(57)【要約】【課題】回転電機の作動状態に適合した振動抑制を可能とすることである。【解決手段】回転電機作動システム１０は、回転電機２０と、制御部５０と、制御部５０の制御の下で作動する接触子駆動部４２と、接触子駆動部４２によって駆動される可動接触子４０を含んで構成される。制御部５０は回転電機２０の回転数を検出する回転数検出モジュール５２と、検出された回転数に応じて、可動接触子４０を上方に移動駆動してモータケース３２に対しステータ３０を浮かせて低剛性支持状態とし、可動接触子４０を下方に移動駆動してモータケース３２に対しステータ３０を密着固定させて高剛性支持状態とする剛性変更モジュール５４とを含んで構成される。【選択図】図１
2009027790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ステータを収納するモータケースとを有する回転電機と、
回転電機のステータとモータケースとの間に設けられる可動接触子であって、モータケースに対しステータを浮かせる低剛性支持状態と、モータケースに対しステータを接触させる高剛性支持状態との間で支持状態を変更できる可動接触子と、
を有することを特徴とする回転電機の作動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の作動システムにおいて、
可動接触子は、回転電機の回転数に応じて、支持状態を変更することを特徴とする回転電機の作動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機の作動システムにおいて、
モータケースに対するステータの支持状態に応じて変化する固有振動数に対応し、回転電機の回転が低回転数のときは高剛性支持状態とし、回転電機の回転が高回転数のときは低剛性支持状態とすることを特徴とする回転電機の作動システム。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機の作動システムにおいて、
車両の駆動軸に接続される出力軸を有し、
出力軸の回転数に対応する車速に応じて、車速が低速状態においては高剛性支持状態とし、車速が高速状態においては低剛性支持状態とすることを特徴とする回転電機の作動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機の作動システムに係り、特に回転電機が作動するときの振動等を抑制する回転電機の作動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両等には、モータ・ジェネレータと呼ばれる回転電機が搭載され、これによって車両に駆動力が与えられ、制動時には回生エネルギが回収される。回転電機は固有周波数を有しているので、車両の走行状態によっては振動が発生し、乗り心地に影響を及ぼす。そのために、回転電機の支持を工夫して振動を抑制することが試みられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転電機において、内部を循環する潤滑及び冷却用オイルが通過する隙間を確保しながら、ステータとハウジングの間に回転軸に平行に棒状の制振部材を挿入する構成が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、回転電機の固定構造として、駆動力の発生時にハウジングに膜振動が生じるので、ハウジングの比較的低剛性部分にステータコアを当接させてこの膜振動を抑制し、ハウジングの比較的剛性の高い部分はステータコアと離間させて振動の伝達を抑制することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６６５５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２３８５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、特許文献１では、一般的に振動の大きさを抑制するために制振部材が挿入され、特許文献２では駆動力発生時の振動を抑制するために、ハウジングの低剛性部分にステータコアを当接させている。
【０００７】
しかし、回転電機の作動状態、例えば、高負荷状態と低負荷状態、高速回転状態と低速回転状態等の作動状態に適合して振動抑制等を行っているわけではない。
【０００８】
