JP2013207957A - Motor cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される電動モータを冷却するモータ冷却装置に関する。 The present invention relates to a motor cooling device that cools an electric motor mounted on a vehicle.
エンジンおよび電動モータを駆動源として備えるハイブリッド車両や、電動モータのみを駆動源として備える電気自動車が開発されている。これらの電動モータを正常に機能させるためには、通電によって発熱する電動モータを積極的に冷却することにより、永久磁石の減磁や絶縁被膜の劣化を防止することが重要となっている。そこで、電動モータを冷却するため、ギヤによって掻き上げられた冷却油をモータ上方のキャッチタンクに貯留し、キャッチタンクから電動モータに冷却油を滴下させるようにした冷却装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載された冷却装置は、オイルポンプを用いることなく電動モータに冷却油を供給することができるため、冷却に必要なエネルギーを削減することが可能となっている。
Hybrid vehicles including an engine and an electric motor as drive sources, and electric vehicles including only an electric motor as a drive source have been developed. In order for these electric motors to function normally, it is important to prevent permanent magnets from demagnetizing and insulating coating deterioration by actively cooling the electric motors that generate heat when energized. Therefore, in order to cool the electric motor, a cooling device has been proposed in which the cooling oil scraped up by the gear is stored in a catch tank above the motor and the cooling oil is dropped from the catch tank to the electric motor (for example, , See Patent Document 1). Since the cooling device described in
ところで、近年のハイブリッド車両や電気自動車においては、電動モータの高出力化に伴って発熱量が増大していることから、オイルポンプを用いて積極的に冷却油を供給することが必要となっている。しかしながら、オイルポンプによって多くの冷却油を供給し続けることは、冷却に必要なエネルギーを増大させて車両の燃費性能や電費性能を低下させる要因となる。このため、電動モータの作動状態に応じて適切にオイルポンプを制御することにより、冷却に必要なエネルギーを抑制することが望まれている。 By the way, in recent hybrid vehicles and electric vehicles, since the amount of heat generation has increased with the increase in the output of the electric motor, it is necessary to actively supply cooling oil using an oil pump. Yes. However, continuing to supply a large amount of cooling oil by the oil pump increases the energy required for cooling and causes a reduction in fuel consumption performance and power consumption performance of the vehicle. For this reason, it is desired to suppress energy required for cooling by appropriately controlling the oil pump in accordance with the operating state of the electric motor.
本発明の目的は、冷却に必要なエネルギーを抑制しつつ電動モータを冷却することにある。 An object of the present invention is to cool an electric motor while suppressing energy required for cooling.
本発明のモータ冷却装置は、車両に搭載される電動モータを冷却するモータ冷却装置であって、前記電動モータが収容されるハウジングと、前記ハウジングに冷却油を供給する供給径路に設けられ、冷却油の供給流量を調整する供給側調整機構と、前記ハウジングから冷却油を排出する排出径路に設けられ、冷却油の排出流量を調整する排出側調整機構と、前記電動モータの制御目標値に基づいて、前記電動モータの予測発熱量を算出する発熱量算出部と、前記予測発熱量に基づいて、前記供給側調整機構および前記排出側調整機構を制御する流量制御部とを有し、前記流量制御部は、前記予測発熱量に基づき前記供給流量および前記排出流量を増減させることにより、前記電動モータが浸される冷却油の油面高さを所定範囲に保ちつつ冷却油の循環流量を増減させることを特徴とする。 The motor cooling device of the present invention is a motor cooling device that cools an electric motor mounted on a vehicle, and is provided in a housing in which the electric motor is accommodated and a supply path that supplies cooling oil to the housing. Based on a supply-side adjustment mechanism that adjusts the supply flow rate of oil, a discharge-side adjustment mechanism that adjusts the discharge flow rate of cooling oil provided in a discharge path that discharges cooling oil from the housing, and a control target value of the electric motor A heat generation amount calculation unit that calculates a predicted heat generation amount of the electric motor, and a flow rate control unit that controls the supply side adjustment mechanism and the discharge side adjustment mechanism based on the predicted heat generation amount, The control unit increases or decreases the supply flow rate and the discharge flow rate based on the predicted calorific value, thereby cooling the oil level of the cooling oil in which the electric motor is immersed in a predetermined range. Wherein the increase or decrease of the circulation flow rate.
本発明のモータ冷却装置は、前記流量制御部は、前記予測発熱量が増加する場合には、前記供給流量および前記排出流量を増加させて前記循環流量を増加させる一方、前記予測発熱量が減少する場合には、前記供給流量および前記排出流量を減少させて前記循環流量を減少させることを特徴とする。また、本発明のモータ冷却装置は、前記供給径路から前記ハウジング内に供給される冷却油は、前記電動モータのステータコイルのコイルエンド部に供給され、前記コイルエンド部の外周を伝って下方に流れることを特徴とする。また、本発明のモータ冷却装置は、前記流量制御部は、前記冷却油と前記電動モータとの温度差が減少する場合には、前記供給流量および前記排出流量を増加させて前記循環流量を増加させる一方、前記温度差が増加する場合には、前記供給流量および前記排出流量を減少させて前記循環流量を減少させることを特徴とする。また、本発明のモータ冷却装置は、前記流量制御部は、前記電動モータが所定値を超えて傾斜した場合に、前記供給流量の減少制御と前記排出流量の増加制御との少なくともいずれか一方を実行し、前記ハウジング内の冷却油を減少させることを特徴とする。 In the motor cooling device of the present invention, when the predicted heat generation amount increases, the flow rate control unit increases the supply flow rate and the discharge flow rate to increase the circulation flow rate, while the predicted heat generation amount decreases. In this case, the circulation flow rate is decreased by decreasing the supply flow rate and the discharge flow rate. Further, in the motor cooling device of the present invention, the cooling oil supplied into the housing from the supply path is supplied to the coil end portion of the stator coil of the electric motor and travels downward along the outer periphery of the coil end portion. It is characterized by flowing. In the motor cooling device of the present invention, the flow rate controller increases the circulation flow rate by increasing the supply flow rate and the discharge flow rate when the temperature difference between the cooling oil and the electric motor decreases. On the other hand, when the temperature difference increases, the circulating flow rate is decreased by decreasing the supply flow rate and the discharge flow rate. Further, in the motor cooling device of the present invention, the flow rate control unit performs at least one of the supply flow rate decrease control and the discharge flow rate increase control when the electric motor tilts beyond a predetermined value. Performing cooling oil in the housing.
