JP2019118171A - 回転電機を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機を有する車両の振動を効果的に抑制する。【解決手段】車両１００は、ロータ１１と巻線を有するステータ１２とを有する回転電機１０と、互いに噛合する第１ギヤ２４と第２ギヤ２６と、ロータ１１と第１ギヤ２４との間に設けられ、ロータ１１と第１ギヤ２４とを結合または遮断するクラッチ３０Ａと、クラッチ３０Ａの作動を制御する制御部とを備え、第１ギヤ２４の歯数は、ロータ１１の１回転あたりの回転電機１０のトルクリプルの所定次数の振動数と、第１ギヤ２４の１回転あたりの第１ギヤ２４と第２ギヤ２６との噛合トルクのトルク変動の所定次数の振動数とが一致するように設定され、制御部は、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、クラッチ３０Ａの作動を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機を備えた車両に関する。

従来より、回転電機とギヤとを備え、振動を抑制するための防振手段の構成を簡略化するようにした車両が知られている（例えば特許文献１参照）。周知のように三相永久磁石同期モータでは、１回転あたりロータの極対数の６倍の振動数のトルク変動が生じる。この点に関し、特許文献１の車両では、回転電機のロータに連結されたギヤの歯数を、ロータの極対数に“６”を乗算した値に設定することで、回転電機で生じる振動の振動数とギヤで生じる振動の振動数とを一致させ、これにより単一の振動数に対応する防振手段のみで足りるように構成している。

特許文献１：特開２０１７−０８５７９１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように防振手段を設ける構成によっては、振動の大きさを効果的に低減することが難しい。

本発明の一態様である車両は、ロータと巻線を有するステータとを有する回転電機と、互いに噛合する第１ギヤと第２ギヤと、ロータと第１ギヤとの間に設けられ、ロータと第１ギヤとを結合または遮断するクラッチと、クラッチの作動を制御する制御部と、を備え、第１ギヤの歯数は、ロータの１回転あたりの回転電機のトルクリプルの所定次数の振動数と、第１ギヤの１回転あたりの第１ギヤと第２ギヤとの噛合トルクのトルク変動の所定次数の振動数とが一致するように設定され、制御部は、トルクリプルと噛合トルクとが相殺されるように、クラッチの作動を制御する。

本発明によれば、回転電機のトルクリプルが第１、第２ギヤの噛合トルクによって相殺されるため、振動を効果的に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示すスケルトン図。 図１の走行用モータの構成を概略的に示す断面図。 トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが共振する場合の説明図。 図１のロータと第１ギヤの回転角度の基準位置について説明するための図。 本発明の実施形態に係る振動抑制装置の概略構成を示すブロック図。 図５のクラッチ制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。 図５の振動抑制装置の動作の一例を示すタイムチャート。 位相差の調整について説明するための図。 位相差の許容範囲について説明するための図。 図１の変形例を示す図。 図５の変形例を示す図。 図１０のクラッチ制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１〜図１１を参照して本発明の実施形態に係る回転電機を備えた車両について説明する。なお、以下では、回転電機を車両の走行駆動系に適用する例を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両１００の概略構成を示す図である。車両１００は電気自動車やハイブリッド車等であり、図１に示すように、回転電機の一例である走行用モータ１０と、変速機２０と、モータ１０と変速機２０との間でトルクを伝達または遮断するクラッチ機構３０とを有する。

モータ１０は例えば永久磁石同期モータとして構成される。図２は、この走行用モータ１０の構成を概略的に示す断面図である。モータ１０は、軸線ＣＬ１を中心に回転する略円筒形状のロータ１１と、ロータ１１の周面に対向してロータ１１と同心状に配置された略円筒形状のステータ１２とを有する。

ロータ１１の内部には、軸線ＣＬ１を中心とした接線方向に沿って周方向等間隔に複数（図では４個）の永久磁石（以下、単に磁石と呼ぶ）１１ａが埋め込まれ、磁石１１ａの極対数は例えば“２”に設定される。磁石１１ａは、径方向に磁極（Ｎ極、Ｓ極）が向かい、かつ、周方向に隣り合う磁極が互いに異なるように配置される。ロータ１１の内周面には出力軸１３が嵌合（例えばスプライン結合）され、ロータ１１と出力軸１３とは一体に回転する。

