JP2018057183A - 回転電機システム - Google Patents

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Abstract

【課題】回転電機のロータシャフトの軸受における絶縁性を、簡易に確保することのできる回転電機システムを実現すること。
【解決手段】エンジン101と、ロータシャフトが軸受を介してハウジング111Hに回転自在に支持されている回転電機111とが動力源として搭載され、MOP11およびEOP21の吐出する潤滑油を回転電機の軸受などに油圧回路161を介して供給する車両において、ECUは、回転電機の運転状態を取得して、軸受に電食を発生させる可能性があるか否かを判定し、電食発生可能性ありと判定された場合に、EOPを制御して当該軸受への潤滑油の供給量を当該電食発生可能性ありと判定されないときよりも増加させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、回転電機の軸受における電食の発生を防止する回転電機システムに関する。
電力を利用して駆動する回転電機は、各種機器に搭載されて利用されている。この種の回転電機では、ステータ側への電力供給に伴う磁界の変動により、ロータ側に誘導起電力が発生して、ロータシャフトと、その周辺部材との間に電位差が生じる場合がある。このために、ロータシャフトを回転自在に周辺部材に支持させる軸受を含んで、ロータコアからロータシャフトを経由する電気的な閉回路が形成されると、その軸受においてスパークが生じるなどして面荒れ等の電食が発生してしまうことが問題となる。
そこで、例えば、特許文献1には、車両に搭載する回転電機において、ロータシャフトとロータコアとの間に絶縁膜を形成することにより、漏れ電流を遮断して閉回路が形成されることを制限し、軸受での電食の発生を抑制することが開示されている。
特開2015−159647号公報
しかしながら、この特許文献1に記載の回転電機にあっては、ロータコアを経由する閉回路の形成を制限することは可能であるが、そのロータコアを経由することなく、ロータシャフトと他の周辺部材との間に軸受の介在する閉回路が形成されることを制限することができない。すると、軸受に電食が発生してしまう、という課題があった。
本発明は、このような課題を解消することを目的として、回転電機のロータシャフトの軸受における絶縁性を、簡易に確保することのできる回転電機システムを実現する。
上記課題を解決する回転電機システムの発明の一態様は、ステータとロータとを備え、該ロータの固定されているロータシャフトが軸受を介してケースに回転自在に支持されている回転電機を含む回転電機システムにおいて、前記回転電機の前記軸受に潤滑油を供給する潤滑機構と、該潤滑機構の潤滑油の供給量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記回転電機の運転状態を取得して、前記軸受に電食を発生させる可能性があるか否かを判定する電食判定部と、該電食判定部により電食発生可能性ありと判定された場合に、前記潤滑機構を制御して当該軸受への潤滑油の供給量を当該電食発生可能性ありと判定されないときよりも増加させる潤滑制御部と、を有している。
このように本発明の一態様によれば、軸受において電食発生の可能性がある運転状態にあると判定されたタイミングに、その軸受への潤滑油の供給量が増加され、軸受面における潤滑油の油量が補充される。このため、不必要に潤滑油の供給量が多くされることなく、必要なタイミングに軸受の軸受面間の潤滑油の油量が多くされて、その潤滑油による絶縁性が増大される。
したがって、軸受への潤滑油の供給量を適宜に増量するだけの簡易な制御で、その軸受での絶縁性を信頼性高く確保することのできる回転電機システムを提供することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る回転電機システムを搭載する車両の一例を示す図であり、その概略全体構成を示す模式図である。 図2は、回転電機の軸受に潤滑油を供給する油路の説明をする系統図である。 図3は、回転電機を含む機構の構造を説明する縦断面図である。 図4は、図3の機構における要部構成を示す一部拡大縦断面図である。 図5は、回転電機の軸受に潤滑油を供給する制御処理を説明するフローチャートである。 図6は、回転電機の軸受に潤滑油を供給する制御処理を説明するタイムチャートである。 図7は、本発明の第2の実施形態に係る回転電機システムを示す図であり、その回転電機の軸受に潤滑油を供給する油路の説明をする系統図である。 図8は、回転電機の軸受に潤滑油を供給する制御処理を説明する図5と異なるフローチャートである。 図9は、本発明の第3の実施形態に係る回転電機システムを示す図であり、その回転電機の軸受に潤滑油を供給する制御処理を説明する図5および図8と異なるフローチャートである。 図10は、実施形態の他の態様を説明する図であり、回転電機の軸受に潤滑油を供給するタイミングを決定する判定時に用いるマップを示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図6は本発明の第1の実施形態に係る回転電機システムを説明する図であり、図1はその回転電機システムを搭載する車両の一例を示す図である。
(第1の実施形態)
図1において、車両100は、動力源として、内燃機関型のエンジン101と、モータ・ジェネレータ(MG)として機能する回転電機111、112とを搭載する、所謂、ハイブリッド車に構築されている。すなわち、車両100が本実施形態の回転電機システムを搭載している。この車両100は、車両全体がECU(Electronic Control Unit)1により統括制御されて、例えば、これらエンジン101や回転電機111、112が効率よく駆動されるようになっている。これらエンジン101や回転電機111、112の動力は、差動装置としての機能を有する動力伝達機構121などを介して駆動軸151に伝達される。これにより、車両100は、不図示の車輪が回転されて走行する。
ここで、エンジン101は、燃料の燃焼エネルギを回転駆動に変換して動力として出力する。また、回転電機111、112は、不図示のバッテリ内に蓄電されている直流電力エネルギをインバータにより交流電力に変換されて供給されることにより回転駆動して動力を出力する。この回転電機111、112は、バッテリからの電力供給を受けて駆動する電動機として稼動するとともに、減速時などにはバッテリに充電する回生電力を生成して出力する発電機としても稼動可能に構成されている。
