JP2010112918A - モータノイズの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象のモータの内蔵物からの振動伝達による音響感度を評価するモータノイズの検査方法を提供すること。
【解決手段】検査システム１００では，第１の検査として，被検モータ１０を無負荷状態で負荷モータ２の回転数制御で回転させ，その状態のモータのノイズ特性を計測する。そして，計測されたノイズ特性を，モータの回転次数毎に評価する。次に，第２の検査として，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，被検モータ１０にｑ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する。次に，第３の検査として，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，被検モータ１０にｄ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，永久磁石同期モータあるいはそのモータを組み付けたユニットのノイズを検査するモータノイズの検査方法に関する。さらに詳細には，ノイズの発生原因を特定するモータノイズの検査方法に関する。

近年，低公害等の観点から，エンジンとモータとを動力源とし，それらを統合制御しながら走行するハイブリッド車が注目されている。このハイブリッド車には，モータやエンジンから得られる動力をトランスミッションを介して駆動軸に出力するハイブリッド駆動ユニット（ＨＶトランスアクスル）が搭載されている（ハイブリッドシステムの公知の文献としては，例えば特許文献１）。

ＨＶトランスアクスルのような動力出力装置では，噛み合わされたギア間に作用する力が変動することで振動し，その振動がギアやシャフト等を通じて伝達されることによってギアノイズが生じる。動力出力装置の一般的なノイズ検査では，例えば特許文献２にあるように，インプット軸とアウトプット軸とに対してギアの噛合いトルクを調節して負荷トルクを印加する。そして，各部の変位量によって強制力の評価を行ったり，マイクによる音声レベルの評価を行っている。
特開２００１−１６４９６０号公報 特開２００６−２００９８４号公報

しかしながら，前記した従来の検査方法には，次のような問題があった。すなわち，ＨＶトランスアクスルでは，実際には，ギアの噛合いの負荷トルクをモータで発生させている。そのため，ＨＶトランスアクスルのノイズ評価では，ギアの噛合いの評価と，モータの評価との切り分けができない。また，モータ単体に対するノイズ評価の際にも，モータの内蔵物へのハンマリングが物理的に困難であり，ケース表面への振動伝達による音響感度の定量評価ができない。

本発明は，前記した従来の検査方法が有する問題点を少なくとも１つ解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，検査対象のモータの内蔵物からの振動伝達による音響感度を評価するモータノイズの検査方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた検査方法は，永久磁石同期モータのノイズを検査するモータノイズの検査方法であって，検査対象のモータを無負荷状態で回転させ，その状態のモータのノイズ特性を計測する第１計測ステップと，検査対象のモータにｑ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する第２計測ステップと，検査対象のモータにｄ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する第３計測ステップとを含むことを特徴としている。

すなわち，本発明のモータノイズの検査方法には，少なくとも３種類の計測ステップが含まれる。各計測ステップでは，検査対象のモータあるいはモータを動力源とする動力出力装置から発せされる音や振動等のノイズ特性を計測する。そして，そのノイズ特性を，例えば，回転数ごと，回転次数ごとに解析し，発音部位や振動部位を評価する。あるいは，振動伝達特性や音響感度を評価する。

具体的に，第１計測ステップでは，検査対象のモータを無負荷状態で負荷モータの回転数制御で回転させ，その状態のモータのノイズ特性を計測する。ノイズ特性としては，例えば，放射音や振動がある。そして，計測されたノイズ特性を，例えば，モータの回転次数毎に評価する。このようにモータが空回りしている状態でのノイズ特性，すなわち通電電流に依存しない強制力に対するノイズ特性を評価することで，ロータのアンバランス，ステータの偏芯，コギングトルク等のモータ構造の不具合要因をより正確に特定できる。

第２計測ステップでは，検査対象のモータを負荷モータの回転数制御で回転させ，そのモータにｑ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータから発生するノイズ特性を計測する。ｑ軸電流のみの状態のノイズ特性を評価することで，ロータの回転方向の振動伝達特性やその振動による音響感度がわかる。

第３計測ステップでは，検査対象のモータを負荷モータの回転数制御で回転させ，そのモータにｄ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータから発生するノイズ特性を計測する。ｄ軸電流のみの状態のノイズ特性を評価することで，ロータの径方向の振動伝達特性やその振動による音響感度がわかる。

