JP5206131B2

JP5206131B2 - 冷却装置

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Publication number: JP5206131B2
Application number: JP2008148090A
Authority: JP
Inventors: 夏樹田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: JP2009292319A

Description

本発明は、車両に搭載される電動機を冷却する冷却装置に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載されるモータジェネレータ等の電動機は、回転子（ロータ）と、その周囲に配設されるステータコイルが巻き付けられたステータコアとを有する。電動機は、ステータコイルに通電して回転力を得る駆動源として、又はロータの回転によりステータコイルに流れる電流を取り出す発電機として機能する。そして、ロータ回転時にステータコイルに電流が流れると、ステータコア、ステータコイル等が発熱する。これらの発熱は、電動機の内部を貫通する磁束に影響を与え、運転効率（回転効率、発電効率）を低下させる。そのため、車両には、電動機の運転効率を維持するために、電動機を冷却する冷却装置が搭載されている。

例えば、特許文献１には、エンジンと少なくとも１つのモータとを動力源とし、該動力源と出力部材とが接続された作動装置を有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド自動車において、予め定めた車速からさらに車速が上がってしまう場合、前記モータを冷却させるための冷却媒体の供給量を増加する過回転抑制制御手段を設けた冷却装置が提案されている。

また、例えば、特許文献２には、モータに冷却媒体を供給するための供給手段と、モータの温度を検知するための手段と、気温を検知するための手段と、モータの温度と気温とに基づいて、前記供給手段を制御する制御手段を設けた冷却装置が提案されている。

上記特許文献１，２の冷却装置により、車両に搭載されるモータが冷却される。

特開２００６−８１２４０号公報特開２００５−２４５０８５号公報

ところで、電気自動車、ハイブリッド自動車には、運転者のスイッチ操作により、通常走行モード、スポーツ走行モード、エコノミー走行モード等の走行モードを選択することができるものが存在する。スポーツ走行モード（エコノミー走行モード）等は、運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を通常走行モードよりも高駆動力の特性としたものである。そのため、運転者によりスポーツ走行モード等が選択されれば、高駆動力の特性を発揮するために、電動機には高負荷が掛けられる。そして、電動機に高負荷が掛かるスポーツ走行モードでは、通常走行モードより電動機の発熱による温度上昇率は高くなる。したがって、電動機を適切に冷却するためには、車両の走行モードを考慮する必要がある。

そこで、本発明の目的は、車両の走行モードを考慮して、電動機を適切に冷却することができる冷却装置を提供することにある。

本発明は、車両に搭載された電動機に冷却媒体を供給する供給手段と、前記供給手段の作動を制御する制御手段と、第１の走行モードと運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を前記第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードとを切り替えるための切替スイッチの操作を検出する切替スイッチ操作検出手段と、を有し、前記検出された切替スイッチの操作により、前記第１の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記電動機の温度が予め設定した温度閾値以上である時に、前記供給手段を作動させ、前記検出された切替スイッチの操作により、前記第２の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記電動機の温度が前記温度閾値未満であっても、前記供給手段を作動させる。

また、本発明は、車両に搭載された電動機に冷却媒体を供給する供給手段と、前記供給手段の作動を制御する制御手段と、第１の走行モードと運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を前記第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードとを切り替えるための切替スイッチの操作を検出する切替スイッチ操作検出手段と、を有し、前記検出された切替スイッチの操作により、前記第１の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記電動機の温度が予め設定した第１温度閾値以上である時に、前記供給手段を作動させ、前記検出された切替スイッチの操作により、前記第２の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記電動機の温度が前記第１温度閾値より低い第２温度閾値以上である時に、前記供給手段を作動させる。

本発明によれば、車両の走行モードに基づいて、適切に電動機を冷却することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本実施形態に用いられる車両の駆動装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、車両の駆動装置１は、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、遊星歯車機構により構成される動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なうインバータ１２，１４と、昇圧コンバータ１６とを備える。なお、本実施形態に用いられる車両の駆動装置１の構成は、一例であってこれに制限されるものではない。また、図１に示す動力分割機構ＰＳＤ及び減速機ＲＤの詳細な構成についての説明は省略する。

