JP2009040320A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される電気負荷および電気負荷の駆動装置を冷却し、かつ、消費電力を低減可能な冷却システムを提供する。
【解決手段】制御装置３０は、トランスアクスル４０の温度を検知する温度センサ６２から受ける温度値ＴＬに応じて三方弁７４を制御する。制御装置３０は、温度値ＴＬが所定値よりも低い場合には三方弁７４のポートＡとポートＣとを連通させることにより電力変換部１０のみに冷却水を流し、温度値ＴＬが所定値以上である場合には三方弁７４のポートＡとポートＢとを連通させることにより電力変換部１０およびトランスアクスル４０に冷却水を流す。電力変換部１０のみに冷却水が流れる場合には冷却システム全体の圧損が小さくなるためウォータポンプ７２の負荷を小さくすることができる。これによりウォータポンプ７２の消費電力を下げることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却システムに関し、特に、車両に搭載される電気負荷および電気負荷の駆動装置を冷却し、かつ、消費電力を低減可能な冷却システムに関する。

近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きく注目されている。そして、ハイブリッド自動車は、既に実用化されている。

ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによってさらに動力源を得るものである。

このようなハイブリッド自動車においては、エンジンのほか、パワー素子を含むインバータなどの負荷駆動装置の冷却も行なわれる。そして、従来、ハイブリッド自動車における冷却システムにおいては、負荷駆動装置の冷却系統は、エンジンの冷却系統と独立して設けられていた。

一方、特開２００５−１９９９８６号公報（特許文献１）は、負荷駆動装置の冷却系統と、エンジンの冷却系統とを共通化した冷却システムを開示する。この冷却システムでは負荷駆動装置とエンジンとは冷媒が流れる冷媒路に対して直列に配される。負荷駆動装置であるインバータ装置は、エンジンを冷却する際の冷却水温度に対して耐熱性を有するパワー素子を含む。このパワー素子は、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を素材とする。
特開２００５−１９９９８６号公報 特開２００６−４２４４１号公報 特開平８−１１６６０５号公報 特開２００４−３４６８３１号公報 特開２００６−２１９０８３号公報

多くの場合、インバータにはシリコン（Ｓｉ）系のパワー素子が用いられる。シリコン系のパワー素子はシリコンカーバイド系のパワー素子に比べて耐熱性が低いため、シリコン系のパワー素子を含むインバータ装置に対しては上記の冷却システムを適用できない可能性がある。

一方、特開２００５−１９９９８６号公報に開示される冷却システムの場合には、負荷駆動装置の駆動対象である電気負荷（具体的にはモータジェネレータ）と負荷駆動装置とが冷媒路に対して直列に配される。よって、この冷却システムではインバータおよびモータジェネレータに冷却水が常時供給される。

たとえばインバータおよびモータジェネレータの始動時にはモータジェネレータの温度が低い。この場合、モータジェネレータの潤滑油の温度も低い。一般的に温度が低いほど潤滑油の粘性が高くなるので、モータジェネレータの動作効率の点からは、できるだけ速やかにモータジェネレータを暖機することが好ましい。しかし、モータジェネレータの始動時点からモータジェネレータの冷却が行なわれた場合にはモータジェネレータの温度上昇が妨げられる。

モータジェネレータの冷却が必要な場合にのみモータジェネレータに冷却水が供給されれば、ウォータポンプの消費電力を全体的に小さくすることができる。しかし特開２００５−１９９９８６号公報には、上述したような課題について示されていない。

本発明の目的は、車両に搭載される電気負荷および電気負荷の駆動装置を冷却し、かつ、消費電力を低減可能な冷却システムを提供することである。

本発明は要約すれば、車両に搭載される冷却システムである。冷却システムは、自身を冷却するための冷却媒体が流れる第１の媒体路を含む電気負荷と、自身を冷却するための冷却媒体が流れる第２の媒体路を含み、かつ、電気負荷を駆動する駆動装置と、第１の媒体路と第２の媒体路とを接続する第３の媒体路と、第３の媒体路により接続された第１および第２の媒体路に、第２の媒体路側から冷却媒体を供給する供給装置と、第１の媒体路における冷却媒体の流出側に接続される第４の媒体路と、電気負荷を迂回するように、第３の媒体路と第４の媒体路とに接続される第１の迂回路と、第３の媒体路に流入した冷却媒体の流出先である第１の流出先を、第１の媒体路と第１の迂回路との間で切換える第１の切換装置と、電気負荷の負荷温度を検知する第１の温度センサと、第１の温度センサが検知した負荷温度に基づいて、第１の切換装置を制御する制御装置とを備える。

好ましくは、電気負荷は、駆動装置により駆動される回転電機をさらに含む。回転電機は、回転電機の動作時に発熱するコイルを有する。第１の温度センサは、コイルのコイル温度を負荷温度として検知する。

より好ましくは、制御装置は、回転電機の負荷とコイル温度との関係に基づいて予め定められたしきい温度と、第１の温度センサが検知したコイル温度とを比較する。制御装置は、コイル温度がしきい温度よりも低い場合には、第１の流出先が第１の迂回路となるように第１の切換装置を制御する。制御装置は、コイル温度がしきい温度以上の場合には、第１の流出先が第２の媒体路となるように第１の切換装置を制御する。

