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전동펌프{Electric pump}
본 발명은 로터(rotor)와 스테이터(stator)가 비접촉으로 회전구동되는 형식의 전동모터와 액체펌프를 일체로 조합하여 구성되는 전동펌프에 관한 것이다.
이러한 전동펌프로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 전동펌프는 캔(can, 구획부재)(2)의 내부에 로터(5)를 수용하고, 이 캔(2)의 외측에 스테이터 코어부(8) 및 스테이터 코일(9)(스테이터)을 배치하여 구성되어 있다. 캔(2)은 액체펌프에 의해 흡입, 토출되는 액체가 구동축과 케이스의 간극을 통해 전동모터의 내부로 침입하지 않도록 하기 위해 설치되어 있고, 이 전동펌프는 캔드펌프(canned pump)라 칭해진다.
특허문헌 1 : 특개2001-280284호 공보
전동펌프의 로터에는, 예를 들어, 영구자석이 설치되어 있고, 이로 인해 로터는 스테이터 코일로부터의 전자력을 받아 회전하도록 되어 있다. 그러나 로터는 캔 내로 누출된 액체 내에 담겨 있으므로 액체 온도가 낮으면 액체 점도가 높아지고 액체 점성에 의한 구동 저항이 로터의 회전구동력보다 커지면 스테이터 코일에 대한 통전 제어에 따라 로터를 회전구동시키는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다는 과제가 있었다. 또한, 예를 들어, 액체를 승온시키기 위한 가열히터를 별도 전동펌프에 설치하는 방법도 생각할 수 있는 데, 이 방법을 채용한 경우에는 가열히터만큼 전동펌프가 대형화되거나 제조비용이 증대된다는 문제점이 새롭게 발생된다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 장치 전체를 대형화시키거나 제조비용을 증가시키지 않고, 액체 온도가 낮고 액체 점도가 높은 경우라도 구동시킬 수 있는 전동펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전동펌프(예를 들어 실시예에서의 전동오일펌프(1))는 브러쉬리스(brushless) 형식의 전동모터와 상기 전동모터에 의해 회전구동되는 액체펌프(예를 들어 실시예에서의 오일펌프(3))를 일체로 조합하여 구성되는 전동펌프로서, 상기 전동모터가 모터 케이스(예를 들면, 실시예에서의 모터 케이싱(10))와, 상기 모터 케이스의 내부에 형성된 케이스 내부공간(예를 들어, 실시예에서의 모터 수용실(12))에 배치되고 상기 모터 케이스에 의해 회전 자유롭게 지지가 된 모터 구동축(예를 들어, 실시예에서의 구동 샤프트(42))과, 상기 모터 구동축 상에 설치된 로터와, 상기 로터를 원주방향 바깥쪽으로부터 둘러싸서 대향하도록 상기 케이스 내부공간 내에 위치하여 상기 모터 케이스에 장착된 스테이터로 구성되고, 상기 스테이터에 대한 통전제어를 행하여, 상기 로터를 통해 상기 모터 구동축을 회전 구동시키는 제어를 행하는 통전제어수단(예를 들어, 실시예에서의 내부 컨트롤러(45))을 구비하고, 상기 통전제어수단이 상기 모터 구동축의 회전이 외부로부터 입력되는 회전지령을 따른 회전이 되도록 상기 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 통상제어모드(예를 들면, 실시예에서의 통상모드(U))와, 상기 통상제어모드에 의해 통전제어를 행할 때의 상기 스테이터의 발열효율보다도 높은 발열효율로 상기 스테이터를 발열시키도록 상기 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 발열제어모드(예를 들면, 실시예에서의 발열모드(H))를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상술한 전동펌프에 있어서, 상기 로터는 상기 스테이터와 대향하는 표면에 영구자석을 구비하여 구성되고, 상기 스테이터는 스테이터 코일을 구비하여 구성되고, 상기 통전제어수단은 상기 스테이터 코일에 대한 통전제어를 행하도록 구성되어 있고, 상기 발열제어모드는 상기 스테이터 코일의 저항을 R, 상기 스테이터 코일의 인덕턴스를 L, 상기 스테이터 코일에 인가되는 전압의 주파수를 f, 상기 스테이터 코일에 인가되는 전압의 실효 값을 V RMS , 상기 스테이터 코일에 흐를 수 있는 최대의 전류를 I max 라고 할 때, 식 을 만족하는 전압의 주파수 f 중에서, 대략 최소의 전압의 주파수 f가 되도록 상기 스테이터 코일에 대한 통전제어를 행하는 모드인 것이 바람직하다. 또한, 상기 액체펌프를 회전 구동시킴으로써 상기 액체펌프로부터 공급되는 액체의 온도를 검출하는 온도검출기를 구비하고, 상기 통전제어수단은 상기 온도검출기에 의해 검출되는 액체의 온도가 소정의 온도(예를 들면, 실시예에서의 기준온도(T L ))보다도 낮은 경우에, 상기 발열제어모드에 의해 상기 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전동모터의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출기(예를 들면, 실시예에서의 회전위치 검출기(44))를 구비하고, 상기 통전제어수단은 소정의 통전패턴으로 상기 스테이터에 통전되는 제어를 행하여, 상기 로터를 상기 통상제어모드에 의한 통전제어가 가능한 회전상태로 하는 기동제어모드(예를 들면, 실시예에서의 기동모드(K))를 추가로 구비하고 있고, 상기 통전제어수단은 상기 기동제어모드에 의한 통전제어를 행했을 때에 상기 회전속도 검출기에 의해 검출되는 상기 로터의 회전속도가 소정의 회전속도(예를 들면, 실시예에서의 기준회전속도(R O ))보다도 낮은 경우에 상기 발열제어모드에 의해 상기 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 것도 바람직하다. 또한, 상기 전동모터가, 상기 로터와 상기 스테이터가 대향하는 사이를 연장하며 상기 케이스 내부공간을 상기 모터구동축 및 상기 로터가 배치되는 로터측 공간과 상기 스테이터가 배치되는 스테이터측 공간으로 구분하는 구획부재(예를 들어, 실시예에서의 구획 케이스(30))를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전동펌프에서는, 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 통전제어수단이 회전지령에 따른 회전이 되도록 스테이터에 대한 통전제어를 행하는 통상제어모드와, 통상제어모드에 의해 통전제어를 행할 때의 스테이터의 발열효율보다도 높은 발열효율로 스테이터를 발열시키는 발열제어모드를 구비한다. 이 때문에, 액체온도가 낮고 액체점성에 의한 구동저항이 로터의 회전구동력보다도 큰 경우에 발열제어모드에 의한 통전제어를 행하면, 스테이터에서 효율적으로 발생시킨 열에 의해 전동모터 내의 액체를 승온시켜서 점도(액체점성에 의한 구동저항)를 저하시킬 수 있다. 따라서 가열히터 등을 추가하여 장치 전체를 대형화시키거나 제조비용을 증가시키지 않고, 액체온도가 낮고 액체점도가 높은 경우라도 전동펌프를 구동시킬 수 있다.
