JP2008174069A - ホイール駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプの動作確実性を維持しつつ、オイルポンプ回転数の設定自由度を高めることができるホイール駆動装置を提供する。
【解決手段】懸架装置１３０を介して車両に取付けられたケース３と、ケース３内に設けられてステータ２１及びロータ２２を含むトラクションモータ２０と、ロータ２２が固設されたロータ軸２５と、ケース３内に注入されたオイル１１と、オイル１１を冷却するオイルクーラーと、上記オイルクーラーで冷却されたオイル１１をステータ２１に供給するオイルポンプ５０とを備えたホイール駆動装置１において、オイルポンプ５０を駆動するポンプ駆動軸５２と、ポンプ駆動軸５２を駆動するオイルポンプ駆動モータ５１と、ロータ軸２５とポンプ駆動軸５２との間に介設され、ロータ軸２５からポンプ駆動軸５２への一方向にトルクを伝達可能なワンウェイクラッチ７０とを備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータ及びロータを含むトラクションモータによってホイールを駆動するとともに、オイルポンプを備えたホイール駆動装置に関し、特にオイルポンプの駆動形態に特徴を有するものに関する。

従来、懸架装置を介して車両に取付けられたケースと、上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、上記ロータが固設されたロータ軸と、上記ケース内に注入されたオイルと、上記オイルを冷却するオイルクーラーと、上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備えたホイール駆動装置が知られている。

一般的にトラクションモータの効率は温度によって変化するため、その温度を最も効率の良い温度付近に維持しておくことが望ましい。しかし上記ホイール駆動装置に用いられるトラクションモータは、ステータに設けられたステータコイルに電流が流れることにより発熱するので、温度維持のためには冷却が必要とされる。

通常、トラクションモータの冷却は潤滑油と兼用のオイルによって行われる。オイルクーラーで冷却されたオイルをオイルポンプによってステータに供給することにより、効果的な冷却を図ることができる。

特許文献１には、オイルの循環経路を工夫することによりモータの冷却効率を向上させたホイール駆動装置（インホイールモータ）が開示されている。
特開２００５−７３３６４号公報

しかしながら、従来のホイール駆動装置では、特許文献１にも示されているように、トラクションモータのロータ軸とオイルポンプのポンプ駆動軸とが直結されていた。この構造によれば、トラクションモータの作動時に、それと機械的に連動してオイルポンプが作動するので高い動作確実性が得られるという利点がある反面、オイルポンプ回転数が常にトラクションモータ回転数と一致するため、オイルポンプ回転数の設定自由度が低く、以下のような不都合が起こり易かった。

例えば従来の構造では、トラクションモータの停止時にはオイルポンプも停止する。従って、トラクションモータの停止時においてもステータの冷却が必要とされる場合に対応することが困難である。また、比較的低回転領域で高い冷却性が必要とされる場合、その要求に応えるには大型・大容量の冷却系（オイルポンプやオイルクーラー）が必要となる。仮にそのような冷却系を採った場合、高回転領域においては必要以上の吐出流量となるため、徒にオイルポンプ駆動トルクを増大させてしまう。従ってオイルポンプによる無駄なエネルギー消費が増大し、燃費の低下を招いてしまう。

本発明は、上記のような事情に鑑み、オイルポンプの動作確実性を維持しつつ、オイルポンプ回転数の設定自由度を高めることができるホイール駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、懸架装置を介して車両に取付けられたケースと、上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、上記ロータが固設されたロータ軸と、上記ケース内に注入されたオイルと、上記オイルを冷却するオイルクーラーと、上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備え、上記ロータ軸からの出力トルクによりホイールを駆動するホイール駆動装置において、上記オイルポンプを駆動するポンプ駆動軸と、上記ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータと、上記ロータ軸と上記ポンプ駆動軸との間に介設され、上記ロータ軸から上記ポンプ駆動軸への一方向にトルクを伝達可能なワンウェイクラッチとを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のホイール駆動装置において、上記ロータ軸と上記ホイールとの間に減速機を備え、上記オイルポンプ及び上記オイルポンプ駆動モータは、上記ロータ軸と同軸上に、上記ロータを挟んで上記減速機の反対側に設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のホイール駆動装置において、上記ポンプ駆動軸は、上記ロータ軸の端部に、該ロータ軸と同軸上に設けられるとともに、該ロータ軸に対向する位置に該ロータ軸の端部を内包する凹部を有し、上記ワンウェイクラッチは、上記ロータ軸の端部外周面と上記凹部の内周面との間に介設されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載のホイール駆動装置において、上記オイルポンプ駆動モータは、上記オイルポンプを挟んで上記ロータ軸の反対側に配設され、該オイルポンプ駆動モータのロータが上記ポンプ駆動軸に固設されていることを特徴とする。

請求項１の発明によると、以下説明するように、オイルポンプの動作確実性を維持しつつ、オイルポンプ回転数の設定自由度を高めることができる。

本発明のホイール駆動装置は、ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータを有する。つまりこのオイルポンプは、電動オイルポンプとして機能する。但しこのオイルポンプは単なる電動オイルポンプではなく、そのポンプ駆動軸が、ワンウェイクラッチを介してトラクションモータのロータ軸と連絡されている。そのため、次のような作用を有する。

