车辆的电驱动系统的制作方法

专利名称：车辆的电驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆的电驱动系统。
背景技术：
已知一种车辆的电驱动系统(例如，参照专利文献I )，在对车辆进行电动驱动的电动驱动装置中设置冷却介质的循环路径，基于电动机电流的指令值来确定流过冷媒(冷却介质)配管的冷却介质的目标流量，按照目标流量对冷媒循环用泵进行驱动。在该冷却系统中，对于预料到电动机电流即请求驱动力将会增加的电动驱动装置，能够响应性良好地供给与其发热导致的温度上升量相应的冷媒供给量。现有技术文献
专利文献专利文献I :日本特开2007-166804号公报

发明内容
发明要解决的问题然而，以往的一般的车辆驱动装置的冷却系统中，室外热交换器(散热器)安装在容易受到行驶风压的车辆前方的保险杠附近。于是，为了防止电动机扭矩产生的振动通过室外热交换器及车体骨架(车体框架)而传递至驱动装置，室外热交换器与电动机之间的冷媒配管使用橡胶软管等弹性体管连接室外热交换器。但是,在对上述以往的车辆的电驱动系统构建上述冷却系统时,室外热交换器与电动机之间的距离较长，冷媒配管较长。因此，即使根据目标流量的增加相应地驱动冷媒循环用泵，经室外热交换器冷却的冷却介质到达电动机和电力变换器等驱动装置也会耗费时间。进而，随着冷媒配管变长，冷却介质的容积和热容增大，所以降低冷却介质整体的温度也会耗费时间。因此存在这样的问题，例如在为了与驾驶员的急剧的加速踏板操作或行驶负荷的剧变对应地增加冷却介质供给量而对泵进行驱动，也不能获得足够高的冷却响应性。解决问题的技术手段根据本发明的第一方式，车辆的电驱动系统包括对车辆进行电动驱动的电动驱动部；和对电动驱动部进行冷却的冷却部，其中，电动驱动部与冷却部构成为一体，通过弹性支承部件安装在车辆的车体框架上。根据本发明的第二方式，优选在第一方式的车辆的电驱动系统中，冷却部包括使冷却介质在电动驱动部中循环的冷媒循环路径；在冷却介质与外部空气之间进行热交换的热交换部；通过冷媒循环路径使冷却介质在热交换部与电动驱动部之间循环的冷媒循环部；和对热交换部送风的送风部，电动驱动部、冷媒循环路径、热交换部、冷媒循环部和送风部被设置在与车体框架不同的子框架上，子框架通过弹性支承部件安装在车体框架上。根据本发明的第三方式，优选在第二方式的车辆的电驱动系统中，热交换部的冷却介质的出口与入口相比配置在更靠近电动驱动部的冷却介质的入口的位置。根据本发明的第四方式，优选在第二或第三方式的车辆的电驱动系统中，热交换部的冷却介质的出口设置在通过热交換部的外部空气的风量大的部位。根据本发明的第五方式，优选在第二 四中任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，包括防止电动驱动部附近的外部空气通过热交换部的整流板。根据本发明的第六方式，优选在第二 五中任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，包括将通过热交换部后的外部空气导入车辆的室内的外部空气导入部。根据本发明的第七方式，优选在第二 六中任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，设置热交換部，使得从送风部送风至热交換部的外部空气通过车辆的驱动轴的上侧和下侧这两侧。 根据本发明的第八方式，优选在第二 七的任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，热交换部具有与冷媒循环路径不同的另外的冷媒循环路径，包括在另外的冷媒循环路径中压缩冷却介质的压缩机；使从压缩机流出的冷却介质向外部空气散热而冷凝的冷凝器；降低从冷凝器流出的冷却介质的压力的膨胀阀；和使从膨胀阀流出的冷却介质气化而从在冷媒循环路径中流动的冷却介质吸热的蒸发器。根据本发明的第九方式，优选在第八方式的车辆的电驱动系统中，冷凝器的冷却介质的出口与入口相比配置在更靠近蒸发器的冷却介质的入口的位置。根据本发明的第十方式，优选在第八或第九方式的车辆的电驱动系统中，蒸发器配置在使冷凝器与电动驱动部之间的冷媒循环路径和另外的冷媒循环路径的长度最小的位置上。根据本发明的第i^一方式，优选在第一 十中任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，电动驱动部是对车辆进行行驶驱动的电动机和驱动电动机的电カ转换器，电カ转换器设置在冷媒循环路径的上游ー侧，电动机设置在下游ー侧。根据本发明的第十二方式，优选在第十一方式的车辆的电驱动系统中，设置有切换冷却介质流入电动机和绕过电动机的流路切换部，在优先冷却电カ转换器的情况下，通过流路切換部使冷却介质绕过电动机流动。根据本发明的第十三方式，优选在第一 十二中任意ー个方式的车辆的电驱动系统中，包括控制冷媒循环部和送风部来控制电动驱动部的冷却的控制部，控制部控制冷媒循环部和送风部，使其发挥与电动驱动部对车辆的驱动カ相应的冷却能力。根据本发明的第十四方式，车辆搭载了第一 十三中任意ー个方式的车辆的电驱动系统。根据本发明，能够防止电动机振动传递至车体框架并同时缩短冷媒循环路径，提高电动驱动装置的冷却响应性。


