JP2021002918A

JP2021002918A - モータ冷却システム

Info

Publication number: JP2021002918A
Application number: JP2019114895A
Authority: JP
Inventors: 拓夢本田; Takumu Honda; 木村　茂; Shigeru Kimura; 茂木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2021-01-07

Abstract

【課題】モータが必要とする流量のオイルをモータに供給可能な技術を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るモータ冷却システム１は、モータ１０と、オイルポンプ２０と、オイルポンプ２０とモータ１０との間に設けられ、内部のオイル量に応じた流量のオイルをモータ１０に供給可能な供給路１６と、を備え、モータ１０に必要なオイルの供給流量に応じた流量のオイルを供給路１６に流入させる。例えば、モータに必要な供給流量は、モータ１０の耐熱性能を考慮して決定される。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ冷却システムに関する。

例えば、エンジンで駆動されるオイルポンプによって、オイルパンからオイルを吸い上げ、モータに冷却用のオイルを供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１７８０５９号公報

しかしながら、エンジン駆動されるオイルポンプを利用する場合、通常、エンジンの稼働状態（例えば、回転数）によって、モータに供給されるオイルの流量が決定される可能性がある。そのため、モータが必要とするオイルの流量と、モータに供給される実際のオイルの流量との間に乖離が生じる可能性がある。

そこで、上記課題に鑑み、モータが必要とする流量のオイルをモータに供給可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
モータと、
オイルポンプと、
前記オイルポンプと前記モータとの間に設けられ、内部のオイル量に応じた流量のオイルを前記モータに供給可能なオイル通路と、を備え、
前記モータに必要なオイルの供給流量に応じた流量のオイルを前記オイル通路に流入させる、
モータ冷却システムが提供される。

本実施形態によれば、モータ冷却システムは、オイル通路のオイル量によって、モータに供給するオイルの流量を調整することができる。また、モータ冷却システムは、モータに必要なオイルの供給流量に応じて、オイル通路のオイル量を調整することができる。そのため、モータ冷却システムは、モータに必要な流量がオイル通路からモータに供給されるように、オイル通路のオイル量を調整することができる。従って、モータ冷却システムは、モータが必要とする流量のオイルをモータに供給することができる。

上述の実施形態によれば、モータが必要とする流量のオイルをモータに供給可能な技術を提供することができる。

モータ冷却システムの構成の一例を示す図である。ＥＣＵによる制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。ＥＣＵによる制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［モータ冷却システムの構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係るモータ冷却システム１の構成を説明する。

図１は、本実施形態に係るモータ冷却システム１の構成の一例を示す図である。

図中にて、実線矢印は、モータ１０の冷却用オイル（以下、単に「オイル」）の流れを表し、点線矢印は、信号伝達の流れを表す。

図１に示すように、本実施形態に係るモータ冷却システム１は、モータ１０と、オイルポンプ２０と、オイルパン３０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０と、センサ５０を含む。モータ冷却システム１は、車両に搭載され、オイルポンプ２０を用いて、モータ１０にオイルを供給し、モータ１０を冷却する。オイルは、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）である。

モータ１０は、例えば、車両の駆動力源であり、所定の動力伝達装置（例えば、ディファレンシャルやドライブシャフト等）を通じて、駆動輪に車両を駆動させるためのトルクを伝達する。モータ１０は、車両に搭載される電源（例えば、リチウムイオンバッテリ等の蓄電装置や、エンジンで駆動される発電機、或いは、燃料電池等の発電装置）から供給される電力で駆動される。

モータ１０は、ロータ１１と、ステータ１２と、ロータ１１及びステータ１２を収容するケース１３と、ケース１３の軸方向の一端に設けられる開放端を塞ぐカバー１４と、を含む。

また、モータ１０には、オイルポンプ２０から供給されるオイルが流れる流入路１５及び供給路１６が設けられる。

流入路１５は、ケース１３の閉塞端から開放端に亘って設けられる。流入路１５は、ケース１３の閉塞端側の一端が閉塞端を貫通する形でオイルポンプ２０と接続され、その他端が供給路１６の上端部に接続される。

供給路１６（オイル通路の一例）は、カバー１４の上下方向に亘って設けられる。供給路１６は、その上端部で流入路１５と接続され、その下端部でロータ１１（例えば、軸心）に設けられる油路と接続される。供給路１６には、流入路１５を通じてオイルポンプ２０から供給されるオイルが保持され、内部のオイルの量、具体的には、保持されているオイル面の底面からの高さ（以下、単に「供給路１６のオイル高さ」）ｈに応じた流量のオイルをロータ１１に供給することができる。

オイルポンプ２０は、オイルパン３０からオイルを吸い上げ、流入路１５に吐出する。オイルポンプ２０は、例えば、車両に搭載されるエンジンの動力で駆動される。エンジンは、車両の駆動力源であってもよいし、モータ１０に電力を供給する発電機を駆動するための発電用であってもよい。また、オイルポンプ２０は、車両に搭載される電源から供給される電力で駆動されてもよい。

