JP2017085791A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機とプラネタリギヤとを備えた駆動装置において、駆動装置の振動を抑制するための防振手段の構成を簡略化する。
【解決手段】三相永久磁石同期モータでは、ロータの極対数の６倍の周波数のトルク変動である６次高調波が、その出力トルクに顕著に生じることが知られている。このため、サンギヤ１１の歯数を、第１モータジェネレータＭＧ１のロータ３２の極対数Ｃに６を乗算した数とする。第１モータジェネレータＭＧ１から生じる６次高調波の周波数と、ワンウェイクラッチ３によってキャリア１４が固定されている状態のプラネタリギヤ１０においてサンギヤ１１から生じる振動の周波数とが、常に等しくなり、防振手段は当該周波数に対応する１種類のみを実行すれば足り、防振手段の構成を簡略化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機とプラネタリギヤとを備えた駆動装置に関し、特に、駆動装置の振動の抑制が考慮されたものに関する。

駆動及び発電が可能なモータジェネレータと、プラネタリギヤとを備えた駆動装置が公知である。特許文献１が開示する駆動装置では、モータジェネレータのロータに、プラネタリギヤのサンギヤが固定されている。プラネタリギヤのキャリアにはエンジンの出力軸が接続され、このキャリアには、エンジンの逆転を防止するために動力伝達要素としてのワンウェイクラッチが設けられており、これによって走行中にキャリアを一時的に停止させることが可能にされている。モータジェネレータには、三相永久磁石同期モータが用いられている。

特開２０１５−０５８４５０号公報

ところで、三相永久磁石同期モータでは、ステータやロータの構造的な不連続性、あるいは３相インバータの出力特性に起因して、１回転あたりでロータの極対数の６倍の周波数のトルク変動である６次高調波が、その出力トルクに顕著に生じる場合があることが知られている。他方、ワンウェイクラッチによってキャリアが固定されている状態のプラネタリギヤからは、１回転あたりでサンギヤの歯数に等しい周波数の振動が発生する。そのため、モータジェネレータとサンギヤから生じる振動の周波数が互いに異なる場合には、それぞれの周波数に応じた防振材をトランスアクスルケースに互いに別個に設置したり、あるいはトランスアクスルケース自体をそれぞれの周波数に対する防振特性を付与するように設計するなど、複数の振動周波数に応じた複数種類の防振手段を講じる必要があり、製造コスト上好ましくない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転電機とプラネタリギヤとを備えた駆動装置において、駆動装置の振動を抑制するための防振手段の構成を簡略化することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、
エンジンと、回転電機とプラネタリギヤと動力伝達要素とを有する変速機と、を備えた駆動装置であって、
前記エンジンのクランク軸は、前記変速機の入力軸と接続され、
前記プラネタリギヤは、サンギヤとピニオンギヤとリングギヤとキャリアで構成され、
前記エンジンからの動力を前記変速機の出力軸と前記回転電機とに伝達し、
前記サンギヤは、前記入力軸と同軸上に配置され、
前記リングギヤは、前記サンギヤの径方向外側で且つサンギヤと同軸上に配置され、
前記ピニオンギヤは、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に配置され、
前記キャリアは、前記入力軸と連結され、前記ピニオンギヤを自転可能に支持し、
前記動力伝達要素は、前記入力軸と同軸上に配置され、前記入力軸の負回転を規制して前記キャリアを停止させ、
前記回転電機のロータに、前記サンギヤが連結されており、
前記サンギヤの歯数は、前記回転電機のロータの極対数に６を乗算した数であることを特徴とする。

本発明では、サンギヤの歯数を、回転電機のロータの極対数に６を乗算した数としたので、回転電機から生じる６次高調波の周波数と、動力伝達要素によってキャリアが停止させられている状態のプラネタリギヤにおいて回転中のサンギヤから生じる振動の周波数とが等しくなる。したがって、回転電機のロータとプラネタリギヤとの振動を抑制するための防振材は、当該周波数に対応する１種類のみで足り、発生ノイズ次数の数が減少し、これによって、防振手段の構成を簡略化することができる。

