JP6865184B2 - 駆動モータ及び電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車輪を駆動する駆動モータと、該駆動モータを備える電動車両に関する。

特許文献１には、「電動機の下流側にトルクセンサを用いた場合には、前記電動機制御手段は、前記トルクセンサにより検出されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機の運転をフィードバック制御する手段であるものとすることが望ましい。こうすれば、駆動軸から出力されるトルクを、より適切に目標トルクに一致させることができる。」との記載がある。

特開２０００−３２４６０７号公報

ところで、車輪を駆動する駆動モータは、少なくともロータと、該ロータ内に配置されるロータシャフトと、ロータシャフトとスプライン継手によって結合され、ロータシャフトの回転力を出力側に伝える出力シャフトとを有する。すなわち、ロータシャフトと出力シャフトとはスプライン継手を介して結合されている。

通常、スプライン継手はガタ要素を有するため、例えば車両の発進時や、駆動モータの駆動力がほとんどない状態から駆動力を上げると、いわゆるトルク抜けが生じ、そのため、出力シャフトが急速に回転し、そのショックが外部に振動や異音として伝搬するおそれがあった。

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、スプライン継手のガタ要素に基づく出力シャフトの急速回転を抑制することができる駆動モータを提供することを目的とする。

また、本発明は、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができ、運転者への違和感も和らげることができる電動車両を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係る駆動モータは、シャフトの外周に磁歪式トルクセンサを配置した駆動モータであって、ロータと、前記ロータ内に配置されるロータシャフトと、スプライン継手によって、前記ロータシャフトとガタを有する状態で結合され、前記ロータシャフトの回転力を出力側に伝える出力シャフトと、前記磁歪式トルクセンサの出力に基づいて、モータ出力を制御する制御部と、を有し、前記磁歪式トルクセンサは、前記スプライン継手と重ならない範囲で、前記スプライン継手よりも出力側に配置され、前記制御部は、前記モータ出力が所定出力であって、且つ、前記磁歪式トルクセンサの出力が最小の場合には、前記モータ出力を低下させることを特徴とする。

そして、磁歪式トルクセンサをスプライン継手よりも出力側に配置することで、スプライン継手によるガタ（隙間）を検出することができる。これにより、検出したスプライン継手によるガタ分をモータ出力に反映させることで、出力側の回転を滑らかにすることができる。

［２］ 第１の本発明において、前記スプライン継手は、前記ロータシャフトの内周面と前記出力シャフトの外周面とが係合して構成されてもよい。
［３］ 第１の本発明において、前記出力シャフトを回転支持するベアリングを有し、前記磁歪式トルクセンサは、前記ベアリングよりも出力側に配置されてもよい。

ロータから出力側に向かって、ロータ、ベアリング、磁歪式トルクセンサの順に配置されることから、ベアリングがロータ等からの交番磁気の磁気式シールドとして機能する。これにより、交番磁界等によるノイズの発生を抑制することができる。

［４］第１の本発明において、前記ロータの回転速度を検知する回転速度センサを有し、前記回転速度センサは、トルク伝達経路でない前記ロータの一端部側に配置され、前記磁歪式トルクセンサは、前記トルク伝達経路である前記ロータの他端部側に配置されてもよい。

回転速度センサ（回転数センサ）をロータの一端部側に配置することで、ロータの回転に伴って伝達するトルクの影響を受けなくなり、ロータの回転速度（回転数）を精度よく検知することができる。また、磁歪式トルクセンサをロータの他端部側に設けることで、回転速度センサ（回転数センサ）からのノイズの影響を受け難くなり、トルクの検出精度を上げることができる。

衝撃等で回転速度センサが機能しなくなっても、磁歪式トルクセンサにて検知されたトルクに基づいてロータの回転制御を実施することができる。例えばロータを制御する制御部からのトルク指令値と磁歪式トルクセンサにて検出された実トルクとの差分を制御部にフィードバックすることで、ロータの回転制御を実施することができる。すなわち、磁歪式トルクセンサを用いた回転制御は、正常な回転速度センサに交換される期間のフェールセーフとして機能させることができる。

発進時や、車速を急に上げた場合等においては、トルク抜けが生じる場合がある。トルク抜けとは、ロータシャフトは回転しているが、継手によるガタ（隙間）によって、ロータシャフトの回転力がほとんど出力シャフトに伝達していない状態である。つまり、ロータシャフトはモータ出力によって回転しているが、出力シャフトはほとんど回転していない状態となる。このような場合に、ガタが詰まって、ロータシャフトの回転力が出力シャフトに伝わると、出力シャフトが急速に回転し、そのショックが外部に振動や異音として伝搬する場合がある。駆動モータを電動車両用の駆動モータとして使用した場合、そのショックが運転者に違和感として伝わる場合がある。

そこで、制御部は、磁歪式トルクセンサの出力が最小の場合には、モータ出力を低下させる。これにより、ロータシャフトと出力シャフトとが連結した時点、すなわち、ガタが詰まった時点でのショックを緩和することができ、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができる。

