JP5794198B2 - 冷却制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の電動機にオイルを供給することにより、それら電動機を冷却する冷却制御装置に関し、特にケースの内部に貯留されたオイルを循環させるように構成された冷却制御装置に関するものである。

従来知られた車両は、動力伝達部であるギヤの噛み合い面や摺動部材の摺動面にオイルを供給することにより摩擦を低下させるように構成されている。また、電動機を動力源とした電気自動車や、内燃機関と電動機とのそれぞれを動力源として設けられたハイブリッド車両などが開発されており、それら電動機を搭載した車両は、電動機の耐久性や特性の低下を抑制あるいは防止するために、電動機にオイルを供給して冷却するように構成されている。

特許文献１には、内燃機関と２つの電動機とを動力源としたハイブリッド車両において、各電動機にオイルを供給して冷却する装置が記載されている。この特許文献１に記載された冷却装置は、各電動機のそれぞれを収容するケースが設けられており、それら電動機にオイルを供給した後に、それぞれのケースの下方部にオイルが一時的に貯留されるように構成されている。具体的には、各ケースに貯留されたオイルが流入される空間が形成され、その空間に配置されたギヤによってオイルを掻き上げるように構成されており、その掻き上げられたオイルを各電動機より鉛直方向における上方に設けられたキャッチタンクに貯留する。そして、キャッチタンクには、各電動機に向けて開口した開口部が形成されており、そのキャッチタンクに貯留されたオイルを電動機に供給して冷却するように構成されている。

また、電動機におけるロータがオイルに浸漬してしまうと、ロータが回転する際に攪拌損失などの動力損失が生じてしまう可能性があるため、各ケースに貯留されたオイルの油面高さに応じて、上記開口部を開閉する弁が設けられている。すなわち、油面高さが所定高さ以上となったときに、弁が開口部を閉じて一時的にキャッチタンクからオイルを電動機に供給しないことによって、ケースの内部に貯留されたオイルの油面高さが過剰に増加しないように構成されている。

なお、特許文献２には、ギヤが回転することにより掻き上げられてキャッチタンクに一時的に貯留されたオイルを、ケースに収容された各部材に供給するように構成された装置が記載されており、その特許文献２に記載された装置は、複数のギヤによってオイルを掻き上げるとともに、それらギヤを収容する空間を堰（せき）により区画することにより、各ギヤが掻き上げるオイルの油面高さをそれぞれ異ならせるように構成されている。すなわち、オイルを掻き上げるギヤ毎に油面の高さを設定することにより、ギヤがオイルに浸漬し過ぎることによる攪拌損失の増大を抑制もしくは防止することができるように構成されている。なお、各ギヤにより掻き上げられたオイルは、同一のキャッチタンクに供給され、そのキャッチタンクから各部材にオイルが供給されるように構成されている。

特開２００８−２８６２４７号公報 特開２００８−３９０７９号公報

特許文献１に記載された冷却装置は、各電動機が収容されたそれぞれのケースにオイルを一時的に貯留した後に、ギヤによってオイルを掻き上げるための空間にオイルを流動させるように構成されている。すなわち、各電動機に供給されたオイルは、ギヤが収容された空間に供給されて混合される。そのため、いずれか一方の電動機に供給されて温度上昇したオイルと、他方の電動機に供給されて比較的低温であるオイルとを混合してしまうので、再度、各電動機に供給する際のオイルの温度が少なからず高くなってしまうので、電動機の冷却効率が低下してしまう可能性がある。

この発明は上述した事情を背景としてなされたものであって、オイルが供給されて冷却される複数の電動機の冷却効率を向上させることができる冷却制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の電動機と、それら電動機にオイルを供給して冷却するオイル供給手段とを備えた冷却制御装置において、前記各電動機に供給されたオイルを貯留しかつ前記各電動機毎に設けられた複数のオイルパンと、前記各オイルパンに貯留されるオイルの温度を判断する判断手段と、前記複数のオイルパンのうち前記判断手段により判断されたオイルの温度が低温となるオイルパンを前記オイル供給手段にオイルを汲み上げて供給するオイルパンとして選択する第１選択手段と、前記複数のオイルパンからオイルが流入される他のオイルパンと、前記他のオイルパンのオイルを掻き上げて潤滑の用に供する回転体と、前記複数のオイルパンのうち前記判断手段により判断されたオイルの温度が高温となるオイルパンを前記他のオイルパンにオイルを流入させるオイルパンとして選択する第２選択手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記判断手段は、前記各電動機の温度を検出して判断する手段を含むことを特徴とする冷却制御装置である。

