(57)【要約】車両（１，１７）は、走行用の電動モータ（５，１９）と、電動モータ（５，１９）に駆動電流を供給するインバータ（４）と、インバータ（４）を制御するコントローラ（１３）を備える。コントローラ（１３）が電動モータ（５，１９）の回転速度に比例した作動音の発生次数、に近接する次数成分を持つ第２の作動音を、発生させることで、ビート音を生成するビート音生成機構として機能することで、車両加速時に加速状態に応じた好ましい走行音を創出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１，１７）の作動音制御装置において：
車両の加速時に動力源（５，１９）の回転速度に比例した作動音の発生次数、に近接する次数成分を持つ第２の作動音を発生させることで、ビート音を生成するビート音生成機構を備える作動音制御装置。
【請求項２】
請求項１の作動音制御装置において、動力源は電動モータ（５，１９）である作動音制御装置。
【請求項３】
請求項２の作動音制御装置において、ビート音生成機構が車両（１，１７）の加速時に限って第２の作動音を発生させるように構成された作動音制御装置。
【請求項４】
請求項２または３の作動音制御装置においてビート音生成機構は電動モータ（５，１９）の回転速度が第１の所定速度以上となった場合に、第２の作動音の発生を停止するように構成された作動音制御装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は電動モータ（５，１９）の回転速度がゼロから、第１の所定速度より低い第２の所定速度に至る間に、第２の作動音の振幅を増大させるように構成された作動音制御装置。
【請求項６】
請求項５の作動音制御装置において、第２の所定速度は車体の前後振動の共振周波数に対応する作動音制御装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は同期式の交流電動モータ（５）と、交流電動モータ（５）に駆動電流を供給するインバータ（４）と、駆動電流を制御するコントローラ（３）とを備えた作動音制御装置。
【請求項８】
請求項７の作動音制御装置において、コントローラ（３）は電動モータ（５）の作動音の周波数の駆動電流周波数に対する次数に対して、１より小さな絶対値を持つ値を加えた次数に対して、１を加えた次数と１を差し引いた次数のいずれかに相当する高次成分電流を駆動電流に付加した電流指示値を計算し、電流指示値に基づく電流をインバータ（４）から出力することで、第２の作動音を発生させるようにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項９】
請求項７の作動音制御装置において、コントローラ（３）は電動モータ（５）の作動音の周波数の駆動電流周波数に対する次数に対して、１より小さな絶対値を持つ値を加えた次数を有するとともに、時間平均が１となる補正係数を計算し、基本電流に補正係数を乗じることで、電流指示値を計算し、電流指示値に基づく電流をインバータ（４）から出力することで、第２の作動音を発生させるようにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１０】
請求項９の作動音制御装置において、ビート音生成機構は、車両（１）のドライバが第２の作動音の発生と停止とを指示する外部操作パネル（１３）をさらに備え、コントローラ（３）は外部操作パネル（１３）を介した指示に応じて第２の作動音の発生と停止とを行なうように、さらにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１１】
請求項９または１０の作動音制御装置において、ビート音生成機構は、第２の作動音を発生させることで生成されるビート音の周波数と強さとを、車両（１）のドライバが設定する外部操作パネル（１３）をさらに備え、コントローラ（３）は外部操作パネル（１３）を通じて設定されたビート音の周波数と強さに基づき補正係数を設定するように、さらにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１２】
請求項２から６のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は同期式の交流電動モータの回転を複数の歯車（２５，２７，３２，３３，５２，５３）の噛み合いにより減速して車両の車輪に伝達する減速機（２４）を備え、減速機（２４）は、電動モータの回転速度に比例した作動音の発生次数に近接する次数成分を持つ第２の作動音を発生させるように、複数の歯車（２５，２７，３２，３３，５２，５３）の噛み合いの位相を変化させる作動音制御装置。
【請求項１３】
請求項１２の作動音制御装置において、減速機（２４）は、サンギア（２７）と、リングギア（２５）と、サンギア（２７）とリングギア（２５）の双方とそれぞれ噛み合う複数のプラネットギア（２９，４７）と、プラネットギア（２９，４７）を円周方向に間隔をあけて、それぞれ回転自由に支持するプラネットキャリア（３０，４８，６２）とを備えた遊星歯車機構で構成され、噛み合い位相可変機構は複数のプラネットギア（２９，４７）の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア（２９，４７）の伝達トルクに応じて変化させる作動音制御装置。
【請求項１４】
請求項１３の作動音制御装置において、噛み合い位相可変機構による複数のプラネットギア（２９，４７）の円周方向の相対位置の変化は、プラネットギア（２９，４７）と、サンギア（２７）とリングギア（２５）のいずれかとの噛み合い位相に関して、複数のプラネットギア（２９，４７）の間に噛み合い位相差を創出する作動音制御装置。
【請求項１５】
請求項１４の作動音制御装置において、プラネットギア（２９，４７）は同軸上に構成されたふたつのピニオン（３２，３３，５２，５３）と、ふたつのピニオン（３２，３３，５２，５３）の相対回転をピニオン（３２，３３，５２，５３）間の伝達トルクに応じて変化させるピニオン間ばね（４６）とを備え、噛み合い位相可変機構は複数のプラネットギア（２９，４７）の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア（２９，４７）の伝達トルクに応じて変化させるプラネットギア間ばね（４２）を備えた作動音制御装置。
【請求項１６】
請求項１５の作動音制御装置において、プラネットギア間ばね（４２）は複数のプラネットギア（２９，４７）の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア（２９，４７）の伝達トルクが第１の所定トルクを上回るまで、変化させないように、予め予圧される作動音制御装置。
【請求項１７】
請求項１６の作動音制御装置において、複数のプラネットギア（２９，４７）の伝達トルクが第１のトルクより大きい第２の所定トルクに達した時に複数のプラネットギア（２９，４７）の間に創出される噛み合い位相差の総和が所定角度に等しくなるように、プラネットギア間ばね（４２）の特性が設定される作動音制御装置。
【請求項１８】
請求項１７の作動音制御装置において、プラネットギア（２９，４７）の数は奇数であり、所定角度は３６０度の整数倍であり、かつ隣接するプラネットギア（２９，４７）間に創出される噛み合い位相差は、３６０度をプラネットギア（２９，４７）の数で除した値の整数倍である作動音制御装置。
【請求項１９】
請求項１７の作動音制御装置において、プラネットギア（２９，４７）の数は偶数であり、所定角度は１８０度の奇数倍であり、かつ隣接するプラネットギア（２９，４７）間に創出される噛み合い位相差は、３６０度をプラネットギア（２９，４７）の数で除した値の整数倍である作動音制御装置。
【請求項２０】
請求項１６の作動音制御装置において、プラネットギア（２９，４７）の数は偶数であり、複数のプラネットギア（２９，４７）の伝達トルクが第１のトルクより大きい第２の所定トルクに達した時に対向するプラネットギア（２９，４７）に創出される噛み合い位相差が１８０度に等しくなる作動音制御装置。
【請求項２１】
