(57)【要約】【課題】回転電機とエンジンとを使用したハイブリッドシステムにおいて、回転電機の冷却用に機械式の冷却流体用ポンプを採用した場合に、ＥＶ走行中であっても、エンジンを作動させることなく、効率的に回転電機を冷却することができる車両用回転電機の冷却装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン１０の駆動軸１１にはギア１６が設けられ、ギア１６と、アーム１２に設けられたギア１５とにはそれぞれ、ギア１７とギア１８とが噛み合っている。ギア１７及び１８はそれぞれ、第１ワンウェイクラッチ６１及び第２ワンウェイクラッチ６２を介して、冷却流体用ポンプ７２の駆動軸６３に連結されている。第１ワンウェイクラッチ６１は、駆動軸１１から駆動軸６３への動力の伝達のみを許容する。一方、第２ワンウェイクラッチ６２は、アーム１２から駆動軸６３への動力の伝達のみを許容する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
該エンジンに連結される第１回転子と、該第１回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第２回転子とを含む回転電機と、
前記第１回転子及び前記第２回転子からの動力の伝達によって駆動され、前記回転電機に冷却流体を供給する冷却流体用ポンプと、
前記第１回転子と前記冷却流体用ポンプとを連結すると共に、前記第１回転子から前記冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第１ワンウェイクラッチと、
前記第２回転子と前記冷却流体用ポンプとを連結すると共に、前記第２回転子から前記冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第２ワンウェイクラッチと
を備える、車両用回転電機の冷却装置。
【請求項２】
該回転電機を駆動するための電力を該回転電機に供給し、該回転電機で発電した電力を充電するバッテリと、
該バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記エンジンの動作を制御する制御装置と
をさらに備え、
該制御装置は、前記充電量検出手段による検出値が、前記制御装置に予め設定された所定値未満のときに、前記エンジンの回転数を増加する、請求項１に記載の車両用回転電機の冷却装置。
【請求項３】
前記制御装置には、前記エンジンのエンジン効率マップが組み込まれており、
前記充電量検出手段による検出値が前記所定値未満のときに、前記制御装置は、前記エンジン効率マップに基づいて前記エンジンの回転数を増加できるか否かを決定する、請求項２に記載の車両用回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用回転電機の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力源としてエンジン及び回転電機を有するハイブリッド自動車には通常、回転電機の冷却系が設けられている。この冷却系は、回転電機を冷却するオイルの循環経路と、オイルを循環するポンプとを備えている。特許文献１には、エンジンの動力によって駆動する機械式のオイルポンプが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジンを間欠的に停止することが可能なハイブリッド自動車において、エンジンが停止した場合、オイルポンプが駆動されないために、回転電機へのオイルの循環が停止される。従って、回転電機の温度が高くなると、回転電機の冷却のために、エンジンを駆動することによって、オイルを循環させる必要があった。つまり、エンジンが停止して、回転電機のみで走行するＥＶ走行中に、回転電機の冷却のためにエンジンを駆動する必要が生じ、ハイブリッド自動車の燃費が悪化するといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、回転電機とエンジンとを使用したハイブリッドシステムにおいて、回転電機の冷却用に機械式の冷却流体用ポンプを採用した場合に、ＥＶ走行中であっても、エンジンを作動させることなく、効率的に回転電機を冷却することができる車両用回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る車両用回転電機の冷却装置は、エンジンと、エンジンに連結される第１回転子と、第１回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第２回転子とを含む回転電機と、第１回転子及び第２回転子からの動力の伝達によって駆動され、回転電機に冷却流体を供給する冷却流体用ポンプと、第１回転子と冷却流体用ポンプとを連結すると共に、第１回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第１ワンウェイクラッチと、第２回転子と冷却流体用ポンプとを連結すると共に、第２回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第２ワンウェイクラッチとを備える。