本発明によれば，検査対象のモータの内蔵物からの振動伝達による音響感度を評価するモータノイズの検査方法が実現される。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施例は，永久磁石同期モータ単体ないしＨＶトランスアクスルのノイズ検査を行う検査システムに本発明を適用したものである。

［第１の形態］
［システム構成］
第１の形態に係る検査システム１００は，永久磁石同期モータ単体を被検体とするノイズ検査システムである。ノイズ検査システム１００は，図１に示すように，モータ駆動装置１と，負荷モータ２と，トルクメータ３と，マイク４と，振動センサ５と，マイクアレイ６と，ＦＦＴアナライザ７と，音響ホログラフィ解析器８と，検査制御部９とを備えている。ノイズ検査システム１００では，永久磁石同期モータを検査対象のモータ（以下，「被検モータ１０」）とする。なお，本形態では，８極４８スロットの３相永久磁石同期モータを被検モータ１０として説明する。

モータ駆動装置１は，被検モータ１０ないし負荷モータ２を所定の検査条件にて駆動するものである。負荷モータ２は，被検モータ１０に負荷トルクを与えるものである。トルクメータ３は，被検モータ１０の出力トルクおよび回転数を計測するものである。被検モータ１０の検査の際，被検モータ１０，トルクメータ３，および負荷モータ２は，機械的に結合した状態になっている。

マイク４およびマイクアレイ６は，被検モータ１０の近くに設置され，放射音レベルを測定する。マイク４は，４点法によって放射音測定を行うためのものであり，実際には４つのマイクが所定の位置にそれぞれ配置される。また，マイクアレイ６は，音響ホログラフィ法によって放射音測定を行うためのものであり，所定の間隔で複数のマイクが配列される。振動センサ５は，加速度ピックアップ等の振動計測を行うためのものであり，被検モータ１０のケースの外側に付設される。

検査制御部９は，モータ駆動装置１に対して，被検モータ１０ないし負荷モータ２を所定の回転数ないし出力トルクで回転させるための電流指令を出力するものである。また，ＦＦＴアナライザ７や音響ホログラフィ解析器８の計測結果に従って，ノイズ信号を評価し，被検モータ１０の良否を判断するものである。なお，検査制御部９には，モニタやプリンタ等が接続され，検査結果が出力される。

［検査手順］
本形態の検査システム１００では，３種類のノイズ検査を行う。第１の検査（第１計測ステップの一例）では，被検モータ１０を無負荷状態で負荷モータ２の回転数制御で回転させ，その状態で騒音および振動のレベルを測定する。第２の検査（第２計測ステップの一例）では，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，その被検モータ１０にｑ軸電流のみを流し，その状態で騒音および振動のレベルを測定する。第３の検査（第３計測ステップの一例）では，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，被検モータ１０にｄ軸電流のみを流し，その状態で騒音および振動のレベルを測定する。

なお，ｄ軸は，検査対象のモータである永久磁石同期モータの，ロータの磁極が作る磁束の方向にとった座標軸であり，ｄ軸電流とは電流ベクトルのｄ軸方向成分である。また，ｑ軸は，ｄ軸に直交する方向にとった座標軸であり，電流ベクトルのｑ軸方向成分がｑ軸電流である。

続いて，各検査の詳細について説明する。まず，第１の検査では，被検モータ１０を無負荷状態で回転させる。すなわち，被検モータ１０に機械的に接続する負荷モータ２を駆動し，被検モータ１０を空回りさせる。

次に，被検モータ１０を空回りさせた状態にて，ノイズ特性を計測する。具体的には，次の内容の検査を行う。
（ａ）マイク４（４点法）による放射音レベルの測定
（ｂ）マイクアレイ６（音響ホログラフィ法）による発音部位の特定
（ｃ）振動センサ５による振動部位の特定

そして，計測したノイズ特性において，モータの回転次数ごと，回転数ごとの放射音レベル，発音部位，振動部位の各情報を基に，不具合要因を特定する。本検査では，被検モータ１０が空回りしている状態，すなわちトルクを出力していない状態であり，この状態で生じるノイズは被検モータ１０への通電電流に依存しない。そこで，例えば，次数別にノイズ特性を解析することで，ロータアンバランス，ステータ偏芯，コギングトルクの各要因を推定できる。

