JP4784448B2 - 動力伝達装置および車両 - Google Patents

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Description

本発明は、動力伝達装置および車両に関し、特に、ケーシング内にオイルを循環させる動力伝達装置および該装置を備えた車両に関する。
ケーシング内にオイルを循環させる動力伝達装置が従来から知られている。
たとえば、特開2005−201316号公報(特許文献1)においては、ケース下部に潤滑油を貯留する貯留室を設け、この貯留室の潤滑油に浸漬している歯車により掻き上げられた潤滑油を貯留するリザーバタンクを設けた車軸駆動装置が開示されている。
また、特開平4−321863号公報(特許文献2)においては、サイドギヤに係合するアクスルシャフトの外周に螺旋状の溝を設けてねじポンプを構成し、ディファレンシャルケースの回転により掻き上げられるオイルを該ねじポンプを介してフリクションプレートの強制的潤滑用に供するようにした差動制限装置の潤滑機構が開示されている。
また、実開昭63−28926号公報(特許文献3)においては、第1回転体と第2回転体との間に形成された粘性流体を備える作動室と該作動室を密封するシール部材との間の相対回転部に螺旋溝を形成し、両回転体の相対回転時に粘性流体を螺旋溝により作動室側に戻すようにした動力伝達装置が開示されている。
実開昭63−70250号公報(特許文献4)においては、回転子の表面にスパイラル状の油溝を形成した電動機が開示されている。
特開2005−201316号公報 特開平4−321863号公報 実開昭63−28926号公報 実開昭63−70250号公報
特許文献1に記載の駆動装置では、歯車の回転数が大きくなり、リザーバタンクへオイルが掻き上げられやすくなった場合、ケース内に循環するオイル量が不足して、ケース内にオイル不足の部位が発生する場合がある。
特許文献2〜4においても、上記のような課題を十分に解決する構成は開示されていない。なお、特許文献2においては、ディファレンシャルケースにより掻き上げられたオイルを受け入れた後、該オイルをケーシング内に供給するオイル貯留部は開示されておらず、特許文献2に記載の発明と本願発明とは、前提および構成が全く異なる。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ケーシング内のオイルの循環を促進してオイル不足の部位が発生することを抑制することが可能な動力伝達装置および該装置を備えた車両を提供することにある。
本発明に係る動力伝達装置は、動力伝達部材を収納するケーシングと、ケーシングの底部に貯留され、動力伝達部材の回転により掻き上げられるオイルと、掻き上げられたオイルを受け入れた後、該オイルをケーシング内に供給するオイル貯留部と、動力伝達部材に係合される第1シャフトと、動力伝達部材に動力を与え、ロータと、第1シャフトと同軸上に配置され、ロータが固設される第2シャフトとを有する回転電機と、第1シャフト第2シャフトとの間に形成され、第1シャフトの軸方向にオイルを圧送するねじポンプとを備え、ケーシングは、回転電機を収納する回転電機室と、動力伝達部材を収納する動力伝達部材室とを有し、オイル貯留部は、動力伝達部材の回転により掻き上げられたオイルを受け入れる第1貯留部と、第1貯留部に受け入れられたオイルが流入する第2貯留部とを有し、第1貯留部は動力伝達部材室にオイルを供給し、第2貯留部は回転電機室にオイルを供給し、ねじポンプは、回転電機室から動力伝達部材室に向かう方向にオイルを圧送することが可能である。
上記構成によれば、シャフトの軸方向にオイルを圧送することができるので、動力伝達部材の回転によりキャッチタンクにオイルが掻き上げられやすい状況下においても、ケーシング内でのオイルの循環を促進して、オイル不足の部位が発生することを抑制することができる。
なお、本願明細書において「ねじポンプ」とは、螺旋状の溝部を含み、外方部材と内方部材とが相対回転することにより外方部材と内方部材との間の流体を軸方向に圧送する機構を意味する。
1つの局面では、上記動力伝達装置において、第2シャフト第1シャフトの外方に配置される。1つの例として、ねじポンプは、第2シャフトの内周面に螺旋状の溝部を設けることにより形成される。また、他の例として、ねじポンプは、第1シャフトの外周面に螺旋状の溝部を設けることにより形成される。
