JP5473626B2

JP5473626B2 - インホイールモータ冷却装置

Info

Publication number: JP5473626B2
Application number: JP2010010650A
Authority: JP
Inventors: 安晃田原; 昌史佐久間; 成孝磯谷; 暁鴎馬; 孝志満津; 功一藏薗; 正利鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: JP2011148378A

Description

本発明は、車両のホイールを直接駆動するインホイールモータの冷却装置に関する。

従来、車両の駆動装置として車輪のホイール内部にモータを設け、該モータによってホイールを直接駆動する例えば特許文献１や特許文献２に開示されるインホイールモータが知られている。そして特許文献１に開示されるものではホイール内部にオイルクーラが一体的に設けられ、オイルクーラでオイルが冷却されたのち、該オイルによってモータが冷却されている。また、特許文献２に開示されるものでは、モータを収容するハウジングと離間した位置にオイルクーラが設けられ、該オイルクーラでオイルが冷却されたのち、該オイルによってモータが冷却される。

特開２００５−６７４１６号公報特開２００６−３０４５４３号公報

しかしながら、特許文献１、及び特許文献２に開示される技術では、オイルクーラ及びオイルクーラに接続される経路は、外部に面しているため飛び石等との衝突によって破損する虞がある。そしてオイルクーラが破損すると、その構成上、オイルが外部に流出してしまう虞がある。また特許文献１、及び特許文献２に開示される技術では、オイルを冷却するためオイルポンプからオイルクーラに向ってオイルを吐出する際、吐出されるオイルの流量は、オイルポンプの回転軸に連結されるモータの回転数に比例し成り行きとなっている。これによりそれほど冷却の必要のないオイル低温時においても、オイルはモータの回転数に応じてオイルポンプからオイルクーラに向って吐出され、必要以上の冷却が行なわれ過冷却となるため効率が悪化する虞がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、オイルに対し、常に運転状況に応じた最適な冷却を行なうことができ、且つオイル経路の破損時にもオイルが外部に流出しない安全性の高いインホイールモータ冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係るインホイールモータ冷却装置の発明の特徴は、車両の電動輪を構成するホイールを回転可能に支承するケーシングと、少なくとも一部が前記ホイール内に搭載され該ホイールを駆動するモータと、を備えた電動輪装置において、前記オイルを冷却するオイル冷却装置と、前記モータの回転軸と連動して回転作動され前記ケーシングの下部に貯留されたオイルを吸入して吐出するオイルポンプと、前記オイルポンプの吸入口と接続され前記ケーシングの下部に貯留された前記オイルを前記オイルポンプに案内する第１冷却油路と、前記オイルポンプの吐出口に接続され、該オイルポンプから吐出されたオイルを前記モータに案内する第２冷却油路と、前記オイルポンプの吐出口に前記第２冷却油路と並列に接続され、前記オイル冷却装置を経由して前記ケーシングに設けられた戻り口に接続された第３冷却油路と、前記第３冷却油路の前記オイルポンプの前記吐出口の近傍部に設けられた第１開閉弁と、前記第３冷却油路の前記ケーシングの前記戻り口の近傍部に設けられた第２開閉弁と、前記第３冷却油路の内部圧力を検出する圧力検出装置と、前記圧力検出装置によって前記第３冷却油路の内部圧力の低下が検出されると前記第１、及び第２開閉弁を閉弁させる制御装置と、を備えたことである。

上記課題を解決するため、請求項２に係るインホイールモータ冷却装置の発明の特徴は、請求項１において、前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に前記オイルの温度が高温になるほど流量抵抗が小さくなる感温式流量制御弁を備えたことである。

上記課題を解決するため、請求項３に係るインホイールモータ冷却装置の発明の特徴は、請求項２において、前記感温式流量制御弁はバイメタル式の流量制御弁であることである。

上記課題を解決するため、請求項４に係るインホイールモータ冷却装置の発明の特徴は、請求項１において、前記モータの回転数を検出する回転センサと、前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に設けられ前記回転センサによって検出された前記モータの回転数が低回転になるとき流量抵抗が大きくなる流量制御弁と、を備えたことである。

