JP6951997B2 - 動力伝達装置の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達装置の冷却構造に関する。

例えば、電動機（モータ）を駆動源とする電動車両（ＥＶ車両）においては、内外二重軸構造をなす入力軸と出力軸を備える動力伝達装置を搭載したものがある。この種の動力伝達装置においては、駆動源から入力軸に出力される動力が減速機構とディファレンシャル装置を経て出力軸へと伝達されるが、電動機のロータは、これに内蔵された磁石が通電によって発熱するため、ロータをオイルなどによって冷却する必要がある。なお、特許文献１には、潤滑油に圧縮空気を供給して潤滑油の滴下を防ぐようにした潤滑装置が提案され、特許文献２には、オイル漏れを防いだ油路の接続構造が提案されている。

ところで、入力軸と出力軸を同軸に配した動力伝達装置における電動機のロータを冷却するための冷却構造としては、従来、図６に示すものが知られている。

すなわち、図６は従来の冷却構造を模式的に示す図であり、図示の冷却構造においては、電動機のロータ１０２ａと共に回転する円筒状の入力軸（ロータ軸）１０３とその内部に同軸に挿通する出力軸１０４との間にシール部材１３０によって区画された油室Ｓ１を形成し、この油室Ｓ１に冷却用のオイルを供給するようにしている。すると、このオイルが矢印にて示すようにロータ１０２ａの発熱部である磁石部１０２ａ１へと流れて該磁石部１０２ａ１を冷却する。

しかしながら、図６に示す従来の冷却構造においては、出力軸１０４がシール部材１３０と摺接することによるフリクションやオイルが相対回転する入力軸１０３と出力軸１０４との間にあるオイルの粘性抵抗によって動力損失が発生する。

そこで、図７および図８に示す冷却構造も採用されている。

すなわち、図７は冷却構造の他の従来例を示す模式図、図８は図７のＤ−Ｄ線断面図であり、図示の冷却構造においては、同軸に配置された入力軸２０３と出力軸２０４との間に形成された円筒状の空間Ｓに給油パイプ２１２を軸方向（図７の左右方向）に沿って配置し、不図示のオイルポンプから圧送されるオイルを給油パイプ２１２の先端から噴射して図７に矢印にて示すように電動機のロータ２０２ａへと供給し、該ロータ２０２ａの発熱部である磁石部２０２ａ１をオイルによって冷却するようにしている。このような冷却構造によれば、図６に示す冷却構造における前記問題は解消される。

特開２０１１−０８０４０８号公報 特開２０１３−１００８４７号公報

しかしながら、図７および図８に示す従来の冷却構造においては、入力軸２０３と出力軸２０４との間の空間Ｓに給油パイプ２１２を配置するだけのスペースを要するため、入力軸２０３の内径Ｄ２が大きくなり、省スペース化を実現できないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、動力損失を伴うことなく省スペース化を実現することができる動力伝達装置の冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、筒状の入力軸（３）と該入力軸（３）の内部に挿通配置された出力軸（４Ｒ）を備え、駆動源から前記入力軸（３）に出力される動力を減速機構（Ｔ）とディファレンシャル装置（Ｄ）を経て前記出力軸（４Ｒ）へと伝達する動力伝達装置（１）の冷却構造であって、前記出力軸（４Ｒ）を前記入力軸（３）の軸心に対して径方向にオフセットして配置し、該出力軸（４Ｒ）と前記入力軸（３）との間の空間（Ｓ）のうち、前記出力軸（４Ｒ）の反オフセット側に形成される広いスペースに給油パイプ（１２）を軸方向に沿って配置したことを特徴とする。

本発明にかかる冷却構造によれば、出力軸を入力軸の軸心に対して径方向にオフセットして配置し、該出力軸と入力軸との間の空間のうち、出力軸の反オフセット側に形成される広いスペースに給油パイプを軸方向に沿って配置したため、入力軸の内径を小さく抑えることができ、これによって省スペース化を実現することができる。

また、本発明にかかる冷却構造においては、入力軸と出力軸との間に、空間を仕切るためのシール部材が不要であるため、出力軸がシール部材に摺接することによるフリクションの問題が発生しない。さらに、固定されている給油パイプ内にオイルを流すため、相対回転する入力軸と出力軸との間にあるオイルの粘性抵抗も発生することがない。このため、本発明にかかる冷却構造によれば、フリクションや粘性抵抗に起因する動力損失を伴うことなく省スペース化を実現することができる。