[도 1] 본 발명을 적용한 전동오일펌프를 나타내는 단면도이다.
[도 2] 상기 전동오일펌프에 이용되는 전동모터를 도 1 중의 II-II를 따라 나타내는 단면도이다.
[도 3] 상기 전동오일펌프에 이용되는 오일펌프를 도 1 중의 III-III을 따라 나타내는 단면도이다.
[도 4] 구동제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 5] 구동제어장치에 의한 구동제어를 나타내는 플로우차트이다.
[도 6] 구동제어장치에 의한 변형 예에 따른 구동제어를 나타내는 플로우차트이다.
[도 7] 구동제어장치에 의한 변형 예에 따른 구동제어를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 본 발명을 적용한 일례로서의 전동오일펌프(1)의 단면도를 나타내고 있고, 우선 이 도 1을 참조하면서 전동오일펌프(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예에서는 설명의 편의를 위해 각 도면에 부기하는 화살표로 전후, 좌우(도 1에서는 화살표를 나타내고 있지 않지만, 지면에 수직인 방향) 및 상하를 정의하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 차량에 설치된 탱크(예를 들면, 엔진오일 팬, engine oil pan)에 저장된 윤활유를 흡입하여 엔진 각 부로 이어지는 윤활유로로 토출하는 전동오일펌프(1)를 예시하고 있다. 전동오일펌프(1)는 회전구동력을 출력하는 교류형의 전동모터(2)와, 전동모터(2)에 의해 구동되어, 흡입한 윤활유를 윤활유로로 토출하는 오일펌프(3)와, 전동모터(2)의 구동제어를 행하는 구동제어장치(5)를 구비하여 구성된다. 전동모터(2)는 중심축이 앞뒤로 연장되는 대략 원통형상의 모터 수용실(12)을 갖는 모터 케이싱(10)과, 모터 케이싱(10)의 모터 수용실(12) 내에 내주면을 따라 배치된 스테이터(20)와, 대략 바닥이 있는 원통형상의 로터 수용실(31)을 갖고 스테이터(20)의 내주부에 배치된 구획 케이스(30)와, 구획 케이스(30)의 로터 수용실(31) 내에 회전 자유롭게 배치된 로터(40)를 구비하여 구성된다. 모터 케이싱(10)은 후방으로 개구하는 바닥이 있는 원통형상의 공간이 형성된 메인 모터 케이스(11)와, 이 메인 모터 케이스(11)의 후부에 바닥이 있는 원통형상의 공간을 덮어 조립된 서브 모터 케이스(80)로 구성된다. 이와 같이 서브 모터 케이스(80)에 의해 덮인 메인 모터 케이스(11)의 바닥이 있는 원통형상의 공간에 의해 상기 모터 수용실(12)이 형성된다. 또한, 서브 모터 케이스(80)는 후술하는 펌프 커버(90)가 후부에 조립되어, 기어 배치실(81)을 갖는 펌프 케이싱(70)을 구성한다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 서브 모터 케이스(80)는 모터 케이싱(10) 및 펌프 케이싱(70)에 겸용되는 것이다. 메인 모터 케이스(11)는 비자성체 재료를 이용하여 형성되고, 스테이터(20)나 로터(40)에서 발생하는 자력에 미치는 영향을 억제할 수 있도록 되어 있다. 도 2는 도 1 중의 II-II 부분의 단면을 나타내고 있고, 이 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 스테이터(20)는 메인 모터 케이스(11)의 내주면에 접합되어 장착되고, 단면이 대략 타원형으로 되어 직경방향 내측으로 연장되는 복수의 스테이터 코어(21)와, 스테이터 코어(21)를 둘러싸고 설치된 스테이터 코일(22)을 구비하여 구성된다. 메인 모터 케이스(11)의 내주면에 6개의 스테이터 코어(21)가 둘레방향을 따라 등간격으로 나열되도록 형성되어 있고, 각각의 스테이터 코어(21)에 스테이터 코일(22)이 설치되어 있다. 스테이터 코어(21)는 단면이 대략 직사각형이나 단면이 대략 원형으로 되어 직경방향 내측으로 연장되는 구성이어도 되고, 메인 모터 케이스(11)와 일체로 형성된 구성이어도 된다. 구획 케이스(30)는 후부가 개구된, 바닥이 있는 원통형상이며, 전부 중앙(front center, 바닥부 중앙)에 원통형상의 전측 샤프트 지지부(32)를 갖는다. 구획 케이스(30)는 비자성체 재료를 이용하여 형성되고, 스테이터(20)나 로터(40)에서 발생하는 자력에 미치는 영향을 억제하는 구성, 즉 스테이터(20)에서 로터(40)로의 전자력 전달을 방해하지 않는 구성으로 되어 있다. 구획 케이스(30)의 바닥부 중앙에 형성된 전측 샤프트 지지부(32)에 있어서, 후술하는 구동 샤프트(42)를 회전 자유롭게 지지한다. 구획 케이스(30)는 그 후단부가 서브 모터 케이스(80)의 전면에 형성된 링형상 볼록부에 끼워맞춤 접합하여 서브 모터 케이스(80)에 장착되고, 구획 케이스(30)의 내주측의 공간으로 이루어지는 로터 수용실(31)이 그 외측 공간과 액밀상태로 구획된다. 즉, 상기 모터 수용실(12)이 구획 케이스(30)에 의해 구획되어, 외주측 공간(스테이터측 공간이라 칭함)과 내주측 공간(로터 수용실(31)이지만, 이것을 로터측 공간이라고도 칭함)이 액밀상태로 구획 형성된다. 