結合されている。なお、この第1フランジ80及び第2フランジ82は、シールドカバー22とステータホルダ24との接続部の一例である。
An
シールドカバー22及びステータホルダ24が互いに固定された際に形成される空間に、上述の制御基板20が収容されている。
The
制御基板20の基板本体64には、上述の延長フランジ78と同じ側に延びる延長部86が形成されている。保持部76の側方で延長フランジ78と延長部86との間に形成された空間には、基板本体64に実装されている素子よりも大型の電気部品90が配置されている。電気部品90は、例えば雑防素子とされており、基板本体64における底壁部側の面に実装されている。なお、ベース部材14には、底壁部31から延長部86と同じ側に延びる支持部92が形成されており、延長部86は、支持部92に重ね合わされている。
The
図2は、本実施の形態に係るモータ制御装置100の一例を示す概略図である。インバータ回路114は、イグニッションスイッチ124がオンになり、車載のバッテリ120から供給された電力をスイッチングし、モータ本体118のステータ18のコイルに印加する電圧を生成する。例えば、インバータFET114A,44DはU相のコイルに、インバータFET114B,44EはV相のコイルに、インバータFET114C,44FはW相のコイルに、各々印加する電圧を生成するスイッチングを行う。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the
インバータFET114A,114B,114Cの各々のドレインは車載のバッテリ120の正極に接続されている。また、インバータFET114D,114E,114Fの各々のソースはバッテリ120の負極に接続されている。
The drains of the
本実施の形態では、モータ本体118のロータ16が回転によって生じる誘起電圧によりロータ16の回転速度及び位置(回転位置)を検出する。一般に、ブラシレスDCモータは、シャフト44と同軸に設けられたロータマグネット又はセンサマグネットの磁界をホール素子で検出し、検出された磁界に基づいてロータ16の回転速度及び位置(回転位置)を検出する。しかしながら、本実施の形態に係るモータ本体118は、エンジンのウォータポンプ128に用いられるので、ロータ16が収容されるロータ収容室28もエンジン冷却水が循環する構造のため、ロータの近傍にホール素子を配置することが難しいので、本実施の形態に係るモータ10では、ホール素子は使用せず、無通電の相のコイルに生じた誘起電圧によってロータ16の回転速度及び位置を検出する。
In the present embodiment, the rotational speed and position (rotational position) of the
誘起電圧は、ロータ16の回転に応じて変化する正弦波状のアナログ信号であるが、本実施の形態では、コンパレータを含む位置検出回路116により、矩形波状のパルス信号に変換してマイコン110に入力する。
The induced voltage is a sinusoidal analog signal that changes in accordance with the rotation of the
マイコン110は、位置検出回路116から入力された信号からロータ16の位置を算出し、算出したロータ16の位置と上位の制御装置であるECU122から入力された信号とに基づいて、インバータ回路114のスイッチングの制御に係るPWM(Pulse Width Modulation)制御のデューティ比を算出する。ECU122には、エンジンの冷却水の温度を検知する水温センサ126が接続されており、冷却水の温度が上昇するに従って、ウォータポンプ128の冷却水の吐出量が多くなるようにモータ本体118の回転速度を制御する。また、水温センサ126は、エンジンのウォータジャケット又はラジエータ等の冷却水の流路の一角に設けられている。
The
マイコン110によって算出されたデューティ比の信号は、プリドライバ112を介してインバータ回路114に出力され、インバータ回路114は当該デューティ比に基づいて電圧を生成し、モータ本体118のコイルに印加する。
The signal of the duty ratio calculated by the
図3は、本実施の形態に係るモータ10を用いたウォータポンプのインペラ56の動作の一例を示した概略図であり、(A)はインペラ56を正回転させた場合、(B)はインペラ56を逆回転させた場合を各々示している。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the operation of the
図3(A)に示したように、インペラ56を正回転させると、ポンプ室58内の冷却水の水分子60がインペラ56の羽根に当たり、吐出口58Aに向けて押し出される。また、図3(B)に示したように、インペラ56を逆回転させると、ポンプとしての効率はインペラ56を正回転させた場合よりも損なわれるので、インペラ56を正回転させた場合よりも少量の冷却水が吐出口58Aに向けて押し出される。
As shown in FIG. 3A, when the
従って、インペラ56の回転を正回転から逆回転に変更することにより、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量を変更することができる。さらに、インペラ56を間欠的に逆回転させることにより、インペラ56を連続的に逆回転させる場合よりもさらに少ない流量にすることが可能となる。
