(57)【要約】【課題】小型化しても十分な性能が確保できるとともに、脈動の発生を抑えた油圧ポンプを提供する。【解決手段】油圧ポンプを軸流ポンプによって構成した。【選択図】　　　図１
2004011445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ポンプによって構成されていることを特徴とする油圧ポンプ。
【請求項２】
前記軸流ポンプを駆動するモータを備え、当該モータがセンサレスブラシレスモータであることを特徴とする請求項１記載の油圧ポンプ。
【請求項３】
車載用であることを特徴とする請求項１又は２記載の油圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用等に適した油圧ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の駆動系や操舵系等（例えば、パワーステアリング、オートクラッチ、トランスミッション）には、油圧アクチュエータが用いられることがあり、この油圧アクチュエータを駆動するために油圧ポンプが使用される。従来の車載用の油圧ポンプとしては、ギヤポンプやベーンポンプといった体積型のポンプが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
油圧ポンプを自動車に搭載する場合、スペースの制約等から油圧ポンプを小型化することが求められ、さらに小型化しても性能が低下しないことが必要である。
また、近年の自動車用の油圧アクチュエータにあっては、高度な制御が要求されているが、体積型ポンプでは、油を増圧室に閉じこめることにより高圧を発生させるため、不連続な吐出脈動や騒音を発生しやすい。しかも、脈動が発生すると、脈動を考慮して油圧系（パイプの長さ等）の設計を行う必要があり、設計コストの増大を招いていた。また、脈動を減衰させるためには、アキュムレータ等が必要となり、必要なスペースの増大を招く。しかも、必要なスペースが増大すると、車載の際の配置の自由度が低下し、設計を困難にしていた。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、小型化しても十分な性能が確保できるとともに、脈動の発生を抑えた油圧ポンプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸流ポンプによって構成されていることを特徴とする油圧ポンプである。従来のギヤポンプやベーンポンプといった体積型ポンプでは、ギヤの噛み合い面、羽根とケーシングの摺動面等の摺動部分があるため効率が低下していたが、軸流ポンプの場合、摺動部分が少ないため高い機械効率が得られる。したがって、油圧ポンプを小型化しても必要なポンプ性能を確保することが可能である。また、軸流ポンプでは、油を連続的に高圧化するため、脈動の発生が抑えられ、例えば、この油圧ポンプを車載用にしても、車両に振動が発生することが防止できる。
【０００６】
また、本発明は、前記軸流ポンプを駆動するモータを備え、当該モータがセンサレスブラシレスモータであるのが好ましく、センサレスブラシレスモータは耐高温性に優れているため、高温環境にでも配置できる。特に、車載用とする場合には、エンジンルーム内などの高温環境下であっても配置できるため、レイアウトの自由度が高く、設計が容易である。また、センサレスブラシレスモータの起動性を良くしておくことで、油圧ポンプの停止状態から油圧アクチュエータが必要とする所定の作動圧（例えば、十数ＭＰａ）まで油圧が立ち上がる時間を短くできる。例えば、当該立ち上がり時間を０．２秒以下としておくことで、油圧アクチュエータの円滑な動作が達成でき、高精度な油圧制御を実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態に係る油圧ポンプ１を示している。この油圧ポンプ１は、電動モータによって駆動される電動油圧ポンプであり、しかも軸流ポンプとして構成されている。そして、この油圧ポンプ１は、車載用として適している。
【０００８】
油圧ポンプ１は、油の吸入口３と吐出口５とを有する筒状のハウジング７を備えている。前記吸入口３及び吐出口５には、それぞれ油圧配管が接続される。ハウジング７内には、羽根部９が設置され、ハウジング７外には、羽根部９を回転駆動するための電動モータ１１が取り付けられている。なお、電動モータ１１は、コネクタ１１ａを介して図示しない電源に接続される。
ハウジング７と電動モータ１１とは、電動モータ回転軸１３の軸方向に並設されている。ハウジング７と電動モータ１１とは略同径であり、両者７，１１を組み合わせた全体形状が円柱状となっている。
【０００９】