图I是搭载了ー实施方式的电驱动系统的电动汽车前部的横截面图。图2是从上方观看图I所示的电动汽车前部的内部结构的图。图3是表示电驱动系统的冷却响应性的图。图4 Ca)是表示被引导至室外热交換器的外部空气的流动的图，(b)是从车辆前方观看ー实施方式的电驱动系统的主要的冷却装置和驱动部件的图。图5是表示被引导至室外热交換器的外部空气的流动的图。图6是表示ー实施方式的变形例的冷却装置的结构的图。图7 (a)是表示将具有仅含水冷系统的冷却装置的电驱动系统设置在车辆的后轮轴的情况下车辆后部的横截面图，(b)是表示驱动部件和冷却装置的主要部分的图。图8是表示减少图6所示的电驱动系统的冷却水配管，在系统的壳体内确保冷却水的流路而实现小型化的变形例的图。图9是表示与电カ变换器和电动机同样地使用冷却装置的冷却介质对蓄电装置进行冷却的变形例的结构的图。 图10是表示图I和图2所示的电驱动系统的冷却装置和作为冷却对象的电カ变换器与电动机的主要结构的图。图11 (a)表不以往的电动机的转速-扭矩特性，(b)表不一实施方式的电动机的转速-扭矩特性的图。图12是表示第一工作区域中的第一冷却模式和第二工作区域中的第二冷却模式的风扇和泵的运转方法的图。图13是表不一实施方式的冷却模式选择控制的框图。图14是表示ー实施方式的冷却模式选择控制程序的流程图。
具体实施例方式对于本发明的车辆的电驱动系统，针对搭载在电动汽车上的发明的ー实施方式进行说明。不过，本发明的车辆用电驱动系统不限于电动汽车，例如也能够应用于混合动カ车或电气化铁路用车辆、建设用车辆等。图I是搭载了ー实施方式的电驱动系统的电动汽车前部的横截面图。此外，图2是从上方观看图I所示的电动汽车的前部的内部结构的图。本实施方式中以将电驱动系统搭载在车辆前部的前轮驱动方式的电动汽车为例进行说明，但也能够搭载在后轮驱动方式或四轮驱动方式的电动汽车上。另外，图4 图10所示的ー实施方式的变形例的结构中，对于与图I和图2所示的设备相同的设备标注相同的标记，着重于不同点进行说明。ー实施方式的电驱动系统包括蓄积用于对电动汽车进行行驶驱动的电カ的蓄电装置(蓄电池)14、将蓄电装置14的电カ供给到电动机11对其进行驱动的电カ变换器10、被电カ变换器10驱动而产生行驶驱动力的电动机11、使电动机11的扭矩放大的减速器25、将减速器25的输出扭矩传递至车轮的驱动轴26、对电カ变换器10和电动机11进行冷却的冷却装置12、根据驾驶员的操作状态和冷却装置12的状态相应地控制电动机11的目标扭矩和冷却装置12的运转状态的控制器15等。其中，以下将电カ变换器10、电动机11和减速器25专门称为电驱动系统的驱动部件。冷却装置12具备制冷循环系统和水冷系统。制冷循环系统由压缩机I、室外热交换器(散热器)4、减压器(膨胀阀)3、中间热交換器6和冷媒配管18构成。在室外热交換器
4上附设有风扇8a，能够通过控制器15控制冷却风的流量。室外热交換器4是使被压缩机I压缩后的冷却介质向外部空气散热而冷凝的冷凝器，减压器3是降低经室外热交換器4冷凝后的冷却介质的压カ的膨胀阀。此外，中间热交換器6是使通过减压器(膨胀阀)3后的冷却介质汽化并从冷媒循环配管19的冷却介质中吸热的蒸发器。另ー方面，水冷系统由泵7、室内热交換器5、整流板16、三通阀9a、9b、中间热交换器6和冷却水配管19构成。在室内热交换器5上附设有风扇8b,能够通过控制器15控制冷却风的流量。其中，在冷却装置12上设置有计测驱动部件和冷却介质的温度的温度传感器，此处省略图示。控制器15检测驱动部件、冷却介质的温度和各结构部件的运转状态，控制压缩机I、风扇8a、8b、泵7、三通阀9a、9b来控制制冷循环系统和水冷系统的冷却介质温度。制冷循环系统中，氟利昂取代物等适合制冷循环的冷却介质通过冷媒配管18按照压缩机I —室外热交換器4 —减压器(膨胀阀)3 —中间热交換器6 —压缩机I的路径循环，通过以压缩机I作为动カ源的制冷循环使冷媒冷却。另ー方面，水冷系统中，防冻液等冷却水通过冷却水配管19按照中间热交換器6 —三通阀9a —电カ变换器10 —三通阀9b —电动机11 —泵7 —中间热交換器6的路径循环，将电力变换器10和电动机11等驱动部件冷却。此外，水冷系统也使冷却水按照三通阀9a —室内热交換器5 —电カ变换器10 的路径循环，对车室内制冷或制暖。水冷循环的冷却水配管19中流动的冷却水，在中间热交換器6中与制冷循环系统的冷媒配管18中流动的冷却介质进行热交换而被冷却。风扇8b通过室内热交換器5向车室内送风，进行车室内的空气调节。控制器15对冷却装置12的压缩机I、风扇8a、8b、泵7、三通阀9a、9b的动作状态进行控制，调节制冷循环系统的冷却介质和水冷系统的冷却水的温度。例如，在电カ变换器10和电动机11的负荷较大导致驱动部件的温度上升的情况，和预测到温度将会上升的情况下，控制器15増大冷却装置12的驱动输出而降低冷却介质与冷却水的温度。一般而言，由于电カ变换器10的热容比电动机11小，对于驱动负荷的增大而言温度上升较快，所以需要比电动机11更低的冷却水温度和更高的冷却响应性。从而,在流通冷却水的冷却水配管19，形成使电カ变换器10配置在其上游ー侧，使电动机11配置在下游ー侧，从中间热交換器6流出的冷却水首先流入电カ变换器10，之后再流入电动机11的路径。为了使电动机11的驱动扭矩产生的振动和位移不传递至车辆骨架(车体框架)22，电动机11与不同于车体框架22的子框架23刚性连结，子框架23通过弾性体的支承部件(橡胶支架)21搭载在车辆骨架22上。此外，子框架23上除了电动机11之外，还刚性设置有电カ变换器10、压缩机I、减压器(膨胀阀)3、室外热交換器4、风扇8a、泵7、三通阀9a、9b、中间热交換器6等冷却装置12的结构部件。即，使电动机11和电カ变换器10与冷却装置12构成为一体，通过弾性体的支承部件(橡胶支架)21安装在车辆骨架22上。冷却装置12的结构部件，与作为冷却对象的电カ变换器10和电动机11，通过冷媒配管18和冷却水配管19相互连接。