JP4574455B2 - 車両用駆動モータ冷却システムおよび車両用駆動モータ冷却システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用駆動モータ冷却システムおよび車両用駆動モータ冷却システムの制御方法に関するものである。

近年、車両用駆動源として、内燃機関に換えて、あるいは内燃機関とともに、駆動モータを備えた車両が知られている。このような車両においては、駆動モータの駆動時における駆動モータの温度上昇を抑制したり、駆動モータの摺動部分を潤滑するために、油などの冷媒を駆動モータに供給する装置を備えているものがある。

例えば、特許文献１には、駆動モータに冷却油を供給するために、ポンプモータにより作動するオイルポンプを備え、車両の駆動モータの温度が所定温度以上のときに、ポンプモータによりオイルポンプを作動させて冷却油を供給する技術が提案されている。
また、特許文献２には、駆動モータにギアが設置され、駆動モータが回転することで、ギアが駆動モータに冷却油を供給する技術が提案されている。
特開平４−１４５８０１号公報（請求項１参照） 特開２００１−１１２２１０号公報（段落番号００４５、図１５、図１６参照）

しかしながら、従来の技術では、以下のような問題がある。
すなわち、車両の運転状況により駆動モータに要求されるトルクや回転速度は変動し、これらトルクや回転速度の増大に伴って駆動モータでの発熱量も増大する。その結果、駆動モータに要求される冷媒の供給量も増大することとなる。従って、特許文献１に示すように、ポンプモータのみでオイルポンプを作動させる場合には、冷却性能を確保するためにポンプモータが大型化してしまい、占有スペースの増大を招くとともにコストの低減に支障をきたすという問題がある。

また、特許文献２に示すように、駆動モータに連結されたギアを介して冷媒の供給を行う場合には、駆動モータの回転数に応じて供給される冷媒の流量も変動してしまう。従って、駆動モータの回転数が低い場合には冷媒の流量も少なくなり、冷却能力が低下してしまう。その結果、駆動モータの回転数が低い場合であっても要求される冷媒の流量が大きい場合（例えば、登坂時等の低速かつ高トルクで運転する場合）には、十分な冷却を行うことができないという問題がある。
本発明は、冷却性能を向上するとともに、占有スペースやコストの低減を図ることができる車両用駆動モータ冷却システムおよび車両用駆動モータ冷却システムの制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、車両を駆動する駆動モータ（例えば、実施の形態における駆動モータ２）と、該駆動モータの駆動軸（例えば、実施の形態におけるモータ駆動軸５）の回転により作動し、冷媒を前記駆動モータに供給するメカニカル式のメインポンプ（例えば、実施の形態におけるメインポンプ３）と、前記メインポンプとは別に、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータを駆動するときに、冷媒を前記駆動モータに供給する電動式のサブポンプ（例えば、実施の形態におけるサブポンプ４）とを備え、前記メインポンプおよび前記サブポンプは、前記駆動モータの駆動軸周りに配置されている軸受け部（例えば、実施の形態におけるベアリング６）に冷媒を供給可能に構成されており、前記冷媒が流通可能な冷媒流路（例えば、実施の形態における冷却油路２０）は、前記冷媒が貯留される冷媒貯留部（例えば、実施の形態におけるオイルパン１３）と前記メインポンプとを接続する第１流路（例えば、実施の形態における第１流路２１）と、前記メインポンプと第１バルブ（例えば、実施の形態におけるバルブ１１）とを接続する第２流路（例えば、実施の形態における第２流路２２）と、前記第１バルブと前記軸受け部とを接続する第３流路（例えば、実施の形態における第３流路２３）と、前記軸受け部と前記冷媒貯留部とを接続する第４流路（例えば、実施の形態における第４流路２４）と、前記冷媒貯留部と前記サブポンプとを接続する第５流路（例えば、実施の形態における第５流路２５）と、前記サブポンプと第２バルブ（例えば、実施の形態におけるバルブ１２）とを接続する第６流路（例えば、実施の形態における第６流路２６）と、前記第２バルブと前記駆動モータとを接続する第７流路（例えば、実施の形態における第７流路２７）と、前記駆動モータと前記冷媒貯留部とを接続する第８流路（例えば、実施の形態における第８流路２８）と、前記第１バルブと前記第２バルブとを接続する第９流路（例えば、実施の形態における第９流路２９）と、を備え、前記駆動モータの回転速度がゼロの場合は、前記第１バルブが閉弁されるとともに、前記第２バルブが開弁され、前記駆動モータが回転する場合は、前記第１バルブが開弁されることを特徴としている。