［５］ 第２の本発明に係る電動車両は、上述した第１の本発明に係る駆動モータを有する。

磁歪式トルクセンサを継手よりも出力側に配置することで、継手によるガタ（隙間）を検出することができる。これにより、検出した継手によるガタ分をモータ出力に反映させることで、出力側の回転を滑らかにすることができる。その結果、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができ、運転者への違和感も和らげることができる。
［６］ 第３の本発明に係る駆動モータは、シャフトの外周に磁歪式トルクセンサを配置した駆動モータであって、ロータと、前記ロータ内に配置されるロータシャフトと、前記ロータシャフトとガタ要素を有する継手によって結合され、前記ロータシャフトの回転力を出力側に伝える出力シャフトと、前記磁歪式トルクセンサの出力に基づいて、モータ出力を制御する制御部と、を有し、前記磁歪式トルクセンサは、前記継手と重ならない範囲で、前記継手よりも出力側に配置され、前記制御部は、前記モータ出力が所定出力であって、且つ、前記磁歪式トルクセンサの出力が最小の場合には、前記モータ出力を低下させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、スプライン継手のガタ要素に基づく出力シャフトの急速回転を抑制することができる。また、本発明によれば、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができ、運転者への違和感も和らげることができる。

本実施の形態に係る電動車両の概略構成図である。 電動車両の駆動系の機械的な連結関係を簡略的に示す図である。 本実施の形態に係る駆動モータへのトルクセンサの配置例を示す断面図である。 制振処理部及びガタ抑制処理部の概略構成を示すブロック図である。 図５Ａは回転速度センサの周期変動から抽出した走行モータ（駆動モータ）の振動波形を示す図であり、図５Ｂは走行モータの振動波形に対して、該振動波形の逆位相の波形を合成した波形を示す図である。 図６Ａは走行モータの目標回転数と、スプライン継手のガタ要素による回転数の変化と、ガタ抑制処理部による回転数の変化を示す図であり、図６Ｂは目標トルク指令値と、スプライン継手のガタ要素によるトルク指令値の変化と、ガタ抑制処理部によるトルク指令値の変化を示す図であり、図６Ｃはトルクセンサからの実トルクの変化を示す図である。 本実施の形態に係る駆動モータ及び電動車両の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る駆動モータ及び電動車両の実施の形態例を図１〜図７を参照しながら説明する。

Ａ．本実施の形態
＜Ａ−１．本実施の形態の構成＞
［Ａ−１−１．全体構成］
図１は、本実施の形態に係る電動車両１０の概略構成図である。電動車両１０は、いわゆるハイブリッド車両である。電動車両１０は、エンジン２０と、第１回転電機２２（ＧＥＮ）と、第２回転電機２４（ＴＲＣ）と、第１インバータ２６と、第２インバータ２８と、第１クラッチ３０と、第２クラッチ３２と、第３クラッチ３４と、車輪３６と、高電圧バッテリ３８と、車速センサ４０と、ＳＯＣセンサ４２と、ＡＰ操作量センサ４４と、ＢＰ操作量センサ４６と、回転速度センサ４８ａ、４８ｂと、磁歪式トルクセンサ５０（以下、単にトルクセンサ５０と記す）と、電流センサ５２ａ、５２ｂと、降圧コンバータ５４と、低電圧バッテリ５６と、電動補機類５８と、電子制御装置６０（以下「ＥＣＵ６０」という。）とを有する。

以下では、エンジン２０、第１回転電機２２、第２回転電機２４、第１クラッチ３０、第２クラッチ３２及び第３クラッチ３４をまとめて駆動系８０という。この駆動系８０は、車輪３６毎に設けられ、例えば四輪であれば４つの駆動系８０、二輪であれば２つの駆動系８０が設けられる。なお、デファレンシャル装置（図示せず）を介して２つの車輪３６を連結してもよい。

また、エンジン２０と車輪３６を結ぶ動力伝達経路を第１伝達経路９０という。第１伝達経路９０は、エンジン２０が発生した動力Ｆｅｎｇを車輪３６に伝達する。さらに、第１伝達経路９０のうち第１クラッチ３０よりもエンジン２０側の第１分岐点９４と第１回転電機２２とを結ぶ動力伝達経路を第２伝達経路９２という。さらにまた、第１伝達経路９０のうち第１クラッチ３０よりも車輪３６側の第２分岐点９８と第２回転電機２４とを結ぶ動力伝達経路を第３伝達経路９６という。

［Ａ−１−２．駆動系８０］
図２に示すように、駆動系８０には、エンジンシャフト２００と、ジェネレータシャフト２０２と、モータシャフト２０４と、カウンタシャフト２０６と、車輪出力シャフト２０８とが含まれる。エンジン２０は、クランクシャフト２１０、ドライブプレート２１２及びダンパ２１４を介してエンジンシャフト２００に接続される。エンジンシャフト２００には、第１クラッチ３０（エンジンクラッチ）、第１エンジンシャフトギア２２０及び第２エンジンシャフトギア２２２が配置される。

ジェネレータシャフト２０２は、エンジンシャフト２００の第１エンジンシャフトギア２２０と係合するジェネレータシャフトギア２３０を有する。モータシャフト２０４は、カウンタシャフト２０６の第２カウンタシャフトギア２６２と係合するモータシャフトギア２５０を有する。カウンタシャフト２０６は、第１カウンタシャフトギア２６０と、第２カウンタシャフトギア２６２と、第３カウンタシャフトギア２６４とを有する。

