JP5024870B2 - 電動機の冷却装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されて走行用の動力を出力する際に駆動される電動機を冷却オイルを用いて冷却する冷却装置およびその制御方法に関する。
従来、この種の電動機の冷却装置としては、車両に搭載された電動機の温度が所定温度以上のときには電動機に冷却オイルを圧送するオイルポンプモータを駆動し、電動機の温度が所定温度未満のときにはオイルポンプモータの駆動を停止するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、電動機の温度が所定温度以上のときに限ってオイルポンプモータを駆動することにより、無駄なエネルギの消費を抑制して電動機を効率よく冷却することができるとしている。
特開平4−145801号公報
しかしながら、上述の冷却装置では、電動機を冷却することができるものの、オイルポンプの駆動は運転者の操作とは無関係に行なわれることから、オイルポンプの駆動に伴う騒音によって運転者に違和感を与える場合がある。
本発明の電動機の冷却装置およびその制御方法は、電動機を冷却すると共に運転者に異音による違和感を与えないようにすることを目的の一つとする。また、本発明の電動機の冷却装置およびその制御方法は、電動機を効率よく冷却することを抑制することを目的の一つとする。
本発明の電動機の冷却装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動機の冷却装置は、
車両に搭載されて走行用の動力を出力する際に駆動される電動機を冷却オイルを用いて冷却する冷却装置であって、
前記冷却オイルを外気との熱交換によって冷却する熱交換手段と、
前記電動機と前記熱交換手段とを含む冷却オイルの循環流路に設けられ、該冷却オイルを圧送することにより該冷却オイルを該循環流路内で循環させる圧送手段と、
前記電動機の温度を検出する温度検出手段と、
走行に基づく騒音の程度を反映する状態としての騒音反映状態を検出する騒音反映状態検出手段と、
前記検出された電動機の温度と前記検出された騒音反映状態とに基づいて走行に基づく騒音が所定程度以上となる状態で前記電動機が冷却されるよう前記圧送手段を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の電動機の冷却装置では、電動機の温度と走行に基づく騒音の程度を反映する状態としての騒音反映状態とに基づいて走行に基づく騒音が所定程度以上となる状態で電動機が冷却されるよう圧送手段を制御する。したがって、圧送手段の駆動に伴う騒音は走行に基づく騒音によってマスクされるから、電動機を冷却すると共に圧送手段の駆動が運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
こうした本発明の電動機の冷却装置において、前記騒音反映状態検出手段は、車速を検出する手段であるものとすることもできる。
また、内燃機関を備える車両に搭載された本発明の電動機の冷却装置において、前記騒音反映状態検出手段は、前記内燃機関の運転状態を検出する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の電動機の冷却装置において、前記熱交換手段に向けて送風する送風手段を備え、前記騒音反映状態検出手段は、前記送風手段の駆動状態を検出する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の電動機の冷却装置において、前記電動機は、走行風により該電動機が冷却されるよう配置され、前記制御手段は、車速が所定車速以上のときには車速が大きいほど前記検出された電動機の温度に対して前記圧送手段が駆動され難くなるよう該圧送手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、無駄なエネルギが消費されるのを抑制し、電動機を効率よく冷却することができる。
また、本発明の電動機の冷却装置において、前記制御手段は、前記検出された電動機の温度が所定温度以上のときには、前記検出された騒音反映状態に拘わらず前記圧送手段が駆動されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の過熱を抑制することができる。
本発明の冷却装置の制御方法は、
冷却オイルを外気との熱交換により冷却する熱交換手段と、電動機と前記熱交換手段とを含む冷却オイルの循環流路に設けられ該冷却オイルを圧送することにより該冷却オイルを該循環流路内で循環させる圧送手段とを備える冷却装置の制御方法であって、
前記電動機の温度と走行に基づく騒音の程度を反映する状態としての騒音反映状態とに基づいて走行に基づく騒音が所定程度以上となる状態で前記電動機が冷却されるよう前記圧送手段を制御することを特徴とする。
