JP3874190B2 - 車両用駆動装置回転電機の温度検知装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両用駆動装置に組込まれたモータ、ジェネレータ、モータジェネレータ等の回転電機の温度検知に係り、特に、回転電機の温度を界磁コイルのコイルエンド部で検知する装置に関する。
ハイブリッド車や電気自動車の駆動装置には、モータ、ジェネレータ、モータジェネレータ等の回転電機が組込まれる。従来、こうした駆動装置における回転電機の過熱を監視すべく、温度検知のために回転電機に組付けられる温度センサは、回転電機の非回転部分としてのステータのコイルエンド部における駆動装置製造上で取付けが容易な部位や、駆動装置内での温度センサの配線の引回しが容易な部位に配置されるのが通例である。
車両用駆動装置には、通常３相回転電機が用いられる。一般に３相回転電機の駆動状態でのＵ、Ｖ、Ｗ各相の温度は、各相について一定になると考えられる。こうした認識の下に、ブラシレスモータのステータコイルエンド部に沿って配置された絶縁基板上に中性点用ターミナルを設け、その近傍に配置したサーミスタにより、少ない温度検出素子数によりモータの温度を検知する技術として、特許文献１記載の技術がある。
特開平１１−２７８８９号公報
ところで、上記の温度センサとして用いられるサーミスタに代表される温度検出素子は、それ自体の検知精度の個体ごとのばらつきや、検知信号処理条件の変化等による計測温度のばらつきを伴うものであることが知られている。また、回転電機は、その冷却方法や冷却構造によりステータの温度がどの箇所でも一定とはならず、ある種の温度分布を持つものであり、条件によってはステータの周方向位置間で１０°Ｃ以上の温度差となることがある。もっとも、この程度の温度検出誤差は、それが直ちに回転電機の絶縁性能等に影響するものではないが、長期の使用を考えた場合、瞬間的な温度上昇であっても、避けなければならない。したがって、回転電機のこうしたセンサ自体の計測温度のばらつきや設置位置の違いによる温度の違いを考慮しつつ、回転電機の最も温度が高くなる部分で温度検出を行わなければ、最小の素子数での温度検出が有効なものとはならない。特にハイブッリド車や電気自動車に用いる回転電機にあっては、コイルの損傷は車両の走行に直接影響するため、避けなければならない。
本発明は、上記のような事情に鑑み案出されたものであり、最小の素子数で車両用駆動装置における回転電機の最高温度を確実に検知することを主たる目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、車両用駆動装置に組込まれた回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、前記温度センサは、前記コイルエンド部における前記回転電機以外の発熱体に隣接する部位に配置されたことを第１の特徴とする。上記の構成における発熱体は、一般には、回転電機に隣接して駆動装置に組込まれた他の回転電機である。
次に、本発明は、車両用駆動装置に組込まれ、駆動装置内を循環する作動油により冷却される回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、前記回転電機は、その下方部が作動油のオイルレベル下に位置し、前記温度センサは、前記コイルエンド部における作動油のオイルレベルの直下の部位に配置されたことを第２の特徴とする。
更に、本発明は、車両用駆動装置に組込まれ、駆動装置内を循環する作動油により冷却される回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、前記回転電機は、その下方部が作動油のオイルレベル下に位置するジェネレータと、全体が作動油のオイルレベルより上方に位置し、ジェネレータに隣接して位置するモータからなり、前記温度センサは、前記ジェネレータのコイルエンド部における作動油のオイルレベルの直下の一箇所の部位と、前記モータのコイルエンド部におけるジェネレータと隣接する一箇所の部位に配置されたことを特徴とする。