この発明によれば、複数の電動機毎に設けられたオイルパンのうち、オイルパンに貯留されるオイルの温度が低温であると判断されるオイルパンがオイル供給手段にオイルを供給するオイルパンとして選択される。そのため、各電動機に低温のオイルを供給することができるので、各電動機の冷却効率を向上させることができる。

また、各オイルパンに連通した他のオイルパンを備え、そのオイルパンのオイルを回転体によって掻き上げるように構成されているとともに、他のオイルパンには、各オイルパンに貯留されたオイルのうち、オイルパンに貯留されるオイルの温度が高温であると判断されるオイルパンからオイルが流入される。そのため、他のオイルパンのオイルが高温となることにより、回転体が掻き上げるオイルの粘性が低くなり、その結果、回転体がオイルを掻き上げる際の動力損失を低下させることができる。

この発明に係る冷却制御装置の一例におけるオイルの流れを説明するための図である。 その冷却制御装置における各モータ・ジェネレータの配置を説明するための図である。 その冷却制御装置における切替弁および切替機構の切替制御の一例を説明するためのフローチャートである。 その冷却制御装置における第２モータ・ジェネレータの温度が第１モータ・ジェネレータの温度より高温のときのオイルの流れを示す図である。 第２モータ・ジェネレータの温度が第１モータ・ジェネレータの温度より高温のときの各オイルパンにおける油面の高さを示す図である。

つぎにこの発明に係る冷却制御装置の一例について説明する。図２は、車両に搭載されたトランスアクスルのケース１の内部に２つのモータ・ジェネレータ２，３が設けられた状態を模式的に示している。これら２つのモータ・ジェネレータ２，３は、この発明における「複数の電動機」に相当するものであり、車両の動力源として機能することができるものである。すなわち、少なくともいずれか一方のモータ・ジェネレータ２（３）を駆動することにより車両を走行させることができるように構成されている。また、それらのモータ・ジェネレータ２，３は、電力が供給されることにより電動機として機能することができるとともに、ロータが回転させられる動力を電気エネルギに変換する発電機として機能することができるように構成されている。

より具体的には、図示しないガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいはガスエンジンなどの内燃機関から出力された動力を、一方のモータ・ジェネレータ２（３）で回生するとともに、そのモータ・ジェネレータで回生された電力を他方のモータ・ジェネレータ３（２）に通電してあるいは図示しない蓄電池に充電するように構成されている。また、そのモータ・ジェネレータ２（３）により発電された電力が供給され、あるいは蓄電池に充電された電力が通電されて他方のモータ・ジェネレータ３（２）が力行制御されることにより、内燃機関から伝達されたトルクに、他方のモータ・ジェネレータ３（２）から出力されたトルクを加算することができるように構成されている。なお、車両が制動制御される場合には、一方のモータ・ジェネレータ２（３）電動機が回生制御されることにより、車両が減速するトルクを作用させるとともに発電することができる。なお、以下の説明では、一方のモータ・ジェネレータを第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２と示し、他方のモータ・ジェネレータを第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３と示す。

なお、この発明に係る冷却装置は、上述したように内燃機関を備えた車両を対象とするものに限らず、例えば、２つの電動機のみの動力によって車両の動力を出力する電気自動車を対象とすることができる。

図２に示す各モータ・ジェネレータ２，３は、トランスアクスルのケース１に収容されており、そのケース１の下方に設けられたオイルパン４，５に貯留されたオイルが循環されてモータ・ジェネレータ２，３が冷却されるように構成されている。具体的には、オイルパン４，５に貯留されたオイルを、後述するオイルポンプ６あるいはギヤによって、鉛直方向における各モータ・ジェネレータ２，３の上方に汲み上げあるいは掻き上げた後に、各モータ・ジェネレータ２，３にオイルを滴下させるなどしてモータ・ジェネレータ２，３を冷却するように構成されている。なお、各モータ・ジェネレータ２，３には、それらモータ・ジェネレータ２，３の温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。また、以下の説明では、図２に示す左側のオイルパン、具体的には、後述する第１モータ・ジェネレータ２からオイルが供給されるオイルパンを第１オイルパン４と示し、図２に示す右側のオイルパン、具体的には、後述する第２モータ・ジェネレータ３からオイルが供給されるオイルパンを第２オイルパン５と示す。これら第１オイルパンおよび第２オイルパンが、この発明における「複数のオイルパン」に相当する。

