JP2022153950A - 車両用オイルポンプの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプを単一化できるとともに、バッテリの電力消費を抑制できる車両用オイルポンプの駆動装置を提供する。【解決手段】本発明では、第２電動機２１が、所定の複数の磁極２３ａを有する第１ロータ２３と、所定の複数の電機子磁極を発生させ、回転磁界を発生させるステータ２２と、所定の複数の軟磁性体２４ａを有する第２ロータ２４を有し、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ｍ≠１．０）に設定され、第１ロータ２３は第１電動機１１から変速機４への入力軸６に連結され、第２ロータ２４はオイルポンプ５に連結されている。第２ロータ２４によるオイルポンプ５の駆動を、入力軸６の動力を用いて行う第１制御と、バッテリ３２からステータ２２への電力を用いて行う第２制御と、入力軸６の動力とバッテリ３２からの電力の両方を用いて行う第３制御が、選択的に実行される。【選択図】図９

Description

本発明は、車両に搭載された変速機に作動油圧を供給するオイルポンプを駆動する車両用オイルポンプの駆動装置に関する。

従来の車両用オイルポンプの駆動装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この車両は、エンジンと電動モータを動力源として備えるハイブリッド車両であり、エンジン及び電動モータの少なくとも一方の動力が変速機で変速され、駆動輪に伝達されることによって推進される。また、変速機に作動油圧を供給するために、機械式オイルポンプと電気式オイルポンプを備える。エンジンの始動時には、機械式オイルポンプがエンジンの動力で駆動され、変速機に作動油圧を供給する。一方、エンジンの停止時には、電気式オイルポンプが、補機用バッテリから電力供給されたポンプ用モータの動力で駆動され、変速機に作動油圧を供給する。

特開２００４－６７００１号公報

しかし、この従来のハイブリッド車両では、変速機用のオイルポンプとして、エンジンを駆動源とする機械式オイルポンプに加えて、補機用バッテリからの電力供給によるポンプ用モータを駆動源とする電気式オイルポンプを設けなければならず、車両の重量、ポンプの製造コストや設置スペースの増加を招く。また、エンジンを停止した、電動モータの動力による車両の走行中、電気式オイルポンプを運転する場合には、補機用バッテリから常に電力が供給されるため、電力消費が増大してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、オイルポンプを単一化することにより、車両の重量、オイルポンプの製造コストや設置スペースを低減するとともに、バッテリの電力消費を抑制することができる車両用オイルポンプの駆動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、動力源の動力が入力軸６を介して入力される変速機４に作動油圧を供給するオイルポンプ５を駆動する車両用オイルポンプの駆動装置であって、回転自在のロータ１３を有し、ロータ１３が入力軸６に連結された第１電動機１１と、オイルポンプ５に連結された第２電動機２１と、第２電動機２１を制御する制御手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２）と、を備え、第２電動機２１は、バッテリ（駆動用バッテリ３２）に接続されたステータ２２と、ステータ２２に径方向に対向し、周方向に回転自在であるとともに、入力軸６に連結された第１ロータ２３と、ステータ２２と第１ロータ２３の間に配置され、周方向に回転自在であるとともに、オイルポンプ５に連結された第２ロータ２３と、を有し、第１ロータ２３は、周方向に並んだ所定の複数の磁極（永久磁石２３ａ）で構成され、隣り合う各２つの磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有し、ステータ２２は、周方向に並んだ複数の電機子（鉄芯２２ａ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相コイル２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）で構成され、磁極列に対向するように配置されるとともに、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により周方向に回転する回転磁界を磁極列との間に発生させる電機子列を有し、第２ロータ２４は、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ所定の複数の軟磁性体（コア２４ａ）で構成され、磁極列と電機子列の間に配置された軟磁性体列を有し、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ｍ≠１．０）に設定されており、制御手段は、第１ロータ２３が入力軸６と同期して回転することにより発生する動力を用いて、第２ロータ２４を回転させ、オイルポンプ５を駆動する第１制御（図８のステップ６）と、バッテリからステータ２２に電力を供給することにより、第２ロータ２４を回転させ、オイルポンプ５を駆動する第２制御（図８のステップ３）と、前記第１ロータの動力と前記バッテリから前記ステータに供給される電力の両方を用いて、前記第２ロータを回転させ、前記オイルポンプを駆動する第３制御（図８のステップ５）を、選択的に実行することを特徴とする。

本発明の上記の構成要素のうち、第２電動機の構成は、本出願人が出願した、例えば特許第４７４７１８４号（以下「特許出願Ａ」という）に開示された電動機と同じであり、その機能について特許出願Ａにおいてすでに詳しく説明されているので、以下、簡単に説明を行うものとする。特許出願Ａで説明されているように、上述した構成の第２電動機では、ステータの電機子への電力供給により回転磁界を発生させると、第１ロータの磁極と第２ロータの軟磁性体とステータの電機子磁極を結ぶような磁力線が発生し、この磁力線による磁力の作用によって、電機子に供給された電力が動力に変換され、その動力が第１ロータや第２ロータに伝達され、出力される。

