JP2011106496A - モータ冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータを必要に応じて冷却可能なモータ冷却構造を提供する。
【解決手段】モータジェネレータ１５と変速出力軸３９との間には減速装置５４が設けられる。減速装置５４にはブレーキ機構６２が設けられており、ブレーキ機構６２を締結することで減速装置５４は動力伝達状態に切り換えられる。また、ブレーキ機構６２の作動油室７４を区画する隔壁７１ｃには、ステータコイル５１に向けて開口する貫通孔８２が形成されている。これにより、作動油室７４に作動油を供給してブレーキ機構６２を締結する際に、作動油室７４内の作動油を貫通孔８２からステータコイル５１に対して噴射することが可能となる。すなわち、減速装置５４を動力伝達状態に切り換え、モータジェネレータ１５を電動機や発電機として機能させる際には、発熱するモータジェネレータ１５に作動油を吹きかけて冷却することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される電動モータのモータ冷却構造に関する。

エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両や、電動モータのみを駆動源とする電気自動車が開発されている。これらの電動モータはステータとロータとを備えており、ステータにはステータコイルが巻き付けられている。電動モータを電動機として用いる際には、ステータコイルに通電することで回転磁界を発生させ、ロータを回転させるようにしている。また、電動モータを発電機として用いる際には、ロータの回転に伴ってステータコイルに生じる電流を回収するようにしている。このように、電動モータのステータコイルには電流が流れることからステータが発熱することになるが、ステータが過度に発熱することは電動モータの効率を低下させる要因となるため、電動モータを冷却することが重要となっている。そこで、ステータコイルに対して冷却液を供給するように、冷却液を案内するパイプをステータの近傍に設置するようにしたモータ冷却構造や、冷却液を案内する流路をモータケースに形成するようにしたモータ冷却構造が提案されている(例えば、特許文献１および２参照)。

特開平５−３１００４８号公報 特開２００５−２５３２６３号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載されるモータ冷却構造にあっては、ステータコイルに対して常に冷却液を供給する構造であった。このように、電動モータに対して常に冷却液を供給することは、冷却液を圧送するポンプの負荷を増大させる要因となっていた。特に、ハイブリッド車両においては、電動モータを停止させてエンジンのみで走行することもあるため、電動モータを常に冷却することは冷却液を無駄に消費する要因であった。また、特許文献１および２に記載されるモータ冷却構造は、ポンプからステータコイルまで冷却液を案内する専用の冷却流路を有する複雑な構成となっていた。

本発明の目的は、電動モータを必要に応じて冷却することが可能なモータ冷却構造を提供することにある。

本発明の目的は、モータ冷却構造の簡素化を図ることにある。

本発明のモータ冷却構造は、車両に搭載される電動モータのモータ冷却構造であって、前記電動モータの動力伝達径路に設けられ、前記動力伝達径路を動力伝達状態と動力切断状態とに切り換える係合機構と、前記係合機構の作動油室に接続され、前記作動油室に作動油を供給して前記動力伝達径路を動力伝達状態に切り換える作動油供給手段と、前記作動油室と前記電動モータとの間に設けられ、前記作動油室内の作動油を前記電動モータに案内する冷却油路とを有することを特徴とする。

本発明のモータ冷却構造は、前記電動モータと前記作動油室との間に隔壁が設けられ、前記冷却油路は前記隔壁に形成される貫通孔であることを特徴とする。

本発明のモータ冷却構造は、前記電動モータの温度に基づいて目標油圧を設定する油圧設定手段を有し、前記作動油供給手段は前記目標油圧に基づいて前記作動油室内の油圧を制御することを特徴とする。

本発明のモータ冷却構造は、前記電動モータのトルクに基づいて第１目標油圧を設定するとともに、前記電動モータの温度に基づいて第２目標油圧を設定する油圧設定手段を有し、前記作動油供給手段は、前記第１または第２目標油圧のうち高い目標油圧に基づいて前記作動油室内の油圧を制御することを特徴とする。

本発明によれば、係合機構の作動油室内の作動油を電動モータに案内する冷却油路を設けることにより、作動油室に作動油が供給されて電動モータの動力伝達径路が動力伝達状態に切り換えられる場合、つまり電動モータに電流が流れて発熱する場合に、電動モータに対して作動油を供給することが可能となる。これにより、電動モータの発熱時に作動油を供給することができるため、作動油を無駄に消費することなく電動モータの冷却が可能となる。また、作動油室の作動油を電動モータに供給するようにしたので、モータ冷却構造の簡素化を図ることが可能となる。

