JP2012151995A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動車両において、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保する。
【解決手段】コイルエンドカバーを備えるモータ30と、該カバーの中に冷却油を供給する電動オイルポンプ64と、該カバーからモータ30外への冷却油の放出位置に設けられた排出バルブ66と、排出バルブ66を開閉する制御部70と、を備える電気自動車20であって、大気圧が所定圧力より低い場合に、排出バルブ66を閉成して該カバー内を油密とし、油温センサ81またはコイル温度センサ83から取得した温度上昇が所定値以上である場合には、電動オイルポンプ64の回転数に応じて排出バルブ66を開成し、排出バルブ66から冷却油を排出しつつ電動オイルポンプ64によって該カバー内に冷却油を供給する。
【選択図】図1
【解決手段】コイルエンドカバーを備えるモータ30と、該カバーの中に冷却油を供給する電動オイルポンプ64と、該カバーからモータ30外への冷却油の放出位置に設けられた排出バルブ66と、排出バルブ66を開閉する制御部70と、を備える電気自動車20であって、大気圧が所定圧力より低い場合に、排出バルブ66を閉成して該カバー内を油密とし、油温センサ81またはコイル温度センサ83から取得した温度上昇が所定値以上である場合には、電動オイルポンプ64の回転数に応じて排出バルブ66を開成し、排出バルブ66から冷却油を排出しつつ電動オイルポンプ64によって該カバー内に冷却油を供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電動車両に用いられる電動機の構成に関する。
ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両に用いられる電動機においては、固定子に巻回されたコイルの発熱が問題となってくる。このため、固定子に冷却油を供給する流路とロータと冷却油を供給する流路とを別にして、回転数等に応じて固定子とロータとにそれぞれ供給する冷却油の各流量を変化させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、固定子は軸方向の端面にコイルエンドが形成されるようにコイルが巻回されているものが多い。このコイルエンドの部分は固定子の中でも最も冷却が必要となってくる部位である。そこで、このコイルエンドエンドカバーによってコイルエンドを覆い、コイルエンドカバーの中に冷却油を流してコイルエンドの冷却を行方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、電動車両は通常の平地のほかに標高の高い高地を走行する場合もある。ところが、大気圧が低下してくると空気の絶縁性が低下してくることから、コイルエンド周辺に低圧の空気が存在すると電動機の絶縁性能が低下してしまい、電動機の出力を制限したり電動機に掛かる電圧を低く抑えたりすることが必要であった。
本発明は、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保することを目的とする。
本発明は、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保することができるという効果を奏する。
本発明の電動車両において、前記冷却油置換手段は、前記バルブを開成する際に、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブの開度を変化させること、としても好適である。
本発明の電動車両において、前記冷却油供給手段は、一次停止可能な冷却油供給ポンプであって、前記冷却油置換手段は、前記冷却油供給ポンプが稼動していない場合には、前記冷却油供給ポンプを始動した後に前記バルブを開成すること、としても好適である。また、前記冷却油供給ポンプは、機械駆動式または電動式ポンプであること、としても好適である。
本発明の電動車両において、前記温度上昇検知手段は、冷却油温度を検知する冷却油温センサまたはコイル温度を検知するコイル温度センサであること、としても好適であるし、前記温度上昇検知手段は、前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度とコイルに入力される電流とからコイル温度を予測し、前記冷却油置換手段は、前記コイル温度の予測値に基づいて前記バルブを開成すること、としても好適である。