上記課題を解決するため、請求項５に係るインホイールモータ冷却装置の発明の特徴は、請求項２または３において、前記モータの回転数を検出する回転センサと、前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に設けられ前記回転センサによって検出された前記モータの回転数が低回転になるとき流量抵抗が大きくなる流量制御弁と、を備えたことである。

請求項１に係る発明によれば、第３冷却油路の内部圧力が検出され、検出された内部圧力が一定量低下したときにオイルポンプの吐出口の近傍部に設けた第１開閉弁と、ケーシングの戻り口の近傍部に設けた第２開閉弁と、が閉弁される。これにより第３冷却油路が万一破損した場合には、破損に伴って発生する第３冷却油路の内部圧力の低下によって第１開閉弁と第２開閉弁とが閉弁されるのでオイルの外部への流出は最小限とすることができ、安全性が向上する。そしてこのときモータを冷却する第２冷却油路は第３冷却油路と並列に配置されているので、第３冷却油路が遮断された後も第２冷却油路にオイルを循環させることができ、モータの冷却を行いながら運転が継続できるので信頼性が向上する。

請求項２に係る発明によれば、第３冷却油路のオイルポンプとオイル冷却装置との間に感温式流量制御弁を備え、高温になる程、感温式流量制御弁の流量抵抗が小さくなるようにする。これにより、オイル温度が高く、オイルの冷却が必要なときには大流量のオイルがオイルクーラに流れオイルクーラによって確実に冷却される。またオイル温度が低いときには感温式流量制御弁の流量抵抗は大きいので小流量のオイルがオイルクーラに流入し、オイルクーラによって必要量だけ適切に冷却するので過冷却されることなく効率よく冷却が行なえる。

請求項３に係る発明によれば、感温式流量制御弁がバイメタル式の流量制御弁であるので複雑な制御を必要とせず簡易で安価に対応できる。

請求項４に係る発明によれば、モータの回転数が検出され、第３冷却油路のオイルポンプとオイル冷却装置との間に流量制御弁が備えられ、検出されたモータの回転数が小さいとき、流量制御弁の流量抵抗が大きくなるよう制御される。これによりモータの回転数が小さいときでも必要な流量のオイルがモータ側に供給されモータを確実に冷却することができる。またモータの回転数が大きい、つまりモータの発熱量が多いと判断されるときには流量制御弁の流量抵抗が小さくなり大流量のオイルがオイルクーラ側に流れ、オイルクーラによって適切に冷却される。そしてモータ側には流量制御弁で制御された必要な流量のオイルが供給されてモータを過冷却することなく適切に冷却することができる。

請求項５に係る発明によれば、第３冷却油路のオイルポンプとオイル冷却装置との間に感温式流量制御弁と流量制御弁とが設けられている。そしてオイル温度が高いと感温式流量制御弁によって流量抵抗が小さくされるとともに、モータの回転数によってさらに詳細に判断がされ流量制御弁によって流量抵抗の調整を行なうことができる。またオイル温度が低いときには感温式流量制御弁によって流量抵抗が大きくされるとともに、モータの回転数によってさらに詳細に判断がされ流量制御弁によって流量抵抗の調整を行なうことができる。これにより運転状況に応じて一層細かい制御が行なえオイルクーラによって必要量だけ確実に冷却がされ、効率がよい。また、感温式流量制御弁、または流量制御弁の一方が故障したときにも、残った他方の制御弁によって流量抵抗の調整が行なえるので信頼性が向上する。

第１の実施形態に係るインホイールモータの冷却構造を含む電動輪装置の構成を示した模式図（側面図）である。本発明に係るバイメタル式流量制御弁の模式図（断面図）である。第２の実施形態に係るインホイールモータの冷却構造を含む電動輪装置の構成を示した模式図（側面図）である。第３の実施形態に係るインホイールモータの冷却構造を含む電動輪装置の構成を示した模式図（側面図）である。

以下、本発明に係るインホイールモータ冷却装置２０を含む車両の電動輪装置の第１の実施形態について図１の模式図に基づいて説明する。図１に示すように電動輪装置１０は、電動輪を構成するホイール１１と、タイヤ（図示せず）と、ケーシング２４と、モータ３０と、減速機である遊星歯車機構２１と、ブレーキ装置１４と、インホイールモータ冷却装置２０と、を備えている。

