KR20190041405A - 회전 전기의 냉각 구조 - Google Patents

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Abstract

회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80) 는, 회전 전기 (20) 의 연직 상방에 배치되고, 회전 전기 (20) 를 향하여 냉매를 토출하는 토출공 (76) 을 포함하는 제 1 공급관 (32) 과, 상기 회전 전기의 연직 상방에 상기 제 1 공급관과 평행하게 배치되고, 상기 회전 전기를 향하여 냉매를 토출하는 토출공을 포함하는 제 2 공급관 (34) 과, 제 1 공급관 (32) 내를 흐르는 냉매의 방향과, 제 2 공급관 (34) 내를 흐르는 냉매의 방향이 서로 반대가 되도록 제 1 공급관 및 제 2 공급관에 냉매를 송출하도록 구성되는 펌프를 구비한다.

Description

회전 전기의 냉각 구조{COOLING STRUCTURE FOR ROTARY ELECTRIC MACHINE}
본 발명은 회전 전기 (電機) 를 냉각시키는 냉각 구조에 관한 것이다.
전기 에너지를 회전의 운동 에너지로 변환하는 전동기, 회전의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기, 또한 전동기와 발전기 어느 쪽으로도 기능하는 전기 기기가 알려져 있다. 이하에 있어서, 상기 서술한 전기 기기를 회전 전기라고 기재한다.
회전 전기는, 동축에 배치되어 상대적으로 회전하는 2 개의 부재를 갖는다. 통상적으로는, 일방이 고정되고 타방이 회전한다. 고정된 부재 (스테이터) 에 코일을 배치하고, 상기 코일에 전력을 공급함으로써 회전하는 자계를 형성한다. 상기 서술한 자계와의 상호 작용에 의해 타방의 부재 (로터) 가 회전한다.
내연 기관과 함께 회전 전기를 원동기로서 구비한 하이브리드 차량 (HV), 플러그인 하이브리드 차량 (PHV) 및 전기 자동차 (EV) 등의 전동 차량이 알려져 있다. 상기 서술한 전동 차량용의 동력 장치로서, 회전 전기를 트랜스액슬 또는 트랜스미션과 일체화한 구성을 갖는 것이 실용화되어 있다. 상기 전동 차량용의 동력 장치에 있어서는, 회전 전기는 트랜스액슬 등의 케이스 내에 들어가 있어, 외기에 의한 직접 냉각을 기대할 수 없다. 그래서, 트랜스액슬 등에 포함되는 윤활유 혹은 기기 제어용의 작동액을 회전 전기에 공급하여, 회전 전기의 냉각을 실시하고 있다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 2009-96326에는, 내연 기관에 의해 구동되는 기계식 오일 펌프와, 전동기에 의해 구동되는 전동 오일 펌프로 구성되는 오일 펌프 유닛으로부터 동력 전달 기구에 대하여 오일을 공급하여, 동력 전달 기구의 각 부의 윤활이나 냉각을 실시하는 것이 기재되어 있다.
회전 전기의 고출력화, 소형화가 진행되고 있는 것에 더하여, 개발이 진행되는 EV, PHV 를 포함하는 전동 차량의 회전 전기에서는, 관련 기술의 HV 에 비해 회전 전기의 부하가 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, 전동 차량용의 회전 전기에는, 추가적인 냉각 성능의 향상이 요망되고 있다.
본 발명은, 회전 전기의 상방으로부터 냉매를 공급하는 공급관을 구비하는 회전 전기의 냉각 구조에 있어서, 냉매의 공급 안정성을 보다 향상시킬 수 있어, 회전 전기의 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있는 회전 전기의 냉각 구조를 제공한다.
본 발명의 양태에 관련된 회전 전기의 냉각 구조는, 회전 전기의 연직 상방에 배치되고, 회전 전기를 향하여 냉매를 토출하는 토출공을 포함하는 제 1 공급관과, 상기 회전 전기의 연직 상방에 상기 제 1 공급관과 평행하게 배치되고, 상기 회전 전기를 향하여 냉매를 토출하는 토출공을 포함하는 제 2 공급관과, 제 1 공급관 내를 흐르는 냉매의 방향과, 제 2 공급관 내를 흐르는 냉매의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 제 1 공급관 및 상기 제 2 공급관에 냉매를 송출하도록 구성되는 펌프를 구비한다.
본 발명의 양태에 있어서, 상기 펌프는, 제 1 공급관에 냉매를 송출하는 제 1 펌프와, 제 2 공급관에 냉매를 송출하는 제 2 펌프를 포함해도 된다.
본 발명의 양태에 있어서, 상기 제 1 펌프가 기계식 오일 펌프여도 되고, 상기 제 2 펌프가 전동 오일 펌프여도 된다.
