JP2012151995A

JP2012151995A - 電動車両

Info

Publication number: JP2012151995A
Application number: JP2011008394A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hoshina; 博星名
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】電動車両において、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保する。
【解決手段】コイルエンドカバーを備えるモータ３０と、該カバーの中に冷却油を供給する電動オイルポンプ６４と、該カバーからモータ３０外への冷却油の放出位置に設けられた排出バルブ６６と、排出バルブ６６を開閉する制御部７０と、を備える電気自動車２０であって、大気圧が所定圧力より低い場合に、排出バルブ６６を閉成して該カバー内を油密とし、油温センサ８１またはコイル温度センサ８３から取得した温度上昇が所定値以上である場合には、電動オイルポンプ６４の回転数に応じて排出バルブ６６を開成し、排出バルブ６６から冷却油を排出しつつ電動オイルポンプ６４によって該カバー内に冷却油を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に用いられる電動機の構成に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両に用いられる電動機においては、固定子に巻回されたコイルの発熱が問題となってくる。このため、固定子に冷却油を供給する流路とロータと冷却油を供給する流路とを別にして、回転数等に応じて固定子とロータとにそれぞれ供給する冷却油の各流量を変化させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、固定子は軸方向の端面にコイルエンドが形成されるようにコイルが巻回されているものが多い。このコイルエンドの部分は固定子の中でも最も冷却が必要となってくる部位である。そこで、このコイルエンドエンドカバーによってコイルエンドを覆い、コイルエンドカバーの中に冷却油を流してコイルエンドの冷却を行方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１０２１４７号公報特開２０１０−１２４６５７号公報

ところで、電動車両は通常の平地のほかに標高の高い高地を走行する場合もある。ところが、大気圧が低下してくると空気の絶縁性が低下してくることから、コイルエンド周辺に低圧の空気が存在すると電動機の絶縁性能が低下してしまい、電動機の出力を制限したり電動機に掛かる電圧を低く抑えたりすることが必要であった。

本発明は、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保することを目的とする。

本発明は、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保することができるという効果を奏する。

本発明の電動車両において、前記冷却油置換手段は、前記バルブを開成する際に、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブの開度を変化させること、としても好適である。

本発明の電動車両において、前記冷却油供給手段は、一次停止可能な冷却油供給ポンプであって、前記冷却油置換手段は、前記冷却油供給ポンプが稼動していない場合には、前記冷却油供給ポンプを始動した後に前記バルブを開成すること、としても好適である。また、前記冷却油供給ポンプは、機械駆動式または電動式ポンプであること、としても好適である。

本発明の電動車両において、前記温度上昇検知手段は、冷却油温度を検知する冷却油温センサまたはコイル温度を検知するコイル温度センサであること、としても好適であるし、前記温度上昇検知手段は、前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度とコイルに入力される電流とからコイル温度を予測し、前記冷却油置換手段は、前記コイル温度の予測値に基づいて前記バルブを開成すること、としても好適である。

本発明の実施形態における電動車両の構成を示す系統図である。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動機の冷却油の流れを示す系統図である。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動機のステータの構成を示す斜視図である。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動機のステータの断面を示す説明図である。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動機の冷却系統の動作を示すフローチャートである。大気圧の変化に対する電動機の絶縁性能の変化を示すグラフである。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動オイルポンプの回転数と吐出流量の関係を示すグラフである。本発明の実施形態における電動車両に搭載される油排出バルブの開度と流量との関係を示すグラフである。本発明の実施形態における電動車両に搭載される電動機の固定子コイル入力電流とコイルの温度上昇率との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態における電動車両の構成を示す系統図である。本発明の他の実施形態における電動車両に搭載される電動機の冷却系統の動作を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態における電動車両に搭載されるエンジン駆動オイルポンプの回転数と吐出流量の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように本実施形態の電気自動車２０は、充放電可能な二次電池であるバッテリ５８と、バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ５７と、昇圧コンバータ５７で昇圧された直流電源をスイッチング素子でスイッチングして、三相交流電力に変換するインバータ５６と、インバータからの三相交流電力が供給される車両駆動用のモータ３０と、を備え、モータ３０の出力軸２２は、ディファシャル２４を介して駆動輪２６ａ，２６ｂに伝達され、電気自動車２０が駆動されるように構成されている。

モータ３０は同期電動機であり、固定子にコイルが巻回されたものである。モータにはこの固定子のコイルを冷却するための冷却系統が設けられている。図１に示すように、モータの冷却系統は、冷却媒体である冷却油を貯留するオイルパン６２と、オイルパン６２に貯留された冷却油をモータ３０に循環させる電動式の電動オイルポンプ６４と、電動オイルポンプ６４によってモータ３０の中に流入させた冷却油をオイルパン６２に排出する排出バルブ６６とが設けられている。

