电动泵
阅读：10发布：2020-05-12
专利汇可以提供电动泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 电动 泵 (1)包括：泵体(4)；无 传感器 无刷 电机 (2)；以及控制部(10)，其对所述电机(2)进行恒 电流 控制和恒 电压 控制，以从所述泵体(4)排出必要排出量的所述 工作 流体 ，所述控制部(10)控制所述电机(2)在所述工作流体的预设 温度 并且在预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制。当所述工作流体的温度低于所述预设温度时，所述控制部(10)控制所述电机(2)在电机施加电压高于所述预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制，以从所述泵体(4)排出所述必要排出量的所述工作流体。，下面是电动泵专利的具体信息内容。
1.一种电动泵(1)，其特征在于，包括：
泵体(4)，其抽送并排出工作流体；
无传感器无刷电机(2)，其驱动所述泵体(4)；以及
控制部(10)，其对所述电机(2)进行恒电流控制和恒电压控制，以从所述泵体(4)排出必要排出量的所述工作流体，所述控制部(10)控制所述电机(2)在所述工作流体的预设温度并且在预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制；其中当所述工作流体的温度低于所述预设温度时，所述控制部(10)控制所述电机(2)在电机施加电压高于所述预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制，以从所述泵体(4)排出所述必要排出量的所述工作流体。
2.根据权利要求1所述的电动泵(1)，其中基于表示所述工作流体的温度和所述电机施加电压之间关系的映射限定所述电机施加电压。
电动泵
技术领域
背景技术
[0002] 考虑到全球环境问题，已知的车辆，例如汽车，都已配有怠速停止控制功能，用于在十字路口等短时间停车时使发动机停止运行，并且防止排放废气和消耗汽油。在执行怠速停止控制功能时，发动机停止运行。然而，在这种情况下，由于仍需维持变速器的油压水平，所以即使在发动机停止运行时也可以被驱动而供油(工作流体之一例)的电动泵被用来维持变速器的油压水平。
[0003] 由于电动泵设置在发动机室内，所以需要电动泵在高温下安全操作。因此，通常使用无传感器无刷电机(以下简称为电机)来驱动电动泵，该无传感器无刷电机不包括机械接触部分，如电刷、换向器，也不包括磁极传感器，如霍尔元件。该无传感器无刷电机通过使用由缠绕在定子上的线圈感生的感应电压来检测转子的转动位置。该无传感器无刷电机响应于通过检测转子的转动位置而获得的磁极位置信息，切换三相绕组中每相的通电。
[0004] 在JP2004-166436A(下文简称为专利文献1)中公开的电动液泵装置设置有无刷直流(DC)电机，该无刷直流电机采用无传感器驱动电路，由脉冲宽度调制(PWM)信号驱动。专利文献1中公开的电动液泵装置包括控制单元，该控制单元通过电流控制来驱动无刷直流电机，并且在电机的转速小于或等于电机的预设转速时，将对该电机的控制从电流控制切换为转速控制。相应地，在电机的转速大于预设转速的情况下，通过电流控制来控制该电机。当出现电机的负载波动时，在施加于电机的电压因为该电流控制而降低，因此电机的转速降低的情况下，控制单元将对电机的控制从电流控制切换为转速控制。在电机的转速变成等于或小于预设转速的情况下，控制单元将对电机的控制从电流控制切换为转速控制，从而防止线圈上产生的感应电压下降，由此抑制电机的失步。
[0005] 此外，还需要即使在低温时(通常低于零摄氏度)也向变速器提供必要量的油的已知电动泵。当通过施加与油处于正常温度时施加给电机的电压相等的电压来进行电机控制时，因为低温时油的粘度增加，所以由于施加到电机的负荷随着油的粘度增加而增加，电机的转速下降。因为从电动泵排出的油量不足，所以不能向变速器提供所需的油量。另外，因为线圈上产生的感生电压随着电机转速的下降而下降，所以检测不到转子的转动位置，此时，电机失步(step out)。为了通过在电机上施加等于正常温度时在电机上施加的电压而使电机的转速在低温时等于或高于预设量，需要加大电机的尺寸，以产生大量转矩，因此就电机的空间、重量和成本来说，使用无传感器无刷电机的电动泵是无效的。
[0006] 因此，需要一种在不改变电机尺寸的情况下在低温时具有足够的工作流体排出能力的电动泵。
发明内容
[0007] 根据本发明的一方面，一种电动泵包括：泵体，其抽送并排出工作流体；无传感器无刷电机，其驱动所述泵体；以及控制部，其对所述电机进行恒电流控制和恒电压控制，以从所述泵体排出必要排出量的所述工作流体，所述控制部控制所述电机在所述工作流体的预设温度并且在预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制。当所述工作流体的温度低于所述预设温度时，所述控制部控制所述电机在电机施加电压高于所述预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制，以从所述泵体排出所述必要排出量的所述工作流体。
