(57)【要約】【課題】第１冷媒の流動力を用いて第２冷媒を移動させることによって、部品点数の削減、構成の簡単化及び小型化を図ることができる車両の電動機冷却システムを提供する。【解決手段】第１冷媒が循環するインバータ７の第１冷却機構Ｃ１と、第１冷媒の容量よりも少ない容量の第２冷媒が循環する駆動モータ１の第２冷却機構Ｃ２とを備えた車両Ｖの冷却システムＳにおいて、第１冷却機構Ｃ１に、第１冷媒を駆動して循環させる電動ポンプ２３と、第１冷媒が流れる第１通路２１とを設け、第２冷却機構Ｃ２に、第２冷媒が流れる第２通路３１と、第２通路３１の途中部に配設され且つ第１冷媒の流動力が伝達され第２冷媒を駆動して循環させる第２タービン３６とを設けた。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷媒が循環するインバータの第１冷却機構と、前記第１冷媒の容量よりも少ない容量の第２冷媒が循環する電動機の第２冷却機構とを備えた車両の電動機冷却システムにおいて、
前記第１冷却機構に、前記第１冷媒を駆動して循環させるポンプ手段と、前記第１冷媒が流れる第１通路とを設け、
前記第２冷却機構に、前記第２冷媒が流れる第２通路と、前記第２通路の途中部に配設され且つ前記第１冷媒の流動力が伝達され第２冷媒を駆動して循環させる第２羽根車手段とを設けたことを特徴とする車両の電動機冷却システム。
【請求項２】
前記第１通路の途中部に、循環する第１冷媒により回転駆動される第１羽根車手段を設け、
前記第１羽根車手段と前記第２羽根車手段が、夫々独立回転可能に構成されると共に磁力式カップリングで同期回転可能に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の電動機冷却システム。
【請求項３】
前記第１冷却機構が、前記第１通路の途中部に外気と熱交換可能な熱交換器を有し、
前記第１通路と第２通路とを近接させた部位に前記第１冷媒と第２冷媒とが熱交換可能な熱交換機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の電動機冷却システム。
【請求項４】
前記電動機が、ステータとこのステータの内周側に配置されたロータとを備え、
前記第１通路の一部が前記ステータの径方向外側に隣接配置され、前記第２通路の一部が前記ロータの軸方向の少なくとも一端側に隣接配置されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の電動機冷却システム。
【請求項５】
前記インバータが前記電動機の上部に搭載されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両の電動機冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電動機冷却システムに関し、特に、第１冷媒が循環するインバータの第１冷却機構と、第１冷媒よりも少ない第２冷媒が循環する電動機の第２冷却機構とを備えた車両の電動機冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンを冷却するための冷却機構と、電動機を冷却するための冷却機構と、インバータを冷却するための冷却機構とを備えたハイブリッド車両は知られている。
このようなハイブリッド車両では、水等の冷却用媒体、所謂冷媒を移動させるためのポンプ手段と、冷媒が流れる通路と、冷媒を熱交換させるための熱交換器とを備えた冷却回路が冷却機構毎に独立して設けられている。
【０００３】
特許文献１の冷却システムは、冷媒としての第１冷却液が流通する第１冷却通路を含むと共に第１冷却通路内の第１冷却液を電動機に供給して電動機を冷却する電動機冷却手段と、第２冷却液が流通する第２冷却通路を含むと共に第２冷却通路内の第２冷却液をインバータに供給してインバータを冷却する電動機冷却手段と、インバータ側熱交換器とを設け、このインバータ側熱交換器により、第１，第２冷却液を熱交換させている。
これにより、電動機の冷却手段からラジエータを省略している。
【０００４】
通常、ＦＲ（Front engine Rear drive）タイプのハイブリッド車両は、エンジンが車体前部のエンジンルーム内に配設されており、エンジンの後端部分に電動機からなる駆動モータが接続され、この駆動モータの後端部分にはトランスミッションが接続されている。
トランスミッションには、動力伝達軸を介してエンジン或いは駆動モータの駆動力、又はエンジン及び駆動モータの駆動力が選択的に入力されている。
トランスミッションに入力された駆動力は、プロペラシャフトを介して後部のデファレンシャルギヤに伝達され、後輪が駆動されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６１５６１８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の冷却システムは、電動機冷却手段から第１冷却液を冷却するための熱交換器を省略することにより、部品点数の削減を図っている。