また，電気自動車２０には車両全体の走行制御等を行う制御部７０が備えられている。制御部７０は、内部にＣＰＵ７２、やＲＯＭ７４，ＲＡＭ７６を含むコンパュータである。車両の運転席に設けられている、シフトレバー８２位置、ブレーキぺダル８４、アクセルペダル８６の踏み込み量は制御部７０に入力される。また、イグニッションスイッチのオン／オフ信号が制御部７０に入力され、車両の速度を検出する車速センサ８８、車両の外部の大気圧を検出する大気圧センサ８９、モータ３０の冷却油の温度を検出する油温センサ８１、モータ３０のコイル温度検出するコイル温度センサ８３の各信号は制御部７０に接続されて、各センサ８１〜８９からの信号は制御部７０に入力されるよう構成されている。また、インバータ５６、モータ３０、電動オイルポンプ６４もそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令によって駆動するように構成されている。

図２に示すように、本実施形態の電気自動車２０に搭載されているモータ３０は、三相交流同期電動機で、固定子４０と、駆動軸２２と共に回転するロータ３２とを備えている。ロータ３２は、打ち抜いた磁性鋼板を積層したロータコア３４とロータコア３４の複数のスロットに嵌め込まれる永久磁石３６とを備えている。また、固定子４０は、打ち抜いた電磁鋼板を積層したステータコア４２と、ステータコア４２の複数のスロット４４のそれぞれに巻回されたコイル４６とを備えている。

図３に示すように、コイル４６は各スロット４４に分巻に巻回されており、ステータコア４２の軸方向の端面にはコイル４６がスロット４４を渡るコイルエンド４６ａがそれぞれ形成されている。本実施形態のモータ３０は、このコイルエンド４６ａを覆うようにコイルエンドカバー５０が設けられている。コイルエンドカバー５０は断面がステータコア４２の内周面側と外周面側とのそれぞれ接続する略Ｕ字型のカバーであり、その内部にコイルエンド４６ａが入るように構成され、コイルエンド４６ａとコイルエンドカバー５０との間には冷却油が流れる環状流路５２が形成される。また、固定子４０のスロット４４の固定子内周側には、スロット４４の内周面との間の開口を塞ぐ蓋部材４８が設けられている。図４に示すように、この蓋部材４８とステータコア４２の内周側端面との間も冷却油が流れるスロット内流路５４が形成されている。

図２に示すように、電動オイルポンプ６４によってオイルパン６２から吸い上げられた冷却油は配管を通ってモータ３０の上部からコイルエンド４６ａの周囲の環状流路５２に流入する、そして冷却油は重力によって環状流路５２を下方向に流れてくる。この際、スロット４４の内周面側の開口は蓋部材４８によって閉じられているので、冷却油はスロット４４に開口から環状流路５２の外部に漏れることなく、コイルエンド４６ａを冷却しながらコイルエンドカバー５０の中を流れていく。また、一部の冷却油はスロット４４の中のスロット内流路５４を経由してスロット４４内のコイル４６を冷却しながら下方向に流れていく。コイルエンドカバー５０の下部に流れてきた冷却油は、排出バルブ６６を通ってモータ３０の外部に排出される。排出バルブ６６が閉じていると、環状流路５２、スロット内流路５４の内部に冷却油が溜まっていき、排出バルブ６６が開かれると環状流路５２、スロット内流路５４に溜まった冷却油がオイルパン６２に排出される。また、環状流路５２には冷却油の温度を検出する油温センサ８１と、コイル４６の温度を検出するコイル温度センサ８３とが設けられている。本実施形態では、それぞれ１つずつセンサが取り付けられていることとして説明したが、各センサ８１，８３はそれぞれ複数個配置されるようにしてもよい。

