JP5758820B2

JP5758820B2 - 回転電機冷却システム

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Publication number: JP5758820B2
Application number: JP2012036001A
Authority: JP
Inventors: 知彦宮本; 健次郎永田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: US20130213607A1; JP2013172596A; US8912691B2

Description

本発明は、回転電機冷却システムに係り、特に回転電機の冷却を機械式冷媒ポンプと電動冷媒ポンプを用いて行うことができる回転電機冷却システムに関する。

エンジンと回転電機を搭載する車両には、回転電機や自動変速機等を冷却するために、エンジンによって駆動される機械式あるいはメカ式と呼ばれるオイルポンプの他に、エンジンの停止時であってもバッテリ等によって駆動される電気式あるいは電動式と呼ばれるオイルポンプが用いられる。

例えば、特許文献１には、機械式オイルポンプに加えて電動式オイルポンプを備える車両の油圧供給装置において、機械式オイルポンプの吐出側と電動式オイルポンプの吐出側との間に機械式オイルポンプからの作動油が電動式オイルポンプに逆流しないように逆止弁が設けられる構成が述べられている。さらに、機械式オイルポンプの吐出側と電動式オイルポンプの吐出側とを結ぶ吐出側油路と、機械式オイルポンプの吸入側と電動式オイルポンプの吸入側とを結ぶ吸入側油路との間に、吐出側油路から吸入側油路の方に順にオリフィスとリリーフ弁が設けられている。

特許文献２には、エンジンと共に駆動するメカオイルポンプに加えて、エンジンとは異なるポンプ駆動源により駆動される補助ポンプとしての電動オイルポンプを備える車両において、外気が低温時でオイルが高粘性となっても電動オイルポンプを低負荷で駆動させることができる補助ポンプ駆動制御装置が述べられている。ここでは、オイル貯留部であるオイルパンと主吐出油路との間にメカオイルポンプと電動オイルポンプポンプが並列に設けられ、メカオイルポンプの吐出側と主吐出油路の間に主逆止弁、電動オイルポンプの吐出側と主吐出油路との間に補助側逆止弁が設けられる。そして、電動オイルポンプの吸入側との間の補助吸入油路とは別に、電動オイルポンプの吐出側とオイルパンとの間に逆止弁を介して副吸入油路が設けられる。

そして、外気が低温の時には、電動オイルポンプがまず逆転駆動されることで、補助吸入油路に残って低温となって高粘度のオイルがオイルパンに戻される。オイルパンに貯留されているオイルは比較的暖まっているので、ここで油温が上昇する。また、副吸入油路を経てオイルパンから電動オイルポンプでオイルが吸入され、電動オイルポンプを経てオイルパンに戻される。このオイルは暖まっているオイルパンからであるので、電動オイルポンプの負荷は軽くて済む。これを継続することで、油温が上昇する。その後に、電動オイルポンプを正転に戻す。こうして、外気が低温時でも電動オイルポンプの負荷を軽くすることができると述べられている。

特開２００６−１６１８５１号公報特開２０１１−９７８号公報

機械式オイルポンプと電動オイルポンプを並列接続して回転電機を冷却する場合、両者の間に逆止弁を設けても、機械式オイルポンプの吐出圧と電動オイルポンプの吐出圧の大小関係によっては冷媒の逆流が生じ得る。例えば、電動オイルポンプに機械式オイルポンプからの冷媒が逆流すると、電動オイルポンプが逆回転し、また、逆流した冷媒が漏れることが生じ得る。電動オイルポンプが逆回転すると、電動オイルポンプを駆動する電動機が逆回転して回生状態となり、その駆動回路が損傷することが生じ得る。なお、機械式オイルポンプに電動オイルポンプからの冷媒が逆流すると、機械式オイルポンプはエンジンに接続されている関係で逆回転が生じず、また、逆流した冷媒は吸入口から冷媒源に戻されるので、冷媒が漏れることもない。このように、機械式オイルポンプと電動オイルポンプを並列接続して回転電機を冷却する場合に、逆止弁のみを用いる構造では課題が残る。

これを回避するものとして、機械式オイルポンプの駆動と電動オイルポンプの駆動とが競合しないように、いずれか一方側のみを駆動する制御をすることが考えられる。この場合、一方側の駆動では回転電機の冷却に十分な冷媒供給が行えないことが生じ得る。いずれか一方側の駆動で回転電機の冷却を十分に行えるようにしようとすると、オイルポンプが大型化する。

