(57)【要約】【課題】電動モータの運転条件が変化する場合でも、歯車の噛み合い損失および噛み合い伝達誤差の少なくとも一方を低減できるモータシステムを提供する。【解決手段】モータシステムは、電動モータと、前記電動モータを駆動するインバータと、前記電動モータの回転軸に取り付けられた入力歯車と、前記入力歯車と噛み合う出力歯車と、前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータを制御して、前記電動モータ１回転当たりの脈動数が前記入力歯車の歯数と同じのトルクリップルを生じさせるとともに、前記トルクリップルの位相差を前記電動モータの平均出力トルクに応じて変化させる。【選択図】図５
2020195256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、
前記電動モータを駆動するインバータと、
前記電動モータの回転軸に取り付けられた入力歯車と、
前記入力歯車と噛み合う出力歯車と、
前記インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記インバータを制御して、前記電動モータ１回転当たりの脈動数が前記入力歯車の歯数と同じのトルクリップルを生じさせるとともに、前記トルクリップルの位相差を前記電動モータの平均出力トルクに応じて変化させる、
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のモータシステムであって、
前記制御部は、前記入力歯車および出力歯車の噛み合い伝達誤差および噛み合い損失の少なくとも一方が、前記トルクリップルが無い場合に比べて、小さくなるように、前記トルクリップルの位相差を変化させる、
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のモータシステムであって、
前記制御部は、前記噛み合い伝達誤差および前記噛み合い損失の少なくとも一方が前記トルクリップルが無い場合に比べて小さくなる位相差である目標位相差と、前記電動モータの平均出力トルクと、の対応関係を示す位相差情報を、予め記憶しており、前記電動モータの実際の平均出力トルクを前記位相差情報に照らし合わせて、前記トルクリップルの位相差を決定する
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のモータシステムであって、
前記制御部は、目標位相差の値が切り替わる際の平均出力トルクである切替トルクの値と、前記切替トルクの前後での目標位相差と、を前記位相差情報として記憶する
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のモータシステムであって、
前記目標位相差は、前記切替トルクを境として、１８０°異なる
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか一項に記載のモータシステムであって、
前記制御部は、前記噛み合い伝達誤差に関する位相差情報と、前記噛み合い損失に関する位相差情報と、を記憶しており、前記電動モータの運転状況に応じて参照する位相差情報を切り替える、
ことを特徴とするモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、電動モータと、電動モータを駆動するインバータと、電動モータの回転軸に取り付けられた入力歯車と、入力歯車と噛み合う出力歯車と、を備えたモータシステムを開示する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動モータの動力を負荷に伝達するために、電動モータの出力軸に取り付けられた入力歯車と、当該入力歯車に噛み合う出力歯車と、を備えたモータシステムが広く知られている。歯車の噛み合いでは、二つの歯車間に存在するバックラッシによって、噛み合い伝達誤差が発生し、これに起因して、耳障りな歯打ち音等の噛み合いノイズが発生する。また、歯車の噛み合い時には、歯面での滑りに起因するエネルギーロス、すなわち、噛み合い損失も発生する。
