JP4093101B2 - モータの冷却構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却液によってモータを冷却するモータの冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、モータは、通電時の電気抵抗等により熱を生じる。そのため、一般的にモータには冷却構造が設けられている。その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された発明では、モータが円筒状のモータハウジングと、このモータハウジング内に設けられたロータおよびステータを有している。このロータの永久磁石の近傍には、冷却構造として油路が設けられており、この油路を流通する潤滑油によって永久磁石を冷却し得る。さらに、モータハウジングは周壁部と左右両端の端壁部とで構成されており、この周壁部には、水冷ジャケットが設けられている。この水冷ジャケットを流通する冷却液によってステータを冷却し得る。この他のモータの冷却構造には特許文献２がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９００４７号公報（段落番号０００８、００１１、００１２、００１７、図１〜図４）
【特許文献２】
特開平６−５４４０９号公報（段落番号００３０、００３１、００３７、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の各特許文献に記載された構造のモータでは、モータと潤滑油との熱交換によって永久磁石の冷却が行われる。したがって、モータを冷却するためには、モータと潤滑油とが可及的に温度差がある方が好ましい。しかしながら、上述の構造のモータでは、潤滑油の温度がモータを冷却するための最適な温度とされない不都合があった。そのため、モータを充分に冷却することができないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、冷却が充分にできるモータの冷却構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、モータの熱を冷却液で奪って、前記モータを冷却するモータの冷却構造において、前記モータに直接接触する冷却液を溜める冷却液溜まりが、前記モータの鉛直方向の下方に形成され、かつ、その冷却液溜まりに溜まる冷却液を冷却する熱交換器が設けられており、前記冷却液溜まりと熱交換器との間で、冷却液を流通させるための第一油ポンプと、前記冷却液溜まりの冷却液を輸送して潤滑に用いる第二油ポンプとが設けられ、前記鉛直方向で、前記冷却液溜まりにおける前記第一油ポンプの吸込口が、前記冷却液溜まりにおける前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に高い位置に設けられていることを特徴とするモータの冷却構造である。
【０００７】
したがって、請求項１の発明では、冷却液溜まりに貯留されている冷却液が熱交換器によって、冷却される。そして、熱交換器を通過して冷却された冷却液が、前記冷却液溜まりに還流する。また、請求項１の発明では、第一油ポンプの吸込口と第二油ポンプの吸込口との干渉が回避される。さらに、第一油ポンプの吸込口が、第二油ポンプの吸込口よりも相対的に高い位置に設けられているため、第二油ポンプの作動の有無に関わらず、第一油ポンプのエア吸いを抑制でき、充分に冷却液を供給して潤滑できる。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記モータのステータと前記冷却液とが直接熱交換する部分が設けられるとともに、前記熱交換器で冷却された冷却液が、前記直接熱交換する部分に送られることを特徴とするモータの冷却構造である。
【０００９】
したがって、請求項２の発明では、請求項１の作用に加えて、前記モータのステータと、前記熱交換器を通過して冷却された冷却液とが、直接接触して熱交換される。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記モータが車両に搭載され、駆動力源または前記モータの少なくとも一方の動力を車輪に伝達可能とするとともに、前記駆動力源により前記第二油ポンプが駆動される構成であり、前記車両の前後方向で、前記第一油ポンプの吸込口が前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に後方に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、請求項３の発明では、請求項１または２の作用に加えて、車両の加速等に起因して、冷却液溜まりの内部で、冷却液が車両の後方に移動した場合にも、前記第一油ポンプの吸込口から冷却液が吸い込まれる。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記第一油ポンプは、前記冷却液が高温時に作動され、かつ、前記冷却液が低温時には作動されない構成であることを特徴とするものである。この請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の作用が生じる他に、冷却液の粘度が高く吸入負圧の大きい低温時には第二油ポンプを作動させる必要が無く、第一油ポンプの吸込口の容積を小さく設計できる。