また、機械式オイルポンプと電動オイルポンプを並列接続して回転電機を冷却する場合にオイルクーラ等の熱交換器で冷媒の温度を下げるものとすると、極低温時にもオイルクーラを冷媒が経由することになって、冷媒の温度を上げることが困難となる。一般的には、低温時において、バッテリで駆動できる電動オイルポンプを作動させて冷媒の温度を上げることが行われる。そこではエンジンを停止して逆止弁によって逆流を防止しながら電動オイルポンプを作動させることができるが、その場合でも、電動オイルポンプからの冷媒はやはりオイルクーラを経由することになるので、冷媒の温度上昇がはかどらない。

本発明の目的は、機械式冷媒ポンプと電動冷媒ポンプを並列接続して回転電機を冷却する場合に、冷媒の逆流による弊害を生じないようにしながら十分な冷媒を回転電機に供給できる回転電機冷却システムを提供することである。他の目的は、低温時に冷媒の温度を迅速に上げることを可能にする回転電機冷却システムを提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る回転電機冷却システムは、内燃機関と回転電機とを含む動力装置と、回転電機を冷却する冷媒を貯留する冷媒源と、内燃機関によって駆動され、冷媒源から冷媒を吸入し、第１逆止弁を介して主吐出流路に吐出して回転電機に冷媒を供給する機械式冷媒ポンプと、冷媒源から冷媒を吸入し、第２逆止弁を介し、機械式冷媒ポンプに対し主吐出流路に並列に接続されて冷媒を吐出して回転電機に冷媒を供給する電動冷媒ポンプと、電動冷媒ポンプの吐出口と第２逆止弁との間から分岐して回転電機に冷媒を供給するパイパス流路と、バイパス流路に設けられ、所定のリリーフ圧で開弁するリリーフ弁と、主吐出流路に設けられ、冷媒の温度を低下させる熱交換器と、を含み、リリーフ弁は、冷媒温度が適正温度範囲の下限温度のときの下限時吐出圧と、冷媒温度が適正下限温度よりも低温の閾値温度について予め定めた閾値吐出圧との間の吐出圧として設定されるリリーフ圧で開弁し、冷媒温度が適正温度よりも低温のときには機械式冷媒ポンプの作動を停止し、電動冷媒ポンプを作動させ、熱交換器を介さずにリリーフ弁を介して冷媒を回転電機に供給することを特徴とする。

上記構成により、回転電機冷却システムは、冷媒源から冷媒を吸入し、第１逆止弁を介して主吐出流路に吐出して回転電機に冷媒を供給する機械式冷媒ポンプと、冷媒源から冷媒を吸入し、第２逆止弁を介し、機械式冷媒ポンプに対し主吐出流路に並列に接続されて冷媒を吐出して回転電機に冷媒を供給する電動冷媒ポンプとを備える。そして電動冷媒ポンプの吐出口と第２逆止弁との間から分岐して回転電機に冷媒を供給するパイパス流路にリリーフ弁が設けられる。これによって、主吐出流路を介さずに、バイパス流路とリリーフ弁とを介して回転電機に直接的に冷媒を供給できる。したがって、冷媒の逆流を生じさせずに十分な冷媒を回転電機に供給することができる。

また、回転電機冷却システムにおいて、リリーフ弁が開弁するリリーフ圧は、冷媒温度が適正温度範囲の下限温度のときの下限時吐出圧と、冷媒温度が適正下限温度よりも低温の閾値温度について定めた閾値吐出圧との間の吐出圧に設定される。これによって、適正下限温度と閾値温度の範囲の低温のときにリリーフ弁が開き、主吐出流路を介さずに、バイパス流路とリリーフ弁とを介して回転電機に直接的に冷媒を供給できる。

また、回転電機冷却システムにおいて、主吐出流路に冷媒の温度を低下させる熱交換器が設けられ、冷媒温度が適正温度よりも低温のときには機械式冷媒ポンプの作動を停止し、電動冷媒ポンプを作動させ、熱交換器を介さずにリリーフ弁を介して冷媒を回転電機に供給される。これによって、低温のときにリリーフ弁が開き、主吐出流路の熱交換器を通らずに、バイパス流路とリリーフ弁とを介して回転電機に直接的に冷媒を供給できる。したがって、低温時に冷媒の温度を迅速に上げることが可能になる。