この場合、ステータの回転磁界、第１ロータ及び第２ロータの三者の間に、次式（１）及び（２）でそれぞれ表される電気角速度及びトルクの関係が成立する。
ωｍｆ ＝ （α＋１）・ωｅ２－α・ωｅ１ ・・・（１）
ここで、ωｍｆは、磁界電気角速度（回転磁界の電気角速度）、ωｅ１は、第１ロータ電気角速度（ステータに対する第１ロータの角速度を電気角速度に換算した値）、ωｅ２は、第２ロータ電気角速度（ステータに対する第２ロータの角速度を電気角速度に換算した値）である。また、αは、第１ロータの磁極の極対数ａと、ステータの電機子磁極の極対数ｃとの比（＝ａ／ｃ）である（以下「極対数比α」という）。

Ｔｍｆ ＝ Ｔｅ１／α ＝ －Ｔｅ２／（α＋１） ・・・（２）
ここで、Ｔｍｆは、駆動用等価トルク（電機子に供給される電力及び磁界電気角速度ωｍｆと等価のトルク）、Ｔｅ１は、第１ロータに伝達される第１ロータ伝達トルク、Ｔｅ２は、第２ロータに伝達される第２ロータ伝達トルクである。

また、第２電動機では、電機子に電力を供給していない状態で、第１及び第２ロータの少なくとも一方に動力を入力し、電機子に対して回転させると、電機子において、回転磁界が発生し、発電が行われる。この場合にも、磁極と軟磁性体と電機子磁極を結ぶような磁力線が発生し、この磁力線による磁力の作用によって、上記の式（１）の電気角速度の関係と、式（２）のトルクの関係が成立する。すなわち、発電した電力及び磁界電気角速度ωｍｆと等価のトルクを発電用等価トルクとすると、この発電用等価トルク、第１及び第２ロータ伝達トルクＴ１、Ｔ２の間にも、式（２）のような関係が成立する。以下、駆動用等価トルク及び発電用等価トルクをまとめて「磁界等価トルクＴｍｆ」という。

以上の式（１）及び（２）で表される電気角速度及びトルクの関係は、サンギヤとリングギヤのギヤ比が１：αである遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤ及びキャリアにおける回転速度及びトルクの関係とまったく同じである。以上から明らかなように、本発明の第２電動機は、シングルピニオン式の遊星歯車装置と一般的な１ロータタイプの電動機を組み合わせた装置と同等の機能を有する。また、第２電動機は、遊星歯車装置と比較し、部品点数及び回転体の軸数が少ないとともに、回転体の間（又は回転体と回転磁界の間）の動力の伝達が非接触状態で行われるという特性を有する。

また、本発明の車両用オイルポンプの駆動装置は、第２電動機と別個の第１電動機を備えており、第１電動機のロータは変速機の入力軸に連結され、第２電動機の第１ロータは入力軸に、第２ロータはオイルポンプにそれぞれ連結されている。そして、以上の構成に基づき、本発明によれば、オイルポンプの駆動制御として、第１制御（第１ロータが入力軸と同期して回転することにより発生する動力を用いて、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）と、第２制御（バッテリからステータに電力を供給することにより、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）と、第３制御（第１ロータの動力とバッテリからステータに供給される電力の両方を用いて、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）が、選択的に実行される。

このように、入力軸の動力を用いる第１制御と、バッテリからの電力を用いる第２制御と、これらの動力及び電力の両方を用いる第３制御を選択的に実行し、オイルポンプを駆動するので、従来の装置と異なり、オイルポンプを単一化することが可能になり、それにより、車両の重量、オイルポンプの製造コストや設置スペースを低減でき、例えば車両の室内空間を広げることができる。また、バッテリに接続された電動機でオイルポンプを常に駆動する場合と比較して、バッテリの電力消費を抑制することができる。

また、第２電動機は、これと同等の機能を有する遊星歯車装置及び１ロータタイプの電動機を組み合わせた装置と比較し、部品点数や回転体の軸数を低減できる。また、回転体の間（又は回転磁界と回転体）の間が非接触であるため、遊星歯車装置における、歯車の噛合いによるフリクション及びガタつきや、それらに起因する回転体間の動力の伝達ロス、歯車の潤滑作業などをなくすことができる。さらに、ステータの回転磁界は、通常のモータのロータと異なり、慣性質量をもたないので、例えば内燃機関の動力の回転変動に対する慣性による応答遅れがなく、オイルポンプの駆動の応答性を高めることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用オイルポンプの駆動装置において、第１電動機１１は、クラッチ（第１クラッチＣＬ１）を介して内燃機関３に連結されており、クラッチの接続／遮断の状態を取得するクラッチ状態取得手段（ＥＣＵ２）と、入力軸６の回転数（入力軸回転数）Ｎｉｎを検出する入力軸回転数検出手段（入力軸回転角センサ４１）と、をさらに備え、制御手段は、クラッチの遮断状態が検出され、かつ入力軸６の回転数Ｎｉｎが所定の第１しきい値ＮＲＥＦ１未満のときに、第２制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、第１電動機は、クラッチを介して内燃機関に連結されており、クラッチの遮断状態が検出され、かつ検出された入力軸の回転数が所定の第１しきい値未満のときに、第２制御が実行される。このように、内燃機関から変速機への動力の伝達が遮断され、かつ入力軸の実際の回転数が低く、その動力が十分でないときに、第２制御を実行することによって、バッテリからの電力を利用して、オイルポンプを駆動することができる。例えば、第１電動機で車両を駆動する前に、第２制御によってオイルポンプを駆動し、変速機をあらかじめ立ち上げることによって、その後の第１電動機による車両の駆動を円滑に行うことができる。

