JP7172970B2 - パワートレーンの冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、パワートレーンの冷却装置に関し、より詳細には、回転電機を含む回転電機ユニットと当該回転電機を駆動する電力制御ユニットとを備えるパワートレーンの冷却装置に関する。

特許文献１には、車両を駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給する電力変換器（インバータ）とを一体的に備えた機電一体型駆動装置が開示されている。この駆動装置では、電力変換器は、電動モータよりも車両前後方向後方に位置する変速機出力軸の上方において、下向きに傾斜させて車両前後方向後方に延在するように配置されている。

特開２０１５－００８５９５号公報

ところで、回転電機を含む回転電機ユニットと当該回転電機を駆動する電力制御ユニットとを備えるパワートレーンにおいて、回転電機と電力制御ユニットとを同一の冷媒で冷却するように冷却装置を構成することが考えられる。このような構成を採用する場合には、回転電機の構成部品と電力制御ユニットの構成部品との間での耐熱温度の違いを考慮しつつ、回転電機と電力制御ユニットとを効率的に冷却できることが求められる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、回転電機と電力制御ユニットとを効率的に冷却できるようにしたパワートレーンの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る冷却装置は、回転電機を含む回転電機ユニットと、回転電機を駆動する電力制御ユニットと、を備えるパワートレーンの冷却装置である。
冷却装置は、ラジエータと、冷媒循環回路と、バイパス流路と、調量弁と、制御装置とを備える。ラジエータは、冷媒を冷却する。冷媒循環回路は、ラジエータから出た冷媒を、電力制御ユニットの被冷却部である第１被冷却部を経由して回転電機の被冷却部である第２被冷却部に供給するように構成されている。バイパス流路は、第２被冷却部をバイパスするように冷媒循環回路に接続されている。調量弁は、第１被冷却部に流れる冷媒の流量である第１冷媒流量に対する、第２被冷却部に流れる冷媒の流量である第２冷媒流量の比率を調整する。制御装置は、調量弁を制御する。
制御装置による調量弁の制御モードは、回転電機ユニット及び電力制御ユニットの双方を冷却する場合に実行される制御モードとして、第２冷媒流量が第１冷媒流量よりも少なくなるように調量弁を制御して比率を調整する流量制限モードを含む。
流量制限モードにおいて選択される比率は、電力制御ユニットを通過した冷媒のうちの一部を回転電機ユニットに供給する際の比率を含む。
回転電機は、永久磁石を含む。
制御装置は、流量制限モードの実行中に、永久磁石の温度が、永久磁石の耐熱温度よりも低い永久磁石の制御上限温度を超えずに、かつ永久磁石の制御上限温度に近づくように、調量弁を制御して比率を調整する。

本発明の第２の態様に係る冷却装置は、回転電機を含む回転電機ユニットと、回転電機を駆動する電力制御ユニットと、を備えるパワートレーンの冷却装置である。
冷却装置は、ラジエータと、冷媒循環回路と、バイパス流路と、調量弁と、制御装置とを備える。ラジエータは、冷媒を冷却する。冷媒循環回路は、ラジエータから出た冷媒を、電力制御ユニットの被冷却部である第１被冷却部を経由して回転電機の被冷却部である第２被冷却部に供給するように構成されている。バイパス流路は、第２被冷却部をバイパスするように冷媒循環回路に接続されている。調量弁は、第１被冷却部に流れる冷媒の流量である第１冷媒流量に対する、第２被冷却部に流れる冷媒の流量である第２冷媒流量の比率を調整する。制御装置は、調量弁を制御する。
制御装置による調量弁の制御モードは、回転電機ユニット及び電力制御ユニットの双方を冷却する場合に実行される制御モードとして、第２冷媒流量が第１冷媒流量よりも少なくなるように調量弁を制御して比率を調整する流量制限モードを含む。
流量制限モードにおいて選択される比率は、電力制御ユニットを通過した冷媒のうちの一部を回転電機ユニットに供給する際の比率を含む。
回転電機は、コイルを含む。
制御装置は、流量制限モードの実行中に、コイルの温度が、コイルの耐熱温度よりも低いコイルの制御上限温度を超えずに、かつコイルの制御上限温度に近づくように、調量弁を制御して比率を調整する。

本発明に係るパワートレーンの冷却装置によれば、流量制限モードを有するため、電力制御ユニットの構成部品と比べて耐熱温度が相対的に高い回転電機ユニットの構成部品の過剰な（無駄な）冷却に起因する冷媒の温度上昇を抑制できる。これにより、冷媒循環回路内の冷媒の温度を低く保持できるようになるので、ラジエータの大型化に頼ることなく、低温の冷媒を電力制御ユニットに供給できるようになる。このように、本発明によれば、回転電機と電力制御ユニットとを効率的に冷却できるようになる。

本発明の実施の形態１に係る冷却装置及びこれが適用されるパワートレーンの構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る調量弁の制御の動作例を概念的に表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る調量弁の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷媒循環回路及びバイパス流路の他の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る冷却装置の構成例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
１－１．パワートレーン及び冷却装置の構成例
図１は、実施の形態１に係る冷却装置１０及びこれが適用されるパワートレーン１００の構成例を示す模式図である。図１に示す冷却装置１０は、パワートレーン１００に搭載されている。パワートレーン１００は、電動車両を駆動するためのモータジェネレータ（ＭＧ）１０２を含むトランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０４と、ＭＧ１０２を駆動する電力制御ユニット（ＰＣＵ）１０６とを備えている。

