JP2008174069A - Wheel driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステータ及びロータを含むトラクションモータによってホイールを駆動するとともに、オイルポンプを備えたホイール駆動装置に関し、特にオイルポンプの駆動形態に特徴を有するものに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wheel drive device that drives a wheel by a traction motor including a stator and a rotor and includes an oil pump, and particularly relates to a device that is characterized by a drive mode of the oil pump.
従来、懸架装置を介して車両に取付けられたケースと、上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、上記ロータが固設されたロータ軸と、上記ケース内に注入されたオイルと、上記オイルを冷却するオイルクーラーと、上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備えたホイール駆動装置が知られている。 Conventionally, a case attached to a vehicle via a suspension device, a traction motor provided in the case and including a stator and a rotor, a rotor shaft on which the rotor is fixed, and oil injected into the case There is known a wheel drive device that includes an oil cooler that cools the oil, and an oil pump that supplies at least the oil cooled by the oil cooler to the stator.
一般的にトラクションモータの効率は温度によって変化するため、その温度を最も効率の良い温度付近に維持しておくことが望ましい。しかし上記ホイール駆動装置に用いられるトラクションモータは、ステータに設けられたステータコイルに電流が流れることにより発熱するので、温度維持のためには冷却が必要とされる。 In general, the efficiency of the traction motor varies depending on the temperature, so it is desirable to maintain the temperature near the most efficient temperature. However, since the traction motor used in the wheel drive device generates heat when a current flows through a stator coil provided in the stator, cooling is required to maintain the temperature.
通常、トラクションモータの冷却は潤滑油と兼用のオイルによって行われる。オイルクーラーで冷却されたオイルをオイルポンプによってステータに供給することにより、効果的な冷却を図ることができる。 Usually, the traction motor is cooled by lubricating oil. Effective cooling can be achieved by supplying the oil cooled by the oil cooler to the stator by the oil pump.
特許文献1には、オイルの循環経路を工夫することによりモータの冷却効率を向上させたホイール駆動装置(インホイールモータ)が開示されている。
しかしながら、従来のホイール駆動装置では、特許文献1にも示されているように、トラクションモータのロータ軸とオイルポンプのポンプ駆動軸とが直結されていた。この構造によれば、トラクションモータの作動時に、それと機械的に連動してオイルポンプが作動するので高い動作確実性が得られるという利点がある反面、オイルポンプ回転数が常にトラクションモータ回転数と一致するため、オイルポンプ回転数の設定自由度が低く、以下のような不都合が起こり易かった。
However, in the conventional wheel drive device, as disclosed in
例えば従来の構造では、トラクションモータの停止時にはオイルポンプも停止する。従って、トラクションモータの停止時においてもステータの冷却が必要とされる場合に対応することが困難である。また、比較的低回転領域で高い冷却性が必要とされる場合、その要求に応えるには大型・大容量の冷却系(オイルポンプやオイルクーラー)が必要となる。仮にそのような冷却系を採った場合、高回転領域においては必要以上の吐出流量となるため、徒にオイルポンプ駆動トルクを増大させてしまう。従ってオイルポンプによる無駄なエネルギー消費が増大し、燃費の低下を招いてしまう。 For example, in the conventional structure, when the traction motor is stopped, the oil pump is also stopped. Therefore, it is difficult to cope with the case where the stator needs to be cooled even when the traction motor is stopped. Further, when high cooling performance is required in a relatively low rotation region, a large-sized and large-capacity cooling system (oil pump or oil cooler) is required to meet the demand. If such a cooling system is adopted, since the discharge flow rate is higher than necessary in the high rotation region, the oil pump driving torque is increased. Therefore, useless energy consumption by the oil pump increases, resulting in a decrease in fuel consumption.
本発明は、上記のような事情に鑑み、オイルポンプの動作確実性を維持しつつ、オイルポンプ回転数の設定自由度を高めることができるホイール駆動装置を提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a wheel drive device that can increase the degree of freedom in setting the number of revolutions of the oil pump while maintaining the operational reliability of the oil pump.
上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、懸架装置を介して車両に取付けられたケースと、上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、上記ロータが固設されたロータ軸と、上記ケース内に注入されたオイルと、上記オイルを冷却するオイルクーラーと、上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備え、上記ロータ軸からの出力トルクによりホイールを駆動するホイール駆動装置において、上記オイルポンプを駆動するポンプ駆動軸と、上記ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータと、上記ロータ軸と上記ポンプ駆動軸との間に介設され、上記ロータ軸から上記ポンプ駆動軸への一方向にトルクを伝達可能なワンウェイクラッチとを備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1記載のホイール駆動装置において、上記ロータ軸と上記ホイールとの間に減速機を備え、上記オイルポンプ及び上記オイルポンプ駆動モータは、上記ロータ軸と同軸上に、上記ロータを挟んで上記減速機の反対側に設けられていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the wheel drive device according to the first aspect, a reduction gear is provided between the rotor shaft and the wheel, and the oil pump and the oil pump drive motor are coaxial with the rotor shaft. Further, it is provided on the opposite side of the speed reducer across the rotor.
請求項3に係る発明は、請求項2記載のホイール駆動装置において、上記ポンプ駆動軸は、上記ロータ軸の端部に、該ロータ軸と同軸上に設けられるとともに、該ロータ軸に対向する位置に該ロータ軸の端部を内包する凹部を有し、上記ワンウェイクラッチは、上記ロータ軸の端部外周面と上記凹部の内周面との間に介設されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the wheel drive device according to the second aspect, the pump drive shaft is provided coaxially with the rotor shaft at an end portion of the rotor shaft and is opposed to the rotor shaft. The one-way clutch is interposed between the outer peripheral surface of the end portion of the rotor shaft and the inner peripheral surface of the concave portion.