本発明は、大気圧が低い場合でも電動機の絶縁性を確保することができるという効果を奏する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1に示すように本実施形態の電気自動車20は、充放電可能な二次電池であるバッテリ58と、バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ57と、昇圧コンバータ57で昇圧された直流電源をスイッチング素子でスイッチングして、三相交流電力に変換するインバータ56と、インバータからの三相交流電力が供給される車両駆動用のモータ30と、を備え、モータ30の出力軸22は、ディファシャル24を介して駆動輪26a,26bに伝達され、電気自動車20が駆動されるように構成されている。
モータ30は同期電動機であり、固定子にコイルが巻回されたものである。モータにはこの固定子のコイルを冷却するための冷却系統が設けられている。図1に示すように、モータの冷却系統は、冷却媒体である冷却油を貯留するオイルパン62と、オイルパン62に貯留された冷却油をモータ30に循環させる電動式の電動オイルポンプ64と、電動オイルポンプ64によってモータ30の中に流入させた冷却油をオイルパン62に排出する排出バルブ66とが設けられている。
また,電気自動車20には車両全体の走行制御等を行う制御部70が備えられている。制御部70は、内部にCPU72、やROM74,RAM76を含むコンパュータである。車両の運転席に設けられている、シフトレバー82位置、ブレーキぺダル84、アクセルペダル86の踏み込み量は制御部70に入力される。また、イグニッションスイッチのオン/オフ信号が制御部70に入力され、車両の速度を検出する車速センサ88、車両の外部の大気圧を検出する大気圧センサ89、モータ30の冷却油の温度を検出する油温センサ81、モータ30のコイル温度検出するコイル温度センサ83の各信号は制御部70に接続されて、各センサ81〜89からの信号は制御部70に入力されるよう構成されている。また、インバータ56、モータ30、電動オイルポンプ64もそれぞれ制御部70に接続され、制御部70の指令によって駆動するように構成されている。
図2に示すように、本実施形態の電気自動車20に搭載されているモータ30は、三相交流同期電動機で、固定子40と、駆動軸22と共に回転するロータ32とを備えている。ロータ32は、打ち抜いた磁性鋼板を積層したロータコア34とロータコア34の複数のスロットに嵌め込まれる永久磁石36とを備えている。また、固定子40は、打ち抜いた電磁鋼板を積層したステータコア42と、ステータコア42の複数のスロット44のそれぞれに巻回されたコイル46とを備えている。
図3に示すように、コイル46は各スロット44に分巻に巻回されており、ステータコア42の軸方向の端面にはコイル46がスロット44を渡るコイルエンド46aがそれぞれ形成されている。本実施形態のモータ30は、このコイルエンド46aを覆うようにコイルエンドカバー50が設けられている。コイルエンドカバー50は断面がステータコア42の内周面側と外周面側とのそれぞれ接続する略U字型のカバーであり、その内部にコイルエンド46aが入るように構成され、コイルエンド46aとコイルエンドカバー50との間には冷却油が流れる環状流路52が形成される。また、固定子40のスロット44の固定子内周側には、スロット44の内周面との間の開口を塞ぐ蓋部材48が設けられている。図4に示すように、この蓋部材48とステータコア42の内周側端面との間も冷却油が流れるスロット内流路54が形成されている。
図2に示すように、電動オイルポンプ64によってオイルパン62から吸い上げられた冷却油は配管を通ってモータ30の上部からコイルエンド46aの周囲の環状流路52に流入する、そして冷却油は重力によって環状流路52を下方向に流れてくる。この際、スロット44の内周面側の開口は蓋部材48によって閉じられているので、冷却油はスロット44に開口から環状流路52の外部に漏れることなく、コイルエンド46aを冷却しながらコイルエンドカバー50の中を流れていく。また、一部の冷却油はスロット44の中のスロット内流路54を経由してスロット44内のコイル46を冷却しながら下方向に流れていく。コイルエンドカバー50の下部に流れてきた冷却油は、排出バルブ66を通ってモータ30の外部に排出される。排出バルブ66が閉じていると、環状流路52、スロット内流路54の内部に冷却油が溜まっていき、排出バルブ66が開かれると環状流路52、スロット内流路54に溜まった冷却油がオイルパン62に排出される。また、環状流路52には冷却油の温度を検出する油温センサ81と、コイル46の温度を検出するコイル温度センサ83とが設けられている。本実施形態では、それぞれ1つずつセンサが取り付けられていることとして説明したが、各センサ81,83はそれぞれ複数個配置されるようにしてもよい。