第１カウンタシャフトギア２６０は、エンジンシャフト２００の第２エンジンシャフトギア２２２と係合する。第２カウンタシャフトギア２６２は、モータシャフト２０４のモータシャフトギア２５０と係合する。第３カウンタシャフトギア２６４は、車輪出力シャフト２０８の出力シャフトギア２７０と係合する。車輪出力シャフト２０８には図示しないデファレンシャル装置が設けられる。各シャフト２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、トルクを車輪３６に伝達するトルク伝達シャフトである。

第１クラッチ３０が非接続状態でエンジン２０が作動すると、エンジントルクＴｅｎｇにより第１回転電機２２が発電する。第１クラッチ３０が接続状態でエンジン２０が作動すると、エンジンシャフト２００、カウンタシャフト２０６及び車輪出力シャフト２０８を介してエンジントルクＴｅｎｇが車輪３６に伝達される。第１クラッチ３０が接続状態である場合、第１回転電機２２は、エンジントルクＴｅｎｇにより発電してもよいし、第１回転電機２２自身が車両駆動用のトルクＴｅｎｇを発生させてもよい。

第１クラッチ３０が非接続状態で第２回転電機２４が作動すると、モータシャフト２０４、カウンタシャフト２０６及び車輪出力シャフト２０８を介してモータトルクＴｔｒｃが車輪３６に伝達される。車両１０の減速時には、反対の経路で回生トルクＴｒｅｇが走行モータ２４に入力されて第２回転電機２４が回生する。また、第１クラッチ３０が接続状態でエンジン２０及び第２回転電機２４が作動すると、エンジントルクＴｅｎｇ及びモータトルクＴｔｒｃが車輪３６に伝達される。

駆動系８０の構成は、図２の構成に限らない。例えば特開２０１７−１００５９０号公報と同様の構成を駆動系８０としてもよい（例えば特開２０１７−１００５９０号公報の図２参照）。

［Ａ−１−３．エンジン２０］
エンジン２０は、車両１０の走行用の第１駆動源として動力Ｆｅｎｇを生成して車輪３６（駆動輪）側に供給する。また、エンジン２０は、動力Ｆｅｎｇにより第１回転電機２２を作動させて電力を発生させる。以下では、エンジン２０に関連するパラメータに「ＥＮＧ」又は「ｅｎｇ」を付す。また、図１等では、エンジン２０を「ＥＮＧ」で示す。

［Ａ−１−４．第１回転電機２２］
第１回転電機２２は、３相交流ブラシレス式であり、エンジン２０からの動力Ｆｅｎｇにより発電するジェネレータとして機能する。第１回転電機２２が発電した電力Ｐｇｅｎは、第１インバータ２６を介して高電圧バッテリ３８（以下「バッテリ３８」ともいう。）又は第２回転電機２４若しくは電動補機類５８に供給される。第１回転電機２２は、埋込磁石型同期モータ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：ＩＰＭＳＭ)である。第１回転電機２２は、図示しないステータ及びロータを有する。

以下では、第１回転電機２２をジェネレータ２２とも呼ぶ。第１回転電機２２は、ジェネレータとしての機能に加え又はこれに代えて、走行モータ（traction motor）として機能させてもよい。以下では、ジェネレータ２２に関連するパラメータに「ＧＥＮ」又は「ｇｅｎ」を付す。また、図１等では、ジェネレータ２２を「ＧＥＮ」で示す。ジェネレータ２２は、エンジン２０のスタータモータとして利用することができる。

［Ａ−１−５．第２回転電機２４］
第２回転電機２４は、３相交流ブラシレス式であり、電動車両１０の走行用の第２駆動源として動力Ｆｔｒｃを生成して車輪３６（駆動輪）側に供給する。すなわち、第２回転電機２４は、高電圧バッテリ３８からの電力Ｐｂａｔ及びジェネレータ２２からの電力Ｐｇｅｎの一方又は両方により駆動する走行モータとして機能する。また、第２回転電機２４は、電動車両１０の制動時に回生を行い、図示しない第２インバータを介して回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ３８に供給する。回生電力Ｐｒｅｇは、電動補機類５８（以下「補機類５８」ともいう。）に供給されてもよい。ジェネレータ２２と同様、第２回転電機２４は、埋込磁石型同期モータ(ＩＰＭＳＭ)である。第２回転電機２４は、図示しないステータ及びロータを有する。以下では、第２回転電機２４を走行モータ２４又はＴＲＣモータ２４とも呼ぶ。

第２回転電機２４は、走行モータとしての機能に加え又はこれに代えて、ジェネレータとして機能させてもよい。以下では、走行モータ２４に関連するパラメータに「ＴＲＣ」又は「ｔｒｃ」を付す。また、図１等では、走行モータ２４を「ＴＲＣ」で示す。

また、図３に示すように、走行モータ２４は、駆動モータ１００を有する。この駆動モータ１００は、モータシャフト２０４に加え、ロータ３００と、ステータ３０２とを有する。ロータ３００は、回転軸Ａｘを中心として回転する。モータシャフト２０４は、ロータ３００内に配置されるロータシャフト３１０と、ロータシャフト３１０に結合される出力シャフト３１２とを含む。出力シャフト３１２は、ロータシャフト３１０とスプライン継手３１４によって結合されている。ロータシャフト３１０と出力シャフト３１２との結合は、スプライン継手３１４のほか、カップリングや継手構造等が挙げられる。なお、第１回転電機２２においても、駆動モータ１００と同様の駆動モータを有してもよい。