ステータ１２の内周面には、周方向等間隔に複数のスロット１２ａが形成される。各スロット１２ａには、巻線が巻回されてコイル１２ｂが配置される。スロット１２ａの数はコイル１２ｂの相数（例えばＵＶＷの３相）の倍数であり、例えば“２４”に設定される。ロータ１１の極対数、コイル１２ｂの相数およびスロット１２ａの数は他の数であってもよい。なお、モータ１０は、走行駆動トルクを出力する電動機としてだけでなく、車両１００の制動時に生じる回生エネルギを電気エネルギに変換する発電機として用いることもできる。

図１に示すように、クラッチ機構３０は、例えば押圧式の一対の摩擦クラッチ（低速クラッチ３０Ａ、高速クラッチ３０Ｂ）を有する。低速クラッチ３０Ａは、クラッチディスク３１とクラッチプレート３２とを有し、高速クラッチ３０Ｂは、クラッチディスク３１とクラッチプレート３３とを有する。すなわち、各クラッチ３０Ａ，３０Ｂは、軸方向に移動可能な共通のクラッチディスク３１を有する。クラッチディスク３１の回転軸３１ａは、ピストン機構３４を介してモータ１０の出力軸１３に軸方向に移動可能に連結され、回転軸３１ａは出力軸１３と一体に回転する。

ピストン機構３４は、例えば回転軸３１ａに固定されたピストンを有する。ピストン機構３４への圧油の流れは、例えば電気信号により作動するコントロールバルブ（図５）により制御され、コントロールバルブの作動に応じてピストンが軸方向に移動し、これによりクラッチディスク３１を図１のＡ方向またはＢ方向に移動することができる。すなわち、クラッチディスク３１を、図１の中立位置からクラッチプレート３２に締結（係合）する低速位置に、またはクラッチプレート３３に締結（係合）する高速位置に移動することができる。

クラッチディスク３１が低速位置にあるときは、低速クラッチ３０Ａがオン（締結）かつ高速クラッチ３０Ｂがオフ（解放）し、モータ１０のトルクが変速機２０の入力軸２１に伝達される。クラッチディスク３１が高速位置にあるときは、低速クラッチ３０Ａがオフ（解放）かつ高速クラッチ３０Ｂがオン（締結）し、モータ１０のトルクが変速機２０の入力軸２２に伝達される。クラッチディスク３１が中立位置にあるときは、低速クラッチ３０Ａと高速クラッチ３０Ｂがともにオフされ、モータ１０と変速機２０とが遮断される。なお、クラッチ機構３０は摩擦クラッチに限らず、例えばドグクラッチ等、他のクラッチとして構成してもよい。

変速機２０は、クラッチ機構３０のクラッチプレート３２に接続された入力軸２１と、クラッチプレート３３に接続された入力軸２２と、入力軸２１，２２と平行に配置された出力軸２３とを有する。入力軸２１，２２の外周面には、それぞれ第１ギヤ２４，２５が形成される。出力軸２３の外周面には、第１ギヤ２４，２５と噛合する第２ギヤ２６，２７がそれぞれ形成されるとともに、第３ギヤ２８が形成される。第３ギヤ２８には第４ギヤ２９が噛合される。第１ギヤ２４と第２ギヤ２６とは、それぞれ低速走行に適したギヤ比の歯数に設定され、第１ギヤ２５と第２ギヤ２７とは、それぞれ高速走行に適したギヤ比の歯数に設定される。例えば低速用第１ギヤ２４の歯数ＺＬは“１２”であり、高速用第１ギヤ２５の歯数ＺＨは“２４”である。

低速クラッチ３０Ａがオンすると、回転軸３１ａの回転が第１ギヤ２４、第２ギヤ２６を介して所定の変速比で変速されて、出力軸２３が低速高トルクで回転する。一方、高速クラッチ３０Ｂがオンすると、回転軸３１ａの回転が第１ギヤ２５、第２ギヤ２７を介して所定の変速比で変速されて、出力軸２３が高速低トルクで回転する。出力軸２３の回転は、第３ギヤ２８、第４ギヤ２９および差動機構４１を介して左右の駆動軸４０に伝達される。これにより、左右の駆動輪Ｗが駆動され、車両１００が走行する。