本発明によれば、ハウジングに収容される電動モータの予測発熱量に基づいて、ハウジングに供給される冷却油の供給流量と、ハウジングから排出される冷却油の排出流量とを制御している。これにより、予測発熱量に応じて冷却油の循環流量を増減させることができるため、冷却に必要なエネルギーを抑制しつつ電動モータを適切に冷却することが可能となる。しかも、電動モータが浸される冷却油の油面高さを所定範囲に保つことにより、電動モータを冷却油に浸し続けることができるため、冷却能力を維持したまま冷却油の循環流量を減少させることが可能となる。 According to the present invention, the supply flow rate of the cooling oil supplied to the housing and the discharge flow rate of the cooling oil discharged from the housing are controlled based on the predicted heat generation amount of the electric motor accommodated in the housing. Thereby, since the circulating flow rate of the cooling oil can be increased or decreased according to the predicted heat generation amount, it is possible to appropriately cool the electric motor while suppressing energy required for cooling. In addition, since the electric motor can be kept immersed in the cooling oil by keeping the oil level of the cooling oil immersed in the electric motor within a predetermined range, the circulating flow rate of the cooling oil is reduced while maintaining the cooling capacity. It becomes possible.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態であるモータ冷却装置10の構成を示す概略図である。なお、図示するモータ冷却装置10は、ハイブリッド車両に搭載される2つのモータジェネレータ(電動モータ)M1,M2を冷却対象としている。図1に示すように、ハイブリッド車両は、駆動源としてエンジン11を備えるとともに、駆動源として2つのモータジェネレータM1,M2を備えている。モータジェネレータM1は主に発電機として機能しており、モータジェネレータM2は主に電動機として機能している。また、エンジン11、モータジェネレータM1およびモータジェネレータM2は、複数の遊星歯車列によって構成される動力分割機構12を介して互いに連結されている。動力分割機構12にはギヤ列13を介して駆動輪出力軸14が連結されており、この駆動輪出力軸14から図示しない駆動輪に向けてエンジン動力やモータ動力が出力される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
図1に示すように、モータジェネレータM1はハウジング15に収容されている。ハウジング15の上部には一対の供給油路16が接続される一方、ハウジング15の下部には一対の排出油路17が接続されている。同様に、モータジェネレータM2はハウジング18に収容されている。ハウジング18の上部には一対の供給油路19が接続される一方、ハウジング18の下部には一対の排出油路20が接続されている。各供給油路16,19には上流側油路21が接続されており、この上流側油路21は電動オイルポンプ22を介してリザーバタンク23に接続されている。なお、リザーバタンク23には、モータジェネレータM1,M2の冷却に用いられる冷却油Xが貯留されている。このように、冷却油Xの供給径路である上流側油路21には、供給側調整機構として機能する電動オイルポンプ22が設けられている。この電動オイルポンプ22の回転数を制御することにより、ハウジング15,18に供給される冷却油Xの供給流量を調整することが可能となる。また、各排出油路17,20には下流側油路24が接続されており、この下流側油路24はオイルクーラ25を介してリザーバタンク23に接続されている。さらに、冷却油Xの排出径路である排出油路17,20には、排出側調整機構として機能する可変絞り弁26,27が設けられている。この可変絞り弁26,27の流路面積を制御することにより、ハウジング15,18から排出される冷却油Xの排出流量を調整することが可能となる。さらに、冷却風を生成する電動ファン28がオイルクーラ25に対向して設置されている。
As shown in FIG. 1, the motor generator M <b> 1 is accommodated in the
モータジェネレータM1は、ハウジング15に固定される環状のステータ40と、ステータ40の内側に回転自在に収容されるロータ41とを備えている。また、ステータ40にはステータコイル42が巻き付けられ、ステータ40の幅方向両端にはステータコイル42を纏めたコイルエンド部43が設けられている。さらに、ハウジング15に接続される供給油路16は、コイルエンド部43の上方に開口している。同様に、モータジェネレータM2は、ハウジング18に固定される環状のステータ44と、ステータ44の内側に回転自在に収容されるロータ45とを備えている。また、ステータ44にはステータコイル46が巻き付けられ、ステータ44の幅方向両端にはステータコイル46を纏めたコイルエンド部47が設けられている。さらに、ハウジング18に接続される供給油路19は、コイルエンド部47の上方に開口している。また、モータジェネレータM1のステータコイル42にはインバータ48が接続されており、モータジェネレータM2のステータコイル46にはインバータ49が接続されている。さらに、双方のインバータ48,49にはバッテリ50が接続されている。
The motor generator M1 includes an
また、ハイブリッド車両には制御ユニット51が設けられており、この制御ユニット51によって、エンジン11、モータジェネレータM1,M2、電動オイルポンプ22および可変絞り弁26,27等が制御されている。制御ユニット51には、アクセルペダルの踏み込み量(以下、アクセル操作量という)を検出するアクセルペダルセンサ52、ブレーキペダルの踏み込み量(以下、ブレーキ操作量という)を検出するブレーキペダルセンサ53、車速を検出する車速センサ54、路面勾配を検出する勾配センサ55、外気温度を検出する外気温センサ56が接続されている。また、制御ユニット51には、リザーバタンク23内の冷却油Xの温度(以下、冷却油温Toという)を検出する冷却油温センサ57、ステータコイル42の温度を検出するモータ温度センサ58、ステータコイル46の温度(以下、モータ温度Tm2という)を検出するモータ温度センサ59、ハウジング15内に貯留される冷却油Xの油面高さを検出する油面センサ60、ハウジング18内に貯留される冷却油Xの油面高さを検出する油面センサ61等が接続されている。なお、制御ユニット51は、制御信号等を演算するCPU、制御プログラム、演算式およびマップデータ等を格納するROM、一時的にデータを格納するRAM等によって構成されている。
The hybrid vehicle is provided with a
このような制御ユニット51は、運転手のアクセル操作やブレーキ操作に基づきインバータ48,49に制御信号を出力し、モータジェネレータM1,M2の作動状態を制御している。また、制御ユニット51は、運転手のアクセル操作やブレーキ操作に基づき図示しないスロットルバルブ等に制御信号を出力し、エンジン11の作動状態を制御している。さらに、制御ユニット51は、予測されるモータジェネレータM1,M2の発熱量に基づいて電動オイルポンプ22や可変絞り弁26,27を制御し、モータジェネレータM1,M2を所定の温度範囲内に冷却している。すなわち、電動オイルポンプ22および可変絞り弁26,27を制御することにより、ハウジング15,18に供給される冷却油Xの供給流量と、各ハウジング15,18から排出される冷却油Xの排出流量とを制御することが可能となる。これにより、ハウジング15内の油面高さを所定範囲に保つとともに、ハウジング18内の油面高さを所定範囲に保ちながら、冷却油Xの循環流量を自在に増減させることが可能となる。このように冷却油Xの循環流量を増減させてモータ冷却装置10の冷却容量を調整することにより、モータジェネレータM1,M2を所定の温度範囲内に冷却することが可能となっている。