また、入力軸の回転数が低い車両の低速状態において、オイルポンプの駆動を遊星歯車装置を用いて行った場合には、特に第１制御と第２制御の切替の際に、歯車のバックラッシュによる歯打ち音が発生し、運転者に伝わりやすいため、商品性が悪化するおそれがある。これに対し、本発明では、歯車のない非接触型の第２電動機が用いられることで、歯打ち音を防止でき、商品性を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の車両用オイルポンプの駆動装置において、制御手段は、第２制御の実行中、入力軸６の回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１以上になったときに、第３制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、第２制御の実行中、入力軸の回転数が第１しきい値以上になったときに、第３制御が実行される。このように、入力軸の回転数が上昇し、その動力が十分に増加したときに、第２制御から第３制御に切り替えるので、入力軸の動力を有効に利用してオイルポンプを駆動できるとともに、バッテリの電力消費を減少させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の車両用オイルポンプの駆動装置において、制御手段は、入力軸６の回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１よりも大きい所定の第２しきい値ＮＲＥＦ２以上になったときに、第２電動機２１の磁界回転数を負値に保持し、第１制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、入力軸の回転数が第１しきい値よりも大きい所定の第２しきい値以上になったときに、第２電動機の第１制御が実行される。このように、入力軸の回転数が大きく上昇したときに、第２電動機の第１制御を実行することによって、第２ロータの回転数を低下させ、オイルポンプの負荷を軽減することができる。また、第１制御によって発電された電力をバッテリに充電することによって、第２制御用の電力や他の補機の駆動電力として利用することができる。

本発明の実施形態による車両用オイルポンプの駆動装置を、車両の他の構成とともに概略的に示す図である。 車両用オイルポンプの駆動装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 車両用オイルポンプの駆動装置の第１及び第２電動機の電気的な接続関係を示すブロック図である。 第２電動機の拡大断面図である。 第２電動機のステータ、第１及び第２のロータを周方向に展開し、概略的に示す図である。 第２電動機における磁界電気角速度、第１及び第２ロータ電気角速度の間の関係の一例を示す速度共線図である。 第２電動機の第１ロータを回転不能に保持した状態で、ステータに電力を供給したときの動作を説明するための図である。 オイルポンプの駆動制御処理を示すフローチャートである。 入力軸回転数、ポンプ回転数及び磁界回転数と第２電動機の制御モードとの関係を示す図である。 磁界等価トルク算出処理を示すフローチャートである。 図８の第２制御によって得られる、各種の回転要素間の回転数の関係の一例を、トルクの関係とともに示す速度共線図である。 図８の第３制御によって得られる、各種の回転要素間の回転数の関係の一例を、トルクの関係とともに示す速度共線図である。 図８の第１制御によって得られる、各種の回転要素間の回転数の関係の一例を、トルクの関係とともに示す速度共線図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態によるオイルポンプの駆動装置を、関連する車両の他の構成とともに示している。この車両Ｖは、動力源としての内燃機関３及び第１電動機１１と、第２電動機２１と、油圧式の変速機４と、変速機４に作動油圧を供給するオイルポンプ５と、内燃機関３や第１及び第２電動機１１、２１などを制御するためのＥＣＵ（電子制御ユニット）２を備える。なお、図面中の断面を示す部分については、便宜上、ハッチングを省略するものとする。

内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えばガソリンエンジンであり、動力を出力するためのクランク軸３ａや、燃料噴射弁３ｂ、点火プラグ３ｃなどを有する。燃料噴射弁３ｂ及び点火プラグ３ｃの動作は、ＥＣＵ２によって制御される（図２参照）。また、クランク軸３ａは、第１クラッチＣＬ１を介して、入力軸６に同軸状に連結されている。

第１電動機１１は、例えばブラシレスＤＣモータで構成されており、不動のステータ１２と、回転自在のロータ１３を有する。ステータ１２は、３相コイルなどで構成され、ケースＣＡに固定されている。ロータ１３は、複数の磁石などで構成され、ステータ１２の径方向の内側に設けられており、入力軸６と同軸状に一体に連結されている。

図３に示すように、ステータ１２は、第１ＰＤＵ（パワードライブユニット）３１を介して、充放電可能な駆動用バッテリ３２に電気的に接続されている。第１ＰＤＵ３１は、インバータなどの電気回路で構成されており、第１ＰＤＵ３１をＥＣＵ２で制御することによって、第１電動機１１の動作が制御される。具体的には、ＥＣＵ２による第１ＰＤＵ３１の制御により、駆動用バッテリ３２からステータ１２に電力が供給されると、その電力が動力に変換され、ロータ１３が回転する（力行）。また、ステータ１２への電力の供給が停止された状態で、ロータ１３が回転すると、その動力が電力に変換され、発電が行われる（回生）。発電した電力は、駆動用バッテリ３２などに充電される。

第２電動機２１は、後述するように構成された２ロータタイプのものであり、不動のステータ２２と、ステータ２２の径方向の内側に設けられた回転自在の第１ロータ２３と、両者２２、２３の間に設けられた回転自在の第２ロータ２４を有する。これらのステータ２２、第１ロータ２３及び第２ロータ２４は、入力軸６と同心状に配置され、第１ロータ２３は、入力軸６に一体に連結されている。また、第２ロータ２４には出力ギヤＧ１が一体に設けられ、この出力ギヤＧ１は、オイルポンプ５の入力軸５ａと一体の入力ギヤＧ２と噛み合っている。第２電動機２１の構成及び動作については、後述する。