ハウジング７内には、油が前記軸方向に流れるための油路１５が形成されており、ハウジング７の軸方向一端側に設けられた吸入口３から流れ込んだ油は、ハウジング７内を軸方向に流れ、ハウジング７の軸方向他端側に設けられた吐出口５から流れ出す。ここで、吸入口３は、ハウジング７の軸方向一端面に設けられているが、吐出口５は、ハウジング７の外周面に設けられている。すなわち、吸入口３は、ハウジング７の軸方向に開口しているが、吐出口５は、ハウジング７の軸方向と直交する方向に開口している。したがって、ハウジング７内を軸方向に流れる油は吐出口５の近傍でカーブして吐出口５に向かう。なお、図１では、吐出口５が吸入口３より小さく描かれているが、同程度の大きさであるのが好ましい。
【００１０】
ハウジング７の軸方向他端面７ｂには、電動モータ１１の回転軸１３が挿通される孔１６が形成されている。電動モータ１１は、ハウジング７の軸方向他端側に設けられ、回転軸１３が前記孔１６を通って油路１５内に挿通されている。
【００１１】
前記羽根部９は、油路１５の中途部において、油路１５の長手方向に軸方向が向けられた軸部１７と、当該軸部１７の外周面上に設けられた螺旋羽根１９とを有しており、回転によって油を軸部１７の方向、すなわち油路１５の長手方向に送る軸流を発生する。つまり、このポンプ１は軸流ポンプである。この軸流ポンプは、ギヤポンプ・ベーンポンプといった体積型のポンプのようにギヤの噛み合い面、羽根とケーシングの摺動面等がなく、回転軸１３の軸受部以外に摺動部分がないため、約５％程度のより高い機械効率が達成でき、車載用に小型化しても必要な性能が確保できる。また、軸流ポンプでは、螺旋羽根１９によって流体を連続的に高圧化するため、吐出脈動の発生がなく、低振動・低騒音となる。
【００１２】
軸部１７は、油流の抵抗が少なくなるよう、その先端部１７ａが流線形に形成されている。また、軸部１７の後端部１７ｂも流線形に形成されており、この後端部１７ｂにおいても、油流の抵抗減少効果が得られている。このように、軸部１７の先端部１７ａと後端部１７ｂの両方を流線形にすることで、抵抗低減効果を一層高くすることができ、油流が安定してポンプ効率が向上する。なお、軸部１７の後端部１７ｂは、ハウジング７外に設けられた電動モータ１１から延設された回転軸１３と接続されている。また、孔１６から油が漏れ出すのを防止するため、孔１６にはメカニカルシールやゴムシール等のシール部材２１が設けられている。
【００１３】
ハウジング７には、動翼である羽根部９の他、羽根部９の回転によって渦が発生するのを防止するため静翼２３が設けられている。図１において、静翼２３は、羽根部９の上流側に設けられているが、下流側にも設けることができる。
【００１４】
本実施形態に係る油圧ポンプ１は軸流ポンプとして構成されており、軸流ポンプは高回転において高効率となることから、高回転・低トルクのモータを使用でき、小型・安価な油圧ポンプ１となる。
【００１５】
また、この油圧ポンプ１は、ハウジング７の径を羽根部９の大きさ程度まで小さくして、断面積を小さくすることができる。さらに、羽根部９の回転軸心１７ｂと電動モータ回転軸１３の回転軸心１３ａとが同軸状配置であるので、電動モータ１１を設けても径が大きくならない。特に、筒状のハウジング７と電動モータ１１とが同軸状に並設されているため、ポンプ全体形状が小径でシンプルとなっている。
【００１６】
図２は、電動モータ１１の概略構成図を示している。この電動モータ１１は、センサレスブラシレスモータであり、同期モータ３３とドライバ（起動制御装置）を備え、モータ３３の回転子の角度位置を検出するためのセンサはなく、ドライバによって同期モータ３３が直流モータと等価な特性を示すように、高効率で常に運転される。
【００１７】
電動モータ１１は、センサレスブラシレスであるため、高温によるブラシ摩耗やセンサの耐熱性を考慮することなく、高温環境下で長期間動作できるので、高温環境下か否かを問わず油圧ポンプ１を配置でき、しかも、油圧ポンプ１がコンパクトであるため、レイアウトの自由度が高い。
同期モータ３３は、電機子（回転子）８２と界磁巻線８１とを有する。同期モータ３３の界磁巻線８１には、３相のインバータ回路９１から所定周波数の交流電流が与えられる。界磁巻線８１の端部電圧は、電圧検出・波形補正回路１１０で検出され、検出された電圧は、後述するように、逆起電力による電圧波形成分を確認できるように波形補正がされる。
【００１８】
そして、補正された電圧波形は積分回路１１１において積分され、さらに方形波変換回路１１２で方形波に変換された後、位相差検出回路１０４の一方入力として与えられる。
一方、発振回路１０１（この発振回路１０１は、たとえばＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）で構成することができる。）の発振出力は、１２０゜通電波形発生回路１０２へ与えられて、同期モータ３３を制御するための１２０゜通電波形が生成される。この波形は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路１０６へ与えられ、その出力によってインバータ回路９１が制御される。
