JP2023127718A - 車両駆動システム - Google Patents
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Abstract
【課題】車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上する車両駆動システムを提供する。【解決手段】本発明の車両駆動システム100aは、電動モータ1、減速機2、減速機2を収納する減速機ケーシング2b、減速機ケーシング2bに収容されるオイル8を備え、電動モータ1に対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部5と、減速機2の下部に溜められたオイル8をオイル貯留部5に送るポンプ3と、オイル貯留部5と電動モータ1とをつなぐ配管9と、配管9に設けられ、配管9の導通/遮断を制御するバルブ6と、電動モータ1、減速機2、ポンプ3およびバルブ6を制御する制御装置20と、を有し、制御装置20は、オイル貯留部5から電動モータ1へのオイル8の供給の開始および停止をバルブ6によって制御することを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、車両駆動システムに関する。
電気自動車(Electric Vehicle,EV)の駆動力を生成するトラクションユニットは、電動モータ、インバータおよび減速機の3つを一体化して軽量、高出力および省スペースを実現している。このような高出力化と小型化を両立した電動モータ(以下、単に「モータ」とも称する。)は、高速回転させた際にモータを構成するステータコイルや軸受等が高温になるため、それらを冷却する必要がある。そこで、減速機の潤滑のために減速機のケーシング下部に溜まっているオイルを、電動ポンプや減速機ギアの回転に伴うかき上げなどでモータ側へ送り、オイルをモータのコイルにかけることで冷却する構成、つまり、減速機の潤滑用オイルがモータの冷却油も兼ねる構成が知られている。
上述した構成を有する駆動システムの例として、特許文献1および特許文献2がある。特許文献1の駆動装置5は、ハウジンング70の収容室72内に、回転電機MG2、減速機構40および差動装置45が収容された構成を有している。回転電機MG2より上方には、回転電機MG2に供給する潤滑油を貯留する上部貯留室74が設けられ、収容室72から上部貯留室74に汲み上げられる潤滑油の流量を調節する流量調節手段(電動ポンプ80)を備えている。制御装置60は、駆動装置5の作動状態に応じて、収容室における潤滑油の油面位置が変化するよう、電動ポンプ80を制御する。
特許文献1によれば、制御装置60が回転電機のロータ32や、動力伝達機構のギアの回転速度や、収容室72における潤滑油の油温といった駆動装置5の作動状態に応じて、電動ポンプ80を制御し、収容室72における潤滑油の油面位置を、最適な油面位置に変化させることが記載されている。このような構成によって、潤滑油の油面位置を、その作動状態に応じた最適な油面位置に制御することができ、潤滑必要部位の良好な潤滑を確保しつつ、ロータやギアが受ける摩擦攪拌抵抗を低減することができるとされている。
また、特許文献2の駆動システム1は、ハウジング2に回転電機5、減速機4およびギア44が収容され、ギア44の少なくとも1つが潤滑オイルに浸漬する貯溜タンク21と、回転電機5の上方に設けられ、減速機4のギア44によりかき上げられた潤滑オイルを一時的に貯留するオイルキャッチタンク20とを備えている。そして、オイルキャッチタンク20から回転電機5へと潤滑オイルを流下させる第1排出口31と、第1排出口31よりも下方側に設けられ、オイルキャッチタンク20から回転電機5へと潤滑オイルを流下させる第2排出口3と、駆動システム1の運転状態に応じて、第2排出口3を開閉するバルブ33とを備え、バルブ33の開閉状態に応じて、オイルキャッチタンク20のオイルの貯留量が変化する構成が記載されている。バルブ33の開閉状態は、運転状態によって変化させる。
特許文献2によれば、運転状態に応じて第2排出口3を開閉するので、第2排出口が閉じられたときにオイルキャッチタンク20に貯留される油量が増加して、減速機のギアが浸漬する貯留タンクの油面が低下することにより、かき上げ抵抗が低減するので、駆動システムの損失を低減できるとされている。例えば、駆動システム1の冷間始動時など駆動システム1の暖気が完了する以前の運転状態等、潤滑オイルの油温が低く、粘度が低い場合には、第2排出口3を閉じ、オイルキャッチタンク20に多くの潤滑オイルを貯留し、油面を低下してギアによるかき上げ抵抗が増大することによるエネルギーの損失を低減することができるとされている。