好ましくは、供給装置は、第４の媒体路から流出される冷却媒体を受け、かつ、受けた冷却媒体を第１の媒体路に再度供給する。冷却システムは、供給装置と第２の媒体路との間に配され、かつ、供給装置から供給される冷却媒体を冷却するラジエータと、供給装置とラジエータにおける冷却媒体の流入側とを接続する第５の媒体路と、ラジエータにおける冷却媒体の流出側と、第１の媒体路における冷却媒体の流入側とを接続する第６の媒体路と、ラジエータを迂回するように第５の媒体路と第６の媒体路とに接続される第２の迂回路と、第５の媒体路に流入した冷却媒体の流出先である第２の流出先を、ラジエータにおける冷却媒体の流入側と第２の迂回路との間で切換える第２の切換装置と、第５の媒体路における供給装置から第２の迂回路の接続点までの間の場所に配され、かつ、冷却媒体の媒体温度を検知する第２の温度センサとをさらに備える。制御装置は、第２の温度センサが検知した媒体温度に基づいて、第２の切換装置を制御する。

より好ましくは、制御装置は、電気負荷の始動時において負荷温度が所定の第１の温度以下である場合には、第２の流出先が第２の迂回路となるように第２の切換装置を制御するとともに、第１の流出先が第１の迂回路となるように第１の切換装置を制御する。

さらに好ましくは、制御装置は、媒体温度が所定の第１の温度よりも大きな所定の第２の温度を超えた場合には、第１の流出先が第１の迂回路から第１の媒体路に切換わるよう第１の切換装置を制御することにより電気負荷を暖める。

さらに好ましくは、制御装置は、媒体温度が所定の第２の温度よりも大きな所定の第３の温度を超えた場合には、第２の流出先が第２の迂回路から第５の媒体路に切換わるよう第２の切換装置を制御することにより冷却媒体を冷却する。

本発明によれば、車両に搭載される電気負荷および電気負荷の駆動装置を冷却し、かつ、消費電力を低減可能な冷却システムを実現できる。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るハイブリッド自動車１の構成を説明する図である。図１を参照して、ハイブリッド自動車１は、バッテリＢと、電力変換部（以下では「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する）１０と、エンジン２０と、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、トランスアクスル（以下では「Ｔ／Ａ」とも称する）４０とを含む。

電力変換部１０は、バッテリＢの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット１２と、昇圧ユニット１２との間で直流電力を授受するインバータ１４とを含む。トランスアクスル４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ４１，４２とを含む。

直流電源であるバッテリＢは、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池を含む。バッテリＢは直流電力を昇圧ユニット１２に供給するとともに、昇圧ユニット１２からの直流電力によって充電される。なお、バッテリＢは組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットＢ０〜Ｂｎを含む。昇圧ユニット１２とバッテリＢとの間にはシステムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。

昇圧ユニット１２はバッテリＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ１４に供給する。インバータ１４は供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力はインバータ１４によって直流に変換されて昇圧ユニット１２によってバッテリＢの充電に適切な電圧に変換されバッテリＢが充電される。

また、インバータ１４はモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２はエンジン２０を補助して前輪２０Ｒ，２０Ｌを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ１４および昇圧ユニット１２を経由してバッテリＢに戻される。

モータジェネレータＭＧ１は、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン２０の動力を受けて発電を行なう。モータジェネレータＭＧ２はその回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続される。なお、インバータ１４はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され、交流電力と昇圧ユニット１２からの直流電力との変換を行なう。

プラネタリギヤＰＧは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方に噛合うピニオンギヤと、ピニオンギヤをサンギヤの周りに回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを含む。プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン２０に接続されるプラネタリキャリヤの回転軸である。第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続されるサンギヤの回転軸である。第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続されるリングギヤの回転軸である。

この第３の回転軸にはギヤ４１が取付けられ、このギヤ４１はギヤ４２を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ４２から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、ギヤ４２，４１を介して前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力をプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。

プラネタリギヤＰＧはエンジン２０，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤＰＧの３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転が定まれば残る１つの回転軸の回転は自ずと定められる。したがって、エンジン２０を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。

ハイブリッド自動車１は、さらに、制御装置３０を含む。制御装置３０は、運転者の指示および車両に取付けられた各種センサからの出力に応じて、エンジン２０、インバータ１４および昇圧ユニット１２を制御する。

後に詳しく説明するが、ハイブリッド自動車１は、冷却水を用いて電力変換部１０およびトランスアクスル４０を冷却する冷却システムを備える。制御装置３０は、トランスアクスル４０の温度に応じて冷却水の流れを制御することによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作効率を適切にする。

図２は、実施の形態１に係る冷却システムを説明する図である。図２を参照して、冷却システムは、電力変換部１０と、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）４０と、温度センサ６２と、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）７０と、ラジエータ７２と、三方弁７４と、冷却水が流れる媒体路８１〜８７とを含む。本実施の形態では冷却媒体は冷却水である。ただし冷却媒体はたとえば空気でもよい。

