JP6049726B2 - 熱パイプを介した電気モータの冷却 - Google Patents

Description

本発明は、電気モータ及び内燃機関エンジンを備えるハイブリッドドライブトレインを備える自動車両のエンジンを冷却するためのシステムに関する。

本発明は更に、電気モータ及び内燃機関エンジンを備えるハイブリッドドライブトレイン並びに冷却システムを有する、車両に関する。

電気駆動システム及び内燃機関駆動システムを備えるハイブリッドドライブトレインを有する自動車両は、異なるドライブトレインが常に同時に作動されないため、各ドライブトレインに特化した冷却システムを備えている。電気駆動システムは一般に、車両の始動フェーズ及び数キロメートルにわたる車両の走行フェーズ中に作動される。内燃機関エンジンは一般に、この始動フェーズ及び数キロメートルにわたる走行フェーズの後に、電気モータに代わって点火される。しかしながら、走行の際、例えば高レベルの電力を要求するフェーズ中に、これら２つのドライブトレインが同時に作動されることがある。

特許文献１又は特許文献２などの特許出願は、内燃機関エンジン及び電気モータを備えるハイブリッドドライブトレインを有する車両のための冷却システムであって、２つの冷却回路を備え、その１つが電気モータに特化している冷却システムの実装を教示している。

独国特許第１０２００９０５４８７３号公報 国際公開特許第２００６０１０４８７号公報

電気駆動システムが放出する熱は一般に、車両から排出される。

よって課題は、電気駆動システムに特化した冷却回路の設置である。

更なる課題は、他の場所で利用できない純粋な損失としての大量の熱の消散である。

本発明の目的は、これらの課題を解決することである。

本発明の主題は、電気駆動システム及び内燃機関駆動システムを備えるハイブリッドドライブトレインを含む自動車両の電気駆動システムを冷却するためのシステムであって、内燃機関駆動システム（１１）は流体循環回路を備える、システムにおいて、熱パイプを介して流体循環回路及び電気駆動システムに接続された熱貯蔵タンクを備えることを特徴とする、システムである。

本発明の特定の特徴によると：
‐流体回路は、貯蔵タンクの方向に熱エンジンの冷媒回路に接続された冷媒回路部を備え；
‐このシステムは、冷媒回路部に設置された冷媒循環手段を備え；
‐流体回路は、貯蔵タンクの方向に熱エンジンの潤滑油回路に接続された潤滑油回路部を備え；
‐このシステムは、冷媒回路部及び潤滑油回路部に設置された油循環手段を備え；
‐冷媒回路部に設置された循環手段は電動ポンプを備え、潤滑油回路部に設置された循環手段は電動ポンプを備え；
‐電気駆動システム及び内燃機関駆動システムの作動条件並びに貯蔵タンクの温度に関して、冷媒回路部に設置された循環手段及び潤滑油回路部に設置された循環手段を電子制御ユニットで制御し；
‐熱貯蔵タンクは、冷媒回路部に接続された冷媒交換回路を備え；
‐貯蔵タンクは、内燃機関エンジンの潤滑油回路に接続された油交換回路を備え；
‐固定子は横方向の開口を備え、開口の軸は固定子の軸と平行であり、開口は熱パイプの端部を受承するように設計されており；
‐固定子は、熱パイプの端部を受承するように設計された開口を備える要素で囲われ；
‐制御ブロックは、熱パイプの端部を受承するように設計された開口を備え；
‐熱タンクは、熱パイプの端部を受承するように設計された開口を備え；
‐貯蔵タンク並びに流体回路及び油回路のそれぞれは、電子制御ユニットと協働する少なくとも１つの温度センサを備える。

本発明の更なる特徴は、本発明及びその実装方法を明確に理解することを目的とした非限定的な例として挙げる添付の図面を参照した以下の説明により明らかになるであろう。

図１は、電気モータ及び内燃機関エンジンを備える自動車両を上方から見た概略断面図である。 図２は、電気モータの概略横断面図である。

図中の同じ要素は同じ参照番号で示される。

図１では、ハイブリッドドライブトレインを有する車両（図示せず）は、車両の後方に設置された電気駆動システム１２、及び車両の前方に向けて設置された内燃機関駆動システム、即ち熱駆動システム１１を備える。本発明は、内燃機関駆動システム及び電気駆動システムの位置決めに依存するものではなく、この位置決めは単に、例示的な実施形態を説明するために用いるものである。