この発明によれば、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータを駆動するときには、前記メインポンプにより供給される冷媒流量は低下するが、このときに前記電動式のサブポンプを作動させることで、この運転状態での駆動モータの冷却に必要な冷媒の流量を確保することができる。そして、通常運転時以上の高速で駆動モータを駆動するときには、前記メインポンプにより供給される冷媒流量も増大しているので、前記駆動モータの冷却に必要な冷媒の流量を前記メインポンプのみによって確保することができる。このように、駆動モータに要求されるトルクや回転速度が変動しても、冷却に必要な冷媒流量を確保でき、冷却性能を向上することができる。また、サブポンプは、通常運転時よりも低速かつ高トルクのときに、冷媒を供給するので、サブポンプとして軽量かつ小型のポンプを搭載できるので、占有スペースやコストの低減を図ることができる。

また、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータを駆動するときには、前記駆動モータの冷却に要求される冷媒流量に、前記軸受け部の冷却に要求される冷媒流量を加味して、前記サブポンプで供給する冷媒流量を設定することで、駆動モータのみならず軸受け部についても必要な冷却を行うことができるとともに、軸受け部における摺動性の向上を図ることができる。また、駆動モータに要求される速度が上昇またはトルクが減少した場合には、メインポンプで供給可能な冷媒流量が増大するので、これに応じて前記サブポンプで供給する冷媒流量を減少させる。これにより、サブポンプの負担を減らしつつ、冷却性能を向上することができるので、サブポンプの小型化や軽量化を図ることができる。このように、駆動モータに要求されるトルクや回転速度が変動しても、前記駆動モータのみならずその軸受け部の冷却性能を向上できるとともに、軸受け部における摺動性の向上を図ることができる。ここで、通常運転時とは、前記駆動軸の回転により作動するメインポンプにより吐出する冷媒流量が、駆動モータおよび軸受け部の冷却に要求される冷媒流量以上となる状態をいう（例えば、実施の形態における図３に示すＭＯＰのみで駆動される領域）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法であって、前記駆動モータの駆動軸の回転数と駆動モータの電流値とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することを特徴とする。
この発明によれば、前記駆動モータの発熱量は、前記駆動軸の回転数のみならず電流値によっても変動するので、前記駆動軸の回転数（回転速度）と電流値とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することで、要求冷媒量の精度を高めることができ、冷却性能を向上することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法であって、前記駆動モータの駆動軸の回転数と駆動モータの温度とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することを特徴とする。
この発明によれば、前記駆動モータの発熱量は、前記駆動軸の回転数のみならず温度によっても変動するので、前記駆動軸の回転数（回転速度）と温度とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することで、要求冷媒量の精度を高めることができる。

請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載のものであって、前記駆動モータの駆動軸の回転数が所定値以上の時には、前記サブポンプを停止することを特徴とする。
この発明によれば、前記駆動モータの駆動軸の回転数が増大するにつれて前記サブポンプの駆動に必要な消費電力も増大するが、前記駆動軸の回転数が所定値以上の時に前記サブポンプを停止することで、サブポンプでの消費電力を低減することができる。また、サブポンプの回転数を所定回転数未満に抑えることができるので、サブポンプに要求される耐久性を低減でき、サブポンプの小型化、軽量化に寄与することができる。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のものであって、前記サブポンプを停止する場合は、前記第２バルブを制御して、前記第９流路と前記第７流路との流通を許容する一方、前記第７流路と前記第６流路との流通を遮断することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、駆動モータに要求されるトルクや回転速度が変動しても、冷却性能を向上することができ、占有スペースやコストの低減を図ることができる。
また、駆動モータに要求されるトルクや回転速度が変動しても、前記駆動モータのみならずその軸受け部の冷却性能を向上できるとともに、軸受け部における摺動性の向上を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、冷却性能を向上することができる。
請求項３に係る発明によれば、冷却性能を向上することができる。
請求項４に係る発明によれば、サブポンプでの消費電力を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る車両用駆動モータ冷却システムおよび車両用駆動モータ冷却システムの制御方法について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態における車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。同図に示すように、車両用駆動モータ冷却システム１は、車両の駆動源である駆動モータ２を冷却するものである。
前記モータ２には、モータ駆動軸５が前記モータ２の軸心を貫通するように設けられている。この駆動軸５は、ベアリング６を介してケース９に接続され、該ベアリング６により軸心周りに回動可能に保持されている。