オイルポンプ５は、第２ロータ２４の動力によって駆動され、それにより発生した作動油圧を、油圧供給路７を介して変速機４に供給する。変速機４は、例えば、作動油圧によって駆動される駆動プーリ及び従動プーリと、両プーリ間に巻き掛けられたベルト（いずれも図示せず）を有するベルト式の無段変速機で構成されている。変速機４は、入力軸６から第２クラッチＣＬ２を介して入力されたエンジン３及び／又は第１電動機１１の動力を変速する。変速された動力は、差動装置８及び左右の出力軸９、９を介して、左右の駆動輪ＤＷ、ＤＷに伝達される。

次に、第２電動機２１の構成及び動作について説明する。なお、第２電動機２１は、本出願人による特許出願Ａに開示された電動機と基本的に同じであるので、以下、その構成及び動作について簡単に説明を行うものとする。

第２電動機２１のステータ２２は、回転磁界を発生させるものであり、図４及び図５に示すように、鉄芯２２ａと、鉄芯２２ａに設けられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイル２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有する。鉄芯２２ａは、複数の鋼板を積層した円筒状のものであり、入力軸６の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）に延び、ケースＣＡの内周面に取り付けられている。また、鉄芯２２ａの内周面には、例えば１２個のスロット２２ｂが形成されており、これらのスロット２２ｂは、軸線方向に延びるとともに、入力軸６の周方向（以下、単に「周方向」という）に等間隔に並んでいる。上記のＵ相～Ｗ相コイル２２ｃ～２２ｅは、スロット２２ｂに分布巻き（波巻き）で巻回されている。

また、図３に示すように、Ｕ相～Ｗ相コイル２２ｃ～２２ｅを含むステータ２２は、第２ＰＤＵ３３を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４及び駆動用バッテリ３２と補機用バッテリ３５に、互いに並列に接続されている。第２ＰＤＵ３３は、第１ＰＤＵ３１と同様、インバータなどの電気回路で構成されており、ＥＣＵ２による制御の下、駆動用バッテリ３２から供給された直流電力を３相交流電力に変換した状態で、ステータ２２に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、駆動用バッテリ３２からの電力を昇圧した状態で、第２ＰＤＵ３３に出力するとともに、第２ＰＤＵ３３からの電力を降圧した状態で、駆動用バッテリ３２に出力する。

以上の構成のステータ２２では、駆動用バッテリ３２から第２ＰＤＵ３３を介して電力が供給されたときに、または、後述するように発電したときに、鉄芯２２ａの第１ロータ２３側の端部に、４個の磁極が周方向に等間隔に発生する（図７参照）とともに、これらの磁極による回転磁界が周方向に回転する。以下、鉄芯２２ａに発生する磁極を「電機子磁極」という。また、図７に示されるように、周方向に隣り合う各２つの電機子磁極の極性は、互いに異なる。なお、図７では、電機子磁極を、鉄芯２２ａやＵ相～Ｗ相コイル２２ｃ～２２ｅの上に、（Ｎ）及び（Ｓ）で表記している。

図５に示すように、第１ロータ２３は、例えば８個の永久磁石２３ａから成る磁極列を有している。これらの永久磁石２３ａは、周方向に等間隔に並んでおり、この磁極列は、ステータ２２の鉄芯２２ａに対向している。各永久磁石２３ａは、軸線方向に延びており、その軸線方向の長さが、ステータ２２の鉄芯２２ａのそれと同じに設定されている。

図４に示すように、永久磁石２３ａは、リング状の取付部２３ｂの外周面に取り付けられている。取付部２３ｂは、軟磁性体、例えば鉄または複数の鋼板を積層したもので構成されており、その内周部において、円板状の連結部２３ｃを介して、前述した入力軸６に一体に連結されている。以上により、永久磁石２３ａを含む第１ロータ２３は、入力軸６と一体に回転する。さらに、上記のように軟磁性体で構成された取付部２３ｂの外周面に永久磁石２３ａが取り付けられているので、各永久磁石２３ａには、ステータ２２側の端部に、（Ｎ）又は（Ｓ）の１つの磁極が現れる。なお、図７では、永久磁石２３ａの磁極を（Ｎ）及び（Ｓ）で表記している。また、周方向に隣り合う各２つの永久磁石２３ａの極性は、互いに異なる。

第２ロータ２４は、例えば６個のコア２４ａから成る単一の軟磁性体列を有する。これらのコア２４ａは、周方向に等間隔に並んだ状態で、円板状のフランジ（図示せず）に固定されており、フランジなどを介して回転自在に支持されている。軟磁性体列は、ステータ２２の鉄芯２２ａと第１ロータ２３の磁極列との間に、それぞれ所定の間隔を隔てて配置されている。各コア２４ａは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層したものであり、軸線方向に延びている。また、コア２４ａの軸線方向の長さは、永久磁石２３ａと同様、ステータ２２の鉄芯２２ａのそれと同じに設定されている。さらに、コア２４ａには、オイルポンプ５を駆動するための入力ギヤＧ１が一体に設けられている。

次に、以上の構成の第２電動機２１の動作について説明する。前述したように、第２電動機２１では、電機子磁極が４個、永久磁石２３ａの磁極（以下「磁石磁極」という）が８個、コア２４ａが６個である。すなわち、電機子磁極の数と磁石磁極の数とコア２４ａの数との比（以下「極数比」という）は、１：ｍ：（１＋ｍ）／２＝１：２．０：（１＋２．０）／２であり、ｍ＝２．０である。また、磁石磁極の極対数ａ＝４、軟磁性体の数ｂ＝６、及び電機子磁極の極対数ｃ＝２であり、極対数比α＝ａ／ｃ＝２．０である。