Such a
以下、制御ユニット(発熱量算出部,流量制御部)51によるモータジェネレータM1,M2の冷却制御の手順について説明する。図2は制御ユニット51による電動オイルポンプ22および可変絞り弁27の制御手順を示すフローチャートである。なお、前述したように、ハイブリッド車両には冷却対象として2つのモータジェネレータM1,M2が設けられており、これらのモータジェネレータM1,M2には1つの電動オイルポンプ22から冷却油Xが供給されている。このため、制御ユニット51は、モータジェネレータM1,M2の発熱量を予測し、この予測された発熱量(以下、予測発熱量Hという)に基づき電動オイルポンプ22および可変絞り弁26,27を制御している。すなわち、制御ユニット51は、モータジェネレータM1,M2に対して冷却制御を実行している。なお、以下の説明では、モータジェネレータM2の発熱量がモータジェネレータM1の発熱量より大きい場合を例にして説明する。この場合、モータジェネレータM1側に設けられる可変絞り弁26については、ハウジング15内の油面高さを所定範囲に保つように、電動オイルポンプ22の吐出流量に応じて制御することで制御を簡略化することができる。
Hereinafter, a procedure for cooling control of the motor generators M1 and M2 by the control unit (heat generation amount calculation unit, flow rate control unit) 51 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of the
図2に示すように、ステップS1では、アクセル操作量、ブレーキ操作量および車速に基づき所定のトルクマップが参照され、モータジェネレータM2の目標トルク(制御目標値)が設定される。ここで、図3(a)および(b)は目標トルクを設定する際に参照されるトルクマップの一例を示す説明図である。運転手によってアクセルペダルが踏み込まれる加速時には、アクセル操作量と車速とに基づいて図3(a)のトルクマップが参照される。図3(a)に示すように、トルクマップには、アクセル操作量に対応する複数の特性線A0〜A4が設定されている。なお、特性線A0はアクセル操作量「0%」に対応する特性線であり、特性線A1はアクセル操作量「25%」に対応する特性線であり、特性線A2はアクセル操作量「50%」に対応する特性線であり、特性線A3はアクセル操作量「75%」に対応する特性線であり、特性線A4はアクセル操作量「100%」に対応する特性線である。すなわち、運転手によってアクセルペダルが踏み込まれる程に、モータジェネレータM2の目標トルクが正側(力行側)に大きく設定されることになる。一方、運転手によってブレーキペダルが踏み込まれる制動時には、ブレーキ操作量と車速とに基づき図3(b)のトルクマップが参照される。図3(b)に示すように、トルクマップにはブレーキ操作量に対応する複数の特性線B1〜B4が設定されている。なお、特性線B1はブレーキ操作量「25%」に対応する特性線であり、特性線B2はブレーキ操作量「50%」に対応する特性線であり、特性線B3はブレーキ操作量「75%」に対応する特性線であり、特性線B4はブレーキ操作量「100%」に対応する特性線である。すなわち、運転手によってブレーキペダルが踏み込まれる程に、モータジェネレータM2の目標トルクが負側(発電側)に大きく設定されることになる。 As shown in FIG. 2, in step S1, a predetermined torque map is referred to based on the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the vehicle speed, and the target torque (control target value) of the motor generator M2 is set. Here, FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams illustrating an example of a torque map referred to when setting the target torque. During acceleration in which the accelerator pedal is depressed by the driver, the torque map in FIG. 3A is referred to based on the accelerator operation amount and the vehicle speed. As shown in FIG. 3A, a plurality of characteristic lines A0 to A4 corresponding to the accelerator operation amount are set in the torque map. The characteristic line A0 is a characteristic line corresponding to the accelerator operation amount “0%”, the characteristic line A1 is a characteristic line corresponding to the accelerator operation amount “25%”, and the characteristic line A2 is the accelerator operation amount “50%”. The characteristic line A3 is a characteristic line corresponding to the accelerator operation amount “75%”, and the characteristic line A4 is a characteristic line corresponding to the accelerator operation amount “100%”. That is, the target torque of motor generator M2 is set to be larger on the positive side (powering side) as the accelerator pedal is depressed by the driver. On the other hand, during braking in which the brake pedal is depressed by the driver, the torque map in FIG. 3B is referred to based on the brake operation amount and the vehicle speed. As shown in FIG. 3B, a plurality of characteristic lines B1 to B4 corresponding to the brake operation amount are set in the torque map. The characteristic line B1 is a characteristic line corresponding to the brake operation amount “25%”, the characteristic line B2 is a characteristic line corresponding to the brake operation amount “50%”, and the characteristic line B3 is the brake operation amount “75%”. "And a characteristic line B4 is a characteristic line corresponding to the brake operation amount" 100% ". That is, the target torque of the motor generator M2 is set to be larger on the negative side (power generation side) as the brake pedal is depressed by the driver.
