JP4092475B2

JP4092475B2 - 車両の駆動ユニット

Info

Publication number: JP4092475B2
Application number: JP2002351185A
Authority: JP
Inventors: 正和小林; 祐樹中島; 雄太郎金子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004187400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はたとえば電気自動車などの車両の駆動ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の駆動ユニットとして、モータ、減速機、インバータ回路が一つのユニットに構成され、このユニットの中心には駆動軸が貫通し、駆動軸は例えば車両の駆動輪に連結され、モータによる駆動軸の回転で車両の走行を可能とするものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７１４１６号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
上記駆動ユニットにあっては、モータ駆動電流を制御する発熱量の大きいインバータ回路については水により冷却し、温度が過度に上昇しないようにしているが、モータの冷却については言及していない。
【０００５】
この種の駆動ユニットは駆動軸が中心を貫き、この軸方向に順に配置されるモータ、減速機、インバータ回路は、車両への搭載上、できるだけ小型化することが望ましい。このうち、とくにモータの小型化は、全体をコンパクトにするのに大きく寄与するが、小型で高出力のモータするには、ステータを集中巻きにしてエンドコイルを短くしたり、高速回転型のモータを用いることが有効であるが、この場合には、コイルだけでなく、ロータからの発熱も大きくなり、そのためモータの冷却が特に重要となる。
【０００６】
このように、モータやインバータ回路など発熱量の大きな要素が、互いに直列的に配置される駆動ユニットにあっては、これらの総合的な熱対策をとる必要がある。
【０００７】
本発明は、モータを含むユニット構成要素の冷却を効率よく行うことを可能とした駆動ユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の駆動ユニットは、ユニットケース内に少なくともモータと減速機とが同軸上に配列され、その軸中心を貫通して駆動軸が配置され、モータ回転を減速機により減速して駆動軸に伝達するようにした車両の駆動ユニットにおいて、前記駆動軸の外側に、これと同軸上にモータの円筒状のロータ軸を相対回転自由に配設し、ロータ軸の一端を前記ユニットケースの端部に取付けたカバーに軸受により回転自由に支持し、前記駆動軸とロータ軸との間の環状空間に、これら駆動軸とロータ軸とのいずれとも接触することなく、これらと同軸的に円筒隔壁を配置し、この円筒隔壁の一端を前記カバーに、前記軸受よりも軸方向の外方にて固定し、前記円筒隔壁の外周とロータ軸の内周との間に環状の冷却流路を形成し、前記カバー内には、前記円筒隔壁の固定部と、前記ロータ軸の端部と、前記円筒隔壁の外周との間に環状油路を形成し、この環状油路から前記冷却油路へと、潤滑性のある第１の冷媒を導入する。
【０００９】
【作用・効果】
したがって、本発明によれば、駆動軸と、円筒形のロータ軸との間の環状空間に円筒隔壁を配置し、この円筒隔壁外周とロータ軸内周との間を冷媒流路として冷媒を導くようにしたので、冷媒のシールのために複雑なメカニカルシールを必要とすることなく、外部への冷却油の漏洩を阻止しつつ、ロータの冷却と、ロータ軸の軸受部の潤滑とを、共に効率よく行える。
【００１０】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