なお、回転電機111、112は、ロータコア115cを有するロータ115と、ステータコイル116wが巻き付けられているステータコア116cを有するステータ116とを備えて、ロータ115がステータ116内に回転自在に収容されている。この回転電機111、112は、ロータシャフト111a、112aにロータコア115cが一体回転するように固定されている。
動力伝達機構121は、差動回転するサンギヤ126、リングギヤ127、キャリア128、およびピニオンギヤ129を有するシングルピニオン型の遊星歯車機構122により構成されている。動力伝達機構121は、エンジン101の出力軸101aと同一の回転軸線となる入力軸121aを備えている。動力伝達機構121は、その入力軸121aにキャリア128が同軸に一体回転するように連結されて、サンギヤ126が回転電機(MG1)111のロータシャフト111aに同軸に一体回転するように連結されている。動力伝達機構121は、サンギヤ126周りで自転または公転して遊星回転する複数個のピニオンギヤ129をキャリア128が回転自在に支持して、リングギヤ127がこれらピニオンギヤ129を内周側に収容して噛み合っている。これにより、動力伝達機構121は、リングギヤ127が同心円のサンギヤ126と同軸回転するようにピニオンギヤ129を介して組み付けられている。
なお、エンジン101の出力軸101aと動力伝達機構121の入力軸121aとの間には、ハウジング111Hに固定されているワンウェイブレーキ139が設置されている。ワンウェイブレーキ139は、エンジン101の回転方向と逆方向の回転を制限するように、その出力軸101aに係合固定して動力伝達機構121のキャリア128の回転を止めるようになっている。
この動力伝達機構121は、リングギヤ127の外周側に形成されて一体回転する外歯歯車のドライブギヤ131に、動力を受け渡し可能に外部のギヤ列などが連結される。この動力伝達機構121の入力軸121aと平行にカウンタシャフト132が回転自在に設置されている。カウンタシャフト132の一端側にはリングギヤ127の外周側のドライブギヤ131に噛み合うカウンタドリブンギヤ133が一体回転するように固定され、そのカウンタシャフト132の他端側にはカウンタドライブギヤ136が一体回転するように固定されている。このカウンタシャフト132の一端側のカウンタドリブンギヤ133には、回転電機(MG2)112のロータシャフト112aの端部に固定されているリダクションギヤ137が噛み合って連結されている。また、そのカウンタシャフト132の他端側のカウンタドライブギヤ136には、デファレンシャルギヤ141のリングギヤ145が噛み合って駆動軸151に連結されている。
この構造により、車両100では、エンジン101や回転電機111、112の回転動力を出力軸101aやロータシャフト111a、112aのそれぞれから出力させることができる。この出力される回転動力は、動力伝達機構121を介して駆動軸151に伝達されることにより不図示の車輪を転動させることができ、車両100を走行させることができる。
この車両100は、回転電機111、112や動力伝達機構121等において冷却や潤滑の必要がある被潤滑箇所に潤滑油を供給して補充するために、機械式オイルポンプ(以下、単にMOPともいう)11と、電動式オイルポンプ(以下、単にEOPともいう)21と、を備えている。
MOP11は、エンジン101の出力軸101aに直結されて駆動するように設置されている。このMOP11は、エンジン101の始動と同時に稼動され、回転電機111、112などへの潤滑油の供給を開始する。
EOP21は、エンジン101とは別個に稼動可能に設置されている。このEOP21は、不図示のバッテリ内の蓄電電力の供給を受けて駆動するモータ22により不図示のポンプ部が動作されて稼動し、回転電機111、112などへの潤滑油の供給を開始する。すなわち、MOP11はエンジン101の停止時には稼動不能であるが、EOP21はエンジン101の停止中にも稼動させて潤滑油を回転電機111、112などに供給することができる。
これらMOP11およびEOP21は、図2に示す油圧回路161内に組み込まれて回転電機111、112などの被潤滑箇所に潤滑油をそれぞれ供給するように構築されている。油圧回路161は、吸引油路162と、第1分配油路163と、第2分配油路164と、第1供給油路165と、第2供給油路166と、を備えている。
吸引油路162は、ハウジング111H内の下部に設置されて潤滑油を貯留する貯留部111Hpにストレーナ(濾過器)171を介して接続されており、そのストレーナ171から分岐する分岐路162a、162bがそれぞれMOP11およびEOP21の吸入口11i、21iに接続されている。これにより、MOP11およびEOP21は、ストレーナ171により濾過された潤滑油をそれぞれ吸引して吐出することができる。
第1分配油路163は、MOP11の吐出口11oに接続されて、第1供給油路165および第2供給油路166が分岐接続されている。同様に、第2分配油路164は、EOP21の吐出口21oに接続されて第1供給油路165および第2供給油路166が分岐接続されている。すなわち、第1供給油路165および第2供給油路166は、第1分配油路163および第2分配油路164の接続箇所で連通して並列接続されている。これにより、MOP11は第1分配油路163を介して、また、EOP21は第2分配油路164を介して、それぞれ第1供給油路165および第2供給油路166に潤滑油を圧送することができる。
第1供給油路165は、第1分配油路163および第2分配油路164が並列接続される反対側の他端側に、回転電機111および回転電機112が並列接続されている。また、同様に、第2供給油路166は、第1分配油路163および第2分配油路164が並列接続される反対側の他端側に、回転電機111および動力伝達機構121が並列接続されている。
これにより、回転電機(MG1)111、回転電機(MG2)112および動力伝達機構121は、MOP11またはEOP21から吐出されて第1分配油路163または第2分配油路164に圧送される潤滑油を、第1供給油路165と第2供給油路166とを介して受けて、それぞれの被潤滑箇所が潤滑等される。このとき、動力伝達機構121では、特に、サンギヤ126などの遊星歯車機構(Planetary Gear)122に潤滑油が供給されて潤滑等される。また、回転電機(MG1)111には、第1供給油路165および第2供給油路166の双方から潤滑油が供給されて潤滑等される。