1つの局面では、第2シャフトの一方の端部にねじポンプが形成され、ねじポンプは、第2シャフトの一方の端部から他方の端部に向かってオイルを圧送することが可能である。
本発明に係る車両は、上述した動力伝達装置を備える。これにより、動力伝達装置のケーシング内でのオイルの循環が促進された車両が提供される。
本発明によれば、動力伝達装置のケーシング内でのオイルの循環を促進して、オイル不足の部位が発生することを抑制することができる。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置を含む電動車両を示した図である。図1を参照して、「車両」であるハイブリッド車両1は、前輪FWと、後輪RWと、前輪駆動用のフロント駆動ユニット2と、エンジン3と、後輪駆動用のリア駆動ユニット4と、ECU(Electrical Control Unit)5と、アクセルペダル6と、PCU(Power Control Unit)7と、バッテリ8とを備える。
エンジン3は、前輪FWの駆動に用いられる。フロント駆動ユニット2は、フロント駆動用モータジェネレータ(図示せず)を内蔵し、エンジン3および/またはフロント駆動用モータジェネレータによって発生したトルクによって、前輪FWを駆動する。フロント駆動用モータジェネレータは、前輪FWあるいはエンジン3によって回転されるときには、発電機として動作させることができる。
リア駆動ユニット4は、後輪RWの駆動用の「回転電機」であるモータジェネレータ100と、モータジェネレータ100を収納するケーシング200と、「減速機構」としてのカウンタギヤ300と、ディファレンシャルギヤ400とを含む。モータジェネレータ100による発生トルクが車軸に伝達されて、後輪RWを駆動することができる。また、減速時等において、後輪RWによってモータジェネレータ100が回転されるときには、モータジェネレータ100は発電機として動作する。なお、変形例として、モータジェネレータ100と、後輪RWに接続された車軸との間にクラッチ(図示せず)を設けることが考えられる。この場合、モータジェネレータ100を使用しない時は、攪拌による損失を防止するため、ECU5からの指令によりクラッチを開放する。
「制御装置」として設けられるECU5へは、アクセルペダル6に配置された位置センサによって検出されるアクセル踏込み量/踏込み速度を始めとする各種センサからの運転状況・車両状況を示す情報が入力される。運転状況を示す情報には、上記のアクセル位置センサの出力の他に、車輪速度センサ出力、車体勾配センサ出力などが含まれる。さらに、車両状況として、モータジェネレータ100の動作条件を示す、モータジェネレータ100の温度センサ・電流センサ・回転速度センサ出力などが入力される。ECU5は、入力されたこれらの情報に基づき、ハイブリッド車両1に関する種々の制御を統合的に行なう。
PCU7は、ハイブリッド車両1内で必要となる電力変換器を総括的に示すものである。すなわち、PCU7は、直流電力を交流電力に変換するインバータ(図示せず)や直流電圧の電圧レベルを変換するDC−DCコンバータ(図示せず)等を含む。特に、このインバータは、バッテリ8から供給される直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換し、かつ、エンジン3によってモータジェネレータが駆動された際、あるいはモータジェネレータ自身の回生制動動作の際に発電された交流電圧をバッテリ8を充電する直流電圧に変換する。DC−DCコンバータは、主として、エアコン等補機用の電源電圧に適したレベルへ直流電圧を変換するために用いられる。
バッテリ8、フロント駆動ユニット2およびリア駆動ユニット4と、PCU7との間には、給電ケーブル9A,9B,9Cがそれぞれ配設されて電力が伝達される。
本実施の形態では、ハイブリッド車両1の走行は、基本的には、フロント駆動ユニット2による前輪FWの駆動(FFモード)によって行なわれる。しかし、たとえば登坂時など高出力が要求される場合や、低摩擦係数路走行時には、4輪駆動走行(4WDモード)が行なわれる。このように、ハイブリッド車両1において、リア駆動ユニット4は間欠的に駆動される。