請求項１５から２０のいずれかの作動音制御装置において、プラネットキャリア（３０，４８，６２）は複数のプラネットギア（２９，４７）を個別に支持する、円周方向に相対変位可能な状態で軸方向に積層された複数のプラネットギア軸保持面（４１Ａ−４１Ｃ，４９Ａ，４９Ｂ，６２Ａ−６２Ｄ）を備え、プラネットギア間ばね（４２）は特定のプラネットギア軸保持面（４１Ａ，４９Ａ，６２Ａ）と他のプラネットギア軸保持面（４１Ｂ，４９Ｂ，６２Ｂ）との間に介装される作動音制御装置。
【請求項２２】
請求項１３から１６のいずれかの作動音制御装置において、複数のプラネットギア（２９，４７）は偶数のプラネットギア（２９，４７）であり、噛み合い位相可変機構は対向するプラネットギア（２９，４７）の間に、他のギア（２５，２７）との噛み合い位相差が存在する状態と存在しない状態とを、複数のプラネットギア（２９，４７）の円周方向の相対位置の変化により実現するように、構成される作動音制御装置。
【請求項２３】
電動モータ（５，１９）を動力源とする車両（１，１７）の作動音制御方法において：
電動モータ（５，１９）の回転速度に比例した作動音の発生次数、に近接する次数成分を持つ第２の作動音を発生させることで、ビート音を生成する作動音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両の動力音の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本国特許庁が２００８年に発行したＪＰ２００８−３７１３３Ａは、電動モータと減速機を備えるインホイールモータで個々の駆動輪を駆動する電動車両のビート音防止装置を提案している。
ビート音は複数のインホイールモータの作動音の重なりにより生じる。従来技術は各インホイールモータの電動モータや減速機の作動音の周波数を車輪ごとに変化させることでビート音の発生を抑制する。
【発明の開示】
【０００３】
電動モータを動力源とする車両においては、一般に静粛性が重視されてきた。しかしながら、ドライバは必ずしもすべての走行条件において静粛性を好むとは限らない．
内燃エンジンを駆動源とする車両においては、加速のためにドライバがアクセルペダルを踏み込むと、内燃エンジンの作動音が変化するので、ドライバはエンジン音から車両の加速を体感することができる。
電動モータを駆動源とする車両においては、しかしながら、加速時に内燃エンジンを駆動源とする車両のような作動音の変化を電動モータから得ることはできない。
この発明の目的は、したがって、電動モータを駆動源とする車両の加速時の作動音を改善することである。
以上の目的を達成するために、この発明は電動モータを動力源とする車両の作動音制御装置において、車両の加速時に電動モータの回転速度に比例した作動音発生次数、に近接する次数成分を持つ作動音を発生させることで、ビート音を生成するビート音生成機構を備えている。
この発明は、また電動モータを動力源とする車両の作動音制御方法において、車両の加速時に電動モータの回転速度に比例した作動音発生次数、に近接する次数成分を持つ作動音を発生させることで、ビート音を生成している。
車両の加速時にこのようなビート音を生成することにより、定常走行時の静粛性を確保しつつ、ドライバは作動音から車両の加速を体感することができる。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１はこの発明の第１の実施形態による作動音制御装置を適用する電動車両の概略構成図である。
図２は発明者らが実施した、車両の定常走行と加速走行におけるビート音の音質の意味尺度法（ＳＤ法）による評価結果を示すダイアグラムである。
図３Ａと３Ｂはビート音の発生原理を説明するダイアグラムである。
図４Ａ−４Ｃは作動音制御装置が実行する高次電流重畳により発生するビート音の特性を説明するダイアグラムである。
図５はこの発明を適用する電動モータの横断面図である。
図６Ａと６Ｂは電動モータの基本駆動電流と作動音制御装置が付加する高次電流の波形を示すダイアグラムである。
図７Ａと７Ｂは作動音制御装置が基本駆動電流に付加する高次電流の電気角次数と、その結果生じる加振力の特性を説明するダイアグラムである。
図８Ａと８Ｂは作動音制御装置による高次電流の付加により発生するビート音の特性を説明するダイアグラムである。
図９は発明者らが実施した、周波数の異なるビート音の音質に関してＳＤ法による評価結果を示すダイアグラムである。
図１０Ａ−１０Ｃはこの発明の第２の実施形態による作動音制御装置が生成する駆動電流を説明するダイアグラムである。
図１１Ａと１１Ｂはこの発明の第２の実施形態による作動音制御装置が基本駆動電流に付加する高次電流の電気角次数と、その結果生じる加振力の特性を説明するダイアグラムである。
図１２Ａ−１２Ｃは係数ｐの違いによるビート音特性の変化を説明するダイアグラムである。
図１３Ａ−１３Ｃは係数ｑの違いによるビート音特性の変化を説明するダイアグラムである。
図１４Ａと１４Ｂはこの発明の第２の実施形態による作動音制御装置が電動モータの高回転時に実行する高次電流の処理を説明するダイアグラムである。
図１５Ａと１５Ｂはこの発明の第２の実施形態による作動音制御装置が電動モータの低回転時に実行する高次電流の処理を説明するダイアグラムである。
図１６はこの発明の第３の実施形態による作動音制御装置が備える外部操作パネルの正面図である。
図１７はこの発明の第４の実施形態による作動音制御装置を適用する電動車両の概略構成図である。
図１８はこの発明の第４の実施形態による電動モータユニットの概略構成図である。
図１９Ａと１９Ｂは電動モータユニットが備える遊星歯車機構のプラネットギアの噛み合い位相と加振力との関係を説明するダイアグラムである。
図２０Ａと２０Ｂはこの発明の第４の実施形態による作動音制御装置が備える噛み合い位相可変機構を示す、遊星歯車機構の概略横断面図と概略縦断面図である。
図２１はこの発明の第４の実施形態による作動音制御装置がもたらすプラネットギアの噛み合い位相差を示すダイアグラムである。
図２２Ａと２２Ｂはこの発明の第４の実施形態による噛み合い位相可変機構がもたらす減速機の回転次数と加振力との関係を示すダイアグラムである。
図２３Ａと２３Ｂはこの発明の第４の実施形態による噛み合い位相可変機構がもたらすビート音特性を示すダイアグラムである。
図２４Ａ−２４Ｃはこの発明の第５の実施形態による作動音制御装置が備える噛み合い位相可変機構を示す、遊星歯車機構の概略横断面図と概略縦断面図である。
図２５Ａと２５Ｂはこの発明の第５の実施形態による噛み合い位相可変機構がもたらす減速機の回転次数と加振力と位相差との関係を示すダイアグラムである。
図２６Ａと２６Ｂはこの発明の第６の実施形態による作動音制御装置が備える噛み合い位相可変機構を示す、遊星歯車機構の概略横断面図と概略縦断面図である。
図２７はこの発明の第６の実施形態による噛み合い位相可変機構がもたらすプラネットギアの噛み合い位相差を示すダイアグラムである。
図２８Ａと２８Ｂはこの発明の第６の実施形態による噛み合い位相可変機構がもたらす減速機の回転次数と加振力と位相差との関係を示すダイアグラムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図面の図１と２、図３Ａと３Ｂ、図４Ａ−４Ｃ、図５、図６Ａと６Ｂ、図７Ａと７Ｂ、図８Ａと８Ｂ、及び図９を参照して、この発明の第１の実施形態を説明する。
図１を参照すると、この発明による作動音制御装置を適用する車両１はバッテリ２に蓄電された電力を用いて、電動モータ５が駆動輪を回転駆動することで走行する。バッテリ２への蓄電はあらかじめ外部からの電力供給により行なわれる。
バッテリ２から供給される直流電流はインバータ４において３相交流に変換された後に、電動モータ５に入力される。電動モータ５は同期交流モータで構成される。電動モータ５の回転は、減速機６とデファレンシャル７を介して駆動輪８に伝達される。インバータ４はコントローラ３からの指令信号に基づき電流の変換を行う。
コントローラ３は、車両の運転状態に応じて駆動電流指示値を演算し、駆動電流指示値と各相に流れている実際の電流値を検出する電流センサ９が検出した実際の電流値との比較に基づき、所定の３層交流がインバータ４から出力されるように電流のフィードバック制御を行う。
コントローラ３は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