상기 서술한 구성에 의해, 회전 전기의 상방으로부터 냉매를 공급하는 공급관을 구비하는 회전 전기의 냉각 구조에 있어서, 냉매의 공급 안정성을 보다 향상시킬 수 있어, 회전 전기의 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 양태에 의하면, 제 1 공급관 및 제 2 공급관의 일방에 송출되는 냉매의 유량 또는 압력이 증가한 경우에, 타방에 송출되는 냉매의 유량 또는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다. 이로써, 회전 전기에 대한 냉매의 토출 범위를, 냉각 성능의 관점에서 보다 바람직한 범위로 조정할 수 있어, 회전 전기의 냉각 성능 향상을 실현할 수 있다.
본 발명의 양태에 의하면, 제 1 공급관 및 제 2 공급관의 일방에 대하여 기계식 오일 펌프를 사용하여 냉매를 압송하고, 타방에 대하여 전동 오일 펌프를 사용하여 냉매를 압송한다. 그 결과, 회전 전기에 고부하가 가해지는 조건 하에 있어서, 부하량에 따라 냉매의 압송량이 증감하는 기계식 오일 펌프를 일방에 사용함으로써, 냉매의 토출량을 늘려 회전 전기의 냉각 성능을 보다 향상시킴과 함께, 부하량에 의존하지 않고 냉매의 압송량을 조정할 수 있는 전동 오일 펌프를 타방에 사용함으로써, 냉매의 토출 방향을 적절히 조정하여, 회전 전기에 대한 냉매의 토출 범위를, 냉각 성능의 관점에서 최적인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1 은, 본 실시형태에 있어서의 차량 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 실시형태의 회전 전기 및 그 냉각 구조의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 실시형태의 회전 전기 및 그 냉각 구조의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 실시형태의 회전 전기의 냉각 구조에 의한 냉매의 토출 상태를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 관련 기술의 회전 전기 및 그 냉각 구조의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에 도면을 사용하여 본 발명에 관련된 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 이하에서는, 차량으로서, 내연 기관과 2 대의 회전 전기, 기계식 오일 펌프, 전동 오일 펌프 등을 탑재하는 하이브리드 차량에 대해 기술한다. 이것은 단지 설명을 위한 예시이다.
도 1 은, 하이브리드 차량에 대한 차량 제어 시스템 (10) 의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 차량 제어 시스템 (10) 은, 하이브리드 차량에 탑재되는 동력 장치 (14) 를 포함한다.
동력 장치 (14) 는, 내연 기관인 엔진 (도시 생략) 과, MG1 로서 나타내는 제 1 회전 전기 (18), 및 MG2 로서 나타내는 제 2 회전 전기 (20) 와, 제 1 회전 전기 (18) 와 제 2 회전 전기 (20) 사이에 형성되는 동력 전달 기구 (16) 를 포함한다.
제 1 회전 전기 (18) 와 제 2 회전 전기 (20) 는, 차량에 탑재되는 모터·제너레이터 (MG) 로서, 전력이 공급될 때는 모터로서 기능한다. 제 1 회전 전기 (18) 와 제 2 회전 전기 (20) 가 제동시 혹은 엔진에 의해 구동될 때에는, 발전기로서 기능하는 3 상 동기형 회전 전기이다. 여기서는, 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 중의 일방을 주로 배터리 (도시 생략) 의 충전을 위한 발전기, 타방을 주로 차량 주행용으로서의 구동 모터로서 사용한다.
예를 들어, 제 1 회전 전기 (18) 는, 엔진에 의해 구동되어 발전하고, 발전된 전력을 배터리에 공급하는 발전기로서 사용된다. 제 2 회전 전기 (20) 는, 차량 주행에 사용되고, 역행시에는, 배터리로부터 전력의 공급을 받아 모터로서 기능하여 차량의 차축을 구동한다. 제 2 회전 전기 (20) 는, 제동시에는, 발전기로서 기능하여 제동 에너지를 회생하여, 배터리에 공급할 수 있다. 이하에서는, 제 1 회전 전기 (18) 를 발전기, 제 2 회전 전기 (20) 를 모터로서 사용하는 것으로 하여 설명을 실시한다.
동력 전달 기구 (16) 는, 하이브리드 차량에 공급하는 동력을 엔진의 출력과 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 출력 사이에서 분배하는 기능을 갖는 기구이다. 상기 서술한 바와 같은 동력 전달 기구 (16) 로는, 엔진의 출력축, 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 출력축, 차축에 대한 출력축의 각각에 접속되는 유성 기어 기구를 사용할 수 있다. 엔진의 출력축은, 동력 전달 기구 (16) 와 엔진을 접속함과 함께, 접속축을 통해 기계식 오일 펌프 (42) 의 구동축에 접속되고, 기계식 오일 펌프 (42) 의 구동에 사용된다.