本発明の実施形態に係る駆動装置を示すスケルトン図である。 両駆動ＥＶモードでの運転を示す共線図である。 ロータの要部を示す側面図である。 本発明の実施形態における駆動軸の回転数と、駆動装置から生じる振動の周波数との関係を、振動源別に表したグラフである。 本発明による改良前の駆動装置における駆動軸の回転数と、駆動装置から生じるノイズ（振動）の周波数との関係を、振動源別に表したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、本発明をＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）形式のハイブリッド車に適用した場合について説明する。

図１に示すように、本実施形態の駆動装置１００は、車両に搭載されており、エンジン１と、トランスアクスルアセンブリ２とを含んで構成されている。エンジン１は周知の内燃機関である。

トランスアクスルアセンブリ２は、ワンウェイクラッチ３、プラネタリギヤ１０、第１モータジェネレータＭＧ１、第２モータジェネレータＭＧ２、および差動装置２０を含んで構成された変速機であり、これら各構成部材を不図示の各軸受装置によって、ケース２ｂの内部に回転可能に支持している。

エンジン１のクランク軸１ａは、入力軸２ａと接続されている。入力軸２ａは、プラネタリギヤ１０のキャリア１４と接続されている。プラネタリギヤ１０は、周知のシングルピニオン型の遊星歯車機構であり、エンジン１からの動力を出力側と第１モータジェネレータＭＧ１とに分割する動力分割機構としての機能を有する。プラネタリギヤ１０は、サンギヤ１１、ピニオンギヤ１２、リングギヤ１３およびキャリア１４を有する。サンギヤ１１は、入力軸２ａと同軸上に配置され、第１モータジェネレータＭＧ１の回転軸に固定されている。リングギヤ１３は、サンギヤ１１の径方向外側で且つサンギヤ１１と同軸上に、回転自在に配置されている。ピニオンギヤ１２は、サンギヤ１１とリングギヤ１３との間に配置されており、サンギヤ１１およびリングギヤ１３とそれぞれ噛み合っている。なお、サンギヤ１１と第１モータジェネレータＭＧ１との間にクラッチまたはブレーキを設けて、両者の間を選択的に連結するように構成しても良い。

キャリア１４は、入力軸２ａと連結されており、入力軸２ａと一体に回転する。キャリア１４は、入力軸２ａを介してエンジン１のクランク軸１ａと接続されている。ピニオンギヤ１２は、キャリア１４によって回転自在に支持されている。従って、ピニオンギヤ１２は、ピニオンギヤ１２の中心軸線を回転中心として自転可能であると共に、キャリア１４と一体となって入力軸２ａの中心軸線を回転中心として公転可能である。

リングギヤ１３には、カウンタドライブギヤ１５が一体的に形成されている。カウンタドライブギヤ１５は、カウンタドリブンギヤ１６と噛み合っている。また、カウンタドリブンギヤ１６には、第２モータジェネレータＭＧ２のリダクションギヤ１９が噛み合っている。リダクションギヤ１９は、第２モータジェネレータＭＧ２の回転軸３１に配置されており、回転軸３１と一体回転する。第２モータジェネレータＭＧ２の出力するトルクは、リダクションギヤ１９を介してカウンタドリブンギヤ１６に伝達される。

第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されている。第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。

第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２としては、三相永久磁石同期モータが用いられている。第１モータジェネレータＭＧ１は回転界磁型であり、三相の電機子巻線を有するステータ３１と、外周面の近傍に複数個の永久磁石を有するロータ３２とを備えている。第２モータジェネレータＭＧ２の構成は、第１モータジェネレータＭＧ１と同じでもよく、また異なっていてもよい。第１モータジェネレータＭＧ１には、回転電機子型の同期モータや、他の形式の三相交流モータを用いても良い。