本電動車両は、例えば、ＭＧ１０２とともに内燃機関（図示省略）を動力源として備えるハイブリッド車両であるが、これに代え、例えば、内燃機関を備えないバッテリ電気自動車であってもよい。ＭＧ１０２及びＴ／Ａ１０４は、それぞれ、本発明に係る「回転電機」及び「回転電機ユニット」の一例に相当する。回転電機とは、電動機及び発電機のうちの少なくとも一方の機能を有するものをいい、ＭＧ１０２は、電動機及び発電機の双方の機能を有している。

ＭＧ１０２の具体例は、特に限定されないが、例えば三相交流同期型のモータジェネレータである。ＭＧ１０２は、ロータ１０８とステータ１１０とを備えている。ロータ１０８は、ロータコア１０８ａと、ロータコア１０８ａを貫通する回転軸１０８ｂと、ロータコア１０８ａに埋め込まれた永久磁石１０８ｃとを含む。ロータコア１０８ａ及び回転軸１０８ｂは、例えば鉄製である。ステータ１１０は、ロータ１０８を覆うように配置されたステータコア１１０ａと、ステータコイル１１０ｂとを含む。ステータコア１１０ａは、例えば鉄製である。ステータコイル１１０ｂは、エナメル線（すなわち、銅線をエナメルの皮膜で被覆した電線）を用いて形成されている。ステータコイル１１０ｂには、ＭＧ１０２（ロータ１０８）を回転駆動させる電流がＰＣＵ１０６から供給される。なお、ステータコイル１１０ｂは本発明に係る「コイル」の一例に相当する。また、本発明に係る「回転電機」の他の構成例では、コイルはロータ側に配置され、永久磁石はステータ側に配置されてもよい。

Ｔ／Ａ１０４は、ＭＧ１０２を収容するトランスアクスルケース（Ｔ／Ａケース）１０４ａを備えている。Ｔ／Ａケース１０４ａは、例えばアルミニウム等の金属製である。Ｔ／Ａケース１０４ａは、一例として、ＭＧ１０２だけでなく、ＭＧ１０２から出力されるトルクを車輪に伝達するギヤ類（図示省略）をも収容している。このような例に代え、本発明に係る「回転電機ユニット」は、ギヤ類を備えずにＭＧ１０２等の回転電機を備えていてもよい。

ＰＣＵ１０６は、ＭＧ１０２とバッテリ（図示省略）との間に電気的に接続された電力変換器である。ＰＣＵ１０６は、電力制御ユニットケース（ＰＣＵケース）１０６ａを備えている。ＰＣＵケース１０６ａは、アルミニウム等の金属製である。ＰＣＵケース１０６ａには、ＰＣＵ１０６の構成部品が収容されている。当該構成部品は、例えば、電力変換用のパワー半導体モジュール１１２と、コンデンサ１１４とを含む。パワー半導体モジュール１１２は、基板と、当該基板に取り付けられたパワー半導体素子とを含む。コンデンサ１１４は、上記バッテリから供給される電圧を平滑化させる。これらの構成部品の材料は樹脂を含んでいる。

パワートレーン１００は、ＰＣＵ１０６とＴ／Ａ１０４とがボルト等の締結具によって直接的に締結された機電一体構造を有している。このような例に代え、ＰＣＵ１０６は、例えば、Ｔ／Ａ１０４の上にブラケット（図示省略）を介して搭載されてもよい。また、ＰＣＵ１０６は、例えば、Ｔ／Ａ１０４の上部以外の位置においてＴ／Ａ１０４に接して或いは離れて配置されてもよい。

上述のパワートレーン１００に搭載された冷却装置１０は、冷媒循環回路１２と、ポンプ１４と、ラジエータ１６と、バイパス流路１８と、調量弁２０と、制御装置２２とを備えている。

具体的には、冷媒循環回路１２及びバイパス流路１８の内部には、冷媒が充填されている。冷媒は、一例として、クーラント（冷却水）である。ポンプ１４は、冷媒循環回路１２に配置され、冷媒を循環させる。ポンプ１４は、例えば電動式である。ポンプ１４の位置は特に限定されない。ラジエータ１６は、冷媒循環回路１２に配置され、冷媒を冷却する。なお、冷媒循環回路１２及びバイパス流路１８を流れる冷媒として、クーラントに代え、例えばオイルが用いられてもよい。

冷媒循環回路１２は、図１に示すように、ラジエータ１６から出た冷媒を、ＰＣＵ１０６の被冷却部である「第１被冷却部」を経由してＭＧ１０２の被冷却部である「第２被冷却部」に供給するように構成されている。冷却装置１０における第１被冷却部の例は、上述のパワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４である。一方、第２被冷却部の例は、永久磁石１０８ｃを含むロータ１０８と、ステータコイル１１０ｂを含むステータ１１０である。