すなわち，本形態では，８極４８スロットの永久磁石同期モータを被検モータ１０としていることから，次のことが推測できる。まず，モータノイズの回転１次の計測値で不良となった場合には，ロータアンバランスが原因であることが推測される。この場合，ロータアンバランスの工程管理値の見極めを行い，工程内でロータアンバランスの管理を行う。また，モータノイズの回転８次の計測値が不良となった場合には，ステータ偏芯が原因であることが推測される。この場合，ステータ偏芯の工程管理値の見極めを行い，工程内でステータ偏芯の管理を行う。モータノイズの回転４８次の計測値が不良であった場合には，コギングトルクが原因であると推測される。この場合，コギングトルクの設計管理値の見極めを行い，例えば放射音不良であれば電磁気設計を見直す。

また，あらかじめ，被検モータ１０をトルク制御しながら駆動し，その状態でノイズ特性を測定していた場合には，その計測値と無負荷状態での計測値とを比較することで，通電電流に依存するノイズ要因を推定できる。例えば，本形態では，トルク出力時の計測値においてモータノイズの回転２４次の計測値が不良であった場合には，トルクリップルが原因であると推測される。しかしながら，２４次成分は高調波成分であり，他の要因との区別がつき難い。そこで，トルク出力状態での計測値と無負荷状態での計測値との差分を評価することで，トルクリップルを推測できる。

次に，第２の検査では，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，その状態の被検モータ１０にｑ軸電流のみを流してステータないしロータの接線方向の強制力を発生させて加振する。この状態で，回転数ごと，電流レベルごとの振動伝達特性および音響特性を測定する。

ｑ軸電流によって加振し，振動伝達特性（周波数に対する伝達感度，振動センサ５によって測定）や音響感度（マイク４あるいはマイクアレイ６によって測定）の変化を調べることで，ステータないしロータの接線方向の振動伝達感度やその振動による音響感度がわかる。これにより，例えば，モータノイズの回転２４次の計測値で不良となった場合には，トルクリップルが原因であることが推測される。そこで，トルクリップル低減の電磁気設計変更の対策を行うことができる。この他，着目する周波数によって，ステータの剛性変更，ケースの剛性変更などの構造変更による対策を行うことができる。

次に，第３の検査では，被検モータ１０を負荷モータ２の回転数制御で回転させ，その状態の被検モータ１０にｄ軸電流のみを流してステータないしロータの径方向の強制力を発生させて加振する。この状態で，回転数ごと，電流レベルごとの振動伝達特性および音響特性を測定する。

ｄ軸電流によって加振し，振動伝達特性（周波数に対する伝達感度，振動センサ５によって測定）や音響感度（マイク４あるいはマイクアレイ６によって測定）の変化を調べることで，ステータないしロータの径方向の振動伝達感度やその振動による音響感度がわかる。これにより，例えば，ロータベアリングを介しての振動伝達感度の周波数特性，振動から音への音響感度特性がわかり，ベアリング部の剛性変更，ステータ・ケース間の接触強度変更，ケース剛性変更などの構造変更による対策を行うことができる。

すなわち，第１の形態の検査システム１００では，被検モータ１０を無負荷で回転させ，回転次数ごとに音響感度や発音部位を解析することで，モータノイズの主な発生要因を特定できる。また，モータ内蔵物からの振動伝達による音響感度の測定が可能になり，構造設計へのフィードバックが容易になる。また，同じトルクを出力するｄ軸電流，ｑ軸電流の組み合わせは数多く存在するが，同じトルクでノイズを低減できるｄ軸電流，ｑ軸電流の組合せを見つけることができる。

［第２の形態］
［システム構成］
第２の形態に係る検査システム２００は，モータが組み込まれたＨＶトランスアクスルを被検体とするノイズ検査システムである。ノイズ検査システム２００は，図２に示すように，モータ駆動装置１によって検査対象であるＨＶトランスアクスル（以下，「被検ＨＶトランスアクスル２０」）のモータを駆動する。被検ＨＶトランスアクスル２０の詳細なシステム構成，基本動作については，例えば特許文献１（特開２００１−１６４９６０号公報）に開示されている。

