特表 2023-542179 電気モータを作動させる方法、制御装置、ピストンポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-05

(54)【発明の名称】電気モータを作動させる方法、制御装置、ピストンポンプ

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20230928BHJP

   B60T 17/00 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

H02P29/00

B60T17/00 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518037

(86)(22)【出願日】2021-08-11

(85)【翻訳文提出日】2023-05-13

(86)【国際出願番号】 EP2021072405

(87)【国際公開番号】W WO2022063481

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】102020211994.5

(32)【優先日】2020-09-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】エムデ，クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】シュミットライン，アンドレアス

【テーマコード（参考）】

3D049

5H501

【Ｆターム（参考）】

3D049BB03

3D049BB39

3D049HH12

3D049HH47

3D049HH51

3D049RR01

3D049RR05

5H501AA05

5H501DD01

5H501GG03

5H501HB07

5H501PP03

(57)【要約】

【課題】 本発明は、特にピストンポンプ（９）の電気モータ（１）を作動させる方法に関する。
【解決手段】 電気モータ（１）はロータシャフト（３）を有し、出力要求に依存してロータシャフト（３）についての目標回転数（ｎＳｏｌｌ）と目標回転方向をもって制御され、ロータシャフト（３）の実際回転数（ｎＩｓｔ）が監視される。本発明による方法は、ゼロに等しい実際回転数（ｎＩｓｔ）とゼロに等しくない目標回転数（ｎＳｏｌｌ）のもとで目標回転方向が設定された持続時間（ｔ）のあいだ変更され、引き続き電気モータ（１）が再び目標回転数（ｎＳｏｌｌ）と目標回転方向をもって制御されることを特徴とする。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特にピストンポンプ（９）の電気モータ（１）を作動させる方法であって、前記電気モータ（１）はロータシャフト（３）を有し、出力要求に依存して前記ロータシャフト（３）についての目標回転数（ｎ_Ｓｏｌｌ）と目標回転方向をもって制御され、前記ロータシャフト（３）の実際回転数（ｎ_Ｉｓｔ）が監視される、方法において、
ゼロに等しい実際回転数（ｎ_Ｉｓｔ）とゼロに等しくない目標回転数（ｎ_Ｓｏｌｌ）のもとで目標回転方向が設定された持続時間（ｔ）のあいだ変更され、引き続き前記電気モータ（１）が再び目標回転数（ｎ_Ｓｏｌｌ）と目標回転方向をもって制御されることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記電気モータ（１）を制御するために前記ロータシャフト（３）の角度位置（φ）に依存してモータ巻線（２）が通電され、前記ロータシャフト（３）の実際角度位置（φ_Ｉｓｔ）が検出され、設定された持続時間（ｔ）のあいだオフセット（φ_{Ｏｆｆｓｅｔ}）が付与され、そこから角度位置（φ）を決定し、前記オフセット（φ_{Ｏｆｆｓｅｔ}）は前記ロータシャフト（３）の回転方向が変更されるように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

設定される持続時間（ｔ）は２から５ミリ秒の間であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

電気モータのための制御装置（７）において、前記制御装置（７）は請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法を実施するために特別にセットアップされる、制御装置。

【請求項5】

電気モータ（１）を有するピストンポンプ（９）において、前記電気モータ（１）はロータシャフト（３）を有し、前記ロータシャフト（３）はカム（１２）または偏心ディスクを有し、前記ピストンポンプ（９）のピストン（１０）は、前記ロータシャフト（３）の回転が軸方向への前記ピストン（１０）の長手方向スライドを惹起するように、前記カム（１２）または前記偏心ディスクに当接する、ピストンポンプにおいて、請求項４に記載の制御装置（７）を有することを特徴とするピストンポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特にピストンポンプの電気モータを作動させる方法に関し、電気モータはロータシャフトを有し、出力要求に依存してロータシャフトについての目標回転数と目標回転方向をもって制御され、ロータシャフトの実際回転数が監視される。