請求項4に係る発明は、請求項2または3に記載のホイール駆動装置において、上記オイルポンプ駆動モータは、上記オイルポンプを挟んで上記ロータ軸の反対側に配設され、該オイルポンプ駆動モータのロータが上記ポンプ駆動軸に固設されていることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the wheel drive device according to
請求項1の発明によると、以下説明するように、オイルポンプの動作確実性を維持しつつ、オイルポンプ回転数の設定自由度を高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, as will be described below, the degree of freedom in setting the number of revolutions of the oil pump can be increased while maintaining the operational reliability of the oil pump.
本発明のホイール駆動装置は、ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータを有する。つまりこのオイルポンプは、電動オイルポンプとして機能する。但しこのオイルポンプは単なる電動オイルポンプではなく、そのポンプ駆動軸が、ワンウェイクラッチを介してトラクションモータのロータ軸と連絡されている。そのため、次のような作用を有する。 The wheel drive device of the present invention has an oil pump drive motor that drives a pump drive shaft. That is, this oil pump functions as an electric oil pump. However, this oil pump is not a simple electric oil pump, and its pump drive shaft is connected to the rotor shaft of the traction motor via a one-way clutch. Therefore, it has the following effects.
まず、オイルポンプ駆動モータによってオイルポンプ回転数をトラクションモータ回転数よりも高めることが可能となる。このとき、ワンウェイクラッチの作用、例えばオーバーラン(空転ともいう)により、ポンプ駆動軸からロータ軸へトルクが伝達されないので、オイルポンプの動作(回転)はトラクションモータの動作(回転)に影響を及ぼさない。従ってオイルポンプ回転数を、トラクションモータ回転数以上の範囲で要求吐出流量に応じた適正回転数に設定することができる。つまりオイルポンプ回転数の設定自由度が高められる。 First, the oil pump drive motor can increase the oil pump speed more than the traction motor speed. At this time, since the torque is not transmitted from the pump drive shaft to the rotor shaft due to the action of the one-way clutch, for example, overrun (also referred to as idling), the operation (rotation) of the oil pump does not affect the operation (rotation) of the traction motor. Absent. Accordingly, the oil pump rotational speed can be set to an appropriate rotational speed corresponding to the required discharge flow rate within a range equal to or higher than the traction motor rotational speed. That is, the degree of freedom in setting the oil pump speed is increased.
一方、オイルポンプ駆動モータの停止時、或いはその回転数がトラクションモータ回転数より低くなろうとする時には、ワンウェイクラッチの作用、例えばロックにより、ロータ軸からポンプ駆動軸へトルクが伝達される。すなわち従来構造と同様にオイルポンプがロータ軸によって駆動される。従って、例えば断線や供給電力の低下等、何らかの原因によってオイルポンプ駆動モータの出力が低下するというフェイルが発生しても、トラクションモータ回転数以上でのオイルポンプの作動が確保される。すなわちフェイル時においても一定以上の吐出流量(冷却性)を確保することができ、大幅な冷却性低下を抑制することができる。 On the other hand, when the oil pump drive motor is stopped or when its rotational speed is going to be lower than the traction motor rotational speed, torque is transmitted from the rotor shaft to the pump drive shaft by the action of the one-way clutch, for example, lock. That is, the oil pump is driven by the rotor shaft as in the conventional structure. Therefore, even if a failure occurs in which the output of the oil pump drive motor decreases due to some cause, such as disconnection or a decrease in supply power, the operation of the oil pump at the rotational speed of the traction motor or more is ensured. That is, a discharge flow rate (cooling performance) of a certain level or more can be ensured even during a failure, and a significant decrease in cooling performance can be suppressed.
請求項2の発明によると、レイアウト上、トラクションモータとオイルポンプとを互いに近接した位置に配置し易くなる。従ってオイルポンプからトラクションモータ(特にステータ)への冷却油路が配設し易くなり、その距離も短くすることができる。 According to the invention of claim 2, it becomes easy to arrange the traction motor and the oil pump at positions close to each other in terms of layout. Therefore, a cooling oil passage from the oil pump to the traction motor (particularly the stator) can be easily arranged, and the distance can be shortened.
請求項3の発明によると、以下説明するようにロータ軸まわりの構造を容易にコンパクト化することができる。
According to the invention of
本発明の構造によれば、ワンウェイクラッチの内周側がロータ軸の端部の外周面に当面する。従ってロータ軸の端部を小径化することが容易となる。ロータ軸のような駆動軸は、一般的に組み付け性を考慮して先細(中太)形状とされる。ロータ軸の先端部を小径化することにより、ロータ軸全体を小径化し易くなるので、ロータ軸まわりの構造を容易にコンパクト化することができる。 According to the structure of the present invention, the inner peripheral side of the one-way clutch comes into contact with the outer peripheral surface of the end portion of the rotor shaft. Therefore, it is easy to reduce the diameter of the end of the rotor shaft. A drive shaft such as a rotor shaft is generally tapered (medium thick) in consideration of assembly. By reducing the diameter of the tip of the rotor shaft, it becomes easier to reduce the diameter of the entire rotor shaft, so that the structure around the rotor shaft can be easily made compact.