さらに、請求項５の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記熱交換器で冷却された冷却液が前記冷却液溜まりに戻される構成であり、前記モータが車両に搭載され、この車両は駆動力源の動力を車輪に伝達する経路にデファレンシャルが設けられており、そのデファレンシャルのリングギヤが前記冷却液溜まりに浸漬されており、そのデファレンシャルのリングギヤが回転して前記冷却液溜まりの冷却液を掻き揚げて潤滑をおこなう構成であることを特徴とするものである。この請求項５の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、第二油ポンプの非作動時における冷却液溜まりのレベルと、第二油ポンプの作動時における冷却液溜まりのレベルとの変化を小さく抑えられる。また、請求項５の発明によれば、デファレンシャルのリングギヤによる掻き揚げ潤滑に使用される冷却液の量の変化を抑えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図３は、この発明の一実施例であるＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ；エンジン前置き前輪駆動）形式のハイブリッド車の動力伝達系統（パワートレーン）を示すスケルトン図である。
【００１３】
図３において、１はエンジンであり、このエンジン１（駆動力源）は、燃料の燃焼によりクランクシャフト２から動力を出力する装置であって、クランクシャフト２の後端部にはフライホイール３が形成されている。
【００１４】
このエンジン１に隣接して中空のトランクルアクスルケース４が取り付けられている。トランクルアクスルケース４は、アルミニウムで形成されており、ダイカスト法によって製造されている。トランクルアクスルケース４は、図３のスケルトン図に示すＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ；エンジン前置き前輪駆動）形式のハイブリッド車の動力伝達系統（パワートレーン）を収容する部品である。トランクルアクスルケース４の内部には、インプットシャフト５、第１のモータジェネレータ６（発電機）、動力合成機構７、変速機構８、第２のモータジェネレータ９が設けられている。インプットシャフト５はクランクシャフト２と同心状に配置されている。インプットシャフト５におけるクランクシャフト２側の端部には、クラッチハブ１０がスプライン嵌合されている。
【００１５】
そして、フライホイール３とインプットシャフト５との動力伝達状態を制御するクラッチ１１が設けられている。
【００１６】
トランクルアクスルケース４の内部には、モータジェネレータ収容室１２が形成され、このモータジェネレータ収容室１２の内部に第１のモータジェネレータ６が設けられている。第１のモータジェネレータ６は、回転自在なロータ１３と、トランクルアクスルケース４に固定されたステータ１２とを有している。前記インプットシャフト５の外周には、中空シャフト１４が取り付けられている。そして、インプットシャフト５と中空シャフト１４とが相対回転可能に構成されている。前記ロータ１３は中空シャフト１４の外周側に取り付けられている。
【００１７】
前記動力合成機構（言い換えれば動力分配機構）７は、第１のモータジェネレータ６と第２のモータジェネレータ９との間に設けられており、この動力合成機構７は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構７Ａにより構成されている。すなわち、遊星歯車機構７Ａは、サンギヤ１５と、サンギヤ１５と同心状に配置されたリングギヤ１６と、サンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛合するピニオンギヤ１７を保持したキャリヤ１８とを有している。そして、サンギヤ１５と中空シャフト１４とが連結され、キャリヤ１８とインプットシャフト５とが連結されている。なお、リングギヤ１６は、インプットシャフト５と同心状に配置された環状部材（言い換えれば円筒部材）１９の内周側に形成されており、この環状部材１９の外周側にはカウンタドライブギヤ２０が形成されている。このカウンタドライブギヤ２０が、デファレンシャル（図示せず）を経由して動力伝達可能に車輪２１に連結されている。このデファレンシャルのリングギヤの一部は、後述するオイル溜まり部に貯留されたオイルに浸漬されている。
【００１８】
一方、前記中空シャフト１４と同心状に他の中空シャフト２３が回転可能に配置されており、この中空シャフト２３の外周側に前記第２のモータジェネレータ９が配置されている。この第２のモータジェネレータ９のロータ３５が、中空シャフト２３に取り付けられ、ステータ３４がトランクルアクスルケース４に固定されている。このように、インプットシャフト５および中空シャフト１４と中空シャフト２３とが同心状に配置されている。つまり、第１のモータジェネレータ６と動力合成機構７と、第２のモータジェネレータ９とが同心状に配置されている。
【００１９】
前記変速機構８は、動力合成機構７と第２のモータジェネレータ９との間に配置されており、この変速機構８は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構８Ａにより構成されている。遊星歯車機構８Ａは、サンギヤ２４と、サンギヤ２４と同心状に配置され、かつ、環状部材１９の内周に形成されたリングギヤ２５と、サンギヤ２４およびリングギヤ２５に噛合するピニオンギヤ２６を保持したキャリヤ２７とを有している。
【００２０】