しかし、エンジンとトランスミッションとを締結開放するクラッチが電動機の内周側に配設された場合、エンジンとトランスミッションとの間の領域には電動機しか存在していないため、電動機の冷却機構を配置するスペースの確保が困難になる虞がある。
特に、ＦＲ式ハイブリッド車両では、電動機の軸方向寸法によって規定される範囲に冷却機構を配置する必要があり、電動機用冷却機構のレイアウトは容易ではない。
即ち、更なる部品点数の削減、構成の簡単化及び小型化を図る必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、部品点数の削減、構成の簡単化及び小型化可能な車両の電動機冷却システム等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の車両の電動機冷却システムは、第１冷媒が循環するインバータの第１冷却機構と、前記第１冷媒の容量よりも少ない容量の第２冷媒が循環する電動機の第２冷却機構とを備えた車両の電動機冷却システムにおいて、前記第１冷却機構に、前記第１冷媒を駆動して循環させるポンプ手段と、前記第１冷媒が流れる第１通路とを設け、前記第２冷却機構に、前記第２冷媒が流れる第２通路と、前記第２通路の途中部に配設され且つ前記第１冷媒の流動力が伝達され第２冷媒を駆動して循環させる第２羽根車手段とを設けたことを特徴としている。
【０００９】
この車両の電動機冷却システムでは、前記第１冷却機構に、前記第１冷媒を駆動して循環させるポンプ手段と、前記第１冷媒が流れる第１通路とを設けたため、第１冷媒の流速増加に伴って熱交換効率を高くすることができ、インバータを効率よく冷却することができる。前記第２冷却機構に、前記第２冷媒が流れる第２通路と、前記第２通路の途中部に配設され且つ前記第１冷媒の流動力が伝達され第２冷媒を駆動して循環させる第２羽根車手段とを設けたため、第１冷媒の流動力を用いて第２冷媒を移動させることができ、第２冷却機構から第２冷媒を移動可能な第２冷媒専用のポンプ手段を省略することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１通路の途中部に、循環する第１冷媒により回転駆動される第１羽根車手段を設け、前記第１羽根車手段と前記第２羽根車手段が、夫々独立回転可能に構成されると共に磁力式カップリングで同期回転可能に連結されたことを特徴としている。
この構成によれば、第１通路と第２通路との間のシール性を損なうことなく、簡単な構成で第１冷媒の流動力を第２冷媒の駆動力に変換することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１冷却機構が、前記第１通路の途中部に外気と熱交換可能な熱交換器を有し、前記第１通路と第２通路とを近接させた部位に前記第１冷媒と第２冷媒とが熱交換可能な熱交換機構を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、熱交換器の熱交換対象である第１冷媒を介して第２冷媒を外気と熱交換させることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記電動機が、ステータとこのステータの内周側に配置されたロータとを備え、前記第１通路の一部が前記ステータの径方向外側に隣接配置され、前記第２通路の一部が前記ロータの軸方向の少なくとも一端側に隣接配置されたことを特徴としている。
この構成によれば、冷却性能とコンパクト性とを両立することができる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記インバータが前記電動機の上部に搭載されたことを特徴としている。
この構成によれば、第１通路の短縮化により一層の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車両の電動機冷却システムによれば、第１冷媒の流動力を用いて第２冷媒を移動させることによって、部品点数の削減、構成の簡単化及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に係る車両の前部車体の平面図である。
【図２】前部車体の側面図である。
【図３】冷却システムの概略システム図である。
【図４】ロータ軸に直交する面で切った駆動モータの断面図である。
【図５】ロータ軸に平行な面で切った駆動モータの断面図である。
【図６】第１，第２冷却機構の説明図である。
【図７】第１，第２羽根車の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１７】