ホイール１１は、ホイールディスク１２及びホイールハブ１３で構成されている。ホイール１１はケーシング２４に回転可能に支承され、ケーシング２４内にはモータ３０、遊星歯車機構２１、及びインホイールモータ冷却装置２０の一部等が収容されている。ホイールディスク１２は、略カップ型形状を呈し、ディスク部１２ａとリム部１２ｂとからなる。ホイールディスク１２のリム部１２ｂの外縁には、タイヤ（図示せず）が固定されている。そしてホイールディスク１２は、ディスク部１２ａがハブボルトによってホイールハブ１３に締結されている。

ケーシング２４はホイール１１が車両の外側に向くように車両のサスペンション機構に取り付けられている。ケーシング２４は、内部に空間２４ｄを有する円筒形状を呈している。図１においてケーシング２４の右側面中心部には内部に空間を有する円筒状の突部２４ｅが右方に突設されている。また図１においてケーシング２４の左側面中心部には円筒壁２４ｆが左方に開口し突設されている。ケーシング２４内の左方には、ケーシング２４内をモータ室２４ｇと減速機室２４ｈとに区画する支持壁３８が設けられている。

図１においてモータ３０は、支持壁３８の右側のモータ室２４ｇ内に配置されている。モータ３０は、回転シャフト３２と、ロータ３３と、ステータ３４とからなる。回転シャフト３２は、両端部でボールベアリングである軸受３１の内輪に回転可能に支承されている。回転シャフト３２を軸承する軸受３１のうち図１において右側の軸受３１の外輪はケーシング２４の突部２４ｅの円筒内周面に嵌合されている。図１において左側の軸受３１の外輪は後述する遊星歯車機構２１のキャリア４３を構成する環状部材４３ｂの円環内周面に嵌合されている。そして環状部材４３ｂの円環外周面は支持壁３８に形成される軸受穴に外輪を嵌合されたボールベアリングである軸受４０の内輪に嵌合され支持されている。このように回転シャフト３２は両軸受３１によってケーシング２４に回転可能に軸承されている。

ステータ３４は、ステータコア３４ａとステータコイル３４ｂとを含む。ステータコア３４ａは、外周面をケーシング２４の空間２４ｄの内周面に固定され、ステータコイル３４ｂはステータコア３４ａに巻回されている。モータ３０が三相モータである場合、ステータコイル３４ｂは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなる。また、ロータ３３は、ステータコア３４ａおよびステータコイル３４ｂの内周側に配置され回転シャフト３２と一体的に形成されている。

遊星歯車機構２１は、支持壁３８の図１において左側の減速機室２４ｈ内にモータ３０とホイールハブ１３との間に介在して配置されている。遊星歯車機構２１は、サンギヤ４１と、リングギヤ４２と、複数のプラネタリギヤ４４を回転可能に支承するキャリア４３と、によって構成されている。

サンギヤ４１の回転軸であるサンギヤ軸は、モータ３０の回転シャフト３２と一体に形成され軸受３１によってケーシング２４に回転可能に軸承されている。サンギヤ４１は、モータ３０の回転シャフト３２の減速機室２４ｈ内に突出する端部に同軸に一体的に形成され、リングギヤ４２はサンギヤ４１と回転軸線方向で整列して減速機室２４ｈの内周面に固定されている。

キャリア４３はケーシング２４の円筒壁２４ｆに軸部４３ｄを軸受３５によって回転可能に支承された本体４３ａと、前述の環状部材４３ｂと、本体４３ａと環状部材４３ｂとに両端を固定された４個の回転軸４３ｃとによって構成されている。回転軸４３ｃにはサンギヤ４１及びリングギヤ４２に噛合するプラネタリギヤ４４がメタル軸受４５を介してそれぞれ回転可能に支承されている。キャリア４３の軸部４３ｄは遊星歯車機構２１の出力軸である。