上記のように構成されたハイブリッド車において、エンジン１から出力されるトルクを前輪に伝達する場合は、クラッチ１１が係合される。すると、クランクシャフト２の動力（言い換えればトルク×回転数）がインプットシャフト５を介してキャリヤ１８に伝達される。キャリヤ１８に伝達されたトルクは、リングギヤ１６、環状部材１９、カウンタドライブギヤ２０、デファレンシャル等を介して車輪２１に伝達され、駆動力が発生する。なお、デファレンシャルのリングギヤが回転してオイル溜まり部のオイルが掻き揚げられ、そのオイルが動力分割機構７や変速機構８、あるいはインプットシャフト５の軸受などに供給される。また、エンジン１のトルクをキャリヤ１８に伝達する際に、第１のモータジェネレータ６を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置（図示せず）に充電することもできる。このように、エンジン１の動力を動力分配機構７により、車輪２１および第１のモータジェネレータ６に分配できる。さらに第２のモータジェネレータ９を電動機として駆動させ、その動力を動力分配機構７に伝達することができる。
【００２１】
図１は、第２のモータジェネレータ９の冷却構造の一例であり、トランクルアクスルケース４の蓋を外した正面図である。また、図２は、図１に示すII−II線での断面図である。トランクルアクスルケース４の内部には、壁３２によって区画されたモータジェネレータ収容室３３が形成されている。このモータジェネレータ収容室３３内に第２のモータジェネレータ９が収容されている。また、モータジェネレータ収容室３３から壁３２を隔てて、オイル溜まり部２８が配置されている。オイル溜まり部２８は、トランクルアクスルケース４と壁３２とによって囲まれた空間であり、車両の幅方向で、モータジェネレータ収容室３３の側方に配置されている。
【００２２】
オイル溜まり部２８内には、オイルポンプ用ストレーナ２９およびオイルクーラ用ストレーナ３０が設けられている。そして、このオイルクーラ用ストレーナ３０の下端は、オイルポンプ用ストレーナ２９の下端よりも相対的に高い位置に設けられている。また、図１のように、車両の前後方向で、オイルクーラ用ストレーナ３０の後端は、オイルポンプ用ストレーナ２９の後端よりも相対的に後方に配置されている。また、オイルポンプ用ストレーナ２９からオイル溜まり部２８内のオイル２２を吸引するためのオイルポンプ３１が設けられている。オイルポンプ３１は、エンジン１の駆動力によって駆動され、オイルポンプ用ストレーナ２９からオイル２２を汲み上げる構成となっている。このオイルポンプ３１を駆動するための動力装置は、エンジン１を共用してもよいし、エンジン１とは別に電動機を用いることができる。
【００２３】
また、トランクルアクスルケース４の外側に電動オイルポンプ３９が設けられている。この電動オイルポンプ３９とオイルクーラ用ストレーナ３０とが吸込管４０によって接続されている。また、オイルクーラ３８には、排出管４１が接続されている。そして、排出管４１には、リターン穴３７が形成されている。
【００２４】
さらに、図２に示す例では、壁部３２の底部が切り欠かれ、切り欠き部３６が形成されている。この切り欠き部３６によって、モータジェネレータ収容室３３の内部のステータ３４の一部が露出している。また、前記リターン穴３７が切り欠き部３６の近辺に形成されている。
【００２５】
上記の冷却構造の作用を説明する。先ず、第２のモータジェネレータ９が発熱すると、オイル２２と第２のモータジェネレータ９との間で熱交換が行われて、モータジェネレータ９が冷却される。このようにして、オイル溜まり部２８のオイル２２の温度が上昇するとともに、オイル溜まり部２８に貯留されているオイル２２がオイルポンプ用ストレーナ２９およびオイルクーラ用ストレーナ３０から吸引される。オイルクーラ用ストレーナ３０から吸引されたオイル２２は、オイルクーラ３８の内部に流れ込む。そして、オイルクーラ３８を通過して冷却されたオイル２２が、リターン穴３７からオイル溜まり部２８に還流する。
【００２６】
切り欠き部３６では、ステータ３４の一部が露出しているため、リターン穴３７からオイル溜まり部２８へ排出されたオイル２２と、ステータ３４の一部とが直接熱交換される。そして、さらに、ステータ３４の一部との間で熱交換されたオイル２２が、オイル溜まり部２８に貯留され、再びオイルクーラ用ストレーナ３０で吸引される。なお、オイルポンプ３１に吸引されたオイル２２は、動力分割機構７や変速機構８に供給される。
【００２７】
このように、上述の冷却構造では、オイルクーラ３８によって、オイル溜まり部２８に貯留されているオイル２２を冷却することができる。そのため、オイル２２の油温を低下することができる。その結果、モータジェネレータ９を効果的に冷却することができる。
【００２８】
また、上記の冷却構造では、オイルポンプ用ストレーナ２９がオイル溜まり部２８のできるだけ低い位置に優先的に配置され、オイルクーラ用ストレーナ３０は、それより比較的に高く、車両後方に配置されているので、オイルクーラ用ストレーナ３０とオイルポンプ用ストレーナ２９との干渉が回避される。
【００２９】
また、オイルポンプ用ストレーナ２９が、優先的にできるだけ下方に配置されているため、オイル２２が低温で流動性が悪く、オイルレベルが所定値より低くなった際でも、オイルポンプ用ストレーナ２９からのエア吸いを抑制することができる。
【００３０】
さらに、例えば、電動オイルポンプ３８が、オイル２２が高温で流動性が良く、オイルレベルが所定値より高い状態で、かつ、オイル２２が車両の後方に偏った登坂条件等で作動するように構成すれば、オイルクーラ用ストレーナ３０を比較的に高い位置に配置しても、オイルクーラ用ストレーナ３０からのエア吸いを抑制することができる。また、オイル２２を冷却する必要があるのは、高油温時のみである。したがって、オイル２２の高油温時以外の条件では電動オイルポンプ３９の作動条件を自由に決めることができる。その結果、オイル２２の粘度が低く、吸入負圧の大きい低油温時に電動オイルポンプ３８を作動させる必要がない為、吸引性能を落とす事無く、オイルクーラ用ストレーナ３０の容積を小さく設計できる。また、前記のようにエア吸いを抑制できるため、狭いスペースの中でストレーナ２９，３０をコンパクトに配置できる。