低速クラッチ３０Ａと高速クラッチ３０Ｂのいずれをオンするかは、実車速や要求駆動力等に応じてコントローラ（図５）が決定する。すなわち、車速が低く要求駆動力が大きいときは、低速クラッチ３０Ａがオンされ、車速が高く要求駆動力が小さいときは、高速クラッチ３０Ｂがオンされる。要求駆動力は、実車速とアクセル開度等により決定される。なお、運転者のシフト操作により走行開始が指令されるときは、低速クラッチ３０Ａがオンされる。

なお、以上の構成では、変速機２０の変速比を低速および高速の２段に切替え可能に構成したが、変速機２０の構成はこれに限らず、１段の減速機や３段以上に変速比を切替え可能な変速機として構成してもよい。また、変速機２０は平行軸のギヤ機構に限らず、プラネタリギヤ機構として構成してもよい。

このように構成された車両において、モータ１０から出力されるトルクには構造上トルクリプルが発生し、振動、騒音の要因となる。トルクリプルとは、ロータ１１の回転時に、磁石１１ａの磁束とステータ１２のコイル１２ｂの磁束との相互作用により磁束の粗密が生じることでトルクの脈動が発生する現象である。本実施形態のモータ１０の場合は、ロータ１１の１回転あたり、極対数“２”の６倍である１２回のトルクリプルが生じる。

一方、変速機２０の側では、第１ギヤ２４と第２ギヤ２６（または第１ギヤ２５と第２ギヤ２７）が噛合することで噛合トルクが発生する。噛合トルクには、第１ギヤ２４，２５の１回転あたり、第１ギヤ２４，２５の歯数ＺＬ，ＺＨに相当する回数のトルク変動が発生する。本実施形態では、低速用第１ギヤ２４の歯数ＺＬが“１２”であるため、低速走行時は１回転あたり１２回のトルク変動が生じる。また、高速用第１ギヤ２５の歯数ＺＨが２４であるため、高速走行時は１回転あたり２４回のトルク変動が生じる。なお、高速用第１ギヤ２５の歯数は、極対数“２”の１２倍である。

このように本実施形態では、低速走行時は、ロータ１回転あたりのトルクリプルの発生回数（トルク変動の回数）と、噛合トルクのトルク変動の回数とが一致する。また、高速走行時は、ロータ１回転あたりの噛合トルクの変動の回数がトルクリプルの発生回数の２倍となる。このため、防振対策を施すべき振動数をモータ１０と第１ギヤ２４，２５とで統一して、車両１００の走行駆動系全体として防振対策の構成を簡易にすることができる。しかしながら、このように第１ギヤ２４，２５の歯数ＺＬ，ＺＨをトルクリプルの発生回数に応じて設定するだけは、以下のような問題がある。

図３は、モータ１０の出力軸１３または変速機２０の入力軸２１の回転角度［ｄｅｇ］に対するトルクリプルと噛合トルクのトルク変動（トルク［Ｎｍ］の変化）の一例を示す図である。図には、モータ１０のトルクリプル、第１ギヤ２４の噛合トルクのトルク変動、およびトルクリプルと噛合トルクのトルク変動との合成振動を示す。

図３は、ロータ１１（出力軸１３）の所定の基準位置からの回転角度（磁極位相）と第１ギヤ２４（入力軸２１）の所定の基準位置からの回転角度（噛合位相）との位相差θが０°のときの例である。位相差θとは、ロータ１１の基準位置に対する第１ギヤ２４の基準位置の角度をいう。

図４は、ロータ１１と第１ギヤ２４の回転角度の基準位置について説明するための図である。ロータ１１が基準位置にあるときは、軸線ＣＬ１から磁石１１ａの周方向中心を通って径方向に延在する直線（ロータ基準線ＣＬ１１）と、軸線ＣＬ１とステータ１２のコイル１２ｂの周方向中心とを通る直線（ステータ基準線ＣＬ１２）とが一致する。一例として、このとき、基準線ＣＬ１１とＣＬ１２とのなす角θ１は０°であり、ロータ１１の磁石１１ａの磁束（磁極）とステータ１２のコイル１２ｂの磁束との相互作用により磁束が密になり、トルクリプルのピーク（極大値）が生じる。