また、モータシャフト２０４は、磁性体で構成される。磁性体は、例えば、炭素鋼、合金鋼（クロム鋼、クロムモリブデン鋼等）である。モータシャフト２０４は、第１ベアリング３３０ａ、第２ベアリング３３０ｂ、第３ベアリング３３０ｃ、第４ベアリング３３０ｄにより回転可能に支持される。すなわち、ロータシャフト３１０は、該ロータシャフト３１０の両端部分にそれぞれ配置された第１ベアリング３３０ａ及び第２ベアリング３３０ｂにて回転自在に支持され、出力シャフト３１２は、該出力シャフト３１２の両端部分にそれぞれ配置された第３ベアリング３３０ｃ及び第４ベアリング３３０ｄにて回転自在に支持されている。第３ベアリング３３０ｃは、スプライン継手３１４寄りの部分に配置されている。

［Ａ−１−６．第１インバータ２６及び第２インバータ２８］
第１インバータ２６及び第２インバータ２８は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行う。すなわち、第１インバータ２６及び第２インバータ２８は、高電圧バッテリ３８からの直流を３相の交流に変換して第１回転電機２２及び第２回転電機２４に供給する。また、第１インバータ２６及び第２インバータ２８は、第１回転電機２２及び第２回転電機２４の発電動作（又は回生動作）に伴う交流／直流変換後の直流をバッテリ３８に供給する。

［Ａ−１−７．第１クラッチ３０、第２クラッチ３２及び第３クラッチ３４］
第１クラッチ３０（第１切替装置）は、第１伝達経路９０上に配置され、エンジン２０と車輪３６との接続状態及び非接続状態を、ＥＣＵ６０からの指令に基づいて切り替える。

第２クラッチ３２（第２切替装置）は、第２伝達経路９２上に配置され、第１伝達経路９０とジェネレータ２２との接続状態及び非接続状態を、ＥＣＵ６０からの指令に基づいて切り替える。

第３クラッチ３４（第３切替装置）は、第３伝達経路９６上に配置され、第１伝達経路９０と走行モータ２４との接続状態及び非接続状態を、ＥＣＵ６０からの指令に基づいて切り替える。

［Ａ−１−８．高電圧バッテリ３８］
高電圧バッテリ３８は、複数のバッテリセルを含み高電圧（数百ボルト）を出力可能な蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池、全固体電池等を利用することができる。バッテリ３８の代わりに又はこれに加えて、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。

［Ａ−１−９．各種センサ］
車速センサ４０は、車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出してＥＣＵ６０に送信する。ＳＯＣセンサ４２は、図示しない電流センサ等により構成され、バッテリ３８の残量（ＳＯＣ：State of Charge）を検出してＥＣＵ６０に送信する。

ＡＰ操作量センサ４４は、図示しないアクセルペダルの原位置からの踏込み量（ＡＰ操作量θａｐ）［ｄｅｇ］又は［％］を検出し、ＥＣＵ６０に送信する。ＢＰ操作量センサ４６は、図示しないアクセルペダルの原位置からの踏込み量（ＢＰ操作量θｂｐ）［ｄｅｇ］又は［％］を検出し、ＥＣＵ６０に送信する。

第１回転速度センサ４８ａは、例えばレゾルバにて構成され、ジェネレータ２２の単位時間当たりの回転数としての回転速度Ｎｇｅｎ［ｒｐｍ］を検出してＥＣＵ６０に送信する。回転速度センサ４８ｂは、例えばレゾルバにて構成され、走行モータ２４の単位時間当たりの回転数としての実回転速度Ｎｔｒｃ［ｒｐｍ］を検出してＥＣＵ６０に送信する。

回転速度センサ４８ｂは、図３に示すように、ロータシャフト３１０のうち、ロータ３００からはみ出た端部であって、且つ、出力シャフト３１２側とは反対側の一端寄り、すなわち、トルク伝達経路でない一端寄りに配置されている。具体的には、ロータシャフト３１０のうち、第１ベアリング３３０ａとロータ３００との間に配置されている。この構成は第１回転速度センサ４８ａも同様である。

電流センサ５２ａは、ジェネレータ２２と第１インバータ２６との間を流れる電流Ｉｇｅｎを検出する。電流センサ５２ｂは、走行モータ２４と第２インバータ２８との間を流れる電流Ｉｔｒｃを検出する。

［Ａ−１−１０．降圧コンバータ５４、低電圧バッテリ５６及び電動補機類５８］
降圧コンバータ５４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔ、発電電圧Ｖｇｅｎ又は回生電圧Ｖｒｅｇを降圧して電動補機類５８に供給する。バッテリ電圧Ｖｂａｔは、バッテリ３８の出力電圧であり、発電電圧Ｖｇｅｎは、ジェネレータ２２の発電時の出力電圧であり、回生電圧Ｖｒｅｇは、回生時の走行モータ２４の出力電圧である。補機類５８には、例えば、灯火類、空調機器、ナビゲーション装置、オーディオ装置等が含まれる。

［Ａ−１−１１．ＥＣＵ６０］
ＥＣＵ６０は、駆動系８０全体を制御する制御装置（又は制御回路）であり、入出力部１１０と、演算部１１２と、記憶部１１４とを有する。入出力部１１０は、信号線１１６（通信線）を介して車両１０の各部との信号の入出力を行う。入出力部１１０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する図示しないＡ／Ｄ変換回路を備える。