まず、オイルポンプ駆動モータによってオイルポンプ回転数をトラクションモータ回転数よりも高めることが可能となる。このとき、ワンウェイクラッチの作用、例えばオーバーラン（空転ともいう）により、ポンプ駆動軸からロータ軸へトルクが伝達されないので、オイルポンプの動作（回転）はトラクションモータの動作（回転）に影響を及ぼさない。従ってオイルポンプ回転数を、トラクションモータ回転数以上の範囲で要求吐出流量に応じた適正回転数に設定することができる。つまりオイルポンプ回転数の設定自由度が高められる。

一方、オイルポンプ駆動モータの停止時、或いはその回転数がトラクションモータ回転数より低くなろうとする時には、ワンウェイクラッチの作用、例えばロックにより、ロータ軸からポンプ駆動軸へトルクが伝達される。すなわち従来構造と同様にオイルポンプがロータ軸によって駆動される。従って、例えば断線や供給電力の低下等、何らかの原因によってオイルポンプ駆動モータの出力が低下するというフェイルが発生しても、トラクションモータ回転数以上でのオイルポンプの作動が確保される。すなわちフェイル時においても一定以上の吐出流量（冷却性）を確保することができ、大幅な冷却性低下を抑制することができる。

請求項２の発明によると、レイアウト上、トラクションモータとオイルポンプとを互いに近接した位置に配置し易くなる。従ってオイルポンプからトラクションモータ（特にステータ）への冷却油路が配設し易くなり、その距離も短くすることができる。

請求項３の発明によると、以下説明するようにロータ軸まわりの構造を容易にコンパクト化することができる。

本発明の構造によれば、ワンウェイクラッチの内周側がロータ軸の端部の外周面に当面する。従ってロータ軸の端部を小径化することが容易となる。ロータ軸のような駆動軸は、一般的に組み付け性を考慮して先細（中太）形状とされる。ロータ軸の先端部を小径化することにより、ロータ軸全体を小径化し易くなるので、ロータ軸まわりの構造を容易にコンパクト化することができる。

請求項４の発明によると、オイルポンプ駆動モータが組み付け易くなる。また、機種によりオイルポンプ駆動モータの有無を設けるような場合、これを付加的に設置することが容易になる。つまりオイルポンプ駆動モータの組み付け性を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係るホイール駆動装置１の縦断面図である。また図２は図１の右側面図である。図１、図２においては図の上方が車両の上方を示し、図２においては図の右側が車両の前方を示す。なお図１、図２は左前輪を示すものであるが、同様の構成が全ての駆動輪に設けられている。

ホイール駆動装置１は、懸架装置１３０（図１に示す上方のストラットアッセンブリ１３１および下方のロアアーム１３２）を介して車両に取付けられたケース３と、ケース３内に設けられてステータ２１及びロータ２２を含むトラクションモータ２０と、ロータ２２に固設されてこれを支持するロータ軸２５と、ケース３内に注入されたオイル１１と、オイル１１を冷却するオイルクーラー６３（図２に示す）と、オイルクーラー６３で冷却されたオイル１１をステータ２１を含む各部に供給するオイルポンプ５０とを備え、ロータ軸２５からの出力トルクによりホイール１２０を駆動するように構成されている。

さらにホイール駆動装置１は、オイルポンプ５０を駆動するポンプ駆動軸５２と、これを駆動するオイルポンプ駆動モータ５１とを備える。ロータ軸２５とポンプ駆動軸５２との間にはワンウェイクラッチ（以下ＯＷＣと略称する）７０が介設されている。ＯＷＣ７０は、後に詳述するように、ロータ軸２５からポンプ駆動軸５２への一方向にのみトルクの伝達が可能であるように構成されている。

またホイール駆動装置１は、ケース３内に回転自在に設けられた出力軸８０を備える。出力軸８０はプラネタリギヤ３０（減速機）を介してロータ軸２５からの出力をホイール１２０に伝達する。

オイルポンプ駆動モータ５１、オイルポンプ５０、トラクションモータ２０、プラネタリギヤ３０及び出力軸８０は、車幅方向内側（図１の右側）からこの順で配設されている。またオイルポンプ駆動モータ５１のロータ５３、オイルポンプ５０のポンプ駆動軸５２、トラクションモータ２０のロータ軸２５、プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１及び出力軸８０は同軸上に配設されている。

トラクションモータ２０は、主にステータ２１とロータ２２とからなる。ステータ２１は、略円筒状のステータコアにコイルが巻回されたもので、ケース３に固設されている。ロータ２２は、そのステータ２１の内周側に設けられた略円筒状の部材である。ロータ軸２５は、ケース３に回転自在に支持されるとともに、ロータ２２の内周側に挿通されてこれに連結されている。ロータ軸２５の軸心部には軸方向に貫通するロータ軸油路２７が形成されている。ステータ２１のコイルに所定の電流を流すことにより、電磁力によってロータ２２が回転し、その駆動力がロータ軸２５から出力されるように構成されている。