如果使结构部件为一体结构则能够省略冷媒配管18和冷却水配管19。例如，如果使电力变换器10和电动机11构成一体外壳，则能够用外壳内的流路代替冷却水配管19，进ー步缩短流路长度。如上所述，当将车辆的室外热交換器(散热器)4设置在车辆前部的保险杠附近吋，不得不将室外热交換器4与电カ变换器10和电动机11等驱动部件之间使用橡胶软管等弹性体的配管连接，通过弾性体吸收由电动机11的驱动扭矩引起的电动机11与车体框架(车体骨架)22的相对位移。因此，室外热交換器4与电カ变换器10和电动机11等驱动部件之间的弾性体的配管变长。其结果，在制冷循环系统的室外热交換器4中冷却后的冷却介质到达中间热交換器6，将冷却水系统的冷却水冷却，温度降低后的冷却水到达电カ变换器10和电动机11会耗费时间。根据本实施方式，将电カ变换器10、电动机11和冷却装置12设置在弾性支承于车体骨架22的子框架23上。因此，不需要考虑电动机11的驱动扭矩造成的与车体骨架22的相对位移，能够缩短(或省略)冷媒配管18和冷却水配管19的配管的长度。结果，能够使被室外热交換器4冷却了的冷却介质在短时间内到达电カ变换器10和电动机11。进而，因配管长度的缩短能够降低冷却介质和冷却水的容积和热容，所以能够使冷却介质和冷却水的温度在短时间内改变。从而，能够提高电驱动系统的冷却响应性。该ー实施方式中，表示了电カ变换器10和电动机11等电动驱动部件及其冷却装置12在子框架23上构成为一体，通过弹性支承部件21安装在车体骨架22上的例子。但是，也可以使电力变换器10和电动机11等电动驱动部件与其冷却装置12安装在减速器25上构成为一体，通过弹性支承部件21安装到车体骨架22上。即，只要不将冷却装置12与作为其冷却对象的电カ变换器10和电动机11等电动驱动部件使用以往的橡胶软管等较长的冷媒配管连接，而是改为通过使冷却装置12与电动驱动部件构成为一体而缩短冷媒配管，并为了防止电动机振动传递至车体骨架22而使冷却装置12与电动驱动部件的一体构成部·通过弹性支承部件21安装到车体骨架22上的安装方法，则不限于上述的ー实施方式的安装方法。此外，该ー实施方式中将中间热交換器6设置在室外热交换器4与电カ变换器10之间。如图I所示，当设室外热交換器4与电カ变换器10之间的最长距离为区间L时，中间热交換器6设置在区间L内。即，中间热交換器6配置在使从室外热交換器4至冷却对象(此处为电カ变换器10)的区间L内的冷媒配管18和冷却水配管19的长度为最小的位置。此处，只要满足区间L内的配管长度成为最小这一条件即可，因此不需要使中间热交換器6整体位于区间L内，也可以只有一部分位于区间L内。通过这样配置，能够缩短室外热交換器6至电カ变换器10的配管长度，使室外热交換器4和中间热交換器6中冷却后的冷却介质在短时间内压送到电カ变换器10和电动机11。从而，能够提高电驱动系统的冷却响应性。此外，该ー实施方式中，使室外热交換器4的冷却时的冷却介质出口配置在比冷却介质入口更靠近中间热交換器6的冷却介质入口的位置。由此，与室外热交換器4的冷却介质出ロ配置在离中间热交换器6的冷却介质入口较远的位置的情况相比,被室外热交换器4冷却了的冷却介质能够在短时间内到达中间热交換器6的冷却介质入口。结果，能够提高电驱动系统的冷却响应性。同样地，使中间热交換器6的冷却时的冷却水出口配置在比冷却水入口更靠近电力变换器10的冷却水入口的位置。由此，与中间热交換器6的冷却水出口配置在离电カ变换器10的冷却水入口较远的位置的情况相比，被中间热交換器6冷却了的冷却水能够在短时间内到达电カ变换器10。结果，能够提高电驱动系统的冷却响应性。此外，将室外热交換器4在车辆的前进方向上(图I的纸面右方向)配置在比电动驱动部件(电カ变换器10或电动机11)更靠车辆后方的位置。由此，如果使可动式的导风板16设定在图I的实线的位置，则能够将冷却驱动部件时释放的室外热交換器4的废热，如图I虚线箭头所示导向车室内。特别是在为了强化电动驱动部件的冷却性能，将冷却水的温度控制得较低的情况下，能够代替或者补偿室内热交換器5对车室内的制暖功能。接着，说明ー实施方式的冷却装置12的动作。制冷动作中的冷媒配管18的冷却介质被压缩机I压缩为高温、高压的气体，沿图I中箭头所示的方向送出，在室外热交換器4中对空气释放热而冷凝，成为高压的液体。之后，冷却介质被减压器3减压而成为低压、低温的液体与气体的二相冷却介质，在中间热交換器6中与在冷却水配管19中流通的冷却水进行热交換。控制器15控制压缩机I的驱动状态来调节冷媒配管18的冷却介质的温度与流量。另ー方面，制冷动作中的冷却水配管18的冷却水被泵7压送，在中间热交換器6中与冷媒配管18的冷却介质进行热交换而被冷却。冷却水的一部分从三通阀9a被引导至室内热交换器5,使室内的空气冷却后,再次返回冷却水配管19。从中间热交换器6送出并在室内热交換器5中循环的冷却水被弓I导至电カ变换器10和电动机11。另外，在去往室内热交換器5的流路被三通阀9a截断的情况下，从中间热交換器6送出的冷却水直接被输送至电カ变换器10和电动机11。冷却水吸收电カ变换器10和电动机11的热而温度上升，经 过泵7返回中间热交換器6。控制器15对泵7和风扇8a进行驱动控制，并切换三通阀9a、9b的流路，调节冷却水配管19的冷却水的温度和流量。例如，在电カ变换器10或电动机11的温度可能在短时间内上升，或温度超过允许范围的情况下，控制器15使用三通阀9a截断向室内热交換器5的流通，使冷却水直接流入电カ变换器10。即，控制器15避免因室内热交換器5导致冷却水的温度上升，并缩短从中间热交換器6至电カ变换器10的流路。