また、本発明では、前記駆動源は、電動機（２）であって、前記給油パイプ（１２）から噴出するオイルによって前記電動機（２）のロータ（２ａ）を冷却するようにしてもよい。

また、本発明では、前記入力軸（３）の前記給油パイプ（１２）先端に開口するオイル噴出口（１２ａ）近傍に、径方向に貫通する油孔（１８）を周方向に複数形成するとともに、前記電動機（２）のロータ（２ａ）に、前記油孔（１８）に連通する複数の油路（１９）を径方向に沿って形成してもよい。

また、本発明では、前記入力軸（３）内周の前記油孔（１８）が開口する周縁に、径方向内方に向かって広がる円錐台状のガイド溝（１８ａ）を形成してもよい。

本発明によれば、動力損失を伴うことなく動力伝達装置の冷却構造の省スペース化を実現することができる。

本発明にかかる冷却構造を備える動力伝達装置の模式図である。 本発明にかかる動力伝達装置の冷却構造を示す部分断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ部拡大詳細図である。 図２のＣ部拡大詳細図である。 動力伝達装置の従来の冷却構造を示す模式図である。 動力伝達装置の冷却構造の他の従来例を示す模式図である。 図７のＤ−Ｄ線断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明にかかる冷却構造を備える動力伝達装置の模式図であり、図示の動力伝達装置１は、電動機２を駆動源とする電動車両（ＥＶ車両）に搭載されるものである。この動力伝達装置１は、筒状の入力軸（ロータ軸）３と該入力軸３の内部に挿通配置された中実の左右の出力軸（車軸）４Ｌ，４Ｒを備え、電動機２から入力軸３に出力される動力を減速機構Ｔとディファレンシャル装置Ｄを経て左右の出力軸（車軸）４Ｌ，４Ｒへと伝達し、左右の出力軸４Ｌ，４Ｒの端部に取り付けられた左右の駆動輪Ｗをそれぞれ回転駆動するものである。

ここで、減速機構Ｔは、入力軸２の軸方向一端（図１の左端）に取り付けられた小径のギヤ５と、このギヤ５に噛合する大径のギヤ６と、該ギヤ６が固定された中間軸７の軸方向端部（図１の左端）に固定された小径のギヤ８と、このギヤ８に噛合する大径のリングギヤ９とで構成されており、リングギヤ９は、ディファレンシャル装置Ｄの回転可能な不図示のギヤケースの外周に固定されている。そして、互いに噛合するギヤ５とギヤ６およびギヤ８とリングギヤ９は、２段の減速ギヤ列を構成している。

以上のように構成された動力伝達装置１において、電動機２の回転は、入力軸３から減速機構Ｔを経て２段減速されてディファレンシャル装置Ｄへと伝達される。より詳細には、入力軸３の回転は、互いに噛合するギヤ５とギヤ６を経て減速されて中間軸７へと伝達され、この中間軸７の回転は、互いに噛合するギヤ８とリングギヤ９を経て減速されてディファレンシャル装置Ｄへと伝達される。そして、ディファレンシャル装置Ｄにおいては、これに伝達される回転が左右の出力軸４Ｌ，４Ｒへとそれぞれ伝達され、左右の出力軸４Ｌ，４Ｒに取り付けられた左右の駆動輪Ｗがそれぞれ回転駆動される。なお、ディファレンシャル装置Ｄにおいては、電動車両のコーナリング時に発生する左右の駆動輪Ｗの回転差（左右の駆動輪Ｗの移動距離の差）が吸収されて電動車両のスムーズなコーナリングが可能となる。

次に、本発明にかかる冷却構造を図２〜図５に基づいて以下に説明する。

図２は本発明にかかる動力伝達装置の冷却構造を示す部分断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ部拡大詳細図、図５は図２のＣ部拡大詳細図である。

本発明にかかる冷却構造は、電動機２のロータ２ａ（主に発熱部である磁石部２ａ１）を冷却用のオイルによって冷却するものであるが、本実施の形態においては、図２および図３に示すように、電動機２のロータ２ａの中心部を貫通して該ロータ２ａと共に回転する円筒状の入力軸（ロータ軸）３の軸心に対して中実の出力軸（車軸）４Ｒが図示のεだけ径方向（図２および図３の下方）にオフセットして配置されている。ここで、電動機２は、本実施の形態では３相のブラシレスモータで構成されており、そのモータケース（不図示）内に回転可能に収容された中空のロータ２ａと、このロータ２ａの周囲に固設されたリング状のステータ２ｂを備えている。そして、ロータ２ａには、複数の永久磁石が内蔵されており、ステータ２ｂには、３相分のコイルが巻装されている。