ここで、図２に示すモータ・ジェネレータ２，３の構成について説明する。図２に示すモータ・ジェネレータ２，３は、従来知られた交流型の同期電動機と同様の構成であって、図示しない出力軸と一体化されたロータ２ａ，３ａと、そのロータ２ａ，３ａと同心円上に配置されかつ環状に形成されたステータ２ｂ，３ｂとによって構成されている。また、ロータ２ａ，３ａは、永久磁石が内在された鋼板を軸線方向に複数配置して構成された積層鋼板であって、その積層鋼板が出力軸と一体回転するようにスプラインなどによって連結されている。さらに、ステータ２ｂ，３ｂは、環状に形成されかつ内周側に突出した複数のステータコアを有する鋼板を、上記ロータ２ａ，３ａと同様に軸線方向に複数配置して構成されており、それら複数の鋼板がケース１に固定されている。そして、ステータコアに銅線を巻き付けて形成されたコイル２ｃ，３ｃが設けられており、そのコイル２ｃ，３ｃに電力を供給することによりロータ２ａ，３ａが回転するように構成されている。すなわち、コイル２ｃ，３ｃに電力を供給して形成された電磁場と、ロータ２ａ，３ａに内在した永久磁石の磁場とによりロータ２ａ，３ａが回転するように構成されている。

上述したように構成されたモータ・ジェネレータ２，３は、ステータコアに銅線を巻き付けることによりそのステータコアから軸線方向に突出したコイルエンド部２ｄ，３ｄに、オイルを流動させることにより冷却される。すなわち、上述したモータ・ジェネレータ２，３は、コイル２ｃ，３ｃに供給される電力に応じて出力トルクが変化するように構成されており、その電力が大きいときには、銅損によって発熱し、また発電された電力が大きいときも同様に銅損が生じて発熱するので、コイルエンド部２ｄ，３ｄにオイルを流動させることで冷却するように構成されている。図２には、オイルの流れを矢印で示しており、各モータ・ジェネレータ２，３の上方から供給されたオイルは、コイルエンド部２ｄ，３ｄに沿って流動するように構成されている。

図２に示すケース１は、上記各モータ・ジェネレータ２，３を流動して滴下したオイルがそれぞれ異なるオイルパン４，５に供給されるように構成されている。すなわち、図２に示す例では、各モータ・ジェネレータ２，３は、図２における左右方向に平行に配置されており、したがって、各モータ・ジェネレータ２，３から滴下したオイルが混ざらないように、ケース１の内部には、壁部７が形成されている。そのため、第１モータ・ジェネレータ２から滴下したオイルが、壁部７の一方側を流動して第１オイルパン４に供給され、第２モータ・ジェネレータ３から滴下したオイルが、壁部７の他方側を流動して第２オイルパン５に供給されるように構成されている。

図１は、オイルの流れを説明するための図である。図１には、上記各オイルパン４，５に加えて、この発明における「他のオイルパン」に相当する第３オイルパン８が連結されている。この第３オイルパン８は、各オイルパン４，５と連通したものであって、各オイルパン４，５から供給されたオイルを図示しないギヤなどの回転体によって掻き上げられてギヤの噛み合い面や摺動部材の摺動面に供給される。また、各オイルパン４，５と第３オイルパン８との間には、この発明における「第２選択手段」に相当する切替機構９が設けられている。図１に示す例では、第１オイルパン４と第２オイルパン５とのいずれか一方のオイルパン４（５）から第３オイルパン８にオイルが流入されるように構成された切替機構９が設けられている。言い換えると、一方のオイルパン４（５）から第３オイルパン８にオイルが流入することを制限し、他方のオイルパン５（４）から第３オイルパン８にオイルが流入するように切替機構９が設けられている。具体的には、図示しない電動機やアクチュエータあるいは機構によって移動させられる可動式の仕切り９が設けられている。なお、図１には、第１オイルパン４に貯留されたオイルのみが第３オイルパン８に流入するように、第２オイルパン５と第３オイルパン８との間に仕切り９を移動させた状態を示している。

また、各オイルパン４，５には、それぞれストレーナ１０，１１を介してオイルポンプ６が連結されている。このオイルポンプ６は、電動機によって駆動する電動オイルポンプであってもよく、図示しない内燃機関の動力、あるいは動力伝達装置におけるいずれかの回転部材の動力によって駆動するメカオイルポンプであってもよい。

さらに、オイルポンプ６の吐出側には、オイルクーラー１２が設けられている。このオイルクーラー１２は、例えば、車両が走行したときの走行風によってオイルを冷却するオイルクーラーであってもよく、熱交換機などによってオイルを冷却するオイルクーラーであってもよい。

