JP7445527B2 - 駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、駆動用の第１電動モータと発電用の第２電動モータとを備えた駆動ユニットに関する。

特許文献１には、ケースに収容される回転電機と、回転電機を制御するためのインバータと、ケースに収容されるとともに回転電機に供給する冷却用のオイルを貯留するキャッチタンクと、を備えた車両用駆動装置が開示されている。

特開２０１２－６０７８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明は、キャッチタンクや油路などにオイルを冷却する構造を備えていない。このため、例えば、特許文献１に記載された発明では、回転電機などの発熱量が多い場合には、オイルの温度がオイル自体の許容温度を超過してしまうおそれがある。このようなオイルの温度がオイル自体の許容温度を超過してしまう状況になると、回転電機の発熱量を抑制するため、回転電機の出力を制限する必要が生じてしまい、駆動装置の通常運転ができなくなってしまう。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、油を積極的に冷却できる駆動ユニットを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、駆動用の第１電動モータと、発電用の第２電動モータと、を備えた駆動ユニットは、第１電動モータの外周に設けられ、第１電動モータを冷却する冷媒が流れる第１冷却通路と、第２電動モータの外周に設けられ、第２電動モータを冷却する冷媒が流れる第２冷却通路と、第１冷却通路と第２冷却通路との間の領域に設けられ、駆動ユニット内のギア要素を潤滑する油が流れる空間と、第１電動モータの動作を制御するインバータと、インバータを冷却する冷媒が流れる第３冷却通路と、を備え、空間は、第１冷却通路と、第２冷却通路と、第３冷却通路と、によって囲まれた領域に設けられる。

この態様では、油が流れる空間を第１冷却通路と第２冷却通路との間の領域に設けている。これにより、空間内を流れる油を第１冷却通路及び第２冷却通路を流れる冷媒によって冷却することができる。

図１は、本実施形態に係る駆動ユニットの外観図である。 図２は、本実施形態に係る駆動ユニットの正面図である。 図３は、本実施形態に係る駆動ユニットの分解図である。 図４は、本実施形態に係る駆動ユニットのギア室の内部を示す図である。 図５は、図２のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図６は、本実施形態に係る駆動ユニットのリヤカバーを外した状態における側面図である。 図７は、図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図８は、駆動ユニットの内部冷却通路を説明するための概略図である。 図９は、駆動ユニットの変形例を示す図である。 図１０は、駆動ユニットの変形例を示す図である。 図１１は、駆動ユニットの変形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

駆動ユニット１００は、例えば、シリーズハイブリッド車両を駆動するための駆動源として用いられる。駆動ユニット１００は、図３及び図６などに示すように、第１電動モータとしての駆動モータ１５、第２電動モータとしての発電モータ１７、インバータ１３、減速機構１８及び増速機構１９を備える。また、図１に示すように、駆動ユニット１００は、駆動モータ１５及び発電モータ１７を冷却するための水冷式の冷却システムＣを備える。

冷却システムＣは、ラジエータ１、ウォータポンプ２、第１～第３外部冷却通路３～５及び駆動ユニット１００の筐体Ｈ内に設けられた内部冷却通路ＣＬからなる。内部冷却通路ＣＬは、図８に示すように、インバータ１３を冷却するためのインバータ冷却通路４２と、駆動モータ１５を冷却する第１冷却通路としての駆動モータ冷却通路２４と、発電モータ１７を冷却する第２冷却通路としての発電モータ冷却通路２６と、を備える。

次に、図２から図８を参照しながら、駆動ユニット１００の具体的な構成について説明する。

図２や図３などに示すように、駆動ユニット１００の筐体Ｈは、アウターハウジング１０と、アウターハウジング１０の一方の端部に取り付けられるギアカバー１１と、アウターハウジング１０の他方の端部に取り付けられるリヤカバー１２と、によって構成される。