由此，能够在短时间内降低流入电カ变换器10或电动机11的冷却水的温度，提高电驱动系统的冷却响应性。在电カ变换器10的温度处于允许范围内的情况下，控制器15使从电カ变换器10流出的冷却水通过三通阀9b流入电动机11，将电动机11冷却。但是，在电力变换器10的温度超过允许范围，或可能在短时间内上升的情况下，控制器15切換三通阀9b的流路，截断向电动机11的流入，使其返回泵7。即，在电力变换器10的冷却优先于电动机11的情况下，控制器15切換三通阀9b使冷却水绕过电动机11流动。在电カ变换器10的负荷降低时，控制器15控制三通阀9b使冷却水也流过电动机11。由此，虽然温度上升较缓和的电动机11的冷却暂时停止，但能够迅速地抑制温度上升较急剧的电カ变换器10的温度上升，实现与冷却对象的热容相对应的冷却控制，提高对热容较小的冷却对象的冷却响应性。进而，在需要降低冷却水的温度并同时使室内温度上升的情况下，控制器15控制三通阀9a使冷却水不向室内热交換器5循环。同时，控制器15使可动式的整流板16设定在图I中实线所示的位置，将从室外热交換器4释放的废热导向车室内。这样，通过使室外热交换器4与电カ变换器10和电动机11构成为一体，室外热交换器4与车室内的距离变近，在冷却水为低温的情况下也能够通过室外热交換器4的废热进行车室内的制暖。为了表不一实施方式的电驱动系统的冷却响应性,用图3说明电カ变换器10的冷却水入口温度Tin的时间响应。在初始状态下冷却水入口温度Tin处于Tl的状态。控制器15为了抑制电カ变换器10的温度上升，从时刻t0起开始进行控制以使入口温度Tin降低至T2。对ー实施方式的电驱动系统的冷却装置12与以往的一般的冷却装置进行比较。为此，图3中用虚线A表示将室外热交換器(相当于ー实施方式的室外热交換器4)设置在车辆前端的情况下的温度响应。即使在时刻to开始冷却控制以使电カ变换器10的冷却水入口温度Tin降低至T2，但实际上电カ变换器10的入口温度Tin开始下降是在时刻tla。然后，在从时刻tla起经过时间Ata后的时刻t2a，入口温度Tin达到T2。相对地，图3中实线B表不一实施方式的电驱动系统的冷却装置12的温度响应。如上所述，ー实施方式的电驱动系统中，冷却装置12与作为冷却对象的电カ变换器10和电动机11配置为一体，使冷媒配管18和冷却水配管19的配管长度较短。在控制器15为了使电カ变换器10的冷却水入口温度Tin下降至T2而在时刻t0开始进行冷却控制的情况下，电カ变换器10的入口温度Tin开始下降是在时刻tlb。然后，在从时刻tlb起经过A tb后的时刻t2b，入口温度Tin下降至T2。与表示以往的冷却装置的温度响应的虚线A相比，入口温度Tin下降得快了与冷媒配管18和冷却水配管19的配管长度缩短的量相应的量。此外，因配管长度的缩短使得冷却介质和冷却水的容积和热容减小，从温度开始下降至到达T2所花费的时间Atb也比虚线A表示的以往的时间Ata短。这样，根据ー实施方式的电驱动系统的冷却装置12，能够使电力变换器10或电动机11的冷却水温度在短时间内开始下降，并且从温度开始降低至到达目标温度所花费的 时间也变短。从而，能够实现优良的冷却响应性和冷却性能。图3中点划线C表示的温度响应，是ー实施方式的电驱动系统的冷却装置12中，用三通阀9a截断冷却水向室内热交換器5的循环，并且用三通阀9b截断冷却水向电动机11的循环的情况下的例子。但是，该例中在电カ变换器10的驱动负荷充分降低后的时刻t3c，重新开始冷却水向电动机11的循环。该情况下，由于去往室内热交換器5的流路被截断，冷却水的流路变短，因此电カ变换器10的入口温度Tin开始下降的时刻tic比实线B的情况更早。此外，去往室内热交換器5和电动机11的流路被截断，冷却水的容积和热容减小，因此温度开始下降之后的温度变化也较快。但是，自重新开始对电动机11供给冷却水的时刻t3c起，温度变化变得缓和。这样，通过控制三通阀9a、9b来缩短冷却水的流路长度，使冷却水的容积和热容减小，能够在短时间内降低电カ变换器10或电动机11的冷却水温度，进ー步提高电驱动系统的冷却响应性。图4 (a)表不被引导至室外热交换器4的外部空气的流动。此外，图4 (b)是从车辆前方看ー实施方式的电驱动系统的主要的冷却装置12和驱动部件的图。在一实施方式的电驱动系统中，通过缩短冷却装置12的冷媒配管18和冷却水配管19的长度，冷却装置12与电カ变换器10、电动机11、減速器25等驱动部件的距离变短。从而，与将室外热交换器4配置在车辆前端的情况相比，存在被引导至室外热交換器4的外部空气的压カ损失增大的倾向。电驱动系统的减速器25与车轮通过驱动轴26连接。驱动轴26为了允许悬架(未图示)的运动(移动)，如图4 (b)所示在上下方向上确保了可动空间。于是，以冷却风同时通过驱动轴26的上侧和下侧双方的方式配置室外热交換器4。特别是在外部空气难以流动至室外热交換器4的停车中、对室外热交換器4的风扇8a进行旋转驱动的情况下，以冷却风同时通过驱动轴26的上侧和下侧双方的方式配置室外热交換器4。由此，在冷却装置12与电カ变换器10和电动机11构成为一体，冷却装置12的结构部件与电カ变换器10、电动机11和減速器25的驱动部件的距离较近的情况下，也能够降低冷却风的压カ损失，实现驱动效率较好、冷却响应性良好的电驱动系统。图4 (b)中，在ー实施方式中使电动机11和减速器25左右非対称地配置在室外热交換器4的前方。图4 (b)所示的例子中，室外热交換器4的车辆右侧(图中R侧)冷却风流动的空间更大，压カ损失也较低。从而，通过室外热交換器4的冷却风的流量分布为图中R侧比L侧大。即，室外热交換器4的R侧具有更高的冷却能力。