ここで、油圧回路161は、第1供給油路165にオイルクーラ172を介在させることにより潤滑油による冷却効果を効果的に得られるようにされている。なお、第2供給油路166にもオイルクーラを介在させてもよいことはいうまでもない。
また、第1供給油路165には、潤滑油に一定以上の圧力が発生したときに機能するリリーフバルブ173a、173bが設置されることにより、下流側の回転電機111、112を損傷させてしまうことを回避するようになっている。なお、リリーフバルブ173a、173bは、一方が常時機能して他方が補助的に機能するように動作圧力がそれぞれ設定されている。
さらに、第1分配油路163および第2分配油路164には、MOP11とEOP21のそれぞれの吐出側の第1供給油路165と第2供給油路166とへの分岐箇所の前段に、一方向のみの潤滑油の流動を許容するチェックバルブ174a、174bが設置されている。このチェックバルブ174a、174bは、第1供給油路165や第2供給油路166から第1分配油路163や第2分配油路164に向けて潤滑油が逆流することを制限することにより、MOP11やEOP21が損傷してしまうことを回避する。
また、第2供給油路166には、オリフィス175がチェックバルブ174a、174bの下流側に位置するように設置されている。このオリフィス175は、第2供給油路166側に供給される潤滑油の流量の変動を抑えることにより、第1供給油路165を介して回転電機111、112に潤滑油を優先して供給するようになっている。
ところで、本実施形態の回転電機111は、図3に示すように、動力伝達機構121の遊星歯車機構122を挟んでエンジン101の反対側に位置するように配置されており、ロータシャフト111aがエンジン101の出力軸101aおよび動力伝達機構121の入力軸121aと同軸になるように回転自在にハウジング111Hに支持されている。
ハウジング111Hは、フロント部材111Haと、胴体部材111Hbと、仕切部材111Hcと、リア部材111Hdと、ポンプハウジング111Heとを備えて、回転電機111と、動力伝達機構121の遊星歯車機構122とを収容するように形成されている。
フロント部材111Haは、エンジン101の出力軸101aに連結される動力伝達機構121の入力軸121a周りに、遊星歯車機構122の収容空間を形成する有底の円筒形状に形成されている。このフロント部材111Haは、円筒形状の開口端に仕切部材111Hcがネジ止めされて組み付けられることにより、その動力伝達機構121の入力軸121aを円筒中心で回転自在に貫通する状態で収容するとともに、その収容空間が閉塞されるようになっている。
胴体部材111Hbは、回転電機111のロータ115やステータ116を内部に収容可能な直径を有する収容空間を確保する概略円筒形状に形成されている。この胴体部材111Hbは、円筒形状の両端側に仕切部材111Hcとリア部材111Hdおよびポンプハウジング111Heとがそれぞれネジ止めされて組み付けられることにより、その収容空間が閉塞されるようになっている。
仕切部材111Hcは、フロント部材111Haに組み付けられて動力伝達機構121の入力軸121aと回転電機111のロータシャフト111aとの連結箇所を回転自在に貫通させて支持しつつ、その遊星歯車機構122の収容空間を閉塞する。また、仕切部材111Hcは、胴体部材111Hb内の回転電機111のステータ116のステータコア116cがネジ止めされて固定されている。
リア部材111Hdは、概略円盤形状のポンプハウジング111Heを中心に取り付け可能な平板なリング形状に形成されている。このリア部材111Hdは、仕切部材111Hcに対面するように胴体部材111Hbの一端側に外周側がネジ止めされて、そのポンプハウジング111Heと共に胴体部材111Hbを閉塞するようになっている。
ポンプハウジング111Heは、リア部材111Hdの軸心側に固定されて、回転電機111のロータシャフト111aを回転自在に支持するとともに、MOP11を回転電機111のロータシャフト111aと同軸回転するように内部に保持するように形成されている。
動力伝達機構121は、入力軸121a周りに、遊星歯車機構122を構成するサンギヤ126、リングギヤ127、キャリア128、ピニオンギヤ129、ドライブギヤ131が配置されている。この動力伝達機構121の遊星歯車機構122は、ハウジング111Hのフロント部材111Haと仕切部材111Hcとにより形成される空間内に収容されている。
また、回転電機111のロータシャフト111aは、動力伝達機構121のサンギヤ126と一体に同軸回転するように、入力軸121aと同一の回転軸線上に配置されている。回転電機111は、このロータシャフト111a周りに、ロータ115とステータ116とが配置されている。この回転電機111は、これらロータ115およびステータ116がハウジング111Hの胴体部材111Hb、仕切部材111Hc、リア部材111Hd、およびポンプハウジング111Heにより形成される空間内に収容されている。なお、ステータ116は、ロータ115のロータコア115cに対面するように、ハウジング111Hの仕切部材111Hc側にステータコア116cが固定され、そのステータコア116cに上述のバッテリから電力供給されるステータコイル116wが巻き付けられている。
遊星歯車機構122は、図4に拡大して図示するように、サンギヤ126が動力伝達機構121の入力軸121aの外周面に同軸回転するように支持されている。このサンギヤ126は、その動力伝達機構121の入力軸121aの外周面に沿って回転電機111のロータシャフト111a側に向かう円筒部126aを有して、この円筒部126aの外周面にスプライン126sが形成されている。また、回転電機111のロータシャフト111aの端部の外周面にもスプライン111sが形成されている。このサンギヤ126の円筒部126aのスプライン126sとロータシャフト111a端部のスプライン111sとの双方には、フランジ形状部材181の円筒部183、184の内面がそれぞれ対面している。このフランジ形状部材181の円筒部183、184の内面に形成されているスプライン183s、184sがサンギヤ126の円筒部126aのスプライン126sとロータシャフト111a端部のスプライン111sとにそれぞれ噛み合ってスプライン結合することにより動力伝達機構121のサンギヤ126と回転電機111のロータシャフト111aとが相対回転不能に連結される。