本発明に係る実施の形態における回転電機冷却システムの構成を示す図である。本発明に係る参考実施の形態の回転電機冷却システムにおいて、ＭＯＰを作動させＥＯＰを作動させないときの冷媒の流れを示す模式図である。本発明に係る参考実施の形態の回転電機冷却システムにおいて、ＭＯＰとＥＯＰを同時作動させたときの冷媒の流れを示す模式図である。本発明に係る実施の形態の回転電機冷却システムにおいて、冷媒の温度による吐出圧の変化を説明する図である。本発明に係る実施の形態の回転電機冷却システムにおいて、冷媒の温度が低温のときにＥＯＰのみを作動させたときの冷媒の流れを示す模式図である。本発明に係る参考実施の形態の回転電機冷却システムでＭＯＰとＥＯＰを同時作動させたときにおいて、内燃機関の回転数に対するＭＯＰの吐出圧とＥＯＰの吐出圧の関係を示す図である。図６における動作範囲（Ａ）における冷媒の流れを示す模式図である。図６における動作範囲（Ｂ）における冷媒の流れを示す模式図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、動力装置として、エンジンと１台の回転電機とその間に設けられる動力伝達機構を有する構成を説明するが、これは説明のための例示である。ここでは、エンジンと回転電機を有するものであればよく、エンジンの出力と回転電機の出力との間の関係は、車両の仕様に応じ、適宜変更が可能である。また、車両に搭載される回転電機を１台として説明するが、これも例示であって、複数の回転電機が車両に搭載される場合であってもよい。例えば、１台の回転電機を駆動用に、もう１台の回転電機を発電用に用いる構成としてもよく、前輪駆動用と後輪駆動用で別々の回転電機としてもよい。

また、以下では、回転電機を冷却する冷媒として潤滑油としても用いられるＡＴＦを説明するが、これは例示であって、これ以外の冷却用流体でもよい。これに伴い、冷媒を循環する冷媒ポンプにオイルポンプの表記を用いるが、これもＡＴＦを用いる場合に合わせたものである。

また、電動オイルポンプの駆動回路の電源としては、回転電機の電源装置とは独立の低電圧電源として説明するが、これは説明のための例示である。例えば、回転電機の電源装置から低電圧に電圧変換された電力を電動オイルポンプの駆動回路に供給するものとしてもよい。

また、以下では、回転電機と動力伝達機構とが１つのケース体に収納され、そのケース内とオイルポンプユニットとの間で冷媒が循環するものとして説明するが、これは説明のための例示である。例えば、１つのケースにまとめずに、回転電機と動力伝達機構とオイルポンプユニットの間を冷媒が循環する構成としてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、ハイブリッド車両に搭載される回転電機についての回転電機冷却システム１０の構成を示す図である。この回転電機冷却システム１０は、ハイブリッド車両に搭載される回転電機２０の冷却構造１２と、制御装置８０を含むシステムである。

冷却構造１２は、ハイブリッド車両の駆動源である動力装置１４として、エンジン１６と図１ではＭ／Ｇとして示される回転電機２０を含み、回転電機２０に接続されるＭ／Ｇ駆動回路３０とその電源である高電圧電源３２を含む。冷却構造１２は、さらに、回転電機２０を内部に含むケース体２４の内部に冷媒２６を循環供給するオイルポンプユニット４０と、オイルポンプユニットとケース体２４の内部とを結ぶバイパス流路６４とバイパス流路６４に設けられるリリーフ弁５２とを含む。オイルポンプユニット４０は、図１ではＭＯＰとして示される機械式オイルポンプ４２と、ＥＯＰとして示される電動オイルポンプ４４を含んで構成される。

動力装置１４は、エンジン１６と、回転電機２０と、この間に設けられる動力伝達機構１８を含んで構成される。エンジン１６は、内燃機関である。また、回転電機２０は、ハイブリッド車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、Ｍ／Ｇ駆動回路３０から電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジン１６による駆動時、あるいはハイブリッド車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。