以下、本発明の実施例１について図１〜図７に基づいて説明する。
本実施例の車両Ｖは、冷却システムＳを搭載したハイブリッド自動車である。
図１，図２に示すように、この車両Ｖは、車体前部に内燃機関である多気筒エンジン２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪（図示略）を駆動するＦＲ（Front engine Rear drive）車である。また、主駆動輪の後輪は、エンジン２の代わりに駆動モータ１（電動機）によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪（図示略）は、副駆動モータ（図示略）によって所定の運転領域に駆動されている。
エンジン２と駆動モータ１は、後述するクラッチ１３を介して締結解除可能に接続されている。
【００１８】
まず、冷却システムＳの説明の前に、本実施例の車両Ｖの前提構造について説明する。
図１，図２に示すように、車両Ｖは、ダッシュパネル（図示略）から前方に延びる左右１対のフロントサイドフレーム３と、これら１対のフロントサイドフレーム３の車幅方向外側且つ上側に１対のフロントサイドフレーム３と協働してサスタワー５を夫々支持する左右１対の閉断面状のホイールエプロンレインフォースメント４とを備えている。
ダッシュパネルの後端に接続されたフロアパネル（図示略）には、車幅方向中央部分に、車室内に膨出して前後に延びるトンネル部が形成されている。
以下、図において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｌ方向を左方向とし、矢印Ｕ方向を上方向として説明する。
【００１９】
１対のフロントサイドフレーム３には、前後２対のエンジンマウント（図示略）を介してエンジン２が縦置状（気筒配列方向が前後方向）に支持されている。
エンジン２は、フライホイールを省略したフライホイールレスエンジンに構成され、動力伝達機構を介して後輪を駆動している。
動力伝達機構は、プロペラシャフト（図示略）と、クラッチ（図示略）と、後輪に車軸（図示略）を介して接続された有段変速機としてのトランスミッション６等を主な構成要素としている。
【００２０】
駆動モータ１は、例えば、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）によって構成され、４８Ｖのバッテリ（例えば、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ等）の電流を変換する水冷式インバータ７から交流電流が供給されている。
この駆動モータ１は、エンジン２に対して直列に接続され、駆動モータ１が発生した駆動力は、エンジン２の駆動力と同様に、動力伝達機構を介して後輪に伝達される。
副駆動モータは、例えば、１２０Ｖで駆動される１７ｋＷの三相誘導モータ（ＳＲモータ）によって構成され、キャパシタ（図示略）の電流を変換するインバータ（図示略）から交流電流が供給されている。
【００２１】
次に、冷却システムＳについて説明する。
図３に示すように、冷却システムＳは、駆動モータ１のステータ１２とインバータ７とを含む第１冷却機構Ｃ１と、駆動モータ１のロータ１１を含む第２冷却機構Ｃ２と、駆動モータ１のクラッチ１３とトランスミッション６を含む第３冷却機構Ｃ３と、熱交換部Ｍ（熱交換機構）と、流動変換部Ｔ等を備えている。
【００２２】
ここで、駆動モータ１について説明する。
図４，図５に示すように、駆動モータ１は、モータシャフト１ａと、ロータ１１と、ステータ１２と、クラッチ１３と、これらの部材を内部に収容する円筒状のハウジング１４等を主な構成要素としている。
ハウジング１４には、前後に延びるエンジンシャフト２ａとモータシャフト１ａとが挿通され、これらシャフト１ａ，２ａがベアリングを介して回転自在に支持されている。
エンジンシャフト２ａは、エンジン２に連結されてエンジン２の出力軸と一体回転している。エンジンシャフト２ａとモータシャフト１ａとは、軸方向に離隔配置されると共にクラッチ１３によって連結状態を変更可能に構成されている。
【００２３】
クラッチ１３は、エンジンシャフト２ａと一体回転するクラッチディスクと、モータシャフト１ａと一体回転するクラッチプレートとを有し、これらクラッチディスクとクラッチプレートとがクラッチ１３に供給された油圧に応じて当接或いは離間することにより、連結状態を変更している。これにより、クラッチ１３は、シャフト１ａ，２ａが係合して一体回転する係合状態と、シャフト１ａ，２ａの係合が解除されてシャフト１ａ，２ａ間で回転力が伝達されない解除状態とに状態が変更される。
【００２４】
また、クラッチ１３は、クラッチ冷却部１３ａを有している。