オイルパン３０は、オイルを貯留する。オイルパン３０は、オイルポンプ２０及びロータ１１内の油路と繋がっており、オイルポンプ２０にオイルを供給すると共に、ロータ１１の内部の油路から流れ込むオイルを受け止め、貯留する。

尚、オイルパン３０からオイルポンプ２０、流入路１５、供給路１６、及びロータ１１の内部の油路を経由してオイルパン３０に戻るオイルの循環経路上には、モータ１０（ロータ１１）を冷却し、温度が上昇したオイルを冷却するためのオイルクーラが配置される。

ＥＣＵ４０は、モータ冷却システム１に関する制御（例えば、オイルポンプ２０の制御）を行う。ＥＣＵ４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の補助記憶装置、及び外部と入出力を行うインタフェース装置を含むコンピュータを中心に構成される。

センサ５０は、ＥＣＵ４０によるモータ冷却システム１に関する制御に用いられる車両に関する検出情報（以下、「車両情報」）を取得する。センサ５０は、例えば、オイルポンプ２０を駆動するエンジンの回転数（以下、「エンジン回転数」）Ｎｅに関する情報（例えば、クランク角やカム角等に関する情報）を検出するエンジン回転数センサを含む。また、センサ５０は、例えば、車両の横方向（左右方向）の加速度を検出する加速度センサを含む。また、センサ５０は、モータ１０（ロータ１１）を冷却するオイルの油温を検出する油温センサを含む。また、センサ５０は、モータ１０の回転数（以下、「モータ回転数」）を検出するモータ回転数センサを含む。センサ５０の出力（車両情報）は、一対一の通信線やＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークを通じて、ＥＣＵ４０に取り込まれる。

［モータ冷却制御処理］
次に、図２、図３を参照して、ＥＣＵ４０による制御処理（以下、「モータ冷却制御処理」）について説明する。

＜モータ冷却制御処理の一例＞
図２は、ＥＣＵ４０によるモータ冷却制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートは、例えば、車両の起動（イグニッションオン）時の初期処理完了後から車両の停止（イグニッションオフ）時の終了処理開始前までの間で、繰り返し実行される。以下、図３のフローチャートについても同様である。

図２に示すように、ステップＳ１０２にて、ＥＣＵ４０は、パラメータの初期化を行い、ステップＳ１０４に進む。具体的には、ＥＣＵ４０は、時刻ｔ及び供給路１６のオイル高さｈを共に"０"に初期設定する（ｔ＝０＆ｈ＝０）。

ステップＳ１０４にて、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６以降の処理の開始条件が成立しているか否かを判定する。

開始条件には、オイルポンプ２０がエンジンの動力で駆動される場合、例えば、"前回のエンジンの自動停止機能の解除、即ち、エンジンの自動始動からの経過時間が所定の閾値以上であること"が含まれる。モータ１０（ロータ１１）に供給されるオイルの流量を制御するためには、オイルポンプ２０が定常状態に移行している必要があるからである。

また、開始条件には、例えば、"センサ５０が正常であること"が含まれる。センサ５０から正常な出力が得られないと、モータ１０（ロータ１１）に供給される流量を適切に制御できないからである。

また、開始条件には、例えば、"直近の所定時間内で、車両の横方向の加速度が所定閾値以下であること"が含まれる。車両の横方向の加速度が相対的に大きくなると、オイルに偏り等が生じて、供給路１６のオイルの量等を適切に判断できないからである。

また、開始条件には、例えば、"オイルに泡立ちが生じていないこと"が含まれる。オイルに泡立ちが生じてしまうと、本フローチャートの制御処理によって、モータ１０（ロータ１１）を適切に冷却できないからである。オイルの泡立ちは、センサ５０の出力に基づき、既知の方法を用いて判断されうる。

ＥＣＵ４０は、開始条件が成立する、即ち、開始条件に含まれる全ての条件が成立する場合、ステップＳ１０６に進み、開始条件が成立しない、即ち、開始条件に含まれる少なくとも一部の条件が成立しない場合、今回の処理を終了する。

ステップＳ１０６にて、ＥＣＵ４０は、センサ５０の出力に基づき、現在の時刻ｔにおける流入路１５から供給路１６への制御周期Δｔあたりの流量（以下、「流入流量」）Ｑｉｎ、供給路１６の入口のオイルの圧力（以下、「入口圧力」）Ｐ１、供給路１６の出口のオイルの圧力（以下、「出口圧力」）Ｐ２、及びオイルの密度（以下、「オイル密度」）ρを取得し、ステップＳ１０８に進む。