冷媒循環回路１２は、Ｔ／Ａ１０４及びＰＣＵ１０６の外部に配置された冷媒配管１２ａと、冷媒配管１２ａに接続される内部配管１２ｂ及び内部流路１２ｃとによって構成されている。内部配管１２ｂは、ＰＣＵケース１０６ａの内部に配置され、その一部は、第１被冷却部であるパワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４と接している。このため、パワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４は、内部配管１２ｂを流れる冷媒によって冷却される。内部流路１２ｃは、Ｔ／Ａケース１０４ａ自体に形成され、ＭＧ１０２（ステータ１１０）の周囲を覆っている。内部流路１２ｃにおいてＭＧ１０２と対向する部位は、ウォータジャケットとして機能する。すなわち、ＭＧ１０２は、内部流路１２ｃを流れる冷媒（第２被冷却部の周囲を流れる冷媒）によって冷却される。なお、このような例に代え、第２被冷却部ロータコア及びステータコアに冷媒流路を形成しておき、冷媒が当該冷媒流路（つまり、第２被冷却部の内部）を流れるように冷媒循環回路が構成されてもよい。

バイパス流路１８は、第２被冷却部であるロータ１０８及びステータ１１０をバイパスするように冷媒循環回路１２に接続されている。バイパス流路１８は、第１被冷却部（パワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４）を通過した冷媒が第２被冷却部（の周囲）を通過することなくラジエータ１６に戻るように構成されている。図１に示す例では、バイパス流路１８は、Ｔ／Ａ１０４の外部に配置されている。

ＰＣＵ１０６側の第１被冷却部に流れる冷媒の流量を「第１冷媒流量Ｑｐ、又は単に冷媒流量Ｑｐ」と称する。また、ＭＧ１０２側の第２被冷却部に流れる冷媒の流量を「第２冷媒流量Ｑｍ、又は単に冷媒流量Ｑｍ」と称する。調量弁２０は、第１冷媒流量Ｑｐに対する第２冷媒流量Ｑｍの比率Ｒを制御するように構成されている。具体的には、調量弁２０は、一例としてバイパス流路１８の上流側の端部に配置されている。調量弁２０は、例えば、ステップモータ等の電動モータ（図示省略）により駆動される弁体２０ａを備えている。

弁体２０ａの開度は、全閉状態と全開状態との間で連続的に又はステップ的に変更される。この全閉状態では、弁体２０ａが内部流路１２ｃの入口を閉塞した状態となり、したがって、比率Ｒは０％となる。一方、全開状態では、弁体２０ａがバイパス流路１８の入口を閉塞した状態となり、したがって、比率Ｒは１００％となる。このため、調量弁２０によれば、０％以上１００％以下の範囲内で比率Ｒを連続的に又はステップ的に変化させることができる。なお、調量弁の配置場所及び構造は、比率Ｒを所望の制御範囲（例えば、０％以上１００％以下の範囲）内で変化させられるものであれば、上述の例に限定されず、他の公知の調量弁を任意に用いることができる。

制御装置２２は、プロセッサとメモリとを備える電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、ポンプ１４及び調量弁２０を制御するように構成されている。Ｔ／Ａケース１０４ａには、当該Ｔ／Ａケース１０４ａの温度を検出する温度センサ２４が取り付けられている。温度センサ２４の信号は、制御装置２２に入力される。

制御装置２２は、温度センサ２４から取得された温度情報に基づいて、永久磁石１０８ｃの温度Ｔ１及びステータコイル１１０ｂの温度Ｔ２を推定する。具体的には、磁石温度Ｔ１の推定は、例えば、事前に実験等を行って温度センサ２４の検出値と磁石温度Ｔ１との関係を取得しておき、そのような関係から温度センサ２４の検出値に対応する磁石温度Ｔ１を取得することにより行うことができる。このことは、コイル温度Ｔ２の推定についても同様である。また、ステータコイル１１０ｂに流れる電流を検出する電流センサ（図示省略）も備えておき、コイル温度Ｔ２は、温度センサ２４からの温度情報とともに当該電流センサからの電流情報を利用して推定されてもよい。さらに、温度Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ、専用の温度センサを用いて実測されてもよい。

１－２．調量弁の制御
上述した構成を有する冷却装置１０によれば、ＰＣＵ１０６及びＭＧ１０２の冷却は、同一（共通）の冷媒を用いて実行される。ＰＣＵ１０６の構成部品であって第１被冷却部に相当するパワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４は、樹脂材料を含んで構成されている。一方、ＭＧ１０２の構成部品であって第２被冷却部に相当するロータ１０８及びステータ１１０は、永久磁石１０８ｃ及びステータコイル１１０ｂを含めて金属材料によって構成されている。このため、ＰＣＵ１０６の構成部品の耐熱温度は、ＭＧ１０２の構成部品のそれよりも低い。なお、本明細書でいう部材の耐熱温度とは、これを超えると、当該部材に不具合（磁力の低下、変形、歪み又は割れ等）が生じ始める温度をいう。

したがって、同一の冷媒を用いてＰＣＵ１０６とＭＧ１０２とを冷却する場合において相対的に低いＰＣＵ１０６の構成部品の耐熱温度を守るためには、ＰＣＵ１０６に流入する冷媒の温度を低くする必要がある。この点に関し、冷却装置１０とは逆に、ラジエータ１６を通過することによって冷却された冷媒がＰＣＵ１０６よりも先にＭＧ１０２に流入する比較例では、ＭＧ１０２との熱交換によって温度上昇した冷媒がＰＣＵ１０６に供給されてしまう。これに対し、冷却装置１０によれば、ラジエータ１６を通過した冷媒がＭＧ１０２よりも先にＰＣＵ１０６に供給される。これにより、上記の比較例と比べて、ＰＣＵ１０６に冷温の冷媒を供給できるようになる。