【００３１】
また、オイル溜まり部２８のオイル２２は、オイルクーラ３８を循環して別の場所ではなく、同じオイル溜まり部２８に戻される。そのため、電動オイルポンプ３９の非作動時のオイル溜まり部２８内のオイル２２と、電動オイルポンプ３９の作動時のオイル溜まり部２８内のオイル２２とのいわゆるオイルレベル変化を小さく抑えられる。また、デファレンシャルリングギヤによるオイル２２の掻揚げ潤滑に使用される潤滑油の油量の変化も小さく抑えられる。そのため、電動オイルポンプ３９の作動の有無に関わらず、遊星歯車機構７Ａ，８Ａに充分に潤滑油が供給されて潤滑が効率良く行われる。その結果、遊星歯車機構７Ａ，８Ａの焼付を防止することができる。そのため、遊星歯車機構７Ａ，８Ａの耐久性が向上する。
【００３２】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上述したエンジン１が、この発明の駆動力源に相当し、モータジェネレータ９が、この発明のモータに相当し、オイルクーラ３８がこの発明の熱交換器に相当し、オイル２２がこの発明の冷却液に相当する。さらに、切り欠き部３６がこの発明の直接熱交換する部分に相当する。また、オイルポンプ３１がこの発明の第二油ポンプに相当し、電動オイルポンプ３９がこの発明の第一油ポンプに相当する。また、オイルクーラ用ストレーナ３０がこの発明の第一油ポンプの吸込口に相当し、オイルポンプ用ストレーナ２９がこの発明の第二油ポンプの吸込口に相当する。
【００３３】
なお、本発明は、第２のモータジェネレータ９用の冷却構造だけでなく、第１のモータジェネレータ６の冷却構造にも適用できる。また、ハイブリッド車以外にも、エンジンを用いない電気自動車の駆動力源となるモータの冷却構造、車両に搭載されていても、動力伝達系統に連結されてないモータの冷却構造、車両以外のモータの冷却構造に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、熱交換器によって、オイル溜まりに貯留されている冷却液を冷却することができる。そのため、冷却液の油温を低下することができる。その結果、モータを効果的に冷却することができる。また、第一油ポンプの吸込口と第二油ポンプの吸込口との干渉を回避できる。さらに、第二油ポンプの作動の有無に関わらず、第一油ポンプのエア吸いを抑制でき、充分に冷却液を供給して潤滑できる。
【００３５】
さらに、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、冷却液とステータとの熱交換を促進できる。
【００３６】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の効果に加えて、車両の加速等に起因して、冷却液溜まりの内部で、冷却液の液面が相対的に第二油ポンプの吸込口側に傾斜した場合にも、冷却液溜まりから熱交換器へ効率よく冷却液を循環することができる。また、車両の定常走行時等で冷却液が傾斜していない場合、冷却液溜まりから熱交換器へ冷却液を確実に循環することができる。
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、冷却液の粘度が高く吸入負圧の大きい低温時には第二油ポンプを作動させる必要が無く、第一油ポンプの吸込口の容積を小さく設計できる。
さらに、請求項５の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、第二油ポンプの非作動時における冷却液溜まりのレベルと、第二油ポンプの作動時における冷却液溜まりのレベルとの変化を小さく抑えることができる。また、請求項５の発明によれば、デファレンシャルのリングギヤによる掻き揚げ潤滑に使用される冷却液の量の変化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係るモータの冷却構造の具体例を簡略的に示した正面図である。
【図２】 図１のII−II線における断面図である。
【図３】 冷却対象であるモータおよび冷却構造が組み込まれているパワートレーンの一例を簡略的に示すスケルトン図である。
【符号の説明】
６，９…モータジェネレータ、 ７Ａ，８Ａ…遊星歯車機構、 ２１…車輪、２２…オイル、 ２８…オイル溜まり部、 ２９…オイルポンプ用ストレーナ、 ３０…オイルクーラ用ストレーナ、 ３１…オイルポンプ、 ３８…オイルクーラ、 ３９…電動オイルポンプ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却液によってモータを冷却するモータの冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、モータは、通電時の電気抵抗等により熱を生じる。そのため、一般的にモータには冷却構造が設けられている。その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された発明では、モータが円筒状のモータハウジングと、このモータハウジング内に設けられたロータおよびステータを有している。このロータの永久磁石の近傍には、冷却構造として油路が設けられており、この油路を流通する潤滑油によって永久磁石を冷却し得る。さらに、モータハウジングは周壁部と左右両端の端壁部とで構成されており、この周壁部には、水冷ジャケットが設けられている。この水冷ジャケットを流通する冷却液によってステータを冷却し得る。この他のモータの冷却構造には特許文献２がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９００４７号公報（段落番号０００８、００１１、００１２、００１７、図１〜図４）
