JP2016203760A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】高速走行時であっても、ロータコアの永久磁石による回転磁界の影響を抑制して鉄損を低減するようにした回転電機を備えたハイブリッド車を提供することにある。【解決手段】ケース１４に回転可能に設けられるロータと、ケース１４に設けられるステータ１５とを有し、ケース１４およびロータ内に設けられ、冷媒１が流れる冷媒通路２０とを備える回転電機１０と、冷媒通路２０に設けられたバルブ２５と、バルブ２５の開閉を制御する制御装置５０とを備え、制御装置５０は、パラレル走行であり、かつ高速走行であるときに、バルブ２５を制御し閉として、冷媒通路２０内にて冷媒１の流れを停止するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータ内部を冷媒で冷却する回転電機を備えたハイブリッド車に関する。

回転電機として、ロータ内部を冷媒で冷却する場合があり、冷却効率を向上させた装置が種々開発されている。

例えば、下記特許文献１には、回転シャフトとエンドプレートを備え、前記回転シャフトがシャフト冷却油通路を有し、前記エンドプレートが、第１冷却油通路と、第１冷却油通路よりも冷却面積が大きい第２冷却油通路と、ロータが低回転領域または低温領域では、前記シャフト冷却油通路から送り出される冷却油を前記第１冷却油通路に流し、ロータが高回転領域または高温領域では、前記シャフト冷却油通路から送り出される冷却油を前記第２冷却油通路に流すように、第１冷却油通路と第２冷却油通路とを切り替える通路切換機構とを有するロータが開示されている。

下記特許文献２には、冷媒通路を有するロータシャフトと、冷媒通路の外周開口を封止するシール部材と、シール部材を外周開口に対して押圧するバネ部材とを備え、ロータシャフトの低回転時に、バネ部材の付勢力によりシール部材を外周開口に押し付けて、ロータシャフト内から外周へ放出されるオイルの流れを遮断するようにした回転電機が開示されている。

下記特許文献３には、ロータを内部に収容し、コイルが装着された円筒状のステータと、ステータに外嵌された円筒状の冷却ジャケットと、冷却ジャケットに外嵌された円筒状のフレームとを備え、前記冷却ジャケットが所定形状の冷却溝を有する電動機が開示されている。

下記特許文献４には、冷媒が流通する中心孔と、中心孔と外面を連通する連通孔とを有するロータシャフトと、ロータシャフトの外面に固定されるロータコアと、ロータコアを軸方向に貫通する貫通孔と、前記連通孔と前記貫通孔とを連通する半径方向孔と、前記連通孔と前記半径方向孔とを開閉する冷却流路開閉機構とを備え、ロータの回転数に応じて、前記連通孔および前記半径方向孔を開または閉とした永久磁石モータが開示されている。

特許第５２３２０８８号公報 特開２００９−１１８７１４号公報 特開２０１４−１３８５４２号公報 特開２０１３−５５７５２号公報

ところで、駆動力源として内燃機関と回転電機とを併用し、４輪駆動走行が可能なハイブリッド車において、２輪駆動するときに、内燃機関の駆動をメインとし、必要に応じて回転電機の駆動によるアシストを行う「パラレル走行モード」を行う場合がある。このような車両において、上述の通り、冷媒により回転電機内部を冷却していることから、高速走行時に回転電機のロータコアが高回転すると、ロータコアの永久磁石による回転磁界の影響で鉄心に鉄損が発生し、その分燃費の低下に繋がっていた。即ち、鉄損は永久磁石の磁力の大きさによって変化する。磁力が大きいほど鉄損が大きい。永久磁石は温度が低いほど磁力が大きい。したがって、ロータコアを冷却するほど鉄損が大きくなる。

以上のことから、本発明は、上述したような課題を解決するために為されたものであって、高速走行時であっても、ロータコアの永久磁石による回転磁界の影響を抑制して鉄損を低減するようにした回転電機を備えたハイブリッド車を提供することを目的としている。

