JP5526551B2 - Cooling system using variable thermal resistance - Google Patents
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Description
この発明は、ブレーキとモータとを備えた装置の冷却システムに関するものである。 The present invention relates to a cooling system for a device including a brake and a motor.
車両などの制動を行うブレーキとして、摩擦力によって制動力を発生させるように構成されたものが広く知られている。この種のブレーキでは、制動を行うことにより熱が発生するので、例えば特許文献1に記載された発明では、制動時にブレーキパッドとブレーキディスクとで発生する熱を、ペルチェ素子によって電力に変換するように構成している。また、運動エネルギを電力として回生することによるいわゆる負のトルクを制動力とすることも可能であり、そのため例えば特許文献2に記載された装置は、リターダを発電機によって構成し、その発電機における固定子にペルチェ効果を生じる半導体を設け、銅損および鉄損によって生じる固定子の発熱をその半導体を利用して冷却するように構成されている。
As a brake for braking a vehicle or the like, a brake configured to generate a braking force by a frictional force is widely known. In this type of brake, heat is generated by performing braking. For example, in the invention described in Patent Document 1, heat generated by the brake pad and the brake disk during braking is converted into electric power by a Peltier element. It is configured. Moreover, it is also possible to use a so-called negative torque by regenerating kinetic energy as electric power as a braking force. For this reason, for example, the apparatus described in
また一方、車両用のブレーキとしてディスクブレーキが知られており、そのディスクブレーキでは、ディスクがホイールと共に回転するので、ディスクを放熱部として使用することが可能である。そのため、特許文献3に記載された発明では、ホイールに内蔵されているインホイールモータにおけるステータの温度が高くなった場合、ステータとディスクロータとの間に設けられた熱伝達部材によって、ステータの熱をディスクロータに伝達し、放熱するように構成された装置が記載されている。
On the other hand, a disc brake is known as a vehicle brake. In the disc brake, the disc rotates together with the wheel, so that the disc can be used as a heat radiating portion. Therefore, in the invention described in
なお、上記のペルチェ効果を生じる素子は、いわゆる熱−電変換素子と称されることもあり、熱の出入りおよび電流の出入りの関係に応じてペルチェ効果を生じたり、あるいはこれと反対の現象であるゼーベック効果を生じたりする。そこで、特許文献4に記載された燃料電池システムでは、熱電素子を発熱手段および発電手段に切り替えるように構成されている。
The element that generates the Peltier effect is sometimes referred to as a so-called thermo-electric conversion element. The Peltier effect occurs depending on the relationship between the input and output of heat and the input and output of current, or the opposite phenomenon. It produces some Seebeck effect. Therefore, the fuel cell system described in
モータとその制動を行うブレーキとを設けた装置においては、例えば上記の特許文献3に記載されているように、モータで生じた熱を熱伝達部材を介して、ブレーキにおけるディスクロータに伝達し、そのディスクロータから放熱させることによりモータを冷却することができる。しかしながら、特許文献3に記載された構成は、ステータの温度が高く、かつディスクロータが停止している際に、熱伝達部材をそのディスクロータに接触させ、またディスクロータが回転していたり、あるいはステータの温度が相対的に低い場合には、その熱伝達部材をディスクロータから離すようになっている。そのため、熱伝達部材を移動させるための機構が必要となり、その結果、装置が大型化したり、あるいはディスクロータが回転している場合には、ディスクロータから放熱させることができないなどの不都合がある。
In an apparatus provided with a motor and a brake that brakes the motor, for example, as described in
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ブレーキからモータへの熱の影響の排除とモータからブレーキを介した放熱とを簡単な構成で両立させることのできる冷却システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and provides a cooling system capable of achieving both elimination of the influence of heat from the brake to the motor and heat dissipation from the motor through the brake with a simple configuration. It is intended to provide.
この発明は、上記の目的を達成するために、モータユニットを内蔵したホイールと、前記ホイールと一体となって回転するブレーキディスクと、前記モータユニットのハウジングと前記ホイールのホイールハブとを回転自在に連結させるベアリングとを備え、少なくとも前記モータユニットの冷却を行う可変熱抵抗を利用した冷却システムにおいて、前記ベアリングのインナーレースあるいはアウターレースには、通電状態に従って熱抵抗が変化するペルチェ素子が設けられていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention enables a wheel incorporating a motor unit, a brake disk that rotates integrally with the wheel, a housing of the motor unit, and a wheel hub of the wheel to freely rotate. and a bearing for coupling, at least the motor unit cooling system using a variable thermal resistance to cool the, wherein the inner race or outer race of the bearings, the Peltier element thermal resistance varies are provided in accordance with energization state It is characterized by that.