【特許文献２】
特開平６−５４４０９号公報（段落番号００３０、００３１、００３７、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の各特許文献に記載された構造のモータでは、モータと潤滑油との熱交換によって永久磁石の冷却が行われる。したがって、モータを冷却するためには、モータと潤滑油とが可及的に温度差がある方が好ましい。しかしながら、上述の構造のモータでは、潤滑油の温度がモータを冷却するための最適な温度とされない不都合があった。そのため、モータを充分に冷却することができないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、冷却が充分にできるモータの冷却構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、モータの熱を冷却液で奪って、前記モータを冷却するモータの冷却構造において、前記モータに直接接触する冷却液を溜める冷却液溜まりが、前記モータの鉛直方向の下方に形成され、かつ、その冷却液溜まりに溜まる冷却液を冷却する熱交換器が設けられており、前記冷却液溜まりと熱交換器との間で、冷却液を流通させるための第一油ポンプと、前記冷却液溜まりの冷却液を輸送して潤滑に用いる第二油ポンプとが設けられ、前記鉛直方向で、前記冷却液溜まりにおける前記第一油ポンプの吸込口が、前記冷却液溜まりにおける前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に高い位置に設けられていることを特徴とするモータの冷却構造である。
【０００７】
したがって、請求項１の発明では、冷却液溜まりに貯留されている冷却液が熱交換器によって、冷却される。そして、熱交換器を通過して冷却された冷却液が、前記冷却液溜まりに還流する。また、請求項１の発明では、第一油ポンプの吸込口と第二油ポンプの吸込口との干渉が回避される。さらに、第一油ポンプの吸込口が、第二油ポンプの吸込口よりも相対的に高い位置に設けられているため、第二油ポンプの作動の有無に関わらず、第一油ポンプのエア吸いを抑制でき、充分に冷却液を供給して潤滑できる。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記モータのステータと前記冷却液とが直接熱交換する部分が設けられるとともに、前記熱交換器で冷却された冷却液が、前記直接熱交換する部分に送られることを特徴とするモータの冷却構造である。
【０００９】
したがって、請求項２の発明では、請求項１の作用に加えて、前記モータのステータと、前記熱交換器を通過して冷却された冷却液とが、直接接触して熱交換される。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記モータが車両に搭載され、駆動力源または前記モータの少なくとも一方の動力を車輪に伝達可能とするとともに、前記駆動力源により前記第二油ポンプが駆動される構成であり、前記車両の前後方向で、前記第一油ポンプの吸込口が前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に後方に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、請求項３の発明では、請求項１または２の作用に加えて、車両の加速等に起因して、冷却液溜まりの内部で、冷却液が車両の後方に移動した場合にも、前記第一油ポンプの吸込口から冷却液が吸い込まれる。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記第一油ポンプは、前記冷却液が高温時に作動され、かつ、前記冷却液が低温時には作動されない構成であることを特徴とするものである。この請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の作用が生じる他に、冷却液の粘度が高く吸入負圧の大きい低温時には第二油ポンプを作動させる必要が無く、第一油ポンプの吸込口の容積を小さく設計できる。
さらに、請求項５の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記熱交換器で冷却された冷却液が前記冷却液溜まりに戻される構成であり、前記モータが車両に搭載され、この車両は駆動力源の動力を車輪に伝達する経路にデファレンシャルが設けられており、そのデファレンシャルのリングギヤが前記冷却液溜まりに浸漬されており、そのデファレンシャルのリングギヤが回転して前記冷却液溜まりの冷却液を掻き揚げて潤滑をおこなう構成であることを特徴とするものである。この請求項５の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、第二油ポンプの非作動時における冷却液溜まりのレベルと、第二油ポンプの作動時における冷却液溜まりのレベルとの変化を小さく抑えられる。また、請求項５の発明によれば、デファレンシャルのリングギヤによる掻き揚げ潤滑に使用される冷却液の量の変化を抑えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図３は、この発明の一実施例であるＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ；エンジン前置き前輪駆動）形式のハイブリッド車の動力伝達系統（パワートレーン）を示すスケルトン図である。
【００１３】