로터(40)는 원통형상으로 형성되어 그 중심축이 앞뒤로 연장되도록 배치된 로터 코어(41)와, 대략 직사각형 평판형상으로 형성되어 로터 코어(41)의 외주부에 장착된 복수의 영구자석(43)으로 구성된다. 이 로터(40)에는 로터 코어(41)의 중심부에 앞뒤로 구동 샤프트(42)가 삽입되어 장착되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 4개의 영구자석(43)을 로터 코어(41)의 둘레방향을 따라 등간격으로 나열되도록 장착하고 있다. 이들 영구자석(43)은 직경방향 외면의 자극(S극 또는 N극)이 이웃하는 영구자석(43)과 다르도록 배치되어 있다. 이 로터(40)는 구동 샤프트(42)의 전부(front part)가 전측 샤프트 지지부(32)에, 후부가 후술하는 서브 모터 케이스(80)의 후측 샤프트 지지부(83)에 각각 회전 자유롭게 지지가 되어, 회전축(C)을 회전 중심으로 하여 로터 코어(41), 구동 샤프트(42) 및 영구자석(43)이 일체 회전하도록 되어 있다. 구동제어장치(5)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 메인 모터 케이스(11)의 바닥부와 구획 케이스(30)의 바닥부 사이에 배치된 회전위치 검출기(44)와, 메인 모터 케이스(11)의 바닥부의 전측에 배치된 내부 컨트롤러(45)와, 내부 컨트롤러(45)와 마찬가지로 메인 모터 케이스(11)의 바닥부의 전측에 배치된 온도검출기(46)를 구비하여 구성된다. 회전위치 검출기(44)는, 예를 들어, 홀 소자(hall element)를 이용하여 구성되고, 로터(40)(영구자석(43))의 자극 및 자계 강도를 검출하고, 이 검출 결과에 대응한 검출신호를 내부 컨트롤러(45)로 출력한다. 온도검출기(46)는 전동모터(2)(메인 모터 케이스(11))의 온도를 검출하고, 이 검출 결과에 대응한 검출신호를 내부 컨트롤러(45)로 출력한다. 내부 컨트롤러(45)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전동모터(2)의 구동 제어에 관한 프로그램 정보를 기억하는 메모리(45a)와, 메모리(45a)에 기억된 프로그램 정보를 판독하여 실행하는 CPU(45b)를 구비하여 구성된다. 메모리(45a)에는 전동모터(2)를 기동시킬 때에 CPU(45b)에 의해 판독되어 실행되는 기동모드(K)에 관한 프로그램 정보, 및 기동 후에 CPU(45b)에 의해 판독되어 실행되는 통상모드(U)에 관한 프로그램 정보 등이 기억되어 있다. 그리고 CPU(45b)는 회전위치 검출기(44) 및 온도검출기(46)로부터 보내지는 검출신호에 대응하는 프로그램 정보를 메모리(45a)로부터 판독하고, 그 판독한 프로그램 정보(프로그램)를 상기 검출신호에 기초하여 실행하고, 그 실행 결과에 기초하여 스테이터 코일(22)에 대한 통전 제어를 행하여 전동모터(2)의 구동제어를 행한다. 또한, 이 전동오일펌프(1)가 탑재된 차량에는 엔진이나 전동오일펌프(1) 등을 총괄적으로 제어하는 외부 컨트롤러(100)가 설치되어 있고, 이 외부 컨트롤러(100)에서 내부 컨트롤러(45)로, 전동오일펌프(1)에 대한 회전 요구로서의 회전신호가 출력된다. 또한, 이 전동모터(2)는 동기모터(synchronous motor) 또는 이너로터형의 브러쉬리스 모터(inner rotor-type brushless motor)라고도 칭해진다. 오일펌프(3)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서로 평행한 회전축을 중심으로 하여 회전 자유롭게 설치되어 외접 맞물림하는 구동기어(50) 및 종동기어(60)와, 구동기어(50) 및 종동기어(60)를 수용 유지하는 펌프 케이싱(70)으로 구성된 외접 맞물림형 기어펌프이다. 펌프 케이싱(70)은 상술한 서브 모터 케이스(80)와, 그 후면에 접합되어 장착된 펌프 커버(90)로 구성된다. 서브 모터 케이스(80)에는 양 기어(50, 60)가 이끝 및 전후측면을 슬라이딩시키는 상태로 수용 유지되는 기어 배치실(81)이 후방으로 개구하여 형성되어 있다. 펌프 커버(90)는 이 기어 배치실(81)을 폐쇄하도록 세트 볼트(4)에 의해 나사체결되어 서브 모터 케이스(80)(전동모터(2))에 장착되어 있다. 구동기어(50)는 상술한 로터(40)를 구성하는 구동 샤프트(42)의 후단부 상에 연결 지지되어 있고, 로터(40)의 회전에 수반하여 구동 샤프트(42)와 일체로 되어 회전한다. 종동기어(60)는 구동 샤프트(42)에 평행하게 연장되어 배치되는 종동 샤프트(82) 상에 연결 지지되어 있고, 구동기어(50)의 회전에 따라 종동 샤프트(82)와 일체로 되어 종동 회전한다. 서브 모터 케이스(80)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 구동기어(50)의 이끝을 슬라이딩시키는, 평면상에서 볼 때 원호형상의 구동측 구획면을 가진 구동측 구획부(87)와, 종동기어(60)의 이끝을 슬라이딩접촉시키는, 평면상에서 볼 때 원호형상의 종동측 구획면을 가진 종동측 구획부(88)가 형성되어 있다. 