JP2019088065A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分割ヨークの間にスキュー角が設定されているモータにおいて、スキュー角を大きくすることなくスラスト力を打ち消す力を発生させることができるモータの制御装置を提供する。【解決手段】モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）になった場合に、第２スラスト力Ｆ２が増加するようにモータ１８の進角制御を実行することで、第１スラスト力Ｆ１が最大となる場合に対応した分割ヨークのスキュー角よりもスキュー角θsを小さい値に設定した場合であっても、その第１スラスト力Ｆ１を打ち消すことができる第２スラスト力Ｆ２を発生させることができ、第１スラスト力Ｆ１に起因する振動を低減することができる。また、スキュー角θsを、第１スラスト力Ｆ１が最大となる場合のスキュー角θsよりも小さくできるため、燃費の悪化を低減することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、分割ヨークの間にスキュー角が設定されているロータ部を備えるモータの制御装置に関する。

特許文献１には、ベアリングによって回転可能に支持されているシャフトと、シャフトの軸方向の一端に取り付けられているヘリカルギヤと、シャフトに固定されているロータ部とを、含んで構成されるモータにおいて、ロータ部は、分割ヨークが軸方向に隣接されてなるロータヨークを有し、隣接する分割ヨークの周方向における位置がスキュー角だけ捩れた状態とすることで、動力伝達時に発生するヘリカルギヤからのスラスト力を打ち消す構造が開示されている。

特開２０１０−１７０７１号公報 特開２０１６−２１３９８８号公報

ところで、特許文献１にあっては、分割ヨークの間にスキュー角を設定することで、動力伝達時に発生するスラスト力を打ち消す力を発生させることができるものの、動力伝達時に発生するスラスト力が大きくなるほど、分割ヨークのスキュー角を大きくする必要がある。しかしながら、スキュー角が大きくなると、モータトルクが小さくなり、同じトルクを発生させるために電流を多く流す必要がある。結果として、燃費の悪化に繋がる。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、分割ヨークの間にスキュー角が設定されているモータにおいて、スキュー角を大きくすることなくスラスト力を打ち消す力を発生させることができるモータの制御装置を提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、（ａ）斜歯歯車に動力伝達可能に接続されているシャフトと、そのシャフトに固定されているロータ部とを、含み、ロータ部は、複数個の分割ヨークを有し、それら複数個の分割ヨークが前記シャフトの軸方向に隣接して配置され、且つ、前記複数の分割ヨークの間には、モータ駆動時に前記斜歯歯車から伝達される第１スラスト力を打ち消す方向に作用する第２スラスト力が発生するようにスキュー角が設定されている、モータの制御装置であって、（ｂ）前記モータの回転速度が所定回転速度範囲となった場合には、前記第２スラスト力が増加するように前記モータの進角制御を実行する制御部を備えることを特徴とする。

第１発明のモータの制御装置によれば、モータの回転速度が所定回転速度範囲になった場合に、第２スラスト力が増加するようにモータの進角制御を実行することで、第１スラスト力が最大となる場合に対応した分割ヨークのスキュー角よりもスキュー角を小さい値に設定した場合であっても、その第１スラスト力を打ち消すことができる第２スラスト力を発生させることができ、第１スラスト力に起因する振動を低減することができる。また、スキュー角を、第１スラスト力が最大となる場合のスキュー角よりも小さくできるため、燃費の悪化を低減することができる。

本発明が適用されたハイブリッド車両の駆動装置の一部を示す断面図である。 モータのモータ回転速度と騒音レベルおよびモータのモータ進角との関係を示す図である。 図１の電子制御装置の制御作動の要部、すなわち走行中においてサンギヤからケースに伝達されるスラスト方向の振動を低減する制御作動を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用されたハイブリッド車両に備えられる駆動装置１０の一部を示す断面図である。駆動装置１０は、非回転部材であるケース２０内において、回転軸線ＣＬ（以下、軸線ＣＬ）回りに回転可能に配置されている入力軸１２と、入力軸１２の外周側に配置されている遊星歯車装置１６と、ケース２０の隔壁２０ａを隔てた状態で、軸線ＣＬ方向で遊星歯車装置１６と隣り合う位置に配置されているモータ１８とを、含んで構成されている。