于是，使冷却介质出口位于室外热交換器4的冷却能力较高的R侧，通过冷媒配管18与中间热交換器6连接。由此，提高了风扇8a的冷媒冷却效果，较低温度的冷却介质到达中间热交换器6。此外,冷却介质和冷却风的温度差在室外热交换器4的出ロー侧较小，但出口附近的风量较大，所以能够确保出口附近的冷却效果。像这样，在室外热交換器4的冷却能力分布存在不均衡的情况下，将冷却介质的出口设置在冷却能力较高的区域附近，连接到中间热交換器6。由此，能够进ー步提高电驱动系统的冷却响应性。图5表不被引导至室外热交换器4的外部空气的流动。在该ー实施方式的电驱动系统中，由于缩短了冷却装置12与电カ变换器10、电动机11、減速器25等驱动部件的距离，导致来自驱动部件表面的散热易于流入室外热交換器4。其结果，可能存在冷却介质与冷却风的温度差减小，室外热交換器4的冷却能力降低的情況。于是，设置用于使接触驱动部件表面的外部空气与向室外热交換器4导入的外部空气隔离的整流板17。由此，即使在驱动部件与室外热交換器4的距离较近的情况下，也能够抑制被引导至室外热交換器4的冷却风的温度上升，改善电驱动系统的冷却效率。图6表示ー实施方式的变形例的冷却装置12A的结构。该变形例的冷却装置12A中未设置制冷循环系统，仅设置了水冷系统。图6中，Ca)是表示驱动部件和冷却装置12A的配置的车辆前部的横截面图，(b)是从车辆前方看驱动部件和冷却装置12A的主要部分的图。该变形例的冷却装置12A中，由泵7压送的冷却水在通过室外热交換器4A的过程中被冷却，引导至电力变换器10。将电カ变换器10冷却后的冷却水被引导至电动机11，将电动机11冷却。将电动机11冷却后的冷却水再次返回泵7。该冷却装置12A中，室外热交换器4A实现相当于上述制冷循环系统整体的功能，将冷却介质(此处为冷却水)的热向外部空气散发。减速器25通过弾性体的支承部件(橡胶支架)21支承在车体骨架22上，室外热交换器4A、泵7、电カ变换器10、电动机11等被固定在减速器25上。室外热交換器4A的导风面上不存在电动机11等其他部件，压カ损失较低的L侧(车辆左側)与电カ变换器10连接。这时，室外热交換器4A的冷却水出口配置在比冷却水入口更靠近电カ变换器10的位置上。此外，为了使来自室外热交換器4A的散热不会传递至驱动部件表面而设置了整流板17。来自室外热交換器4A的冷却风通过驱动轴26的上侧和下侧双方被压送至车辆后方。控制器15对泵7和风扇8a进行驱动控制，通过切换三通阀9b的流路来调节冷却水的温度。根据该变形例的冷却装置12A，能够与上述具有制冷循环系统的ー实施方式的电驱动系统(图I 图5)同样地抑制冷却水的容积和热容，缩短冷却水的温度开始降低前需要的时间。即，即使在只有水冷系统的电驱动系统中，也能够提高冷却响应性和冷却效率。图7是将具有仅含水冷系统的冷却装置12A的电驱动系统设置在车辆的后轮轴上的情况下车辆后部的横截面图(a)，和表示驱动部件与冷却装置12A的主要部分的图(b)。在将具有仅含水冷系统的冷却装置12A的电驱动系统配置在后轮轴上的情况下，也能够通过与图6所示的配置在前轮轴的情况同样的结构，获得同样的效果。图8表示减少图6所示的电驱动系统的冷却水配管，在系统的壳体内确保冷却水的流路来实现小型化的变形例。例如，从室外热交换器4流出的冷却水通过壳体内被引导至电カ变换器10。此外，图8所示的变形例中，在同一个壳体内搭载了从车辆外部的电源对蓄电装置14供给电カ的充电器31，和将蓄电池中蓄积的高电压的电カ变换为供车辆的电子部件使用的低电压的转换器32。由于充电器31和转换器32在驱动时发热，所以通过使冷却水在驱动电路附近循环能够省略配管，实现冷却响应性优良的电驱动系统。图9表示与电カ变换器10和电动机11同样地使用冷却装置12的冷却介质来冷却蓄电装置14的变形例的结构。该例子中，设置了使从中间热交換器6送出的冷却介质(此处为冷却水)并联地流过电カ变换器10和蓄电装置14的冷却水配管19。另外，用于使蓄电装置14冷却的冷却介质的温度一般低于电カ变换器10和电动机11，所以也可以用制冷循环系统的冷却介质来冷却蓄电装置14。接着，说明图I和图2所示的电驱动系统的冷却装置12的动作。图10表示图I 和图2所示的电驱动系统的冷却装置12与作为冷却对象的电カ变换器10和电动机11的主要结构。其中，图10省略图I和图2所示的三通阀9a、9b、室内热交換器5以及风扇8b的图示，着重于冷却装置12的主要结构部件的动作进行说明。控制器15由CPU15c和存储器15m等构成，执行后述的冷却控制程序来控制风扇驱动装置31和泵驱动装置32，以控制电カ变换器10和电动机11的冷却。控制器15与检测电动汽车的车速的车速传感器33、检测电动汽车的加速踏板开度的加速传感器34等连接。另外，图6和图I所示的仅具备水冷系统的电驱动系统中，图10所示的压缩机I、 室外热交換器4、减压器(膨胀阀)3、中间热交換器6和冷媒配管18实现相当于图6和图7所示的室外热交換器4A的功能，即将冷媒配管19的冷却介质的热向外部空气散热的功能。此处，说明ー实施方式的电动汽车的行驶驱动用电动机11和电カ变换器10的体型(尺寸、大小)的设计方法。一般而言，电动机和电カ变换器中，体型、最大扭矩和最高输出、冷却能力之间彼此存在相关关系。例如，当确定了电动机的体型和冷却能力时，就确定了使电动机保持为上限温度以下的电动机自身的发热量，确定了产生该发热量的电动机的最大扭矩和最高输出。此外，当确定了电动机的体型、最大扭矩和最高输出时，就确定了用于使电动机保持为上限温度以下的冷却能力。另ー方面，电动机和电カ变换器的体型与最大扭矩和最高输出成比例，体型越大，最大扭矩和最高输出越大。