内燃機関駆動システム１１は、熱駆動システムの部品の正しい動作を維持するために、流体回路を備える。流体回路は、油回路１６ａ及び冷媒回路１５ａを備える。油回路は、例えば燃焼室内のピストンやエンジンのシリンダクランクケース内のクランク室に設置されたクランク軸などの、熱エンジンの部品を潤滑及び冷却するように設計される。冷媒回路１５ａは、シリンダクランクケースやシリンダクランクケースを被覆するシリンダヘッド（図示せず）などの、熱エンジン構造の要素を冷却するように設計される。油回路１６ａは、油／冷媒交換器（図示せず）の領域において冷媒回路１５ａと熱を交換する。冷媒回路１５ａは、冷却器１９の領域において外部環境と熱を交換する。

電気駆動システムは電気モータ１２、電気モータの制御ブロック１３、及びバッテリ（図示せず）を備える。電気モータ１２は車両の本体要素（図示せず）に固定された固定子２１を備え、この固定子は軸周囲において円筒形のチャンバ、この円筒形チャンバ内で回転可動である回転子２２、及び電気モータの制御ブロック１３を備える。

冷媒回路１５ａは、車両の前方の内燃機関エンジンから車両の後方の電気駆動システムに向かって液体を循環させるための追加の迂回ブランチ１５ｂを備える。そして、この追加のブランチ、即ち冷媒回路１５ｂの一部は、更に下流のポイントにおいて冷媒回路１５ａと連結する。循環手段１７を回路部１５ｂに設置し、この手段を電子制御ユニット２５により制御する。冷媒は車両の前方において内燃機関エンジンの周りを循環でき、かつ電気駆動システムに向かって循環できる。循環手段は、例えば、バルブを開閉するための作動手段と結合したバルブを備えてよい。

潤滑油回路１６ａは、車両の前方の内燃機関エンジンから車両の後方の電気駆動システムに向かって油を循環させるための追加の迂回ブランチを備える。そして、この追加のブランチ、即ち潤滑油回路部１６ｂは、油回路の更に下流のポイントで油回路と連結する。循環手段１８をこの油回路部に設置し、この手段もまた電子制御ユニット２５により制御する。油は内燃機関エンジンの潤滑回路を循環でき、かつ電気駆動システムに向かって循環できる。循環手段は、例えば、バルブを開閉するための作動手段と結合したバルブを備えてよい。

熱タンク１４を、車両の後方に、車両の本体要素上に設置し、好ましくは電気モータ１２に取り付ける。この熱タンクは、例えば液体又は熱特性を持つ材料を含む熱貯蔵のためのコンテナであってよい。タンクの容量は数リットル、例えば５〜２０リットルであってよい。

タンクの内部は、冷媒回路部１５ｂに接続された第１の熱交換回路２３、油回路部１６ｂに接続された第２の交換回路２４を備え、これら２つの交換回路は液体又は熱貯蔵材料に浸されている。タンク内に開口を形成し、この開口を、円筒形のチューブ型である熱パイプ２０の端部を受承するように設計し、この端部が液体又は熱貯蔵材料と接するようにする。

ある実施形態によると、開口を固定子に形成し、これらの開口を熱パイプの端部を受承するように設計する。これら開口の壁上に、図２に示すように、熱密着を保証するように設計した接着糊を分布する。

熱パイプ２０の片方の終端を熱貯蔵タンク１４の開口に差し込み、熱パイプのもう一方の終端を固定子２１の開口に差し込む。タンク１４を好ましくは電気モータ又は固定子２１の近傍に配置し、タンク１４及び固定子２１によって被覆されていない熱パイプの部分を最大限に減らすか、ファイバ被覆などの熱絶縁材料で可能な限り被覆する。

熱パイプ２０を、電気モータの制御ブロック１３に形成された開口に差し込んでもよい。

温度センサ（図示せず）を：
‐熱貯蔵タンク１４；
‐冷媒回路１５ａ；
‐潤滑油回路１６ａ
に設置し、電子制御ユニット２５と協働させる。

電気駆動システム１２は一般に、始動フェーズ及び近距離の走行フェーズ中に作動される。電気駆動システムの動作は、相当の熱排出を伴う。この熱を、固定子２１及び制御ブロック１３に代表される「ホット」ポイントから、貯蔵タンク１４である「コールド」ポイントに向かって移動させる。

熱エンジン１１は、始動されるものの初めの数キロメートルの間は作動されない。熱エンジンの部品はまだ「コールド」であり、特に潤滑油は「コールド」である。循環手段１８の動作を制御するため、及び熱貯蔵タンクに向かって油回路部１６ｂを介して循環する油を循環させるために電子制御ユニット２５を配設する。

そして、油は熱タンク１４に入り、この熱タンクにおいて油交換回路２４で熱を吸収し、ここから内燃機関エンジンに向かって油を戻す。交換された熱により、潤滑油の温度をより早く上昇させることができ、これによりエンジンの部品の温度を上昇させることができる。この油はまた、粘性が低くなることにより、潤滑される部品間の摩擦を減らしてエネルギの消費を低減する。

