(57)【要約】【課題】周囲に対するノイズの抑制及び発熱の抑制が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を駆動するモータＭのコイルＬに流れる電流の電流値を検出する電流検出部１０と、当該電流値が予め設定された値以上であり、且つ、当該予め設定された値以上の電流値が予め設定された時間以上継続する判定条件を具備するか否かを判定する判定部１１と、第１の電源ライン２と第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インバータ１２と、インバータ１２をＰＷＭ制御により駆動し、判定部１１により判定条件を具備すると判定された場合に、ＰＷＭ制御に用いるＰＷＭ信号のキャリア周波数を現在の周波数から所定周波数だけ低くしてＰＷＭ制御を行う通電制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動ポンプを駆動するモータのコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
検出された前記電流値が予め設定された値以上であり、且つ、当該予め設定された値以上の電流値が予め設定された時間以上継続する判定条件を具備するか否かを判定する判定部と、
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をＰＷＭ制御により駆動し、前記判定部により前記判定条件を具備すると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御に用いるＰＷＭ信号のキャリア周波数を現在の周波数から所定周波数だけ低くして前記ＰＷＭ制御を行う通電制御部と、
を備えるポンプ制御装置。
【請求項２】
前記通電制御部は、前記電流検出部により検出された電流値と前記予め設定された値との差異に応じて前記キャリア周波数を低くする請求項１に記載のポンプ制御装置。
【請求項３】
過熱保護対象となる部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記温度と当該温度が維持された時間との積の累積値を演算する演算部と、
前記累積値が予め設定された閾値を超えると予め設定された処理を行う処理部と、を更に備える請求項１又は２に記載のポンプ制御装置。
【請求項４】
前記予め設定された閾値が第１閾値であって、
前記通電制御部は、前記累積値が前記第１閾値より小さい第２閾値を超えた場合に前記ＰＷＭ制御を停止し、前記ＰＷＭ制御の停止中に前記温度が予め設定された温度閾値を下回った場合に前記ＰＷＭ制御を再開する請求項３に記載のポンプ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体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。このようなモータは、当該モータのコイルを流れる電流がスイッチング素子により制御され、駆動される。このようなスイッチング素子を用いてモータを駆動する技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載のスイッチングトランジスタの過熱保護装置は、定常状態にあってはスイッチング素子をデューティ制御することによりモータの回転数を制御し、スイッチング素子の温度が所定値以上となった状態にあってはスイッチング素子に印加する信号のデューティ比を１００％にしてモータに通電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、定常状態にあっては、スイッチング素子のデューティ制御に係るスイッチング周波数がノイズ源となる事があり、例えば周囲に配置される装置（ラジオ等）に影響を与えることがある。一方、スイッチング素子の温度が所定値以上となった状態にあっては、スイッチング素子に印加する信号のデューティ比を１００％にしてスイッチングロスを低減しているが、デューティ比を１００％にすることによりジュール熱が増加し、このジュール熱によりスイッチング素子の周囲に配置された電子部品（例えば電解コンデンサ）の寿命を短くしてしまう可能性もある。
【０００６】
そこで、周囲に対するノイズの抑制及び発熱の抑制が可能なポンプ制御装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るポンプ制御装置の特徴構成は、電動ポンプを駆動するモータのコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、検出された前記電流値が予め設定された値以上であり、且つ、当該予め設定された値以上の電流値が予め設定された時間以上継続する判定条件を具備するか否かを判定する判定部と、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をＰＷＭ制御により駆動し、前記判定部により前記判定条件を具備すると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御に用いるＰＷＭ信号のキャリア周波数を現在の周波数から所定周波数だけ低くして前記ＰＷＭ制御を行う通電制御部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、電動ポンプを駆動するモータのコイルに流れる電流が予め設定された以上であって、且つ、予め設定された時間以上継続した場合には、通電制御部はＰＷＭ信号のキャリア周波数を低下してＰＷＭ制御を行うので、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スイッチングする際のスイッチングロスの増大を抑制できる。したがって、ハイサイドスイッチング素子や、ローサイドスイッチング素子や、コイル等の発熱を低減することが可能となる。また、仮に周囲にノイズが生じている場合には、キャリア周波数を変更することによりスイッチング周期が変更されるため、スイッチングにより生じるノイズを抑制することができる。