またトラクションモータ２０は、逆駆動時（出力軸８０側からロータ軸２５が駆動されるとき）には発電機として作用する。すなわちエネルギー回生機能を有する。発電した電気は高圧用バッテリ９１や低圧用バッテリ９３（図４参照）に蓄電しておくことができる。

オイルポンプ５０は、ケース３に貯溜されたオイル１１をオイル溜り１０から吸い上げ、昇圧して潤滑・冷却用の油路に吐出する（詳細は後述する）。オイルポンプ５０を駆動するポンプ駆動軸５２は、上述のようにロータ軸２５と同軸に、その車幅方向内側に配設されている。ポンプ駆動軸５２の、ロータ軸２５に対向する位置にロータ軸２５の端部を内包する凹部５２ａが形成されている。そしてロータ軸２５の端部外周面と凹部５２ａの内周面との間にＯＷＣ７０が介設されている。

図３は、図１のIII−III線断面図のうち、特にＯＷＣ７０の近傍を示す図であって、（ａ）はＯＷＣ７０のロック状態、（ｂ）はＯＷＣ７０のオーバーラン状態をそれぞれ示す。

図３において、矢印Ａ１は車両前進時のロータ軸２５の回転方向を示す。当実施形態のＯＷＣ７０は一般にローラタイプと呼ばれるものであり、主に外輪７１、ローラ７２、スプリング７３及び保持器７４からなる。外輪７１は略環状の部材であって、外周面はポンプ駆動軸５２の凹部５２ａの内周側に嵌入されている（スプライン嵌合等としても良い）。従って外輪７１はポンプ駆動軸５２と一体回転する。外輪７１の内周面には所定のカム面が形成されている。ロータ軸２５の外周面と外輪７１の内周面（カム面）との間には環状の隙間が設けられ、そこにローラ７２とスプリング７３とのセットが複数配設されている（当実施形態では６セット）。またこれらが保持器７４に保持されている。各スプリング７３は、各ローラ７２を周方向一方側（矢印Ａ１と同方向）に付勢する。

このような構造により、図３（ａ）に示すように、ポンプ駆動軸５２がロータ軸２５に対して矢印Ａ１方向と反対側に相対回転しようとするとき（矢印Ａ２で示す）、つまりロータ軸２５より低速で回転しようとしたり、停止しようとしたり、逆方向に回転しようとしたりするときにはロック状態（単にロックともいう）になる。ロック時には、ローラ７２がスプリング７３の付勢方向に移動し、ロータ軸２５の外周面と外輪７１の内周面（カム面）との間に噛み込んでその相対回転を阻止する（×印で示す）。従ってそのようなポンプ駆動軸５２の回転が禁止され、ポンプ駆動軸５２はロータ軸２５と一体回転する（矢印Ａ１で示す）。そのときロータ軸２５からポンプ駆動軸５２にトルクの伝達が可能となる。

一方、ポンプ駆動軸５２がロータ軸２５に対して矢印Ａ１と同じ方向に相対回転しようとするとき（矢印Ａ３で示す）、つまりロータ軸２５より高速で回転しようとするときには、オーバーラン状態（単にオーバーランともいう）となる。オーバーラン時には、外輪７１のカム面とローラ７２との間に僅かな隙間が生じて上記ローラ７２の噛み込みが解除され、ローラ７２が滑らかに転動する。従ってそのようなポンプ駆動軸５２の回転が許容される（○印で示す）。そのときポンプ駆動軸５２からロータ軸２５にトルクの伝達はなされない。

結局、ＯＷＣ７０は、ロック状態となることにより、ポンプ駆動軸５２がロータ軸２５よりも低速で回転すること（停止や逆回転を含む）を禁止し、オーバーラン状態となることにより、ポンプ駆動軸５２がロータ軸２５よりも高速で独立回転することを許容する。またロック状態ではロータ軸２５からポンプ駆動軸５２へのトルク伝達が可能となり、オーバーラン状態ではポンプ駆動軸５２からロータ軸２５にトルクの伝達がなされない。

図１に戻って説明を続ける。オイルポンプ５０を挟んでトラクションモータ２０と反対側（車幅方向内側）に、オイルポンプ駆動モータ５１が設けられている。オイルポンプ駆動モータ５１はトラクションモータ２０と類似の構造を有する電動モータであり、そのロータ５３はポンプ駆動軸５２に固設されている。従ってポンプ駆動軸５２はオイルポンプ駆動モータ５１の出力軸に直結されている。オイルポンプ駆動モータ５１は、その作動時、車両前進時のロータ軸２５の回転方向と同方向（図３（ｂ）の矢印Ａ３方向）にポンプ駆動軸５２を駆動する。

出力軸８０は、ロータ軸２５と同軸上に、これを挟んでポンプ駆動軸５２の反対側（車幅方向外側）に設けられている。出力軸８０の一端側（車幅方向外側）はホイールハブ８５及びブレーキロータディスク８７を介してホイール１２０に連絡されており、他端（車幅方向内側）はプラネタリギヤ３０（減速機）を介してロータ軸２５と連絡されている。出力軸８０のロータ軸２５側の端部は拡径され、その端面にはロータ軸２５側に開口する凹部８０ａが形成されている。そしてその凹部８０ａにロータ軸２５の先端が入り込み、凹部８０ａの内周側にロータ軸油路２７の出口が位置するように配置されている。