車両の加速は、一般にドライバが積極的な加速意思を持つことを意味する。そこで車両の加速時には、駆動源である電動モータ５の作動音を加速を実感させる音質へと変化させ、ドライバに積極的に聞かせることにより、車両の運転フィーリングを改善することができる。
電動モータ５の作動音をこのようにして積極的に発生させることで、電動モータ５がもともと発していた作動音が目立たなくなる。その結果、例えば遮音カバーのような作動音低減部材を不要にする効果も期待できる。
図２は、電動車両の定常走行音と加速走行音にビート音を加えた場合の音質を、発明者らがドライバを被験者として意味尺度法（ＳＤ法）により評価した結果を示す。音質評価へのＳＤ法の適用は、「音の評価のための心理学的測定方法」（難波精一郎、桑野園子著  コロナ社，ＩＳＢＮ：９７８−４−３３９−０１１０４−３）１０７−１３３ページにより公知である。
図において、ＳＤ法評点は基準となるビート音無しと同等な場合を４点とし、値が小さいほど肯定的回答を示す。定常走行音に関しては一定周波数の電動モータ音に一定のビート周波数でビート音を発生させた。加速走行音に関しては加速に伴う電動モータの回転上昇とともにビート周波数が高くなるようなビート音を発生させた。図に示される結果は様々な条件でビート音を発生させた場合の評価の平均をとったものである。
定常走行音と加速走行音を比較すると、全体的に加速走行音の方がビート音を加えることで評点が良くなっている。被験者は特に「楽しい」「面白い」「わくわくする」「独創的な」「斬新な」等の感覚を強く感じていることが分かる。また定常走行音で感じる「不快な」感じを、加速走行音では感じない。このように電動車両の加速時にビート音を発生させることは、今までに無い斬新で楽しい加速感覚をもたらす。
一方、ドライバが積極的な操作意思をあまり持たない定常走行時においては、一定周波数の電動モータ音にビート音を加えてより積極的に作動音をドライバに聞かせることは、ドライバに不快感を与える恐れがある。
作動音制御装置は、電動モータ５が車両の加速走行時にはビート音を発生させ、定常走行時にはビート音を発生させないようにするビート音生成機構を備える。ビート音生成機構は電動モータ５と、電動モータ５に交流電流を供給するインバータ４と、交流電流の電圧、周波数、及び波形を制御するコントローラ３とで構成される。
図３Ａと３Ｂを参照すると、ビート音は近接した周波数の２つの音が重なり合う結果として、図４Ｃに示すように２つの音の周波数差の周波数で音圧が強弱を繰り返すことにより生じる。電動モータの作動音にビート音を付加するためには、電動モータの作動音の周波数と近接し、かつ一致しない周波数の音を加える必要がある。
そのために、コントローラ３は、電動モータ５の駆動電流の基本電流に基本電流の高次成分を付加して、電流指示値を計算する。コントローラ３は、電流指示値をインバータ４に出力することで、主要な作動音周波数に近接した周波数の音を電動モータ５に発生させ、それによりビート音を生成する。
図５を参照すると、電動モータ５はステータ１０とロータ１２を備える。ステータ１０はＵ，Ｖ，Ｗの３相を交互にティース８に巻いた、１２個のコイル９を備える。コイル９は集中巻きとする。ロータ１２は外周に沿って等しい角度間隔で配置された８個の永久磁石１１を備える。外周側をＮ極と着磁した永久磁石と外周側をＳ極に着磁した永久磁石とを交互に配置することで、永久磁石１１は４極対の永久磁石を構成する。
以上の構成により、４極対１２スロットの集中巻き電動モータ５が構成される。４極対電動モータの場合、機械角９０度においてステータ１０の３個のスロットにロータ１２の１極対の永久磁石１１が対応する。
図６Ａを参照すると、電動モータ５は機械角９０度を１周期とする正弦波の基本電流をコイル９に印加することで駆動される。つまり、電動モータ５の機械角９０度が電気角３６０度に相当する。
このときロータ１２の極数２とステータ１０のスロット数３の最小公倍数である電気角６次、機械角２４次の周波数ではロータ１２とステータ１０間に作用する電磁力の半径方向成分が、全てのティースに同位相で作用する、いわゆる円環０次モードとなる。円環０次モードにおいては、ステータ１０がラジアル方向に一様に伸縮する、最も音になりやすい呼吸球状の振動をするため最も作動音が大きくなる。
図６Ｂを参照すると、電動モータ５の駆動電流に高次成分を付加すると、電流が電磁気的に変換される結果、発生する電磁加振力の次数は、駆動電流に含まれる高次成分の次数に対して、±１次の次数となる。この作動音制御装置は、電動モータ作動音の主要次数である電気角６次の電磁加振力に対して、６．０５次の電磁加振力を発生させる。
図７Ａを参照すると、コントローラ３はそのために電動モータ５の駆動電流に７．０５次成分を付加する。この処理の結果、図７Ｂに示す様に、６．０５次の加振力が発生する。
具体的には、運転条件より定まる振幅Ｉ０、位相θ０の基本電流に対して、次式（１）による７．０５次成分を付加することで、コントローラ３はインバータ４への電流指示値Ｉｕ，Ｉｖ，ＩＷを計算する。
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θｎは電気角θが次のサイクルに移り、値が２πから０になったときに高次成分電流が不連続とならないようにするための補正値であり、電気角で１サイクル前の補正値θｎ−１より、次式（２）で与えられる。
θ０＝７．０５・２π＋θｎ−１                                        （２）
で与えられる。
この作動音制御装置では、高次成分電流の振幅Ｉ１を次式（３）で与える。
Ｉ１＝０．２・Ｉ０                                                    （３）
インバータ４がこの電流を電動モータ５に供給すると、電動モータ５には元々持っている電気角６次の加振力に加えて、電気角６．０５次の加振力が発生する。
図８Ａと８Ｂを参照すると、これらの２つの加振力により、電気角０．０５次、機械角０．２次の周波数のビート音が発生する。
ビート音のビート周波数は電動モータ５の回転速度に比例するため、回転速度の上昇とともにビート周波数も上昇する。しかし、２つの音の周波数差が大きくなると、ビートとしては聞こえなくなり、２音の和音として聞こえるようになる。この直前の、ビート音から和音に遷移する領域では、不快感を与える音となってしまう。
図９を参照すると、発明者らはビート音に関するＳＤ法の音質評価結果の中で、ビート周波数が２０ヘルツ（Ｈｚ）になるまでの音と、その後の回転速度の上昇によりビート周波数が４０Ｈｚになるまでの音の評価結果を比較した。「快適な／不快な」という形容詞対の評価結果に関しては、２０Ｈｚまでの音ではビートを加えない場合とほぼ同等である。一方、４０Ｈｚまでの音では評価結果は「不快な」の側に振れている。この事実から、ビート周波数が２０Ｈｚから４０Ｈｚに至る間に被験者が不快と感じる境界があることが分かる。
ここで、ビート周波数は電気角６．０５次の電磁加振力と電気角６次の電磁加振力との周波数差に相当する。この周波数差は電動モータ５の回転速度６０００回転／分（ｒｐｍ）において、２４２０Ｈｚ‐２４００Ｈｚ＝２０Ｈｚとなる。以上の結果を踏まえて、コントローラ３は、ビート周波数が２０Ｈｚ以上となる電動モータ５の回転速度６０００ｒｐｍ以上においては、式（１）の高次成分電流の振幅Ｉ１をゼロに向けて減少させ、最終的に高次成分電流の付加を停止する。
その結果、図８Ａと８Ｂに示すように電動モータ５の回転速度が６０００ｒｐｍ以上の高速回転領域ではビート音が急減する。
一方，極低周波数では、共振周波数が低く振幅の大きな車体の振動モードをビート音が励起し、ビートによる加振力の振幅増加が車体の振動を活発化する可能性がある。この作動音制御装置においては、車体振動が問題となる電気角６次、機械角２４次の加振力周波数が５０Ｈｚまでの極低振動周波数では、加振力の振幅増加を抑制する。すなわち、電気角６次、機械角２４次の加振力周波数５０Ｈｚに対応する電動モータ５の回転速度１２５ｒｐｍで高次成分電流の振幅Ｉ１が式（３）で得られる振幅となるように、電動モータ５の回転速度０ｒｐｍで振幅０から電動モータ５の回転速度１２５ｒｐｍでの振幅Ｉ１まで、電動モータ５回転速度に対してリニアに振幅Ｉ１の値を増大させる。