回転電機２０に設けられる温度検出器２７は、回転電機２０の温度θ_Mを検出する回転電機温度検出手段である。温度検出器２７の検出データは、図示されていない適当な信号線を用いて、制御装置８０に伝送される。

動力伝達機構１８は、ハイブリッド車両に供給する動力をエンジン１６の出力と回転電機２０の出力との間で分配する機能を有する機構である。かかる動力伝達機構１８としては、エンジン１６の出力軸、回転電機２０の出力軸、図示されていない車軸への出力軸の３つの軸に接続される遊星歯車機構を用いることができる。図１で動力伝達機構１８とエンジン１６とを接続する軸がエンジン１６の出力軸２２である。この出力軸２２は、接続軸７０を介して機械式オイルポンプ４２の駆動軸に接続され、機械式オイルポンプ４２の駆動に用いられる。

Ｍ／Ｇ駆動回路３０は、高電圧電源３２の直流電力と回転電機２０を駆動するための交流電力との間の電力変換を行うインバータを含む回路である。インバータは、複数のスイッチング素子のオンオフタイミングを適切に調整するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって三相駆動信号を生成して、回転電機２０に供給する回路である。ＰＷＭ制御は、回転電機２０の回転周期に応じた周期を有する基本波信号と、鋸歯状波形を有するキャリア信号との比較で、パルス幅を変調する制御である。インバータは、このＰＷＭ制御によって、回転電機２０の出力を所望の動作状態とする。

高電圧電源３２は、充放電可能な高電圧用二次電池である。具体的には、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池で構成することができる。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子電圧を得るようにしたものである。高電圧電源３２としては、その他に、ニッケル水素組電池、大容量キャパシタ等を用いることができる。

ケース体２４は、動力伝達機構１８と回転電機２０とを内部に含む筐体である。ケース体２４の内部空間には、動力伝達機構１８と回転電機２０の可動部分の潤滑と、動力伝達機構１８および回転電機２０の冷却を行うための冷媒２６が貯留される。冷媒としては、ＡＴＦと呼ばれる潤滑油を用いることができる。

ケース体２４に設けられる温度検出器２８は、冷媒２６の温度θ_Cを検出する冷媒温度検出手段である。温度検出器２８の検出データは、図示されていない適当な信号線を用いて、制御装置８０に伝送される。

オイルポンプユニット４０は、機械式オイルポンプ４２と、電動オイルポンプ４４を含むユニットで、ケース体２４の内部空間に冷媒２６を循環供給する冷媒ポンプユニットである。冷媒排出路６０は、ケース体２４において重力方向に沿った下方側、つまりケース体２４の底部に近い箇所に設けられる冷媒排出口と、オイルポンプユニット４０を結ぶ冷媒流通パイプである。冷媒供給路６２は、オイルポンプユニット４０と、ケース体２４において重力方向に沿った上方側、つまりケース体２４の天井部に近い箇所に設けられる冷媒供給口とを結ぶ冷媒流通パイプである。オイルクーラ５０は、冷媒２６の温度を空冷あるいは水冷によって低下させる熱交換器である。

機械式オイルポンプ４２は、駆動軸が接続軸７０を介してエンジン１６の出力軸２２に接続される機械式冷媒ポンプで、エンジン１６が動作するときに駆動される。すなわち、エンジン１６の始動に伴って機械式オイルポンプ４２は駆動が開始され、エンジン１６が停止すると機械式オイルポンプ４２の駆動が終了する。

電動オイルポンプ４４は、制御装置８０からの制御信号の下でＥＯＰ駆動回路７２によって駆動される電動冷媒ポンプである。ＥＯＰ駆動回路７２には、低電圧電源７４から直流電力が供給される。低電圧とは、高電圧電源３２の電圧に比較して低電圧という意味で、例えば約１２Ｖから１６Ｖの電圧を用いることができる。電動オイルポンプ４４の駆動軸を回転させるモータとしては、三相同期型モータを用いることができる。この場合には、ＥＯＰ駆動回路７２は、直流交流変換機能を有するインバータを含んで構成される。また、インバータのＰＷＭ制御におけるオン・オフデューティを変更することによって、電動オイルポンプ４４の出力を可変することができる。

なお、三相同期型モータの代わりに単相交流モータを用いることもでき、あるいは直流モータを用いることもできる。電動オイルポンプ４４の駆動軸を回転させるモータとして用いられるモータ形式に応じて、ＥＯＰ駆動回路７２の内容が変更される。