そして、オイルクーラー１２によって冷却されたオイルが、各モータ・ジェネレータ２，３の上方に開口した油路１３を流動して、各モータ・ジェネレータ２，３におけるコイルエンド部２ｄ，３ｄに滴下される。

その際に、各モータ・ジェネレータ２，３の冷却効率を向上させるためには、低温のオイルを供給することが好ましく、そのため、図１に示す例では、各オイルパン４，５に貯留されたオイルのうち、相対的に低温のオイルを各モータ・ジェネレータ２，３に供給するように構成されている。具体的には、オイルポンプ６の上流側、すなわちオイルポンプ６の入力ポート側に、この発明における「第１選択手段」に相当する切替弁１４が設けられており、一方のオイルパン４（５）のオイル、より具体的には貯留されたオイルの温度が低温のオイルパン４（５）からオイルポンプ６にオイルを供給することができるように構成されている。

つぎに、図１における切換機構９および切替弁１４の切替制御の一例について、図３に示すフローチャートを参照しつつ説明する。まず、第２モータ・ジェネレータ３の温度が第１モータ・ジェネレータ２の温度より低いか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップ１における判断は、各モータ・ジェネレータ２，３に設けられた温度センサにより検出された温度を比較することにより判断することができる。なお、ステップＳ１は、各モータ・ジェネレータ２，３を流動したオイルが、各モータ・ジェネレータ２，３から伝達された熱により温度が上昇するので、各オイルパン４，５に貯留されたオイルの温度をモータ・ジェネレータ２，３の温度を検出することで判断している。したがって、ステップＳ１における判断は、この発明における「判断手段」に相当するものであって、要は貯留されたオイルの温度が低いオイルパン４（５）を選択するための判断であるので、各オイルパン４，５に温度センサを設けて、その温度センサにより検出されたオイルの温度を比較してもよい。また、上記モータ・ジェネレータ２，３は、要求された出力トルクに応じてあるいは発電する電力に応じて銅損が変化し、また回転数に応じて鉄損が変化するので、それら出力トルクや回転数などの負荷に基づいて各モータ・ジェネレータ２，３の発熱温度を判断してもよい。

ステップＳ１で肯定的に判断された場合、すなわち、第２モータ・ジェネレータ３の温度が第１モータ・ジェネレータ２の温度より低い場合には、可動式の仕切り９を第２オイルパン５側に移動させる（ステップＳ２）。すなわち、第２オイルパン５と第３オイルパン８との間に仕切り９を配置することにより、第２オイルパン５に貯留された比較的低温のオイルを第３オイルパン８側に流入させず、第１オイルパン４に貯留された比較的高温のオイルを第３オイルパン８側に流入させる。これは、第３オイルパン８に貯留されたオイルをギヤによって掻き上げてギヤの噛み合い面や摺動部材の摺動面あるいはベアリングに供給するように構成されているため、オイルの温度が高温の方が粘性が低く、ギヤによりオイルを掻き上げる際の動力損失を低減することができるため、あるいはオイルが供給された部材の摩擦接触面における粘性抵抗を低減させて動力損失を低減することができるためである。

ついで、第２オイルパン５のオイルをオイルポンプ６が汲み上げるように、切替弁１４を切り替える（ステップＳ３）。このステップＳ３は、比較的低温のオイルを汲み上げて各モータ・ジェネレータ２，３の冷却用のオイルとして使用するため、低温側のオイルパン３とオイルポンプ６とを連通させるように切替弁１４を切り替えている。

なお、ステップＳ１で肯定的に判断されたとき、すなわち第２モータ・ジェネレータ３の温度が第１モータ・ジェネレータ２の温度より低いときにおける、切替機構９あるいは切替弁１４の状態を図１あるいは図２に示している。すなわち、第２オイルパンからオイルが汲み上げられて各モータ・ジェネレータ２，３に供給されるときのオイルの流れを図１に矢印で示しており、また第１オイルパン４から第３オイルパン８にオイルが流入している状態を同様に矢印で示している。そして、第１オイルパン４から第３オイルパン８にオイルが流入することにより、第１オイルパン４に貯留されたオイルの量が減少するので、第１オイルパン４に貯留されたオイルの量が、第２オイルパン５に貯留されたオイルの量より少なくなる。その状態を図２に示している。