図５などに示すように、アウターハウジング１０は、駆動モータ１５が収容される第１円筒部１０Ａと、発電モータ１７が収容される第２円筒部１０Ｂと、を備える。第１円筒部１０Ａ及び第２円筒部１０Ｂは、それぞれ円筒形状に形成され、これらの軸が互いに平行に並ぶようにしてアウターハウジング１０に設けられる。第１円筒部１０Ａには、駆動モータ１５がインナーハウジング１４（図６参照）を介して収容され、第２円筒部１０Ｂには、発電モータ１７がインナーハウジング１６（図６参照）を介して収容される。

図３に示すように、駆動モータ１５は、リヤカバー１２に回動自在に支持されるロータ１５Ａと、インナーハウジング１４の内部に固定されるステータ（図示せず）と、を備える。発電モータ１７は、リヤカバー１２に回動自在に支持されるロータ１７Ａと、インナーハウジング１６の内部に固定されるステータ（図示せず）と、を備える。インナーハウジング１４，１６及びリヤカバー１２がボルトなどによってアウターハウジング１０に固定されることにより、ロータ１５Ａ、１７Ａとステータとがそれぞれ対向した位置に固定される。

インナーハウジング１４の外周面には、一端から他端に向かうように形成されたらせん状の溝１４ａが設けられる。インナーハウジング１４がアウターハウジング１０に収容されると、溝１４ａの開口部がアウターハウジング１０の内周面により塞がれて、らせん状の駆動モータ冷却通路２４が形成される。

インナーハウジング１６の外周面には、一端から他端に向かうように形成されたらせん状の溝１６ａが設けられる。インナーハウジング１６がアウターハウジング１０に収容されると、溝１６ａの開口部がアウターハウジング１０の内周面により塞がれて、らせん状の発電モータ冷却通路２６が形成される。

アウターハウジング１０の上部には、インバータ１３が載置される。インバータ１３は、インバータ回路を構成する第１パワーモジュール４０及び第２パワーモジュール４１を備える（図８参照）。ここでいう上部とは、駆動モータ１５の回転軸と発電モータ１７の回転軸とを含む平面Ｐより上方の部分である（図６参照）。なお、本実施形態では駆動ユニット１００は、図６に示すように二つの駆動モータ１５及び発電モータ１７の回転軸を含む平面Ｐが水平方向に対して傾いた状態で車載される。より詳細には、駆動ユニット１００は、駆動モータ１５が発電モータ１７よりも高い位置になるように傾いた状態で車載される。

図３及び図４に示すように、アウターハウジング１０とギアカバー１１とによって形成されるギア室Ｇ内には、駆動モータ１５の回転軸に連結される減速機構１８と、発電モータ１７の回転軸に連結される増速機構１９と、が収容される。

駆動ユニット１００では、ギア室Ｇ内に減速機構１８及び増速機構１９の各ギア要素を潤滑するための潤滑油が貯留されている（図４参照）。潤滑油は、減速機構１８及び増速機構１９の各要素を潤滑するだけでなく、発電モータ１７内に供給されて、コイル１７ａや軸受の冷却、軸受の潤滑を行う。

減速機構１８は、駆動モータ１５の回転軸の出力を減速して駆動輪（図示せず）に伝達する。増速機構１９は、内燃機関（図示せず）からの出力を増速して発電モータ１７に伝達する。なお、本実施形態では、増速機構１９として、図３及び図４に示すようなスプロケットとチェーンによる機構を例示しているが、増速機構１９は、歯車のみで構成される機構などであってもよい。

図５などに示すように、駆動ユニット１００には、駆動モータ１５と発電モータ１７の間に、潤滑油を貯留するためのキャッチタンク５０が設けられる。具体的には、キャッチタンク５０は、第１円筒部１０Ａの外周と、第２円筒部１０Ｂの外周と、第１円筒部１０Ａの外周と第２円筒部１０Ｂの外周とを結ぶ接線Ｌで囲まれる領域近傍に設けられる（図５など参照）。キャッチタンク５０については、後で詳しく説明する。