ドライブピニオンギヤ１７は、カウンタドリブンギヤ１６と同軸上に配置されており、カウンタドリブンギヤ１６と一体に回転する。ドライブピニオンギヤ１７は、差動装置２０のデフリングギヤ１８と噛み合っている。差動装置２０は、左右の駆動軸２１を介して駆動輪２２と接続されている。

以上の構成により、リングギヤ１３は、カウンタドライブギヤ１５、カウンタドリブンギヤ１６、ドライブピニオンギヤ１７、差動装置２０および駆動軸２１を介して、駆動輪２２と接続されている。また、第２モータジェネレータＭＧ２は、リングギヤ１３よりも駆動輪２２側に配置され、リングギヤ１３よりも駆動輪２２側の動力伝達経路に対してトルクを出力可能に接続されている。

ワンウェイクラッチ３は、入力軸２ａの負回転を規制してキャリア１４を停止させることが可能な動力伝達要素である。ここで、負回転とは、エンジン１の運転時のキャリア１４の回転方向を正方向とした場合における、当該正方向と反対方向の回転をいう。ワンウェイクラッチ３は、例えば、入力軸２ａと接続された内輪と、車体側に固定された外輪と、内輪と外輪との間に配置されたスプラグとを有するスプラグ式のものとすることができる。ワンウェイクラッチ３は、入力軸２ａの負回転を規制することにより、キャリア１４の負回転を規制する。

駆動装置１００の各部、すなわちエンジン１、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２は、は、不図示の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。本実施形態の車両はハイブリッド車両であり、ＥＶ走行あるいはＨＶ走行を選択的に実行することができる。ＥＶ走行モードは、エンジン１の動力によらずに、第１モータジェネレータＭＧ１あるいは第２モータジェネレータＭＧ２の少なくともいずれか一方を動力源として駆動装置１００を走行させる走行モードである。駆動装置１００は、大きく分けて、単駆動ＥＶモードあるいは両駆動ＥＶモードのいずれかのモードでＥＶ走行を行う。

単駆動ＥＶモードは、第２モータジェネレータＭＧ２を単独の動力源として走行するＥＶ走行モードである。第２モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪２２に対してトルクを出力し、駆動装置１００を走行させることができる。第２モータジェネレータＭＧ２の駆動力および回転は、リングギヤ１３にも伝達され、リングギヤ１３は正回転する。第１モータジェネレータＭＧ１は電動機としても発電機としても駆動されずに空転状態とされることが可能である。この場合、キャリア１４は回転を停止し、第１モータジェネレータＭＧ１は負回転する。

両駆動ＥＶモードは、ワンウェイクラッチ３が係合した状態で、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２を動力源として走行するＥＶ走行モードである。第１モータジェネレータＭＧ１は、負トルクを発生して負回転することにより、リングギヤ１３に正トルクを出力することができる。このとき、ワンウェイクラッチ３は、係合してキャリア１４の負回転を規制し、これによってエンジン１のクランク軸１ａの逆回転を規制する。したがって、キャリア１４は回転を停止して、第１モータジェネレータＭＧ１のトルクに対する反力受けとして機能し、第１モータジェネレータＭＧ１の負回転・負トルクをリングギヤ１３に対して正回転・正トルクとして伝達することができる。これにより、リングギヤ１３からは、第１モータジェネレータＭＧ１のトルクが、駆動装置１００を前進させる方向の駆動力として出力される。

この両駆動ＥＶモードでの運転を示す共線図は図２のとおりであり、ワンウェイクラッチ３の作用によって、キャリア１４及びエンジン１の回転が停止させられ、第１モータジェネレータＭＧ１の負回転によって、リングギヤ１３が正回転方向（エンジン１の運転時における場合と同じ方向）に駆動されることが示されている。