【０００３】
従来から、こうした噛み合い伝達誤差や噛み合い損失を低減するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、歯車の軸方向両端面かつ歯底近傍に、環状溝を形成するとともに、当該環状溝内に弾性部材を充填する技術が提案されている。かかる特許文献１によれば、他の歯車との噛み合いによって、当該歯車の歯底近傍が撓みやすくなるとともに、この撓みが弾性部材によって吸収されるため、歯面に発生する振動が減衰し、異音の発生が抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５９５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、トルクの一部が、歯車の歯底近傍の撓みに用いられるため、入力側歯車に入力されたトルクが、出力側歯車に十分に伝達されず、噛み合い損失が増加するおそれがある。また、トルクの急激な変動時には、トルクの立ち上がりが遅れるおそれもある。また、そもそも、環状溝および伝達部材の望ましい位置や形状、材質は、電動モータの運転条件（例えば電動モータの出力トルク等）によっても異なるが、特許文献１の技術では、溝環状溝および伝達部材の位置や形状、材質は、電動モータの運転条件に関わらず常に一定となっていた。そのため、特許文献１の技術では、モータの運転条件によっては、騒音を十分に低減できない場合もあった。
【０００６】
そこで、本明細書では、電動モータの運転条件が変化する場合でも、歯車の噛み合い損失および噛み合い伝達誤差の少なくとも一方を低減できるモータシステムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示するモータシステムは、電動モータと、前記電動モータを駆動するインバータと、前記電動モータの回転軸に取り付けられた入力歯車と、前記入力歯車と噛み合う出力歯車と、前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータを制御して、前記電動モータ１回転当たりの脈動数が前記入力歯車の歯数と同じのトルクリップルを生じさせるとともに、前記トルクリップルの位相差を前記電動モータの平均出力トルクに応じて変化させる、ことを特徴とする。
【０００８】
電動モータの平均出力トルクに応じてトルクリップルの位相差を変化させることで、電動モータの運転条件（平均出力トルク）が変化する場合でも、歯車の噛み合い損失および噛み合い伝達誤差の少なくとも一方を低減できる。
【０００９】
この場合、前記制御部は、前記入力歯車および出力歯車の噛み合い伝達誤差および噛み合い損失の少なくとも一方が、前記トルクリップルが無い場合に比べて、小さくなるように、前記トルクリップルの位相差を変化させてもよい。
【００１０】
また、前記制御部は、前記噛み合い伝達誤差および前記噛み合い損失の少なくとも一方が、前記トルクリップルが無い場合に比べて小さくなる位相差である目標位相差と、前記電動モータの平均出力トルクと、の対応関係を示す位相差情報を、予め記憶しており、前記電動モータの実際の平均出力トルクを前記位相差情報に照らし合わせて、前記トルクリップルの位相差を決定する。
【００１１】
位相差情報を予め記憶しておくことで、位相差の決定処理を簡易化できる。
【００１２】
この場合、前記制御部は、目標位相差の値が切り替わる際の平均出力トルクである切替トルクの値と、前記切替トルクの前後での目標位相差と、を前記位相差情報として記憶してもよい。
【００１３】
切替トルクと、その切替トルクの前後での目標位相差と、を位相差情報として記憶することで、位相差情報の情報量を小さく押さえることができ、メモリの使用量を低減できる。