この本発明の冷却装置の制御方法によれば、電動機の温度と走行に基づく騒音の程度を反映する状態としての騒音反映状態とに基づいて走行に基づく騒音が所定程度以上となる状態で電動機が冷却されるよう圧送手段を制御する。したがって、圧送手段の駆動に伴う騒音は走行に基づく騒音によってマスクされるから、電動機を冷却すると共に圧送手段の駆動が運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電動機の冷却装置を搭載するハイブリッド自動車10の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車10は、エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)14により運転制御されるエンジン12と、エンジン12のクランクシャフトにキャリアが接続されると共に前輪の車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構16と、遊星歯車機構16のサンギヤに回転軸が接続された発電可能なモータMG1と、駆動軸に回転軸が接続された発電可能なモータMG2と、ラジエータ34とこのラジエータ34とエンジン12とを循環するよう接続する冷却水循環路32に冷却水を循環させる冷却水ポンプ36と冷却水の温度に基づいてラジエータ34に送風する電動のクーリングファン38とを有するエンジン用冷却循環系30と、モータMG1,MG2の潤滑と冷却とを行なう潤滑冷却媒体としてのオイルを冷却するモータ用冷却循環系40と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット50と、を備える。なお、モータMG1,MG2はモータ用電子制御ユニット(モータECU)20によりその駆動回路としてのインバータ21,22のスイッチング素子をスイッチング制御することによってバッテリ24の充放電を伴って駆動される。
モータ用冷却循環系40は、車両前方に配置されて外気との熱交換によりオイルを冷却するオイルクーラ44と、このオイルクーラ44に対してモータMG1,MG2が並列に接続されるようオイルクーラ44とモータMG1,MG2とにオイルを循環させるオイル循環路42と、モータMG1,MG2からのオイルをオイルクーラ44側に圧送することによりオイル循環路42にオイルを循環させるオイルポンプ46とを備える。なお、前述したエンジン用冷却循環系30におけるクーリングファン38は、ラジエータ34の他にモータ用冷却循環系40のオイルクーラ44にも送風できるようになっており、ハイブリッド用電子制御ユニット50からの要求によりエンジンECU14により制御される。また、モータMG1とモータMG2は、走行に伴って走行風が導入されるよう配置されており、モータ用冷却循環系40と共に走行風によっても冷却される。
ハイブリッド用電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、CPU52の他に、処理プログラムなどを記憶するROM54や一時的にデータを記憶するRAM56,図示しない入出力ポートおよび通信ポートを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット50には、モータMG1,MG2にそれぞれ取り付けられた温度センサ60,62からのモータ温度Tm1,Tm2やシフトレバー71の操作位置を検出するシフトポジションセンサ72からのシフトポジションSP,アクセルペダル73の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ74からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル75の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ76からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ78からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット50からは、オイルポンプ46への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット50は、前述したように、エンジンECU14やモータECU20と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU14やモータECU20と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車10は、運転者によるアクセルペダル73の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸に出力されるように、エンジン14とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。また、実施例のハイブリッド自動車10では、運転者のアクセルペダル83の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第1の所定値未満となったときなどにエンジン22の自動停止の条件が成立したとしてエンジン22を自動停止し、エンジン22を運転している最中に運転者のアクセルペダル83の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第1の所定値より大きな第2の所定値以上となったときなどにエンジン22の自動始動の条件が成立したとして自動停止したエンジン22を自動始動する。なお、こうしたハイブリッド自動車10の運転制御については本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細な説明は省略する。
