JP2005104404A - ハイブリッド車両の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータやコンバータに対する冷却性能を損なうことなく、駆動用モータや発電用モータに対する冷却性能を高めることにある。
【解決手段】 駆動用モータ２１や発電用モータ２２を車両前部に搭載し、インバータ６０やコンバータ６３を車両後部に搭載する。駆動用モータ２１や発電用モータ２２を冷却した冷却水は、ラジエータ７１を介して冷却された後に、冷却配管７４に案内されてインバータ６０やコンバータ６３に供給される。インバータ６０やコンバータ６３を冷却した冷却水を駆動用モータ２１に案内する冷却配管７３は、車両後部から車両前部に向けてフロアパネルの下方に配設される。冷却水は冷却配管７３を通過する際に、インバータ６０やコンバータ６３から吸収した熱を外気に放出することができるため、インバータ６０の通過直後よりも低い温度で冷却水を駆動用モータ２１に供給することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両に搭載される冷却装置に関する。

ハイブリッド車両に搭載される駆動装置は、エンジン、駆動用モータ、発電用モータなどを備えている。駆動用モータにはインバータを介して高電圧バッテリからの電力が供給され、発電用モータによって発電された電力はインバータを介して高電圧バッテリに充電される。また、高電圧バッテリにはコンバータが接続されており、このコンバータを介して降圧された電力が各種電装品に供給される。

このような、発電用モータ、駆動用モータ、インバータおよびコンバータは、通電することによって発熱するため、安定した性能を発揮させるためには冷却が不可欠となる。そこで、発電用モータや駆動用モータを収容するケースには、ウォータジャケットが形成されており、インバータやコンバータにはウォータジャケットを備えるヒートシンクが取り付けられている。これらのウォータジャケットに冷却水を循環させることによって、発電用モータや駆動用モータなどの温度が所定範囲内に保たれている。

また、発電用モータや駆動用モータは、インバータやコンバータに比べて発熱量が多いため、発熱量の少ないインバータやコンバータに冷却水を案内した後に、発熱量の多い発電用モータや駆動用モータに冷却水を案内するようにした冷却装置が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、温度が低い状態で冷却水をインバータやコンバータに案内することができ、発電用モータ、駆動用モータ、インバータおよびコンバータを効率良く冷却することができる。
特開平１０−２３８３４５号公報（第３頁、図２）

しかしながら、発電用モータや駆動用モータに供給される冷却水は、初めにインバータやコンバータを冷却した冷却水であるため、発電用モータや駆動用モータを冷却する際には既に温度が上昇したものとなっていた。このため、システム全体としては効率良く冷却できるものの、発電用モータや駆動用モータの冷却効率を高めることは困難であった。

さらに、近年の駆動装置においては、駆動用モータや発電用モータの高出力化が図られており、駆動用モータや発電用モータの発熱量も増大している。このため、インバータやコンバータに対する冷却性能を損なうことなく、駆動用モータや発電用モータに対する冷却性能を高めることのできる冷却装置が所望されている。

本発明の目的は、インバータやコンバータなどに対する冷却性能を損なうことなく、モータに対する冷却性能を高めるようにしたハイブリッド車両の冷却装置を提供することにある。

本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の冷却装置であって、前記モータを車両前部に搭載する一方、電気機器を車両後部に搭載し、前記電気機器から前記モータに冷却媒体を案内する第１冷却配管と、前記モータからラジエータを介して再び前記電気機器に冷却媒体を案内する第２冷却配管とを形成し、車室を区画するフロアパネルの下方に前記第１冷却配管を配設することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、前記第１冷却配管と前記エンジンの排気管との間に、後輪に動力を伝達するプロペラシャフトを配置することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、前記第１冷却配管の上方に前記モータと前記電気機器とを接続する通電ケーブルを配置することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、前記第１冷却配管は、前記冷却媒体の冷却機能を備えることを特徴とする。

本発明によれば、フロアパネルの下方に配設された第１冷却配管により、車両後部の電気機器から車両前部のモータに冷却媒体を案内するようにしたので、モータに供給される冷却媒体の温度を低く抑えることができる。つまり、電気機器を冷却することにより温度上昇した冷却媒体の熱を、第１冷却配管を通過する際に外気に放出することができ、電気機器の通過直後よりも低い温度で冷却媒体をモータに供給することができる。しかも、第１冷却配管は車両後部から車両前部にかけて配設されるため、第１冷却配管の放熱面積を大きく設定することが容易となり、冷却媒体の温度を十分に低下させることができる。