車両の加速時以外の運転条件では、前述のようにビート音が不快感を与えてしまう場合があるため、作動音制御装置は高次成分電流の付加を行わず、ビート音を発生させない。
以上により、作動音制御装置は電動モータ５の所定の加速領域でのみビート音を発生させることにより、不快感をもたらす音質悪化や振動悪化を防止しつつ、斬新で楽しい電動車両の加速音を創出する。
図１０Ａ−１０Ｃ、図１１Ａと１１Ｂ、図１２Ａ−１２Ｃ、図１３Ａ−１３Ｃ、図１４Ａと１４Ｂ、及び図１５Ａと１５Ｂを参照してこの発明の第２の実施形態を説明する。
この実施形態は第１の実施形態とハードウェアの構成は同一であり、高次成分電流の付加方法のみが異なる。
図１０Ａ−１０Ｃを参照すると、この実施形態では、コントローラ３は電動モータ５の駆動電流に関して、図１０Ａに示す基本電流に対して、図１０Ｂ及び次式（４）で表される補正係数Ｋｎを乗算することで、図１０Ｃに示す電流指示値を計算する。電流指示値に対応する駆動電流を電動モータ４のコイルに印加する。
Ｋｎ＝１＋ｑ・ｓｉｎ｛（６＋ｐ）・θ＋θｎ｝                          （４）
ただし、θｎ＝２π・（６＋ｐ）＋θｎ−１
θ＝電気角、
ｐ，ｑ＝車両運転条件に応じて定める係数。
補正係数Ｋｎは、式（４）から分かるように、１とｓｉｎ関数との和であり、時間平均が１となる性質をもつ。
このように基本電流に６＋ｐ次の高次成分を乗算補正することにより、駆動電流に図１１Ａに示す６＋ｐ±１次の高次成分電流が付加される。その結果、電動モータ５に発生する加振力には図１１Ｂに示すように電気角６＋ｐ次の成分が新たに現れる。このようにして、作動音制御装置は電動モータ５の所定の加速領域で、第１の実施形態と同様にビート音を発生させ、不快感をもたらす音質悪化や振動悪化を防止しつつ、斬新で楽しい電動車両の加速音を創出する。
図１２Ａと１２Ｂを参照すると係数ｐが大きいほどビート周波数が大きくなる。つまり、係数ｐの値の設定によりビート周波数を任意に設定可能である。
図１３Ａと１３Ｂを参照すると、係数ｑが大きいほどビートの変動振幅、つまりビートの強さが大きくなる。つまり、係数ｑの値の設定によりビートの強さを任意に設定可能である。このように、係数ｐと係数ｑの組み合わせにより任意のビート音を創り出すことができる。
この実施形態では、車両のアクセル開度に応じて係数ｐと係数ｑを設定する。すなわち、アクセル開度が大きいほど係数ｐを大きく設定して電動モータ５の回転速度の上昇に対して、ビート周波数の上昇を速くし、加速感を向上させる。また、アクセル開度が大きいほど、係数ｑを大きく設定してビート感をより強調する。
この実施形態でもビート周波数が２０Ｈｚ以上になった場合に不快感を与えるのを防止するため、電動モータ５の高速回転領域では高次成分電流の付加を停止する。電動モータ５の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）におけるビート周波数は、４極対の電動モータ５では、Ｎｍ×ｐ／６０×４となる。
そこで、図１４Ａと１４Ｂに示すように、コントローラ３は電動モータ５の回転速度の上昇によりＮｍ×ｐが３００を超えると係数ｑをゼロに向けて減少させることで、高次成分電流の付加を停止し、ビート音が発生しないようにする。
また電磁加振力のラジアル方向成分と同様に、電磁加振力の円周方向成分に関して電気角６次の加振力が加わることでトルクリップルが発生する。高次成分電流の付加により発生するトルクリップルも同様にビート音を発生させる。具体的にはトルクリップルによって車体が加振され、車体の振動に伴って発生する振動音が車室内に響くビート音に寄与する。しかし、極低周波数のビート音は、共振周波数が低く振幅の大きな車両の振動を励起するので、ビート音による加振力の振幅増加が車両の振動を悪化させてしまう。このような振動モードのうち特に問題となるのは、駆動軸のねじり共振モードである。トルクリップルは駆動軸のねじり共振を励起する。ねじり共振が車輪で前後振動に変換されると、車体の前後振動が激しくなる。駆動軸のねじり共振モードは１０Ｈｚに存在する。
この共振周波数付近での振動悪化を防止するため、コントローラ３は図１５Ａと１５Ｂに示すように、電気角６次、機械角２４次の周波数が１６Ｈｚとなる電動モータ５の回転速度４０ｒｐｍまでは高次電流成分の付加を行わず、その後係数ｑの値を０から本来の設定値まで増加させる。
また車両の加速時以外の運転条件では、前述のようにビート音が不快感を与えてしまう場合があるため、この実施形態においても、第１の実施形態と同様にコントローラ３は高次成分電流の付加を行わず、ビート音を発生させない。
以上により、この実施形態による作動音制御装置はアクセル開度に応じたビート音の制御により、不快感をもたらすような音質の悪化や振動悪化を防止しつつ、ビート音を発生させることで斬新で楽しい電動車両の加速音を創り出す。
図１６を参照してこの発明の第３の実施形態を説明する。
この実施形態は、第２の実施形態によるヒート音生成機構に、ビート音の設定を運転者が任意に設定可能な、外部操作パネル１３をさらに備えたものに相当する。
外部操作パネル１３は車両１の運転席近くに設けられる。外部操作パネル１３は、ビート音のＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４と、ビート周波数変更つまみ１５と、ビート強さ変更つまみ１６とを備える。
ビートＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４は、ＯＦＦ／ＡＵＴＯ／ＭＡＮＵＡＬの３つのポジションを選択可能に構成される。ビート周波数変更つまみ１５は、式（４）の係数ｐを設定するつみまである。ビート強さ変更つまみ１６は式（４）の係数ｑを設定するつみまである。
ビートＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４に関して、ドライバがＯＦＦポジジョンを選択すると、コントローラ３は駆動電流への高次線分電流の付加を行わず、ビート音は発生しない。
ドライバがＡＵＴＯポジジョンを選択すると、コントローラ３は、第２の実施形態と同様の駆動電流制御を行なう。その結果、電動モータ５はビート音を発生させる。
ドライバがＭＡＮＵＡＬポジジョンを選択すると、コントローラ３はビート周波数変更つまみ１５によって設定された係数ｐと、ビート強さ変更つまみ１６によって制定された係数ｑに基づきビート音を発生させる。ビート周波数変更つまみ１５は時計回りに回すほど係数ｐが大きくなり、ビート周波数が大きくなるように設定される。ビート強さ変更つまみ１６はを右に回すほど係数ｑが大きくなり、ビート強さが大きくなるように設定される。
以上のようにビート音のマニュアル設定を可能とすることにより、ドライバが好みのビート音を創り出すことが可能となる。これにより、好みの作動音のもとで車両を運転することが可能となる。
図１７と１８、図１９Ａと１９Ｂ、図２０Ａと２０Ｂ、図２１、図２２Ａと２２Ｂ、及び図２３Ａと２３Ｂを参照して、この発明の第４の実施形態を説明する。
図１７を参照すると，車両１７は２つの後輪１８のそれぞれに電動モータユニット１９を備えたインホイールモータ車両である。車両１７は外部電源から供給される電力を蓄電する１個のバッテリ２０と、バッテリ２０の直流電流をコントローラ２１の指令に基づき３相交流電流に変換する２個のインバータ２２と、インバータ２２から供給される３相交流電流によりそれぞれ回転駆動される２個の電動モータユニット１９とを備える。
図１８を参照すると、各電動モータユニット１９は電動モータと減速機２４で構成される。減速機２４は遊星歯車機構で構成される。遊星歯車機構は、減速機ケース２６に固定されたリングギア２５と、電動モータのロータ軸２８に固定されたサンギア２７と、リングギア２５とサンギア２７の間に介在する３個のプラネットギア２９を支持するプラネットキャリア３０とを備える。プラネットキャリア３０の回転が出力軸３１を介して後輪１８へ伝達される。
プラネットギア２９は同一のプラネットギア軸３４上に構成された小径ピニオン３２と大径ピニオン３３とからなる。小径ピニオン３２はリングギア２５と噛み合い、大径ピニオン３３がサンギア２７と噛み合うことにより、減速機２４は大きな減速比を実現する。プラネットキャリア３０は、３個のプラネットギア２９をそれぞれ回転自由に等しい角度間隔で保持する。
