JP7012574B2 - モータユニット及び車両 - Google Patents

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Description

本発明は、トルクセンサを備えるセンサユニットと、前記センサユニット及び駆動モータを備えるモータユニットと、前記モータユニットを備える車両に関する。
特許文献1では、ステアリングシャフトの径方向及び軸方向に小型化された車両用操舵装置を提供することを目的としている([0005]、要約)。当該目的を達成するため、特許文献1(要約、図1及び図2)において、電動パワーステアリング装置に備えられた電動モータ14は、円筒状のロータコア30を有している。ロータコア30は、入力軸7及び出力軸8と同軸に配置されており、その径方向Y1内方には、両軸7、8を取り囲む環状の収容空間S1が形成されている。
操舵部材に入力された操舵トルクを検出するためのトルクセンサ12は、両軸7、8と同軸に配置されており、収容空間S1内に収容されている。また、ロータコア30は、電磁的なノイズの通過を阻止する鉄等の電磁シールド部材によって形成されている。収容空間S1内に配置されたトルクセンサ12は、ロータコア30の周囲で発生した電磁ノイズの影響を受けることなく安定した動作を行うことができるとされている。
特開2008-017549号公報
上記のように、特許文献1(要約、図1及び図2)では、径方向Y1内方には、入力軸7及び出力軸8を取り囲む環状の収容空間S1が形成される。また、収容空間S1内に収容されたトルクセンサ12は、両軸7、8と同軸に(すなわち、両軸7、8の外周側に)配置される。しかしながら、トルクセンサ12の配置には改善の余地がある。
例えば、トルクセンサ12を入力軸7又は出力軸8の外周側に配置する場合、トルクセンサ12の取付け位置を確保するために、軸方向について設計上の制約を受けることとなる。
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、トルクセンサに関する設計上の自由度を向上することが可能なセンサユニット及びモータユニット並びに車両を提供することを目的とする。
本発明の一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
ことを特徴とする。
本発明によれば、シャフトの中空部内にトルクセンサが配置される。そのため、シャフトの外側にトルクセンサを配置する場合と比較して、シャフトと係合又は連結する別部材との連結部を、軸方向においてトルクセンサに近付け易くなる等、シャフトの外周を利用し易くなる。従って、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、トルクセンサがシャフトの中空部内に配置されるため、トルクセンサは、シャフ
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てもよい。また、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としてもよい。これにより、簡易な構成でトルクセンサをシャフトの内部に配置することが可能となる。
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てもよい。また、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てもよい。これにより、トルクセンサは、駆動モータと連結シャフトの間で伝達されるトルクの伝達経路上に配置されることとなる。そのため、トルクセンサがトルクの伝達経路上でない位置に配置される場合と比較して、駆動モータと連結シャフトの間で伝達されるトルクを高精度に検出することが可能となる。
本発明に係る車両は、前記モータユニットを備えるものであって、
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。
これにより、駆動モータの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。従って、車両の走行駆動力又はジェネレータによる発電電力を高精度に制御することができる。
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
ことを特徴とする。
本発明によれば、トルク伝達シャフトの中空部内にトルクセンサが配置される。そのため、トルク伝達シャフトの外側にトルクセンサを配置する場合と比較して、トルク伝達シャフトと係合する別シャフトとの連結部を、軸方向において駆動モータ又はトルクセンサに近付け易くなる等、トルク伝達シャフトの外周を利用し易くなる。従って、トルク伝達シャフトの軸方向における設計自由度を向上することが可能となる。
また、トルクセンサがトルク伝達シャフトの中空部内に配置されるため、トルクセンサは、トルク伝達シャフ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、回転駆動源は、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、回転駆動源の軸方向において、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回転駆動源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。
本発明によれば、トルクセンサに関する設計上の自由度を向上することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る車両の概略構成図である。 前記実施形態の駆動系の機械的な連結関係を簡略的に示す図である。 前記実施形態に係るモータユニットの第2回転電機及びトルクセンサ並びにこれらの周辺を示す断面図である。 図3の部分拡大図である。 変形例に係るモータユニットの第2回転電機及びトルクセンサ並びにこれらの周辺を示す断面図である。
A.本実施形態
<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。
