JP2019140786A - 駆動装置の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの冷却をローコストで実施可能な駆動装置の冷却構造を提供する。【解決手段】駆動装置１０の冷却構造は、モータ１２と、モータ１２を収容するケース１１と、ケース１１に取り付けられかつモータ１２を制御するための電力制御装置１７とを備えている。ケース１１は、モータ１２を収容するケース１１の上側に、ケース１１の外側に解放して設けられた凹部３４と、凹部３４からモータ１２に向けてケース１１を貫通して形成された貫通孔３７〜３９とを備えている。凹部３４は、電力制御装置１７によって閉じられることでケース１１の外側に向けて閉じた油路３２になっている。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置の冷却構造に関するものである。

従来、駆動力源のモータを備えた車両は、モータを制御するための電力制御装置（パワー・コントロール・ユニット）を必要とする。電力制御装置は、モータとの間でパワーケーブルにより電気的に接続される。このため、電力制御装置は、車載上の便宜性の面からモータを収容するケースに取り付けられる構造が採られる場合がある。ケースに取り付けられた電力制御装置は、内蔵する制御基板、例えばインバータなどの発熱に、ケースを介して伝わるモータの発熱が加わるため内部温度が上昇する。したがって、モータおよびインバータなどを効率良く冷却することが不可欠となる。

モータの冷却としては、オイルポンプで吐出されたオイルをパイプやホースをケースの内部に引き回してモータのコイルエンドに供給する冷却が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００７−２０９１６０号公報 特開２００１−２３８４０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、オイルをモータにおけるステータのコイルエンドに供給するために、パイプやホースをケースの内部に長く引き回す必要があるため、組み付け工数や部品点数が増えてコストの面で採用し難い。一方、ケースに油穴を空けて油路を作ることが考えられる。この場合には、ケースが、例えば筒形状になっていると、場所によっては製作上不要な穴を空ける必要が生じることがある。この場合には、不要な穴を塞ぐ対処が必要になるため、コストがかかる。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、モータの冷却をローコストで実施可能な駆動装置の冷却構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、モータと、前記モータを収容するケースと、前記モータを制御するための電力制御装置とを備えた駆動装置の冷却構造において、前記モータを収容するケースの上側に、前記ケースの外側に解放して設けられた凹部と、前記凹部から前記モータに向けて前記ケースを貫通して形成された貫通孔とを備え、前記凹部が前記電力制御装置によって閉じられることによって前記ケースの外側に向けて閉じた油路になっていることを特徴とするものである。

本発明によれば、油路用の凹部がケースの外側に開放して設けられているため、貫通孔を凹部内に簡単に形成することができる。また、凹部におけるケースの外側に開放された部分は、電力制御装置を取り付けることで閉じられる。このため、油路の形成を簡単に行うことができ、よって、モータの冷却をローコストで実施することができる。

図１は、本発明を適用した駆動装置の一例を示す断面図である。 ＰＣＵを駆動装置から取り外した状態を示す説明図である。 第２油路を模式的に示す説明図である。 第１ケースに収容された第１モータおよび第２モータの冷却構造を示す斜視図である。 駆動装置を車両の前後方向から見た説明図である。 駆動装置を車幅方向から見た説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。本発明の駆動装置の冷却構造は、ケースと、そのケースの内部に少なくとも駆動力源であるモータとを備える。モータは、発電機能を有するものであってもよい。図１は、本発明を適用した車両用の駆動装置を示す断面図である。駆動装置１０は、第１モータ１２、第２モータ（図示なし）および動力伝達機構（図示なし）を有し、これらを第１ケース１１に収容する構成になっている。動力伝達機構は、例えば遊星歯車機構や減速機構などの歯車群で構成されていてよい。例えば電気自動車用の駆動装置の場合には、第１モータ１２および第２モータは、一方で発電した電力を使用して他方を駆動力源として駆動させてもよいし、両方を駆動力源として使用してもよい。また、ハイブリッド車両用の駆動装置とする場合には、第１ケース１１がエンジンハウジングに連結されて、第１モータ１２、第２モータおよびエンジンの少なくとも一つから出力されるトルクを動力伝達機構により駆動輪に向けて伝達する構成であればよい。

