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