請求項4の発明によると、オイルポンプ駆動モータが組み付け易くなる。また、機種によりオイルポンプ駆動モータの有無を設けるような場合、これを付加的に設置することが容易になる。つまりオイルポンプ駆動モータの組み付け性を向上することができる。 According to the invention of claim 4, the oil pump drive motor is easily assembled. Moreover, when the presence or absence of the oil pump drive motor is provided depending on the model, it becomes easy to additionally install the motor. That is, the assembly property of the oil pump drive motor can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の一実施形態に係るホイール駆動装置1の縦断面図である。また図2は図1の右側面図である。図1、図2においては図の上方が車両の上方を示し、図2においては図の右側が車両の前方を示す。なお図1、図2は左前輪を示すものであるが、同様の構成が全ての駆動輪に設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a
ホイール駆動装置1は、懸架装置130(図1に示す上方のストラットアッセンブリ131および下方のロアアーム132)を介して車両に取付けられたケース3と、ケース3内に設けられてステータ21及びロータ22を含むトラクションモータ20と、ロータ22に固設されてこれを支持するロータ軸25と、ケース3内に注入されたオイル11と、オイル11を冷却するオイルクーラー63(図2に示す)と、オイルクーラー63で冷却されたオイル11をステータ21を含む各部に供給するオイルポンプ50とを備え、ロータ軸25からの出力トルクによりホイール120を駆動するように構成されている。
The
さらにホイール駆動装置1は、オイルポンプ50を駆動するポンプ駆動軸52と、これを駆動するオイルポンプ駆動モータ51とを備える。ロータ軸25とポンプ駆動軸52との間にはワンウェイクラッチ(以下OWCと略称する)70が介設されている。OWC70は、後に詳述するように、ロータ軸25からポンプ駆動軸52への一方向にのみトルクの伝達が可能であるように構成されている。
Furthermore, the
またホイール駆動装置1は、ケース3内に回転自在に設けられた出力軸80を備える。出力軸80はプラネタリギヤ30(減速機)を介してロータ軸25からの出力をホイール120に伝達する。
The
オイルポンプ駆動モータ51、オイルポンプ50、トラクションモータ20、プラネタリギヤ30及び出力軸80は、車幅方向内側(図1の右側)からこの順で配設されている。またオイルポンプ駆動モータ51のロータ53、オイルポンプ50のポンプ駆動軸52、トラクションモータ20のロータ軸25、プラネタリギヤ30のサンギヤ31及び出力軸80は同軸上に配設されている。
The oil
トラクションモータ20は、主にステータ21とロータ22とからなる。ステータ21は、略円筒状のステータコアにコイルが巻回されたもので、ケース3に固設されている。ロータ22は、そのステータ21の内周側に設けられた略円筒状の部材である。ロータ軸25は、ケース3に回転自在に支持されるとともに、ロータ22の内周側に挿通されてこれに連結されている。ロータ軸25の軸心部には軸方向に貫通するロータ軸油路27が形成されている。ステータ21のコイルに所定の電流を流すことにより、電磁力によってロータ22が回転し、その駆動力がロータ軸25から出力されるように構成されている。
The
またトラクションモータ20は、逆駆動時(出力軸80側からロータ軸25が駆動されるとき)には発電機として作用する。すなわちエネルギー回生機能を有する。発電した電気は高圧用バッテリ91や低圧用バッテリ93(図4参照)に蓄電しておくことができる。
The
オイルポンプ50は、ケース3に貯溜されたオイル11をオイル溜り10から吸い上げ、昇圧して潤滑・冷却用の油路に吐出する(詳細は後述する)。オイルポンプ50を駆動するポンプ駆動軸52は、上述のようにロータ軸25と同軸に、その車幅方向内側に配設されている。ポンプ駆動軸52の、ロータ軸25に対向する位置にロータ軸25の端部を内包する凹部52aが形成されている。そしてロータ軸25の端部外周面と凹部52aの内周面との間にOWC70が介設されている。
The
図3は、図1のIII−III線断面図のうち、特にOWC70の近傍を示す図であって、(a)はOWC70のロック状態、(b)はOWC70のオーバーラン状態をそれぞれ示す。
3A and 3B are views showing the vicinity of the
図3において、矢印A1は車両前進時のロータ軸25の回転方向を示す。当実施形態のOWC70は一般にローラタイプと呼ばれるものであり、主に外輪71、ローラ72、スプリング73及び保持器74からなる。外輪71は略環状の部材であって、外周面はポンプ駆動軸52の凹部52aの内周側に嵌入されている(スプライン嵌合等としても良い)。従って外輪71はポンプ駆動軸52と一体回転する。外輪71の内周面には所定のカム面が形成されている。ロータ軸25の外周面と外輪71の内周面(カム面)との間には環状の隙間が設けられ、そこにローラ72とスプリング73とのセットが複数配設されている(当実施形態では6セット)。またこれらが保持器74に保持されている。各スプリング73は、各ローラ72を周方向一方側(矢印A1と同方向)に付勢する。
In FIG. 3, arrow A1 shows the rotation direction of the
このような構造により、図3(a)に示すように、ポンプ駆動軸52がロータ軸25に対して矢印A1方向と反対側に相対回転しようとするとき(矢印A2で示す)、つまりロータ軸25より低速で回転しようとしたり、停止しようとしたり、逆方向に回転しようとしたりするときにはロック状態(単にロックともいう)になる。ロック時には、ローラ72がスプリング73の付勢方向に移動し、ロータ軸25の外周面と外輪71の内周面(カム面)との間に噛み込んでその相対回転を阻止する(×印で示す)。従ってそのようなポンプ駆動軸52の回転が禁止され、ポンプ駆動軸52はロータ軸25と一体回転する(矢印A1で示す)。そのときロータ軸25からポンプ駆動軸52にトルクの伝達が可能となる。
With this structure, as shown in FIG. 3A, when the
一方、ポンプ駆動軸52がロータ軸25に対して矢印A1と同じ方向に相対回転しようとするとき(矢印A3で示す)、つまりロータ軸25より高速で回転しようとするときには、オーバーラン状態(単にオーバーランともいう)となる。オーバーラン時には、外輪71のカム面とローラ72との間に僅かな隙間が生じて上記ローラ72の噛み込みが解除され、ローラ72が滑らかに転動する。従ってそのようなポンプ駆動軸52の回転が許容される(○印で示す)。そのときポンプ駆動軸52からロータ軸25にトルクの伝達はなされない。
