JP2024004733A - 駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】トルクコンバータを冷却することのできる駆動ユニットを提供する。【解決手段】駆動ユニット１００は、原動機２、トルクコンバータ３、及びトルクコンバータケース４を備える。トルクコンバータ３は、原動機２からのトルクを増幅するように構成される。トルクコンバータ３は、回転可能に配置される。トルクコンバータケース４は、回転不能に配置される。トルクコンバータケース４は、トルクコンバータ３を収容する。トルクコンバータケース４は、第１給気口４１と第１排気口４２とを有している。第１給気口４１は、内部に空気を導入するように構成される。第１排気口４２は、内部の空気を排出するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動ユニットに関するものである。

電気モータ又はエンジンなどの原動機のトルクを増幅させるために、トルクコンバータを有する駆動ユニットが提案されている。トルクコンバータは、インペラ、タービン、及びステータを有している。インペラとタービンとの間には作動油が充填されており、この作動油を介してインペラからタービンへトルクが伝達される。

特開２０２１－１８８７３２号公報

トルクコンバータは、インペラとタービンとが異なる回転速度で回転すること、又は、ロックアップクラッチがスリップ状態となることによって熱が発生する。そこで、本発明の課題は、トルクコンバータを冷却することのできる駆動ユニットを提供することにある。

第１態様に係る駆動ユニットは、原動機と、トルクコンバータと、トルクコンバータケースと、を備える。トルクコンバータは、原動機からのトルクを増幅するように構成される。トルクコンバータは、回転可能に配置される。トルクコンバータケースは、回転不能に配置される。トルクコンバータケースは、トルクコンバータを収容する。トルクコンバータケースは、第１給気口と第１排気口とを有している。第１給気口は、トルクコンバータケースの内部に空気を導入するように構成される。第１排気口は、トルクコンバータケースの内部の空気を排出するように構成される。

このように、トルクコンバータケースは第１給気口及び第１排気口を有しているため、トルクコンバータケース内には新鮮な空気が供給される。このトルクコンバータケース内の空気とトルクコンバータとが熱交換することによってトルクコンバータを冷却することができる。なお、この第１排気口から排出された空気を室内やバッテリなどに供給することによって、トルクコンバータで発生した熱を有効利用することができる。

第２態様に係る駆動ユニットは、第１態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。第１排気口は、第１給気口よりも上方に配置される。この構成によれば、トルクコンバータケース内の空気を効率よく排気することができる。

第３態様に係る駆動ユニットは、第１又は第２態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。第１排気口は、第１給気口よりも径方向外側に配置される。この構成によれば、第１給気口から第１排気口への気流を効率的に生成することができる。

第４態様に係る駆動ユニットは、第１から第３態様のいずれかに係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。原動機は、電気モータである。

第５態様に係る駆動ユニットは、第４態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。電気モータは、ロータ、モータステータ、及びモータケースを有する。ロータは、回転可能に配置される。モータステータは、径方向においてロータと間隔をあけて配置される。モータケースは、ロータ及びモータステータを収容する。モータケースは、第２給気口及び第２排気口を含む。第２給気口は、モータケースの内部に空気を導入するように構成される。第２排気口は、モータケースの内部の空気を排出するように構成される。

第６態様に係る駆動ユニットは、第５態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。第２給気口は、軸方向において第２排気口と間隔をあけて配置される。ロータ及びモータステータは、軸方向において、第２給気口と第２排気口との間に配置される。この構成によれば、ロータとモータステータとの間を通るような気流を生成することができる。

第７態様に係る駆動ユニットは、第１から第６態様のいずれかに係る駆動ユニットにおいて、第１排気口から加熱対象まで延びる排気流路をさらに備える。

第８態様に係る駆動ユニットは、第７態様に係る駆動ユニットにおいて、循環流路をさらに備える。循環流路は、加熱対象へ送られた後の空気を第１給気口へと戻すように構成される。

第９態様に係る駆動ユニットは、第１から第８態様のいずれかに係る駆動ユニットにおいて、送風機をさらに備える。送風機は、第１給気口を介してトルクコンバータケース内へ空気を供給するように構成される。