そのうえで、耐熱温度が相対的に高いＭＧ１０２の構成部品に対して常にＰＣＵ１０６の構成部品と同じ流量の冷媒を供給することは、次の理由により妥当ではない。すなわち、冷媒による被冷却部の冷却性能は、基本的には、冷媒と被冷却部との温度差と冷媒流量の積に比例する。このため、耐熱温度が相対的に高いＭＧ１０２の構成部品に流れる冷媒流量Ｑｍが過剰であると、ＭＧ１０２が過剰に冷却されてしまい、冷媒がＭＧ１０２から受け取る熱量が増大する。このことは、当該熱量を受け取って温度上昇した冷媒を冷却するために、ラジエータ１６を大きくすることに繋がり得る。

したがって、相対的に低いＰＣＵ１０６の構成部品の耐熱温度を守りつつ同一の冷媒を用いてＰＣＵ１０６とＭＧ１０２とを冷却するためには、ラジエータ１６を通過した冷媒をＭＧ１０２よりも先にＰＣＵ１０６に供給するだけでなく、ＰＣＵ１０６側の冷媒流量Ｑｐを基準としてＭＧ１０２側の冷媒流量Ｑｍを適切に制御することが望ましい。

１－２－１．流量制限モード
上述した調量弁２０によれば、冷媒流量Ｑｐに対する冷媒流量Ｑｍの比率Ｒを０～１００％の間で変更できる。本実施形態で用いられる調量弁２０の制御モードは、０％以上１００％未満の比率Ｒを選択することによって冷媒流量Ｑｍが冷媒流量Ｑｐよりも少なくなるように調量弁２０を制御して比率Ｒを調整する「流量制限モード」を含んでいる。すなわち、流量制限モードによれば、ＰＣＵ１０６を通過した冷媒の流量Ｑｐのうちの一部（ゼロを含む）のみがＭＧ１０２に供給されることになる。

上述の流量制限モードによれば、耐熱温度が相対的に高いＭＧ１０２の構成部品の過剰な（無駄な）冷却に起因する冷媒の温度上昇を抑制することによって、冷媒循環回路１２内の冷媒の温度を低く保持できるようになる。これにより、ラジエータ１６の大型化に頼ることなく、低温の冷媒をＰＣＵ１０６に供給できるようになる。付け加えると、ラジエータ１６の小型化は、コスト及び重量の低減に繋がる。

１－２－２．調量弁の具体的な制御例
また、ＭＧ１０２（より詳細には、ステータコイル１１０ｂ）の発熱量は、常に同じではない。すなわち、この発熱量は、基本的には、ＭＧ１０２から出力されるトルクが高いほど（つまり、ＭＧ１０２の駆動電流が大きいほど）高くなる。すなわち、ＭＧ１０２側の第２被冷却部に必要とされる冷媒流量Ｑｍは、例えばこのような理由によって電動車両の運転中に変化し得る。したがって、調量弁２０の制御は、電動車両の運転中のＭＧ１０２の発熱量の変化を考慮しつつ、ＭＧ１０２の構成部品の耐熱温度の観点で許される範囲内で冷媒流量Ｑｍを出来るだけ少なく抑えることが望ましいといえる。より詳細には、冷媒循環回路１２内の冷媒温度を低く保つためには、冷媒流量Ｑｍを必要最小限とすることが望ましいといえる。そこで、本実施形態では、このような課題にも鑑み、ＭＧ流量制限モードの実行中の調量弁２０の制御は、次のように実行される。

ＭＧ１０２の構成部品のうちで耐熱温度が相対的に低い部位としては、永久磁石１０８ｃとステータコイル１１０ｂとを挙げることができる。そこで、制御装置２２は、流量制限モードの実行中に、永久磁石１０８ｃの温度Ｔ１がその制御上限温度ＴｔｒｇＵ１を超えずに、かつ当該制御上限温度ＴｔｒｇＵ１に近づくように調量弁２０を制御して比率Ｒを調整する。また、制御装置２２は、流量制限モードの実行中に、ステータコイル１１０ｂの温度Ｔ２がその制御上限温度ＴｔｒｇＵ２を超えずに、かつ当該制御上限温度ＴｔｒｇＵ２に近づくように調量弁２０を制御して比率Ｒを調整する。

図２は、実施の形態１に係る調量弁２０の制御の動作例を概念的に表したタイムチャートである。永久磁石１０８ｃの制御上限温度ＴｔｒｇＵ１は、図２に表されるように、永久磁石１０８ｃの耐熱温度Ｔｃ１よりも低い温度である。より詳細には、制御上限温度ＴｔｒｇＵ１は、耐熱温度Ｔｃ１に対して所定の余裕代だけ低い温度値として、例えば永久磁石１０８ｃの熱容量を考慮して決定されている。熱容量が考慮される理由は、調量弁２０による冷媒流量Ｑｍの変更に伴う永久磁石１０８ｃの温度変化の速さが熱容量によって異なるためである。具体的には、熱容量が大きくなると、温度変化の速さが緩やかになる。上記の余裕代は、調量弁２０の制御の実行中に磁石温度Ｔ１が耐熱温度Ｔｃ１（クライテリア）を超えることがないように、永久磁石１０８ｃの熱容量の大きさに応じた値に設定されている。

