| 【発明の名称】 |
オイル加熱装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉井 欣也
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【氏名】太田 隆史
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【氏名】加藤 真吾
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】モータのコイルに通電して発熱させ、その熱でオイルを加熱する場合に、モータの効率を制御することのできるオイル加熱装置を提供する。
【解決手段】モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱をオイルに伝達させてオイルを加熱するオイル加熱装置において、モータのコイルのうち、オイルに接触するコイルのみに通電する通電制御手段（ステップＳ６）を備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、前記モータのコイルのうち、前記オイルに接触するコイルのみに通電する通電制御手段を備えていることを特徴とするオイル加熱装置。
【請求項２】 モータの動力により車両が走行可能に構成されているとともに、前記モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、前記モータのトルクが車輪に伝達されて車両が走行することを規制した状態で、前記モータのコイルに通電する通電制御手段を備えていることを特徴とするオイル加熱装置。
【請求項３】 モータの動力により車両が走行可能に構成されているとともに、前記モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、電力を前記モータの動力に変換する効率を判断し、その判断結果に基づいて、前記モータのコイルへの通電状態を制御する通電制御手段を備えていることを特徴とするオイル加熱装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、モータのコイルに通電してコイルを発熱させ、その熱でオイルを加熱するオイル加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両や各種の産業機械などにおいて、機能部品の作動油としてオイルが用いられているとともに、発熱・摩耗部位を潤滑および冷却するための潤滑油としてオイルが用いられている。これらのオイルは、温度に応じて粘度が変化する特性を備えている。そこで、オイルの粘度を低くしてオイルの流動性を確保するために、オイル加熱装置が用いられる。オイル加熱装置としては、専用のヒータを用いる場合もあるが、部品点数が増加し、かつ、ヒータを設けるスペースが必要となる。そこで、被駆動装置を駆動する動力源として、予め設けられているモータの熱を利用して、オイルを加熱するオイル加熱装置が提案されており、その一例が特開２０００−１４１１４号公報に記載されている。
【０００３】この公報に記載されているオイル加熱装置は、三相ブラシレスモータを有している。この三相ブラシレスモータは、ステータコアに巻かれた駆動コイルと、ステータコアを取り囲んで配置されたロータとを有している。また、ロータと一体回転する回転軸が設けられており、この回転軸を支持する含油軸受が設けられている。この含油軸受には潤滑油が浸透されている。そして、回転軸は含油軸受により支持されながら滑らかに回転する。また、低温環境下においては、モータの起動に先立ち、駆動コイルに発熱電流を流して含油軸受を加熱することにより、潤滑油の粘度を低くして回転軸の回転抵抗の増加を抑制すれば、モータを短時間で確実に起動させることができるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に記載されたオイル加熱装置においては、駆動コイルに通電する場合に、モータの効率に関して何ら考慮がなされておらず、その点で改善の余地が残されていた。
【０００５】この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、モータのコイルに通電して発熱させ、その熱でオイルを加熱する場合に、モータの効率を制御することのできるオイル加熱装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】上記目的を達成するため請求項１の発明は、モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱をによりオイルを加熱するオイル加熱装置において、前記モータのコイルのうち、前記オイルに接触するコイルのみに通電する通電制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】請求項１の発明によれば、モータのコイルに通電されてコイルが発熱し、その熱がオイルに伝達される。また、モータのコイルのうち、オイルに接触するコイルに通電され、オイルに接触しないコイルには通電されない。このため、オイルを加熱するために消費される電力の増加が抑制される。