ステップS2では、目標トルクと現在のモータ回転数(モータ回転速度)とに基づき所定の効率マップが参照され、モータジェネレータM2の予測発熱量Hが算出される。ここで、図4は予測発熱量Hを算出する際に参照される効率マップの一例を示す説明図である。図4に示すように、効率マップには、目標トルクおよびモータ回転数をパラメータとして、モータジェネレータM2の効率が示されている。なお、図4の効率マップに示した数値はモータジェネレータM2の効率を意味している。制御ユニット51は、目標トルクとモータ回転数とに基づき図4の効率マップを参照し、モータジェネレータM2の効率を予測する。続いて、制御ユニット51は、目標トルクが正側に設定されている場合には、モータジェネレータM2の効率と消費電力とに基づき予測発熱量Hを算出する。一方、目標トルクが負側に設定されている場合には、モータジェネレータM2の効率と発電電力とに基づき予測発熱量Hを算出する。モータジェネレータM2の効率が良い場合、つまりモータジェネレータM2の損失が小さい場合には、モータジェネレータM2の予測発熱量Hが小さく算出される。一方、モータジェネレータM2の効率が悪い場合、つまりモータジェネレータM2の損失が大きい場合には、モータジェネレータM2の予測発熱量Hが大きく算出される。また、モータジェネレータM2の消費電力や発電電力が小さい場合には、モータジェネレータM2の予測発熱量Hが小さく算出される。一方、モータジェネレータM2の消費電力や発電電力が大きい場合には、モータジェネレータM2の予測発熱量Hが大きく算出される。
In step S2, a predetermined efficiency map is referred to based on the target torque and the current motor rotation speed (motor rotation speed), and the predicted heat generation amount H of the motor generator M2 is calculated. Here, FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an efficiency map referred to when the predicted heat generation amount H is calculated. As shown in FIG. 4, the efficiency map shows the efficiency of the motor generator M2 with the target torque and the motor rotation speed as parameters. The numerical values shown in the efficiency map of FIG. 4 mean the efficiency of the motor generator M2. The
なお、前述の説明では、効率マップを用いてモータジェネレータM2の効率を求めた後に、この効率を用いてモータジェネレータM2の予測発熱量Hを算出しているが、この手順に限られることはない。例えば、実験やシミュレーション等によって発熱量マップを作成し、この発熱量マップを参照することで予測発熱量Hを直接的に算出しても良い。また、図示するモータジェネレータM2は、その回転数が車速に連動する構造であることから、モータジェネレータM2は目標回転数ではなく目標トルクによって制御されている。このため、効率マップを参照する際には、目標回転数を用いるのではなく、実測または演算された現在のモータ回転数が用いられている。しかしながら、モータジェネレータが目標回転数を用いて制御される場合には、制御目標値である目標回転数に基づいて効率マップや発熱量マップを参照しても良い。また、モータジェネレータが目標トルクおよび目標回転数を用いて制御される場合には、制御目標値である目標トルクおよび目標回転数に基づいて効率マップや発熱量マップを参照しても良い。 In the above description, after obtaining the efficiency of the motor generator M2 using the efficiency map, the predicted heat generation amount H of the motor generator M2 is calculated using this efficiency. However, the present invention is not limited to this procedure. . For example, the predicted heat generation amount H may be directly calculated by creating a heat generation amount map by experiment or simulation and referring to the heat generation amount map. Further, since the motor generator M2 shown in the figure has a structure in which the rotation speed is interlocked with the vehicle speed, the motor generator M2 is controlled not by the target rotation speed but by the target torque. For this reason, when referring to the efficiency map, the current motor speed that is actually measured or calculated is used instead of the target speed. However, when the motor generator is controlled using the target rotational speed, the efficiency map and the heat generation amount map may be referred to based on the target rotational speed that is the control target value. When the motor generator is controlled using the target torque and the target rotational speed, the efficiency map and the heat generation amount map may be referred to based on the target torque and the target rotational speed, which are control target values.
