JP2016193681A - Cooling device of rotary electric machine for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両用回転電機の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for a rotating electrical machine for a vehicle.
動力源としてエンジン及び回転電機を有するハイブリッド自動車には通常、回転電機の冷却系が設けられている。この冷却系は、回転電機を冷却するオイルの循環経路と、オイルを循環するポンプとを備えている。特許文献1には、エンジンの動力によって駆動する機械式のオイルポンプが記載されている。
A hybrid vehicle having an engine and a rotating electric machine as a power source is usually provided with a cooling system for the rotating electric machine. This cooling system includes an oil circulation path for cooling the rotating electrical machine and a pump for circulating the oil.
しかしながら、エンジンを間欠的に停止することが可能なハイブリッド自動車において、エンジンが停止した場合、オイルポンプが駆動されないために、回転電機へのオイルの循環が停止される。従って、回転電機の温度が高くなると、回転電機の冷却のために、エンジンを駆動することによって、オイルを循環させる必要があった。つまり、エンジンが停止して、回転電機のみで走行するEV走行中に、回転電機の冷却のためにエンジンを駆動する必要が生じ、ハイブリッド自動車の燃費が悪化するといった問題点があった。 However, in a hybrid vehicle capable of intermittently stopping the engine, when the engine stops, the oil pump is not driven, and therefore the oil circulation to the rotating electrical machine is stopped. Therefore, when the temperature of the rotating electrical machine becomes high, it is necessary to circulate oil by driving the engine for cooling the rotating electrical machine. That is, there is a problem that the engine needs to be driven to cool the rotating electrical machine during EV traveling where only the rotating electrical machine travels, and the fuel consumption of the hybrid vehicle is deteriorated.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、回転電機とエンジンとを使用したハイブリッドシステムにおいて、回転電機の冷却用に機械式の冷却流体用ポンプを採用した場合に、EV走行中であっても、エンジンを作動させることなく、効率的に回転電機を冷却することができる車両用回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in a hybrid system using a rotating electrical machine and an engine, when a mechanical cooling fluid pump is used for cooling the rotating electrical machine, the EV is provided. An object of the present invention is to provide a cooling device for a rotating electrical machine for a vehicle that can efficiently cool the rotating electrical machine without operating the engine even during traveling.
この発明に係る車両用回転電機の冷却装置は、エンジンと、エンジンに連結される第1回転子と、第1回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第2回転子とを含む回転電機と、第1回転子及び第2回転子からの動力の伝達によって駆動され、回転電機に冷却流体を供給する冷却流体用ポンプと、第1回転子と冷却流体用ポンプとを連結すると共に、第1回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第1ワンウェイクラッチと、第2回転子と冷却流体用ポンプとを連結すると共に、第2回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第2ワンウェイクラッチとを備える。
回転電機を駆動するための電力を該回転電機に供給し、回転電機で発電した電力を充電するバッテリと、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、エンジンの動作を制御する制御装置とをさらに備え、制御装置は、充電量検出手段による検出値が、制御装置に予め設定された所定値未満のときに、エンジンの回転数を増加してもよい。
制御装置には、エンジンのエンジン効率マップが組み込まれており、充電量検出手段による検出値が所定値未満のときに、制御装置は、エンジン効率マップに基づいてエンジンの回転数を増加できるか否かを決定してもよい。
A cooling apparatus for a rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention includes an engine, a first rotor coupled to the engine, a second rotor disposed on a radially outer side of the first rotor and coupled to an axle. And a cooling fluid pump that is driven by transmission of power from the first rotor and the second rotor and supplies a cooling fluid to the rotating electrical machine, and the first rotor and the cooling fluid pump are connected to each other. In addition, the first one-way clutch that only allows transmission of power from the first rotor to the cooling fluid pump is connected to the second rotor and the cooling fluid pump, and the cooling fluid is supplied from the second rotor to the cooling fluid. A second one-way clutch that only allows transmission of power to the pump.