第１ケース１１は、内部がモータ室１３およびギヤ室１４などに仕切られている。モータ室１３には、第１モータ１２および第２モータが収容されており、第１モータ１２および第２モータは、オイルポンプ１５からのオイルの供給により冷却が行われる。なお、図１では、第２モータの冷却構造を省略している。第２モータの冷却構造は後述する。ギヤ室１４は、動力伝達機構の歯車群が収容されており、例えば車両の高さ方向における下方に配置される歯車によるオイルの掻き上げにより歯車群の潤滑が行われる。モータ室１３およびギヤ室１４に充填されるオイルは、共通のオイルであってもよいし、特性の異なるオイルであってもよい。第１ケース１１は、本発明の実施形態におけるケースの一例である。

第１ケース１１の車両の高さ方向における上部には、電力制御装置（以下、「ＰＣＵ(Power Control Unit)」と称す）１７が直載されている。ＰＣＵ１７は、第１モータ１２および第２モータに供給される電力や第１モータ１２および第２モータで発電された電力を制御するためのインバータや昇降圧コンバータなどを実装した制御基板１８と、制御基板１８が取り付けられる第２ケース１９とを備える。また、ＰＣＵ１７のケース１１側の部分が冷却ジャケット４１になっている。冷却ジャケット４１は、中間部材３５および蓋部４３などを有し、少なくともＰＣＵ１７を冷却する。

第２ケース１９は、例えばアッパケース２０およびロアケース２１で構成され、これらが車両の高さ方向における上下から組み合わされることにより箱形状になる。第２ケース１９は、熱交換の効率が高い材料、つまり高い熱伝導率の特性を有する材料、例えばアルミニウムにより作られていてよい。また、第２ケース１９は、例えば表面にフィンなど設けて熱交換の効率の向上を図ったものであってもよい。制御基板１８は、第２ケース１９の内面、例えばロアケース２１に複数のボルトなどの締結部材により締結されていてもよい。また、ロアケース２１の一部を制御基板１８として使用してもよい。つまり、制御基板１８の一部を外部に露呈させる構成であってもよい。

第１モータ１２は、ステータ２５およびロータ２６を備える。ステータ２５は、コア２３にコイル２４を巻回して構成されている。コア２３は、円筒状に形成されており、第１ケース１１に固定され、かつ内周に複数のスロット（図示なし）が形成されている。コイル２４は、コア２３に設けられた複数のスロットに巻かれている。ステータ２５は、コア２３のロータ軸２９の軸線方向における両端部で円周方向に形成された第１コイルエンド２７および第２コイルエンド２８を有する。ロータ２６は、ステータ２５の半径方向における内側に配置され、かつ第１ケース１１に対して回転自在に支持されている。例えば第１モータ１２が磁石式モータの場合には、ロータ２６に永久磁石が取り付けられている。ロータ２６には、車幅方向に平行に配置されたロータ軸２９が固定されている。オイルポンプ１５は、例えばロータ軸２９から伝達されるトルクにより駆動される機械式のオイルポンプであってよい。なお、電動式のオイルポンプを使用してもよい。

オイルポンプ１５から吐出されたオイルは、第１油路３１、第２油路３２および第３油路３３に供給される。第１油路３１は、オイルポンプ１５から吐出されるオイルをステータ２５の外側に配置された第２油路３２に供給する車両の高さ方向に沿う油路である。第２油路３２は、第１ケース１１の内部における第１モータ１２の外側、つまりＰＣＵ１７側に設けられている。その第２油路３２は、第１コイルエンド２７から第２コイルエンド２８に至る車幅方向に延出され、かつ車両の前後方向に延出された、例えば矩形状に設けられていてもよい。