また、第１ギヤ２４が基準位置にあるときは、第１ギヤ２４の回転中心（軸線ＣＬ２）から第１ギヤ２４が第２ギヤ２６に当接する第１ギヤ２４の歯面上の当接位置Ｐ１まで延在する直線（第１ギヤ基準線ＣＬ２１）と、軸線ＣＬ２と第２ギヤ２６の回転中心（軸線ＣＬ３）とを通る直線（第２ギヤ基準線ＣＬ２２）とが一致する。このとき、基準線ＣＬ２１とＣＬ２２とのなす角θ２は０°であり、第１ギヤ２４の歯面が第２ギヤ２６の歯面に当接（噛合）し、噛合トルクのピーク（極大値）が生じる。

したがって、図３に示す例では、θ１とθ２との差である位相差θが０°であり、トルクリプルのトルク変動の位相と噛合トルクのトルク変動の位相とが一致（共振）し、合成振動の大きさが増大している。この場合の振動を、例えば防振部材により抑えようとすると高価な防振部材が必要となり、コストの上昇を招く。また、防振部材の厚みが増して、レイアウト上の制約が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、安価な構成で合成振動を効果的に抑えるようにするため、以下のように振動抑制装置を構成する。

図５は、本発明の実施形態に係る振動抑制装置２００の概略構成を示すブロック図である。図５に示すように、振動抑制装置２００は、ロータ回転センサ５１と、ギヤ回転センサ５２，５３と、コントローラ６０と、コントロールバルブ３０ａとを備える。なお、以下では、モータ１０のトルクリプルと低速用第１ギヤ２４の噛合トルクのトルク変動との関係に着目して、振動を低減する例を特に説明する。

ロータ回転センサ５１は、例えば、出力軸１３の角度を検出するレゾルバにより構成される。より具体的には、図１に示すように、ロータ回転センサ５１は、ロータ１１の出力軸１３の周囲に配置され、ロータ１１の所定の基準位置からの回転角度（磁極位相）を検出する。

ギヤ回転センサ５２，５３は、例えば、変速機２０の入力軸２１，２２の角度をそれぞれ検出する光学式や磁気式の回転センサにより構成される。より具体的には、図１に示すように、ギヤ回転センサ５２，５３は、入力軸２１，２２の周囲にそれぞれ配置され、第１ギヤ２４，２５の所定の基準位置からの回転角度（噛合位相）をそれぞれ検出する。

ロータ回転センサ５１とギヤ回転センサ５２，５３とからの信号は、コントローラ６０に入力される。コントローラ６０には、ロータ回転センサ５１とギヤ回転センサ５２，５３とからの信号以外に、車両１００に搭載される車速センサ等の各種センサからの出力が入力される。

コントローラ６０は、車両１００に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される。コントローラ６０は、走行用モータ１０や変速機２０を含む車両１００を全体的に制御する統合ＥＣＵとして構成される。なお、モータ制御用ＥＣＵ、変速機制御用ＥＣＵ等、機能の異なる複数のＥＣＵを別々に設けることもできる。図５に示すように、コントローラ６０は、ＣＰＵ等の演算部６１と、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ハードディスク等の記憶部６２と、図示しないその他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。

演算部６１は、機能的構成として、インギヤ指令部６１１と、クラッチ制御部６１２とを有する。インギヤ指令部６１１は、クラッチ機構３０の低速位置へのインギヤ、すなわち低速クラッチ３０Ａのオンを指令する。本実施形態では、ロータ１１の１回転当たりのトルクリプルの発生回数（１２回）に、低速第１ギヤの歯数ＺＬを一致させている。このため、低速クラッチ３０Ａがオンすると、ロータ１回転あたりのトルクリプルの発生回数（トルク変動の回数）と、噛合トルクの変動の回数とが一致する。なお、インギヤ指令部６１１は、高速クラッチ３０Ｂのオンも指令する。

クラッチ制御部６１２は、インギヤ指令部６１１のインギヤ指令に応じてコントロールバルブ３０ａを制御し、クラッチ機構３０の作動を制御する。特に、インギヤ指令部６１１により低速クラッチ３０Ａのオンが指令されると、クラッチ制御部６１２は、磁極位相と噛合位相との位相差θが所定値θＡとなるようにクラッチ機構３０の作動を制御する。本実施形態では、上述したように、磁極位相と噛合位相との位相差θが０°のとき、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが共振するように出力軸１３と入力軸２１との基準位置が設定される。このため、所定値θＡは、次式(I)を満たすように設定される。
θＡ＝（２ｎ＋１）×１８０°／ＺＬ ・・・(I)
但し、ｎは整数。