충방전 가능한 배터리 (전원) 에 대한 충전은, 예를 들어, 엔진에 의해 제 1 회전 전기 (18) 를 구동하고, 제 1 회전 전기 (18) 에 의해 발전되는 전력을 공급함으로써 실시된다. 배터리는, 예를 들어, 약 200 V 내지 약 300 V 의 단자 전압을 갖는 리튬 이온 조전지로 구성할 수 있다. 조전지는, 단전지 또는 전지셀이라고 불리는 단자 전압이 1 V 내지 수 V 인 전지를 복수 개 조합하여, 상기 서술한 소정의 단자 전압을 얻도록 한 것이다. 배터리로는, 리튬 이온 조전지, 니켈 수소 조전지 등의 이차 전지 이외에, 대용량 캐패시터 등을 사용할 수 있다.
케이스체 (24) 는, 동력 전달 기구 (16), 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 를 내부에 포함하는 케이싱으로, 트랜스액슬이라고도 불리는 것이다. 케이스체 (24) 의 내부 공간에는, 동력 전달 기구 (16), 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 가동 부분의 윤활, 그리고 동력 전달 기구 (16), 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각을 실시하기 위한 오일이 저류된다. 냉매의 기능을 겸비하는 오일로는, 예를 들어, ATF (Automatic Transmission Fluid) 라고 불리는 윤활유를 사용할 수 있다.
냉각 시스템 (12) 은, 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각에 사용하는 오일을 순환 공급하는 냉각 회로로서, 기계식 오일 펌프 (42) 를 포함하는 제 1 공급로 (28) 와, 전동 오일 펌프 (44) 를 포함하는 제 2 공급로 (30) 를 갖는다. 기계식 오일 펌프 (42) 및 전동 오일 펌프 (44) 는, 각각이 케이스체 (24) 의 내부 공간에 냉매로서의 오일을 순환 공급한다.
기계식 오일 펌프 (42) 및 전동 오일 펌프 (44) 는, 오일이 저류된 오일 팬 (도시 생략) 으로부터, 스트레이너 (58) 를 통해 오일을 흡입하도록 구성된다. 구체적으로는, 케이스체 (24) 의 하방측에 형성된 스트레이너 (58) 에 냉매 취입로 (38) 가 접속되고, 냉매 취입로 (38) 는, 스트레이너 (58) 의 하류측에 있어서, 기계식 오일 펌프 (42) 측과 전동 오일 펌프 (44) 측으로 분기된다. 즉, 기계식 오일 펌프 (42) 및 전동 오일 펌프 (44) 는, 스트레이너 (58) 에 대하여 병렬로 접속되어 있다.
제 1 공급로 (28) 는, 기계식 오일 펌프 (42) 와, 공랭식 오일 쿨러 (이하, 「쿨러」라고 칭한다) (50) 와, 제 1 역지 밸브 (54) 와, MG1 공급관 (36) 과, 제 1 공급관 (32) 을 포함하여 구성되어 있다.
기계식 오일 펌프 (42) 는, 구동축이 엔진의 출력축에 접속되는 기계식 냉매 펌프로, 엔진이 동작할 때 구동된다. 즉, 엔진의 동력에 의해 차량이 주행하면, 기계식 오일 펌프 (42) 는 송출구로부터 오일을 송출한다. 기계식 오일 펌프 (42) 로부터 송출된 오일은, 동력 전달 기구 (16) 및 제 1 회전 전기 (18) 에 공급되어 윤활유로서 기능함과 함께, 제 1 공급로 (28) 를 통해, 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 냉매로서 기능한다. 기계식 오일 펌프 (42) 는, 엔진의 시동에 수반하여 구동을 개시하고, 엔진이 정지하면 구동을 종료한다.
제 1 역지 밸브 (54) 는, 기계식 오일 펌프 (42) 와 쿨러 (50) 사이에 형성되고, 기계식 오일 펌프 (42) 의 송출구측에서의 오일의 역류를 방지하는 기능을 갖는다. 기계식 오일 펌프 (42) 가 송출한 오일은, 제 1 역지 밸브 (54) 를 통과하여 쿨러 (50) 로 압송된다.
분기점 (P) 은, 기계식 오일 펌프 (42) 와 쿨러 (50) 사이에서, 유로가 쿨러 (50) 측과 제 1 회전 전기 (18) 측으로 분기되는 지점이다. 기계식 오일 펌프 (42) 로부터 송출된 오일은, 분기점 (P) 에 있어서 제 1 회전 전기 (18) 및 동력 전달 기구 (16) 측에 압송되면, 쿨러 (50) 를 경유하지 않고 제 1 회전 전기 (18) 와 동력 전달 기구 (16) 에 공급된다. 한편, 분기점 (P) 에 있어서 쿨러 (50) 측에 압송된 오일은, 쿨러 (50) 내에 유입된다.
쿨러 (50) 는, 오일과 공기 (예를 들어, 차량의 외기) 사이에서 열교환을 실시하는 열교환기로서, 수랭 쿨러 (52) 보다 우수한 냉각 성능을 갖는다. 쿨러 (50) 는 케이스체 (24) 의 외부에 형성되어 있기 때문에, 제 1 공급로 (28) 내를 압송되는 오일은, 일단 케이스체 (24) 의 외부를 유통하고 나서 다시 케이스체 (24) 의 내부로 되돌아오게 된다.