如上所述，一直以来，电动机和电カ变换器的体型基于起动时、加速时、上坡时等所需要的最大扭矩和最高输出而设计。但是，实际上车辆日常使用的扭矩和输出是比最大扭矩和最高输出小的值，通常行驶时需要最大扭矩和最高输出的频率较低，其时间也较短。现有技术中，尽管稳定行驶时的扭矩和输出较小，却使用以使用频率较低并且只在短时间内使用的最大扭矩和最高输出为基准而设计的较大体型的电动机和电カ变换器。本实施方式中，通过对电动机和电カ变换器进行适当的冷却，在获得需要的最大扭矩和最高输出的同时使电动机和电カ变换器的体型小型化。图11 (a)表不以往的电动机的转速-扭矩特性，图11 (b)表不发明的一实施方式的电动机11的转速-扭矩特性。对于任ー电动机，均在转速较低的区域中以将扭矩限制为最大扭矩以下的扭矩恒定的方式使用，在转速较高的区域中以将输出限制为最高输出以下的输出恒定(換言之，根据转速的増加相应地降低扭矩)的方式使用。图11 Ca)中，以往的电动机和电カ变换器的体型，基于起动时、加速时、上坡时等所需要的最大扭矩和最闻输出而确定。而本发明ー实施方式的电动机11和电カ变换器10，如图11(b)所示，将电动机11的由转速和扭矩決定的工作区域分为第一工作区域和第二工作区域。第一工作区域是除去起动时、加速时、上坡时等重负荷时之外，在平坦道路上以大致恒定的速度行驶时等稳定行驶时所需要的比重负荷时低的负荷的扭矩和输出的工作区域。第二工作区域是需要比稳定行驶时更大的扭矩和输出的起动时、加速时、上坡时等重负荷时的扭矩和输出的工作区域。图11(b)中，第二工作区域的虚线所示的第二扭矩线的扭矩和第二输出线的输出，与图11 (a)所示的以往的电动机的最大扭矩线的最大扭矩和最高输出线的最高输出相等或者与其相比更大。此外，实线所示的第一工作区域与第二工作区域的边界线，表示扭矩比 第二工作区域的第二扭矩线的扭矩小的第一扭矩线，和输出比第二工作区域的第二输出线的输出低的第一输出线。此外，该ー实施方式中，使电动机11和电カ变换器10的冷却装置12的冷却能力在上述第一工作区域和第二工作区域中不同，使扭矩和输出较大的第二工作区域中的冷却能力比第一工作区域中的冷却能力高。在第一工作区域中，由电动机11和电カ变换器10连续产生图11 (b)中被实线所示的第一扭矩线和第一输出线包围的区域中的扭矩和输出，同时，控制器15对风扇8a和泵7进行驱动控制，令其发挥出使得电动机11和电カ变换器10不会超过各自的上限温度的冷却能力。本说明书中，将第一工作区域中的电动机11和电カ变换器10的冷却模式称为第一冷却模式。另ー方面，在第二工作区域中，由电动机11和电カ变换器10在短时间内产生图11(b)中被虚线所示的第二扭矩线和第二输出线包围的阴影区域中的扭矩和输出，同时，控制器15对风扇8a和泵7进行驱动控制，令其发挥出使得电动机11和电カ变换器10不会超过各自的上限温度的冷却能力。本说明书中，将第二工作区域中的电动机11和电カ变换器10的冷却模式称为第二冷却模式。被第一扭矩线和第一输出线包围的第一工作区域的扭矩和输出，不是电动车辆起动时、加速时、上坡时等重负荷时需要的较大的扭矩和输出。第一工作区域的扭矩和输出是在平坦道路上以大致恒定的速度行驶时等稳定行驶时所需要的比重负荷小的扭矩和输出，是能够连续产生的有代表性的扭矩和输出。即，第一扭矩线的扭矩是连续额定扭矩，第一输出线的输出是连续额定输出。与此相对，被第二扭矩线和第二输出线包围的第二工作区域的扭矩和输出，是电动车辆起动时、加速时、上坡时等重负荷时需要的比稳定行驶时大的扭矩和输出。即，第二工作区域的扭矩和输出是能够在短时间内产生的扭矩和输出。即，第二扭矩线的扭矩是短时间额定扭矩，第ニ输出线的输出是短时间额定输出。此处，短时间指的是电动车辆起动时、加速时、上坡时等重负荷时需要产生比稳定行驶时更大的扭矩和输出的有代表性的时间。此外，电动机11的上限温度基于电动机11的绝缘材料等的允许温度而決定，电カ变换器10的上限温度基于电カ变换用开关元件等的允许温度而决定。
图12表示第一工作区域中的第一冷却模式和第二工作区域中的第二冷却模式下的风扇8a和泵7的运转方法(a) (d)。在所有的运转方法(a) (d)中，均以使第二冷却模式的冷却能力比第一冷却模式的冷却能力高的方式使风扇8a和/或泵7运转。第一冷却模式下，连续产生上述稳定行驶时的较小的扭矩和输出，同时对风扇8a和泵7进行驱动控制以使电动机11和电カ变换器10保持为各自的上限温度以下。第二冷却模式下，在短时间内产生起动时、加速时、上坡时等重负荷时所需要的较大的扭矩和输出，同时对风扇8a和泵7进行驱动控制以使电动机11和电カ变换器10保持为各自的上限温度以下。图12所示的风扇8a和泵7的运转方法(a)中，在第一冷却模式下使风扇8a和泵7分别以规定速度恒定运转。第二冷却模式下使风扇8a和泵7分别以最高速度最大运转，或者以与电动机11产生的扭矩或输出成比例的冷却能力运转。运转方法(b)中，第一冷却模式下使风扇8a和泵7分别以使冷却能力与电动机11产生的扭矩或输出成比例的方式运转。第二冷却模式下使风扇8a和泵7分别以最高速度最大运转。
