JP7201710B2

JP7201710B2 - 演算装置

Info

Publication number: JP7201710B2
Application number: JP2020563054A
Authority: JP
Inventors: 正悟宮本
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: JPWO2020137565A1; WO2020137565A1; US20220074488A1; US11808345B2

Description

本発明は、演算装置に関する。

車両の駆動源としてモータの利用が広まっている。モータは使用により熱を発するので冷却が必要不可欠である。モータの冷却には水だけでなく油も利用する構成が知られている。特許文献１には、電動機と、前記電動機の外部に設置され、前記電動機の潤滑油を冷却水によって冷却する潤滑油冷却手段と、前記冷却水を冷却する冷却水冷却手段と前記電動機および前記潤滑油冷却手段との間で冷却水配管を介して前記冷却水を循環させる冷却水循環手段と、前記潤滑油冷却手段と前記電動機との間で潤滑油配管を介して前記潤滑油を循環させる潤滑油循環手段とを備えたことを特徴とする車両駆動装置が開示されている。

特開２００６－１７４５６２号公報

特許文献１に記載されている発明では、冷却水および油の制御に改善の余地がある。

本発明の第１の態様による演算装置は、モータに供給される冷却水の流量、および前記モータに併設されるギヤボックスから前記モータのコイルへ油を供給する油ポンプを制御する演算装置であって、前記演算装置は、前記ギヤボックスにおける油の温度が第１閾値未満であり、かつ前記コイルの温度が第２閾値未満の場合に、前記モータに供給される冷却水の流量を抑制し、前記油ポンプを稼働させ、前記演算装置は、前記モータに前記冷却水を供給する水ポンプを制御し、前記モータは、通過する前記冷却水に熱を放出するウォータジャケットを備え、前記モータに供給される冷却水の流量の抑制とは、前記ウォータジャケットにおける冷却水の流れが層流になるように、前記モータに供給される前記冷却水の流量を低下させることである。

本発明によれば、状況に応じて冷却水および油を適切に制御できる。

第１の実施の形態における冷却システムＳの全体構成図演算装置１４の構成図演算装置１４の動作を表すフローチャート変形例４における冷却システムＳ１の全体構成図第２の実施の形態における冷却システムＳ２の全体構成図第３の実施の形態における冷却システムＳ３の全体構成図

―第１の実施の形態―
以下、図１～図３を参照して、冷却システムＳの第１の実施の形態を説明する。

（全体構成）
図１は、冷却システムＳの全体構成図である。冷却システムＳは車両９に搭載される。冷却システムＳは、コイルＣを内蔵するモータ１１と、ギヤボックス１２と、ラジエータ１３と、演算装置１４と、電動の水ポンプＷＰと、電動の油ポンプＯＰとを備える。モータ１１は、冷却水の通路を有するウォータジャケット１１Ｊを備える。図１において、細い実線は水の動きを表し、太い実線は油の動きを表し、破線は信号線を表す。なお以下では、「油」と「オイル」とを同じ意味で用い、「水」と「冷却水」とを同じ意味で用いる。また図１では、モータ１１に電力を共有するインバータは図示を省略している。

水ポンプＷＰが圧送する水は、モータ１１のウォータジャケット１１Ｊにおいてモータ１１から熱を吸収し、ラジエータ１３において熱を放出する。すなわち本実施の形態では、水ポンプＷＰが圧送する水は、冷却水としての役割を有する。油ポンプＯＰは、ギヤボックス１２に内蔵され、変速機の潤滑と冷却のために用いられる油を、モータ１１のコイルＣにも供給する。コイルＣに供給された油は、コイルＣとの温度が均質化されてギヤボックス１２に戻る。

モータ１１は、コイルＣの温度Ｔｃを測定する温度センサＳｃを備える。モータ１１は不図示のモータ制御装置の動作指令に基づき、不図示のインバータから電力を供給されて動作する。本実施の形態ではモータ１１そのものの制御方法や動作について特に限定しない。温度センサＳｃは、コイル温度Ｔｃの情報を演算装置１４に出力する。ギヤボックス１２は、ギヤボックス１２における油温Ｔｇを測定する温度センサＳｇを備える。温度センサＳｇは、油温Ｔｇの情報を演算装置１４に出力する。