以下では、エンジン20、第1回転電機22、第2回転電機24及びエンジンクラッチ26をまとめて駆動系60という。また、エンジン20と車輪28を結ぶ動力伝達経路を第1伝達経路70という。第1伝達経路70は、エンジン20が発生したトルクTengを車輪28に伝達する。さらに、第1伝達経路70のうちエンジンクラッチ26よりもエンジン20側の第1分岐点74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72という。さらにまた、第1伝達経路70のうちエンジンクラッチ26よりも車輪28側の第2分岐点78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76という。加えて、第2回転電機24、トルクセンサ50及び冷却機構52をまとめてモータユニット80ともいう。
図2は、本実施形態の駆動系60の機械的な連結関係を簡略的に示す図である。図2に示すように、駆動系60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、エンジンクラッチ26、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28に伝達するトルク伝達シャフトである。
エンジンクラッチ26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によりジェネレータ22が発電する。エンジンクラッチ26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28に伝達される。エンジンクラッチ26が接続状態である場合、ジェネレータ22は、エンジントルクTengにより発電してもよいし、ジェネレータ22自身が車両駆動用のトルクTgenを発生させてもよい。
エンジンクラッチ26が非接続状態で走行モータ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28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がモータ24に入力されてモータ24が回生する。また、エンジンクラッチ26が接続状態でエンジン20及び走行モータ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28に伝達される。
駆動系60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60としてもよい(例えば特開2017-100590号公報の図2参照)。
[A-1-2.エンジン20]
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。
[A-1-3.第1回転電機22]
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。
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-1-4.第2回転電機24]
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。
以下では、第2回転電機24をモータ24、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。
図3に示すように、走行モータ24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(以下「出力シャフト204」又は「モータ出力シャフト204」ともいう。)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に結合される突出シャフト312とを含む。本実施形態では、突出シャフト312は、ロータシャフト310に圧入される。出力シャフト204は中空状である。換言すると、出力シャフト204は中空部320を有する。本実施形態では、出力シャフト204の中空部320内にトルクセンサ50と冷却機構52の配管510が配置される。
また、モータ出力シャフト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。モータ出力シャフト204は、ベアリング330a、330b、330c、330dにより回転可能に支持される。
[A-1-5.エンジンクラッチ26]
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。
[A-1-6.高電圧バッテリ30]
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。
[A-1-7.各種センサ]
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。
AP操作量センサ36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、ECU54に送信する。BP操作量センサ38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、ECU54に送信する。
回転速度センサ40aは、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ECU54に送信する。回転速度センサ40bは、走行モータ24の単位時間当たりの回転数としての回転速度Ntrc[rpm]を検出してECU54に送信する。
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(以下「検出トルクTdet」ともいう。)を検出する。図3及び図4に示すように、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。トルクセンサ50の詳細については、図3及び図4を参照して後述する。
[A-1-8.冷却機構52]
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。
図4に示すように、配管510には、モータ24用の第1貫通孔560と、トルクセンサ50用の第2貫通孔562とが設けられる。第1貫通孔560は、モータ24の軸方向において、ロータ300及びステータ302と重なる位置に配置される。従って、第1貫通孔560から放出された冷媒は、ロータ300及びステータ302を冷却する。