回転電機を駆動するための電力を該回転電機に供給し、回転電機で発電した電力を充電するバッテリと、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、エンジンの動作を制御する制御装置とをさらに備え、制御装置は、充電量検出手段による検出値が、制御装置に予め設定された所定値未満のときに、エンジンの回転数を増加してもよい。
制御装置には、エンジンのエンジン効率マップが組み込まれており、充電量検出手段による検出値が所定値未満のときに、制御装置は、エンジン効率マップに基づいてエンジンの回転数を増加できるか否かを決定してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、第１回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第１ワンウェイクラッチと、第２回転子から冷却流体用ポンプへの動力の伝達のみを許容する第２ワンウェイクラッチとを備えることにより、エンジンが停止して、回転電機のみで走行するＥＶ走行中であっても、第２回転子から第２ワンウェイクラッチを介して冷却流体用ポンプに動力が伝達されて、冷却流体用ポンプを駆動させることができるので、エンジンを作動させることなく、効率的に回転電機を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態に係る車両用回転電機の冷却装置の構成を示す図である。
【図２】この実施の形態に係る車両用回転電機の冷却装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この実施の形態に係る車両用回転電機の冷却装置が設けられたハイブリッド自動車のエンジン効率マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る車両用回転電機の冷却装置１００の構成を図１に示す。冷却装置１００は、軽油を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジンであるディーゼルエンジン１０と、三相交流電力によって動作する回転電機であるダブルロータモータ２０とを動力源として備えるハイブリッド自動車に設けられている。ダブルロータモータ２０は、ディーゼルエンジン１０の駆動軸１１に機械的に連結されて駆動軸１１と一体的に回転する第１回転子のインナーロータ２１と、インナーロータ２１の径方向外側に配置されてアーム１２及びアーム１２に設けられたギア１５並びにディファレンシャル１３を介して車軸１４に機械的に連結される第２回転子のアウターロータ２２と、アウターロータ２２の径方向外側に配置されてモータケーシング２４に固定されるステータ２３とを有している。
【００１０】
インナーロータ２１には第１コイル２５が設けられており、ステータ２３には第２コイル２６が設けられている。また、アウターロータ２２の内周側には、インナーロータ２１の第１コイル２５と対向するように、図示しない磁石が設けられており、アウターロータ２２の外周側には、ステータ２３の第２コイル２６と対向するように、図示しない磁石が設けられている。第２コイル２６には、温度検出手段である温度センサ３７が設置されている。この実施の形態では、温度センサ３７の検出値、すなわち第２コイル２６の温度をもって、ダブルロータモータ２０の温度と定義する。
【００１１】
冷却装置１００は、直流電力を充放電可能な電力供給手段であるバッテリ３０と、バッテリ３０から出力される直流電力を三相交流電力に変換する第１インバータ３１及び第２インバータ３２とを備えており、第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、制御装置であるＥＣＵ５０によって制御される。ＥＣＵ５０は、バッテリ３０の電圧等から、バッテリ３０の充電量を検出するようになっている。ここで、ＥＣＵ５０は、バッテリ３０の充電量を検出する充電量検出手段を構成する。
【００１２】
第１インバータ３１から出力される三相交流電力は、ステータ２３の第２コイル２６に供給される。一方、第２インバータ３２から出力される三相交流電力は、スリップリング機構４０を介して駆動軸１１に沿って配線される図示しない導電線に伝達され、この導電線を通ってインナーロータ２１の第１コイル２５に供給される。
【００１３】
冷却装置１００には、ダブルロータモータ２０を冷却する回転電機冷却系７０が設けられている。回転電機冷却系７０は、ダブルロータモータ２０、特に第１コイル２５及び第２コイル２６を冷却する冷却流体であるオイルが循環する冷却流体循環経路７１と、オイルを循環させる冷却流体用ポンプ７２と、水が循環する水循環経路７３と、水を循環させる水用ポンプ７４と、冷却流体循環経路７１を循環するオイルと水循環経路７３を循環する水とを熱交換する熱交換器７５と、水循環経路７３を循環する水を冷却する冷却手段７８であるラジエータ７６及びファン７７とを備えている。水用ポンプ７４と、ファン７７との駆動及び停止は、ＥＣＵ５０によって制御される。水循環経路７３は、循環する水が第１インバータ３１及び第２インバータ３２を冷却できるように配置されている。