ステップS3では、冷却油温Toとモータ温度Tm2との温度差ΔTと、算出された予測発熱量Hとに基づいて、モータ冷却装置10の冷却容量Cが設定される。この冷却容量Cは、モータ冷却装置10に求められる冷却能力であり、少なくとも予測発熱量Hを超える容量に設定されている。続いて、ステップS4では、冷却容量Cに基づき所定の流量マップが参照され、電動オイルポンプ22の吐出流量つまり冷却油Xの供給流量が設定される。そして、ステップS4において供給流量が設定されると、制御ユニット51は供給流量に基づき電動オイルポンプ22の回転数制御を実行する。ここで、図5は供給流量を設定する際に参照される流量マップの一例を示す説明図である。図5に示すように、流量マップには、温度差ΔTに対応する複数の特性線T1〜T3が設定されている。そして、温度差ΔTが大きい場合には特性線T1に基づいて供給流量が設定される一方、温度差ΔTが小さい場合には特性線T3に基づいて供給流量が設定される。すなわち、温度差ΔTが大きい場合には、冷却油Xに取り込まれる熱量が多いことから、電動オイルポンプ22の供給流量が少なく設定される一方、温度差ΔTが小さい場合には、冷却油Xに取り込まれる熱量が少ないことから、電動オイルポンプ22の供給流量が多く設定されることになる。なお、温度差ΔTに供給流量を乗じた値と、冷却容量C(または予測発熱量H)とは比例関係となっている。
In step S3, the cooling capacity C of the
ステップS5では、供給流量と所定の油面高さとに基づいて、可変絞り弁27の流路面積が設定される。なお、ステップS5で用いられる所定の油面高さとは、ハウジング18内の油面高さの目標値であり、モータジェネレータM2のロータ45が冷却油Xに浸からない所定範囲内に設定されている。そして、ステップS5において流路面積が設定されると、制御ユニット51は流路面積に基づき可変絞り弁27の制御を実行する。ここで、図6は流路面積を設定する際に参照される開度マップの一例を示す説明図である。図6に示すように、開度マップには、供給流量に対応する複数の特性線F1〜F3が設定されている。供給流量が多い場合には特性線F1に基づいて流路面積が設定される一方、供給流量が少ない場合には特性線F3に基づいて流路面積が設定される。すなわち、供給流量が多い場合には、これに合わせて排出流量を多くするため、流路面積が大きく設定される一方、供給流量が少ない場合には、これに合わせて排出流量を少なくするため、流路面積が小さく設定されることになる。なお、前述したように、モータジェネレータM1側に設けられる可変絞り弁26については、ハウジング15内の油面高さを所定範囲に保つように流路面積が制御される。このハウジング15内の油面高さの目標値についても、モータジェネレータM1のロータ41が冷却油Xに浸からない所定範囲内に設定されている。
In step S5, the flow passage area of the
ここで、図7(a)および(b)はハウジング18に対する冷却油Xの供給状況を示す説明図である。図7(a)には予測発熱量Hが小さい場合や温度差ΔTが大きい場合の供給状況が示されている。また、図7(b)には予測発熱量Hが大きい場合や温度差ΔTが小さい場合の供給状況が示されている。なお、図7(a)および(b)には白抜きの矢印で冷却油Xの流れが示されている。まず、前述した図5の流量マップに示すように、冷却容量Cが小さい場合つまり予測発熱量Hが小さい場合には、少ない流量で十分にモータジェネレータM2を冷却することができるため、電動オイルポンプ22の供給流量が減少側に制御される。また、冷却油温Toとモータ温度Tm2との温度差ΔTが大きい場合にも、冷却油Xに吸収される熱量が多いことから、電動オイルポンプ22の供給流量が減少側に制御される。さらに、図6の開度マップに示すように、電動オイルポンプ22の供給流量が減少した場合には、ハウジング18内に貯留される冷却油Xの油面高さの低下を回避するため、可変絞り弁27が絞り側に制御されて冷却油Xの排出流量が削減される。このように、予測発熱量Hが小さい場合や温度差ΔTが大きい場合には、冷却油Xの供給流量と排出流量とが減少側に制御される。これにより、図7(a)に示すように、ハウジング18内の油面高さを所定値L1に保持しつつ、ハウジング18とリザーバタンク23との間で循環する冷却油Xの循環流量を減少させることが可能となる。
Here, FIGS. 7A and 7B are explanatory views showing the supply state of the cooling oil X to the
このように、モータジェネレータM2の冷却が容易である場合には、循環流量を削減して電動オイルポンプ22の負荷を軽減することができるため、冷却に必要なエネルギーを抑制することが可能となる。しかも、単に供給流量を絞って電動オイルポンプ22の負荷を軽減するだけでなく、排出流量を絞ってハウジング18内の油面高さを所定値L1に保持している。これにより、常にステータコイル46の下部を冷却油Xに浸すことができるため、冷却性能を維持したまま冷却油Xの循環流量を更に減少させることが可能となる。さらに、予測発熱量Hを用いて冷却制御を行うことにより、モータ温度Tm2が低下する車両状況においては、事前に循環流量を減少させることが可能となる。これらの点からも、電動オイルポンプ22の負荷を軽減することができるため、エネルギーを抑制しつつモータジェネレータM2を適切に冷却することが可能となる。
As described above, when the motor generator M2 is easily cooled, the circulation flow rate can be reduced to reduce the load on the
一方、図5の流量マップに示すように、冷却容量Cが大きい場合つまり予測発熱量Hが大きい場合には、モータジェネレータM2の冷却に多くの冷却油Xが必要となるため、電動オイルポンプ22の供給流量が増加側に制御される。また、冷却油温Toとモータ温度Tm2との温度差ΔTが小さい場合にも、冷却油Xに吸収される熱量が少ないことから、電動オイルポンプ22の供給流量が増加側に制御される。さらに、図6の開度マップに示すように、電動オイルポンプ22の供給流量が増加した場合には、ハウジング18内に貯留される冷却油Xの油面高さの上昇を回避するため、可変絞り弁27が開き側に制御されて冷却油Xの排出流量が増加側に制御される。このように、予測発熱量Hが大きい場合や温度差ΔTが小さい場合には、冷却油Xの供給流量と排出流量とが増加側に制御される。これにより、図7(b)に示すように、ハウジング18内の油面高さを所定値L1に保持しつつ、ハウジング18とリザーバタンク23との間で循環する冷却油Xの循環流量を増加させることが可能となる。
On the other hand, as shown in the flow map of FIG. 5, when the cooling capacity C is large, that is, when the predicted heat generation amount H is large, a large amount of cooling oil X is required for cooling the motor generator M2, and therefore the
このように、モータジェネレータM2の冷却が困難となる場合には、冷却油Xの循環流量を増加させることにより、モータジェネレータM2を適切に冷却することが可能となる。さらに、予測発熱量Hを用いて冷却制御を行うことにより、モータ温度Tm2が上昇する車両状況においては、事前に循環流量を増加させることができ、モータジェネレータM2の過度な温度上昇を未然に防止することが可能となる。しかも、ハウジング18内の油面高さを所定値L1に保持することにより、モータジェネレータM2の冷却性能を高めるとともに、ロータ45の回転抵抗増加の要因となる冷却油Xの撹拌を回避することが可能となる。