【０００９】
また、前記通電制御部は、前記電流検出部により検出された電流値と前記予め設定された値との差異に応じて前記キャリア周波数を低くすると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、発熱の抑制効果が高いキャリア周波数を容易に設定することが可能となる。
【００１１】
また、前記ポンプ制御装置は、過熱保護対象となる部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度と当該温度が維持された時間との積の累積値を演算する演算部と、前記累積値が予め設定された閾値を超えると予め設定された処理を行う処理部と、を更に備えると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、累積値が予め設定された閾値を超えた場合には、例えば過熱保護対象の部品が劣化していることを示すような報知や警告を行ったり、電動ポンプの運転を停止するような処理を行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記予め設定された閾値が第１閾値であって、前記通電制御部は、前記累積値が前記第１閾値より小さい第２閾値を超えた場合に前記ＰＷＭ制御を停止し、前記ＰＷＭ制御の停止中に前記温度が予め設定された温度閾値を下回った場合に前記ＰＷＭ制御を再開すると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、累積値が第２閾値を超えた場合にＰＷＭ制御を停止するので、過熱保護対象の部品に対して寿命が著しく劣化するような温度衝撃を与えることを防止できる。また、ＰＷＭ制御の停止中に温度が予め設定された温度閾値を下回った場合にＰＷＭ制御を再開するので、過熱保護対象の部品に対して寿命が著しく劣化するような温度衝撃を与える可能性が低くなった場合には電動ポンプの運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】判定部による判定の一例を示した図である。
【図３】キャリア周波数の変更の一例を示した図である。
【図４】累積値が閾値（第１閾値）を超える形態を示した図である。
【図５】累積値に応じたＰＷＭ制御の停止及び再開の形態を示した図である。
【図６】キャリア周波数の変更に係る処理を示すフローチャートである。
【図７】過熱保護に係る処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るポンプ制御装置は、周囲に対するノイズの抑制及び発熱を抑制することが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。
【００１７】
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、電流検出部１０、判定部１１、インバータ１２、通電制御部１３、温度情報取得部１４、演算部１５、処理部１６の各機能部を備えて構成され、特に電流検出部１０、判定部１１、通電制御部１３、温度情報取得部１４、演算部１５、処理部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。
【００１８】
電流検出部１０は、電動ポンプＰを駆動するモータＭのコイルＬに流れる電流の電流値を検出する。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、モータＭは複数のコイルＬと複数の永久磁石（図示せず）とを有して構成され、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、永久磁石の磁束との間で作用する引力及び斥力により回転する。電流検出部１０は、このようなコイルＬに流れる電流の電流値を検出する。本実施形態では、電流検出部１０は、後述するインバータ１２の各アーム部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。電流検出部１０の検出結果は、後述する判定部１１に伝達される。
【００１９】
判定部１１は、検出された電流値が予め設定された値以上であり、且つ、当該予め設定された値以上の電流値が予め設定された時間以上継続する判定条件を具備するか否かを判定する。検出された電流値とは、電流検出部１０により検出されたモータＭのコイルＬを流れる電流の電流値である。予め設定された値とは、モータＭが高負荷状態となる時の電流値の値であり、定常運転をしている時の電流値よりも大きい電流値で設定される。この予め設定された値と、予め設定された時間とは、例えば保護対象となる電子部品の許容損失に応じて設定すると好適である。したがって、判定条件とは、「予め設定された値以上の電流値の電流が予め設定された時間以上継続してモータＭのコイルＬを流れた」ことを意味する。図２は、予め設定された値をＩ１とし、予め設定された時間をＴ１とした場合の判定条件を図示したものである。判定部１１は、電流検出部１０により検出されたモータＭのコイルＬを流れる電流の電流値が、Ｉ１を超え、且つ、当該Ｉ１を超えてからの時間がＴ１以上となったか否かを判定する。判定部１１の判定結果は、後述する通電制御部１３に伝達される。