しかしながら、前述した特許文献1および特許文献2の車両駆動システムには、車両走行時の減速機の油面の位置の調整および回転電機に流す油の量を調整しているが、車両の停止状態から始動する際の減速機の攪拌抵抗の損失については考慮されていない。車両の停止時に、減速機の下部にオイルが全て溜まった状態であると、車両の始動時は最も攪拌抵抗が大きくなる。特に冬や寒冷地等において、車両が置かれている環境の温度が0℃以下である場合、オイルのポンプでの吸い上げや減速機ギアによるモータ上部へのかき上げが困難となる。低温時にモータに高い負荷がかかると、モータのコイルが高温になるが、低温でオイルの粘度が高い場合、高温となったモータのコイルへオイルを流すことが困難となり、モータの信頼性に影響を及ぼす可能性がある。
そこで、本発明は、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる車両駆動システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、回転駆動する電動モータと、電動モータの回転速度を減速するための減速機と、減速機を収納する減速機ケーシングと、減速機ケーシングに収容されるオイルと、を備え、電動モータに対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部と、減速機の下部に溜められたオイルをオイル貯留部に送るポンプと、オイル貯留部と電動モータとをつなぐ配管と、配管に設けられ、配管の導通/遮断を制御するバルブと、電動モータ、減速機、ポンプおよびバルブを制御する制御装置と、を有し、制御装置は、オイル貯留部から電動モータへのオイルの供給の開始および停止をバルブによって制御することを特徴とする車両駆動システムである。
本発明の車両駆動システムによれば、そこで、本発明は、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる。
以下、本発明に係る車両駆動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、実施形態を模式的に示す概略構成図である図1、図2に基づいてその構造を説明し、その後、各実施形態の特徴構成を実施形態毎に具体的に説明する。
図1は本発明の車両駆動システムの第1の例を示す軸(モータ回転軸)方向断面図である。図1に示すように、車両駆動システム100aは、回転駆動するモータ回転軸1aを有する電動モータ1と、モータ回転軸1aの回転速度を減速するためのギア2aを有する減速機2とを有する。高速で回転する電動モータ1に減速機2を接続することで回転トルクを増大し、車両を駆動する。電動モータ1は電動モータケーシング1bに収納され、ギア2aは減速機ケーシング2bに収納される。減速機ケーシング2bの内部には、ギア2aを潤滑するためのオイル8が収容されている。
電動モータ1に対して鉛直方向上部にはオイル貯留部5が設けられている。減速機ケーシング2bと、オイル貯留部5と、電動モータケーシング1bとは配管9によって接続されている。なお、配管9の矢印は、オイル8の流れる方向を表している。減速機ケーシング2bの下部に溜められたオイル8が配管9を通って電動モータ1まで運ばれ、例えば、図中破線矢印方向にオイル(O)が流れ、電動モータ1の構成部品(例えば、ステータコイル7)を冷却する構造となっている。配管9には、オイル8を送るためのポンプ3およびオイル8を冷却するためのオイルクーラ4が設けられている。
オイル貯留部5と電動モータケーシング1bとを接続する配管9には、配管9の導通/遮断を制御するバルブ6が設けられている。
車両駆動システム100aは、電動モータ1、減速機2、ポンプ3およびバルブ6を制御する制御装置20を有し、オイル貯留部5から電動モータ1へのオイルの8供給の開始および停止をバルブ6によって制御している。バルブ6の導通時(バルブ「開」状態)には、オイル8はモータ1の上部からステータコイル7を冷却して減速機2へ戻る。一方、バルブ6の遮断時(バルブ「閉」状態)には、オイル8はモータ1へは流れず、オイル貯留部5にオイル8が溜まる構造となる。
制御装置20は、例えば、車両が始動した後、電動モータ1の温度があらかじめ設定した値より上昇した時点で、バルブ6を開き、ポンプ3を動作する。