機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とは、冷媒排出路６０と冷媒供給路６２の間に、互いに並列の関係で接続される。逆止弁４６は、機械式オイルポンプ４２とケース体２４の冷媒供給口との間で冷媒２６が逆流しないように設けられる弁である。同様に逆止弁４８は、電動オイルポンプ４４と、ケース体２４の冷媒供給口との間で冷媒２６が逆流しないように設けられる弁である。

バイパス流路６４は、オイルポンプユニット４０とケース体２４の内部とを結び、冷媒供給路６２をバイパスする流路である。具体的には、電動オイルポンプ４４の吐出口から逆止弁４８を介してケース体２４の内部に至る冷媒供給路６２において、電動オイルポンプ４４の吐出口と逆止弁４８の間から分岐してケース体２４の内部に至る冷媒流通パイプである。

リリーフ弁５２は、バイパス流路６４に直列に設けられ、所定のリリーフ圧で開弁する流体弁である。所定のリリーフ圧の詳細については後述する。

制御装置８０は、上記の各要素を全体として制御する機能を有するが、特にここでは、リリーフ弁５２の機能を有効に利用して、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を効果的に作動させる機能を有する。かかる制御装置８０は、ハイブリッド車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。

制御装置８０は、冷媒２６の逆流を生じないように機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させる制御を行う同時作動制御部８２と、低温時において冷媒２６の温度θ_Cを上昇させるための制御を行う低温時作動制御部８４と、高温時に冷媒２６の供給を増加させる制御を行う高温時作動制御部８６を含んで構成される。これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、オイルポンプ制御プログラムを実行することで実現できる。

上記構成の作用について、図２以下を用いて詳細に説明する。図２と図３は、一般的な温度における制御の下の冷媒２６の流れを示す模式図である。図４と図５は、低温時の制御を説明する図である。図６から図８は高温時の制御を説明する図である。

ここで、図２，３，５，７，８は、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とオイルクーラ５０とリリーフ弁５２と回転電機２０と、これらを結ぶ冷媒流路を抜き出して示す模式図である。ここでは、ケース体２４の内部を、冷媒２６を貯留するオイルパンのように模式的に示されている。その意味で、冷媒２６が貯留されるケース体２４の内部は、冷媒源である。これらの図は、冷媒源から冷媒２６が機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４によって汲み上げられ、適当な冷媒流路を通って回転電機２０に供給され、再び冷媒源に戻される冷媒２６の流れを示す模式図である。

図２は、参考実施の形態として、機械式オイルポンプ４２が作動し、電動オイルポンプ４４が作動していないときの冷媒２６の流れを示す図である。このような状態は、エンジン１６が作動中で、電動オイルポンプ４４が停止しているときに相当する。このときは、機械式オイルポンプ４２の作動によって生じる吐出圧によって逆止弁４６が開き、逆止弁４８が閉じられる。これによって、機械式オイルポンプ４２から電動オイルポンプ４４に冷媒２６が流れ込むことがない。機械式オイルポンプ４２によって冷媒源から汲み上げられた冷媒２６は、オイルクーラ５０を通ってその温度が下げられ、回転電機２０に供給されて回転電機２０を冷却し、暖かくなった冷媒２６は冷媒源に戻される。これが繰り返されて、機械式オイルポンプ４２によって冷媒２６が循環する。

図３は、参考実施の形態として、図２の状態に加えて、電動オイルポンプ４４も作動させたときの冷媒２６の流れを示す図である。ここでは、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とが同時作動される。この制御は、制御装置８０の同時作動制御部８２の機能によって実行される。具体的には、エンジン１６が作動中のときに、ＥＯＰ駆動回路７２に対して駆動指令が出される。

エンジン１６の回転数が十分に高いときは、機械式オイルポンプ４２の吐出圧は電動オイルポンプ４４の吐出圧よりも高いので、逆止弁４８は閉じたままである。このときに電動オイルポンプ４４を作動させても、電動オイルポンプ４４によって冷媒源から汲み上げられた冷媒２６は逆止弁４８を経由して回転電機２０に供給されない。ここで、電動オイルポンプ４４の吐出圧でリリーフ弁５２が開弁するようにリリーフ圧を設定することで、電動オイルポンプ４４によって冷媒源から汲み上げられた冷媒２６がリリーフ弁５２を経由して回転電機２０に流れるようにできる。このように、リリーフ弁５２を電動オイルポンプ４４の吐出口と回転電機２０との間に設けることで、冷媒２６の逆流なしで、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とを同時作動させることができる。