【００１９】
１２０゜通電波形発生回路１０２の出力から、電圧の位相が取り出されるようになっており、取り出された電圧位相は位相差検出回路１０４の他方入力として与えられる。位相差検出回路１０４は、方形波変換回路１１２の出力と１２０゜通電波形発生回路１０２の出力との２つの電圧の位相差を検出して出力する。その位相差は差動アンプ１０５で増幅されて発振回路１０１へフィードバックされる。これにより、発振回路１０１の発振周波数が制御される。
【００２０】
このようにして同期モータ３３の界磁巻線８１の端部電圧に現れる逆起電力が、インバータ９１の制御信号にフィードバックされるから、逆起電力が発生すると直ちにその逆起電力に基づいて１２０゜通電波形発生回路１０２の出力が調整されるので、同期モータ３３は起動開始後ごく短期間でコミュテーションモード（センサレスモード）になる。
【００２１】
なお、図２に示す回路では、速度設定信号に基づき、差動アンプ１０５の利得が制御される。つまり、同期モータ３３が見かけ上滑らかに加速できるよう、速度設定信号に差動アンプ１０５の利得が比例するようにされている。さらに、発振回路１０１の出力周波数と速度設定信号である設定周波数との差が減算器１０７で求められ、それが増幅器１０８で増幅されてＰＷＭ回路１０６へ与えられる。これにより、１２０゜通電波形発生回路１０２で発生される波形の波高値が制御される。
【００２２】
図３は、電圧検出・波形補正回路１１０の具体例を示す回路図である。この回路１１０は、界磁巻線８１の端部電圧を検出するための電圧検出手段と、検出された電圧をインバータにより与えられる交流電流に基づく電圧波形の影響が小さくなるように補正する波形補正手段として機能する。図３に示すように、電圧検出・波形補正回路１１０は、たとえば３つの分圧抵抗素子１２１〜１２３と、アナログスイッチ１２４とを備える回路により構成できる。抵抗素子１２１，１２２は直列接続されており、抵抗素子１２１の一端は同期モータ３３の界磁巻線８１の端部に接続されている。また抵抗素子１２２の開放端は接地されている。これにより、抵抗素子１２１，１２２の抵抗比率で分圧された電圧が、界磁巻線８１の端部電圧として検出できる。そしてこの検出電圧は積分回路１１１へ与えられて積分波形となる。
【００２３】
この実施例では、抵抗素子１２２に並列に抵抗素子１２３が接続されている。そして抵抗素子１２３は任意のタイミングで接続されたり、切り離されたりできるように、アナログスイッチ１２４を介して接続されている。アナログスイッチ１２４は、例えば、ＭＯＳトランジスタ等の無接点スイッチで構成されている。そしてアナログスイッチ１２４は、インバータ９１の切換信号（ＰＷＭ回路１０６から与えられる信号）により切り換えられる。
【００２４】
かかる構成により、アナログスイッチ１２４のオン，オフにより、電圧検出回路の分圧比が変化するので、インバータ９１から同期モータ３３に電流が与えられる期間だけ、アナログスイッチ１２４をオンすることにより、抵抗の分圧比を変えて、インバータ９１から出力される電流に基づく電圧波形の影響を小さくすることができる。
【００２５】
図４ａに示すように、同期モータ３３の起動時には、インバータ９１から、周波数の低い交流電流が界磁巻線８１に供給され、電機子（回転子）８２が引き込まれて回転が開始する。電機子８２が回転すると、逆起電力が生じ、逆起電力の振幅は電機子８２の回転上昇とともに大きくなる。界磁巻線８１の端部電圧は、インバータ９１から与えられる交流電流に基づく電圧波形と、逆起電力に基づく電圧波形との合成波形である（図４ｂ）。
【００２６】
この合成波形をそのまま積分回路１１１に与えても、合成波形全体に対する逆起電力波形が小さいため、逆起電力成分は積分波形にほとんど反映されない。ここで、インバータ９１から与えられる交流電流波形は、インバータ９１自身が出力している波形であって既知であるから、これを利用して波形補正手段としての回路１１０によって、合成波形からインバータ９１から出力される電流に基づく電圧波形の影響を小さくして、図４ｃのような逆起電力成分を明確にしている。つまり、ブラシレスモータにおいて、センサレス構成にするためには、逆起電力が大きくなり、その検出が容易になる必要があるが、従来のブラシレスセンサレスモータでは、このような状態（コミュテーションモード又はセンサレスモードと呼ばれる）になるまでに、数秒程度かかっており、例えば、家電製品であるエアコン等に組み込まれたブラシレスセンサレスモータでは速いものでも２秒程度かかっていた。
【００２７】
これに対し、本実施形態では、同期モータ３３起動時の、電機子８２の回転速度が遅い状態でも、逆起電力成分の位相差（進み位相）をインバータ９１への制御信号に反映させることができ、起動直後の短時間のうちに、同期モータ３３をコミュテーションモード（センサレスモード）にすることができ、コミュテーションモードまでの時間を従来の数十分の一に短縮することができた。