本発明によれば、トルクコンバータを冷却することができる。

駆動ユニットの概略図。 変形例に係る駆動ユニットの概略図。 変形例に係る駆動ユニットの概略図。

以下、駆動ユニットの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る駆動ユニットの概略図である。なお、以下の説明において、軸方向とは原動機又はトルクコンバータ３の回転軸Ｏが延びる方向である。また、周方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の周方向であり、径方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の径方向である。また、正回転とは、車両が前進するときの回転であり、逆回転とは、車両が後進するときの回転である。

［駆動ユニット１００］
図１に示すように、駆動ユニット１００は、電気モータ２（原動機の一例）、トルクコンバータ３、トルクコンバータケース４、第１駆動シャフト５、第２駆動シャフト６、インバータ２０、バッテリ７、第１排気流路８１（排気流路の一例）、第２排気流路８２、第３排気流路８３、及び減速機９を備えている。この駆動ユニット１００は、例えば、電気自動車に搭載される。駆動ユニット１００は、駆動輪（図示省略）を駆動するように構成されている。なお、本実施形態では、バッテリ７が加熱対象である。

＜電気モータ２＞
電気モータ２は、モータケース２１、モータステータ２２、及びロータ２３を有している。本実施形態における電気モータ２は、いわゆるインナーロータ型のモータである。モータケース２１は、車体フレームなどに固定されており、回転不能である。このモータケース２１内に、モータステータ２２及びロータ２３が収容されている。

モータステータ２２は、モータケース２１の内周面に固定されている。モータステータ２２は回転不能である。ロータ２３は、回転軸Ｏ周りに回転する。ロータ２３は、径方向において、モータステータ２２の内側に配置される。モータステータ２２は、径方向において、ロータ２３と間隔をあけて配置されている。

モータケース２１は、第２給気口２１１と第２排気口２１２とを有している。第２給気口２１１及び第２排気口２１２のそれぞれは、モータケース２１を貫通してモータケース２１の内部と外部とを連通する少なくとも１つの貫通孔によって構成されている。

第２給気口２１１は、モータケース２１内に空気を導入するように構成されている。この第２給気口２１１を介して、モータケース２１内に新鮮な空気が供給される。

第２排気口２１２は、モータケース２１内の空気をモータケース２１の外部へ排出するように構成されている。この第２排気口２１２を介して、モータケース２１内の空気がモータケース２１の外部へと排出される。

第２給気口２１１は、軸方向において第２排気口２１２と間隔をあけて配置されている。モータステータ２２及びロータ２３は、軸方向において、第２給気口２１１と第２排気口２１２との間に配置されている。このため、第２給気口２１１からモータケース２１内に導入された空気は、モータステータ２２とロータ２３との間を通過して、第２排気口２１２へと流れる。なお、ここでの軸方向とは、電気モータ２の回転軸が延びる方向である。

第２排気口２１２は、第２給気口２１１よりも上方に配置されている。第２排気口２１２は、上方に開口している。第２給気口２１１は、下方に開口している。

＜インバータ２０＞
インバータ２０は、電気モータ２の回転速度を制御するように構成されている。インバータ２０は、インバータ本体２０１と、インバータケース２０２を有している。インバータ本体２０１は、プリント配線板、及び導体素子などによって構成されている。

インバータケース２０２は、インバータ本体２０１を収容するように構成されている。インバータケース２０２は、第３給気口２０３と第３排気口２０４とを有している。第３給気口２０３及び第３排気口２０４のそれぞれは、インバータケース２０２を貫通してインバータケース２０２の内部と外部とを連通する少なくとも１つの貫通孔によって構成されている。

第３給気口２０３は、インバータケース２０２内に空気を導入するように構成されている。この第３給気口２０３を介して、インバータケース２０２内に新鮮な空気が供給される。

第３排気口２０４は、インバータケース２０２内の空気をインバータケース２０２の外部へ排出するように構成されている。この第３排気口２０４を介して、インバータケース２０２内の空気がインバータケース２０２の外部へと排出される。