油の温度が動作温度の閾値に達する時、油回路１８の循環手段を再び停止し、油回路部１６ｂの油の循環を阻止できる。

貯蔵タンク内の温度が閾値の温度よりも低い場合、２つの循環手段１７、１８を停止し、流体が冷媒回路部１５ｂ及び油回路部１６ｂに向かって循環しないようにできる。これにより、熱エンジンと電気モータの間で熱交換が行われない。

貯蔵タンク１４内の温度が閾値よりも高い場合、制御ユニットは冷媒回路部１５ｂの循環手段１７の動作を制御する。これにより冷媒は、貯蔵タンク１４に向かって車両の後方に循環できる。冷媒は冷媒回路部１５ｂを介して流れ、貯蔵タンク１４に入り、冷媒交換回路２３を循環する。この冷媒交換回路において熱を吸収し、タンクから内燃機関エンジンに向かって、好ましくは熱交換冷却器１９の上流に冷媒を戻す。

よって、本システムにより、熱エンジン１１の冷却回路１５ａを介して電気駆動システム１２を冷却し、電気駆動システムが作動される際に排出された熱を利用し、エネルギの消費を低減できる。

本発明は上記で明らかにされた実施形態に限定されない。更に、当業者は、例えば回路部の液体の循環を改善するためにバルブの代わりにポンプを設置することによる、又はホットポイント（固定子、制御ブロック）を熱パイプの端部を受承するための開口を備える要素で囲うことによる実施形態を提案し得る。

循環手段が、好ましくは電動の循環ポンプを備える場合、貯蔵タンク１４及び即ち電気駆動システムの冷却は、冷媒回路１５ａによって及び熱エンジンの潤滑油回路１６ａによっても（熱エンジンが停止している時でさえ）効果があり、これにより追加のエネルギが供給できる。

電気モータ及び熱貯蔵タンクとの熱交換表面を改善するために、熱パイプの形状を変更してもよい。

Claims (5)

1. 電気駆動システム（１２、１３）及び熱駆動システム（１１）を備える、ハイブリッドドライブトレインを有する自動車両の電気駆動システムを冷却するためのシステム（１０）であって、前記熱駆動システム（１１）は、少なくとも１つの流体循環回路と熱貯蔵タンク（１４）を備え、
   冷却するための前記システム（１０）は、前記熱貯蔵タンク（１４）を備え、かつ当該熱貯蔵タンク（１４）は、熱パイプ（２０）を介して前記流体循環回路及び前記電気駆動システムに接続されることを特徴とし、
   前記流体循環回路が、前記熱駆動システムの冷媒回路（１５ａ）に接続される冷媒回路部（１５ｂ）と、前記冷媒回路部（１５ｂ）に設置される液体循環手段（１７）を備え、
   前記流体循環回路が、前記熱駆動システムの潤滑油回路（１６ａ）に接続される潤滑油回路部（１６ｂ）と、前記潤滑油回路部（１６ｂ）に設置される油循環手段（１８）を備え、
   前記冷媒回路部（１５ｂ）に設置される循環手段（１７）、及び潤滑油回路部（１６ｂ）に設置される循環手段（１８）が、電子制御ユニット（２５）によって制御され、
   当該電子制御ユニット（２５）は、前記熱貯蔵タンク（１４）内の潤滑油の温度が閾値より高い場合、熱エンジンが停止しているときでも、前記冷媒回路部（１５ｂ）の前記液体循環手段（１７）の動作を制御して、冷媒を前記冷媒回路（１５ａ）から前記熱貯蔵タンク（１４）に向かって循環させることができ、そして、又は、前記潤滑油を前記潤滑油回路（１６ａ）から前記熱貯蔵タンク（１４）に向かって循環させることができ、
   前記熱貯蔵タンク（１４）内の前記潤滑油の温度が閾値より低い場合、電子制御ユニット（２５）は当該循環を停止する、冷却するためのシステム（１０）。
2. 前記冷媒回路部（１５ｂ）に設置される前記循環手段（１７）が、電気ポンプを備えること、及び
   前記潤滑油回路部（１６ｂ）に設置される前記循環手段（１８）が、電気ポンプを備えること
   を特徴とする、請求項１に記載の冷却するためのシステム。
3. 前記熱貯蔵タンク（１４）が、冷媒回路部（１５ｂ）に接続される冷媒交換回路（２３）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却するためのシステム。
4. 前記熱貯蔵タンク（１４）が、潤滑油回路部（１６ｂ）に接続される油交換回路（２４）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却するためのシステム。
5. 前記熱貯蔵タンク（１４）、液体回路（１５ａ）及び油回路（１６ａ）のそれぞれが、電子制御ユニット（２５）と協働する温度センサを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却するためのシステム。

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