モータ２は、駆動軸５とともに回転するロータと、該ロータに対向するステータとを備えている。また、モータ２には、駆動軸５の回転速度を検出する回転センサ（図示せず）を備えている。

本実施の形態では、冷媒として作用する冷却油を貯留するオイルパン１３が、前記ケース９の下部に設けられている。そして、詳細は図４〜図６を用いて後述するが、このオイルパン１３からモータ２に冷却油を循環供給するための冷却油路２０が形成されている。
この冷却油路２０には、メカニカル式のメインポンプ（ＭＯＰ）３が設けられている。メインポンプ３の中心軸１４には、同軸状にギア８が固定されている。一方、モータ２の駆動軸５には、モータ２外部に突出した一端部に同軸状にギア７が固定されている。ギア７とギア８とは噛み合って設けられている。従って、モータ２の駆動軸５が回転すると、ギア７、ギア８を介してメインポンプ３が作動して、冷却油路２０の冷却油を上流側（オイルパン１３）側から下流側（モータ２、ベアリング６側）に送り出す。

また、冷却油路２０には、サブポンプ４が設けられている。このサブポンプ４は、車両が備えるバッテリ等の蓄電装置から電力を供給されることにより作動する電動式のオイルポンプ（ＥＯＰ）４である。サブポンプ４は、サブポンプ用の制御装置（ＥＣＵ１０）により冷却油の供給量を制御される。ＥＣＵ１０は、駆動モータ２の回転数や駆動モータ２の電流値（または温度）に基づいて、サブポンプ４の作動を制御する。

次に、冷却油路２０の構成について図４を用いて説明する。冷却油路２０は、オイルパン１３とメインポンプ３とを接続する第１流路２１と、メインポンプ３とバルブ１１とを接続する第２流路２２と、ギア７、８およびベアリング６とバルブ１１とを接続する第３流路２３と、ギア７、８およびベアリング６とオイルパンとを接続する第４流路２４とを備えている。また、冷却油路２０は、オイルパン１３とサブポンプ４とを接続する第５流路２５と、サブポンプ４とバルブ１２とを接続する第６流路２６と、バルブ１２とモータ２とを接続する第７流路２７と、モータ２とオイルパン２８とを接続する第８流路２８と、バルブ１１とバルブ１２とを接続する第９流路２９とを備えている。

以上のように構成された車両用駆動モータ冷却システムの冷却方法について説明する。
本実施の形態においては、図３に示すように、駆動モータ２の回転数（回転速度）に応じて、メインポンプ３とサブポンプ４の作動の切換制御を行っている。これについて、図４〜図６を用いて説明する。
図４は、駆動モータ２の回転速度（ｒｐｍ）がゼロの場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。
この場合には、モータ２の駆動軸５は停止しているので、メインポンプ３の作動は行えないが、サブポンプ４を作動させて冷却油の循環を行う。すなわち、サブポンプ４の作動により、オイルパン１３に貯留されている冷却油は、第５流路２５から第６流路２６にサブポンプ４により送り出される。このとき、メインポンプ３側のバルブ１１は閉弁され、サブポンプ４側のバルブ１２は開弁されている。冷却油は、サブポンプ４により送り出された後、バルブ１２を通って第７流路２７を介してモータ２に供給されてモータ２を冷却し、第８流路２８によりオイルパン１３に再び戻される。