제 1 공급로 (28) 에는, 제 1 공급로 (28) 내의 유압을 조정하는 2 개의 릴리프 밸브 (40) 가 형성되어 있다. 각 릴리프 밸브 (40) 는, 공급구가 제 1 공급로 (28) 에 접속되고, 또한 배출구가 케이스체 (24) 의 내부를 향하여 개구된다. 예를 들어, 2 개의 릴리프 밸브 (40) 의 릴리프압은 상이한 크기로 설정되어 있다. 제 1 공급로 (28) 내의 오일은, 과압시에 각 릴리프 밸브 (40) 로부터 케이스체 (24) 의 내부에 공급되도록 구성되어 있다.
제 1 공급로 (28) 는, 쿨러 (50) 의 하류측에 있는 분기점 (Q) 에서, 제 1 회전 전기 (18) 에 냉매를 공급하는 MG1 공급관 (36) 측과, 제 2 회전 전기 (20) 에 냉매를 공급하는 제 1 공급관 (32) 측으로 분기된다. MG1 공급관 (36) 은, 케이스체 (24) 의 내부에 형성되어 있는 유로로서, 제 1 회전 전기 (18) 의 상방에 형성되고, 제 1 회전 전기 (18) 로 냉매를 토출한다. 제 1 공급관 (32) 은, 케이스체 (24) 의 내부에 형성되어 있는 유로로서, 제 2 회전 전기 (20) 의 상방에 형성되고, 제 2 회전 전기 (20) 로 냉매를 토출한다. 이로써, 쿨러 (50) 에 의해 공랭된 오일은, 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 의 각각에 공급된다.
제 2 공급로 (30) 는, 전동 오일 펌프 (44) 와, 수랭식 오일 쿨러 (이하, 「수랭 쿨러」라고 칭한다) (52) 와, 제 2 역지 밸브 (56) 와, 제 2 공급관 (34) 을 포함하여 구성되어 있다.
전동 오일 펌프 (44) 는, 전동 모터 (48) 에 의해 구동하고, 제어 장치 (46) 에 의해 구동 제어되는 전동 냉매 펌프이다. 제어 장치 (46) 는, 전동 오일 펌프 (44) 를 제어할 수 있는 주지된 전자 제어 장치에 의해 구성되고, 전동 모터 (48) 를 제어함으로써 전동 오일 펌프 (44) 를 구동 제어한다. 제어 장치 (46) 는, 하이브리드 차량 탑재에 적합한 컴퓨터로 구성할 수 있다. 제어 장치 (46) 는, 하이브리드 차량에 탑재되는 다른 제어 장치, 예를 들어, 냉각 시스템 (12) 의 각 요소를 제어하는 제어 장치, 혹은 차량 전체의 제어를 실시하는 통합 제어 장치의 일부여도 된다.
수랭 쿨러 (52) 는, 오일과 냉각수 사이에서 열교환을 실시하는 열교환기이다. 수랭 쿨러 (52) 는 케이스체 (24) 의 외부에 형성되어 있기 때문에, 제 2 공급로 (30) 내를 압송되는 오일은, 일단 케이스체 (24) 의 외부를 유통하고 나서 다시 케이스체 (24) 의 내부로 되돌아오게 된다.
제 2 역지 밸브 (56) 는, 수랭 쿨러 (52) 와 제 2 공급관 (34) 사이에 형성되고, 전동 오일 펌프 (44) 의 송출구측에서의 오일의 역류를 방지하는 기능을 갖는다. 전동 오일 펌프 (44) 가 송출한 오일은, 수랭 쿨러 (52) 및 제 2 역지 밸브 (56) 를 통과하여, 제 2 공급관 (34) 에 압송된다.
제 2 공급관 (34) 은, 케이스체 (24) 의 내부에 형성되어 있는 유로로서, 제 2 회전 전기 (20) 의 상방에 형성되고, 제 2 회전 전기 (20) 로 냉매를 토출한다. 이로써, 수랭 쿨러 (52) 에 의해 수랭된 오일은, 제 2 회전 전기 (20) 에 공급된다.
본 실시형태에 관련된 냉각 시스템 (12) 은, 제 2 회전 전기 (20) 를 효과적으로 냉각시키기 위해, 냉각 성능이 상이한 쿨러 (50) 및 수랭 쿨러 (52) 에 의해 냉각시킨 오일 (냉매) 을 다른 경로에서 압송하여, 각각 상이한 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 으로부터, 제 2 회전 전기 (20) 에 공급할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이 냉각 시스템 (12) 에는, 제 2 회전 전기 (20) 에 이르는 복수의 냉각 경로가 형성되어 있다.
제 1 공급로 (28) 및 제 2 공급로 (30) 는, 전체를 관상 부재로 구성할 수 있지만, 일부 또는 전부를 케이스체 (24) 에 구멍을 뚫음으로써 형성된 유로로 해도 된다.