On the other hand, when the
結局、OWC70は、ロック状態となることにより、ポンプ駆動軸52がロータ軸25よりも低速で回転すること(停止や逆回転を含む)を禁止し、オーバーラン状態となることにより、ポンプ駆動軸52がロータ軸25よりも高速で独立回転することを許容する。またロック状態ではロータ軸25からポンプ駆動軸52へのトルク伝達が可能となり、オーバーラン状態ではポンプ駆動軸52からロータ軸25にトルクの伝達がなされない。
Eventually, the
図1に戻って説明を続ける。オイルポンプ50を挟んでトラクションモータ20と反対側(車幅方向内側)に、オイルポンプ駆動モータ51が設けられている。オイルポンプ駆動モータ51はトラクションモータ20と類似の構造を有する電動モータであり、そのロータ53はポンプ駆動軸52に固設されている。従ってポンプ駆動軸52はオイルポンプ駆動モータ51の出力軸に直結されている。オイルポンプ駆動モータ51は、その作動時、車両前進時のロータ軸25の回転方向と同方向(図3(b)の矢印A3方向)にポンプ駆動軸52を駆動する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. An oil
出力軸80は、ロータ軸25と同軸上に、これを挟んでポンプ駆動軸52の反対側(車幅方向外側)に設けられている。出力軸80の一端側(車幅方向外側)はホイールハブ85及びブレーキロータディスク87を介してホイール120に連絡されており、他端(車幅方向内側)はプラネタリギヤ30(減速機)を介してロータ軸25と連絡されている。出力軸80のロータ軸25側の端部は拡径され、その端面にはロータ軸25側に開口する凹部80aが形成されている。そしてその凹部80aにロータ軸25の先端が入り込み、凹部80aの内周側にロータ軸油路27の出口が位置するように配置されている。
The
出力軸80の先端側(車幅方向外側)はケース3から突出してホイール120と連結されている。詳しくは、出力軸80の先端側は、フランジ部を有する略円筒状のホイールハブ85に挿嵌され、ナット81で固定されている。ホイールハブ85のフランジ部には略円板状のブレーキロータディスク87と共にホイールディスク121がボルト・ナット103によって固定されている。ホイールディスク121の外周は、タイヤ122の内周面に嵌挿されている。ホイールディスク121とタイヤ122とが一体となってホイール120を構成している。以上の構成によって、出力軸80、ホイールハブ85、ブレーキロータディスク87およびホイール120は一体回転する。
The front end side (the vehicle width direction outer side) of the
プラネタリギヤ30は、ロータ軸25の回転を減速して出力軸80に伝達する減速機であって、トラクションモータ20を挟んでオイルポンプ50やオイルポンプ駆動モータ51の反対側に設けられる。プラネタリギヤ30の主な構成は、中心に設けられたサンギヤ31と、このサンギヤ31に噛合し、サンギヤ31から放射状等距離の複数位置に配設されたピニオンギヤ32と、サンギヤ31と同軸のリング状部材の内周面で各ピニオンギヤ32と噛合するリングギヤ33と、各ピニオンギヤ32を、互いの相対位置を維持させつつ支持するキャリヤ34とからなる。
The
サンギヤ31はロータ軸25と連結されている。またキャリヤ34は出力軸80と連結されている。そしてリングギヤ33はケース3に固定されている。
The
図4は、ホイール駆動装置1の動力伝達系のブロック図である。当該車両には、トラクションモータ20を駆動する高圧用バッテリ91と、オイルポンプ駆動モータ51を駆動する低圧用バッテリ93とが搭載されている。高圧用バッテリ91とトラクションモータ20とが第1インバータ・コンバータ92を介して接続されている。また低圧用バッテリ93とオイルポンプ駆動モータ51とが第2インバータ・コンバータ94を介して接続されている。また高圧用バッテリ91と低圧用バッテリ93とが接続されており、必要に応じて高圧用バッテリ91から低圧用バッテリ93への電力供給が可能となっている。
FIG. 4 is a block diagram of the power transmission system of the
次にホイール駆動装置1の潤滑、冷却系について図1、図2を参照して説明する。オイルポンプ50の吸入口58には、ケース3内で下方に延びる油路57が接続されており、油路57の下端にはオイル溜り10の底部付近に開口するオイルストレーナ55が取付けられている。
Next, the lubrication and cooling system of the
図2に示すように、オイルポンプ50の吐出口61には、ケース3の外部に導出される油路62(パイプ)の一端が接続され、油路62の他端にはオイルクーラー63の導入口63aが接続されている。オイルクーラー63はオイル11を熱交換によって冷却する装置であって、オイル11の導入口63aから導出口63bまでの間に細管が配設されている。オイル11がその細管内を通る間に細管壁面においてオイル11と外気との熱交換が行われる。オイルクーラー63は、その熱交換が効果的に促進されるように、車両前進時の走行風Wが当たり易いケース3の前方に配設されている。
As shown in FIG. 2, one end of an oil passage 62 (pipe) led out of the
オイルクーラー63の導出口63bには、油路64(パイプ)の一端が接続され、油路64の他端はケース3に接続されている。そして油路はケース3内で分岐する。分岐した油路の一方は油路65(パイプ)を経てケース3の上部の油路66に接続される。図1に示すように油路66は、ケース3の内部にあってステータ21の上方で軸方向に延びている。そしてケース3に、一端が油路66に開口し、他端がケース3の内部に開口する油穴67,68が形成されている。油穴67は油路66とステータ21のステータコアの上方とを連通させ、油穴68は油路66とステータ21のコイルの上方とを連通させる。オイルポンプ50の吐出口61からステータ21に至る油路62−オイルクーラー63−油路64−油路65,66−油穴67,68は、全体としてステータ冷却用油路69を形成する。ステータ冷却用油路69は、ステータ21を優先的に冷却するオイル供給油路である。
One end of an oil passage 64 (pipe) is connected to the
