JP5381872B2 - ハイブリッド車の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源に電動モータを備えた車両の冷却装置に関する。

車両の駆動源にエンジンと電動モータを備えたハイブリッドタイプの車両が提案されている。このようなハイブリッドタイプの車両において、サイドメンバの間にエンジン、電動モータ、ジェネレータと駆動分配機構が直列で車幅方向に配置されていると、電動モータの出力を増大しようとしたときに車幅方向へのスペースに制限があるため、思うような電動モータを選択することが難しい。このようなハイブリッドタイプの車両としては特許文献１が挙げられる。

特開２００８−３０８１３８号公報

電動モータを備え、電動モータの駆動のみで走行することが多い車両においては、ジェネレータがあまり使用されないことがある。そのため、ジェネレータ始動時にジェネレータ内の潤滑油の温度低下により潤滑油の粘度が高くなりジェネレータの回転効率が悪化する。また、電動モータでの走行が多い場合、電動モータの出力増大が要求されることがあるが、その分、電動モータやジェネレータからの発熱量が増大するため、冷却能力の向上が要求される。
本発明は、ジェネレータの回転効率を向上させつつも、十分な冷却性能を得られるハイブリッド車の冷却装置を提案することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両に搭載されるエンジンと、エンジンにより駆動されると共に内部に潤滑油を貯留する潤滑油溜まり部を有するジェネレータと、ジェネレータにより発電される電力を蓄電するバッテリと、バッテリから供給される電力により駆動されると共に前記車両の駆動輪を駆動するモータと、モータとジェネレータとを冷却する冷却媒体が循環される冷却経路と、潤滑油を潤滑油溜まり部から排出する排出口と排出口から排出された潤滑油をジェネレータへ流入させる流入口とをつなぐ冷却経路とは別の経路と、を備えるハイブリッド車の冷却装置において、冷却経路は、冷却媒体を冷却する熱交換部と、モータの内部を冷却するモータ冷却部と、ジェネレータを冷却するジェネレータ冷却部とを有し、ジェネレータ冷却部が、モータ冷却部より下流側に配置されると共に熱交換部の上流側に配置され、ジェネレータ冷却部と潤滑油溜まり部とが隣接することを特徴としている。

本発明に係るハイブリッド車の冷却装置において、ジェネレータ冷却部と潤滑油溜まり部とは、ジェネレータ冷却部の上部が潤滑油溜まり部の下部を兼ねる隔壁を介して隣接することを特徴としている。

本発明に係るハイブリッド車の冷却装置において、ジェネレータは、バッテリの充電率が所定値以下となった際に、エンジンにより駆動されて発電することを特徴としている。

本発明によれば、ジェネレータ冷却部がモータ冷却部の下流にあるため、モータ走行時におけるモータの発熱を冷却媒体が吸収し、その後、ジェネレータ冷却部に冷却媒体が流入し、吸収した熱によりジェネレータを温めることができ、ジェネレータ始動時の回転効率を上げることができる。また、ジェネレータの回転が十分になったときには冷却媒体によりジェネレータ自体の発熱を抑えることができるため、十分な冷却性能を得られる。さらに、ジェネレータ冷却部が熱交換部の上流側に配置され潤滑油溜まり部と隣接するので、潤滑油溜り部の潤滑油を、ジェネレータ冷却部内を流れる冷却水で冷却することができるので、ケーシング内部の潤滑油を効率よく冷却することが可能となる。

車両の駆動系の配置を車体正面側から見たときの概略構成図である。 本発明に係るハイブリッド車両の冷却装置の構成を車両側面から見た拡大図である。 インバータ内の冷却構造を模式的にする図である。 本発明に係る冷却装置の別な構成を車両側面から見た拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１に符号１で示す車両には、エンジン２と、エンジン２により駆動されるジェネレータ４と、ジェネレータ４により発電される電力を蓄電するバッテリ５と、バッテリから供給される電力により駆動されると共に車両１の駆動輪６０へ車軸７を介して駆動力を伝達して同駆動輪６０を回転駆動する電動モータ３が搭載されたハイブリッドタイプの車両である。

エンジン２と電動モータ３との間には、車軸７へ駆動力を伝達する減速機６が配置されている。これらエンジン２、電動モータ３、ジェネレータ４、減速機６は、車両前後方向に延在し、車幅方向に配置されたサイドメンバ８，８の間に形成される空間９内に配置される。中でもエンジン２と減速機６は、車幅方向に直列に配置され、電動モータ３とジェネレータ４は減速機６と隣接し、車幅方向と交差する車両上下方向に並列に配置されている。すなわち、電動モータ３とジェネレータ４は、エンジン２と減速機６に対して上下にオフセットされて配置されている。本形態では、車幅方向と交差する方向を車両上下方向としているが、車両前後方向に電動モータ３とジェネレータ４を並列に配置して、エンジン２と減速機６に対して前後にオフセットして配置してもよい。

この車両１は、図２に示すように、電動モータ３とジェネレータ４とを冷却する冷却装置１００を備えている。冷却装置１００は、２つの系統の異なる冷却手段１０，２０を備えている。