次に、リリーフ弁５２の作用を用いて、低温時に冷媒２６の温度θ_Cを上昇させる方法を、図４と図５を用いて説明する。

図４は、冷媒２６の負荷抵抗特性線と、電動オイルポンプ４４の出力特性線を示す図である。ここで、負荷抵抗特性線と出力特性線について説明する。

電動オイルポンプ４４に用いられる冷媒２６の温度θ_Cを一定としたとき、流量Ｑを大きくするには、吐出圧Ｐを高くする必要がある。このように、吐出圧Ｐが高くなるにつれて、流路を流れる冷媒２６の流量Ｑが大きくなる特性が、冷媒２６の負荷抵抗特性線と呼ばれるものである。図４において、θ₀，θ_A，θ_Bの表示が付けられている曲線が負荷抵抗特性線である。冷媒２６の温度θ_Cが変わると負荷抵抗特性線が変わり、温度θ_Cが低くなるほど、同じ吐出圧Ｐの下での流量Ｑが小さくなる。

図４では、冷媒２６の温度θ_Cの適正範囲の中心温度がθ₀、適正範囲の下限温度がθ_B、θ_Bよりも低温で粘度の高くなっている温度がθ_Aで示されている。つまり、θ₀＞θ_B＞θ_Aである。ここで、θ₀に比べθ_Bが低温であるが、θ_Bにおける負荷抵抗特性線９２がθ₀における負荷抵抗特性線９０よりも、同じ吐出圧Ｐで比較すると、小流量側になっている。また、θ_Bに比べθ_Aが低温であるが、θ_Aにおける負荷抵抗特性線９４がθ_Bにおける負荷抵抗特性線９２よりも、同じ吐出圧Ｐで比較すると、小流量側になっている。

一方、電動オイルポンプ４４の駆動条件を一定、すなわち電動オイルポンプ４４の出力を一定としたとき、冷媒２６が流れる流路の負荷が小さいほど流量Ｑは大きくなる。流路の負荷は吐出圧Ｐで示されるので、吐出圧Ｐが小さいほど流量Ｑが大きくなる。このように、吐出圧Ｐが低くなるにつれて、流路を流れる冷媒２６の流量Ｑが大きくなる特性が、電動オイルポンプ４４の出力特性線と呼ばれるものである。図４でＥＯＰ出力と表示されている特性線が出力特性線９６である。

電動オイルポンプ４４を用いて冷媒２６を送り出すときの動作点は、冷媒２６の温度θ_Cで決まる負荷抵抗特性線９０，９２，９４と、電動オイルポンプ４４の駆動条件で決まる出力特性線９６との交点における吐出圧Ｐと流量Ｑで定まる。図４では、負荷抵抗特性線９２と出力特性線９６との交点における吐出圧Ｐ_Bと、負荷抵抗特性線９４と出力特性線９６との交点における吐出圧Ｐ_Aが示されている。吐出圧Ｐ_Bは、冷媒２６の温度θ_Cが適正範囲の下限温度θ_Bであるときの電動オイルポンプ４４の下限時吐出圧である。吐出圧Ｐ_Aは、冷媒２６の温度θ_Cがθ_Bよりも低温で、これ以下では使用されない温度として定めた閾値温度のθ_Aであるときの電動オイルポンプ４４の閾値吐出圧である。閾値吐出圧Ｐ_Aは、吐出圧Ｐ_Bよりも高い。

図５は、冷媒２６の温度θ_Cが適正範囲の下限温度θ_Bよりも低温のときの制御における冷媒２６の流れを示す模式図である。ここでは、冷媒２６の温度θ_Cを迅速に上昇させる制御として、エンジン１６を停止し、したがって機械式オイルポンプ４２の作動が停止される。そして、電動オイルポンプ４４が起動される。この処理手順は、制御装置８０の低温時作動制御部８４の機能によって実行される。