ステータコイル１１０ｂの制御上限温度ＴｔｒｇＵ２は、ステータコイル１１０ｂの耐熱温度Ｔｃ２よりも低い温度である。より詳細には、制御上限温度ＴｔｒｇＵ２は、永久磁石１０８ｃの制御上限温度ＴｔｒｇＵ１と同様の考えに基づき、耐熱温度Ｔｃ２に対して所定の余裕代だけ低い温度値として、例えばステータコイル１１０ｂの熱容量を考慮して決定されている。

また、図２には、永久磁石１０８ｃの制御下限温度ＴｔｒｇＬ１も示されている。制御上限温度ＴｔｒｇＵ１を上限とし、制御下限温度ＴｔｒｇＬ１を下限とする温度域が、永久磁石１０８ｃの目標温度域Ａ１に相当する。制御下限温度ＴｔｒｇＬ１は、永久磁石１０８ｃを冷却し過ぎないようにするための下限値として、例えば、ラジエータ１６の大きさ等の冷却装置１０の仕様に基づいて決定されている。ステータコイル１１０ｂの制御下限温度ＴｔｒｇＬ２についても、同様の考え方に基づいて決定されている。また、ステータコイル１１０ｂの目標温度域Ａ２は、制御上限温度ＴｔｒｇＵ２と制御下限温度ＴｔｒｇＬ２とによって特定される。

図２には、車両を駆動するためにＭＧ１０２から出力されるトルク（ＭＧトルク）が、まずは徐々に減少した後に増加に転じ、その後に徐々に増加する例が表されている。図２中に破線で示す各波形は、本実施形態の調量弁２０の制御を伴わない例（すなわち、ＭＧ１０２側の冷媒流量Ｑｍが一定で制御される例）に対応している。一方、同図中に実線で示す各波形は、本実施形態の調量弁２０の制御を伴う例に対応している。なお、図２に示す例では、ポンプ１４の吐出流量は一定であるものとする。

以下、磁石温度Ｔ１を例に挙げて、制御なしの例と比較して、本実施形態の制御ありの例について説明するが、コイル温度Ｔ２を対象とした制御の動作も、磁石温度Ｔ１を対象とした制御の動作と同様に説明可能である。

まず、制御なしの例（破線）では、ＭＧトルクの低下によりＭＧ１０２の発熱量が低下しても、冷媒流量Ｑｍは一定のままである。このため、ＭＧトルクの低下に伴って磁石温度Ｔ１も低下している。また、その後のＭＧトルクの増加に伴って磁石温度Ｔ１も上昇している。

一方、本実施形態の制御ありの例（実線）では、磁石温度Ｔ１が目標温度域Ａ１内で推移するように、比率Ｒの制御によって冷媒流量Ｑｍが調整される。図２中の実線では、磁石温度Ｔ１は、概略的に一定で表されているが、より詳細には次のように変動する。すなわち、ＭＧトルクの変化に伴う磁石温度Ｔ１の変化に対し、磁石温度Ｔ１が目標温度域Ａ１に収まるように冷媒流量Ｑｍが調整される。例えば、ＭＧトルクの低下に伴って磁石温度Ｔ１が低下した場合には、比率Ｒを低くして冷媒流量Ｑｍが減らされ、一方、ＭＧトルクの増加に伴って磁石温度Ｔ１が上昇した場合には、比率Ｒを高くして冷媒流量Ｑｍが増やされる。このような冷媒流量Ｑｍの調整の結果として、磁石温度Ｔ１が目標温度域Ａ１に収まる範囲内で変動する。そして、目標温度域Ａ１は、制御上限温度ＴｔｒｇＵ１を上限として当該制御上限温度ＴｔｒｇＵ１に近い温度範囲として設定されている。したがって、本制御によれば、磁石温度Ｔ１は、その制御上限温度ＴｔｒｇＵ１を超えずに、かつ当該制御上限温度ＴｔｒｇＵ１に近づくように制御される。

目標温度域Ａ１は、上述のように、耐熱温度Ｔｃ１から上記余裕代だけ低い制御上限温度ＴｔｒｇＵ１と、永久磁石１０８ｃを冷やしすぎないように決定された制御下限温度ＴｔｒｇＬ１とにより特定されている。そして、図２を参照して説明したように、本実施形態の調量弁２０の制御によれば、磁石温度Ｔ１を目標温度域Ａ１に収められる程度に制限された値となるように冷媒流量Ｑｍが調整される。すなわち、冷媒流量Ｑｍは、必要最小限の流量とされる。これにより、ＭＧトルクに応じてＭＧ１０２の温度（発熱量）が変化する実際の車両走行中において、永久磁石１０８ｃの過剰な（無駄な）冷却に起因する冷媒の温度上昇を抑制できる。このため、図２に示すように、制御なしの例と比べて、ラジエータ１６の出口の冷媒温度、すなわち、ＰＣＵ１０６に供給される冷媒の温度を低く保つことができる。

１－２－３．制御装置による処理の例
永久磁石１０８ｃ及びステータコイル１１０ｂの温度Ｔ１、Ｔ２を考慮した上述の調量弁２０の制御は、例えば、次の図３に示すルーチンの処理が制御装置２２によって実行されることにより実現される。

なお、本実施形態では、比率Ｒは、流量制限モードの実行中に選択される０％以上１００％未満の値だけでなく、１００％も必要に応じて使用され得る。そして、以下の図３に示すルーチンの処理は、流量制限モードの実行中だけでなく、１００％の比率Ｒを選択する「全流量モード」の実行中をも含めて実行されるものとする。その一方で、このような例に代え、図３に示すルーチンの処理は「流量制限モード」の実行中のみを対象として実行されてもよい。