ＨＶ走行モードは、エンジン１を動力源として駆動装置１００を走行させる走行モードである。このモードでは、エンジン１が駆動するため、キャリア１４も回転する。ＨＶ走行では、エンジン１に加えて、第２モータジェネレータＭＧ２にアシストトルクを出力させて走行することが可能である。また、ＨＶ走行モードでは、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２を適宜発電機として機能させることや、空転状態とすることも可能である。

ところで、三相永久磁石同期モータでは、ステータやロータの構造的な不連続性、あるいは３相インバータの出力特性に起因して、１回転あたりでロータの極対数の６倍の周波数のトルク変動である６次高調波が、その出力トルクに顕著に生じることが知られている。他方、ワンウェイクラッチによってキャリアが固定されている状態のプラネタリギヤからは、１回転あたりでサンギヤの歯数に等しい周波数の振動が発生する。そのため、モータジェネレータとサンギヤから生じる振動の周波数が互いに異なる場合には、それぞれの周波数に応じた防振手段を互いに別個に設ける必要があり、製造コスト上好ましくない。

そこで、本実施形態では、第１モータジェネレータＭＧ１のロータ３２に固定されているサンギヤ１１の歯数を、第１モータジェネレータのロータ３２の極対数に６を乗算した数としている。図３に示されるように、ロータ３２は、界磁鉄心３３の内部に複数対の永久磁石３４を埋め込んでなる。複数対の永久磁石３４は、互いに隣接する対の永久磁石３４が、互いに逆の極性を有するように配置されている。互いに隣接する２対の永久磁石３４によって、１個の極対３５が構成される。１個の極対３５によって、３６０°の電気角が構成される。そして、本実施形態では、永久磁石３４の対の数は１０個であり、極対数Ｃは５である。

他方、本実施形態では、サンギヤ１１の歯数を、第１モータジェネレータのロータ３２の極対数Ｃ（すなわち５）に６を乗算した数、すなわち６＊Ｃ＝３０枚とする。

以上のとおり構成された本実施形態では、上述した両駆動ＥＶモードにおいて、ワンウェイクラッチ３が係合した状態で、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２を動力源として走行が行われるときに、ワンウェイクラッチ３は、係合してキャリア１４の負回転を規制する（回転を停止させる）。このため、プラネタリギヤ１０からは、第１モータジェネレータＭＧ１のロータ３２に結合されたサンギヤ１１の歯数に対応した周波数ｆ１（すなわち、歯数３０＝６＊Ｃとサンギヤ１１の回転数Ｎの積６＊Ｃ＊Ｎ）のトルク振動が生じる。

他方、第１モータジェネレータＭＧ１からは、上述したとおり、ロータ３２の極対数Ｃの６倍の周波数のトルク変動である６次高調波が、その出力トルクに顕著に生じるため、周波数ｆ２（すなわち、ロータ３２の極対数Ｃの６倍とロータ３２の回転数Ｎとの積６＊Ｃ＊Ｎ）のトルク振動が生じる。

このようにして、ワンウェイクラッチ３が係合した状態で第１モータジェネレータＭＧ１が回転する場合には、プラネタリギヤのトルク振動の周波数ｆ１と、第１モータジェネレータＭＧ１のトルク振動の周波数ｆ２とが、いずれも６＊Ｃ＊Ｎとなり、両者が完全に一致することになる。

したがって、本実施形態では、モータジェネレータＭＧ１のロータ３２とプラネタリギヤ１０との振動を抑制するための防振手段として、トランスアクスルケース２ｂ自体を、当該周波数ｆ１＝ｆ２に対する防振特性を付与するように設計する。この防振特性の付与は、例えば当該周波数ｆ１＝ｆ２を入力した場合のトランスアクスルケース２ｂの振動の腹となる部分に、質量、ダンパ要素、および／または剛性を調整するための構造を設けることによって実行でき、そのような設計は実験またはシミュレーションにより容易に実現することができる。