出力軸８０の先端側（車幅方向外側）はケース３から突出してホイール１２０と連結されている。詳しくは、出力軸８０の先端側は、フランジ部を有する略円筒状のホイールハブ８５に挿嵌され、ナット８１で固定されている。ホイールハブ８５のフランジ部には略円板状のブレーキロータディスク８７と共にホイールディスク１２１がボルト・ナット１０３によって固定されている。ホイールディスク１２１の外周は、タイヤ１２２の内周面に嵌挿されている。ホイールディスク１２１とタイヤ１２２とが一体となってホイール１２０を構成している。以上の構成によって、出力軸８０、ホイールハブ８５、ブレーキロータディスク８７およびホイール１２０は一体回転する。

プラネタリギヤ３０は、ロータ軸２５の回転を減速して出力軸８０に伝達する減速機であって、トラクションモータ２０を挟んでオイルポンプ５０やオイルポンプ駆動モータ５１の反対側に設けられる。プラネタリギヤ３０の主な構成は、中心に設けられたサンギヤ３１と、このサンギヤ３１に噛合し、サンギヤ３１から放射状等距離の複数位置に配設されたピニオンギヤ３２と、サンギヤ３１と同軸のリング状部材の内周面で各ピニオンギヤ３２と噛合するリングギヤ３３と、各ピニオンギヤ３２を、互いの相対位置を維持させつつ支持するキャリヤ３４とからなる。

サンギヤ３１はロータ軸２５と連結されている。またキャリヤ３４は出力軸８０と連結されている。そしてリングギヤ３３はケース３に固定されている。

図４は、ホイール駆動装置１の動力伝達系のブロック図である。当該車両には、トラクションモータ２０を駆動する高圧用バッテリ９１と、オイルポンプ駆動モータ５１を駆動する低圧用バッテリ９３とが搭載されている。高圧用バッテリ９１とトラクションモータ２０とが第１インバータ・コンバータ９２を介して接続されている。また低圧用バッテリ９３とオイルポンプ駆動モータ５１とが第２インバータ・コンバータ９４を介して接続されている。また高圧用バッテリ９１と低圧用バッテリ９３とが接続されており、必要に応じて高圧用バッテリ９１から低圧用バッテリ９３への電力供給が可能となっている。

次にホイール駆動装置１の潤滑、冷却系について図１、図２を参照して説明する。オイルポンプ５０の吸入口５８には、ケース３内で下方に延びる油路５７が接続されており、油路５７の下端にはオイル溜り１０の底部付近に開口するオイルストレーナ５５が取付けられている。

図２に示すように、オイルポンプ５０の吐出口６１には、ケース３の外部に導出される油路６２（パイプ）の一端が接続され、油路６２の他端にはオイルクーラー６３の導入口６３ａが接続されている。オイルクーラー６３はオイル１１を熱交換によって冷却する装置であって、オイル１１の導入口６３ａから導出口６３ｂまでの間に細管が配設されている。オイル１１がその細管内を通る間に細管壁面においてオイル１１と外気との熱交換が行われる。オイルクーラー６３は、その熱交換が効果的に促進されるように、車両前進時の走行風Ｗが当たり易いケース３の前方に配設されている。

オイルクーラー６３の導出口６３ｂには、油路６４（パイプ）の一端が接続され、油路６４の他端はケース３に接続されている。そして油路はケース３内で分岐する。分岐した油路の一方は油路６５（パイプ）を経てケース３の上部の油路６６に接続される。図１に示すように油路６６は、ケース３の内部にあってステータ２１の上方で軸方向に延びている。そしてケース３に、一端が油路６６に開口し、他端がケース３の内部に開口する油穴６７，６８が形成されている。油穴６７は油路６６とステータ２１のステータコアの上方とを連通させ、油穴６８は油路６６とステータ２１のコイルの上方とを連通させる。オイルポンプ５０の吐出口６１からステータ２１に至る油路６２−オイルクーラー６３−油路６４−油路６５，６６−油穴６７，６８は、全体としてステータ冷却用油路６９を形成する。ステータ冷却用油路６９は、ステータ２１を優先的に冷却するオイル供給油路である。

一方、油路６４の下流で分岐した油路の他方はケース３の油路７８に接続される。図１に示すように、油路７８はロータ軸２５の軸心部に設けられたロータ軸油路２７に接続されている。ロータ軸油路２７の先端側（下流側）は、出力軸８０の凹部８０ａ付近に開口している。オイルポンプ５０の吐出口６１から出力軸８０の凹部８０ａ付近に至る油路６２−オイルクーラー６３−油路６４−油路７８−ロータ軸油路２７は、全体として出力軸冷却用油路７９を形成する。出力軸冷却用油路７９は、出力軸８０を優先的に冷却するオイル供給油路である。出力軸冷却用油路７９のうち、オイルポンプ５０の吐出口６１から油路６４までの経路はステータ冷却用油路６９と共有である。

