JP2010051084A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータノイズの発生が抑制された駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、ケーシング６００と、ケーシング６００内に収納され、ステータ２２２を含むモータジェネレータＭＧ２と、ステータ２２２を押圧する油圧機構７００と、モータジェネレータＭＧ２の回転数がステータ２２２の共振周波数近傍の所定の範囲の値となるときに選択的にステータ２２２を押圧するように油圧機構７００を制御する制御装置８００とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関し、特に、回転電機により駆動力を発生させる駆動装置に関する。

特開平５−２６０７６８号公報（特許文献１）には、ロータをステータに押し付ける加圧手段を備えたモータが示されている。

特開２００３−２３７４８号公報（特許文献２）には、ブラシホルダの共振を吸収することが可能な合成樹脂性の振動吸収部材によって該ブラシホルダを被取付体に取付けたモータが示されている。

特開平６−１７８４９５号公報（特許文献３）には、防振棒の一方端をケーシングの外被カバーの外周面に固定し、他方端を油圧装置とスプリングとを介して水路の周囲の基礎に弾性支持したバルブ水車発電機の防振装置が示されている。
特開平５−２６０７６８号公報 特開２００３−２３７４８号公報 特開平６−１７８４９５号公報

回転電機を動作させると、トルクを発生させるための加振力により、ステータが振動する。このステータ振動は、該ステータを収納するケーシングに伝達する。ステータを含む駆動装置を車両に搭載した場合、ケーシングに伝達された振動は、車体に伝達され、車室内で不快なモータノイズが発生することになる。特許文献１〜３に記載の構成では、この問題を十分に解決することはできない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、モータノイズの発生が抑制された駆動装置を提供することにある。

本発明に係る駆動装置は、ケーシングと、ケーシング内に収納され、ステータを含む回転電機と、ステータを押圧する押圧手段と、回転電機の回転数がステータの共振周波数近傍の所定の範囲の値となるときに選択的にステータを押圧するように押圧手段を制御する制御装置とを備える。

１つの実施態様では、上記駆動装置において、押圧手段は、ステータを該ステータの径方向に押圧する。

１つの実施態様では、上記駆動装置において、押圧手段は、ステータを該ステータの軸方向に押圧する。

本発明によれば、モータノイズの発生が抑制された駆動装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置が適用されるハイブリッド車両の構成を示す模式図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、動力分割機構３００と、ディファレンシャル機構４００とを含む。

モータジェネレータ２００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含んで構成される。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ、ロータ２１１，２２１と、ステータ２１２，２２２とを含んで構成される。

また、動力分割機構３００は、プラネタリギヤ３１０，３２０を含んで構成される。プラネタリギヤ３１０，３２０は、それぞれ、サンギヤ３１１，３２１、ピニオンギヤ３１２，３２２、プラネタリキャリヤ３１３，３２３およびリングギヤ３１４，３２４を含んで構成される。

エンジン１００のクランクシャフト１１０と、モータジェネレータＭＧ１のロータ２１１と、モータジェネレータＭＧ２のロータ２２１とは、同じ軸を中心に回転する。

プラネタリギヤ３１０におけるサンギヤ３１１は、クランクシャフト１１０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ３１４は、クランクシャフト１１０と同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ３１２は、サンギヤ３１１とリングギヤ３１４との間に配置され、サンギヤ３１１の外周を自転しながら公転する。プラネタリキャリヤ３１３は、クランクシャフト１１０の端部に結合され、各ピニオンギヤ３１２の回転軸を支持する。

動力分割機構３００からの動力取出用のカウンタドライブギヤが、リングギヤ３１４と一体的に回転する。カウンタドライブギヤは、カウンタギヤ３５０に接続されている。そしてカウンタドライブギヤとカウンタギヤ３５０との間で動力の伝達がなされる。カウン
タギヤ３５０はディファレンシャル機構４００を駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャル機構４００に伝達され、カウンタギヤ３５０はディファレンシャル機構４００によって駆動される。

モータジェネレータＭＧ１は、主として、永久磁石による磁界とロータ２１１の回転との相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機として動作する。

モータジェネレータＭＧ２のロータ２２１は、減速機としてのプラネタリギヤ３２０を介して、プラネタリギヤ３１０のリングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。

モータジェネレータＭＧ２は、ロータ２２１に埋め込まれた永久磁石による磁界とステータ２２２に巻回された三相コイルによって形成される磁界との相互作用によりロータ２２１を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ２２１の回転との相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