前述した課題を解決する第１の発明に係るハイブリッド車は、ケースに回転可能に設けられるロータと、前記ケースに設けられ前記ロータに対向して配置されるステータとを有し、前記ケースおよび前記ロータ内に設けられ、冷媒が流れる冷媒通路とを備える回転電機と、前記冷媒通路に設けられたバルブと、前記バルブの開閉を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、パラレル走行であり、かつ高速走行であるときに、前記バルブを制御し閉として、前記冷媒通路内にて前記冷媒の流れを停止することを特徴とする。

前述した課題を解決する第２の発明に係るハイブリッド車は、第１の発明に係るハイブリッド車において、前記制御手段は、長距離走行である、低燃費走行モードである、前記ロータの出力が所定値以下である、および、前記ロータの永久磁石が所定の温度以下である、のうち少なくとも何れか一つが成立しているときに、前記バルブを制御し閉として、前記冷媒通路内にて前記冷媒の流れを停止することを特徴とする。

前述した課題を解決する第３の発明に係るハイブリッド車は、第１または第２の発明に係るハイブリッド車において、ロータ冷却停止条件を満たし、かつ、所定速度以上が所定時間以上継続したときに、ｄ軸電流を抑制することを特徴とする。

前述した課題を解決する第４の発明に係るハイブリッド車は、第３の発明に係るハイブリッド車において、ｄ軸電流の発生開始車速を高くすることを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車によれば、制御手段が、パラレル走行であり、かつ高速走行であるときに、バルブを制御し閉として冷媒通路内にて冷媒の流れを停止したことにより、ロータに設けられる永久磁石の温度が上昇し、これに伴い前記永久磁石の磁力が低下することになる。これにより、永久磁石による回転磁界の影響を抑制して鉄損を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車が備える回転電機の概略構成図である。 前記回転電機の制御フローを示す図である。 前記回転電機におけるロータ冷却停止（ロータ暖気）時の制御フローを示す図である。 前記回転電機で用いられる電流テーブルの一例を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車が備える回転電機について、図１〜図４を用いて説明する。

本実施形態に係る回転電機は、駆動力源として内燃機関と回転電機とを併用し、４輪駆動走行が可能なハイブリッド車において、２輪駆動するときに、内燃機関の駆動をメインとし、必要に応じて回転電機の駆動によるアシストを行う「パラレル走行モード」を行う場合に適用される。前記回転電機は、図１に示すように、内部を冷媒１で冷却する回転電機１０に適用される。回転電機１０は、ロータと、ステータ１５とを備える。前記ロータのロータシャフト１１は、円柱形状をなし、軸受１３を介してケース１４に回転可能に設けられる。ステータ１５は、円筒形状をなすケース１４に設けられ、ロータシャフト１１に設けられるロータコア１２と対向して配置される。なお、ロータコア１２には、永久磁石（図示せず）が設けられる。

上述の回転電機１０は、冷媒１が流通する冷媒通路２０をさらに有する。冷媒通路２０は、ケース周壁冷媒通路（第１冷媒通路）２１とケース端壁冷媒通路（連通路）２２とロータシャフト冷媒通路（第２冷媒通路）２３とロータコア冷媒通路（第３冷媒通路）２４とを備える。

ケース周壁冷媒通路２１は、ケース１４の周壁内に設けられる。ケース周壁冷媒通路２１は、ケース１４の周方向で延設すると共に、ケース１４の両端部間で延設する形状をなしている。ケース周壁冷媒通路２１内を冷媒１が流れることにより、ケース１４およびステータ１５が冷却されることになる。

ケース端壁冷媒通路２２は、ケース１４の端壁内に設けられる。ケース端壁冷媒通路２２は、ケース周壁冷媒通路２１およびロータシャフト冷媒通路２３と連通している。このケース端壁冷媒通路２２にバルブ２５が設けられる。