以上ホイール駆動装置１の構造について説明したが、このようにホイール駆動装置１は、ロータ軸２５とホイール１２０との間にプラネタリギヤ３０（減速機）を備え、オイルポンプ５０及びオイルポンプ駆動モータ５１が、ロータ軸２５と同軸上に、ロータ２２を挟んでプラネタリギヤ３０の反対側に設けられている。

このような構造とすることにより、トラクションモータ２０とオイルポンプ５０とが互いに近接した位置に配置されている。従ってオイルポンプ５０からトラクションモータ２０への冷却油路（ステータ冷却用油路６９）の配設が容易化されており、その距離も短くなっている。

またポンプ駆動軸５２が、ロータ軸２５の端部に、ロータ軸２５と同軸上に設けられるとともに、ロータ軸２５に対向する位置にロータ軸２５の端部を内包する凹部５２ａを有し、ＯＷＣ７０が、ロータ軸２５の端部外周面と凹部５２ａの内周面との間に介設されている。

このような構造とすることにより、ＯＷＣ７０の内周側がロータ軸２５の端部の外周面に当面する。従ってロータ軸２５の端部が比較的小径となっている。ロータ軸２５のような駆動軸は、一般的に組み付け性を考慮して先細（中太）形状とされる。ロータ軸２５の先端部を小径化することにより、ロータ軸２５全体を小径化することができ、ロータ軸２５まわりの構造がコンパクトになっている。

またオイルポンプ駆動モータ５１が、オイルポンプ５０を挟んでロータ軸２５の反対側に配設され、オイルポンプ駆動モータ５１のロータ５３がポンプ駆動軸５２に固設されている。

このような構造とすることにより、オイルポンプ駆動モータ５１が組み付け易くなっている。また、機種によりオイルポンプ駆動モータ５１の有無を設けるような場合、これを付加的に設置することが容易になる。つまりオイルポンプ駆動モータ５１の組み付け性が向上している。

次に、ホイール駆動装置１の動作について説明する。まず前進駆動時には、図４に示す第１インバータ・コンバータ９２が、高圧用バッテリ９１からの電力を所定の電圧、電流に変換してトラクションモータ２０に供給する。

トラクションモータ２０のロータ軸２５は、前進時に、オイルポンプ駆動モータ５１側から見て右回り（図３の矢印Ａ１方向）に回転する。ロータ軸２５と連結されたプラネタリギヤ３０のサンギヤ３１も一体となって右回りに回転する。ピニオンギヤ３２はサンギヤ３１に噛合しているので軸周りに左回転するが、リングギヤ３３がケース３に固定されていることから、その軸位置が右回りに回転する。つまりキャリヤ３４が右回りに回転する。このときのキャリヤ３４の回転数はロータ軸２５の回転数よりも低回転となり、トルクが増幅されている（減速作用）。そしてキャリヤ３４と一体の出力軸８０およびホイール１２０も同じく右回りに回転し、車両が前進駆動される。

後退駆動時には、第１インバータ・コンバータ９２が、高圧用バッテリ９１からの電力を所定の電圧、電流（前進駆動時とは逆向きの電流）に変換してトラクションモータ２０に供給する。これによってロータ軸２５が車両前進時とは逆方向（オイルポンプ駆動モータ５１側から見て左回り）に回転する。その結果、ホイール１２０も左回りに回転し、車両が後退駆動される。

また前進走行時において、ブレーキ作動時や下り坂の走行時など、ホイール１２０側からロータ軸２５が駆動される逆駆動時には、トラクションモータ２０が発電機として作用する。発電された電気は第１インバータ・コンバータ９２で充電用の電圧・電流に変換され、高圧用バッテリ９１に蓄電される（エネルギー回生）。図４に、このときのエネルギーの流れを経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で示す。

次に、オイルポンプ５０及びオイルポンプ駆動モータ５１の動作と、それによるオイル１１の流れや各部の潤滑・冷却について説明する。前進駆動時、後退駆動時および必要に応じて車両停止時に、図４に示す第２インバータ・コンバータ９４が、低圧用バッテリ９３からの電力を所定の電圧、電流に変換してオイルポンプ駆動モータ５１に供給する。図４に、このときのエネルギーの流れを経路Ｂ２，Ｂ３（及び必要に応じてＢ１）で示す。オイルポンプ駆動モータ５１の駆動により、ポンプ駆動軸５２は車両前進時のロータ軸２５の回転方向と同方向（図３（ｂ）に矢印Ａ３で示す方向）に回転する。これによってオイルポンプ５０はオイル溜り１０からオイル１１を吸い上げ、昇圧してステータ冷却用油路６９や出力軸冷却用油路７９に吐出する。