また、第１冷却配管と排気管との間にプロペラシャフトを配置するようにしたので、排気管から放出される熱をプロペラシャフトによって遮断することができ、第１冷却配管を流れる冷却媒体の温度上昇を回避することができる。

さらに、第１冷却配管の上方に通電ケーブルを配設するようにしたので、分解整備時などにおいて通電ケーブルに対する冷却媒体の付着を防止することができ、安全性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載された本発明の一実施の形態である冷却装置１０を示す概略図であり、図２はハイブリッド車両に搭載された駆動装置１１の一部を示すスケルトン図である。

図１に示すように、車両前部にはエンジンルーム１２が形成されており、車両後部にはトランクルーム１３が形成されている。これらエンジンルーム１２とトランクルーム１３との間には車室１４が形成されており、エンジンルーム１２と車室１４とはダッシュパネル１５やフロアパネル１６によって区画され、トランクルーム１３と車室１４とはシートバックサポート１７やシェルフパネル１８によって区画されている。また、フロアパネル１６にはエンジンルーム１２から車両後方に延びるフロアトンネル１９が形成されており、エンジンルーム１２からフロアトンネル１９にかけて駆動装置１１が縦置きに搭載されている。

図２に示すように、駆動装置１１は２つの動力源としてエンジン２０と駆動用モータ２１とを備えており、エンジン２０と駆動用モータ２１との間には、発電用モータ２２、フロントディファレンシャル機構２３そして変速機２４が設けられている。ギヤケース２７に組み込まれる変速機２４は相互に平行となる変速入力軸２５と変速出力軸２６とを備えており、変速入力軸２５には入力クラッチ２８と発電用モータ２２とを介してエンジン２０が連結される一方、変速出力軸２６にはフロントディファレンシャル機構２３と駆動用モータ２１とが連結されている。

ギヤケース２７の車両前方側にはジェネレータケース２９が組み付けられており、このジェネレータケース２９内に発電用モータ２２が組み込まれている。発電用モータ２２はロータ２２ａとステータ２２ｂとを備えており、ロータ２２ａはエンジン２０のクランク軸２０ａに連結され、ステータ２２ｂはロータ２２ａを囲むようにジェネレータケース２９に固定されている。ロータ２２ａはエンジン動力によって回転駆動されるため、エンジン２０を始動することによって発電が可能となる。

また、クランク軸２０ａにはロータ２２ａを介してエンジン出力軸３０が連結されており、エンジン出力軸３０はエンジン動力によって駆動される。エンジン出力軸３０と変速入力軸２５との間には入力クラッチ２８が設けられており、入力クラッチ２８を締結することによってエンジン動力が変速入力軸２５に伝達され、締結を解除することによってエンジン動力の伝達は遮断される。なお、この入力クラッチ２８は、電磁コイル２８ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

変速入力軸２５には２つの駆動歯車３１ａ，３２ａが回転自在に設けられており、変速出力軸２６には２つの従動歯車３１ｂ，３２ｂが固定されている。それぞれの駆動歯車３１ａ，３２ａと従動歯車３１ｂ，３２ｂは相互に噛み合って低速段と高速段の変速歯車列を形成しており、変速入力軸２５には低速段と高速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構３３が設けられている。この切換機構３３はシンクロメッシュ機構となっており、変速入力軸２５に固定されるシンクロハブ３３ａと、これに常時噛み合うシンクロスリーブ３３ｂとを備えている。シンクロスリーブ３３ｂを駆動歯車３１ａに噛み合わせると低速段が動力伝達状態となり、駆動歯車３２ａに噛み合わせると高速段が動力伝達状態となる。

入力クラッチ２８を締結するとともに、低速段または高速段を動力伝達状態に切り換えることにより、変速出力軸２６はエンジン動力によって駆動される。このような変速出力軸２６の一端には、フロントディファレンシャル機構２３のリングギヤ３４に噛み合うドライブピニオンギヤ３５が固定されており、変速出力軸２６を経たエンジン動力がフロントディファレンシャル機構２３を介して左右の前輪に分配されるようになっている。

また、ギヤケース２７内には変速出力軸２６に平行となって連結軸３６が回転自在に収容されている。連結軸３６には伝達歯車３７が固定されており、この伝達歯車３７に常時噛み合う伝達歯車３８が変速出力軸２６に固定されている。なお、変速出力軸２６と連結軸３６とは車幅方向にずれており、作図の便宜上、図２において連結軸３６と伝達歯車３７とは破線で示している。