以上の構成の第２電動機２１では、例えば図７に示すように、第１ロータ２３を固定した状態で、ステータ２２への電力供給により回転磁界を発生させると、磁石磁極とコア２４ａと電機子磁極を結ぶような磁力線ＭＬが発生し、この磁力線ＭＬによる磁力の作用によって、ステータ２２に供給された電力が動力に変換され、その動力が第２ロータ２４から出力される。この場合、磁界電気角速度ωｍｆと第１及び第２ロータ電気角速度ωｅ１、ωｅ２の間に、前記式（１）の関係が成立するとともに、本例では、式（１）の極対数比α＝２．０であるので、次式（３）が成立する。
ωｍｆ ＝ ３・ωｅ２－２・ωｅ１ ・・・（３）

このため、磁界電気角速度ωｍｆと第１ロータ電気角速度ωｅ１と第２ロータ電気角速度ωｅ２の関係を速度共線図で表すと、例えば図６のようになる。

また、磁界等価トルクＴｍｆと第１及び第２ロータ伝達トルクＴｅ１、Ｔｅ２の間に、前記式（２）の関係が成立し、式（２）に極対数比α＝２．０を代入すると、次式（４）が得られる。
Ｔｍｆ ＝ Ｔｅ１／２ ＝ －Ｔｅ２／３ ・・・（４）

また、ステータ２２に電力を供給していない状態で、第１及び第２ロータ２３、２４の少なくとも一方に動力を入力し、ステータ２２に対して回転させると、ステータ２２において、発電が行われるとともに、回転磁界が発生する。この場合にも、磁石磁極と軟磁性体と電機子磁極を結ぶような磁力線ＭＬが発生するとともに、この磁力線ＭＬによる磁力の作用によって、式（３）に示す電気角速度の関係と式（４）に示すトルクの関係が成立する。

以上から明らかなように、第２電動機２１は、シングルピニオン式の遊星歯車装置と一般的な１ロータタイプの電動機を組み合わせた装置と同じ機能を有する。

また、入力軸６及びオイルポンプ５の入力軸５ａにはそれぞれ、入力軸回転角センサ４１及びポンプ回転角センサ４２が設けられている。入力軸回転角センサ４１は、入力軸６の回転角を入力軸回転角θＲ１として検出し、ポンプ回転角センサ４２は、オイルポンプ５の入力軸５ａの回転角をポンプ回転角θＲ２として検出する。それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、検出された入力軸回転角θＲ１に基づき、互いに一体である入力軸６及び第１ロータ２３の回転数（以下「入力軸回転数」という）Ｎｉｎを算出（検出）し、検出されたポンプ回転角θＲ２に基づき、オイルポンプ５の入力軸５ａの回転数（以下「ポンプ回転数」という）Ｎｏｐを算出（検出）する。ＥＣＵ２は、検出された入力軸回転数Ｎｉｎ及びポンプ回転数Ｎｏｐなどに応じ、ステータ２２の回転磁界を制御することによって、第２電動機２１の動作を制御し、オイルポンプ５を駆動する。

次に、図８を参照しながら、ＥＣＵ２で実行されるオイルポンプ５の駆動制御処理について説明する。本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、第１クラッチフラグＦ＿ＣＬ１が「１」であるか否かを判別する。この第１クラッチフラグＦ＿ＣＬ１は、エンジン３と第１電動機１１の間に配置された第１クラッチＣＬ１が接続状態のときに「１」にセットされるものである。

ステップ１の判別結果がＮＯで、第１クラッチＣＬ１が遮断状態のときには、ステップ２に進み、検出された入力軸回転数Ｎｉｎが、値０に近い所定の第１しきい値ＮＲＥＦ１未満であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、入力軸回転数Ｎｉｎが０付近の低い値のときには、ステップ３に進み、第２電動機２１の第２制御を実行し（図９参照）、本処理を終了する。

図１０は、磁界等価トルクの算出処理を示す。この処理では、まずステップ１１において、第２ロータ伝達トルクＴｅ２の基本値Ｔｅ２ｂを算出する。その算出は、例えばポンプ回転数の目標値である目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔに基づいて行われる。

次に、ステップ１２において、目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔと、検出された実際のポンプ回転数Ｎｏｐに応じ、第２ロータ伝達トルクＴｅ２の補正項ΔＴｅ２を算出する。この補正項ΔＴｅ２の算出は、ポンプ回転数Ｎｏｐが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔになるよう（両者の偏差ΔＮｏｐが値０に収束するよう）、フィードバック制御によって行われる。

次に、ステップ１３において、次式（５）により、基本値Ｎｏｐｔに補正項ΔＴｅ２を加算することによって、第２ロータ伝達トルクＴｅ２を算出する。
Ｔｅ２ ＝ Ｔｅ２ｂ＋ΔＴｅ２ ・・・（５）

次に、ステップ１４において、第２ロータ伝達トルクＴｅ２を用い、前記式（４）により、磁界等価トルクＴｍｆを算出する。そして、ステップ１５において、算出した磁界等価トルクＴｍｆに基づく駆動信号を第２電動機２１のステータ２２に出力し、本処理を終了する。