【００１４】
この場合、前記目標位相差は、前記切替トルクを境として、１８０°異なってもよい。
【００１５】
また、前記制御部は、前記噛み合い伝達誤差に関する位相差情報と、前記噛み合い損失に関する位相差情報と、を記憶しており、前記電動モータの運転状況に応じて参照する位相差情報を切り替えてもよい。
【００１６】
かかる構成とすることで、状況に応じて適した位相差を選択できる。
【発明の効果】
【００１７】
本明細書で開示するモータシステムによれば、電動モータの運転条件が変化する場合でも、歯車の噛み合い損失および噛み合い伝達誤差の少なくとも一方を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】モータシステムの構成を示す図である。
【図２】入力歯車および出力歯車の歯の噛み合いの様子を示すイメージ図である。
【図３】出力トルクが一定の場合における、歯車の面圧、速度差、噛み合い損失を示す図である。
【図４】出力トルクが脈動する場合における、歯車の面圧、速度差、噛み合い損失を示す図である。
【図５】モータの運転条件による噛み合い伝達誤差の違いを示すグラフである。
【図６】モータの運転条件による損失比の違いを示すグラフである。
【図７】図５に比べてクラウニング量が小さい歯車での、モータの運転条件による噛み合い伝達誤差の違いを示すグラフである。
【図８】図６に比べてクラウニング量が小さい歯車での、モータの運転条件による損失比の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照してモータシステム１０の構成について説明する。図１は、モータシステム１０の構成を示す図である。このモータシステム１０は、モータ１２の出力トルクを、入力歯車１４および出力歯車１６を介して負荷に伝達する。かかるモータシステム１０は、電動車両や家電製品、産業機械等、種々の電動装置に利用可能である。以下では、電動車両に搭載され、車両の走行動力源として用いられるモータシステム１０を例に挙げて説明する。
【００２０】
モータ１２は、例えば三相交流モータであり、インバータ１８から印加される三相交流電流により回転駆動する。ただし、モータ１２は、その回転を電気的に制御できるのであれば、三相交流モータに限らず、直流モータ等でもよい。
【００２１】
このモータ１２の出力トルクは、入力歯車１４および出力歯車１６を介して負荷に伝達される。入力歯車１４は、モータ１２の回転軸２８に固着されており、当該回転軸２８と連動して回転する。出力歯車１６は、この入力歯車１４と噛み合う歯車であり、当該出力歯車１６の回転軸は、負荷に機械的に連結される。なお、本例では、説明を簡単にするために、入力歯車１４および出力歯車１６を、平歯車としているが、両歯車１４，１６は、モータ１２の動力を負荷に伝達できる歯車であればよく、例えば、内歯車やはすば歯車、ネジ歯車等でもよい。
【００２２】
モータ１２は、インバータ１８から印加される電流により駆動する。インバータ１８は、電源２０から出力される直流電力を交流電力に変換して、モータ１２に印加する。かかるインバータ１８は、例えば、二つのスイッチング素子を直列接続してなるアームを３相分有するとともに、各相のアームの中点が対応する相のモータコイルにそれぞれ接続されるブリッジ回路を有している。このインバータ１８に設けられたスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御することで、モータ１２の回転が制御される。
【００２３】
なお、ここでは電源２０として、車両に搭載されたバッテリ（直流電源）を用いることを想定しているが、電源２０は、他の種類の電源、例えば商用の交流電源でもよい。電源２０が交流電源の場合、インバータ１８は、上述のブリッジ回路に加え、当該交流電源からの電力を直流電力に変換したうえで、ブリッジ回路に出力するＤＣ／ＡＣコンバータ