入力軸１２は、ケース２０によって軸線ＣＬ回りに回転可能に支持されている。入力軸１２の軸線ＣＬ方向の一端は、ダンパ装置２２およびフライホイール２４を介して図示しないエンジンに動力伝達可能に接続されている。入力軸１２の外周面には、径方向に伸びる鍔部２６が形成されており、鍔部２６の外周端部が、遊星歯車装置１６のキャリヤＣに接続されている。

遊星歯車装置１６は、サンギヤＳと、そのサンギヤＳと同心に設けられる円環状の出力部材２８の内周部に一体的に形成されているリングギヤＲと、サンギヤＳおよびリングギヤＲにそれぞれ噛み合うピニオンギヤＰと、ピニオンギヤＰを自転可能、且つ、軸線ＣＬ回りに公転可能に支持するキャリヤＣとを、備えるシングルピニオン型の遊星歯車装置である。遊星歯車装置１６は、エンジンから出力される動力を、モータ１８および出力部材２８に分配する動力分配装置として機能する。サンギヤＳ、ピニオンギヤＰ、およびリングギヤＲは、何れも斜歯歯車から構成されている。なお、サンギヤＳが、本発明の斜歯歯車に対応している。

遊星歯車装置１６のキャリヤＣが、入力軸１２の鍔部２６に接続され、サンギヤＳが、モータ１８の後述するロータシャフト３０に接続され、リングギヤＲが、出力部材２８を介して図示しない駆動輪に動力伝達可能に接続されている。ここで、サンギヤＳおよびピニオンギヤＰは、何れも斜歯歯車から構成されることで、モータ１８からサンギヤＳにモータトルクＴmが伝達されると、サンギヤＳとピニオンギヤＰとの噛合部において、サンギヤＳを軸線ＣＬ方向でモータ１８側に移動させる方向に作用する、反力である矢印で示す第１スラスト力Ｆ１が発生する。

モータ１８は、軸線ＣＬ回りに回転可能に支持されているロータシャフト３０と、ロータシャフト３０の外周面に相対回転不能に固定されているロータ部３２と、ロータ部３２の外周側に配置されているステータ部３４とを、備えている。また、ロータ部３２の軸線方向ＣＬで隣り合う位置に、モータ１８のモータ回転速度Ｎmを検出するためのレゾルバ３５が設けられている。なお、ロータシャフト３０が、本発明のシャフトに対応している。

ロータシャフト３０は、円筒形状を有し、軸受３６および軸受３８によって軸線ＣＬ回りに回転可能に支持されている。ロータシャフト３０は、軸線ＣＬ方向の一端側が遊星歯車装置１６のサンギヤＳにスプライン嵌合されることで、サンギヤＳに動力伝達可能に接続されている。また、ロータシャフト３０の軸線ＣＬ方向の一端とサンギヤＳとが当接する当接部４０が形成されている。従って、軸線ＣＬ方向でモータ１８側に作用する第１スラスト力Ｆ１がサンギヤＳで発生すると、その第１スラスト力Ｆ１が当接部４０を介してロータシャフト３０側に伝達される。

ロータ部３２は、円環状に形成され、内周部がロータシャフト３０に一体的に固定されている。ロータ部３２は、ロータヨーク４２と永久磁石５０、５４とを備えている。ロータヨーク４２は、軸線ＣＬ方向で隣接して配置されている第１分割ヨーク４４および第２分割ヨーク４６の２つの分割ヨークから構成されている。なお、第１分割ヨーク４４および第２分割ヨーク４６が、本発明の分割ヨークに対応している。

第１分割ヨーク４４は、複数枚の円板形状の鋼板が積層されて構成されており、第１分割ヨーク４４の周縁部には、軸線ＣＬ方向に貫通する複数個の貫通孔４８が、周方向で等角度間隔に形成されている。各貫通孔４８内には、永久磁石５０が挿入されている。第２分割ヨーク４６についても同様に、複数枚の円板形状の鋼板が積層されて構成されており、第２分割ヨーク４６の周縁部には、軸線ＣＬ方向に貫通する複数個の貫通孔５２が、周方向で等角度間隔に形成されている。各貫通孔５２内には、永久磁石５４が挿入されている。