図１１は、上記の第２制御によって得られる、各種の回転要素間の回転数の関係の一例を、トルクの関係とともに示している。まず、第１ロータ２３が入力軸６に直結されているため、両者２３、６の回転数は入力軸回転数Ｎｉｎに等しい。また、第２ロータ２４が、出力ギヤＧ１及び入力ギヤＧ２を介して、オイルポンプ５の入力軸５ａに連結されているため、両ギヤＧ１、Ｇ２による変速を無視すれば、第２ロータ２４及びオイルポンプ５の入力軸５ａの回転数は、ポンプ回転数Ｎｏｐに等しい。これらの関係と、前述した第２電動機２１の遊星歯車装置に相似する機能から、第２制御中、入力軸回転数Ｎｉｎ、ポンプ回転数Ｎｏｐ及び磁界回転数（回転磁界の回転数）Ｎｅｆは、図１１に示すような共線関係で表されるとともに、入力軸回転数Ｎｉｎは０又はその付近の値を示す。

このため、第２制御中、第２ロータ伝達トルクＴｅ２は、オイルポンプ５の負荷に相当し、第１ロータ２３には、車両駆動力を伝達する入力軸６が接続されているため、Ｔｅ２の反力Ｔｅ１が作用する。そして、このような状態で、磁界等価トルクＴｍｆに基づき、ステータ２２に電力を供給し、回転磁界を正転させ、駆動用等価トルクとして作用させる。これにより、ポンプ回転数Ｎｏｐが上昇する。また、上述したように、磁界等価トルクＴｍｆは、ポンプ回転数Ｎｏｐが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔになるように、フィードバック制御によって算出されるので、ポンプ回転数Ｎｏｐは目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔに保持され、それにより、オイルポンプ５を良好に駆動することができる。以上のように、第２制御中、オイルポンプ５は、第２電動機２１の動力のみを用いて、駆動される。

図８に戻り、前記ステップ１の判別結果がＹＥＳで、第１クラッチＣＬ１が接続状態のとき、又はステップ２の判別結果がＮＯで、入力軸回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１以上のときには、ステップ４に進み、入力軸回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１よりも大きい所定の第２しきい値ＮＲＥＦ２以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＮＲＥＦ１≦Ｎｉｎ＜ＮＲＥＦ２が成立し、入力軸回転数Ｎｉｎが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔの付近まで上昇したときには、ステップ５に進み、第２電動機２１の第３制御を実行し（図９参照）、本処理を終了する。

この第３制御は、ポンプ回転数Ｎｏｐを目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔに収束させることを目的として実行されるものであり、したがって、その内容は、すでに説明した図１０の第２制御と基本的に同じである。すなわち、第２ロータ伝達トルクＴｅ２の基本値Ｔｅ２ｂを算出し、ポンプ回転数Ｎｏｐが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔになるように、補正項ΔＴｅ２をフィードバック制御によって算出し、両者Ｔｅ２、ΔＴｅ２の和を第２ロータ伝達トルクＴｅ２とするとともに、この第２ロータ伝達トルクＴｅ２に基づき、前記式（４）によって磁界等価トルクＴｍｆを算出する。

第３制御中は、入力軸回転数Ｎｉｎがある程度、上昇しているため、第１ロータ伝達トルクＴｅ１は、駆動トルクとして、ポンプ回転数Ｎｏｐを上昇させる方向に作用する。これに対し、磁界等価トルクＴｍｆは、ポンプ回転数Ｎｏｐが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔになるように算出され、駆動用等価トルク又は発電用等価トルクとして作用することによって、ポンプ回転数Ｎｏｐを調整する。これにより、図１２に示すように、入力軸回転数Ｎｉｎにかかわらず、ポンプ回転数Ｎｏｐが目標ポンプ回転数Ｎｏｐｔに保持され、それにより、オイルポンプ５を良好に駆動することができる。以上のように、第３制御中、オイルポンプ５は、主としてエンジン３及び／又は第１電動機１１の動力を用いて、駆動される。

図８に戻り、前記ステップ４の判別結果がＹＥＳで、入力軸回転数Ｎｉｎが第２しきい値ＮＲＥＦ２以上のときには、入力回転数Ｎｉｎが大きく上昇しているとして、ステップ６に進み、第２電動機２１の第１制御を実行し（図９参照）、本処理を終了する。

この第１制御では、磁界等価トルクＴｍｆを発電用等価トルクとして作用させることによって、回転磁界を逆転させ、磁界回転数Ｎｅｆを負値に保持し、第１ロータ２３が入力軸６と同期して回転することにより発生する動力を用いて、第２ロータ２４を回転させ、オイルポンプ５を駆動する。これにより、入力軸６の動力を用いてステータ２２で発電が行われることで、図１３に示すように、入力軸回転数Ｎｉｎが低下し、それに伴ってポンプ回転数Ｎｏｐが低下するので、オイルポンプ５の負荷を軽減することができる。また、発電された電力を駆動用バッテリ３２に充電することによって、第２制御用の電力や他の補機の駆動電力として利用することができる。