이하, 도면을 참조하면서, 제 2 회전 전기 (20) 를 냉각시키는 구조에 대해 상세하게 설명한다. 도 2 및 도 3 은, 본 실시형태에 관련된 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80) 의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2 에는 회전 축선을 포함하는 단면, 특히 스테이터의 단면이 나타나 있고, 도 3 에는 제 2 회전 전기 (20) 의 회전 축선에 직교하는 단면이 나타나 있다. 도 4A 및 도 4B 는, 냉각 구조 (80) 에 의한 오일의 토출 상태를 나타내는 도면으로, 도 4A 는, 도 2 에 나타내는 ⅣA-ⅣA 선에 있어서의 부분 단면도이고, 도 4B 는, 도 2 에 나타내는 ⅣB-ⅣB 선에 있어서의 부분 단면도이다.
제 2 회전 전기 (20) 는, 원통 또는 원환 형상의 스테이터 (60) 와, 스테이터 (60) 의 원통 형상과 동축에 배치되는 원기둥 또는 원판 형상의 로터 (62) 를 갖는다. 로터 (62) 의 중심을 회전축 (64) 이 관통한다. 상기 회전축 (64) 은, 제 2 회전 전기 (20) 가 전동기로서 동작할 때에는 회전력을 외부에 출력하기 위한 출력축으로서 기능한다. 상기 회전축 (64) 은, 제 2 회전 전기 (20) 가 발전기로서 동작할 때에는 외부로부터의 회전력을 입력하기 위한 입력축으로서 기능한다. 제 2 회전 전기 (20) 는, 예를 들어, 도시하는 바와 같이 회전축 (64) 을 가로로 한 상태에서 사용된다.
스테이터 (60) 는, 내주에 둘레 방향을 따라 요철이 교대로 배열된 스테이터 코어 (66) 를 포함한다. 스테이터 코어 (66) 의 내주에 형성된 오목 부분에는 코일 도선이 들어가고, 상기 코일 도선이 볼록 부분을 감도록 되어 코일 (68) 이 형성되어 있다. 코일 (68) 에, 전력을 공급함으로써, 스테이터 (60) 의 내측의 공간에 회전하는 자계를 형성한다. 바꾸어 말하면, 전력을 공급했을 때에 회전 자계가 형성되도록 코일 (68) 이 스테이터 코어 (66) 에 감겨져 있다.
스테이터 코어 (66) 의 내주의 볼록 부분은 티스, 오목 부분은 슬롯이라고도 불린다. 스테이터 코어 (66) 의 단면에 인접하는 영역에서는, 복수의 코일 도선이 복잡하게 묶여져 있다. 상기 코일 도선의 묶여진 부분이 코일 엔드 (70) 이다. 코일 엔드 (70) 는, 상기 서술한 바와 같이 코일 도선이 복잡하게 묶여지고, 코일 도선 간에는 간극이 있는 부분이 있지만, 전체적으로 단면이 방형의 원환 형상이고, 스테이터 코어 (66) 의 원통 단면에 인접하여 위치한다. 도 2 에 있어서, 코일 엔드 (70) 는, 묶여진 개개의 코일 도선을 그리지 않고, 간략화한 원환 형상으로 나타나 있다.
로터 (62) 는, 전체적으로 원통 형상이고, 스테이터 (60) 의 내주, 특히 티스 선단에 약간의 간극을 갖고 배치된다. 로터 (62) 는, 스테이터 (60) 에 의해 형성되는 회전 자계와 상호 작용하여 회전하도록, 예를 들어, 로터의 외주면 또는 외주면 근방에 영구 자석이 매설되어 있다. 로터 (62) 의 둘레 방향으로 상이한 릴럭턴스를 갖는 부분을 형성하고, 상기 상이한 릴럭턴스를 갖는 부분과 회전 자계의 상호 작용으로 로터 (62) 를 회전하도록 할 수도 있다. 회전축 (64) 은, 로터 (62) 와 일체로 회전하도록 로터에 대하여 고정되어 있다.
여기서, 슬롯 내의 코일 도선에 있어서 발생한 열은, 주위의 스테이터 코어 (66) 에 흐르지만, 코일 엔드 (70) 에서는 주위에 열의 양도체가 없기 때문에 온도가 상승하기 쉽다. 이 때문에, 코일 엔드 (70) 의 효율적인 냉각이 요망된다. 오일에 의한 냉각은, 일반적으로 액체가 기체보다 열전도성이 양호하기 때문에, 효율적인 냉각을 기대할 수 있다. 상방으로부터 오일을 뿌리고, 오일이 코일 엔드 (70) 를 따라 흐를 때에 열을 빼앗도록 함으로써, 코일 엔드 (70) 를 오일에 담그는 경우에 비해 오일의 사용량을 줄일 수 있다.
본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각에 사용하는 오일을 송출하는 냉각 경로로서 2 개의 계통이 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 제 2 회전 전기 (20) 의 상방에 있어서 병렬로 배치된 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 으로부터 오일을 공급함으로써, 코일 엔드 (70) 를 포함하는 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각을 실시한다.