演算装置１４は車両９に内蔵される演算を行う装置、たとえばＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）である。演算装置１４は、コイル温度Ｔｃおよび油温Ｔｇに基づき、油ポンプＯＰと水ポンプＷＰに動作指令を出力する。演算装置１４の構成は次の図２を参照して詳述する。なお水ポンプＷＰおよび油ポンプＯＰは、流量調節が可能なように回転数制御がされる。

（演算装置１４の構成）
図２は、演算装置１４の構成図である。演算装置１４は、中央演算装置であるＣＰＵ１４１、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ１４２、および読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭ１４３を備える。演算装置１４は、ＣＰＵ１４１がＲＯＭ１４２に格納されるプログラムをＲＡＭ１４３に展開して実行することで後述する機能を実現する。演算装置１４はさらに、温度センサＳｇおよび温度センサＳｃから温度情報を受信するセンサ受信部１４４と、油ポンプＯＰおよび水ポンプＷＰに動作指令を出力するポンプ指令部１４５とを備える。

センサ受信部１４４は、温度センサＳｇおよび温度センサＳｃの通信仕様に対応するハードウエア構成を備え、たとえば温度センサＳｇおよび温度センサＳｃが測温抵抗体の場合にはセンサ受信部１４４は電気抵抗を測定するハードウエアを備える。また温度センサＳｇおよび温度センサＳｃが測定値をデジタル信号として送信する場合には、センサ受信部１４４はデジタル信号処理回路を備える。ポンプ指令部１４５は、油ポンプＯＰおよび水ポンプＷＰの通信仕様に対応するハードウエア構成を備える。たとえば油ポンプＯＰや水ポンプＷＰが電流や電圧のアナログ信号により目標とする回転数を設定可能な場合には、ポンプ指令部１４５は電流発生器や電圧発生器を備える。

（フローチャート）
図３は、演算装置１４の動作を表すフローチャートである。以下に説明する各ステップの実行主体はＣＰＵ１４１である。演算装置１４は、車両９のイグニッションキースイッチがオンにされると、次の動作を行う。すなわち以下に説明する動作は車両９の始動時に実行される。

演算装置１４はまず温度センサＳｇおよび温度センサＳｃから温度情報を読み込む（Ｓ６０１）。なおこれ以降も継続的に温度情報は読み込むが、フローチャートでは記載を省略している。次に演算装置１４は、読み込んだ油温ＴｇがＲＯＭ１４２に格納されている第１閾値Ｔｈ１未満であるか否かを判断する。このＳ６０２では演算装置１４は、油温Ｔｇが油の粘度が大きくなり、フリクション、すなわち摩擦の問題が生じうる低い温度にあるか否かを判断している。演算装置１４は、油温Ｔｇが第１閾値Ｔｈ１未満であると判断する場合はＳ６０３に進み、油温Ｔｇが第１閾値Ｔｈ１以上であると判断する場合はＳ６０９に進む。

Ｓ６０３では演算装置１４は、読み込んだコイル温度ＴｃがＲＯＭ１４２に格納されている第２閾値Ｔｈ２未満であるか否かを判断する。このＳ６０３では演算装置１４は、コイル温度ＴｃがコイルＣの損傷の恐れがある高温域であるか否かを判断している。演算装置１４は、コイル温度Ｔｃが第２閾値Ｔｈ２未満であると判断するとＳ６０４に進み、コイル温度Ｔｃが第２閾値Ｔｈ２以上であると判断するとＳ６０９に進む。

