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公開番号2025102147
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219407
出願日2023-12-26
発明の名称燃料電池用ポンプ
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02P 6/20 20160101AFI20250701BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力を無駄に消費してしまうことを抑制しつつも、燃料電池用ポンプの起動に要する時間を短くすること。
【解決手段】制御部50は、温度センサ51により検出された温度が予め設定されている設定温度よりも高い場合に通常起動モード処理を実行するとともに、温度センサ51により検出された温度が設定温度以下である場合に低温起動モード処理を実行する。低温起動モード処理では、通常起動モード処理の実行時よりもモータ34へ供給される起動電流値を大きくし、且つ、通常起動モード処理の実行時よりもモータ34の回転加速度を大きくする急加速回転起動を実行するとともに、急加速回転起動を実行した後に、通常起動モード処理の実行時よりもモータ34へ供給される起動電流値を大きくし、且つ、急加速回転起動の実行時よりもモータ34の回転加速度を小さくする低加速回転起動を実行する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
駆動軸及び従動軸と、
前記駆動軸を回転させるモータと、
前記駆動軸に固定される駆動ギア、及び前記従動軸に固定されるとともに前記駆動ギアと噛合する従動ギアと、
前記駆動軸と一体的に回転する駆動ロータ、及び前記従動軸と一体的に回転するとともに前記駆動ロータと噛合する従動ロータと、
前記駆動ギア及び前記従動ギアを収容するとともにオイルが封入されているギア室、及び前記駆動ロータ及び前記従動ロータを収容するポンプ室を有するハウジングと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記駆動ロータ及び前記従動ロータが同期回転することにより燃料ガスまたは酸化剤ガスを燃料電池に供給する燃料電池用ポンプであって、
前記制御部には、温度を検出する温度検出部が電気的に接続されており、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が予め設定されている設定温度よりも高い場合に通常起動モード処理を実行するとともに、前記温度検出部により検出された温度が前記設定温度以下である場合に低温起動モード処理を実行し、
前記低温起動モード処理では、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータの回転加速度を大きくする急加速回転起動を実行するとともに、前記急加速回転起動を実行した後に、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、前記急加速回転起動の実行時よりも前記モータの回転加速度を小さくする低加速回転起動を実行することを特徴とする燃料電池用ポンプ。
続きを表示（約 320 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記低温起動モード処理では、前記急加速回転起動と前記低加速回転起動とを繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項３】
前記制御部は、前記低温起動モード処理では、前記急加速回転起動及び前記低加速回転起動に加えて、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、前記モータを逆回転させる逆回転起動を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項４】
前記制御部は、前記低加速回転起動を実行した後に前記逆回転起動を実行することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用ポンプ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ポンプに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである空気に含まれる酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムを搭載した車両が実用化されている。燃料電池用ポンプは、例えば、燃料電池に水素を供給するポンプとして用いられている。燃料電池用ポンプとしては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
このような燃料電池用ポンプは、駆動軸及び従動軸と、モータと、駆動ギア及び従動ギアと、駆動ロータ及び従動ロータと、ハウジングと、を備えている。モータは、駆動軸を回転させる。駆動ギアは、駆動軸に固定されている。従動ギアは、従動軸に固定されるとともに駆動ギアと噛合する。駆動ロータは、駆動軸と一体的に回転する。従動ロータは、従動軸と一体的に回転するとともに駆動ロータと噛合する。ハウジングは、ギア室、及びポンプ室を有している。ギア室は、駆動ギア及び従動ギアを収容する。ギア室内には、オイルが封入されている。オイルは、駆動ギア及び従動ギアの潤滑及び温度上昇の抑制に寄与する。ポンプ室は、駆動ロータ及び従動ロータを収容する。また、燃料電池用ポンプは、制御部を備えている。制御部は、モータの駆動を制御する。そして、燃料電池用水素ポンプは、駆動ロータ及び従動ロータが同期回転することにより水素を燃料電池に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００６－２８３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池用ポンプでは、燃料電池にて酸素と反応しなかった水素である水素オフガスがポンプ室に吸入される。水素オフガスは、燃料電池の発電に伴い生成された水を含んでいる。このため、例えば、低温環境下で燃料電池用ポンプの運転が停止されると、ポンプ室内に存在する水が凍結して氷となる。ポンプ室内において、駆動ロータ及び従動ロータとポンプ室を区画するハウジングの内面との間に存在する水が凍結して氷になっていると、駆動ロータ及び従動ロータが氷を介してハウジングに固着してしまう場合がある。