ここで、第１分割ヨーク４４と第２分割ヨーク４６との間には、スキュー角θが設定されている。具体的には、第１分割ヨーク４４と第２分割ヨーク４６とは、周方向においてスキュー角θsだけ捩れた状態で配置されることで、第１分割ヨーク４４の貫通孔４８に挿入されている永久磁石５０と第２分割ヨーク４６の貫通孔５２に挿入されている永久磁石５４とが、周方向においてスキュー角θsだけ捩れた状態で配置されている。

第１分割ヨーク４４と第２分割ヨークとの間にスキュー角θが設定されることで、モータ駆動時において、ロータシャフト３０には、軸線ＣＬ方向で遊星歯車装置１６側に向かって作用する第２スラスト力Ｆ２が発生する。すなわち、スキュー角θが設定されることで、モータ駆動時には、サンギヤＳから伝達される第１スラスト力Ｆ１を打ち消す方向に作用する第２スラスト力Ｆ２が発生する。

ステータ部３４は、ロータ部３２の外周側に配置されている環状部材である。ステータ部３４は、複数枚の円板形状の鋼板が積層されて構成され、ボルト５６によってケース２０に回転不能に固定されている。ステータ部３４には、軸線ＣＬ方向に貫通する複数個の貫通溝が形成されており、その貫通溝を通ってコイル５８が巻き掛けられている。

上記のように構成されるモータ１８において、モータ１８のステータ部３４に巻き掛けられているコイル５８に電流が流れると、モータ１８内に回転磁界が発生する。この回転磁界をロータ部３２の回転位置およびモータ回転速度Ｎmに合わせて制御することで、ロータ部３２に設けられている永久磁石５０、５４が回転磁界に引かれてモータトルクＴmが発生する。なお、モータトルクＴmは、電流の大きさに比例し、モータ回転速度Ｎmは、交流電源の周波数で制御される。

モータ１８で発生したモータトルクＴmは、ロータシャフト３０に伝達され、さらにサンギヤＳとのスプライン嵌合部を介してサンギヤＳに伝達される。また、サンギヤＳは斜歯歯車であるため、モータトルクＴmが、サンギヤＳの回転トルクとして伝達される一方、その反作用として、サンギヤＳにおいて斜歯の捩れ角に応じた第１スラスト力Ｆ１が作用する。この第１スラスト力Ｆ１は、モータ駆動時において、軸線ＣＬ方向でモータ１８側に作用する。

一方、ロータ部３２のロータヨーク４２が、第１分割ヨーク４４および第２分割ヨーク４６の２つの分割ヨークから構成され、第１分割ヨーク４４および第２分割ヨーク４６の間に、スキュー角θsが設定されている。従って、モータ駆動時において、ロータヨーク４２およびロータシャフト３０には、軸線ＣＬに直交する方向に対してスキュー角θsだけ傾斜した方向に作用する力Ｆが作用する。この力Ｆのうち軸線ＣＬに直交する方向の成分が、モータ１８のモータトルクＴmに対応する。

一方、力Ｆのうち軸線ＣＬ方向に作用する成分が、サンギヤＳに作用する第１スラスト力Ｆ１を打ち消す方向に作用する第２スラスト力Ｆ２に対応する。このように、第１分割ヨーク４４と第２分割ヨークとの間にスキュー角θsが設定されることで、サンギヤＳで発生する第１スラスト力Ｆ１を打ち消す方向に作用する第２スラスト力Ｆ２を発生させることができる。第２スラスト力Ｆ２が発生することで、サンギヤＳの第１スラスト力Ｆ１が、第２スラスト力Ｆ２によって打ち消され、サンギヤＳからケース２０に伝達されるスラスト方向（軸線ＣＬ方向）の振動が低減される。

上述したように、ロータヨーク４２にスキュー角θsが設定されることで、モータ駆動時に第２スラスト力Ｆ２が発生し、この第２スラスト力Ｆ２は、スキュー角θsに比例して大きくなる。従って、第１スラスト力Ｆ１が最大となる場合に対応したスキュー角θsに設定すれば、第２スラスト力Ｆ２も大きくなり、第１スラスト力Ｆ１に起因する振動が低減される。しかしながら、スキュー角θsが大きくなるほど、モータ１８のモータトルクＴmが小さくなるため、同じトルクを出力するには電流を多く流す必要が生じ、結果として燃費が悪化してしまう。