たとえば、上述したクラッチが設けられる場合には、4WDモード時には、ECU5内でクラッチ締結要求フラグがオンされ、これに応答して上記クラッチを締結することにより、モータジェネレータ100の出力トルクを後輪RWの車軸へ伝達して、前輪FWに加えて後輪RWが駆動される。また、減速・制動時にも、上記クラッチを締結することにより、モータジェネレータ100を発電機として作動させて、バッテリ8の充電用のエネルギーを回収することができる。
図2は、「駆動装置」としてのリア駆動ユニット4の構成を示した図である。図2を参照して、リア駆動ユニット4は、モータジェネレータ100、ケーシング200、カウンタギヤ300およびディファレンシャルギヤ400の他に、左右のアウトプットシャフト500L,500Rと、オイルシール600と、ドライブシャフト受け部700と、キャッチタンク910,920,930とを含んで構成される。
モータジェネレータ100は、回転シャフト110と、ロータ120と、ステータ130とを含んで構成される。回転シャフト110は、左右の軸受100Aを介してケーシング200に対して回転可能に保持されている。また、回転シャフト110は、インプットギヤ150とスプライン嵌合されている。ロータ120は、回転シャフト110に固設されている。ステータ130は、ステータコア131と、ステータコイル132とを含んで構成される。
インプットギヤ150は、左右の軸受150Aを介してケーシング200に対して回転可能に保持されている。インプットギヤ150は、カウンタギヤ300と組合わされる。これにより、インプットギヤ150の動力がカウンタギヤ300に伝達される。
カウンタギヤ300は、左右の軸受300Aを介してケーシング200に対して回転可能に保持されている。カウンタギヤ300は、ディファレンシャルギヤ400と組合わされる。これにより、カウンタギヤ300の動力がディファレンシャルギヤ400に伝達される。
ディファレンシャルギヤ400は、リングギヤ410と、ピニオンギヤ420と、サイドギヤ430とを含んで構成される。ディファレンシャルギヤ400は、左右の軸受400Aを介してケーシング200に対して回転可能に保持されている。
ケーシング200には、モータジェネレータ100を収納するモータジェネレータ室210と、カウンタギヤ300におけるインプットギヤ150と噛み合う部分を収納するカウンタギヤ室220と、ディファレンシャルギヤ400を収納するディファレンシャルギヤ室230とが形成されている。
ハイブリッド車両1の前進時において、リア駆動ユニット4が後輪RWを駆動する際、および、リア駆動ユニット4が後輪RWに駆動される際には、モータジェネレータ100の回転シャフト110およびインプットギヤ150は、矢印DR1方向に回転する。インプットギヤ150と噛み合うカウンタギヤ300は、矢印DR2方向に回転する。そして、カウンタギヤ300と噛み合うディファレンシャルギヤ400のリングギヤ410は、矢印DR1方向に回転する。
ディファレンシャルギヤ400の左右のサイドギヤ430には、それぞれアウトプットシャフト500L,500Rが接続されている。アウトプットシャフト500L,500Rは、回転シャフト110と同軸上に設けられる。回転シャフト110には軸方向の貫通孔が形成されており、アウトプットシャフト500Lは該貫通孔に挿通される。また、アウトプットシャフト500Lは、軸受500Aを介してケーシング200に対して回転可能に保持されている。
アウトプットシャフト500L,500Rは、ドライブシャフト受け部700に接続されている。アウトプットシャフト500L,500Rおよびドライブシャフト受け部700が位置するケーシング200には、オイルシール600が設けられている。ドライブシャフト受け部700はドライブシャフト800を介して後輪RWに接続されている。以上の構成により、モータジェネレータ100に後輪RWを駆動させ、また、後輪RWにモータジェネレータ100を駆動させることができる。
ケーシング200の底部には、オイルが貯留されている。ディファレンシャルギヤ400のリングギヤ410やカウンタギヤ300が回転すると、ケーシング200内に貯留されたオイルが掻き上げられる。リア駆動ユニット4は、キャッチタンク910,920,930を有する。キャッチタンク910,930は車両前方側に位置し、キャッチタンク920は車両後方側に位置する。リングギヤ410やカウンタギヤ300により掻き上げられたオイルは、キャッチタンク910,920,930に貯留される。