ハイブリッド車両を示す概略図である。 ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットの内部構造を示すスケルトン図である。 パワーユニットの減速装置を拡大して示す断面図である。 (ａ)はブレーキ機構を解放したときの減速装置を示す断面図であり、(ｂ)はブレーキ機構を締結したときの減速装置を示す断面図である。 モータトルクと目標油圧との関係を示す説明図である。

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１０を示す概略図である。また、図２はハイブリッド車両１０に搭載されるパワーユニット１１の内部構造を示すスケルトン図である。このパワーユニット１１には本発明の一実施の形態であるモータ冷却構造が適用されている。

図１に示すように、エンジンルーム１２からフロアトンネル１３にかけて、車体にはパワーユニット１１が縦置きに搭載されている。このパワーユニット１１の一端部にはエンジン１４が組み付けられ、パワーユニット１１の他端部にはモータジェネレータ(電動モータ)１５が組み付けられている。パワーユニット１１内には、無段変速機１６やデファレンシャル機構１７等が組み込まれており、エンジン動力やモータ動力はデファレンシャル機構１７から駆動輪１８に伝達されている。また、交流電動機であるモータジェネレータ１５に対して電力を供給するため、高電圧バッテリ１９とモータジェネレータ１５との間にはインバータ２０が設けられている。インバータ２０はスイッチング素子等によって構成されており、高電圧バッテリ１９からの直流電力はインバータ２０を介してモータジェネレータ１５用の交流電力に変換される。また、モータジェネレータ１５を発電機として用いる際には、モータジェネレータ１５からの交流電力がインバータ２０を介して高電圧バッテリ１９用の直流電力に変換される。なお、インバータ２０の作動状態は、マイクロコンピュータ等によって構成される制御ユニット２１からの制御信号によって制御されている。

図２に示すように、エンジン１４にはミッションケース２２が組み付けられており、このミッションケース２２には無段変速機１６が収容されている。無段変速機１６は、エンジン１４に駆動されるプライマリ軸２３と、これに平行となるセカンダリ軸２４とを有している。プライマリ軸２３にはプライマリプーリ２５が設けられており、このプライマリプーリ２５は固定シーブ２５ａと可動シーブ２５ｂとを備えている。可動シーブ２５ｂの背面側にはプライマリ油室２６ａ，２６ｂが区画されており、プライマリ油室２６ａ，２６ｂ内の圧力を調整してプーリ溝幅を変化させることが可能となる。また、セカンダリ軸２４にはセカンダリプーリ２７が設けられており、このセカンダリプーリ２７は固定シーブ２７ａと可動シーブ２７ｂとを備えている。可動シーブ２７ｂの背面側にはセカンダリ油室２８が区画されており、セカンダリ油室２８内の圧力を調整してプーリ溝幅を変化させることが可能となる。さらに、プライマリプーリ２５およびセカンダリプーリ２７には駆動チェーン２９が巻き掛けられている。プーリ２５，２７の溝幅を変化させて駆動チェーン２９の巻き付け径を変化させることにより、プライマリ軸２３からセカンダリ軸２４に対する無段変速が可能となる。

このような無段変速機１６にエンジン動力を伝達するため、クランク軸３０とプライマリ軸２３との間にはトルクコンバータ３１および前後進切換機構３２が設けられている。トルクコンバータ３１は、クランク軸３０に連結されるポンプインペラ３３と、このポンプインペラ３３に対向するとともにタービン軸３４に連結されるタービンランナ３５とを備えている。また、前後進切換機構３２は、ダブルピニオン式の遊星歯車列３６、前進クラッチ３７および後退ブレーキ３８を備えている。前進クラッチ３７や後退ブレーキ３８を制御することにより、エンジン動力の伝達径路を切り換えてプライマリ軸２３の回転方向を切り換えることが可能となる。さらに、ミッションケース２２内にはセカンダリ軸２４に平行となる駆動軸としての変速出力軸３９が収容されており、変速出力軸３９とセカンダリ軸２４とは歯車列４０を介して連結されている。また、変速出力軸３９の端部にはピニオンギア４１が固定されており、このピニオンギア４１はデファレンシャル機構１７のリングギア４２に噛み合っている。このように、無段変速機１６とデファレンシャル機構１７とは変速出力軸３９を介して連結されており、無段変速機１６から出力されるエンジン動力は変速出力軸３９を介してデファレンシャル機構１７に伝達されるようになっている。