以上のように構成された電気自動車２０のモータ３０の冷却動作について図５を参照しながら説明する。図５のステップＳ１０１に示すように、モータ３０の冷却動作が開始されると、制御部７０は図１に示す大気圧センサ８９から電動車両の位置の大気圧Ｐａを取得する。そして、制御部７０は、図５のステップＳ１０２に示すように、取得した大気圧Ｐａを閾値Ｐａｒｅｆと比較する。ここで閾値Ｐａｒｅｆは、気体環境、あるいは空気環境下のモータ３０における絶縁性能の下限値に対応する圧力であり、実験や解析などによって求めることができる。図６に示すように、空気環境下では、モータ３０内の環状流路５２、スロット内流路５４に冷却油が滞留し、コイルエンド４６ａやコイル４６が冷却油に浸かっており、空気と触れていない環境、以下、この環境を油密環境という、にある場合の絶縁性能は、コイル４６、コイルエンド４６ａが空気環境におかれた場合よりも高い。気圧が高い場合には、空気環境の場合の絶縁性能と油密環境の絶縁性能との間にさほど大きな差はないが、図６に示すように、大気圧が低くなってくると、油密環境での絶縁性能は変化しないのに比べて空気環境での絶縁性能は急速に低下してくる。制御部７０は大気圧が図６に示すＰａｒｅｆよりも高い場合には、空気環境の下でモータ３０の絶縁破壊が生じる恐れは無いと判断し、図２に示す排出バルブ６６を開として冷却油が環状流路５２、スロット内流路５４を流動してオイルパン６２との間で冷却油が循環し、コイルエンド４６ａ，コイル４６の表面を冷却油が流れて、これによってコイルエンド４６ａ、コイル４６が冷却されるようにする。このため、制御部７０は、図５のステップＳ１０１で大気圧Ｐａが閾値Ｐａｒｅｆよりも大きい場合には、図５のステップＳ１１６，Ｓ１１７に示すように、排出バルブ６６を開とし、空気が充満している環状流路５２，スロット内流路５４の中に冷却油を流して、冷却油の流れをコイル４６、コイルエンド４６ａに掛けることによってコイル４６，コイルエンド４６ａの冷却を行う。この際、油密フラグＦには０を設定する。そして、図５のステップＳ１１９に示すように、油温センサ８１またはコイル温度センサ８３によって検出した各温度に応じて電動オイルポンプ６４の起動停止を行い、モータ３０のコイル４６、コイルエンド４６ａの温度が運転によって適切な温度となるように制御する。

一方、制御部７０は、大気圧Ｐａが閾値Ｐａｒｅｆよりも低い場合には、空気環境の下ではモータ３０の絶縁破壊が生じる恐れがあると判断し、コイル４６、コイルエンド４６ａを油密環境とするように制御する。制御部７０は、図５のステップＳ１０３に示すように、すでに油密環境の設定が行われているかどうかを判定した後、まだ、油密環境の設定がされていない場合には、図５のステップＳ１０４、ステップＳ１０５に示すように、排出バルブ６６を閉とする。そして、図５のステップＳ１０６に示すように、電動オイルポンプ６４が停止している状態かどうかを判断し、電動オイルポンプ６４が停止状態であれば、図５のステップＳ１０７に示すように、電動オイルポンプ６４を始動する。すると、環状流路５２とスロット内流路５４との中には電動オイルポンプ６４によってモータ３０の上部から注入された冷却油が次第に溜まっていく。そして、制御部７０は、図５のステップＳ１０８に示すように、モータ３０の環状流路５２とスロット内流路５４とが完全に冷却油で満たされた油密状態であるかどうかを判断する。この判断は、例えば、環状流路５２の最上部に空気抜きを設けておき、この空気抜きから冷却油が吐出されたら環状流路５２、スロット内流路５４が油密となったと判断するようにしてもよいし、環状流路５２、スロット内流路５４の体積に相当する冷却油を環状流路５２、スロット内流路５４に注入したことにより判断してもよい。

図５のステップＳ１０９に示すように、制御部７０は、環状流路５２、スロット内流路５４が油密となったと判断したら油密フラグＦを１とする。上記のように環状流路５２、スロット内流路５４が油密となった場合、コイルエンドカバー５０の内部に入っているコイルエンド４６ａ、及びスロット４４の中に入っているコイル４６は冷却油の中に浸かった状態で、空気に触れない状態となる。このため、図６に示すように、大気圧が低い状態でもモータ３０の絶縁性能が低下せず、モータ３０の出力を制限したりモータ３０に供給する電圧を低く設定したりすることが必要なく、高地でも十分な走行出力を確保することができる。制御部７０は油密フラグＦが１になると油密状態が完成したと判断し、図５のステップＳ１１０に示すように電動オイルポンプ６４を停止する。

このような油密状態では、モータ３０の絶縁性は空気環境よりも優れているものの、冷却油が流動していないことから、コイルエンド４６ａの周囲の環状流路５２やスロット４４の中のスロット内流路５４の中に滞留している冷却油の温度が上昇してくる。そして、温度が閾値温度を超えた場合には、今度は冷却油の温度高、あるいはコイルの温度高によってモータ３０の出力や供給電圧の制限が必要となってくる。