図３において、１はエンジンであり、このエンジン１（駆動力源）は、燃料の燃焼によりクランクシャフト２から動力を出力する装置であって、クランクシャフト２の後端部にはフライホイール３が形成されている。
【００１４】
このエンジン１に隣接して中空のトランクルアクスルケース４が取り付けられている。トランクルアクスルケース４は、アルミニウムで形成されており、ダイカスト法によって製造されている。トランクルアクスルケース４は、図３のスケルトン図に示すＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ；エンジン前置き前輪駆動）形式のハイブリッド車の動力伝達系統（パワートレーン）を収容する部品である。トランクルアクスルケース４の内部には、インプットシャフト５、第１のモータジェネレータ６（発電機）、動力合成機構７、変速機構８、第２のモータジェネレータ９が設けられている。インプットシャフト５はクランクシャフト２と同心状に配置されている。インプットシャフト５におけるクランクシャフト２側の端部には、クラッチハブ１０がスプライン嵌合されている。
【００１５】
そして、フライホイール３とインプットシャフト５との動力伝達状態を制御するクラッチ１１が設けられている。
【００１６】
トランクルアクスルケース４の内部には、モータジェネレータ収容室１２が形成され、このモータジェネレータ収容室１２の内部に第１のモータジェネレータ６が設けられている。第１のモータジェネレータ６は、回転自在なロータ１３と、トランクルアクスルケース４に固定されたステータ１２とを有している。前記インプットシャフト５の外周には、中空シャフト１４が取り付けられている。そして、インプットシャフト５と中空シャフト１４とが相対回転可能に構成されている。前記ロータ１３は中空シャフト１４の外周側に取り付けられている。
【００１７】
前記動力合成機構（言い換えれば動力分配機構）７は、第１のモータジェネレータ６と第２のモータジェネレータ９との間に設けられており、この動力合成機構７は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構７Ａにより構成されている。すなわち、遊星歯車機構７Ａは、サンギヤ１５と、サンギヤ１５と同心状に配置されたリングギヤ１６と、サンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛合するピニオンギヤ１７を保持したキャリヤ１８とを有している。そして、サンギヤ１５と中空シャフト１４とが連結され、キャリヤ１８とインプットシャフト５とが連結されている。なお、リングギヤ１６は、インプットシャフト５と同心状に配置された環状部材（言い換えれば円筒部材）１９の内周側に形成されており、この環状部材１９の外周側にはカウンタドライブギヤ２０が形成されている。このカウンタドライブギヤ２０が、デファレンシャル（図示せず）を経由して動力伝達可能に車輪２１に連結されている。このデファレンシャルのリングギヤの一部は、後述するオイル溜まり部に貯留されたオイルに浸漬されている。
【００１８】
一方、前記中空シャフト１４と同心状に他の中空シャフト２３が回転可能に配置されており、この中空シャフト２３の外周側に前記第２のモータジェネレータ９が配置されている。この第２のモータジェネレータ９のロータ３５が、中空シャフト２３に取り付けられ、ステータ３４がトランクルアクスルケース４に固定されている。このように、インプットシャフト５および中空シャフト１４と中空シャフト２３とが同心状に配置されている。つまり、第１のモータジェネレータ６と動力合成機構７と、第２のモータジェネレータ９とが同心状に配置されている。
【００１９】
前記変速機構８は、動力合成機構７と第２のモータジェネレータ９との間に配置されており、この変速機構８は、いわゆるシングルピニオン形式の遊星歯車機構８Ａにより構成されている。遊星歯車機構８Ａは、サンギヤ２４と、サンギヤ２４と同心状に配置され、かつ、環状部材１９の内周に形成されたリングギヤ２５と、サンギヤ２４およびリングギヤ２５に噛合するピニオンギヤ２６を保持したキャリヤ２７とを有している。
【００２０】
上記のように構成されたハイブリッド車において、エンジン１から出力されるトルクを前輪に伝達する場合は、クラッチ１１が係合される。すると、クランクシャフト２の動力（言い換えればトルク×回転数）がインプットシャフト５を介してキャリヤ１８に伝達される。キャリヤ１８に伝達されたトルクは、リングギヤ１６、環状部材１９、カウンタドライブギヤ２０、デファレンシャル等を介して車輪２１に伝達され、駆動力が発生する。なお、デファレンシャルのリングギヤが回転してオイル溜まり部のオイルが掻き揚げられ、そのオイルが動力分割機構７や変速機構８、あるいはインプットシャフト５の軸受などに供給される。また、エンジン１のトルクをキャリヤ１８に伝達する際に、第１のモータジェネレータ６を発電機として機能させ、発生した電力を蓄電装置（図示せず）に充電することもできる。このように、エンジン１の動力を動力分配機構７により、車輪２１および第１のモータジェネレータ６に分配できる。さらに第２のモータジェネレータ９を電動機として駆動させ、その動力を動力分配機構７に伝達することができる。
【００２１】
図１は、第２のモータジェネレータ９の冷却構造の一例であり、トランクルアクスルケース４の蓋を外した正面図である。また、図２は、図１に示すII−II線での断面図である。トランクルアクスルケース４の内部には、壁３２によって区画されたモータジェネレータ収容室３３が形成されている。このモータジェネレータ収容室３３内に第２のモータジェネレータ９が収容されている。また、モータジェネレータ収容室３３から壁３２を隔てて、オイル溜まり部２８が配置されている。オイル溜まり部２８は、トランクルアクスルケース４と壁３２とによって囲まれた空間であり、車両の幅方向で、モータジェネレータ収容室３３の側方に配置されている。