リヤカバー１２には、駆動モータ１５の回転速度を検出するセンサ（図示せず）と、発電モータ１７の回転速度を検出するセンサ（図示せず）と、が取り付けられる。

次に、内部冷却通路ＣＬについて説明する。

図８に示すように、内部冷却通路ＣＬは、インバータ１３（第１パワーモジュール４０及び第２パワーモジュール４１）を冷却するインバータ冷却通路４２と、駆動モータ１５を冷却する駆動モータ冷却通路２４と、アウターハウジング１０に設けられインバータ冷却通路４２と駆動モータ冷却通路２４とを接続する接続通路４３と、発電モータ１７を冷却する発電モータ冷却通路２６と、駆動モータ冷却通路２４と発電モータ冷却通路２６とを接続する接続通路４４と、発電モータ冷却通路２６と第３外部冷却通路５とを接続する排出通路４５と、を備える。

駆動ユニット１００では、ラジエータ１で冷却された冷媒は、第１外部冷却通路３、ウォータポンプ２及び第２外部冷却通路４を通ってインバータ冷却通路４２に流入し、そこから接続通路４３、駆動モータ冷却通路２４、接続通路４４、発電モータ冷却通路２６、排出通路４５及び第３外部冷却通路５を通ってラジエータ１に戻される。

内部冷却通路ＣＬでは、冷媒が、インバータ冷却通路４２、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６を通過する間に、インバータ１３、駆動モータ１５、及び発電モータ１７との間で熱交換を行い、これらを冷却する。さらに、図８に示すように、キャッチタンク５０をインバータ１３、駆動モータ１５、及び発電モータ１７によって囲まれる領域に、駆動モータ１５の外周及び発電モータ１７の外周に沿うようにして設けることで、キャッチタンク５０内の潤滑油を、インバータ冷却通路４２、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６を通過する冷媒と熱交換させて、冷却することができる。

次に、キャッチタンク５０及び駆動ユニット１００における潤滑について説明する。

図７に示すように、キャッチタンク５０は、ギア室Ｇ側の端部が開口した有底筒状に形成される。キャッチタンク５０と第２円筒部１０Ｂとを区画する隔壁部１０Ｃには、油路としての貫通孔５０ｃ，５０ｄが設けられる。また、キャッチタンク５０のリヤカバー１２側の側面部５０ｅの底面（隔壁部１０Ｃ）側には、油路としての貫通孔５０ｆが設けられる。

貫通孔５０ｃは、増速機構１９の上方において開口するように形成される。貫通孔５０ｄは、発電モータ１７のコイル１７ａ及び軸受（図示せず）の上方において開口するように形成される。貫通孔５０ｆは、発電モータ１７の潤滑油を発電モータ１７のコイル１７ａ及び軸受（図示せず）に滴下できるような位置に形成される。

駆動ユニット１００では、上述のように、潤滑油はギア室Ｇ内に貯留されている。図４に示すように、駆動ユニット１００では、駆動モータ１５の停止時には油面が高さＨ１にある。この状態から、駆動モータ１５が駆動すると、駆動モータ１５の回転軸に取り付けられたギア１８ａが回転する。これにより、潤滑油が掻き上げられてギア室Ｇ内に飛散し、減速機構１８及び増速機構１９の各要素に潤滑油が供給される。また、ギア１８ａによって掻き上げられた潤滑油の一部は、ギア室Ｇ内に設けられたガイド部材５１を通じてキャッチタンク５０に導かれる。

キャッチタンク５０に導かれた潤滑油は、図７に示すように、貫通孔５０ｃ，５０ｄ，５０ｆを通じて落下する。貫通孔５０ｃから落下した潤滑油は、増速機構１９に供給される。これにより、増速機構１９の各要素を潤滑することができる。また、貫通孔５０ｄ，５０ｆから落下した潤滑油は、発電モータ１７のコイル１７ａ及び軸受部分に供給される。これにより、発電モータ１７のコイル１７ａ及び軸受を冷却及び潤滑することができる。