図3は、リア駆動ユニット4におけるオイルの流れ等を説明する図である。図3を参照して、カウンタギヤ室220の底部に貯留されたオイルは、カウンタギヤ300により矢印DR920方向に掻き上げられ、キャッチタンク920内に流入する。また、ディファレンシャルギヤ室230の底部に貯留されたオイルは、リングギヤ410により矢印DR910方向に掻き上げられ、キャッチタンク910に流入する。
カウンタギヤ室220およびディファレンシャルギヤ室230内のオイルが掻き上げられることで、カウンタギヤ室220およびディファレンシャルギヤ室230内のオイル面が低下する。このとき、モータジェネレータ室210内のオイルが矢印DR220方向,DR230方向に流れてカウンタギヤ室220およびディファレンシャルギヤ室230に供給される。この結果、モータジェネレータ室210内のオイル面高さが低下する。
キャッチタンク910内に貯留されたオイルは、主として左右(図3中)の軸受300Aおよび右側(図3中)の軸受400Aに向けて供給される。キャッチタンク920に貯留されたオイルは、主として左右(図3中)の軸受150A、左側(図3中)の軸受400Aおよび右側(図3中)の軸受100Aに向けて供給される。また、キャッチタンク910内に貯留されたオイルは、矢印DR930方向に流れてキャッチタンク930に流入する。キャッチタンク930に貯留されたオイルは、主として左側(図3中)の軸受100Aおよび軸受500Aに向けて供給される。キャッチタンク910,920,930から供給されたオイルは、ケーシング200内の各部の潤滑用/冷却用(軸受100A,150A,300A,400A,500Aの潤滑/冷却やモータジェネレータ100の冷却など)に用いられる。なお、キャッチタンク910,920は連通路915を介して互いに連通し、オイルを共用している。
キャッチタンク910,920,930からケーシング200内の各部に供給されるオイルの流路、および、キャッチタンク910,920の連通路には、それぞれオリフィス940A〜940Hが設けられており、流量調整が行なわれている。また、図3中の破線矢印はリア駆動ユニット4内のエアの流れを示す。ケーシング200内の圧力が増大した際には、ケーシング200内のエアがブリーザ240を介してケーシング200の外部に排出される。
図4は、リア駆動ユニット4におけるアウトプットシャフト500Lの周辺の構造を詳細に示した図である。また、図5は、回転シャフト110とアウトプットシャフト500Lとの間の構造をより詳細に示した図である。図4,図5を参照して、アウトプットシャフト500Lは、回転シャフト110と同軸上に設けられる。アウトプットシャフト500Lの外周面上には、螺旋状の溝部1000が形成される。キャッチタンク930,920よりオリフィス940A,940Bを通ってケーシング200内の空間200Aにオイルが供給され、空間200Aに充満されたオイルが溝部1000内に流入する。溝部1000内に流入したオイル1000Aは、回転シャフト110とアウトプットシャフト500Lとの相対回転により、アウトプットシャフト500L上を矢印DR500方向に移動する。このように、螺旋状の溝部1000は、オイル1000Aをアウトプットシャフト500Lの軸方向に圧送するねじポンプを構成している。本実施の形態では、アウトプットシャフト500Lに対して回転シャフト110が矢印DR1方向に相対回転した場合にオイル1000Aが矢印DR500方向に移動するようにねじポンプが形成されている。なお、回転シャフト110に対してアウトプットシャフト500Lが矢印DR1方向に相対回転した場合にオイル1000Aが矢印DR500方向に移動するようにねじポンプが形成されてもよい。
図6は、リア駆動ユニット4におけるアウトプットシャフト500Lの周辺の構造の変形例を詳細に示した図である。また、図7は、回転シャフト110とアウトプットシャフト500Lとの間の構造の変形例をより詳細に示した図である。図6,図7を参照して、本変形例においては、回転シャフト110の内周面上に螺旋状の溝部1000が形成されている。空間200Aから溝部1000内に流入したオイル1000Aは、回転シャフト110とアウトプットシャフト500Lとの相対回転により、アウトプットシャフト500L上を矢印DR500方向に移動する。このように、本変形例においても、螺旋状の溝部1000は、オイル1000Aをアウトプットシャフト500Lの軸方向に圧送するねじポンプを構成している。