この動力伝達機構121は、リングギヤ127の回転軸線方向の両側に位置して、ハウジング111Hのフロント部材111Haおよび仕切部材111Hcとの間にそれぞれ介在するようにラジアル軸受191、192が嵌め込まれている。また、回転電機111のロータシャフト111a側に位置するフランジ形状部材181は、外側に向かって突出する円盤部185とハウジング111Hの仕切部材111Hcとの間にスラスト軸受193が嵌め込まれている。同様に、動力伝達機構121の入力軸121aには、エンジン101の出力軸101a側の外周面から円盤形状に突出するフランジ形状部187が形成され、そのフランジ形状部187の両面側のサンギヤ126の側面やハウジング111Hのフロント部材111Haとの間にスラスト軸受194、195が嵌め込まれている。これにより、動力伝達機構121は、入力軸121aの外周面側において、ラジアル軸受191、192やスラスト軸受193、194、195により、スラスト方向に位置決めされつつ、そのスラスト方向やラジアル方向の摺動負荷を小さくされつつ回転自在に支持されている。
同様に、回転電機111のロータシャフト111aは、両端部側のハウジング111Hの仕切部材111Hcやポンプハウジング111Heとの間にラジアル軸受197、198が嵌め込まれている。これにより、回転電機111は、ロータシャフト111aがラジアル方向に摺動負荷を小さくされつつ回転自在に支持されている。すなわち、仕切部材111Hcやポンプハウジング111Heを含むハウジング111Hがロータシャフト111aを回転自在に支持するケースを構成している。
また、回転電機111のロータシャフト111aおよび動力伝達機構121の入力軸121aは、中空の円筒部材に形成されている。このうちの回転電機111のロータシャフト111aの中空空間111m内には、同様の円筒部材に形成された駆動軸31が収容されている。また、動力伝達機構121の入力軸121aの回転電機111側の端部の内面にはスプライン121sが形成されている。
この回転電機111のロータシャフト111a内の駆動軸31は、動力伝達機構121側の端部の外周面にスプライン31sが形成され、そのスプライン31sが動力伝達機構121の入力軸121aの回転電機111側端部のスプライン121sに噛み合ってスプライン結合されている。この駆動軸31は、スプライン31sの反対側の端部がポンプハウジング111Heに回転自在に支持されている。これにより、駆動軸31は、動力伝達機構121の入力軸121aと同軸に一体回転される。
ここで、ポンプハウジング111Heは、回転電機111のロータシャフト111aの軸心側に位置するようにリア部材111Hdの内側に取り付けられて、ラジアル軸受198を介してそのロータシャフト111aを回転自在に支持しているとともに、そのロータシャフト111a内の回転自在に支持する駆動軸31にMOP11が取り付けられている。
このMOP11は、図3に詳細に図示することは省略するが、例えば、汎用の内接型ギヤポンプにより構成されて、駆動軸31にインナロータが固定され、アウタロータがポンプハウジング111Heに固定されている。この状態で、MOP11は、その駆動軸31が動力伝達機構121の入力軸121a、言い換えると、エンジン101の出力軸101aと一体回転することにより駆動する。これにより、MOP11は、ハウジング111H内の貯留部111Hpから吸引濾過された潤滑油を、第1分配油路163に吐出して、第1供給油路165や第2供給油路166を介して回転電機111、112や動力伝達機構121に供給して潤滑等するようになっている。
また、駆動軸31は、動力伝達機構121側端部が入力軸121a内に差し込まれて、内部の中空空間31mがその入力軸121a内の中空空間121mに連通されている。この駆動軸31は、ポンプハウジング111Heを含むリア部材111Hdの外端面に流路カバー32が取り付けられて形成されている流路33に、その入力軸121aの反対側の中空空間31mの端部が連通されて第2供給油路166の一部を構成している。また、動力伝達機構121の入力軸121aには、外周面から中空空間121mに達する連通孔121hが複数個所に穿孔されて第2供給油路166として機能するようになっている。これにより、駆動軸31の中空空間31m内に流入される潤滑油が連通孔121hや各部材間の隙間を介して浸透されて、ハウジング111H内に収容されている回転電機111や動力伝達機構121のラジアル軸受191、192、197、198やスラスト軸受193、194、195などの各摺動箇所における潤滑を確保するようになっている。なお、この第2供給油路166として機能する連通孔121hは、リングギヤ127やピニオンギヤ129を形成する部材などにも適宜形成されている。
例えば、ラジアル軸受197は、動力伝達機構121の入力軸121aの中空空間121mに、連通孔121hを介してサンギヤ126とフランジ形状部材181の円筒部183、184内面との間の隙間が繋がって第2供給油路166として機能することにより、MOP11やEOP21から圧送されてくる潤滑油が浸透供給されて潤滑される。また、ラジアル軸受198は、ロータシャフト111a内の中空空間111mの駆動軸31の外面側空間111moがそのロータシャフト111aの端部側から回り込む第2供給油路166として機能することにより、MOP11やEOP21から圧送されてくる潤滑油が供給されて潤滑される。
なお、回転電機112は、特に図示して説明することは割愛するが、回転電機111と概略同様に構成されて、ステータ内のロータと一体のロータシャフトが各所の軸受により回転自在に支持される構造に構築されており、図2に示すように、その各所の軸受にも同様に第1供給油路165を介して潤滑油が供給されるようになっている。
ここで、この回転電機111、112は、ステータコイル116wに駆動電力が上述のバッテリから供給されることにより発生する磁束が、ステータコア116cとロータコア115cとの間を鎖交して磁気回路を形成することにより、回転自在に支持されているロータシャフト111aを回転させる。このとき、回転電機111、112では、ステータコイル116wへの交流電力の供給に伴って磁界が変化することにより、ロータシャフト111a、112a周りのロータコア115cを含む周辺部材に発生する電磁誘導に起因して誘導起電力が発生する。このため、ロータシャフト111a、112aと周辺部材との間に電位差が生じて、電流が周回する閉回路が形成される場合がある。