エンジンＥＮＧは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンＥＮＧの発生する駆動力は、動力分割機構ＰＳＤにより、直流電力を発電するモータジェネレータＭＧ１へ伝達される経路と、減速機ＲＤを介して車輪１８を駆動する駆動軸２０に伝達する経路とに分割される。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＳＤを介して伝達されたエンジンＥＮＧからの駆動力によって回転し、発電する。モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、電力線を介してインバータ１２に供給され、バッテリ（不図示）の充電電力として、あるいは、モータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ１４から電力線に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機ＲＤを介して車輪１８の駆動軸２０へ伝達される。

また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪１８の減速に伴って回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力が電力線に供給される。この場合には、インバータ１４が電力線に供給された電力を直流電力に変換し、昇圧コンバータ１６を介してバッテリ（不図示）に充電される。

次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の冷却に使用される冷却装置について説明する。

図２は、本実施形態に係る冷却装置の構成の一例を示す模式図である。図２に示すように冷却装置２は、モータジェネレータ２２に冷却媒体を供給する供給手段としての電動ポンプ２４と、熱交換器２６と、電動ポンプ２４を作動させる制御手段及び走行モードを切り替えるパワースイッチ（切替スイッチ）２８の操作を検出する検出手段としてのＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３０と、配管３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、温度センサ３４と、を有する。ここで、図２に示す冷却装置２は、図１に示すモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のうち少なくともいずれか一方に備えられる。

モータジェネレータ２２の構成は不図示であるが、モータジェネレータ２２は、回転子と、回転子の周囲に配設され、ステータコイルが巻き付けられたステータコアとを有し、回転子及びステータコアがハウジング内に収容されたものである。また、モータジェネレータ２２のハウジングには、ステータコア等に冷却油を滴下する冷却油滴下部３８と、滴下後の冷却油を溜めるオイルパン３６が設けられている。

冷却油滴下部３８は、冷却油をステータコア等に滴下（噴霧、噴射等）するノズル等により構成される。冷却油が冷却油滴下部３８からステータコア等に供給されることにより、ステータコア等が冷却される。本実施形態において、冷却媒体は、冷却油に限られず、冷却水であってもよいし、また、空気のような気体であってもよい。気体を冷却媒体として使用する場合には、モータジェネレータ２２に冷却媒体を供給する電動ポンプ２４の代わりにファンが用いられる。

温度センサ３４は、モータジェネレータ２２の温度を検出するものであり、モータジェネレータ２２に取り付けられている。温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度は、ＥＣＵ３０に出力される。

配管３２ａは、モータジェネレータ２２のハウジングに形成されたオイルパン３６と電動ポンプ２４の吸引側（不図示）とを接続するものである。配管３２ｂは、電動ポンプ２４の吐出側（不図示）と熱交換器２６の入口（不図示）とを接続するものである。配管３２ｃは、熱交換器２６の出口（不図示）とモータジェネレータ２２のハウジングに形成された冷却油滴下部３８とを接続するものである。

ＥＣＵ３０は、電動ポンプ２４と電気的に接続されており、作動開始信号及び作動停止信号が電動ポンプ２４に出力される。電動ポンプ２４の作動時の冷却油の流れについて説明する。ＥＣＵ３０により冷却装置の作動開始信号が、電動ポンプ２４に出力されると、電動ポンプ２４の作動が開始される。電動ポンプ２４の作動により、モータジェネレータ２２のオイルパン３６内に貯留された冷却油が循環路３２ａ，３２ｂを通り、熱交換器２６に供給される。供給された冷却油は、熱交換器２６により外気と熱交換して冷却され、熱交換器２６から排出される。排出された冷却油は循環路３２ｃを通り、モータジェネレータ２２の冷却油滴下部３８から、ステータ等に滴下され、モータジェネレータ２２が冷却される。そして、ステータ等に滴下された冷却液は、オイルパン３６に収容される。このように、冷却油は冷却装置２内を循環する。

