JP2009060729A - 車両用冷却装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの底面に冷却ジャケットが設けられる構造において、冷却媒体の回路内にエアが残存することが抑制された車両用冷却装置および該装置を備えた車両を提供する。
【解決手段】車両用冷却装置は、モータジェネレータ２１０を収納するケーシング２３０と、ケーシング２３０の底面に取付けられる冷却ジャケット３２０とを備える。冷却ジャケット３２０は、その出口部および蛇行流路に対して入口部が上方に位置するように設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用冷却装置および車両に関し、特に、車両を駆動または該車両に駆動される回転電機を有する駆動ユニットを冷却する車両用冷却装置および該装置を備えた車両に関する。

回転電機の動力を用いて車両を駆動する車両用駆動装置を冷却する冷却装置が従来から知られている。たとえば、特開２００７−２８７５０号公報（特許文献１）では、車両用の電動機または発電機の側面上に設けられる冷却ジャケットであって、蛇行流路における上行部から下行部に移る流路である上曲り部の体積が、蛇行流路における下行部から上行部に移る流路である下曲り部の体積よりも小さいことを特徴とする冷却ジャケットが記載されている。
特開２００７−２８７５０号公報

特許文献１に記載の冷却ジャケットのように、冷却媒体通路を蛇行流路とした場合、蛇行流路のＵターン部において、冷却媒体注入時にエアが残存しやすくなる。冷却媒体通路内にエアが残存すると、冷却装置の動作時に、上記エアがポンプ内に入り込み、ポンプの機能に影響を与える場合がある。

重力を利用して蛇行流路内に冷却媒体を注入する場合、冷却媒体通路内にエアが残存するか否かは、冷却媒体通路の傾きに影響される。冷却媒体通路の傾きによっては、蛇行流路のＵターン部にエアが残存しやすくなる。

特許文献１においては、ケーシングの底面に設けられる冷却ジャケット内の蛇行流路の傾斜角度を調整する思想は開示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ケーシングの底面に冷却ジャケットが設けられる構造において、冷却媒体の回路内にエアが残存することが抑制された車両用冷却装置および該装置を備えた車両を提供することにある。

本発明に係る車両用冷却装置は、車両を駆動または該車両に駆動される回転電機を有する駆動ユニットを冷却する車両用冷却装置であって、回転電機を収納するケーシングと、ケーシングの底面に取付けられる冷却ジャケットと、冷却ジャケットよりも上方に設けられ、冷却ジャケット内を流れる冷却媒体が注入される冷却媒体注入部と、冷却媒体を流動させる循環ポンプとを備え、冷却ジャケットは、冷却媒体が流入する入口部と、冷却媒体が流出する出口部と、入口部と出口部とを繋ぐ蛇行流路とを含み、冷却ジャケットは、出口部および蛇行流路に対して入口部が上方に位置するように設けられる。

上記構成によれば、冷媒ジャケットの入口部を出口部および蛇行流路に対して上方に形成することにより、冷却媒体の注入後の蛇行流路内にエアが残存することを抑制することができる。

上記車両用冷却装置において、１つの実施態様では、蛇行流路は、冷却媒体が車両の前方および後方に向けて往復するように形成され、回転電機は、その回転軸が車両の前後方向に延び、かつ、回転軸が水平面に対して交差するように設けられ、蛇行流路は、水平面に平行、または、該水平面に対して回転軸と反対側に傾斜する面に沿って形成される。

上記車両用冷却装置において、１つの実施態様では、蛇行流路は、冷却媒体が車両の前方および後方に向けて往復するように形成され、回転電機は、その回転軸が車両の前後方向に延び、かつ、回転軸が車両の前方から後方に向かって下がるように設けられ、冷却媒体は、冷却ジャケットに対して後方側から冷却ジャケットに流入する。

上記構成によれば、回転軸が車両の前後方向に延びる回転電機を有する車両において、冷却媒体の注入後の蛇行流路内にエアが残存することを抑制することができる。

上記車両用冷却装置において、１つの実施態様では、駆動ユニットは、車両の後輪を駆動する。

本発明に係る車両は、上述した車両用冷却装置を備える。これにより、冷却装置における冷却媒体通路内にエアが残存することが抑制された車両が提供される。

本発明によれば、ケーシングの底面に冷却ジャケットが設けられる構造において、冷却媒体の回路内にエアが残存することを抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る車両用冷却装置の構成を示す図である。図１を参照して、本実施の形態に係る冷却装置３００は、ＦＲ型のハイブリッド車両１に適用されるものであって、冷却ジャケット３１０，３２０と、ラジエータ３３０と、冷却媒体注入部３４０と、循環ポンプ３５０とを含んで構成される。