第2貫通孔562は、モータ24の軸方向において、トルクセンサ50と重なる位置に配置される。従って、第2貫通孔562から放出された冷媒は、トルクセンサ50を冷却する。特に本実施形態の第2貫通孔562は、図4に示すように、モータ24の軸方向において、複数の磁歪層350a、350bの間に配置される。これにより、複数の磁歪層350a、350bの間に冷媒を供給する。図3では、第1貫通孔560及び第2貫通孔562の図示が省略されていることに留意されたい。
本実施形態の配管510は非磁性体で構成される。ここでの非磁性体としては、例えば、ステンレス、アルミニウム又はエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
[A-1-9.ECU54]
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。
演算部92は、中央演算装置(CPU)を含み、記憶部94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92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92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92は、駆動方式制御部100と、エンジン制御部102と、ジェネレータ制御部104と、走行モータ制御部106と、クラッチ制御部108と、冷却制御部110とを有する。
駆動方式制御部100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。この際、ジェネレータ22による発電又は走行モータ24による回生(発電)も併せて制御される。
エンジン制御部102(以下「ENG制御部102」ともいう。)は、駆動方式制御部100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104(以下「GEN制御部104」ともいう。)は、駆動方式制御部100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106(以下「TRC制御部106」ともいう。)は、駆動方式制御部100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108は、駆動方式制御部100からの指令に基づいてエンジンクラッチ26を制御する。冷却制御部110は、図示しない温度センサで検出された走行モータ24の温度等に基づいてポンプ500を制御する。
記憶部94は、演算部92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94は、RAMに加え、リード・オンリー・メモリ(ROM)を有してもよい。
[A-1-10.トルクセンサ50の詳細]
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。
具体的には、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、配線354とを有する。磁歪層350a、350b(磁歪膜)は、モータ出力シャフト204の内周面に配置される。磁歪層350a、350bは、メッキにより形成される。或いは、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、又は圧入された環状磁歪金属部材で構成されてもよい。
コイル352a、352bは、配管510(支持棒)に配置される。トルクセンサ50の磁歪層350a、350b及びコイル352a、352bは、モータ24の軸方向において、ベアリング330cと重なる位置に配置される(図3及び図4)。磁歪層350a、350b及びコイル352a、352bの具体的な構成は、例えば特開2009-264812号公報に記載された構成を適用することが可能である。なお、単一の磁歪層及び単一のコイルのみでトルクセンサ50を構成することも可能である。
配線354は、一端がコイル352a、352bに接続されてコイル352a、352bの検出結果をECU54に出力する。本実施形態の配線354は、モータ24から離間する方向に、より具体的にはモータ24と反対側(図3中の右側)に引き回される。配線354は、図1の信号線96の一部を構成する。
磁歪層350a、350bをメッキで形成する場合、例えば、以下のように形成することができる。すなわち、モータ出力シャフト204の内周面に、例えばニッケル鉄メッキのような正の磁歪定数を示す磁歪材を所定の膜厚(例えば30ミクロン以下)で2ヶ所形成する。その際、出力シャフト204に所定のトルクを加えた状態で高周波加熱により加熱した後、室温に戻し、トルクを取り去ることによりそれぞれ逆方向の磁気異方性を磁歪層350a、350bに付与する。これにより、磁歪層350a、350bにモータトルクTtrc(捩りトルク)が印加されていない場合でも、常に引っ張り応力がかかり、引っ張りの歪みが加わっているため、逆磁歪特性でのヒステリシスが小さくなる。
コイル352a、352bはそれぞれ励磁コイルと検出コイルとを含む。励磁コイルは、配線354を介して図示しない励磁電圧供給源に接続されている。また、検出コイルは、磁歪層350a、350bに対して所定の微少間隔を空けて配置される。
モータ出力シャフト204にモータトルクTtrc(捩りトルク)が作用すると、磁歪層350a、350bにもモータトルクTtrcが作用し、モータトルクTtrcに応じて磁歪層350a、350bに逆磁歪効果が生じる。そのため、励磁電圧供給源から励磁コイルに高周波の交流電圧(励磁電圧)を印加したとき、モータトルクTtrcに基づく磁歪層350a、350bの逆磁歪効果による磁界の変化を検出コイルによりインピーダンス又は誘導電圧の変化として検出することができる。このとき、モータトルクTtrc(捩りトルク)以外にも常に引っ張り応力が磁歪層350a、350bに印加された状態となっている。そのため、ヒステリシスが小さい特性が得られ、このインピーダンス又は誘導電圧の変化から出力シャフト204に加えられたモータトルクTtrcを検出することができる。