回路を有してもよい。
【００２４】
モータシステム１０には、さらに、モータコイルに流れる電流を検出する電流センサ２４およびモータ１２の回転位置を検出する位置センサ２６が設けられている。これらのセンサ２４，２６で検出された値は、制御部２２に送られる。
【００２５】
制御部２２は、インバータ１８のスイッチングを制御する。かかる制御部２２は、例えば、プロセッサやメモリ、入出力回路を一つの回路基板に実装したマイクロコントローラ等で構成される。また、車両には、車両に搭載された各種電子機器の駆動を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）が組み込まれているが、制御部２２は、このＥＣＵであってもよい。
【００２６】
制御部２２は、電流センサ２４での検知結果に基づいて、モータ１２の三相のコイルそれぞれに印加される電流値を取得する。また、制御部２２は、位置センサ２６での検知結果に基づいて、ロータの回転位置（回転角度）を取得するとともに、この回転位置を一階微分および二階微分して、ロータの速度および加速度を算出する。さらに、制御部２２は、算出された加速度と既知のイナーシャを乗算することで出力トルクも算出する。
【００２７】
制御部２２は、検知および算出された各種パラメータに基づいて、インバータ１８のスイッチングを制御する。例えば、制御部２２は、所望の運転挙動が得られるような目標電圧を算出するとともに、当該目標電圧がモータ１２に印加できるようなスイッチング信号をインバータ１８に出力する。かかるスイッチング信号は、例えば、所望の目標電圧を表す変調波と、三角波であるキャリヤ波と、の高低を比較するＰＷＭ制御で生成されてもよい。いずれにしても、目標電圧の算出およびスイッチング信号の生成は、周知技術を用いるため、ここでの詳説は、省略する。
【００２８】
ここで、通常、モータ１２の駆動に伴い、出力トルクＴが脈動するトルクリップルが生じることがある。モータ１２を制御する場合には、このトルクリップルが極力、低減できるように制御することが多い。しかしながら、本例では、入力歯車１４および出力歯車１６における噛み合い損失Ｗおよび噛み合い伝達誤差ＴＥの少なくとも一方低減するために、トルクリップルを積極的に発生させる。かかる制御とする理由について、図２〜図４を参照して説明する。
【００２９】
図２は、入力歯車１４および出力歯車１６の歯の噛み合いの様子を示すイメージ図である。図２に示す通り、入力歯車１４および出力歯車１６において互いに噛み合う一組の歯は、入力歯車１４の根本および出力歯車１６の先端近傍にある点ａで接触開始する（図２の上段参照）。その後、この接触点は、歯車１４，１６の回転に伴い、入力歯車１４の先端側かつ出力歯車１６の根本側に徐々に遷移していく。そして、これらの歯の接触点が、ピッチ円上の点ｂ（ピッチ点）を経由して、入力歯車１４の先端近傍かつ出力歯車１６の根本近傍に位置する点ｃまで遷移すれば、この一組の歯の接触が解消され、次の組の歯の接触が開始される。
【００３０】
この歯の噛み合いにより、入力歯車１４から出力歯車１６にトルクが伝達される。しかし、噛み合い時における摩擦や滑り等に起因して、噛み合い損失Ｗや噛み合い伝達誤差ＴＥが生じることが知られている。噛み合い損失Ｗが生じると、その分、出力歯車１６から出力されるトルクが低下し、トルク伝達効率が低下する。また、噛み合い伝達誤差ＴＥが大きいほど、歯車の噛み合い時の振動、ひいては、歯車の噛み合いノイズが大きくなる。
【００３１】