図2は本発明の車両駆動システムの第2の例を示す軸方向断面図である。図2に示す車両駆動システム100bの構成は、基本構成は図1と同一であるが、バルブ6を通過したオイル8を、モータ回転軸1aを通して、電動モータ1の内部からステータコイル7に吹きかけて冷却する構造である。電動モータ1の冷却は、図1に示すように、電動モータ1の上部からステータコイル7にオイルを流す方式と、図2に示すように、モータ回転軸1aの内部からステータコイル7に吹きかける方式の2通りが一般的に知られている。さらに、この2つの方式を組み合わせた構造とすると、より大きな冷却効果が期待できる。
図3は本発明の車両駆動システムの動作の一例を示すフロー図である。図3は、車両の運転から停止の動作におけるバルブ6の制御について示している。図3に示すように、本発明の車両駆動システムの動作フローでは、車両運転中はバルブ6を開いてポンプ3をONにし、オイル8が減速機ケーシング2bからオイル貯留部5を通って電動モータケーシング1bに供給される(S1)。次に、車両を停止し(S2)、車両電源をOFFにした後(S3)、バルブ6を閉じて、所定の時間、ポンプ3を駆動する(S4)。このような操作によって、減速機ケーシング2bからオイル貯留部5へオイル8が送り続けられるため、減速機ケーシング2bの油面(図1および図2中のL)が下がる。一方、バルブ6が閉じているので、オイル8はオイル貯留部5へ溜まる。最後にポンプ3をOFFにして(S5)、オイル8の送液を停止する。
本発明の車両駆動システムは、上述した構成を有することによって、車両の始動時に減速機2の油面Lが低下している状態にあり、車両始動時の減速機2の撹拌損失を低減することができる。特に、冬場や寒冷地など、車両の置かれている環境が低温(例えば0℃)で、オイル8の粘度が増大している場合であっても、車両始動時の減速機2の撹拌損失を最大限低減できる構成となっている。
また、車両始動時にはオイル貯留部5にオイルが充填されている状態であるため、車両始動開始後すぐに電動モータ1へオイル8を供給して冷却することが可能となる。車両の置かれている環境が低温(例えば0℃)で、オイル8の粘度が増大して、減速機2の掻き揚げによって電動モータ1へオイル8を供給するのに時間がかかるような状況であっても、オイル貯留部5から電動モータ1へオイル8をすぐに供給することができるため、電動モータ1の信頼性を確保することができる。
なお、運転中にバルブ6の開度を調整することで、運転中に減速機2の油面を制御することも本構造では可能である。この場合、運転の状態に応じて減速機2の撹拌損失を低減することが可能である。
上述した特許文献1は、車両駆動中に、収容室における潤滑油の油面位置を、駆動装置の作動状態に応じて制御するものであり、車両停止後に収納室の上部にある上部貯留室に潤滑油を送り、車両始動時までに収容室における潤滑油の油面位置を下げておくものではない。
また、特許文献2についても、駆動システムの駆動中に、温度に応じてモータ上部にあるオイルキャッチタンクからモータに流れる潤滑油の量を第2の排出口の開閉によって調整しているが、車両停止後にオイルキャッチタンクに潤滑油を送り、車両始動時までに減速機における潤滑油の油面位置を下げておくものではない。
図4は本発明の車両駆動システムの第3の例を示す軸方向断面図である。基本的な構造は図1および図2で説明したとおりであるが、図4の駆動システム100cは、空気を抜くためのブリーザ11を有している。オイル貯留部5は、空気が入るとオイルを溜めることが困難となるため、空気を抜くためのブリーザ11をモータ1または減速機2に接続することが望ましい。なお、バルブ6が遮断状態で故障した場合には、モータ1の冷却が困難となる。よってブリーザ11はモータ1に接続するのがよい。
また、図4に示す車両駆動システム100cは、モータケーシング1bの内部にオイル貯留部5を設け、モータ1の上部にインバータ10を配置している。オイル貯留部5をモータケーシング1bの内部に設けていることで、オイル貯留部5とモータ1の冷却部とをより近付けて配置することができる。
低温環境下では、オイルの粘度が高く、減速機2のオイル8をポンプ3でくみ上げることや、減速機2のギア2aでかき上げることが困難となる。車両始動時に、坂道などモータ1の負荷が高い場合、ステータコイル7は急激に温度上昇することが予想されるが、車両始動時の低温時にはオイルを早期に送ることが困難となり、ステータコイル7の冷却ができず信頼性が低下する可能性がある。モータ1およびインバータ10は、車両動作時に発熱するため、オイル貯留部5はこれらと近い位置に設置すると、オイル貯留部5に溜めたオイルを早期に温め、粘度を下げることが可能となり、早期にステータコイル7を冷却することも可能となる。