ロータシャフト冷媒通路２３は、ロータシャフト１１の軸方向に延設する形状をなしている。ロータコア冷媒通路２４は、ロータシャフト冷媒通路２３と連通している。ロータコア冷媒通路２４は、ロータコア１２の径方向およびロータコア１２の軸方向に延設する形状をなしている。ロータシャフト冷媒通路２３およびロータコア冷媒通路２４内を冷媒１が流れることにより、ロータシャフト１１およびロータコア１２が冷却されることになる。

ケース周壁冷媒通路２１は、ケース１４の内壁側に開口する開口部２１ａを有する。ロータシャフト冷媒通路２３は、ロータシャフト１１の外周側に開口する開口部２３ａを有する。これにより、ケース周壁冷媒通路２１および開口部２１ａを通ってケース１４内に冷媒１が供給されると共に、ロータシャフト冷媒通路２３および開口部２３ａを通ってケース１４内に冷媒１が供給されることになる。

さらに、上述したケース１４には、内外を貫通すると共に、冷媒通路２０のケース周壁冷媒通路２１と連通する供給孔（供給部）１４ａが設けられている。ケース１４には、内外を貫通する排出孔（排出部）１４ｂが設けられている。供給孔１４ａは冷媒供給管３１の先端側と接続している。排出孔１４ｂは冷媒排出管３３の基端側と接続している。

上述した回転電機１０は、冷媒１を給排する冷媒給排装置３０を備える。冷媒給排装置３０は、冷媒供給管３１とオイルポンプ３２と冷媒排出管３３とオイルクーラ３４とを備える。冷媒供給管３１の先端側は、ケース１４の供給孔１４ａと接続している。冷媒供給管３１の基端側は、オイルポンプ３２の吐出口と接続している。冷媒排出管３３の基端側は、ケース１４の排出孔１４ｂと接続している。冷媒排出管３３の先端側は、オイルポンプ３２の流入口と接続している。オイルクーラ３４は、冷媒供給管３１の途中に設けられる。これにより、オイルクーラ３４で冷却された冷媒１が冷媒供給管３１およびケース１４の供給孔１４ａを介して冷媒通路２０に供給されることになる。また、ケース１４の排出孔１４ｂから排出された冷媒１は、冷媒排出管３３およびオイルポンプ３２を介してオイルクーラ３４へ送給されオイルクーラ３４で冷却されることになる。

上述した回転電機１０は、さらに制御装置（ＥＣＵ）５０を備える。制御装置５０の入力側は、パラレル走行モードスイッチ５１、エコスイッチ５２、カーナビゲーションシステム５３、車速センサ５４、温度センサ５５などと接続している。制御装置５０の出力側は、バルブ２５などと接続している。制御装置５０の入出力側は、回転電機１０と接続している。

ここで、上述した回転電機１０の制御（ロータ冷却停止（ロータ暖機運転）制御）について、図２に基づき以下に説明する。

まず、図２に示すように、ロータを冷却する（ステップＳ１１）。すなわち、制御装置５０によりバルブ２５を制御し開状態とし、ポンプ３２の作動によりオイルクーラ３４で冷却された冷媒１を回転電機１０内の冷媒通路２０に供給すると共に、回転電機１０内の冷媒通路２０から排出された冷媒１をオイルクーラ３４へ送給する。これにより、回転電機１０内は冷媒１により冷却されることになる。

続いて、ロータ冷却停止条件を満たすか判定する（ステップＳ１２）。ロータ冷却停止条件として、以下の（１）および（２）の２つの項目を満たすか否かを判定する。全ての項目を満たす場合には、ステップＳ１３に進み、１つの項目でも満たさない場合には、ステップＳ１１に戻り、冷媒１により回転電機１０を冷却することになる。

（１）パラレル走行であるか否かを判定する（第１判定項目）。パラレル走行とは、上述の通り、内燃機関の駆動をメインとし、必要に応じて回転電機の駆動によるアシストを行う場合である。例えば、パラレル走行モードスイッチ５１がＯＮとなっている場合には、パラレル走行であると判定し、前記パラレル走行モードスイッチ５１がＯＮとなっていない場合には、パラレル走行では無いと判定する。