Therefore, the flow rate of the cooling water discharged by the water pump can be changed by changing the rotation of the
図4(A)はインペラ56を連続的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を、図4(B)はインペラ56を間欠的に逆回転させた場合のウォータポンプの流量を各々示している。図4(A)は、逆回転とはいえ、インペラ56を連続的に回転させているので、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量130は若干の変化はあるものの略一定であり、平均流量132から大きくは外れない。
4A shows the flow rate of the water pump when the
図4(B)では、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量134は、インペラ56が逆回転した「ON」の場合と回転を停止した「OFF」の場合とで大きく変化するが、結果として、平均流量136はインペラ56を連続的に逆回転させた場合よりも低くなる。
In FIG. 4B, the
図5は、インペラ56を間欠的に逆回転させる場合の、モータ10に印加するモータ印加電圧138とウォータポンプが吐出する冷却水の流量134と平均流量136とを対比させた概略図である。モータ印加電圧138を断続的に通電することで、インペラ56を間欠的に逆回転させ、平均流量136を抑制する。
FIG. 5 is a schematic diagram comparing the motor applied
図6は、冷却水を吐出する際の配管抵抗を流量と圧力の比で表したグラフである。図6に示したように、ウォータポンプが吐出する冷却水の流量が増えるに従って、高い圧力を要するようになり、配管抵抗が大きくなっている。本実施の形態では、流量が少ない場合には、ウォータポンプのインペラ56を間欠的に逆回転させ、流量が大きくなるに従って、インペラ56の回転を連続的な逆回転から、低速正回転、高速正回転に切り替えていく。低速正回転の場合には、モータ10に印加する電圧のデューティ比を小さくし、高速正回転の場合には、モータ10に印加する電圧のデューティ比を大きくする。
FIG. 6 is a graph showing pipe resistance when cooling water is discharged as a ratio of flow rate to pressure. As shown in FIG. 6, as the flow rate of the cooling water discharged from the water pump increases, a higher pressure is required, and the pipe resistance increases. In the present embodiment, when the flow rate is small, the
図7は、モータ10のU相コイル18UからV相コイル18Vへの通電においてインバータ回路114が動作したことにより、各相とGND間の電圧を示した概略図であり、(A)はインペラ56を高速正回転させる場合、(B)はインペラ56を低速正回転させる場合を各々示している。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the voltage between each phase and GND due to the operation of the
図7(A)に示したインペラ56を高速正回転させる場合は、モータ10に印加する電圧のデューティ比を大きくする場合である。図7(A)では、バッテリ120から供給された電力を、インバータFET114AをオンにしてU相コイル18Uに印加し、V相コイル18VとインバータFET114Eとを経由して接地させている。
When the
図7(A)の下段の表は上から順に、U相コイル18Uに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114A及びインバータFET114Dのスイッチング概念、V相コイル18Vに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114B及びインバータFET114Eのスイッチング概念、W相コイル18Wの電圧の変化を示している。
The lower table in FIG. 7A is, in order from the top, the switching concept of the
図7(A)表のU相コイル18Uに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114A及びインバータFET114Dのスイッチング概念では、インバータFET114Aが連続的にオンになっていることを示している。また、V相コイル18Vに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114B及びインバータFET114Eのスイッチング概念では、インバータFET114B及びインバータFET114Eが、交互にオンオフしていることを示している。
The switching concept of the
