JP5013198B2 - 車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の駆動装置に係り、特に、エンジン出力が伝達される動力伝達軸上に設けられたモータと、動力伝達軸の下流端部に設けられたデファレンシャルとが一体化された車両の駆動装置に関する。

従来、特許文献１に示すように、エンジン出力が伝達される動力伝達軸上に設けられたモータと、動力伝達軸の下流端部に設けられたデファレンシャルとが一体化された車両の駆動装置が知られている。

特表平０７−５０５５９１号公報

しかしながら上述した特許文献１に記載された駆動装置では、例えば高速走行においてデファレンシャルが発熱して高温になったとき、その熱がモータに伝達されて、モータの出力効率が低下することがあった。また、上述した特許文献１に記載された駆動装置では、モータの周囲が空隙になっており、例えば、低速走行においてモータが作動して発熱することにより高温になったとき、モータの出力効率が低下することがあった。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、モータの出力効率を高めることが出来る車両の駆動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明によれば、エンジン出力が伝達される動力伝達軸と、この動力伝達軸上に設けられたモータと、動力伝達軸の下流端部に設けられたデファレンシャルと、を備え、モータ及びデファレンシャルとが一体化された車両の駆動装置であって、モータ及びデファレンシャルを収容するハウジングと、このハウジング内に設けられ冷却水を循環させることで上記駆動装置を冷却する第１ウォータギャラリと、冷却水を冷却するラジエータと、冷却水を循環させる冷却水ポンプと、モータの周囲に設けられ冷却水を循環させることでモータを冷却する第２のウォータギャラリと、ラジエータから第１ウォータギャラリ及び第２ウォータギャラリに供給される冷却水の流量配分を調節する流量調整弁と、を有し、この流量調整弁は、走行状態に応じて第１ウォータギャラリ及び第２ウォータギャラリへの冷却水の流量配分を調整し、第１ウォータギャラリが、デファレンシャルのピニオンギヤの周囲に配設されていることを特徴としている。

このように構成された本発明においては、モータ及びデファレンシャルとが一体化された駆動装置において、第１ウォータギャラリが、デファレンシャルのピニオンギヤの周囲に配設されているので、そのようなデファレンシャルのピニオンギヤの周囲に配設された第１ウォータギャラリにより、より確実に、駆動装置を冷却することが出来る。また、デファレンシャルが作動することによる熱がモータに伝達されにくくなり、モータが高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。さらに、このような第１ウォータギャラリによりデファレンシャル自体も冷却することが出来、モータの冷却を重視しつつ、モータとデファレンシャルが一体化した駆動装置全体の冷却効率も高めることが出来る。

また、本発明においては、さらに、モータの周囲に設けられ冷却水を循環させることでモータを冷却する第２のウォータギャラリと、ラジエータから第１ウォータギャラリ及び第２ウォータギャラリに供給される冷却水の流量配分を調節する流量調整弁と、を有し、この流量調整弁は、走行状態に応じて第１ウォータギャラリ及び第２ウォータギャラリへの冷却水の流量配分を調整する。
このように構成された本発明においては、走行状態に応じて、モータとデファレンシャルとの間に設けられた第１ウォータギャラリと、モータの周囲に設けられた第２ウォータギャラリとの冷却水の流量配分が調整されるので、冷却水の流量を走行状態に応じた適切なものにすることが出来る。

また、本発明において、好ましくは、流量調整弁は、高速走行時に上記第１ウォータギャラリへの冷却水の流量比率が増加するように冷却水の流量配分を調整する。
このように構成された本発明においては、高速走行時にはデファレンシャルが作動することにより発熱して高温となるので、より確実に、そのデファレンシャルの熱をモータに伝達されにくくすることが出来る。その結果、モータが高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、流量調整弁は、低速走行時に第２ウォータギャラリへの冷却水の流量比率が増加するように冷却水の流量配分を調整する。
このように構成された本発明においては、低速走行時には、デファレンシャルの温度が低く、一方、モータの使用頻度が高くなりモータが発熱し易くなるので、より確実に、そのようなモータの冷却効率を高めることが出来る。その結果、モータが高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。

本発明の車両の駆動装置によれば、モータの出力効率を高めることが出来る。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施形態による車両の駆動装置が適用されるドライブユニットの構成を示す概略図であり、図２は、本発明の実施形態による車両の駆動装置を側方から見た断面図である。