＜トルクコンバータ３＞
トルクコンバータ３は、軸方向において、電気モータ２と間隔をあけて配置されている。このトルクコンバータ３と電気モータ２との間に、減速機９が配置されている。軸方向において、電気モータ２、減速機９、トルクコンバータ３の順で配列している。

トルクコンバータ３は、回転可能に配置されている。トルクコンバータ３の回転軸Ｏは、電気モータ２の回転軸Ｏと実質的に一致している。トルクコンバータ３は、電気モータ２からのトルクが伝達される。トルクコンバータ３は、電気モータ２が出力したトルクを増幅するように構成されている。

トルクコンバータ３は、カバー３１、インペラ３２、タービン３３、ステータ３４、第１ワンウェイクラッチ３６、及び遠心クラッチ３７（ロックアップクラッチの一例）をさらに有している。本実施形態において、トルクコンバータ３の外殻は、カバー３１、及びインペラ３２によって構成されている。

トルクコンバータ３は、インペラ３２が電気モータ２側（図１の左側）に配置され、カバー３１が電気モータ２と反対側（図１の右側）に配置されている。このトルクコンバータ３は、トルクコンバータケース４内に収容されている。トルクコンバータ３内には作動流体が供給されている。作動流体は、例えば作動油である。なお、トルクコンバータ３内の空間と、トルクコンバータケース４内の空間とは気密に区切られている。このため、トルクコンバータ３内の作動流体はトルクコンバータケース４内に漏出しない。

カバー３１は、電気モータ２からのトルクが入力される。カバー３１は、電気モータ２からのトルクによって回転する。カバー３１は、第１駆動シャフト５に固定されている。例えば、カバー３１は、スプライン孔を有しており、第１駆動シャフト５がカバー３１のスプライン孔にスプライン嵌合する。このため、カバー３１は、第１駆動シャフト５と一体的に回転する。カバー３１は、タービン３３を覆うように配置されている。

インペラ３２は、カバー３１と一体的に回転する。インペラ３２は、カバー３１を介して電気モータ２からのトルクが入力される。インペラ３２は、カバー３１に固定されている。インペラ３２は、軸受部材（図示省略）を介して固定シャフト１０４に回転可能に支持されている。なお、この固定シャフト１０４は円筒状である。インペラ３２と固定シャフト１０４との間は気密にシールされている。固定シャフト１０４内を第２駆動シャフト６が軸方向に延びている。また、固定シャフト１０４は、例えば、減速機ケース９２又はトルクコンバータケース４から延びている。固定シャフト１０４は、回転不能である。

タービン３３は、インペラ３２と対向して配置されている。詳細には、タービン３３は、軸方向においてインペラ３２と対向している。タービン３３は、作動流体を介してインペラ３２からトルクが伝達される。

タービン３３には、第２駆動シャフト６が取り付けられている。詳細には、第２駆動シャフト６が、タービン３３にスプライン嵌合している。タービン３３は、第２駆動シャフト６と一体的に回転する。

ステータ３４は、タービン３３からインペラ３２へと戻る作動油を整流するように構成されている。ステータ３４は、回転軸Ｏ周りに回転可能である。例えば、ステータ３４は、固定シャフト１０４に、第１ワンウェイクラッチ３６を介して支持されている。このステータ３４は、軸方向において、インペラ３２とタービン３３との間に配置される。

第１ワンウェイクラッチ３６は、固定シャフト１０４とステータ３４との間に配置されている。第１ワンウェイクラッチ３６は、ステータ３４を正回転方向に回転可能とするように構成されている。一方、第１ワンウェイクラッチ３６は、ステータ３４を逆回転方向に回転不能とする。このステータ３４によって、トルクが増幅されて、インペラ３２からタービン３３へと伝達される。