また、ＥＣＵ３０は、第１の走行モード（例えば、通常走行モード）と、運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モード（例えば、スポーツ走行モード、エコノミー走行モード等）とを切り替えることができるパワースイッチ２８と電気的に接続されている。例えば、パワースイッチ２８が運転者等によりＯＮにされると、パワースイッチ２８から第２の走行モード信号（スポーツ走行モード信号、エコノミー走行モード信号等）がＥＣＵ３０に出力される。すなわち、ＥＣＵ３０により、第２の走行モード信号（スポーツ走行モード信号、エコノミー走行モード信号）が検出されれば、第２の走行モード（スポーツ走行モード、エコノミー走行モード）であると判定され、第２の走行モード信号が検出されなければ、第１の走行モードであると判定される。

第２の走行モードは、第１の走行モード時の運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性より高駆動力の特性として設定されるものであるため、モータジェネレータ２２には高い負荷が掛けられることとなる。すなわち、第２の走行モード時では、第１の走行モード時と運転者のアクセル操作が同じ（例えば、アクセル開度が同じ）でも高駆動力特性となるように、モータジェネレータ２２には、第１の走行モードより高い要求トルクが設定されることとなる。そして、ＥＣＵ３０により、設定された要求トルク値に見合う負荷が、図１に示すインバータ１２，１４を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に出力される。このように、モータジェネレータ２２に高負荷が掛かる第２の走行モードでは、第１の走行モードよりモータジェネレータ２２の発熱による温度上昇率は高くなる。

本実施形態の冷却装置は、上記走行モードを考慮して、適切にモータジェネレータを冷却することができるものである。以下に、本実施形態の冷却装置の動作について説明する。

図３は、本実施形態に係る冷却装置の動作を説明するためのフロー図である。冷却装置の動作については、図２に示す冷却装置２を用いて説明する。

ステップＳ１０では、モータジェネレータ２２に取り付けられた温度センサ３４により、モータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が検出される。次に、ステップＳ１２では、ＥＣＵ３０により、パワースイッチ２８がＯＮにされているか否かが検出される。パワースイッチ２８がＯＮにされていなければ、ＥＣＵ３０により第１の走行モードであると判定される。ＥＣＵ３０により第１の走行モード（通常走行モード）であると判断されれば、ステップＳ１４において、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が予め設定した温度閾値以上であるか否かが、ＥＣＵ３０により判定される。

ここで、図１に示すようにモータジェネレータが複数使用される場合であっても、少なくともいずれか１つのモータジェネレータに対する温度閾値が設定されていればよい。すなわち、例えば、モータジェネレータＭＧ１に対して温度閾値を９０℃に設定し、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータＭＧ１の温度が９０℃以上であるか否かがＥＣＵ３０により判定される。また、例えば、モータジェネレータＭＧ２に対して温度閾値を１００℃に設定し、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータＭＧ２の温度が１００℃以上であるか否かがＥＣＵ３０により判定されるものであってもよい。さらに、例えば、モータジェネレータＭＧ１に対して温度閾値を７０℃、モータジェネレータＭＧ２に対して温度閾値を１００℃に設定し、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の温度がそれぞれ、上記温度閾値以上であるか否かがＥＣＵ３０により判定されるものであってもよい。

予め設定される温度閾値は、パワースイッチがＯＦＦ時の走行、すなわち通常走行モード（モータジェネレータに高い負荷が掛からない走行）において、モータジェネレータの運転効率（回転効率、発電効率）を維持するために、冷却装置を作動させる必要がある温度であり、適宜設定されるものである。

温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が予め設定した温度閾値以上であるとＥＣＵ３０により判定された場合、ステップＳ１６に進み、電動ポンプ２４を作動させる。その後、処理は終了する。また、モータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が予め設定した温度閾値未満であるとＥＣＵ３０により判定された場合、再度ステップＳ１０の処理に戻される。

また、ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０により、パワースイッチ２８がＯＮにされているか否かが検出され、パワースイッチ２８がＯＮにされていれば、ＥＣＵ３０により第２の走行モード（スポーツ走行モード、エコノミー走行モード等）であると判定される。ＥＣＵ３０により第２の走行モードであると判断されれば、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が予め設定した温度閾値以上であるか否かを判定することなく、ステップＳ１６に進み、電動ポンプ２４を作動させる。その後、処理は終了する。