冷却手段１０は、冷却媒体となる冷却水Ｓ１を冷却経路１１内で循環させる水冷冷却装置である。冷却手段１０は、冷却経路１１上に、冷却水Ｓ１を冷却する熱交換部となるラジエータ１２と冷却水ポンプ１３を備えていて、冷却水ポンプ１３を作動することで、冷却経路１１内に充填されている冷却水Ｓ１を同経路１１内で循環させている。ラジエータ１２は車両前方に配置され、その一端１２ａが冷却経路１１を介して冷却水ポンプ１３の吸引側１３ａと接続している。冷却水ポンプ１３の吐出側１３ｂとラジエータ１２の他端１２ｂとを繋ぐ冷却経路１１上には、高電圧ユニット５０、電動モータ３、ジェネレータ４の順で配置されている。

電動モータ３は、中空状のモータケーシング３０と、モータケーシング３０内部で回転するロータ３１と、モータケーシング３０とロータ３１の間に配置されたステータ３２とを備えている。モータケーシング３０の内部には、ケーシング全体を取り巻くようにリング状の冷却路で構成されたモータ冷却部３３が形成されている。モータ冷却部３３は冷却経路１１と接続されていて、同経路１１内の流れる冷却水Ｓ１が通過するように構成されている。

ジェネレータ４は、中空状のケーシング４０と、ケーシング４０の内部で回転するロータ４１と、ケーシング４０とロータ４１の間に配置されたステータ４２とを備えていて、ケーシング４０の内部に冷却のための潤滑油Ｓ２を備えている。

ジェネレータ４は、ケーシング４０の内部下方に潤滑油溜まり部４５を有するとともに、この潤滑油溜り部４５と隔壁４０ａを介して隣接する部位、例えばケーシング４０の外部下部にジェネレータ冷却部４６が形成されている。ジェネレータ冷却部４６は冷却水Ｓ１を導入する空間部であって、冷却経路１１が接続されており、冷却経路１１内を流れる冷却水Ｓ１が流入して一定量貯留可能であるとともに、一定量貯留すると通過するように構成されている。本形態において、隔壁４０ａはケーシング４０の一部で構成されている。つまり、ジェネレータ冷却部４６は、モータ冷却部３３より冷却水Ｓ１の流れる方向に対して下流側に配置されると共にラジエータ１２の上流側に配置されている。

冷却手段２０は、ジェネレータ４の内部を冷却する潤滑油Ｓ２を潤滑油経路２１内で循環させる潤滑油冷却装置である。冷却手段２０は、ケーシング４０の上部と下部にケーシング内部と連通するように形成された開口部４３，４４と、開口部４３，４４に両端が接続される潤滑油経路２１と、潤滑油経路２１上に設けられた潤滑油ポンプ２２で構成されている。本形態において、開口部４３は潤滑油取入口となり、開口部４４は潤滑油排出口となる。このため、潤滑油ポンプ２２が作動すると、ケーシング４０内の潤滑油Ｓ２が開口部４４から潤滑油経路２１へ排出し、潤滑油経路２１を介して開口部４３からケーシング４０内に流入する。開口部４４の開口面積は、開口部４３から流入する潤滑油Ｓ２がケーシング内部に潤滑油溜り部４５が形成される大きさとされている。この開口部４４の開口面積は、開口部４３から供給される潤滑油量との関係で適宜大きさを設定すればよい。潤滑油溜り部４５は開口部４４の開口面積と潤滑油流入量の関係では形成するのではなく、例えばケーシング４０の内部に窪み部を形成して潤滑油溜り部としてもよい。

高電圧ユニット５０は、ラジエータ１２の下流側であってモータ冷却部３３の上流側に位置する冷却経路１１に配置されている。高電圧ユニット５０は、その外装を構成するケーシング５１と、ケーシング５１の内部に、バッテリ５を充電する充電器５２と、電圧を変換するコンバータ５３と、バッテリ５から供給される電力を直流から交流に変換して電動モータ３に供給する電力変換器となるインバータ５４と、ユニット全体を冷却するための冷却配管で構成された電力変換器冷却部５５を備えている。電力変換器冷却部５５は冷却経路１１と接続されていて、同経路１１内の流れる冷却水Ｓ１が通過するように構成されている。電力変換器冷却部５５は、ラジエータ１２の下流側であってモータ冷却部３３の上流側に位置する冷却経路１１上に配置されることになる。

本形態において、冷却経路１１は、ラジエータ１２の一端１２ａから電力変換器冷却部５５、モータ冷却部３３、ジェネレータ冷却部４６を経てラジエータ１２の他端１２ｂまでが直列に接続されている。このため、ラジエータ１２の一端１２ａを最上流とすると、ジェネレータ４は冷却経路１１の最下流に位置する構成部材となる。また、ラジエータの一端１２ａには、エンジン２を冷却する図示しない冷却経路が接続されていて、電動モータ３、ジェネレータ４、インバータ９の冷却経路１１と個別な冷却経路とされている。