遠心クラッチ３７は、タービン３３又は第２駆動シャフト６に取り付けられている。遠心クラッチ３７は、タービン３３と一体的に回転する。遠心クラッチ３７は、タービン３３の回転によって生じる遠心力によって、カバー３１とタービン３３とを連結するように構成されている。詳細には、遠心クラッチ３７は、タービン３３が所定の回転速度以上になると、カバー３１からタービン３３にトルクを伝達するように構成されている。

＜減速機９＞
減速機９は、軸方向において電気モータ２とトルクコンバータ３との間に配置されている。減速機９は、トルクコンバータ３からのトルクを駆動輪側へと伝達する。詳細には、減速機９は、トルクコンバータ３からのトルクを増幅して、駆動輪側へと伝達する。なお、減速機９は、複数の歯車９１を有している。減速機９は、減速機ケース９２内に収容される。なお、複数の歯車９１のうちの一つは、第２駆動シャフト６に固定された歯車６１と噛み合っている。

＜第１駆動シャフト５＞
第１駆動シャフト５は、電気モータ２から軸方向に延びている。詳細には、第１駆動シャフト５は、電気モータ２のロータ２３から延びている。なお、電気モータ２が出力軸を有している場合、第１駆動シャフト５は、電気モータ２の出力軸に取り付けられる。第１駆動シャフト５の回転軸は、電気モータ２の回転軸、及びトルクコンバータ３の回転軸と実質的に同一線上にある。

第１駆動シャフト５は、電気モータ２とトルクコンバータ３との間でトルクを伝達する。詳細には、第１駆動シャフト５は、電気モータ２からのトルクをトルクコンバータ３へ伝達する。第１駆動シャフト５は、トルクコンバータ３のインペラ３２に接続されている。詳細には、第１駆動シャフト５は、カバー３１を介してインペラ３２に接続されている。第１駆動シャフト５の先端部は、トルクコンバータ３のカバー３１に取り付けられている。

＜第２駆動シャフト６＞
第２駆動シャフト６は、トルクコンバータ３と減速機９との間でトルクを伝達する。第２駆動シャフト６は、トルクコンバータ３からのトルクを駆動輪側へと伝達する。詳細には、第２駆動シャフト６は、トルクコンバータ３からのトルクを減速機９へと出力する。第２駆動シャフト６は、トルクコンバータ３から電気モータ２に向かって軸方向に延びている。

第２駆動シャフト６は、円筒状である。第１駆動シャフト５は、この第２駆動シャフト６内を延びている。なお、第１駆動シャフト５は中実状である。第２駆動シャフト６の一方の端部（図１の右端部）は、トルクコンバータ３のタービン３３に取り付けられている。また、第２駆動シャフト６の他方の端部には、歯車６１が取り付けられている。第２駆動シャフト６は、例えば、減速機ケース９２などに軸受部材などを介して回転可能に支持されている。

＜第２ワンウェイクラッチ５０＞
駆動ユニット１００は、第２ワンウェイクラッチ５０をさらに備えている。第２ワンウェイクラッチ５０は、第１駆動シャフト５と第２駆動シャフト６との間に配置されている。詳細には、第２ワンウェイクラッチ５０は、カバー３１とタービン３３との間に配置されている。第２ワンウェイクラッチ５０は、正回転方向において、第１駆動シャフト５を第２駆動シャフト６に対して相対回転可能とする。すなわち、車両が前進するように電気モータ２が正回転したとき、第１駆動シャフト５が第２駆動シャフト６と相対回転するように第２ワンウェイクラッチ５０は構成されている。このため、車両の前進時は、第２ワンウェイクラッチ５０は、第１駆動シャフト５から第２駆動シャフト６へとトルクを伝達しない。

一方、第２ワンウェイクラッチ５０は、逆回転方向において、第１駆動シャフト５を第２駆動シャフト６と一体回転させる。すなわち、車両が後進するように電気モータ２が逆回転したとき、第１駆動シャフト５が第２駆動シャフト６と一体回転するように第２ワンウェイクラッチ５０は構成されている。このため、車両の後進時は、第２ワンウェイクラッチ５０は、第１駆動シャフト５から第２駆動シャフト６へとトルクを伝達する。すなわち、車両の後進時は、電気モータ２のトルクは、トルクコンバータ３を介さずに第２ワンウェイクラッチ５０を介して第１駆動シャフト５から第２駆動シャフト６へと伝達される。