Thus, when it becomes difficult to cool the motor generator M2, the motor generator M2 can be appropriately cooled by increasing the circulating flow rate of the cooling oil X. Further, by performing cooling control using the predicted heat generation amount H, in a vehicle situation in which the motor temperature Tm2 increases, the circulation flow rate can be increased in advance, and an excessive temperature increase of the motor generator M2 is prevented in advance. It becomes possible to do. In addition, by maintaining the oil level in the
また、図7(a)および(b)に示すように、ハウジング15の供給油路16はコイルエンド部43の上方に開口しており、ハウジング18の供給油路19はコイルエンド部47の上方に開口している。これにより、供給径路としての供給油路16,19からハウジング15,18内に流出する冷却油Xは、コイルエンド部43,46に滴下された後に、コイルエンド部43,46の外周を伝って下方に流れることになる。このように、最も高温となるコイルエンド部43,46に対して確実に冷却油Xを供給することができ、モータ冷却装置10の冷却性能を高めることが可能となる。
7A and 7B, the
続いて、制御ユニット51によるモータジェネレータM1,M2の冷却制御の他の手順について説明する。図8は制御ユニット51による電動オイルポンプ22および可変絞り弁27の他の制御手順を示すフローチャートである。なお、図8において、図2に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。図8に示すように、ステップS4において電動オイルポンプ22が制御され、ステップS5において可変絞り弁27が制御されると、ステップS6に進み、冷却油温Toおよび油面高さが評価される。そして、ステップS6において、冷却油温Toが所定範囲を外れる場合や、油面高さが所定範囲を外れる場合には、続くステップS7において、供給流量が補正されて電動オイルポンプ22が再び制御され、続くステップS8において、流路面積が補正されて可変絞り弁27が再び制御される。
Next, another procedure for controlling the cooling of the motor generators M1 and M2 by the
すなわち、ステップS6において、冷却油温Toが所定上限を上回ると判定された場合には、供給流量および排出流量を増加させるように、電動オイルポンプ22および可変絞り弁27が制御される。一方、冷却油温Toが所定下限を下回ると判定された場合には、供給流量および排出流量を減少させるように、電動オイルポンプ22および可変絞り弁27が制御される。また、ステップS6において、油面高さが所定上限を上回ると判定された場合には、供給流量を減少させるように電動オイルポンプ22が制御され、排出流量を増加させるように可変絞り弁27が制御される。一方、油面高さが所定下限を下回ると判定された場合には、供給流量を増加させるように電動オイルポンプ22が制御され、排出流量を減少させるように可変絞り弁27が制御される。
That is, in step S6, when it is determined that the cooling oil temperature To exceeds the predetermined upper limit, the
このように、冷却油温Toおよび油面高さを判定しながら、電動オイルポンプ22および可変絞り弁27をフィードバック制御することにより、予測発熱量Hに基づくフィードフォーワード制御を実行しながら制御精度を高めることが可能となる。なお、前述の説明では、油面高さを上下させる際に、供給流量と排出流量とを調整しているが、これに限られることはない。例えば、油面高さを下げる場合に、供給流量だけを減少させても良く、排出流量だけを増加させても良い。また、油面高さを上げる場合に、供給流量だけを増加させても良く、排出流量だけを減少させても良い。また、前述の説明では、冷却油温Toに基づき供給流量や排出流量を制御しているが、これに限られることはなく、モータ温度Tm2に基づき供給流量や排出流量を制御しても良い。
As described above, the feedback control of the
また、図1に示すように、制御ユニット51には勾配センサ55が接続されており、制御ユニット51には走行中の路面勾配が入力されている。そこで、制御ユニット51は、モータジェネレータM2の回転抵抗を抑制する観点から、路面勾配に応じて電動オイルポンプ22や可変絞り弁27を制御している。なお、ハイブリッド車両には、トランスアクスルが縦置きに搭載されており、モータジェネレータM1,M2の回転軸が進行方向を向いた状態となっている。すなわち、勾配センサ55から出力される路面勾配は、モータジェネレータM1,M2の傾斜角を示す情報となっている。
As shown in FIG. 1, a
ここで、図9(a)および(b)はハウジング18に対する冷却油Xの供給状況を示す説明図である。図9(a)に示すように、路面勾配が変化してハウジング18が傾斜すると、ハウジング18内に貯留された冷却油Xが片方に寄るため、ロータ45が冷却油Xを撹拌してしまうおそれがある。そこで、制御ユニット51は所定値を超える路面勾配が検出された場合には、図9(b)に矢印αで示すように、電動オイルポンプ22や可変絞り弁27を制御することにより、ロータ45と冷却油Xとが接触しない位置まで油面高さを低下させる。これにより、ロータ45による冷却油Xの撹拌を回避することができ、モータジェネレータM2の回転抵抗の増加を抑制することが可能となる。なお、前述の説明では、勾配センサ55を用いているが、これに限られることはなく、モータジェネレータM1,M2の傾斜角を検出する傾斜角センサを用いても良い。また、油面高さを低下させる際には、供給流量を減少させるとともに排出流量を増加させても良く、供給流量だけを減少させても良く、排出流量だけを増加させても良い。すなわち、ハウジング18内の冷却油Xを減少させる際には、供給流量の減少制御と排出流量の増加制御との少なくともいずれか一方を実行すれば良い。
Here, FIGS. 9A and 9B are explanatory views showing the supply state of the cooling oil X to the