図３は、実施の形態１に係る調量弁２０の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、冷却装置１０が搭載される電動車両システムの起動中に繰り返し実行される。より詳細には、前提として、ポンプ１４の作動（すなわち、冷媒の循環）は、電動車両システムの起動後にＭＧ１０２への通電が開始される時に開始されるものとする。これは、ＰＣＵ１０６の構成部品には、熱容量が非常に小さい部品（例えば、パワー半導体素子）が含まれており、そのような構成部品の冷却を速やかに開始するためである。また、このポンプ１４の作動開始時には、調量弁２０は全閉状態（すなわち、比率Ｒが０％となる状態）であるものとする。これは、迅速な冷却開始が必要とされるＰＣＵ１０６の構成部品と比べると冷却開始を急ぐ必要のないＭＧ１０２の構成部品への無駄な冷媒の供給を起動初期に控えるためである。なお、ポンプ１４の吐出流量自体は、例えば、ＰＣＵ１０６の構成部品の冷却要求に基づいて制御される。

図３に示すルーチンでは、制御装置２２は、まず、ステップＳ１００において、ＭＧ温度（より詳細には、永久磁石１０８ｃの温度Ｔ１とステータコイル１１０ｂの温度Ｔ２）を取得する。これらのＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２は、例えば、温度センサ２４からの温度情報を利用する既述した手法によって取得できる。ステップＳ１００の処理の後、制御装置２２は、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、制御装置２２は、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方がそれぞれの制御上限温度ＴｔｒｇＵ１、ＴｔｒｇＵ２未満であるか否かを判定する。その結果、この判定結果が否定的である場合、つまり、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方がそれぞれの制御上限温度ＴｔｒｇＵ１、ＴｔｒｇＵ２に到達した場合には、制御装置２２はステップＳ１０４に進む。一方、当該判定結果が肯定的である場合には、制御装置２２はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１０４では、制御装置２２は、調量弁２０を開く。具体的には、比率Ｒが高くなるように、調量弁２０の開度が所定量だけ大きくされる。次いで、制御装置２２は、ステップＳ１０６に進み、所定時間ｔ０が経過したか否かを判定する。上述のようにＭＧ１０２の構成部品の熱容量は大きい。このため、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２の変化は、０．１秒程度のオーダーの短い時間間隔で監視する必要はなく、所定時間ｔ０は、例えば１秒又は５秒程度で十分である。

ステップＳ１０４において調量弁２０の開度を大きくした後に所定時間ｔ０が経過した場合には、制御装置２２は、ステップＳ１０８に進み、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２を再び取得する。次いで、制御装置２２は、ステップＳ１１０に進み、最新のＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２を用いてステップＳ１０２と同じ判定を行う。その結果、この判定結果が否定的である場合には、調量弁２０の開度を大きくしたにもかかわらず、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方が制御上限温度ＴｔｒｇＵ１、ＴｔｒｇＵ２に到達した状態が継続していると判断できる。この場合には、制御装置２２は、ステップＳ１０４に進み、調量弁２０の開度を所定量だけ更に大きくする。

一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合、つまり、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２の上昇が収まったと判断出来る場合には、制御装置２２は、ステップＳ１１２に進み、調量弁２０の開度を現在の開度で固定する。その後、所定時間ｔ０の経過後に、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２を再び取得する（ステップＳ１１４、Ｓ１１６）。そのうえで、制御装置２２は、ステップＳ１１８に進み、ステップＳ１０２と同じ判定を行う。これは、ステップＳ１１２の処理によって調量弁２０の開度を固定した結果として、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２の上昇が収まったことを確実に判定するためである。

ステップＳ１１８の判定結果が否定的である場合、つまり、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方が再び上昇し始めたと判断できる場合には、制御装置２２は、ステップＳ１０４以降の処理を繰り返し実行する。一方、この判定結果が肯定的である場合には、制御装置２２は、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、制御装置２２は、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方がそれぞれの制御下限温度ＴｔｒｇＬ１、ＴｔｒｇＬ２よりも高いか否かを判定する。その結果、この判定結果が肯定的である場合には、制御装置２２は今回の処理サイクルを終了する。

一方、当該判定結果が否定的である場合、つまり、ＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方がそれぞれの制御下限温度ＴｔｒｇＬ１、ＴｔｒｇＬ２に到達した場合には、制御装置２２は、ステップＳ１２２～Ｓ１３６の処理を実行する。これらの処理は、調量弁２０の開度の増減が逆である点を除き、ステップＳ１０４～Ｓ１１８の処理と同様であるため、その説明を以下のように簡略化する。

すなわち、ステップＳ１２２では、制御装置２２は、調量弁２０を閉じる（調量弁２０の開度を所定量だけ小さくする）。その後、制御装置２２は、所定時間ｔ０の経過後に取得したＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方が未だ制御下限温度ＴｔｒｇＬ１、ＴｔｒｇＬ２に到達した状態にある場合（ステップＳ１２４～Ｓ１２８）には、調量弁２０の開度を所定量だけ更に小さくする（ステップＳ１２２）。一方、ステップＳ１２８においてＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２の低下が収まったと判断できる場合には、制御装置２２は、調量弁２０の開度を現在の開度で固定する（ステップＳ１３０）。その後、所定時間ｔ０の経過後にＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方が再び上昇し始めたと判断できる場合（ステップＳ１３２～Ｓ１３６）には、制御装置２２は、ステップＳ１２２以降の処理を繰り返し実行する。一方、開度固定の結果としてＭＧ温度Ｔ１、Ｔ２の低下が収まったことをステップＳ１３６において確実に判定できた場合には、制御装置２２は、今回の処理サイクルを終了する。