【００２２】
オイル溜まり部２８内には、オイルポンプ用ストレーナ２９およびオイルクーラ用ストレーナ３０が設けられている。そして、このオイルクーラ用ストレーナ３０の下端は、オイルポンプ用ストレーナ２９の下端よりも相対的に高い位置に設けられている。また、図１のように、車両の前後方向で、オイルクーラ用ストレーナ３０の後端は、オイルポンプ用ストレーナ２９の後端よりも相対的に後方に配置されている。また、オイルポンプ用ストレーナ２９からオイル溜まり部２８内のオイル２２を吸引するためのオイルポンプ３１が設けられている。オイルポンプ３１は、エンジン１の駆動力によって駆動され、オイルポンプ用ストレーナ２９からオイル２２を汲み上げる構成となっている。このオイルポンプ３１を駆動するための動力装置は、エンジン１を共用してもよいし、エンジン１とは別に電動機を用いることができる。
【００２３】
また、トランクルアクスルケース４の外側に電動オイルポンプ３９が設けられている。この電動オイルポンプ３９とオイルクーラ用ストレーナ３０とが吸込管４０によって接続されている。また、オイルクーラ３８には、排出管４１が接続されている。そして、排出管４１には、リターン穴３７が形成されている。
【００２４】
さらに、図２に示す例では、壁部３２の底部が切り欠かれ、切り欠き部３６が形成されている。この切り欠き部３６によって、モータジェネレータ収容室３３の内部のステータ３４の一部が露出している。また、前記リターン穴３７が切り欠き部３６の近辺に形成されている。
【００２５】
上記の冷却構造の作用を説明する。先ず、第２のモータジェネレータ９が発熱すると、オイル２２と第２のモータジェネレータ９との間で熱交換が行われて、モータジェネレータ９が冷却される。このようにして、オイル溜まり部２８のオイル２２の温度が上昇するとともに、オイル溜まり部２８に貯留されているオイル２２がオイルポンプ用ストレーナ２９およびオイルクーラ用ストレーナ３０から吸引される。オイルクーラ用ストレーナ３０から吸引されたオイル２２は、オイルクーラ３８の内部に流れ込む。そして、オイルクーラ３８を通過して冷却されたオイル２２が、リターン穴３７からオイル溜まり部２８に還流する。
【００２６】
切り欠き部３６では、ステータ３４の一部が露出しているため、リターン穴３７からオイル溜まり部２８へ排出されたオイル２２と、ステータ３４の一部とが直接熱交換される。そして、さらに、ステータ３４の一部との間で熱交換されたオイル２２が、オイル溜まり部２８に貯留され、再びオイルクーラ用ストレーナ３０で吸引される。なお、オイルポンプ３１に吸引されたオイル２２は、動力分割機構７や変速機構８に供給される。
【００２７】
このように、上述の冷却構造では、オイルクーラ３８によって、オイル溜まり部２８に貯留されているオイル２２を冷却することができる。そのため、オイル２２の油温を低下することができる。その結果、モータジェネレータ９を効果的に冷却することができる。
【００２８】
また、上記の冷却構造では、オイルポンプ用ストレーナ２９がオイル溜まり部２８のできるだけ低い位置に優先的に配置され、オイルクーラ用ストレーナ３０は、それより比較的に高く、車両後方に配置されているので、オイルクーラ用ストレーナ３０とオイルポンプ用ストレーナ２９との干渉が回避される。
【００２９】
また、オイルポンプ用ストレーナ２９が、優先的にできるだけ下方に配置されているため、オイル２２が低温で流動性が悪く、オイルレベルが所定値より低くなった際でも、オイルポンプ用ストレーナ２９からのエア吸いを抑制することができる。
【００３０】
さらに、例えば、電動オイルポンプ３８が、オイル２２が高温で流動性が良く、オイルレベルが所定値より高い状態で、かつ、オイル２２が車両の後方に偏った登坂条件等で作動するように構成すれば、オイルクーラ用ストレーナ３０を比較的に高い位置に配置しても、オイルクーラ用ストレーナ３０からのエア吸いを抑制することができる。また、オイル２２を冷却する必要があるのは、高油温時のみである。したがって、オイル２２の高油温時以外の条件では電動オイルポンプ３９の作動条件を自由に決めることができる。その結果、オイル２２の粘度が低く、吸入負圧の大きい低油温時に電動オイルポンプ３８を作動させる必要がない為、吸引性能を落とす事無く、オイルクーラ用ストレーナ３０の容積を小さく設計できる。また、前記のようにエア吸いを抑制できるため、狭いスペースの中でストレーナ２９，３０をコンパクトに配置できる。
【００３１】
また、オイル溜まり部２８のオイル２２は、オイルクーラ３８を循環して別の場所ではなく、同じオイル溜まり部２８に戻される。そのため、電動オイルポンプ３９の非作動時のオイル溜まり部２８内のオイル２２と、電動オイルポンプ３９の作動時のオイル溜まり部２８内のオイル２２とのいわゆるオイルレベル変化を小さく抑えられる。また、デファレンシャルリングギヤによるオイル２２の掻揚げ潤滑に使用される潤滑油の油量の変化も小さく抑えられる。そのため、電動オイルポンプ３９の作動の有無に関わらず、遊星歯車機構７Ａ，８Ａに充分に潤滑油が供給されて潤滑が効率良く行われる。その結果、遊星歯車機構７Ａ，８Ａの焼付を防止することができる。そのため、遊星歯車機構７Ａ，８Ａの耐久性が向上する。