ここで、実施例の電動機の冷却装置としては、オイル循環路42やオイルクーラ44,オイルポンプ46からなるモータ用冷却循環系40と、モータMG1,MG2に取り付けられた温度センサ60,62と、ハイブリッド用電子制御ユニット50とにより構成される。
次に、こうして構成された実施例の電動機の冷却装置の動作について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット50により実行される冷却処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
冷却処理ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット50のCPU52は、まず、温度センサ60,62からのモータ温度Tm1,Tm2、車速センサ78からの車速Vやエンジン22の運転状態,クーリングファン38の駆動状態などのデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、エンジン22の運転状態やクーリングファン36の駆動状態は、エンジン22の運転の有無によってオンオフされるフラグの値やクーリングファン38の駆動の有無によってオンオフされるフラグの値をエンジンECU24から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したモータ温度Tm1,Tm2と閾値T1,T2とを比較する(ステップS110,S120)。ここで、閾値T1,T2は、オイルポンプ46の起動温度として設定されるものであり、それぞれ150℃,130℃などのように閾値T2が閾値T1よりも低い温度として定められている。モータ温度Tm1,Tm2のいずれかが閾値T1以上のときにはオイルポンプ46を直ちに駆動すべきと判定し、モータMG1,MG2にオイルが圧送されるようオイルポンプ46をONして(ステップS130)、本ルーチンを終了する。
モータ温度Tm1,Tm2のいずれもが閾値T1未満で閾値T2以上のときには、モータ温度Tm1,Tm2と車速Vとがオイルポンプ46をONすべき領域内にあるか否かを判定する(ステップS140)。この判定は、実施例ではモータ温度Tm1,Tm2と車速Vとオイルポンプ46のオンオフ状態との関係を予め求めてマップとしてROM56に記憶しておき、このマップに基づいてモータ温度Tm1,Tm2と車速Vがオイルポンプ46をONすべき領域内にあるか否かを判定するものとした。このマップの一例を図3に示す。図示するように、モータ温度Tm1,Tm2が閾値T1未満で閾値T2以上のとき、車速Vが所定車速Vref未満のときにはオイルポンプ46をOFFし、車速Vが所定車速Vref以上のときにはオイルポンプ46がOFFからONされるモータ温度Tm1,Tm2が閾値T2から閾値T1まで徐々に大きくなるよう定められている。このようにマップを定めているのは、車速Vが所定車速Vref以上のときには走行による騒音(暗騒音)によってオイルポンプ46の駆動音をマスクすることができるからモータMG1,MG2を冷却するためにオイルポンプ46を駆動してもその駆動音で運転者に違和感を与えることがなく、又、車速Vが更に大きくなると、オイルポンプ46を駆動しなくても走行風によるモータMG1,MG2の冷却を期待することができることに基づく。
モータ温度Tm1,Tm2と車速Vとがオイルポンプ46をONすべき領域内にないと判定されると、エンジン22が運転中か否かを判定し(ステップS150)、エンジン22が運転中のときにはエンジン22の運転に伴う騒音(暗騒音)によってオイルポンプ46の駆動音がマスクされると判断し、オイルポンプ46をONして(ステップS120)、本ルーチンを終了する。
エンジン22が運転中でないときには、さらにクーリングファン38が駆動中か否かを判定し(ステップS160)、クーリングファン38が駆動中のときにはクーリングファン38の駆動に伴う騒音(暗騒音)によってオイルポンプ46の駆動音がマスクされると判断し、オイルポンプ46をONして(ステップS120)、本ルーチンを終了する。
ステップS130でモータ温度Tm1,Tm2のいずれもが閾値T2未満と判定されたときにはモータMG1,MG2を冷却する必要はなく、モータ温度Tm1,Tm2のいずれかが閾値T1未満で閾値T2以上と判定されてもモータ温度Tm1,Tm2と車速Vとがオイルポンプ46をONすべき領域内になくエンジン22の運転中でもなくクーリングファン38の駆動中でもないときには、オイルポンプ46をONすると、その駆動音で運転者に違和感を与えると判断し、オイルポンプ46をOFFとして(ステップS170)、本ルーチンを終了する。