図7(A)では、インバータFET114Aが連続的にオンで、インバータFET114B及びインバータFET114EをPWM制御により断続的にオンオフさせている。U相コイル18Uに通電するためのスイッチングを行うインバータFETを連続的にオンにする一方で、V相コイル18Vに通電するためのスイッチングを行うインバータFETをPWM制御しているので、本実施の形態では、図7(A)のような場合を片側PWM駆動と呼称する。
In FIG. 7A, the
図7(A)において、電流140はインバータFET114Eがオンになった場合の電流である。電流140は、連続的にオンになっているインバータFET114Aを介してU相コイル18Uに流れ、さらにV相コイル18VとインバータFET114Eとを経由して接地領域に流れている。
In FIG. 7A, a current 140 is a current when the
図7(A)において、電流142は、インバータFET114Eがオフになり、インバータFET114Bがオンになった場合の電流である。電流142は、電流140が流れた影響によるものであり、インバータFET114Eがオフになっても、直前に流れた電流140の影響により、電流140と同一方向、すなわちU相コイル18UからV相コイル18Vへ電流を流そうとする起電力によるものである。
In FIG. 7A, a current 142 is a current when the
電流142は、インバータFET114Eがオフになっているので、接地領域には流れず、U相コイル18U、V相コイル18V、インバータFET114B、インバータFET114Aを構成された回路を循環するに留まる。しかしながら、後述するように、電流140,142によって、W相コイル18Wに生じる誘起電圧が影響されるというおそれがある。
Since the
図7(A)の場合、W相コイル18Wにはバッテリ120の電力は通電されていないので、図7(A)表の最下段の波形は、W相コイル18Wに発生した誘起電圧によるものである。
In the case of FIG. 7A, since the power of the
本実施の形態に係るモータ10は、前述のようにホール素子を用いず、バッテリ120の電力が通電されていない相のコイルに生じた誘起電圧を検出して、ロータ16の位置を検出する。しかしながら、図7(A)表の最下段のW相コイル18Wの電圧は、電流140,142の影響等により、小刻みに振幅が変化し、ロータ16の位置検出に至適な信号が抽出可能なタイミングが限られるおそれがある。
The
ロータ16の位置検出に至適な信号が抽出可能なタイミングが限られると、モータ10の回転速度が低速な場合ほどロータ16の位置検出が困難になりやすい。モータ10の回転速度が小さくなるほど、図7(A)に示したW相コイル18Wのような無通電のコイルが出現するタイミングが単位時間に対して少なくなるからである。従って、モータ10の回転速度が小さい場合、本実施の形態であれば、インペラ56を低速正回転させるような場合には、図7(A)に示した片側PWM駆動とは異なるPWM制御を要する。
If the timing at which an optimal signal for detecting the position of the
図7(B)に示したインペラ56を低速正回転させる場合は、モータ10に印加する電圧のデューティ比を小さくする場合である。図7(B)の下段の表は上から順に、U相コイル18Uに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114A及びインバータFET114Dのスイッチング概念、V相コイル18Vに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114B及びインバータFET114Eのスイッチング概念、W相コイル18Wの電圧の変化を示している。
When the
図7(b)表のU相コイル18Uに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114A及びインバータFET114Dのスイッチング概念では、インバータFET114A及びインバータFET114Dが、交互にオンオフしていることを示している。また、V相コイル18Vに通電するためのスイッチングを行うインバータFET114B及びインバータFET114Eのスイッチング概念では、インバータFET114Aがオンの場合にはインバータFET114Eが、インバータFET114Dがオンの場合にはインバータFET114Bがオンになることを示している。
The switching concept of the
図7(B)において、電流144はインバータFET114A及びインバータFET114Eがオンになった場合の電流である。電流144は、インバータFET114Aを介してU相コイル18Uに流れ、さらにV相コイル18VとインバータFET114Eとを経由して接地領域に流れている。
In FIG. 7B, a current 144 is a current when the
図7(B)において、電流146は、インバータFET114B及びインバータFET114Dがオンになった場合の電流である。電流146は、インバータFET114Bを介してV相コイル18Vに流れ、さらにU相コイル18UとインバータFET114Dとを経由して接地領域に流れている。電流146は、U相コイル18U及びV相コイル18Vにおいて電流144とは逆方向の電流である。
In FIG. 7B, a current 146 is a current when the