このうち、噛み合い損失Ｗについて検討する。図３は、モータ１２からの出力トルクＴが一定の場合における、歯車の面圧Ｐ、速度差ΔＶ、噛み合い損失Ｗを示す図である。図３において、横軸は、入力歯車１４の回転角度を示している。この横軸において、θａｎ（ｎは整数）は、一組の歯が接触開始するとともに、他の組の歯が、接触解消する角度（図２における上段または下段の状態になる回転角度）を示している。また、横軸において、θｂｎは、一組の歯がピッチ点（点ｂ）で接触する角度（図２における中段の状態になる回転角度）を示している。したがって、入力歯車１４の歯数をＮｇとした場合、θａｎ＋１−θａｎ＝３６０／Ｎｇとなる。θａｎ＋１−θａｎ＝３６０／Ｎｇは、一組の歯が、接触し始めてから、接触解消するまでの入力歯車１４の回転量を意味するが、以下では、この３６０／Ｎｇｉの値を、「噛み合い角度周期Ｃｇ」と呼ぶ。
【００３２】
互いに接触している一組の歯の当たり面での圧力（面圧Ｐ）は、入力歯車１４に入力されるトルク（モータ１２の出力トルクＴ）と、歯車の歯の形状と、で決まる。モータ１２の出力トルクＴ（図３の一段目）が、一定の場合、面圧Ｐの変動波形は、図３の二段目に示すように、θｂｎで最大値をとる山が噛み合い角度周期Ｃｇで繰り返すような波形となる。
【００３３】
一方、当たり面での二つの歯車１４，１６の速度差ΔＶは、歯車の形状によって決まっており、その変動波形は、図３の三段目に示すように、θａｎで最大値をとり、θｂｎでゼロとなる三角波状になる。噛み合い損失Ｗは、この面圧Ｐと速度差ΔＶとの積となるため、噛み合い損失Ｗの変動波形は、図３の４段目に示すように、θａｎで最大値をとり、θｂｎでゼロとなる略三角波状となる。
【００３４】
ここで、上述した通り、噛み合い損失Ｗは面圧Ｐおよび速度差ΔＶの積となるため、噛み合い損失Ｗを低減するためには、面圧Ｐおよび速度差ΔＶの少なくとも一方を変化させる必要がある。ただし、速度差ΔＶは、主に歯車の形状によって決まるため、容易に変化させることができない。一方、面圧Ｐは、歯車の形状およびモータ１２の出力トルクＴに依存しているため、出力トルクＴを調整することで、面圧Ｐ、ひいては、噛み合い損失Ｗを調整することができる。
【００３５】
図４は、噛み合い損失Ｗを低減させるために、出力トルクＴを変化させた場合の歯車の面圧Ｐ、速度差ΔＶ、噛み合い損失Ｗを示す図である。この場合、モータ１２の出力トルクＴは、θｂｎで最大値をとり、θａｎで最小値をとるように、正弦波状の脈動している。別の言い方をすれば、図４の例では、モータ１２の出力トルクＴは、噛み合い角度周期Ｃｇと同じ周期でトルクリップルが生じており、モータ１２の一回転（機械角）で生じるトルクリップルの脈動数Ｎｔは、入力歯車１４の歯数Ｎｇと同じである。一方で、出力トルクＴは、正弦波状に変動しているため、平均出力トルクＴａｖｅの値は、図３の場合と同じである。
【００３６】
この場合の面圧Ｐは、図４の二段目に示すように、θａｎで最小を取り、θｂｎって最大をとる、波状となっている。そして、この面圧Ｐと速度差ΔＶの積である噛み合い損失Ｗは、図４の４段目に示すように変動する。そして、この場合、噛み合い損失Ｗの最大値および積分値のいずれもが、図３のケースに比べて低下する。
【００３７】
このように、モータ１２に意図的にトルクリップルを発生させることで、モータ１２の平均出力トルクＴａｖｅを変えることなく、歯車の噛み合い損失Ｗを低減できる。同様に、噛み合い伝達誤差ＴＥも、モータ１２にトルクリップルを発生させることで低減できる。
【００３８】
ただし、最終的に噛み合い損失Ｗおよび噛み合い伝達誤差ＴＥが、トルクリップルが無い場合に比べて低下するか否かは、歯車の形状や平均出力トルク、トルクリップルの位相等によって変化する。そこで、本例では、予め、平均出力トルクおよびトルクリップルの位相と、噛み合い損失Ｗまたは噛み合い伝達誤差ＴＥと、の対応関係を調べておき、平均出力トルクＴａｖｅに応じて、モータ１２のトルクリップルの位相差φを変更している。
【００３９】