【０００８】請求項２の発明は、モータの動力により車両が走行可能に構成されているとともに、前記モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、前記車両の走行を規制した状態で前記モータのコイルに通電する通電制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】請求項２の発明によれば、モータのコイルに通電されてコイルが発熱し、その熱がオイルに伝達される。また、車両の走行を規制した状態でモータのコイルに通電される。
【００１０】請求項３の発明は、モータの動力により車両が走行可能に構成されているとともに、前記モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、電力を前記モータの動力に変換する効率を判断し、その判断結果に基づいて、前記モータのコイルへの通電状態を制御する通電制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】請求項３の発明によれば、モータのコイルに通電されてコイルが発熱し、その熱がオイルに伝達される。また、電力をモータの動力に変換する効率が判断され、その判断結果に基づいて、モータのコイルへの通電状態が制御される。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明において、モータは、電力を動力に変換する機能、言い換えれば、電気エネルギを機械エネルギに変換する機能を備えた回転機である。このモータは、ステータおよびロータを有しており、ステータに巻かれたコイルに通電されると、コイルにジュール熱が発生する。そして、コイルの熱がオイルに伝達されて、オイルが加熱される。また、請求項１の発明は、車両または各種の産業機械などに適用できる。請求項１ないし請求項３の発明を車両に適用する場合、モータは、車両の駆動力源として使用されているモータ、または車両の駆動力源として使用されていないモータのいずれでもよい。
【００１３】
【実施例】つぎに、この発明の具体例を図面に基づいて説明する。図２は、この発明の対象例である電気自動車Ｖｅのパワートレーンおよび制御系統を示す図であり、図３は、図２に示すパワートレーンの側面図である。図２および図３において、ケーシング１は、車体（図示せず）の下方に配置されている。このケーシング１の内部には、電動モータ２およびデファレンシャル３が設けられている。
【００１４】この電動モータ２は、電気自動車Ｖｅの駆動力源としての機能を有している。電動モータ２は、回転軸４と一体回転するロータ５と、ロータ５の周囲に配置された複数のステータ３０ａ，３０ｂと、各ステータ３０ａに巻かれたコイル６ａと、各ステータ３０ｂに巻かれたコイル６ｂとを有している。回転軸３の回転軸線（図示せず）は、略水平に、かつ、車両の幅方向（左右方向）に配置されている。また、ステータ３０ａ，３０ｂおよびコイル６ａ，６ｂは、この実施例では４個ずつ設けられている。
【００１５】各ステータ３０ａ，３０ｂおよびコイル６ａ，６ｂは、回転軸線を中心とする円周上に、所定間隔おきに配置されている。具体的には、図３に示すように、２個のステータ３０ａおよびコイル６ａが略同じ高さに配置され、他の２個のステータ３０ｂおよびコイル６ｂが、前記ステータ３０ａおよびコイル６ａよりも低い位置に配置されている。また、２個のステータ３０ｂおよび２個のコイル６ｂは、略同じ高さに配置されている。なお、回転軸６には１次減速用ドライブギヤ７が形成されている。
【００１６】また、ケーシング１の内部には、回転軸４と平行に他の回転軸８が配置されている。回転軸８の回転軸線は、回転軸４の回転軸線よりも低い位置に配置されている。この回転軸８には、１次減速用ドリブンギヤ９と、２次減速用ドライブギヤ１０と、パーキングギヤ１１とが形成されている。そして、１次減速用ドライブギヤ７と１次減速用ドリブンギヤ９とが噛合されている。さらに、ケーシング１の内部には、回転軸８の回転を許容および防止するパーキング機構１２が設けられている。パーキング機構１２は、回転軸８の半径方向に移動することにより、パーキングギヤ１１に係合・離脱するパーキングロックポール（図示せず）などを有している。
【００１７】前記デファレンシャル３はデフケース１３を有しており、デフケース１３は、回転軸８と平行な回転軸線（図示せず）を中心として回転可能である。デフケース１３の外周にはリングギヤ１４が形成されており、２次減速用ドライブギヤ１０とリングギヤ１４とが噛合されている。デフケース１３の内部にはピニオンシャフト（図示せず）により支持されたピニオンギヤ（図示せず）が設けられている。また、デフケース１３の内部には、ピニオンギヤに噛合する一対のサイドギヤ１５が設けられている。この一対のサイドギヤ１５にはそれぞれドライブシャフト１６が連結されており、各ドライブシャフト１６と車輪１７とが連結されている。なお、図３の例では、サイドギヤ１５の回転軸線（図示せず）は、回転軸４の回転軸線よりも低く、かつ、回転軸８の回転軸線よりも高い位置に配置されているが、高さ方向における各回転軸線同士の位置関係は、図３のものには限定されない。