도 4A 에, 제 1 공급관 (32) 의 구조 및 제 1 공급관 (32) 에 의한 오일의 토출 상태를 나타낸다. 제 1 공급관 (32) 은, 스테이터 코어 (66) 의 상방에, 회전축 (64) 에 평행하게 배치된다. 제 1 공급관 (32) 은 통형상, 예를 들어, 원통 형상의 측벽 (72) 과, 통의 일단 (一端) 을 막도록 형성된 단벽 (端壁) (74) 을 갖는다. 측벽 (72) 에는, 제 2 회전 전기 (20) 에 대향하는 면에 토출공 (76) 이 형성된다. 본 실시형태에서는, 제 1 공급관 (32) 의 길이 방향을 따라 3 개의 토출공 (76) 이 형성된다. 3 개의 토출공 (76) 중 2 개가, 스테이터 코어 (66) 의 양측의 코일 엔드 (70) 에 대향하는 위치에 배치되고, 나머지 1 개가 스테이터 코어 (66) 의 외주에 대향하는 위치에 배치된다. 이로써, 제 1 공급관 (32) 에 보내진 오일은, 도 4A 에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이, 통의 개방단 (도 4A 의 우측) 으로부터 단벽 (74) 을 향하여 제 1 공급관 (32) 내를 흐르고, 각 토출공 (76) 으로부터 제 2 회전 전기 (20) 를 향하여 토출된다.
여기서, 도 5 에 나타내는 관련 기술의 냉각 구조 (90) 에 대해 기술한다. 도 5 에 나타내는 냉각 구조 (90) 에서는, 제 2 회전 전기 (20) 에 대한 냉매의 공급을, 제 2 회전 전기 (20) 의 상방에 배치한 제 1 공급관 (32) 단독으로 실시한다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 공급관 (32) 에는, 기계식 오일 펌프 (42) 에 의해 압송된 오일이 보내지고, 각 토출공 (76) 으로부터 토출된다. 각 토출공 (76) 의 위치는, 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향을 감안하면서, 예를 들어, 코일 엔드 (70) 등의 냉각이 요망되는 부위나 냉각 효과가 상대적으로 높은 부위에 오일이 토출되도록, 위치 결정이 이루어진다. 그러나, 기계식 오일 펌프 (42) 의 구동축은, 엔진의 출력축에 접속되어 있기 때문에, 엔진이 고속 회전으로 운전되면, 압송되는 오일의 유량 및 압력이 증가하여, 오일의 토출 방향이, 도 4A 에 있어서의 토출 방향 (a) (예를 들어, 연직 방향) 으로부터, 단벽 (74) 측의 토출 방향 (b) 으로 어긋나는 경우가 있다. 그 결과, 냉매의 공급을 제 1 공급관 (32) 단독으로 실시하는 관련 기술의 냉각 구조 (90) 에서는, 냉매가 상정된 양 또는 범위로 공급되지 않아, 요망되는 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각 성능이 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있다.
상기 서술한 문제는, 기계식 오일 펌프 (42) 에 한정되지 않고, 회전 전기를 냉각시키는 냉매를 1 개의 공급관에 의해 공급하는 냉각 구조에 있어서, 전동 오일 펌프에 의해 상기 공급관에 냉매를 압송하는 경우에도 일어날 수 있다. 예를 들어, 회전 전기의 출력이 증가한 경우, 혹은 회전 전기의 온도가 상승한 경우, 회전 전기의 냉각 성능을 보다 높이는 목적에서, 전동 오일 펌프의 제어 장치가, 전동 오일 펌프로부터 압송되는 오일의 유량을 증가시키는 경우가 있다. 그 결과, 도 5 에 나타내는 냉각 구조 (90) 의 예로 말하면, 제 1 공급관 (32) 내를 흐르는 오일의 유량 및 압력이 증가하여, 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향의 상정된 방향에 대한 어긋남이 발생하여, 요망되는 냉각 성능이 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있을 수 있다.
본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 2 회전 전기 (20) 를 냉각시키는 냉매를 공급하는 공급관으로서, 제 1 공급관 (32) 에 추가로, 내부를 흐르는 오일의 방향이 제 1 공급관 (32) 의 내부를 흐르는 오일의 방향과 대향하도록 구성된 제 2 공급관 (34) 을 형성하고 있다.