コイル352aの検出コイルでは、モータトルクTtrcが負から正になるにつれてインピーダンス又は誘導電圧が増加する。モータトルクTtrcが正の特定値T1のときインピーダンス又は誘導電圧がピーク値P10をとり、モータトルクTtrcが特定値T1を超えると減少する。また、逆にモータトルクTtrcが大きい状態から、モータトルクTtrcを減少させていき、モータトルクTtrcがゼロになったときも引っ張り応力がかかっている。そのため、磁歪層350aの磁化状態は安定しており、モータトルクTtrcに対する磁気特性の変化も安定している。従って、ヒステリシスは小さくなる。
また、コイル352bの検出コイルは、モータトルクTtrcが正から負になるにつれてインピーダンス又は誘導電圧は増加する。モータトルクTtrcが負の特定値-T1のときインピーダンス又は誘導電圧がピーク値P10をとり、さらにモータトルクTtrcを負の方向に増加すると減少する。また、モータトルクTtrcが小さい状態(すなわち負の方向で増加した状態)から、モータトルクTtrcを減少させるとき、磁歪層350b内の磁区の方向は変化する。そのとき、モータトルクTtrcがゼロになっても引っ張り応力がかかっている。そのため、磁歪層350bの磁化状態は安定しており、モータトルクTtrcに対する磁気特性の変化も安定している。従って、ヒステリシスは少なくなる。
コイル352a、352bの検出コイルで得られる、モータトルクTtrcとインピーダンス(又は誘導電圧)との特性(トルク-インピーダンス特性)は、ヒステリシスの小さな、略凸形状を示す。また、上記のように、磁歪層350a、350bにそれぞれ逆方向となる磁気異方性を付与している。そのため、コイル352a、352bの検出コイルそれぞれのトルク-インピーダンス特性は、モータトルクTtrcがゼロの軸に対して略線対称となる。
次に、トルクセンサ50の製造方法について説明する。モータ出力シャフト204に磁歪層350a、350b(メッキによる磁歪膜)を形成した後、出力シャフト204に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行い、磁歪層350a、350bに所定方向の磁気異方性をつける。このときの熱処理は高周波加熱によって所定時間加熱する。また、磁歪層350a、350bは、主成分が鉄ニッケルからなることが好ましい。
トルクセンサ50の製造方法では、磁歪膜形成工程と、トルク印加高周波加熱工程と、トルク解放工程と、コイル配置工程とを含む。磁歪膜形成工程では、出力シャフト204にメッキで磁歪層350a、350b(磁歪膜)を設ける。
トルク印加高周波加熱工程では、出力シャフト204に所定の捩りトルクを加えた状態で高周波加熱によって所定時間加熱する。具体的には、磁歪層350a、350bを形成した出力シャフト204に所定の捩りトルクを加えた状態で、磁歪層350a、350bの周囲を作業用第1コイル及び作業用第2コイルで囲む。そして、これらの作業用コイルに高周波の電流を流し、磁歪層350a、350bを加熱する。
トルク解放工程では、捩りトルクを解放することによって磁歪膜に磁気異方性を設ける。具体的には、トルク印加高周波加熱工程で加熱された磁歪層350a、350bを自然冷却した後に、捩りトルクを取り除く。これにより、磁歪層350a、350bに磁気異方性が付与される。
コイル配置工程では、磁歪層350a、350bの周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きのコイル352a、352b(励磁コイル及び検出コイル)を配置する。以上の工程により、磁歪式のトルクセンサ50が形成される。
トルク印加高周波加熱工程については、さらなる詳細を以下で説明する。出力シャフト204の材質は、例えばクロムモリブデン鋼鋼材(JIS-G-4105、記号:SCM)である。磁歪層350a、350b(磁歪膜)は、出力シャフト204の外周面にメッキしたNi-Fe系の合金膜である。この合金膜の厚みは好ましくは30ミクロン程度である。
磁歪層350a(磁歪膜)を熱処理する際は、出力シャフト204に特定方向(第1方向)に第1所定トルクを加えながら作業用第1コイル(誘導子)に高周波(例えば500kHz~2MHz)の電流を所定時間(例えば1~10秒)の間流すことで磁歪層350aを加熱する。また、磁歪層350b(磁歪膜)を熱処理する際は、出力シャフト204に第1方向とは反対方向(第2方向)に、第1所定トルクと同じ大きさの第2所定トルクを加えながら作業用第2コイル(誘導子)に前記高周波の電流を前記所定時間の間流すことで磁歪層350bを加熱する。
なお、磁歪式トルクセンサの検出原理、基本構成及び製造方法は、例えば、特開2004-340744号公報に記載のものを用いてもよい。
<A-2.走行モード>
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。
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。MOT走行モードの場合、例えば、低速・中速走行時、低速加速時に用いられる。また、ハイブリッド走行モードは、例えば、中速加速時、高速急加速時に用いられる。
<A-3.本実施形態の効果>
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。
また、トルクセンサ50が出力シャフト204の中空部320内に配置されるため、トルクセンサ50は、モータ24又は出力シャフト204の周辺に配置される部品(例えばカウンタシャフト206)と接触し難くなる。従って、トルクセンサ50を当該部品との接触から保護し易くなる。
本実施形態において、センサユニット600(又はモータユニット80)は、出力シャフト204(シャフト)にかかるモータトルクTtrc(トルク)が伝達されないモータハウジング520(外部部品)に固定されると共に出力シャフト204の内部に配置される配管510(支持棒)を備える(図3)。また、トルクセンサ50は、出力シャフト204の内周面に配置された磁歪層350a、350bと、配管510に配置されたコイル352a、352bとを有する磁歪式トルクセンサである(図3及び図4)。これにより、簡易な構成でトルクセンサ50を出力シャフト204の内部に配置することが可能となる。