【００２８】
なお、図５に補正された出力波形の測定例を示す。図５の波形は、極数８極、最大出力３１５Ｗの同期モータに、電源電圧ＤＣ４２Ｖを用いた時の測定波形である。図５において、１パルスが６ｍｓｅｃであることから、回転数が、２，５００ｒｐｍであることがわかる。
なお、この波形は、図３に示す回路において、抵抗素子１２１（Ｒ１）が４０ｋΩ、抵抗素子１２２（Ｒ２）が２０ｋΩ、抵抗素子１２３（Ｒ３）が３．３ｋΩの回路を用いた場合の測定結果である。
【００２９】
以上のように、補正された電圧波形を積分回路１１１で積分することにより、逆起電力成分の位相進み具合が明確になり、それをフィードバック制御に活用することができる。
図６に、同期モータ３３の始動性の測定結果を示す。この図は、通電してから、何秒で同期モータが最大回転数になるかを、横軸に時間、縦軸に回転数をとって表したものである。測定の結果、このブラシレスセンサレスモータ装置は、約０，０６秒でコミュテーションモード（センサレスモード）になることが確認できた。なお、これは無負荷試験の結果であるが、ポンプに負荷を与えたとしても、時間遅れが発生するので、立上がり時は無負荷条件での評価で代表することができる。
【００３０】
前述のブラシレスセンサレスモータで油圧ポンプ１を駆動することで、アキュムレータ等の特別な機械的油圧保持供給手段を設けることなく、車両に搭載された油圧アクチュエータの動作のために、油圧ポンプ１が停止状態から油圧アクチュエータ動作に必要な所定油圧までの立ち上げ時間が短縮される。具体的には、ポンプ停止状態から所定油圧（十数ＭＰａ程度）までの立ち上がり時間として、油圧アクチュエータの高速かつ高精度な動作のために要求される０．２秒以下の性能を得ることができた。また、さらに高度な制御にも対応する０．１秒以下の性能をも得ることができた。
【００３１】
しかも、前述のように油圧ポンプ１を軸流ポンプとして吐出脈動の発生を防止したという点からもアキュムレータ等を設ける必要がなくなり、本実施形態によると、コンパクトな構成によって高精度の制御が可能となっている。
【００３２】
図７は、本実施形態に係る油圧ポンプ１の車両への搭載例を示している。油圧ポンプ１と当該油圧ポンプ１によって駆動される油圧アクチュエータ２５との間にはバルブ２６が介在している。油圧ポンプ１によって駆動される油圧アクチュエータは、操舵系、駆動系、ミッション系、制動系などで用いられるものがあり、具体的には、車両の操舵機構（油圧式パワーステアリング）に操舵補助力を与えるもの、車両のオートクラッチを作動させるもの、又はトランスミッション（Ａ／Ｔ、ＣＶＴトランスミッション）等である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によると、油圧ポンプが軸流ポンプによって構成されており、軸流ポンプの場合、摺動部分がないため高い機械効率が得られる。したがって、油圧ポンプ小型化しても必要なポンプ性能を確保することが可能である。また、軸流ポンプでは、油を連続的に高圧化するため、脈動の発生が抑えられ、例えば、この油圧ポンプを車載用にしても、車両に振動が発生することが防止できる。
また、軸流ポンプを駆動するモータがセンサレスブラシレスモータである場合には、センサレスブラシレスモータが耐高温性に優れているため、高温環境にでも配置できる。特に、車載用とする場合には、エンジンルーム内などの高温環境下であっても配置できるため、レイアウトの自由度が高く、設計が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧ポンプの断面図である。
【図２】センサレスブラシレスモータの概略構成図である。
【図３】電圧検出・波形補正回路の具体例を示す回路である。
【図４】波形が補正されることを説明する波形図である。
【図５】逆起電力による電圧波形成分を確認できるように波形補正された出力波形の測定例を示すグラフである。
【図６】センサレスブラシレスモータの始動性の測定結果を示すグラフである。
【図７】油圧ポンプの使用例の説明図である。
【符号の説明】
１　油圧ポンプ（軸流ポンプ）
１１　電動モータ（センサレスブラシレスモータ）
【図１】
2004011445.tif 000003
【図２】
2004011445.tif 000004
【図３】
2004011445.tif 000005
【図４】
2004011445.tif 000006
【図５】
2004011445.tif 000007
【図６】
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【図７】
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