도 4B 에, 냉각 구조 (80) 를 구성하는 제 2 공급관 (34) 의 구조 및 오일의 토출 상태를 나타낸다. 제 2 공급관 (34) 은, 제 1 공급관 (32) 과 동일한 구성을 갖지만, 오일이 흐르는 방향이 제 1 공급관 (32) 과 대향하는 방향이다. 즉, 제 2 공급관 (34) 은, 통형상, 예를 들어, 원통 형상의 측벽 (72) 과, 통의 일단을 막도록 형성된 단벽 (74) 을 갖지만, 단벽 (74) 은 제 1 공급관 (32) 과는 길이 방향의 반대측 (도 4B 의 우측) 에 형성된다. 제 2 공급관 (34) 의 측벽 (72) 의 제 2 회전 전기 (20) 에 대향하는 면에, 길이 방향을 따라 3 개의 토출공 (76) 이 형성된다. 3 개의 토출공 (76) 중 2 개가, 스테이터 코어 (66) 의 양측의 코일 엔드 (70) 에 대향하는 위치에 배치되고, 나머지 1 개가 스테이터 코어 (66) 의 외주에 대향하는 위치에 배치된다. 이로써, 제 2 공급관 (34) 에 보내진 오일은, 도 4B 에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이, 통의 개방단 (도 4B 의 좌측) 으로부터 단벽 (74) 을 향하여 제 2 공급관 (34) 내를 흐르고, 각 토출공 (76) 으로부터 제 2 회전 전기 (20) 를 향하여 토출된다.
본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에 있어서, 기계식 오일 펌프 (42) 에 의해 압송되고, 제 1 공급관 (32) 내를 흐르는 오일의 유량 및 압력이 증가하여, 각 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향이 단벽 (74) 측으로 어긋난 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 제 1 공급관 (32) 의 각 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향의 어긋남에 따라, 제 2 공급관 (34) 의 각 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향을 반대측으로 변위시킨다. 예를 들어, 제어 장치 (46) 에 의해 전동 오일 펌프 (44) 의 구동을 제어하고, 제 2 공급관 (34) 내를 흐르는 오일의 유량 및 압력을 증가시킴으로써, 오일의 토출 방향을 도 4B 에 나타내는 오일의 토출 방향 (a') 으로부터 단벽 (74) 측의 토출 방향 (b') 으로 변위시킬 수 있다. 그 결과, 제 1 공급관 (32) 에서의 오일 토출 방향의 어긋남과, 제 2 공급관 (34) 에서의 오일 토출 방향의 어긋남이 상쇄되어, 원하는 범위에 오일을 토출시킬 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 냉각 구조 (80) 에서는, 제 1 공급관 (32) 을 단독으로 사용하는 냉각 구조 (90) 와 비교하여, 제 1 공급관 (32) 또는 제 2 공급관 (34) 의 내부를 흐르는 오일의 유량 및 압력이 증가한 경우라도, 제 2 회전 전기 (20) 를 냉각시키는 오일을, 냉각 효과가 상대적으로 높은 부위, 혹은 냉각이 요망되는 부위에 토출할 수 있다. 그 결과, 냉매의 공급 안정성을 보다 향상시킬 수 있고, 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있어, 하이브리드 차량의 동력 성능 향상을 실현할 수 있다.
회전 전기에 냉매를 공급하는 공급관을 복수 형성했다고 하더라도, 내부를 흐르는 오일의 방향이 동일 방향이면, 공급관 내를 흐르는 오일의 유량 및 압력이 증가했을 때, 토출공으로부터의 오일의 토출 방향이 어긋남으로써 냉각 성능이 저하되는 상기 서술한 문제는 여전히 일어날 수 있다.
본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 제 1 공급관 (32) 에 대한 오일의 압송을 기계식 오일 펌프 (42) 를 사용하여 실시한다. 한편, 제 2 공급관 (34) 에 대한 오일의 압송은 전동 오일 펌프 (44) 를 사용하여 실시하고 있어, 각각의 오일 펌프가 상이하다. 상기 서술한 바와 같이 각 냉각 경로에서 상이한 오일 펌프를 사용하면, 일방의 냉각 경로에 송출되는 오일의 유량 또는 압력이 증가한 경우에, 타방의 냉각 경로에 송출되는 오일의 유량 또는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다. 이로써, 제 2 회전 전기 (20) 에 대한 오일의 토출 범위를, 냉각 성능의 관점에서 보다 바람직한 범위로 조정할 수 있다. 그 결과, 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각 성능 향상을 실현할 수 있다.