以上のように構成された電気自動車20のモータ30の冷却動作について図5を参照しながら説明する。図5のステップS101に示すように、モータ30の冷却動作が開始されると、制御部70は図1に示す大気圧センサ89から電動車両の位置の大気圧Paを取得する。そして、制御部70は、図5のステップS102に示すように、取得した大気圧Paを閾値Parefと比較する。ここで閾値Parefは、気体環境、あるいは空気環境下のモータ30における絶縁性能の下限値に対応する圧力であり、実験や解析などによって求めることができる。図6に示すように、空気環境下では、モータ30内の環状流路52、スロット内流路54に冷却油が滞留し、コイルエンド46aやコイル46が冷却油に浸かっており、空気と触れていない環境、以下、この環境を油密環境という、にある場合の絶縁性能は、コイル46、コイルエンド46aが空気環境におかれた場合よりも高い。気圧が高い場合には、空気環境の場合の絶縁性能と油密環境の絶縁性能との間にさほど大きな差はないが、図6に示すように、大気圧が低くなってくると、油密環境での絶縁性能は変化しないのに比べて空気環境での絶縁性能は急速に低下してくる。制御部70は大気圧が図6に示すParefよりも高い場合には、空気環境の下でモータ30の絶縁破壊が生じる恐れは無いと判断し、図2に示す排出バルブ66を開として冷却油が環状流路52、スロット内流路54を流動してオイルパン62との間で冷却油が循環し、コイルエンド46a,コイル46の表面を冷却油が流れて、これによってコイルエンド46a、コイル46が冷却されるようにする。このため、制御部70は、図5のステップS101で大気圧Paが閾値Parefよりも大きい場合には、図5のステップS116,S117に示すように、排出バルブ66を開とし、空気が充満している環状流路52,スロット内流路54の中に冷却油を流して、冷却油の流れをコイル46、コイルエンド46aに掛けることによってコイル46,コイルエンド46aの冷却を行う。この際、油密フラグFには0を設定する。そして、図5のステップS119に示すように、油温センサ81またはコイル温度センサ83によって検出した各温度に応じて電動オイルポンプ64の起動停止を行い、モータ30のコイル46、コイルエンド46aの温度が運転によって適切な温度となるように制御する。
一方、制御部70は、大気圧Paが閾値Parefよりも低い場合には、空気環境の下ではモータ30の絶縁破壊が生じる恐れがあると判断し、コイル46、コイルエンド46aを油密環境とするように制御する。制御部70は、図5のステップS103に示すように、すでに油密環境の設定が行われているかどうかを判定した後、まだ、油密環境の設定がされていない場合には、図5のステップS104、ステップS105に示すように、排出バルブ66を閉とする。そして、図5のステップS106に示すように、電動オイルポンプ64が停止している状態かどうかを判断し、電動オイルポンプ64が停止状態であれば、図5のステップS107に示すように、電動オイルポンプ64を始動する。すると、環状流路52とスロット内流路54との中には電動オイルポンプ64によってモータ30の上部から注入された冷却油が次第に溜まっていく。そして、制御部70は、図5のステップS108に示すように、モータ30の環状流路52とスロット内流路54とが完全に冷却油で満たされた油密状態であるかどうかを判断する。この判断は、例えば、環状流路52の最上部に空気抜きを設けておき、この空気抜きから冷却油が吐出されたら環状流路52、スロット内流路54が油密となったと判断するようにしてもよいし、環状流路52、スロット内流路54の体積に相当する冷却油を環状流路52、スロット内流路54に注入したことにより判断してもよい。
図5のステップS109に示すように、制御部70は、環状流路52、スロット内流路54が油密となったと判断したら油密フラグFを1とする。上記のように環状流路52、スロット内流路54が油密となった場合、コイルエンドカバー50の内部に入っているコイルエンド46a、及びスロット44の中に入っているコイル46は冷却油の中に浸かった状態で、空気に触れない状態となる。このため、図6に示すように、大気圧が低い状態でもモータ30の絶縁性能が低下せず、モータ30の出力を制限したりモータ30に供給する電圧を低く設定したりすることが必要なく、高地でも十分な走行出力を確保することができる。制御部70は油密フラグFが1になると油密状態が完成したと判断し、図5のステップS110に示すように電動オイルポンプ64を停止する。
このような油密状態では、モータ30の絶縁性は空気環境よりも優れているものの、冷却油が流動していないことから、コイルエンド46aの周囲の環状流路52やスロット44の中のスロット内流路54の中に滞留している冷却油の温度が上昇してくる。そして、温度が閾値温度を超えた場合には、今度は冷却油の温度高、あるいはコイルの温度高によってモータ30の出力や供給電圧の制限が必要となってくる。