【００１４】
ディーゼルエンジン１０の駆動軸１１にはギア１６が設けられ、ギア１６と、アーム１２に設けられたギア１５とにはそれぞれ、ギア１７とギア１８とが噛み合っている。ギア１７及び１８はそれぞれ、第１ワンウェイクラッチ６１及び第２ワンウェイクラッチ６２を介して、冷却流体用ポンプ７２の駆動軸６３に連結されている。第１ワンウェイクラッチ６１は、駆動軸１１から、すなわちインナーロータ２１から駆動軸６３への動力の伝達のみを許容する。一方、第２ワンウェイクラッチ６２は、アーム１２から、すなわちアウターロータ２２から駆動軸６３への動力の伝達のみを許容する。
【００１５】
温度センサ３７とＥＣＵ５０とは電気的に接続されており、温度センサ３７の検出値がＥＣＵ５０に伝送されるようになっている。また、水用ポンプ７４と、ファン７７とには、バッテリ３０から、図示しない配線を介して電力が供給される。
【００１６】
次に、この実施の形態に係る冷却装置１００の動作について説明する。
図１に示されるように、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ２０の動力で走行する場合、ＥＣＵ５０は、第１インバータ３１及び第２インバータ３２をそれぞれ制御することによって、バッテリ３０からステータ２３の第２コイル２６及びインナーロータ２１の第１コイル２５に三相交流電力を供給する。すると、インナーロータ２１の第１コイル２５とアウターロータ２２の内周側の磁石との間にトルクが発生すると共に、ステータ２３の第２コイル２６とアウターロータ２２の外周側の磁石との間にもトルクが発生する。これらのトルクを受けてアウターロータ２２が回転すると、この回転がアーム１２及びディファレンシャル１３を介して車軸１４に伝達され、ハイブリッド自動車の走行が行われる。
【００１７】
アウターロータ２２が回転することによってアーム１２が回転すると、ギア１５及びギア１８が回転する。第２ワンウェイクラッチ６２は、ギア１８の回転を駆動軸６３に伝達する。これにより、冷却流体用ポンプ７２が駆動され、冷却流体循環経路７１をオイルが循環する。ＥＣＵ５０は、冷却流体用ポンプ７２が起動されると、水用ポンプ７４及びファン７７を起動する。冷却流体循環経路７１をオイルが循環すると、ダブルロータモータ２０、特に第１コイル２５及び第２コイル２６がオイルによって冷却される。第１コイル２５及び第２コイル２６が冷却されることでオイルの温度が上昇するが、熱交換器７５において、オイルと、水用ポンプ７４によって水循環経路７３を循環する水とが熱交換することによりオイルが冷却される。オイルが冷却されることにより水の温度が上昇するが、ラジエータ７６において、ファン７７が送風した空気によって水が冷却される。
【００１８】
一方、ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン１０の動力で走行する場合、ディーゼルエンジン１０の動力によってインナーロータ２１が回転し、インナーロータ２１とアウターロータ２２との間に回転速度差が生じると、アウターロータ２２の内周側の磁石が発生させる磁界がインナーロータ２１の第１コイル２５に作用することによって第１コイル２５中に誘導電流が流れ、この誘導電流とアウターロータ２２の内周側の磁石の磁界との相互作用によって、インナーロータ２１とアウターロータ２２との間にトルクが発生する。このトルクを受けてアウターロータ２２が回転すると、この回転がアーム１２及びディファレンシャル１３を介して車軸１４に伝達され、ハイブリッド自動車の走行が行われる。この場合、ギア１５及びギア１６の回転がそれぞれギア１７及びギア１８に伝達され、ギア１７及びギア１８の回転がそれぞれ、第１ワンウェイクラッチ６１及び第２ワンウェイクラッチ６２によって駆動軸６３に伝達されて、冷却流体用ポンプ７２が駆動される。その後のダブルロータモータ２０の冷却動作は、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ２０の動力で走行する場合と同じである。
【００１９】
次に、ハイブリッド自動車の走行中にダブルロータモータ２０が過剰に発熱した場合の冷却装置１００の動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。
ディーゼルエンジン１０またはダブルロータモータ２０のいずれかの駆動でハイブリッド自動車が走行中、ＥＣＵ５０は、温度センサ３７による検出値Ｔが、ＥＣＵ５０に予め設定された閾値Ｔａ以上か未満かを判定する（ステップＳ１）。Ｔ＜Ｔａの場合は、ステップＳ１を繰り返す。一方、Ｔ≧Ｔａの場合、ＥＣＵ５０は、ファン７７の回転数を上昇させる（ステップＳ２）。ファン７７の回転数が上昇すると、水循環経路７３を循環する水の温度が低下し、その結果、冷却流体循環経路７１を循環するオイルの温度も低下するので、ダブルロータモータ２０の冷却能力が大きくなる。