図5は本発明の車両駆動システムの第4の例を示す軸方向断面図である。車両動作時には減速機2も発熱するため、モータ1の減速機2に近い部分を積極的に冷却するのが望ましい。図5に示す車両駆動システム100cは、バルブ6をモータ1の減速機2に近い位置に設置することで、オイル貯留部5から減速機2に近い部分のステータコイル7までの流路が短くなり、高温となりやすい部分を積極的に冷却することが可能となる。なお、本発明の車両駆動システムの第4の例を示す軸方向断面図では、ブリーザ11は減速機2に接続されており、バルブ6の信頼性が高い場合にはこのような構造でも問題ない。
図6は本発明の車両駆動システムの第5の例を示す径方向断面図である。図6に示す車両駆動システムの構成では、オイル貯留部5を発熱するモータ1とインバータ10で挟み込むことで早期にオイルの温度を上昇し、粘度を下げることが可能となる。なお、電動モータ1および減速機2の構成については、図1、2、4および5に示した構成のいずれかを適用することができる。
図7は本発明の車両駆動システムの第6の例を示す径方向断面図である。図7に示す車両駆動システムの構成では、インバータ10をオイル貯留部5の上部ではなく、オイル貯留部5の側方に配置にすることで車両駆動装置の高さを低くすることができ、床面高さに影響の大きい車両の後方に設置するのに適した構造となる。なお、電動モータ1および減速機2の構成については、図1、2、4および5に示した構成のいずれかを適用することができる。
図8は本発明の車両駆動システムの第7の例を示す径方向断面図である。図8に示す車両駆動システムの構成では、オイル貯留部5を覆う断熱材12を設置することで、オイル貯留部5の上面が空気と触れることを避け、オイルをより温めやすい構造とすることができる。本構造は、車両を短時間駐車(停止)する場合でもオイルの温度を保つことができ、低温環境下での減速機2の撹拌損失の上昇を抑えることができる。なお、電動モータ1および減速機2の構成については、図1、2、4および5に示した構成のいずれかを適用することができる。
図9は本発明の車両駆動システムの第8の例を示す径方向断面図である。インバータ10の発熱部10aを循環するオイルで冷却する場合、オイル貯留部5をインバータ10にすると省スペース化によってより小型の形状となり、別途オイル貯留部5を設置する必要もなくなるためコスト低減にも効果が期待できる。なお、電動モータ1および減速機2の構成については、図1、2、4および5に示した構成のいずれかを適用することができる。
図10は本発明の車両駆動システムの第9の例を示す径方向断面図である。より車両駆動装置の高さを低くするには、オイル貯留部5の位置を下げるとともに、インバータ10をモータ1の側方に配置するのがよい。オイル貯留部5を下げた場合、モータ1の上部からステータコイル7にオイルを流すことが困難となるため、モータ回転軸1aからオイルを吹きかける構造となる。なお、電動モータ1および減速機2の構成については、図1、2、4および5に示した構成のいずれかを適用することができる。
図11は本発明の車両駆動システムの動作の第2の例を示すフロー図である。図11のS11~S13の動作は、図3のS1~S3と同様である。車両停止直後は電動モータ1やインバータ10の温度が車両の安全性を十分に確保できる規定値よりも高い場合が考えられ、この場合、温度が規定値よりも下がるまでオイルを循環させることが望ましい。車両電源を停止したのちに、あらかじめ設定した時間を経過したか否かを判断し(S15)、あらかじめ設定した時間を経過するまでバルブ6を導通した状態でポンプ3を動作させることで機器の温度を下げ、その後バルブ6を遮断し、一定時間ポンプ3を動作させる(S16)ことでオイル貯留部5にオイルを溜める。その後、ポンプをOFFする(S17)。
図12は本発明の車両駆動システムの動作の第3の例を示すフロー図である。図11に示すフローでは、電動モータ1やインバータ10の温度が十分に低下するように設定した時間を経過するまでまでオイルを循環させるようにしたが、モータ1やインバータ10の温度を監視している場合は、これらの機器の温度が規定値まで低下したか否かを判断し(S25)、温度が規定値まで低下するまでバルブ6を導通した状態でポンプ3を動作させることでオイルを循環させる。これにより確実に機器の温度を下げ、信頼性が低下することを防止することができる。その後バルブ6を遮断し、一定時間ポンプ3を動作させる(S26)ことでオイル貯留部5にオイルを溜める。その後、ポンプをOFFする(S27)。
