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公開番号2020099157
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200625
出願番号2018237289
出願日20181219
発明の名称車両用モータの冷却装置
出願人ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト,Daimler AG
代理人個人,個人
主分類H02K 9/19 20060101AFI20200529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータハウジング内での冷媒の液位を所望の液位に制御することができる車両用モータの冷却装置を提供する。
【解決手段】モータを冷却する冷媒を第1圧力下で貯留する貯留部75と、第2圧力下でモータを内部に収容するモータハウジング54と、貯留部75の冷媒をモータハウジング54内に供給する供給流路81と、モータハウジング54内の冷媒を貯留部75に排出する排出流路83と、貯留部からモータハウジング54に供給される冷媒の流量を調整する供給ポンプ85と、モータハウジング54から貯留部に排出される冷媒の流量を調整する排出ポンプ87と、内圧が大気圧力より高くなると大気開放する圧力開放部91と、圧力検出部93と、圧力検出部93によって検出される圧力に基づいて排出ポンプ87及び供給ポンプ85を制御し、第1圧力を第2圧力より高くする制御部95とを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
車両の駆動力を発生させるモータを冷却するための冷媒を第1圧力下で貯留する貯留部と、
第2圧力下で前記モータを内部に収容するモータハウジングと、
前記貯留部に貯留された前記冷媒を前記モータハウジング内に供給する供給流路と、
前記モータハウジング内に供給された前記冷媒を前記モータハウジング外に排出し、排出された前記冷媒を前記貯留部に貯留する排出流路と、
前記供給流路に設けられ、前記貯留部から前記モータハウジングに供給される前記冷媒の流量を調整する供給ポンプと、
前記排出流路に設けられ、前記モータハウジングから前記貯留部に排出される前記冷媒の流量を調整する排出ポンプと、
前記モータハウジング及び前記貯留部のいずれか一方に設けられ、内圧が大気圧力より高くなると大気開放する圧力開放部と、
前記貯留部及び前記モータハウジングのいずれか他方に設けられ、内圧を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部によって検出される圧力に基づいて前記排出ポンプ及び前記供給ポンプを制御し、前記第1圧力を前記第2圧力より高くする制御部と、を含む
ことを特徴とする車両用モータの冷却装置。
続きを表示(約 940 文字)【請求項2】
前記排出ポンプの排出する前記冷媒の流量は、前記供給ポンプの供給する前記冷媒の流量より多い
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項3】
前記圧力開放部は、前記モータハウジングに設けられており、
前記制御部は、前記排出ポンプを制御することで、前記貯留部の内圧を前記大気圧力よりも高い第1圧力域内に収める
ことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項4】
前記供給流路に異常があることを判定する供給異常判定部を有し、
前記供給異常判定部は、前記貯留部の内圧が前記第1圧力域の上限を超える場合、前記供給流路に異常があると判定する
ことを特徴とする請求項3に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項5】
前記排出流路に異常があることを判定する排出異常判定部を有し、
前記排出異常判定部は、前記貯留部の内圧が前記第1圧力域の下限に満たない場合、前記排出流路に異常があると判定する
ことを特徴とする請求項3または4に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項6】
前記圧力開放部は、前記貯留部に設けられており、
前記制御部は、前記供給ポンプを制御することで、前記モータハウジングの内圧を前記大気圧力よりも低い第2圧力域内に収める
ことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項7】
前記排出流路に異常があることを判定する排出異常判定部を有し、
前記排出異常判定部は、前記モータハウジングの内圧が前記第2圧力域の上限を超える場合、前記排出流路に異常があると判定する
ことを特徴とする請求項6に記載の車両用モータの冷却装置。