キャッチタンク５０は、図５に示すように、駆動モータ１５と発電モータ１７の間の領域に設けられている。そして、駆動モータ１５の外周には、冷媒が流れる駆動モータ冷却通路２４が設けられ、発電モータ１７の外周には、冷媒が流れる発電モータ冷却通路２６が設けられている。つまり、キャッチタンク５０は、駆動モータ冷却通路２４と発電モータ冷却通路２６との間の領域に設けられることになるので、キャッチタンク５０内の潤滑油は、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６を流れる冷媒との間で熱交換を行うことで冷却される。そして、この冷却された潤滑油を発電モータ１７のコイル１７ａ及び軸受に滴下することにより、発電モータ１７のコイル１７ａや軸受を冷却することができる。

また、図５に示すように、キャッチタンク５０は、第１円筒部１０Ａの外周と、第２円筒部１０Ｂの外周と、第１円筒部１０Ａの外周と第２円筒部１０Ｂの外周とを結ぶ接線Ｌで囲まれる領域近傍に設けられている。このような領域は、いわゆるデッドスペースとなってしまうため、このような領域にキャッチタンク５０を設けることにより、スペースを有効的に利用することができ、駆動ユニット１００を小型化することができる。

シリーズハイブリッド車両では、発電モータ１７の仕事量が駆動モータ１５の仕事量よりも多いので、発電モータ１７のコイル１７ａにおける発熱量が多い。そこで、本実施形態では、潤滑油を発電モータ１７のコイル１７ａに滴下するように構成している。駆動モータ１５にも潤滑油を供給する場合には、例えば、水平方向の高さを発電モータ１７と同じ高さにするなどしてもよい。

図９に示すように、駆動ユニット１００においては、油を貯留するキャッチタンク６０をさらに設けてもよい。具体的には、キャッチタンク６０は、平面Ｐを境にしてキャッチタンク５０が設けられた領域とは反対側の領域、より具体的には、平面Ｐの下方側であって、第１円筒部１０Ａの外周と第２円筒部１０Ｂの外周とを結ぶ接線で囲まれる領域Ｌ２近傍に設けられる。このようなキャッチタンク６０を備えることにより、これにより、潤滑油を貯留するスペースが確保できる。また、キャッチタンク６０を駆動モータ冷却通路２４と発電モータ冷却通路２６との間の領域に設けることにより、キャッチタンク５０だけでなくキャッチタンク６０においても潤滑油を冷却できるので、潤滑油をより効果的に冷却することができる。

また、図１０及び図１１に示すように、駆動ユニット１００においては、キャッチタンク５０内に複数の仕切部材５２を設け、キャッチタンク５０内に屈曲した流路を形成するようにしてもよい。この場合、キャッチタンク５０内における流路が長くなるので、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６を流れる冷媒との熱交換が促進され、潤滑油をより効果的に冷却することができる。

上記実施形態では、駆動モータ冷却通路２４と発電モータ冷却通路２６との間に潤滑油を貯留するためのキャッチタンク５０を設けた場合を例に説明したが、キャッチタンク５０を設けずに潤滑油が流れる油路を設けてもよい。この場合には、例えば、図１１に示すキャッチタンク５０の構成を油路として構成してもよい。換言すれば、駆動ユニット１００においては、駆動モータ冷却通路２４と発電モータ冷却通路２６との間の領域において、潤滑油を冷却できる空間が設けられていれば、その空間の形状はどのようなものであってもよい。

また、上記実施形態では、キャッチタンク５０の底面を側面部５０ｅから開口側（ギアカバー１１側）に向かって低くなるように傾斜させている。これにより、キャッチタンク５０内の潤滑油が少ない駆動モータ１５の始動時などに、増速機構１９に優先的に潤滑油を供給することができる。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