上記請求項１に記載の構成では、回転電機にとって自身の発熱に加えて、その回転電機に隣接する他の発熱体の熱が相乗的なかかる部位が最も温度上昇する部分となるのに合わせて、その部位で温度検出が行われるため、単一の温度検出素子により、その回転電機の最高温度点で温度を検知することになる。したがって、この構成によれば、車両用駆動装置における回転電機の過熱防止のための最高温度の検知を最小の素子数で確実に行うことができる。
また、請求項２に記載の構成では、一般に複数の回転電機が組込まれることが多い駆動装置において、上記の効果を得ることができる。
次に、請求項３に記載の構成では、回転電機が油冷される場合においては、回転電機を冷却後に駆動装置ケースの下方に集まる作動油のオイルレベルの上方部が最も温度が高くなる部分となるに合わせて、その部位で温度検出が行われるため、単一の温度検出素子により、その回転電機の最高温度点で温度を検知することになる。したがって、この構成によれば、車両用駆動装置における油冷される回転電機の最高温度を最小の素子数で確実に検知することができる。
更に、請求項４に記載の構成では、回転電機としてモータとジェネレータが組込まれ、それらが油冷される駆動装置において、上記の効果を得ることができる。
本発明における温度センサをコイルエンド部における他の発熱体に隣接する一箇所の部位のみに配置した構成は、回転電機を空冷する駆動装置や油冷される駆動装置におけるオイルレベルより上部に位置する回転電機に用いて有効なものである。また、温度センサをコイルエンド部における作動油のオイルレベルの直下の一箇所の部位のみに配置した構成は、回転電機を油冷する駆動装置におけるオイルに浸る回転電機に用いて有効なものである。更に、回転電機が油冷される場合においても、作動油のオイルレベル上に位置する回転電機については、温度センサをコイルエンド部における他の発熱体に隣接する一箇所の部位のみに配置した構成とすることが望ましい。
本発明を回転電機としてモータとジェネレータをディファレンシャル装置と共に共通の駆動装置ケースに組込んだ３軸構成のハイブリッド車用駆動装置を例として説明する。この駆動装置は、図１にリヤカバーを取外した側面（エンジンに連結される側とは反対側）を示すように、ジェネレータ２のロータ軸２０と同軸配置の軸を主軸として、この主軸をエンジン軸に連結して、同軸関係に車両に搭載するものである。主軸上には、図面には現れないプラネタリギヤセットが、図面から見て奥側に配置され、主軸と平行な関係に主軸より後下方（以下、車載状態に即して前後及び上下関係を表す）に配置されたディファレンシャル装置５のデフ軸５０が配置され、その上方に、ジェネレータ２とケース壁を挟んで外接するように配置されたモータ１のロータ軸１０が配置された３軸構成とされている。
この駆動装置は、図２にスケルトンで示すようなギヤトレーン構成を採るものである。３要素からなる上記プラネタリギヤセット４は、そのキャリア４２を主軸に連結され、サンギヤ４１をジェネレータ２のロータ軸２０に連結され、リングギヤ４３がカウンタギヤ機構８を介してモータ１のロータ軸１０とディファレンシャル装置５のリングギヤ５１に駆動連結された構成とされている。なお、図２において、符号８０は主軸上のドライブギヤ、８１はこれに噛合うカウンタ軸上のドリブンギヤ、８２はモータ１のロータ軸１０上のドライブギヤ１４に噛合うカウンタ軸上のドリブンギヤ、８３はデフリングギヤ５１と噛合うデフドライブピニオンギヤを示す。そして、このギヤトレーンでは、ジュネレータ２の空転を適宜防止するための湿式多板構成のブレーキ６がロータ軸２０を駆動装置ケース９に係止のために設けられ、エンジンの逆転を防止するためのワンウェイクラッチ７がキャリア４２の逆転を駆動装置ケース９への係止でロックするように設けられている。