なお、本実施形態においてプラネタリギヤ４４はサンギヤ４１の外周上に等間隔に例えば４つ設けるが、これに限らずいくつ設けてもよく、設ける数は任意である。また軸受３５とホイールハブ１３との間にはオイルシール４７が設けられている。オイルシール４７は軸部４３ｄとケーシング２４の円筒壁２４ｆの内周面との間に介在しオイル２２の外部への流出を封止している。

ブレーキ装置１４は、ブレーキロータ１４ａと、ブレーキキャリパ１４ｂと、を有する。ブレーキロータ１４ａは、ブレーキロータ１４ａの回転軸と平行で且つ回転軸を通る切断面で切断した断面形状が、鍔部を有するカップ形状を呈している。そしてブレーキロータ１４ａの内周面がホイールハブ１３の外周面に固定され、鍔部に相当するブレーキロータ１４ａの外周部がブレーキキャリパ１４ｂ内を通過するように配置されている。

ブレーキキャリパ１４ｂは、一部がケーシング２４の外周面に固定されている。ブレーキキャリパ１４ｂは、ブレーキピストン（図示せず）と、ブレーキパッド１４ｃ、１４ｄとを含む。ブレーキパッド１４ｃ、１４ｄは、ブレーキロータ１４ａの外周部両面を挟み込むために設けられている。ブレーキキャリパ１４ｂにブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストンの作動によってブレーキパッド１４ｃ、１４ｄが、ブレーキロータ１４ａの外周部両面を挟み込み、電動輪にブレーキがかけられる。

次にインホイールモータ冷却装置２０の構成について説明する。インホイールモータ冷却装置２０は、ケーシング２４内の下部のオイル溜り２４ａにモータ３０の一部が浸漬するように貯留されているオイル２２と、オイルポンプ１６と、第１〜第３冷却油路１７、１８、１９と、オイル冷却装置であるオイルクーラ２３と、第１、及び第２開閉弁２７、２８と、感温式流量制御弁としてのバイメタル式流量制御弁２９と、圧力検出装置としての圧力センサ２５と、制御装置２６と、を有している。

まずオイルポンプ１６について説明する。オイルポンプ１６は、一般的なトロコイドポンプでありケーシング２４の円筒状の突部２４ｅの内周面に配置されている。オイルポンプ１６は、第１冷却油路１７を介してオイル２２を吸入するための吸入口１６ｃと、第２冷却油路１８にオイル２２を吐出するための吐出口１６ａと、第３冷却油路１９にオイル２２を吐出するための吐出口１６ｂと、を有している。

オイルポンプ１６の回転軸はモータ３０の回転シャフト３２と同軸に配置され、回転シャフト３２の一端と嵌合されて連結されている。そしてオイルポンプ１６の回転軸は回転シャフト３２と一体的に回転作動されケーシング２４の油溜り２４ａから第１冷却油路１７を介してオイル２２の汲み上げを行なう。そして汲み上げられたオイル２２は吐出口１６ａから第２冷却油路１８へ吐出されるとともに、吐出口１６ｂから第３冷却油路１９へ吐出される。

またケーシング２４の突部２４ｅを形成する円筒壁においてオイルポンプ１６の吸入口１６ｃと吐出口１６ｂとが位置するそれぞれの部位には貫通孔が設けられている。そして該貫通穴と、第１、第３冷却油路１７、１９の外周面とが油密に嵌合される。

次に第１〜第３冷却油路１７、１８、１９について説明する。第１冷却油路１７は、ケーシング２４の下部の油溜り２４ａに貯留されたオイル２２をオイルポンプ１６に案内するための油路である。第１冷却油路１７はケーシング２４の図１において右方下部に設けられた給油口２４ｂとオイルポンプ１６の吸入口１６ｃとの間に油密に接続されている。