駆動ユニット１００は、駆動用の第１電動モータ（駆動モータ１５）と、発電用の第２電動モータ（発電モータ１７）と、備える。駆動ユニット１００は、第１電動モータ（駆動モータ１５）の外周に設けられ、第１電動モータ（駆動モータ１５）を冷却する冷媒が流れる第１冷却通路（駆動モータ冷却通路２４）と、第２電動モータ（発電モータ１７）の外周に設けられ、第２電動モータ（発電モータ１７）を冷却する冷媒が流れる第２冷却通路（発電モータ冷却通路２６）と、第１冷却通路（駆動モータ冷却通路２４）と第２冷却通路（発電モータ冷却通路２６）との間の領域に設けられ、駆動ユニット１００内の要素（減速機構１８及び増速機構１９の各要素）を潤滑する油が流れる空間（キャッチタンク５０）と、を備える。

この構成では、空間（キャッチタンク５０）内を流れる油を第１冷却通路（駆動モータ冷却通路２４）及び第２冷却通路（発電モータ冷却通路２６）を流れる冷媒によって冷却することができる。

駆動ユニット１００では、空間（キャッチタンク５０）は、第１電動モータ（駆動モータ１５）の外周及び第２電動モータ（発電モータ１７）の外周に沿うようにして設けられる。

この構成では、第１電動モータ（駆動モータ１５）の外周及び第２電動モータ（発電モータ１７）の外周に沿うように空間（キャッチタンク５０）に設けているので、接触面積を増やすことができる。これにより、冷却効率が向上し、油を短時間で冷却することができる。また、このような箇所に空間（キャッチタンク５０）に設けているので、第１電動モータ（駆動モータ１５）と第２電動モータ（発電モータ１７）との間に生じるデッドスペースを有効的に利用することができる。

駆動ユニット１００は、空間（キャッチタンク５０）の底部に設けられ、第２電動モータ（発電モータ１７）内の要素（コイル１７ａ、軸受）に油を供給または滴下する油路（貫通孔５０ｃ，５０ｄ，５０ｆ）をさらに備える。

この構成では、第２電動モータ（発電モータ１７）内の要素（コイル１７ａ、軸受）に油を供給または滴下することにより、第２電動モータ（発電モータ１７）内の要素（コイル１７ａ、軸受）に対して、冷却及び潤滑することができる。

駆動ユニット１００は、空間（キャッチタンク５０）内に設けられ、空間（キャッチタンク５０）内に屈曲した流路を形成する仕切部材５２をさらに備える。

この構成では、屈曲した流路を形成することによって、空間（キャッチタンク６０）内における流路を長くすることができる。これにより、空間（キャッチタンク６０）内の油をより効果的に冷却することができる。

駆動ユニット１００は、第１電動モータ（駆動モータ１５）の動作を制御するインバータ１３と、インバータ１３を冷却する冷媒が流れる第３冷却通路（インバータ冷却通路４２）と、をさらに備え、空間（キャッチタンク５０）は、第１冷却通路（駆動モータ冷却通路２４）と、第２冷却通路（発電モータ冷却通路２６）と、第３冷却通路（インバータ冷却通路４２）と、によって囲まれた領域に設けられる。

この構成では、空間（キャッチタンク５０）内の油をさらに第３冷却通路（インバータ冷却通路４２）を流れる冷媒によっても冷却することができる。これにより、空間（キャッチタンク５０）内の油をより効果的に冷却することができる。

駆動ユニット１００では、 第１電動モータ（駆動モータ１５）と第２電動モータ（発電モータ１７）とは、回転軸が互いに平行になるように配置され、第１電動モータ（駆動モータ１５）の回転軸と第２電動モータ（発電モータ１７）の回転軸とを結ぶ平面Ｐを境にして、空間（キャッチタンク５０）が設けられた領域とは反対側の領域に、第１冷却通路（駆動モータ冷却通路２４）と第２冷却通路（発電モータ冷却通路２６）との間の領域に設けられ、油を貯留するタンク（キャッチタンク６０）が設けられている。