そこで、制御部７０は、図５のステップＳ１０９に示すように、環状流路５２，スロット内流路５４が油密状態となって油密フラグＦが１となったら、図５のステップＳ１１１に示すように、環状流路５２に設けられた油温センサ８１によって環状流路５２、スロット内流路５４に滞留している冷却油の油温を取得する。そして、図５のステップＳ１１２に示すように、制御部７０はこの油温が所定の閾値よりも高くなったと判断した場合には、図５のステップＳ１１３に示すように一旦、図５のステップＳ１１０で停止した電動オイルポンプ６４を再度起動する。そして、図５のステップＳ１１４に示すように、電動オイルポンプ６４の回転数を取得する。電動オイルポンプ６４は電動機で駆動される容積形のポンプであり、図７に示すようにその吐出流量は回転数に略比例する。一方、排出バルブ６６は、環状流路５２，スロット内流路５４から重力で冷却油を排出するものであり、油密状態となっている場合には、排出バルブ６６の入口圧力は、環状流路５２に充満している冷却油の静水頭であることから、排出バルブ６６から外部に排出される冷却油の流量は、図８のように排出バルブの開度が決まると一義的に決まってしまう。従って、制御部７０は、図５のステップＳ１１５に示すように電動オイルポンプ６４の回転数から排出バルブ６６の開度を設定する。

いま、図７に示すように、電動オイルポンプ６４の回転数がＲｍでその吐出流量がＦｍであった場合、この電動オイルポンプ６４の吐出流量Ｆｍと同じ流量だけ環状流路５２、スロット内流路５４から流出させるように排出バルブ６６の開度を図８に示すＶｍに設定すると、環状流路５２、スロット内流路５４の中の冷却油の総量は変化せず、コイルエンド４６ａ、コイル４６は油に浸かった状態が保たれる。そして、電動オイルポンプ６４によって温度の低い冷却油を環状流路５２，スロット内流路５４に流して温度の高くなった冷却油に置換することによってコイル４６、コイルエンド４６ａの温度の上昇を抑えることができ、高地においてもモータ３０の絶縁性能の低下による出力制限を受けずに走行することができる。また、モータ３０の出力が大きく、その発熱量も大きい場合には、電動オイルポンプ６４の回転数を高くし、それに応じて排出バルブ６６の開度を大きくすることで環状流路５２、スロット内流路５４を流れる冷却油の流量を大きくしてより冷却効果を高めるようにしてもよい。

以上、説明した実施形態では、環状流路５２に設けた冷却油の温度を検出する油温センサ８１によって冷却油の温度の上昇を検出して電動オイルポンプ６４の始動、排出バルブ６６の開度の調整をすることとして説明したが、例えば、コイル４６に取り付けたコイル温度センサ８３の温度が所定の閾値を超えた場合に、電動オイルポンプ６４の始動、排出バルブ６６の開度の調整をすることとしてもよい。また、制御部７０は、モータ３０への出力指令値にあるいはモータ３０に供給する電流、電圧に基づいて、モータ３０の固定子コイルに流れる電流を計算し、その際の環状流路５２の中の冷却油の温度からコイル４６の温度を予測し、その予測温度に基づいて電動オイルポンプ６４の始動、排出バルブ６６の開度の調整をすることとしてもよい。

図９に示すように、固定子４０のコイル４６への入力電流が大きくなるとコイル４６の温度変化は大きくなる。つまり、大きな電流が流れ流れるほど急速にコイル４６の温度は上昇していく。また、コイル４６の温度上昇の度合いは、油密の際にコイル４６が浸かっている冷却油の温度によって影響をうける。図９に示すように、油密の際の冷却油の温度が低い場合は線ａで示すように、コイル４６の温度上昇率は低く、油密の際の冷却油の温度が高い場合には、線ｂで示すように、コイル４６の温度の上昇率は高くなる。このことから、例えば、油温センサ８１によって取得した油音Ｔ_ｏｉｌの場合のコイル４６への入力電力に対するコイル４６の温度上昇率の変化が図９に示す点線ｃのような場合、制御部７０は、計算したコイル４６への入力電流がＡ１の際に図７のグラフの点線ｃからコイル４６の温度上昇率がΔＴ_１（℃／ｓｅｃ）であることを取得する。そして、現在の油温Ｔ_ｏｉｌとコイル４６との平均的な温度差ΔＴ_ｃを用いて、時間ｔ（ｓｅｃ）後のコイルの温度Ｔ_ｃを、Ｔ_ｃ=ΔＴ_１×ｔ＋ΔＴ_ｃ＋Ｔ_ｏｉｌ、から予想することができる。このようにして予想したコイル４６の温度Ｔ_ｃが所定の閾値を超えた場合に、電動オイルポンプ６４の始動、排出バルブ６６の開度の調整をすることとしてもよい。この場合にはコイル４６の温度Ｔ_ｃを予想して制御することから、コイル温度が過剰に上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。

図１０、図１１を参照して発明の他の実施形態について説明する。図１から図９を参して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態は、エンジン駆動オイルポンプ１６４を備えるハイブリッド車両１２０に本発明を適用したものである。