ギヤケース２７の車両後方側にはモータケース４０が取り付けられており、このモータケース４０内に駆動用モータ２１が組み込まれている。駆動用モータ２１はロータ２１ａとステータ２１ｂとを備えており、ステータ２１ｂはロータ２１ａを囲むようにモータケース４０に固定されている。ロータ２１ａに固定されるモータ駆動軸２１ｃは、ロータ２１ａの両端からそれぞれ突出するようになっており、モータ駆動軸２１ｃの一端が連結軸３６にスプライン結合されている。このように、変速出力軸２６にはモータ駆動軸２１ｃが連結されており、駆動用モータ２１を駆動することによって、変速出力軸２６にはエンジン動力だけでなくモータ動力の伝達が可能となっている。

また、モータケース４０の車両後方側にはトランスファケース４１が取り付けられており、トランスファケース４１内には後輪５０に対して動力を伝達するトランスファ機構４２が組み込まれている。トランスファ機構４２は、モータ駆動軸２１ｃの他端にスプライン結合されるトランスファ入力軸４３と、これに平行に配置されるトランスファ出力軸４４とを備えている。トランスファ入力軸４３とトランスファ出力軸４４とは歯車列４５を介して噛み合っており、モータ駆動軸２１ｃからの動力はトランスファ出力軸４４に伝達されるようになっている。

トランスファケース４１より突出するトランスファ出力軸４４の端部には、ジョイント４８がスプライン結合されており、図１に示すように、このジョイント４８にはリヤディファレンシャル機構４９を介して後輪５０を駆動するプロペラシャフト５１が連結されている。また、トランスファケース４１内にはトルク配分機構として、トランスファ出力軸４４上に組み込まれる電子制御式のカップリング５２が収容されている。このカップリング５２は電磁コイル５２ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

電磁コイル５２ａを励磁してカップリング５２を締結状態に切り換えることにより、前輪だけでなく後輪５０に対しても動力を伝達することができる。しかも、電磁コイル５２ａに対する通電電流の大きさに応じてカップリング５２の締結力を制御することができるため、車両の走行状態に応じて前後輪間のトルク分配比を１００：０〜５０：５０の範囲で設定することができる。

このような駆動装置１１に組み込まれた駆動用モータ２１を駆動制御するため、図２に示すように、駆動用モータ２１は電気機器であるインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されている。高電圧バッテリ６１からの直流電流は、インバータ６０によって交流電流に変換された後に駆動用モータ２１のステータコイル２１ｄに供給される。インバータ６０はステータコイル２１ｄに供給する電力の周波数や電圧を調整することにより、走行状況に応じて駆動用モータ２１の駆動状態を制御することができる。

また、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃもインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されており、発電された交流電流はインバータ６０によって直流電流に変換されて高電圧バッテリ６１に充電される。さらには、インバータ６０を介して発電用モータ２２に電力を供給することができるため、発電用モータ２２をスタータモータとして作動させることができ、発電用モータ２２によってエンジン２０を始動させることができる。なお、各種電装品６２には電気機器であるＤＣ／ＤＣコンバータ６３（以下、コンバータという。）を介して高電圧バッテリ６１が接続されており、各種電装品６２に供給される電力はコンバータ６３によって所定の電圧（たとえば、１２Ｖ）に降圧される。

駆動用モータ２１や発電用モータ２２に接続されるインバータ６０は車両後部に搭載されており、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃとインバータ６０とを接続する通電ケーブル６４は、図１に示すように、車両後部に向けてフロアトンネル１９に配設される。同様に、駆動用モータ２１のステータコイル２１ｄとインバータ６０とを接続する通電ケーブル６５も、車両後部に向けてフロアトンネル１９に配設されている。なお、高電圧バッテリ６１と各種電装品６２との間に設けられるコンバータ６３も車両後部に搭載されている。

続いて、車両に搭載される冷却装置１０について説明する。図３は冷却装置１０の循環流路を示す説明図である。図３に示すように、冷却装置１０としては、内燃機関であるエンジン２０を冷却するエンジン冷却系と、発電用モータ２２、駆動用モータ２１、インバータ６０およびコンバータ６３を冷却するモータ冷却系とが設けられている。エンジン冷却系とモータ冷却系とにそれぞれ形成される循環流路は別系統となっており、これらの循環流路を介してエンジン２０や発電用モータ２２などには冷却媒体である冷却水が案内される。