クラッチ冷却部１３ａは、クラッチディスク及びクラッチプレートの近傍位置に形成された貫通路にトランスミッション６のＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）を供給することにより、ＡＴＦとクラッチディスク及びクラッチプレートとの熱交換を内部から図り、クラッチディスク及びクラッチプレートに向けてＡＴＦを噴射することにより、ＡＴＦとクラッチディスク及びクラッチプレートとの熱交換を外部から図っている。
これにより、トランスミッション６の潤滑油をクラッチ１３の冷媒として機能させている。
【００２５】
図４，図５に示すように、ロータ１１は、クラッチ１３よりも径方向外側に配置され、その内側に磁石を有している。このロータ１１は、モータシャフト１ａに固定されモータシャフト１ａと一体回転可能に構成されている。
ロータ１１の軸方向一方側（前側）及び軸方向他方側（後側）には、ロータ１１に隣接するようにリング状の前後１対のロータ冷却室１１ａ（図６参照）が設けられている。ロータ冷却室１１ａは、上端部分に冷媒の導入部が形成され、下端部分に冷媒の導出部が形成されている。
【００２６】
ステータ１２は、ステータコアにコイルが巻き線されたものである。このステータ１２は、ロータ１１の径方向外側に僅かな隙間を空けて配置され、ハウジング１４に固定されている。ステータ１２の径方向外側には、ステータ１２に隣接するようにリング状のステータ冷却室１２ａ（図６参照）が設けられている。ステータ冷却室１２ａは、上端部分に冷媒の導入部が形成され、下端部分に冷媒の導出部が形成されている。
【００２７】
冷却システムＳの説明に戻る。
図３に示すように、第１〜第３冷却機構Ｃ１〜Ｃ３は、各々の冷媒が循環可能に閉じられた冷媒経路として構成されている。
第１冷却機構Ｃ１は、中間温度（例えば、７０℃）の第１冷媒（例えば、水）が流れる第１通路２１と、この第１通路２１の途中部に設けられた、ラジエータ２２と、電動ポンプ２３（ポンプ手段）と、インバータ７と、ステータ１２等を備えている。
それ故、ステータ１２に設けられたステータ冷却室１２ａは、第１通路２１の一部を構成している。
【００２８】
第２冷却機構Ｃ２は、高温（例えば、１２０℃）の第２冷媒（例えば、冷却油）が流れる第２通路３１を備えている。それ故、ロータ１１に設けられたロータ冷却室１１ａは、第２通路３１の一部を構成している。第２冷却機構Ｃ２は第１冷却機構Ｃ１に比べて回路の規模が小さいため、第２冷却機構Ｃ２内を循環する第２冷媒の容量（例えば、約２ｌ）は、第１冷却機構Ｃ１内を循環する第１冷媒の容量（例えば、約１０ｌ）に比べて格段に少ない容量になっている。
第３冷却機構Ｃ３は、第２冷媒（トランスミッション６の潤滑油）が流れる第３通路４１を備えている。それ故、クラッチ１３のクラッチディスク及びクラッチプレートの近傍位置に形成された貫通路等によるクラッチ冷却部１３ａは、第３通路４１の一部を構成している。
【００２９】
図３，図４，図６に示すように、熱交換部Ｍは、第１通路２１の途中部と第２通路３１の途中部とが接近した領域に設けられている。
具体的には、図６に示すように、第１通路２１の導出部よりも下流の途中部に第１冷媒を貯留可能な容積室２５を設けると共に第２通路３１の導出部よりも下流の途中部に第２冷媒を貯留可能な容積室３５を設け、両容積室２５，３５が熱交換可能になるよう夫々の壁面が向かい合った状態で近接配置されている。
【００３０】
図３〜図７に示すように、流動力変換部Ｔは、第１通路２１の途中部と第２通路３１の途中部とが接近した熱交換部Ｍの下流領域に設けられている。
具体的には、図５，図７に示すように、流動力変換部Ｔが形成された領域では、第１通路２１と第２通路３１が一体的に形成されている。
流動力変換部Ｔは、第１タービン２６（第１羽根車手段）と、第１タービン２６よりも小型で且つ第１タービン２６に対して独立回転可能な第２タービン３６（第２羽根車手段）とを有している。
【００３１】
第１タービン２６は、複数のフィンと、第１タービン２６を第１通路２１と第２通路３１の間の境界壁部とこれに対向した隔壁部とに回転自在に枢支され且つ前後に延びる回転軸２６ａと、第１通路２１と第２通路３１の間の境界壁部に対向した面部に回転軸２６ａを中心として周方向に交互に取り付けられた複数の磁石２６ｎ及び２６ｓにより構成されている。磁石２６ｎはＮ極、磁石２６ｓはＳ極の磁性を有している。
【００３２】
図７に示すように、第２タービン３６は、複数のフィンと、回転軸３６ａと、第１通路２１と第２通路３１の間の境界壁部に対向した面部に回転軸３６ａを中心として周方向に交互に取り付けられた複数の磁石３６ｎ及び３６ｓにより構成されている。
回転軸３６ａは、第１通路２１と第２通路３１の境界壁部を間に介して回転軸２６ａの延長線上に配置されている。
複数の磁石３６ｎ及び３６ｓは、第１通路２１と第２通路３１の境界壁部を間に介して複数の磁石２６ｎ及び２６ｓに向かい合うように配設されている。