【０００６】
ここで、燃料電池用ポンプを起動させる際に、駆動ロータ及び従動ロータが氷を介してハウジングに固着されていたとしても、駆動ロータ及び従動ロータとハウジングの内面との間に存在する氷から駆動ロータ及び従動ロータを引き剥がすことが可能となるような起動電流値を制御部がモータに常に供給することを考える。この場合、例えば、駆動ロータ及び従動ロータが氷を介してハウジングに固着されていないときであっても、駆動ロータ及び従動ロータとハウジングの内面との間に存在する氷から駆動ロータ及び従動ロータを引き剥がすことが可能となるような起動電流値を制御部がモータに供給することになる。したがって、不必要な大きな起動電流値をモータに供給してしまうことになるため、電力を無駄に消費してしまう。
【０００７】
また、低温環境下で燃料電池用ポンプの運転が停止されると、ギア室内のオイルの温度が低くなる。オイルは、温度が低くなるほど粘度が高くなる。オイルの粘度が高いほど、燃料電池用ポンプを起動させる際に、駆動ギア及び従動ギアが回転し難くなるため、燃料電池用ポンプの起動に要する時間が長くなってしまう。したがって、電力を無駄に消費してしまうことを抑制しつつも、燃料電池用ポンプの起動に要する時間を短くすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する燃料電池用ポンプは、駆動軸及び従動軸と、前記駆動軸を回転させるモータと、前記駆動軸に固定される駆動ギア、及び前記従動軸に固定されるとともに前記駆動ギアと噛合する従動ギアと、前記駆動軸と一体的に回転する駆動ロータ、及び前記従動軸と一体的に回転するとともに前記駆動ロータと噛合する従動ロータと、前記駆動ギア及び前記従動ギアを収容するとともにオイルが封入されているギア室、及び前記駆動ロータ及び前記従動ロータを収容するポンプ室を有するハウジングと、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記駆動ロータ及び前記従動ロータが同期回転することにより燃料ガスまたは酸化剤ガスを燃料電池に供給する燃料電池用ポンプであって、前記制御部には、温度を検出する温度検出部が電気的に接続されており、前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が予め設定されている設定温度よりも高い場合に通常起動モード処理を実行するとともに、前記温度検出部により検出された温度が前記設定温度以下である場合に低温起動モード処理を実行し、前記低温起動モード処理では、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータの回転加速度を大きくする急加速回転起動を実行するとともに、前記急加速回転起動を実行した後に、前記通常起動モード処理の実行時よりも前記モータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、前記急加速回転起動の実行時よりも前記モータの回転加速度を小さくする低加速回転起動を実行する。
【０００９】
ここで、温度検出部により検出された温度が予め設定されている設定温度よりも高い場合には、ポンプ室内に水が存在していても、水がポンプ室内で凍結することが無いと推定される。また、温度検出部により検出された温度が設定温度以下である場合には、ポンプ室内に水が存在していると、水がポンプ室内で凍結すると推定される。さらに、温度検出部により検出された温度が予め設定されている設定温度よりも高い場合には、ギア室内のオイルの粘度が高く無いと推定される。また、温度検出部により検出された温度が設定温度以下である場合には、ギア室内のオイルの粘度が比較的高いと推定される。これら推定は、予め実験等によって把握されている。したがって、「設定温度」とは、ポンプ室内に水が存在しているときに、ポンプ室内で水が凍結するか否かを判別するため、さらには、オイルの粘度が比較的高いか否かを判別するために、実験等によって予め求められた温度である。
【００１０】
そして、制御部は、温度検出部により検出された温度が設定温度以下である場合は、低温起動モード処理を実行する。低温起動モード処理では、まず、通常起動モード処理の実行時よりもモータへ供給される起動電流値を大きくし、且つ、通常起動モード処理の実行時よりもモータの回転加速度を大きくする急加速回転起動を実行する。これによれば、駆動ロータ及び従動ロータが、起動電流値に応じた指令回転数で一気に回転し始める。したがって、例えば、燃料電池用ポンプを起動させる際に、駆動ロータ及び従動ロータが氷を介してハウジングに固着されていたとしても、駆動ロータ及び従動ロータとハウジングの内面との間に存在する氷から駆動ロータ及び従動ロータを引き剥がすことが可能となる。その結果、燃料電池用ポンプを起動させる際に、駆動ロータ及び従動ロータが回転し易くなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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