この問題を解消するため、モータ１８を制御する電子制御装置８０は、モータ１８のモータ回転速度Ｎmが、ノイズのピークが発生する所定回転速度範囲となった場合には、モータ進角θmを後述する燃費最適進角θfよりも大きくする進角制御を実行することで、ロータ部３２から発生する第２スラスト力Ｆ２を増加する制御部を機能的に備えている。

電子制御装置８０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両の各種制御を実行する。電子制御装置８０は、モータ１８の出力制御等を実行する。電子制御装置８０には、例えばレゾルバ３５によって検出されるモータ１８のモータ回転速度Ｎmなどの各種信号が入力される。一方、電子制御装置９０からは、電力制御ユニット８２にモータ１８を制御するための電動機制御指令信号Ｓmなどが出力される。なお、電子制御装置８０は、モータ１８の出力制御のみ実行するもの、或いは、エンジン出力制御や変速制御など他の制御についても併せて実行するものであっても構わない。

電子制御装置８０は、モータ１８の作動を制御する電動機制御指令信号Ｓmを電力制御ユニット８２に出力して、モータ１８の目標トルクが得られるようにモータ１８の出力制御を実行する。

また、電子制御装置８０は、回転速度判定部８４および進角制御部８６を機能的に備えている。なお、進角制御部８６が、本発明の制御部に対応している。

回転速度判定部８４は、モータ１８のモータ回転速度Ｎmを検出し、検出されたモータ回転速度Ｎmが、ノイズがピークとなる所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）内にあるかを判定する。所定回転速度の閾値Ｎmp1、Ｎmp2は、予め実験的または設計的に求められ、ノイズ（騒音レベル）のピークに向かって騒音レベルが増加し出す回転速度の閾値に設定されている。

モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲になったものと判定されると、進角制御部８６は、モータ１８のモータ進角θm（電流位相）を燃費最適進角θfよりも大きくする進角制御を実行する。燃費最適進角θfは、電流振幅を一定とした場合においてモータ１８のモータトルクＴmが最大となるモータ進角θmに設定されている。すなわち、燃費最適進角θfは、燃費が最適となるモータ進角θmに対応している。また、モータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）にあるときのモータ進角θmは、予め実験的または設計的に求められており、サンギヤＳで発生する第１スラスト力Ｆ１を打ち消す値、好適には、第２スラスト力Ｆ２が第１スラスト力Ｆ１と略同じとなる値に設定されている。

図２は、モータ１８のモータ回転速度Ｎmと騒音レベルおよびモータ１８のモータ進角θmとの関係を示している。図２において、横軸がモータ回転速度Ｎmを示し、縦軸が騒音レベルおよびモータ進角θmをそれぞれ示している。図２の上段に示すように、モータ回転速度Ｎmが所定回転速度Ｎmpにおいて騒音レベルが最大（ピーク）となっている。また、図２の下段において、実線で示すモータ進角θmは、モータ回転速度Ｎm毎の燃費最適進角θfである。モータ１８のモータ進角θmが燃費最適進角θfに制御されることで、燃費が最適となる。よって、モータ回転速度Ｎmが、所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）以外の回転速度では、モータ１８のモータ進角θmが燃費最適進角θfに制御される。

一方、モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）にあるとき、実線で示すモータ進角θmに制御されると、騒音レベルが増加する。この所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）における騒音レベルを低減するため、進角制御部８６は、図２の一点鎖線で示すように、モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）になると、モータ進角θmを実線で示す燃費最適進角θfよりも進角側に大きくする。モータ１８のモータ進角θmが大きくなると、モータトルクＴmが減少するため、このモータトルクＴmの減少分を補うために電流量が増加し、この電流量の増加に伴って第２スラスト力Ｆ２が増加する。第２スラスト力Ｆ２が増加することで、サンギヤＳで発生する第１スラスト力Ｆ１が打ち消されることから、サンギヤＳからケース２０に伝達されるスラスト方向（軸線ＣＬ方向）の振動が低減される。