Ｓ６０４では演算装置１４は、モータ１１に供給する冷却水を抑制する。具体的には演算装置１４は、水ポンプＷＰの出力を最小、たとえば設定可能な最小の回転数に設定する。なおＳ６０４において、すでに水ポンプＷＰの出力を最小に設定していた場合は、特段の変更を行わず出力を最小に維持する。続くＳ６０５では演算装置１４は、油温Ｔｇがコイル温度Ｔｃ以下であるか否かを判断する。このＳ６０５を設けた意図は次のとおりである。すなわち、仮に油温Ｔｇがコイル温度Ｔｃよりも高い場合には、油をコイルＣに供給すると油温が低下するので、これを防止する意図がある。演算装置１４は、油温Ｔｇがコイル温度Ｔｃ以下であると判断する場合はＳ６０６に進み、油温Ｔｇがコイル温度Ｔｃよりも高いと判断する場合はＳ６０７に進む。

Ｓ６０６では演算装置１４は、油ポンプＯＰを所定の回転数で稼働させてＳ６０８に進む。Ｓ６０７では演算装置１４は、油ポンプＯＰの稼働を停止、すなわち油ポンプＯＰの回転数をゼロに設定してＳ６０４に戻る。なおＳ６０７において、すでに油ポンプＯＰの出力が停止していた場合は、特段の変更を行わず油ポンプＯＰが停止の状態を維持する。Ｓ６０８では演算装置１４は、油温Ｔｇが第１閾値Ｔｈ１以上まで上昇したか否かを判断し、肯定判断する場合はＳ６０９に進み、否定判断する場合はＳ６０３に戻る。Ｓ６０９では演算装置１４は、モータ１１へ供給する冷却水の抑制を解除する。具体的には演算装置１４は、水ポンプＷＰの出力を通常のレベル、たとえば所定の回転数に設定して図３に示す処理を終了する。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）演算装置１４は、モータ１１に供給される冷却水の流量、およびモータ１１に併設されるギヤボックス１２からモータ１１のコイルＣへ油を供給する油ポンプＯＰを制御する。演算装置１４は、ギヤボックス１２における油の温度が第１閾値Ｔｈ１未満であり、かつコイルＣの温度が第２閾値Ｔｈ２未満の場合に（図３のＳ６０２：ＹＥＳ、かつＳ６０３：ＹＥＳ）、モータ１１に供給される冷却水の流量を抑制（Ｓ６０４）し、油ポンプＯＰを稼働させる（Ｓ６０６）。そのため、油温Ｔｇが低く粘度が高いためにギヤボックス１２のフリクションが大きい場合に、油温Ｔｇを上昇させてギヤボックス１２のフリクションを低下させることができる。また、コイル温度が第２閾値Ｔｈ２以上の場合には冷却水の供給を抑制しないので、モータ１１を損傷させる恐れがなく、演算装置１４は状況に応じて冷却水および油を適切に制御できるといえる。

（２）演算装置１４は、モータ１１に冷却水を供給する油ポンプＯＰを制御する。モータ１１に供給される冷却水の流量の抑制とは、水ポンプＷＰの回転数を設定可能な最小の回転数に設定することである。そのため演算装置１４は、水ポンプＷＰを制御することで状況に応じた冷却水の適切な制御を実現できる。

（３）演算装置１４は、ギヤボックス１２における油の温度が第１閾値Ｔｈ１未満であり（Ｓ６０２：ＹＥＳ）、かつコイルＣの温度が第２閾値Ｔｈ２未満の場合に（Ｓ６０３：ＹＥＳ）、ギヤボックス１２における油の温度がコイルＣの温度以下であれば油ポンプＯＰを稼働させ（Ｓ６０５：ＹＥＳ、Ｓ６０６）、ギヤボックス１２における油の温度がコイルＣの温度より高ければ油ポンプＯＰを停止させる（Ｓ６０５：ＮＯ、Ｓ６０７）。そのため、コイルＣの温度Ｔｃが油温Ｔｇよりも低い場合に油をコイルＣに供給して油温が低下することを防止できる。

（変形例１）
演算装置１４は、ＣＰＵ１４１、ＲＯＭ１４２、およびＲＡＭ１４３の組み合わせの代わりに書き換え可能な論理回路であるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現されてもよい。また演算装置１４は、ＣＰＵ１４１、ＲＯＭ１４２、およびＲＡＭ１４３の組み合わせの代わりに、異なる構成の組み合わせ、たとえばＣＰＵ１４１、ＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４３とＦＰＧＡの組み合わせにより実現されてもよい。