本発明の目的は、回転電機の作動状態に適合した振動抑制を可能とする回転電機作動シシステムを提供することである。他の目的は、回転電機の作動状態に適合した放熱性能確保を可能とする回転電機作動システムを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機の作動システムは、ステータと、ステータを収納するモータケースとを有する回転電機と、回転電機のステータとモータケースとの間に設けられる可動接触子であって、モータケースに対しステータを浮かせる低剛性支持状態と、モータケースに対しステータを接触させる高剛性支持状態との間で支持状態を変更できる可動接触子と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機の作動システムにおいて、可動接触子は、回転電機の回転数に応じて、支持状態を変更することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機の作動システムにおいて、モータケースに対するステータの支持状態に応じて変化する固有振動数に対応し、回転電機の回転が低回転数のときは高剛性支持状態とし、回転電機の回転が高回転数のときは低剛性支持状態とすることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機の作動システムにおいて、車両の駆動軸に接続される出力軸を有し、出力軸の回転数に対応する車速に応じて、車速が低速状態においては高剛性支持状態とし、車速が高速状態においては低剛性支持状態とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、回転電機の作動システムは、回転電機のステータとモータケースとの間に設けられ、モータケースに対しステータを浮かせる低剛性支持状態と、モータケースに対しステータを接触させる高剛性支持状態との間で支持状態を変更できる可動接触子を有する。例えば、回転電機が高負荷状態で発熱性を重視したいときは高剛性支持状態としてステータとモータケースとを接触させる。一方、低負荷等で騒音抑制を重視したいときは低剛性支持状態としてモータケースに対しステータを浮かせる。あるいは、回転電機が高速回転のときは発熱が多いので高剛性支持とし、低速回転のときは低騒音化を考慮して低剛性支持とする。このように、回転電機の作動状態に適合して、振動を抑制するとともに発熱性能を確保することができる。
【００１４】
また、回転電機の作動システムにおいて、可動接触子は、回転電機の回転数に応じて、支持状態を変更する。回転電機の回転数は、回転電機の負荷状態、発熱状態等に密接に関連する。そこで、回転電機の回転数に応じて支持状態を変更することで、回転電機の作動状態に適合して、振動を抑制するとともに発熱性能を確保することができる。
【００１５】
また、回転電機の作動システムにおいて、モータケースに対するステータの支持状態に応じて変化する固有振動数に対応し、回転電機の回転が低回転数のときは高剛性支持状態とし、回転電機の回転が高回転数のときは低剛性支持状態とする。モータケースに対するステータの支持状態で、回転電機の固有振動数は変化する。一般的には、高剛性で支持すると固有振動数は高くなり、低剛性で支持すると固有振動数は低くなる。上記構成によれば、回転電機の回転数が低いときは、固有振動数が高くなるように高剛性支持とし、回転電機の回転数が高いときは、固有振動数が低くなるように低剛性支持とする。これによって、回転数の広い範囲で振動を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、回転電機の作動システムにおいて、回転電機の出力軸が車両の駆動軸に接続されるときは、回転数に応じ車速が変化するので、車速が低速状態においては高剛性支持状態とし、車速が高速状態においては低剛性支持状態とする。これによって、車速の広い範囲で振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機を説明するが、作動に伴う放熱性、振動等が問題となる回転電機であれば、車両以外の用途に用いられる回転電機であってもよい。また、以下では、回転電機として、モータの機能と発電機の機能を併せ持つモータ・ジェネレータを説明するが、勿論、モータの機能をもっぱら用いる回転電機であってもよく、発電機の機能をもっぱら用いる回転電機であってもよい。また、以下で説明する支持位置、可動接触子の構造等は、説明のための一例であって、これと異なる支持位置、構造が異なる可動接触子を用いてもよい。
【００１８】
図１は、回転電機の振動抑制等を実行できる回転電機作動システム１０の構成を示す図である。回転電機作動システムは、回転電機の作動に応じて、振動抑制、騒音抑制、放熱性確保等を図れるように、回転電機のモータケースに対するステータの支持剛性を変化させる機能を有するシステムである。
【００１９】
回転電機作動システム１０は、回転電機２０と、制御部５０と、制御部５０の制御の下で作動する接触子駆動部４２と、接触子駆動部４２によって駆動される可動接触子４０を含んで構成される。
【００２０】