A battery for supplying electric power for driving the rotating electric machine to charge the electric power generated by the rotating electric machine, a charge amount detecting means for detecting a charge amount of the battery, and a control device for controlling the operation of the engine The control device may increase the engine speed when the detection value by the charge amount detection means is less than a predetermined value preset in the control device.
The control device incorporates an engine efficiency map of the engine, and when the detected value by the charge amount detecting means is less than a predetermined value, the control device can increase the engine speed based on the engine efficiency map. You may decide.
この発明によれば、第1回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第1ワンウェイクラッチと、第2回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第2ワンウェイクラッチとを備えることにより、エンジンが停止して、回転電機のみで走行するEV走行中であっても、第2回転子から第2ワンウェイクラッチを介して冷却流体用ポンプに動力が伝達されて、冷却流体用ポンプを駆動させることができるので、エンジンを作動させることなく、効率的に回転電機を冷却することができる。 According to this invention, the first one-way clutch that allows only the transmission of power from the first rotor to the cooling fluid pump, and the second that allows only the transmission of power from the second rotor to the cooling fluid pump. By providing the one-way clutch, the power is transmitted from the second rotor to the cooling fluid pump via the second one-way clutch even when the engine is stopped and the EV is running with only the rotating electrical machine. Since the cooling fluid pump can be driven, the rotating electrical machine can be efficiently cooled without operating the engine.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る車両用回転電機の冷却装置100の構成を図1に示す。冷却装置100は、軽油を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジンであるディーゼルエンジン10と、三相交流電力によって動作する回転電機であるダブルロータモータ20とを動力源として備えるハイブリッド自動車に設けられている。ダブルロータモータ20は、ディーゼルエンジン10の駆動軸11に機械的に連結されて駆動軸11と一体的に回転する第1回転子のインナーロータ21と、インナーロータ21の径方向外側に配置されてアーム12及びアーム12に設けられたギア15並びにディファレンシャル13を介して車軸14に機械的に連結される第2回転子のアウターロータ22と、アウターロータ22の径方向外側に配置されてモータケーシング24に固定されるステータ23とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a
インナーロータ21には第1コイル25が設けられており、ステータ23には第2コイル26が設けられている。また、アウターロータ22の内周側には、インナーロータ21の第1コイル25と対向するように、図示しない磁石が設けられており、アウターロータ22の外周側には、ステータ23の第2コイル26と対向するように、図示しない磁石が設けられている。第2コイル26には、温度検出手段である温度センサ37が設置されている。この実施の形態では、温度センサ37の検出値、すなわち第2コイル26の温度をもって、ダブルロータモータ20の温度と定義する。
The
冷却装置100は、直流電力を充放電可能な電力供給手段であるバッテリ30と、バッテリ30から出力される直流電力を三相交流電力に変換する第1インバータ31及び第2インバータ32とを備えており、第1インバータ31及び第2インバータ32は、制御装置であるECU50によって制御される。ECU50は、バッテリ30の電圧等から、バッテリ30の充電量を検出するようになっている。ここで、ECU50は、バッテリ30の充電量を検出する充電量検出手段を構成する。