また、ミッションケース２２にはモータケース５０が組み付けられており、モータケース５０にはモータジェネレータ１５が収容されている。モータジェネレータ１５は、モータケース５０に固定されるとともにステータコイル５１が巻き付けられるステータ５２と、ステータ５２の内側に回転自在に設けられるロータ５３とを有している。モータジェネレータ１５と変速出力軸３９との間には減速装置５４および歯車列５５が設けられ、モータ動力は減速装置５４および歯車列５５を経て駆動輪１８に伝達される。減速装置５４を構成する遊星歯車列５６は、ロータ５３のモータ軸５７に連結されるサンギア５８と、歯車列５５を介して変速出力軸３９に連結されるリングギア５９と、サンギア５８およびリングギア５９に噛み合うピニオンギア６０を支持するキャリア６１とを備えている。また、キャリア６１とモータケース５０との間には、締結状態と解放状態とに切り換えられる係合機構としてブレーキ機構６２が設けられている。

図３はパワーユニット１１の減速装置５４を拡大して示す断面図である。図３に示すように、減速装置５４を構成するブレーキ機構６２は、キャリア６１に設けられるブレーキハブ７０と、モータケース５０に形成されるブレーキドラム７１とを有している。ブレーキハブ７０には複数の摩擦プレート７２ａが取り付けられ、ブレーキドラム７１には複数の摩擦プレート７２ｂが取り付けられている。また、ブレーキドラム７１は、外周壁７１ａとこれの内側に設けられる内周壁７１ｂとを有しており、外周壁７１ａと内周壁７１ｂとは隔壁７１ｃを介して繋がっている。このブレーキドラム７１の外周壁７１ａと内周壁７１ｂとに摺接するように、ブレーキドラム７１には環状のピストン部材７３が収容されており、ブレーキドラム７１とピストン部材７３とによって作動油室７４が区画されている。

ブレーキ機構６２の作動油室７４に対して作動油を供給することにより、ピストン部材７３は油圧によって押し出されるため、摩擦プレート７２ａ，７２ｂが互いに押し付けられてブレーキ機構６２は締結状態に切り換えられる。一方、作動油室７４から作動油を排出することにより、ピストン部材７３はバネ部材７５によって押し戻されるため、摩擦プレート７２ａ，７２ｂの係合状態が解かれてブレーキ機構６２は解放状態に切り換えられる。このようなブレーキ機構６２を締結状態に切り換えることにより、キャリア６１がモータケース５０に固定されるため、サンギア５８からピニオンギア６０を介してキャリア６１にモータ動力を伝達されるようになっている。すなわち、モータジェネレータ１５の動力伝達径路である減速装置５４が動力伝達状態に切り換えられることになる。

また、減速装置５４のブレーキ機構６２に対して作動油を供給するため、図２に示すように、パワーユニット１１にはエンジン１４に駆動されるオイルポンプ８０が設けられており、図１に示すように、オイルポンプ８０と減速装置５４との間にはバルブユニット８１が設けられている。作動油供給手段として機能するバルブユニット８１は、油路切換弁や圧力制御弁等の電磁制御弁によって構成されており、これら電磁制御弁の作動状態は制御ユニット２１からの制御信号によって制御されている。モータジェネレータ１５を電動機や発電機として用いる際には、制御ユニット２１からバルブユニット８１に対して制御信号が出力され、バルブユニット８１からブレーキ機構６２の作動油室７４に対して作動油が供給される。これにより、ブレーキ機構６２が締結状態に切り換えられ、減速装置５４を介してモータジェネレータ１５と変速出力軸３９とが接続されるようになっている。

続いて、モータジェネレータ１５の冷却構造について説明する。図３に示すように、ブレーキ機構６２のブレーキドラム７１を構成する隔壁７１ｃは、モータジェネレータ１５のステータ５２に隣接して設けられている。また、隔壁７１ｃには冷却油路としての貫通孔８２が形成されており、この貫通孔８２はステータコイル５１に対向するように設けられている。このように、作動油室７４に連通するとともにステータコイル５１に向けて開口する貫通孔８２を設けるようにしたので、作動油室７４に作動油を供給してブレーキ機構６２を締結する際には、作動油室７４内の作動油を貫通孔８２からステータコイル５１に向けて案内することが可能となる。なお、隔壁７１ｃには複数の貫通孔８２が形成されており、これらの貫通孔８２は周方向に配列されている。