【0002】

さらに、本発明は電気モータのための制御装置に関し、およびピストンポンプに関する。

【背景技術】

【0003】

自動車のブレーキ設備の一部としてのブレーキコントロールシステムは、特に、アンチロックシステム（ＡＢＳ）ないしビークルダイナミックコントロール（エレクトロニックスタビリティプログラムＥＳＰ）は、通常、電気モータによって駆動可能な少なくとも１つのピストンポンプを有している。ピストンポンプは、ブレーキ設備のブレーキ回路で液圧を生成するために作動可能である。そのために電気モータのロータシャフトが、カムまたは偏心ディスクと回転不能に結合される。カムは特にロータシャフトに直接配置されるか、または、伝動装置を介してロータシャフトと回転不能に結合されていてよい。ロータシャフトは回転軸を中心として回転する。カムにより、ロータシャフトの回転運動がピストンポンプのピストンの並進運動ないし長手方向運動へと変換される。カムは、ピストンがカムによって押圧力で付勢されて、この押圧力によりスライド可能に支承されたピストンが長手方向へ変位するように、ピストンに当接する。この変位は、ばね部材および／またはブレーキ回路の圧力に抗して行われる。電気モータは、変位距離に依存するばね力および／またはブレーキ回路の圧力に抗してピストンが変位するときに引き起こされる負荷トルクを克服するために、駆動トルクを印加しなければならない。このとき電気モータによって最大に提供可能な駆動トルクは、通常、最大の負荷トルクよりも大きい。負荷トルクはカムの１回転のうち一度だけ最大になり、それは、ピストンの最大の変位に達したときである。そのときに、変位距離に依存するばね力と、ブレーキ回路の圧力とがいずれも最大になるからである。ロータシャフトがさらに回転すると、ピストンが再び当初の方向に戻るように変位する。ばね部材による初期応力に基づき、ピストンがカムに圧着されるからである。電気モータの制御は、通常、出力要求に依存して特定の圧力に到達するために、またはブレーキ回路でのピストンポンプの圧送容積に到達するために、ロータシャフトについての目標回転数と目標回転方向をもって行われる。しかし、電気モータの駆動トルクが負荷トルクを克服するのに十分でないと、電気モータがロックされる可能性がある。このようなケースは、特に、電気モータの消費出力およびこれに伴って最大の駆動トルクを制限する、車両の低い自動車電気システム電圧に基づいて、または、いっそう高い電気抵抗につながる電気モータのモータ巻線の高い温度に基づいて、または、ピストンでの摩擦の増大に基づいて、発生する可能性がある。ロックされた電気モータによっては出力要求を満たすことができず、ないしは、ピストンポンプのピストンを操作することができない。このようなロックを克服するために、想定される最大の負荷トルクを克服するのに必要となるはずであるよりも高い最大駆動トルクを有するように電気モータを構成することが知られており、それにより、電気モータがロックされるケースが生じることはない。

【発明の概要】

【0004】

請求項１の構成要件を有する本発明による方法は、ゼロに等しい実際回転数とゼロに等しくない目標回転数のもとで目標回転方向が設定された持続時間のあいだ変更され、引き続き電気モータが再び目標回転数と目標回転方向をもって制御されることを特徴とする。電気モータの制御はまず、従来技術から知られているように、出力要求に依存して、電気モータのロータシャフトについての目標回転数と目標回転方向をもって行われる。このときロータシャフトの実際回転数も監視される。ロックされた電気モータは、実際回転数がゼロに等しく目標回転数がゼロに等しくないことを手掛かりに認識される。電気モータのロックを解消するために、本発明によると、ロックされた電気モータが認識されると設定された持続時間のあいだ目標回転方向が変更され、それにより、ロータシャフトが一時的に反対方向へと回転する。設定されたこの持続時間の後に、電気モータが再び目標回転数と目標回転方向をもって制御され、それによりロータシャフトが再び当初に設定された方向へ回転する。このとき回転方向の変更は、反対方向へ回転するときに電気モータが、当初に設定された方向へ回転するときよりも低い負荷トルクしか克服しなくてすみ、それに伴い、電気モータの駆動トルクに関わる要求が減り、または少なくとも低くなるという想定のもとで行われる。この想定は、冒頭に説明したカムへのピストンの配置に依拠していて、この配置のもとでは、カムの１回転のうち負荷トルクが一度だけ、ピストンの最大の変位に達したときに最大になる。そのときに、変位距離に依存するばね力と、ブレーキ回路の圧力とがいずれも最大になるからである。回転方向の変更は、ピストンが戻るように変位し、負荷トルクが、およびこれに伴って電気モータの駆動トルクに関わる要求が、減ることにつながる。設定された持続時間の後に電気モータが再び目標回転方向に制御されたとき、最大の負荷トルクの方向への回転から目標回転方向で発生する負荷トルクを克服するために、加速度の結果として生じる追加の運動エネルギーを利用することができ、この運動エネルギーによって負荷トルクを克服可能であり、そのために目標トルクを引き上げなくてよい。このように本発明の方法は、ロックされた電気モータが認識され、電気モータの適当な制御によってピストンの操作が再び可能になるという利点があり、それは、電気モータのロータシャフトが一時的に反対方向へ、そして再び目標回転方向に回転することによる。このことは、電気モータの目標トルクが引き上げられることなしに実現される。特に、いっそう高い最大トルクを有する電気モータを使用する必要がない。

