JP2017118774A - 車両駆動用電動機の油冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油を軸受に確実に供給し、電動機の耐久性を向上させ、高い品質を長く保持し、信頼性の向上が図れる車両駆動用電動機の油冷却システムを提供する。【解決手段】車両駆動用電動機の油冷却システムは、潤滑油を貯留するオイル溜り４２を内部に有する車両駆動用電動機１６を備えている。車両駆動用電動機１６は、軸受６０，６２に支持された回転軸２６と、回転軸２６により駆動される歯車列２０とを備えている。歯車列２０は、軸受６０，６２に近接し、かつオイル溜り４２に貯留された潤滑油に歯車列２０の歯車の一部が浸り、歯車列２０の作動により歯車列２０の歯車が潤滑油を軸受６０，６２に搬送する歯車配列を有している。【選択図】図５

Description

本発明は、車両駆動用電動機の油冷却システムに関する。

電動車両に搭載されている車両駆動用電動機は、作動に伴い熱を発生させ、高温になることから、冷却システムを用いて冷却している。電動機を冷却させる冷却システムには、オイルクーラーで冷却した潤滑油を電動オイルポンプで車両駆動用電動機の内部に供給して冷却する油冷却システムが知られている。潤滑油で車両駆動用電動機を冷却する油冷却システムは、冷却するとともに潤滑油で車両駆動用電動機の軸受を潤滑させることができるという利点を有している。

又、車両駆動用電動機を確実に冷却するため、車両駆動用電動機の内部にチェーン機構やギヤ機構を備えて油を搬送する例が知られている。

特開２０１４−３０２９７号公報 特開２００５−１１７７９０号公報

潤滑油は、低温になると粘性が高くなる。そのため、潤滑油の粘性に対して電動ポンプ駆動用電動機のトルクが十分でないと、潤滑油の吐出量が不足し、軸受の油切れを引き起こすことも考えられる。又、車両駆動用電動機が傾斜することにより車両駆動用電動機内部での潤滑油の流れに偏りが生じ、一部の軸受に潤滑油が届かなくなるおそれがある。

一方、車両駆動用電動機の内部温度が高くなったときは、多量の潤滑油で電動機を冷却するため、吐出量の多い電動オイルポンプが必要とされる。

そのため、従来は、低温時と高温時の双方の要求を満たすため大出力タイプの電動オイルポンプを用い、コストが上昇したり、電動オイルポンプが大型化して、車両への搭載が困難になることが生じていた。

本発明は、潤滑油を確実に軸受に供給し、電動機の耐久性を向上させ、高い品質を長く保持し、信頼性の向上が図れる車両駆動用電動機の油冷却システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、車両駆動用電動機の油冷却システムを次のように構成した。車両駆動用電動機の油冷却システムは、潤滑油を貯留するオイル溜りを内部に有する車両駆動用の電動機を備えている。

電動機は、軸受に支持された回転軸と、回転軸により駆動される歯車列と、を備えている。歯車列は、軸受に近接し、かつオイル溜りに貯留された潤滑油に歯車列の歯車の一部が浸り、歯車列の作動により歯車列の歯車が潤滑油を軸受に搬送する歯車配列を有している。

本発明によれば、車両駆動用電動機の軸受に潤滑油を確実に供給し、電動機の耐久性を向上させ、高い品質を長く保持し、信頼性の向上が図れる車両駆動用電動機の油冷却システムを提供できる。

本発明にかかる一実施形態の車両駆動用電動機の油冷却システムが設けられた車両を示す斜視図。 同車両駆動用電動機を示す斜視図。 同車両駆動用電動機を示す部分断面図。 同車両駆動用電動機を示す断面図。 同車両駆動用電動機の油冷却システムを示す構成図。 他の実施形態の車両駆動用電動機を示す断面図。

本発明にかかる一実施形態の車両駆動用電動機の油冷却システムについて説明する。図１に、車両駆動用電動機の油冷却システムが設けられた車両１０を示す。車両１０は、前輪１２と、後輪１４と、電動機１６と、潤滑油により電動機１６を冷却させる冷却装置１８とを備えている。電動機の油冷却システムとは、基本的に、電動機１６に冷却装置１８を組み合わせたものを指す。

電動機１６は、車両１０の走行用の駆動源としての電動機であり、図２に示すように、ほぼ中心に回転軸２６を備えている。以下、電動機の油冷却システムについて、電動機１６の回転軸２６が設けられている側を電動機１６の前方とし、その逆を後方とし、電動機の油冷却システムが車両１０に取り付けられている状態での車両１０の上下方向を、電動機１６及び冷却装置１８の上下方向として説明する。