冷却ジャケット３１０は、冷却媒体循環回路の一部を構成するように、駆動ユニット２００上に設けられている。ハイブリッド車両１は、運転席を含む車両室内と分離されたエンジンルーム内に設けられたエンジン１００と、エンジン１００に接続される駆動ユニット２００と、駆動ユニット２００を制御するＰＣＵ４００とを含んで構成される。駆動ユニット２００は、回転電機を含んで構成される。駆動ユニット２００は、エンジン１００に対して車両後方側に配置されている。エンジン１００および駆動ユニット２００の駆動力は、プロペラシャフト５００を介して車両の後輪に伝達される。

冷却装置３００は、循環回路内に冷却媒体を流すことによって、ハイブリッド車両１に搭載される発熱要素を冷却する。より具体的には、冷却ジャケット３１０を流れた冷却媒体は、冷却ジャケット３２０を流れ、ラジエータ３３０に流入する。ラジエータ３３０において冷却された冷却媒体は、冷却媒体注入部３４０に流入し、その後、ＰＣＵ４００上に供給される。ＰＣＵ４００を冷却した冷却媒体は、循環ポンプ３５０を経由し、エンジン１００を迂回した後、駆動ユニット２００上の冷却ジャケット３１０に流入する。

冷却媒体注入部３４０は、冷却媒体を注入する注入口と冷却媒体を抜き取る排出口とを有する容器を含んで構成される。冷却媒体注入部３４０は、通常時には、冷却媒体循環回路を循環する冷却媒体のバッファタンクとして機能する。なお、冷却媒体循環回路を循環する冷却媒体としては、たとえば、不凍液等の成分を含むＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を用いることができる。

冷却媒体循環回路に冷却媒体を最初に充填するときは、冷却媒体注入部３４０から冷却媒体が注入される。注入された冷却媒体は、重力の作用により、循環回路の各部に供給される。注入の初期段階では、循環回路の内部は空気で満たされているので、循環ポンプ３５０はほとんど機能しない。したがって、重力による冷却媒体の充填作用を効果的に行なう観点から、冷却媒体注入部３４０は、冷却媒体循環回路において、最も高い位置に配置される。

循環ポンプ３５０は、冷却媒体の循環回路内において、冷却媒体を適当な循環速度で循環させることが可能な小型の液体循環ポンプである。循環ポンプ３５０は、液体を循環させる機能を有するものであり、循環回路の中がほとんど空気で満たされているときには、冷却媒体を効率よく循環させることができない（場合によっては、ほとんど循環させることができない。）。

他方、冷却媒体の循環回路内に液体の冷却媒体が満たされてくると、該回路中に多少の気体が含まれていても、冷却媒体を循環させることにより、その気体を冷却媒体注入部３４０から放出させることが可能になる。しかしながら、空気等の気体は、圧縮性流体であるため、循環回路中に気体が含まれることにより、循環ポンプ３５０の機能低下（場合によっては、機能停止）が生じる。したがって、冷却媒体の注入後に、冷却媒体の循環回路内にできるだけエアが残存しないようにすることが重要である。

なお、図１に示される構造において、被冷却体である駆動ユニット２００は、車室の床を持ち上げて形成された空間に配置される。このため、車室空間をできるだけ広く確保したいという要請から、冷却ジャケット３１０，３２０を配置する空間には、制限がある。図１の例では、冷却ジャケット３１０，３２０は、それぞれ、後述する２つのモータジェネレータに対応する位置に設けられている。冷却ジャケット３１０，３２０は、冷却性能の向上という観点からは、モータジェネレータの全周を取り囲むように形成されることが好ましいが、そのようにすることで、車室が狭くなるため、図１の例においては、冷却ジャケット３１０は駆動ユニット２００の側面の一部に取付けられ、冷却ジャケット３２０は、駆動ユニット２００の底部に取り付けられている。