そこで、制御部70は、図5のステップS109に示すように、環状流路52,スロット内流路54が油密状態となって油密フラグFが1となったら、図5のステップS111に示すように、環状流路52に設けられた油温センサ81によって環状流路52、スロット内流路54に滞留している冷却油の油温を取得する。そして、図5のステップS112に示すように、制御部70はこの油温が所定の閾値よりも高くなったと判断した場合には、図5のステップS113に示すように一旦、図5のステップS110で停止した電動オイルポンプ64を再度起動する。そして、図5のステップS114に示すように、電動オイルポンプ64の回転数を取得する。電動オイルポンプ64は電動機で駆動される容積形のポンプであり、図7に示すようにその吐出流量は回転数に略比例する。一方、排出バルブ66は、環状流路52,スロット内流路54から重力で冷却油を排出するものであり、油密状態となっている場合には、排出バルブ66の入口圧力は、環状流路52に充満している冷却油の静水頭であることから、排出バルブ66から外部に排出される冷却油の流量は、図8のように排出バルブの開度が決まると一義的に決まってしまう。従って、制御部70は、図5のステップS115に示すように電動オイルポンプ64の回転数から排出バルブ66の開度を設定する。
いま、図7に示すように、電動オイルポンプ64の回転数がRmでその吐出流量がFmであった場合、この電動オイルポンプ64の吐出流量Fmと同じ流量だけ環状流路52、スロット内流路54から流出させるように排出バルブ66の開度を図8に示すVmに設定すると、環状流路52、スロット内流路54の中の冷却油の総量は変化せず、コイルエンド46a、コイル46は油に浸かった状態が保たれる。そして、電動オイルポンプ64によって温度の低い冷却油を環状流路52,スロット内流路54に流して温度の高くなった冷却油に置換することによってコイル46、コイルエンド46aの温度の上昇を抑えることができ、高地においてもモータ30の絶縁性能の低下による出力制限を受けずに走行することができる。また、モータ30の出力が大きく、その発熱量も大きい場合には、電動オイルポンプ64の回転数を高くし、それに応じて排出バルブ66の開度を大きくすることで環状流路52、スロット内流路54を流れる冷却油の流量を大きくしてより冷却効果を高めるようにしてもよい。
以上、説明した実施形態では、環状流路52に設けた冷却油の温度を検出する油温センサ81によって冷却油の温度の上昇を検出して電動オイルポンプ64の始動、排出バルブ66の開度の調整をすることとして説明したが、例えば、コイル46に取り付けたコイル温度センサ83の温度が所定の閾値を超えた場合に、電動オイルポンプ64の始動、排出バルブ66の開度の調整をすることとしてもよい。また、制御部70は、モータ30への出力指令値にあるいはモータ30に供給する電流、電圧に基づいて、モータ30の固定子コイルに流れる電流を計算し、その際の環状流路52の中の冷却油の温度からコイル46の温度を予測し、その予測温度に基づいて電動オイルポンプ64の始動、排出バルブ66の開度の調整をすることとしてもよい。
図9に示すように、固定子40のコイル46への入力電流が大きくなるとコイル46の温度変化は大きくなる。つまり、大きな電流が流れ流れるほど急速にコイル46の温度は上昇していく。また、コイル46の温度上昇の度合いは、油密の際にコイル46が浸かっている冷却油の温度によって影響をうける。図9に示すように、油密の際の冷却油の温度が低い場合は線aで示すように、コイル46の温度上昇率は低く、油密の際の冷却油の温度が高い場合には、線bで示すように、コイル46の温度の上昇率は高くなる。このことから、例えば、油温センサ81によって取得した油音Toilの場合のコイル46への入力電力に対するコイル46の温度上昇率の変化が図9に示す点線cのような場合、制御部70は、計算したコイル46への入力電流がA1の際に図7のグラフの点線cからコイル46の温度上昇率がΔT1(℃/sec)であることを取得する。そして、現在の油温Toilとコイル46との平均的な温度差ΔTcを用いて、時間t(sec)後のコイルの温度Tcを、Tc=ΔT1×t+ΔTc+Toil、から予想することができる。このようにして予想したコイル46の温度Tcが所定の閾値を超えた場合に、電動オイルポンプ64の始動、排出バルブ66の開度の調整をすることとしてもよい。この場合にはコイル46の温度Tcを予想して制御することから、コイル温度が過剰に上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。
図10、図11を参照して発明の他の実施形態について説明する。図1から図9を参して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態は、エンジン駆動オイルポンプ164を備えるハイブリッド車両120に本発明を適用したものである。