【請求項8】
前記供給流路に異常があることを判定する供給異常判定部を有し、
前記供給異常判定部は、前記モータハウジングの内圧が前記第2圧力域の下限に満たない場合、前記供給流路に異常があると判定する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の車両用モータの冷却装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は車両用モータの冷却装置に係り、特にモータハウジング内のオイルの量を適正化する技術に関する。
続きを表示(約 8,200 文字)【背景技術】
【0002】
電気自動車等のモータを駆動源とする車両には、モータと複数のギアからなる減速機構とを備え、駆動輪が連結されるディファレンシャルギアにモータの駆動力を伝達することができる車両用の駆動ユニットが搭載されている(特許文献1)。
【0003】
このような駆動ユニットに搭載されるモータは、オイル等の冷媒をモータハウジング内に循環させることによりモータを効率的に冷却する冷却装置によって冷却されている。
このような冷却装置においては、モータハウジング内での冷媒液位が所定液位以上となると、モータの回転に対する負荷が過剰となり、モータのオーバーヒートを招く虞がある。
【0004】
したがって、上記のようなモータのオーバーヒートを防止するためには、循環する冷媒の流量を調整し、モータハウジング内の冷媒の液位を適正化することが要求されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
国際公開第2014/148410号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記要求を満たすために、モータハウジング内に液位センサを設けることで、モータハウジング内の冷媒の液位を検出し、冷媒の量を調整することが考えられる。
しかしながら、モータハウジングはエンジンと異なり、大型のオイルパンがないため、モータハウジング内の冷媒の液位を検出することが困難であった。
【0007】
また、冷媒循環回路において、モータハウジングから排出される冷媒の流量を検出することで、間接的にモータハウジング内の冷媒の液位を検出することが考えられる。
【0008】
しかしながら、モータハウジングから排出される冷媒は、モータハウジング内の空気を含んだ状態で排出経路に設けられるポンプによって排出されるため、排出経路でのポンプによる正確な冷媒の流量を検出することが困難であった。
【0009】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータハウジング内での冷媒の液位を所望の液位に制御することができる車両用モータの冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
(1)本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、車両の駆動力を発生させるモータを冷却するための冷媒を第1圧力下で貯留する貯留部と、第2圧力下で前記モータを内部に収容するモータハウジングと、前記貯留部に貯留された前記冷媒を前記モータハウジング内に供給する供給流路と、前記モータハウジング内に供給された前記冷媒を前記モータハウジング外に排出し、排出された前記冷媒を前記貯留部に貯留する排出流路と、前記供給流路に設けられ、前記貯留部から前記モータハウジングに供給される前記冷媒の流量を調整する供給ポンプと、前記排出流路に設けられ、前記モータハウジングから前記貯留部に排出される前記冷媒の流量を調整する排出ポンプと、前記モータハウジング及び前記貯留部のいずれか一方に設けられ、内圧が大気圧力より高くなると大気開放する圧力開放部と、前記貯留部及び前記モータハウジングのいずれか他方に設けられ、内圧を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部によって検出される圧力に基づいて前記排出ポンプ及び前記供給ポンプを制御し、前記第1圧力を前記第2圧力より高くする制御部と、を含むことを特徴とする。
【0011】
これにより、モータハウジング及び貯留部のいずれか一方に内圧が大気圧力より高くなると大気開放する圧力開放部を設け、モータハウジング及び貯留部の他方に内圧を検出する圧力検出部を設けることで、圧力検出部によって検出される圧力に基づいて、制御部により排出ポンプ及び供給ポンプを制御して第1圧力を第2圧力より高くすることでモータハウジングに冷媒が過供給されることを抑制することが可能とされる。
【0012】