例えば、ロータシャフト111aを経由してラジアル軸受197、198を介在させているハウジング111Hの仕切部材111Hcやポンプハウジング111Heを含む電流回路が形成される場合がある。この場合に、そのラジアル軸受197、198においてスパークが生じることにより軸受面に面荒れ等が生じる電食が発生してしまう可能性がある。
ところで、このラジアル軸受197、198などの被潤滑箇所に供給される潤滑油は、上述するように、潤滑・冷却機能の他に、絶縁特性をも備えていることから、そのラジアル軸受197、198等における電食の発生の回避に有効利用することが考えられる。すなわち、このラジアル軸受197、198の軸受面などの被潤滑箇所における潤滑油の残存する油量に応じて、上述する電磁誘導により発生する電位差に対する耐圧特性も変化することになる。
これに対して、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などのようにMOP11から一定量で吐出される潤滑油を供給される構造では、回転電機111、112の運転状態によっては、そのラジアル軸受197、198の軸受面などの潤滑油が利用されるにつれて流出などし、十分な絶縁特性を得られなくなる状況が発生してしまう場合がある。この状況は、エンジン101が停止されて回転電機111、112のみが稼動される、所謂、EV(Electric Vehicle)モードで走行するときにEOP21から一定量で吐出される潤滑油を供給される場合にも同様に発生する。
そこで、本実施形態のECU1は、予めメモリ2内に格納されている制御プログラムを各種パラメータに基づいて実行して各種制御処理を実行する際に、EOP21に制御信号を送って適宜稼動させて潤滑油の供給量を増加するようになっている。
例えば、ECU1は、車両100の走行状態に応じて出力要求するトルクに基づいてエンジン101や回転電機111、112を連携させて効率よく駆動させる際に、図5のフローチャートに示す制御処理(制御方法)を実行するようになっている。このECU1は、特に、回転電機111、112の運転状態に応じて、そのラジアル軸受197、198などに電食を発生させる可能性があると判定したときに、EOP21を定常時の潤滑供給処理とは異なる駆動条件で駆動させて潤滑油の供給量を増加させてその電食発生を未然に回避するようになっている。
このとき、稼動するエンジン101に連動してMOP11が駆動する一方、EOP21が停止している際には、ECU1はそのEOP21に補助ポンプとして駆動させる制御信号を送って、増量する潤滑油の供給量を吐出させる、予め設定されている回転数での駆動を開始させる。また、エンジン101が停止中でMOP11も停止する一方、回転電機111、112が稼動するのに併せてEOP21が駆動している際にも、ECU1はそのEOP21に潤滑を強化する制御信号を送って、定常時の潤滑油の供給量に加えて、増量する潤滑油の供給量を吐出させる、予め設定されている回転数での駆動を開始させる。すなわち、MOP11やEOP21を含む油圧回路161が本実施形態における潤滑機構を構成して、ECU1が制御装置を構成しており、MOP11が機械式オイルポンプを構成して、EOP21が電動式オイルポンプを構成している。
具体的に、ECU1は、車両100の走行速度やドライバによる操作要求等に基づいて回転電機111、112に出力要求するトルクを算出してステータコイル116wなどへの供給電力を決定する。このとき、ECU1は、その回転電機111、112の出力トルクに応じた供給電力の電流値や回転速度を決定する通電キャリア周波数などの通電条件を運転状態として取得してラジアル軸受197、198などでの電食発生の可能性の有無を判定する。そして、ECU1は、ラジアル軸受197、198などでの電食発生可能性ありと判定したときに、EOP21により潤滑油の供給量を増加させる電食回避処理を並行して実行する。ここで、キャリア周波数とは、PWM(Pulse Width Modulation)制御方式において、パルス幅変調周期を決定する周波数であり、このキャリア周波数を調整することにより回転電機111、112(ロータ115)の回転速度を調整することができる。なお、本実施形態では、キャリア周波数で回転電機111,112の回転速度を調整する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、デューティー比など他のパラメータを用いてもよい。
このECU1は、取得した回転電機111、112に供給する電流値が予めメモリ2内に設定されている電流閾値を越える電流通電条件と、その回転電機111、112に電力供給するキャリア周波数が予めメモリ2内に設定されているキャリア閾値を越える周波数通電条件との双方を満たす場合に、ラジアル軸受197、198などに電食を発生させる可能性のある回転電機111、112の運転状態であると判定する。すなわち、ECU1が電食判定部を構成している。なお、本実施形態では、電流通電条件と周波数通電条件との双方を満たす場合に、ラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性ありとの肯定判定をする場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、一方のみで肯定判定をするようにしてもよい。
そして、このECU1は、ラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性ありとの肯定判定回数をカウントし、そのカウント数が予めメモリ2内に設定されている回数閾値を越えたときに、潤滑油の供給量を増加する電食回避処理の実行を許可するようになっている。また、ECU1は、この電食回避処理の実行からの経過時間が予めメモリ2内に設定されている経過閾値を超えたときに、その電食回避処理を終了して電食発生可能性ナシの判定時(定常時)の潤滑油の供給処理に戻すようになっている。これにより、ECU1は、電食による損傷の可能性による電食回避処理が無駄に頻繁に実行されてしまうことを回避しつつ、電食発生を未然に防止することができ、また、その電食回避処理による潤滑油の増量が無駄に継続してしまうことを回避することができる。すなわち、ECU1が潤滑制御部を構成している。
詳細に、ECU1は、図5のフローチャートに示す電食回避制御処理を所定のサンプリング周期に従って実行し、まず、回転電機111、112の運転状態として、第1の通電条件である供給電力の電流値と、第2の通電条件である供給電力のキャリア周波数とを取得する(ステップS11)。