【0005】

本発明の好ましい実施形態では、電気モータを制御するためにロータシャフトの角度位置に依存してモータ巻線が通電され、ロータシャフトの実際角度位置が検出され、設定された持続時間のあいだオフセットが付与され、そこから角度位置を決定することが意図され、オフセットは、ロータシャフトの回転方向が変更されるように選択される。電気モータが電子整流式ないしはブラシレス式のモータである場合、電気モータを制御するために、ロータシャフトの角度位置に依存してモータ巻線が通電されるのが好ましい。そのために、まずロータシャフトの実際角度位置が検出される。特に、そのためにロータシャフトに永久磁石が取り付けられ、それにより、これに対してアライメントされたセンサが、特にホール効果をベースとするセンサが、永久磁石の磁場のアライメントを検出し、そこから実際角度位置が判定される。電気モータを制御するために利用される角度位置は、ロックされた電気モータが認識された後に、設定された持続時間のあいだ実際角度位置がオフセットを付与されることによって決定される。すなわち角度位置は、実際角度位置とオフセットとの合計に相当する。このオフセットは、オフセットがなければ行われたはずであるのとは別様に巻線が通電されたためにロータシャフトの回転方向が変更されるように選択される。すなわちオフセットによってモータ巻線は、このことが実際角度位置のもとで、ロータシャフトが一時的に反対方向に回転することにつながるように通電される。そのようにして、ロータシャフトが新たな実際角度位置へと回転し、そこから電気モータがあらためて回転方向を変更されたとき、当初に設定されていた方向に回転する場合よりも低い負荷トルクしか克服しなくてよい。設定された持続時間の後、角度位置はオフセットをもはや付与されず、それによりこの角度位置が実際角度位置に相当する。すなわち角度位置にオフセットを付与することは、特に電気モータの制御のために構成された制御装置に、目標回転方向の変更をパラメータとして委ねなくてよいという利点があり、それに代えて、操作される角度位置から直接的に変更がもたらされる。

【0006】

別の好ましい実施形態では、設定される持続時間は２から５ミリ秒の間であることが意図される。設定される持続時間が２から５ミリ秒の間のインターバルで規定されることで、電気モータが十分に長い持続時間にわたって制御されることが保証されるという利点があり、それにより、当初の目標回転方向とは反対向きのロータシャフトの実際の回転が可能となる。この持続時間は、ロータシャフトの回転数に依存して十分に短いという利点もあり、それにより、ロータシャフトが特に特定の回転の回数だけ、または１回転の特定の部分だけ、変更された目標回転方向へと回転する。このことが特に好ましいのは、特にロータシャフトにカムが直接配置される場合に該当するように、電気モータによって克服されるべき負荷トルクが、ロータシャフトの１回転のうちに少なくとも１つの最大値を有している場合である。

【0007】

本発明による電気モータのための制御装置は、請求項４の構成要件をもって、制御装置が本発明による方法を実施するために特別にセットアップされることを特徴とする。そこから、すでに述べた利点がもたらされる。その他の好ましい構成要件および構成要件の組合せは、上記の説明ならびに特許請求の範囲から明らかとなる。

【0008】

請求項５の構成要件を有する本発明のピストンポンプは電気モータを有し、電気モータはロータシャフトを有し、ロータシャフトはカムまたは偏心ディスクを有し、ピストンポンプのピストンは、ロータシャフトの回転が軸方向へのピストンの長手方向スライドを惹起するように、カムまたは偏心ディスクに当接する。ピストンポンプは本発明による制御装置を有することを特徴とする。そこからも、すでに挙げた利点がもたらされる。その他の好ましい構成要件および構成要件の組合せは、上記の説明ならびに特許請求の範囲から明らかとなる。

【0009】

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。そのために次のものを示す。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】制御装置およびインバータとともに示す電気モータである。

【図2】ピストンポンプの一部である。

【図3】電気モータを作動させる方法である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、モータ巻線２と、端面側に永久磁石４が配置されたロータシャフト３とを有する電気モータ１を示している。電気モータ１は、電子整流式ないしブラシレス式の電気モータである。電気モータ１の制御は、通常、出力要求に依存してロータシャフト３についての目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌと目標回転方向をもって行われる。電気モータ１を制御するために、本例では永久磁石４の磁場５のアライメントが、これに対してアライメントされたセンサ６によって検出されて、そこからロータシャフト３の実際角度位置φ_Ｉｓｔが判定される。制御装置７が、出力要求と角度位置φに依存してモータ巻線２に通電をするインバータ８を制御する。このとき通常のケースでは、角度位置φは実際角度位置φ_Ｉｓｔに相当する。