図５は、本発明による改良前の駆動装置、すなわちサンギヤ１１の歯数がロータ３２の極対数の６倍以外の値である装置において、両駆動ＥＶモードにおいてワンウェイクラッチ３が係合した状態で、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２を動力源として走行が行われるときにおける、駆動軸２１の回転数と、駆動装置から生じる振動の周波数との関係を、振動源別に表したグラフである。図示のとおり、モータジェネレータＭＧ１から生じる振動と、プラネタリギヤ１０から生じる振動とは、常に別個の周波数となっている。

これに対し、図４は、本実施形態の駆動装置１１０において、駆動軸２１の回転数と、駆動装置１００から生じる振動の周波数との関係を、振動源別に表したグラフである。図示のとおり、モータジェネレータＭＧ１から生じる振動と、プラネタリギヤ１０から生じる振動とは、常に完全に一致した周波数となっている。

以上のとおり、本実施形態では、サンギヤ１１の歯数を、第１モータジェネレータＭＧ１のロータ３２の極対数Ｃに、当該第１モータジェネレータＭＧ１において最も顕著な高調波の次数を乗算した数としたので、第１モータジェネレータＭＧ１から生じる６次高調波の周波数ｆ２と、ワンウェイクラッチ３（キャリア１４を停止させることが可能な動力伝達要素）によってキャリア１４が停止させられている状態のプラネタリギヤ１０においてサンギヤ１１から生じる振動の周波数ｆ１とが、常に等しくなる。したがって、モータジェネレータＭＧ１のロータ３２とプラネタリギヤ１０との振動を抑制するための防振手段（振動の周波数に応じた防振材をトランスアクスルケース２ｂに互いに別個に設置すること、および／または、トランスアクスルケース２ｂ自体をそれぞれの周波数に対する防振特性を付与するように設計すること）は、当該周波数ｆ１＝ｆ２に対応する１種類のみを実行すれば足り、発生ノイズ次数の数が減少し、これによって、防振手段の構成を簡略化することができる。また、第１モータジェネレータＭＧ１から生じる６次高調波の周波数ｆ２と、サンギヤ１１から生じる振動の周波数ｆ１との差がわずかである場合に生じるビート音の発生も抑制できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態の駆動装置では第１モータジェネレータＭＧ１とは別に第２モータジェネレータＭＧ２を設けたが、第２モータジェネレータは設けなくても良い。プラネタリギヤはダブルピニオン形であっても良い。キャリア１４を停止させることが可能な動力伝達要素として、ワンウェイクラッチに代えて摩擦クラッチまたはブレーキを設けても良い。

１ エンジン
２ トランスアクスルアセンブリ
３ ワンウェイクラッチ
１０ プラネタリギヤ
１１ サンギヤ
３２ ロータ
３４ 永久磁石
３５ 極対
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ

Claims (1)

1. エンジンと、回転電機とプラネタリギヤと動力伝達要素とを有する変速機と、を備えた駆動装置であって、
   前記エンジンのクランク軸は、前記変速機の入力軸と接続され、
   前記プラネタリギヤは、サンギヤとピニオンギヤとリングギヤとキャリアで構成され、
   前記エンジンからの動力を前記変速機の出力軸と前記回転電機とに伝達し、
   前記サンギヤは、前記入力軸と同軸上に配置され、
   前記リングギヤは、前記サンギヤの径方向外側で且つサンギヤと同軸上に配置され、
   前記ピニオンギヤは、前記サンギヤと前記リングギヤとの間に配置され、
   前記キャリアは、前記入力軸と連結され、前記ピニオンギヤを自転可能に支持し、
   前記動力伝達要素は、前記入力軸と同軸上に配置され、前記入力軸の負回転を規制して前記キャリアを停止させ、
   前記回転電機のロータに、前記サンギヤが連結されており、
   前記サンギヤの歯数は、前記回転電機のロータの極対数に６を乗算した数であることを特徴とする駆動装置。

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