ドライブユニット１は、モータ走行、エンジン走行、モータトルクアシスト走行、減速エネルギ回生の各モードの運転状態を使い分けることが出来るものであり、エンジン２、モータジェネレータ４、トルクコンバータ６、自動変速機８、プロペラシャフト（推進軸）１０、駆動装置１２及びリアデファレンシャル装置（差動装置）１４を有する。

図２に示すように、駆動装置１２は、後述するモータ（３０）及びリアデファレンシャル装置１４を収容するハウジング（収容室）１６を有する。ハウジング１６の前方には、後述するプラネタリギヤ（２２）及び断続装置（２４）を収容する前方ケース１７が、ハウジング１６の後方には、デファレンシャル装置１４を後方から覆うカバー１８が、それぞれハウジング１６に取り付けられている。カバー１８には、冷却用のフィン１９が設けられている。

リアデファレンシャル装置１４は、プロペラシャフト１０の後端部と連結されたピニオン駆動軸（動力伝達軸）１１と、このピニオン駆動軸１１の後端部に形成されたピニオンギヤ２０と、このピニオンギヤ２０により駆動されるリングギヤ２２及びリングギヤ２２に取り付けられたデフケース２４を有する。リアデファレンシャル装置１４の側方からは、差動装置の各歯車を介してドライブシャフト２６が車輪（図示せず）を駆動するように延びている。

次に、駆動装置１２は、モータ（モータジェネレータ）３０、プラネタリギヤ３２、及び、断続装置（多板ブレーキ）３４を有する。
モータ３０は、ステータ３６及びロータ３８を有し、ロータ３８は、プラネタリギヤ３２のサンギヤ４０に連結されている。

遊星歯車として、サンギヤ４０の周りには、数個のピニオンギヤ４２が設けられ、これらのピニオンギヤ４２には、ベアリング４４及びピニオンシャフト部４６を介してキャリア４８が固定されている。キャリア４８は、ベアリング４４及びピニオンシャフト４６によって自転可能となっており、ピニオンギヤ４２は公転する。
キャリア４８は、動力伝達軸であるピニオン駆動軸１１に連結されており、ロータ３８及びサンギヤ４０の回転動力を、ピニオンギヤ４２により減速して、ピニオン駆動軸１１に動力伝達するようになっている。

ピニオンギヤ４２の周りには、リングギヤ５０が設けられている。このリングギヤ５０が固定されると、サンギヤ４０の回転がピニオンギヤ４２に伝達されてピニオン駆動軸１１に動力伝達がなされるが、リングギヤ５０が固定されていないと、ピニオンギヤ４２及びリングギヤ５０が空回りして、ピニオン駆動軸１１に動力伝達がなされない。

このように、リングギヤ５０を固定或いは非固定するために、リングギヤ５０をハウジング１６側に係合或いは非係合させるのが断続装置３４である。断続装置３４は、リングギヤ５０の外周に固定され、リングギヤ５０と共に回転する２枚の回転プレート５２と、ハウジング１６側に設けられ、軸方向には移動可能であるが回転方向には回転不可となっている固定プレート５４及びリテイニングプレート５６と、を有する。これらの固定プレート５４及びリテイニングプレート５６は、スナップリング（図示せず）及び皿ばね（図示せず）により、軸方向に付勢されている。

固定プレート５４には、ピストン６０が係合し、固定プレート５２は、ピストン６０により軸方向に押圧されて軸方向にのみ移動するようになっている。ピストン６０と前方ケース１７との間には、油圧室６２が形成されており、ピストン６０は、その油圧によって押圧されるようになっている。また、ピストン６０は、リターンスプリング（図示せず）によって、通常は、油圧室６２側に付勢されている。

ピストン６０が油圧により押圧されると、皿ばねを押圧し、皿ばねは、固定プレート５４をリテイニングプレート５６側に押圧し、それにより、固定プレート５４と、リングギヤ５０の回転プレート５２とが係合するようになっている。言い換えると、固定プレート５４は摩擦プレートの役割をなし、係合時には、リングギヤ５０の固定プレート５０が回転しないようにする。一方、ピストン６０が油圧により押圧されていないときは、固定プレート５４と、リングギヤ５０の回転プレート５２とが非係合となる。
これらの回転プレート５２、固定プレート５４、リテイニングプレート５６、ピストン６０及び油圧室６２などにより、多板ブレーキ部６４が構成されている。

次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による、駆動装置１２の冷却系統の一部であるウォータギャラリを説明する。図３は、図２のIII-III線に沿って見た断面図である。
図２及び図３に示すように、駆動装置１２には、そのハウジング１６内に、冷却用の水路が形成されている。詳細には、ハウジング１６内のモータ３０とデファレンシャル装置１４との間に、第１のウォータギャラリ７０が形成されており、モータ３０の外周側である周囲に第２のウォータギャラリ７２が形成されている。