【００２０】
インバータ１２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。
【００２１】
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１２はこのアーム部Ａを３組備える。
【００２２】
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１３とインバータ１２との間に設けられ、通電制御部１３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１２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つの端子及び上述した抵抗器Ｒに夫々接続される。
【００２３】
通電制御部１３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をＰＷＭ制御により駆動する。通電制御部１３は、ＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をドライバ８に出力する。これにより、インバータ１２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。
【００２４】
また、通電制御部１３は、判定部１１により判定条件を具備すると判定された場合に、ＰＷＭ制御に用いるＰＷＭ信号のキャリア周波数を現在の周波数から所定周波数だけ低くしてＰＷＭ制御を行う。判定条件とは、上述したように「予め設定された値以上の電流値の電流が予め設定された時間以上継続してモータＭのコイルＬを流れた」ことである。ＰＷＭ信号のキャリア周波数とは、ＰＷＭ信号の周波数を意味し、例えば２０ｋＨｚが相当する。したがって、通電制御部１３は、予め設定された値以上の電流値の電流が予め設定された時間以上継続してモータＭのコイルＬを流れた場合には、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を２０ｋＨｚから所定周波数（例えば数ｋＨｚ）だけ低いＰＷＭ信号を用いて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をＰＷＭ制御により駆動する。図３の（ａ）にはキャリア周波数を変更する前のＰＷＭ信号が示され、図３の（ｂ）にはキャリア周波数を変更した後のＰＷＭ信号の一例が示される。
【００２５】
この際、通電制御部１３は、電流検出部１０により検出された電流値と予め設定された値との差異に応じてキャリア周波数を低くすると好適である。具体的には、電流検出部１０により検出された電流値から予め設定された値を引いた値が大きい程、キャリア周波数の低減量を大きくし、電流検出部１０により検出された電流値から予め設定された値を引いた値が小さい程、キャリア周波数の低減量を小さくすると良い。これにより、モータＭが高負荷になる程、キャリア周波数を低くすることができ、インバータ１２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のスイッチングに伴う損失を低減することが可能となる。
【００２６】
温度情報取得部１４は、過熱保護対象となる部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する。過熱保護対象となる部品とは、環境温度に応じて寿命が変わる部品であり、例えば電解コンデンサや半導体を用いた部品が相当する。本実施形態では、電解コンデンサを例に挙げて説明する。基板とは例えばプラスチック基板である。プラスチック基板には、電解コンデンサの他に、サーミスタが実装され、温度情報取得部１４はサーミスタの出力を受けて、基板の温度を示す温度情報を取得する。温度情報取得部１４により取得された温度情報は、後述する演算部１５に伝達される。
【００２７】
演算部１５は、基板の温度と当該温度が維持された時間との積の累積値を演算する。基板の温度は、温度情報取得部１４から温度情報として演算部１５に伝達される。一方、当該温度が維持された時間は、演算部１５により計数される。演算部１５は、この計数結果と温度との積を累積して演算する。ここで、上記時間は、ポンプ制御装置１が構成された後、リセットすることなく継続して計数される。演算部１５の演算結果は後述する処理部１６に伝達される。
【００２８】
処理部１６は、累積値が予め設定された閾値を超えると予め設定された処理を行う。上述したように演算部１５により累積値が演算され、図４に示されるように累積値が閾値を超えると、処理部１６が所定の処理を行う。図４の例では、累積値が閾値を超えるまでは何ら処理を行わず、累積値が閾値を超えた以降に所定の処理を行う形態が示される。ここで、所定の処理とは、例えば車両等における定常運転状態とは異なる状態を示す処理であって、周囲に報知を行う処理であっても良いし、ユーザに警告を行う処理であっても良い。更にはモータＭの運転を中止する処理であっても良い。
【００２９】