以上のように、本実施形態によれば、第２電動機２１は、前述したように構成され、遊星歯車装置と一般的な１ロータタイプの電動機を組み合わせた装置と同等の機能を有するとともに、エンジン３、第１電動機１１やオイルポンプ５などと、前述したように連結されている。そして、変速機４に連結された入力軸６の動力を用いる第１制御と、駆動用バッテリ３２からの電力を用いる第２制御と、入力軸６の動力と駆動用バッテリ３２からの電力の両方を用いる第３制御を、選択的に実行し、オイルポンプ５を駆動する。したがって、従来の装置と異なり、オイルポンプを単一化することが可能になり、それにより、車両の重量、オイルポンプの製造コストや設置スペースを低減でき、例えば車両の室内空間を広げることができる。また、バッテリに接続された電動機でオイルポンプを常に駆動する場合と比較して、バッテリの電力消費を抑制することができる。

また、第２電動機２１は、これと同等の機能を有する遊星歯車装置及び１ロータタイプの電動機を組み合わせた装置と比較して、部品点数や回転体の軸数を低減できる。また、回転体の間（又は回転磁界と回転体）の間が非接触であるため、遊星歯車装置における、歯車の噛合いによるフリクション及びガタつきや、それらに起因する回転体間の動力の伝達ロス、歯車の潤滑作業などをなくすことができる。さらに、ステータ２２の回転磁界は、通常のモータのロータと異なり、慣性質量をもたないので、例えば入力軸６の回転変動時における慣性による応答遅れがなく、オイルポンプ５の駆動の応答性を高めることができる。

また、第１電動機１１とエンジン３の間に設けられた第１クラッチＣＬ１が遮断状態で、かつ検出された入力軸回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１未満のときに、第２制御を実行する。これにより、エンジン３から変速機４への動力の伝達が遮断され、かつ入力軸６の実際の回転数が低く、その動力が十分でないときに、駆動用バッテリ３２からの電力を利用して、オイルポンプ５を駆動することができる。例えば、第１電動機１１で車両Ｖを駆動する前に、第２制御によってオイルポンプ５を駆動し、変速機４をあらかじめ立ち上げることによって、その後の第１電動機１１による車両Ｖの駆動を円滑に行うことができる。

また、入力軸６の回転数が低い車両Ｖの低速状態において、オイルポンプの駆動を遊星歯車装置を用いて行った場合には、特に第３制御と第２制御の切替の際に、歯車のバックラッシュによる歯打ち音が発生し、運転者に伝わりやすいため、商品性が悪化するおそれがある。これに対し、実施形態では、歯車のない非接触型の第２電動機２１が用いられることで、歯打ち音を防止でき、商品性を向上させることができる。

また、第２制御の実行中、入力軸回転数Ｎｉｎが第１しきい値ＮＲＥＦ１以上になったときに、第３制御に切り替える。これにより、入力軸６の回転数が上昇し、その動力が十分に増加したときに、入力軸６の動力を有効に利用してオイルポンプ５を駆動できるとともに、駆動用バッテリ３２の電力消費を減少させることができる。

さらに、入力軸回転数Ｎｉｎが第２しきい値ＮＲＥＦ２以上になったときに、第２電動機２１の磁界回転数を負値に保持し、第１制御を実行する。このように、入力軸６の回転数が大きく上昇したときに、第１制御を実行することによって、第２電動機２１の第１ロータ２３及び第２ロータ２４の回転数を低下させ、オイルポンプ５の負荷を軽減することができる。また、第１制御によって発電された電力を駆動用バッテリ３２などに充電することによって、第２制御用の電力や他の補機の駆動電力として利用することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、図１に示したオイルポンプの駆動装置の構成は一例であり、構成要素間の連結関係やレイアウトを適宜、変更することが可能である。例えば、実施形態では、第２電動機２１とオイルポンプ５が別体で構成され、第２電動機２１の第２ロータ２４とオイルポンプ５の入力軸５ａが、出力ギヤＧ１及び入力ギヤＧ２を介して連結されているが、第２電動機２１とオイルポンプ５を一体に構成し、第２ロータ２４と入力軸５ａを同軸状に直結してもよい。また、実施形態では、第１電動機１１のロータ１３及び第２電動機２１の第１ロータ２３は、入力軸６に同軸状に直結されているが、これらのロータ１３、第２ロータ２３及び入力軸６を、駆動ギヤやスプロケットを介して連結してもよい。

また、実施形態では、入力軸６に入力軸回転角センサ４１が設けられ、オイルポンプ５の入力軸５ａにポンプ回転角センサ４２が設けられているが、入力軸回転数Ｎｉｎとポンプ回転数Ｎｏｐの間に、式（３）などで表されるような一定の関係が成立するので、両センサ４１、４２の一方を省略してもよい。

また、実施形態における第２電動機２１のステータ２２の電機子の数、第１ロータ２３の磁極の数、及び第２ロータ２４の軟磁性体の数は、あくまで例示であり、請求項１に記載される条件を満たす限り、任意の数の組み合わせを採用できる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

Ｖ 車両
２ ＥＣＵ（制御手段、クラッチ状態取得手段）
３ エンジン（内燃機関）
４ 変速機
５ オイルポンプ
１１ 第１電動機
１３ ロータ
２１ 第２電動機
２２ ステータ
２２ａ 鉄芯（電機子）
２２ｃ Ｕ相コイル（電機子）
２２ｄ Ｖ相コイル（電機子）
２２ｅ Ｗ相コイル（電機子）
２３ 第１ロータ
２３ａ 永久磁石（磁極）
２４ 第２ロータ
２４ａ コア（軟磁性体）
３２ 駆動用バッテリ（バッテリ）
４１ 入力軸回転角センサ（入力軸回転数検出手段）
ＣＬ１ 第１クラッチ（クラッチ）
Ｎｉｎ 入力軸回転数（入力軸の回転数）
ＮＲＥＦ１ 第１しきい値
ＮＲＥＦ２ 第２しきい値