（変形例２）
水ポンプＷＰの回転を停止可能な場合には、演算装置１４は、図３のＳ６０４において水ポンプＷＰの回転を停止させてもよい。

（変形例３）
ウォータジャケット１１Ｊにおける冷却水の流路の形状および寸法は既知である。そのため、レイノルズ数を算出してウォータジャケット１１Ｊにおいて冷却水の流れが層流となる最大の冷却水の流量（以下、「限界流量」と呼ぶ）をあらかじめ算出可能である。演算装置１４は図３のＳ６０４において、水ポンプＷＰの回転数を限界流量以下とする回転数に制御してもよい。

この変形例３によれば、次の作用効果が得られる。
（４）水ポンプＷＰは、冷却水が通過するウォータジャケット１１Ｊを備える。Ｓ６０４における冷却水の流量の抑制とは、ウォータジャケット１１Ｊにおける冷却水の流れが層流になるように、モータ１１に供給される冷却水の流量を低下させることである。そのため、ウォータジャケット１１Ｊにおける冷却水の流れが層流になることで、モータ１１と冷却水の熱交換の効率が大きく低下し、モータ１１の温度低下が抑制される。

（変形例４）
水ポンプＷＰが圧送する冷却水は、モータ１１に電力を供給するインバータもあわせて冷却してもよい。

図４は、変形例４における冷却システムＳ１の全体構成図である。冷却システムＳ１は、第１の実施の形態における冷却システムＳの構成に加えて、インバータ１５をさらに備える。インバータ１５は、不図示のモータ制御装置の動作指令に基づきモータ１１に電力を供給する。ただし図４では、インバータ１５と不図示のモータ制御装置との間の信号線、およびインバータ１５からモータ１１への電力供給線は図示を省略している。本変形例によれば、インバータ１５も冷却水により冷却可能である。

（変形例５）
水ポンプＷＰおよび油ポンプＯＰの少なくとも一方は、モータ１１に通電する前に所定時間回転させてもよい。油および冷却水に含まれるエアを排出するためである。

―第２の実施の形態―
図５を参照して、演算装置の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、冷却システムに制御弁が含まれる点で、第１の実施の形態と異なる。

図５は、第２の実施の形態における冷却システムＳ２の全体構成図である。冷却システムＳ２は、第１の実施の形態における冷却システムＳの構成に加えて、制御弁１６をさらに備える。制御弁１６は、演算装置１４の動作指令にしたがって動作する。制御弁１６は、水ポンプＷＰの下流に分岐後のモータ１１側に設けられる。

制御弁１６は、０～１００％の任意の弁開度に調整可能な調整弁である。制御弁１６を全閉にすると水ポンプＷＰが吐出する全流量がモータ１１をバイパスしてラジエータ１３に流れ、制御弁１６を全閉以外にするとモータ１１にも冷却水が流れる。ただし制御弁１６は全閉に設定可能ではなくてもよい。換言すると制御弁１６は、弁開度０％の際にＣｖ値がゼロでなくてもよい。

本実施の形態では演算装置１４は、Ｓ６０４において水ポンプＷＰの回転数を抑制するとともに制御弁１６の弁開度を設定可能な最小の弁開度に設定する。また演算装置１４は、Ｓ６０９において、水ポンプＷＰの回転数を通常のレベルに設定するとともに、制御弁１６の弁開度を０％よりも大きい所定の値に設定する。

上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（５）演算装置１４は、モータ１１に供給する冷却水の流量を制御する制御弁１６を制御する。モータ１１に供給される冷却水の流量の抑制とは、モータ１１に供給される冷却水が減少するように制御弁１６の弁開度を操作することである。そのため演算装置１４は、制御弁１６の弁開度を操作することで状況に応じた冷却水の適切な制御を実現できる。

（第２の実施の形態の変形例１）
制御弁１６は、全開または全閉の２状態のみをとりうる開閉弁、いわゆるオンオフ弁であってもよい。この場合には演算装置１４は、Ｓ６０４において制御弁１６を全閉に設定し、Ｓ６０９において制御弁１６を全開に設定する。