第２冷却油路１８は、オイルポンプ１６から吐出されたオイル２２をモータ３０に案内するための油路である。第２冷却油路１８は、回転シャフト３２の軸心に一端側から穿設された油路を有する。第２冷却油路１８は回転シャフト３２の他端側に貫通しても良いし、貫通しなくてもよい。そして回転シャフト３２の軸心に穿設された油路から回転シャフト３２の外周面に向って第２冷却油路１８の一部を構成する噴出口１８ａが貫通されている。噴出口１８ａは少なくとも１つ以上設けられている。噴出口１８ａは噴出口１８ａから噴出させたオイル２２によって発熱部を冷却するためのものであり、冷却させたい発熱部の数や位置に応じて噴出口１８ａの個数及び位置を決定すればよい。そして回転シャフト３２の一端に開口する第２冷却油路１８の入口部と、オイルポンプ１６の吐出口１６ａと、は油密に接続される。

なお、オイル２２は発熱部の冷却だけではなく摺動部の潤滑作用も有する。回転シャフト３２の軸内に滞留するオイル２２は、モータ３０が作動し回転シャフト３２が回転軸周りに回転すると、遠心力によって噴出口１８ａから噴出し、たとえばモータ３０（ロータ３３及びステータ３４）、軸受３１、軸受４０、及び遊星歯車機構２１等に供給されてそれぞれを冷却、及び潤滑する。そしてモータ３０等の冷却を行ない温度上昇したオイル２２は、重力によってケーシング２４内の下部の油溜り２４ａに落下して貯留される。

第３冷却油路１９は、第２冷却油路１８と並列に接続され、オイルクーラ２３を経由してケーシング２４にオイル２２を戻すための油路である。第３冷却油路１９はオイルポンプ１６の吐出口１６ｂとケーシング２４の下部の戻り口２４ｃに油密に接続されている。ただし、戻り口２４ｃはケーシング２４の下部に限らず、オイル２２が戻り口２４ｃからケーシング２４内に流入し、油溜り２４ａに貯留されることが可能であればケーシング２４のどの位置に設けてもよい。

オイルクーラ２３は、ケーシング２４の外周面に固定されている。オイルクーラ２３には、オイルポンプ１６の吐出口１６ｂと接続される第３冷却油路１９を通過してオイル２２が流入してくる流入口、及びケーシング２４の戻り口２４ｃに接続される第３冷却油路１９にオイル２２が流出していく流出口（何れも図示せず）を有している。オイルクーラ２３はオイルポンプ１６から吐出された高温のオイル２２を冷却するものである。オイルクーラ２３は一般的な方式のオイルクーラであり、オイル２２をオイルクーラ２３内に通過させオイルクーラ２３の有するフィンによって熱を大気に放出し冷却する。

第１開閉弁２７は、第３冷却油路１９においてオイルポンプ１６の吐出口１６ｂの近傍部に設けられている。第１開閉弁２７は、制御装置２６と接続される常開型の電磁弁であり、第３冷却油路１９の内部通路と直列に設けられている。第１開閉弁２７に制御装置２６から信号が送信されて第１開閉弁２７が閉弁すると、第３冷却油路１９は閉じオイルポンプ１６からの第３冷却油路１９へのオイル供給は停止する。

第２開閉弁２８は、第３冷却油路１９においてケーシング２４の戻り口２４ｃの近傍部に設けられている。第２開閉弁２８も、第１開閉弁２７と同様に制御装置２６と接続される常開型の電磁弁であり、第３冷却油路１９の内部通路と直列に設けられている。第２開閉弁２８に制御装置２６から信号が送信されて第２開閉弁２８が閉弁すると、第３冷却油路１９のケーシング２４の戻り口２４ｃの近傍部の通路は閉じ、ケーシング２４のオイル貯留部からのオイル２２の逆流が防止される。

感温式流量制御弁としてのバイメタル式流量制御弁２９は、バイメタル式流量制御弁２９の内部を流れるオイル２２の温度に応じて、図２の模式図（断面図）に示すバイメタルバルブ３６がＬ方向、またはＳ方向に屈曲して作動し、オイル２２の温度が高いほどバイメタル式流量制御弁２９部の流量抵抗が小さくなるように設定されている。