この実施形態では、電動モータユニット１９に組み込まれる減速機２４の作動音の周波数を、電動モータが発する作動音と近接させることにより、ビート音を発生させる。
この実施形態では、リングギア２５の歯数を６３、サンギア２７の歯数を２１に設定し、プラネットギア２９の小径ピニオン３２の歯数を１８、大径ピニオン３３の歯数を３６に設定する。この設定により減数機２４の減速比は７、出力軸３１の回転に対するリングギア２５の噛み合い次数は６３次、サンギア２７の噛み合い次数は１２６次となる。電動モータはロータ１８極、ステータ５７スロットで構成され、電動モータが発生する作動音は電動モータ回転１８次とその高調波に対応する。
第１の実施形態では機械角９０度におけるロータ１２の極数２とステータ１０のスロット数３の最小公倍数に相当する電気角６次、機械角２４次の周波数で円環０次モードとなり、この次数に対応する電磁加振力が最大の作動音を発生させるようになっていた。一方，この実施形態では円環０次モードとなる最小公倍数が３４２次とかなり高次のため、円環０次モードでの電磁加振力は小さく、作動音はあまり問題とならない。代わりに、ロータ極数で決まるより低次の加振力が問題となり、最も低次の電動モータ回転１８次の加振力が最も大きくなる。電動モータ回転１８次の加振力は減速機２４による減速後の出力軸３１の回転においては１２６次となる。この値は、前記のサンギア２７の噛み合い次数１２６と一致する。
ギアは歯の噛み合いによりトルクを伝達するが、噛み合い部にはトルクとなる回転方向の力だけでなく、ラジアル方向の力も作用する。この力はギアの噛み合いのたびに発生するため噛み合う周期で変動する。
図１９Ａを参照すると、３個のプラネットギア２９が１２０度で等間隔に配置されていて、同時にリングギア２５及びサンギア２７と噛み合う場合、同位相で回転方向力３５とラジアル方向力３６がプラネットギア２９に作用する。ここで、３個のプラネットギア２９の各々に回転方向力３５がもたらすトルクは同位相の力の足し算となり、噛み合いの周波数成分を持つ。一方、ラジアル方向力３６については、３個のプラネットギア２９が同位相の噛み合いのもとで発生する力のベクトル和となり、お互いに打ち消しあうため、ラジアル方向力３６の合力は０になる。
図１９Ｂを参照すると、３個のプラネットギア２９の噛み合いが同位相ではなく、３個が噛み合い位相で１２０度づつ、つまり歯幅で１／３ピッチづつずれていると、回転方向力３７によるトルクについては噛み合い周波数成分は３つが互いに打ち消しあい０となる一方、ラジアル方向力３８は位相のずれのためベクトル和は０とならず、変動成分が発生する。この変動成分の周波数は、回転しているプラネットキャリア３０上の回転座標では噛み合い周波数となるが、静止しているリングギア２５、あるいはサンギア２７の軸受、を基準とする静止座標で見ると、プラネットキャリア３０の回転周波数で変調されるため、噛み合い周波数±プラネットキャリア３０の回転周波数、つまり噛み合い次数±１次のいずれかになる。
このように、噛み合い位相の違いにより、ギア噛み合いによる加振力は回転方向力についてのみ発生する場合と、ラジアル方向力についてのみ発生する場合とを生じさせることができる。それぞれの加振力の周波数にはプラネットキャリア３０の回転１次の周波数相当の相違がある。また回転方向力とラジアル方向力を比較すると、ラジアル方向力の方が構造的に振動を励起しやすく、発生する作動音も大きくなる。
この実施形態では、加速走行時にのみビート音を発生させるために、電動モータの主たる作動音の次数と減速機２４の噛み合い次数とを一致させておく。これにより、一定速走行等の電動モータ負荷の小さい運転においては、プラネットギア２９の間で噛み合い位相が一致し、電動モータの作動音と減速機２４の作動音の周波数を一致させ、ビート音が発生しないようにする。
一方、電動モータの負荷が大きくなると、プラネットギア２９の間の噛み合い位相をずらすことで、減速機音の周波数を電動モータ音の周波数からずらしてビート音を発生させる。減速機２４はこの処理のための噛み合い位相可変機構を備える。
図２０Ａと２０Ｂを参照すると、プラネットキャリア３０は３層構造のプラネットギア軸保持面４１Ａ−４１Ｃを備える。各プラネットギア軸保持面４１Ａ−４１Ｃは１個のプラネットギア２９のプラネットギア軸３４を支持する。プラネットギア軸保持面４１Ａ−４１Ｃは互いに相対回転可能に構成される。出力軸３１に結合する第１のプラネットギア軸保持面４１Ａと、これに隣接する第２のプラネットギア軸保持面４１Ｂとの間、及び第２のプラネットギア軸保持面４１Ｂと、これに隣接する第３のプラネットギア軸保持面４１Ｃとの間には、あらかじめ圧縮して予圧を与えたプラネットギア間ばね４２がそれぞれ介装される。第１のプラネットギア軸保持面４１Ａと第３のプラネットギア軸保持面４１Ｃとの間にはプラネットギア間ばね４２は介装されない。したがって、プラネットギア間ばね４２の総数は２個である。プラネットギア２９とプラネットキャリア３０とプラネットギア間ばね４２とが噛み合い位相可変機構を構成する。第１のプラネットギア軸保持面４１Ａは３層のプラネットギア軸保持面４１Ａ−４１Ｃのうち最も内側に配置される。
各プラネットギア２９の大径ピニオン３３と小径ピニオン３２は相対回転可能に支持され、大径ピニオン３３と小径ピニオン３２の間に、あらかじめ圧縮して予圧を与えたピニオン間ばね４６が介装される。
電動モータから回転トルクが減速機２４に入力すると、２個のプラネットギア間ばね４２にトルク伝達のための力が加わる。この力が予圧を超えない限り、プラネットギア間ばね４２は変形せず、与圧を超えるとプラネットギア間ばね４２の変形が起こる。さらに伝達トルクが増大してプラネットギア間ばね４２の変形が大きくなると、プラネットギア軸３４がストッパに当たり、それ以上のプラネットギア間ばね４２の変形は阻止される。一方、ギア３３と３２の間のピニオン間ばね４６においても同様の変形が起こる。ばね４２と４６はほぼ同じ伝達トルクで変形が始まり、ほぼ同じ伝達トルクでネットギア軸３４がストッパに当たるように予圧とばね定数をあらかじめ設定する。
図２１を参照すると、電動モータの出力トルクが１００Ｎｍでばね４２と４６が変形を開始し、１２０Ｎｍでストッパがそれ以上の変形を規制するようにばね４２，４６の予圧とばね定数をあらかじめ設定する。また、ストッパに規制されたばね４２と４６の最大変形状態では、１個のプラネットギア軸３４はサンギア２７の歯ピッチに対して１／３ピッチ変位し、もう１個のプラネットギア軸３４はサンギア２７の歯ピッチに対して２／３ピッチ変位する。この変位により、サンギア２７とプラネットギア２９の噛み合い位相について、３個のプラネットギア２９の間に１２０度ずつのずれを生じさせる。つまり、１個のプラネットギア２９を基準にした噛み合い位相差は０度、１２０度、２４０度であり、噛み合い位相差の総和は３６０度となる。この実施形態に限らず，奇数個のプラネットギアを備えた遊星歯車機構では、噛み合い位相差の総和は３６０度の整数倍となる。例えば５個のプラネットギアを備えた遊星歯車機構では、噛み合い位相差は０度、７２度、１４４度、２１６度、２８８度であり、噛み合い位相差の総和は７２０度、すなわち３６０度の２倍になる。また、隣接するプラネットギア間の噛み合い位相差は、３６０度をプラネットギアの総数で除した値の整数倍となる。
ここで、プラネットギア軸保持面４１Ａと４１Ｂ及びプラネットギア軸保持面４１Ａと４１Ｃの間に介装されるプラネットギア間ばね４２のばね定数の設定方法について述べる。２つのプラネットギア軸保持面４１はサンギア２７の歯ピッチに対して１／３ピッチずつ変位する。その変位角は２π／６３ｒａｄである。この変位が電動モータの出力トルクが２０Ｎｍ増大する間、言い換えれば出力軸３１のトルクが１４０Ｎｍ増大する間に起こる。３つのプラネットギア軸３４がこのトルクの１／３ずつを負担するので、各プラネットギア軸保持面４１Ａ−４１Ｃの変位は出力軸３１のトルクが１４０／３Ｎｍ増大する間に起こる。