[0008] 根据上述结构，在所述工作流体的温度降到低于所述预设温度，使得油的粘度增加的情况下，所述控制部控制所述电机在所述施加电压高于所述预设电机施加电压时从所述恒电流控制切换到所述恒电压控制，以增加所述电机的输出。因此，所述泵体排出变速器所需的量的油。
[0009] 根据本发明的另一方面，基于表示所述工作流体的温度和所述电机施加电压之间关系的映射限定所述电机施加电压。
[0011] 本发明的上述及其他特性和特征将从以下结合附图所进行的详细描述而变得更加明显，其中：
[0012] 图1是示意性示出根据所公开的一个实施方式的电动泵和电机的电子控制电源的结构；
[0013] 图2是示出油处于正常温度时电动泵的泵特性和油的目的地所需的油的负荷特性的曲线图；
[0014] 图3是示出油处于低温度时电动泵的泵特性和油的目的地所需的油的负荷特性的曲线图；
[0015] 图4是示出当电子控制单元根据油温将对电机的控制从恒电流控制切换到最小输出控制时在电机上的施加电压的变化的曲线图；以及
[0016] 图5是示出增加当电子控制单元将对电机的控制从恒电流控制切换到最小输出控制时的电机上的施加电压的控制处理的流程图。
具体实施方式
[0017] 将参照附图描述本发明的实施方式。如图1中所示，电动泵1包括无传感器无刷电机2(下文称为电机2)和油泵4(即，用作泵体)。电机2直接连接到轴。油泵4由电机2驱动。油泵4是泵体的例子。油泵4的结构与已知油泵的结构相同，因此将不进行详细说明。电机2由电子控制单元(ECU)10(即，用作控制部)来控制驱动，从而使油泵4工作。
[0018] ECU 10设置有逆变器12、逆变器驱动部14、扭矩控制部16和接口(I/F)18。逆变器12输出用来启动电机2的脉冲宽度调制(PWM)信号。逆变器驱动部14控制逆变器12。扭矩控制部16指挥对逆变器驱动部14的控制。扭矩控制部16输出电机施加电压信息，即，电机2上的施加电压信息，并且经由逆变器驱动部14和逆变器12控制电机2。在电机
2转动期间，逆变器12、逆变器驱动部14将电机2的驱动信息(例如，线圈的通电电流值和电机2的转速)分别反馈给扭矩控制部16。ECU 10可以与电动泵1分开或者一体配置。
2转动期间，逆变器12、逆变器驱动部14将电机2的驱动信息(例如，线圈的通电电流值和电机2的转速)分别反馈给扭矩控制部16。ECU 10可以与电动泵1分开或者一体配置。
[0019] 电动泵1的油泵4通过电机2的驱动抽送并排出作为工作流体的例子的油。排油量和排油时的油压水平(下文称为油压水平)之间的关系对应于电机2的转速和电机转动时产生的扭矩之间的关系。图2中的L11示出油压水平和从油泵4排出的油量之间的关系。下文将该关系称为泵特性。范围L11a对应于电机2不具有反馈控制时的范围，因此排油量随着油压水平的增加而下降。也就是说，当油压水平为零时，电机2的转速达到最大水平，并因此排油量达到最大水平。在油压水平增加的情况下，排油时出现阻力。因此，排油量下降。也就是说，电机2的转速下降。在范围L11a，PWM信号的占空比保持恒定值，例如，100％。下文将输出的PWM信号的占空比的量示出为电机施加电压的量。在范围L11a，随着油压水平的增加，电机2上的负荷增加并且转速下降，因此排油量下降。此时，在电极施加电压保持在恒定值的同时，电机2的线圈上流动的电流增加。当电流值达到预设值时，扭矩控制部16控制电机2从恒电压控制切换到恒电流控制，并且在将电机2上施加的电流保持为恒定值的同时控制电机施加电压下降。在范围L11b，进行恒电流控制。当对电机2进行恒电流控制时，在电机2上施加的电流保持为恒定值的同时，电机2的转速下降。也就是说，在油压水平保持在恒定值的同时，排油量下降。
[0020] 当电机2的转速下降时，缠绕在定子上的线圈上产生的感生电压下降。电机2通过该感生电压检测转子的转动位置。因此，当该感生电压低于预设值时，电机2不能检测到转子的转动位置，从而失步并停止。因此，在获得用于检测转子的转动位置的该感生电压时的预设转速，ECU 10控制电机2从恒电流控制切换到恒电压控制。如图2中所示，在范围L11c，对电机2进行恒电压控制。在范围L11c，与范围L11a类似，随着油压水平的增加，电机2上的负荷增加并且转速下降，因此排油量下降。范围L11c持续直到油泵4的排油量下降到引起电机2失步的转速时的排油量。
[0021] 在图2中，L21示出当油温对应于例如正常温度(下文称为温度T1)时油压水平和变速器所需的油的流量之间的关系。下文将该关系称为负荷特性。油泵4需要具有无论油温如何都能够以预设量排出油的能力。如图2中所示，L3示出该预设排油量(下文称为必要排出量)。