１－３．冷媒循環回路及びバイパス流路の他の構成例
図４は、実施の形態１に係る冷媒循環回路及びバイパス流路の他の構成例を示す模式図である。図４に示す冷却装置３０は、冷媒循環回路１２及びバイパス流路１８に代え、冷媒循環回路３２及びバイパス流路３４を備えている点において、図１に示す冷却装置１０と相違している。

具体的には、冷媒循環回路３２は、Ｔ／Ａ１０４及びＰＣＵ１０６の外部に配置された冷媒配管３２ａと、冷媒配管３２ａに接続される内部配管３２ｂ及び内部流路３２ｃとによって構成されている。内部配管３２ｂは、ＰＣＵケース１０６ａ１内に配置されている。図１に示す内部配管１２ｂの出口は、ＰＣＵケース１０６ａの外部に位置する冷媒配管１２ａと接続されているのに対し、図３に示す内部配管３２ｂの出口は、Ｔ／Ａケース１０４ａ１自体に形成された内部流路３２ｃに接続されている。そして、図１に示す例とは異なり、内部流路３２ｃは、その入口から出口までのすべての部位がＴ／Ａケース１０４ａ１自体に形成されている。したがって、図４に示す例では、調量弁２０は、Ｔ／Ａケース１０４ａ１に内蔵されている。さらに、バイパス流路３４も、Ｔ／Ａケース１０４ａ１自体に形成されている。

上述した図４に示す構成例のように、ＰＣＵ１０６の第１被冷却部とＭＧ１０２の第２被冷却部との間を繋ぐ冷媒循環回路３２の部位、及び調量弁２０は、ＰＣＵ１０６及びＴ／Ａ１０４（回転電機ユニット）に内蔵されてもよい。

２．実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る冷却装置４０の構成例を示す模式図である。図５に示す冷却装置４０は、冷媒循環回路１２に代え、冷媒循環回路４２を備えている点において、図１に示す冷却装置１０と相違している。この冷却装置４０では、冷媒循環回路４２を流れる冷媒として、上述のクーラントに代え、絶縁性を有するオイルが用いられている。

冷媒循環回路４２は、冷媒配管４２ａ、４２ｂ、オイルパン４２ｃ、内部流路４２ｄ、冷媒配管４２ｅ、オイルパン４２ｆ及び内部流路４２ｇによって構成されている。冷媒配管４２ａは、Ｔ／Ａ１０４及びＰＣＵ１０６の外部に配置されている。図５の紙面上方向は、鉛直上方向に相当するものとする。冷媒配管４２ｂは、ＰＣＵケース１０６ａ２内の上部において水平方向に延びるように配置されている。冷媒配管４２ｂの表面には、複数の孔４２ｂ１が形成されている。冷媒配管４２ｂを流れる冷媒は、それらの孔４２ｂ１から第１被冷却部（パワー半導体モジュール１１２及びコンデンサ１１４）に向けて放出される。すなわち、冷媒（絶縁性を有するオイル）が第１被冷却部に直接かけられる。その結果、第１被冷却部が冷媒によって冷却される。

オイルパン４２ｃは、ＰＣＵケース１０６ａ２内の下部に配置されており、第１被冷却部から落下した冷媒（オイル）を一時的に貯留する。内部流路４２ｄは、オイルパン４２ｃの下方においてＰＣＵケース１０６ａ２自体に形成されており、オイルパン４２ｃに溜まった冷媒を冷媒配管４２ａに向けて排出する。

冷媒配管４２ｅは、Ｔ／Ａケース１０４ａ２内の上部において水平方向に延びるようにＴ／Ａケース１０４ａ２自体に形成されている。ＰＣＵ１０６から出た冷媒は、調量弁２０によってバイパス流路１８又は冷媒配管４２ｅに分配される。冷媒配管４２ｅの表面には、複数の孔４２ｅ１が形成されている。冷媒配管４２ｅを流れる冷媒は、それらの孔４２ｅ１から第２被冷却部（ロータ１０８及びステータ１１０）に向けて放出される。すなわち、冷媒（絶縁性を有するオイル）が第２被冷却部に直接かけられる。その結果、第２被冷却部が冷媒によって冷却される。

オイルパン４２ｆは、Ｔ／Ａケース１０４ａ２内の下部に配置されており、第２被冷却部から落下した冷媒（オイル）を一時的に貯留する。内部流路４２ｇは、オイルパン４２ｆの下方においてＴ／Ａケース１０４ａ２自体に形成されており、オイルパン４２ｆに溜まった冷媒を冷媒配管４２ａに向けて排出する。

なお、上述の図４に示す構成例と同様に、冷媒として絶縁性を有するオイルを利用する冷却装置４０においても、調量弁２０と、その周囲に位置する冷媒配管及び内部流路とがＰＣＵ１０６及びＴ／Ａ１０４内に配置されてもよい。また、冷媒配管４２ｅから内部流路４２ｇに向けて流れる冷媒（オイル）を利用して、ギヤ類の冷却及び潤滑も行われてもよい。