The
第1インバータ31から出力される三相交流電力は、ステータ23の第2コイル26に供給される。一方、第2インバータ32から出力される三相交流電力は、スリップリング機構40を介して駆動軸11に沿って配線される図示しない導電線に伝達され、この導電線を通ってインナーロータ21の第1コイル25に供給される。
The three-phase AC power output from the
冷却装置100には、ダブルロータモータ20を冷却する回転電機冷却系70が設けられている。回転電機冷却系70は、ダブルロータモータ20、特に第1コイル25及び第2コイル26を冷却する冷却流体であるオイルが循環する冷却流体循環経路71と、オイルを循環させる冷却流体用ポンプ72と、水が循環する水循環経路73と、水を循環させる水用ポンプ74と、冷却流体循環経路71を循環するオイルと水循環経路73を循環する水とを熱交換する熱交換器75と、水循環経路73を循環する水を冷却する冷却手段78であるラジエータ76及びファン77とを備えている。水用ポンプ74と、ファン77との駆動及び停止は、ECU50によって制御される。水循環経路73は、循環する水が第1インバータ31及び第2インバータ32を冷却できるように配置されている。
The
ディーゼルエンジン10の駆動軸11にはギア16が設けられ、ギア16と、アーム12に設けられたギア15とにはそれぞれ、ギア17とギア18とが噛み合っている。ギア17及び18はそれぞれ、第1ワンウェイクラッチ61及び第2ワンウェイクラッチ62を介して、冷却流体用ポンプ72の駆動軸63に連結されている。第1ワンウェイクラッチ61は、駆動軸11から、すなわちインナーロータ21から駆動軸63への動力の伝達のみを許容する。一方、第2ワンウェイクラッチ62は、アーム12から、すなわちアウターロータ22から駆動軸63への動力の伝達のみを許容する。
A
温度センサ37とECU50とは電気的に接続されており、温度センサ37の検出値がECU50に伝送されるようになっている。また、水用ポンプ74と、ファン77とには、バッテリ30から、図示しない配線を介して電力が供給される。
The
次に、この実施の形態に係る冷却装置100の動作について説明する。
図1に示されるように、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ20の動力で走行する場合、ECU50は、第1インバータ31及び第2インバータ32をそれぞれ制御することによって、バッテリ30からステータ23の第2コイル26及びインナーロータ21の第1コイル25に三相交流電力を供給する。すると、インナーロータ21の第1コイル25とアウターロータ22の内周側の磁石との間にトルクが発生すると共に、ステータ23の第2コイル26とアウターロータ22の外周側の磁石との間にもトルクが発生する。これらのトルクを受けてアウターロータ22が回転すると、この回転がアーム12及びディファレンシャル13を介して車軸14に伝達され、ハイブリッド自動車の走行が行われる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, when the hybrid vehicle travels with the power of the
アウターロータ22が回転することによってアーム12が回転すると、ギア15及びギア18が回転する。第2ワンウェイクラッチ62は、ギア18の回転を駆動軸63に伝達する。これにより、冷却流体用ポンプ72が駆動され、冷却流体循環経路71をオイルが循環する。ECU50は、冷却流体用ポンプ72が起動されると、水用ポンプ74及びファン77を起動する。冷却流体循環経路71をオイルが循環すると、ダブルロータモータ20、特に第1コイル25及び第2コイル26がオイルによって冷却される。第1コイル25及び第2コイル26が冷却されることでオイルの温度が上昇するが、熱交換器75において、オイルと、水用ポンプ74によって水循環経路73を循環する水とが熱交換することによりオイルが冷却される。オイルが冷却されることにより水の温度が上昇するが、ラジエータ76において、ファン77が送風した空気によって水が冷却される。
When the
一方、ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン10の動力で走行する場合、ディーゼルエンジン10の動力によってインナーロータ21が回転し、インナーロータ21とアウターロータ22との間に回転速度差が生じると、アウターロータ22の内周側の磁石が発生させる磁界がインナーロータ21の第1コイル25に作用することによって第1コイル25中に誘導電流が流れ、この誘導電流とアウターロータ22の内周側の磁石の磁界との相互作用によって、インナーロータ21とアウターロータ22との間にトルクが発生する。このトルクを受けてアウターロータ22が回転すると、この回転がアーム12及びディファレンシャル13を介して車軸14に伝達され、ハイブリッド自動車の走行が行われる。この場合、ギア15及びギア16の回転がそれぞれギア17及びギア18に伝達され、ギア17及びギア18の回転がそれぞれ、第1ワンウェイクラッチ61及び第2ワンウェイクラッチ62によって駆動軸63に伝達されて、冷却流体用ポンプ72が駆動される。その後のダブルロータモータ20の冷却動作は、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ20の動力で走行する場合と同じである。
On the other hand, when the hybrid vehicle travels with the power of the
