JP7012574B2 - モータユニット及び車両 - Google Patents
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Description
センサユニットと、駆動モータとを備えるモータユニットであって、
前記センサユニットは、
中空部を有するシャフトと、
前記中空部内に配置されて、前記シャフトにかかる捩りトルクを前記シャフトの内側から検出するトルクセンサと
を有し、
前記センサユニットの前記シャフトは、前記駆動モータの出力シャフトであり、
前記モータユニットは、前記出力シャフトを回転可能に支持するベアリングを備え、
前記トルクセンサは、前記駆動モータの軸方向において、前記ベアリングと重なる位置に配置される
ことを特徴とする。
トの周辺に配置される部品と接触し難くなる。従って、トルクセンサを当該部品との接触
から保護し易くなる。しかも、本発明によれば、センサユニットのシャフトは、駆動モータの出力シャフトである。このため、駆動モータの出力シャフトの軸方向におけるセンサユニットの設計自由度を向上することが可能となる。また、出力シャフト又は駆動モータの周辺に配置される部品との接触からトルクセンサを保護し易くなる。しかも、本発明によれば、モータユニットは、出力シャフトを回転可能に支持するベアリングを備えている。また、本発明によれば、トルクセンサは、駆動モータの軸方向において、ベアリングと重なる位置に配置されている。このため、トルクの伝達の際に駆動モータの出力シャフトに加わる曲げモーメントがトルクセンサに及ぼす影響を抑制することが可能となる。
本発明の他の態様に係るモータユニットは、
センサユニットと、駆動モータとを備えるモータユニットであって、
前記センサユニットは、
中空部を有するシャフトと、
前記中空部内に配置されて、前記シャフトにかかる捩りトルクを前記シャフトの内側から検出するトルクセンサと
を有し、
前記センサユニットの前記シャフトは、前記駆動モータの出力シャフトであり、
前記トルクセンサは、前記駆動モータの軸方向において、前記駆動モータのロータと重なる位置に配置される
ことを特徴とする。
本発明によれば、トルクセンサは、駆動モータの軸方向において、駆動モータのロータと重なる位置に配置される。これにより、トルクセンサは、ロータからの出力トルク(駆動時)又はロータへの入力トルク(発電時)を直接的に検出することで、出力トルク又は入力トルクを高精度に検出することが可能となる。
前記駆動モータは、前記車両の走行駆動力を生成する走行モータ、又は前記車両の内燃機関の駆動力により発電するジェネレータである
ことを特徴とする。
回転駆動源と、
車輪と、
前記回転駆動源からのトルクを前記車輪に伝達するトルク伝達シャフトと
を備えるものであって、
前記トルク伝達シャフトは中空部を有し、
さらに、前記車両は、前記中空部内に配置されたトルクセンサを備え、
前記トルク伝達シャフトは、前記回転駆動源の出力シャフトであり、
前記回転駆動源は、前記出力シャフトを回転可能に支持するベアリングを備え、
前記トルクセンサは、前記回転駆動源の軸方向において、前記ベアリングと重なる位置に配置される
ことを特徴とする。
本発明の更に他の態様に係る車両は、
回転駆動源と、
車輪と、
前記回転駆動源からのトルクを前記車輪に伝達するトルク伝達シャフトと
を備える車両であって、
前記トルク伝達シャフトは中空部を有し、
さらに、前記車両は、前記中空部内に配置されたトルクセンサを備え、
前記トルク伝達シャフトは、前記回転駆動源の出力シャフトであり、
前記トルクセンサは、前記回転駆動源の軸方向において、前記回転駆動源のロータと重なる位置に配置される
ことを特徴とする。
本発明によれば、トルクセンサは、回転駆動源の軸方向において、回転駆動源のロータと重なる位置に配置される。これにより、トルクセンサは、ロータからの出力トルク(駆動時)又はロータへの入力トルク(発電時)を直接的に検出することで、出力トルク又は入力トルクを高精度に検出することが可能となる。
<A-1.本実施形態の構成>
[A-1-1.全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る車両10の概略構成図である。車両10は、いわゆるハイブリッド車両である。図1に示すように、車両10は、エンジン20と、第1回転電機22と、第2回転電機24と、エンジンクラッチ26と、車輪28と、高電圧バッテリ30と、車速センサ32と、SOCセンサ34と、AP操作量センサ36と、BP操作量センサ38と、回転速度センサ40a、40bと、トルクセンサ50と、冷却機構52と、電子制御装置54(以下「ECU54」という。)とを有する。
エンジン20(回転駆動源)は、車両10の走行用の第1駆動源としてエンジントルクTeng(動力Feng)を生成して車輪28(駆動輪)側に供給する。また、エンジン20は、エンジントルクTeng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。
第1回転電機22(回転駆動源)は、3相交流ブラシレス式であり、エンジントルクTeng(駆動力)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、図示しない第1インバータを介して高電圧バッテリ30(以下「バッテリ30」ともいう。)又は第2回転電機24若しくは図示しない電動補機類に供給される。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。