【0012】

図２は、ピストン１０とばね部材１１とを有するピストンポンプ９の一部を示している。ピストンポンプ９は、特に、ブレーキ設備のブレーキ回路で液圧を生成するために作動可能である。ピストンポンプ９のピストン１０はカム１２に当接する。カム１２は電気モータ１のロータシャフト３と回転不能に結合されている。本例では、カム１２は電気モータ１のロータシャフト３に直接取り付けられている。カム１２は偏心ディスクとして構成されており、すなわち円形であり、偏心的にロータシャフト３に取り付けられている。しかしながら、カム１２がロータシャフト３に直接取り付けられるのではなく、伝動装置を介してロータシャフト３と回転不能に結合されることも同様に可能である。ロータシャフト３は回転軸を中心として回転する。カム１２により、ロータシャフト３の回転運動が、ピストンポンプ９のピストン１０の並進運動ないし長手方向運動へと変換される。カム１２は、ピストン１０がカム１２によって押圧力で付勢されて、この押圧力によりスライド可能に支承されたピストン１０が長手方向へ変位するように、ピストン１０に当接する。この変位は、ばね部材１１および／またはブレーキ回路の圧力に抗して行われる。ピストン１０が最大に変位した後、ロータシャフト３がさらに回転すると、ピストン１０は再び当初の方向へ戻るように変位する。ばね部材１１による初期応力に基づいて、ピストン１０がカム１２に圧着されるからである。

【0013】

次に図３を参照しながら、ピストンポンプ９の電気モータ１を作動させる好ましい方法について説明する。そのために図３は、この方法をフローチャートを用いて示している。特にこの方法により、ロックされた電気モータ１が認識され、電気モータ１の適切な制御によってピストン１０の操作が再び可能となることが保証される。

【0014】

ステップＳ１で制御装置７が出力要求に依存して、特にブレーキ回路でのピストンポンプ９の特定の圧力または圧送容積を達成するために、ロータシャフト３についての目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌと目標回転方向を判定する。それと同時に、センサ６がロータシャフト３の実際角度位置φ_Ｉｓｔを判定する。ステップＳ２で制御装置７が実際回転数ｎ_Ｉｓｔを判定し、これを目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌと比較する。ステップＳ１およびＳ２は継続して実行される。

【0015】

実際回転数ｎ_Ｉｓｔと目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌが等しい大きさであるとき、本方法はステップＳ５をもって続行される。しかし実際回転数ｎ_Ｉｓｔがゼロに等しく、目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌがゼロに等しくないときには、電気モータ１がロックされている。その場合にはステップＳ３で、オフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}が判定される。このオフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}は、オフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}がなければ行われたはずであるのとは別様に巻線２が通電されたためにロータシャフト３の回転方向が変更されるように選択される。すなわちオフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}によってモータ巻線２は、このことが実際角度位置φ_Ｉｓｔのもとで、ロータシャフト３が一時的に反対方向に回転することにつながるように通電される。そのようにしてモータ巻線２は、変更された回転方向のトルクがロータシャフト３に取り付けられた永久磁石４によって生じるように通電される。このように、そのとき特に磁場５のアライメントから判定される実際角度位置φ_Ｉｓｔのもとで、オフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}は、実際角度位置φ_Ｉｓｔとオフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}との合計としての角度位置φが、モータ巻線２の好ましい通電につながるように決定される。

【0016】

ステップＳ４で制御装置７は、角度位置φに依存してインバータ８を制御する。このとき角度位置φは設定された持続時間ｔのあいだ、実際角度位置φ_Ｉｓｔとオフセットφ_{Ｏｆｆｓｅｔ}との合計に相当する。モータ巻線２は出力要求に即して通電され、それにより、電気モータ１のロータシャフト３は目標回転方向と反対向きに回転する。このとき設定される持続時間ｔは２から５ミリ秒の間である。設定される持続時間ｔが２から５ミリ秒の間のインターバルで規定されることで、電気モータ１が十分に長い持続時間にわたって制御され、それにより、ロータシャフト３が実際に当初の目標回転方向と反対向きに回転する。設定される持続時間ｔは、ロータシャフト３の回転数に依存して十分に短くなってもいるので、ロータシャフト３は特に１回転の特定の部分についてのみ、変更された目標回転方向へと回転する。ステップＳ５で、制御装置７は角度位置φに依存してインバータ８を制御する。このとき角度位置φは、実際角度位置φ_Ｉｓｔに相当する。モータ巻線２が出力要求に即して通電され、それにより、電気モータ１のロータシャフト３は目標回転方向へと目標回転数ｎ_Ｓｏｌｌで回転する。

【符号の説明】

【0017】

１ 電気モータ
２ モータ巻線
３ ロータシャフト
７ 制御装置
９ ピストンポンプ
１０ ピストン
１２ カム
ｎ_Ｉｓｔ 実際回転数
ｎ_Ｓｏｌｌ 目標回転数
ｔ 持続時間
φ 角度位置
φ_Ｉｓｔ 実際角度位置
φ_{Ｏｆｆｓｅｔ} オフセット

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】