こうしたギヤトレーン構成を採ることから、主としてブレーキ６の摩擦係合要素の油圧操作のために、主軸の回転により駆動されるオイルポンプを油圧発生源とする油圧回路が設けられており、この油圧回路のレギュレータバルブから排出されるオイルを利用して機構各部の潤滑と冷却が行われている。図３は各部の冷却と潤滑のための油路構成を模式化して示すもので、オイルポンプに油圧回路のレギュレータバルブを介してつながる供給油路からのオイルによりモータ１とジェネレータ２の冷却が行われると共に、機構各部の潤滑及び冷却が行われる。供給油路（その供給源がオイルポンプであることを白抜き矢印の中にＯＰと表記して示す）は、駆動装置ケース９の上部に設けられたモータ用油溜め９１とジェネレータ用油溜め９２に接続されると共に、ジェネレータ２のロータ軸２０内油路に接続されている。両油溜め９１，９２からはモータ１とジェネレータ２のコイルエンド部１２，２２に油孔９１ａ，９２ａ（コイルエンド部１２，２２に対する実際の位置関係は図１参照）から油の滴下が可能とされ、供給油路にオリフィスを介してつながるジェネレータのロータ軸２０内油路からは、ロータ２３の回転による遠心力でジェネレータ２のコイルエンド部２２に油の吹き付けが可能とされている。更にこのロータ軸２０内油路からは、サンギヤ４１の軸内油路を経てプラネタリギヤセットの噛合い部にオイルが供給される。また、モータ１のロータ軸１０内油路には、油溜め９１からオリフィスを経てオイル供給がなされる構成とされており、ロータ軸１０内油路のオイルが軸の回転による遠心力でモータ１のコイルエンド部１２にも供給可能とされている。なお、図３において、ブレーキ６へのオイル供給は、摩擦材の冷却及び潤滑のためのものであり、太矢印は、ブレーキの油圧サーボに別途油圧回路からのオイル供給がなされることを示す。また、特に表記のない供給先は、各機構のベアリングに至るものである。
また、ディファレンシャル装置５のリングギヤ５１の回転により掻き揚げられるオイル（図に白抜き矢印の中にＤＩＦＦと表記する）が駆動装置ケース内で循環する循環路も設けられている。この掻揚げによるオイルは、主としてジェネレータ２の回転停止時のブレーキ摩擦材の冷却に充てられる。各部冷却と潤滑後のオイルは、駆動装置ケース９の下方に回収される。図１に示すように、駆動装置ケース９内のオイルレベルＯ．Ｌ．は、この駆動装置において、上記のようにディファレンシャル装置５のリングギヤ５１の回転による掻揚げを補助的にオイル循環に用いていることから、デフ軸５０の位置と概ね一致するように設定されている。したがって、この駆動装置では、モータ１より下方に位置するジェネレータ２のステータ２１の下方部分がコイルエンド部２２の一部を含めてオイルに浸かり、モータ１については、ケース下方への戻り途中のオイルがステータ１１を囲むケース部分の下部（図３にＬ字状に示す部分参照）に若干残留する。
上記のようなモータ１とジェネレータ２の配置条件を踏まえて、この実施例では、駆動装置ケース９内でオイルに浸からない位置にあるモータ１については、本発明の主題に係る温度センサ３ａは、モータ１のコイルエンド部１２におけるモータ１以外の他の発熱体としてのジェネレータ２に隣接する一箇所の部位のみに配置されている。同じく駆動装置ケース９内で、そのステータ２１の下方部が作動油のオイルレベルＯ．Ｌ．下に位置するジェネレータ２については、温度センサ３ｂは、ジェネレータ２のコイルエンド部２２における作動油のオイルレベルＯ．Ｌ．の直下の一箇所の部位のみに配置されている。
次に示す図４は、温度センサ３ａ，３ｂの組込み部におけるコイルエンド部１２，２２の断面構造を模式化して示す。図はステータ１１（又は２１）の端面から張出すＵ相のコイルエンド部１２Ｕ（又は２２Ｕ）と、Ｖ相のコイルエンド部１２Ｖ（又は２２Ｖ）と、Ｗ相のコイルエンド部１２Ｗ（又は２２Ｗ）が全て重なる部分の断面を示しており，この例では、検出素子をサーミスタとすることから、サーミスタを先端に配した細円筒状の温度センサ３ａ，３ｂが、その軸線をコイルエンド部１２の接線方向に向けてＶ相とＷ相のコイルエンド部１２，２２のマグネットワイヤの間に挿入されている。