より詳細には、第１のウォータギャラリ７０は、その入口部７０ａから冷却水が流入し、出口部７０ｂから、モータ３０及びデファレンシャル装置１４の熱を奪った冷却水が流出するようになっている。この第１のウォータギャラリ７０は、モータ３０及びデファレンシャル装置１４を収容するハウジング１６内のモータ３０とデファレンシャル装置１４との間に設けられたものであり、デファレンシャル装置１４のピニオンギヤ２０の周囲に１周するように配設されている。

この第１のウォータギャラリ７０によれば、デファレンシャル装置１４が作動することによる熱がモータ３０に伝達されにくくすることが出来、それにより、モータ３０が高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。さらに、このような第１のウォータギャラリ７０によりデファレンシャル装置１４自体も冷却することが出来、モータ３０の冷却を重視しつつ、モータ３０とデファレンシャル装置１４が一体化した駆動装置１２全体の冷却効率も高めることが出来るものである。

また、第１ウォータギャラリ７０が、デファレンシャル装置１４のピニオンギヤ２０の周囲に配設されており、ピニオンギヤ２０は、ほぼモータ３０及びデファレンシャル装置１４の間にあるので、そのようなピニオンギヤ２０の周囲に配設された第１ウォータギャラリ７０により、より確実に、駆動装置１２を冷却することが出来る。

また、第２のウォータギャラリ７２は、その入口部７２ａから冷却水が流入し、出口部（図示せず）から、モータ３０の熱を奪った冷却水が流出するようになっている。この第２ウォータギャラリ７２は、モータ３０の周囲を１周するように設けられており、モータ３０が高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。

次に、図４により、本発明の実施形態による冷却系統の構成を説明する。図４は、本発明の実施形態による駆動装置の冷却系統の構成を示す概念図である。
図４に示すように、駆動装置１２は、ウォータポンプ（冷却水ポンプ）（Ｗ／Ｐ）８０から冷却水が供給され、この供給された冷却水は、流量制御弁（流量調整弁）８２により、第１の流路１００を通って第１のウォータギャラリ７０に分配され、また、第２の流路１０２を通って第２のウォータギャラリ７２に分配される。また、流量制御弁８２は、低圧路８４にも接続されている。第１のウォータギャラリ７０及び第２のウォータギャラリ７２から流出した熱をもった冷却水、及び、低圧路８４から流出した冷却水は、ラジエータ８６に送られて、冷却される。

次に、図５及び図６により、本発明の実施形態による流量制御弁の構成を概略図により説明する。図５は、本発明の実施形態による流量制御弁の第１の状態を示す概略図であり、図６は、本発明の実施形態による流量制御弁の第２の状態を示す概略図である。
先ず、図５及び図６に示すように、流量制御弁８２は、ソレノイドバルブ９０、ロッド９２、スプール９４、位置決め円筒部９６及びスプリング９８を備えている。

図５に示すように、ソレノイドバルブ９０に電流が流れていない初期位置では、スプール９４は、スプリング９８によりソレノイドバルブ９０側に向けて付勢され、位置決め円筒部９６がソレノイドバルブ９０に当接して、位置決めがなされる。この初期位置では、スプール９４が第１の流路１００を閉鎖し、第２の流路１０２を開放する。従って、この初期位置では、冷却水がモータ３０側へ連通される第２の流路１０２を通って、モータ３０側の第２のウォータギャラリ７２に流入するようになっている。

一方、図６に示すように、ソレノイドバルブ９０に電流が流れている付勢位置では、スプール９４は、スプリング９８側に向けて付勢され、この付勢位置では、スプール９４が第１の流路１００を開放し、第２の流路１０２を閉鎖する。従って、この付勢位置では、冷却水がモータ３０側へ連通される第２の流路１０２を通って、モータ３０側の第２のウォータギャラリ７２に流入するようになっている。

流量制御弁８２は、ソレノイドバルブ９０の電流値を制御することによって、これらの初期位置及び付勢位置の間の任意の位置に停止させることが出来る。従って、ウォータポンプ８０から吐出される冷却水量は、そのスプール９４の位置に応じて、第１のウォータギャラリ７０に連通する第１の流路１００及び第２のウォータギャラリ７２に連通する第２の流路１０２にそれぞれ所定の流量の冷却水を分配することが出来るようになっている。