次いで、ECU1は、回転電機111、112への供給電力の第1の通電条件である電流値が設定電流閾値を超えたか否かを確認して(ステップS12)、越えていない場合に、ステップS20に進んでこのまま一旦この制御処理を終了する。
次いで、回転電機111、112に供給する電力の電流値が設定電流閾値を超えていることを確認したECU1は、さらに、回転電機111、112への供給電力の第2の通電条件であるキャリア周波数が設定キャリア閾値を越えたか否かを確認して(ステップS13)、超えていない場合に、ステップS20に進んでこのまま一旦この制御処理を終了する。
次いで、回転電機111、112に供給する電力のキャリア周波数が設定キャリア閾値を越えていることを確認したECU1は、ラジアル軸受197、198などに潤滑油の供給量を増加させて回避すべき電食発生の可能性ありと判定し、備えるカウンタ機能を利用し、回数カウンタを起動してインクリメント(+1)する(ステップS14)。
このとき、図6(a)〜図6(c)に示すように、回転電機111、112に供給する通電電流値が設定電流閾値を超えていない場合や、その通電電流値が設定電流閾値を超えても、供給電力の通電キャリア周波数が設定キャリア閾値を越えていない場合には、潤滑油の供給量を増加させるほどの電食発生の可能性が小さいと判定されてカウントが開始されることがない。
次いで、ECU1は、その回数カウンタのカウント値が設定回数閾値を越えたか否かを確認して(ステップS15)、超えていない場合には、このまま一旦この制御処理を終了する。
次いで、上述のステップS11〜S15を所定のサンプリング周期で繰り返して、ラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性ありと判定した回数カウンタのカウント値が設定回数閾値を越えたことを確認したECU1は、EOP21による潤滑油の供給量を増加させる電食回避処理を実行する(ステップS16−1)。このとき、ECU1は、EOP21が停止中のときには起動して予め設定されている回転数で駆動させて潤滑油の供給量を増加し、また、EOP21が定常回転数で駆動中のときには予め設定されている回転数に増加させて潤滑油の供給量を増量する。
これにより、図6(a)〜図6(d)に示すように、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などには、電食が発生する可能性のある運転状態での稼動状況にあると適切なタイミングに判定されて、これらの被潤滑箇所に供給されている潤滑油が増量される。この結果、スパークなどに起因する電食発生を未然に防止可能な程度に、ラジアル軸受197、198などにおける絶縁特性が向上される。
次いで、ECU1は、カウンタ機能を利用し、計時カウンタを起動してEOP21により潤滑油の供給量を増加させてからの継続時間の計時を開始する(ステップS17)。
次いで、ECU1は、EOP21による電食回避処理の継続時間を計時する計時カウンタのカウント値が設定経過閾値を越えたか否かを繰り返し確認する(ステップS18)。
次いで、ステップS18において計時カウンタのカウント値が設定経過閾値を越えたことを確認したECU1は、電食回避処理を終了してEOP21の駆動を潤滑油の供給量を増加する前の状態に戻す(ステップS19−1)。
これにより、図6(c)および図6(d)に示すように、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などの絶縁特性が復帰するまで潤滑油の供給量が増加されて必要十分に潤滑油の補充がなされた後にまで、不必要に潤滑油の供給量の増量が継続してしまうことを回避することができ、EOP21の駆動に伴う電力消費などにより燃費が無用に悪化してしまうことを防止することができる。
次いで、ECU1は、次の電食回避処理を開始する準備として、回数カウンタや計時カウンタとして利用したカウンタ機能をリセットするなどした後に(ステップS20)、一旦この制御処理を終了する。
したがって、例えば、図6(a)〜図6(d)に示すように、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などに電食が発生する可能性のある運転状態が継続されている場合には、再度、電食発生可能性ありと判定されて、同様に潤滑油の供給量が増加される電食回避処理が再開され、その被潤滑箇所における絶縁特性が維持される。
このように、本実施形態のECU1においては、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性があるか否かを適切に判定して、可能性がある場合にEOP21の吐出する潤滑油によりラジアル軸受197、198などの被潤滑箇所に供給する潤滑油の供給量を一定期間の間だけ増量して補充することができる。このため、ラジアル軸受197、198などの潤滑油による絶縁特性を確保してスパークなどによる電食の発生を未然に回避することができる。
したがって、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などのメンテナンス頻度が電食の発生により多くなってしまうことなく、そのメンテナンス回数を抑えてコスト削減するとともに、そのラジアル軸受197、198などの回転品質を確保することができる。
次に、図7および図8は本発明の第2の実施形態に係る回転電機システムを説明する図である。ここで、本実施形態は、上述の第1の実施形態と略同様に構成されており、同様の構成には同一の符号を付すことにより同様な説明を割愛して特徴部分を説明する(以降で説明する第3の実施形態においても同様)。
(第2の実施形態)
図7に示すように、MOP11およびEOP21が組み込まれる油圧回路161の第1分配油路163や第2分配油路164には、MOP11の吐出側に調圧弁41が介在するように設置され、また、EOP21の吐出側にも調圧弁42が介在するように設置されている。これら調圧弁41、42は、MOP11やEOP21の吐出する圧力の変動の影響を受けないように、第1、第2分配油路163、164のそれぞれに吐出される潤滑油の油圧を一定の圧力に減圧するように設定されている。すなわち、調圧弁41、42は、減圧弁を構成している。
本実施形態の油圧回路161には、調圧弁41、42を迂回するバイパス油路45、46が第1分配油路163および第2分配油路164のそれぞれに設けられている。このバイパス油路45、46には、ECU1により駆動制御されるソレノイドバルブ45v、46vがそれぞれ配設されている。