このとき、前記サブポンプ４により供給される冷却油の流量（供給量）は、前記駆動モータ２の駆動軸５の回転数と駆動モータ２の電流値とに基づいて決定している。前記駆動モータ２の発熱量は、前記駆動軸５の回転数のみならず電流値によっても変動するので、前記駆動軸５の回転数（回転速度）と電流値とに基づいて、前記サブポンプ４の冷却油の供給量を決定することで、要求冷却油の量の精度を高めることができ、冷却性能を向上することができる。

なお、前記駆動モータ２の電流値に変えて、駆動モータ２の温度に基づいて、前記サブポンプ４の冷却油の供給量を決定するようにしてもよい。このようにすると、温度によっても変動する駆動モータ２の発熱量を加味してサブポンプ４の冷却油の供給量を決定できるので、要求冷却油の精度を高めることができる。
このように、メインポンプ３を作動できない駆動モータ２がゼロ回転の場合であっても、モータ２に冷却油を供給して冷却できるので、例えば、登坂時の停止状態（ヒルホールド状態）のような高トルク発生時であっても冷却性能を確保できる。
なお、駆動モータ２がゼロ回転のとき、ギヤ７、８やベアリング６は作動しないので、バルブ１１を閉弁して冷却油の供給を遮断している。

図５は駆動モータの回転速度が低速域の場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。この場合には、駆動モータ２は低速ではあるものの駆動され、メインポンプ３の作動も可能であるので、バルブ１１を開弁しておく。
そして、サブポンプ４のみならず、メインポンプ３においても冷却油を循環させる。
すなわち、メインポンプ３の作動により、オイルパン１３に貯留されている冷却油は、第１流路２１から第２流路２２に送り出され、バルブ１１を通り、第９流路２９または第３流路２３に向かう。第９流路２９に向かった冷却油は、バルブ１２を通り、第７流路を介して、モータ２に供給されてモータ２を冷却し、第８流路２８を介してオイルパン１３に再び戻る。一方、第３流路２３に向かった冷却油は、ギア７、８やベアリング６に供給されてギア７、８やベアリング６を冷却し、第４流路２４によりオイルパン１３に再び戻る。なお、サブポンプ４側の流れについては、第９流路２９、第３流路２３を介してギア７、８やベアリング６に供給される他は、図４に示したものと同様であるので、詳細については省略する。

このように、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータ２を駆動するときには、前記メインポンプ３により供給される冷却油流量は低下するが、このときに前記電動式のサブポンプ４を作動させることで、この運転状態での駆動モータ２の冷却に必要な冷却油の流量を確保することができる。

また、本実施の形態では、メインポンプ３およびサブポンプ４は、前記駆動モータ２の駆動軸周りに配置されており、前記駆動モータ２のみならず、ベアリング６やギア７、８にも冷却油を供給している。そして、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータ２を駆動するときには、駆動モータ２の冷却に要求される冷却油の流量（図２のラインＬｍ）に、前記ベアリング６やギア７、８の冷却に要求される冷却油の流量（図２のラインＬｇ）を加味して、前記サブポンプ６で供給する冷却油の流量（図３のラインＬｍｇからメインポンプ４の吐出流量Ｌｍｐの差分）を設定する。これにより、駆動モータ２のみならずベアリング６やギア７、８についても必要な冷却を行うことができるとともに、ベアリング６やギア７、８における摺動性の向上を図ることができる。
また、駆動モータ２に要求される速度が上昇またはトルクが減少した場合には、メインポンプ３で供給可能な冷媒流量が増大するので、これに応じて前記サブポンプ４で供給する冷却油の流量を減少させる。

図６は駆動モータの回転速度が高速域の場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。同図に示すように、通常運転時以上の高速で駆動モータ２を駆動するときには、前記メインポンプ３により供給される冷却油の流量も増大しているので、前記駆動モータ２の冷却に必要な冷却油の流量を前記メインポンプ３のみによって確保することができる。従って、バルブ１１を開弁しておくとともに、バルブ１２を制御して、第９流路２９と第７流路２７との流通を許容する一方、第７流路２７と第６流路２６との流通を遮断する。そして、メインポンプ３のみを作動させてモータ２やギア７、８やベアリング６に冷却油を供給する。この流れは、図５に示したものと同様であるので、詳細については省略する。