電流144は、U相コイル18U及びV相コイル18Vにおいて図7(A)の電流140と同一の方向に流れる電流であり、電流144が流れた結果、U相コイル18U及びV相コイル18Vには図7(A)の電流142と同様の電流が生じ得る。しかしながら、図7(B)では、電流144とは逆方向の電流146がU相コイル18U及びV相コイル18Vに流れるので、電流144に影響されて生じる図7(A)の電流142と同様の電流が相殺される。その結果、W相コイル18Wに生じる誘起電圧は、多少はスパイク波が生じるものの、顕著なノイズとなるFETのOFFで無通電相であるW相でかかる電源電圧が抑えられ、その結果、ロータ16の位置検出に至適な信号の抽出が容易となる。
The current 144 is a current that flows in the same direction as the current 140 of FIG. 7A in the
図7(B)は、電流144を通電した直後に電流144とは逆方向の電流146を通電することにより、電流144に起因して発生する電流を相殺し、インバータ回路114及びモータ10のコイルの電位を平衡にする。本実施の形態では、図7(B)に示した場合を平衡駆動と呼称する。 FIG. 7B shows that the current generated due to the current 144 is canceled by passing a current 146 in the direction opposite to that of the current 144 immediately after the current 144 is passed. To be balanced. In this embodiment, the case shown in FIG. 7B is referred to as balanced drive.
図8は、本実施の形態に係るモータ制御装置100におけるインバータFET114A〜114Fのゲートに印加される信号の一例を示した概略図であり、(A)は片側PWM駆動の場合、(B)は平衡駆動の場合を各々示している。なお、PWM周期150は、1のコイルから他のコイルを介して接地領域への通電するためのPWM制御に必要な周期で、図8では、U相コイル18UからV相コイル18Vを介して接地領域に1パルスを通電するためのPWM制御に要する周期である。本実施の形態では、PWM周期150は、略50μ秒である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a signal applied to the gates of the
図8(A)に示したように、U相コイル18Uへの通電に係るインバータFET114Aのゲートには連続的にハイレベルの信号が印加され、その結果、インバータFET114AはPWM周期150において連続的にオンになっている。また、V相コイル18Vの通電に係るインバータFET114Eのゲートにはデッドタイム152の直後にハイレベル信号が印加されてインバータFET114Eがオンになり、その結果、U相コイル18U及びV相コイル18Vには、図7(A)に示した電流140が流れる。なお、デッドタイム152は、直列に接続されたインバータFETが同時にオンにならないようにするために設けられた時間である。
As shown in FIG. 8A, a high level signal is continuously applied to the gate of the
その後、インバータFET114Eがオフになって、デッドタイム152が経過した後に、インバータFET114Bのゲートにハイレベル信号が印加されてインバータFET114Bがオンになる。その結果、U相コイル18U及びV相コイル18Vには、図7(A)に示した電流142が流れる。
Thereafter, after the
そして、W相コイル18Wの通電に係るインバータFET114C及びインバータFET114Fは、PWM周期150において共にオフであり、その結果、W相コイル18Wは無通電となる。
The
図8(B)に示したように、平衡駆動では、デッドタイム152経過後にインバータFET114A及びインバータFET114Eのゲートにハイレベル信号が印加されて、インバータFET114A及びインバータFET114Eがオンになる。その結果、U相コイル18U及びV相コイル18Vには、図7(B)に示した電流144が流れる。
As shown in FIG. 8B, in the balanced drive, a high level signal is applied to the gates of the
その後、インバータFET114A及びインバータFET114Eがオフになって、デッドタイム152が経過した後に、インバータFET114D及びインバータFET114Bのゲートにハイレベル信号が印加されて、インバータFET114D及びインバータFET114Bがオンになる。その結果、U相コイル18U及びV相コイル18Vには、図7(B)に示した電流146が流れる。
Thereafter, after the
そして、W相コイル18Wの通電に係るインバータFET114C及びインバータFET114Fは、PWM周期150において共にオフであり、その結果、W相コイル18Wは無通電となる。
The
前述のように、電流146は電流144とは逆方向なので、電流144の影響により、U相コイル18U及びV相コイル18Vに流れる電流を相殺することができる。その結果、電流144の通電に起因する無通電相の誘起電圧に生じるノイズを抑制することが可能となり、無通電相に生じた誘起電圧によるロータ16の位置検出が容易となる。
As described above, since the current 146 is in the opposite direction to the current 144, the current flowing through the