電動機１６は、図３、図４に示すように、ケーシング３０と、固定子３２と、回転子３４と、歯車列２０を備えている。ケーシング３０は、ほぼ筒体状の外周壁３６と、外周壁３６の前方に設けられた前壁３８と、外周壁３６の後方に設けられた後壁４０と、オイル溜り４２とを備えている。図３は、図４のＦ３−Ｆ３線を通る面で破断した部分断面図である。図４は、図３のＦ４−Ｆ４線を通る面で破断した断面図である。

後壁４０は、外周壁３６の後方に、外周壁３６と一体に形成されている。後壁４０は、ほぼ平板状で、回転軸２６を支持する第２軸受６２が組み付けられている。外周壁３６の上部には、流入口４４が設けられている。ケーシング３０の構成は、これに限るものではない。

流入口４４は円筒状で、外周壁３６の上部を貫通し、ケーシング３０の上部に設けられた開口部５２に連通している。流入口４４には、後述する冷却装置１８が接続される。外周壁３６の下部には、オイル溜り４２が設けられている。

オイル溜り４２は、底部に底板５４を備えた、ほぼ直方体の形状を有している。オイル溜り４２の内部には、温度センサ５８が設けられている。温度センサ５８は、信号線で制御装置１００に接続され、オイル溜り４２内に貯留されている潤滑油の温度を計測して、その値を制御装置１００に送信する。底板５４には、流出口５６が設けられている。流出口５６には、後述する冷却装置１８が接続される。

前壁３８は、外周壁３６の前方に、ねじ等により取り付けられている。前壁３８には、回転軸２６を支持する第１軸受６０が組み付けられている。外周壁３６と前壁３８と後壁４０により、ケーシング３０の内部に、基本的に密閉された空間が形成される。密閉されたケーシング３０の内部に固定子３２が設けられている。

固定子３２は、円筒状で、外周壁３６の内面から所定の間隙をあけてケーシング３０に固定されている。固定子３２の内側に回転子３４が設けられている。

回転子３４は、中心に回転軸２６を有し、固定子３２に対して同心状に設けられている。回転軸２６は、第１軸受６０と第２軸受６２に支持されている。回転軸２６の前端は、第１軸受６０を貫通して電動機１６の前方に突出している。回転軸２６は、車両１０の少なくとも前輪１２に差動歯車等を介して連結されている。尚、電動機１６は、車両１０の前輪１２でなく、後輪１４、あるいは前輪１２と後輪１４の双方に連結されていてもよい。

第１軸受６０は、前壁３８に組み付けられている。第１軸受６０は、前壁３８の内面と同一平面となるように組み付けられている。第１軸受６０の、ケーシング３０の内面側は、カバー等がなく、外輪と内輪の間の転動体が露出している。

第２軸受６２は、後壁４０に組み付けられている。第２軸受６２は、後壁４０の内面と同一平面になるよう組み付けられている。第２軸受６２の、ケーシング３０の内面側は、カバー等がなく、外輪と内輪の間の転動体が露出している。第１軸受６０と第２軸受６２の近傍には、歯車列２０が設けられている。

歯車列２０は、第１軸受６０と第２軸受６２の双方にそれぞれ設けられている。第１軸受６０と第２軸受６２のいずれの歯車列２０も基本的に同様な構成であるので、第１軸受６０に近接して設けられている歯車列２０について説明し、第２軸受６２に近接して設けられた歯車列２０は、同一の部材に同一の符号を付して説明を省略する。

歯車列２０は、第１歯車２２と第２歯車２４と第３歯車２８とを備えて形成されている。第１歯車２２は、回転軸２６に一体に設けられている。第１歯車２２は、第１軸受６０に近接して設けられている。第１歯車２２が第１軸受６０に近接して設けられているとは、第１歯車２２に付着している潤滑油が、第１歯車２２から第１軸受６０に移動可能な状態であることをいう。

又、第１歯車２２は、第１軸受６０の内輪と外輪の間に第１歯車２２のギヤ歯が位置するように形成されている。第２歯車２４は、第１歯車２２に噛み合うように、支持軸２５に回転自在に支持されている。

第３歯車２８は、第２歯車２４に噛み合うように、支持軸２９に回転自在に支持されている。又、第３歯車２８は、第３歯車２８の下端部が、オイル溜り４２内に貯留されている潤滑油に浸っている。