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、動力源の動力が入力される入力軸６を有し、オイルポンプ５を駆動する車両用オイルポンプの駆動装置であって、回転自在のロータ１３を有し、ロータ１３が入力軸６に連結された第１電動機１１と、オイルポンプ５に連結された第２電動機２１と、第２電動機２１を制御する制御手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２）と、を備え、第２電動機２１は、バッテリ（駆動用バッテリ３２）に接続されたステータ２２と、ステータ２２に径方向に対向し、周方向に回転自在であるとともに、入力軸６に連結された第１ロータ２３と、ステータ２２と第１ロータ２３の間に配置され、周方向に回転自在であるとともに、オイルポンプ５に連結された第２ロータ２３と、を有し、第１ロータ２３は、周方向に並んだ所定の複数の磁極（永久磁石２３ａ）で構成され、隣り合う各２つの磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有し、ステータ２２は、周方向に並んだ複数の電機子（鉄芯２２ａ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相コイル２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）で構成され、磁極列に対向するように配置されるとともに、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により周方向に回転する回転磁界を磁極列との間に発生させる電機子列を有し、第２ロータ２４は、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ所定の複数の軟磁性体（コア２４ａ）で構成され、磁極列と電機子列の間に配置された軟磁性体列を有し、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ｍ≠１．０）に設定されており、制御手段は、第１ロータ２３が入力軸６と同期して回転することにより発生する動力を用いて、第２ロータ２４を回転させ、オイルポンプ５を駆動する第１制御（図８のステップ６）と、バッテリからステータ２２に電力を供給することにより、第２ロータ２４を回転させ、オイルポンプ５を駆動する第２制御（図８のステップ３）と、前記第１ロータの動力と前記バッテリから前記ステータに供給される電力の両方を用いて、前記第２ロータを回転させ、前記オイルポンプを駆動する第３制御（図８のステップ５）を、選択的に実行することを特徴とする。

また、本発明の車両用オイルポンプの駆動装置は、第２電動機と別個の第１電動機を備えており、第１電動機のロータは、動力源の動力が入力される入力軸に連結され、第２電動機の第１ロータは入力軸に、第２ロータはオイルポンプにそれぞれ連結されている。そして、以上の構成に基づき、本発明によれば、オイルポンプの駆動制御として、第１制御（第１ロータが入力軸と同期して回転することにより発生する動力を用いて、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）と、第２制御（バッテリからステータに電力を供給することにより、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）と、第３制御（第１ロータの動力とバッテリからステータに供給される電力の両方を用いて、第２ロータを回転させ、オイルポンプを駆動する制御）が、選択的に実行される。

Claims (4)

1. 動力源の動力が入力軸を介して入力される変速機に作動油圧を供給するオイルポンプを駆動する車両用オイルポンプの駆動装置であって、
   回転自在のロータを有し、当該ロータが前記入力軸に連結された第１電動機と、
   前記オイルポンプに連結された第２電動機と、
   当該第２電動機を制御する制御手段と、を備え、
   前記第２電動機は、バッテリに接続されたステータと、当該ステータに径方向に対向し、周方向に回転自在であるとともに、前記入力軸に連結された第１ロータと、前記ステータと前記第１ロータの間に配置され、前記周方向に回転自在であるとともに、前記オイルポンプに連結された第２ロータと、を有し、
   前記第１ロータは、前記周方向に並んだ所定の複数の磁極で構成され、隣り合う各２つの前記磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有し、
   前記ステータは、前記周方向に並んだ複数の電機子で構成され、前記磁極列に対向するように配置されるとともに、前記複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により前記周方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有し、
   前記第２ロータは、互いに間隔を隔てて前記周方向に並んだ所定の複数の軟磁性体で構成され、前記磁極列と前記電機子列の間に配置された軟磁性体列を有し、
   前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ｍ≠１．０）に設定されており、
   前記制御手段は、前記第１ロータが前記入力軸と同期して回転することにより発生する動力を用いて、前記第２ロータを回転させ、前記オイルポンプを駆動する第１制御と、前記バッテリから前記ステータに電力を供給することにより、前記第２ロータを回転させ、前記オイルポンプを駆動する第２制御と、前記第１ロータの動力と前記バッテリから前記ステータに供給される電力の両方を用いて、前記第２ロータを回転させ、前記オイルポンプを駆動する第３制御を、選択的に実行することを特徴とする車両用オイルポンプの駆動装置。
2. 前記第１電動機は、クラッチを介して内燃機関に連結されており、
   前記クラッチの接続／遮断の状態を取得するクラッチ状態取得手段と、
   前記入力軸の回転数を検出する入力軸回転数検出手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記クラッチの遮断状態が検出され、かつ前記入力軸の回転数が所定の第１しきい値未満のときに、前記第２制御を実行することを特徴とする、請求項１に記載の車両用オイルポンプの駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記第２制御の実行中、前記入力軸の回転数が前記第１しきい値以上になったときに、前記第３制御を実行することを特徴とする、請求項２に記載の車両用オイルポンプの駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記入力軸の回転数が前記第１しきい値よりも大きい所定の第２しきい値以上になったときに、前記第２電動機の磁界回転数を負値に保持し、前記第１制御を実行することを特徴とする、請求項３に記載の車両用オイルポンプの駆動装置。

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