プラネタリギヤ３２０は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ３２３が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ３２０は、ロータ２２１のシャフトに結合されたサンギヤ３２１と、リングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤ３２４と、リングギヤ３２４およびサンギヤ３２１に噛み合い、サンギヤ３２１の回転をリングギヤ３２４に伝達するピニオンギヤ３２２とを含む。

図２は、モータジェネレータ２００を駆動制御するＰＣＵ５００の主要部の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＰＣＵ５００は、コンバータ５１０と、インバータ５２０，５３０と、制御装置５４０と、フィルタコンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ２とを含んで構成される。コンバータ５１０は、バッテリＢとインバータ５２０，５３０との間に接続され、インバータ５２０，５３０は、それぞれ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と接続される。

コンバータ５１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は直列に接続され、制御装置５４０からの制御信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリＢの正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ５１０は、リアクトルＬを用いてバッテリＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ５１０は、インバータ５２０，５３０から受ける直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

インバータ５２０，５３０は、それぞれ、Ｕ相アーム５２１Ｕ，５３１Ｕ、Ｖ相アーム５２１Ｖ，５３１ＶおよびＷ相アーム５２１Ｗ，５３１Ｗを含む。Ｕ相アーム５２１Ｕ、Ｖ相アーム５２１ＶおよびＷ相アーム５２１Ｗは、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。同様に、Ｕ相アーム５３１Ｕ、Ｖ相アーム５３１ＶおよびＷ相アーム５３１Ｗは、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム５２１Ｕは、直列接続された２つのパワートランジスタＱ３，Ｑ４を含む。同様に、Ｕ相アーム５３１Ｕ、Ｖ相アーム５２１Ｖ，５３１ＶおよびＷ相アーム５２１Ｗ，５３１Ｗは、それぞれ、直列接続された２つのパワートランジスタＱ５〜Ｑ１４を含む
。また、各パワートランジスタＱ３〜Ｑ１４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ１４がそれぞれ接続されている。

インバータ５２０，５３０の各相アームの中間点は、それぞれ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２においては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。

フィルタコンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、平滑コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

インバータ５２０，５３０は、制御装置５４０からの駆動信号に基づいて、平滑コンデンサＣ２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。

制御装置５４０は、モータトルク指令値、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相電流値、およびインバータ５２０，５３０の入力電圧に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ１４をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ５２０，５３０へ出力する。

また、制御装置５４０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ５２０，５３０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ５１０へ出力する。

さらに、制御装置５４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢを充電するため、コンバータ５１０およびインバータ５２０，５３０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ１４のスイッチング動作を制御する。

次に、図３を用いて、本実施の形態に係る駆動装置に含まれるステータ周辺の構造について説明する。図３を参照して、本実施の形態に係る駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２を収納するケーシング６００と、ステータ２２２に隣接する位置に設けられ、ケーシング６００の内周面に向けてステータ２２２を押圧することが可能な油圧機構７００と、油圧機構７００の動作を制御する制御装置８００とを含む。

図３に示すように、ステータ２２２は、ステータコア２２２Ａと、ステータコア２２２Ａに巻回されるステータコイル２２２Ｂと、ステータコア２２２Ａをケーシング６００に締結する締結部材２２２Ｃとを含む。油圧機構７００は、ステータコア２２２Ａの外周面を該ステータコア２２２Ａの径方向（矢印ＤＲ１方向）に押圧して、ステータ２２２とケーシング６００との接触状態を変化させることが可能である。

次に、図４を用いて、油圧機構７００の構造について説明する。図７を参照して、油圧機構７００は、ハウジング７１０と、プランジャ７２０と、作動油７３０と、スプリング７４０とを含む。プランジャ７２０は、ハウジング７１０内で矢印ＤＲ１方向に移動可能に設けられている。ハウジング７１０内に作動油７３０が供給されて油圧が上昇すると、プランジャ７２０がステータ２２２に向けて移動し、ステータ２２２を押圧する。逆に、ハウジング７１０から作動油７３０が排出されて油圧が低下すると、プランジャ７２０は、スプリング７４０の付勢力によりステータ２２２から離れる方向に移動し、ステータ２２２の押圧が解除される。

図５は、モータ回転数とイナータンスとの関係を示す図である。なお、図５において『接触なし』（実線で表示）は、図３においてステータ２２２の外周面とケーシング６００とが接触していない場合の関係を示し、『接触あり』（破線で表示）は、図３においてステータ２２２の外周面とケーシング６００とが接触している場合の関係を示す。