図１および図３に示すように、エンジンルーム１２内の駆動装置１１前方には、エンジン用ラジエータ７０とモータ用ラジエータ７１とが設けられている。これらのラジエータ７０，７１は、冷却水を案内する図示しない複数のチューブを備えており、相互に平行となるチューブ間には図示しない放熱フィンが取り付けられている。この放熱フィンの間に冷却風を流すことにより、冷却水の熱を冷却風に放出することができる。なお、図１および図３において、ラジエータ７０，７１に冷却風を送り込む冷却ファンは省略して図示している。

図３に破線の矢印で示すように、エンジン２０とラジエータ７０とは冷却配管７２ａ，７２ｂによって接続されており、これらの冷却配管７２ａ，７２ｂによってエンジン冷却系の循環流路が形成されている。冷却配管７２ａには図示しないポンプが設けられており、ポンプを駆動することによってエンジン２０とラジエータ７０との間で冷却水を循環させることができる。エンジン２０内を通過する際に冷却水によって吸収された熱は、冷却水がラジエータ７０を通過する際に冷却風に放出されるため、冷却水を所定の温度範囲に保つことができ、エンジン２０を所定の温度範囲に保つことができる。なお、エンジン２０を形成するシリンダヘッドやシリンダブロックには、冷却水を案内するための図示しないウォータジャケットが形成されている。

続いて、図３に実線の矢印で示すように、インバータ６０と駆動用モータ２１とは第１冷却配管７３を介して接続されており、発電用モータ２２とコンバータ６３とはラジエータ７１が組み込まれた第２冷却配管７４を介して接続されている。また、コンバータ６３とインバータ６０とは冷却配管７５を介して接続されており、駆動用モータ２１と発電用モータ２２とは冷却配管７６を介して接続されている。このように、ラジエータ７１、コンバータ６３、インバータ６０、駆動用モータ２１および発電用モータ２２は、冷却配管７３〜７６を介して直列に接続されており、これらの冷却配管７３〜７６によってモータ冷却系の循環流路が形成されている。

また、ラジエータ７１とコンバータ６３とを接続する冷却配管７４にはポンプ７７が設けられており、ラジエータ７１とポンプ７７との間にはタンク７８が設けられている。このポンプ７７を駆動することにより、冷却水はコンバータ６３およびインバータ６０に案内され、コンバータ６３およびインバータ６０を通過した後に駆動用モータ２１および発電用モータ２２に案内される。そして、駆動用モータ２１および発電用モータ２２を通過した冷却水は、ラジエータ７１を通過することによって放熱した後に、タンク７８を介して再びポンプ７７に供給されることになる。なお、冷却水が注水されるタンク７８は循環流路の中で最も高い位置に搭載されており、タンク７８からモータ冷却系の循環流路に冷却水を充填することができる。また、タンク７８よりも下流側にポンプ７７を設けることにより、タンク７８から冷却水を溢れ出させることなく冷却水を循環させることができる。

循環する冷却水によって駆動用モータ２１や発電用モータ２２を冷却するため、図２に示すように、発電用モータ２２を収容するジェネレータケース２９や、駆動用モータ２１を収容するモータケース４０には、ウォータジャケット２９ａ，４０ａが形成されている。また、インバータ６０やコンバータ６３を冷却するため、インバータ６０やコンバータ６３には図示しないヒートシンクが組み付けられ、このヒートシンクにもウォータジャケットが形成されている。これらのウォータジャケット２９ａ，４０ａに冷却水を案内することにより、通電によって発熱するコンバータ６３、インバータ６０、駆動用モータ２１および発電用モータ２２を冷却して所定の温度範囲に保つことができる。なお、ジェネレータケース２９やモータケース４０は放熱性の良いアルミニウム製となっている。

このようなウォータジャケット２９ａ，４０ａに案内される冷却水は、ラジエータ７１を経て冷却された後に、まず、発熱量の少ないコンバータ６３やインバータ６０に供給され、続いて、発熱量の多い駆動用モータ２１や発電用モータ２２に供給されることになる。このため、コンバータ６３やインバータ６０とこれらを冷却する冷却水との温度差と、駆動用モータ２１や発電用モータ２２とこれらを冷却する冷却水との温度差とを、それぞれ適切に設定することができ、コンバータ６３、インバータ６０、駆動用モータ２１および発電用モータ２２のそれぞれを効率良く冷却することができる。

しかも、車両後部に搭載されたインバータ６０から車両前部に搭載された駆動用モータ２１に冷却水を案内する冷却配管７３は、図１に示すように、フロアパネル１６に形成されたフロアトンネル１９内に配設されるため、インバータ６０を通過した直後に駆動用モータ２１に冷却水が供給されることはなく、駆動用モータ２１に供給される冷却水温を低く抑えることができる。