펌프 케이싱(70)의 내부에 형성된 기어 배치실(81)은 양 기어(50, 60), 구동측 구획부(87) 및 종동측 구획부(88)에 의해 구획되고, 양 기어(50, 60) 좌측이 흡입실(84), 우측이 토출실(85)로 되어 있다. 펌프 커버(90)에는 서브 모터 케이스(80)에 장착된 상태에서 흡입실(84)에 연통하는 흡입구(91)와, 토출실(85)에 연통하는 토출구(92)가 형성되어 있다. 또한, 서브 모터 케이스(80)에는 흡입실(84)을 로터 수용실(31)에 연통시키는 연통공(89)(도 1 및 도 3 참조)이 형성되어 있다. 또한, 도 3에서의 II 부분의 단면을 도 1에서 나타내고 있다. 이와 같이 구성되는 오일펌프(3)에 있어서는 양 기어(50, 60)가 회전되면, 흡입실(84)에 작용하는 부압에 의해 탱크로부터 흡입구(91)를 통해 흡입실(84)로 윤활유가 흡입된다. 이와 같이 하여 흡입실(84)로 흡입된 윤활유는 양 기어(50, 60)의 이홈으로 들어가고, 이 상태에서 양 기어(50, 60)의 회전 이동에 의해 토출실(85)로 이송된 후, 토출실(85)로부터 토출구(92)를 통해 윤활유로로 토출된다. 이상, 여기까지는 전동 오일 펌프(1)의 전체 구성에 대하여 설명하였다. 그런데, 공급매체인 윤활유는 그 온도가 낮아짐에 따라 점도가 높아지므로, 특히 저온환경에서 전동오일펌프(1)를 사용할 경우, 윤활유의 점성에 의한 구동 저항이 전동모터(2)의 구동력보다도 커지고, 전동모터(2)의 구동 제어에 따라 오일펌프(3)를 회전 구동시키는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 전동오일펌프(1)에 있어서는 상술한 기동모드(K) 및 통상모드(U)에 덧붙여서 스테이터 코일(22)을 효율적으로 발열시키는 통전제어를 행하는 발열모드(H)에 관한 프로그램 정보를 내부 컨트롤러(45)의 메모리(45a)에 기억하고 있다(도 4 참조). 또한, 윤활유의 점성에 의해 오일펌프(3)의 회전 구동에 지장이 생기는지 여부를 판단하기 위한 기준온도(T L ), 및 전동모터(2)가 기동상태인지의 여부를 판단하기 위한 기준회전속도(R O ) 등의 정보도 내부 컨트롤러(45)의 메모리(45a)에 기억하고 있다. 여기서, 기준온도(T L ) 및 기준회전속도(R O )에 대하여 설명한다. 기준온도(T L )는 윤활유가 기준온도(T L ) 이상이면 전동모터(2)의 구동제어에 따라 오일펌프(3)를 회전구동시킬 수 있고, 한편 윤활유가 기준온도(T L ) 미만이면 전동모터(2)의 구동제어에 따라 오일펌프(3)를 회전구동시키는 것이 곤란하게 되는 온도이다. 기준회전속도(R O )는 통상모드(U)에 의한 통전제어가 가능한 회전상태에서의 로터(40)의 회전속도이다. 이어서, 구동제어장치(5)에 의한 전동오일펌프(1)의 구동제어에 대하여 도 5에 나타내는 플로우차트를 참조하면서 설명한다. 우선, 윤활유의 점성이 낮고 오일펌프(3)의 회전구동에 지장이 되는 상태가 아닌 상태, 즉 메인 모터 케이스(11)(윤활유)의 온도가 기준온도(T L )보다 높은 상태에서 전동오일펌프(1)가 사용되는 경우에 대하여 설명한다. 도 5에 나타내는 단계 S10에 있어서, 내부 컨트롤러(45)는 외부 컨트롤러(100)로부터 보내지는 회전신호의 입력의 유무를 판단한다. 전동오일펌프(1)에 대한 회전요구가 없고 회전신호의 입력이 없는 경우에는 이 흐름은 종료하고, 한편, 회전요구에 따른 회전신호의 입력이 있는 경우에는 단계 S20으로 진행한다. 단계 S20으로 진행하면, 내부 컨트롤러(45)는 온도검출기(46)로부터 보내지는 검출 결과(메인 모터 케이스(11)의 온도에 대응하는 검출 결과)를 입력하여 메인 모터 케이스(11)의 온도(검출온도(T))를 산출하고, 이것을 기억하여 단계 S30으로 진행한다. 단계 S30은 통전 제어에 따라 지장없이 전동모터(2)를 회전구동시킬 수 있는지의 여부를 검출온도(T)에 기초하여 판단하는 단계이며, CPU(45b)는 메모리(45a)에 기억된 기준온도(T L )를 판독하고, 이것을 단계 S20에서 기억한 검출온도(T)(메인 모터 케이스(11)의 온도)와 비교한다. 여기서는 메인 모터 케이스(11)의 온도가 기준온도(T L )보다 높은 상태이므로 이 단계 S30에서 검출온도(T)＞기준온도(T L )라고 판단하게 되어 단계 S40으로 진행한다. 단계 S40으로 진행하면 내부 컨트롤러(45)는 회전위치 검출기(44)로부터 보내지는 검출결과를 입력하여 로터(40)의 회전속도(R)를 산출하고, 이것을 기억하여 단계 S50으로 진행한다. 단계 S50에 있어서, 내부 컨트롤러(45)는 메모리(45a)에 기억된 기준회전속도(R O )를 판독하고, 이것을 단계 S40에서 기억한 로터(40)의 회전속도(R)와 비교한다. 