ECU1は、予めメモリ2内に格納されている制御プログラムを各種パラメータに基づいて、ラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性ありと判定して電食回避処理を実行する際に、ソレノイドバルブ45v、46vに制御信号を送って適宜稼動させて、閉止状態から開放状態に切り換えるようになっている。このソレノイドバルブ45v、46vは、バイパス油路45、46を閉止状態から開放状態に切り換える。これにより、MOP11やEOP21の吐出する潤滑油の供給経路は、調圧弁41、42により所定圧に減圧されて供給される第1分配油路163や第2分配油路164から、減圧することなく供給可能なバイパス油路45、46に切り換えられ、その潤滑油の供給量は増加される。すなわち、ソレノイドバルブ45v、46vが切換部を構成している。
例えば、ECU1は、図8のフローチャートに示す制御処理(制御方法)を実行して、電食発生の可能性ありとの判定時に、ソレノイドバルブ45v、46vの一方または双方を駆動するようになっている。これにより、稼働中のMOP11またはEOP21の吐出する潤滑油をバイパス油路45、46を介して供給することにより、電食発生の可能性のあるラジアル軸受197、198などへの潤滑油の供給量を増加することができる。すなわち、第1分配油路163および第2分配油路164が第1油路を構成し、バイパス油路45、46が第2油路を構成している。
詳細に、ECU1は、上述実施形態と同様に、回転電機111、112の運転状態として、供給電力の電流値(第1の通電条件)およびキャリア周波数(第2の通電条件)を取得して(ステップS11)、その電流値が設定電流閾値を超えて(ステップS12)、さらに、そのキャリア周波数が設定キャリア閾値を越えた場合に(ステップS13)、電食発生の可能性ありと判定して回数カウンタをインクリメント(+1)する(ステップS14)。
この後に、本実施形態のECU1は、その回数カウンタのカウント値が設定回数閾値を越えたときに(ステップS15)、稼働中のMOP11またはEOP21のソレノイドバルブ45v、46vを駆動してバイパス油路45、46を開放することにより、電食が発生する可能性のあるラジアル軸受197、198などへの潤滑油の供給量を増加させる電食回避処理を実行する(ステップS16−2)。
これにより、上述実施形態と同様に、スパークなどに起因する電食発生を未然に防止可能な程度に、ラジアル軸受197、198などにおける絶縁特性が向上される。
次いで、ECU1は、計時カウンタを起動して潤滑油の供給量を増量してからの継続時間の計時を開始し(ステップS17)、その計時カウンタのカウント値が設定経過閾値を越えたときに(ステップS18)、ソレノイドバルブ45v、46vの駆動を停止してバイパス油路45、46を閉止することにより、MOP11やEOP21による潤滑油の供給量を電食発生可能性ナシの判定時(定常時)の増量前に戻した後に(ステップS19−2)、回数カウンタや計時カウンタをリセットして(ステップS20)、一旦この制御処理を終了する。
このように、本実施形態のECU1においては、上述実施形態と同様に、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性があると判定した場合に、MOP11やEOP21の吐出する潤滑油の油圧をそのままにして潤滑油を増量して補充することができる。この結果、ラジアル軸受197、198などの潤滑油による絶縁特性を確保することができ、コスト削減とともに回転品質を確保することができる。
次に、図9は本発明の第3の実施形態に係る回転電機システムを説明する図である。ここで、本実施形態においては、上述の第1の実施形態と略同様に構成されている場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、第2の実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
(第3の実施形態)
図9に示すように、ECU1は、上述の第1の実施形態のステップS18において、計時カウンタの計時する潤滑油の供給量を増加してからの継続時間が設定経過閾値を越えたか否かを繰り返し確認するのと並行して、ステップS11〜S13と同様の処理を実行し、電食発生の可能性ありと判定できない場合に、潤滑油の供給量を増加する処理を中断して制限するようになっている。
具体的に、ECU1は、上述の第1の実施形態と同様の制御処理(制御方法)を実行して、回転電機111、112の運転状態として、供給電力の電流値(第1の通電条件)およびキャリア周波数(第2の通電条件)を取得して(ステップS11)、その電流値が設定電流閾値を超えて(ステップS12)、さらに、そのキャリア周波数が設定キャリア閾値を越えた場合に(ステップS13)、電食発生の可能性ありと判定して回数カウンタをインクリメント(+1)する(ステップS14)。
次いで、ECU1は、その回数カウンタのカウント値が設定回数閾値を越えたときに(ステップS15)、EOP21による潤滑油の供給量を増加させる電食回避処理を実行する(ステップS16−1)。
次いで、ECU1は、計時カウンタを起動して潤滑油の供給量を増量してからの継続時間の計時を開始した後に(ステップS17)、その計時カウンタの計時する潤滑油の供給量の増量からの継続時間が設定経過閾値を越えたか否かを確認する(ステップS18−1)。
この後に、本実施形態のECU1は、ステップS11〜S13と同様に、回転電機111、112への供給電力の第1の通電条件および第2の通電条件を取得して(ステップS18−2)、電流値が継続して設定電流閾値を超えているか否かを確認し(ステップS18−3)、さらに、キャリア周波数も継続して設定キャリア閾値を越えているか否かを確認する(ステップS18−4)。
このステップS18−2〜S18−4において、いずれの通電条件も閾値を超えていることを確認したECU1は、ステップS18−1に戻って同様の処理を繰り返し、計時する潤滑油の供給量の増量からの継続時間が設定経過閾値を越えたことを確認したときに、上述実施形態におけるステップS19−1に進んで、電食回避処理を終了してEOP21の駆動を潤滑油の供給量を増加する前の状態に戻す。
また、ステップS18−2〜S18−4において、通電条件の一方でも閾値を超えていないことを確認したECU1は、電食発生の可能性は低くなったと判定して(ステップS18−5)、電食回避処理を中断して潤滑油の供給量を増加する前の状態に戻す(ステップS19−3)。