図２は、冷却ジャケット３２０を図１中の矢印II方向から見た断面図である。図２を参照して、冷却ジャケットは、冷却媒体を流入させる入口部３２１と、冷却媒体を流出させる出口部３２２と、入口部３２１と出口部３２２とを繋ぐ蛇行流路３２３とを含んで構成される。入口部３２１には、矢印ＩＮの方向に冷却媒体が流入する。すなわち、冷却ジャケット３２０には、後方側から冷却媒体が流入する。出口部３２２からは、矢印ＯＵＴの方向に冷却媒体が流出する。蛇行流路３２３は、車両の前後方向に複数回往復するように形成されている。

図３は、駆動ユニット２００の構成および駆動ユニット２００に取付けられる冷却ジャケット３２０を示す図である。図３を参照して、駆動ユニット２００は、モータジェネレータ２１０と、プラネタリギヤ２２０とを含んで構成される。

モータジェネレータ２１０は、モータジェネレータ２１１，２１２を含む。モータジェネレータ２１１，２１２は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。プラネタリギヤ２２０は、モータジェネレータ２１１，２１２の間に設けられるプラネタリギヤ２２１と、モータジェネレータ２１２に対して車両後方側に設けられるプラネタリギヤ２２２とを含む。モータジェネレータ２１１，２１２およびプラネタリギヤ２２１，２２２は、ケーシング２３０内に設けられる。

モータジェネレータ２１１，２１２は、それぞれ、ロータ２１１Ａ，２１２Ａと、ステータ２１１Ｂ，２１２Ｂと、ステータ２１１Ｂ，２１２Ｂに巻回されるステータコイル２１１Ｃ，２１２Ｃとを含んで構成される。

プラネタリギヤ２２１，２２２は、それぞれ、サンギヤ２２１Ａ，２２２Ａ、ピニオンギヤ２２１Ｂ，２２２Ｂ、プラネタリキャリヤ２２１Ｃ，２２２Ｃおよびリングギヤ２２１Ｄ，２２２Ｄを含んで構成される。

エンジン１００の出力軸１００Ａと、駆動ユニット２００の入力軸２００Ａと、モータジェネレータ２１１のロータ２１１Ａと、モータジェネレータ２１２のロータ２１２Ａと、駆動ユニット２００の出力軸２００Ｂとは、同じ軸を中心に回転する。

プラネタリギヤ２２１におけるサンギヤ２２１Ａは、入力軸２００Ａに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ２２１Ｄは、入力軸２００Ａと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ２２１Ｂは、サンギヤ２２１Ａとリングギヤ２２１Ｄとの間に配置され、サンギヤ２２１Ａの外周を自転しながら公転する。プラネタリキャリヤ２２１Ｃは、入力軸２００Ａの端部に結合され、各ピニオンギヤ２２１Ｂの回転軸を支持する。

モータジェネレータ２１２のロータ２１２Ａは、減速機としてのプラネタリギヤ２２２に結合されている。

プラネタリギヤ２２２は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ２２２Ｃがケーシング２３０に固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ２２２は、ロータ２１２Ａのシャフトに結合されたサンギヤ２２２Ａと、リングギヤ２２２Ｄと、リングギヤ２２２Ｄおよびサンギヤ２２２Ａに噛み合い、サンギヤ２２２Ａの回転をリングギヤ２２２Ｄに伝達するピニオンギヤ２２２Ｂとを含む。

車両の走行時において、エンジン１００から出力された動力は、出力軸１００Ａから駆動ユニット２００の入力軸２００Ａに伝達され、動力分割機構としてのプラネタリギヤ２２１により２経路に分割される。

上記２経路のうちの一方は、駆動ユニット２００の出力軸２００Ｂを介して後輪のドライブシャフトに伝達される経路である。ドライブシャフトに伝達された駆動力は、駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

もう一方は、モータジェネレータ２１１を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ２１１は、プラネタリギヤ２２１により分配されたエンジン１００の動力により発電する。モータジェネレータ２１１により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリの状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ２１１により発電された電力はそのままモータジェネレータ２１２を駆動させる電力となる。一方、バッテリにおいて定められた条件の下では、モータジェネレータ２１１により発電された電力は、ＰＣＵ４００内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリに蓄えられる。

モータジェネレータ２１２は、バッテリに蓄えられた電力およびモータジェネレータ２１１により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２１２の駆動力は、駆動ユニット２００の出力軸２００Ｂを介して後輪のドライブシャフトに伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２１２からの駆動力によりエンジン１００の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２１２からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。