ステータ冷却用油路６９に導かれたオイル１１は、ステータ２１を冷却した後、プラネタリギヤ３０や各軸受部等を潤滑・冷却しつつ落下し、最終的にオイル溜り１０に戻る。また出力軸冷却用油路７９に導かれたオイル１１は、ロータ軸油路２７を通ることによってトラクションモータ２０を内側から冷却する。またそのオイル１１はロータ軸油路２７の先端から噴出して出力軸８０の凹部８０ａに当たることによってこれを冷却する。出力軸８０は、ホイールハブ８５を介してブレーキロータディスク８７に連絡されているが、このブレーキロータディスク８７はブレーキ時に図外のブレーキパッドとの摩擦によって高温になる。出力軸８０を冷却することにより、ブレーキロータディスク８７から出力軸８０を経由してトラクションモータ２０にブレーキ時の熱が伝達されることを効果的に抑制することができる。ロータ軸油路２７の先端から噴出して出力軸８０を冷却したオイル１１は、プラネタリギヤ３０や各軸受部等を潤滑・冷却しつつ落下し、最終的にオイル溜り１０に戻る。

オイルポンプ駆動モータ５１によってオイルポンプ５０を駆動するとき、オイルポンプ回転数Ｎｐはトラクションモータ回転数Ｎｍ以上に設定される。このとき、ＯＷＣ７０がオーバーラン状態となり、ポンプ駆動軸５２からロータ軸２５へトルクが伝達されないので、オイルポンプ５０の動作（回転）はトラクションモータ２０の動作（回転）に影響を及ぼさない。従って要求吐出流量に応じてオイルポンプ回転数Ｎｐを高い自由度で設定することができる。

その作用・効果について、図５を参照して説明する。図５は、ホイール駆動装置１の熱収支に関する特性を示す図である。横軸にトラクションモータ回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）又はそれに比例する車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、縦軸に熱量Ｑ（発熱量または放熱量）を示す。符号Ｑ３ｍａｘは、トラクションモータ２０の発熱量Ｑ３のうち、最大負荷時の発熱量（最大値）を示す。トラクションモータ２０の最大負荷時出力は、比較的低速域ではトラクションモータ回転数Ｎｍに比例し、所定値以上の高速域では一定値（最高出力）となる。最大発熱量Ｑ３ｍａｘは、その最大負荷時出力特性に略沿った特性を示す。すなわち比較的低速域ではトラクションモータ回転数Ｎｍに略比例して比較的大きな増加率で増大し、最大負荷時出力が一定となる車速付近（特性の折れ曲がりポイント付近）から増加率が低下し、緩やかに増大する。

トラクションモータ２０、特にステータ２１の温度上昇を適正に抑制するには、その冷却系による最大放熱量が最大発熱量Ｑ３ｍａｘ以上であることが求められる。

一方、符号Ｑ１は、オイルクーラー６３以外による放熱量を示す。例えばケース３等を伝播して外気に発散される熱量がこれに該当する。放熱量Ｑ１は、高車速になるほどケース３に当たる走行風Ｗの相対速度が上昇する等の理由で、高車速であるほど増大する。但し全体的にその値は比較的低く、車速Ｖに対する増加率も小さい。

符号Ｑ２Ｌは、オイルクーラー６３からの放熱量Ｑ２のうち、ＯＷＣ７０をロック状態とした場合、つまりオイルポンプ回転数Ｎｐ＝トラクションモータ回転数Ｎｍとした場合の放熱量を示す。高車速であるほど走行風Ｗの相対速度が上昇してオイルクーラー６３の冷却能力が高くなることと、オイルポンプ５０の吐出流量（オイルクーラー６３に供給されるオイル流量）がトラクションモータ回転数Ｎｍ（＝オイルポンプ回転数Ｎｐ）に比例して増大することから、放熱量Ｑ２Ｌは高車速であるほど増大する。放熱量Ｑ２Ｌは放熱量Ｑ１に対し比較的多く、特に高車速域では全体の放熱量の大部分を占める。

ＯＷＣ７０がロック状態のとき、全体の放熱量は、放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２Ｌとなる。この場合、最大負荷時には最大発熱量Ｑ３ｍａｘ−（放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２Ｌ）、つまり図５において斜線で示す部分の放熱量が不足している。当実施形態では、そのような放熱量不足を、オイルポンプ回転数Ｎｐ＞トラクションモータ回転数Ｎｍとすることにより解消している。上述のようにオイルポンプ回転数Ｎｐを増大させるとオイルポンプ５０の吐出流量が増大し、冷却性が向上して放熱量Ｑ２を放熱量Ｑ２Ｌよりも増大させることができるからである。上記放熱量不足を解消するには、具体的には、オイルポンプ回転数Ｎｐを、（放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２）＝発熱量Ｑ３を満たす放熱量Ｑ２となるような吐出流量が得られる回転数（＞トラクションモータ回転数Ｎｍ）とすれば良い。

なお、部分負荷時におけるトラクションモータ２０の発熱量Ｑ３は最大発熱量Ｑ３ｍａｘよりも少ない。当実施形態では、部分負荷時においてもオイルポンプ回転数Ｎｐを適宜調節することにより、発熱量Ｑ３に応じた最適な放熱量Ｑ２となるようにすることができる。また必要以上に放熱量Ｑ２が増大しないように調節することができるので、オイルポンプ５０による無駄なエネルギー消費を抑制し、燃費を向上することができる。