演算部１１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）を含み、記憶部１１４に記憶されているプログラムを実行することにより動作する。演算部１１２が実行する機能の一部は、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）を用いて実現することもできる。前記プログラムは、図示しない無線通信装置（携帯電話機、スマートフォン等）を介して外部から供給されてもよい。演算部１１２は、前記プログラムの一部をハードウェア（回路部品）で構成することもできる。

図１に示すように、演算部１１２は、駆動方式制御部１２０と、エンジン制御部１２２（ＥＮＧ制御部）と、ジェネレータ制御部１２４（ＧＥＮ制御部）と、走行モータ制御部１２６（ＴＲＣ制御部）と、クラッチ制御部１２８とを有する。

駆動方式制御部１２０は、車両１０の駆動方式を制御する。ここでの駆動方式には、エンジン２０を用いる駆動方式、走行モータ２４を用いる駆動方式並びにエンジン２０及び走行モータ２４を用いる駆動方式が含まれる。

エンジン制御部１２２は、駆動方式制御部１２０からの指令に基づいてエンジン２０を制御する。ジェネレータ制御部１２４（以下「ＧＥＮ制御部１２４」ともいう。）は、駆動方式制御部１２０からの指令に基づいてジェネレータ２２を制御する。

走行モータ制御部１２６は、駆動方式制御部１２０からの指令に基づいて走行モータ２４を制御する。クラッチ制御部１２８は、駆動方式制御部１２０からの指令に基づいて第１〜第３クラッチ３０、３２、３４を制御する。

記憶部１１４は、演算部１１２が用いるプログラム及びデータを記憶するものであり、ランダム・アクセス・メモリ（以下「ＲＡＭ」という。）を備える。ＲＡＭとしては、レジスタ等の揮発性メモリと、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを用いることができる。また、記憶部１１４は、ＲＡＭに加え、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）を有してもよい。

＜Ａ−２．走行モード＞
本実施の形態では、ＭＯＴ走行モードと、ハイブリッド走行モードと、ＥＮＧ走行モードと、回生モードとを用いる。ＭＯＴ走行モードは、主として高電圧バッテリ３８の電力により、走行モータ２４が車両１０を駆動するモードである。ハイブリッド走行モードは、エンジン２０のトルクＴｅｎｇによりジェネレータ２２で発電をしつつ、その発電された電力を用いて走行モータ２４が車両１０を駆動するモードである。ＥＮＧ走行モードは、エンジン２０を主たる駆動源として走行するモードである。

ＭＯＴ走行モード、ハイブリッド走行モード及びＥＮＧ走行モードは、主として、車速Ｖ及び車両１０の走行駆動力Ｆｄに応じて選択される。各モードの選択は、例えば、特開２０１７−１００５９０号公報に記載の基準で行うことができる。

［電動車両１０の特徴的な構成］
そして、車両１０は、図３に示すように、出力シャフト３１２のうち、ロータシャフト３１０寄りの位置、例えば第３ベアリング３３０ｃとモータシャフトギヤ２５０との間にトルクセンサ５０が配置されて、出力シャフト３１２に発生するトルクＴｒ（実トルク）を検出する。

トルクセンサ５０は、複数の磁歪層３５０ａ、３５０ｂと、複数のコイル３５２ａ、３５２ｂとを有する。磁歪層３５０ａ、３５０ｂ（磁歪膜）は、出力シャフト３１２の外周面に配置される。磁歪層３５０ａ、３５０ｂは、メッキにより形成される。あるいは、磁歪層３５０ａ、３５０ｂは、ナーリング加工による溝、接着剤により貼り付けた磁歪金属フィルム、圧入された環状磁歪金属部材で構成されてもよい。一方、コイル３５２ａ、３５２ｂは、図示しない支持部材に固定された円筒３５４内に配置される。

トルクセンサ５０を配置する場合、上述したように、ロータ３００から出力側に向かって、ロータ３００、第３ベアリング３３０ｃ、トルクセンサ５０の順に配置することが好ましい。例えば出力シャフト３１２に車輪３６を直結する場合に、トルクセンサ５０を配置しやすいという利点がある。また、第３ベアリング３３０ｃが磁気シールドの役割を果たすため、トルクセンサ５０に対するロータ３００からの磁気の影響を抑制することができる。

なお、トルクセンサ５０をスプライン継手３１４に対応した位置に配置してもよいが、スプライン継手３１４に生じる応力を検出してしまうため、実トルクＴｒの検知精度を高める上では、好ましくない。

さらに、電動車両１０は、図１に示すように、ＥＣＵ６０に制振処理部４００と、ガタ抑制処理部４０２とを有する。

制振処理部４００は、図４に示すように、トルク補正部４１０と、加算器４１２と、トルク−電流変換マップ４１４と、電流制御器４１６とを有する。

トルク補正部４１０は、回転速度センサ４８ｂからの信号Ｓａ（実回転速度Ｎｔｒｃ）と、信号Ｓａをフィルタ処理した後の滑らかな信号Ｓｂとの差分を、増幅器４１８（例えばＰ制御器）にて車両状態（加減速、クルーズ、オートパーキング操作等）に応じたゲイン係数を乗算してトルク補正値Ｔｒａを生成する。