【００１８】さらにまた、ケーシング１の内部にはオイルＡ１が貯溜されており、オイルＡ１の液面Ｂ１は、回転軸４よりも低い位置または、回転軸４の付近に設定されている。そして、回転軸４，８が停止している状態において、４個のステータ３０ａ，３０ｂおよび４個のコイル６ａ，６ｂのうち、高い位置に配置されている２個のステータ３０ａおよびコイル６ａはオイルＡ１には接触しておらず、低い位置に配置されている２個のステータ３０ｂおよびコイル６ｂは、その高さ方向の全部がオイルＡ１に浸漬されている。なお、ロータ５および１次減速用ドリブンギヤ９およびリングギヤ１４もオイルＡ１に浸漬されている。
【００１９】一方、電気自動車Ｖｅの全体を制御するコントローラとしての電子制御装置１８が設けられており、蓄電装置１９の電力を各コイル６ａ，６ｂに供給するインバータ２０が設けられている。このインバータ２０は電子制御装置１８により制御される。また、車両の室内にはシフトレンジ選択装置２１が設けられており、このシフトレンジ選択装置２１により、例えば、Ｐ（パーキング）レンジ、Ｒ（リバース）レンジ、Ｎ（ニュートラル）レンジ、Ｄ（ドライブ）レンジなどを選択することができる。ＤレンジおよびＲレンジが走行レンジであり、この走行レンジでは、電動モータ２のトルクを車輪１７に伝達することができる。また、シフトレンジ選択装置２１により選択されるシフトレンジは、シフトインジケータスイッチ２２により検知され、その検知信号が電子制御装置１８に送られる。さらに、シフトレンジ選択装置２１の操作に基づいて、パーキング機構１２が動作するように構成されている。
【００２０】さらにまた、電子制御装置１８に制御される警告装置２３が設けられている。この警告装置２３は、シフトレンジとしてＰレンジを選択するように、車両の乗員に警告を発するものである。警告装置２３は、音声、画像、光などの少なくとも一つを用いてを用いて車両の乗員に警告を発する装置であり、警告装置２３としては、ランプ、ブザー、スピーカ、ディスプレイなどが挙げられる。さらに、オイルＡ１の温度を検知する温度検知センサ２４の信号、加速要求検知センサ２５の信号などが電子制御装置１８に入力される。
【００２１】つぎに、パワートレーンの動作について説明する。シフトレンジとして、ＤレンジまたはＲレンジが選択され、かつ、加速要求がある場合は、蓄電装置１９の電力がインバータ２０を経由して電動モータ２のコイル６ａ，６ｂに供給される。すると、ロータ５および回転軸４が一体回転するとともに、回転軸４のトルクが、１次減速用ドライブギヤ７、１次減速用ドリブンギヤ９、回転軸８、２次減速用ドライブギヤ１０、デファレンシャル３、ドライブシャフト１６を経由して車輪１７に伝達され、駆動力が発生する。なお、Ｄレンジが選択された場合と、Ｒレンジが選択された場合とでは、電動モータ２の回転方向は逆になる。
【００２２】これに対して、Ｐレンジが選択された場合は、パーキング機構１２のパーキングロックポールとパーキングギヤ１１とが係合されて、回転軸８の回転が防止される。すなわち、電気自動車Ｖｅの走行（移動）が規制された状態となる。一方、Ｐレンジ以外のレンジが選択された場合は、パーキング機構１２のパーキングロックポールとパーキングギヤ１１との係合が解除される。すなわち、電気自動車Ｖｅの走行が可能な状態となる。
【００２３】また、ケーシング３内に封入されているオイルは、例えば回転するリングギヤ１４により掻き上げられて、オイル必要部に供給される。オイル必要部としては、ギヤ同士の噛み合い部分、軸受の摺動部分、機能装置を動作させる油圧室および油路などが挙げられる。このとき、オイルＡ１がギヤ同士の噛み合い部分、軸受の摺動部分に供給されると、ギヤ同士の噛み合い部分、軸受の摺動部分がオイルにより潤滑および冷却される。
【００２４】これに対して、機能装置を動作させる油圧室および油路などにオイルが供給されると、そのオイルＡ１の油圧により機能装置が動作する。ところで、オイルＡ１は温度変化に応じて粘度が変化する特性を有しており、オイル必要部に対するオイル供給量は温度に応じて変化する。つまり、オイルＡ１の温度は、オイル必要部に供給されるオイル量に影響を及ぼす。具体的には、オイル必要部における潤滑性および冷却性、機能装置の動作応答性などが低下する可能性がある。また、ロータ５の一部がオイルＡ１に浸漬されているため、電気自動車時Ｖｅの走行時において、車両オイルＡ１の粘度に応じて、電動モータ２の回転抵抗が変化し、電動モータ２の効率が低下する可能性がある。
【００２５】このような不都合を回避するために、図１に示す制御を実行する。まず、オイルＡ１の温度ｔが所定温度ａ未満であるか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で否定的に判断された場合は、オイルＡ１の粘度が低いためオイルＡ１の流動性がよい。したがって、オイルＡ１を温める（加熱する）必要はなく、そのままリターンする。