これについて、図５、図６を参照して説明する。図５は、モータ１２の運転条件による噛み合い伝達誤差ＴＥの違いを示すグラフである。より具体的には、図５において、横軸は、モータ１２の平均出力トルクＴａｖｅを、縦軸は、歯車１４，１６の噛み合い伝達誤差ＴＥを示している。また、図５における曲線Ｌ１〜Ｌ６は、出力トルクＴがトルクリップルを含む場合の噛み合い伝達誤差ＴＥをそれぞれ示している。曲線Ｌ１〜Ｌ６におけるトルクリップルは、いずれも、噛み合い角度周期Ｃｇと同じ角度周期で発生する正弦波状のトルク変動であり、その振幅は、平均出力トルクＴａｖｅのＭ％である。また、入力歯車１４の回転角度がθａｎのときに出力トルクＴが最大となる状態（すなわち図４の一段目の状態）を位相差φ＝０°した場合、曲線Ｌ１は、位相差φ＝０°である。同様に、曲線Ｌ２は、位相差φ＝６０°であり、曲線Ｌ３は、位相差φ＝１２０°であり、曲線Ｌ４は、位相差φ＝１８０°であり、曲線Ｌ５は、位相差φ＝−６０°であり、曲線Ｌ６は、位相差φ＝−１８０°であある。また、図５における曲線Ｌ７は、出力トルクＴがトルクリップルを含まない場合の噛み合い伝達誤差ＴＥを示している。
【００４０】
図６は、モータ１２の運転条件による損失比ＷＲの違いを示すグラフである。ここで、損失比ＷＲは、トルクリップルが無い場合の噛み合い損失Ｗに対するトルクリップルがある場合の噛み合い損失Ｗの比率である。この損失比ＷＲが１より大きければ、トルクリップルを発生させることでトルクの伝達効率が低下しており、損失比ＷＲが１より小さければ、トルクリップルを発生させることでトルクの伝達効率が増加しているといえる。図６において曲線Ｌ１〜Ｌ６におけるモータ１２の運転条件は、図５の曲線Ｌ１〜Ｌ６と同じである。
【００４１】
この図５、図６に示す通り、噛み合い伝達誤差ＴＥおよび損失比ＷＲは、平均出力トルクＴａｖｅおよびトルクリップルの位相差φに応じて変化する。具体的には、噛み合い伝達誤差ＴＥは、Ｔａｖｅ＜Ｔ１では、位相差φ＝０°とすることで小さくなり、Ｔａｖｅ≧Ｔ１では、位相差φ＝１８０°とすることで小さくなる。換言すれば、図５の例では、Ｔ１を境として、伝達誤差を低減できる位相差φが１８０°ずれる。また、Ｔａｖｅ＜ＴａおよびＴａｖｅ≧Ｔｂでは、トルクリップルがある方（曲線Ｌ１，Ｌ４）が、トルクリップルがない場合（曲線Ｌ７）よりも、噛み合い伝達誤差ＴＥは小さくなっていることが分かる。換言すれば、少なくとも、Ｔａｖｅ＜ＴａおよびＴａｖｅ≧Ｔｂでは、所定の位相差φを持つトルクリップルを積極的に発生させることで、噛み合い伝達誤差ＴＥ、ひいては、歯車の噛み合いに起因する騒音を低減できる。
【００４２】
同様に、損失比ＷＲは、Ｔａｖｅ＜Ｔ２では、位相差φ＝０°とすることで小さくなり、Ｔａｖｅ≧Ｔ２では、位相差φ＝１８０°とすることで小さくなる。つまり、損失比ＷＲを小さくできる位相差φは、Ｔ２を境として１８０°ずれる。また、図６から明らかな通り、平均出力トルクＴａｖｅがどのような値であったとしても、損失比ＷＲが１未満となる位相差φが存在している。したがって、平均出力トルクＴａｖｅに応じた位相差φのトルクリップルを積極的に発生させることで、損失比ＷＲを低減、ひいては、トルクの伝達効率を向上できる。
【００４３】
ここで、図５、図６から明らかな通り、噛み合い伝達誤差ＴＥおよび損失比ＷＲを低減できる位相差φは、平均出力トルクＴａｖｅの大きさによって変化する。そこで、制御部２２は、噛み合い伝達誤差ＴＥおよび損失比ＷＲの少なくとも一方が、トルクリップルが無い場合に比べて低減できるように、噛み合い角度周期Ｃｇと同じ周期で変動するトルクリップルを積極的に生成するとともに、当該トルクリップルの位相差φをモータ１２の平均出力トルクＴａｖｅに応じて変化させている。
【００４４】
かかる制御を可能にするために、制御部２２には、予め、平均出力トルクＴａｖｅと、噛み合い伝達誤差ＴＥおよび損失比ＷＲの少なくとも一方が小さくなる位相差φである目標位相差φ＊と、の対応関係を示す位相差情報が記憶されている。制御部２２は、実際にモータ１２を駆動した際の平均出力トルクＴａｖｅを、この位相差情報に照らし合わせて、現在の平均出力トルクＴａｖｅに対応する目標位相差φ＊を取得する。そして、現在のモータ１２のトルクリップルの位相差φが、この目標位相差φ＊に一致するように、インバータ１８のスイッチングを制御する。