ここで、リリーフ弁５２が開くリリーフ圧Ｐ_Rを、図４で説明した下限時吐出圧Ｐ_Bよりも大きく、閾値吐出圧Ｐ_Aよりも小さい適当な値に設定する。すなわち、Ｐ_B＜Ｐ_R＜Ｐ_Aとする。例えば、下限時吐出圧Ｐ_Bよりも大きい値であることを確認した上で、リリーフ圧Ｐ_R＝０．９Ｐ_Aとすることができる。勿論、これ以外の値に設定してもよい。なお、Ｐ_B＜Ｐ_R＜Ｐ_Aとする設定で、図３で説明した作動制御は問題ない。

このようにリリーフ圧Ｐ_Rが設定されると、冷媒２６の温度θ_Cが適正範囲の下限温度θ_Bよりも低温のときでも、そのときの吐出圧がリリーフ圧Ｐ_Rよりも高ければ、リリーフ弁５２は開弁する。リリーフ弁５２が開弁すると、電動オイルポンプ４４によって冷媒源から汲み上げられた冷媒２６は、逆止弁４８経由ではなく、リリーフ弁５２を通って回転電機２０に供給される。回転電機２０に供給された冷媒２６は冷媒源に戻され、これが繰り返されて冷媒２６が循環する。

このとき、リリーフ弁５２を通る冷媒２６は、オイルクーラ５０を通らない。また、機械式オイルポンプ４２は停止しているので、オイルクーラ５０を経由して回転電機２０に冷媒２６は供給されないことになる。したがって、回転電機２０に供給される冷媒２６はオイルクーラ５０によって温度が下げられることがない。このように、リリーフ弁５２を電動オイルポンプ４４と回転電機２０の間に設けることで、低温時において冷媒２６の温度を迅速に上昇させることができる。

次に、参考実施の形態として、リリーフ弁５２の作用を用いて、高温時に、回転電機２０に供給する冷媒２６の量を増加させる方法を、図６から図８を用いて説明する。図６は、横軸がエンジン１６の回転数Ｎ_Eで、縦軸が機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPまたは電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPである。図６は、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とを同時作動させたときにおいて、エンジン１６の回転数Ｎ_Eに対するＰ_MOPとＰ_EOPの関係を示す図である。

機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPの特性線１００は、エンジン１６の回転数Ｎ_Eの増加と共にＰ_MOPが増加する特性を示す。一方、電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPの特性線１０２は、エンジン１６の回転数Ｎ_Eに関わらず一定の特性を示す。ここで、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４とを同時作動させると、吐出圧Ｐ_MOPと吐出圧Ｐ_EOPの大小関係について、２つの動作範囲（Ａ），（Ｂ）が区別されることが分かる。動作範囲（Ａ）は、電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPが機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPよりも大きくなる動作範囲である。動作範囲（Ｂ）は、機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPが電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPよりも大きくなる動作範囲である。

高温時において、回転電機２０に供給する冷媒２６の量を増加させたいときには、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させる制御を行う。この処理手順は、制御装置８０の高温時作動制御部８６の機能によって実行される。なお、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させる制御は、図３で説明した内容を含むので、その意味で、高温時作動制御部８６の機能は、同時作動制御部８２の機能を一部含むことになる。

図７は、回転電機２０に供給する冷媒２６の量を増加させるために、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させたときの動作範囲（Ａ）における冷媒２６の流れを示す図である。ここでは、電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPが機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPよりも大きいので、電動オイルポンプ４４の吐出口に設けられた逆止弁４８は開弁する。機械式オイルポンプ４２の吐出口に設けられた逆止弁４６は吐出圧Ｐ_EOPによって幾分か押し戻されるがＰ_MOPによって開いた状態である。

このように、動作範囲（Ａ）においては、２つの逆止弁４６，４８を通って冷媒２６が流れる状態となる。このとき、電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPが機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPよりも大きいので、電動オイルポンプ４４に機械式オイルポンプ４２からの逆流は生じない。したがって、逆流による電動オイルポンプシステムの劣化等の問題は生じない。機械式オイルポンプ４２へは電動オイルポンプ４４からの冷媒２６が逆流するが、機械式オイルポンプ４２はエンジン１６に接続されているので、逆流によって機械式オイルポンプ４２の逆回転は生じず、逆流した冷媒２６は機械式オイルポンプ４２の吸入口から冷媒源に戻される。したがって、機械式オイルポンプ４２において冷媒２６の逆流による損傷等の問題は生じない。