例えば上式(I)でｎ＝０のとき、所定値θＡは１５°（＝１８０°／ＺＬ）となる。このとき、図３のトルクリプルの波形と噛合トルクのトルク変動の波形とが互いに半位相ずれる、すなわち互いに逆位相となるので、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とを相殺することができる。

図６は、予め記憶部６２に格納されたプログラムに従ってクラッチ制御部６１２によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始され、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１で、インギヤ指令部６１１によって低速クラッチ３０Ａのインギヤ指令が出力されたか否かを判定する。ステップＳ１は肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１で肯定されるとステップＳ２に進み、コントロールバルブ３０ａに制御信号を出力し、クラッチディスク３１を図１のＡ方向に移動させて低速クラッチ３０Ａをオンする。次いで、ステップＳ３でロータ回転センサ５１とギヤ回転センサ５２とからの信号に基づいて、ロータ１１の磁極位相と第１ギヤ２４の噛合位相との位相差θを検出する。

次いで、ステップＳ４で、磁極位相と噛合位相とが逆位相であるか否か、すなわち、ロータ１１の磁極位相と第１ギヤ２４の噛合位相との位相差θが上式(I)を満たすか否かを判定する。ステップＳ４で肯定される場合は処理を終了し、否定されるとステップＳ５に進む。

ステップ５では、クラッチディスク３１がクラッチプレート３２に対し滑りながら相対回転するようにコントロールバルブ３０ａに制御信号を出力し、クラッチプレート３２に対するクラッチディスク３１の押圧力を弱める。すなわち、低速クラッチ３０Ａを滑らせ、磁極位相と噛合位相との位相差θを調整する。なお、この場合の滑り量は、押圧力を弱める程度（油圧）や押圧力を弱める時間を制御することで調整できる。ステップＳ５で位相差調整を行った後は、ステップＳ２に戻り、磁極位相と噛合位相とが逆位相となるまで、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ５の位相差調整では、ロータ回転センサ５１とギヤ回転センサ５２とからの信号に基づいて、位相差θが目標位相差である所定値θＡとなるようにクラッチディスク３１の滑り量を調整してもよい。すなわち、フィードバック制御により低速クラッチ３０Ａの作動を制御してもよい。

本実施形態の動作をより具体的に説明する。図７は、振動抑制装置２００の動作の一例を示すタイムチャートである。図７に示すように、時点ｔ１で、運転者が走行開始のためのシフト操作を行うと、インギヤ指令が入力（オン）され、低速クラッチ３０Ａがオンされる（ステップＳ１，Ｓ２）。時点ｔ２で、磁極位相と噛合位相とが逆位相でない（例えば位相差０°）と判定されると、低速クラッチ３０Ａが所定時間だけ滑らされる。これにより磁極位相と噛合位相との位相差θが変化する。その後、時点ｔ３で、再びクラッチ３０Ａがオンされる（ステップＳ５，Ｓ２）。

時点ｔ４で、磁極位相と噛合位相とが逆位相（例えば位相差１５°）と判定されると、低速クラッチ３０Ａのオン状態が維持される。これにより図８Ａに示すように、トルクリプルのトルク変動が噛合トルクのトルク変動により相殺され、走行駆動系全体の合成振動が低減される。なお、図８Ａではトルクリプルと噛合トルクのトルク変動とを同じトルク振幅として例示したが、これらのトルク振幅が一致している必要はない。トルクリプルおよび噛合トルクのトルク変動のいずれか一方の振幅がいずれか他方の振幅よりも大きいとき、合成振動の振幅は０にはならない。但し、この場合も、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とは相殺されるため、走行駆動系全体の振動を低減できる。

以上では、ロータ１１の磁極位相と第１ギヤ２４の噛合位相との位相差θが所定値θＡとなるように位相調整を行ったが（ステップＳ４，Ｓ５）、これに代えて、位相差θが所定値θＡに対し所定範囲θＢ内となるように、磁極位相と噛合位相との位相差θの調整を行ってもよい。所定範囲θＢは、予め試験等を行って、磁極位相と噛合位相との位相差θを変えたときのトルクリプルと噛合トルクのトルク変動との合成振動を測定し、測定結果に基づいて、合成振動のトルク振幅ＴＡが許容値となるような値（例えば±５°）に決定される。この許容範囲を工場出荷値として記憶部６２に格納し、ステップＳ４で逆位相か否かを判定することに代えて、位相差θが所定範囲θＢ内か否かを判定すればよい。