【００４５】
ここで、位相差情報は、図５、図６に示すようなグラフでもよいし、平均出力トルクＴａｖｅと目標位相差φ＊との対応関係を示すテーブルや関数でもよい。本例の制御部２２は、切替トルクＴｃと、当該切替トルクＴｃの前後での目標位相差φ＊と、を位相差情報として記憶している。切替トルクＴｃは、目標位相差φ＊の値が切り替わる際の平均出力トルクＴａｖｅである。例えば、図５の例では、平均出力トルクＴａｖｅ＝Ｔ１を境として、噛み合い伝達誤差ＴＥが最小となる位相差φが０°から１８０°に切り替わる。したがって、この場合、制御部２２は、切替トルクＴｃ＝Ｔ１、その前後の目標位相差φ＊＝（０°，１８０°）を、噛み合い伝達誤差ＴＥに関する位相差情報として記憶する。また、図６の例では、平均出力トルクＴａｖｅ＝Ｔ２を境として、損失比ＷＲが最小となる位相差φが０°から１８０°に切り替わる。したがって、この場合、制御部２２は、切替トルクＴｃ＝Ｔ２、その前後の目標位相差φ＊＝（０°，１８０°）を、損失比ＷＲに関する位相差情報として記憶する。
【００４６】
ここで、上述した通り、図５、図６の例では、Ｔ１＜Ｔａｖｅ≦Ｔ２の範囲においては、噛み合い伝達誤差ＴＥを最小にする位相差φ（１８０°）と、損失比ＷＲを最小にする位相差φ（０°）と、が異なっている。この場合において、実際のトルクリップルとしていずれの位相差φを採用するかは、騒音およびトルク伝達効率のうちいずれを優先するかで決定すればよい。例えば、車載オーディオから音楽が流れている場合などは、歯車の噛み合いノイズは、大きな問題にならない場合が多い。そのため、この場合は、トルク伝達効率を優先して、損失比ＷＲが最小になる位相差φを採用すればよい。すなわち、この場合は、位相差φを、Ｔ２を境として切り替え、Ｔ１において位相差φの切り替えは行わない。同様に、トルク伝達効率よりも騒音低減を優先したい場合には、位相差φを、Ｔ１を境として切り替え、Ｔ２において位相差φの切り替えは行わないようにすればよい。
【００４７】
また、上述した通り、Ｔａ＜Ｔａｖｅ≦Ｔｂの範囲においては、噛み合い伝達誤差ＴＥは、トルクリップルがある場合よりも、トルクリップルが無い場合の方が小さくなる。そこで、制御部２２は、トルクリップルが無い方が有利な範囲を予め記憶しておき、当該範囲においては、トルクリップルを発生させないようにしてもよい。図５、図６の例では、騒音低減を重視する場合において、Ｔａ＜Ｔａｖｅ≦Ｔｂの範囲では、トルクリップルを抑えるように、モータ１２の駆動を制御してもよい。
【００４８】
ところで、こうした目標位相差φ＊や切替トルクＴｃの値は、モータシステム１０の構成、例えば、歯車１４，１６の歯の形状等によって異なってくる。例えば、歯車１４，１６の歯の形状が異なれば、目標位相差φ＊や切替トルクＴｃの値も変わる。これについて、図７、図８を参照して説明する。図７、図８は、図５、図６と同様に、モータ１２の運転条件による噛み合い伝達誤差ＴＥまたは損失比ＷＲの違いを示すグラフである。ただし、図７、図８では、図５、図６の場合と比べて、歯車１４，１６のクラウニング量が小さくなっている。この場合、噛み合い伝達誤差ＴＥおよび損失比ＷＲの変動態様が、図５、図６と大きく異なっていることが分かる。例えば、噛み合い伝達誤差ＴＥは、クラウニング量が大きい図５、図６の例では、低トルク領域では位相差φ＝０°で最小となるのに対し、クラウニング量が小さい図７、図８の例では、低トルク領域では位相差φ＝１８０°で最少となっており、その特性が大きく違うことが分かる。
【００４９】