流入流量Ｑｉｎは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、及び車両の横方向の加速度をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。流入路１５にオイルを供給するオイルポンプ２０の作動状態は、エンジン回転数Ｎｅによって変化し得るからである。また、流入路１５が車両の横方向（左右方向）に延在する場合、流入路１５のオイルの動作（流速）は、車両の横方向の加速度に影響されるからである。また、流入流量Ｑｉｎは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、及び車両の横方向の加速度に加えて、オイルの油温をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）されてもよい。流入路１５の両端部、つまり、オイルポンプ２０及び供給路１６のそれぞれとの接続部からのオイル漏れによって、流入流量Ｑｉｎが変動しうるところ、オイル漏れの量は、オイルの油温に影響されるからである。これにより、ＥＣＵ４０は、オイルポンプ２０から供給路１６までのオイル漏れの量を考慮した流入流量Ｑｉｎを取得することができる。

入口圧力Ｐ１は、例えば、オイルの油温をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。

出口圧力Ｐ２は、例えば、モータ回転数をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。出口圧力Ｐ２は、オイルの供給先であるモータ１０の回転状態に影響されるからである。

オイル密度ρは、例えば、オイルの油温をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。

ステップＳ１０８にて、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６で取得した流入流量Ｑｉｎ、入口圧力Ｐ１、出口圧力Ｐ２、及びオイル密度ρに基づき、現時刻ｔにおける供給路１６のオイル高さｈ、及び供給路１６の出口から流出する制御周期Δｔあたりの流量（以下、「流出流量」）Ｑｏｕｔを推定し、ステップＳ１１０に進む。流出流量Ｑｏｕｔは、供給路１６からモータ１０（ロータ１１）への制御周期Δｔあたりの供給流量に相当する。

例えば、ＥＣＵ４０は、以下の式（１）、（２）に基づき、現時刻ｔにおける供給路１６のオイル高さｈ（ｔ）、及び流出流量Ｑｏｕｔ（ｔ）を推定する。

尚、ステップＳ１０８では、供給路１６の流出流量Ｑｏｕｔだけが推定されてもよい。以下、図３のステップＳ２０８についても同様である。また、供給路１６のオイル高さｈ及び流出流量Ｑｏｕｔが推定される場合に、制御対象のオイルポンプ２０から吐出されるオイルが供給路１６に到達するまでの制御遅れが考慮されてもよい。具体的には、流入路１５のオイルの流速ｕ、及び流入路１５の長さＬに基づき、オイルポンプ２０から吐出されるオイルが流入路１５を経由して供給路１６に流入するまでに要する時間（＝Ｌ／ｕ）だけ経過した後、つまり、時刻"ｔ＋Ｌ／ｕ"におけるオイル高さｈ及び流出流量Ｑｏｕｔが推定されてもよい。

ステップＳ１１０にて、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０８で推定した供給路１６の流出流量Ｑｏｕｔが所定の要件（以下、「流出流量要件」）を満足するか否かを判定する。

流出流量要件は、モータ１０の耐熱性能に関する要件（以下、「耐熱性能要件」）を含む。耐熱性能要件は、例えば、"流出流量Ｑｏｕｔが所定閾値Ｑｔｈ１より大きいこと（Ｑｏｕｔ＞Ｑｔｈ１）"を含む。所定閾値Ｑｔｈ１は、モータ１０の温度が耐熱性能の基準（上限値）を超えないために必要な流出流量Ｑｏｕｔの下限値に相当する。所定閾値Ｑｔｈ１は、例えば、モータ１０のトルク、及びモータ回転数をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。また、所定閾値Ｑｔｈ１は、例えば、モータ１０のトルク、及びモータ回転数に加えて、モータ１０の温度をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）されてもよい。モータ１０の温度が高く（低く）なるほど、モータ１０の温度が耐熱性能の基準（上限値）を超えないために必要な流出流量Ｑｏｕｔが多く（少なく）なるからである。この場合、センサ５０は、モータ１０の温度を検出する温度センサ（例えば、サーミスタ等）を含む。

また、流出流量要件は、モータ１０に供給されるオイルによるエネルギ消費（例えば、燃料消費）性能への影響に関する要件（以下、「エネルギ消費性能要件」）を含む。エネルギ消費性能要件は、例えば、"流出流量Ｑｏｕｔが所定閾値Ｑｔｈ２より小さいこと（Ｑｏｕｔ＜Ｑｔｈ２）"を含む。所定閾値Ｑｔｈ２は、モータ１０に供給されるオイルによる引き摺りトルクがモータ１０を含む車両のエネルギ消費に影響を与えないと判断される、流出流量Ｑｏｕｔの上限値に相当する。所定閾値Ｑｔｈ２は、例えば、モータ回転数をパラメータとする所定のマップに基づき取得（演算）される。