【００３２】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上述したエンジン１が、この発明の駆動力源に相当し、モータジェネレータ９が、この発明のモータに相当し、オイルクーラ３８がこの発明の熱交換器に相当し、オイル２２がこの発明の冷却液に相当する。さらに、切り欠き部３６がこの発明の直接熱交換する部分に相当する。また、オイルポンプ３１がこの発明の第二油ポンプに相当し、電動オイルポンプ３９がこの発明の第一油ポンプに相当する。また、オイルクーラ用ストレーナ３０がこの発明の第一油ポンプの吸込口に相当し、オイルポンプ用ストレーナ２９がこの発明の第二油ポンプの吸込口に相当する。
【００３３】
なお、本発明は、第２のモータジェネレータ９用の冷却構造だけでなく、第１のモータジェネレータ６の冷却構造にも適用できる。また、ハイブリッド車以外にも、エンジンを用いない電気自動車の駆動力源となるモータの冷却構造、車両に搭載されていても、動力伝達系統に連結されてないモータの冷却構造、車両以外のモータの冷却構造に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、熱交換器によって、オイル溜まりに貯留されている冷却液を冷却することができる。そのため、冷却液の油温を低下することができる。その結果、モータを効果的に冷却することができる。また、第一油ポンプの吸込口と第二油ポンプの吸込口との干渉を回避できる。さらに、第二油ポンプの作動の有無に関わらず、第一油ポンプのエア吸いを抑制でき、充分に冷却液を供給して潤滑できる。
【００３５】
さらに、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、冷却液とステータとの熱交換を促進できる。
【００３６】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の効果に加えて、車両の加速等に起因して、冷却液溜まりの内部で、冷却液の液面が相対的に第二油ポンプの吸込口側に傾斜した場合にも、冷却液溜まりから熱交換器へ効率よく冷却液を循環することができる。また、車両の定常走行時等で冷却液が傾斜していない場合、冷却液溜まりから熱交換器へ冷却液を確実に循環することができる。
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、冷却液の粘度が高く吸入負圧の大きい低温時には第二油ポンプを作動させる必要が無く、第一油ポンプの吸込口の容積を小さく設計できる。
さらに、請求項５の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、第二油ポンプの非作動時における冷却液溜まりのレベルと、第二油ポンプの作動時における冷却液溜まりのレベルとの変化を小さく抑えることができる。また、請求項５の発明によれば、デファレンシャルのリングギヤによる掻き揚げ潤滑に使用される冷却液の量の変化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係るモータの冷却構造の具体例を簡略的に示した正面図である。
【図２】 図１のII−II線における断面図である。
【図３】 冷却対象であるモータおよび冷却構造が組み込まれているパワートレーンの一例を簡略的に示すスケルトン図である。
【符号の説明】
６，９…モータジェネレータ、 ７Ａ，８Ａ…遊星歯車機構、 ２１…車輪、２２…オイル、 ２８…オイル溜まり部、 ２９…オイルポンプ用ストレーナ、 ３０…オイルクーラ用ストレーナ、 ３１…オイルポンプ、 ３８…オイルクーラ、 ３９…電動オイルポンプ。
Claims (5)
- モータの熱を冷却液で奪って、前記モータを冷却するモータの冷却構造において、
前記モータに直接接触する冷却液を溜める冷却液溜まりが、前記モータの鉛直方向の下方に形成され、かつ、その冷却液溜まりに溜まる冷却液を冷却する熱交換器が設けられており、
前記冷却液溜まりと熱交換器との間で、冷却液を流通させるための第一油ポンプと、前記冷却液溜まりの冷却液を輸送して潤滑に用いる第二油ポンプとが設けられ、前記鉛直方向で、前記冷却液溜まりにおける前記第一油ポンプの吸込口が、前記冷却液溜まりにおける前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に高い位置に設けられていることを特徴とするモータの冷却構造。 - 前記モータのステータと前記冷却液とが直接熱交換する部分が設けられるとともに、前記熱交換器で冷却された冷却液が、前記直接熱交換する部分に送られることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
- 前記モータが車両に搭載され、駆動力源または前記モータの少なくとも一方の動力を車輪に伝達可能とするとともに、前記駆動力源により前記第二油ポンプが駆動される構成であり、前記車両の前後方向で、前記第一油ポンプの吸込口が前記第二油ポンプの吸込口よりも相対的に後方に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却構造。
- 前記第一油ポンプは、前記冷却液が高温時に作動され、かつ、前記冷却液が低温時には作動されない構成であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータの冷却構造。
- 前記熱交換器で冷却された冷却液が前記冷却液溜まりに戻される構成であり、前記モータが車両に搭載され、この車両は駆動力源の動力を車輪に伝達する経路にデファレンシャルが設けられており、そのデファレンシャルのリングギヤが前記冷却液溜まりに浸漬されており、そのデファレンシャルのリングギヤが回転して前記冷却液溜まりの冷却液を掻き揚げて潤滑をおこなう構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却構造。
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