上記のようにアウトプットシャフト500Lの外周面と回転シャフト110の内周面との間に溝部1000を形成することで、モータジェネレータ100の一端側(図2における左側)に供給されたオイル1000Aをモータジェネレータ100の他端側(図2における右側)に圧送することが可能になる。この結果、たとえば、回転シャフト110とイップットギヤ150とのスプライン嵌合部(図2中のA部)などに十分なオイルを供給することが可能になる。
以上説明したように、本実施の形態に係るリア駆動ユニット4によれば、アウトプットシャフト500Lの軸方向にオイル1000Aを圧送することができるので、カウンタギヤ300やディファレンシャルギヤ400の回転によりキャッチタンク910〜930にオイルが掻き上げられやすい状況下で、かつ、ケーシング200内のオイルレベルが低い状態でも、オイルの循環を促進して、オイル不足の部位が発生することを抑制することができる。
より具体的には、アウトプットシャフト500Lとモータジェネレータ100の回転シャフト110との間にねじポンプを形成することで、アウトプットシャフト500Lと回転シャフト110との相対回転により、オイル1000Aを圧送することができる。そして、ねじポンプは、モータジェネレータ室210のオイルをディファレンシャルギヤ室230に向けて圧送することができるので、ディファレンシャルギヤ室230におけるオイル不足が抑制される。
図8に示されるように、本実施の形態に係るリア駆動ユニット4は、車両のフロアパネル10の下部に設けられる。車両のフロアパネル10の下部の空間は限られているため、リア駆動ユニット4を小型化することが要請される。本実施の形態に係るリア駆動ユニット4によれば、構成を複雑にすることなくケーシング200内のオイルの循環を促進することができるので、リア駆動ユニット4の小型化の要請を満たしながら、オイル不足を解消することができる。
上述した構成について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る「動力伝達装置」としてのリア駆動ユニット4は、「動力伝達部材」としてのディファレンシャルギヤ400を収納するケーシング200と、ケーシング200の底部に貯留され、ディファレンシャルギヤ400のリングギヤ410の回転により掻き上げられるオイル1000Aと、掻き上げられたオイル1000Aを受け入れた後、オイル1000Aをケーシング200内に供給する「オイル貯留部」としてのキャッチタンク910〜930と、ディファレンシャルギヤ400のサイドギヤ430に係合されるアウトプットシャフト500Lと、アウトプットシャフト500Lと同軸上に配置される「他のシャフト」としての回転シャフト110と、アウトプットシャフト500Lと回転シャフト110との間に形成された溝部1000とを備える。溝部1000は、アウトプットシャフト500Lの軸方向(矢印DR500方向)にオイルを圧送する「ねじポンプ」を構成する。
リア駆動ユニット4は、ディファレンシャルギヤ400に動力を与えるモータジェネレータ100を備える。回転シャフト110はモータジェネレータ100のロータ120に固設される。アウトプットシャフト500Lの外周面と回転シャフト110の内周面との間に形成されるねじポンプは、回転シャフト110の一方の端部に形成される。そして、ねじポンプは、回転シャフト110の一方の端部から他方の端部に向かってオイルを圧送する。
リア駆動ユニット4におけるケーシング200は、モータジェネレータ100を収納する「回転電機室」としてのモータジェネレータ室210と、ディファレンシャルギヤ400を収納する「動力伝達部材室」としてのディファレンシャルギヤ室230とを有する。ねじポンプは、モータジェネレータ室210からディファレンシャルギヤ室230に向かう方向にオイルを圧送する。