以上のように、本実施形態の冷却装置では、運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードが設定された場合に、モータジェネレータの温度が電動ポンプを作動させる温度閾値未満であっても、電動ポンプを作動させ、モータジェネレータに冷却油を供給する。これにより、第２の走行モード時のモータジェネレータの冷却効率を高めることができるため、モータジェネレータに高負荷が掛かっても、モータジェネレータの負荷増加に伴う過熱を抑制することができる。

図４は、本実施形態に係る冷却装置の動作の他の一例を説明するためのフロー図である。冷却装置の動作については、図２に示す冷却装置２を用いて説明する。

ステップＳ２０では、モータジェネレータ２２に取り付けられた温度センサ３４により、モータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が検出される。次に、ステップＳ２２では、ＥＣＵ３０により、パワースイッチがＯＮにされているか否かが検出される。パワースイッチ２８がＯＮにされていなければ、ＥＣＵ３０により第１の走行モードであると判定される。ＥＣＵ３０により第１の走行モードであると判断されれば、ステップＳ２４において、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が予め設定した第１温度閾値以上であるか否かがＥＣＵ３０により判定される。第１温度閾値は、上記でも説明したように、モータジェネレータが複数使用される場合であっても、少なくともいずれか１つのモータジェネレータに対する温度閾値が設定されていればよい。例えば、モータジェネレータＭＧ１に対して第１温度閾値を設定（例えば、９０℃）してもよいし、モータジェネレータＭＧ２に対して第１温度閾値を設定（例えば、１００℃）してもよいし、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２それぞれに対して第１温度閾値（例えば、モータジェネレータＭＧ１に対して７０℃、モータジェネレータＭＧ２に対して１００℃）を設定してもよい。

第１温度閾値は、パワースイッチがＯＦＦ時の走行、すなわち通常走行モード（モータジェネレータに高い負荷が掛からない走行）において、モータジェネレータの運転効率（回転効率、発電効率）を維持するために、冷却装置を作動させる必要がある温度であり、適宜設定されるものである。

温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が第１温度閾値以上であるとＥＣＵ３０により判定された場合、ステップＳ２６に進み、電動ポンプ２４を作動させる。また、モータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が第１温度閾値未満であるとＥＣＵ３０により判定された場合、再度ステップＳ２０の処理に戻される。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ３０により、パワースイッチ２８がＯＮにされているか否かが検出され、パワースイッチ２８がＯＮにされていれば、ＥＣＵ３０により第２の走行モード（スポーツ走行モード、エコノミー走行モード等）であると判定される。ＥＣＵ３０により第２の走行モードであると判断されれば、ステップＳ２５に進み、温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が第２温度閾値以上であるか否かがＥＣＵ３０により判定される。第２温度閾値は、第１温度閾値より低い温度閾値となるように設定されている。また、第２温度閾値も第１温度閾値と同様に、モータジェネレータが複数使用される場合であっても、少なくともいずれか１つのモータジェネレータに対する温度閾値が設定されていればよい。第１温度閾値がモータジェネレータＭＧ１に対して９０℃に設定されている場合、例えば、第２温度閾値はモータジェネレータＭＧ１に対して６０℃に設定される。また、第１温度閾値がモータジェネレータＭＧ２に対して１００℃に設定されている場合、例えば、第２温度閾値はモータジェネレータＭＧ２に対して８０℃に設定される。さらに、第１温度閾値がモータジェネレータＭＧ１に対して７０℃、モータジェネレータＭＧ２に対して１００℃に設定されている場合、例えば、第２温度閾値はモータジェネレータＭＧ１に対して４０℃、モータジェネレータＭＧ２に対して８０℃に設定される。

第２温度閾値は、第１温度閾値より低い温度閾値となるように設定されていればよいが、パワースイッチがＯＮ時の走行、すなわちスポーツ走行モード、エコノミー走行モード等（モータジェネレータに高い負荷が掛かる走行）において、モータジェネレータの運転効率（回転効率、発電効率）を維持するために、冷却装置を作動させる必要がある温度に設定されることが好ましい。