磁石３６ｎはＮ極、磁石３６ｓはＳ極の磁性を有している。
【００３３】
磁石２６ｎ，２６ｓと磁石３６ｎ，３６ｓとの間の境界壁部幅よりも回転軸２６ａと回転軸３６ａとの間の境界壁部幅が大きく形成され、回転軸２６ａと回転軸３６ａとの間の境界壁部幅よりも第１，第２タービン２６，３６が存在しない部分の境界壁部幅が大きく形成されている。
これにより、磁力式カップリングを構成している。具体的には、電動ポンプ２３の作動により循環容量が大きい第１冷媒が流動した際、大型の第１タービン２６が回転軸２６ａ回りに回転すると共に複数の磁石２６ｎ及び２６ｓが回転軸２６ａ回りに回転する。複数の磁石２６ｎ及び２６ｓが回転軸２６ａ回りに回転するため、複数の磁石２６ｎ及び２６ｓに磁力的に連結された複数の磁石３６ｎ及び３６ｓの同期回転が誘発され、小型の第２タービン３６が回転する。
【００３４】
次に、上記冷却システムＳの作用、効果について説明する。
この冷却システムＳでは、第１冷却機構Ｃ１に、第１冷媒を駆動して循環させる電動ポンプ２３と、第１冷媒が流れる第１通路２１とを設けたため、第１冷媒の流速増加に伴って熱交換効率を高くすることができ、インバータ７を効率よく冷却することができる。
第２冷却機構Ｃ２に、第２冷媒が流れる第２通路３１と、第２通路３１の途中部に配設され且つ第１冷媒の流動力が伝達され第２冷媒を駆動して循環させる第２タービン３６とを設けたため、第１冷媒の流動力を用いて第２冷媒を移動させることができ、第２冷却機構Ｃ２から第２冷媒を移動可能な第２冷媒専用のポンプ手段を省略することができる。
【００３５】
第１通路２１の途中部に、循環する第１冷媒により回転駆動される第１タービン２６を設け、第１タービン２６と第２タービン３６が、夫々独立回転可能に構成されると共に磁力式カップリングで同期回転可能に連結されたため、第１通路２１と第２通路３１との間のシール性を損なうことなく、簡単な構成で第１冷媒の電動ポンプ２３による流動力を第２冷媒の駆動力に変換することができる。
【００３６】
第１冷却機構Ｃ１が、第１通路２１の途中部に外気と熱交換可能なラジエータ２２を有し、第１通路２１と第２通路３１とを近接させた部位に第１冷媒と第２冷媒とが熱交換可能な熱交換部Ｍを設けたため、ラジエータ２２の熱交換対象である第１冷媒を介して第２冷媒を外気と熱交換させることができる。
【００３７】
駆動モータ１が、ステータ１２とこのステータ１２の内周側に配置されたロータ１１とを備え、第１通路２１の一部がステータ１２の径方向外側に隣接配置され、第２通路３１の一部がロータ１１の軸方向の少なくとも一端側に隣接配置されたため、冷却性能とコンパクト性とを両立することができる。
【００３８】
インバータ７が駆動モータ１の上部に搭載されたため、エンジン２を支持するエンジンマウントに近接配置することができると共に第１通路２１の短縮化により一層の小型化を図ることができる。
【００３９】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、インバータとステータとを直列配置した第１冷却機構と、ロータを有する第２冷却機構とを備えた例を説明したが、インバータを有する第１冷却機構と、ステータ又はロータの何れか一方を有する第２冷却機構、或いはステータ及びロータを有する第２冷却機構に構成しても良い。
【００４０】
２〕前記実施例においては、流動力変換部において第１，第２通路が一体形成された例を説明したが、少なくとも第１，第２タービンが磁力式カップリング機能を達成できれば良く、両通路が微小隙間を介して独立的に構成することも可能である。
また、前記実施例においては、流動力変換部及び熱交換部が駆動モータの下部に配設された例を説明したが、流動力変換部及び熱交換部を駆動モータの上部に配設しても良い。
【００４１】
３〕前記実施例においては、アクシャルギャップ式モータの例を説明したが、ラジアルギャップ式モータであっても良い。
【００４２】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００４３】
１          駆動モータ
７          インバータ
１１        ロータ
１２        ステータ
２１        第１通路
２２        ラジエータ
２３        電動ポンプ
２６        第１タービン
３１        第２通路
３６        第２タービン
Ｓ          冷却システム
Ｃ１〜Ｃ３  第１〜第３冷却機構
Ｔ          流動力変換部
Ｍ          熱交換部
Ｖ          車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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