＜トルクコンバータケース４＞
トルクコンバータケース４は、トルクコンバータ３を収容している。トルクコンバータケース４とトルクコンバータ３の外殻とは、互いに間隔をあけて配置されている。このため、トルクコンバータケース４とトルクコンバータ３の外殻との間に空気層が形成されている。

トルクコンバータケース４は、回転不能に配置されている。例えば、トルクコンバータケース４は、車体フレームなどに固定されている。

トルクコンバータケース４は、第１給気口４１及び第１排気口４２を有している。第１給気口４１及び第１排気口４２のそれぞれは、トルクコンバータケース４を貫通してトルクコンバータケース４の内部と外部とを連通する少なくとも１つの貫通孔によって構成されている。

第１給気口４１は、トルクコンバータケース４の内部に空気を導入するように構成されている。この第１給気口４１を介して、トルクコンバータケース４内に新鮮な空気が供給される。

第１排気口４２は、トルクコンバータケース４の内部の空気を排出するように構成されている。この第１排気口４２を介して、トルクコンバータケース４内の空気がトルクコンバータケース４の外部へと排出される。

第１排気口４２は、第１給気口４１よりも上方に配置される。第１給気口４１の開口する方向と第１排気口４２の開口する方向とは、互いに異なる。具体的には、第１排気口４２は、上方に向かって開口している。そして、第１給気口４１は、下方に向かって開口している。第１給気口４１から導入された空気は、トルクコンバータケース４とトルクコンバータ３との間の空間内を流れ、第１排気口４２から排出される。

＜バッテリ＞
バッテリ７は、電気モータ２との間で電力の授受を行うように構成されている。すなわち、バッテリ７は、電気モータ２と電気的に接続されており、電気モータ２に電力を供給したり、電気モータ２の回転によって発生した電力を蓄電したりする。詳細には、バッテリ７は、インバータ２０を介して電気モータ２と接続されている。

＜第１排気流路８１＞
第１排気流路８１は、第１排気口４２からバッテリ７まで延びている。第１排気流路８１内には、第１排気口４２から排出された空気が流れている。例えば、第１排気流路８１は、内部に空気を通す配管である。第１排気流路８１を介して、トルクコンバータケース４内で加熱された空気がバッテリ７まで送られて、バッテリ７を加熱する。なお、第１排気流路８１は、バッテリ７を介して、車室内まで延びていてもよい。もしくは、第１排気流路８１は、バッテリ７ではなく、車室内まで延びていてもよい。

＜第２排気流路８２＞
第２排気流路８２は、第２排気口２１２からバッテリ７まで延びている。第２排気流路８２内には、第２排気口２１２から排出された空気が流れている。例えば、第２排気流路８２は、内部に空気を通す配管である。第２排気流路８２を介して、モータケース２１内で加熱された空気がバッテリ７まで送られて、バッテリ７を加熱する。なお、第２排気流路８２は、バッテリ７を介して、車室内まで延びていてもよい。もしくは、第２排気流路８２は、バッテリ７ではなく、車室内まで延びていてもよい。

＜第３排気流路８３＞
第３排気流路８３は、第３排気口２０４からバッテリ７まで延びている。第３排気流路８３内には、第３排気口２０４から排出された空気が流れている。例えば、第３排気流路８３は、内部に空気を通す配管である。第３排気流路８３を介して、インバータケース２０２内で加熱された空気がバッテリ７まで送られて、バッテリ７を加熱する。なお、第３排気流路８３は、バッテリ７を介して、車室内まで延びていてもよい。もしくは、第３排気流路８３は、バッテリ７ではなく、車室内まで延びていてもよい。

＜送風機８４＞
送風機８４は、第１給気口４１を介してトルクコンバータケース４内に空気を供給するように構成されている。詳細には、送風機８４は、第１供給流路８５及び第１給気口４１を介してトルクコンバータケース４内に空気を供給する。