上述した構成を有する冷却装置４０によっても、調量弁２０の開度調整によって比率Ｒを調整することができる。冷却装置４０は、冷却装置１０と同様に、調量弁２０の制御モードとして上述の流量制限モードを備えている。また、冷却装置４０を対象として、上述した実施の形態１と同様の調量弁２０の制御が実行されてもよい。

３．他の実施の形態
上述した実施の形態１及び２においては、比率Ｒを０％以上１００％以下の範囲内で調整可能な調量弁２０を備える冷却装置（すなわち、流量制限モードとともに全流量モードを備える冷却装置）１０、３０、４０が例示された。しかしながら、これらの例に代え、本発明に係る「冷却装置」は、流量制限モードのみを選択又は実現可能に構成されてもよい。すなわち、冷却装置は、電力制御ユニット側の第１被冷却部を通過した冷媒の流量（第１冷媒流量）の全部を回転電機側の第２被冷却部に流す機能を有さずに、第１冷媒流量の一部を第２被冷却部に流すように構成されてもよい。

また、実施の形態１において説明した調量弁２０の制御では、永久磁石１０８ｃの温度Ｔ１に基づく比率Ｒの調整と、ステータコイル１１０ｂの温度Ｔ２に基づく比率Ｒの調整の双方が実行される。本発明に係る調量弁の制御の他の例では、流量制限モードの実行中に、これらの調整のうちのいずれか一方のみが実行されてもよい。

以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０、３０、４０ 冷却装置
１２、３２、４２ 冷媒循環回路
１４ ポンプ
１６ ラジエータ
１８、３４ バイパス流路
２０ 調量弁
２２ 制御装置
２４ 温度センサ
３０ 冷却装置
１００ パワートレーン
１０２ モータジェネレータ（ＭＧ）
１０４ トランスアクスル（Ｔ／Ａ）
１０４ａ、１０４ａ１、１０４ａ２ トランスアクスルケース（Ｔ／Ａケース）
１０６ 電力制御ユニット（ＰＣＵ）
１０６ａ、１０６ａ１、１０６ａ２ 電力制御ユニットケース（ＰＣＵケース）
１０８ ロータ
１０８ｃ 永久磁石
１１０ ステータ
１１０ｂ ステータコイル
１１２ パワー半導体モジュール
１１４ コンデンサ

Claims (2)

1. 回転電機を含む回転電機ユニットと、前記回転電機を駆動する電力制御ユニットとを備えるパワートレーンの冷却装置であって、
   冷媒を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータから出た前記冷媒を、前記電力制御ユニットの被冷却部である第１被冷却部を経由して前記回転電機の被冷却部である第２被冷却部に供給するように構成された冷媒循環回路と、
   前記第２被冷却部をバイパスするように前記冷媒循環回路に接続されたバイパス流路と、
   前記第１被冷却部に流れる前記冷媒の流量である第１冷媒流量に対する、前記第２被冷却部に流れる前記冷媒の流量である第２冷媒流量の比率を調整する調量弁と、
   前記調量弁を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置による前記調量弁の制御モードは、前記回転電機ユニット及び前記電力制御ユニットの双方を冷却する場合に実行される制御モードとして、前記第２冷媒流量が前記第１冷媒流量よりも少なくなるように前記調量弁を制御して前記比率を調整する流量制限モードを含み、
   前記流量制限モードにおいて選択される前記比率は、前記電力制御ユニットを通過した前記冷媒のうちの一部を前記回転電機ユニットに供給する際の比率を含み、
   前記回転電機は、永久磁石を含み、
   前記制御装置は、前記流量制限モードの実行中に、前記永久磁石の温度が、前記永久磁石の耐熱温度よりも低い前記永久磁石の制御上限温度を超えずに、かつ前記永久磁石の前記制御上限温度に近づくように、前記調量弁を制御して前記比率を調整する
   ことを特徴とするパワートレーンの冷却装置。
2. 回転電機を含む回転電機ユニットと、前記回転電機を駆動する電力制御ユニットとを備えるパワートレーンの冷却装置であって、
   冷媒を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータから出た前記冷媒を、前記電力制御ユニットの被冷却部である第１被冷却部を経由して前記回転電機の被冷却部である第２被冷却部に供給するように構成された冷媒循環回路と、
   前記第２被冷却部をバイパスするように前記冷媒循環回路に接続されたバイパス流路と、
   前記第１被冷却部に流れる前記冷媒の流量である第１冷媒流量に対する、前記第２被冷却部に流れる前記冷媒の流量である第２冷媒流量の比率を調整する調量弁と、
   前記調量弁を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置による前記調量弁の制御モードは、前記回転電機ユニット及び前記電力制御ユニットの双方を冷却する場合に実行される制御モードとして、前記第２冷媒流量が前記第１冷媒流量よりも少なくなるように前記調量弁を制御して前記比率を調整する流量制限モードを含み、
   前記流量制限モードにおいて選択される前記比率は、前記電力制御ユニットを通過した前記冷媒のうちの一部を前記回転電機ユニットに供給する際の比率を含み、
   前記回転電機は、コイルを含み、
   前記制御装置は、前記流量制限モードの実行中に、前記コイルの温度が、前記コイルの耐熱温度よりも低い前記コイルの制御上限温度を超えずに、かつ前記コイルの前記制御上限温度に近づくように、前記調量弁を制御して前記比率を調整する
   ことを特徴とするパワートレーンの冷却装置。

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