このように冷却水を任意に分配することが出来るので、走行状態に応じて、モータ３０とデファレンシャル装置１４との間に設けられた第１ウォータギャラリ７０と、モータ３０の周囲に設けられた第２ウォータギャラリ７２との冷却水の流量配分を調整して、冷却水の流量を走行状態に応じた適切なものにすることが出来る。

次に、図７乃至図１０により、本発明の実施形態による流量制御弁の制御内容を説明する。図７は、本発明の実施形態による流量制御弁の制御内容を示すフローチャートであり、図８は、モータ及びデファレンシャル装置の間にある第１ウォータギャラリに流す冷却水量を車速に応じて決定するためのマップであり、図９は、モータの外周にある第２ウォータギャラリに流す冷却水量をモータ出力に応じて決定するためのマップであり、図１０は、ウォータポンプの回転数をウォータポンプの冷却水量に応じて決定するためのマップである。Ｓは、各ステップを表す。

図７に示すように、先ず、Ｓ１において、車速センサ（図示せず）から車速Ｖを読み込むと共にモータ３０の出力Ｗを読み込む。次にＳ２に進み、Ｓ１で読み込んだ車速Ｖから、第１ウォータギャラリ７０に流入させる冷却水量Ｑｄを図８に示すマップ（Ｍａｐ１）から読み込むと共に、第２ウォータギャラリ７２に流入させる冷却水量Ｑｍを図９に示すマップ（Ｍａｐ２）から読み込む。

次に、Ｓ３において、Ｓ２で読み込んだそれぞれの冷却水量Ｑｄ、Ｑｍを足し合わせることで、ウォータポンプ８０の総計の冷却水量Ｑｗ／ｐを決定する。
次に、Ｓ４において、Ｓ３で決定したウォータポンプ８０の冷却水量Ｑｗ／ｐから、ウォータポンプ８０の回転数Ｎｗ／ｐを図１０に示すマップ（Ｍａｐ３）から読み込む。そして、Ｓ５において、Ｓ４で読み込んだウォータポンプ８０の回転数Ｎｗ／ｐとなるように、ウォータポンプ８０を制御する。
次に、Ｓ６において、Ｓ２で読み込んだ第１ウォータギャラリ７０に流入させる冷却水量Ｑｄ及び第２ウォータギャラリ７２に流入させる冷却水量Ｑｍがそれぞれ得られるように、流量制御弁８２のソレノイドバルブ９０の電流を制御する。

特に、第１ウォータギャラリ７０に流入させる冷却水量Ｑｄは、図８のマップ（Ｍａｐ１）を見れば分かるように、車速が高い程、冷却水量Ｑｄが多くなるようにしている。ここで、車速Ｖが大きい高速走行時にはデファレンシャル装置１４が作動することにより発熱して高温となる。しかし、そのデファレンシャル装置１４とモータ３０との間に設けられた第１ウォータギャラリ７０に流入させる冷却水量Ｑｄを多くしているので、デファレンシャル装置１４の熱をモータ３０に伝達させにくくすることが出来る。その結果、モータ３０が高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。

一方、第２ウォータギャラリ７２に流入させる冷却水量Ｑｍは、図９のマップ（Ｍａｐ２）を見れば分かるように、モータ出力Ｗが大きい程、冷却水量Ｑｍが多くなるようにしている。モータ３０は、主に、低速時に駆動されるので、低速時においてモータ３０の冷却効率を高めることが出来る。その結果、モータが高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。なお、モータ出力Ｗが＋（プラス）の場合は駆動時であり、−（マイナス）の場合は回生時である。これらのいずれの場合でも、モータ３０は発熱するので、図９では、横軸をモータ出力Ｗの絶対値としている。

次に、図１１により、本発明の実施形態による流量制御弁の制御の作用効果を説明する。図１１は、本発明の実施形態による流量調整弁及び第１ウォータギャラリにより得られる車速、デファレンシャル温度、モータ温度、冷却水量の経時的な変化の一例を示す線図である。
図１１に示すように、車速Ｖがモータ作動車速上限を超している場合、モータ３０自体は作動しないので発熱しないが、モータ３０及びデファレンシャル装置１４がハウジング１６で一体に構成された駆動装置１２では、デファレンシャル装置１４のフリクションロスにより発生した熱がモータ３０に伝達される恐れがある。

このような問題に対し、例えば、従来技術によるモータ及びデファレンシャル装置がハウジングで一体に構成された駆動装置では、図１１に破線で示すように、デファレンシャル温度及びモータ温度が上昇してしまい、特に、モータの温度がモータ温度ｍａｘ．（モータの使用上限温度）に近づいてしまう。