次に、電動機１６の冷却装置１８について説明する。図５に、冷却装置１８の構成を示す。冷却装置１８は、図５に示すように、冷却装置１８は、第１送油管７０と、電動オイルポンプ７２と、オイルクーラー７６と、第２送油管８２と、制御装置１００とを備えている。冷却装置１８は、電動機１６の流出口５６と流入口４４の間に、電動機１６の流出口５６を上流側とし、流入口４４を下流側として設けられている。

流出口５６には、第１送油管７０の一端が接続されている。第１送油管７０の他端には電動オイルポンプ７２の流入口が接続されている。電動オイルポンプ７２は、電動機とポンプ部とを備えたオイルポンプである。電動機は、電源がオンされると回転軸が所定の回転数で回転し、ポンプ部が、電動機の回転軸により駆動される。電動オイルポンプ７２は、低い粘性の潤滑油を多く送出することが可能な電動オイルポンプである。

電動オイルポンプ７２の流出口は、オイルクーラー７６の流入口に接続されている。オイルクーラー７６は、複数の管体とフィンとを備える潤滑油の熱交換器である。オイルクーラー７６の流出口は、第２送油管８２を介して電動機１６の流入口４４に連結されている。電動オイルポンプ７２のアクチュエータには、制御装置１００からの信号線が接続されている。

次に、車両駆動用電動機の油冷却システムの作用、及び効果について説明する。車両１０のメインスイッチがオンされると、制御装置１００は、温度センサ５８からオイル溜り４２内に貯留されている潤滑油の温度を読み出し、読み出した潤滑油の温度を閾値と比較する。潤滑油の温度が閾値以下であると、制御装置１００は、電動機１６が低温状態にあると判断する。

車両１０のアクセルペダルが運転者により踏まれると、電動機１６が作動し、車両１０が走行を開始する。制御装置１００は、電動機１６が低温状態にあるという判断結果に基づいて、電動オイルポンプ７２に作動信号は送出しない。

電動機１６が作動して回転子３４が回転すると、回転軸２６の回転に伴って歯車列２０の第１歯車２２が回転する。第１歯車２２の回転は、第２歯車２４を回転させ、更に、第２歯車２４の回転により第３歯車２８が回転する。

第３歯車２８は、オイル溜り４２内に貯留されている潤滑油に下部が浸っているので、回転に伴って潤滑油を掻き上げる。第３歯車２８の回転により掻き上げられた潤滑油は、第２歯車２４に付着する。更に、第２歯車２４に付着した潤滑油は、第２歯車２４の回転により、第１歯車２２に付着する。

第１歯車２２に付着した潤滑油は、第１歯車２２の歯面から流れ落ち、第１軸受６０に移動する。第１歯車２２は、ギヤ歯が第１軸受６０の転動体の位置にあることから、第１歯車２２から第１軸受６０に移動した潤滑油は、第１軸受６０の内部に流入し、第１軸受６０を潤滑する。

歯車列２０は、第１歯車２２を介して回転軸２６の回転により回転するので、強い回転力を有している。そのため、仮に低温で潤滑油の粘性が高い場合でも、オイル溜り４２から潤滑油を確実に掻き上げ、第１軸受６０を潤滑させることができる。この点は、第２軸受６２においても同様である。

そして、潤滑油の温度が閾値を越えると、制御装置１００は、電動機１６が高温状態になったと判断する。電動機１６が高温状態になったと判断すると、制御装置１００は、電動オイルポンプ７２に作動信号を送信し、電動オイルポンプ７２を作動させる。

電動オイルポンプ７２が作動すると、電動オイルポンプ７２は、電動機１６のオイル溜り４２から第１送油管７０を通して潤滑油を吸引し、流出口から送り出す。電動オイルポンプ７２から送り出された潤滑油は、オイルクーラー７６に流入し、オイルクーラー７６での熱交換により冷却され、第２送油管８２を通って流入口４４から電動機１６内部に送り込まれる。

電動機１６に送り込まれた潤滑油は、開口部５２から固定子３２の上に流下し、固定子３２を冷却する。更に固定子３２を冷却した潤滑油は、固定子３２の前後端部から回転子３４に流下し、回転子３４を冷却するとともに回転軸２６に至り、第１軸受６０等を潤滑する。又、潤滑油は、温度が高く粘性が低いことと、回転子３４の回転数が高いことから、周囲に飛散しやすくなっており、周囲に飛散した潤滑油が第１軸受６０等を潤滑する。

電動機１６を冷却した潤滑油は、ケーシング３０の下部に流下し、オイル溜り４２に収納、貯留される。オイル溜り４２に貯留された潤滑油は、流出口５６を通して電動オイルポンプ７２により再度吸引され、オイルクーラー７６で冷却されて電動機１６を再度冷却する。