(2)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(1)において、前記排出ポンプの排出する前記冷媒の流量は、前記供給ポンプの供給する前記冷媒の流量より多くなるようにしてもよい。これにより、モータハウジング内のオイルの量が増加することを抑制することが図られる。
【0013】
(3)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(1)または(2)において、前記圧力開放部は、前記モータハウジングに設けられており、前記制御部は、前記排出ポンプを制御することで、前記貯留部の内圧を前記大気圧力よりも高い第1圧力域内に収めるようにしてもよい。これにより、モータハウジングに貯留される冷媒の量を適切な量に調整することができる。
【0014】
(4)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(3)において、前記供給流路に異常があることを判定する供給異常判定部を有し、前記供給異常判定部は、前記貯留部の内圧が前記第1圧力域の上限を超える場合、前記供給流路に異常があると判定するようにしてもよい。これにより、的確に供給流路の異常を判定することができる。
【0015】
(5)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(3)または(4)において、前記排出流路に異常があることを判定する排出異常判定部を有し、前記排出異常判定部は、前記貯留部の内圧が前記第1圧力域の下限に満たない場合、前記排出流路に異常があると判定するようにしてもよい。これにより、的確に排出流路の異常を判定することが可能とされる。
【0016】
(6)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(1)または(2)において、前記圧力開放部は、前記貯留部に設けられており、前記制御部は、前記供給ポンプを制御することで、前記モータハウジングの内圧を前記大気圧力よりも低い第2圧力域内に収めるようにしてもよい。これにより、モータハウジングに貯留される冷媒の量を適切な量に調整することができる。
【0017】
(7)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(6)において、前記排出流路に異常があることを判定する排出異常判定部を有し、前記排出異常判定部は、前記モータハウジングの内圧が前記第2圧力域の上限を超える場合、前記排出流路に異常があると判定するようにしてもよい。これにより、的確に排出流路の異常を判定することができる。
【0018】
(8)また、本適用例に係る車両用モータの冷却装置は、上記(6)または(7)において、前記供給流路に異常があることを判定する供給異常判定部を有し、前記供給異常判定部は、前記モータハウジングの内圧が前記第2圧力域の下限に満たない場合、前記供給流路に異常があると判定するようにしてもよい。これにより、的確に供給流路の異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
電動車両の全体構成を概略的に示す上面図である。
本発明の第1実施形態に係るモータ冷却装置を示す回路図である。
第1実施形態に係る供給ポンプ及び排出ポンプの各制御並びに液晶モニタに表示される警告態様の対応関係を示す表である。
本発明の第2実施形態に係るモータ冷却装置を示す回路図である。
第2実施形態に係る供給ポンプ及び排出ポンプの各制御並びに液晶モニタに表示される警告態様の対応関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
<第1実施形態>
以下、図面に基づき本発明の第1実施形態について説明する。
図1を参照すると、第1実施形態に係る電動車両(車両1)の全体構成を概略的に示す上面図が示されている。車両1は、ラダーフレーム10、キャブ20、荷箱30、車輪機構40、駆動装置50、バッテリパック60及びモータ冷却装置70を備える電動トラックである。なお、図1では、車両1の上面からキャブ20及び荷箱30を透過するように見た場合の上面図として表している。
【0021】
ラダーフレーム10は、左サイドレール11L、右サイドレール11R、及び複数のクロスメンバ12を有する。左サイドレール11L及び右サイドレール11Rは、車両1の車長方向Aに延在し、互いに車幅方向Bに対して平行に配置される。複数のクロスメンバ12は、左サイドレール11Lと右サイドレール11Rとを連結している。
【0022】
そして、ラダーフレーム10は、キャブ20、荷箱30、駆動装置50、バッテリパック60、及び車両1に搭載されるその他の重量物を支持する。以下において、左サイドレール11L及び右サイドレール11Rを総称して、単にサイドレール11とも称する。
【0023】