加算器４１２は、ＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂに、トルク補正部４１０からのトルク補正値Ｔｒａを加算して最終トルク指令値Ｔｒｃを生成する。

トルク−電流変換マップ４１４は、最終トルク指令値Ｔｒｃと目標電流Ｉａとの関係を予め記憶している。そして、トルク−電流変換マップ４１４は、加算器４１２からの最終トルク指令値Ｔｒｃに対応した目標電流Ｉａを電流制御器４１６に供給する。電流制御器４１６は、電流センサ５２ｂからの実電流Ｉｔｒｃと、トルク−電流変換マップ４１４からの目標電流Ｉａとの差分ΔＩを算出する。さらに、電流制御器４１６は、差分ΔＩに対応する目標デューティ比Ｄａを算出し、この目標デューティ比Ｄａに対応する駆動信号Ｓａを第２インバータ２８に出力する。

第２インバータ２８は、駆動信号Ｓａに応じて第２インバータ２８内のスイッチング素子（図示せず）をオンにし、高電圧バッテリ３８（図１参照）からの電流を第２回転電機２４（ＴＲＣ）に供給する。

図５Ａに示すように、回転速度センサ４８ｂの周期変動から抽出した走行モータ２４の振動波形Ｗａ（実線参照）は、共振波形を有する。そこで、上述した制振処理部４００によって、ＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂを補正することで、図５Ｂに示すように、走行モータ２４の振動波形Ｗａに対して、該振動波形Ｗａの逆位相の波形Ｗｂ（一点鎖線参照）を入力させることと同じになり、補正後の振動波形Ｗｃはほとんど０に近い状態となる。

一方、ガタ抑制処理部４０２は、走行モータ２４のモータ出力が所定出力であって、且つ、トルクセンサ５０の出力が最小の場合には、ＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂを下げて、走行モータ２４のモータ出力を低下させる。例えばＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂが所定値以上であるにも拘わらず、トルクセンサ５０の出力が最小の場合であれば、モータ出力を低下させる。

通常は、図６Ａの一点鎖線Ｌａに示すように、走行モータ２４の目標回転数は、時間の経過に伴って徐々に滑らかに上昇するように設計されている。これを実現するために、図６Ｂの一点鎖線Ｌｂに示すように、目標回転数に対する目標トルク指令値が定められる。図６Ｂでは、目標トルク指令値として一定のトルク指令値を示した例を示す。

そして、例えば車両１０の発進時等においては、上述したように、ロータシャフト３１０は回転しているが、スプライン継手３１４によるガタ（隙間）によって、ロータシャフト３１０の回転力がほとんど出力シャフト３１２に伝達していない状態である。この場合、図６Ｃの実線Ｌｃに示すように、トルクセンサ５０からの実トルクＴｒ（トルクセンサからのトルク値）は、ほぼ０となる。

その後、スプライン継手３１４のガタが詰まって、ロータシャフト３１０の回転力が出力シャフト３１２に伝わると、出力シャフト３１２が急速に回転し、そのショックで、モータの回転数の軌跡が、図６Ａの二点鎖線Ｌｄに示すように、目標回転数（一点鎖線Ｌａ参照）から大きく乱れると共に、トルク指令値Ｔｒｂの軌跡が、図６Ｂの二点鎖線Ｌｅに示すように、目標回転数（一点鎖線Ｌｂ参照）から大きく乱れ、これにより、走行モータ２４の外部に振動や異音として伝搬する場合がある。

そこで、ガタ抑制処理部４０２は、例えば車両１０の発進時等において、走行モータ２４のモータ出力が所定出力、すなわち、ＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂが所定値以上の場合であって、且つ、トルクセンサ５０の出力が最小（ほぼ０）の場合には、ＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂを下げて、走行モータ２４のモータ出力を低下させる。すなわち、ガタ抑制処理部４０２は、ＴＲＣ制御部１２６からスプライン継手３１４のガタを詰めるためのトルク指令値Ｔｒｂを出力させる。

これにより、その後、スプライン継手３１４のガタが詰まって、ロータシャフト３１０の回転力が出力シャフト３１２に伝わっても、モータ出力が低下した状態であるため、出力シャフト３１２が急速に回転することがなく、モータの回転数の軌跡は、図６Ａの実線Ｌｆに示すように、目標回転数（一点鎖線Ｌａ参照）にほぼ沿った状態になると共に、トルク指令値Ｔｒｂの軌跡が、図６Ｂの実線Ｌｇに示すように、目標トルク指令値（一点鎖線Ｌｂ参照）にほぼ沿った状態になる。

次に、本実施の形態に係る駆動モータ１００及び電動車両１０の処理動作について、図７を参照しながら説明する。

先ず、図７のステップＳ１において、ＥＣＵ６０は、走行の駆動源がモータ駆動であるか否かを判別する。モータ駆動であれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進み、ガタ抑制処理部４０２は、トルク指令値Ｔｒｂが所定値以上であるか否かを判別する。所定値としては、車両１０の発進時にＴＲＣ制御部１２６から出力される指令値や、モータ駆動において、急加速時にＴＲＣ制御部１２６から出力される指令値や、例えばエンジン駆動からモータ駆動に切り替わった際にＴＲＣ制御部１２６から出力される指令値等が挙げられる。