このように、油を貯留するタンク（キャッチタンク６０）をさらに備えることにより、油を貯留するスペースを確保するとともに、油をより効果的に冷却することができる。

駆動ユニット１００では、第１電動モータ（駆動モータ１５）は、第２電動モータ（発電モータ１７）よりも高い位置に設けられる。

第１電動モータ（駆動モータ１５）を第２電動モータ（発電モータ１７）よりも高い位置に設けることにより、駆動ユニット１００の水平方向の長さを短くすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、駆動ユニット１００をシリーズハイブリッド車両に適用する場合を例に説明したが、これに限らず、駆動ユニット１００は、他の形式のハイブリッド車両、さらに、車両以外の装置に適用することも可能である。

また、上記実施形態では、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６が駆動モータ１５及び発電モータ１７の外周面の全域にわたってらせん状に形成される場合を例に説明したが、これ限らず、駆動モータ１５及び発電モータ１７を外周から冷却できる構造であれば、駆動モータ冷却通路２４及び発電モータ冷却通路２６は、どのような形状であってもよい。

上記実施形態では、潤滑油がギア１８ａで掻き上げられる構成を例に説明したが、これに限らず、潤滑油をオイルポンプによってキャッチタンク５０に供給するようにしてもよい。また、潤滑油の冷却システムとして、オイルクーラーを別途設けるようにしてもよい。

１００ 駆動ユニット
１０ アウターハウジング
１１ ギアカバー
１２ リヤカバー
１３ インバータ
１４ インナーハウジング
１５ 駆動モータ（第１電動モータ）
１６ インナーハウジング
１７ 発電モータ（第２電動モータ）
１８ 減速機構
１９ 増速機構
２４ 駆動モータ冷却通路（第１冷却通路）
２６ 発電モータ冷却通路（第２冷却通路）
４２ インバータ冷却通路（第３冷却通路）
５０ キャッチタンク（空間）
５０ｃ 貫通孔（油路）
５０ｄ 貫通孔（油路）
５０ｆ 貫通孔（油路）
５２ 仕切部材
６０ キャッチタンク（タンク）

Claims (6)

1. 駆動用の第１電動モータと、発電用の第２電動モータと、を備えた駆動ユニットであって、
   前記第１電動モータの外周に設けられ、前記第１電動モータを冷却する冷媒が流れる第１冷却通路と、
   前記第２電動モータの外周に設けられ、前記第２電動モータを冷却する冷媒が流れる第２冷却通路と、
   前記第１冷却通路と前記第２冷却通路との間の領域に設けられ、前記駆動ユニット内のギア要素を潤滑する油が流れる空間と、
   前記第１電動モータの動作を制御するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷媒が流れる第３冷却通路と、を備え、
   前記空間は、前記第１冷却通路と、前記第２冷却通路と、前記第３冷却通路と、によって囲まれた領域に設けられる駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記空間は、前記第１電動モータの外周及び前記第２電動モータの外周に沿うようにして設けられる駆動ユニット。
3. 請求項１または２に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記空間の底部に設けられ、前記第２電動モータ内の要素に油を供給または滴下する油路をさらに備えた駆動ユニット。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、
   前記空間内に設けられ、前記空間内に屈曲した流路を形成する仕切部材をさらに備えた駆動ユニット。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、
   前記第１電動モータと前記第２電動モータは、回転軸が互いに平行になるように配置され、
   前記第１電動モータの回転軸と前記第２電動モータの回転軸とを結ぶ平面を境にして、前記空間が設けられた領域とは反対側の領域に、前記第１冷却通路と前記第２冷却通路との間の領域に設けられ、油を貯留するタンクが設けられている駆動ユニット。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、
   前記第１電動モータは、前記第２電動モータよりも高い位置に設けられる駆動ユニット。

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