電力変換部１０は、自身を冷却するための冷却水が流れる媒体路１５を含む。また、後述するようにトランスアクスル４０は、自身を冷却するための冷却水が流れる媒体路を有する。

媒体路８１は、ウォータポンプ７０の吐出口とラジエータ７２の第１のポート（ラジエータ７２における冷却水の流入側）とを接続する。媒体路８２は、ラジエータ７２の第２のポート（ラジエータ７２における冷却水の流出側）と媒体路１５とを接続する。

媒体路１５と、トランスアクスル４０の媒体路とは媒体路８３，８５により接続される。これにより、媒体路１５と、トランスアクスル４０の媒体路とは直列に接続される。

ウォータポンプ７０は、直列に接続された媒体路１５とトランスアクスル４０の媒体路とに対して媒体路１５側から冷却水を供給する。ウォータポンプ７０から供給される冷却媒体は、媒体路８１、ラジエータ７２および媒体路８２を経由して、媒体路１５およびトランスアクスル４０の媒体路に流れる。また、ウォータポンプ７０は、媒体路８７から冷却水を受けるとともに受けた冷却水を媒体路１５に再度供給する。これによりウォータポンプ７０は冷却水を循環させる。

ラジエータ７２は媒体路８１から冷却水を受けるとともに、外気との熱交換によって冷却水を冷却する。

三方弁７４は、ポートＡ〜Ｃを有する。三方弁７４は、全閉状態、全開状態（ポートＡ、ポートＢおよびポートＣを連通状態）、ポートＡとポートＢとを連通状態、ポートＡとポートＣとを連通状態、ポートＢとポートＣとを連通状態の５通りの状態を実現することができる。

媒体路８４は、媒体路８３と三方弁７４のポートＣとに接続される。これにより媒体路８３は、三方弁７４側への媒体路８４と、トランスアクスル４０の媒体路の入口側へ連通される媒体路８５とに分岐される。

媒体路８６は、トランスアクスル４０の媒体路の出口側と三方弁７４のポートＢとに接続される。媒体路８７は三方弁７４のポートＡとウォータポンプ７０の吸入口とに接続される。

三方弁７４のポートＡとポートＢとが連通している場合には、媒体路８３に流入した冷却水は、媒体路８５、トランスアクスル４０の媒体路および媒体路８６，８７を通ることによりウォータポンプ７０に戻る。この場合、媒体路８６，８７は、トランスアクスル４０における冷却水の流出側に接続される媒体路となる。

三方弁７４のポートＡとポートＣとが連通している場合には、三方弁７４によってトランスアクスル４０の媒体路および媒体路８６における冷却水の流れが阻止される。この場合、媒体路８３に流入した冷却水は、媒体路８４、三方弁７４および媒体路８７を通ることによりウォータポンプ７０に戻る。すなわち媒体路８４はトランスアクスル４０を迂回するように媒体路８３と、媒体路８６，８７からなる媒体路（トランスアクスル４０の媒体路における冷却水の流出側に接続される媒体路）とに接続される迂回路である。また、三方弁７４は、媒体路８３に流入した冷却水の流出先を媒体路８５（トランスアクスル４０の媒体路）と媒体路８４との間で切換える。

なおウォータポンプ７０は吐出量を変更可能であることが好ましい。このようにウォータポンプ７０を構成することによりポートＡとポートＣとが連通している状態における吐出量をポートＡとポートＢとが連通している状態における吐出量よりも少なくすることができる。このように吐出量を変化させることによってウォータポンプ７０の消費電力を下げることが可能になる。

温度センサ６２はトランスアクスル４０の内部に設けられる。温度センサ６２はモータジェネレータＭＧ２のコイル温度をモータジェネレータＭＧ２の温度（負荷温度）として検知するとともに検知結果である温度値ＴＬを制御装置３０に出力する。

制御装置３０は、ウォータポンプ７０の動作および停止を制御する。制御装置３０は、さらに、温度値ＴＬに応じて三方弁７４を制御する。制御装置３０による三方弁７４の制御については、後に詳しく説明する。

図３は、図２のトランスアクスル４０における冷却水の経路を説明する図である。図３を参照して、トランスアクスル４０はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、および媒体路８８を含む。媒体路８５を流れる冷却水はモータジェネレータＭＧ１、媒体路８８、モータジェネレータＭＧ２、媒体路８６の順に流れる。すなわちトランスアクスル４０は自身を冷却するための冷却水が流れる媒体路８８を有する。

インバータ１４がモータジェネレータＭＧ２を駆動する場合、コイルに電流が流れるためコイルが発熱する。温度センサ６２は、モータジェネレータＭＧ２のコイル温度を検知して検知結果である温度値ＴＬを出力する。

図４は、実施の形態１に係る冷却システムの第１の動作状態を示す図である。図４を参照して、制御装置３０は温度値ＴＬが所定値（以下、この所定値を温度値ＴＨとする）よりも低い場合には、ポートＡとポートＣとが連通状態となるように三方弁７４を制御する。ポートＢが閉状態となるため、媒体路８５，８６およびトランスアクスル４０の媒体路において冷却水の流れが生じなくなる。よってウォータポンプ７２から送出された冷却水は媒体路８１、ラジエータ７２、媒体路８２、１５、８３、８４、三方弁７４、および媒体路８７の順に流れる。この場合には電力変換部１０のみが冷却される。