【００２６】これに対して、ステップＳ１で肯定的に判断された場合は、オイルＡ１の温度ｔが所定温度ｂ未満であるか否かが判断される（ステップＳ２）。ここで、所定温度ｂは所定温度ａよりも低温である。ステップＳ２で肯定的に判断された場合は、Ｐレンジが選択されているか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で否定的に判断された場合は、シフトレンジをＰレンジに切り替えるように、警告装置２３で警告をおこなうとともに（ステップＳ４）、再度、Ｐレンジが選択されているか否かが判断される（ステップＳ５）。なお、前記ステップＳ３で肯定的に判断された場合も、このステップＳ５に進む。
【００２７】このステップＳ５で肯定的に判断された場合は、電動モータ２のコイル６ｂに電力を供給して、そのコイル６ｂを発熱させ、その熱によりオイルＡ１を加熱し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。このようにオイルが加熱されると、オイルＡ１の粘度が低下して流動性が向上する。したがって、オイルＡ１による潤滑性および冷却性、または機能装置の応答性が向上する。
【００２８】ところで、このステップ６においては、電動モータ２から出力されるトルクが“零ニュートン・メートル”となるように、通電状態を制御することができる。つまり、電気自動車Ｖｅが停車した状態に維持される。通電状態としては、通電するべきコイル、コイルに通電する電流値などが挙げられる。このような通電制御をおこなうと、電力を動力に変換する効率が低下する。また、Ｐレンジが選択されているため、電動モータ２から仮にトルクが出力された場合でも、車輪１７で発生する駆動力を抑制できる。したがって、電力を車両（車輪１７）の駆動力に変換する効率、言い換えれば、モータの効率を制御することができる。
【００２９】また、このステップＳ６においては、４個のコイルのうち、オイルＡ１に浸漬している２個のコイル６ｂのみに電力を供給し、オイルＡ１に浸漬していない２個のコイル６ａには電力を供給しない。したがって、オイルＡ１を加熱するために消費される電力の増加を、抑制できる。つまり、電力を電動モータ２の動力に変換する効率、言い換えればモータの効率が低下することを抑制できる。
【００３０】一方、ステップＳ５で否定的に判断された場合は、電動モータ２に通電する制御に用いるマップとして、電動モータ２の効率が低くなるマップを選択し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。このステップＳ７では、電動モータ２が回転する。このステップＳ７の制御により、電動モータ２のコイル６ｂの発熱量が増加して、オイルＡ１が加熱される。したがって、ステップＳ７の制御を実行した場合も、ステップＳ６の制御を実行した場合と同様の効果を得ることができる。また、ＤレンジまたはＲレンジが選択されて、車両が走行する場合に、電動モータ２の熱によりオイルＡ１を加熱することができる。このため、電動モータ２の回転時におけるオイルＡ１の撹拌抵抗の増加が抑制される。したがって、車両の走行時に、電力を車両の駆動力に変換する効率、すなわち、モータの効率の低下を、可及的に抑制できる。
【００３１】また、ステップＳ７において、モータの効率とは、電力を電動モータ２の動力に変換する効率を意味している。さらにモータの効率の低いマップとは、例えば、ステップＳ１で否定的に判断された場合に用いられる通電用のマップよりも、効率の低いマップを意味している。なお、前記ステップＳ２で否定的に判断された場合は、ＤレンジまたはＲレンジが選択されているか否かが判断される（ステップＳ８）。このステップＳ８で否定的に判断された場合はステップＳ３に進み、ステップＳ８で肯定的に判断された場合は、ステップＳ７に進む。
【００３２】さらに、この制御例においては、ステップＳ３，Ｓ５でＰレンジが選択されているか否かを判断し、Ｐレンジが選択されてから、電動モータ２に電力を供給している。したがって、車両を発進させる要求もしくは加速する要求がない場合において、電動モータ２のトルクにより車輪１７の駆動力が増加する不都合を、確実に防止できる。また、ステップＳ４において、“電動モータ２の効率が低い状態で車両が走行することをやめて、車両を停止してからオイルＡ１を加熱すること。”を、車両の乗員に促すことができる。
【００３３】さらに、この実施例によれば、オイルＡ１を加熱するために、既存の電動モータ２を用いており、専用のヒータなどを設ける必要がない。このため、部品点数の増加を抑制でき、かつ、そのヒータを配置するスペースを確保する必要もない。したがって、ケーシング３の大型化、および装置の大重量化を抑制でき、装置の車載性が向上する。
【００３４】ここで、図１に示す機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、ステップＳ６において、オイルＡ１に浸漬しているコイル６ｂのみに通電する制御が、請求項１の発明の通電制御手段に相当する。また、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が、請求項２の発明の通電制御手段に相当する。さらに、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７が、請求項３の発明の通電制御手段に相当する。