こうした温度センサ配置を採ることで、モータ１にとって自身の発熱に加えて、そのモータ１に隣接するジェネレータ２の熱が相乗的にかかる部位が最も温度上昇する部分となるのに合わせて、その部位で温度検出が行われるため、単一の温度検出素子により、そのモータ１の最高温度点で温度を検知することになる。また、モータ１とジェネレータ２を冷却後に駆動装置ケース９の下方に集まる作動油のオイルレベルＯ．Ｌ．の上方部が最も温度が高くなる部分となるに合わせて、ジェネレータ２については、その部位で温度検出が行われるため、単一の温度検出素子により、そのジェネレータ２の最高温度点で温度を検知することになる。したがって、この構成によれば、車両用駆動装置における油冷されるモータ１とジェネレータ２の最高温度を最小の素子数で確実に検知することができる。
次に示す図５は、モータの各部の温度分布の代表的な実測値をグラフ化して示す。このグラフは、横軸をコイルエンド部の周方向位置とし、縦軸をその位置の温度とするもので、Ｍ１〜Ｍ１１で表す位置が図１に示す位置に対応する。グラフにみるように、この配置のモータにおいては、ジェネレータに隣接する部位Ｍ１０の温度が最高温度となることが分かる。
次に示す図６は、ジェネレータの各部の温度分布の代表的な実測値をグラフ化して示す。このグラフも、横軸をコイルエンド部の周方向位置とし、縦軸をその位置の温度とするもので、同様にＧ１〜Ｇ１１で表す位置が図１に示す位置に対応する。グラフにみるように、この配置のジェネレータにおいては、オイルレベル下の部位Ｇ１０の温度が最高温度となることが分かる。
以上詳述したように、この実施例の温度検知装置によれば、回転電機としてモータ１とジェネレータ２が組込まれ、それらが油冷されるハイブリッド車用駆動装置において、モータ１とジェネレータ２の温度上昇が最も高くなる部位で温度を計測することができるため、それぞれ１個の温度センサ３でモータ１とジェネレータ２の過熱を防ぐための温度検知を行うことができる。
本発明は、回転電機としてモータやジェネレータを組込んだハイブリッド車用駆動装置や電気自動車用駆動装置に、それが空冷方式であると液冷方式であるとを問わず広く適用可能なものである。
１ モータ（回転電機）
２ ジェネレータ（他の発熱体、回転電機）
１１，２１ ステータ
１２，２２ コイルエンド部
３ａ，３ｂ 温度センサ
２ ジェネレータ（他の発熱体、回転電機）
１１，２１ ステータ
１２，２２ コイルエンド部
３ａ，３ｂ 温度センサ
Claims (4)
- 車両用駆動装置に組込まれた回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、
前記温度センサは、前記コイルエンド部における前記回転電機以外の発熱体に隣接する部位に配置されたことを特徴とする回転電機の温度検知装置。 - 前記発熱体は、前記回転電機に隣接して駆動装置に組込まれた他の回転電機である、請求項１記載の回転電機の温度検知装置。
- 車両用駆動装置に組込まれ、駆動装置内を循環する作動油により冷却される回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、
前記回転電機は、その下方部が作動油のオイルレベル下に位置し、前記温度センサは、前記コイルエンド部における作動油のオイルレベルの直下の部位に配置されたことを特徴とする回転電機の温度検知装置。 - 車両用駆動装置に組込まれ、駆動装置内を循環する作動油により冷却される回転電機の温度を、該回転電機のステータのコイルエンド部に配置された温度センサにより検知する温度検知装置において、
前記回転電機は、その下方部が作動油のオイルレベル下に位置するジェネレータと、全体が作動油のオイルレベルより上方に位置し、ジェネレータに隣接して位置するモータからなり、
前記温度センサは、前記ジェネレータのコイルエンド部における作動油のオイルレベルの直下の一箇所の部位と、前記モータのコイルエンド部におけるジェネレータと隣接する一箇所の部位に配置されたことを特徴とする回転電機の温度検知装置。
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