電流144の影響による電流を相殺するための電流146の通電時間は、図8(B)に示したように、電流144の通電時間よりも短時間でよい。電流144の通電時間に対する電流146の通電時間は、モータ10の仕様等によって異なるので、実機を用いた実験等を通じて具体的に決定する。
The energization time of the current 146 for canceling the current due to the influence of the current 144 may be shorter than the energization time of the current 144 as shown in FIG. Since the energization time of the current 146 relative to the energization time of the current 144 varies depending on the specifications of the
なお、図8(B)に示した平衡駆動は、ロータ16の位置検出が容易となる半面、図8(A)に示した片側PWM駆動の場合よりも頻繁にインバータFETをスイッチングするので、モータ10の回転速度が同じであれば、平衡駆動は電界放射ノイズが片側PWM駆動の場合よりも顕著になる。しかしながら、本実施の形態では、平衡駆動は、デューティ比が低い場合、すなわちモータ10の回転速度が低い場合に用いられる。従って、単位時間におけるインバータFETのスイッチング回数は少ないので、スイッチングによって放射される電界放射ノイズは実用上問題にならない。
Note that the balanced drive shown in FIG. 8B facilitates position detection of the
また、図7、図8では、U相コイル18U及びV相コイル18Vの通電について説明したが、V相コイル18V及びW相コイル18Wの通電並びにW相コイル18W及びU相コイル18Uの通電の場合も、同様なので、詳細な説明は省略する。図7、図8に示したような、3相のコイルのうち1の相のコイルを無通電にし、かつ他の2相のコイルのうち一方の相のコイルから他方の相のコイルへ通電する制御は、無通電の相のコイルに生じた誘起電圧から算出したロータ16の位置に応じて行われる。
7 and 8, the energization of the
以上のように、本実施の形態では、ウォータポンプの吐出量が大きくなるに従って、インペラ56を間欠的に逆回転、連続的に逆回転、正回転させていく。また、インペラ56を正回転させる場合も、ウォータポンプの吐出量が比較的少ない場合には、平衡駆動を行い、ウォータポンプの吐出量が多い場合には、片側PWM駆動を行う。
As described above, in the present embodiment, as the discharge amount of the water pump increases, the
図9は、本実施の形態に係るモータ制御装置100の制御の一例を示したフローチャートである。ステップ900では、車両のエンジンが始動されたか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ902で、水温センサ126が検知したエンジン冷却水の温度の情報を取得する。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of control of the
ステップ904では、モータ10を間欠的に逆回転させる。ただし、ステップ904では、モータ10が回転を開始した直後なので、最初に強制的に指定のコイルに電流を流しロータ16を特定の位置まで移動させ、低速の一定周期で順番に各相のコイルに電流を流す。そして、 電圧を徐々に上げながら連続的に逆回転させ、回転速度が上がり、誘起電圧によるロータ16の位置検出が可能になった場合に、各相のコイルに間欠的に通電して、モータ10を間欠的に逆回転させる。
In
ステップ906では、冷却水の温度が第1閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ908でモータ10を連続的に逆回転させる。ステップ906で否定判定の場合には、手順をステップ904に戻し、モータ10を間欠的に逆回転させる。
In
ステップ910では、冷却水の温度が第1閾値よりも高い第2閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ912でモータ10を平衡駆動によって正回転させる。ステップ910で否定判定の場合には、手順をステップ906に戻す。
In
ステップ914では、冷却水の温度が第2閾値よりも高い第3閾値以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ916でモータ10を片側PWM駆動によって正回転させる。ステップ914で否定判定の場合には、手順をステップ910に戻す。
In
ステップ918では、冷却水の温度が所定の範囲を超えて低下したか否かを判定し、否定判定の場合には、片側PWM駆動による正回転を継続する。ステップ918で肯定判定の場合には、ステップ920で車両のエンジンが停止されたか否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了する。ステップ920で否定判定の場合には、手順をステップ904に戻し、モータ10を間欠的に逆回転させる。