回転電機２０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータで、より具体的には、車両の駆動軸に出力軸が接続されるモータ・ジェネレータである。この回転電機２０は、図示されていない電源回路に接続され、電源回路から電力が供給されるときはモータとして機能し、車両が制動時には回生エネルギを回収し、回収電力で電源回路の蓄電池を充電する発電機として機能する。かかる回転電機２０としては、例えば３相同期型回転電機を用いることができ、これに接続される電源回路としては、蓄電池と電圧変換器とインバータ回路を含む構成のものを用いることができる。
【００２１】
回転電機２０は、ステータ３０と、図示されていないロータとをモータケース３２に支持し収納して構成される。なお、図１では、ロータの図示を省略しているが、その回転軸２２が示されている。回転軸２２は、車両の駆動軸に接続される。したがって、ロータの回転軸２２の回転数は、車両の駆動軸の回転数と関連付けがある。また、車両の駆動軸の回転数は、車両の駆動輪の回転数に関連付けがあるので、結局回転軸２２の回転数は、車両の車速に関連付けられる。すなわち、回転軸２２の回転が高回転数となると車速は高速となり、回転軸２２の回転が低回転数となると車速は低速となる。
【００２２】
ステータ３０は、略円環状で、外周側から内周側に突き出るティースが周方向に複数配置される形状の電磁鋼板を複数積層したものである。この複数のティースのそれぞれにコイルが巻回される。図１では、複数の電磁鋼板が相互に位置決めされて積層されたものとしてステータ３０が示されている。
【００２３】
モータケース３２は、ステータ３０に設けられた適当な支持部において、例えば、ボルト・ナット等の締結手段によってステータ３０を支持し、また、ロータの回転軸２２を適当な軸受等で回転自在に支持する筐体ケースである。一般的な回転電機では、モータケース３２とステータ３０との間の位置関係は固定とされる。図１の構成では、可動接触子４０の作用によって、モータケース３２と、ステータ３０との間の支持関係を変更することができる。
【００２４】
ここで、可動接触子４０は、モータケース３２に設けられた案内穴の中を移動可能な接触ピンである。図１の例では、可動接触子４０は、回転軸２２の軸方向に移動可能として配置される。すなわち、ステータ３０の積層電磁鋼板の積層方向に移動可能として配置される。換言すれば、可動接触子４０は、積層電磁鋼板の積層面に垂直に接触するようにして、回転軸２２の方向に移動可能である。可動接触子４０の数は、図１では２個であるが、円環状のステータ３０の周方向に２以上の複数個配置されるものとできる。例えば、ティースの数と同じ数の可動接触子４０を配置するものとしてもよい。
【００２５】
接触子駆動部４２は、可動接触子４０を案内穴の中で、穴の軸方向に沿って任意に移動させる装置で、例えば油圧発生器を用いることができる。この場合は、可動接触子４０は、案内穴の中を油圧によって移動する油圧プランジャとして構成することができる。油圧としては、例えば、車両のトランスミッションの変速制御用油圧を用いることができる。勿論、油圧制御のほかに、接触子駆動部４２を電気的制御可能な装置とし、例えば、可動接触子４０を電磁アクチュエータとして構成してもよい。
【００２６】
接触子駆動部４２が可動接触子４０を案内穴の中で上方に移動させるときは、可動接触子４０がステータ３０をその軸方向に突き上げることになる。したがって、モータケース３２に対しステータ３０が強制的に浮かされた状態となる。一方で、接触子駆動部４２が可動接触子４０を案内穴の中で下方に移動させるときは、ステータ３０がモータケース３２に本来的に支持される位置に復帰する。すなわち、モータケース３２に密着固定される状態に戻る。このとき可動接触子４０はステータ３０の下面に接触したままでもよく、離れた状態であってもよい。可動接触子４０の突上力よりも、モータケース３２とステータ３０との間の締結手段による復帰力のほうが大きければ、ステータ３０はモータケース３２に密着固定された状態に戻ることになる。
【００２７】
図２と図３は、この２つの状態を模式的に示す図である。図２は、可動接触子４０が案内穴の中で下降し、モータケース３２に対しステータ３０が密着固定している状態である。この状態が本来の支持固定状態あるいはそれに近い状態である。図３は、可動接触子４０が案内穴の中で上昇し、ステータ３０を上方に突き上げ、モータケース３２に対しステータ３０を浮かしている状態である。図３は模式的説明であるので、モータケース３２に対しステータ３０が一様に浮いているように図示されているが、可動接触子４０の配置等によっては、局部的に浮いている状態となることもある。
【００２８】
このように、可動接触子４０の移動駆動によって、モータケース３２に対するステータ３０の支持状態を変更することができる。これを回転電機２０の放熱性の観点から見ると、モータケース３２に対しステータ３０が密着固定されている状態は、本来の支持状態と同じ、あるいはそれに近い状態であって、モータケース３２に対しステータ３０が浮かされている状態に比較し、ステータ３０に巻回されているコイルからの発熱がモータケース３２を介して放熱しやすい状態、つまり放熱性の高い状態にある。