まず、第１の実施形態を図１〜図３に示す。
【００１２】
図１は本発明の駆動ユニット、すなわち、モータと減速機とインバータ回路から構成される駆動ユニットを、モータ側の駆動軸方向から見た図である。ただし、この図には、インバータ回路やインバータ回路とモータのステータとの強電配線などの図示を省いてある。また、図２は図１のＡ−Ｏ−Ａ’断面図、さらに図３は図１のＣ−Ｏ断面図、図４は図１のＢ−Ｏ断面図であり、これらにおいてもシールなど当然に用いられる一部の機能部品は図示を省いている。
【００１３】
図１、図２において、１はユニットケースであり、その内部にはモータ２が配置され、このモータ２に隣接して図示しないが、減速機が配置される。
【００１４】
これらモータ２及び減速機の中心部を貫通して駆動軸３が配設され、駆動軸３には、モータ２からの回転が減速機で減速されて伝達される。駆動軸３の一端はユニットケース１の端面に配置される内カバー５及び外カバー６を貫通し、外カバー６に設けた軸受部７により回転自在に支持され、図示しない他端についても同様に減速機側のカバーに設けた軸受部に支持されている。
【００１５】
モータ２は、ユニットケース１の内周に固定したステータ１１と、このステータ１１の内周側で回転するロータ１２とから構成され、ロータ１２の中心には円筒状のロータ軸１３が取付られる。ロータ軸１３は円筒状であり、その中心を前記した駆動軸３が貫通している。ロータ軸１３は前記内カバー５の中心に同心的に取付た軸受部１４ａと、反対側の減速機との間の隔壁８に設けた軸受部１４ｂとにより回転自由に支持される。なお、このロータ軸１３は隔壁８より突出した部分において、図示しない減速機の入力軸と結合され、モータ回転を減速機に伝達するようになっている。
【００１６】
次に、駆動ユニットの冷却系の構造について説明する。
【００１７】
この駆動ユニットを冷却するために、種類の異なる、第１の冷媒と第２の冷媒が用いられ、この実施形態にあっては、第１の冷媒は潤滑機能のあるオイルが、第２の冷媒には水が用いられ、これら各冷媒は互いに混ざり合うことのないように、別々の互いに独立した冷却系を循環するように構成されている。
【００１８】
まず、第２の冷媒である冷却水の循環系について説明すると、前記外カバー６と内カバー５とは、ユニットケース１に共締めされた状態で結合され、外カバー６と内カバー５とを貫通して、冷却水（第２冷媒）の取入口２１と取出口２２とが設けられる。
【００１９】
内カバー５の内側には、環状のつば部２３と環状の段部２４とが設けられ、これらの間の環状の分配流路２５に冷却水の取入口２１が接続する。また、この環状の分配流路２５には、前記ステータ１１のスロットに形成したステータ冷却水路２６を内部にもつリング部２７が水密的に嵌合し、ステータ冷却水路２６に分配流路２５からの冷却水を導入できるようになっている。
【００２０】
ステータ冷却水路２６はステータコアのコイルを巻くスロットの内部に形成され、ステータ１１を軸方向に貫通しており、ステータ両端において、環状に形成されたリング部２７と２８に接続している。これらリング部２７と２８は、ステータ内周面を所定の厚さで覆う部分と共に合成樹脂などにより一体的に成型されていて、その内部にはステータ冷却水路２６が貫通形成されている。
【００２１】
そして、リング部２７とステータ１１を挟んで反対側に位置するリング部２８についても、前記隔壁８に設けた環状の凹部３０に嵌合し、この環状凹部３０に形成した集合流路２９にステータ冷却水路２６を通過した冷却水を導き出している。
【００２２】
ユニットケース１の下部には、オイルパン１５が設けられ、このオイルパン１５の内側に位置して熱交換器１６が配設される。この熱交換器１６には、図３に示すように、前記集合流路２９に集められた冷却水が、隔壁８の内部に設けられた下方に延びる導水路３２を経由して導かれる。
【００２３】