一方、油路64の下流で分岐した油路の他方はケース3の油路78に接続される。図1に示すように、油路78はロータ軸25の軸心部に設けられたロータ軸油路27に接続されている。ロータ軸油路27の先端側(下流側)は、出力軸80の凹部80a付近に開口している。オイルポンプ50の吐出口61から出力軸80の凹部80a付近に至る油路62−オイルクーラー63−油路64−油路78−ロータ軸油路27は、全体として出力軸冷却用油路79を形成する。出力軸冷却用油路79は、出力軸80を優先的に冷却するオイル供給油路である。出力軸冷却用油路79のうち、オイルポンプ50の吐出口61から油路64までの経路はステータ冷却用油路69と共有である。
On the other hand, the other of the oil passages branched downstream of the
以上ホイール駆動装置1の構造について説明したが、このようにホイール駆動装置1は、ロータ軸25とホイール120との間にプラネタリギヤ30(減速機)を備え、オイルポンプ50及びオイルポンプ駆動モータ51が、ロータ軸25と同軸上に、ロータ22を挟んでプラネタリギヤ30の反対側に設けられている。
The structure of the
このような構造とすることにより、トラクションモータ20とオイルポンプ50とが互いに近接した位置に配置されている。従ってオイルポンプ50からトラクションモータ20への冷却油路(ステータ冷却用油路69)の配設が容易化されており、その距離も短くなっている。
With such a structure, the
またポンプ駆動軸52が、ロータ軸25の端部に、ロータ軸25と同軸上に設けられるとともに、ロータ軸25に対向する位置にロータ軸25の端部を内包する凹部52aを有し、OWC70が、ロータ軸25の端部外周面と凹部52aの内周面との間に介設されている。
The
このような構造とすることにより、OWC70の内周側がロータ軸25の端部の外周面に当面する。従ってロータ軸25の端部が比較的小径となっている。ロータ軸25のような駆動軸は、一般的に組み付け性を考慮して先細(中太)形状とされる。ロータ軸25の先端部を小径化することにより、ロータ軸25全体を小径化することができ、ロータ軸25まわりの構造がコンパクトになっている。
With this structure, the inner peripheral side of the
またオイルポンプ駆動モータ51が、オイルポンプ50を挟んでロータ軸25の反対側に配設され、オイルポンプ駆動モータ51のロータ53がポンプ駆動軸52に固設されている。
An oil
このような構造とすることにより、オイルポンプ駆動モータ51が組み付け易くなっている。また、機種によりオイルポンプ駆動モータ51の有無を設けるような場合、これを付加的に設置することが容易になる。つまりオイルポンプ駆動モータ51の組み付け性が向上している。
With such a structure, the oil
次に、ホイール駆動装置1の動作について説明する。まず前進駆動時には、図4に示す第1インバータ・コンバータ92が、高圧用バッテリ91からの電力を所定の電圧、電流に変換してトラクションモータ20に供給する。
Next, the operation of the
トラクションモータ20のロータ軸25は、前進時に、オイルポンプ駆動モータ51側から見て右回り(図3の矢印A1方向)に回転する。ロータ軸25と連結されたプラネタリギヤ30のサンギヤ31も一体となって右回りに回転する。ピニオンギヤ32はサンギヤ31に噛合しているので軸周りに左回転するが、リングギヤ33がケース3に固定されていることから、その軸位置が右回りに回転する。つまりキャリヤ34が右回りに回転する。このときのキャリヤ34の回転数はロータ軸25の回転数よりも低回転となり、トルクが増幅されている(減速作用)。そしてキャリヤ34と一体の出力軸80およびホイール120も同じく右回りに回転し、車両が前進駆動される。
The
後退駆動時には、第1インバータ・コンバータ92が、高圧用バッテリ91からの電力を所定の電圧、電流(前進駆動時とは逆向きの電流)に変換してトラクションモータ20に供給する。これによってロータ軸25が車両前進時とは逆方向(オイルポンプ駆動モータ51側から見て左回り)に回転する。その結果、ホイール120も左回りに回転し、車両が後退駆動される。
At the time of reverse drive, the first inverter /
また前進走行時において、ブレーキ作動時や下り坂の走行時など、ホイール120側からロータ軸25が駆動される逆駆動時には、トラクションモータ20が発電機として作用する。発電された電気は第1インバータ・コンバータ92で充電用の電圧・電流に変換され、高圧用バッテリ91に蓄電される(エネルギー回生)。図4に、このときのエネルギーの流れを経路C1,C2,C3で示す。
Further, during forward travel, the
次に、オイルポンプ50及びオイルポンプ駆動モータ51の動作と、それによるオイル11の流れや各部の潤滑・冷却について説明する。前進駆動時、後退駆動時および必要に応じて車両停止時に、図4に示す第2インバータ・コンバータ94が、低圧用バッテリ93からの電力を所定の電圧、電流に変換してオイルポンプ駆動モータ51に供給する。図4に、このときのエネルギーの流れを経路B2,B3(及び必要に応じてB1)で示す。オイルポンプ駆動モータ51の駆動により、ポンプ駆動軸52は車両前進時のロータ軸25の回転方向と同方向(図3(b)に矢印A3で示す方向)に回転する。これによってオイルポンプ50はオイル溜り10からオイル11を吸い上げ、昇圧してステータ冷却用油路69や出力軸冷却用油路79に吐出する。
Next, the operation of the
ステータ冷却用油路69に導かれたオイル11は、ステータ21を冷却した後、プラネタリギヤ30や各軸受部等を潤滑・冷却しつつ落下し、最終的にオイル溜り10に戻る。また出力軸冷却用油路79に導かれたオイル11は、ロータ軸油路27を通ることによってトラクションモータ20を内側から冷却する。またそのオイル11はロータ軸油路27の先端から噴出して出力軸80の凹部80aに当たることによってこれを冷却する。出力軸80は、ホイールハブ85を介してブレーキロータディスク87に連絡されているが、このブレーキロータディスク87はブレーキ時に図外のブレーキパッドとの摩擦によって高温になる。出力軸80を冷却することにより、ブレーキロータディスク87から出力軸80を経由してトラクションモータ20にブレーキ時の熱が伝達されることを効果的に抑制することができる。ロータ軸油路27の先端から噴出して出力軸80を冷却したオイル11は、プラネタリギヤ30や各軸受部等を潤滑・冷却しつつ落下し、最終的にオイル溜り10に戻る。
After cooling the
オイルポンプ駆動モータ51によってオイルポンプ50を駆動するとき、オイルポンプ回転数Npはトラクションモータ回転数Nm以上に設定される。このとき、OWC70がオーバーラン状態となり、ポンプ駆動軸52からロータ軸25へトルクが伝達されないので、オイルポンプ50の動作(回転)はトラクションモータ20の動作(回転)に影響を及ぼさない。従って要求吐出流量に応じてオイルポンプ回転数Npを高い自由度で設定することができる。