【００２０】
続いてＥＣＵ５０は、ファン７７の回転数Ｎｆがその上限回転数Ｎｆａに達しているか否かを判定する（ステップＳ３）。Ｎｆ＜Ｎｆａの場合は、ステップＳ１に戻る。一方、Ｎｆ＝Ｎｆａの場合、ＥＣＵ５０は、水用ポンプ７４の回転数を上昇させる（ステップＳ４）。水用ポンプ７４の回転数が上昇すると、水循環経路７３を循環する水の流速が大きくなるので、オイルの冷却能力が増加し、その結果、オイルの温度が低下する。このため、ダブルロータモータ２０の冷却能力が大きくなる。
【００２１】
さらにＥＣＵ５０は、水用ポンプ７４の回転数Ｎｗがその上限回転数Ｎｗａに達しているか否かを判定する（ステップＳ５）。Ｎｗ＜Ｎｗａの場合は、ステップＳ１に戻る。一方、Ｎｗ＝Ｎｗａの場合、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１０の回転数を増加できるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定方法は後述するが、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できると判定された場合、ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン１０の動力で走行するときには、ＥＣＵ５０はディーゼルエンジン１０の回転数を増加し、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ２０の動力で走行するときには、ＥＣＵ５０はディーゼルエンジン１０を起動させて、ディーゼルエンジン１０の回転数を増加する（ステップＳ７）。
【００２２】
ハイブリッド自動車がディーゼルエンジン１０の動力で走行しているときは、ディーゼルエンジン１０の回転数が増加していくと、駆動軸１１の回転数がアーム１２の回転数よりも大きくなり、駆動軸６３はディーゼルエンジン１０の動力で回転するようになる。この場合、駆動軸６３の回転数が増加し、冷却流体循環経路７１を循環するオイルの流速が増加するので、ダブルロータモータ２０の冷却能力が大きくなる。
一方、ハイブリッド自動車がダブルロータモータ２０の動力で走行しているときは、ディーゼルエンジン１０が起動しディーゼルエンジン１０の回転数が増加していくと、駆動軸１１の回転数がアーム１２の回転数よりも大きくなり、駆動軸６３はディーゼルエンジン１０の動力で回転するようになる。この場合、駆動軸６３の回転数が増加し、冷却流体循環経路７１を循環するオイルの流速が増加するので、ダブルロータモータ２０の冷却能力が大きくなる。ステップＳ７の動作を終了後、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
一方、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できないと判定された場合には、ＥＣＵ５０は、ダブルロータモータ２０の出力制限を行う（ステップＳ８）。これにより、徐々にダブルロータモータ２０の温度が低下する。ステップＳ８の動作を終了後、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
次に、ステップＳ６の判定方法について説明する。ステップＳ７においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加すると、ディーゼルエンジン１０の動力の増加分の一部が冷却流体用ポンプ７２を駆動するために使用されるが、当該増加分の残りは、ダブルロータモータ２０での発電に使用される。ダブルロータモータ２０で発電された電力はバッテリ３０に充電されるため、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できると判定するためには、バッテリ３０に充電余力が必要である。そこで、ＥＣＵ５０は、バッテリ３０の充電量を検出し、ＥＣＵ５０に予め設定された所定値以上か未満かを判定する。検出された充電量が所定値未満の場合には、バッテリ３０に充電余力が十分であるので、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できると判定する。逆に、検出された充電量が所定値以上の場合には、バッテリ３０に充電余力がないので、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できないと判定する。
【００２５】
ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できるか否かを判定するために、以下で説明するような判定方法を追加してもよい。すなわち、バッテリ３０の充電量が所定値未満の場合には、ＥＣＵ５０に予め組み込まれた図３に示すようなディーゼルエンジン１０のエンジン効率マップに基づいて、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１０の回転数を増加すると効率の良い領域から逸脱するか否かを判定する。
【００２６】
例えば図３に示されるように、エンジン効率マップにおいて、横軸はディーゼルエンジン１０の回転数であり、縦軸はディーゼルエンジン１０のトルクである。エンジン効率マップには、ディーゼルエンジン１０の効率の等しい点を結んだ等効率線が細い実線で描かれており、動作範囲の上限が太い破線で示されている。さらに、エンジン効率マップには、等しい出力におけるディーゼルエンジン１０の回転数とトルクとの関係が出力ごとに細い破線（等出力線）で描かれていると共に、各出力において最適な条件である最適動作点を結んだ最適動作線が太い実線で描かれている。効率の良い領域とは、最適動作線上の領域であり、ディーゼルエンジン１０の回転数を増加しても最適動作線から大きく外れない場合には、ＥＣＵ５０は、効率の良い領域から逸脱しないと判断して、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できると判定する。逆に、ディーゼルエンジン１０の回転数を増加すると最適動作線から大きく外れる場合には、ＥＣＵ５０は、効率の良い領域から逸脱すると判断して、ステップＳ６においてディーゼルエンジン１０の回転数を増加できないと判定する。
【００２７】
このように、インナーロータ２１から冷却流体用ポンプ７２への動力の伝達のみを許容する第１ワンウェイクラッチ６１と、アウターロータ２２から冷却流体用ポンプ７２への動力の伝達のみを許容する第２ワンウェイクラッチ６２とを備えることにより、ディーゼルエンジン１０が停止して、ダブルロータモータ２０のみで走行するＥＶ走行中であっても、アウターロータ２２から第２ワンウェイクラッチ６２を介して冷却流体用ポンプ７２に動力が伝達されて、冷却流体用ポンプ７２を駆動させることができるので、ディーゼルエンジン１０を作動させることなく、効率的にダブルロータモータ２０を冷却することができる。
特に、ＥＶ走行中にアウターロータ２２が低回転高トルクの状態で長時間駆動した場合や、第１コイル２５及び第２コイル２６の損傷又は劣化による高抵抗化が起こった場合や、外気温の上昇若しくは放熱機構の損傷又は劣化により放熱性能が低下した場合のように、ダブルロータモータ２０が過剰に発熱したときに、冷却流体用ポンプ７２を駆動させることができるので、効率的にダブルロータモータ２０を冷却することができる。
【００２８】
この実施の形態では、ステップＳ１において温度センサ３７による検出値Ｔが閾値Ｔａ以上であった場合に、ファン７７の回転数を上昇させた後（ステップＳ２及びＳ３）、水用ポンプ７４の回転数を上昇させているが（ステップＳ４及びＳ５）、水用ポンプ７４の回転数を上昇させた後、ファン７７の回転数を上昇させてもよい。すなわち、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ２及びＳ３とステップＳ４及びＳ５との順番を入れ替えてもよい。
【００２９】
この実施の形態では、ステータ２３に巻かれた第２コイル２６に差し込まれた温度センサ３７の検出値、すなわち、第２コイル２６の温度をダブルロータモータ２０の温度としているが、この形態に限定するものではない。第１コイル２５に温度センサを設けて、その検出値をダブルロータモータ２０の温度としてもよいし、第１コイル２５及び第２コイル２６の両方に温度センサを設けて、それぞれの検出値をダブルロータモータ２０の温度としてもよい。
【００３０】
この実施の形態では、回転電機は、インナーロータ２１と、アウターロータ２２と、ステータ２３とを有するダブルロータモータ２０であったが、ステータ２３を有さないダブルロータモータであってもよい。
【００３１】
この実施の形態では、エンジンはディーゼルエンジン１０であったが、ガソリンエンジンであってもよい。また、この実施の形態では、冷却流体はオイルであり、オイルを冷却する流体は水であったが、この形態に限定するものではなく、冷却に使用できる公知の流体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ディーゼルエンジン（エンジン）、２０  ダブルロータモータ（回転電機）、２１  インナーロータ（第１回転子）、２２  アウターロータ（第２回転子）、３０  バッテリ、５０  ＥＣＵ（制御装置，充電量検出手段）、６１  第１ワンウェイクラッチ、６２  第２ワンウェイクラッチ、７２  冷却流体用ポンプ、１００  冷却装置。
【図１】
2016193681.tif 000003
【図２】
2016193681.tif 000004
【図３】
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