次いで、ECU1は、次の電食回避処理を開始する準備として、回数カウンタや計時カウンタとして利用したカウンタ機能をリセットするなどした後に(ステップS20)、一旦この制御処理を終了する。
これにより、電食発生の可能性は低くなったと判定された後には、潤滑油の供給量の増量を直ちに停止することができ、不必要な潤滑油の増量に伴う燃費の悪化を解消することができる。
このように、本実施形態のECU1においては、上述実施形態による作用効果に加えて、回転電機111、112のラジアル軸受197、198などに電食発生の可能性ありと判定できない場合に、不必要に潤滑油の供給量を増加する電食回避処理が継続してしまうことを回避することができる。この結果、EOP21の駆動に伴う電力消費などにより燃費が無用に悪化してしまうことを防止することができる。
ここで、上述の実施形態の他の態様としては、上述実施形態では電流通電条件および周波数通電条件のそれぞれを固定の電流閾値およびキャリア閾値と比較して、電食発生の可能性の有無を判定しているが、これに限るものではない。
例えば、第1の他の態様としては、図10に実線示すように、電流閾値とキャリア閾値とをパラメータとする判定曲線のマップを予めメモリ2内に格納するようにする。ECU1は、通電電流値と通電キャリア周波数とを取得して、その通電条件がマップにおける判定曲線を超えているか否かで電食発生の可能性の有無を判定することができる。この判定曲線は、図10に破線で示すように、判定の厳しさに応じて選択可能に、複数種類をメモリ2内に格納して利用するようにしてもよい。
第2の他の態様としては、図示することは省略するが、回転電機111、112に要求する出力トルクに対応する通電電流値を電流閾値と比較するのに代えて、その出力トルクを直接利用可能にメモリ2内にトルク閾値を格納するようにする。ECU1は、その取得した出力トルクがトルク閾値を超えるか否かで電食発生の可能性の有無を判定することができる。
第3の他の態様としては、図示することは省略するが、回転電機111、112に要求する回転速度に対応する通電キャリア周波数をキャリア閾値と比較するのに代えて、その回転速度を直接利用可能にメモリ2内に速度閾値を格納するようにする。ECU1は、その取得した回転速度が速度閾値を超えるか否かで電食発生の可能性の有無を判定することができる。
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
1 ECU(制御装置、電食判定部、潤滑制御部)
2 メモリ
11 MOP(機械式オイルポンプ、潤滑機構)
21 EOP(電動式オイルポンプ、潤滑機構)
22 モータ
31 駆動軸
31m、111m、121m中空空間
41、42 調圧弁(減圧弁)
45、46 バイパス油路
45v、46v ソレノイドバルブ(切換部)
100 車両
101 エンジン
111、112 回転電機
111H ハウジング(ケース)
111a、112a ロータシャフト
115 ロータ
116 ステータ
116w ステータコイル
121 動力伝達機構
121a 入力軸
121h 連通孔
122 遊星歯車機構
161 油圧回路(潤滑機構)
191、197、198 ラジアル軸受
193、194 スラスト軸受

Claims (7)

  1. ステータとロータとを備え、該ロータの固定されているロータシャフトが軸受を介してケースに回転自在に支持されている回転電機を含む回転電機システムにおいて、
    前記回転電機の前記軸受に潤滑油を供給する潤滑機構と、該潤滑機構の潤滑油の供給量を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記回転電機の運転状態を取得して、前記軸受に電食を発生させる可能性があるか否かを判定する電食判定部と、該電食判定部により電食発生可能性ありと判定された場合に、前記潤滑機構を制御して当該軸受への潤滑油の供給量を当該電食発生可能性ありと判定されないときよりも増加させる潤滑制御部と、を有する、回転電機システム。
  2. 前記回転電機が動力源として内燃機関と共に車両に搭載され、前記潤滑機構は前記軸受に潤滑油を供給可能な電動式オイルポンプを備えており、
    前記潤滑制御部は、前記電動式オイルポンプの回転数を制御して前記軸受への潤滑油の供給量を増加させる、請求項1に記載の回転電機システム。
  3. 前記回転電機が動力源として内燃機関と共に車両に搭載され、前記潤滑機構は前記軸受に潤滑油を供給可能なオイルポンプを備えており、
    前記潤滑機構は、前記オイルポンプの吐出側に、減圧弁の介在する第1油路と、該減圧弁を迂回する第2油路と、前記第2油路を開閉する切換部とを有し、
    前記潤滑制御部は、前記切換部により前記第2油路を閉止して前記第1油路を潤滑油の供給経路とする状態から該第2油路に切り換えて前記軸受への潤滑油の供給量を増加させる、請求項1に記載の回転電機システム。
  4. 前記潤滑制御部は、前記軸受への潤滑油の供給量を増加させてからの経過時間を計時して、該経過時間が予め設定されている経過閾値を越えたときに、当該軸受への潤滑油の供給量を増加前に戻す、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機システム。
  5. 前記潤滑制御部は、前記軸受への潤滑油の供給量を増加させた後に、前記電食判定部により電食発生可能性ありと判定されない場合、当該軸受への潤滑油の供給量を増加前に戻す、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機システム。
  6. 前記電食判定部は、前記回転電機の運転状態として、当該回転電機の出力トルクを取得し、該出力トルクが予め設定されているトルク閾値を超えたときに、前記軸受に電食を発生させる可能性があると判定する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機システム。
  7. 前記電食判定部は、前記回転電機の運転状態として、当該回転電機に通電する電流値、あるいは、当該回転電機の回転速度を取得して、当該電流値が予め設定されている電流閾値を超えるときに、または、当該回転速度が予め設定されている速度閾値を超えるときに、前記軸受に電食を発生させる可能性があると判定する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機システム。
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