電動オイルポンプ７２は、潤滑油の時間当たりの送出量が多く、多量の潤滑油で電動機１６を冷却することができる。潤滑油は、温度が高いことから粘性が低く、トルクの低い電動オイルポンプ７２で十分に潤滑油を圧送できる。又、電動オイルポンプ７２は、トルクが小さいことから、少ない電力で作動される。又、高温時は、潤滑油の粘性が低いので、歯車列２０が作動しても、大きな回転抵抗とはならない。

このように、車両駆動用電動機の油冷却システムは、電動機１６の温度が低いときは、第１軸受６０及び第２軸受６２の歯車列２０が粘性の高い潤滑油を搬送し、第１軸受６０及び第２軸受６２を潤滑して、軸受の焼き付きを防止する。歯車列２０は、第１軸受６０等を潤滑させるには十分な量の潤滑油を供給することができる。又、低温時には、電動オイルポンプ７２を作動させる必要がなく、消費電力を低減できる。

一方電動機１６の温度が高いときは、電動オイルポンプ７２が作動し、多量の潤滑油により電動機１６を確実に冷却できる。高温時は、潤滑油も温度が高く粘性が低下し、流動性が良好になっているので、小さいトルクの電動オイルポンプ７２で潤滑油を十分に圧送できる。そして、電動オイルポンプ７２は、トルクが小さいので、小型化でき、かつ、トルクが小さいことから作動時の消費電力を低減できる。

以上説明したように、車両駆動用電動機の油冷却システムによれば、電動機１６の温度が低いときは、歯車列２０が第１軸受６０等に潤滑油を供給して、軸受の焼き付きを防止し、温度が高いときには、電動オイルポンプ７２が多量の潤滑油を電動機１６に供給して十分な冷却を行うことができ、オイルポンプの小型化、消費電力の削減を図り、更に電動機の耐久性を向上させ、高い品質を長く保持し、信頼性を向上させることができる。

次に、第２実施形態の車両駆動用電動機の油冷却システムについて説明する。この車両駆動用電動機の油冷却システムに用いられる電動機１７を図６に示す。電動機１７は、図６に示すように、歯車列４６と、オイルポンプ４７を備えている。電動機１７のその他の構成は、第１実施形態の電動機１６の構成と同様であるので、同一の符号を付して説明は省略する。

歯車列４６は、第１実施形態の電動機１６と同様、第１歯車４８と第２歯車５０と第３歯車６４とを備えている。第１歯車４８は、回転軸２６に一体に設けられている。第１歯車４８は、第１軸受６０にのみ近接して設けられている。

第１歯車４８は、第１歯車４８のギヤ歯が第１通路６６の位置に対応するように形成されている。第２歯車５０は、第１歯車４８に噛み合うように、支持軸２５に回転自在に支持されている。

第３歯車６４は、第２歯車５０に噛み合うように、支持軸２９に回転自在に支持されている。又、第３歯車６４は、第３歯車６４の下端部が、オイル溜り４２内に貯留されている潤滑油に浸っている。第１通路６６は、オイルポンプ４７の流入口に連通している。

オイルポンプ４７は、トロコイド式やギヤ式の機械式のオイルポンプで、回転軸２６に連結されている。オイルポンプ４７は、回転軸２６に駆動されると、第１通路６６から潤滑油を吸引し、吐出口５３と第２通路４９に吐出する。吐出口５３は、第１軸受６０の転動体の位置に開口している。第２通路４９は、回転軸２６の内部を通り、第２軸受６２の後方で回転軸２６の側面に開口している。第２軸受６２の後方は、後壁４０が後方に突出し、閉鎖された空間が形成されている。第２通路４９は、その空間内に開口している。

第２実施形態の車両駆動用電動機の油冷却システムでは、電動機１７が作動すると、回転軸２６の回転に伴って歯車列４６が作動する。歯車列４６が作動すると、第３歯車６４が掻き上げた潤滑油が第２歯車５０を介して第１歯車４８に運ばれる。第１歯車４８に運ばれた潤滑油は、第１通路６６を通り、オイルポンプ４７に吸引される。

オイルポンプ４７に吸引された潤滑油は、吐出口５３から第１軸受６０に流入する。又、オイルポンプ４７に吸引された潤滑油は、第２通路４９を通り、第２軸受６２の後方に運ばれ、回転軸２６の側面から流出する。