図８Ｂは、この場合の振動波形の一例である。図８Ｂより明らかなように、この場合も、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺され、走行駆動系全体の振動を低減できる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）車両１００は、ロータ１１と巻線を有するステータ１２とを有する走行用モータ１０と、互いに噛合する第１ギヤ２４と第２ギヤ２６と、ロータ１１と第１ギヤ２４との間に設けられ、ロータ１１と第１ギヤ２４とを結合または遮断する低速クラッチ３０Ａと、低速クラッチ３０Ａの作動を制御するクラッチ制御部６１２とを備える（図１、図５）。第１ギヤ２４の歯数ＺＬは、ロータ１１の１回転あたりのモータ１０のトルクリプルの所定次数（例えば１次）の振動数と、第１ギヤ２４の１回転あたりの第１ギヤ２４と第２ギヤ２６との噛合トルクのトルク変動の所定次数（例えば１次）の振動数とが一致するように設定される。クラッチ制御部６１２は、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、低速クラッチ３０Ａの作動を制御する（図６）。

すなわち、本実施形態では、モータ１０のトルクリプルの振動数は、１回転あたり、極対数“２”の６倍である１２回であり、第１ギヤ２４の歯数ＺＬは“１２”に設定される。このため、防振対策を施すべき振動数をモータ１０と第１ギヤとで統一して、車両１００の走行駆動系全体として防振対策の構成を簡易にすることができる。また、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように低速クラッチ３０Ａの作動を制御するため、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動との合成振動（トルク振幅）を抑制することができ、走行駆動系全体の振動を効果的に低減できる。

（２）車両１００は、ロータ１１の磁極位相を検出するロータ回転センサ５１と、第１ギヤ２４の噛合位相を検出するギヤ回転センサ５２とをさらに備える（図５）。クラッチ制御部６１２は、ロータ回転センサ５１によって検出されたロータ１１の噛合位相と、ギヤ回転センサ５２によって検出された第１ギヤ２４の噛合位相とに基づいて、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、低速クラッチ３０Ａの作動を制御する（図６）。このように回転センサ５１，５２によって磁極位相と噛合位相とを検出することで、実際にトルクリプルや噛合トルクのトルク変動が生じる前に、低速クラッチ３０Ａの締結直後の磁極位相と噛合位相との位相差θが適切か否かを判定することができる。このため、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動との共振を早期に防止することができる。

（３）クラッチ制御部６１２は、ロータ回転センサ５１によって検出されたロータ１１の磁極位相と、ギヤ回転センサ５２によって検出された第１ギヤ２４の噛合位相との位相差θに基づいて、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、低速クラッチ３０Ａの作動を制御する（図６）。より具体的には、位相差θが上式(I)の所定値θＡとなるように低速クラッチ３０Ａの作動を制御する。これにより磁極位相と噛合位相との位相差θを所定値θＡに調整することができ、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動との合成振動を確実に抑制することができる。また、所定値θＡに対し所定範囲θＢ内となるように位相差θを調整する場合には、低速クラッチ３０Ａのオンを繰り返す回数が減り、早期に振動低減状態を達成できる。

上記実施形態では、回転センサ５１，５２を用いて走行用モータ１０の磁極位相と第１ギヤ２４の噛合位相とを検出し、磁極位相と噛合位相とに基づいて、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とを相殺するようにしたが、回転センサを用いずに両トルク変動を相殺するように構成することもできる。例えば回転センサに代えて振動センサを用い、振動が抑制されるように低速クラッチ３０Ａの作動を制御することもできる。以下、この点について説明する。

図９、図１０は、それぞれ図１、図５の変形例を示す図である。図１０に示すように、振動抑制装置２０１は、振動センサ５５と、コントローラ６０と、コントロールバルブ３０ａとを備える。すなわち、振動抑制装置２０１は、上述した振動抑制装置２００と異なり、回転センサ５１，５２に代えて振動センサ５５を有する。