次に、ハイブリッド自動車の走行中にダブルロータモータ20が過剰に発熱した場合の冷却装置100の動作を、図2のフローチャートを用いて説明する。
ディーゼルエンジン10またはダブルロータモータ20のいずれかの駆動でハイブリッド自動車が走行中、ECU50は、温度センサ37による検出値Tが、ECU50に予め設定された閾値Ta以上か未満かを判定する(ステップS1)。T<Taの場合は、ステップS1を繰り返す。一方、T≧Taの場合、ECU50は、ファン77の回転数を上昇させる(ステップS2)。ファン77の回転数が上昇すると、水循環経路73を循環する水の温度が低下し、その結果、冷却流体循環経路71を循環するオイルの温度も低下するので、ダブルロータモータ20の冷却能力が大きくなる。
Next, the operation of the
While the hybrid vehicle is running by driving either the
続いてECU50は、ファン77の回転数Nfがその上限回転数Nfaに達しているか否かを判定する(ステップS3)。Nf<Nfaの場合は、ステップS1に戻る。一方、Nf=Nfaの場合、ECU50は、水用ポンプ74の回転数を上昇させる(ステップS4)。水用ポンプ74の回転数が上昇すると、水循環経路73を循環する水の流速が大きくなるので、オイルの冷却能力が増加し、その結果、オイルの温度が低下する。このため、ダブルロータモータ20の冷却能力が大きくなる。
Subsequently, the
さらにECU50は、水用ポンプ74の回転数Nwがその上限回転数Nwaに達しているか否かを判定する(ステップS5)。Nw<Nwaの場合は、ステップS1に戻る。一方、Nw=Nwaの場合、ECU50は、ディーゼルエンジン10の回転数を増加できるか否かを判定する(ステップS6)。ステップS6の判定方法は後述するが、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できると判定された場合、ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン10の動力で走行するときには、ECU50はディーゼルエンジン10の回転数を増加し、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ20の動力で走行するときには、ECU50はディーゼルエンジン10を起動させて、ディーゼルエンジン10の回転数を増加する(ステップS7)。
Further, the
ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン10の動力で走行しているときは、ディーゼルエンジン10の回転数が増加していくと、駆動軸11の回転数がアーム12の回転数よりも大きくなり、駆動軸63はディーゼルエンジン10の動力で回転するようになる。この場合、駆動軸63の回転数が増加し、冷却流体循環経路71を循環するオイルの流速が増加するので、ダブルロータモータ20の冷却能力が大きくなる。
一方、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ20の動力で走行しているときは、ディーゼルエンジン10が起動しディーゼルエンジン10の回転数が増加していくと、駆動軸11の回転数がアーム12の回転数よりも大きくなり、駆動軸63はディーゼルエンジン10の動力で回転するようになる。この場合、駆動軸63の回転数が増加し、冷却流体循環経路71を循環するオイルの流速が増加するので、ダブルロータモータ20の冷却能力が大きくなる。ステップS7の動作を終了後、ステップS1に戻る。
When the hybrid vehicle is running with the power of the
On the other hand, when the hybrid vehicle is running with the power of the
一方、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できないと判定された場合には、ECU50は、ダブルロータモータ20の出力制限を行う(ステップS8)。これにより、徐々にダブルロータモータ20の温度が低下する。ステップS8の動作を終了後、ステップS1に戻る。
On the other hand, if it is determined in step S6 that the rotational speed of the
次に、ステップS6の判定方法について説明する。ステップS7においてディーゼルエンジン10の回転数を増加すると、ディーゼルエンジン10の動力の増加分の一部が冷却流体用ポンプ72を駆動するために使用されるが、当該増加分の残りは、ダブルロータモータ20での発電に使用される。ダブルロータモータ20で発電された電力はバッテリ30に充電されるため、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できると判定するためには、バッテリ30に充電余力が必要である。そこで、ECU50は、バッテリ30の充電量を検出し、ECU50に予め設定された所定値以上か未満かを判定する。検出された充電量が所定値未満の場合には、バッテリ30に充電余力が十分であるので、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できると判定する。逆に、検出された充電量が所定値以上の場合には、バッテリ30に充電余力がないので、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できないと判定する。
Next, the determination method in step S6 will be described. When the rotational speed of the
ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できるか否かを判定するために、以下で説明するような判定方法を追加してもよい。すなわち、バッテリ30の充電量が所定値未満の場合には、ECU50に予め組み込まれた図3に示すようなディーゼルエンジン10のエンジン効率マップに基づいて、ECU50は、ディーゼルエンジン10の回転数を増加すると効率の良い領域から逸脱するか否かを判定する。
In order to determine whether the rotational speed of the
例えば図3に示されるように、エンジン効率マップにおいて、横軸はディーゼルエンジン10の回転数であり、縦軸はディーゼルエンジン10のトルクである。エンジン効率マップには、ディーゼルエンジン10の効率の等しい点を結んだ等効率線が細い実線で描かれており、動作範囲の上限が太い破線で示されている。さらに、エンジン効率マップには、等しい出力におけるディーゼルエンジン10の回転数とトルクとの関係が出力ごとに細い破線(等出力線)で描かれていると共に、各出力において最適な条件である最適動作点を結んだ最適動作線が太い実線で描かれている。効率の良い領域とは、最適動作線上の領域であり、ディーゼルエンジン10の回転数を増加しても最適動作線から大きく外れない場合には、ECU50は、効率の良い領域から逸脱しないと判断して、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できると判定する。逆に、ディーゼルエンジン10の回転数を増加すると最適動作線から大きく外れる場合には、ECU50は、効率の良い領域から逸脱すると判断して、ステップS6においてディーゼルエンジン10の回転数を増加できないと判定する。
For example, as shown in FIG. 3, in the engine efficiency map, the horizontal axis represents the rotational speed of the
このように、インナーロータ21から冷却流体用ポンプ72への動力の伝達のみを許容する第1ワンウェイクラッチ61と、アウターロータ22から冷却流体用ポンプ72への動力の伝達のみを許容する第2ワンウェイクラッチ62とを備えることにより、ディーゼルエンジン10が停止して、ダブルロータモータ20のみで走行するEV走行中であっても、アウターロータ22から第2ワンウェイクラッチ62を介して冷却流体用ポンプ72に動力が伝達されて、冷却流体用ポンプ72を駆動させることができるので、ディーゼルエンジン10を作動させることなく、効率的にダブルロータモータ20を冷却することができる。
特に、EV走行中にアウターロータ22が低回転高トルクの状態で長時間駆動した場合や、第1コイル25及び第2コイル26の損傷又は劣化による高抵抗化が起こった場合や、外気温の上昇若しくは放熱機構の損傷又は劣化により放熱性能が低下した場合のように、ダブルロータモータ20が過剰に発熱したときに、冷却流体用ポンプ72を駆動させることができるので、効率的にダブルロータモータ20を冷却することができる。
As described above, the first one-way clutch 61 that allows only power transmission from the
In particular, when the
この実施の形態では、ステップS1において温度センサ37による検出値Tが閾値Ta以上であった場合に、ファン77の回転数を上昇させた後(ステップS2及びS3)、水用ポンプ74の回転数を上昇させているが(ステップS4及びS5)、水用ポンプ74の回転数を上昇させた後、ファン77の回転数を上昇させてもよい。すなわち、図2のフローチャートにおいて、ステップS2及びS3とステップS4及びS5との順番を入れ替えてもよい。
In this embodiment, when the detected value T by the
この実施の形態では、ステータ23に巻かれた第2コイル26に差し込まれた温度センサ37の検出値、すなわち、第2コイル26の温度をダブルロータモータ20の温度としているが、この形態に限定するものではない。第1コイル25に温度センサを設けて、その検出値をダブルロータモータ20の温度としてもよいし、第1コイル25及び第2コイル26の両方に温度センサを設けて、それぞれの検出値をダブルロータモータ20の温度としてもよい。
In this embodiment, the detected value of the
この実施の形態では、回転電機は、インナーロータ21と、アウターロータ22と、ステータ23とを有するダブルロータモータ20であったが、ステータ23を有さないダブルロータモータであってもよい。
In this embodiment, the rotating electrical machine is the
この実施の形態では、エンジンはディーゼルエンジン10であったが、ガソリンエンジンであってもよい。また、この実施の形態では、冷却流体はオイルであり、オイルを冷却する流体は水であったが、この形態に限定するものではなく、冷却に使用できる公知の流体を用いてもよい。
In this embodiment, the engine is the
10 ディーゼルエンジン(エンジン)、20 ダブルロータモータ(回転電機)、21 インナーロータ(第1回転子)、22 アウターロータ(第2回転子)、30 バッテリ、50 ECU(制御装置,充電量検出手段)、61 第1ワンウェイクラッチ、62 第2ワンウェイクラッチ、72 冷却流体用ポンプ、100 冷却装置。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該エンジンに連結される第1回転子と、該第1回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第2回転子とを含む回転電機と、