このような従来技術に対して本発明の実施形態によれば、モータ３０とデファレンシャル装置１４との間に第１ウォータギャラリ７０を設けているので、図１１に実線で示すように、デファレンシャル装置１４自体の温度を低下させると共に、デファレンシャル装置１４のフリクションロスにより発生した熱がモータ３０に伝達されにくくして、モータ３０自体の温度を下げることが出来る。

そして、このようにモータ３０の温度が低下するので、次に車両が減速を始めてモータ３０が回生するとき（車速Ｖが減少しているとき）において、エネルギを効率よく回収することが出来る。また、車速が増速し始めてモータ３０が作動するときにおいても、その車速の増速前にモータ３０の冷却水が冷却されているので、モータ３０により車両を効率良く加速させることが出来る。

以上説明したように本発明の実施形態によれば、モータ３０とデファレンシャル装置１４との間に、冷却水を循環させることで駆動装置１２を冷却する第１ウォータギャラリ７０を設けているのので、デファレンシャル装置１４が作動することによる熱がモータ３０に伝達されにくくなり、モータ３０が高温になることによる出力効率の低下を抑制することが出来る。さらに、このような第１ウォータギャラリ７０によりデファレンシャル装置１４自体も冷却することが出来、モータ３０の冷却を重視しつつ、モータ３０とデファレンシャル装置１４が一体化した駆動装置１２全体の冷却効率も高めることが出来る。

本発明の実施形態による車両の駆動装置が適用されるドライブユニットの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態による車両の駆動装置を側方から見た断面図である。 図２のIII-III線に沿って見た断面図である。 本発明の実施形態による駆動装置の冷却系統の構成を示す概念図である。 本発明の実施形態による流量制御弁の第１の状態を示す概略図である。 本発明の実施形態による流量制御弁の第２の状態を示す概略図である。 本発明の実施形態による流量制御弁の制御内容を示すフローチャートである。 モータ及びデファレンシャル装置の間にある第１ウォータギャラリに流す冷却水量を車速に応じて決定するためのマップである。 モータの外周にある第２ウォータギャラリに流す冷却水量をモータ出力に応じて決定するためのマップである。 ウォータポンプの回転数をウォータポンプの冷却水量に応じて決定するためのマップである。 本発明の実施形態による流量調整弁及び第１ウォータギャラリにより得られる車速、デファレンシャル温度、モータ温度、冷却水量の経時的な変化の一例を示す線図である。

１０ プロペラシャフト
１２ リアデファレンシャル装置
１６ ハウジング
２０ ピニオンギヤ
２２ リングギヤ
２４ デフケース
３０ モータ
３２ プラネタリギヤ
３４ 断続装置
３６ ステータ
３８ ロータ
７０ 第１ウォータギャラリ
７２ 第２ウォータギャラリ
８０ ウォータポンプ
８２ 流量制御弁
８６ ラジエータ
９０ ソレノイドバルブ
９４ スプール

Claims (3)

1. エンジン出力が伝達される動力伝達軸と、この動力伝達軸上に設けられたモータと、上記動力伝達軸の下流端部に設けられたデファレンシャルと、を備え、上記モータ及び上記デファレンシャルとが一体化された車両の駆動装置であって、
   上記モータ及び上記デファレンシャルを収容するハウジングと、
   このハウジング内に設けられ冷却水を循環させることで上記駆動装置を冷却する第１ウォータギャラリと、
   上記冷却水を冷却するラジエータと、
   上記冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
   上記モータの周囲に設けられ冷却水を循環させることで上記モータを冷却する第２のウォータギャラリと、
   上記ラジエータから上記第１ウォータギャラリ及び上記第２ウォータギャラリに供給される冷却水の流量配分を調節する流量調整弁と、を有し、
   この流量調整弁は、走行状態に応じて上記第１ウォータギャラリ及び上記第２ウォータギャラリへの冷却水の流量配分を調整し、
   上記第１ウォータギャラリが、上記デファレンシャルのピニオンギヤの周囲に配設されていることを特徴とする車両の駆動装置。
2. 上記流量調整弁は、高速走行時に上記第１ウォータギャラリへの冷却水の流量比率が増加するように冷却水の流量配分を調整する請求項１に記載の車両の駆動装置。
3. 上記流量調整弁は、低速走行時に上記第２ウォータギャラリへの冷却水の流量比率が増加するように冷却水の流量配分を調整する請求項１に記載の車両の駆動装置。

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