キャブ20は、図示しない運転席を含む構造体であり、ラダーフレーム10の前部上方に設けられている。一方、荷箱30は、車両1によって搬送される荷物等が積載される構造体であり、ラダーフレーム10の後部上方に設けられている。
【0024】
車両後方に位置する車輪機構40は、車両後方に位置し且つ左右に各2つ配置された後輪41、これらの後輪41の車軸としてのリアアクスル42から構成される。したがって、車両1では、後輪41が駆動輪として機能するように駆動力が伝達され、車両1が走行することになる。なお、車輪機構40は、図示しないサスペンション機構を介してラダーフレーム10に懸架され、車両1の重量を支持する。
【0025】
駆動装置50は、モータユニット51及びギアユニット52を有する。モータユニット51は、モータ53及びモータハウジング54から構成される。モータ53は、バッテリパック60から供給される電力によって駆動する電気モータであり、図2に示すように、駆動することで駆動軸53aを回転させてギアユニット52に駆動力を伝達させることが可能である。モータハウジング54は、モータ53を収容し、オイル(冷媒)を内部に貯留するケースである。また、図2に示すように、モータハウジング54は、駆動軸53aが突出する開口を有しており、駆動軸53aと開口との間にオイルシール54aが配設されている。
【0026】
ギアユニット52は、複数のギアからなる減速機構55、減速機構55から入力される動力を左右の後輪41に対して振り分ける差動機構56並びに減速機構55及び差動機構56を収容するギアハウジング57から構成される。
【0027】
このように構成された駆動装置50は、減速機構55及び差動機構56を介して、モータ53の駆動トルクを車両1の走行に適した値に調整してリアアクスル42に駆動力を伝達する。これにより駆動装置50は、リアアクスル42を介して後輪41を回転させて車両1を走行させることができる。ここで、駆動装置50は、本実施例においては、左サイドレール11L及び右サイドレール11Rに対して車幅方向Bの内側(すなわち、サイドレール間のスペース)に配置され、図示しない支持部材によりラダーフレーム10に支持されている。
【0028】
バッテリパック60は、車両1を走行させるためのエネルギー源としてモータ53に電力を供給するバッテリを有している。バッテリパック60は、車両1に必要とされる電力を蓄えるために比較的大型で大容量の二次電池である。ここで、バッテリパック60は、本実施例において、車幅方向Bに対して左サイドレール11Lと右サイドレール11Rとの間、且つ駆動装置50の車両前方に配置される。例えば、バッテリパック60は、図示しない連結部材によりラダーフレーム10に固定又は懸架される。
【0029】
次に図2を参照すると、本発明の第1実施形態に係るモータ冷却装置70を示す回路図が示されている。モータ冷却装置70は、オイルクーラ73、オイルタンク(貯留部)75及びオイル回路77を備え、オイル回路77を循環するオイルを冷却してモータ53を冷却する装置である。
【0030】
オイルクーラ73は、例えば図示しないラジエータ内を流通する冷却水と熱交換することでオイルを所定温度下に冷却することが可能な所謂水冷式の熱交換器である。なお、オイルクーラ73は、例えばコルゲートフィンを備えた所謂空冷式の熱交換器であってもよい。
【0031】
オイルタンク75は、オイルを貯留することが可能であって、タンク圧力(第1圧力)Pr1下でオイルを密閉するタンクである。このオイルタンク75は、モータユニット51より上方に位置している。ここで、タンク圧力Pr1は、大気圧力Pr0より高い圧力である。
【0032】
オイル回路77は、オイルクーラ73、オイルタンク75及びモータハウジング54にオイルを循環可能に接続する閉回路である。このオイル回路77は、供給流路81、排出流路83、供給ポンプ85及び排出ポンプ87を備えている。
【0033】
供給流路81は、オイルタンク75とモータハウジング54とを接続する流路であり、オイルタンク75からモータハウジング54にオイルを供給可能にしている。また、排出流路83は、モータハウジング54とオイルタンク75とを接続する流路であり、モータハウジング54からオイルタンク75にオイルを供給可能にしている。
【0034】
ここで排出流路83は、第1排出経路83a及び第2排出経路83bを備えた流路であり、第1排出経路83aによってモータハウジング54からオイルクーラ73にオイルを供給し、第2排出経路83bによってオイルクーラ73からオイルタンク75にオイルを供給することが可能である。
【0035】
供給ポンプ85は、供給流路81に設けられたポンプであり、オイルタンク75からオイルを吸い出し、モータハウジング54にオイルを供給することが可能である。また、排出ポンプ87は、排出流路83の例えば第2排出経路83bに設けられたポンプであり、モータハウジング54からオイルを吸い上げ、オイルクーラ73を介してオイルタンク75にオイルを排出することが可能である。