また、例えば登坂路での停車時のように、トラクションモータ回転数Ｎｍ＝０ｒｐｍであってもトラクションモータ２０に負荷がかかっている場合（発熱量Ｑ３＞０）や、高負荷高車速走行直後の停車時のように、放熱量Ｑ２の急減によるトラクションモータ２０の温度上昇の虞がある場合等では、オイルクーラー６３を利用して冷却性を高めたいという要求がある。当実施形態では、車両停止状態（トラクションモータ回転数Ｎｍ＝０ｒｐｍ）であっても、オイルポンプ駆動モータ５１によってオイルポンプ５０を駆動させ、必要な放熱量Ｑ２を得ることによりその要求に応えることができる。

さらには、車両後退時であってロータ軸２５が前進時に対して逆回転しているような場合でも、オイルポンプ駆動モータ５１によってオイルポンプ５０を正規の回転方向（車両前進時のロータ軸２５の回転方向）に駆動させ、必要な放熱量Ｑ２を得ることができる。

また、低負荷領域であって発熱量Ｑ３が小さい場合等、要求放熱量が放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２Ｌよりも少ない場合には、オイルポンプ駆動モータ５１を停止させても良い。このようにするとＯＷＣ７０がロック状態となり、従来構造と同様に、オイルポンプ５０がロータ軸２５によって駆動される。

なお、従来構造のようにオイルポンプ５０をロータ軸２５で駆動する場合（当実施形態においてオイルポンプ駆動モータ５１を停止させた場合も同様）、トラクションモータ２０の出力の一部を消費してオイルポンプ５０を駆動することになる。従って、その分ホイール１２０に供給される出力が低下する（オイルポンプ駆動ロス）。当実施形態では、オイルポンプ５０をオイルポンプ駆動モータ５１で駆動することにより、そのオイルポンプ駆動ロスを抑制することができる。特に高負荷時は運転者が高出力を要求している場合なので、そのときにオイルポンプ駆動ロスを抑制し、その分ホイール１２０への供給出力を増大させることは効果的である。

以上説明したように当実施形態によれば、オイルポンプ駆動モータ５１によってオイルポンプ回転数Ｎｐを走行状態（要求吐出量或いは要求放熱量）に応じた適正回転数に設定し易くなる。つまりオイルポンプ回転数の設定自由度が高められる。このことは、オイルポンプ５０をロータ軸２５で直結駆動する従来構造に対し、冷却系（オイルポンプ５０やオイルクーラー６３）を小型・小容量化したり、オイルポンプ５０による無駄なエネルギー消費を抑制したりする上でも大きく貢献する。例えば、従来構造において最大発熱量Ｑ３ｍａｘ以上の放熱量を得るためには、図５において二点鎖線で示すような放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２’が必要である（放熱量Ｑ２’はオイルクーラー６３からの放熱量）。放熱量Ｑ２’は放熱量Ｑ２Ｌよりもかなり大きく、またトラクションモータ回転数Ｎｍに対する増加率（特性の傾き）も大きい。このような放熱量Ｑ２’を得るためには、大型・大容量の冷却系（オイルポンプ５０やオイルクーラー６３）が必要である。

また仮にそのような冷却系を採った場合、高車速領域では放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２’が最大発熱量Ｑ３ｍａｘを大幅にオーバーしてしまう。これは、徒にオイルポンプ吐出流量が多く、オイルポンプ５０を駆動するためのエネルギー消費に大きな無駄が生じていることを意味する。

当実施形態によれば、放熱量Ｑ２Ｌを放熱量Ｑ２’よりも大幅に削減することにより、冷却系を小型・小容量化し、オイルポンプ５０による無駄なエネルギー消費を抑制することが容易となる。

また当実施形態によれば、オイルポンプ５０が単にオイルポンプ駆動モータ５１のみによって駆動されるような構成に比べ、エネルギー回生時のオイルポンプ駆動効率を高めることができ、燃費向上を図ることができる。この点について図４を参照して説明する。

上述のように、オイルポンプ５０をオイルポンプ駆動モータ５１で駆動する場合、その駆動エネルギーは経路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を経由して伝播される。一方、エネルギー回生によって高圧用バッテリ９１に蓄電を行う場合、その回生エネルギーは経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を経由して伝播される。従ってオイルポンプ５０が単にオイルポンプ駆動モータ５１のみによって駆動されるような構成の場合、エネルギー回生時にオイルポンプ５０を駆動させるためには、これらのエネルギーの伝播（変換）をそれぞれ独立して行う必要がある。

それに対し当実施形態では、エネルギー回生時にオイルポンプ５０を駆動させるときにはオイルポンプ駆動モータ５１を停止させ、ＯＷＣ７０をロック状態にしてロータ軸２５によってオイルポンプ５０を駆動させることができる。このときのオイルポンプ５０の駆動エネルギーは、経路Ｃ１，Ｄ１，Ｂ４を経由して伝播される。この経路は、ホイール１２０からの逆駆動という機械的エネルギーを、電気的エネルギーに変換することなく、ポンプ駆動軸５２を駆動するための機械的エネルギーとして利用するものであり、一旦電気的エネルギーに変換した後に再度機械的エネルギーとして取り出す上記経路（経路Ｃ２，Ｃ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）よりもエネルギーロスが小さい。換言すれば、経路Ｃ２，Ｃ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３をバイパスするものである。そのためオイルポンプ駆動効率を高めることができ、燃費向上を図ることができる。