図１０に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１２０は、エンジン１２２と第１モータジェネレータ１３０、第２のモータジェネレータ２３０とを備え、エンジン１２２と第１モータジェネレータ１３０、第２のモータジェネレータ２３０は動力分割装置１２４などともにケーシング１７０の中に一体に配置されている。エンジン１２２からの出力は遊星歯車機構の動力分割装置１２４によって車両駆動用の動力と、発電に用いられる動力とに分割される。第１モータジェネレータ１３０は通常は発電機として機能し、第２モータジェネレータ２３０は通常はモータとして機能する。そして、エンジン１２２からの動力は第２モータジェネレータ２３０からの出力と共に図示しない駆動輪を回転させてハイブリッド車両１２０を走行させる。第２モータジェネレータ２３０は、充放電可能な二次電池であるバッテリ５８の直流電力を昇圧コンバータ５７によって昇圧した後、インバータ５６によって変換した三相交流電力で駆動される同期電動機である。また、第１モータジェネレータ１３０で発電した三相交流電力は、インバータ１５６によって直流電力に変換されてバッテリ５８に蓄電される。

第１モータジェネレータ１３０、第２モータジェネレータ２３０はそれぞれ同期電動機であり、その固定子４０は図２から図４を参照して説明したように、ステータコア４２にコイル４６が巻回されたものである。各モータジェネレータ１３０，２３０にはこの固定子４０のコイル４６を冷却するための冷却系統が設けられている。図１０に示すように、各モータジェネレータ１３０，２３０の冷却系統は、冷却媒体である冷却油を貯留するオイルパン１６２と、オイルパン１６２に貯留された冷却油を各モータジェネレータ１３０、２３０に循環させるエンジン駆動式のエンジン駆動オイルポンプ１６４と、エンジン駆動オイルポンプ１６４によって各モータジェネレータ１３０，２３０の中に流入させた冷却油を各モータジェネレータ１３０，２３０からオイルパン６２に排出する排出バルブ１６６，１６７とが設けられている。エンジン１２２の駆動軸の一部は第２モータジェネレータ２３０のシャフトの中心を貫通してケーシング１７０の外側まで貫通し、その一端にエンジン駆動オイルポンプ１６４が取り付けられている。

また、エンジンの各モータジェネレータ１３０，２３０と反対側の端部には、エンジン１２２の駆動軸に接続されたエンジンオイルポンプ１６５が設けられている。このエンジンオイルポンプ１６５は、各モータジェネレータ１３０，２３０に用いられる冷却油とは別の潤滑油であり、オイルパン１６３からエンジンオイルポンプ１６５によって吸い上げられ、エンジン１２２の上からエンジン１２２各部や図示しない各駆動ギヤを潤滑する。

また、ハイブリッド車両１２０には車両全体の走行制御等を行う制御部７０が備えられている。制御部７０は、内部にＣＰＵ７２やＲＯＭ７４，ＲＡＭ７２を含むコンパュータである。車両の運転席に設けられている、シフトレバー８２位置、ブレーキぺダル８４、アクセルペダル８６の踏み込み量は制御部７０に入力される。また、イグニッションスイッチのオン／オフ信号が制御部７０に入力され、車両の速度を検出する速度センサ８８、車両の外部の大気圧を検出する大気圧センサ８９、第１、第２モータジェネレータ１３０，２３０の冷却油の温度を検出する油温センサ８１、各モータジェネレータ１３０，２３０のコイル温度検出するコイル温度センサ８３の各信号は制御部７０に接続されて、各センサ８１〜８９の信号は制御部７０に入力されるよう構成されている。また、エンジン１２２、エンジンオイルポンプ１６５、インバータ５６，１５６、各モータジェネレータ１３０，２３０、エンジン駆動オイルポンプ１６４もそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令によって駆動するように構成されている。

各モータジェネレータ１３０，２３０の構造は図２から図４を参照して説明したのと同様で、ステータコア４２と、スロット４４とスロット４４に巻回されたコイル４６と、ステータコア４２の両端面に突出したコイルエンド４６ａとを備え、コイルエンド４６ａはコイルエンドカバー５０によって覆われ、ステータコア４２の内周面のスロット４４の開口には蓋部材４８が取り付けられ、冷却油が流れる環状流路５２とスロット内流路５４とが形成されている。