When the
その作用・効果について、図5を参照して説明する。図5は、ホイール駆動装置1の熱収支に関する特性を示す図である。横軸にトラクションモータ回転数Nm(rpm)又はそれに比例する車速V(km/h)、縦軸に熱量Q(発熱量または放熱量)を示す。符号Q3maxは、トラクションモータ20の発熱量Q3のうち、最大負荷時の発熱量(最大値)を示す。トラクションモータ20の最大負荷時出力は、比較的低速域ではトラクションモータ回転数Nmに比例し、所定値以上の高速域では一定値(最高出力)となる。最大発熱量Q3maxは、その最大負荷時出力特性に略沿った特性を示す。すなわち比較的低速域ではトラクションモータ回転数Nmに略比例して比較的大きな増加率で増大し、最大負荷時出力が一定となる車速付近(特性の折れ曲がりポイント付近)から増加率が低下し、緩やかに増大する。
The operation and effect will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics relating to the heat balance of the
トラクションモータ20、特にステータ21の温度上昇を適正に抑制するには、その冷却系による最大放熱量が最大発熱量Q3max以上であることが求められる。
In order to appropriately suppress the temperature rise of the
一方、符号Q1は、オイルクーラー63以外による放熱量を示す。例えばケース3等を伝播して外気に発散される熱量がこれに該当する。放熱量Q1は、高車速になるほどケース3に当たる走行風Wの相対速度が上昇する等の理由で、高車速であるほど増大する。但し全体的にその値は比較的低く、車速Vに対する増加率も小さい。
On the other hand, the symbol Q <b> 1 indicates the amount of heat released by other than the oil cooler 63. For example, this is the amount of heat that propagates through the
符号Q2Lは、オイルクーラー63からの放熱量Q2のうち、OWC70をロック状態とした場合、つまりオイルポンプ回転数Np=トラクションモータ回転数Nmとした場合の放熱量を示す。高車速であるほど走行風Wの相対速度が上昇してオイルクーラー63の冷却能力が高くなることと、オイルポンプ50の吐出流量(オイルクーラー63に供給されるオイル流量)がトラクションモータ回転数Nm(=オイルポンプ回転数Np)に比例して増大することから、放熱量Q2Lは高車速であるほど増大する。放熱量Q2Lは放熱量Q1に対し比較的多く、特に高車速域では全体の放熱量の大部分を占める。
Reference sign Q2L indicates a heat release amount of the heat release amount Q2 from the oil cooler 63 when the
OWC70がロック状態のとき、全体の放熱量は、放熱量Q1+放熱量Q2Lとなる。この場合、最大負荷時には最大発熱量Q3max−(放熱量Q1+放熱量Q2L)、つまり図5において斜線で示す部分の放熱量が不足している。当実施形態では、そのような放熱量不足を、オイルポンプ回転数Np>トラクションモータ回転数Nmとすることにより解消している。上述のようにオイルポンプ回転数Npを増大させるとオイルポンプ50の吐出流量が増大し、冷却性が向上して放熱量Q2を放熱量Q2Lよりも増大させることができるからである。上記放熱量不足を解消するには、具体的には、オイルポンプ回転数Npを、(放熱量Q1+放熱量Q2)=発熱量Q3を満たす放熱量Q2となるような吐出流量が得られる回転数(>トラクションモータ回転数Nm)とすれば良い。
When the
なお、部分負荷時におけるトラクションモータ20の発熱量Q3は最大発熱量Q3maxよりも少ない。当実施形態では、部分負荷時においてもオイルポンプ回転数Npを適宜調節することにより、発熱量Q3に応じた最適な放熱量Q2となるようにすることができる。また必要以上に放熱量Q2が増大しないように調節することができるので、オイルポンプ50による無駄なエネルギー消費を抑制し、燃費を向上することができる。
The heat generation amount Q3 of the
また、例えば登坂路での停車時のように、トラクションモータ回転数Nm=0rpmであってもトラクションモータ20に負荷がかかっている場合(発熱量Q3>0)や、高負荷高車速走行直後の停車時のように、放熱量Q2の急減によるトラクションモータ20の温度上昇の虞がある場合等では、オイルクーラー63を利用して冷却性を高めたいという要求がある。当実施形態では、車両停止状態(トラクションモータ回転数Nm=0rpm)であっても、オイルポンプ駆動モータ51によってオイルポンプ50を駆動させ、必要な放熱量Q2を得ることによりその要求に応えることができる。
Further, for example, when the traction motor rotation speed Nm = 0 rpm, such as when stopping on an uphill road, a load is applied to the traction motor 20 (heat generation amount Q3> 0), or immediately after traveling at a high load and high vehicle speed. When there is a possibility that the temperature of the
さらには、車両後退時であってロータ軸25が前進時に対して逆回転しているような場合でも、オイルポンプ駆動モータ51によってオイルポンプ50を正規の回転方向(車両前進時のロータ軸25の回転方向)に駆動させ、必要な放熱量Q2を得ることができる。
Further, even when the vehicle is moving backward and the
また、低負荷領域であって発熱量Q3が小さい場合等、要求放熱量が放熱量Q1+放熱量Q2Lよりも少ない場合には、オイルポンプ駆動モータ51を停止させても良い。このようにするとOWC70がロック状態となり、従来構造と同様に、オイルポンプ50がロータ軸25によって駆動される。
When the required heat release amount is smaller than the heat release amount Q1 + heat release amount Q2L, such as when the heat generation amount Q3 is small in the low load region, the oil