振動センサ５５は、例えば、出力軸１３の振動を検出するＧセンサにより構成される。より具体的には、図９に示すように、振動センサ５５は、出力軸１３に配置され、出力軸１３の振動の大きさを検出する。振動センサ５５からの信号は、コントローラ６０に入力される。

図１０のクラッチ制御部６１２は、出力軸１３の振動の大きさに基づいて、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動との合成振動が抑制されるようにクラッチ機構３０の作動を制御する。図１１は、図１０のクラッチ制御部６１２によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６と同一の箇所には同一の符号を付し、以下、図６との相違点を主に説明する。

図１１に示すように、ステップＳ２で低速クラッチ３０Ａをオンした後、ステップＳ１１に進み、振動センサ５５からの信号に基づいて、出力軸１３の振動の大きさ（トルク振幅）を検出する。次いで、ステップＳ１２で、出力軸１３の振動のトルク振幅が予め定めた振動許容範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ１２で肯定される場合は処理を終了し、否定されるとステップＳ５に進む。以降、出力軸１３の振動のトルク振幅が許容範囲内となるまで、同様の処理を繰り返す。なお、振動許容範囲とは、合成振動の許容値であり、防振材の性能や装置の耐久性等を考慮して決定される。

以上の変形例では、車両１００が回転センサ５１，５２に代えて、ロータ１１と第１ギヤ２４との間の出力軸１３の振動の大きさを検出する振動センサ５５を備え、クラッチ制御部６１２は、振動センサ５５によって検出された出力軸１３の振動の大きさに基づいて、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、低速クラッチ３０Ａの作動を制御する。このように、実際に検出された振動の大きさ（トルク振幅）に基づいて低速クラッチ３０Ａの作動を制御することで、合成振動を確実に抑制することができる。

なお、上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、回転センサ５１，５２（５３）および振動センサ５５のいずれかを用いてトルクリプルと噛合トルクのトルク変動とを相殺するようにしたが、回転センサ５１，５２と振動センサ５５とを両方用いてこれを行うようにしてもよい。この場合は、回転センサ５１，５２および振動センサ５５の検出値に基づいて、出力軸１３の振動の大きさ（トルク振幅）が許容範囲内となるときの位相差θを記憶部６２に格納し、次回以降に低速クラッチ３０Ａを締結するときの位相差θの目標値とすればよい。実際に振動が抑制された位相差θを次回以降の目標値とすることで、確実に振動を抑制できるとともに、より迅速に低速クラッチ３０Ａを締結することができる。

上記実施形態では、走行用モータ１０の駆動力を駆動輪Ｗに伝達するように低速用第１ギヤ２４、低速用第２ギヤ２６を用いたが、第１ギヤ、第２ギヤの構成は上述したものに限らない。例えば、第１ギヤ、第２ギヤをプラネタリギヤ機構のサンギヤ、ピニオンギヤとして構成してもよい。ウォームギヤを用いることもできる。

上記実施形態では、ロータ１１と第１ギヤ２４との間に摩擦式の低速クラッチ３０Ａを設けたが、ロータと第１ギヤとを結合または遮断するのであれば、クラッチの構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、コントローラ６０（クラッチ制御部６１２）からの指令により低速クラッチ３０Ａを滑らせて位相差θを調整するようしたが、トルクリプルと噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、クラッチの作動を制御するのであれば、制御部の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、レゾルバなどのロータ回転センサ５１によりロータ１１の磁極位相を検出するようにしたが、ロータ回転センサの構成これに限らない。上記実施形態では、光学式や磁気式のギヤ回転センサ５２により第１ギヤ２４の噛合位相を検出するようにしたが、ギヤ回転センサの構成はこれに限らない。上記実施形態では、Ｇセンサなどの振動センサ５５により出力軸１３の振動の大きさを検出するようにしたが、ロータと第１ギヤとの間の出力軸の振動の大きさを検出する振動センサの構成は上述したものに限らない。振動センサの配置についても、合成振動の大きさを検出できれば、いかなる配置であってもよい。振動センサを複数設けてもよい。

上記実施形態は、回転電機のトルクリプルが、１回転あたり、回転電機の極対数の６倍に相当する回数発生するものとして説明したが、これに限らない。すなわち、回転電機の１回転あたり所定回数発生するトルクリプルであれば、その回数に合わせた歯数のギヤの噛合トルクによって相殺することができる。