このような構成によると、エンジン２と電動モータ３とが減速機６を介して車幅方向に配置し、電動モータ２とジェネレータ４とを上下方向に並列に配置して、エンジン２及び減速機６とオフセットして配置しているので、サイドメンバ８，８間における車幅方向の空間９に余裕を生み出せ、電動モータ２とジェネレータ４を車幅方向に大きくすることができる。このため、電動モータ２とジェネレータ４を大容量で高出力化にすることができる。

また、ジェネレータ冷却部４６がモータ冷却部３３の下流にあるため、モータ走行時における電動モータ３の発熱を冷却水Ｓ１が吸収し、その後、ジェネレータ冷却部４６に冷却水Ｓ１が流入し、吸収した熱によりジェネレータ４を温めることができ、ジェネレータ始動時の回転効率を上げることができる。また、ジェネレータ４の回転が十分になったときには冷却水Ｓ１によりジェネレータ自体の発熱を抑えることができるため、十分な冷却性能を得られる。

さらに、ジェネレータ４に至っては冷却手段２０の潤滑油経路２１内を循環する潤滑油Ｓ２でも冷却されるので、電動モータ２やジェネレータ４を大型化しても充分な冷却性能を得ることができる。冷却手段２０によるジェネレータ４の冷却は、潤滑油Ｓ２をケーシング４０内に流入させて、内部のコイル４１やステータ４２に直接かけて冷却しているので、効率よく冷却することができるとともに、潤滑油経路２１を開口部４３，４４に接続するという簡素な構成で冷却でき、低コストでよりジェネレータ４の冷却性能を向上することができる。

ジェネレータ４は、冷却経路１１上の配置では、冷却経路１１の最下流に位置するため、既に高電圧ユニット５０や電動モータ３を通過して温度上昇した冷却水Ｓ１が搬送される。このため、ジェネレータ４が始動して時間が経過する、冷却水Ｓ１による冷却性能は低下するが、冷却手段２０から冷却用の潤滑油Ｓ２が供給されるため、冷却水Ｓ１による冷却不足を補うことができる。また、ケーシング４０内部の潤滑油溜り部４５には冷却水Ｓ１が導入れるジェネレータ冷却部４６が隔壁４０ａを介して隣接して形成されているので、潤滑油溜り部４５の潤滑油Ｓ２を、ジェネレータ冷却部４６内を流れる冷却水Ｓ１で冷却することができるので、ケーシング内部の潤滑油Ｓ１を効率よく冷却することが可能となる。このため、ジェネレータ冷却部４６を走行風に触れる領域に設置することで、潤滑油経路２１に潤滑油クーラを配置しなくても、ジェネレータ４の冷却性能を維持するとこができる。無論、レイアウト等の関係で、ジェネレータ冷却部４６を走行風に触れる領域に設置することができない場合や、冷却不足が想定される場合には、潤滑油経路２１上に、図４に示すように潤滑油クーラ４８を配置してもよい。

１ 車両
２ エンジン
３ モータ
６ 減速機
４ ジェネレータ
５ バッテリ
１０ 冷却手段
２０ 冷却手段
１１ 冷却経路
１２ 熱交換部（ラジエータ）
２１ 経路
３３ モータ冷却部
４３ 流入口
４４ 潤滑油排出口
４５ 潤滑油溜り部
４６ ジェネレータ冷却部
４８ 潤滑油クーラ
５４ 電力変換器（インバータ）
５５ 電力変換器冷却部
Ｓ１ 冷却媒体
Ｓ２ 潤滑油
６０ 駆動輪
１００ 冷却装置

Claims (3)

1. 車両に搭載されるエンジンと、該エンジンにより駆動されると共に内部に潤滑油を貯留する潤滑油溜まり部を有するジェネレータと、該ジェネレータにより発電される電力を蓄電するバッテリと、該バッテリから供給される電力により駆動されると共に前記車両の駆動輪を駆動するモータと、
   前記モータと前記ジェネレータとを冷却する冷却媒体が循環される冷却経路と、
   潤滑油を前記潤滑油溜まり部から排出する排出口と前記排出口から排出された潤滑油を前記ジェネレータへ流入させる流入口とをつなぐ前記冷却経路とは別の経路と、を備えるハイブリッド車の冷却装置において、
   前記冷却経路は、前記冷却媒体を冷却する熱交換部と、前記モータの内部を冷却するモータ冷却部と、前記ジェネレータを冷却するジェネレータ冷却部とを有し、
   前記ジェネレータ冷却部は、前記モータ冷却部より下流側に配置されると共に前記熱交換部の上流側に配置され、
   前記ジェネレータ冷却部と前記潤滑油溜まり部とは隣接することを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
2. 前記ジェネレータ冷却部と前記潤滑油溜まり部とは、前記ジェネレータ冷却部の上部が前記潤滑油溜まり部の下部を兼ねる隔壁を介して隣接することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の冷却装置。
3. 前記ジェネレータは、前記バッテリの充電率が所定値以下となった際に、前記エンジンにより駆動されて発電する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車の冷却装置。

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