以上説明した実施例の電動機の冷却装置20によれば、モータ温度Tm1,Tm2と車速Vとがオイルポンプ46をONすべき領域内にあるか否か、エンジン22が運転中か否か、クーリングファン38が駆動中か否かを判定することにより暗騒音が所定程度以上となる状態でオイルポンプ46を駆動するから、モータMG1,MG2を冷却すると共にオイルポンプ46の駆動に伴う騒音により運転者に違和感を与えないようにすることができる。また、モータ温度Tm1,Tm2が閾値T2未満のときには、オイルポンプ46をOFFとするから、無駄なエネルギの消費を抑制することができ、モータMG1,MG2を効率よく冷却することができる。もとより、モータ温度Tm1,Tm2が閾値T1以上のときには、オイルポンプ46をONするから、モータMG1,MG2が過熱して不具合が生じるのを抑制することができる。
実施例の電動機の冷却装置20では、車速Vやエンジン22の運転状態,クーリングファン38の駆動状態の暗騒音の程度を反映する状態を用いてオイルポンプ46を制御するものとしたが、これらのうちの一つまたは二つを省略するものとしてもよいし、乗員室内にマイクを設置しこのマイクで騒音を直接検出してオイルポンプ46の制御に用いるものとしてもよい。
実施例の電動機の冷却装置20では、モータ温度Tm1,Tm2のいずれもが閾値T2未満のときには常にオイルポンプ46をOFFとするものとしたが、車速Vやエンジン22の運転状態,クーリングファン38の駆動状態などの暗騒音の程度によってはオイルポンプ46をONするものとしても構わない。
実施例の電動機の冷却装置20では、モータMG1,MG2を走行風による冷却が期待できる位置に配置するものとしたが、必ずしもモータMG1,MG2を走行風による冷却が期待できる位置に配置しないものとしてもよい。この場合、冷却処理ルーチンのステップS140の処理で図3に代えて図4に例示するマップを用いることができる。
実施例の電動機の冷却装置20では、モータ温度Tm1,Tm2や車速Vなどに基づいてオイルポンプ46をオンオフ制御するものに適用して説明したが、モータ温度Tm1,Tm2や車速Vなどに基づいてオイルポンプの回転数を変更するものとしてもよい。この場合、モータ温度Tm1,Tm2が大きいほど,走行に伴う騒音の程度が大きいほど大きな回転数で駆動されるようオイルポンプを制御することが望ましい。
実施例では、エンジン12と遊星歯車機構16とモータMG1とモータMG2とを備えるハイブリッド自動車10におけるモータMG1およびモータMG2を冷却する冷却装置として説明したが、車両に搭載されて走行用の動力を出力する際に駆動される電動機や発電機を冷却するものであれば如何なる構成に用いられる電動機や発電機を冷却する冷却装置としても構わない。例えば、図5に例示する変形例の自動車10Bに例示する走行用のモータMGを冷却する冷却装置、即ち、車両前方に配置されたオイルクーラ44Bと、オイルクーラ44Bに送風する電動のクーリングファン38Bと、オイルクーラ44BとモータMGとにオイルを循環させるオイル循環路42Bと、モータMGからのオイルをオイルクーラ44B側に圧送するオイルポンプ46Bとから構成されるモータ用冷却循環系40Bを備える冷却装置としても構わない。この場合、図2の冷却処理ルーチンにおけるステップS150を除くことができる。
また、実施例では、ハイブリッド自動車10が備えるモータMG1およびモータMG2を冷却する冷却装置の形態として説明したが、ハイブリッド自動車10が備えるモータMG1およびモータMG2を冷却する冷却装置の制御方法の形態としても構わない。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG1やモータMG2が「電動機」に相当し、オイルクーラ44が「熱交換手段」に相当し、オイルポンプ46が「圧送手段」に相当し、温度センサ60,62が「温度検出手段」に相当し、車速センサ88やエンジン22の運転状態やクーリングファン38の駆動状態を判定するエンジンECU14などが「騒音反映状態検出手段」に相当し、モータ温度Tm1,Tm2と車速Vとがオイルポンプ46の駆動すべき領域内にあるか否か,エンジン22が運転中か否か,クーリングファン38が駆動中か否かに基づいてこれらの暗騒音でオイルポンプ46の駆動音をマスクできる状態でオイルポンプ46が駆動されるよう制御するハイブリッド用電子制御ユニット50が「制御手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力するエンジンや水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、同期電動機や誘導電動機など、車両に搭載されて走行用の動力を出力する際に駆動される電動機であれば如何なるものであっても構わない。