なお、上記の例では、「動力伝達装置」の例としてのリア駆動ユニット4について説明したが、本発明の思想は、たとえば「手動変速機」においても適用可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置を含む電動車両を示した図である。 本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置の構成を示した図である。 図2に示される動力伝達装置におけるオイルの流れを説明する図である。 本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置における出力軸周辺の構造を詳細に示した図である。 本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置におけるねじポンプの構造を説明する図である。 本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置における出力軸周辺の構造の変形例を詳細に示した図である。 本発明の1つの実施の形態に係る動力伝達装置におけるねじポンプの構造の変形例を説明する図である。 本発明の1つの実施の形態における動力伝達装置の設置位置を説明する図である。
符号の説明
1 ハイブリッド車両、2 フロント駆動ユニット、3 エンジン、4 リア駆動ユニット、5 ECU、6 アクセルペダル、7 PCU、8 バッテリ、9A,9B,9C 給電ケーブル、10 フロアパネル、100 モータジェネレータ、110 回転シャフト、120 ロータ、130 ステータ、131 ステータコア、132 ステータコイル、150 インプットギヤ、200 ケーシング、200A 空間、210 モータジェネレータ室、220 カウンタギヤ室、230 ディファレンシャルギヤ室、240 ブリーザ、300 カウンタギヤ、400 ディファレンシャルギヤ、410 リングギヤ、420 ピニオンギヤ、430 サイドギヤ、500L,500R アウトプットシャフト、600 オイルシール、700 ドライブシャフト受け部、800 ドライブシャフト、910,920,930 キャッチタンク、915 油路、921 オイル通路、940A〜940H オリフィス、1000 溝部、1000A オイル。

Claims (5)

  1. 動力伝達部材を収納するケーシングと、
    前記ケーシングの底部に貯留され、前記動力伝達部材の回転により掻き上げられるオイルと、
    掻き上げられた前記オイルを受け入れた後、該オイルを前記ケーシング内に供給するオイル貯留部と、
    前記動力伝達部材に係合される第1シャフトと、
    前記動力伝達部材に動力を与え、ロータと、前記第1シャフトと同軸上に配置され、前記ロータが固設される第2シャフトとを有する回転電機と、
    前記第1シャフト前記第2シャフトとの間に形成され、前記第1シャフトの軸方向に前記オイルを圧送するねじポンプとを備え
    前記ケーシングは、前記回転電機を収納する回転電機室と、前記動力伝達部材を収納する動力伝達部材室とを有し、
    前記オイル貯留部は、前記動力伝達部材の回転により掻き上げられたオイルを受け入れる第1貯留部と、前記第1貯留部に受け入れられたオイルが流入する第2貯留部とを有し、
    前記第1貯留部は前記動力伝達部材室にオイルを供給し、
    前記第2貯留部は前記回転電機室にオイルを供給し、
    前記ねじポンプは、前記回転電機室から前記動力伝達部材室に向かう方向に前記オイルを圧送することが可能である、動力伝達装置。
  2. 前記第2シャフトは前記第1シャフトの外方に配置され、
    前記ねじポンプは、前記第2シャフトの内周面に螺旋状の溝部を設けることにより形成される、請求項1に記載の動力伝達装置。
  3. 前記第2シャフトは前記第1シャフトの外方に配置され、
    前記ねじポンプは、前記第1シャフトの外周面に螺旋状の溝部を設けることにより形成される、請求項1に記載の動力伝達装置。
  4. 前記第2シャフトの一方の端部に前記ねじポンプが形成され、
    前記ねじポンプは、前記第2シャフトの前記一方の端部から他方の端部に向かって前記オイルを圧送することが可能である、請求項1に記載の動力伝達装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の動力伝達装置を備えた、車両。
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