なお、従来構造のようにオイルポンプ50をロータ軸25で駆動する場合(当実施形態においてオイルポンプ駆動モータ51を停止させた場合も同様)、トラクションモータ20の出力の一部を消費してオイルポンプ50を駆動することになる。従って、その分ホイール120に供給される出力が低下する(オイルポンプ駆動ロス)。当実施形態では、オイルポンプ50をオイルポンプ駆動モータ51で駆動することにより、そのオイルポンプ駆動ロスを抑制することができる。特に高負荷時は運転者が高出力を要求している場合なので、そのときにオイルポンプ駆動ロスを抑制し、その分ホイール120への供給出力を増大させることは効果的である。
When the
以上説明したように当実施形態によれば、オイルポンプ駆動モータ51によってオイルポンプ回転数Npを走行状態(要求吐出量或いは要求放熱量)に応じた適正回転数に設定し易くなる。つまりオイルポンプ回転数の設定自由度が高められる。このことは、オイルポンプ50をロータ軸25で直結駆動する従来構造に対し、冷却系(オイルポンプ50やオイルクーラー63)を小型・小容量化したり、オイルポンプ50による無駄なエネルギー消費を抑制したりする上でも大きく貢献する。例えば、従来構造において最大発熱量Q3max以上の放熱量を得るためには、図5において二点鎖線で示すような放熱量Q1+放熱量Q2’が必要である(放熱量Q2’はオイルクーラー63からの放熱量)。放熱量Q2’は放熱量Q2Lよりもかなり大きく、またトラクションモータ回転数Nmに対する増加率(特性の傾き)も大きい。このような放熱量Q2’を得るためには、大型・大容量の冷却系(オイルポンプ50やオイルクーラー63)が必要である。
As described above, according to this embodiment, the oil
また仮にそのような冷却系を採った場合、高車速領域では放熱量Q1+放熱量Q2’が最大発熱量Q3maxを大幅にオーバーしてしまう。これは、徒にオイルポンプ吐出流量が多く、オイルポンプ50を駆動するためのエネルギー消費に大きな無駄が生じていることを意味する。
If such a cooling system is adopted, the heat release amount Q1 + heat release amount Q2 'greatly exceeds the maximum heat release amount Q3max in the high vehicle speed region. This means that the oil pump discharge flow rate is large, and there is a great waste of energy consumption for driving the
当実施形態によれば、放熱量Q2Lを放熱量Q2’よりも大幅に削減することにより、冷却系を小型・小容量化し、オイルポンプ50による無駄なエネルギー消費を抑制することが容易となる。
According to the present embodiment, the heat radiation amount Q2L is significantly reduced from the heat radiation amount Q2 ', so that the cooling system can be reduced in size and capacity, and wasteful energy consumption by the
また当実施形態によれば、オイルポンプ50が単にオイルポンプ駆動モータ51のみによって駆動されるような構成に比べ、エネルギー回生時のオイルポンプ駆動効率を高めることができ、燃費向上を図ることができる。この点について図4を参照して説明する。
Further, according to the present embodiment, compared to a configuration in which the
上述のように、オイルポンプ50をオイルポンプ駆動モータ51で駆動する場合、その駆動エネルギーは経路B1,B2,B3,B4を経由して伝播される。一方、エネルギー回生によって高圧用バッテリ91に蓄電を行う場合、その回生エネルギーは経路C1,C2,C3を経由して伝播される。従ってオイルポンプ50が単にオイルポンプ駆動モータ51のみによって駆動されるような構成の場合、エネルギー回生時にオイルポンプ50を駆動させるためには、これらのエネルギーの伝播(変換)をそれぞれ独立して行う必要がある。
As described above, when the
それに対し当実施形態では、エネルギー回生時にオイルポンプ50を駆動させるときにはオイルポンプ駆動モータ51を停止させ、OWC70をロック状態にしてロータ軸25によってオイルポンプ50を駆動させることができる。このときのオイルポンプ50の駆動エネルギーは、経路C1,D1,B4を経由して伝播される。この経路は、ホイール120からの逆駆動という機械的エネルギーを、電気的エネルギーに変換することなく、ポンプ駆動軸52を駆動するための機械的エネルギーとして利用するものであり、一旦電気的エネルギーに変換した後に再度機械的エネルギーとして取り出す上記経路(経路C2,C3,B1,B2,B3)よりもエネルギーロスが小さい。換言すれば、経路C2,C3,B1,B2,B3をバイパスするものである。そのためオイルポンプ駆動効率を高めることができ、燃費向上を図ることができる。
In contrast, in the present embodiment, when the
なお、ホイール120からの逆駆動トルクがオイルポンプ50の駆動トルクよりも大きい場合にはその余剰エネルギーを経路C2,C3を経由して高圧用バッテリ91に蓄電すれば良い。逆にホイール120からの逆駆動トルクがオイルポンプ50の駆動トルクよりも小さい場合にはその不足分のエネルギーを経路B1,B2,B3を経由してオイルポンプ駆動モータ51に供給すれば良い。
When the reverse driving torque from the
以上、ホイール駆動装置1が正常に作動しているときの動作について説明したが、フェイル(故障)の一形態として、本来オイルポンプ駆動モータ51によってオイルポンプ50を駆動すべきところ、例えば断線や供給電力の低下等、何らかの原因によってオイルポンプ駆動モータ51の出力が低下するというフェイルを想定し得る。従来構造に比べてそのようなリスクが増大していると考えられるので、それに対処しておくことは重要である。このようなフェイルが発生したとき、仮にオイルポンプ50が単にオイルポンプ駆動モータ51のみによって駆動されるような構造では、最悪の場合オイルポンプ50が停止してしまい、大幅な冷却性(放熱量)の低下を招く虞がある。しかし当実施形態によれば、オイルポンプ駆動モータ51の停止という最悪の事態が発生しても、OWC70がロック状態となることにより、トラクションモータ回転数Nmでのオイルポンプ50の作動が確保される。すなわちこのようなフェイル時においても、放熱量Q1+放熱量Q2L以上の放熱量を確保することができるので、大幅な冷却性低下を抑制することができる。