【００３５】また、この実施例で説明した事項と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、電動モータ２がこの発明のモータに相当し、コイル６ｂが、この発明のオイルに接触するコイルに相当し、電気自動車Ｖｅがこの発明の車両に相当し、“Ｐレンジが選択されてパーキング機構１２が動作することにより、パーキング機構１２のパーキングロックポールとパーキングギヤ１１とが係合されて、回転軸８の回転が防止された状態”が、この発明の“モータのトルクが車輪に伝達されて車両が走行することを規制した状態”に相当する。また、この実施例において、モータの効率とは、電力を電動モータ２の動力に変換する効率、および、電力を車輪１７の駆動力に変換する効率という２種類の意味で用いられている。
【００３６】この実施例に記載された特徴的な構成を列挙すれば以下のとおりである。すなわち、モータの動力により車両が走行可能に構成されているとともに、前記モータのコイルに通電してそのコイルを発熱させ、コイルの熱によりオイルを加熱するオイル加熱装置において、前記車両の状態が、モータのトルクが車輪に伝達されて車両が走行することを規制した状態であるか否かを判断する車両状態判断手段と、車両状態判断手段の判断結果に基づいて、前記モータのコイルへの通電状態を制御する通電制御手段とを備えていることを特徴とするオイル加熱装置である。この場合、図１のステップＳ３，Ｓ５が、車両状態判断手段に相当し、図１のステップＳ６，Ｓ７が、通電制御手段に相当する。つまり、車両状態判断手段は、シフトレンジに基づいて車両状態を判断する機能を有している。
【００３７】また、通電制御手段は、車両が停車する場合に、モータの出力トルクが零となるような通電状態を選択するとともに、車両が走行する場合に、通常の通電マップよりもモータ効率が低いマップを用いる通電状態を選択する機能を、更に有している。さらに、車両状態判断手段により、“車両の状態が、モータのトルクが車輪に伝達されて車両が走行することを規制した状態ではない”と判断された場合に、“車両の状態を、モータのトルクが車輪に伝達されて車両が走行することを規制した状態”に変更するように警告をおこなう警告手段を、更に備えている。図１のステップＳ４がこの警告手段に相当する。なお、図１に示す制御例は、電動モータ以外の駆動力源（例えばエンジン）が設けられている車両に対しても適用可能である。さらに、図１の制御例は、エンジンの出力側に、変速比を変更可能な変速機が設けられている構成の車両に対しても適用可能である。この場合、変速機を制御するシフトポジションに基づいて、前記車両状態を判断することもできる。
【００３８】なお、特許請求の範囲に記載されている通電制御手段を、通電制御器または通電制御用コントローラと読み替えることもできる。この場合、電子制御装置１８が、通電制御器または通電制御用コントローラに相当する。また、通電制御手段を、通電制御ステップと読み替え、オイル加熱装置をオイル加熱方法と読み替えることもできる。さらに、特許請求の範囲に記載されているオイル加熱装置を、モータ制御装置またはモータ制御方法と読み替えることもできる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によれば、コイルに通電してコイルを発熱させ、その熱によりオイルを加熱することができる。また、モータのコイルのうち、オイルに接触するコイルに通電し、オイルに接触しないコイルには通電しない。したがって、コイルに通電する際に、電力を動力に変換する効率、すなわちモータの効率の低下を抑制することができる。
【００４０】請求項２の発明によれば、コイルに通電してコイルを発熱させ、その熱によりオイルを加熱することができる。また、車両の走行を規制した状態でモータのコイルに通電される。したがって、コイルに通電する際に、電力を車両の駆動力に変換する効率、すなわちモータの効率を制御できる。
【００４１】請求項３の発明によれば、コイルに通電してコイルを発熱させ、その熱によりオイルを加熱することができる。また、電力をモータの動力に変換する効率を判断するとともに、その判断結果に基づいて、モータのコイルへの通電状態を制御する。したがって、コイルに通電する際に、電力を動力に変換する効率、すなわち、モータの効率を制御できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年５月２０日（２００２．５．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３９９８
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 丈夫
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３３９１０１（Ｐ２００３−３３９１０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１１月２８日（２００３．１１．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１４５３５０（Ｐ２００２−１４５３５０） |
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