なお、図２に示すように、入力軸（ロータ軸）３は、ロータ２ａを挟む左右２箇所がボールベアリング１０によって不図示のモータケースに回転可能に支持されており、その軸方向一端（図２の左端）には、小径の前記ギヤ５（図１参照）が取り付けられており、このギヤ５には大径の前記ギヤ６（図１参照）が噛合している。そして、左右のボールベアリング１０は、円筒状のディステンスピース１１によって入力軸３の外周における軸方向の位置決めがなされている。

ところで、内外二重軸構造をなす入力軸３と出力軸４Ｒとの間には円筒状の空間Ｓが形成されているが、本実施の形態においては、前述のように入力軸３の軸心に対して出力軸４Ｒが図示のεだけ径方向（図２および図３の下方）にオフセットして配置されているため、空間Ｓにおいては、出力軸４Ｒの反オフセット側（図２および図３の上側）に広いスペースが確保される。したがって、本実施の形態では、空間Ｓの広いスペースが確保される部分（図２および図３の上側部分）に給油パイプ１２を軸方向（図２の左右方向）に沿って配置している。

上記給油パイプ１２の入力軸３の外方へと延びる軸方向一端（図２の左端）は、図４に詳細に示すように、ケース１３に水平に形成された油路１４に嵌挿されており、その嵌挿部分は、ケース１３に嵌着されたＯリング１５によってシールされている。そして、この給油パイプ１２は、その外周部に固定されたフランジ１２Ａをボルト１６によってケース１３に取り付けることによって、ケース１３に固定されている。なお、ケース１３に形成された水平の油路１４には、同じくケース１３に縦方向（図４の上下方向）に形成された油路１７が連通しており、縦方向の油路１７は、電動機２の動力の一部で駆動される不図示のオイルポンプの吐出側に接続されている。

また、上記給油パイプ１２の先端部（図２の右端部）は、オイル噴出口１２ａとして入力軸３と出力軸４Ｒとの間の空間Ｓに開口しており、入力軸３のオイル噴出口１２ａに近い箇所には、図２および図５に示すように、円孔状の複数の油孔１８（図５には１つのみ図示）が径方向（図２および図５の上下方向）に貫設されている。なお、複数の油孔１８は、入力軸３の周方向に等角度ピッチで形成されている。

そして、図５に示すように、入力軸３の内周の前記各油孔１８が開口する周縁には、径方向内方（図５の下方）に向かって拡径する円錐台状のガイド溝１８ａがそれぞれ形成されている。また、図２に示すように、電動機３のロータ２ａの片側（図２の左側）には、複数の前記油孔１８にそれぞれ連通する複数の油路１９（図２には２つのみ図示）が径方向（図２の上下方向）に沿って放射状に形成されており、これらの油路１９は、ロータ２ａを軸方向（図２の左右方向）に貫通する複数（油孔１８および油路１９と同数）の油路２０にそれぞれ連通している。そして、各油路２０は、ロータ２ａの他側（図２の右側）に形成された油路２１と該油路２１に開口する円孔状の複数の各油孔２２にそれぞれ連通している。

以上のように構成された冷却構造において、電動機２が起動され、その動力の一部によって不図示のオイルポンプが駆動されると、このオイルポンプによって昇圧されたオイルが図２に矢印にて示すようにケース１３の油路１７，１４を通って給油パイプ１２へと供給される。そして、給油パイプ１２へと供給されたオイルは、この給油パイプ１２内を軸方向に沿って流れ、該給油パイプ１２の先端に開口するオイル噴出口１２ａから噴出するが、このとき、入力軸３の回転の遠心力によって該入力軸３のガイド溝１８ａ付近は負圧になっているため、給油パイプ１２のオイル噴出口１２ａから噴出するオイルは、負圧に引かれてガイド溝１８ａから油孔１８へと導入される。なお、このとき、ガイド溝１８ａは、給油パイプ１２の先端のオイル噴出口１２ａに向かって開くテーパ状（円錐台状）をなしているため、このオイル噴出口１２ａから噴出するオイルは、ガイド溝１８ａによって効率よく受けられて油孔１８へと導かれる。