本実施形態において、モータユニット80は、センサユニット600と、走行モータ24(駆動モータ)とを備える(図3)。また、センサユニット600のシャフトは、走行モータ24の出力シャフト204である(図3)。これにより、出力シャフト204の軸方向におけるセンサユニット600の設計自由度を向上することが可能となる。また、トルクセンサ50を、出力シャフト204又は走行モータ24の周辺に配置される部品(例えばカウンタシャフト206)との接触から保護し易くなる。
本実施形態において、モータユニット80は、走行モータ24(駆動モータ)の出力シャフト204と係合するカウンタシャフト206(連結シャフト)を備える(図2及び図3)。また、トルクセンサ50は、出力シャフト204とカウンタシャフト206との連結部360と、走行モータ24のロータ300との間の第3伝達経路76(トルク伝達経路)上に配置される(図3)。これにより、トルクセンサ50は、走行モータ24とカウンタシャフト206の間で伝達されるモータトルクTtrc又は回生トルクTregの伝達経路(特に第3伝達経路76)上に配置されることとなる。そのため、トルクセンサ50がモータトルクTtrc及び回生トルクTregのトルク伝達経路上でない位置(例えば、図3においてロータ300よりも左側の位置)に配置される場合と比較して、モータ24とカウンタシャフト206の間で伝達されるモータトルクTtrc又は回生トルクTregを高精度に検出することが可能となる。
本実施形態において、モータユニット80は、出力シャフト204を回転可能に支持するベアリング330cを備える(図3及び図4)。また、トルクセンサ50は、走行モータ24(駆動モータ)の軸方向において、ベアリング330cと重なる位置に配置される(図3)。これにより、モータトルクTtrc又は回生トルクTregの伝達の際に走行モータ24の出力シャフト204に加わる曲げモーメントがトルクセンサ50に及ぼす影響を抑制することが可能となる。
本実施形態において、車両10は、モータユニット80を備える(図1)。また、モータ24(駆動モータ)は、車両10の走行駆動力を生成する走行モータ24である(図1及び図2)。これにより、走行モータ24のロータ300からのモータトルクTtrc(駆動時)又はロータ300への回生トルクTreg(発電時)を直接的に検出することで、モータトルクTtrc(出力トルク)又は回生トルクTreg(入力トルク)を高精度に検出することが可能となる。従って、車両10の走行駆動力を高精度に制御することができる。
B.変形例
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。
<B-1.適用対象>
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。
<B-2.回転電機>
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、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、その他の方式の回転電機としてもよい。その他の方式としては、例えば、表面磁石型同期モータ(SPMSM)、誘導モータ(IM)、スイッチドリラクタンスモータ(SRM)又は同期リラクタンスモータ(SynRM)を用いることができる。
<B-3.トルクセンサ50>
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。
上記実施形態において、モータ出力シャフト204のうち突出シャフト312に対応する位置にトルクセンサ50を設けた(図3及び図4)。換言すると、上記実施形態では、走行モータ24の軸方向において、トルクセンサ50は、ロータ300とずれた位置に配置された。しかしながら、例えば、出力シャフト204の中空部320内にトルクセンサ50を設ける観点からすれば、これに限らない。
図5は、変形例に係るモータユニット80a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。モータユニット80aにおいて、トルクセンサ50は、走行モータ24(駆動モータ)の軸方向において、ロータ300と重なる位置に配置される。これにより、トルクセンサ50は、ロータ300からのモータトルクTtrc(駆動時)又はロータ300への回生トルクTreg(発電時)を直接的に検出することで、モータトルクTtrc(出力トルク)又は回生トルクTreg(入力トルク)を高精度に検出することが可能となる。
上記実施形態では、モータ出力シャフト204にトルクセンサ50を配置した(図3)。しかしながら、例えば、走行モータ24と車輪28を結ぶ伝達経路(図1の第3伝達経路76全体と第1伝達経路70の一部)におけるトルクを検出する観点からすれば、これに限らない。
例えば、カウンタシャフト206又は出力シャフト204に中空部を設け、この中空部内にトルクセンサ50を設けてもよい。或いは、駆動モータ(又は回転電機)の出力シャフトの中空部内にトルクセンサ50を配置させる観点からすれば、ジェネレータシャフト202に中空部を設け、この中空部内にトルクセンサ50を設けてもよい。或いは、回転駆動源の出力シャフトの中空部内にトルクセンサ50を配置させる観点からすれば、エンジンシャフト200に中空部を設け、この中空部内にトルクセンサ50を配置してもよい。トルクセンサ50の配置を上記のように変更する場合、配管510(支持棒)の位置も合わせて変更してもよい。或いは、トルクセンサ50が中空部内に配置されて、シャフトにかかる捩りトルクをシャフトの内側から検出する観点からすれば、トルクセンサ50(又はセンサユニット600)は、車両10以外の用途で用いることも可能である。
<B-4.配管510(支持棒)>
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。
上記実施形態では、配管510の両側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、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、配管510の一端をモータ出力シャフト204内に配置し、その後の冷媒流路504を出力シャフト204等により構成する場合、配管510を片持ち梁式にモータハウジング520で支持してもよい。