ケース１１は、車両の高さ方向の上方におけるケース１１の外側に第１凹部３４を備える。第１凹部３４は、ＰＣＵ１７側の外側に開口した第１開口部３６を有し、中間部材３５を第１ケース１１に固定することにより第１開口部３６が塞がれて油路３２になる。中間部材３５は、第１ケース１１とＰＣＵ１７との間に介在され、第１ケース１１にボルト（図示なし）などの締結手段より固定される。具体的には中間部材３５におけるモータ室１３側の第１面部３５ａが第２油路３２の内壁になる。したがって、第１開口部３６には、シールを介在させることが好ましい。第３油路３３は、第２油路３２に対して第１油路３１とは反対側でかつ車両の高さ方向に沿って配置されている。第３油路３３は、ロータ軸２９の内部を通してロータ２６に向けてオイルを供給されていてもよい。なお、第２油路３２は、少なくとも中間部材３５の第１面部３５ａと第１凹部３４とで作られていればよい。第１凹部３４は、本発明の実施形態における凹部の一例である。

第２油路３２には、第１孔部３７、第２孔部３８および第３孔部３９が形成されている。第１孔部３７、第２孔部３８および第３孔部３９は、モータ１２に向けて第１ケース１１を貫通した貫通孔になる。具体的には、第１孔部３７、第２孔部３８および第３孔部３９は、第２油路３２におけるモータ室１３側の底面、つまりロータ軸２９の径方向における内側の壁に、車幅方向に所定の間隔を隔てて作られている。第１孔部３７は、第１コイルエンド２７に向けてオイルを滴下するための貫通孔である。第２孔部３８は、コア２３に向けてオイルを滴下するための貫通孔である。第３孔部３９は、第２コイルエンド２８に向けてオイルを滴下する貫通孔である。第１油路３１および第３油路３３は、モータ室１３の内壁に貫通孔をあけて作られていてもよし、あるいはパイプやホースを使用して作られてもよい。第２油路３２は、第１ケース１１の外面の一部を削って作られていてもよい。また、オイルを滴下する孔部としては、第１孔部３７と第３孔部３９との少なくとも２つ設けられていてよい。第１孔部３７から第３孔部３９は、本発明の実施形態における貫通孔の一例である。

中間部材３５におけるＰＣＵ１７側の第２面部３５ｂには、一段窪んだ第２凹部４０が設けられている。第２凹部４０は、車両の高さ方向における上方を開口する第２開口部４２を有する。第２開口部４２は、蓋部４３が取り付けられて第２開口部４２を塞ぐことで冷却ジャケット４１を作る。蓋部４３は、ボルトなどの締結部材４４により中間部材３５に固定されている。なお、冷却ジャケット４１は、少なくとも中間部材３５と蓋部４３とで作られていればよい。

中間部材３５には、ＰＣＵ１７がボルトなどの締結部材２２により固定されている。ＰＣＵ１７が中間部材３５に固定されることで、蓋部４３におけるＰＣＵ１７側の第３面部４３ａがロアケース２１または制御基板１８の一部に接触する。その接触は、車幅方向および車両の前後方向に広い面積で行われる面接触になっていてよい。

冷却ジャケット４１には、エンジンハウジングの冷却系統とは別の冷却系統により、例えば冷却水などの冷却媒体が供給される。つまり、冷却ジャケット４１は、冷却媒体を循環させながら第２油路３２の面積をカバーする範囲で一時的に冷却媒体が貯留される貯留部であってもよいし、その範囲で蛇行状に流通する水路であってもよい。つまり、冷却ジャケット４１は、第２油路３２に供給されるオイルを、中間部材３５を介して冷却媒体との間で熱交換して冷却するオイルクーラの作用をする。中間部材３５は、高い熱伝導率の特性を有する材料で作られていてもよい。勿論、蓋部４３におけるモータ室１３側の第４面部４３ｂは冷却ジャケット４１に面接触する。冷却ジャケット４１は、蓋部４３を介してＰＣＵ１７の制御基板１８を冷却する。蓋部４３は、高い熱伝導率の特性を有する材料で作られていてもよい。