一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力により駆動ユニット２００の出力軸２００Ｂを介してモータジェネレータ２１２が駆動される。このとき、モータジェネレータ２１２が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２１２は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２１２により発電された電力は、ＰＣＵ４００内に設けられたインバータを介してバッテリに蓄えられる。

図３に示す構造において、駆動ユニット２００の入力軸２００Ａおよび出力軸２００Ｂは、エンジン１００と駆動ユニット２００との合わせ面１５０の方向（矢印ＤＲ１５０方向）に対して直交する方向（矢印ＤＲ２００方向）に延びるように形成されている。合わせ面１５０は、ハイブリッド車両１が水平面上にあるときに、水平面（矢印ＤＲ１方向）および鉛直面に対して交差する斜め方向に延在している。したがって、駆動ユニット２００の入力軸２００Ａおよび出力軸２００Ｂも、合わせ面１５０と同様に、ハイブリッド車両１が水平面上にあるときに、水平面（矢印ＤＲ１方向）および鉛直面に対して交差する斜め方向に延在している。より具体的には、入力軸２００Ａおよび出力軸２００Ｂは、車両前方から後方に向かって高さが低くなるような斜め方向に延在している。

上記のように、駆動ユニット２００の入力軸２００Ａおよび出力軸２００Ｂが斜め方向に延在しているため、ケーシング２３０の外面も、概ね、車両前方側から後方側に向かって下がる斜め方向に延びている。このようなケーシング２３０の底部に冷却ジャケット３２０を取付ける際、ケーシング２３０の傾きに合わせて冷却ジャケット３２０を取付けると、冷却ジャケット３２０も、車両前方側から後方側に向かって下がる方向に傾くことになる。本実施の形態では、上述したように、冷却ジャケット３２０には、車両後方側から冷却媒体が流入する。ここで、冷却ジャケット３２０が車両前方側から後方側に向かって下がる方向に傾いている場合、冷却ジャケット３２０の入口部３２１が出口部３２２に対して相対的に低い位置に設けられることになるので、特に、蛇行流路のＵターン部（図２中のＡ部）等において、冷却媒体の注入時にエアが残存しやすくなる。この結果、循環ポンプ３５０の動作の信頼性が低下することが懸念される。

これに対し、本実施の形態に係る冷却装置３００においては、図３に示すように、冷却ジャケット３２０を、水平方向（矢印ＤＲ１方向）に対して駆動軸２００の入力軸２Ａおよび出力軸２００Ｂと反対に傾けた方向（矢印ＤＲ３２０方向）に傾くように設けている。このようにすることで、冷媒ジャケット３２０の入口部３２１を出口部３２２および蛇行流路３２３に対して上方に形成することができる。この結果、冷却媒体の注入後の蛇行流路３２３内（特に、図２中のＡ部）にエアが残存することを抑制することができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る車両用の冷却装置３００は、ハイブリッド車両１を駆動またはハイブリッド車両１に駆動される「回転電機」としてのモータジェネレータ２１０を有する駆動ユニット２００を冷却する。冷却装置３００は、モータジェネレータ２１０を収納するケーシング２３０と、ケーシング２３０の底面に取付けられる冷却ジャケット３２０と、冷却ジャケット３２０よりも上方に設けられ、冷却ジャケット３２０内を流れる冷却媒体が注入される冷却媒体注入部３４０と、冷却媒体を流動させる循環ポンプ３５０とを備える。冷却ジャケット３２０は、冷却媒体が流入する入口部３２１と、冷却媒体が流出する出口部３２２と、入口部３２１と出口部３２２とを繋ぐ蛇行流路３２３とを含む。冷却ジャケット３２０は、出口部３２２および蛇行流路３２３に対して入口部３２１が上方に位置するように設けられる。

より具体的には、冷却装置３００において、冷却ジャケット３２０の蛇行流路３２３は、冷却媒体が車両の前方および後方に向けて往復するように形成される。モータジェネレータ２１０は、その回転軸が車両の前後方向に延び、かつ、回転軸が水平面に対して交差するように（矢印ＤＲ２００方向に）設けられる。冷却ジャケット３２０の蛇行流路３２３は、水平面に平行、または、該水平面に対してモータジェネレータ２１０の回転軸と反対側に傾斜する面（矢印ＤＲ３２０方向）に沿って形成される。