図10に示すように、本実施形態のハイブリッド車両120は、エンジン122と第1モータジェネレータ130、第2のモータジェネレータ230とを備え、エンジン122と第1モータジェネレータ130、第2のモータジェネレータ230は動力分割装置124などともにケーシング170の中に一体に配置されている。エンジン122からの出力は遊星歯車機構の動力分割装置124によって車両駆動用の動力と、発電に用いられる動力とに分割される。第1モータジェネレータ130は通常は発電機として機能し、第2モータジェネレータ230は通常はモータとして機能する。そして、エンジン122からの動力は第2モータジェネレータ230からの出力と共に図示しない駆動輪を回転させてハイブリッド車両120を走行させる。第2モータジェネレータ230は、充放電可能な二次電池であるバッテリ58の直流電力を昇圧コンバータ57によって昇圧した後、インバータ56によって変換した三相交流電力で駆動される同期電動機である。また、第1モータジェネレータ130で発電した三相交流電力は、インバータ156によって直流電力に変換されてバッテリ58に蓄電される。
第1モータジェネレータ130、第2モータジェネレータ230はそれぞれ同期電動機であり、その固定子40は図2から図4を参照して説明したように、ステータコア42にコイル46が巻回されたものである。各モータジェネレータ130,230にはこの固定子40のコイル46を冷却するための冷却系統が設けられている。図10に示すように、各モータジェネレータ130,230の冷却系統は、冷却媒体である冷却油を貯留するオイルパン162と、オイルパン162に貯留された冷却油を各モータジェネレータ130、230に循環させるエンジン駆動式のエンジン駆動オイルポンプ164と、エンジン駆動オイルポンプ164によって各モータジェネレータ130,230の中に流入させた冷却油を各モータジェネレータ130,230からオイルパン62に排出する排出バルブ166,167とが設けられている。エンジン122の駆動軸の一部は第2モータジェネレータ230のシャフトの中心を貫通してケーシング170の外側まで貫通し、その一端にエンジン駆動オイルポンプ164が取り付けられている。
また、エンジンの各モータジェネレータ130,230と反対側の端部には、エンジン122の駆動軸に接続されたエンジンオイルポンプ165が設けられている。このエンジンオイルポンプ165は、各モータジェネレータ130,230に用いられる冷却油とは別の潤滑油であり、オイルパン163からエンジンオイルポンプ165によって吸い上げられ、エンジン122の上からエンジン122各部や図示しない各駆動ギヤを潤滑する。
また、ハイブリッド車両120には車両全体の走行制御等を行う制御部70が備えられている。制御部70は、内部にCPU72やROM74,RAM72を含むコンパュータである。車両の運転席に設けられている、シフトレバー82位置、ブレーキぺダル84、アクセルペダル86の踏み込み量は制御部70に入力される。また、イグニッションスイッチのオン/オフ信号が制御部70に入力され、車両の速度を検出する速度センサ88、車両の外部の大気圧を検出する大気圧センサ89、第1、第2モータジェネレータ130,230の冷却油の温度を検出する油温センサ81、各モータジェネレータ130,230のコイル温度検出するコイル温度センサ83の各信号は制御部70に接続されて、各センサ81〜89の信号は制御部70に入力されるよう構成されている。また、エンジン122、エンジンオイルポンプ165、インバータ56,156、各モータジェネレータ130,230、エンジン駆動オイルポンプ164もそれぞれ制御部70に接続され、制御部70の指令によって駆動するように構成されている。
各モータジェネレータ130,230の構造は図2から図4を参照して説明したのと同様で、ステータコア42と、スロット44とスロット44に巻回されたコイル46と、ステータコア42の両端面に突出したコイルエンド46aとを備え、コイルエンド46aはコイルエンドカバー50によって覆われ、ステータコア42の内周面のスロット44の開口には蓋部材48が取り付けられ、冷却油が流れる環状流路52とスロット内流路54とが形成されている。
以上のように構成されたハイブリッド車両120の各モータジェネレータ130,230の冷却動作について図11を参照しながら説明する。図11のステップS201に示すように、各モータジェネレータ130,230の冷却動作が開始されると、制御部70は図1に示す大気圧センサ89から電動車両の位置の大気圧Paを取得する。そして、制御部70は、図11のステップS202に示すように、取得した大気圧Paを閾値Parefと比較する。ここで閾値Parefは、先に説明したように、気体環境、あるいは空気環境下の各モータジェネレータ130,230における絶縁性能の下限値に対応する圧力であり、実験や解析などによって求めることができる。制御部70は大気圧が図6に示すParefよりも大きい場合には、空気環境の下で各モータジェネレータ130,230の絶縁破壊が生じる恐れは無いと判断し、図10に示す排出バルブ166,167を開としてエンジン駆動オイルポンプ164から供給された冷却油が各モータジェネレータ130,230の環状流路52、スロット内流路54を流動してオイルパン162との間で冷却油が循環し、各モータジェネレータ130,230のコイルエンド46a,コイル46の表面を冷却油が流れて、これによってコイルエンド46a、コイル46が冷却されるようにする。