温度値ＴＬが温度値ＴＨよりも低い場合とは、モータジェネレータＭＧ２の負荷が小さい場合、言い換えるとモータジェネレータＭＧ２の負荷が軽負荷および中負荷である場合である。この場合にはインバータ１４がコイルに流す電流が小さいため、コイルの発熱量が小さい。このためコイルに熱が生じてもその熱が外気や潤滑油に放出されることによりコイル温度の上昇が抑えられる。よって温度値ＴＬが温度値ＴＨより小さくなる。

図５は、実施の形態１に係る冷却システムの第２の動作状態を示す図である。図５を参照して、制御装置３０は温度値ＴＬが温度値ＴＨ以上である場合には、ポートＡとポートＢとが連通状態となるように三方弁７４を制御する。これにより媒体路１５から排出された冷却水は、媒体路８５，８６，８７の順に流れる。この場合には電力変換部１０およびトランスアクスル４０が冷却される。

温度値ＴＬが温度値ＴＨ以上の場合とは、モータジェネレータＭＧ２の負荷が大きい場合、すなわちモータジェネレータＭＧ２の負荷が高負荷である場合である。この場合にはコイルに流れる電流が大きくなる。コイルに生じた熱の一部は外気や潤滑油などに放出されるものの、コイルの発熱量が大きいためコイル温度が上昇する。よって温度値ＴＬが温度値ＴＨ以上となる。

なお温度値ＴＨは、たとえばモータジェネレータＭＧ２の負荷とモータジェネレータＭＧ２のコイル温度との関係を予め実験などにより求めることによって定められる。

図６は、実施の形態１に係る冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理はたとえば一定の時間ごとに実行される。

図６および図２を参照して、処理が開始されると制御装置３０は温度センサ６２から温度値ＴＬを取得する（ステップＳ１）。次に制御装置３０は温度値ＴＬが温度値ＴＨよりも低いか否かを判定する（ステップＳ２）。温度値ＴＬが温度値ＴＨよりも低い場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御装置３０は、三方弁７４のポートＡとポートＣとを連通させることにより電力変換部（ＰＣＵ）１０のみに冷却水を流す（ステップＳ３）。温度値ＴＬが温度値ＴＨ以上である場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御装置３０は三方弁７４のポートＡとポートＢとを連通させることにより電力変換部（ＰＣＵ）１０およびトランスアクスル（Ｔ／Ａ）４０に冷却水を流す（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の処理が終了すると全体の処理が終了する。

実施の形態１の冷却システムでは電力変換部１０およびトランスアクスル４０は冷却水が流れる経路に直列に配される（図２〜図５を参照）。これによりウォータポンプの負荷を小さくすることができるためウォータポンプの消費電力を小さくできる。以下ではこの点についてより詳しく説明する。

図７は、実施の形態１の冷却システムの比較例を示す図である。図７を参照して、電力変換部（ＰＣＵ）１０に冷却水を流すための媒体路９２およびトランスアクスル（Ｔ／Ａ）４０に冷却水を流すための媒体路９３はラジエータ７２における冷却媒体の第２のポート（冷却水の流出側）に並列に接続される。媒体路８７は電力変換部１０における冷却水の流出側およびトランスアクスル４０における冷却水の流出側に並列に接続される。

図７に示す冷却システムの場合には、ウォータポンプ７０の吐出量は電力変換部の冷却に必要な流量とトランスアクスルの冷却に必要な流量の合計に等しくなる。よって実施の形態１の冷却システムに比べてウォータポンプ７０の吐出量を大きくしなければならない。ここでウォータポンプ７０の吐出量が増えるほどラジエータ７２内の媒体路の抵抗が大きくなるため、ラジエータ７２の圧損が大きくなる。

図８は、図７に示すラジエータ７２における冷却水の流量と圧損との関係を説明する図である。図８に示すように、冷却水の流量が大きくなるにつれて流量に対する圧損の変化率が大きくなる。これにより、図７に示す冷却システムの場合には、実施の形態１の冷却システムに比べてウォータポンプの吐出量を大幅に増やす必要がある。ウォータポンプの吐出量が増えることによってウォータポンプの消費電力が大きくなる。ウォータポンプの消費電力が増えることによりハイブリッド自動車１の燃費が低下することが起こり得る。

図９は、電力変換部（ＰＣＵ）とトランスアクスル（Ｔ／Ａ）を並列に配置した場合と直列に配置した場合との比較結果を示す図である。図９を参照して、並列配置の場合にはウォータポンプの吐出量は、電力変換部の冷却に必要な流量とトランスアクスルの冷却に必要な流量の合計だけ必要となる。これに対し、直列配置の場合にはウォータポンプの吐出量は電力変換部の冷却に必要な流量とトランスアクスルの冷却に必要な流量とのうち大きいほうだけでよい。