トルク指令値Ｔｒｂが所定値以上であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ガタ抑制処理部４０２は、トルクセンサ５０からの実トルクＴｒが最小（ほぼ０）であるか否かを判別する。最小であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、ガタ抑制処理部４０２は、ＴＲＣ制御部１２６に対してトルク指令値Ｔｒｂを低下させる指示を行う。ＴＲＣ制御部１２６は、ガタ抑制処理部４０２からの指示に基づいて、トルク指令値Ｔｒｂを低下させる。すなわち、ＴＲＣ制御部１２６は、ガタ詰めのためのトルク指令値を出力する。これによって、走行モータ２４のモータ出力が低下する。

上記ステップＳ２において、トルク指令値Ｔｒｂが所定値未満であると判別された場合（ステップＳ２：ＮＯ）、あるいは、ステップＳ３において、トルクセンサ５０からの実トルクＴｒが最小でないと判別された場合は（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ５に進み、トルク指令値Ｔｒｂを低下させずに出力する。すなわち、ＴＲＣ制御部１２６は、走行モータ２４を回転駆動するためのトルク指令値を出力する。

ステップＳ４での処理又はステップＳ５での処理が終了した場合、あるいは上記ステップＳ１において、モータ駆動でないと判別された場合は（ステップＳ１：ＮＯ）、所定時間が経過した段階で、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

＜Ａ−３．本実施の形態の効果＞
このように、本実施の形態に係る駆動モータ１００は、シャフトの外周にトルクセンサ５０を配置した駆動モータ１００であって、ロータ３００と、ロータ３００内に配置されるロータシャフト３１０と、ロータシャフト３１０とガタ要素を有する継手３１４によって結合され、ロータシャフト３１０の回転力を出力側に伝える出力シャフト３１２とを有し、トルクセンサ５０は、継手３１４と重ならない範囲で、継手３１４よりも出力側に配置されている。

ガタ要素を有する継手としては、例えばスプライン継手３１４やカップリング継手等が挙げられるが、これに限定されるものではなく、ガタ要素を有する継手であれば、その他の継手構造を好ましく適用することができる。

そして、トルクセンサ５０を継手３１４よりも出力側に配置することで、継手３１４によるガタ（隙間）を検出することができる。これにより、検出した継手３１４によるガタ分をモータ出力に反映させることで、出力側の回転を滑らかにすることができる。

本実施の形態において、出力シャフト３１２を回転支持する第３ベアリング３３０ｃを有し、トルクセンサ５０は、第３ベアリング３３０ｃよりも出力側に配置されている。

ロータ３００から出力側に向かって、ロータ３００、第３ベアリング３３０ｃ、トルクセンサ５０の順に配置されることから、第３ベアリング３３０ｃがロータ３００等からの交番磁気の磁気シールドとして機能する。これにより、交番磁界等によるノイズの発生を抑制することができる。

本実施の形態において、ロータ３００の回転速度を検知する回転速度センサ４８ｂを有し、回転速度センサ４８ｂは、トルク伝達経路でないロータ３００の一端部側に配置され、トルクセンサ５０は、トルク伝達経路であるロータ３００の他端部側に配置されている。

回転速度センサ４８ｂ（回転数センサ）をロータ３００の一端部側に配置することで、ロータ３００の回転に伴って伝達するトルクの影響を受けなくなり、ロータ３００の回転速度（回転数）を精度よく検知することができる。また、トルクセンサ５０をロータ３００の他端部側に設けることで、回転速度センサ４８ｂ（回転数センサ）からのノイズの影響を受け難くなり、トルクの検出精度を上げることができる。

衝撃等で回転速度センサ４８ｂが機能しなくなっても、トルクセンサ５０にて検知されたトルクに基づいてロータ３００の回転制御を実施することができる。例えばロータ３００を制御するＴＲＣ制御部１２６からのトルク指令値Ｔｒｂとトルクセンサ５０にて検出された実トルクＴｒとの差分をＴＲＣ制御部１２６にフィードバックすることで、ロータ３００の回転制御を実施することができる。すなわち、トルクセンサ５０を用いた回転制御は、正常な回転速度センサ４８ｂに交換される期間のフェールセーフとして機能させることができる。

本実施の形態において、トルクセンサ５０の出力に基づいて、モータ出力を制御するＴＲＣ制御部１２６を有し、ＴＲＣ制御部１２６は、モータ出力が所定出力であって、且つ、トルクセンサ５０の出力が最小の場合には、モータ出力を低下させる。

発進時や、車速Ｖを急に上げた場合等においては、トルク抜けが生じる場合がある。トルク抜けとは、ロータシャフト３１０は回転しているが、スプライン継手３１４によるガタ（隙間）によって、ロータシャフト３１０の回転力がほとんど出力シャフト３１２に伝達していない状態である。つまり、ロータシャフト３１０はモータ出力によって回転しているが、出力シャフト３１２はほとんど回転していない状態となる。このような場合に、ガタが詰まって、ロータシャフト３１０の回転力が出力シャフト３１２に伝わると、出力シャフト３１２が急速に回転し、そのショックが外部に振動や異音として伝搬する場合がある。駆動モータ１００を電動車両用の駆動モータとして使用した場合、そのショックが運転者に違和感として伝わる場合がある。

