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