歯車列４６は、電動機１６の歯車列２０と同様回転軸２６の回転によって駆動されるので、粘性の高い潤滑油であっても、それを掻き上げ、オイルポンプ４７に搬送できる。オイルポンプ４７に搬送された潤滑油は、吐出口５３から第１軸受６０に搬送されて第１軸受６０を潤滑させる。又、第２通路４９を通って第２軸受６２の後方に搬送された潤滑油は、回転軸２６の側面から流出する。回転軸２６の側面から流出した潤滑油は、後壁４０と第２軸受６２との間に形成された空間内に放出され、第２軸受６２を潤滑する。

そして、電動機１７の温度が上昇して、温度センサ５８の計測値が閾値を超えると、第１実施形態の電動機１６と同様、電動オイルポンプ７２が作動して、電動機１７は潤滑油により冷却される。

以上説明したように、第２実施形態の車両駆動用電動機の油冷却システムによれば、電動機１７の温度が低いときは、歯車列４６とオイルポンプ４７が第１軸受６０及び第２軸受６２に潤滑油を供給して、潤滑を行い、軸受の焼き付きを防止する。そして温度が高いときには、電動オイルポンプ７２が多量の潤滑油を電動機１７に供給して十分に冷却を行う。

したがって、オイルポンプの小型化、消費電力の削減を図ることができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限るものではなく、適宜変更して用いることができる。歯車列２０等の歯車の数は、３つに限るものではない。第１歯車２２等は、第１軸受６０等に直接近接させるのではなく、第１歯車２２等の第１軸受６０側の側面を突出させて、突出した端面を第１軸受６０に近接させてもよい。その場合、突出させた部分の外周面を、円錐台状に形成すると、第１歯車２２等のギヤ歯から潤滑油が第１軸受６０等に移動し易くなるので好ましい。

又、歯車列２０等側面で、第１軸受６０等と対向した側にガイド板を設けてもよい。すると、歯車列２０の各歯車から流下する潤滑油を第１軸受６０側に導くことができる。

本発明は、車両駆動用電動機の油冷却システムに利用できる。

１０…車両、１２…前輪、１４…後輪、１６…電動機、１８…冷却装置、２０…歯車列、２２…第１歯車、２４…第２歯車、２６…回転軸、２８…第３歯車、３０…ケーシング、３２…固定子、３４…回転子、３６…外周壁、３８…前壁、４０…後壁、４２…オイル溜り、４４…流入口、４６…歯車列、４７…オイルポンプ、４８…第１歯車、４９…第２通路、５０…第２歯車、５２…開口部、５３…吐出口、５４…底板、５６…流出口、５８…温度センサ、６０…第１軸受、６２…第２軸受、６４…第３歯車、６６…第２通路、７０…第１送油管、７２…電動オイルポンプ、７６…オイルクーラー、８２…第２送油管、１００…制御装置。

Claims (4)

1. 潤滑油を貯留するオイル溜りを内部に有する車両駆動用電動機を備え、
   前記車両駆動用電動機は、軸受に支持された回転軸と、
   前記回転軸により駆動される歯車列と、を備え、
   前記歯車列は、前記軸受に近接し、かつ前記オイル溜りに貯留された前記潤滑油に前記歯車列の歯車の一部が浸り、前記歯車列の作動により前記歯車列の歯車が前記潤滑油を前記軸受に搬送する歯車配列を有する車両駆動用電動機の油冷却システム。
2. 潤滑油を貯留するオイル溜りを内部に有する車両駆動用電動機を備え、
   前記車両駆動用電動機は、軸受に支持された回転軸と、
   前記回転軸により駆動される歯車列と、
   前記回転軸により駆動されるオイルポンプと、を備え、
   前記歯車列は、前記オイル溜りに貯留された前記潤滑油に前記歯車列の歯車の一部が浸り、前記歯車列の作動により前記歯車列の歯車が前記潤滑油を前記オイルポンプに搬送する歯車配列を有し、
   前記オイルポンプは、前記歯車列で搬送される潤滑油を前記軸受に吐出する車両駆動用電動機の油冷却システム。
3. 前記オイルポンプは、前記回転軸を支持する対向して設けられた前記軸受の一方の軸受に近接して設けられ、
   前記回転軸は、前記オイルポンプから、前記対向して設けられた他方の軸受に延びる前記潤滑油を通す通路を内部に備えている請求項２に記載の車両駆動用電動機の油冷却システム。
4. 前記歯車列の歯車で、前記回転軸に取り付けられた第１歯車は、前記第１歯車に近接した前記軸受の内輪と外輪の中間の位置に先端が位置している請求項１〜３のいずれかに記載の車両駆動用電動機の油冷却システム。

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