비교의 결과, 회전속도(R)＜기준회전속도(R O ), 즉 로터(40)의 회전속도(R)가 기준회전속도(R O ) 미만으로, 전동모터(2)가 기동하지 않은 경우 또는 기동 중인 경우에는, 회전신호에 따른 회전제어(통상모드)를 실행하기 전에 단계 S51로 진행하고, 전동모터(2)를 기동시키는 제어(기동모드(K)에서의 제어)를 행한다. 단계 S51로 진행하면, CPU(45b)는 메모리(45a)에 기억된 기동모드(K)를 판독하고, 스테이터 코일(22)에 대하여 오픈 제어에 의한 통전제어, 즉 회전위치 검출기(44)로부터 보내지는 검출신호를 피드백시키지 않고 스테이터 코일(22)에 통전제어를 행한다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 6개의 스테이터 코일(22)을 대향하는 스테이터 코일(22) 끼리를 하나의 조로 하여 전체를 3개의 조로 나누고, 조마다 로터(40)를 회전시키고자 하는 방향으로 순서대로 오픈 제어에 의한 통전제어를 행한다. 이 통전제어에 의해 로터(40)는 스테이터 코일(22)로부터의 전자력이 작용하는 방향으로 동반회전하는 회전력을 받는다. 이때, 메인 모터 케이스(11)의 온도, 즉 윤활유의 온도가 기준온도(T L )보다도 높은 상태이기 때문에, 이 회전력을 받아서 로터(40)가 서서히 동반회전을 시작한다. 동반회전하는 로터(40)의 회전속도(R)가 기준회전속도(R O ) 미만인 상태에서는 단계 S50에서 단계 S51로 진행하여, 기동모드(K)에서의 제어를 반복하여 실행한다. 이와 같이 하여 동반회전할 때의 로터(40)의 회전이 회전위치 검출기(44)에 의해 검출되고, 내부 컨트롤러(45)는 회전위치 검출기(44)에서의 검출결과에 기초하여 로터(40)의 회전속도를 검출한다. 또한, 이 기동모드(K)에 의한 제어에서는 이하에 설명하는 통상모드(U)에서의 제어가 가능한 회전상태까지 로터(40)의 회전속도를 상승시키는 제어를 행한다. 이와 같이 단계 S51에서 규정하는 기동모드(K)에서의 제어를 반복하여 실행하면, 로터(40)의 회전속도가 서서히 상승한다. 그리고 로터(40)의 회전속도(R)가 기준회전속도(R O )를 초과할 때까지 상승하면, 단계 S50에서, 회전속도(R)＞기준회전속도(R O )라고 판단하여 단계 S52로 진행한다. 단계 S50에서 단계 S52로 진행하면 CPU(45b)는 메모리(45a)에 기억된 통상모드(U)를 판독하고, 스테이터 코일(22)에 대하여 피드백 제어에 의한 통전제어, 즉 회전위치 검출기(44)로부터 보내지는 검출신호(로터(40)의 회전속도)를 피드백시키면서 스테이터 코일(22)에 통전제어를 행한다. 구체적으로는 외부 컨트롤러(100)로부터 보내지는 회전신호에 대응하는 회전속도(지령속도)와, 회전위치 검출기(44)로부터 보내지는 검출신호에 대응하는 로터(40)의 회전속도(실제속도)를 비교하여, 실제속도가 지령속도가 되도록 스테이터 코일(22)에 통전제어를 행한다. 이 통상모드(U)에 기초한 통전제어에 의해, 통전제어에 따른 방향으로 로터(40)가 회전구동되어 구동 샤프트(42)가 회전구동되면, 양 기어(50, 60)가 맞물리면서 회전되어 흡입실(84)에 부압이 작용하고, 이 부압에 의해 탱크에 저장된 윤활유가 흡입구(91)를 통해 흡입실(84) 내로 흡입된다. 이 흡입된 윤활유는 양 기어(50, 60)의 치홈에 들어가 가두어진 상태에서 양 기어(50, 60)의 회전에 의해 토출실(85)로 보내진다. 이와 같이 하여 흡입실(84)에서 토출실(85)로 보내진 윤활유는 토출실(85)로부터 토출구(92)를 통해 엔진에 형성된 윤활유로로 토출되어 엔진 각 부의 윤활을 행한 후, 탱크로 되돌아간다. 이상과 같이 윤활유의 온도가 기준온도(T L ) 이상이고 윤활유의 점도가 오일펌프(3)의 회전구동에 지장을 주지 않는 정도까지 낮은 경우에는, 기동모드(K) 및 통상모드(U)에 의한 통전제어에 따라 오일펌프(3)를 회전구동시킬 수 있다. 그런데, 특히 저온환경에서 사용하는 경우로서, 윤활유의 온도가 기준온도(T L ) 미만이고 윤활유의 점성에 의한 구동저항이 전동모터(2)의 구동력보다도 큰 경우에는 기동모드(K) 및 통상모드(U)에 의한 통전제어에 따라 오일펌프(3)를 회전구동시키는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에서의 구동제어장치(5)에 의한 전동오일펌프(1)의 구동제어에 대하여 다시 도 5에 나타내는 플로우차트를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 상술한 윤할유의 온도가 기준온도(T L ) 이상이고 윤활유의 점도가 오일펌프(3)의 회전구동에 지장을 주지 않을 정도까지 낮은 경우와 중복하는 설명을 생략하고, 특징적인 구동제어를 중심으로 설명한다. 단계 S10에서 단계 S20으로 진행하면, 내부 컨트롤러(45)는 검출온도(T)(메인 모터 케이스(11)의 온도)를 기억하여 단계 S30으로 진행하는데, 이때 기억되는 검출온도(T)는 환경온도를 반영한 온도로서, 기준온도(T L )보다도 낮은 온도(검출온도(T)＜기준온도(T L ))이다. 따라서, 이 상태에서 기동모드(K)나 통상모드(U)에 의한 통전제어를 행해도 윤활유의 점성에 의한 구동저항이 전동모터(2)의 구동력보다 크기 때문에 오일펌프(3)를 회전구동시키기가 어렵다. 