図２は、ＰＣＵを駆動装置ケースから取り外した状態を示す説明図である。図２に示すように、蓋部４３および中間部材３５は、第１ケース１１側に取り付けられている。ロアケース２１は、締結部材４４を挿通する開口３０を有している。冷却ジャケット４１は、第２ケース１９を第１ケース１１に取り付ける締結部材２２とは異なる位置に設けられた締結部材４４により第１ケース１１に固定されている。ＰＣＵ１７は、冷却ジャケット４１を第１ケース１１側に残したまま冷却ジャケット４１から取り外すことができる。このため、ＰＣＵ１７を第１ケース１１から取り外しても冷却ジャケット４１の内部が露呈されることがない。つまり、冷却媒体を漏らすことなくＰＣＵ１７を第１ケース１１から取り外すことができる。

図３は、第２油路を模式的に示す説明図である。図３に示すように第２油路３２は、第２モータ４５（図４参照）にオイルを滴下する第４孔部４６、第５孔部４７および第６孔部４８を有する。第４孔部４６ないし第６孔部４８は、第１凹部３４から第２モータ４５に向けて第１ケース１１を貫通して形成された貫通孔である。第４孔部４６は、第２モータ４５の第１コイルエンドに向けてオイルを滴下する。第５孔部４７は、第２モータ４５のコアに向けてオイルを滴下する。第６孔部４８は、第２モータ４５の第２コイルエンドに向けてオイルを滴下する。第４孔部４６ないし第６孔部４８は、本発明の実施形態における貫通孔の一例である。

第２油路３２は、蛇行路５０、折り返し路５１、第１分岐路５２および第２分岐路５３を有する。蛇行路５０は、車両の前後方向の一方側に配置された第１油路３１の出口５４から他方側に配置された第３油路３３の入口５５に向けてオイルを車幅方向に蛇行させる複数のＵ字路５６〜６２を有する。折り返し路５１は、第３油路３３の入口５５を経た後に、第１油路３１の出口５４に向けて折り返す油路である。第１分岐路５２は、折り返し路５１の入口側から分岐しており、第４孔部４６ないし第６孔部４８にオイルを供給する。第２分岐路５３は、折り返し路５１の出口側から分岐しており、第１孔部３７ないし第３孔部３９にオイルを供給する。

第１孔部３７ないし第３孔部３９の群は、車両の前後方向における第１油路３１の出口５４側に配置されている。第４孔部４６ないし第６孔部４８の群は、車両の前後方向における第３油路３３の入口５５側に配置されている。蛇行路５０は、第１Ｕ字路５６から第７Ｕ字路６２を、互いの向きが変わるように交互に繋げて作られている。第１分岐路５２は、第７Ｕ字路６２を構成する第１路６２ａと第２路６２ｂとの間に設けられている。第１路６２ａはオイルを車幅方向における一方向に向けて流通し、また、第２路６２ｂはオイルを車幅方向における他方向に向けて流通する。第２分岐路５３は、第１Ｕ字路５６を構成する第３路５６ａと第４路５６ｂとの間に設けられている。第３路５６ａは、車幅方向における一方向に向けて流通し、また、第４路５６ｂは車幅方向における他方向に向けて流通する。

図４は、第１ケースに収容された第１モータおよび第２モータの冷却構造を示す斜視図である。図４に示すようにオイルは、オイルポンプ１５により汲み上げられた後に第２油路３２に供給される。第２油路３２では、オイルが第１油路３１の出口５４から流入して蛇行路５０および折り返し路５１を経た後に第１分岐路５２に供給される。第１分岐路５２に供給されたオイルは、第４孔部４６ないし第６孔部４８により第２モータ４５の第１コイルエンド、コアおよび第２コイルエンドに車両の高さ方向における上方から滴下される。また、折り返し路５１から第２分岐路５３に供給されるオイルは、第１孔部３７ないし第３孔部３９により第１モータ１２の第１コイルエンド２７、コア２３および第２コイルエンド２８に車両の高さ方向における上方から滴下される。