バイメタル式流量制御弁２９は、第３冷却油路１９においてオイルポンプ１６の吐出口１６ｂとオイルクーラ２３との間であって、詳細には第１開閉弁２７とオイルクーラ２３との間に第３冷却油路１９の内部通路と直列に設けられている。バイメタル式流量制御弁２９は、図２に示す構造を有し、バイメタルバルブ３６は熱膨張係数の異なる２種の金属板３６ａ、３６ｂが接合され形成されている。このときバイメタルバルブ３６の２種の金属板３６ａ、３６ｂの熱膨張係数３６ａｋ、３６ｂｋは、３６ａｋ＞３６ｂｋの関係を有する。また２種の金属板３６ａ、３６ｂは常温状態において図２に示す状態である真直状態となっている。

なお、常温時にどれだけの量のオイル２２をバイメタル式流量制御弁２９を通過させてオイルクーラ２３に流すかは任意である。例えば常温時にオイルクーラ２３にオイル２２を全く流さないように設定してもよく実験等によってその都度決定すればよい。また、バイメタル式流量制御弁２９は第１開閉弁２７とオイルクーラ２３との間に設けずオイルポンプ１６の吐出口１６ｂと第１開閉弁２７との間に設けてもよい。

圧力検出装置である圧力センサ２５は、本実施形態においては第３冷却油路１９においてバイメタル式流量制御弁２９とオイルクーラ２３との間に設けられている。圧力センサ２５は、第３冷却油路１９の内部通路内に圧力検出部を有し、第３冷却油路１９上に油密に設置され第３冷却油路１９の圧力を検出する。そして圧力センサ２５は、検出信号を接続される制御装置２６に送出する。

なお、圧力センサ２５は、第３冷却油路１９のいずれかの部分に設けられればよく、取り付け位置は任意である。また、圧力センサ２５は、圧力の検出ができればよく検出方式はどのようなものでもよい。また、圧力センサは１つに限らず、例えば圧力センサ３７をオイルクーラ２３とケーシング２４の油溜り２４ａとの間にもう一つ設けてもよい。

制御装置２６は圧力センサ２５から送出された検出信号を監視する。そして制御装置２６が第３冷却油路１９の内部圧力が予め設定された量を超えて低下したことを認識すると、制御装置２６は第３冷却油路１９の一部が破損し第３冷却油路１９内のオイル２２が外部に流出したと判定し、第１、及び第２開閉弁２７、２８を瞬時に閉弁させ、オイルクーラ２３、及びケーシング２４のオイル溜り２４ａと外部との連通路を遮断する。なお、上述のように圧力センサ３７をさらに設け、圧力センサ２５と圧力センサ３７との間の圧力差から第３冷却油路１９の内部圧力の低下を検出してもよい。

次にインホイールモータ冷却装置２０の作動について説明する。なお、図１中において破線（太線）矢印はオイル２２の流通経路を示す。取付けブラケット（図示せず）を介して車両に組付けられた電動輪装置１０は、車両に搭載されたスイッチング回路（図示せず）によりステータコイル３４ｂに交流電流が供給され、ロータ３３が回転し、モータ３０は、所定のトルクを出力する。そして、モータ３０の出力トルクは、サンギヤ軸を介して遊星歯車機構２１へ伝達される。遊星歯車機構２１は、サンギヤ軸から受けた出力トルクをサンギヤ４１およびプラネタリギヤ４４によって変速（減速）してキャリア４３の本体４３ａへ出力する。本体４３ａは、出力トルクを軸部４３ｄに伝達し、軸部４３ｄはジョイント（図示せず）を介して所定の回転数でホイールハブ１３およびホイールディスク１２を回転させ、電動輪は、所定の回転数で回転する。

そしてモータ３０の回転と連動してオイルポンプ１６は所定の回転数で回転し、該回転数に応じた流量Ｑのオイル２２をケーシング２４の下部の油溜り２４ａから第１冷却油路１７を介して吸い上げる。そしてオイルポンプ１６によって吸い上げられたオイル２２は第２冷却油路１８と、第３冷却油路１９に分流されて吐出される。このとき第２冷却油路１８と、第３冷却油路１９にそれぞれ吐出されるそれぞれのオイル２２の流量Ａ、Ｂは第２冷却油路１８と、第３冷却油路１９のそれぞれの流量抵抗に反比例して吐出され、Ｑ＝Ａ＋Ｂの関係を有する。