【００２９】
また、この支持状態の変更を回転電機２０の騒音あるいは車両の騒音の観点から見ると、モータケース３２に対しステータ３０が浮かされている状態は、回転部材であるロータの回転軸２２からの振動があまりモータケース３２に伝達されない状態、すなわち騒音が低くなる状態にある。
【００３０】
また、これを回転電機２０の振動系の観点から見ると、モータケース３２に対しステータ３０が浮かされている状態は、低剛性支持状態、つまり、振動系の固有振動数を低下させる状態に相当する。一方で、モータケース３２に対しステータ３０が密着固定されている状態は、本来の支持状態と同じ、あるいはそれに近い状態であって、モータケース３２に対しステータ３０が浮かされている状態に比較し、高剛性支持状態、つまり、振動系の固有振動数が高くなる状態に相当する。
【００３１】
このように、可動接触子４０の移動駆動を制御することで、回転電機２０の放熱性、騒音、固有振動数を変更することができる。
【００３２】
再び図１に戻り、制御部５０は、可動接触子４０の移動駆動によって、回転電機２０の作動状態に応じて、その放熱性、騒音、固有振動数を変更する機能を有するものである。制御部５０は、回転電機２０の回転数を検出する回転数検出モジュール５２と、検出された回転数に応じて、モータケース３２とステータ３０との間の支持状態に関する剛性を変更する剛性変更モジュール５４とを含んで構成される。なお、上記のように、回転電機２０の回転数は車両の車速と関連するので、回転数検出モジュール５２は、回転軸２２の回転数に代えて車両の車速を検出するものとしてもよい。
【００３３】
かかる制御部５０は、適当なコンピュータで構成できる。また車両に搭載される他の制御装置に、この制御部５０の機能を含ませるものとできる。例えば、車両制御用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）の機能の一部に含まれるものとしてもよい。また、制御部５０の機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する回転電機作動制御プログラムを実行することで実現できる。
【００３４】
次に、上記構成の作用のうち、車両の車速あるいは回転電機の回転数に応じて、振動あるいは騒音を抑制する作用について、図４、図５を用いて説明する。この作用は、制御部５０の各機能によって実行される。以下では、図１から図３の符号を用いて説明する。
【００３５】
上記のように、可動接触子４０の移動駆動によって、回転電機２０の固有振動数が変化する。すなわち、可動接触子４０が上方に移動し、モータケース３２に対しステータ３０が浮かされている低剛性支持状態では、固有振動数は低くなる。この低剛性支持状態における固有振動数をｆ０１とする。これに対し、可動接触子４０が下方に移動し、モータケース３２に対しステータ３０が密着固定されている高剛性支持状態では、固有振動数は高くなる。この高剛性支持状態における固有振動数をｆ０２とすれば、ｆ０２＞ｆ０１である。上記のように、可動接触子４０を用いない従来技術の構造の回転電機は、高剛性支持状態であるので、可動接触子４０を用いてモータケース３２に対しステータ３０を浮かせる低剛性支持状態とすることで、固有振動数をｆ０２からｆ０１に低くすることができる。
【００３６】
この特性を利用し、車両の車速に応じて支持状態を変更することで、車速の広い範囲で回転電機２０の作動に起因する騒音を抑制することができる。
【００３７】
車両の騒音を抑制する手順の最初は、回転電機２０の回転数を検出することである。この工程は、制御部５０の回転数検出モジュール５２の機能によって実行される。具体的には、回転電機２０の回転軸２２の回転数を適当な回転数センサで検出する。あるいは、回転電機２０の回転数検出に代えて、車速を適当な車速検出手段を用いて検出することとしてもよい。
【００３８】
図４は、車速と、回転電機２０の回転数の関係を示す図である。このように、車速と回転電機２０の回転数とは、一定の関係がある。図４の例では、車速と回転電機２０の回転数とは比例関係にあることが示されている。回転電機２０の回転数は、回転電機２０の振動における振動数に比例するので、図４には、低剛性支持状態における固有振動数ｆ０１と、高剛性支持状態における固有振動数ｆ０２とが示されている。
【００３９】
上記のように、可動接触子４０を用いない従来技術の構造の回転電機では、高剛性支持状態である。この従来技術の回転電機においては、図４から分かるように、車速が低速から高速に移ると共に、回転電機２０の回転数が低回転数から高回転数に移り、その過程で、高速のＶ２付近で固有振動数ｆ０２に対応する回転数の状態を通過することになる。このことで、従来技術の構造の回転電機は、高速のＶ２付近で固有振動数ｆ０２の共振振動が起こり、振動振幅が大きくなり、騒音が大きくなる。