さらに具体的には、モータジェネレータ２１０は、その回転軸が車両の前方から後方に向かって下がるように（矢印ＤＲ２００方向に）設けられる。また、冷却媒体は、冷却ジャケット３２０に対して後方側から冷却ジャケット３２０に流入する。

なお、上記の例では、いわゆるＦＲ型（フロントエンジン／リア駆動）のハイブリッド車両について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、モータジェネレータを含む駆動ユニットを含む車両であれば、他の形式の車両に本発明を適用することも可能である。たとえば、ＦＦ型（フロントエンジン／フロント駆動）のハイブリッド車両に本発明を適用することも可能であるし、エンジンを搭載せずにモータジェネレータのみによって駆動力を得る車両に本発明を適用することも可能である。

また、上述したＦＲ型のハイブリッド車両では、後輪を駆動するモータジェネレータは、車両の室内部の床下に配置（より具体的には、運転席と助手席との間の床を持ち上げた部分に配置）されるが、モータジェネレータの配置構造は適宜変更可能である。たとえば、モータジェネレータは、エンジンルーム内に配置されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。

本発明の１つの実施の形態に係る車両用冷却装置の構成を示す図である。 図１に示される冷却ジャケットを矢印II方向から見た断面図である。 図１に示される駆動ユニットの構成および該駆動ユニットのケーシング底面に取付けられる冷却ジャケットを示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド車両、１００ エンジン、１００Ａ 出力軸、１５０ 合わせ面、２００ 駆動ユニット、２００Ａ 入力軸、２００Ｂ 出力軸、２１０，２１１，２２１ モータジェネレータ、２１１Ａ，２１２Ａ ロータ、２１１Ｂ，２１２Ｂ ステータ、２１１Ｃ，２１２Ｃ ステータコイル、２２０，２２１，２２２ プラネタリギヤ、２２１Ａ，２２２Ａ サンギヤ、２２１Ｂ，２２２Ｂ ピニオンギヤ、２２１Ｃ，２２２Ｃ プラネタリキャリヤ、２２１Ｄ，２２２Ｄ リングギヤ、２３０ ケーシング、３００ 冷却装置、３１０，３２０ 冷却ジャケット、３２１ 入口部、３２２ 出口部、３２３ 蛇行流路、３３０ ラジエータ、３４０ 冷却媒体注入部、３５０ 循環ポンプ、４００ ＰＣＵ、５００ プロペラシャフト。

Claims (5)

1. 車両を駆動または該車両に駆動される回転電機を有する駆動ユニットを冷却する車両用冷却装置であって、
   前記回転電機を収納するケーシングと、
   前記ケーシングの底面に取付けられる冷却ジャケットと、
   前記冷却ジャケットよりも上方に設けられ、前記冷却ジャケット内を流れる冷却媒体が注入される冷却媒体注入部と、
   前記冷却媒体を流動させる循環ポンプとを備え、
   前記冷却ジャケットは、前記冷却媒体が流入する入口部と、前記冷却媒体が流出する出口部と、前記入口部と前記出口部とを繋ぐ蛇行流路とを含み、
   前記冷却ジャケットは、前記出口部および前記蛇行流路に対して前記入口部が上方に位置するように設けられる、車両用冷却装置。
2. 前記蛇行流路は、前記冷却媒体が前記車両の前方および後方に向けて往復するように形成され、
   前記回転電機は、その回転軸が前記車両の前後方向に延び、かつ、前記回転軸が水平面に対して交差するように設けられ、
   前記蛇行流路は、前記水平面に平行、または、該水平面に対して前記回転軸と反対側に傾斜する面に沿って形成される、請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. 前記蛇行流路は、前記冷却媒体が前記車両の前方および後方に向けて往復するように形成され、
   前記回転電機は、その回転軸が前記車両の前後方向に延び、かつ、前記回転軸が前記車両の前方から後方に向かって下がるように設けられ、
   前記冷却媒体は、前記冷却ジャケットに対して後方側から前記冷却ジャケットに流入する、請求項１または請求項２に記載の車両用冷却装置。
4. 前記駆動ユニットは、車両の後輪を駆動する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両用冷却装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両用冷却装置を備えた、車両。

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