前記第1回転子及び前記第2回転子からの動力の伝達によって駆動され、前記回転電機に冷却流体を供給する冷却流体用ポンプと、
前記第1回転子と前記冷却流体用ポンプとを連結すると共に、前記第1回転子から前記冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第1ワンウェイクラッチと、
前記第2回転子と前記冷却流体用ポンプとを連結すると共に、前記第2回転子から前記冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第2ワンウェイクラッチと
を備える、車両用回転電機の冷却装置。 Engine,
A rotating electrical machine including a first rotor coupled to the engine and a second rotor disposed radially outside the first rotor and coupled to an axle;
A cooling fluid pump that is driven by transmission of power from the first rotor and the second rotor and supplies a cooling fluid to the rotating electrical machine;
A first one-way clutch that couples the first rotor and the cooling fluid pump and allows only power transmission from the first rotor to the cooling fluid pump;
A rotating electrical machine for a vehicle comprising: a second one-way clutch that connects the second rotor and the cooling fluid pump and allows only power transmission from the second rotor to the cooling fluid pump. Cooling system.
該バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記エンジンの動作を制御する制御装置と
をさらに備え、
該制御装置は、前記充電量検出手段による検出値が、前記制御装置に予め設定された所定値未満のときに、前記エンジンの回転数を増加する、請求項1に記載の車両用回転電機の冷却装置。 A battery for supplying electric power for driving the rotating electric machine to the rotating electric machine and charging the electric power generated by the rotating electric machine;
Charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery;
A control device for controlling the operation of the engine,
2. The vehicular rotating electrical machine according to claim 1, wherein the control device increases the number of revolutions of the engine when a value detected by the charge amount detection unit is less than a predetermined value preset in the control device. Cooling system.
前記充電量検出手段による検出値が前記所定値未満のときに、前記制御装置は、前記エンジン効率マップに基づいて前記エンジンの回転数を増加できるか否かを決定する、請求項2に記載の車両用回転電機の冷却装置。 The control device incorporates an engine efficiency map of the engine,
The control device according to claim 2, wherein when the detection value by the charge amount detection means is less than the predetermined value, the control device determines whether or not the engine speed can be increased based on the engine efficiency map. A cooling device for a rotating electrical machine for a vehicle.
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2015
- 2015-04-01 JP JP2015075139A patent/JP2016193681A/en active Pending
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