また、図1に示すように、制御ユニット51には外気温センサ56が接続されており、制御ユニット51には外気温度が入力されている。そこで、制御ユニット51は、モータ冷却装置10の冷却性能を高める観点から、外気温度と冷却油温Toとに基づいて電動ファン28の回転数制御を実施している。すなわち、外気温度が所定値よりも低い場合や、冷却油温Toが所定値よりも低い場合には、電動ファン28を停止または低回転数で制御することにより、冷却風量を減少させてオイルクーラ25の放熱量が引き下げられる。一方、外気温度が所定値よりも高い場合や、冷却油温Toが所定値よりも高い場合には、電動ファン28を高回転で制御することにより、冷却風量を増大させてオイルクーラ25の放熱量が引き上げられる。これにより、モータジェネレータM1,M2の発熱状況に応じて電動ファン28の負荷を調整することができるため、エネルギーを抑制しつつモータジェネレータM1,M2を適切に冷却することが可能となる。なお、モータ温度Tm2に基づき電動ファン28の回転数制御を実行しても良い。
As shown in FIG. 1, an outside
また、前述の説明では、モータジェネレータM2の回転抵抗の増加を抑制するため、ロータ45が冷却油Xに接触しない位置に油面高さが調整されている。しかしながら、予測発熱量Hが過度に大きい場合などには、油面高さを引き上げてモータジェネレータM2を積極的に冷却しても良い。ここで、図10はハウジング18に対する冷却油Xの供給状況を示す説明図である。図10に矢印αで示すように、予測発熱量Hが過度に大きい場合や、モータ温度Tm2が過度に高い場合には、電動オイルポンプ22や可変絞り弁27を制御することにより、ロータ45の下端を超えて油面高さを上昇させる。これにより、ステータコイル46の多くを冷却油Xに浸すことができるため、モータ冷却装置10の冷却性能を大幅に引き上げることが可能となる。なお、油面高さを引き上げた場合には、モータジェネレータM2の回転抵抗が増加することから、モータジェネレータM2の回転数が低い場合に油面高さの引き上げを許可することが望ましい。
In the above description, the oil level is adjusted to a position where the
続いて、本発明の他の実施の形態であるモータ冷却装置70について説明する。図11は本発明の他の実施の形態であるモータ冷却装置70の構成の一部を示す概略図である。なお、図11において、図1に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。前述の説明では、電動オイルポンプ22の回転数を制御して冷却油Xの供給流量を調整し、可変絞り弁26,27の流路面積を制御して冷却油Xの排出流量を調整しているが、これに限られることはない。図11に示すように、ハウジング15,18とリザーバタンク23とを接続する上流側油路21には、エンジン11のクランク軸に駆動されるオイルポンプ71が設けられている。また、上流側油路21にはオイルポンプ71を迂回するバイパス油路72が接続されており、このバイパス油路72には切換弁73が設けられている。このように、回転数制御が困難となるオイルポンプ71であっても、バイパス油路72の切換弁73を遮断することで冷却油Xの供給流量を引き上げることができ、バイパス油路72の切換弁73を開放することで冷却油Xの供給流量を引き下げることが可能となる。すなわち、オイルポンプ71、バイパス油路72、切換弁73によって供給側調整機構74が構成されている。さらに、ハウジング15に接続される排出油路17の一方には切換弁75が設けられている。同様に、ハウジング18に接続される排出油路20の一方には切換弁76が設けられている。このような構成であっても、切換弁75,76を遮断することで冷却油Xの排出流量を引き下げることができ、切換弁75,76を開放することで冷却油Xの排出流量を引き上げることが可能となる。すなわち、排出油路17および切換弁75によって排出側調整機構77が構成されており、排出油路20および切換弁76によって排出側調整機構78が構成されている。このように、供給側調整機構74や排出側調整機構77,78を切換弁73,75,76によって構成した場合であっても、冷却油Xの供給流量と排出流量とを制御することができるため、前述したモータ冷却装置10と同様の効果を得ることが可能となる。
Next, a
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図示するモータ冷却装置10,70は、2つのモータジェネレータM1,M2を冷却対象としているが、これに限られることはなく、1つの電動モータを冷却対象としても良く、3つ以上の電動モータを冷却対象としても良い。また、前述の説明では、2つのモータジェネレータM1,M2に対して、1つの電動オイルポンプ22やオイルポンプ71から冷却油Xを供給しているが、これに限られることはなく、個々のモータジェネレータM1,M2に対して専用のオイルポンプを設けても良い。さらに、前述の説明では、モータ冷却装置10,70をハイブリッド車両(車両)に適用しているが、これに限られることはなく、本発明のモータ冷却装置10,70を電動モータのみを駆動源として備える電気自動車(車両)に適用しても良い。なお、図3〜図6に冷却制御に用いられる各マップの一例を示しているが、これらのマップに限られることはなく、冷却対象となる電動モータに仕様等に応じて適宜変更されることはいうまでもない。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the illustrated
また、前述の説明では、モータジェネレータM2の予測発熱量Hに基づいて、電動オイルポンプ22や可変絞り弁26,27を制御しているが、これに限られることはない。例えば、モータジェネレータM1の予測発熱量に基づいて、電動オイルポンプ22や可変絞り弁26,27を制御しても良い。また、モータジェネレータM1の予測発熱量とモータジェネレータM2の予測発熱量とを合算し、合算された予測発熱量Hに基づいて電動オイルポンプ22や可変絞り弁26,27を制御しても良い。なお、冷却油XをモータジェネレータM1,M2の冷却に使用するだけでなく、ギヤ等の潤滑やクラッチ等の作動油に使用しても良いことはいうまでもない。
In the above description, the
10 モータ冷却装置
15 ハウジング
16 供給油路(供給径路)
17 排出油路(排出径路)
18 ハウジング
19 供給油路(供給径路)
20 排出油路(排出径路)
21 上流側油路(供給径路)
22 電動オイルポンプ(供給側調整機構)
26 可変絞り弁(排出側調整機構)
27 可変絞り弁(排出側調整機構)
42 ステータコイル
43 コイルエンド部
46 ステータコイル
47 コイルエンド部
51 制御ユニット(発熱量算出部,流量制御部)
70 モータ冷却装置
74 供給側調整機構
77 排出側調整機構
78 排出側調整機構
M1 モータジェネレータ(電動モータ)
M2 モータジェネレータ(電動モータ)
X 冷却油
H 予測発熱量
ΔT 温度差
DESCRIPTION OF
17 Discharge oil passage (discharge passage)
18
20 Discharge oil path (discharge path)
21 Upstream oil passage (supply route)
22 Electric oil pump (Supply side adjustment mechanism)
26 Variable throttle valve (Discharge side adjustment mechanism)
27 Variable throttle valve (Discharge side adjustment mechanism)
42
70
M2 motor generator (electric motor)
X Cooling oil H Predicted calorific value ΔT Temperature difference
Claims (5)
前記電動モータが収容されるハウジングと、
前記ハウジングに冷却油を供給する供給径路に設けられ、冷却油の供給流量を調整する供給側調整機構と、