つまり、流出流量要件は、例えば、"流出流量Ｑｏｕｔが所定閾値Ｑｔｈ１より大きく且つ所定閾値Ｑｔｈ２より小さいこと（Ｑｔｈ１＜Ｑｏｕｔ＜Ｑｔｈ２）"である。

ＥＣＵ４０は、供給路１６の流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足する場合、ステップＳ１１４に進み、流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足しない場合、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２にて、ＥＣＵ４０は、オイルポンプ２０を制御することにより、流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足するように、供給路１６の流入流量Ｑｉｎの制御を行う。このとき、ＥＣＵ４０は、可変容量式のオイルポンプ２０を直接制御してもよいし、オイルポンプ２０を駆動する駆動力源（例えば、エンジン）の作動状態を制御することにより、間接的に、オイルポンプ２０を制御してもよい。これにより、ＥＣＵ４０は、流入流量Ｑｉｎを調整することにより、供給路１６のオイル量（オイル高さｈ）を調整し、結果として、流出流量Ｑｏｕｔを流出流量要件が成立するように調整する（増減させる）ことができる。

ステップＳ１１４にて、ＥＣＵ４０は、時刻ｔを制御周期Δｔだけカウントアップ（ｔ＝ｔ＋Δｔ）し、ステップＳ１０４に戻って、ステップＳ１０４以降の処理を繰り返す。

＜モータ冷却制御処理の他の例＞
図３は、ＥＣＵ４０によるモータ冷却制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。

図３に示すように、ステップＳ２０２〜Ｓ２０８は、図２のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理と同じであるため、説明を省略する。

ステップＳ２１０にて、ＥＣＵ４０は、車両において、エネルギ消費の抑制を優先する走行モード（以下、「ＥＣＯモード」）が選択されているか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、車両において、ＥＣＯモードが選択されていない場合、ステップＳ２１２に進み、ＥＣＯモードが選択されている場合、ステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１２にて、ＥＣＵ４０は、流出流量要件を緩和する。具体的には、ＥＣＵ４０は、流出流量要件に含まれる耐熱性能要件及びエネルギ消費性能要件のうちのエネルギ消費性能要件を解除し、流出流量要件として耐熱性能要件のみを採用する。

ステップＳ２１４にて、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０８で推定した供給路１６の流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足するか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、供給路１６の流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足する場合、ステップＳ２１８に進み、流出流量Ｑｏｕｔが流出流量要件を満足しない場合、ステップＳ２１６に進む。

このとき、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２１２を経由していない場合、つまり、車両でＥＣＯモードが選択されている場合、流出流量Ｑｏｕｔが耐熱性能要件及びエネルギ消費性能要件の双方を満足しているか否かを判定する。一方、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２１２を経由している場合、つまり、車両でＥＣＯモードが選択されていない場合、流出流量Ｑｏｕｔが耐熱性能要件及びエネルギ消費性能要件のうちの耐熱性能要件を満足しているか否かだけを判定する。これにより、ＥＣＵ４０は、車両のユーザがエネルギ消費性能を優先しているか否かに応じて、流入流量Ｑｉｎの制御態様を変更することができる。

ステップＳ２１６，Ｓ２１８は、図２のステップＳ１１２，Ｓ１１４の処理と同じであるため、説明を省略する。

［本実施形態の作用］
次に、本実施形態に係るモータ冷却システム１の作用について説明する。

本実施形態では、モータ冷却システム１は、モータ１０と、オイルポンプ２０と、オイルポンプ２０とモータ１０との間に設けられ、内部のオイル量に応じた流量のオイルをモータ１０に供給可能な供給路１６と、を備える。そして、モータ冷却システム１は、ＥＣＵ４０の制御下で、モータ１０に必要なオイルの供給流量に応じた流量のオイルを供給路１６に流入させる。

これにより、モータ冷却システム１は、供給路１６のオイル量によって、モータ１０に供給するオイルの流量を調整することができる。また、モータ冷却システム１は、モータ１０に必要なオイルの供給流量に応じて、供給路１６のオイル量を調整することができる。そのため、モータ冷却システム１は、モータ１０に必要な流量が供給路１６からモータ１０に供給されるように、供給路１６のオイル量を調整することができる。従って、モータ冷却システム１は、モータ１０が必要とする流量のオイルをモータ１０に供給することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・改良が可能である。

１モータ冷却システム
１０モータ
１１ロータ
１２ステータ
１３ケース
１４カバー
１５流入路
１６供給路（オイル通路）
２０オイルポンプ
３０オイルパン
４０ＥＣＵ
５０センサ

Claims

モータと、
オイルポンプと、
前記オイルポンプと前記モータとの間に設けられ、内部のオイル量に応じた流量のオイルを前記モータに供給可能なオイル通路と、を備え、
前記モータに必要なオイルの供給流量に応じた流量のオイルを前記オイル通路に流入させる、
モータ冷却システム。