第２油路３２の上方には、中間部材３５を介して冷却ジャケット４１が配置されている。冷却ジャケット４１は、少なくも第２油路３２と略同じ広さを有する。第２油路３２は、車両の高さ方向における略上方から見た広さが２つのモータ１２，４５を覆う略矩形の広い広さで、しかも蛇行路５０や折り返し路５１を備えているため表面積を広く取ることができる。このため、第２油路３２を流動するオイルの熱を、冷却ジャケット４１を流動する冷却媒体に効率よく放熱することが可能となり、熱交換性能を高めることができる。なお、第２油路３２は、前述したような形態に限らず、熱交換の効率の向上が図れる形態であればいずれの形状であってよい。第１モータ１２および第２モータ４５は、本発明の実施形態におけるモータの一例である。なお、図４は、分かりやすくするために模式的に示しており、実際のサイズや形状とは異なる。

図５は、駆動装置を車両の前後方向から見た説明図である。図５に示すようにＰＣＵ１７は、第１モータ１２および第２モータ４５（図示なし）に対してパワーケーブル６４で接続されている。パワーケーブル６４は、第１ケース１１の内部を通して配線されていてもよし、第１ケース１１の外を通して配線されていてもよい。なお、図５は、分かりやすくするために模式的に示しており、実際のサイズや形状とは異なる。

図６は、駆動装置を車幅方向から見た説明図である。図６に示すように、モータ室１３には、底部にオイルが貯留されている。貯留されたオイルは、ストレーナー６５を介してオイルポンプ１５により汲み上げられる。汲み上げられたオイルは、第２油路３２に供給され、第１孔部３７ないし第３孔部３９から第１モータ１２のコイルエンドに、および第４孔部４６ないし第６孔部４８から第２モータ４５のコイルエンドに滴下される。滴下されたオイルは、再びモータ室１３の底部に貯留される。このオイルの貯留量は、第１ケース１１の底部を車両の高さ方向における下方に窪んだ凹部６７を設けておけば少量でもあってもよい。これにより、第１モータ１２および第２モータ４５が高トルクを出力してコイルエンドが発熱を生じても、それらコイルエンドを少ない油路で効率よく冷却することができる。

また、冷却ジャケット４１は、送り管６８および戻し管（６９）を介してラジエータ６６に接続されている。なお、図６では、送り管６８および戻し管（６９）を重ねて記載しているため、戻し管の符号６９を括弧付きで表している。ラジエータ６６は、駆動装置１０の車両の前後方向における前方に配置されており、ファンを備えている。冷却ジャケット４１に供給される冷却媒体は、ラジエータ６６との間で循環されながらラジエータ６６により常時冷却がなされている。なお、図６は、分かりやすくするために模式的に示しており、実際のサイズや形状とは異なる。

以上、上記で説明した各実施例は本発明の例示であり、上述した各実施形態に限定されないのであって、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。例えば、駆動装置１０は、２つのモータ１２，４５を備えているが、本発明ではこれに限らず、一つのモータを備える構成であってもよい。

１０…駆動装置、 １２…第１モータ、 １５…オイルポンプ、 １７…ＰＵＣ、 １９…第１ケース、 ２７…第１コイルエンド、 ２８…第２コイルエンド、 ３１…第１油路、 ３２…第２油路、 ３３…第３油路、 ３４…第１凹部、 ３５…中間部材、 ３６…第１開口部、 ３７…第１孔部、 ３８…第２孔部、 ３９…第３孔部、 ４１…冷却ジャケット、 ４３…蓋部、 ４５…第２モータ、 ４６…第４孔部、 ４７…第５孔部、 ４８…第６孔部。

Claims (1)

1. モータと、前記モータを収容するケースと、前記ケースに取り付けられかつ前記モータを制御するための電力制御装置とを備えた駆動装置の冷却構造において、
   前記モータを収容するケースの上側に、前記ケースの外側に解放して設けられた凹部と、
   前記凹部から前記モータに向けて前記ケースを貫通して形成された貫通孔とを備え、
   前記凹部が前記電力制御装置によって閉じられることによって前記ケースの外側に向けて閉じた油路になっていることを特徴とする駆動装置の冷却構造。

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