つまり、コンバータ６３およびインバータ６０の熱を吸収した冷却水は、冷却配管７３を通過する際に外気に熱を放出するため、インバータ６０通過直後よりも低い水温で冷却水を駆動用モータ２１に供給することができる。また、冷却配管７３は車両後部から車両前部にかけて配設されるため、冷却配管７３の放熱面積を大きく設定することができ、十分に冷却水温を低下させることができる。このように、冷却水の冷却機能を備えた冷却配管７３を介して、インバータ６０から駆動用モータ２１に冷却水を案内するようにしたので、駆動用モータ２１や発電用モータ２２の冷却効率を高めることができる。なお、冷却水の熱を外気に放出する冷却配管７３は熱伝導性に優れた金属製が好適である。

また、図１および図３に示すように、フロアトンネル１９内には冷却配管７３だけでなく、エンジン２０からの燃焼ガスを車両後方に排気する排気管７９が設けられているが、進行方向を向いて設けられる冷却配管７３と排気管７９との間には、後輪５０に動力を伝達するプロペラシャフト５１が配置されるため、冷却配管７３に対して放射される排気管７９の熱による影響を抑制することができる。つまり、排気管７９から放出される熱をプロペラシャフト５１によって遮断することができ、排気管７９による冷却配管７３の温度上昇を回避することができる。これにより、冷却装置１０の冷却性能を高く維持することができる。

さらに、図１に示すように、フロアトンネル１９内に通電ケーブル６４，６５が配設されているが、この通電ケーブル６４，６５を冷却配管７３の上方に配置するようにしたので、車両の安全性を高めることができる。つまり、冷却配管７３や通電ケーブル６４，６５を分解整備する際にも、通電ケーブル６４，６５に対する冷却水の付着を防止することができ、高電圧の電力が流れる通電ケーブル６４，６５からの漏電を防止することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示する駆動装置１１は、シリーズ・パラレル式のハイブリッド車両に搭載される駆動装置１１であるが、シリーズ式やパラレル式のハイブリッド車両に搭載される駆動装置に本発明を適用するようにしても良い。また、四輪駆動用の駆動装置に限られることはなく、二輪駆動用の駆動装置に本発明を適用しても良い。

また、フロアトンネル１９内には冷却配管７３を配設するだけでなく、図１に示すように、冷却配管７４を配設するようにしても良い。このように、フロアトンネル１９内に冷却配管７４を配設することにより、冷却配管７３と同様に冷却水の熱を走行風などに伝達することができ、ラジエータ７１を経た冷却水の温度を更に低下させてコンバータ６３に案内することができる。これにより、モータ冷却系の冷却効率を更に高めることができる。

さらに、発電用モータ２２や駆動用モータ２１としては、三相交流モータが用いられているが、単相交流モータ、多相交流モータ、さらには直流モータであっても良い。

ハイブリッド車両に搭載された本発明の一実施の形態である冷却装置を示す概略図である。 ハイブリッド車両に搭載された駆動装置の一部を示すスケルトン図である。 冷却装置の循環流路を示す説明図である。

符号の説明

１０ 冷却装置
１４ 車室
１６ フロアパネル
２０ エンジン
２１ 駆動用モータ（モータ）
２２ 発電用モータ（モータ）
５０ 後輪
５１ プロペラシャフト
６０ インバータ（電気機器）
６３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電気機器）
６４，６５ 通電ケーブル
７１ モータ用ラジエータ（ラジエータ）
７３ 冷却配管（第１冷却配管）
７４ 冷却配管（第２冷却配管）
７９ 排気管

Claims (4)

1. エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の冷却装置であって、
   前記モータを車両前部に搭載する一方、電気機器を車両後部に搭載し、
   前記電気機器から前記モータに冷却媒体を案内する第１冷却配管と、前記モータからラジエータを介して再び前記電気機器に冷却媒体を案内する第２冷却配管とを形成し、
   車室を区画するフロアパネルの下方に前記第１冷却配管を配設することを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の冷却装置において、前記第１冷却配管と前記エンジンの排気管との間に、後輪に動力を伝達するプロペラシャフトを配置することを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の冷却装置において、前記第１冷却配管の上方に前記モータと前記電気機器とを接続する通電ケーブルを配置することを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の冷却装置において、前記第１冷却配管は、前記冷却媒体の冷却機能を備えることを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
   
   

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