すなわち直列配置の場合には並列配置の場合よりもポンプの吐出量が小さくなる。よってラジエータの圧損は、並列配置の場合には大きくなり、直列配置の場合には小さくなる。

並列配置の場合にはラジエータの圧損が特に大きいため、冷却システム全体の圧損も大きくなる。このためウォータポンプのサイズが大きくなるとともにウォータポンプの消費電力が大きくなる。

一方、直列配置の場合にはラジエータの圧損が小さいため、冷却システム全体の圧損も小さくなる。よってウォータポンプのサイズが小さくなるとともにウォータポンプの消費電力が小さくなる。

実施の形態１の冷却システムは、図９に示す直列配置の利点を有する。さらに実施の形態１の冷却システムは、以下の利点を有する。

第１に、モータジェネレータＭＧ２の負荷が軽負荷、または中負荷の場合においてトランスアクスル４０に冷却水を流さないため、冷却システム全体の圧損をより小さくすることができる。これにより、たとえばウォータポンプ７０の負荷を下げることができるためウォータポンプ７０の消費電力をより小さくすることができる。

第２に、モータジェネレータＭＧ２の負荷が軽負荷、または中負荷の場合には電力変換部１０が集中的に冷却されるため、電力変換部１０の冷却効果がより高められる。

本実施の形態においては電力変換部１０の過熱保護のため、電力変換部１０の温度が高い場合に電力変換部１０の動作が制限される。たとえばユーザがアクセルペダルの操作によりアクセル開度を急に全開にした場合には、ハイブリッド自動車１の駆動のためモータジェネレータＭＧ２の出力が必要とされる。この場合、電力変換部１０は、モータジェネレータＭＧ２が所望のトルクを速やかに出力するようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより電力変換部１０の温度が急上昇しやすくなる。

このように電力変換部１０が動作し、かつ、モータジェネレータＭＧ２のコイル温度がそれほど上昇していない場合に電力変換部１０を集中的に冷却することによって、電力変換部１０の温度が急上昇するのを抑えることができる。これにより電力変換部１０の動作が制限されるのを防ぐことができるためモータジェネレータＭＧ２の出力トルクが制限されるのを防ぐことができる。よってユーザによるアクセルペダルの操作に応じたハイブリッド自動車１の走行が可能になる。

さらに、図６に示されるように、制御装置３０はモータジェネレータＭＧ２のコイル温度（温度値ＴＬ）と温度値ＴＨとを比較することによりトランスアクスル４０を冷却するか否かを判断する。温度センサ６２をモータジェネレータＭＧ２の近傍に配置することによって、モータジェネレータＭＧ２の冷却が必要か否かを制御装置３０がより正確に判断することができる。よって、モータジェネレータＭＧ２の負荷が高負荷のときにのみモータジェネレータＭＧ２に冷却水を流せばよくなる。これにより、ウォータポンプ７０の消費電力をより小さくすることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１に係るハイブリッド自動車１の構成は図１に示す構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。実施の形態２に係る冷却システムは、実施の形態１に係る冷却システムに比べて消費電力をより小さくすることができるだけでなくトランスアクスルの動作効率をより高めることもできる。

図１０は、実施の形態２に係る冷却システムの図である。図１０および図２を参照して、実施の形態２に係る冷却システムは、実施の形態１に係る冷却システムに対して、温度センサ６４，６６、三方弁７６、および媒体路８１Ａ，８１Ｂをさらに備える点で異なる。さらに、実施の形態２に係る冷却システムは、実施の形態１に係る冷却システムに対して、媒体路８２に代えて媒体路８２Ａ，８２Ｂを含む点で異なる。

トランスアクスル４０の内部にはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の潤滑および冷却のための潤滑油が入っている。温度センサ６４はこの潤滑油の温度を検知するとともに検知結果である温度値Ｔｏを制御装置３０に出力する。

三方弁７４は、ポートＥ、ポートＦ、ポートＧを有する。実施の形態２の冷却システムでは、媒体路８１がラジエータ７２の第１のポートに連通される媒体路８１Ａと三方弁７６側への媒体路８１Ｂとに分岐される。また、実施の形態２の冷却システムでは、ラジエータ７２の第２のポートと三方弁７６のポートＥとは媒体路８２Ａにより接続される。三方弁７６のポートＦと媒体路１５の入口側とは媒体路８２Ｂにより接続される。

また、以下のように媒体路８１，８１Ａ，８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂを説明することもできる。媒体路８１，８１Ａはウォータポンプ７０とラジエータ７２の第１のポート（冷却水の流入側）とを接続する。媒体路８２Ａ，８２Ｂはラジエータ７２の第２のポート（冷却水の流出側）と、媒体路１５における冷却水の流入側とを接続する。媒体路８１Ｂは、ラジエータ７２を迂回するように、ウォータポンプ７０とラジエータ７２の第１のポートとを接続する媒体路（媒体路８１，８１Ａ）と、ラジエータ７２の第２のポートと媒体路１５における冷却水の流入側とに接続される媒体路（媒体路８２Ａ，８２Ｂ）とに接続される。