このため、制御部70は、図11のステップS201で大気圧Paが閾値Parefよりも大きい場合には、図11のステップS217,S218に示すように、各排出バルブ166、167を開とし、空気が充満している各モータジェネレータ130,230の環状流路52,スロット内流路54の中に冷却油を流して、冷却油の流れをコイル46、コイルエンド46aに掛けることによって各モータジェネレータ130,230のコイル46,コイルエンド46aの冷却を行う。この際、図11のステップS219に示すように、油密フラグF2には0をセットする。また、ハイブリッド車両120がエンジン122を停止してモータジュネレータ130,230で走行している場合には、各モータジェネレータ130,230の油温センサ81またはコイル温度センサ83によって検出した各温度に応じてエンジン駆動オイルポンプ164の起動停止を行うために制御部70は図11のステップS220,S221に示すようにエンジン122をモータリングさせる。これによってエンジン122の駆動軸を回転させ、制御部70は、エンジン駆動オイルポンプ164を駆動して冷却油を循環させ、各モータジェネレータ130,230のコイル46、コイルエンド46aの温度が運転によって適切な温度となるように制御する。
一方、制御部70は、大気圧Paが閾値Parefよりも低い場合には、空気環境の下では各モータジェネレータ130,230の絶縁破壊が生じる恐れがあると判断し、各モータジェネレータ130,230のコイル46、コイルエンド46aを油密環境とするように制御する。制御部70は、図11のステップS203に示すように、すでに油密環境の設定が行われているかどうかを判定した後、まだ、油密環境の設定がされていない場合には、図11のステップS204、ステップS205に示すように、排出バルブ166,167を閉とする。そして、図11のステップS206に示すように、電動走行モードでエンジン122が停止している状態かどうかを判断し、電動走行モードでエンジン122が停止状態であれば、図11のステップS207に示すように、エンジン122をモータリングしてエンジン駆動オイルポンプ164を始動する。すると、環状流路52とスロット内流路54との中にはエンジン駆動オイルポンプ164によって各モータジェネレータ130,230の上部から注入された冷却油が次第に溜まっていく。そして、制御部70は、図11のステップS208に示すように、各モータジェネレータ130,230の環状流路52とスロット内流路54とが完全に冷却油で満たされた油密状態であるかどうかを判断する。この判断は、例えば、環状流路52の最上部に空気抜きを設けておき、この空気抜きから冷却油が吐出されたら環状流路52、スロット内流路54が油密となったと判断するようにしてもよいし、環状流路52、スロット内流路54の体積に相当する冷却油を環状流路52、スロット内流路54に注入したことにより判断してもよい。
図11のステップS209に示すように、制御部70は、各モータジェネレータ130,230の環状流路52、スロット内流路54が油密となったと判断したら油密フラグF2を1とする。上記のように各モータジェネレータ130,230の環状流路52、スロット内流路54が油密となった場合、コイルエンドカバー50の内部に入っているコイルエンド46a、及びスロット44の中に入っているコイル46は冷却油の中に浸かった状態で、空気に触れない状態となる。このため、図6に示すように、大気圧が低い状態でも各モータジェネレータ130,230の絶縁性能が低下せず、各モータジェネレータ130,230の出力を制限したり各モータジェネレータ130,230に供給する電圧を低く設定したりすることが必要なく、高地でも十分な走行出力を確保することができる。制御部70は図11のステップS210,S211に示すように油密フラグF2が1となると油密状態が完成したと判断し、エンジン122のモータリングを停止する。
しかし、このような油密状態では、各モータジェネレータ130,230の絶縁性は空気環境よりも優れているものの、冷却油が流動していないことから、各モータジェネレータ130,230のコイルエンド46aの周囲の環状流路52やスロット44の中のスロット内流路54の中に滞留している冷却油の温度が上昇してくる。そして、温度が閾値温度を超えた場合には、今度は冷却油の温度高、あるいはコイルの温度高によって各モータジェネレータ130,230の出力や供給電圧の制限が必要となってくる。