上記実施形態では、ロータ１１の１回転あたりの走行用モータ１０のトルクリプルの１次の振動数である１２回と、低速用第１ギヤ２４の１回転あたりの低速用第１ギヤ２４と低速用第２ギヤ２６との噛合トルクのトルク変動の１次の振動数とが一致するように、低速用第１ギヤ２４の歯数を設定したが、振動低減効果を有する次数はこれに限らない。すなわち、ロータの１回転あたりの回転電機のトルクリプルの所定次数の振動数と、第１ギヤの１回転あたりの第１ギヤと第２ギヤとの噛合トルクのトルク変動の所定次数の振動数とが一致するように、第１ギヤの歯数を設定するのであれば、噛合トルクのトルク変動によってトルクリプルを相殺することが可能である。

なお、上記実施形態では、モータ１０のトルクリプルと低速用第１ギヤ２４の噛合トルクのトルク変動との関係に着目して、振動を低減する例を説明したが、モータ１０のトルクリプルと高速用第１ギヤ２５の噛合トルクのトルク変動との関係に着目した場合にも、同様に振動を低減することができる。すなわち、高速用第１ギヤ２５の歯数は、ロータ１１の１回転あたりの走行用モータ１０のトルクリプルの２次の振動数である“２４”に設定されるため、振動を低減することが可能である。

以上では、永久磁石同期モータとして構成される走行用モータ１０で走行する車両１００を例にして説明したが、ロータと巻線を有するステータとを有するのであれば、永久磁石を有しない誘導モータやリラクタンスモータ、発電機など、他の回転電機を有する他の車両にも同様に適用することができる。すなわち、ロータの回転時にロータの磁束とステータの磁束との相互作用によって磁束の粗密が生じることでトルクリプルが生じる回転電機を備えた車両であれば、同様に適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１０ 走行用モータ、１１ ロータ、１２ ステータ、２４ 第１ギヤ、２６ 第２ギヤ、３０Ａ 低速クラッチ、５１ ロータ回転センサ、５２ ギヤ回転センサ、５５ 振動センサ、１００ 車両、２００，２０１ 振動抑制装置、６１２ クラッチ制御部

Claims (6)

1. ロータと巻線を有するステータとを有する回転電機と、
   互いに噛合する第１ギヤと第２ギヤと、
   前記ロータと前記第１ギヤとの間に設けられ、前記ロータと前記第１ギヤとを結合または遮断するクラッチと、
   前記クラッチの作動を制御する制御部と、を備え、
   前記第１ギヤの歯数は、前記ロータの１回転あたりの前記回転電機のトルクリプルの所定次数の振動数と、前記第１ギヤの１回転あたりの前記第１ギヤと前記第２ギヤとの噛合トルクのトルク変動の所定次数の振動数とが一致するように設定され、
   前記制御部は、前記トルクリプルと前記噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、前記クラッチの作動を制御することを特徴とする車両。
2. 請求項１に記載の車両において、
   前記ロータの磁極位相を検出するロータ回転センサと、
   前記第１ギヤの噛合位相を検出するギヤ回転センサと、をさらに備え、
   前記制御部は、前記ロータ回転センサによって検出された前記ロータの磁極位相と、前記ギヤ回転センサによって検出された前記第１ギヤの噛合位相とに基づいて、前記トルクリプルと前記噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、前記クラッチの作動を制御することを特徴とする車両。
3. 請求項２に記載の車両において、
   前記制御部は、前記ロータ回転センサによって検出された前記ロータの磁極位相と、前記ギヤ回転センサによって検出された前記第１ギヤの噛合位相との位相差に基づいて、前記トルクリプルと前記噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、前記クラッチの作動を制御することを特徴とする車両。
4. 請求項１に記載の車両において、
   前記ロータと前記第１ギヤとの間の出力軸の振動の大きさを検出する振動センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記振動センサによって検出された前記出力軸の振動の大きさに基づいて、前記トルクリプルと前記噛合トルクのトルク変動とが相殺されるように、前記クラッチの作動を制御することを特徴とする車両。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両において、
   前記回転電機は３相であることを特徴とする車両。
6. 請求項５に記載の車両において、
   前記第１ギヤの歯数は、前記回転電機の極対数の６倍に設定されることを特徴とする車両。

Images