ここで、出力軸３１に結合していない外側のプラネットギア軸保持面４１Ｃと中間のプラネットギア軸保持面４１Ｂの間の外側のプラネットギア間ばね４２には１軸分のトルクのみが作用するが、出力軸３１に結合した内側のプラネットギア軸保持面４１Ａと中間のプラネットギア軸保持面４１Ｂとをつなぐ内側のプラネットギア間ばね４２には２軸分のトルクが作用する。そのため、外側のプラネットギア間ばね４２のねじりばね定数は４６８Ｎｍ／ｒａｄ、内側のプラネットギア間ばね４２のねじりばね定数は９３６Ｎｍ／ｒａｄとなる。図２１に示すように、プラネットギア間ばね４２が電動モータの出力トルクが１００Ｎｍに達するまで変位を始めないようにするために、ぱね４２に予圧として与える初期変位は、内側ばねも外側ばねもともに０．１０ｒａｄとなる。
以上の設定のもとで、電動モータが１２０Ｎｍ以上の出力トルクで加速する場合、減速機２４はより音を発しやすいラジアル方向力により、図２２Ａに示すようにサンギア２７の噛み合い次数に対して１次小さな１２５次の作動音を発する。この作動音と、電動モータの１２６次の作動音とが合成される結果、図２３Ａと２３Ｂに示すビート音が生成される。
ただし、定常走行時のように電動モータの出力トルクが１００Ｎｍ以下の場合には、減速機２４は図２２Ｂに示すように音になりにくい回転方向力によりレベルの小さな１２６次の作動音を発する。この場合には減速機２４の作動音は電動モータの作動音と次数が一致し、ビート音は生成されない。
以上のように、コントローラ３による電子的な制御を用いることなく、減速機２４の構成により電動モータの加速時にビート音を発生させることが可能である。
図２４Ａ−２４Ｃと図２５Ａと２５Ｂを参照して、この発明の第５の実施形態を説明する。
図２４Ａ−２４Ｃを参照すると、この実施形態は第４の実施形態の３個のプラネットギア２９に代えて４個のプラネットギア４７を用いる。各プラネットギア４７はリングギア２５と噛み合う第１ピニオン５２と、サンギア２７と噛み合う第２ピニオン５３を備える。第１ピニオン５２と第２ピニオン５３は共通のプラネットギア軸５６により同軸的に支持される。第１ピニオン５２と第２ピニオン５３の間には相対回転を弾性的に規制する、あらかじめ圧縮して予圧を与えたピニオン間ばね４６が介装される。
第１ピニオン５２と第２ピニオン５３の歯数はともに２４に設定する。リングギア２５の歯数は７２、サンギア２７の歯数を２４とする。
４個のプラネットギア４７を支持するプラネットキャリア６２は４層構造のプラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄを備える。各プラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄはそれぞれ１個のプラネットギア４７のプラネットギア軸５６を支持する。プラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄは互いに相対回転可能に構成される。出力軸３１に結合する第１のプラネットギア軸保持面６１Ａと、これに隣接する第２のプラネットギア軸保持面６１Ｂとの間には、あらかじめ圧縮して予圧を与えたプラネットギア間ばね４２が介装される。第２のプラネットギア軸保持面６１Ｂと、これに隣接する第３のプラネットギア軸保持面６１Ｃとの間にも、あらかじめ圧縮して予圧を与えたプラネットギア間ばね４２が介装される。第３のプラネットギア軸保持面６１Ｃと、これに隣接する第４のプラネットギア軸保持面６１Ｄとの間にも、あらかじめ圧縮して予圧を与えたプラネットギア間ばね４２が介装される。第１のプラネットギア軸保持面６１Ａと第４のプラネットギア軸保持面６１Ｄとの間にはプラネットギア間ばね４２は介装されない。したがって、プラネットギア間ばね４２の総数は３個である。これらのばね４２が噛み合い位相可変機構を構成する。４層のプラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄのうち第１のプラネットギア軸保持面６１Ａが最も内側に位置する。
減速機２４の他の構成は、第４の実施形態と同一である。
この実施形態では、電動モータの出力トルクが１００Ｎｍでばね４２と４６が変形を開始し、１２０Ｎｍでストッパがそれ以上の変形を規制するようにばね４２，４６の予圧とばね定数をあらかじめ設定する。
ストッパに規制されたばね４２と４６の最大変形状態では、１個のプラネットギア軸５６はサンギア２７の歯ピッチに対して１／４ピッチ変位し、もう１個のプラネットギア軸５６はサンギア２７の歯ピッチに対して２／４ピッチ変位し、もう１個のプラネットギア軸５６はサンギア２７の歯ピッチに対して３／４ピッチ変位する。この変位により、サンギア２７とプラネットギア４７の噛み合い位相について、４個のプラネットギア４７の間に９０度ずつのずれを生じさせる。つまり、噛み合い位相差は０度、９０度、１８０度、２７０度であり、噛み合い位相差の総和は５４０度、すなわち１８０度の３倍となる。この実施形態に限らず、偶数個のプラネットギアを備えた遊星歯車機構においては、噛み合い位相差の総和は１８０度の奇数倍となる。例えば６個のプラネットギアを備えた遊星歯車機構では、噛み合い位相差は０度、６０度、１２０度，１８０度、２４０度、３００度であり、噛み合い位相差の総和は９００度、すなわち１８０度の５倍になる。また、隣接するプラネットギア間の噛み合い位相差は、３６０度をプラネットギアの総数で除した値の整数倍となる。
以上の構成により、減速機２４の減速比は４、出力軸３１に対する噛み合い次数はリングギア２５、サンギア２７ともに７２次となる。電動モータユニット１９の電動モータに関しては、第４の実施形態と同様にロータ１８極、ステータ５７スロットで構成され、電動モータが発生する作動音は電動モータ回転１８次とその高調波に対応する。最も大きな作動音は電動機回転１８次、減速後の出力回転７２次であり、これは噛み合い次数７２と一致する。
ここで、プラネットギア間ばね４２のばね定数の設定方法について述べる。２つの隣接するプラネットギア軸保持面はサンギア２７の歯ピッチに対して１／４ピッチずつ変位する。その変位角は２π／２８８ｒａｄである。この変位が電動モータの出力トルクが２０Ｎｍ増大する間、言い換えれば出力軸３１のトルクが８０Ｎｍ増大する間に起こる。４つのプラネットギア軸５６がこのトルクの１／４ずつを負担するので、各プラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄの変位は出力軸３１のトルクが２０Ｎｍ増大する間に起こる。
ここで、プラネットギア軸保持面６１Ａ−６１Ｄの間のプラネットギア間ばね４２にかかるトルクは最も外側の第４のプラネットギア軸保持面６１Ｄと第３のプラネットギア軸保持面６１Ｃのプラネットギア間ばね４２には１軸分のトルクのみが作用する。第３のプラネットギア軸保持面６１Ｃと第２のプラネットギア軸保持面６１Ｂとの間のプラネットギア間ばね４２には２軸分のトルクが作用する。第２のプラネットギア軸保持面６１Ｂと第１のプラネットギア軸保持面６１Ａの間のプラネットギア間ばね４２には３軸分のトルクが作用する。
各プラネットギア間ばね４２のねじりばね定数は９１７Ｎｍ／ｒａｄ、１８３３Ｎｍ／ｒａｄ、２７５０Ｎｍ／ｒａｄとなる。
プラネットギア間ばね４２が電動モータの出力トルクが１００Ｎｍに達するまで変位を始めないようにするために、プラネットギア間ぱね４２に予圧として与える初期変位は、内側ばねも外側ばねもともに０．１１ｒａｄとなる。
以上の設定のもとで、電動モータが１２０Ｎｍ以上の出力トルクで加速する場合、減速機２４はより音を発しやすいラジアル方向力により、図２５Ａに示すようにリングギア２５の噛み合い次数に対して１次小さな７１次の作動音を発する。この作動音と、電動モータの７２次の作動音とが合成される結果、ビート音が生成される。
定常走行のような、１００Ｎｍ以下の低トルクでの電動モータの駆動時には、減速機２４はより音になりにくい回転方向力により図２５Ｂに示すようにレベルの小さな７２次の音を発するため、電動機の音と次数が一致し、ビート音は発生しない．
図２６Ａと２６Ｂ、図２７、及び図２８Ａと２８Ｂを参照して、この発明の第６の実施形態を説明する。
この実施形態は第４の実施形態の減速機２４と噛み合い位相可変機構の構成を変更した実施形態に相当する。他の構成は第４の実施形態と同一である。
図２６Ａと２６Ｂを参照すると、この実施形態による減速機２４においては、遊星歯車機構が備えるリングギア２５の歯数を７２、サンギア２７の歯数を２４に設定する。