前記ハウジングから冷却油を排出する排出径路に設けられ、冷却油の排出流量を調整する排出側調整機構と、
前記電動モータの制御目標値に基づいて、前記電動モータの予測発熱量を算出する発熱量算出部と、
前記予測発熱量に基づいて、前記供給側調整機構および前記排出側調整機構を制御する流量制御部とを有し、
前記流量制御部は、前記予測発熱量に基づき前記供給流量および前記排出流量を増減させることにより、前記電動モータが浸される冷却油の油面高さを所定範囲に保ちつつ冷却油の循環流量を増減させることを特徴とするモータ冷却装置。 A motor cooling device for cooling an electric motor mounted on a vehicle,
A housing that houses the electric motor;
A supply side adjustment mechanism that is provided in a supply path for supplying cooling oil to the housing and adjusts a supply flow rate of the cooling oil;
A discharge side adjusting mechanism that is provided in a discharge path for discharging the cooling oil from the housing and adjusts a discharge flow rate of the cooling oil;
A calorific value calculation unit that calculates a predicted calorific value of the electric motor based on a control target value of the electric motor;
A flow rate control unit that controls the supply side adjustment mechanism and the discharge side adjustment mechanism based on the predicted heat generation amount;
The flow rate control unit increases or decreases the supply flow rate and the discharge flow rate based on the predicted calorific value, thereby maintaining the oil level height of the cooling oil immersed in the electric motor within a predetermined range while circulating the cooling oil circulation flow rate Motor cooling device characterized by increasing or decreasing the amount.
前記流量制御部は、前記予測発熱量が増加する場合には、前記供給流量および前記排出流量を増加させて前記循環流量を増加させる一方、前記予測発熱量が減少する場合には、前記供給流量および前記排出流量を減少させて前記循環流量を減少させることを特徴とするモータ冷却装置。 The motor cooling device according to claim 1,
The flow rate control unit increases the supply flow rate and the exhaust flow rate to increase the circulation flow rate when the predicted heat generation amount increases, while the supply flow rate when the predicted heat generation amount decreases. And a motor cooling device that reduces the circulation flow rate by reducing the discharge flow rate.
前記供給径路から前記ハウジング内に供給される冷却油は、前記電動モータのステータコイルのコイルエンド部に供給され、前記コイルエンド部の外周を伝って下方に流れることを特徴とするモータ冷却装置。 The motor cooling device according to claim 1 or 2,
The cooling oil supplied into the housing from the supply path is supplied to the coil end portion of the stator coil of the electric motor and flows downward along the outer periphery of the coil end portion.
前記流量制御部は、前記冷却油と前記電動モータとの温度差が減少する場合には、前記供給流量および前記排出流量を増加させて前記循環流量を増加させる一方、前記温度差が増加する場合には、前記供給流量および前記排出流量を減少させて前記循環流量を減少させることを特徴とするモータ冷却装置。 In the motor cooling device according to any one of claims 1 to 3,
When the temperature difference between the cooling oil and the electric motor decreases, the flow rate controller increases the supply flow rate and the discharge flow rate to increase the circulation flow rate, while the temperature difference increases. In the motor cooling device, the circulating flow rate is decreased by decreasing the supply flow rate and the discharge flow rate.
前記流量制御部は、前記電動モータが所定値を超えて傾斜した場合に、前記供給流量の減少制御と前記排出流量の増加制御との少なくともいずれか一方を実行し、前記ハウジング内の冷却油を減少させることを特徴とするモータ冷却装置。 In the motor cooling device according to any one of claims 1 to 4,
The flow rate control unit executes at least one of the supply flow rate decrease control and the exhaust flow rate increase control when the electric motor is tilted beyond a predetermined value, and supplies the cooling oil in the housing. A motor cooling device characterized by being reduced.
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