三方弁７６のポートＥ、Ｆが連通状態である場合には媒体路８１，８１Ａからなる媒体路に流入した冷却水の流出先は、ラジエータ７２の第１のポートとなる。三方弁７６のポートＧ、Ｆが連通状態である場合には媒体路８１，８１Ａからなる媒体路に流入した冷却水の流出先は、媒体路８１Ｂとなる。すなわち三方弁７６は媒体路８１，８１Ａからなる媒体路に流入した冷却水の流出先を、ラジエータ７２の第１のポートと媒体路８１Ｂとの間で切換える。

温度センサ６６は、媒体路８１Ａ，８１Ｂよりも冷却水の上流側に配置される。より具体的には温度センサ６６は媒体路８１，８１Ａからなる媒体路におけるウォータポンプ７０から媒体路８１Ｂの接続点８１Ｃまでの間に配される。温度センサ６６は、冷却水の温度を検知するとともに、検知結果である温度値Ｔｗを制御装置３０に出力する。

制御装置３０は温度値Ｔｗ，Ｔｏ，ＴＬを受け、これらの温度に基づいて三方弁７４，７６を制御する。

図１１は、図１０のトランスアクスル４０の構成の概略を示す断面図である。図１１において、トランスアクスル４０の断面方向はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸と平行方向である。

図１１を参照して、軸ＸはモータジェネレータＭＧ１の回転軸であるとともにモータジェネレータＭＧ２の回転軸である。

モータジェネレータＭＧ１はロータコア５０．１と、永久磁石５４．１とを含む。永久磁石５４．１はロータコア５０．１に挿入される。モータジェネレータＭＧ１は、さらに、ステータコア４０．１と、ステータコア４０．１に巻回されるステータコイル４６．１とを含む。ステータコア４０．１（およびステータコイル４６．１）はロータコア５０．１の周囲に設けられる。

モータジェネレータＭＧ２は、ロータコア５０．２と、永久磁石５４．２とを含む。永久磁石５４．２はロータコア５０．２に挿入される。モータジェネレータＭＧ２は、さらに、ステータコア４０．２と、ステータコア４０．２に巻回されるステータコイル４６．２とを含む。ステータコア４０．２（およびステータコイル４６．２）はロータコア５０．２の周囲に設けられる。なお、永久磁石５４．１の数および永久磁石５４．２の数は特に限定されるものではない。

トランスアクスル４０のケースの底に溜められた潤滑油６０はロータコア５０．１，５０．２の各々により掻き揚げられる。ロータコア５０．１およびステータ（ステータコア４０．１とおよびステータコイル４６．１）は潤滑油６０により冷却される。同様に、ロータコア５０．２およびステータ（ステータコア４０．２とおよびステータコイル４６．２）は潤滑油６０により冷却される。

モータジェネレータＭＧ２のステータの温度を検知するために、温度センサ６２がステータコイル４６．２の近傍に設けられる。ケースの底部には潤滑油６０の温度を検知するための温度センサ６４が設けられる。

なお図が煩雑になるのを防ぐため、冷却水の経路は図１１に示されていない。しかしながら図１０に示すトランスアクスル４０においても図２に示す冷却通路と同様の冷却通路が形成される。

図１２は、実施の形態２の冷却システムの第１の動作状態を示す図である。図１２を参照して、温度値Ｔｏが所定の第１の温度値（温度値Ｔ１とする）よりも低い場合、制御装置３０はポートＧとポートＦとが連通状態になるように三方弁７６を制御する。さらに制御装置３０はポートＡとポートＣとが連通状態になるように三方弁７４を制御する。ウォータポンプ７０から送出された冷却水は媒体路８１，８１Ａ，８１Ｂ、三方弁７６、媒体路８２Ｂ，１５，８３，８４，三方弁７４、および媒体路８７の順に流れる。媒体路８７を流れる冷却水はウォータポンプ７０に戻る。この場合には電力変換部１０のみが冷却される。

第１の動作状態においては冷却水がラジエータ７２およびトランスアクスル４０を通らないため、冷却システム全体の圧損が小さくなる。これによりウォータポンプ７０の負荷を下げることができるためウォータポンプ７０の消費電力を小さくすることができる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作開始直後においては、トランスアクスル４０の潤滑油の温度が低い。第１の動作状態においては冷却水によるトランスアクスル４０の冷却が行なわれないため、潤滑油の温度を速やかに上昇させることができる。潤滑油の温度が上昇することにより潤滑油の粘性が下がるため、たとえばモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２等において潤滑が必要な部分に潤滑油を速やかに行き渡らせたり、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作における抵抗を小さくしたりすることができる。この結果、トランスアクスル４０におけるエネルギーの損失を少なくすることができるためトランスアクスル４０の動作効率を向上させることができる。

なお温度値Ｔｏが温度値Ｔ１に達した場合には冷却水の温度（温度値Ｔｗ）は、温度値Ｔｏよりも大きくなる。

図１３は、実施の形態２の冷却システムの第２の動作状態を示す図である。図１３を参照して、温度センサ６６が検知した冷却水の温度（温度値Ｔｗ）が所定の第２の温度値（温度値Ｔ２とする）よりも高い場合、制御装置３０はポートＡとポートＢとが連通状態になるように三方弁７４を制御する。なお、三方弁７６においてはポートＧとポートＦとが連通状態のままに保たれる。