図５を参照して、『接触なし』，『接触あり』いずれの場合も、一定の周波数域でイナータンスがピーク値を有する傾向は同じである。ただし、『接触なし』の場合と、『接触あり』の場合とで、イナータンスがピーク値を示す周波数域が異なる。すなわち、ステータ２２２をケーシング６００の側面に当接させることで、イナータンスが大きくなる周波数（共振周波数）をシフトさせることが可能である。したがって、モータジェネレータＭＧ２におけるモータ強制力の周波数がステータ２２２の共振周波数の近傍となったときに、油圧機構７００を作動させてステータ２２２とケーシング６００との接触状態を変化させることが有効である。

図６は、本実施の形態におけるモータ回転数と油圧機構７００の動作状態との関係を示す図である。図６において『ＯＮ』は、油圧機構７００を作動させてステータ２２２の外周面とケーシング６００とを接触させた状態を示し、『ＯＦＦ』は、油圧機構７００を停止させてステータ２２２の外周面とケーシング６００とを接触させない状態を示す。

図６を参照して、本実施の形態では、ステータ２２２の外周面とケーシング６００とが接触していない場合の共振周波数（図５においてイナータンスがピーク値となる周波数）の近傍において、油圧機構７００を『ＯＮ』状態として共振周波数をシフトさせ、その他の周波数では油圧機構７００を『ＯＦＦ』状態としている。このようにすることで、モータ強制力の周波数が共振周波数と一致することを抑制することができる。すなわち、図７に示すように、本発明の１つの実施例（破線で表示）では、油圧機構７００を備えない比較例（実線で表示）に対して、車室内での騒音が低減されている。このように、本実施の形態によれば、モータノイズの発生が抑制されたハイブリッド車両の駆動装置を得ることができる。また、ステータ２２２の振動が抑制されることで、締結部材２２２Ｃによるステータコア２２２Ａの締結の信頼性を向上させることができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る駆動装置は、ケーシング６００と、ケーシング６００内に収納され、ステータ２２２を含む『回転電機』としてのモータジェネレータＭＧ２と、ステータ２２２を押圧する『押圧手段』としての油圧機構７００と、モータジェネレータＭＧ２の回転数がステータ２２２の共振周波数近傍の所定の範囲の値となるときに選択的にステータ２２２を押圧するように油圧機構７００を制御する制御装置８００とを備える。

なお、本実施の形態では、油圧機構７００によってステータ２２２を径方向に押圧する例について説明したが、油圧機構７００によってステータ２２２を軸方向に押圧する場合でも、上記と同様の作用効果が得られる。また、本実施の形態では、モータジェネレータＭＧ２のステータ２２２の例について説明したが、モータジェネレータＭＧ１のステータ２１２でも同様の思想が適用可能であることは、言うまでもないことである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置が適用されるハイブリッド車両の構成を示す模式図である。 本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置が適用されるハイブリッド車両におけるＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。 本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置に含まれるステータ周辺の構造を示す図である。 図３に示される油圧機構の構造を示す断面図である。 周波数（モータ回転数）とイナータンスとの関係を示す図である。 周波数（モータ回転数）と油圧機構の動作状態との関係を示す図である。 周波数（モータ回転数）と騒音との関係について、本発明の実施例と比較例とを対比して示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、１１０ クランクシャフト、２００，ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、２１１，２２１ ロータ、２１２，２２２ ステータ、２２２Ａ ステータコア、２２２Ｂ ステータコイル、２２２Ｃ 締結部材、３００ 動力分割機構、３１０，３２０ プラネタリギヤ、３１１，３２１ サンギヤ、３１２，３２２ ピニオンギヤ、３１３，３２３ プラネタリキャリヤ、３１４，３２４ リングギヤ、３５０ カウンタギヤ、４００ ディファレンシャル機構、５００ ＰＣＵ、５１０ コンバータ、５２０，５３０ インバータ、５２１Ｕ，５３１Ｕ Ｕ相アーム、５２１Ｖ，５３１Ｖ Ｖ相アーム、５２１Ｗ，５３１Ｗ Ｗ相アーム、５４０ 制御装置、６００ ケーシング、７００ 油圧機構、７１０ ハウジング、７２０ プランジャ、７３０ 作動油、７４０ スプリング、８００ 制御装置、Ｃ１ フィルタコンデンサ、Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ１４ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ１４ パワートランジスタ。

Claims (3)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に収納され、ステータを含む回転電機と、
   前記ステータを押圧する押圧手段と、
   前記回転電機の回転数が前記ステータの共振周波数近傍の所定の範囲の値となるときに選択的に前記ステータを押圧するように前記押圧手段を制御する制御装置とを備えた、駆動装置。
2. 前記押圧手段は、前記ステータを該ステータの径方向に押圧する、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記押圧手段は、前記ステータを該ステータの軸方向に押圧する、請求項１に記載の駆動装置。

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