なお、ホイール１２０からの逆駆動トルクがオイルポンプ５０の駆動トルクよりも大きい場合にはその余剰エネルギーを経路Ｃ２，Ｃ３を経由して高圧用バッテリ９１に蓄電すれば良い。逆にホイール１２０からの逆駆動トルクがオイルポンプ５０の駆動トルクよりも小さい場合にはその不足分のエネルギーを経路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を経由してオイルポンプ駆動モータ５１に供給すれば良い。

以上、ホイール駆動装置１が正常に作動しているときの動作について説明したが、フェイル（故障）の一形態として、本来オイルポンプ駆動モータ５１によってオイルポンプ５０を駆動すべきところ、例えば断線や供給電力の低下等、何らかの原因によってオイルポンプ駆動モータ５１の出力が低下するというフェイルを想定し得る。従来構造に比べてそのようなリスクが増大していると考えられるので、それに対処しておくことは重要である。このようなフェイルが発生したとき、仮にオイルポンプ５０が単にオイルポンプ駆動モータ５１のみによって駆動されるような構造では、最悪の場合オイルポンプ５０が停止してしまい、大幅な冷却性（放熱量）の低下を招く虞がある。しかし当実施形態によれば、オイルポンプ駆動モータ５１の停止という最悪の事態が発生しても、ＯＷＣ７０がロック状態となることにより、トラクションモータ回転数Ｎｍでのオイルポンプ５０の作動が確保される。すなわちこのようなフェイル時においても、放熱量Ｑ１＋放熱量Ｑ２Ｌ以上の放熱量を確保することができるので、大幅な冷却性低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。

例えば上記実施形態では、ＯＷＣ７０をローラタイプとしたが、これを他のタイプのワンウェイクラッチとしても良い。例えば略瓢箪形のスプラグを用いるスプラグタイプと呼ばれるワンウェイクラッチを用いても良い。

また上記実施形態では、ステータ冷却用油路６９と出力軸冷却用油路７９とが、油路６４の下流で分岐するように構成しているが、この分岐点に切替弁等を設け、適宜流量配分を行うようにしても良い。

また上記実施形態では別体型のオイルクーラー６３を設けたが、必ずしもそれに限定するものではない。例えばケース３のオイル溜り１０とケース壁面との間で走行風Ｗによって冷却されるような簡易的オイルクーラーであっても良い。

本発明の一実施形態に係るホイール駆動装置の縦断面図である。 図１の右側面図である。 図１のIII−III線断面図のうち、特にワンウェイクラッチの近傍を示す図であって、（ａ）はワンウェイクラッチのロック状態、（ｂ）はワンウェイクラッチのオーバーラン状態をそれぞれ示す。 上記ホイール駆動装置の動力伝達系のブロック図である。 上記ホイール駆動装置の熱収支に関する特性を示す図である。

符号の説明

１ ホイール駆動装置
３ ケース
１１ オイル
２０ トラクションモータ
２１ （トラクションモータの）ステータ
２２ （トラクションモータの）ロータ
２５ ロータ軸
３０ プラネタリギヤ（減速機）
５０ オイルポンプ
５１ オイルポンプ駆動モータ
５２ ポンプ駆動軸
５２ａ （ポンプ駆動軸の）凹部
６３ オイルクーラー
７０ ワンウェイクラッチ
１２０ ホイール
１３０ 懸架装置

Claims (4)

1. 懸架装置を介して車両に取付けられたケースと、
   上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、
   上記ロータが固設されたロータ軸と、
   上記ケース内に注入されたオイルと、
   上記オイルを冷却するオイルクーラーと、
   上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備え、
   上記ロータ軸からの出力トルクによりホイールを駆動するホイール駆動装置において、
   上記オイルポンプを駆動するポンプ駆動軸と、
   上記ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータと、
   上記ロータ軸と上記ポンプ駆動軸との間に介設され、上記ロータ軸から上記ポンプ駆動軸への一方向にトルクを伝達可能なワンウェイクラッチとを備えることを特徴とするホイール駆動装置。
2. 上記ロータ軸と上記ホイールとの間に減速機を備え、
   上記オイルポンプ及び上記オイルポンプ駆動モータは、上記ロータ軸と同軸上に、上記ロータを挟んで上記減速機の反対側に設けられていることを特徴とする請求項１記載のホイール駆動装置。
3. 上記ポンプ駆動軸は、上記ロータ軸の端部に、該ロータ軸と同軸上に設けられるとともに、該ロータ軸に対向する位置に該ロータ軸の端部を内包する凹部を有し、
   上記ワンウェイクラッチは、上記ロータ軸の端部外周面と上記凹部の内周面との間に介設されていることを特徴とする請求項２記載のホイール駆動装置。
4. 上記オイルポンプ駆動モータは、上記オイルポンプを挟んで上記ロータ軸の反対側に配設され、該オイルポンプ駆動モータのロータが上記ポンプ駆動軸に固設されていることを特徴とする請求項２または３記載のホイール駆動装置。

Images