（２）高速走行であるかを判定する（第２判定項目）。例えば、車速センサ５４により得られた車速が所定速度以上であり、所定時間以上継続していれば高速走行であると判定し、この条件を満たさない場合には、高速走行では無いと判定する。

続いて、ステップＳ１３にて、ロータの冷却を停止する。すなわち、制御装置５０がバルブ２５を制御し閉状態とし、冷媒１のロータコア１２内への供給を停止する。

続いて、ステップＳ１４にて、ロータ暖気停止条件を満たすか判定する。すなわち、上述したロータ停止条件の２項目全てを満たす場合には、ステップＳ１３に戻り、上述したロータ停止条件の２項目の何れか一つを満たさない場合には、ロータを冷却するステップであるステップＳ１１に戻ることになる。

したがって、本実施形態によれば、制御装置５０は、パラレル走行であり、かつ高速走行であるときに、バルブ２５を制御し閉として、冷媒通路２０内にて冷媒１の流れを停止するようにしたことにより、ロータコア１２に設けられる永久磁石の温度が上昇し、これに伴い前記永久磁石の磁力が低下することになる。これにより、永久磁石による回転磁界の影響を抑制して鉄損を低減することができる。その結果、高速走行時の燃費を改善することができる。

制御装置５０は、ロータ冷却停止条件を満たすか判定するステップＳ１２にて、上述の（１）および（２）の２つの項目に加え、以下の（３）から（６）のうち少なくとも何れか一つの項目が成立しているか否かをさらに判定することが好ましい。これは、（３）または（４）の項目が成立するときには、鉄損を低減した方が良い状況であるかどうかをより的確に判定できるからである。（５）または（６）の項目が成立するときには、回転電機１０を所定の条件で動作させることをより的確に判定できるからである。
（３）長距離走行であるかを判定する（第３判定項目）。例えば、カーナビゲーションシステム５３にて目的地が遠距離に設定されているか否かを判定する。
（４）低燃費走行であるかを判定する（第４判定項目）。例えば、低燃費で走行するモードを選択するエコスイッチ５２がＯＮ状態であるか否かを判定する。
（５）ロータシャフト１１（回転電機１０）の出力が所定値以下であるかを判定する（第５判定項目）。
（６）ケース１４内が所定の温度以下であるかを判定する（第６判定項目）。例えば、温度センサ５５により得られた温度が所定の温度以下であるか否かを判定する。

制御装置５０は、ロータ暖気停止条件を満たすか判定するステップＳ１４にて、上述の（１）および（２）の２つの項目に加え、上述の（３）から（６）のうち少なくとも何れか一つの項目が不成立となっているかどうかも判定することが好ましい。これは、（３）または（４）の項目が不成立のときには、鉄損を低減した方が良い状況であるかどうかをより的確に判定できるからである。（５）または（６）の項目が不成立のときには、回転電機１０を所定の条件で動作させることをより的確に判定できるからである。

上述したステップＳ１３においては、以下の条件で電流テーブルを使い分けることが好ましい。

先ず、図３および図４に示すように、所定の速度を超えるとｄ軸電流を速度に応じて増加させる第一電流テーブルを用いて運転する（ステップＳ２１）。

続いて、車速センサ５４で得られた車速が所定速度以上であり、かつ前記車速が所定時間以上継続したかを判定する。この条件を満たさない場合には、ステップＳ２１に戻り、第一電流テーブルを引き続き用いることなる。他方、前記条件を満たす場合には、ステップＳ２３に進み、このステップＳ２３にて、第一電流テーブルの代わりに、当該第一電流テーブルと比べて、車速に対してｄ軸電流が小さい第二電流テーブルを用いることになる。すなわち、ｄ軸電流を抑制することになる。また、ｄ軸電流の発生開始車速を、第一電流テーブルの場合と比べて高くすることになる。