The operation when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said each embodiment, It can change suitably in a claim.
例えば上記実施形態では、OWC70をローラタイプとしたが、これを他のタイプのワンウェイクラッチとしても良い。例えば略瓢箪形のスプラグを用いるスプラグタイプと呼ばれるワンウェイクラッチを用いても良い。
For example, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、ステータ冷却用油路69と出力軸冷却用油路79とが、油路64の下流で分岐するように構成しているが、この分岐点に切替弁等を設け、適宜流量配分を行うようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the stator cooling
また上記実施形態では別体型のオイルクーラー63を設けたが、必ずしもそれに限定するものではない。例えばケース3のオイル溜り10とケース壁面との間で走行風Wによって冷却されるような簡易的オイルクーラーであっても良い。
Moreover, although the separate type oil cooler 63 was provided in the said embodiment, it is not necessarily limited to it. For example, a simple oil cooler that is cooled by the traveling wind W between the
1 ホイール駆動装置
3 ケース
11 オイル
20 トラクションモータ
21 (トラクションモータの)ステータ
22 (トラクションモータの)ロータ
25 ロータ軸
30 プラネタリギヤ(減速機)
50 オイルポンプ
51 オイルポンプ駆動モータ
52 ポンプ駆動軸
52a (ポンプ駆動軸の)凹部
63 オイルクーラー
70 ワンウェイクラッチ
120 ホイール
130 懸架装置
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記ケース内に設けられてステータ及びロータを含むトラクションモータと、
上記ロータが固設されたロータ軸と、
上記ケース内に注入されたオイルと、
上記オイルを冷却するオイルクーラーと、
上記オイルクーラーで冷却された上記オイルを少なくとも上記ステータに供給するオイルポンプとを備え、
上記ロータ軸からの出力トルクによりホイールを駆動するホイール駆動装置において、
上記オイルポンプを駆動するポンプ駆動軸と、
上記ポンプ駆動軸を駆動するオイルポンプ駆動モータと、
上記ロータ軸と上記ポンプ駆動軸との間に介設され、上記ロータ軸から上記ポンプ駆動軸への一方向にトルクを伝達可能なワンウェイクラッチとを備えることを特徴とするホイール駆動装置。 A case attached to the vehicle via a suspension,
A traction motor provided in the case and including a stator and a rotor;
A rotor shaft on which the rotor is fixed;
Oil injected into the case,
An oil cooler for cooling the oil;
An oil pump that supplies at least the oil cooled by the oil cooler to the stator,
In the wheel drive device that drives the wheel by the output torque from the rotor shaft,
A pump drive shaft for driving the oil pump;
An oil pump drive motor for driving the pump drive shaft;
A wheel drive device comprising a one-way clutch interposed between the rotor shaft and the pump drive shaft and capable of transmitting torque in one direction from the rotor shaft to the pump drive shaft.
上記オイルポンプ及び上記オイルポンプ駆動モータは、上記ロータ軸と同軸上に、上記ロータを挟んで上記減速機の反対側に設けられていることを特徴とする請求項1記載のホイール駆動装置。 A reduction gear is provided between the rotor shaft and the wheel,
2. The wheel drive device according to claim 1, wherein the oil pump and the oil pump drive motor are provided coaxially with the rotor shaft and on the opposite side of the speed reducer with the rotor interposed therebetween.
上記ワンウェイクラッチは、上記ロータ軸の端部外周面と上記凹部の内周面との間に介設されていることを特徴とする請求項2記載のホイール駆動装置。 The pump drive shaft is provided coaxially with the rotor shaft at the end of the rotor shaft, and has a recess that encloses the end of the rotor shaft at a position facing the rotor shaft.
The wheel driving device according to claim 2, wherein the one-way clutch is interposed between an outer peripheral surface of an end portion of the rotor shaft and an inner peripheral surface of the concave portion.
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Legal Events
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