In
以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン冷却水の温度が上がるに従って、ポンプ駆動用モータの回転を間欠的に逆回転、連続的に逆回転、低速正回転、高速正回転に切り換える制御を行っている。かかる制御により、エンジンの温度に応じてウォータポンプによる冷却水の吐出量を連続的に制御できる。 As described above, according to the present embodiment, as the engine coolant temperature increases, the rotation of the pump drive motor is intermittently reversely rotated, continuously reversely rotated, low-speed normal rotation, and high-speed normal rotation. Switching control is performed. By such control, the discharge amount of the cooling water by the water pump can be continuously controlled according to the engine temperature.
10…ポンプ駆動用モータ、12…ハウジング、14…ベース部材、16…ロータ、18…ステータ、18U…U相コイル、18V…V相コイル、18W…W相コイル、20…制御基板、22…シールドカバー、24…ステータホルダ、26…ハウジング本体、28…ロータ収容室、28A…開口、30…周壁部、31…底壁部、32…コネクタ、36…ポンプ室、38…接合部、40…シャフト支持部、44…シャフト、46…軸受、48…インペラ部材、56…インペラ、58…ポンプ室、58A…吐出口、60…水分子、64…基板本体、72…包囲部、74…被覆部、76…保持部、78…延長フランジ、80…フランジ、82…フランジ、86…延長部、90…電気部品、92…支持部、100…モータ制御装置、110…マイコン、112…プリドライバ、114…インバータ回路、114A,114B,114C,114D,114E,114F…インバータFET、116…位置検出回路、118…モータ本体、120…バッテリ、122…ECU
124…イグニッションスイッチ、126…水温センサ、128…ウォータポンプ、130…流量、132…平均流量、134…流量、136…平均流量、138…モータ印加電圧、140,142,144,146…電流、150…PWM周期、152…デッドタイム
DESCRIPTION OF
124 ... Ignition switch, 126 ... Water temperature sensor, 128 ... Water pump, 130 ... Flow rate, 132 ... Average flow rate, 134 ... Flow rate, 136 ... Average flow rate, 138 ... Motor applied voltage, 140, 142, 144, 146 ... Current, 150 ... PWM period, 152 ... Dead time
Claims (4)
エンジン冷却水温が上昇するに従って前記三相モータが間欠的逆回転、連続的逆回転、低速正回転、及び高速正回転の順に回転し、低速正回転させる場合は、前記ロータの回転位置に応じていずれか1相のコイルを無通電にし、他の2相のコイルの一方のコイルから他方のコイルに通電された後、前記他方のコイルから前記一方のコイルに通電されるように駆動回路を制御する制御部と、
を含むモータ制御装置。 A detection unit that detects a rotational position of a rotor of the three-phase motor based on an induced voltage generated in a coil of a non-energized phase of the three-phase motor that drives the water pump;
As the engine coolant temperature rises, the three-phase motor rotates in the order of intermittent reverse rotation, continuous reverse rotation, low-speed normal rotation, and high-speed normal rotation in order of low-speed normal rotation, depending on the rotational position of the rotor The drive circuit is controlled so that any one phase coil is de-energized, and one coil of the other two-phase coils is energized to the other coil, and then the other coil is energized to the one coil. A control unit,
Including a motor control device.
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