熱交換器１６はモータ２の下面においてステータ１１と軸方向に概略同一の長さをもち、その一端部に導水路３２に接続する入口路３３が設けられる。また、熱交換器１６の反対端には、熱交換器１６を通過した冷却水が排出される排出路３４が設けられ、この排水路３４が前記した内カバー５と外カバー６を貫通して設けた冷却水の取出口２２と接続している。
【００２４】
したがって、前記取入口２１から導入された冷却水は、分配流路２５からステータ１１の内部のステータ冷却水路２６に導かれ、ここを通過する間にステータコイルの発熱による温度上昇を抑制し、その後、集合流路２９に集められ、さらに熱交換器１６に導かれ、熱交換器１６において後述する第１の冷媒であるオイルとの間で熱交換し、これを冷やした後に、取出口２２から排出されるようになっている。
【００２５】
なお、冷却水の取入口２１は図示しないウォータポンプの吐出側に接続され、取出口２２は同じくリザーバに接続され、リザーバにはウォータポンプの吸込側が接続され、このようにして外部で冷やされた冷却水を第２の冷媒として、再び駆動ユニットに循環供給するようになっている。
【００２６】
次に、第１冷媒であるオイルの循環系について説明する。
【００２７】
図４に示すように、前記隔壁８の下部には、冷媒としての冷却油の取入口４１が設けられ、この取入口４１は前記熱交換器１６の油入口路４２と接続し、外部からの冷却油を熱交換器１６に導き、熱交換器１６を通過して冷やされた油は、油排出路４３から前記内カバー５を貫通して設けた油流路４４に導かれる。
【００２８】
外カバー６の内部には上方に延びる導油路４５が形成され、この導油路４５の下部に油流路４４が接続する。
【００２９】
前記駆動軸３とロータ軸１３との間の環状空隙には、軸方向に延びる円筒隔壁１８が配置される。円筒隔壁１８は駆動軸３及びロータ軸１３のいずれとも接触することなく、これらと同軸的に配置され、その一端は外カバー６の内周に設けた環状つば部１９に固定され、他端は前記隔壁８を貫通して延び、突出位置において軸受２０により駆動軸３の外周に相対回転自由に支持されている。
【００３０】
これにより円筒隔壁１８と、やはり円筒状のロータ軸１３との間に環状の冷却油路４７を区画形成し、この冷却油路４７の軸方向の端部に前記導油路４５の先端を接続する。この場合、ロータ軸１３の端部は、内カバー５に軸受部１４ａに支持されているが、軸受部１４ａよりも外方に突出する端部外周面が、外カバー６の環状つば部１９の内周面とオイルシール４８を介して摺接し、これらロータ軸１３の端部と、円筒隔壁１８と、環状つば部１９との間に形成された環状油路４９を油密的に封止している。
【００３１】
この環状油路４９は前記導油路４５と接続し、かつロータ軸内周の冷却油路４７とも接続し、冷却油を冷却油路４７へと導く。
【００３２】
冷却油路４７は隔壁８を越えて延び、減速機側へと連通し、図示しない減速機の冷却系に冷却油の一部を導くことを可能としている。
【００３３】
円筒形のロータ軸１３の軸方向の中央部には、油口５１が軸心と直交する方向に貫通して形成され、またロータ軸１３の外周面とロータ１２の内周面との間には軸方向に油孔５２が形成され、この油孔５２はロータ１２の両端に開口するが、油孔５２の途中に油口５１が接続し、これにより冷却油路４７からの冷却油を油口５１よりロータ内周の油孔５２へと導くようになっている。なお、ロータ１２はロータ軸１３に固定され、これらの間に油孔５２が形成されている。
【００３４】
ここで、図２に示すように、前記内カバー５の内側には、ロータ１２と同軸上に環状のシール壁５３ａが設けられ、このシール壁５３ａの先端部がロータ１２の一方の端面に、前記油路５２よりも外周側において油密的に接触し、同じようにして、隔壁８の内側に設けた環状のシール壁５３ｂがロータ１２の反対側の端面に接触している。これらにより、ロータ１２の両端に位置して、シール壁５３ａと５３ｂの内側に環状の集合流路５５ａと５５ｂがそれぞれ区画形成され、ここにロータ内周を通過した冷却油を集合させている。
【００３５】