上述のように、オイルが入力軸３の油孔１８に導かれると、入力軸３と共に回転するオイルは、これに作用する遠心力によって電動機２のロータ２ａに形成された油路１９へと流れ込む。そして、このロータ２ａの油路１９へと流れ込んだオイルは、ロータ２ａと共に回転するために遠心力によって径方向外方（図２および図５の上方）に向かって流れ、図２に矢印にて示すように、ロータ２ａの油路１９から油路２０へと流れ、この油路２０を軸方向に沿って流れてロータ２ａの油路２１を通って最終的には油孔２２からロータ２ａ外へと排出される。

以上の作用が連続的に繰り返されることによって、電動機２のロータ２ａは、これに形成された油路１９，２０，２１を流れるオイルによって発熱部である磁石部２ａ１が冷却されるため、その温度上昇が抑えられ、結果的に電動機２に高い作動安定性と耐久性が確保される。

以上のように、本実施の形態にかかる冷却構造においては、出力軸４Ｒを入力軸３の軸心に対して径方向にεだけオフセットして配置し、該出力軸４Ｒと入力軸３との間の空間Ｓのうち、出力軸４Ｒの反オフセット側に形成される広いスペースに給油パイプ１２を軸方向に沿って配置したため、入力軸３の内径Ｄ１を、図７および図８に示す従来の冷却構造（同軸に配置された入力軸２０３と出力軸２０４との間の空間Ｓに給油パイプ２１２を配置したもの）における入力軸２０３の内径Ｄ２よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）することができ、これによって省スペース化を実現することができる。

また、本実施の形態にかかる冷却構造においては、図６に示す従来の冷却構造において用いているシール部材１３０が不要であるため、従来の冷却構造において発生していた出力軸１０４がシール部材１３０に摺接することによるフリクションの問題が発生しない。

さらに、本実施の形態にかかる冷却構造においては、ケース１３に固定されている給油パイプ１２内にオイルを流すため、図６に示す従来の冷却構造のようにオイルが相対回転する入力軸１０３と出力軸１０４との間にオイルがないため、オイルの攪拌に伴う粘性抵抗も発生することがない。このため、本実施の形態にかかる冷却構造によれば、フリクションや粘性抵抗に起因する動力損失を伴うことなく、電動機２のロータ２ａの発熱部である磁石部２ａ１をオイルによって効果よく冷却してその温度上昇を低く抑えることができる。

なお、以上は駆動源として電動機を用いる動力伝達装置の電動機のロータを冷却するための冷却構造に対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、駆動源として電動機とエンジンを併用する動力伝達装置やエンジンのみを駆動源とする動力伝達装置の電動機のロータ以外を冷却するための冷却構造に対しても同様に適用可能である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 動力伝達装置
２ 電動機（駆動源）
２ａ 電動機のロータ
２ａ１ ロータの磁石部
２ｂ 電動機のステータ
３ 入力軸
４Ｌ，４Ｒ 出力軸
１２ 給油パイプ
１２ａ 給油パイプのオイル噴出口
１３ ケース
１４，１７ 油路
１８ 油孔
１８ａ ガイド溝
１９〜２１ 油路
２２ 油孔
Ｄ ディファレンシャル装置
Ｓ 入力軸と出力軸の間の空間
Ｔ 減速機構
ε 出力軸のオフセット量

Claims (4)

1. 筒状の入力軸と該入力軸の内部に挿通配置された出力軸を備え、駆動源から前記入力軸に出力される動力を減速機構とディファレンシャル装置を経て前記出力軸へと伝達する動力伝達装置の冷却構造であって、
   前記出力軸を前記入力軸の軸心に対して径方向にオフセットして配置し、該出力軸と前記入力軸との間の空間のうち、前記出力軸の反オフセット側に形成される広いスペースに給油パイプを軸方向に沿って配置したことを特徴とする動力伝達装置の冷却構造。
2. 前記駆動源は、電動機であって、前記給油パイプから噴出するオイルによって前記電動機のロータを冷却することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置の冷却構造。
3. 前記入力軸の前記給油パイプ先端に開口するオイル噴出口近傍に、径方向に貫通する油孔を周方向に複数形成するとともに、前記電動機のロータに、前記油孔に連通する複数の油路を径方向に沿って形成したことを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置の冷却構造。
4. 前記入力軸内周の前記油孔が開口する周縁に、径方向内方に向かって広がる円錐台状のガイド溝を形成したことを特徴とする請求項３に記載の動力伝達装置の冷却構造。

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