また，検査システム２００では，被検ＨＶトランスアクスル２０の出力軸に負荷トルクを与える負荷モータ２Ｒ，２Ｌと，出力トルクおよび回転数を計測するトルクメータ３Ｒ，３Ｌとを備えている。被検ＨＶトランスアクスル２０の検査の際，被検ＨＶトランスアクスル２０，トルクメータ３Ｒ，および負荷モータ２Ｒは，機械的に結合した状態になっている。また，被検ＨＶトランスアクスル２０，トルクメータ３Ｌ，および負荷モータ２Ｌも，機械的に結合した状態になっている。

［検査手順］
本形態の検査システム２００でも，第１の形態と同様に，３種類のノイズ検査を行う。すなわち，第１の検査（無負荷状態での検査），第２の検査（ｑ軸電流で加振した状態での検査），第３の検査（ｄ軸電流で加振した状態での検査）の順に，それぞれ検査を行う。

第２の形態の検査システム２００における第３の検査では，ｄ軸電流のみで加振することから被検ＨＶトランスアクスル２０内でのギアの噛合いトルクが発生しない。そのため，そのモータ内蔵物からの振動伝達による音響感度等の評価が，ギアノイズの影響を受けることなく可能になる。モータ内蔵物からの振動伝達による音響感度等の高精度測定が可能になり，構造設計へのフィードバックが容易になる。

以上詳細に説明したように実施の形態の検査システムでは，第１の検査として，被検モータ１０ないし被検ＨＶトランスアクスル２０のモータを無負荷状態で回転させ，その状態のモータのノイズ特性を計測する。そして，計測されたノイズ特性を，モータの回転次数毎に評価する。これにより，第１の検査では，ロータのアンバランス，ステータの偏芯，コギングトルク等の不具合要因を特定できる。

また，第２の検査として，被検モータ１０ないし被検ＨＶトランスアクスル２０のモータをｑ軸電流のみで加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する。さらに，第３の検査として，被検モータ１０ないし被検ＨＶトランスアクスル２０のモータをｄ軸電流のみで加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する。これらにより，モータの内蔵物からの振動伝達特性やその振動による音響感度がわかる。また，検査対象がＨＶトランスアクスルの場合には，ギアノイズとの切り分けができる。よって，高精度の検査が可能になる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態では，ＨＶトランスアクスルないしＨＶトランスアクスル用モータのノイズ検査システムに本発明を適用しているが，これに限るものではない。すなわち，永久磁石同期モータを利用する電子機器であれば適用可能である。

また，実施の形態では，８極４８スロットのモータを例に挙げているが，これに限るものではない。すなわち，ロータの永久磁石の個数（極数）は８極以外でも良く，ステータのスロット数も４８個以外でも良い。この極数，スロット数に応じて，適切な次数でノイズ特性を解析すればよい。

また，実施の形態では，第１の検査（無負荷状態での検査），第２の検査（ｑ軸電流で加振した状態での検査），第３の検査（ｄ軸電流で加振した状態での検査）の順に検査を行っているが，検査の順序を限定するものではない。例えば，第２の検査から行ってもよいし，第３の検査から行ってもよい。

第１の形態にかかるモータ単体のノイズ検査を行う検査システムの構成を示すブロック図である。 第２の形態にかかるＨＶトランスアクスルのノイズ検査を行う検査システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ モータ駆動装置
２ 負荷モータ
３ トルクメータ
４ マイク
５ 振動センサ
６ マイクアレイ
９ 検査制御部
１０ 被検モータ
２０ 被検ＨＶトランスアクスル
１００ 検査システム

Claims (3)

1. 永久磁石同期モータのノイズを検査するモータノイズの検査方法において，
   検査対象のモータを無負荷状態で回転させ，その状態のモータのノイズ特性を計測する第１計測ステップと，
   検査対象のモータにｑ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する第２計測ステップと，
   検査対象のモータにｄ軸電流のみを流して加振し，その状態のモータのノイズ特性を計測する第３計測ステップとを含むことを特徴とするモータノイズの検査方法。
2. 請求項１に記載するモータノイズの検査方法において，
   検査対象のモータは，当該モータを動力源とする動力出力装置として組みつけられた状態であることを特徴とするモータノイズの検査方法。
3. 請求項１または請求項２に記載するモータノイズの検査方法において，
   前記第１計測ステップで計測したノイズ特性を，モータの回転次数周波数ごとに評価する評価ステップを含むことを特徴とするモータノイズの検査方法。

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