この場合、媒体路１５から流出した冷却水は媒体路８５，トランスアクスル４０、媒体路８６，８７の順に流れる。電力変換部１０によって温められた冷却水がトランスアクスル４０内を流れることによってトランスアクスル４０内の潤滑油が温められる。よって、油温の上昇を早めることができる。

図１４は、実施の形態２の冷却システムの第３の動作状態を示す図である。図１４を参照して、温度センサ６６が検知した冷却水の温度（温度値Ｔｗ）が所定の第３の温度値（温度値Ｔ３とする）よりも高い場合、制御装置３０はポートＥとポートＦとが連通状態になるように三方弁７６を制御する。なお、三方弁７４においてはポートＡとポートＢとが連通状態のまま変化しない。これによりウォータポンプ７０から送出された冷却水はラジエータ７２により冷却され、かつ、電力変換部１０の媒体路１５に供給される。この状態は実施の形態１の冷却システムにおける第２の動作状態と同じ状態である。

なお温度値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は特に限定されるものではないが、たとえばＴ１，Ｔ２，Ｔ３は２０（℃）、３０（℃）、６５（℃）とそれぞれ設定される。

図１５は、実施の形態２に係る冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理はたとえば一定の時間ごとに実行される。図１５および図１０を参照して、制御装置３０は、温度値Ｔｏが温度値Ｔ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１）。温度値Ｔｏが温度値Ｔ１以上である場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、全体の処理は終了する。温度値Ｔｏが温度値Ｔ１より小さい場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、制御装置３０はポートＡとポートＣとが連通状態になるように三方弁７４を制御する（ステップＳ１２）。次に制御装置３０はポートＧとポートＦとが連通状態になるように三方弁７６を制御する（ステップＳ１３）。なお、先にポートＧとポートＦとが連通状態にされ、後でポートＡとポートＣとが連通状態にされてもよい。ステップＳ１３の処理が終了した時点における冷却システムの動作状態は、図１２に示す第１の動作状態に等しい。

続いて制御装置３０は、温度値Ｔｗ（冷却水の温度）が温度値Ｔ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。温度値Ｔｗが温度値Ｔ２以下の場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、温度値Ｔｗが温度値Ｔ２よりも大きくなるまでステップＳ１４の判定処理が繰返される。温度値Ｔｗが温度値Ｔ２よりも大きい場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置３０はポートＡとポートＢとが連通状態になるように三方弁７４を制御する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の処理が終了した時点における冷却システムの動作状態は、図１３に示す第２の動作状態に等しい。

続いて制御装置３０は、温度値Ｔｗ（冷却水の温度）が温度値Ｔ３よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。温度値Ｔｗが温度値Ｔ３以下の場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、温度値Ｔｗが温度値Ｔ３よりも大きくなるまでステップＳ１６の判定処理が繰返される。温度値Ｔｗが温度値Ｔ３よりも大きい場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、制御装置３０はポートＥとポートＦとが連通状態になるように三方弁７６を制御する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７の処理が終了した時点における冷却システムの動作状態は、図１４に示す第３の動作状態に等しい。ステップＳ１７の処理が終了すると全体の処理が終了する。

なお、制御装置３０は、ステップＳ１７の処理が終了した後に、温度センサ６２からの温度値ＴＬに基づいて図６に示すフローチャートの処理を実行してもよい。

以上のように実施の形態２の冷却システムは、電力変換部１０およびトランスアクスル４０の始動時、すなわちトランスアクスル４０の潤滑油の温度が低い場合には、電力変換部１０のみ冷却する。これによりウォータポンプの消費電力を小さくすることができるため冷却システム全体の消費電力が小さくなる。

また、実施の形態２によれば、トランスアクスル４０の始動直後においてトランスアクスル４０に冷却水を流さないため、トランスアクスル４０の潤滑油の温度上昇が遅くなるのを防ぐことができる。さらに、トランスアクスル４０の始動からある程度の時間が経過した後には、電力変換部１０により温められた冷却水が潤滑油を温めるため、潤滑油の温度上昇が促進される。これによりトランスアクスル４０の状態を速やかに所望の状態にすることができる。よって、トランスアクスル４０の始動時における動作効率の向上を図ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に係るハイブリッド自動車１の構成を説明する図である。 実施の形態１に係る冷却システムを説明する図である。 図２のトランスアクスル４０における冷却水の経路を説明する図である。 実施の形態１に係る冷却システムの第１の動作状態を示す図である。 実施の形態１に係る冷却システムの第２の動作状態を示す図である。 実施の形態１に係る冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の冷却システムの比較例を示す図である。 図７に示すラジエータ７２における冷却水の流量と圧損との関係を説明する図である。 電力変換部（ＰＣＵ）とトランスアクスル（Ｔ／Ａ）を並列に配置した場合と直列に配置した場合との比較結果を示す図である。 実施の形態２に係る冷却システムの図である。 図１０のトランスアクスル４０の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態２の冷却システムの第１の動作状態を示す図である。 実施の形態２の冷却システムの第２の動作状態を示す図である。 実施の形態２の冷却システムの第３の動作状態を示す図である。 実施の形態２に係る冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ ハイブリッド自動車、１０ 電力変換部、１２ 昇圧ユニット、１４ インバータ、１５ 媒体路、２０ エンジン、２０Ｒ，２０Ｌ 前輪、２２Ｒ，２２Ｌ 後輪、３０ 制御装置、４０．１，４０．２ ステータコア、４０ トランスアクスル、４１，４２ ギヤ、４６．１，４６．２ ステータコイル、５０．１，５０．２ ロータコア、５４．１，５４．２ 永久磁石、６０ 潤滑油、６２，６４，６６ 温度センサ、７０ ウォータポンプ、７２ ラジエータ、７４，７６ 三方弁、８１〜８７，８１Ａ，８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ，９２，９３ 媒体路、８１Ｃ 接続点、Ｂ バッテリ、Ｂ０〜Ｂｎ 電池ユニット、ＤＧ デファレンシャルギヤ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ プラネタリギヤ、ＳＲ１，ＳＲ２ システムメインリレー、Ｘ 軸。