そして、一方の集合流路５５ａは、内カバー５と外カバー６との間に形成した排出油路５６と内カバー５に設けた油口５７を介して接続し、排出油路５６は下方に延び、その下端部においてユニットケース１の内側空間に油口５８を介して接続し、さらにユニットケース１の底壁６０を貫通する油口５９からオイルパン１５の内部空間に連通し、これらにより、冷却油を下方のオイルパン１５に導くようになっている。
【００３６】
なお、前記シール壁５３ａと５３ｂの摺接間隙から冷却油が漏れ出たとしてもも、この漏洩油はユニットケース内部で下方に落下し、底壁６０の油口５９からオイルパン１５に戻される。
【００３７】
また、他方の集合流路５５ｂは、隔壁８を貫通する油口６１により図示しない減速機へと冷却油を送り出す。また、隔壁８の下部には戻り油口６２が貫通し、減速機を潤滑した冷却油をオイルパン１５内に導くようになっている。
【００３８】
なお、減速機には前記したロータ軸内周の冷却油路４７からも冷却油が導入されるので、この戻り油口６２にはこれら合流した冷却油が還流される。
【００３９】
オイルパン１５の内部にはオイルストレーナ６５が配設され、それぞれ落下してきた冷却油は、オイルストレーナ６５で濾過してから図示しないオイルポンプの吸入側に接続される油出口６６へと吸引される。
【００４０】
したがって、冷却油は図４に示す油取入口４１から熱交換器１６に導かれ、冷却水との間で熱交換して冷却された後、導油路４５から円筒隔壁１８とロータ軸１３との間に形成された環状の冷却油路４７に流れ、一部はそのまま減速機へと導かれ、残りは油口５１からロータ１２の内周の油孔５２に分岐して流れ、発熱したロータ１２から熱を奪い、その後、集合流路５５ａと５５ｂに集められ、ここでロータ軸１３を支持する軸受部１４ａ、１４ｂを潤滑し、さらに図２に示す、排出油路５６を介してオイルパン１５に落下し、また、減速機側に送り込まれた冷却油も減速機側を冷却した後、オイルパン１５に戻され、そしてオイルパン１５に集められた油は、図示しないオイルポンプにより吸引、循環されるのである。
【００４１】
このように本実施形態によれば、駆動軸３と、これと同軸状に配置される円筒形のロータ軸１３との間の環状空間に円筒隔壁１８を配置し、この円筒隔壁外周とロータ軸内周との間の冷却油路４７に冷却油を導くようにしたので、冷却油のシールのために特に複雑なメカニカルシールを必要とすることなく、外部への冷却油の漏洩を阻止しつつ、ロータ１２の冷却とロータ軸１３の軸受部１４ａと１４ｂの潤滑とを効率よく行うことができる。
【００４２】
また、前記冷却油路４７はロータ軸１３の内周に沿って、隔壁８を貫通して減速機側へと冷却油を送り込むことができ、ロータ１２の冷却と共に減速機の冷却、潤滑を行うことができる。
【００４３】
ステータ１１のステータ冷却水路２６には、熱交換器１６に導入される前の低温の冷却水が循環させられるので、ステータコイルの発熱を効果的に抑制することができる。
【００４４】
また、ステータ１１とロータ１２の冷却を共に効率よく行える結果、モータ２の温度を下げ、モータ出力密度を高めることで、モータのよりいっそうの小型化にも貢献できる。
【００４５】
また、第１の冷媒である冷却油と、第２の冷媒である冷却水とを熱交換器１６において熱交換することにより、温度の高くなった冷却油を効率よく冷やすことができ、全体的な冷却性能が高められる。
【００４６】
第１の冷媒と第２の冷媒とは別々の循環系を構成し、このため、冷却と潤滑の両機能を要求される、モータ２、減速機には冷却油を、そして、潤滑を必要としないインバータ回路についてはモータ２と共通の冷却水を用いることもでき、駆動ユニット構成要素を最も効率のよい状態で冷却することが可能となる。
【００４７】
なお、上記した説明では、ウォータポンプ、オイルポンプなどは外部に備え付けるようにしたが、駆動ユニットの内部に一体的に設けることもできる。また、インバータ回路については特に図示しないが、モータ側、減速機側のいずれかに近接して配置することができる。また、ユニットケース１を仕切る内カバー５と外カバー６は一つのカバーとして構成することもできる。