ここで、図４(ａ)はブレーキ機構６２を解放したときの減速装置５４を示す断面図であり、図４(ｂ)はブレーキ機構６２を締結したときの減速装置５４を示す断面図である。なお、図４(ｂ)に示す矢印はモータ動力の伝達径路を示しており、図４(ｂ)において塗り潰した部分は作動油を示している。図４(ａ)に示すように、ブレーキ機構６２を解放する際には、作動油室７４から作動油が排出されるため、貫通孔８２から作動油が噴射されることはない。ブレーキ機構６２が解放される状況としては、モータジェネレータ１５が電動機や発電機として用いられない状況、つまりステータコイル５１に対する通電が遮断される状況であるため、モータジェネレータ１５が発熱することはなく、モータジェネレータ１５に対する冷却は不要となっている。また、図４(ｂ)に示すように、ブレーキ機構６２を締結する際には、作動油室７４に対して作動油が供給されるため、貫通孔８２からステータコイル５１に対して作動油が噴射される。ブレーキ機構６２が締結される状況としては、モータジェネレータ１５が電動機や発電機として用いられる状況、つまりステータコイル５１に対して通電が為される状況であるため、モータジェネレータ１５は冷却が必要な発熱状態となっている。

このように、ステータコイル５１の通電時に作動油が供給される作動油室７４から、ステータコイル５１に向けて作動油を噴射させるようにしたので、モータジェネレータ１５の冷却が必要なときだけに、ステータコイル５１に対して作動油を吹きかけることが可能となる。すなわち、モータジェネレータ１５の冷却が不要な場合には、作動油を無駄に消費することがなく、オイルポンプ８０の負荷を軽減して燃費を向上させることが可能となる。また、ステータコイル５１に対して作動油を吹きかけるようにしたので、モータジェネレータ１５のロータ５３に対する作動油の付着を抑制することができ、モータジェネレータ１５の回転抵抗の増大を抑制することが可能となる。しかも、モータジェネレータ１５と作動油室７４との間の隔壁７１ｃに貫通孔８２を形成し、この貫通孔８２を冷却油路として機能させるようにしたので、新たな部材を追加することがなく、モータ冷却構造の簡素化を図ることが可能となる。なお、熱源となるモータジェネレータ１５に作動油を吹きかけるようにしたので、低温環境下での始動直後においては作動油を早期に暖めることも可能となる。

また、ブレーキ機構６２の作動油室７４に供給される作動油の目標油圧は、油圧設定手段として機能する制御ユニット２１によって設定される。制御ユニット２１は、ブレーキ機構６２のスリップを防止する観点から目標油圧を設定するとともに、モータジェネレータ１５の冷却性能を確保する観点から目標油圧を設定する。ここで、図５はモータトルクと目標油圧との関係を示す説明図である。図５に実線で示すように、ブレーキ機構６２のスリップを防止する観点からは、モータジェネレータ１５のモータトルク(トルク)Ｔｏに比例するように目標油圧の特性線Ａが設定される。これに対し、図５に一点鎖線で示すように、モータジェネレータ１５の冷却性能を確保する観点からは、モータトルクＴｏの二乗に比例するように目標油圧の特性線Ｂが設定されることになる。

以下、目標油圧の特性線Ｂについて説明する。モータジェネレータ１５の冷却性能を確保するためには、モータジェネレータ１５の温度上昇に応じて目標油圧を引き上げることにより、ステータコイル５１に向けて噴射される作動油量を増加させる必要がある。ここで、式(１)に示すように、モータジェネレータ１５の温度Ｔｅはステータコイル５１に流れる電流Ｉの二乗に比例しており、式(２)に示すように、モータトルクＴｏは電流Ｉに比例している。すなわち、温度ＴｅはモータトルクＴｏの二乗に比例することから、モータトルクＴｏの二乗に比例するように目標油圧を設定することにより、冷却用として貫通孔８２から噴射される作動油量を温度Ｔｅに比例するように設定することが可能となる。なお、式(１)のＲはステータコイル５１の抵抗値であり、式(２)のｋはモータジェネレータ１５の仕様に基づく係数である。
Ｔｅ＝Ｉ^２×Ｒ …(１)
Ｔｏ＝Ｉ×ｋ …(２)

例えば、モータジェネレータ１５が目標トルクＴ１で制御される場合には、目標トルクＴ１に基づき特性線Ａを参照することにより、モータトルクＴｏに基づく第１目標油圧としてＰａ１が設定される。また、目標トルクＴ１に基づき特性線Ｂを参照することにより、温度Ｔｅに基づく第２目標油圧としてＰａ２が設定される。この場合には、目標油圧Ｐａ２よりも目標油圧Ｐａ１が高いことから、制御ユニット２１によって目標油圧Ｐａ１が選択されるとともに、作動油室７４内の油圧がＰａ１となるようにバルブユニット８１が制御されることになる。また、モータジェネレータ１５が目標トルクＴ２で制御される場合には、目標トルクＴ２に基づき特性線Ａを参照することにより、モータトルクＴｏに基づく第１目標油圧としてＰｂ１が設定される。また、目標トルクＴ２に基づき特性線Ｂを参照することにより、温度Ｔｅに基づく第２目標油圧としてＰｂ２が設定される。この場合には、目標油圧Ｐｂ１よりも目標油圧Ｐｂ２が高いことから、制御ユニット２１によって目標油圧Ｐｂ２が選択されるとともに、作動油室７４内の油圧がＰｂ２となるようにバルブユニット８１が制御されることになる。このように目標油圧を設定することにより、ブレーキ機構６２のスリップを防止するとともに、モータジェネレータ１５の冷却性能を確保することが可能となる。