Claims (7)

1. 車両に搭載される冷却システムであって、
   自身を冷却するための冷却媒体が流れる第１の媒体路を含む電気負荷と、
   自身を冷却するための前記冷却媒体が流れる第２の媒体路を含み、かつ、前記電気負荷を駆動する駆動装置と、
   前記第１の媒体路と前記第２の媒体路とを接続する第３の媒体路と、
   前記第３の媒体路により接続された前記第１および第２の媒体路に、前記第２の媒体路側から前記冷却媒体を供給する供給装置と、
   前記第１の媒体路における前記冷却媒体の流出側に接続される第４の媒体路と、
   前記電気負荷を迂回するように、前記第３の媒体路と前記第４の媒体路とに接続される第１の迂回路と、
   前記第３の媒体路に流入した前記冷却媒体の流出先である第１の流出先を、前記第１の媒体路と前記第１の迂回路との間で切換える第１の切換装置と、
   前記電気負荷の負荷温度を検知する第１の温度センサと、
   前記第１の温度センサが検知した前記負荷温度に基づいて、前記第１の切換装置を制御する制御装置とを備える、冷却システム。
2. 前記電気負荷は、
   前記駆動装置により駆動される回転電機をさらに含み、
   前記回転電機は、
   前記回転電機の動作時に発熱するコイルを有し、
   前記第１の温度センサは、前記コイルのコイル温度を前記負荷温度として検知する、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記制御装置は、前記回転電機の負荷と前記コイル温度との関係に基づいて予め定められたしきい温度と、前記第１の温度センサが検知した前記コイル温度とを比較して、前記コイル温度が前記しきい温度よりも低い場合には、前記第１の流出先が前記第１の迂回路となるように前記第１の切換装置を制御し、前記コイル温度が前記しきい温度以上の場合には、前記第１の流出先が前記第２の媒体路となるように前記第１の切換装置を制御する、請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記供給装置は、前記第４の媒体路から流出される前記冷却媒体を受け、かつ、受けた前記冷却媒体を前記第１の媒体路に再度供給し、
   前記冷却システムは、
   前記供給装置と前記第２の媒体路との間に配され、かつ、前記供給装置から供給される前記冷却媒体を冷却するラジエータと、
   前記供給装置と前記ラジエータにおける前記冷却媒体の流入側とを接続する第５の媒体路と、
   前記ラジエータにおける前記冷却媒体の流出側と、前記第１の媒体路における前記冷却媒体の流入側とを接続する第６の媒体路と、
   前記ラジエータを迂回するように前記第５の媒体路と前記第６の媒体路とに接続される第２の迂回路と、
   前記第５の媒体路に流入した前記冷却媒体の流出先である第２の流出先を、前記ラジエータにおける前記冷却媒体の流入側と前記第２の迂回路との間で切換える第２の切換装置と、
   前記第５の媒体路における前記供給装置から前記第２の迂回路の接続点までの間の場所に配され、かつ、前記冷却媒体の媒体温度を検知する第２の温度センサとをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第２の温度センサが検知した前記媒体温度に基づいて、前記第２の切換装置を制御する、請求項１に記載の冷却システム。
5. 前記制御装置は、前記電気負荷の始動時において前記負荷温度が所定の第１の温度以下である場合には、前記第２の流出先が前記第２の迂回路となるように前記第２の切換装置を制御するとともに、前記第１の流出先が前記第１の迂回路となるように前記第１の切換装置を制御する、請求項４に記載の冷却システム。
6. 前記制御装置は、前記媒体温度が前記所定の第１の温度よりも大きな所定の第２の温度を超えた場合には、前記第１の流出先が前記第１の迂回路から前記第１の媒体路に切換わるよう前記第１の切換装置を制御することにより前記電気負荷を暖める、請求項５に記載の冷却システム。
7. 前記制御装置は、前記媒体温度が前記所定の第２の温度よりも大きな所定の第３の温度を超えた場合には、前記第２の流出先が前記第２の迂回路から前記第５の媒体路に切換わるよう前記第２の切換装置を制御することにより前記冷却媒体を冷却する、請求項５に記載の冷却システム。

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