また、送風機８４は、第２給気口２１１を介してモータケース２１内に空気を供給するように構成されている。詳細には、送風機８４は、第２供給流路８６及び第２給気口２１１を介してモータケース２１内に空気を供給する。

また、送風機８４は、第３給気口２０３を介してモータケース２１内に空気を供給するように構成されている。詳細には、送風機８４は、第３供給流路８７及び第３給気口２０３を介してモータケース２１内に空気を供給する。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の各変形例は、基本的には同時に適用することができる。

（ａ）上記実施形態では、原動機の一例として電気モータ２を挙げたが、駆動ユニット１００の原動機は電気モータ２に限定されない。例えば、駆動ユニット１００の原動機として、エンジンを使用してもよい。

（ｂ）上記実施形態では、第１給気口４１及び第１排気口４２は、ともにトルクコンバータケース４の外周部に配置されているが、第１給気口４１及び第１排気口４２の位置はこれに限定されない。例えば、図２に示すように、第１排気口４２は、第１給気口４１よりも径方向外側に配置してもよい。具体的には、第１排気口４２は、トルクコンバータケース４の外周部に形成されている。そして、第１給気口４１は、トルクコンバータケース４の径方向において中央部に形成されている。第１給気口４１は、軸方向に沿って開口している。詳細には、第１給気口４１は、トルクコンバータ３の回転軸と対向するように配置されている。

また、図２に示すように、第１給気口４１は軸方向に開口しており、第１排気口４２は径方向に開口していてもよい。

（ｃ）図３に示すように、駆動ユニット１００は、循環流路８８をさらに有していてもよい。循環流路８８は、バッテリ７又は車室などの加熱対象へ送られた空気を第１給気口４１へ戻すように構成されている。詳細には、循環流路８８は、送風機８４及び第１供給流路８５を介して、第１給気口４１へ接続されている。

２ ：電気モータ
２１ ：モータケース
２１１ ：第２給気口
２１２ ：第２排気口
２２ ：モータステータ
２３ ：ロータ
３ ：トルクコンバータ
３２ ：インペラ
３３ ：タービン
４ ：トルクコンバータケース
４１ ：第１給気口
４２ ：第１排気口
８１ ：第１排気流路
８４ ：送風機
８８ ：循環流路
１００ ：駆動ユニット

Claims (9)

1. 原動機と、
   前記原動機からのトルクを増幅するように構成され、回転可能に配置されるトルクコンバータと、
   内部に空気を導入するように構成される第１給気口、及び内部の空気を排出するように構成される第１排気口、を有し、前記トルクコンバータを収容し、回転不能に配置されるトルクコンバータケースと、
   を備える、駆動ユニット。
   
2. 前記第１排気口は、前記第１給気口よりも上方に配置される、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
3. 前記第１排気口は、前記第１給気口よりも径方向外側に配置される、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
4. 前記原動機は、電気モータである、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
5. 前記電気モータは、
   回転可能に配置されるロータと、
   径方向において前記ロータと間隔をあけて配置されるモータステータと、
   内部に空気を導入するように構成される第２給気口、及び内部の空気を排出するように構成される第２排気口、を含み、前記ロータ及び前記モータステータを収容するモータケースと、
   を有する、請求項４に記載の駆動ユニット。
   
6. 前記第２給気口は、軸方向において前記第２排気口と間隔をあけて配置され、
   前記ロータ及び前記モータステータは、軸方向において、前記第２給気口と前記第２排気口との間に配置される、
   請求項５に記載の駆動ユニット。
   
7. 前記第１排気口から加熱対象まで延びる排気流路をさらに備える、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
8. 前記加熱対象へ送られた後の空気を前記第１給気口へと戻すように構成される循環流路をさらに備える、
   請求項７に記載の駆動ユニット。
   
9. 前記第１給気口を介して前記トルクコンバータケース内へ空気を供給するように構成される送風機をさらに備える、
   請求項１に記載の駆動ユニット。

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