【0036】
したがって、排出ポンプ87及び供給ポンプ85は、排出ポンプ87によるオイルの排出量Pv1が供給ポンプ85によるオイルの供給量Pv2より多くなるように、後述するECU95によって制御することが可能である。
【0037】
モータユニット51のモータハウジング54にはブリーザ(圧力開放部)91が、オイルタンク75には圧力センサ(圧力検出部)93がそれぞれ設けられている。ブリーザ91は、モータハウジング54内の内圧(以下、モータ圧力(第2圧力)Pr2という)が大気圧力Pr0より高くなると大気開放する圧力開放弁である。圧力センサ93は、タンク圧力Pr1を検出するセンサである。
【0038】
ECU(制御部、供給異常判定部、排出異常判定部)95は、モータの運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。
【0039】
このECU95の入力側には、圧力センサ93が電気的に接続されており、タンク圧力Pr1の圧力情報が入力される。一方、ECU95の出力側には、排出ポンプ87及び例えばキャブ20内に配設されている液晶モニタ97が電気的に接続されている。
【0040】
図3は、第1実施形態に係る供給ポンプ85及び排出ポンプ87の各制御並びに液晶モニタ97に表示される警告態様の対応関係を示す表である。
【0041】
ECU95は、タンク圧力Pr1が第1圧力域に収まるように排出ポンプ87を制御してオイルの排出量Pv1を調整する。一方、供給ポンプ85によるオイルの供給量Pv2は、タンク圧力Pr1に関わらず一定となるよう、供給ポンプ85を制御する。
【0042】
また、ECU95は、該調整をしてもなおタンク圧力Pr1が第1圧力域に収まらない場合は液晶モニタ97を制御して運転手に所定の警告を表示する。
【0043】
ところで、モータ冷却装置70を流通するオイルは、オイル回路77が閉回路であるため、外部からオイルが追加されることも外部に排出されることもない、換言すると、オイルの総量は変わらない。また、モータ冷却装置70には、オイルクーラ73が備えられているため、オイルが所定温度下に冷却されることにより熱膨張を抑制されている、換言すると、オイルの体積もまた変わらない。
【0044】
さらに、オイルクーラ73及びオイル回路77は、モータハウジング54やオイルタンク75のようにオイルを貯留する空間を有していない、換言すると、オイルの貯留量が変動するのは、モータハウジング54またはオイルタンク75となる。
【0045】
そして、モータハウジング54は、ブリーザ91が設けられていることにより、モータハウジング54内の気圧が大気圧力Pr0となるように調整されている。換言すると、モータハウジング54は、内部に貯留するオイルの量に関わらずモータ圧力Pr2が大気圧力Pr0になるよう調整されている。
【0046】
したがって、上記したようにモータ冷却装置70内を流通するオイルの総量、体積が変動せず、オイルが貯留されるのはモータハウジング54またはオイルタンク75であり、さらにモータ圧力Pr2は大気圧力Pr0になるよう調整されているため、ECU95は、圧力センサ93から入力されるタンク圧力Pr1を検出することで、モータハウジング54に貯留されるオイルの量を推定することができる。
【0047】
これにより、モータ冷却装置70は、タンク圧力Pr1が第1圧力域に収まるように排出ポンプ87を制御してオイルの排出量Pv1を調整することで、モータハウジング54内のオイルの量を一定に保つことができる。
【0048】
特に、タンク圧力Pr1が第1圧力域に収まるように排出ポンプ87を制御するモータ冷却装置70を用いることで、オイルタンク75がモータユニット51より上方に位置する本実施形態のような場合であっても、モータハウジング54にオイルが過供給されることを抑制することができる。
【0049】
また、上記のようにタンク圧力Pr1が第1圧力域に収まるように排出ポンプ87を制御してオイルの排出量Pv1を調整してもなおタンク圧力Pr1が第1圧力域の上限値より高くなる(第1圧力域の上限超過)場合は、例えば整備時にモータ冷却装置70にオイルを規定量以上に入れた場合や供給流路81及び供給ポンプ85が詰まっている場合等の故障(供給エラー)の可能性がある。
【0050】
一方、タンク圧力Pr1が第1圧力域の上限値より低くなる(第1圧力域の下限未満)場合は、例えばモータ冷却装置70からオイルが漏れている場合や排出流路83、排出ポンプ87及びオイルクーラ73が詰まっている場合等の故障(排出エラー)の可能性がある。
(【0051】以降は省略されています)

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