以上説明したように、駆動モータ２に要求されるトルクや回転速度が変動しても、冷却に必要な冷却油の流量を確保でき、冷却性能を向上することができる。また、サブポンプ４は、通常運転時よりも低速かつ高トルクのときにのみ、冷却油を供給するので、サブポンプ４として軽量かつ小型のポンプを搭載できるので、占有スペースやコストの低減を図ることができる。これにより、サブポンプ４の負担を減らしつつ、冷却性能を向上することができるので、サブポンプ４の小型化や軽量化を図ることができる。さらに、駆動モータ２のみならずそのベアリング６やギア７、８の冷却性能を向上できるとともに、ベアリング６やギア７、８における摺動性の向上を図ることができる。

なお、本発明の内容は実施の形態のみに限定されるものでないことはもちろんであり、例えば、車両としては、駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両であってもよいし、モータのみを備えた車両であってもよい。

本発明の実施の形態における車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。 駆動モータの冷却に必要な油量と、ギアおよびベアリングの潤滑に必要な油量と、これらを合計した油量との、駆動モータの回転数に対する関係を示すグラフ図である。 駆動モータ、ギアおよびベアリングの潤滑に必要な油量と、メインポンプとサブポンプとによる吐出流量との、駆動モータの回転数に対する関係を示すグラフ図である。 駆動モータの回転速度がゼロの場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。 駆動モータの回転速度が低速域の場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。 駆動モータの回転速度が高速域の場合における冷媒の流れを示す車両用駆動モータ冷却システムの構成図である。

符号の説明

１…車両用駆動モータ冷却システム
２…駆動モータ
３…メインポンプ
４…サブポンプ
５…モータ駆動軸
６…ベアリング
１３…オイルパン（冷媒貯留部）
２０…冷却油路（冷媒流路）
２１…第１流路
２２…第２流路
２３…第３流路
２４…第４流路
２５…第５流路
２６…第６流路
２７…第７流路
２８…第８流路
２９…第９流路

Claims (5)

1. 車両を駆動する駆動モータと、
   該駆動モータの駆動軸の回転により作動し、冷媒を前記駆動モータに供給するメカニカル式のメインポンプと、
   前記メインポンプとは別に、通常運転時よりも低速かつ高トルクで駆動モータを駆動するときに、冷媒を前記駆動モータに供給する電動式のサブポンプとを備え、
   前記メインポンプおよび前記サブポンプは、前記駆動モータの駆動軸周りに配置されている軸受け部に冷媒を供給可能に構成されており、
   前記冷媒が流通可能な冷媒流路は、前記冷媒が貯留される冷媒貯留部と前記メインポンプとを接続する第１流路と、前記メインポンプと第１バルブとを接続する第２流路と、前記第１バルブと前記軸受け部とを接続する第３流路と、前記軸受け部と前記冷媒貯留部とを接続する第４流路と、前記冷媒貯留部と前記サブポンプとを接続する第５流路と、前記サブポンプと第２バルブとを接続する第６流路と、前記第２バルブと前記駆動モータとを接続する第７流路と、前記駆動モータと前記冷媒貯留部とを接続する第８流路と、前記第１バルブと前記第２バルブとを接続する第９流路と、を備え、
   前記駆動モータの回転速度がゼロの場合は、前記第１バルブが閉弁されるとともに、前記第２バルブが開弁され、
   前記駆動モータが回転する場合は、前記第１バルブが開弁されることを特徴とする車両用駆動モータ冷却システム。
2. 請求項１に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法であって、
   前記駆動モータの駆動軸の回転数と駆動モータの電流値とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することを特徴とする駆動モータ冷却システムの制御方法。
3. 請求項１に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法であって、
   前記駆動モータの駆動軸の回転数と駆動モータの温度とに基づいて、前記サブポンプの冷媒供給量を決定することを特徴とする駆動モータ冷却システムの制御方法。
4. 前記駆動モータの駆動軸の回転数が所定値以上の時には、前記サブポンプを停止することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法。
5. 前記サブポンプを停止する場合は、前記第２バルブを制御して、前記第９流路と前記第７流路との流通を許容する一方、前記第７流路と前記第６流路との流通を遮断することを特徴とする請求項４に記載の駆動モータ冷却システムの制御方法。

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