このことから、騒音レベルがピークになるモータ回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）において、モータ１８のモータ進角θmを増加することで、スキュー角θsが小さい値であっても振動の低減が可能となる。これに関連して、スキュー角θsが小さくなることで、モータ１８が使用される回転速度範囲全体としてみると、スキュー角θsによる燃費の悪化を低減することができる。すなわち、モータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）では、モータ進角θmが燃費最適進角θfよりも大きくなるために、電流量が増加して燃費が悪くなるものの、所定回転速度範囲以外の回転速度域では、スキュー角θが小さいために、必要なモータトルクＴmを発生させるときの電流量が全体的に小さくなるため、燃費の悪化が抑制される。

図３は、電子制御装置８０の制御作動の要部、すなわち走行中においてサンギヤＳからケース２０に伝達されるスラスト方向の振動を低減する制御作動を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、車両走行中において繰り返し実行される。

まず、回転速度判定部８４の制御機能に対応するステップＳＴ１において、モータ１８のモータ回転速度Ｎmがレゾルバ３５によって検出される。次いで、回転速度判定部８４の制御機能に対応するステップＳＴ２において、ステップＳＴ１で検出されたモータ回転速度Ｎmが、所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）にあるかが判定される。モータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲にない場合、ステップＳＴ２が否定されてＳＴ４に進む。ＳＴ４では、モータ１８のモータ進角θmが、予め設定されている燃費最適進角θfとなるように制御される。一方、モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）にある場合、ＳＴ２が肯定され、進角制御部８６の制御機能に対応するＳＴ３において、モータ１８のモータ進角θmが、燃費最適進角θfに対してさらに大きくされる。よって、第２スラスト力Ｆ２が増加し、サンギヤＳで発生する第１スラスト力Ｆ１が第２スラスト力Ｆ２によって打ち消されるため、サンギヤＳからケース２０に伝達されるスラスト方向の振動が低減され、ケース２０の振動によるノイズが低減される。

上述のように、本実施例によれば、モータ１８のモータ回転速度Ｎmが所定回転速度範囲（Ｎmp1〜Ｎmp2）になった場合に、第２スラスト力Ｆ２が増加するようにモータ１８の進角制御を実行することで、第１スラスト力Ｆ１が最大となる場合に対応した分割ヨーク４４、４６のスキュー角θsよりもスキュー角θsを小さい値に設定した場合であっても、その第１スラスト力Ｆ１を打ち消すことができる第２スラスト力Ｆ２を発生させることができ、第１スラスト力Ｆ１に起因する振動を低減することができる。また、スキュー角θsを、第１スラスト力Ｆ１が最大となる場合のスキュー角θsよりも小さくできるため、燃費の悪化を低減することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、ロータシャフト３０がサンギヤＳに動力伝達可能に接続されていたが、本発明は、必ずしもサンギヤＳに限定されない。要は、斜歯歯車からなる回転部材であれば、本発明を適用することができる。

また、前述の実施例では、ロータヨーク４２が第１分割ヨーク４４および第２分割ヨーク４６の２つの分割ヨークから構成されていたが、必ずしも２つの分割ヨークに限定されない。要は、スキュー角θが設定されることで、第２スラスト力Ｆ２を発生させることができる構成であれば、本発明を適用することができる。

また、前述の実施例では、駆動装置１０は、エンジンおよびモータ１８を駆動力源とするハイブリッド車両であったが、本発明は、ハイブリッド車両に限定されず、電気自動車においても適用することができる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１８：モータ
３０：ロータシャフト（シャフト）
３２：ロータ部
４４：第１分割ヨーク（分割ヨーク）
４６：第２分割ヨーク（分割ヨーク）
８０：電子制御装置（制御装置）
８６：進角制御部（制御部）
Ｓ：サンギヤ（斜歯歯車）
θs：スキュー角

Claims (1)

1. 斜歯歯車に動力伝達可能に接続されているシャフトと、該シャフトに固定されているロータ部とを、含み、前記ロータ部は、複数個の分割ヨークを有し、該複数個の分割ヨークが前記シャフトの軸方向に隣接して配置され、且つ、前記複数の分割ヨークの間には、モータ駆動時に前記斜歯歯車から伝達される第１スラスト力を打ち消す方向に作用する第２スラスト力が発生するようにスキュー角が設定されている、モータの制御装置であって、
   前記モータの回転速度が所定回転速度範囲となった場合には、前記第２スラスト力が増加するように前記モータの進角制御を実行する制御部を備える
   ことを特徴とするモータの制御装置。

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