ここで、上記予め設定された閾値を第１閾値とした場合、通電制御部１３は、累積値が第１閾値より小さい第２閾値を超えた場合にＰＷＭ制御を停止し、ＰＷＭ制御の停止中に温度が予め設定された温度閾値を下回った場合にＰＷＭ制御を再開するように構成すると好適である。このような制御形態が図５に示される。図５の上段に示されるように、電動ポンプＰの運転に伴い、温度が上昇する（図５の中段参照）。これに伴い、図５の下段に示されるように累積値が増加する。累積値が第１閾値よりも小さい値で設定された第２閾値を超えるまでは通電制御部１３によりＰＷＭ制御が行われるので、電動ポンプＰは運転される。
【００３０】
図５の下段に示されるように、累積値が第２閾値を超えると、通電制御部１３がＰＷＭ制御を停止する。これに伴い、電動ポンプＰの運転が停止される。この状態では、図５の中段に示されるように温度が低下する。この温度が所定の温度閾値まで低下すると、通電制御部１３がＰＷＭ制御を再開し、電動ポンプＰが運転を再開する。
【００３１】
ここで、電動ポンプＰの運転の停止中は、電動ポンプＰにより流体を流通させることができなくなるが、この場合には他の装置（例えば電気エネルギーを動力源としないメカポンプ等）により流体を流通させるように構成すると好適である。
【００３２】
次に、ポンプ制御装置１のキャリア周波数の変更に係る処理について図６のフローチャートを用いて説明する。モータＭの運転が開始されると（ステップ＃１：Ｙｅｓ）、電流検出部１０によりモータＭのコイルＬに流れる電流（モータ電流）の検出が行われる（ステップ＃２）。判定条件を具備する、すなわち「予め設定された値以上の電流値の電流が予め設定された時間以上継続してモータＭのコイルＬを流れた」場合には（ステップ＃３：Ｙｅｓ）、通電制御部１３はＰＷＭ信号のキャリア周波数を所定周波数だけ低下させてＰＷＭ制御を行う（ステップ＃４）。
【００３３】
キャリア周波数を低下させたＰＷＭ制御により所定値だけ温度が低下すると（ステップ＃５：Ｙｅｓ）、通電制御部１３はキャリア周波数を元に戻してＰＷＭ制御を行う（ステップ＃６）。継続してモータＭを運転する場合には（ステップ＃７：Ｎｏ）、ステップ＃２に戻って処理を継続し、モータＭの運転を終了する場合には（ステップ＃７：Ｙｅｓ）、処理を終了する。ステップ＃３において判定条件を具備しない場合（ステップ＃３：Ｎｏ）や、ステップ＃５においてキャリア周波数を低下させたＰＷＭ制御でも所定値だけ温度が低下しない場合（ステップ＃５：Ｎｏ）には、ステップ＃７から処理を継続する。ポンプ制御装置１は、このようなフローに沿ってキャリア周波数を変更する。
【００３４】
次に、ポンプ制御装置１の過熱保護に係る処理について図７のフローチャートを用いて説明する。モータＭの運転が開始されると（ステップ＃３１：Ｙｅｓ）、温度情報取得部１４が過熱保護対象となる部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する（ステップ＃３２）。演算部１５が基板の温度と当該温度が維持された時間との積の累積値を演算する（ステップ＃３３）。
【００３５】
累積値が予め設定された閾値を超えると（ステップ＃３４：Ｙｅｓ）、処理部１６が予め設定された処理を行う（ステップ＃３５）。継続してモータＭを運転する場合には（ステップ＃３６：Ｎｏ）、ステップ＃３２に戻って処理を継続し、モータＭの運転を終了する場合には（ステップ＃３６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。ステップ＃３４において累積値が予め設定された閾値を超えない場合には（ステップ＃３４：Ｎｏ）、ステップ＃３６から処理を継続する。ポンプ制御装置１は、このようなフローに沿って過熱保護を行う。
【００３６】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、モータＭがＹ結線の例を挙げて説明したが、Δ結線であっても適用可能である。また、インバータ１２を構成するスイッチング素子は、ハイサイドスイッチング素子ＱＨはＰ−ＭＯＳＦＥＴが用いられ、ローサイドスイッチング素子ＱＬはＮ−ＭＯＳＦＥＴが用いられるとして説明したが、他の構成であっても良い。
【００３７】
上記実施形態では、通電制御部１３は電流検出部１０により検出された電流値と予め設定された値との差異に応じてキャリア周波数を低くするとして説明したが、通電制御部１３は、例えば予め設定された一定値だけキャリア周波数を低くするように構成することも可能である。
【００３８】
上記実施形態では、ポンプ制御装置１は、温度情報取得部１４、演算部１５、及び処理部１６を備えるとして説明したが、ポンプ制御装置１は、温度情報取得部１４、演算部１５、及び処理部１６を備えずに構成することも可能である。
【００３９】
上記実施形態では、通電制御部１３は、累積値が第２閾値を超えた場合にＰＷＭ制御を停止し、ＰＷＭ制御の停止中に温度が予め設定された温度閾値を下回った場合にＰＷＭ制御を再開するとして説明したが、通電制御部１３は累積値に応じてＰＷＭ制御を停止したり再開したりしないように構成することも可能である。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
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：電流検出部
１１：判定部
１２：インバータ
１３：通電制御部
１４：温度情報取得部
１５：演算部
１６：処理部
Ａ：アーム部
Ｐ：電動ポンプ
Ｌ：コイル
Ｍ：モータ
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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