「騒音反映状態検出手段」としては、車速センサ88やエンジン22の運転状態やクーリングファン38の駆動状態を検出するものに限定されるものではなく、走行に基づく騒音の程度を反映する状態を検出するものであれば如何なるものであっても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電動機の冷却装置の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例としての電動機の冷却装置を搭載するハイブリッド自動車10の構成の概略を示す構成図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット50により実行される冷却処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 モータ温度Tm1,Tm2と車速Vとオイルポンプ46の駆動状態との関係の一例を示すマップである。 変形例のモータ温度Tm1,Tm2と車速Vとオイルポンプ46の駆動状態との関係の一例を示すマップである。 変形例の冷却装置を搭載する自動車10Bの構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
10 ハイブリッド自動車、10B 自動車、12 エンジン、14 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、16 遊星歯車機構、20 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、21,22 インバータ 24 バッテリ、30 エンジン用冷却循環系、32 冷却水循環路、34 ラジエータ、36 冷却水ポンプ、38,38B クーリングファン、40,40B モータ用冷却循環系、42,42B オイル循環路、44,44B オイルクーラ、46,46B オイルポンプ、50 ハイブリッド用電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、60,62 温度センサ、64 外気温センサ、71 シフトレバー、72 シフトポジションセンサ、73 アクセルペダル、74 アクセルペダルポジションセンサ、75 ブレーキペダル、76 ブレーキペダルポジションセンサ、78 車速センサ。

Claims (4)

  1. 車両に搭載されて走行用の動力を出力する際に駆動される電動機を冷却オイルを用いて冷却する冷却装置であって、
    前記冷却オイルを外気との熱交換によって冷却する熱交換手段と、
    前記電動機と前記熱交換手段とを含む冷却オイルの循環流路に設けられ、該冷却オイルを圧送することにより該冷却オイルを該循環流路内で循環させる圧送手段と、
    前記電動機の温度を検出する温度検出手段と、
    走行に基づく騒音の程度を反映する状態としての騒音反映状態を検出する騒音反映状態検出手段と、
    前記検出された電動機の温度と前記検出された騒音反映状態とに基づいて走行に基づく騒音が所定程度以上となる状態で前記電動機が冷却されるよう前記圧送手段を制御する制御手段と
    を備え
    前記電動機は、走行風により冷却されるように配置され、
    前記騒音反映状態検出手段は、車速を検出する手段であり、
    前記制御手段は、前記検出された電動機の温度が所定温度以上の場合、前記検出された車速に拘わらず前記圧送手段を駆動し、前記検出された電動機の温度が前記所定温度未満の場合、前記検出された車速が所定車速未満のときには前記圧送手段を停止し該検出された車速が前記所定車速以上のときには前記検出された車速が大きいほど前記検出された電動機の温度に対して前記圧送手段が駆動され難くなるよう前記圧送手段を制御する手段である
    冷却装置。
  2. 内燃機関を備える車両に搭載された請求項記載の冷却装置であって、
    前記騒音反映状態検出手段は、前記内燃機関の運転状態を検出する手段である
    冷却装置。
  3. 請求項1または2記載の冷却装置であって、
    前記熱交換手段に向けて送風する送風手段を備え、
    前記騒音反映状態検出手段は、前記送風手段の駆動状態を検出する手段である
    冷却装置。
  4. 冷却オイルを外気との熱交換により冷却する熱交換手段と、車両に搭載されると共に走行風により冷却されるように配置された電動機と前記熱交換手段とを含む冷却オイルの循環流路に設けられ該冷却オイルを圧送することにより該冷却オイルを該循環流路内で循環させる圧送手段とを備える冷却装置の制御方法であって、
    前記電動機の温度が所定温度以上の場合、車速に拘わらず前記圧送手段を駆動し、前記電動機の温度が前記所定温度未満の場合、車速が所定車速未満のときには前記圧送手段を停止し車速が前記所定車速以上のときには車速が大きいほど前記電動機の温度に対して前記圧送手段が駆動され難くなるよう前記圧送手段を制御することを特徴とする
    冷却装置の制御方法。
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