温度センサ３４により検出されたモータジェネレータ２２の温度Ｔ_１が第２温度閾値以上であるとＥＣＵ３０により判定された場合、ステップＳ２６に進み、電動ポンプ２４を作動させる。その後、処理は終了する。また、モータジェネレータ２２の温度が第２温度閾値未満であるとＥＣＵ３０により判定された場合、再度ステップＳ２０の処理に戻される。

以上のように、本実施形態の冷却装置では、運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードが設定された場合に、第１の走行モード時に設定される第１温度閾値より低い第２温度閾値に基づいて、電動ポンプを作動させ、モータジェネレータに冷却油を供給する。これにより、第２の走行モード時のモータジェネレータの冷却効率を高めることができるため、モータジェネレータに高負荷が掛かっても、モータジェネレータの負荷増加に伴う過熱を抑制することができる。

本実施形態に用いられる車両の駆動装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る冷却装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る冷却装置の動作を説明するためのフロー図である。本実施形態に係る冷却装置の動作の他の一例を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１駆動装置、２冷却装置、１２，１４インバータ、１６昇圧コンバータ、１８車輪、２０駆動軸、２２モータジェネレータ、２４電動ポンプ、２６熱交換器、２８パワースイッチ、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ配管、３４温度センサ、３６オイルパン、３８冷却油滴下部、ＥＮＧエンジン、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＳＤ動力分割機構、ＲＤ減速機。

Claims

車両に搭載された発電可能な第１の電動機に冷却媒体を供給する第１供給手段及び前記車両の駆動軸に駆動力を出力可能な第２の電動機に冷却媒体を供給する第２供給手段と、前記第１及び第２供給手段の作動を制御する制御手段と、第１の走行モードと運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を前記第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードとを切り替えるための切替スイッチの操作を検出する切替スイッチ操作検出手段と、を有し、
前記検出された切替スイッチの操作により、前記第１の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記第１の電動機の温度が予め設定した第１の電動機の温度閾値以上である時に、前記第１供給手段を作動させ、前記第２の電動機の温度が予め設定した第２の電動機の温度閾値以上である時に、前記第２供給手段を作動させ、
前記検出された切替スイッチの操作により、前記第２の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記第１及び第２の電動機の温度が前記温度閾値未満であっても、前記第１及び第２供給手段を作動させ、
前記第２の電動機の温度閾値は、前記第１の電動機の温度閾値より高いことを特徴とする冷却装置。
車両に搭載された発電可能な第１の電動機に冷却媒体を供給する第１供給手段及び前記車両の駆動軸に駆動力を出力可能な第２の電動機に冷却媒体を供給する第２供給手段と、前記第１及び第２供給手段の作動を制御する制御手段と、第１の走行モードと運転者のアクセル操作に対する駆動力の特性を前記第１の走行モードよりも高駆動力の特性とした第２の走行モードとを切り替えるための切替スイッチの操作を検出する切替スイッチ操作検出手段と、を有し、
前記検出された切替スイッチの操作により、前記第１の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記第１の電動機の温度が予め設定した第１の電動機の第１温度閾値以上である時に、前記第１供給手段を作動させ、前記第２の電動機の温度が予め設定した第２の電動機の第１温度閾値以上である時に、前記第２供給手段を作動させ、
前記検出された切替スイッチの操作により、前記第２の走行モードが設定された場合には、前記制御手段は、前記第１の電動機の温度が前記第１の電動機の第１温度閾値より低い第２温度閾値以上である時に、前記第１供給手段を作動させ、前記第２の電動機の温度が前記第２の電動機の第１温度閾値より低い第２温度閾値以上である時に、前記第２供給手段を作動させ、
前記第２の電動機の第１温度閾値は、前記第１の電動機の第１温度閾値より高く、前記第２の電動機の第２温度閾値は、前記第１の電動機の第２温度閾値より高いことを特徴とする冷却装置。