したがって、動作範囲（Ａ）においては、機械式オイルポンプ４２からの冷媒２６に加えて、電動オイルポンプ４４からの冷媒２６がオイルクーラ５０を経由して回転電機２０に供給される。これにより、機械式オイルポンプ４２のみを作動させる場合に比較して回転電機２０へ供給される冷媒２６の量を増加させることができる。

図８は、回転電機２０に供給する冷媒２６の量を増加させるために、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させたときの動作範囲（Ｂ）における冷媒２６の流れを示す図である。ここでは、機械式オイルポンプ４２の吐出圧Ｐ_MOPが電動オイルポンプ４４の吐出圧Ｐ_EOPよりも大きいので、電動オイルポンプ４４の吐出口に設けられた逆止弁４８は閉じた状態となる。この状態は、図３と同じ状態で、リリーフ弁５２が開弁する。したがって、図３で説明したように、電動オイルポンプ４４によって冷媒源から汲み上げられた冷媒２６は、リリーフ弁５２を通って回転電機２０に供給される。機械式オイルポンプ４２からはオイルクーラ５０を経由して冷媒２６が回転電機２０に供給される。これにより、機械式オイルポンプ４２のみを作動させる場合に比較して回転電機２０へ供給される冷媒２６の量を増加させることができる。

このように、リリーフ弁５２を電動オイルポンプ４４と回転電機２０の間に設けることで、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させても冷媒２６の逆流による弊害を生じさせることなく、回転電機２０に供給する冷媒２６の量を増加することができる。上記では、冷媒２６の量を増加させる場合として、高温時を説明したが、勿論、高温時以外でも、冷媒２６の量を増加させたい場合に、機械式オイルポンプ４２と電動オイルポンプ４４を同時作動させて構わない。

本発明に係る回転電機冷却システムは、機械式オイルポンプと電動オイルポンプを搭載するハイブリッド車両に利用できる。

１０回転電機冷却システム、１２冷却構造、１４動力装置、１６エンジン、１８動力伝達機構、２０回転電機、２２出力軸、２４ケース体、２６冷媒、２７，２８温度検出器、３０Ｍ／Ｇ駆動回路、３２高電圧電源、４０オイルポンプユニット、４２機械式オイルポンプ（ＭＯＰ）、４４電動オイルポンプ（ＥＯＰ）、４６，４８逆止弁、５０オイルクーラ、５２リリーフ弁、６０冷媒排出路、６２冷媒供給路、６４バイパス流路、７０接続軸、７２ＥＯＰ駆動回路、７４低電圧電源、８０制御装置、８２同時作動制御部、８４低温時作動制御部、８６高温時作動制御部、９０，９２，９４負荷抵抗特性線、９６出力特性線、１００，１０２特性線。

Claims

内燃機関と回転電機とを含む動力装置と、
回転電機を冷却する冷媒を貯留する冷媒源と、
内燃機関によって駆動され、冷媒源から冷媒を吸入し、第１逆止弁を介して主吐出流路に吐出して回転電機に冷媒を供給する機械式冷媒ポンプと、
冷媒源から冷媒を吸入し、第２逆止弁を介し、機械式冷媒ポンプに対し主吐出流路に並列に接続されて冷媒を吐出して回転電機に冷媒を供給する電動冷媒ポンプと、
電動冷媒ポンプの吐出口と第２逆止弁との間から分岐して回転電機に冷媒を供給するパイパス流路と、
バイパス流路に設けられ、所定のリリーフ圧で開弁するリリーフ弁と、
主吐出流路に設けられ、冷媒の温度を低下させる熱交換器と、
を含み、
リリーフ弁は、冷媒温度が適正温度範囲の下限温度のときの下限時吐出圧と、冷媒温度が適正下限温度よりも低温の閾値温度について予め定めた閾値吐出圧との間の吐出圧として設定されるリリーフ圧で開弁し、
冷媒温度が適正温度よりも低温のときには機械式冷媒ポンプの作動を停止し、電動冷媒ポンプを作動させ、熱交換器を介さずにリリーフ弁を介して冷媒を回転電機に供給することを特徴とする回転電機冷却システム。