以上のように構成されたハイブリッド車両１２０の各モータジェネレータ１３０，２３０の冷却動作について図１１を参照しながら説明する。図１１のステップＳ２０１に示すように、各モータジェネレータ１３０，２３０の冷却動作が開始されると、制御部７０は図１に示す大気圧センサ８９から電動車両の位置の大気圧Ｐａを取得する。そして、制御部７０は、図１１のステップＳ２０２に示すように、取得した大気圧Ｐａを閾値Ｐａｒｅｆと比較する。ここで閾値Ｐａｒｅｆは、先に説明したように、気体環境、あるいは空気環境下の各モータジェネレータ１３０，２３０における絶縁性能の下限値に対応する圧力であり、実験や解析などによって求めることができる。制御部７０は大気圧が図６に示すＰａｒｅｆよりも大きい場合には、空気環境の下で各モータジェネレータ１３０，２３０の絶縁破壊が生じる恐れは無いと判断し、図１０に示す排出バルブ１６６，１６７を開としてエンジン駆動オイルポンプ１６４から供給された冷却油が各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２、スロット内流路５４を流動してオイルパン１６２との間で冷却油が循環し、各モータジェネレータ１３０，２３０のコイルエンド４６ａ，コイル４６の表面を冷却油が流れて、これによってコイルエンド４６ａ、コイル４６が冷却されるようにする。このため、制御部７０は、図１１のステップＳ２０１で大気圧Ｐａが閾値Ｐａｒｅｆよりも大きい場合には、図１１のステップＳ２１７，Ｓ２１８に示すように、各排出バルブ１６６、１６７を開とし、空気が充満している各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２，スロット内流路５４の中に冷却油を流して、冷却油の流れをコイル４６、コイルエンド４６ａに掛けることによって各モータジェネレータ１３０，２３０のコイル４６，コイルエンド４６ａの冷却を行う。この際、図１１のステップＳ２１９に示すように、油密フラグＦ２には０をセットする。また、ハイブリッド車両１２０がエンジン１２２を停止してモータジュネレータ１３０，２３０で走行している場合には、各モータジェネレータ１３０，２３０の油温センサ８１またはコイル温度センサ８３によって検出した各温度に応じてエンジン駆動オイルポンプ１６４の起動停止を行うために制御部７０は図１１のステップＳ２２０，Ｓ２２１に示すようにエンジン１２２をモータリングさせる。これによってエンジン１２２の駆動軸を回転させ、制御部７０は、エンジン駆動オイルポンプ１６４を駆動して冷却油を循環させ、各モータジェネレータ１３０，２３０のコイル４６、コイルエンド４６ａの温度が運転によって適切な温度となるように制御する。

一方、制御部７０は、大気圧Ｐａが閾値Ｐａｒｅｆよりも低い場合には、空気環境の下では各モータジェネレータ１３０，２３０の絶縁破壊が生じる恐れがあると判断し、各モータジェネレータ１３０，２３０のコイル４６、コイルエンド４６ａを油密環境とするように制御する。制御部７０は、図１１のステップＳ２０３に示すように、すでに油密環境の設定が行われているかどうかを判定した後、まだ、油密環境の設定がされていない場合には、図１１のステップＳ２０４、ステップＳ２０５に示すように、排出バルブ１６６，１６７を閉とする。そして、図１１のステップＳ２０６に示すように、電動走行モードでエンジン１２２が停止している状態かどうかを判断し、電動走行モードでエンジン１２２が停止状態であれば、図１１のステップＳ２０７に示すように、エンジン１２２をモータリングしてエンジン駆動オイルポンプ１６４を始動する。すると、環状流路５２とスロット内流路５４との中にはエンジン駆動オイルポンプ１６４によって各モータジェネレータ１３０，２３０の上部から注入された冷却油が次第に溜まっていく。そして、制御部７０は、図１１のステップＳ２０８に示すように、各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２とスロット内流路５４とが完全に冷却油で満たされた油密状態であるかどうかを判断する。この判断は、例えば、環状流路５２の最上部に空気抜きを設けておき、この空気抜きから冷却油が吐出されたら環状流路５２、スロット内流路５４が油密となったと判断するようにしてもよいし、環状流路５２、スロット内流路５４の体積に相当する冷却油を環状流路５２、スロット内流路５４に注入したことにより判断してもよい。

図１１のステップＳ２０９に示すように、制御部７０は、各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２、スロット内流路５４が油密となったと判断したら油密フラグＦ２を１とする。上記のように各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２、スロット内流路５４が油密となった場合、コイルエンドカバー５０の内部に入っているコイルエンド４６ａ、及びスロット４４の中に入っているコイル４６は冷却油の中に浸かった状態で、空気に触れない状態となる。このため、図６に示すように、大気圧が低い状態でも各モータジェネレータ１３０，２３０の絶縁性能が低下せず、各モータジェネレータ１３０，２３０の出力を制限したり各モータジェネレータ１３０，２３０に供給する電圧を低く設定したりすることが必要なく、高地でも十分な走行出力を確保することができる。制御部７０は図１１のステップＳ２１０，Ｓ２１１に示すように油密フラグＦ２が１となると油密状態が完成したと判断し、エンジン１２２のモータリングを停止する。