そこで、制御部70は、環状流路52,スロット内流路54が油密状態となって油密フラグF2が1となったら、図11のステップS212に示すように、環状流路52に設けられた油温センサ81によって各モータジェネレータ130,230の環状流路52、スロット内流路54に滞留している冷却油の油温を取得する。そして、図11のステップS213に示すように、制御部70はこの油温が所定の閾値よりも高くなったと判断した場合には、図11のステップS214に示すように一旦、図11のステップS210で停止したエンジン122のモータリングを再度行い、エンジン駆動オイルポンプ164を起動する。そして、図11のステップS215に示すように、エンジン駆動オイルポンプ164の回転数を取得する。エンジン駆動オイルポンプ164はエンジン122で駆動される容積形のポンプであり、図12に示すようにその吐出流量はエンジン122の回転数に略比例する。ただし、エンジン駆動オイルホンプ164の回転数はエンジンの回転数と独立に決定することができないことから、必要以上の流量となってしまう場合には、過剰となる冷却油を逃がし弁からオイルパン162に戻し、各モータジェネレータ130,230に供給する冷却油の流量が大きくなりすぎないように制限するように構成されている。
一方、排出バルブ166,167は、各モータジェネレータ130,230の環状流路52,スロット内流路54から重力で冷却油を排出するものであり、油密状態となっている場合には、排出バルブ66の入口圧力は、環状流路52に充満している冷却油の静水頭であることから、排出バルブ166,167から外部に排出される冷却油の流量は、図8のように排出バルブの開度が決まると一義的に決まってしまう。従って、制御部70は、図11のステップS216に示すようにエンジン駆動オイルポンプ164の回転数から排出バルブ166,167の開度を設定する。
いま、図12に示すように、エンジン駆動オイルポンプ164の回転数がR1でその吐出流量がF1であった場合、この電動オイルポンプ64の吐出流量F1と同じ流量だけ第1、第2モータジェネレータ130,230の環状流路52、スロット内流路54から冷却油を流出させるように、排出バルブ166,167の開度を図8に示すV1とすると、各モータジェネレータ130,230環状流路52、スロット内流路54の中の冷却油の総量は変化せず、コイルエンド46a、コイル46は油に浸かった状態が保たれる。そして、エンジン駆動オイルポンプ164によって温度の低い冷却油を各モータジェネレータ130,230の環状流路52,スロット内流路54に流して温度の高くなった冷却油に置換することによってコイル46、コイルエンド46aの温度の上昇を抑えることができ、高地においても各モータジェネレータ130,230絶縁性能の低下による出力制限を受けずに走行することができる。
以上、説明した実施形態では、環状流路52に設けた冷却油の温度を検出する油温センサ81によって冷却油の温度の上昇を検出してエンジン122をモータリングしてエンジン駆動オイルポンプ164の始動、排出バルブ166,167の開度の調整をすることとして説明したが、先に説明した実施形態と同様、例えば、コイル46に取り付けたコイル温度センサ83の温度が所定の閾値を超えた場合に、エンジン駆動オイルポンプ164の始動、排出バルブ166,167の開度の調整をすることとしてもよいし、制御部70は、各モータジェネレータ130,230への出力指令値にあるいは各モータジェネレータ130,230に供給する電流、電圧に基づいて、各モータジェネレータ130,230の固定子40のコイル46に流れる電流を計算し、その際の環状流路52の中の冷却油の温度からコイル46の温度を予測し、その予測温度に基づいてエンジン駆動オイルポンプ164の始動、排出バルブ166,167の開度の調整をすることとしてもよい。
また、本実施形態では、ハイブリッド車両120が電動走行をしており、エンジン122は停止している走行状態で、エンジン122を始動せずエンジン122をモータリングすることによってエンジン122に直結されているエンジン駆動オイルポンプ164を始動することとして説明したが、エンジン122を始動して、エンジン122自体の回転によってエンジン駆動オイルポンプ164を駆動し、エンジン122の回転数に基づいて排出バルブ166,167の開度を設定するようにしてもよい。また、エンジン122と第2モータジェネレータ230との出力で走行するハイブリッド走行を行っている場合には、エンジン122を改めて始動せずにエンジン122の回転数に基づいて排出バルブ166,167の開度を設定するようにしてもよい。更に、第1モータジェネレータ130,第2モータジェネレータ230の各油温センサ81、コイル温度センサ83によって検出した各温度に基づいて、各排出バルブ166,167の開度をそれぞれ独立して設定するようにしてもよい。
20 電気自動車、22 出力軸、24 ディファシャル、26a,26b 駆動輪、30 モータ、32 ロータ、34 ロータコア、36 永久磁石、40 固定子、42 ステータコア、44 スロット、46 コイル、46a コイルエンド、48 蓋部材、50 コイルエンドカバー、52 環状流路、54 スロット内流路、56,156 インバータ、57 昇圧コンバータ、58 バッテリ、62,162,163 オイルパン、64 電動オイルポンプ、66,166,167 排出バルブ、70 制御部、81 油温センサ、82 シフトレバー、83 コイル温度センサ、84 ブレーキぺダル、86 アクセルペダル、88 車速センサ、89 大気圧センサ、120 ハイブリッド車両、122 エンジン、124 動力分割装置、130 第1モータジェネレータ、230 第2モータジェネレータ、165 エンジンオイルポンプ、170 ケーシング。