【００４８】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ｏ−Ａ’線断面図である。
【図３】図１のＣ−Ｏ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｏ線断面図である。
【符号の説明】
１ユニットケース
２モータ
３駆動軸
５内カバー
６外カバー
８隔壁
１１ステータ
１２ロータ
１３ロータ軸
１５オイルパン
１６熱交換器
１８円筒隔壁
２１取入口
２２取出口
２６ステータ冷却水路
４１油取入口
４７冷却水路
５１油口
５２油路
５５Ａ，５５Ｂ集合流路
５６排出油路

Claims

ユニットケース内に少なくともモータと減速機とが同軸上に配列され、その軸中心を貫通して駆動軸が配置され、モータ回転を減速機により減速して駆動軸に伝達するようにした車両の駆動ユニットにおいて、
前記駆動軸の外側に、これと同軸上にモータの円筒状のロータ軸を相対回転自由に配設し、
ロータ軸の一端を前記ユニットケースの端部に取付けたカバーに軸受により回転自由に支持し、
前記駆動軸とロータ軸との間の環状空間に、これら駆動軸とロータ軸とのいずれとも接触することなく、これらと同軸的に円筒隔壁を配置し、
この円筒隔壁の一端を前記カバーに、前記軸受よりも軸方向の外方にて固定し、
前記円筒隔壁の外周とロータ軸の内周との間に環状の冷却流路を形成し、
前記カバー内には、前記円筒隔壁の固定部と、前記ロータ軸の端部と、前記円筒隔壁の外周との間に環状油路を形成し、
この環状油路から前記冷却油路へと、潤滑性のある第１の冷媒を導入するようにしたことを特徴とする車両の駆動ユニット。
前記環状の冷却通路を経由して第１の冷媒が、同軸上に配列される減速機側に導かれるようにした請求項１に記載の車両の駆動ユニット。
前記モータのステータ内部に設けたステータ冷却流路に、第２の冷媒を循環させるようにした請求項１または２に記載の車両の駆動ユニット。
前記第１の冷媒と第２の冷媒とで熱交換を行う熱交換器を備えた請求項３に記載の車両の駆動ユニット。
前記ステータ冷却流路を通過した第２の冷媒が前記熱交換器に導かれ、前記円筒隔壁とロータ軸との間の冷却流路には前記熱交換器を通過した後の第１の冷媒が導かれるようにした請求項４に記載の車両の駆動ユニット。
ユニットケースの内部にモータのステータを固定し、ステータの内側においてロータを配置し、ユニットケースの端面に取り付けたカバーを貫通して前記駆動軸を回転自由に支持し、駆動軸と同軸的に前記円筒形のロータ軸を配置し、駆動軸とロータ軸の間の環状空間に前記円筒隔壁を配置し、この円筒隔壁の一端は前記カバーに支持し、他端は軸受を介して前記駆動軸の外周に支持し、前記ユニットケースの下部にオイルパンを取付け、オイルパンの内部に熱交換器を配置し、前記円筒隔壁とロータ軸との間の前記冷却流路には熱交換器を通過した第１の冷媒を導くように、前記カバーに冷媒の流路を設け、またロータ軸と、その外側に固定される前記ロータとの間に形成した流路に前記冷却流路からの冷媒を導くように構成し、かつこの冷媒をロータの両端から排出して前記オイルパンに戻すように流路構成する一方、前記ステータのスロット内部に第２の冷媒を流すステータ冷却流路を形成し、このステータ冷却流路には前記内カバーと外カバーを貫通する冷媒取入口と接続し、かつステータ冷却流路を通過した第２の冷媒を前記熱交換器に導くように流路形成し、熱交換器を通過した第２の冷媒をカバーを貫通する取出口から外部に排出するように構成した請求項１に記載の車両の駆動ユニット。
前記ユニットケースの隔壁を挟んでモータと反対側に減速機が配置され、隔壁を貫通するロータ軸と同軸上に前記減速機が連結され、この減速機側に前記円筒隔壁とロータ軸との間の前記冷却流路を流れる冷媒を導くようにした請求項６に記載の車両の駆動ユニット。