しかし、このような油密状態では、各モータジェネレータ１３０，２３０の絶縁性は空気環境よりも優れているものの、冷却油が流動していないことから、各モータジェネレータ１３０，２３０のコイルエンド４６ａの周囲の環状流路５２やスロット４４の中のスロット内流路５４の中に滞留している冷却油の温度が上昇してくる。そして、温度が閾値温度を超えた場合には、今度は冷却油の温度高、あるいはコイルの温度高によって各モータジェネレータ１３０，２３０の出力や供給電圧の制限が必要となってくる。

そこで、制御部７０は、環状流路５２，スロット内流路５４が油密状態となって油密フラグＦ２が１となったら、図１１のステップＳ２１２に示すように、環状流路５２に設けられた油温センサ８１によって各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２、スロット内流路５４に滞留している冷却油の油温を取得する。そして、図１１のステップＳ２１３に示すように、制御部７０はこの油温が所定の閾値よりも高くなったと判断した場合には、図１１のステップＳ２１４に示すように一旦、図１１のステップＳ２１０で停止したエンジン１２２のモータリングを再度行い、エンジン駆動オイルポンプ１６４を起動する。そして、図１１のステップＳ２１５に示すように、エンジン駆動オイルポンプ１６４の回転数を取得する。エンジン駆動オイルポンプ１６４はエンジン１２２で駆動される容積形のポンプであり、図１２に示すようにその吐出流量はエンジン１２２の回転数に略比例する。ただし、エンジン駆動オイルホンプ１６４の回転数はエンジンの回転数と独立に決定することができないことから、必要以上の流量となってしまう場合には、過剰となる冷却油を逃がし弁からオイルパン１６２に戻し、各モータジェネレータ１３０，２３０に供給する冷却油の流量が大きくなりすぎないように制限するように構成されている。

一方、排出バルブ１６６，１６７は、各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２，スロット内流路５４から重力で冷却油を排出するものであり、油密状態となっている場合には、排出バルブ６６の入口圧力は、環状流路５２に充満している冷却油の静水頭であることから、排出バルブ１６６，１６７から外部に排出される冷却油の流量は、図８のように排出バルブの開度が決まると一義的に決まってしまう。従って、制御部７０は、図１１のステップＳ２１６に示すようにエンジン駆動オイルポンプ１６４の回転数から排出バルブ１６６，１６７の開度を設定する。

いま、図１２に示すように、エンジン駆動オイルポンプ１６４の回転数がＲ_１でその吐出流量がＦ_１であった場合、この電動オイルポンプ６４の吐出流量Ｆ_１と同じ流量だけ第１、第２モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２、スロット内流路５４から冷却油を流出させるように、排出バルブ１６６，１６７の開度を図８に示すＶ_１とすると、各モータジェネレータ１３０，２３０環状流路５２、スロット内流路５４の中の冷却油の総量は変化せず、コイルエンド４６ａ、コイル４６は油に浸かった状態が保たれる。そして、エンジン駆動オイルポンプ１６４によって温度の低い冷却油を各モータジェネレータ１３０，２３０の環状流路５２，スロット内流路５４に流して温度の高くなった冷却油に置換することによってコイル４６、コイルエンド４６ａの温度の上昇を抑えることができ、高地においても各モータジェネレータ１３０，２３０絶縁性能の低下による出力制限を受けずに走行することができる。

以上、説明した実施形態では、環状流路５２に設けた冷却油の温度を検出する油温センサ８１によって冷却油の温度の上昇を検出してエンジン１２２をモータリングしてエンジン駆動オイルポンプ１６４の始動、排出バルブ１６６，１６７の開度の調整をすることとして説明したが、先に説明した実施形態と同様、例えば、コイル４６に取り付けたコイル温度センサ８３の温度が所定の閾値を超えた場合に、エンジン駆動オイルポンプ１６４の始動、排出バルブ１６６，１６７の開度の調整をすることとしてもよいし、制御部７０は、各モータジェネレータ１３０，２３０への出力指令値にあるいは各モータジェネレータ１３０，２３０に供給する電流、電圧に基づいて、各モータジェネレータ１３０，２３０の固定子４０のコイル４６に流れる電流を計算し、その際の環状流路５２の中の冷却油の温度からコイル４６の温度を予測し、その予測温度に基づいてエンジン駆動オイルポンプ１６４の始動、排出バルブ１６６，１６７の開度の調整をすることとしてもよい。