本発明の電動車両は、ステータコアの軸方向の両端面上に形成されたコイルエンドを覆うコイルエンドカバーを備える電動機と、前記コイルエンドカバーの中に冷却油を供給する冷却油供給手段と、前記コイルエンドカバーから前記電動機外への冷却油の放出位置に設けられたバルブと、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記電動機のコイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度の上昇を検知する温度上昇検知手段と、前記バルブを開閉する制御部と、を備える電動車両であって、前記検出された大気圧が気体環境下での前記電動機における絶縁性能の許容下限に対応する圧力として定められた所定圧力より低い場合に、前記バルブを閉成して前記コイルエンドカバー内を油密とする油密手段と、前記コイルエンドカバー内を油密とした状態で、前記温度上昇検知手段によって前記コイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度上昇が所定値以上であることが検知された際には、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブを開成し、前記バルブから前記冷却油を排出しつつ前記冷却油供給手段によって前記コイルエンドカバー内に冷却油を供給する冷却油置換手段と、を備えることを特徴とする。
Claims (6)
- ステータコアの軸方向の両端面上に形成されたコイルエンドを覆うコイルエンドカバーを備える電動機と、
前記コイルエンドカバーの中に冷却油を供給する冷却油供給手段と、
前記コイルエンドカバーから前記電動機外への冷却油の放出位置に設けられたバルブと、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記電動機のコイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度の上昇を検知する温度上昇検知手段と、
前記バルブを開閉する制御部と、を備える電動車両であって、
前記検出された大気圧が気体環境下での前記電動機における絶縁性能の許容下限に対応する圧力として定められた所定圧力より低い場合に、前記バルブを閉成して前記コイルエンドカバー内を油密とする油密手段と、
前記コイルエンドカバー内を油密とした状態で、前記温度上昇検知手段によって前記コイル温度または前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度上昇が所定値以上であることが検知された際には、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブを開成し、前記バルブから前記冷却油を排出しつつ前記冷却油供給手段によって前記コイルエンドカバー内に冷却油を供給する冷却油置換手段と、
を備える電動車両。 - 請求項1に記載の電動車両であって、
前記冷却油置換手段は、前記バルブを開成する際に、前記冷却油供給手段の冷却油供給能力に応じて前記バルブの開度を変化させること、
を特徴とする電動車両。 - 請求項1または2に記載の電動車両であって、
前記冷却油供給手段は、一次停止可能な冷却油供給ポンプであって、
前記冷却油置換手段は、前記冷却油供給ポンプが稼動していない場合には、前記冷却油供給ポンプを始動した後に前記バルブを開成すること、
を特徴とする電動車両。 - 請求項1から3に記載の電動車両であって、
前記冷却油供給ポンプは、機械駆動式または電動式ポンプであること、
を特徴とする電動車両。 - 請求項1から4に記載の電動車両であって、
前記温度上昇検知手段は、冷却油温度を検知する冷却油温センサまたはコイル温度を検知するコイル温度センサであること、
を特徴とする電動車両。 - 請求項1から4に記載の電動車両であって、
前記温度上昇検知手段は、前記コイルエンドカバー内の冷却油の温度とコイルに入力される電流とからコイル温度を予測し、
前記冷却油置換手段は、前記コイル温度の予測値に基づいて前記バルブを開成すること、
を特徴とする電動車両。
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-
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- 2011-01-19 JP JP2011008394A patent/JP2012151995A/ja not_active Withdrawn
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