このように、モータシステム１０の構成によって、目標位相差φ＊および切替トルクＴｃが大きく異なるため、上述した位相差情報は、各モータシステム１０ごとに予め取得しておくことが望まれる。こうした位相差情報は、モータシステム１０を実際に駆動して行う実験で取得してもよいし、モータシステム１０を模したモデルを仮想的に動かすシミュレーションで取得してもよい。
【００５０】
なお、これまで説明した構成は一例であり、少なくとも、インバータ１８を制御して、モータ１２の１回転当たりの脈動数Ｎｔが入力歯車１４の歯数Ｎｇと同じになるトルクリップルを生じさせるとともに、トルクリップルの位相差φをモータ１２の平均出力トルクＴａｖｅに応じて変化させるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例のモータシステム１０は、電動車両に搭載されることを想定しているが、本明細書で開示したモータシステム１０は、他の電動機器に搭載されてもよい。また、本例では、制御部２２は、噛み合い伝達誤差ＴＥに関する位相差情報と、噛み合い損失Ｗに関する位相差情報の双方を記憶し、状況に応じて、一方の位相差情報を参照するようにしていたが、いずれか一方の位相差情報のみを記憶するのでもよい。例えば、モータシステム１０が、比較的騒音が多い環境下で用いられる産業機械に搭載される場合、歯車の噛み合いノイズは大きな問題とはならない。かかる場合には、噛み合い損失Ｗに関する位相差情報のみを記憶しておき、トルクリップルの位相差φを噛み合い損失Ｗが小さくなる値に設定してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０  モータシステム、１２  モータ、１４  入力歯車、１６  出力歯車、１８  インバータ、２０  電源、２２  制御部、２４  電流センサ、２６  位置センサ、２８  回転軸、Ｃｇ  噛み合い角度周期、Ｎｇ  歯数、Ｎｔ  脈動数、Ｐ  面圧、Ｔ  出力トルク、ＴＥ  噛み合い伝達誤差、Ｔａｖｅ  平均出力トルク、Ｔｃ  切替トルク、Ｗ  噛み合い損失、ＷＲ  損失比、ΔＶ  速度差、φ＊  目標位相差、φ  位相差。
【図１】
2020195256.tif 000003
【図２】
2020195256.tif 000004
【図３】
2020195256.tif 000005
【図４】
2020195256.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020195256.tif 000009
【図８】
2020195256.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月25日(2019.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
これについて、図５、図６を参照して説明する。図５は、モータ１２の運転条件による噛み合い伝達誤差ＴＥの違いを示すグラフである。より具体的には、図５において、横軸は、モータ１２の平均出力トルクＴａｖｅを、縦軸は、歯車１４，１６の噛み合い伝達誤差ＴＥを示している。また、図５における曲線Ｌ１〜Ｌ６は、出力トルクＴがトルクリップルを含む場合の噛み合い伝達誤差ＴＥをそれぞれ示している。曲線Ｌ１〜Ｌ６におけるトルクリップルは、いずれも、噛み合い角度周期Ｃｇと同じ角度周期で発生する正弦波状のトルク変動であり、その振幅は、平均出力トルクＴａｖｅのＭ％である。また、入力歯車１４の回転角度がθｂｎのときに出力トルクＴが最大となる状態（すなわち図４の一段目の状態）を位相差φ＝０°とした場合、曲線Ｌ１は、位相差φ＝０°である。同様に、曲線Ｌ２は、位相差φ＝６０°であり、曲線Ｌ３は、位相差φ＝１２０°であり、曲線Ｌ４は、位相差φ＝１８０°であり、曲線Ｌ５は、位相差φ＝−６０°であり、曲線Ｌ６は、位相差φ＝−１２０°である。また、図５における曲線Ｌ７は、出力トルクＴがトルクリップルを含まない場合の噛み合い伝達誤差ＴＥを示している。