상기 서술한 설명에서는, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 에 대한 오일의 압송을 각각 독립된 오일 펌프에 의해 실시하는 양태를 나타내었지만, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 에 대한 오일의 압송을 1 대의 오일 펌프로 실시해도 된다. 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 에 대한 오일의 압송을 1 대의 오일 펌프로 실시하는 경우, 상기 오일 펌프에 의한 양 공급관에 있어서의 오일의 유량 또는 압력의 증가는 동일한 정도가 되어, 토출공 (76) 으로부터의 오일의 토출 방향의 어긋남도 동일한 정도가 되는 것으로 생각된다. 본 실시형태의 냉각 구조 (80) 에서는, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 의 내부를 흐르는 오일의 방향이 대향하는 점에서, 결과적으로 제 2 회전 전기 (20) 에 대한 오일의 토출 범위의 어긋남은 평균화된다. 그 결과, 제 1 공급관 (32) 을 단독으로 사용하는 냉각 구조와 비교하여, 오일의 유량 및 압력이 증가한 경우에 있어서의 제 2 회전 전기 (20) 의 냉각 성능 향상을 실현할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 의 일방에 대하여 기계식 오일 펌프 (42) 를 사용하여 오일을 압송하고, 타방에 대하여 전동 오일 펌프 (44) 를 사용하여 오일을 압송한다. 그 결과, 회전 전기에 고부하가 가해지는 조건 하에 있어서, 부하량에 따라 오일의 압송량이 증가하는 기계식 오일 펌프 (42) 에 의해, 회전 전기에 대한 냉매의 토출량을 늘려 회전 전기의 냉각 성능을 보다 향상시킴과 함께, 오일의 압송량이 부하량에 의존하지 않는 전동 오일 펌프 (44) 에 의해, 전동 오일 펌프 (44) 로부터 압송되는 냉매의 토출 방향을 적절히 조정하여, 회전 전기에 대한 냉매의 토출 범위를, 냉각 성능의 관점에서 최적인 것으로 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 기계식 오일 펌프 (42) 에 의해, 발전기로서 사용하는 제 1 회전 전기 (18) 에 오일을 공급하는 MG1 공급관 (36), 및 모터로서 사용하는 제 2 회전 전기 (20) 에 오일을 공급하는 제 1 공급관 (32) 의 양자에 오일을 압송한다. 제 1 회전 전기 (18) 는, 엔진의 구동에 따라 부하량이 증가하여, 온도도 보다 상승하는 바, 마찬가지로 엔진의 구동에 따라 냉매의 압송량이 증가하는 기계식 오일 펌프 (42) 에 의해, MG1 공급관 (36) 에 오일을 공급함으로써, 제 1 회전 전기 (18) 를 냉각시키는 오일을 제 1 회전 전기 (18) 의 부하량에 따른 양으로 공급할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 공급관 (32) 에 냉매를 공급하는 제 1 공급로 (28) 가 쿨러 (50) 를 포함하고, 제 1 공급관 (32) 에 송출되는 냉매가 쿨러 (50) 에 의해 냉각된다. 한편, 제 2 공급관 (34) 에 냉매를 공급하는 제 2 공급로 (30) 가 수랭 쿨러 (52) 를 포함하고, 제 2 공급관 (34) 에 송출되는 냉매가 수랭 쿨러 (52) 에 의해 냉각된다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 공급관 및 제 2 공급관의 일방에 송출되는 냉매를 쿨러 (50) 에 의해 냉각하고, 타방에 송출되는 냉매를 수랭 쿨러 (52) 에 의해 냉각한다. 그 결과, 냉각 특성이 상이한 쿨러 (50) 와 수랭 쿨러 (52) 에 의해 냉각된 냉매를 독립적으로 공급 가능해져, 제 2 회전 전기 (20) 에 필요로 하는 냉각을 적절히 실시할 수 있다.
본 실시형태에서는, 엔진과 함께 제 1 회전 전기 (18) 및 제 2 회전 전기 (20) 를 원동기로서 구비한 하이브리드 차량 (HV) 에 적용한 구성에 대해 설명하였지만, 회전 전기를 원동기로서 구비한 플러그인 하이브리드 차량 (PHV) 및 전기 자동차 (EV) 등의 전동 차량에 적용해도 된다.
본 실시형태에서는, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 의 각각이 1 개씩 배치된 구성에 대해 설명하였지만, 제 1 공급관 (32) 및 제 2 공급관 (34) 의 어느 일방 또는 양방이, 2 개 이상의 관으로 구성되어 있어도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세히 서술하였지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지 변형 또는 변경이 가능하다.

Claims (3)

  1. 회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80) 로서,
    상기 회전 전기 (20) 의 연직 상방에 배치되고, 상기 회전 전기 (20) 를 향하여 냉매를 토출하는 토출공 (76) 을 포함하는 제 1 공급관 (32) ;
    상기 회전 전기 (20) 의 연직 상방에 상기 제 1 공급관 (32) 과 평행하게 배치되고, 상기 회전 전기 (20) 를 향하여 냉매를 토출하는 토출공 (76) 을 포함하는 제 2 공급관 (34) ; 및
    상기 제 1 공급관 (32) 내를 흐르는 냉매의 방향과, 상기 제 2 공급관 (34) 내를 흐르는 냉매의 방향이 서로 반대가 되도록 상기 제 1 공급관 (32) 및 상기 제 2 공급관 (34) 에 냉매를 송출하도록 구성되는 펌프 (42, 44) 를 구비하는, 회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 (42, 44) 는, 상기 제 1 공급관 (32) 에 냉매를 송출하는 제 1 펌프 (42) 와, 상기 제 2 공급관 (34) 에 냉매를 송출하는 제 2 펌프 (44) 를 포함하는, 회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 펌프 (42) 가 기계식 오일 펌프이고 ; 그리고
    상기 제 2 펌프 (44) 가 전동 오일 펌프인, 회전 전기 (20) 의 냉각 구조 (80).
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