【００４０】
そこで、車速がＶ２となる手前の切換速度ＶＳで、可動接触子４０を上方に移動駆動し、低剛性支持状態に切換変更する。この工程は、制御部５０の剛性変更モジュール５４の機能によって実行される。具体的には、検出された車速がＶＳより高速であると判断されると、接触子駆動部４２に可動接触子４０を上方に突き上げ移動駆動する指示を与える。図４には、低剛性支持状態における固有振動数ｆ０１が示されているが、この固有振動数ｆ０１に相当する回転数に対応する車速Ｖ１は、Ｖ２よりも低速である。切換速度ＶＳは、このＶ１よりも高速でＶ２よりも低速である速度範囲の中で設定される。
【００４１】
図５は、切換速度ＶＳで高剛性支持状態から低剛性支持状態に切換変更し、切換速度ＶＳより高速では低剛性支持状態としたときの騒音特性を説明する図である。図５において、最下段の図は、支持剛性を示す図で、切換速度ＶＳより低速では高剛性支持状態、切換速度ＶＳより高速では低剛性支持状態であることが示されている。
【００４２】
図５の最上段の図は、剛性が低い支持状態の騒音特性を説明する図である。剛性が低い支持状態、すなわち低剛性支持状態では、固有振動数がｆ０１であり、車速Ｖ１において共振振動が生じて、そこで騒音が最大となる。ところで、上記のように、切換速度ＶＳより低速では支持剛性を高くするので、低剛性支持状態となるのは切換速度ＶＳよりも高速のときである。したがって、図５の最上段において太い実線で示す騒音特性６０が、この車両における低剛性支持状態の範囲で、固有振動数ｆ０１における騒音最大の部分は含まれない。
【００４３】
図５において上から２番目の図は、剛性が高い支持状態の騒音特性を説明する図である。剛性が高い支持状態、すなわち高剛性支持状態では、固有振動数がｆ０２であり、車速Ｖ２において共振振動が生じて、そこで騒音が最大となる。ところで、上記のように、切換速度ＶＳより高速では支持剛性を低くするので、高剛性支持状態となるのは切換速度ＶＳよりも低速のときである。したがって、図５の上から２番目の図において太い実線で示す騒音特性６２が、この車両における高剛性支持状態の範囲で、固有振動数ｆ０２における騒音最大の部分は含まれない。
【００４４】
図５において上から３番目の図は、支持剛性を切換速度ＶＳにおいて高剛性と低剛性との間で切り換えたときの騒音の様子を示す図である。このときの騒音特性６４は、低剛性支持状態のときの騒音特性６０の部分と、高剛性支持状態の騒音特性６２の部分とを接続したものとなる。このように、車速Ｖ１においては高剛性支持状態であるので、低剛性支持状態であれば生じる固有振動数ｆ０１の下での共振振動が発生せず、車速Ｖ２においては低剛性支持状態であるので、高剛性支持状態であれば生じる固有振動数ｆ０２の下での共振振動が発生しない。このように、低速から高速に加速するときは、可動接触子４０を切換速度ＶＳにおいて上方に突き上げこれより高速のときにそのまま維持することで、広い車速範囲において、騒音を効果的に抑制できる。同様に、高速から低速に減速するときは、可動接触子４０を切換速度ＶＳにおいて下方に十分降下させこれより低速のときにそのまま維持することで、広い車速範囲において、騒音を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機作動システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、高剛性支持状態を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、高剛性支持状態を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、車速と、回転電機の回転数との関係を示すと共に、低剛性支持状態における固有振動数と、高剛性支持状態における固有振動数の関係を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、高剛性支持状態から低剛性支持状態に切換変更するときの騒音特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  回転電機作動システム、２０  回転電機、２２  回転軸、３０  ステータ、３２  モータケース、４０  可動接触子、４２  接触子駆動部、５０  制御部、５２  回転数検出モジュール、５４  剛性変更モジュール、６０，６２，６４  騒音特性。
【図１】
2009027790.tif 000003
【図２】
2009027790.tif 000004
【図３】
2009027790.tif 000005
【図４】
2009027790.tif 000006
【図５】
2009027790.tif 000007