そこで、ＴＲＣ制御部１２６は、トルクセンサ５０の出力が最小の場合には、モータ出力を低下させる。これにより、ロータシャフト３１０と出力シャフト３１２とが連結した時点、すなわち、ガタが詰まった時点でのショックを緩和することができ、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る車両１０は、上述した駆動モータ１００を有する。トルクセンサ５０を継手３１４よりも出力側に配置することで、継手３１４によるガタ（隙間）を検出することができる。これにより、検出した継手３１４によるガタ分をモータ出力に反映させることで、出力側の回転を滑らかにすることができる。その結果、外部への振動や異音の伝搬を抑制することができ、運転者への違和感も和らげることができる。

Ｂ．変形例
なお、本発明は、上記実施の形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

＜Ｂ−１．適用対象＞
本実施の形態に係る車両１０は、第２回転電機２４からの駆動力を車輪出力シャフト２０８に伝達する構成としたが、選択的に、第１回転電機２２からの駆動力を車輪出力シャフト２０８に伝達する構成を採用してもよい。この場合、ＧＥＮ制御部１２４からの第１回転電機２２に対するトルク指令を補正するようにしてもよい。

＜Ｂ−２．回転電機＞
本実施の形態の第１回転電機２２及び第２回転電機２４は、いずれも３相交流ブラシレス式とした。しかしながら、第１回転電機２２又は第２回転電機２４に対するトルク指令を補正する観点からすれば、これに限らない。第１回転電機２２及び第２回転電機２４は、直流式又はブラシ式としてもよい。

本実施の形態の第１回転電機２２及び第２回転電機２４は、いずれも埋込磁石型同期モータ(ＩＰＭＳＭ)とした。しかしながら、例えば、第１回転電機２２又は第２回転電機２４に対するトルク指令を補正する観点からすれば、これに限らない。第１回転電機２２及び第２回転電機２４は、その他の方式の回転電機としてもよい。

＜Ｂ−３．クラッチ＞
本実施の形態では、第１〜第３クラッチ３０、３２、３４を設けた（図１）。しかしながら、例えば、第１回転電機２２又は第２回転電機２４に対するトルク指令を補正する観点からすれば、これに限らない。例えば、第２クラッチ３２又は第３クラッチ３４を省略することも可能である。

１０…電動車両（車両） ２０…エンジン
２４…第２回転電機（走行モータ、ＴＲＣモータ）
３６…車輪 ４８ｂ…回転速度センサ（レゾルバ）
５０…トルクセンサ ６０…電子制御装置（ＥＣＵ）
８０…駆動系 １００…駆動モータ
１２６…走行モータ制御部 ２０４…モータシャフト
３００…ロータ ３０２…ステータ
３１０…ロータシャフト ３１２…出力シャフト
３１４…スプライン継手
３３０ａ〜３３０ｄ…第１ベアリング〜第４ベアリング
３５０ａ、３５０ｂ…磁歪層 ３５２ａ、３５２ｂ…コイル
４００…制振処理部 ４０２…ガタ抑制処理部
４１０…トルク補正部 ４１２…加算器
４１４…トルク−電流変換マップ ４１６…電流制御器
４１８…増幅器（Ｐ制御器）

Claims (6)

1. シャフトの外周に磁歪式トルクセンサを配置した駆動モータであって、
   ロータと、
   前記ロータ内に配置されるロータシャフトと、
   スプライン継手によって、前記ロータシャフトとガタを有する状態で結合され、前記ロータシャフトの回転力を出力側に伝える出力シャフトと、
   前記磁歪式トルクセンサの出力に基づいて、モータ出力を制御する制御部と、を有し、
   前記磁歪式トルクセンサは、前記スプライン継手と重ならない範囲で、前記スプライン継手よりも出力側に配置され、
   前記制御部は、前記モータ出力が所定出力であって、且つ、前記磁歪式トルクセンサの出力が最小の場合には、前記モータ出力を低下させることを特徴とする駆動モータ。
2. 請求項１記載の駆動モータであって、
   前記スプライン継手は、前記ロータシャフトの内周面と前記出力シャフトの外周面とが係合して構成されることを特徴とする駆動モータ。
3. 請求項１または２に記載の駆動モータであって、
   前記出力シャフトを回転支持するベアリングを有し、
   前記磁歪式トルクセンサは、前記ベアリングよりも出力側に配置されていることを特徴とする駆動モータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動モータであって、
   前記ロータの回転速度を検知する回転速度センサを有し、
   前記回転速度センサは、トルク伝達経路でない前記ロータの一端部側に配置され、
   前記磁歪式トルクセンサは、前記トルク伝達経路である前記ロータの他端部側に配置されていることを特徴とする駆動モータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動モータを有することを特徴とする電動車両。
6. シャフトの外周に磁歪式トルクセンサを配置した駆動モータであって、
   ロータと、
   前記ロータ内に配置されるロータシャフトと、
   前記ロータシャフトとガタ要素を有する継手によって結合され、前記ロータシャフトの回転力を出力側に伝える出力シャフトと、
   前記磁歪式トルクセンサの出力に基づいて、モータ出力を制御する制御部と、を有し、
   前記磁歪式トルクセンサは、前記継手と重ならない範囲で、前記継手よりも出力側に配置され、
   前記制御部は、前記モータ出力が所定出力であって、且つ、前記磁歪式トルクセンサの出力が最小の場合には、前記モータ出力を低下させることを特徴とする駆動モータ。
   
   

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