이러한 검출온도(T)를 기억한 경우, 기동모드(K)나 통상모드(U)에 의한 통전제어를 행하기 전에 윤활유의 온도를 상승시킴으로써 전동모터(2)의 회전구동의 지장이 되지 않을 정도까지 윤활유의 점도를 저하시키기 때문에, 단계 S30에서 단계 S31로 진행한다. 단계 S31로 진행하면 CPU(45b)는 메모리(45a)에 기억된 발열모드(H)를 판독하고, 스테이터 코일(22)에 대하여 오픈 제어에 의한 통전제어, 즉, 회전위치 검출기(44)에서 보내지는 검출신호를 피드백시키지 않고 스테이터 코일(22)에 통전제어를 행한다. 예를 들어, 6개의 스테이터 코일(22) 중의 3개에 대하여 로터(40)를 회전시키는 전자력을 발생시키도록 통전제어를 행하는 동시에, 나머지 3개에 대하여 그 로터(40)의 회전을 저지하는 전자력을 발생시키도록 통전제어를 행하여 로터(40)를 회전시키지 않도록 스테이터 코일(22)에 통전시킨다. 이와 같이 통전제어를 행하면, 로터(40)가 회전하지 않는 만큼 효율적으로 스테이터 코일(22)을 발열시킬 수 있다. 여기서, 발열모드(H)에 기초한 통전제어에 대하여 상세하게 설명한다. 우선 스테이터 코일(22)의 저항을 R, 인덕턴스를 L, 인가할 전압의 주파수를 f라 하면, 전동모터(2)의 임피던스(Z)는 이하의 식(1)로 나타내어진다. 또한, 스테이터 코일(22)에 흐르는 전류의 실효값 I RMS 는, 스테이터 코일(22)에 인가되는 전압의 실효값을 V RMS 라고 하면, 이하의 식(2)로 나타내어진다. 유효전력(열량) P는, 식(2)에서 나타낸 전류의 실효값 I RMS 를 이용하여, 이하의 식(3)과 같이 나타내어진다. 이 식(3)에서 알 수 있는 바와 같이, 을 작게 하면 그것에 따라 유효전력 P, 즉 스테이터 코일(22)의 발열량을 증대시킬 수 있다. 또한, 식(1)로부터 은 이하의 식(4)로 나타내어진다. 식(4)를 참조하면, R은 스테이터 코일(22)의 저항으로서 일정하기 때문에 2πf, 즉 주파수(f)를 작게 하면 을 작게 할 수 있고, 그에 따라 유효전력 P(스테이터 코일(22)의 발열량)를 증대시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 전동모터(2) 및 제어기판(내부 컨트롤러(45)가 실장되는 기판)에 흐를 수 있는 최대의 전류를 I max 라고 하면, 실효값 I RMS 의 최대값과 I max 의 관계는 이하의 식(5)와 같이 나타내어진다. 식(2) 및 식 (5)로부터 이하의 식 (6)이 성립하는 범위 내에서 주파수 f를 작게 한 통전제어를 행함으로써, 스테이터 코일(22)을 효율적으로 발열시킬 수 있다. 식(6)을 변형하면 이하의 식(7)이 얻어지고, 이 식(7)은 상기의 식(4)를 이용하여 이하의 식(8)과 같이 나타내어진다. 그리고 식(8)을 변형함으로써 이하의 식(9)가 얻어진다. 따라서, 이 발열모드(H)에 있어서는 식(9)를 만족하는 최소의 주파수 f가 되도록 전압인가제어를 행하여, 기동모드(K) 및 통상모드(U)에 의한 통전제어를 행할 때 보다도 높은 발열효율로 스테이터 코일(22)을 발열시킨다. 검출온도(T)가 기준온도(T L )를 초과할 때까지 단계 S30에서 단계 S31로 진행하여 발열모드(H)에 기초한 통전제어가 반복하여 실행되고, 스테이터 코일(22)이 발열한다. 이 스테이터 코일(22)에서 발생한 열이 구획 케이스(30)를 통해 로터 수용실(31) 내의 윤활유로 전달되어 윤활유의 온도를 상승시킨다. 여기서, 메인 모터 케이스(11)의 열용량은 윤활유의 열용량보다도 작기 때문에, 메인 모터 케이스(11)의 온도는 윤활유의 온도와 거의 같아지는, 즉 윤활유의 온도가 상승하면 그에 수반하여 메인 모터 케이스(11)의 온도도 상승한다. 이 때문에 온도검출기(46)에 의해 메인 모터 케이스(11)의 온도 상승을 검출함으로써, 윤활유의 온도 상승을 검출할 수 있다. 따라서, 내부 컨트롤러(45)는 온도검출기(46)에서 보내지는 검출 결과에 기초하여 윤활유의 온도상승을 검출할 수 있고, 검출온도(T)가 기준온도(T L )를 초과한 것을 검출하면 단계 S30에서 단계 S40으로 진행한다. 이 이후는 로터(40)의 회전속도(R)가 기준회전속도(R O )를 초과할 때까지 기동모드(K)를 실행한 후(단계 S51), 통상모드(U)로 전환하여 구동제어를 행한다(단계 S52). 또한, 구획 케이스(30)를 열전도성이 좋은 재료를 이용하여 형성하면, 스테이터 코일(22)에서 발생한 열을 효율적으로 로터 수용실(31) 내의 윤활유로 전달할 수 있어서 윤활유의 승온 효율을 높일 수 있다. 이와 같이 발열모드(H)에 의한 통전제어를 행하여 윤활유의 온도를 상승시킨 후에는 기동모드(K) 및 통상모드(U)에 의한 통전제어를 행함으로써도 스테이터 코일(22)이 발열하기 때문에 윤활유의 온도를 어느 정도 높은 상태로 유지할 수 있다. 이상 설명한 바와 같이 전동오일펌프(1)는 발열모드(H)에 기초하여 구성부품인 스테이터 코일(22)에 효율적으로 발열시키도록 통전제어를 행하여 윤활유를 승온시킴으로써 윤활유의 점도를 저하시킬 수 있다. 