図3は、本実施形態に係るモータユニット80の第2回転電機24及びトルクセンサ50並びにこれらの周辺を示す断面図である。図4は、図3の部分拡大図である。第2回転電機24(回転駆動源)は、3相交流ブラシレス式であり、車両10の走行用の第2駆動源としてモータトルクTtrc(走行駆動力)を生成して車輪28(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30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、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30に供給する。回生電力Pregは、図示しない電動補機類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。
図1に示すように、エンジンクラッチ26(第1切替装置)は、第1伝達経路70上に配置され、エンジン20と車輪28との接続状態及び非接続状態を、ECU54からの指令に基づいて切り替える。
高電圧バッテリ30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30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。
車速センサ32は、車両10の車速V[km/h]を検出してECU54に送信する。SOCセンサ34は、図示しない電流センサ等により構成され、バッテリ30の残量(SOC:State of Charge)を検出してECU54に送信する。
冷却機構52は、モータ24を内側から冷却する。図1に示すように、冷却機構52は、冷媒を循環させるポンプ500と、冷媒を冷却するラジエータ502と、冷媒流路504とを有する。冷媒流路504は、冷媒を循環させる流路である。冷却機構52は、冷媒流路504の一部として、図3及び図4に示す配管510(支持棒)を有する。配管510は、モータ出力シャフト204と同軸にモータ出力シャフト204の中空部320の内部に配置されて冷媒を流す。より具体的には、配管510は、モータ出力シャフト204内を貫通し、両端がモータハウジング520(外部部品)に固定される。なお、配管510がモータ出力シャフト204内を通過するのを補助する図示しない案内棒を設けてもよい。本実施形態において、配管510を流れる冷媒は、図3及び図4の左側から右側に向かって流れる。或いは、図3及び図4の右側から左側に向かって冷媒を流してもよい。
ECU54は、駆動系60全体を制御する制御装置(又は制御回路)であり、図1に示すように、入出力部90と、演算部92と、記憶部94とを有する。入出力部90は、信号線96(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90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。
上記のように、トルクセンサ50は、第3伝達経路76上において走行モータ24と第2分岐点78の間に設けられてトルクTdet(検出トルクTdet)を検出する。換言すると、トルクセンサ50は、モータ出力シャフト204とカウンタシャフト206との連結部360(図2及び図3)とロータ300との間に配置されてトルクTdetを検出する。さらに、図3及び図4に示すように、トルクセンサ50は、例えば、モータ出力シャフト204の中空部320内に配置された磁歪式トルクセンサである。以下では、トルクセンサ50、モータ出力シャフト204(シャフト)及び配管510をまとめてセンサユニット600ともいう。
本実施形態では、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30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。
本実施形態によれば、出力シャフト204(シャフト)の中空部320内にトルクセンサ50が配置される(図3及び図4)。そのため、出力シャフト204の外側にトルクセンサ50を配置する場合と比較して、出力シャフト204と係合するカウンタシャフト206(別部材)との連結部360を、軸方向において走行モータ24又はトルクセンサ50に近付け易くなる等、出力シャフト204の外周を利用し易くなる。従って、軸方向における走行モータ24若しくはセンサユニット600又はこれらを含むモータユニット80の設計自由度を向上することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、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。
上記実施形態の車両10は、エンジン20、ジェネレータ22及び走行モータ24を有した(図1)。しかしながら、例えば、モータ出力シャフト204の中空部320内にトルクセンサ50を配置させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両10は、特開2017-100590号公報の図10に示すように、エンジン20と1つの回転電機を有する構成としてもよい。或いは、車両10は、エンジン20と3つの回転電機を有する構成とすることも可能である。或いは、車両10は、エンジン20を有さない電動車両としてもよい。左右の車輪28(駆動輪)それぞれに回転電機(駆動モータ)を設ける場合、これらの回転電機は、インホイールモータとして構成してもよい。或いは、特許文献1のような操舵装置に本発明を適用してもよい。