此外,在运转方法(C)中使风扇8a与泵7的运转方法不同。使风扇8a在第一冷却模式下以规定速度恒定运转，在第二冷却模式下以最高速度最大运转或者以与电动机11产生的扭矩或输出成比例的冷却能力运转。与此相对地，使泵7在第一冷却模式和第二冷却模式下均以规定速度恒定运转。同样地，在运转方法(d)中也使风扇8a与泵7的运转方法不同。使风扇8a在第一冷却模式和第二冷却模式下均以规定速度恒定运转。与此相对地，使泵7在第一冷却模式下以规定速度恒定运转，在第二冷却模式下以最高速度最大运转或者以与电动机11产生的扭矩或输出成比例的冷却能力运转。第一冷却模式和第二冷却模式下风扇8a和泵7的运转方法不限于上述图12所示的(a) (d)的运转方法。即，只要是第二冷却模式的冷却能力比第一冷却模式的冷却能力高的运转方法即可。此外，运转方法中，通过使风扇8a或泵7以与电动机11产生的扭矩或输出成比例的冷却能力运转，与进行恒定运转的情况相比能够使风扇8a和泵7高效率地运转。图13是表不一实施方式的冷却模式选择控制的框图，图14是表不一实施方式的冷却模式选择控制程序的流程图。通过这些图来说明ー实施方式的冷却模式选择动作。控制器15的CPU15c通过微型计算机的软件方式来构成图13所示的冷却模式选择控制模块，在点火开关(未图示)开的期间，反复执行图14所示的冷却模式选择控制程序。步骤I中，CPU15c从车速传感器33输入车速信号，并且从加速传感器34输入加速踏板开度信号，计算电动机11的输出请求值。由于加速踏板的加速踏板开度与电动车辆的扭矩请求值成比例，所以CPU15c将加速踏板开度换算为扭矩请求值并与车速相乘，计算电动车辆的驱动カ请求值，即电动机11的输出请求值。在步骤2中，CPU15c判定与扭矩请求值和车速相应的由电动机11的扭矩和转速决定的动作点位于上述第一工作区域内或是第二工作区域内。首先，CPU15c根据变速器(未图示)的变速比将电动车辆的扭矩请求值换算为电动机11的扭矩，并且根据变速器的变速比将车速换算为电动机11的转速，确定与电动机11的扭矩和转速对应的动作点。接着，CPU15c判定电动机11的动作点位于第一工作区域内或是第二工作区域内，选择与判定结果的工作区域相应的冷却模式。在电动机11的动作点位于第一工作区域内的情况下前进至步骤4，CPU15c选择第一冷却模式。在电动机11的动作点位于第二工作区域内的情况下前进至步骤5，CPU15c选择第二冷却模式。步骤6中，CPU15c根据冷却模式的选择结果，对风扇驱动装置31输出风扇8a的第一冷却模式或第二冷却模式的动作指令。进而，CPU15c对泵驱动装置32输出泵7的第一冷却模式或第二冷却模式的动作指令。以往的电动车辆用电动机和电カ变换器，在被图11 (a)所示的最大扭矩线和最高输出线包围的较广的工作区域中一律以高冷却能力进行冷却，同时基于最大扭矩线的最大扭矩和最高输出线的最高输出来决定电动机和电カ变换器的体型。所以，以往的电动车辆用电动机和电カ变换器的体型，形成为大于与上述稳定行驶时的较小的扭矩和输出对应的体型。与此相对地，本发明的ー实施方式中，使电动机11的工作区域分为在上述稳定行驶时产生较小的扭矩和输出的第一工作区域，和在起动时、加速时、上坡时等重负荷时产生较大的扭矩和输出的第二工作区域。在第二工作区域中以比第一工作区域中的冷却能力更高的冷却能力进行冷却。即，并不基干与以往的最大扭矩线和最高输出线(參照图11 (a))相当的第二工作区域的第二扭矩线和第二输出线(參照图11 (b))来决定电动机11与电カ变换器10的体型，而是基干与其相比更小的第一工作区域的第一扭矩线和第一输出线来决·定电动机11与电カ变换器10的体型。从而，能够使电动机11和电カ变换器10的体型比以往的体型更小。此外，根据ー实施方式的冷却装置12，能够使电动机11在效率较高的工作区域中运转。图11表示的电动机的转速-扭矩特性图中，图示了表示电动机的运转效率的等效率线。在现有技术中，由于如图11 (a)所不,基于最大扭矩线和最闻输出线决定电动机的体型，因此通常行驶时使用频率较高的工作区域(图11 Ca)的虚线包围的区域)，即稳定行驶时的较小的扭矩和输出的动作点为效率较低的区域。而相对的，本发明ー实施方式中，如图11 (b)所不,基于稳定行驶时的第一扭矩线和第一输出线决定电动机11的体型。其结果，通常行驶时使用频率较高的工作区域(图11 (b)的虚线包围的区域)，即稳定行驶时的较小的扭矩和输出的动作点为比以往效率更高的区域。即，根据ー实施方式，能够使电动机11以比以往更高的效率运转，降低耗电。进而，根据ー实施方式，仅在电动机于需要较大的扭矩和输出的第二工作区域中运转时提高风扇8a和泵7的冷却能力。在电动机于需要稳定行驶时的较小的扭矩和输出的第一工作区域中运转吋，降低风扇8a和泵7的冷却能力，因此能够实现风扇8a和泵7及其驱动装置31、32的体型的小型化和耗电的降低。上述ー实施方式及其变形例中，表示了使用冷却水作为冷却装置12的冷却介质的水冷系统的例子，但也可以是使用油作为冷却介质的油冷系统。油冷系统中，能够利用导电性较低的油的特性构成除具备对电动机内部直接冷却的冷却功能外还具备润滑功能的冷却装置12。如上所述，可通过电子控制使冷却能力变化的冷却装置12，与电カ变换器10和电动机11由同一弾性支承部件21弾性支承在车体骨架22上。其结果，能够缩短冷却装置12的配管的长度，此外还能够降低冷却介质的容积和热容，所以能够提供冷却响应性高的电驱动系统。以上叙述中，说明了各种实施方式和变形例，但本发明不限于这些内容。本发明的技术思想的范围内所能够考虑到的其他方式也包括在本发明的范围内。