この発明によれば、モータユニットとブレーキディスクとの間の熱抵抗を、ペルチェ素子の通電状態を変えることにより、大小に変化させることができる。したがって、例えばモータユニットの温度がブレーキディスクの温度より高く、かつブレーキディスクの温度が適正温度より低い場合には、ペルチェ素子による熱抵抗を小さくしてモータユニットからブレーキディスクへの熱伝達を相対的に促進する。こうすることにより、短時間のうちに、ブレーキ性能を所期の性能に設定することができる。併せて、モータユニットの熱をブレーキディスクに移動させてモータユニットを冷却することができる。これとは反対に、繰り返し制動操作が行われるなどのことによってブレーキディスクの温度が高く、またモータユニットの温度も上昇していれば、ペルチェ素子による熱抵抗を増大させ、ブレーキディスクからモータユニットへの熱の伝達を阻止もしくは抑制する。その結果、モータユニットの過熱を防止することができる。
According to the present invention, the thermal resistance between the motor unit and the brake disk, by changing the energization of the Peltier element, it is possible to change the size. Thus, for example, the temperature of the motor unit is higher than the temperature of the brake disk, and when the temperature of the brake disc is lower than the appropriate temperature, to reduce the thermal resistance by the Peltier element to the motor unit or et brake disk Relatively promotes heat transfer. By doing so, the braking performance can be set to the desired performance within a short time. In addition, it is possible to cool the motor unit moves the heat of motor units to brake disc. On the contrary, high temperature of brake disks by such repeated braking operation is performed, and the temperature of the motor unit even if raised, to increase the thermal resistance due to the Peltier element, or brake disc inhibiting or suppressing the transfer of heat to Luo motor unit. As a result, it is possible to prevent overheating of the motor unit.
この発明は、モータと制動を行うブレーキとを備えた装置を対象とした冷却システムであり、この種の装置の一例は、特開2008−184111号公報に記載されたインホイールモータである。その構成を簡単に説明すると、ホイールには、ブレーキディスクが一体となって回転するように取り付けられており、そのホイールの内部には、ホイールに対して駆動トルクを付与するモータユニットが設けられている。このモータユニットは、ロアーアームによって支持されており、そのケーシングの内部には、モータと減速機とが内蔵されており、モータが出力した動力を減速機で減速してホイールに伝達するように構成されている。そして、そのモータユニットのハウジングに対してホイールハブがベアリングを介して回転自在に連結されている。したがって、ブレーキとモータユニットとの間の熱の伝達は、主として、このベアリングを介して生じるようになっている。すなわち、上記の特開2008−184111号公報に記載された構成においては、ベアリングのインナーレースおよびアウターレース、並び裏インシュレータおよびロータ接合面によって、ブレーキとモータユニットとの間の熱の伝達経路が形成されている。 The present invention is a cooling system for a device including a motor and a brake for braking, and an example of this type of device is an in-wheel motor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-184111. To briefly explain the configuration, a brake disk is attached to the wheel so as to rotate integrally, and a motor unit that applies driving torque to the wheel is provided inside the wheel. Yes. The motor unit is supported by a lower arm, and a motor and a speed reducer are built in the casing, and the power output from the motor is decelerated by the speed reducer and transmitted to the wheel. ing. A wheel hub is rotatably connected to the housing of the motor unit via a bearing. Therefore, heat transfer between the brake and the motor unit mainly occurs through this bearing. That is, in the configuration described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-184111, a heat transmission path between the brake and the motor unit is formed by the inner race and the outer race of the bearing, the back insulator, and the rotor joint surface. Has been.