（第２の実施の形態の変形例２）
制御弁１６は、水ポンプＷＰの下流に分岐後のバイパス側、すなわち図５とは逆側に設けられてもよい。この場合には演算装置１４は、Ｓ６０４において制御弁１６の弁開度を０％よりも大きい所定の値に設定し、Ｓ６０９において制御弁１６の弁開度を０％に設定する。

（第２の実施の形態の変形例３）
演算装置１４は、水ポンプＷＰを制御しなくてもよい。すなわち演算装置１４は、制御弁１６の弁開度を制御することで、第１の実施の形態とおおよそ同一な冷却水の制御を実現してもよい。この場合に水ポンプＷＰは、常に一定の回転数に制御される。

―第３の実施の形態―
図６を参照して、演算装置の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、冷却システムにインバータが含まれる点で、第２の実施の形態と異なる。

図６は、第３の実施の形態における冷却システムＳ３の全体構成図である。冷却システムＳ３は、第１の実施の形態における冷却システムＳの構成に加えて、インバータ１５および制御弁１６をさらに備える。制御弁１６は、演算装置１４の動作指令にしたがって動作する。制御弁１６は、インバータ１５の下流に分岐後のモータ１１側に設けられる。演算装置１４の動作は第２の実施の形態と同様である。

上述した第３の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（６）冷却水は、モータ１１に電力を供給するインバータ１５もあわせて冷却する。モータ１１に供給される冷却水の流量の抑制は、インバータ１５に供給される冷却水の流量には影響を与えない。そのため、演算装置１４は、インバータ１５も冷却しつつ、状況に応じて冷却水および油を適切に制御できる。

（第３の実施の形態の変形例１）
上述した第３の実施の形態では、インバータ１５は水ポンプＷＰと分岐の間に設けられた。しかしインバータ１５は水ポンプＷＰの直前、すなわち水圧が最も低い位置には設けられてもよい。またインバータ１５は、ラジエータ１３の上流に設けられてもよい。この場合にはインバータ１５には、モータ１１を通過した冷却水およびモータ１１をバイパスした冷却水の両方がインバータ１５に流入してインバータ１５を冷却することが望ましい。

（第３の実施の形態の変形例２）
演算装置１４は、水ポンプＷＰを制御しなくてもよい。すなわち演算装置１４は、制御弁１６の弁開度を制御することで、第１の実施の形態とおおよそ同一な冷却水の制御を実現してもよい。この場合に水ポンプＷＰは、常に一定の回転数に制御される。

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

９…車両
１１…モータ
１１Ｊ…ウォータジャケット
１２…ギヤボックス
１３…ラジエータ
１４…演算装置
１５…インバータ
１６…制御弁

Claims

モータに供給される冷却水の流量、および前記モータに併設されるギヤボックスから前記モータのコイルへ油を供給する油ポンプを制御する演算装置であって、
前記演算装置は、前記ギヤボックスにおける油の温度が第１閾値未満であり、かつ前記コイルの温度が第２閾値未満の場合に、前記モータに供給される冷却水の流量を抑制し、前記油ポンプを稼働させ、
前記演算装置は、前記モータに前記冷却水を供給する水ポンプを制御し、
前記モータは、通過する前記冷却水に熱を放出するウォータジャケットを備え、
前記モータに供給される冷却水の流量の抑制とは、前記ウォータジャケットにおける冷却水の流れが層流になるように、前記モータに供給される前記冷却水の流量を低下させることである演算装置。
請求項１に記載の演算装置において、
前記冷却水は、前記モータに電力を供給するインバータもあわせて冷却する演算装置。
請求項１に記載の演算装置において、
前記演算装置は、前記ギヤボックスにおける油の温度が第１閾値未満であり、かつ前記コイルの温度が第２閾値未満の場合に、
前記ギヤボックスにおける油の温度が前記コイルの温度以下であれば前記油ポンプを稼働させ、前記ギヤボックスにおける油の温度が前記コイルの温度より高ければ前記油ポンプを停止させる演算装置。