이 때문에 윤활유의 점성에 의한 구동저항이 전동모터(2)의 구동력보다도 큰 경우라도 확실하게 시동시킬 수 있다. 상술한 실시예에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 검출온도(T)가 기준온도(T L )보다도 낮은 경우에 검출온도(T)가 기준온도(T L )를 초과할 때까지 발열모드(H)를 반복하여 실행하는 구동제어에 대하여 설명하였으나, 이에 대신하여 도 6의 플로우차트에 나타내는 구동제어도 가능하다. 이하, 도 6에 나타내는 플로우챠트에 대하여 도 5에 나타내는 플로우차트와 다른 부분을 중심으로 설명한다. 또한, 도 5에 나타내는 단계와 동일한 내용을 나타내는 단계에는 동일 번호를 붙이고 있다. 도 6에 나타내는 플로우차트에 있어서는 단계 S30에 있어서 검출온도(T)＜기준온도(T L )라고 판단하여 단계 S31로 진행한 경우, 발열모드(H)를 실행하여 단계 S32로 진행한다. 여기서, 메모리(45a)에 소정시간(T H )이 기억되어 있고, 단계 S32에서 CPU(45b)는 이 소정시간(T H )을 판독하여 이것을 단계 S31에서의 발열모드(H)의 누적실행시간과 비교한다. 이 소정시간(T H )은 발열모드(H)를 반복하여 실행하면 윤활유를 확실하게 기준온도(T L )를 초과할 때까지 승온시킬 수 있는 시간으로, 실험적으로 측정하여 윤활유의 온도에 따라 설정되어 있다. 즉, 소정시간(T H )은 윤활유의 온도가 낮을수록 길어지도록, 윤활유의 온도에 따라 설정되어 있다. 이 때문에 단계 S30에서 단계 S31로 진행한 경우, 검출온도(T)에 따른 소정시간(T H )이 경과할 때까지 반복하여 발열모드(H)를 실행하여 윤활유를 기준온도(T L )를 초과할 때까지 확실하게 승온시킬 수 있다. 상술한 실시예(도 5 및 도 6)에서는 온도검출기(46)에 의해 메인 모터 케이스(11)의 온도를 검출함으로써 윤활유의 온도를 검출하고, 이 검출결과에 기초하여 전동모터(2)의 구동제어를 행하는 구성을 예시하여 설명하였으나, 이 구성에 대신하여 온도검출기(46)에 의해 로터 수용실(31) 내의 윤활유의 온도를 직접 검출하여 구동제어를 행하도록 해도 된다. 상술한 실시예에서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 온도검출기(46)에서 보내지는 검출신호를 기초로 하여 행하는 구동제어에 대하여 설명했으나, 예를 들어, 도 7에 나타내는 바와 같이, 온도검출기(46)를 이용하지 않고 구동제어를 행하는 것도 가능하다. 이하, 도 7에 나타내는 구동제어에 대하여 설명한다. 또한, 도 5에 나타내는 단계와 동일한 내용을 나타내는 단계에는 대응하는 도 5의 번호를 괄호로 나타내고 있다. 또한, 도 5 및 도 6의 설명과 중복되는 설명은 생략하고, 도 5 및 도 6과 다른 부분을 중심으로 설명한다. 도 7에 나타내는 구동제어에 있어서는, 단계 S150에서 통상모드(U)를 실행하는 동시에 통상모드실행 있음 플래그(flag)를 설정하고, 단계 S110에서 외부 컨트롤러(100)로부터의 회전신호의 입력 없음이라고 판단할 때까지 통상모드실행 있음 플래그를 유지한다. 이 통상모드실행 있음 플래그가 설정되어 있는지의 여부를 단계 S120에서 판단하는데, 이 흐름을 최초로 실행할 때에는 통상모드실행 있음 플래그가 설정되어 있지 않으므로 단계 S121로 진행하여 기동모드(K)를 실행한다. 여기서, 메모리(45a)에 소정시간(T K )이 기억되어 있고, 단계 S122에서 CPU(45b)는 이 소정시간(T K )을 판독하고, 이것을 단계 S121에서의 기동모드(K)의 누적실행시간과 비교한다. 이 소정시간(T K )은 윤활유의 온도가 기준온도(T L )보다 높은 소정의 온도인 경우에, 기동모드(K)를 반복하여 실행하면 로터(40)를 소정회전속도(R O )보다도 고속으로 회전시킬 수 있는 시간으로, 실험적으로 측정하여 설정되어 있다. 이 때문에, 윤활유의 온도가 기준온도(T L )보다 높은 경우에는 소정시간(T K )만큼 반복하여 단계 S121(기동모드(K))을 실행하면 로터(40)를 소정회전속도(R O )보다도 고속으로 회전시킬 수 있다. 이 경우에는 단계 S121을 소정시간(T K ) 만큼 반복하여 실행한 후, 단계 S130에서 단계 S140으로 진행하여 회전속도(R)＞기준회전속도(R O )라고 판단하여 단계 S150(통상모드(U))으로 진행한다. 한편, 윤활유의 온도가 기준온도(T L )보다 낮은 경우에는 윤활유의 점성에 의한 구동저항이 크기 때문에 소정시간(T K )만큼 반복하여 단계 S121을 실행해도 소정회전속도(R O )를 초과하는 회전속도(R)가 검출되지 않는다. 이 경우, 단계 S121을 소정시간(T K )만큼 반복하여 실행한 후, 단계 S130에서 단계 S140으로 진행하여 회전속도(R)＜기준회전속도(R O )인지의 여부를 판단한다. 이때에는 회전속도(R)＜기준회전속도(R O )라고 판단되므로 단계 S141(발열모드(H))로 진행한다. 