上記実施形態の第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、例えば、モータ出力シャフト204の中空部320内にトルクセンサ50を配置させる観点からすれば、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。
上記実施形態では、トルクセンサ50を磁歪式とした。しかしながら、例えば、モータ出力シャフト204の中空部320内にトルクセンサ50を配置させる観点からすれば、これに限らない。例えば、トルクセンサ50は、その他の検出方式とすることが可能である。
上記実施形態では、配管510をモータハウジング520に固定支持させた(図3)。しかしながら、例えば、配管510(又は支持棒)を支持する観点からすれば、これに限らず、モータハウジング520以外の外部部品(ロータ300側ではなくステータ302側の部品、換言すると、ロータ300の回転によっては回転しない部品)に支持させてもよい。
20…エンジン(内燃機関、回転駆動源)
22…ジェネレータ(駆動モータ、回転駆動源)
24…走行モータ(駆動モータ、回転駆動源)
28…車輪 50…トルクセンサ
76…第3伝達経路(トルク伝達経路)
80、80a…モータユニット
200…エンジンシャフト(トルク伝達シャフト)
202…ジェネレータシャフト(トルク伝達シャフト)
204…モータシャフト(出力シャフト、トルク伝達シャフト、シャフト)
206…カウンタシャフト(連結シャフト、トルク伝達シャフト)
208…車輪出力シャフト(トルク伝達シャフト)
300…ロータ 320…中空部
330c…ベアリング 350a、350b…磁歪層
352a、352b…コイル 360…連結部
510…配管(支持棒)
520…モータハウジング(外部部品)
600…センサユニット
Claims (7)
- センサユニットと、駆動モータとを備えるモータユニットであって、
前記センサユニットは、
中空部を有するシャフトと、
前記中空部内に配置されて、前記シャフトにかかる捩りトルクを前記シャフトの内側から検出するトルクセンサと
を有し、
前記センサユニットの前記シャフトは、前記駆動モータの出力シャフトであり、
前記モータユニットは、前記出力シャフトを回転可能に支持するベアリングを備え、
前記トルクセンサは、前記駆動モータの軸方向において、前記ベアリングと重なる位置に配置される
ことを特徴とするモータユニット。 - センサユニットと、駆動モータとを備えるモータユニットであって、
前記センサユニットは、
中空部を有するシャフトと、
前記中空部内に配置されて、前記シャフトにかかる捩りトルクを前記シャフトの内側から検出するトルクセンサと
を有し、
前記センサユニットの前記シャフトは、前記駆動モータの出力シャフトであり、
前記トルクセンサは、前記駆動モータの軸方向において、前記駆動モータのロータと重なる位置に配置される
ことを特徴とするモータユニット。 - 請求項1又は2に記載のモータユニットにおいて、
前記センサユニットは、前記シャフトにかかる捩りトルクが伝達されない外部部品に支持又は固定されると共に前記シャフトの内部に配置される支持棒を備え、
前記トルクセンサは、
前記シャフトの内周面に配置された磁歪層と、
前記支持棒に配置されたコイルと
を有する磁歪式トルクセンサである
ことを特徴とするモータユニット。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のモータユニットにおいて、
前記モータユニットは、前記駆動モータの前記出力シャフトと係合する連結シャフトを備え、
前記トルクセンサは、前記出力シャフトと前記連結シャフトとの連結部と、前記駆動モータのロータとの間のトルク伝達経路上に配置される
ことを特徴とするモータユニット。 - 請求項1~4いずれか1項に記載のモータユニットを備える車両であって、
前記駆動モータは、前記車両の走行駆動力を生成する走行モータ、又は前記車両の内燃機関の駆動力により発電するジェネレータである
ことを特徴とする車両。 - 回転駆動源と、
車輪と、
前記回転駆動源からのトルクを前記車輪に伝達するトルク伝達シャフトと
を備える車両であって、
前記トルク伝達シャフトは中空部を有し、
さらに、前記車両は、前記中空部内に配置されたトルクセンサを備え、
前記トルク伝達シャフトは、前記回転駆動源の出力シャフトであり、
前記回転駆動源は、前記出力シャフトを回転可能に支持するベアリングを備え、
前記トルクセンサは、前記回転駆動源の軸方向において、前記ベアリングと重なる位置に配置される
ことを特徴とする車両。 - 回転駆動源と、
車輪と、
前記回転駆動源からのトルクを前記車輪に伝達するトルク伝達シャフトと
を備える車両であって、
前記トルク伝達シャフトは中空部を有し、
さらに、前記車両は、前記中空部内に配置されたトルクセンサを備え、
前記トルク伝達シャフトは、前記回転駆動源の出力シャフトであり、
前記トルクセンサは、前記回転駆動源の軸方向において、前記回転駆動源のロータと重なる位置に配置される
ことを特徴とする車両。
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