また、本実施形態では、ハイブリッド車両１２０が電動走行をしており、エンジン１２２は停止している走行状態で、エンジン１２２を始動せずエンジン１２２をモータリングすることによってエンジン１２２に直結されているエンジン駆動オイルポンプ１６４を始動することとして説明したが、エンジン１２２を始動して、エンジン１２２自体の回転によってエンジン駆動オイルポンプ１６４を駆動し、エンジン１２２の回転数に基づいて排出バルブ１６６，１６７の開度を設定するようにしてもよい。また、エンジン１２２と第２モータジェネレータ２３０との出力で走行するハイブリッド走行を行っている場合には、エンジン１２２を改めて始動せずにエンジン１２２の回転数に基づいて排出バルブ１６６，１６７の開度を設定するようにしてもよい。更に、第１モータジェネレータ１３０，第２モータジェネレータ２３０の各油温センサ８１、コイル温度センサ８３によって検出した各温度に基づいて、各排出バルブ１６６，１６７の開度をそれぞれ独立して設定するようにしてもよい。

２０電気自動車、２２出力軸、２４ディファシャル、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３０モータ、３２ロータ、３４ロータコア、３６永久磁石、４０固定子、４２ステータコア、４４スロット、４６コイル、４６ａコイルエンド、４８蓋部材、５０コイルエンドカバー、５２環状流路、５４スロット内流路、５６，１５６インバータ、５７昇圧コンバータ、５８バッテリ、６２，１６２，１６３オイルパン、６４電動オイルポンプ、６６，１６６，１６７排出バルブ、７０制御部、８１油温センサ、８２シフトレバー、８３コイル温度センサ、８４ブレーキぺダル、８６アクセルペダル、８８車速センサ、８９大気圧センサ、１２０ハイブリッド車両、１２２エンジン、１２４動力分割装置、１３０第１モータジェネレータ、２３０第２モータジェネレータ、１６５エンジンオイルポンプ、１７０ケーシング。

本発明の電動車両は、ステータコアの軸方向の両端面上に形成されたコイルエンドを覆うコイルエンドカバーを備える電動機と、前記コイルエンドカバーの中に冷却油を供給する冷却油供給手段と、前記コイルエンドカバーから前記電動機外への冷却油の放出位置に設けられたバルブと、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記電動機のコイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度の上昇を検知する温度上昇検知手段と、前記バルブを開閉する制御部と、を備える電動車両であって、前記検出された大気圧が気体環境下での前記電動機における絶縁性能の許容下限に対応する圧力として定められた所定圧力より低い場合に、前記バルブを閉成して前記コイルエンドカバー内を油密とする油密手段と、前記コイルエンドカバー内を油密とした状態で、前記温度上昇検知手段によって前記コイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度上昇が所定値以上であることが検知された際には、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブを開成し、前記バルブから前記冷却油を排出しつつ前記冷却油供給手段によって前記コイルエンドカバー内に冷却油を供給する冷却油置換手段と、を備えることを特徴とする。

Claims

ステータコアの軸方向の両端面上に形成されたコイルエンドを覆うコイルエンドカバーを備える電動機と、
前記コイルエンドカバーの中に冷却油を供給する冷却油供給手段と、
前記コイルエンドカバーから前記電動機外への冷却油の放出位置に設けられたバルブと、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記電動機のコイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度の上昇を検知する温度上昇検知手段と、
前記バルブを開閉する制御部と、を備える電動車両であって、
前記検出された大気圧が気体環境下での前記電動機における絶縁性能の許容下限に対応する圧力として定められた所定圧力より低い場合に、前記バルブを閉成して前記コイルエンドカバー内を油密とする油密手段と、
前記コイルエンドカバー内を油密とした状態で、前記温度上昇検知手段によって前記コイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度上昇が所定値以上であることが検知された際には、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブを開成し、前記バルブから前記冷却油を排出しつつ前記冷却油供給手段によって前記コイルエンドカバー内に冷却油を供給する冷却油置換手段と、
を備える電動車両。
請求項1に記載の電動車両であって、
前記冷却油置換手段は、前記バルブを開成する際に、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブの開度を変化させること、
を特徴とする電動車両。
請求項1または２に記載の電動車両であって、
前記冷却油供給手段は、一次停止可能な冷却油供給ポンプであって、
前記冷却油置換手段は、前記冷却油供給ポンプが稼動していない場合には、前記冷却油供給ポンプを始動した後に前記バルブを開成すること、
を特徴とする電動車両。
請求項1から３に記載の電動車両であって、
前記冷却油供給ポンプは、機械駆動式または電動式ポンプであること、
を特徴とする電動車両。
請求項1から４に記載の電動車両であって、
前記温度上昇検知手段は、冷却油温度を検知する冷却油温センサまたはコイル温度を検知するコイル温度センサであること、
を特徴とする電動車両。
請求項1から４に記載の電動車両であって、
前記温度上昇検知手段は、前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度とコイルに入力される電流とからコイル温度を予測し、
前記冷却油置換手段は、前記コイル温度の予測値に基づいて前記バルブを開成すること、
を特徴とする電動車両。