단계 S141로 진행하면, 단계 S142에서 소정시간(T H )이 경과했다고 판단할 때까지 반복하여 발열모드(H)를 실행한 후 단계 S121로 되돌아가고, 다시 소정시간(T K )이 경과할 때까지 반복하여 기동모드(K)가 실행된다. 이 단계 S142에서, 온도검출기(46)를 사용하지 않기 때문에 윤활유의 온도에 따른 소정시간(T H )이 설정되지 않지만, 혹시 소정시간(T H )이 부족한 경우, 즉 윤활유의 승온이 불충분한 경우에는 단계 S121로 되돌아가서 기동모드(K)를 실행한 후, 다시 단계 S141을 실행하게 되므로 문제는 없다. 이와 같이 발열모드(H)를 반복하여 실행함으로써 윤활유가 승온되어 단계 S130에서 검출된 로터(40)의 회전속도(R)(여기서는 기동모드(K)를 실행했을 때의 회전속도(R))가 상승한다. 그리고 회전속도(R)가 기준회전속도(R O )를 초과했을 때, 이 회전속도(R)에 대응하는 검출신호를 받아 단계 S140에서 회전속도(R)＞기준회전속도(R O )라고 판단되므로 단계 S150(통상모드(U))으로 진행한다. 단계 S150으로 진행하면, 통상모드(U)에 기초한 통전제어를 실행하는 동시에 통상모드실행 있음 플래그를 설정한다. 이 때문에 이 이후는 단계 S110으로 되돌아가서 단계 S120으로 진행했을 때에 통상모드실행 있음 플래그가 설정되어 있다고 판단되므로 단계 S150으로 진행하여 통상모드(U)를 실행한다. 상술한 실시예에 있어서는 교류형의 전동모터(2)의 스테이터 코일(22)에 대하여 발열모드(H)에 의한 통전제어를 행할 때에 식(9)를 만족하는 최소의 주파수 f가 되도록 전압인가제어를 행하는 구성을 예시했으나, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 교류형의 전동모터(2) 대신에 직류형의 전동모터를 이용하고, 이 직류형의 전동모터의 스테이터 코일에 대하여 발열모드(H)에 의한 통전제어를 행할 때에, 통상모드(U)일 때의 공급전류보다도 큰 공급전류를 흐르게 하는 통전제어를 행하여, 통상모드(U)의 경우보다도 높은 발열효율로 스테이터 코일을 발열시키도록 해도 된다. 상술한 실시예에 있어서는 오픈제어에 의해 스테이터 코일(22)을 효율적으로 발열시키는 발열모드(H)에 대하여 설명하였으나, 오픈 제어 대신에 예를 들면, 피드백 제어에 의해 로터(40)를 회전시키지 않도록 스테이터 코일(22)에 통전제어를 행하여, 스테이터 코일(22)을 효율적으로 발열시키도록 해도 된다. 예를 들면, 스테이터 코일(22)에 발생하는 전자력과 영구자석(43)에서의 자력 사이에서 발생되는 반발력 및 흡착력을 로터(40)의 회전을 저지하도록 작용시키는 통전제어를 행한다. 상술한 실시예에 있어서는, 외접 맞물림형 기어펌프로 이루어지는 오일펌프(3)를 이용하여 구성되는 전동오일펌프(1)에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명하였으나, 다른 형태의 오일펌프를 이용하여 구성되는 전동오일펌프에도 본 발명을 적용 가능하다. 예를 들면, 내주측에 슬라이딩면이 형성된 아우터로터(outer rotor) 및 외주측에 슬라이딩면이 형성된 이너로터(inner rotor)를 구비하여 구성되는 트로코이드형(trochoid) 펌프나, 로터에 돌출입(突出入) 자유롭게 베인(vane)을 설치하여 구성되는 베인 펌프나 임펠러를 이용하여 구성되는 와권펌프(centrifugal pump)를 구비하여 구성되는 전동오일펌프에도 본 발명을 적용할 수 있다. 상술한 실시예에서는 로터 코어(41)의 외주부에 4개의 영구자석(43)을 장착하는 동시에, 6개의 스테이터 코어(21)를 설치한 구성예에 대하여 설명하였으나, 영구자석(43) 및 스테이터 코어(21)의 개수는 이것에 한정되지 않는다. 또한, 일반적으로는 예를 들어, 2n개(n은 자연수)의 영구자석(43)을 로터 코어(41)의 외주부에 장착하는 동시에, 3n개의 스테이터 코어(21)를 설치한 구성이 이용되는 경우가 많다(본 실시예는 n=2의 경우를 예시). 상술한 실시예에서는 엔진의 윤활유로로 윤활유를 토출하는 전동오일펌프(1)를 예시하여 설명하였으나, 전동오일펌프(1)는 그 이외에도 예를 들어 냉각유공급, 유압공급 및 냉각수공급의 용도로 이용하는 것이 가능하다. 상술한 실시예에서는 전동모터(2)(동기모터)를 이용하여 구성되는 전동오일펌프(1)에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 유도모터를 이용하여 구성되는 전동오일펌프에도 적용 가능하다.
1 : 전동오일펌프(전동펌프) 2 : 전동모터
3 : 오일펌프(액체펌프) 10 : 모터 케이싱(모터 케이스)
12 : 모터 수용실(케이스 내부공간)
20 : 스테이터 22 : 스테이터 코일
30 : 구획 케이스(구획부재) 40 : 로터
42 : 구동 샤프트(모터 구동축) 43 : 영구자석
44 : 회전위치 검출기(회전속도 검출기)
45 : 내부 컨트롤러(통전제어수단) 46 : 온도검출기
H : 발열모드(발열제어모드) K : 기동모드(기동제어모드)
R O : 기준회전속도(소정의 회전속도)
T L : 기준온도(소정의 온도) U : 통상모드(통상제어모드) |