なお、前述の説明では、特性線Ａと特性線Ｂとが交差しているが、これに限られることはなく、モータジェネレータ１５の仕様によっては、図５に破線で示すように、冷却性能を確保するために必要な目標油圧の特性線Ｃ，Ｄが、特性線Ａと交差せずに設定されることもある。すなわち、常に特性線Ａを上回る特性線Ｃが設定される場合には、特性線Ｃに沿って作動油室７４の目標油圧が設定されることになる。また、常に特性線Ａを下回る特性線Ｄが設定される場合には、特性線Ａに沿って作動油室７４の目標油圧が設定されることになる。また、前述の説明では、モータジェネレータ１５の目標トルクに基づいて、温度Ｔｅに基づく目標油圧を設定するようにしているが、これに限られることはない。図１に示すように、温度Ｔｅを検出する温度センサ８３がモータジェネレータ１５に取り付けられる場合には、温度センサ８３からの検出信号に基づいて、温度Ｔｅに基づく目標油圧を設定しても良い。

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ことはいうまでもない。例えば、前述の説明では、電動モータとして電動機および発電機として機能するモータジェネレータ１５を設けているが、電動機として機能する電動モータに対して本発明を適用しても良く、発電機として機能する電動モータに対して本発明を適用しても良い。また、モータジェネレータ１５の動力伝達径路に減速装置５４を設けているが、増速装置や変速装置を設けるようにしても良く、変速を伴わない動力伝達装置を設けるようにしても良い。さらに、係合機構としてブレーキ機構６２を設けているが、係合機構としてクラッチ機構を設けるようにしても良い。

また、前述の説明では、貫通孔８２からステータコイル５１に対して作動油を吹きかけているが、ステータ５２を構成するステータコアに対して作動油を吹きかけても良い。また、冷却油路として隔壁７１ｃに貫通孔８２を形成しているが、これに限られることはなく、作動油室７４に接続された配管を冷却油路として用いても良い。さらに、ハイブリッド車両１０に搭載される電動モータに対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、車両としての電気自動車に搭載される電動モータに対して本発明を適用しても良い。

１０ ハイブリッド車両(車両)
１５ モータジェネレータ(電動モータ)
２１ 制御ユニット(油圧設定手段)
５４ 減速装置(動力伝達径路)
６２ ブレーキ機構(係合機構)
７１ｃ 隔壁
８１ バルブユニット(作動油供給手段)
８２ 貫通孔(冷却油路)

Claims (4)

1. 車両に搭載される電動モータのモータ冷却構造であって、
   前記電動モータの動力伝達径路に設けられ、前記動力伝達径路を動力伝達状態と動力切断状態とに切り換える係合機構と、
   前記係合機構の作動油室に接続され、前記作動油室に作動油を供給して前記動力伝達径路を動力伝達状態に切り換える作動油供給手段と、
   前記作動油室と前記電動モータとの間に設けられ、前記作動油室内の作動油を前記電動モータに案内する冷却油路とを有することを特徴とするモータ冷却構造。
2. 請求項１記載のモータ冷却構造において、
   前記電動モータと前記作動油室との間に隔壁が設けられ、前記冷却油路は前記隔壁に形成される貫通孔であることを特徴とするモータ冷却構造。
3. 請求項１または２記載のモータ冷却構造において、
   前記電動モータの温度に基づいて目標油圧を設定する油圧設定手段を有し、
   前記作動油供給手段は前記目標油圧に基づいて前記作動油室内の油圧を制御することを特徴とするモータ冷却構造。
4. 請求項１または２記載のモータ冷却構造において、
   前記電動モータのトルクに基づいて第１目標油圧を設定するとともに、前記電動モータの温度に基づいて第２目標油圧を設定する油圧設定手段を有し、
   前記作動油供給手段は、前記第１または第２目標油圧のうち高い目標油圧に基づいて前記作動油室内の油圧を制御することを特徴とするモータ冷却構造。

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