この発明に係る冷却システムは、このような熱伝達経路にペルチェ素子が設けられている。その構成を模式的に示せば、図1のとおりである。図1において、ブレーキ1と前記モータを内蔵しているユニット2との間に熱伝達経路が形成されており、その熱伝達経路中にペルチェ素子3が設けられている。このペルチェ素子3は、従来熱電素子として知られているものであって、そのモデルを図2に示すように、N型半導体3NとP型半導体3Pとを電極3Sによっていわゆるπ(パイ)型に接続したものであり、通電の方向に応じて一方の電極3Sで発熱し、かつ他方の電極3Sで吸熱が生じるように構成されている。したがって、これを熱伝達経路中に配置することにより、その熱伝達経路での熱抵抗が変化する。図1に示す構成では、ブレーキ1と前記モータ2との間の熱伝達経路での熱抵抗をそのペルチェ素子3によって変化させるために、ペルチェ素子3は切替スイッチ4を介して直流電源5に接続されている。
The cooling system according to the present invention is provided with a Peltier element in such a heat transfer path. The configuration is schematically shown in FIG. In FIG. 1, a heat transfer path is formed between a brake 1 and a
上記のペルチェ素子3による熱抵抗の制御は、ブレーキ1およびユニット2の動作環境を適正に維持するために行われる。具体的には、ブレーキ1あるいはユニット2の温度が相対的に低い場合には、その温度が上昇するように熱抵抗を変化させ、またブレーキ1あるいはユニット2の温度が相対的に高い場合には、その過熱を防止するように熱抵抗を変化させる。その例を図1に併記してあり、ブレーキ1が高温であり、かつユニット2が低温である場合、ペルチェ素子3による熱抵抗が増大させられる。なお、「高温」および「低温」の判断は、ブレーキ1やユニット2の動作保証温度や耐熱温度などに基づいて予め閾値を定め、その閾値と検出された温度とを比較することにより行うことができる。また、熱抵抗は、ペルチェ素子3における電極3Sのうち、高温側の電極3Sで発熱するように電流を制御することにより、増大させることができる。このように制御すれば、高温のブレーキ1からユニット2に向けた熱の伝達が制限されて小さくなるので、ユニット2の温度上昇を抑制してモータ効率を向上させることができ、またユニット2の過熱を防止することができる。
The control of the thermal resistance by the Peltier
また反対に、ブレーキ1が低温であり、かつユニット2が高温である場合、ペルチェ素子3による熱抵抗が低下させられる。なお、「高温」および「低温」の判断は、ブレーキ1やユニット2の動作保証温度や耐熱温度などに基づいて予め閾値を定め、その閾値と検出された温度とを比較することにより行うことができる。また、熱抵抗は、ペルチェ素子3における電極3Sのうち、高温側の電極3Sで吸熱するように電流を制御することにより、低下させることができる。このように制御すれば、高温のユニット2からブレーキ1に向けた熱の伝達が促進されて大きくなるので、ユニット2の熱をブレーキ1に伝達するとともにブレーキ1から放熱させることができるので、ユニット2を効果的に冷却してモータ効率を向上させることができると同時にその過熱を防止することができる。また、ブレーキ1の温度を制動特性の良好な温度に早期に上昇させて、制動性能を良好な状態にすることができる。
Conversely, when the brake 1 is at a low temperature and the
また、この発明では、車両に適用した場合の転がり抵抗を、上記の熱伝達経路の熱抵抗を制御することにより低下させ、燃費の向上を図ることができる。これを具体的に説明すると、転がり抵抗はタイヤの空気圧や温度などが要因となって増大するから、先ず、タイヤの空気圧や温度を検出し、その判断を行う。図3には空気圧に基づいて制御を行う例を示してあり、検出した値(図3に示す例では空気圧)が予め定めた閾値より低いか否かが判断される(ステップS1)。検出された値が閾値より大きいことにより、ステップS1で否定的に判断された場合には、タイヤを特に昇温する必要はないので、通常制御に移行する(ステップS2)。これに対して、タイヤの空気圧や温度が閾値より低いことによりステップS1で肯定的に判断された場合には、熱移動を開始する(ステップS3)。具体的には、ユニット2からブレーキ1に向けた熱伝達に対する熱抵抗を低下させ、ユニット2からブレーキ1に対する熱伝達を促進する。その後、通常制御に移行する(ステップS2)。
Further, according to the present invention, the rolling resistance when applied to a vehicle can be reduced by controlling the thermal resistance of the heat transfer path, thereby improving the fuel consumption. Specifically, since the rolling resistance increases due to the tire pressure and temperature, the tire pressure and temperature are first detected and judged. FIG. 3 shows an example in which control is performed based on the air pressure, and it is determined whether or not the detected value (air pressure in the example shown in FIG. 3) is lower than a predetermined threshold (step S1). If the detected value is larger than the threshold value and it is determined negative in step S1, it is not necessary to raise the temperature of the tire in particular, and the routine proceeds to normal control (step S2). On the other hand, if a positive determination is made in step S1 because the tire air pressure or temperature is lower than the threshold, heat transfer is started (step S3). Specifically, the thermal resistance to heat transfer from the