[0022] 在通过油泵4排出从零到必要排出量的期望量的油所需的油压水平范围(下文称为必要油压范围)，需要L11恒定地等于或高于L21，以使油泵4恒定地向变速器提供该必要量的油。也就是说，在该必要油压范围，根据该泵特性从油泵4排出的排油量需要高于该负荷特性所要求的油流量。如图2中所示，因为当油温对应于温度T1(正常温度)时满足该条件，所以油泵4向变速器恒定地提供该必要油量。该负荷特性随着油温而不同，并且根据变速器的规格来预设该负荷特性。油泵4排出该必要油量时电机2的转速显著大于电机2失步时电机2的转速。
[0023] 如图2中所示，当在该必要油压范围内油压水平处于最大水平时ECU 10控制电机2进行恒电流控制。此外，在油泵4排出该必要排出量的油时施加的电机施加电压，ECU 10控制电机2从恒电流控制切换到恒电压控制。因此，ECU 10最有效地控制电机2的输出。
[0024] 图3示出油温低于温度T1时的泵特性和负荷特性的曲线图。低于温度T1的油温例如是温度T0。L22(负荷特性)示出在相同的油压水平下，油排出量低于L21的油排出量，这是因为温度T0时的油粘度高于温度T1时的油粘度。观看示出泵特性的虚线L11(与图2中的L11相同)和示出温度T0时的负荷特性的L22，在获得该必要排出量所需的油压水平，即，在该必要油压范围中的最大油压水平，泵特性(L11)低于负荷特性(L22)。也就是说，电机2的输出不足，因此油泵4不能排出该必要油量。
[0025] 实际上，即使当泵特性(L11)高于负荷特性(L22)时，从油泵4排出的油的排出量有时也低于该必要排出量(L3)，表明电机2的输出不足。
[0026] 根据本实施方式，当ECU 10控制电机2从恒电流控制切换到恒电压控制时，ECU10增加电机施加电压，以增加电机2的输出。也就是说，排出油量增加。因此，电机2向变速器提供必要的油量。下文将ECU 10控制电机2从恒电流控制切换到恒电压控制时的电机施加电压称为切换时的电机施加电压。图3中的L12(范围L12a，L12b和L12c)示出当ECU 10增加切换时的电机施加电压时的泵特性。在范围L12c中排出油量增加。具体来说，ECU 10设定泵特性(L12)，其中在示出负荷特性(L22)的线与示出必要排出量的线(L3)相交处的油压水平，油泵4排出等于或高于必要排出油量。因此，即使在温度T0，油泵4也可以排出达到该必要排出量的期望排出量的油。
[0027] 如图3中所示，ECU 10对电机2进行恒电压控制，使得L12的线穿过负荷特性(L22)与必要排出量(L3)的交叉点。因此，电机2的输出被最有效地控制。
[0028] 在油温低于温度T1并且油泵4不能排出必要排出量(L3)的油的情况下，扭矩控制部16根据经由接口18从油温传感器20获得的油温信息，控制电机2增加油温低于温度T1时的切换时电机施加电压，以增加电机2的输出。图3中的箭头表示排出量的增加。油温越低，油的粘度越高，因此如图4中所示，当油温下降时，切换时电机施加电压增加。在切换时电机施加电压增加的情况下，进行恒电压控制时电机2的输出(所产生的扭矩)增加，因此即使油的粘度高，电机2也能够以使油泵4能够排出必要排出量的油的转速转动。在图4中，切换时电机施加电压随着油温从温度T1下降而线性增加。然而，这仅是一个例子。切换时电机施加电压不必线性增加，只要最小电机施加电压被设定为在低于温度T1的每个温度在整个必要油压范围泵特性高于负荷特性成立即可。
[0029] 图5示出增加切换时电机施加电压的控制处理的流程图。如图1中所示，用于检测提供给变速器的油的温度的油温传感器20安装在变速器的内部及其附近。接口18接收由油温传感器20检测到的油温信息。扭矩控制部16持续地经由接口18从油温传感器20获得油温信息(S51)。扭矩控制部16具有基于在电动泵1的使用温度范围的每个油温的负荷特性与必要排出量的切换时电机施加电压信息表(即，用作映射)。该表在图4中以图表示出。扭矩控制部16判断从油温传感器20获得的油温是等于或高于温度T1还是低于温度T1(S52)。在油温等于或高于温度T1的情况下，ECU 10不增加切换时电机施加电压。在油温低于温度T1的情况下，扭矩控制部16基于该表读出切换时电机施加电压的信息，并且将该信息输出给逆变器驱动部14(S53)。逆变器驱动部14控制逆变器12在输入的切换时电机施加电压将对电机2的控制从恒电流控制切换为恒电压控制。因此，电机2的最小输出增加。
[0030] 如上所述，根据电动泵1的使用温度范围的每个油温设定使油泵4能够排出必要排出量的油的切换时电机施加电压。因此，与油温正常时的情况相似，即使当油温下降时，电动泵1也向变速器提供必要量的油。
[0031] 根据上述实施方式，以由PWM信号驱动的电机2进行了说明，然而不局限于此。作为选择，可以应用由其他任意方法驱动的电机。
[0032] 工业应用性
[0033] 本发明可应用于由无传感器无刷电机驱动的电动泵。
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