根据上述实施方式及其变形例能够实现以下的作用效果。首先，在具备对车辆进行电动驱动的电动驱动部件(电カ变换器10和电动机11)和使电动驱动部件冷却的冷却装置12的车辆的电驱动系统中，使电动驱动部件与冷却装置12构成为一体，通过弹性支承部件12安装在车辆的车体框架22上。从而，能够在防止电动机振动向车体框架22的传递的同时缩短冷媒循环路径，提高电驱动系统的冷却响应性。此外，根据ー实施方式及其变形例，冷却装置12具有使冷却介质在电动驱动部件(电カ变换器10和电动机11)中循环的冷媒配管19、在冷却介质与外部空气之间进行热交换的热交換装置(中间热交換器6、压缩机I、室外热交換器4、减压器(膨胀阀)3、冷媒配管18、或室外热交換器4A)、使冷却介质通过冷媒配管19在热交换装置与电动驱动部件之间循环的泵7、对热交換装置送风的风扇8a。使电动驱动部件、冷媒配管19、热交换装置、泵7和风扇8a设置在与车体框架22不同的子框架23上，子框架23通过弹性支承部件21安装在车体框架22上。从而，能够在防止电动机振动向车体框架22传递的同时缩短冷媒循环路径，提高电驱动系统的冷却响应性。 以下优先权申请的公开内容通过援弓I而加入本发明中。日本专利申请2010年第023917号(2010年2月5日递交申请)
权利要求
1.一种车辆的电驱动系统，其特征在于，包括 对车辆进行电动驱动的电动驱动部；和 对所述电动驱动部进行冷却的冷却部，其中， 所述电动驱动部与所述冷却部构成为一体，通过弹性支承部件安装在所述车辆的车体框架上。
2.如权利要求I所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述冷却部包括 使冷却介质在所述电动驱动部中循环的冷媒循环路径； 在所述冷却介质与外部空气之间进行热交换的热交换部； 通过所述冷媒循环路径使所述冷却介质在所述热交换部与所述电动驱动部之间循环的冷媒循环部；和 对所述热交换部送风的送风部， 所述电动驱动部、所述冷媒循环路径、所述热交换部、所述冷媒循环部和所述送风部被设置在与所述车体框架不同的子框架上，所述子框架通过所述弹性支承部件安装在所述车体框架上。
3.如权利要求2所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述热交换部的所述冷却介质的出口与入口相比配置在更靠近所述电动驱动部的所述冷却介质的入口的位置。
4.如权利要求2或权利要求3所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述热交换部的所述冷却介质的出口设置在通过所述热交换部的外部空气的风量大的部位。
5.如权利要求2 4中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 包括防止所述电动驱动部附近的外部空气通过所述热交换部的整流板。
6.如权利要求2 5中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 包括将通过所述热交换部后的外部空气导入所述车辆的室内的外部空气导入部。
7.如权利要求2 6中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 设置所述热交换部，使得从所述送风部送风至所述热交换部的外部空气通过所述车辆的驱动轴的上侧和下侧这两侧。
8.如权利要求2 7中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述热交换部具有与所述冷媒循环路径不同的另外的冷媒循环路径，包括 在所述另外的冷媒循环路径中压缩冷却介质的压缩机； 使从所述压缩机流出的所述冷却介质向外部空气散热而冷凝的冷凝器； 降低从所述冷凝器流出的所述冷却介质的压力的膨胀阀；和 使从所述膨胀阀流出的所述冷却介质气化而从在所述冷媒循环路径中流动的所述冷却介质吸热的蒸发器。
9.如权利要求8所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述冷凝器的所述冷却介质的出口与入口相比配置在更靠近所述蒸发器的所述冷却介质的入口的位置。
10.如权利要求8或权利要求9所述的车辆的电驱动系统，其特征在于所述蒸发器配置在使所述冷凝器与所述电动驱动部之间的所述冷媒循环路径和所述另外的冷媒循环路径的长度最小的位置上。
11.如权利要求I 10中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 所述电动驱动部是对所述车辆进行行驶驱动的电动机和驱动所述电动机的电力转换器，所述电力转换器设置在所述冷媒循环路径的上游一侧，所述电动机设置在下游一侧。
12.如权利要求11所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 设置有切换所述冷却介质流入所述电动机和绕过所述电动机的流路切换部，在优先冷却所述电力转换器的情况下，通过所述流路切换部使所述冷却介质绕过所述电动机流动。
13.如权利要求I 12中任意一项所述的车辆的电驱动系统，其特征在于 包括控制所述冷媒循环部和所述送风部来控制所述电动驱动部的冷却的控制部， 所述控制部控制所述冷媒循环部和所述送风部，使其发挥与所述电动驱动部对车辆的驱动力相应的冷却能力。
14.一种车辆，其特征在于 搭载了权利要求I 13中任意一项所述的车辆的电驱动系统。
全文摘要
本发明提供一种车辆的电驱动系统，能够在防止电动机振动传递到车体框架的同时缩短冷媒循环路径，提高电驱动系统的冷却响应性。车辆的电驱动系统具备对车辆进行电动驱动的电动驱动部和对电动驱动部进行冷却的冷却部，电动驱动部与冷却部一体构成，通过弹性支承部件安装在车辆的车体框架上。
文档编号B60H1/22GK102770293SQ20108006310
公开日2012年11月7日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年2月5日
发明者尾坂忠史, 横山笃, 泽田逸郎, 荒井雅嗣 申请人:株式会社日立制作所