したがって、図3に示すように制御することにより、タイヤの空気圧が適正圧力に上昇し、あるいはタイヤ温度が適正温度に上昇するので、転がり抵抗を低減することができる。またこれと併せて、ユニット2が冷却されてモータの効率が向上するので、転がり抵抗の低減と相まって、車両の燃費を向上させることができる。
Therefore, by controlling as shown in FIG. 3, the tire pressure increases to an appropriate pressure, or the tire temperature increases to an appropriate temperature, so that rolling resistance can be reduced. At the same time, the
上述したようにペルチェ素子3を動作させるためには電源を必要とする。これに対してブレーキ1とユニット2との間に温度差があれば、これを利用して電力を得ることができるので、その電力によってペルチェ素子3を動作させるように構成することができる。その例を図4に示してあり、ブレーキ1とユニット2との間の熱伝達経路には、前述したペルチェ素子3と併せてゼーベック素子6が設けられている。このゼーベック素子6は、温度差が生じることにより起電力を生じ、熱エネルギを電力に変化する素子であり、例えば前述したインシュレータに配置される。ゼーベック素子6の起電力をペルチェ素子3に供給するようにこれらゼーベック素子6とペルチェ素子3とが電気的に接続されている。例えば、ブレーキ1の温度がユニット2の温度より相対的に高いことによりゼーベック素子6で電力が生じた場合、その電力がペルチェ素子3に供給されて、ペルチェ素子3がブレーキ1からユニット2に向けた熱の伝達に対する熱抵抗を増大させ、また反対にユニット2の温度がブレーキ1の温度に対して相対的に高いことによりゼーベック素子6で電力が生じた場合、その電力がペルチェ素子3に供給されて、ペルチェ素子3がユニット2からブレーキ1に向けた熱の伝達に対する熱抵抗を低下させるように、ゼーベック素子6とペルチェ素子3とが電気的に接続されている。
As described above, a power source is required to operate the
したがって、図4に熱の移動を併記してあるように、ブレーキ1の温度がユニット2の温度より高い場合、その温度差に応じてゼーベック素子6で起電力が生じ、これがペルチェ素子3に供給される。その結果、ペルチェ素子3は、ブレーキ1側の電極3Sで発熱するように動作するので、ブレーキ1からユニット2に向けた熱の移動に対する熱抵抗が増大し、ユニット2に対するブレーキ1からの熱影響を防止もしくは抑制することができ、ユニット2の温度を適正温度に維持してモータ効率を向上させることができる。これとは反対に、ユニット2の温度がブレーキ1の温度に対して相対的に高い場合、その温度差に応じてゼーベック素子6で起電力が生じ、これがペルチェ素子3に供給されるが、この場合、ペルチェ素子3は、ユニット2からブレーキ1に向けた熱の移動に対する熱抵抗を低下させるように動作する。その結果、ユニット2の熱がブレーキ1に積極的に伝達された後、ブレーキ1から放散させられるので、ユニット2が積極的に冷却され、それに伴ってモータ効率を向上させることができる。そして、このようなペルチェ素子3による熱抵抗の制御は、ゼーベック素子6を電源として行うことができるので、車両における燃費の悪化要因を削減でき、また特別な制御を介在させることなく、自動的に熱抵抗を制御することができる。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the temperature of the brake 1 is higher than the temperature of the
1…ブレーキ、 2…ユニット、 3…ペルチェ素子、 4…切替スイッチ、 5…電源、 6…ゼーベック素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Brake, 2 ... Unit, 3 ... Peltier element, 4 ... Changeover switch, 5 ... Power supply, 6 ... Seebeck element
Claims (1)
前記ベアリングのインナーレースあるいはアウターレースには、通電状態に従って熱抵抗が変化するペルチェ素子が設けられていることを特徴とする可変熱抵抗を利用した冷却システム。 A wheel including a motor unit; a brake disk that rotates integrally with the wheel; and a bearing that rotatably connects a housing of the motor unit and a wheel hub of the wheel; and at least cooling the motor unit In the cooling system using variable thermal resistance that performs
Cooling system in the inner race or outer race of the bearings, thermal resistance using a variable thermal resistor, wherein a Peltier element is provided varies according to the energized state.
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