以上、説明したように、本発明によれば、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる車両駆動システムを提供できることが示された。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1…モータ、1a…モータ回転軸、1b…モータケーシング、2…減速機、2a…ギア、2b…減速機ケーシング、3…ポンプ、4…オイルクーラ、5…オイル貯留部、6…バルブ、7…ステータコイル、8…オイル溜、9…オイル配管(オイルの流れ)、10…インバータ、10a…発熱部、11…ブリーザ(エア抜き用の配管)、12…断熱材、20…制御装置、100a,100b,100c,100d…車両駆動システム。
Claims (10)
- 回転駆動する電動モータと、前記電動モータの回転速度を減速するための減速機と、前記減速機を収納する減速機ケーシングと、前記減速機ケーシングに収容されるオイルと、を備え、
前記電動モータに対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部と、
前記減速機の下部に溜められた前記オイルを前記オイル貯留部に送るポンプと、前記オイル貯留部と前記電動モータとをつなぐ配管と、
前記配管に設けられ、前記配管の導通/遮断を制御するバルブと、
前記電動モータ、前記減速機、前記ポンプおよび前記バルブを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記オイル貯留部から前記電動モータへのオイルの供給の開始および停止を前記バルブによって制御することを特徴とする車両駆動システム。 - 前記制御装置は、車両が停止した後、前記バルブを閉じ、所定の時間が経過するまでは前記ポンプを駆動して前記減速機ケーシングの前記オイルを前記オイル貯留部に送り、前記所定の時間が経過した後に前記ポンプを停止することで、前記車両が停止している間、前記減速機ケーシングの油面を下げておくことを特徴とする請求項1に記載の車両駆動システム。
- 前記オイル貯留部の近傍に、前記電動モータの駆動を制御するインバータが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
- 前記オイル貯留部の上面に、前記電動モータもしくは前記減速機の大気解放されている箇所に接続するブリーザを有することを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
- 前記電動モータを収納する電動モータケーシングに前記オイル貯留部が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
- 前記電動モータを収納する電動モータケーシングまたは前記インバータを収納するインバータケーシングに前記オイル貯留部とすることを特徴とする請求項3に記載の車両駆動システム。
- 前記オイル貯留部の周囲の少なくとも一部に断熱材が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
- 前記制御装置は、車両が停止した後、設定した時間が経過するまでは前記バルブが開いた状態で前記ポンプが動作した状態を維持し、設定した時間を経過した後にまず前記バルブを閉じ、続いて前記ポンプを停止することを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
- 前記制御装置は、前記車両が停止した後、前記バルブが開いた状態で前記ポンプが動作した状態を維持し、前記電動モータおよび前記インバータの温度が規定値以下となってから、まず前記バルブを閉じ、続いて前記ポンプを停止することを特徴とする請求項3に記載の車両駆動システム。
- 前記制御装置は、車両が始動した後、前記電動モータの温度があらかじめ設定した値より上昇した時点で、前記バルブを開き、前記ポンプを動作することを特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動システム。
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