遊星歯車機構は４個のプラネットギア４７と、プラネットキャリア４８とを備える。各プラネットギア４７は第５の実施形態と同様に、リングギア２５と噛み合う第１ピニオン５２と、サンギア２７と噛み合う第２ピニオン５３とピニオン間ばね４６とを備える。第１ピニオン５２と第２ピニオン５３の歯数はともに２４に設定する。この減速機２４は、したがって、減速比は４、出力軸３１の回転に対する噛み合い次数はリングギア２５とサンギア２７ともに７２次となる。
電動モータは第４の実施形態と同様にロータ１８極、ステータ５７スロットで構成する。電動モータが発生する作動音は電動モータ回転１８次とその高調波に対応する。減速後の出力軸３１の回転だと７２次となる。この値は、前記のリングギア２５とサンギア２７の噛み合い次数７２と一致する。
プラネットキャリア４８は２層構造のプラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂを備える。各プラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂは隣り合う２個のプラネットギア４７のプラネットギア軸５６をそれぞれ支持する。２つのプラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂは相対回転可能に構成される。２つのプラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂの間にはあらかじめ圧縮して予圧を与えた一対のプラネットギア間ばね４２が介装される。この実施形態では、プラネットギア４７とプラネットキャリア４８とプラネットギア間ばね４２とが噛み合い位相可変機構を構成する。内側のプラネットギア軸保持面４９Ａは出力軸３１に結合する。
プラネットギア４７を構成する第１ピニオン５２と第２ピニオン５３とは同一軸上に相対回転可能に支持され、第１ピニオン５２と第２ピニオン５３の間に、あらかじめ圧縮して予圧を与えたピニオン間ばね４６が介装される。
電動モータの出力トルクが減速機２４に入力すると、一対のプラネットギア間ばね４２にトルク伝達のための力が加わるが、この力が予圧を超えない限り、一対のプラネットギア間ばね４２は変形せず、予圧を超えると一対のプラネットギア間ばね４２は変形を開始する。さらに伝達トルクが増大してプラネットギア間ばね４２の変形が大きくなると、プラネットギア軸５６がストッパに当たり、それ以上のプラネットギア間ばね４２の変形は阻止される。一方，第１ピニオン５２と第２ピニオン５３の間のピニオン間ばね４６においても同様の変形が起こる。ばね４２と４６はほぼ同じ伝達トルクで変形が始まり、ほぼ同じ伝達トルクでストッパに当たるように、予圧とばね定数をあらかじめ設定する。
図２７を参照すると、電動モータの駆動トルクが１００Ｎｍでばね４２と４６が変形を始め、電動モータの最大出力トルクである２００Ｎｍでストッパに当たるように予圧とばね定数をあらかじめ設定する。また、ストッパに規制されたばね４２と４６の最大変形状態では、プラネットギア軸５６はリングギア２５の歯ピッチに対して１／２ピッチ変位する。この変位によりリングギア２５とプラネットギア４７の噛み合い位相が、１８０度ずれるようにする。
この場合に、プラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂの間に介装する一対のプラネットギア間ばね４２のばね定数の設定方法について述べる。プラネットギア軸保持面４９Ａと４９Ｂはリングギア２５の歯ピッチに対して１／２ピッチ変位するので、その変位角は２π／１４４ｒａｄである。この変位が、電動モータの出力トルクで１００Ｎｍ増加する間、つまり出力軸３１の出力トルクが４００Ｎｍ増加する間に生じる。４個のプラネットギア軸５６に加わる伝達トルクはそれぞれこの１／４となるため、２つのプラネットギア軸５６を保持する１つのプラネットギア軸保持面４９Ａ（４９Ｂ）に加わるトルクは２００Ｎｍとなる。そのため、プラネットギア間ばね４２のねじりばね定数は４５８４Ｎｍ／ｒａｄとなる。プラネットギア間ばねが電動モータの出力トルクが１００Ｎｍに達するまで変位を始めないようにするために、プラネットギア間ばね４２に予圧として与える初期変位は０．０４４ｒａｄとなる。
以上の設定のもとで、電動モータが２００Ｎｍの最大トルクで加速する場合、減速機２４はより音を発しやすいラジアル方向力のみを発生する。その結果、サンギア２７の噛み合い次数に対して図２８Ａに示すように、±１次異なる回転７２±１次の音が発生し、この音と回転７２次の電動モータの作動音とが合成される結果、ビート音が発生する。
ただし、定常走行時のように電動モータの出力トルクが１００Ｎｍ以下の場合には、減速機２４は図２６Ｂに示すように、より音になりにくい回転方向力によりレベルの小さな回転７２次の作動音を発する。この場合には減速機２４の作動音は電動モータの作動音と次数が一致し、ビート音は生成されない。
１００Ｎｍから２００Ｎｍの間では、電動モータの出力トルクの増大とともに噛み合い位相差が大きくなっていくため、図２６Ａに示すように回転７２±１次のラジアル方向力が増大する。一方、回転７２次の回転方向力は図２８Ｂに示すように小さくなる。そのため、回転７２±１次の減速機音と、回転７２次の電動モータ音の合成によって生まれるビート音は、電動モータの出力トルクの増大とともにそのビートの変動振幅が大きくなり、電動モータが加速するにつれてビート感が強くなる。
この実施形態によれば、第４の実施形態より構成部品数が少なく簡易な構造の噛み合い位相可変機構を用いて、加速時に加速の強さに応じたビート音を発生させることができる。より斬新で楽しい電動車の加速音を創り出すことが出来る。
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施形態にさよざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
例えば、上記の各実施形態は外部からの電力供給によりバッテリに蓄電する電気車両にこの発明を適用した実施形態であるが、発電設備を搭載する例えばハイブリッド駆動電気車両にもこの発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
以上のように、この発明は電動モータを駆動源とする車両において、電動モータの加速時の作動音を改善するのに好ましい効果をもたらす。
この発明の実施形態が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月11日(2011.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両 (1, 17) の作動音制御装置において：車両の加速時に、加速に伴ってビート周波数が高くなるようにビート音を生成するビート音生成機構を備える作動音制御装置。
【請求項２】
請求項１の作動音制御装置において、車両 (1, 17) は動力源 (5, 19) を備え、ビート音生成機構は動力源 (5, 19) の回転速度に比例した作動音の発生次数、に近接する次数成分を持つ第 2 の作動音を発生させる、作動音制御装置。
【請求項３】
請求項 2 の作動音制御装置において、動力源は電動モータ (5, 19) である作動音制御装置。
【請求項４】
請求項 3 の作動音制御装置において、ビート音生成機構が車両 (1, 17) の加速時に限って第 2 の作動音を発生させるように構成された作動音制御装置。
【請求項５】
請求項  3 または  4 の作動音制御装置においてビート音生成機構は電動モータ (5, 19) の回転速度が第 1 の所定速度以上となった場合に、第 2 の作動音の発生を停止するように構成された作動音制御装置。
【請求項６】
請求項 3 から 5 のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は電動モータ (5, 19) の回転速度がゼロから、第 1 の所定速度より低い第 2 の所定速度に至る間に、第 2 の作動音の振幅を増大させるように構成された作動音制御装置。
【請求項７】
請求項 6 の作動音制御装置において、第 2 の所定速度は車体の前後振動の共振周波数に対応する作動音制御装置。