上記実施形態では、冷却機構52の配管510を、トルクセンサ50のコイル352a、352bの支持部材(支持棒)とした(図3及び図4)。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、配管510とは異なる支持棒を設けて、コイル352a、352bを支持させてもよい。
10…車両
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)

  1. 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
    ことを特徴とするモータユニット。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 請求項1~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。
  5. 請求項いずれか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。
  6. 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
    ことを特徴とする車両。
  7. 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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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019168250A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 本田技研工業株式会社 モータユニット及び車両
US10920571B2 (en) 2019-07-12 2021-02-16 Halliburton Energy Services, Inc. Measurement of torque with shear stress sensors

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000324607A (ja) 1999-04-30 2000-11-24 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両およびその制御方法
US20090293642A1 (en) 2008-05-29 2009-12-03 Zf Friedrichshafen Ag Arrangement for the non-contact measurement of torque
JP2012149939A (ja) 2011-01-18 2012-08-09 Sinfonia Technology Co Ltd トルクセンサ及びこれを備えた駆動装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3224262A (en) * 1962-11-13 1965-12-21 Gen Electric Torque meter
DE3104091A1 (de) * 1981-02-06 1982-10-28 Karl H. Ing.(grad.) 7300 Esslingen Kessler Drehmomentaufnehmer
JPS6096981U (ja) * 1983-12-06 1985-07-02 三菱重工業株式会社 モ−タユニツト
JPH0533947Y2 (ja) * 1987-06-25 1993-08-27
JPH0476159U (ja) * 1990-11-14 1992-07-02
JP2004340744A (ja) 2003-05-15 2004-12-02 Honda Motor Co Ltd 磁歪式トルクセンサの製造方法、および磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置
JP2008017549A (ja) * 2006-07-03 2008-01-24 Jtekt Corp 車両用操舵装置
JP4581002B2 (ja) 2008-04-23 2010-11-17 本田技研工業株式会社 磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置
US8590655B2 (en) * 2010-01-22 2013-11-26 Foster Assets Corporation Pedal driven apparatus having a motor
US8678116B2 (en) * 2010-12-31 2014-03-25 Cummins Inc. Accessory drive configuration
JP2017103899A (ja) * 2015-12-01 2017-06-08 日本精工株式会社 モータ制御装置及びそれを備えた電動パワーステアリング装置
JP6363585B2 (ja) 2015-12-02 2018-07-25 本田技研工業株式会社 車両
JP6298037B2 (ja) * 2015-12-24 2018-03-20 トヨタ自動車株式会社 駆動装置の制御システム
KR101838091B1 (ko) * 2016-05-30 2018-03-13 한국기계연구원 순응형 구동모듈

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000324607A (ja) 1999-04-30 2000-11-24 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両およびその制御方法
US20090293642A1 (en) 2008-05-29 2009-12-03 Zf Friedrichshafen Ag Arrangement for the non-contact measurement of torque
JP2012149939A (ja) 2011-01-18 2012-08-09 Sinfonia Technology Co Ltd トルクセンサ及びこれを備えた駆動装置

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