一方、ステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち第２モータ・ジェネレータ３の温度が第１モータ・ジェネレータ２の温度より高い場合には、可動式の仕切り９を第１オイルパン４側に移動させて（ステップＳ４）、第１オイルパン４のオイルをオイルポンプ６が汲み上げるように、切替弁１４を切り替える（ステップＳ５）。すなわち、第１オイルパン４と第３オイルパン８との間に仕切り９を配置することにより、第１オイルパン４に貯留された比較的低温のオイルを第３オイルパン８側に流入させず、第２オイルパン５に貯留された比較的高温のオイルを第３オイルパン８側に流入させるとともに、比較的低温のオイルを汲み上げて各モータ・ジェネレータ２，３の冷却用のオイルとして使用する。

なお、ステップＳ１で否定的に判断されたとき、すなわち第２モータ・ジェネレータ３の温度が第１モータ・ジェネレータ２の温度より高いときにおける、切替機構９あるいは切替弁１４の状態を図４あるいは図５に示している。すなわち、第１オイルパン４からオイルが汲み上げられて各モータ・ジェネレータ２，３に供給されるときのオイルの流れを図４に矢印で示しており、また第２オイルパン５から第３オイルパン８にオイルが流入している状態を同様に矢印で示している。そして、第２オイルパン５から第３オイルパン８にオイルが流入することにより、第２オイルパン５に貯留されたオイルの量が減少するので、第２オイルパン５に貯留されたオイルの量が、第１オイルパン４に貯留されたオイルの量より少なくなる。その状態を図５に示している。

上述したように構成することにより、各モータ・ジェネレータ２，３に比較的低温のオイルを供給することができるので、各モータ・ジェネレータ２，３の冷却性能あるいは冷却効率を向上させることができる。また、オイルポンプ６によって汲み上げるオイルの温度が低いので、オイルクーラー１２の熱交換機能を低下させること、すなわち小型化することができる。さらに、比較的高温のオイルをギヤによる掻き上げ潤滑に使用することができるので、ギヤがオイルを掻き上げる際の動力損失を低減することができるとともに、高温のオイルが供給された摩擦面における粘性抵抗を低減することができ、その結果、車両における燃費を低下させることができる。

なお、上述した構成では、各オイルパン４，５のうち一方のオイルパン４（５）と第３オイルパン８とを選択的に連通させる可動式の仕切り９を例に挙げて説明したが、例えば、各オイルパン４，５と第３オイルパン８とをそれぞれ油路によって連結し、それらの油路のそれぞれに開閉弁を設けて、連通させる油路を選択的に切り替えるように構成されたものであってもよい。また、図に示したように各オイルパン４，５が隣り合って配置されている場合には、それらのオイルパン４，５に貯留されたオイルの温度が伝達してしまうことを抑制もしくは防止するために、各オイルパン４，５を隔てる壁面を断熱部材によって形成してもよい。

さらに、この発明に係る冷却制御装置は、オイルが供給されて冷却される電動機が複数設けられていればよく、上述したように電動機が２つ設けられたものに限定されず、３つ以上設けられたものを対象とすることができる。その場合には、複数の電動機毎に設けられた複数のオイルパンに貯留されたオイルのうち、温度が最も低温のオイルを電動機の冷却用のオイルとして使用すればよく、それらオイルパンに貯留されたオイルのうち、温度が最も高温のオイルを第３オイルパン８に流入させるようにすればよい。

２，３…モータ・ジェネレータ、 ４，５，８…オイルパン、 ６…オイルポンプ、 ９…仕切り、 １４…切替弁。

Claims (2)

1. 複数の電動機と、それら電動機にオイルを供給して冷却するオイル供給手段とを備えた冷却制御装置において、
   前記各電動機に供給されたオイルを貯留しかつ前記各電動機毎に設けられた複数のオイルパンと、
   前記各オイルパンに貯留されるオイルの温度を判断する判断手段と、
   前記複数のオイルパンのうち前記判断手段により判断されたオイルの温度が低温となるオイルパンを前記オイル供給手段にオイルを汲み上げて供給するオイルパンとして選択する第１選択手段と、
   前記複数のオイルパンからオイルが流入される他のオイルパンと、
   前記他のオイルパンのオイルを掻き上げて潤滑の用に供する回転体と、
   前記複数のオイルパンのうち前記判断手段により判断されたオイルの温度が高温となるオイルパンを前記他のオイルパンにオイルを流入させるオイルパンとして選択する第２選択手段と
   を備えていることを特徴とする冷却制御装置。
2. 前記判断手段は、前記各電動機の温度を検出して判断する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷却制御装置。

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