【請求項８】
請求項 3 から 7 のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は同期式の交流電動モータ (5) と、交流電動モータ (5) に駆動電流を供給するインバータ (4) と、駆動電流を制御するコントローラ (3) とを備えた作動音制御装置。
【請求項９】
請求項 8 の作動音制御装置において、コントローラ (3) は電動モータ (5) の作動音の周波数の駆動電流周波数に対する次数に対して、1 より小さな絶対値を持つ値を加えた次数に対して、1 を加えた次数と 1 を差し引いた次数のいずれかに相当する高次成分電流を駆動電流に付加した電流指示値を計算し、電流指示値に基づく電流をインバータ (4) から出力することで、第 2 の作動音を発生させるようにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１０】
請求項 8 の作動音制御装置において、コントローラ (3) は電動モータ (5) の作動音の周波数の駆動電流周波数に対する次数に対して、1 より小さな絶対値を持つ値を加えた次数を有するとともに、時間平均が 1 となる補正係数を計算し、基本電流に補正係数を乗じることで、電流指示値を計算し、電流指示値に基づく電流をインバータ (4) から出力することで、第 2 の作動音を発生させるようにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１１】
請求項 10 の作動音制御装置において、ビート音生成機構は、車両 (1) のドライバが第 2 の作動音の発生と停止とを指示する外部操作パネル (13) をさらに備え、コントローラ (3) は外部操作パネル (13) を介した指示に応じて第 2 の作動音の発生と停止とを行なうように、さらにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１２】
請求項 10 または 11 の作動音制御装置において、ビート音生成機構は、第 2 の作動音を発生させることで生成されるビート音の周波数と強さとを、車両 (1) のドライバが設定する外部操作パネル (13) をさらに備え、コントローラ (3) は外部操作パネル (13) を通じて設定されたビート音の周波数と強さに基づき補正係数を設定するように、さらにプログラムされた作動音制御装置。
【請求項１３】
請求項 3 から 7 のいずれかの作動音制御装置において、ビート音生成機構は同期式の交流電動モータの回転を複数の歯車 (25, 27, 32, 33, 52, 53) の噛み合いにより減速して車両の車輪に伝達する減速機 (24) を備え、減速機 (24) は、電動モータの回転速度に比例した作動音の発生次数に近接する次数成分を持つ第 2 の作動音を発生させるように、複数の歯車 (25, 27, 32, 33, 52, 53) の噛み合いの位相を変化させる作動音制御装置。
【請求項１４】
請求項 13 の作動音制御装置において、減速機 (24) は、サンギア (27) と、リングギア (25) と、サンギア (27) とリングギア (25) の双方とそれぞれ噛み合う複数のプラネットギア (29, 47) と、プラネットギア (29, 47) を円周方向に間隔をあけて、それぞれ回転自由に支持するプラネットキャリア (30, 48, 62) とを備えた遊星歯車機構で構成され、噛み合い位相可変機構は複数のプラネットギア (29, 47) の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア (29, 47) の伝達トルクに応じて変化させる作動音制御装置。
【請求項１５】
請求項 14 の作動音制御装置において、噛み合い位相可変機構による複数のプラネットギア (29, 47) の円周方向の相対位置の変化は、プラネットギア (29, 47) と、サンギア (27) とリングギア (25) のいずれかとの噛み合い位相に関して、複数のプラネットギア (29, 47) の間に噛み合い位相差を創出する作動音制御装置。
【請求項１６】
請求項 15 の作動音制御装置において、プラネットギア (29, 47) は同軸上に構成されたふたつのピニオン (32, 33, 52, 53) と、ふたつのピニオン (32, 33, 52, 53) の相対回転をピニオン (32, 33, 52, 53) 間の伝達トルクに応じて変化させるピニオン間ばね  (46) とを備え、噛み合い位相可変機構は複数のプラネットギア (29, 47) の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア (29, 47) の伝達トルクに応じて変化させるプラネットギア間ばね (42) を備えた作動音制御装置。
【請求項１７】
請求項 16 の作動音制御装置において、プラネットギア間ばね (42) は複数のプラネットギア (29, 47) の円周方向の相対位置を、複数のプラネットギア (29, 47) の伝達トルクが第 1 の所定トルクを上回るまで、変化させないように、予め予圧される作動音制御装置。
【請求項１８】
請求項 17 の作動音制御装置において、複数のプラネットギア (29, 47) の伝達トルクが第 1 のトルクより大きい第 2 の所定トルクに達した時に複数のプラネットギア (29, 47) の間に創出される噛み合い位相差の総和が所定角度に等しくなるように、プラネットギア間ばね (42) の特性が設定される作動音制御装置。
【請求項１９】
請求項 18 の作動音制御装置において、プラネットギア (29, 47) の数は奇数であり、所定角度は 360 度の整数倍であり、かつ隣接するプラネットギア (29, 47) 間に創出される噛み合い位相差は、360 度をプラネットギア (29, 47) の数で除した値の整数倍である作動音制御装置。
【請求項２０】
請求項 18 の作動音制御装置において、プラネットギア (29, 47) の数は偶数であり、所定角度は 180 度の奇数倍であり、かつ隣接するプラネットギア (29, 47) 間に創出される噛み合い位相差は、360 度をプラネットギア (29, 47) の数で除した値の整数倍である作動音制御装置。
【請求項２１】
請求項 17 の作動音制御装置において、プラネットギア (29, 47) の数は偶数であり、複数のプラネットギア (29, 47) の伝達トルクが第 1 のトルクより大きい第 2 の所定トルクに達した時に対向するプラネットギア (29, 47) に創出される噛み合い位相差が 180 度に等しくなる作動音制御装置。
【請求項２２】
請求項 16 から 21 のいずれかの作動音制御装置において、プラネットキャリア (30, 48, 62) は複数のプラネットギア (29, 47) を個別に支持する、円周方向に相対変位可能な状態で軸方向に積層された複数のプラネットギア軸保持面 (41A-41C, 49A, 49B, 62A-62D) を備え、プラネットギア間ばね (42) は特定のプラネットギア軸保持面 (41A, 49A, 62A) と他のプラネットギア軸保持面 (41B, 49B, 62B) との間に介装される作動音制御装置。
【請求項２３】
請求項 14 から 17 のいずれかの作動音制御装置において、複数のプラネットギア (29, 47) は偶数のプラネットギア (29, 47) であり、噛み合い位相可変機構は対向するプラネットギア (29, 47) の間に、他のギア (25, 27) との噛み合い位相差が存在する状態と存在しない状態とを、複数のプラネットギア (29, 47) の円周方向の相対位置の変化により実現するように、構成される作動音制御装置。
【請求項２４】
電動モータ (5, 19) を動力源とする車両 (1, 17) の作動音制御方法において：電動モータ (5, 19) の回転速度に比例した作動音の発生次数、に近接する次数成分を持つ第 2 の作動音を発生させることで、ビート音を生成する作動音制御装置。
【国際調査報告】
2010023768.tif 000056
2010023768.tif 000057
2010023768.tif 000058
2010023768.tif 000059