続いて、ステップＳ２４にて、所定速度以下が所定時間以上継続したかを判定する。この条件を満たさない場合には、ステップＳ２３に戻り、第二電流テーブルを引き続き用いることになる。他方、前記条件を満たす場合には、第一電流テーブルを用いるステップであるステップＳ２１に戻ることになる。

上述したように、制御装置５０は、前記ロータ冷却停止条件を満たし、かつ、所定速度以上が所定時間以上継続したときに、第一電流テーブルの代わりに、第二電流テーブルを用いることにより、第一電流テーブルを用いる場合と比べて、使用電流を減らすことができ、燃費を向上させることができる。

なお、上記では、ロータ冷却停止条件の判定（ステップＳ１２）や、ロータ暖気停止条件の判定（ステップＳ１４）にて、パラレル走行であるか否かを判定項目として用いたハイブリッド車について説明したが、この判定項目の代わりに、４輪駆動車で２輪駆動モードがＯＮ状態であるか否かを判定項目として用いるハイブリッド車とすることも可能である。このようなハイブリッド車であっても、上述のハイブリッド車と同様な作用効果を備える。

上記では、ロータ冷却停止条件の判定（ステップＳ１２）や、ロータ暖気停止条件の判定（ステップＳ１４）にて、高速走行であるか否かと長距離走行であるか否かを判定項目として用いたハイブリッド車について説明したが、この判定項目の代わりに、所定の速度以上でクルーズコントロールスイッチがＯＮ状態であるか否かを判定項目として用いるハイブリッド車とすることも可能である。このようなハイブリッド車であっても、上述のハイブリッド車と同様な作用効果を備える。

本発明に係るハイブリッド車によれば、高速走行時であっても、ロータコアの永久磁石による回転磁界の影響を抑制して鉄損を低減することができるので、自動車産業などにおいて、極めて有益に利用することができる。

１ 冷媒
１０ 回転電機
１１ ロータシャフト
１２ ロータコア
１３ 軸受
１４ ケース
１５ ステータ
２０ 冷媒通路
２１ ケース周壁冷媒通路
２２ ケース端壁冷媒通路
２３ ロータシャフト冷媒通路
２４ ロータコア冷媒通路
２５ バルブ
３０ 冷媒給排装置
３１ 冷媒供給管
３２ オイルポンプ
３３ 冷媒排出管
３４ オイルクーラ
５０ 制御装置（ＥＣＵ）
５１ パラレル走行モードスイッチ
５２ エコスイッチ
５３ カーナビゲーションシステム
５４ 車速センサ
５５ 温度センサ

Claims (4)

1. ケースに回転可能に設けられるロータと、前記ケースに設けられ前記ロータに対向して配置されるステータとを有し、前記ケースおよび前記ロータ内に設けられ、冷媒が流れる冷媒通路とを備える回転電機と、
   前記冷媒通路に設けられたバルブと、
   前記バルブの開閉を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、パラレル走行であり、かつ高速走行であるときに、前記バルブを制御し閉として、前記冷媒通路内にて前記冷媒の流れを停止する
   ことを特徴とするハイブリッド車。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド車において、
   前記制御手段は、長距離走行である、低燃費走行モードである、前記ロータの出力が所定値以下である、および、前記ロータの永久磁石が所定の温度以下である、のうち少なくとも何れか一つが成立しているときに、前記バルブを制御し閉として、前記冷媒通路内にて前記冷媒の流れを停止する
   ことを特徴とするハイブリッド車。
3. 請求項１または請求項２に記載されたハイブリッド車において、
   ロータ冷却停止条件を満たし、かつ、所定速度以上が所定時間以上継続したときに、ｄ軸電流を抑制する
   ことを特徴とするハイブリッド車。
4. 請求項３に記載されたハイブリッド車において、
   ｄ軸電流の発生開始車速を高くする
   ことを特徴とするハイブリッド車。

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