まず電動輪装置１０の運転が開始から短時間であって、モータ３０及び各摺動部の発熱が小さい場合について説明する。このとき第３冷却油路１９に設けられているバイメタル式流量制御弁２９のバイメタルバルブ３６は、第３冷却油路１９内を流通する略常温のオイル２２に接し、図２に示すＬ方向、及びＳ方向のいずれにも屈曲しておらず第３冷却油路１９内の通路を一部遮っている。よってバイメタルバルブ３６を通過しオイルクーラ２３に流入するオイル２２の量は多くない。このように、冷却の必要のない常温のオイル２２を大量にオイルクーラ２３に送って過冷却することがないので効率が良い。また過冷却することなく第２冷却油路１８に大量のオイル２２をまわすことができるので、モータ３０等を適切に冷却できるとともにケーシング２４の下部の油溜り２４ａのオイル量を低減でき、モータ３０へのオイル２２の浸漬量が低減できる。このため、モータ３０のロータ３３に対するオイル２２による回転抵抗（撹拌抵抗）を低減することができ、運転効率の向上を図ることができる。

次に、例えば電動輪装置１０の運転が継続されモータ３０や摺動部各部が発熱した場合について説明する。このときモータ３０等の温度上昇を抑制するために冷却用のオイル２２が循環され、オイル２２とモータ３０等との間で熱交換が行なわれることによってオイル２２の温度が上昇する。これにより第３冷却油路１９には温度の高いオイル２２が流れ、第３冷却油路１９に設けられているバイメタル式流量制御弁２９のバイメタルバルブ３６は、該温度の高いオイル２２に接し、Ｌ方向に屈曲変形し通路を大きくしている。つまり、第３冷却油路１９の流量抵抗は小さくなり、オイル２２は流れやすくなって、たくさんのオイル２２が第３冷却油路１９に流れる。このように、高温になったオイル２２を第３冷却油路１９を介して大量にオイルクーラ２３に流入させることができるので効率よくオイル２２の冷却ができる。またオイルクーラ２３によって充分冷却したオイル２２をケーシング２４の下部の油溜り２４ａに大量に供給できるので、冷却されたオイル２２を第２冷却油路１８に循環させモータ３０等の冷却を適切に行なうことができ、高温によるモータ３０等の故障が適切に防止できる。

次に電動輪装置１０の運転中に、砂利等の飛び石が第３冷却油路１９及びオイルクーラ２３の少なくとも１つに当たって破損させ破損部位からオイル２２が流出した場合について説明する。第３冷却油路１９からオイル２２が流出した場合は、まず第３冷却油路１９に設けられた圧力センサ２５によって第３冷却油路１９内の圧力の低下が検出される。そこで圧力低下の検出方法について説明する。

圧力センサ２５は第３冷却油路１９内においてオイルポンプ１６とオイルクーラ２３との間に設けられ、電動輪装置１０の通常運転中、常に第３冷却油路１９内の圧力を検出し制御装置２６に検出信号を送出している。制御装置２６は通常運転中の第３冷却油路１９内の圧力を所定の時間毎に平均化し平均圧力値として保有している。この平均圧力値はオイルポンプ１６の回転数に応じて異なっている。そして第３冷却油路１９が破損し第３冷却油路１９からオイル２２が流出すると、第３冷却油路１９内の圧力低下が発生する。圧力低下は圧力センサ２５によって検出され、検出された単位時間当たりの圧力低下量が、例えば平均圧力値の３０％を超えると、制御装置２６は第３冷却油路１９及びオイルクーラ２３の少なくとも１つが破損し、オイル２２が外部に流出したと判定する。そして制御装置２６は第１開閉弁２７、及び第２開閉弁２８を直ちに閉弁させる。

これにより第３冷却油路１９から外部へのオイル２２の流出は最小限で食い止められ安全性が確保される。そして、このとき第３冷却油路１９を遮断しても、第３冷却油路１９と並列に設けられている第２冷却油路１８には引続きオイル２２を循環させることができるので電動輪装置１０の運転が続行でき、信頼性が確保される。このように第３冷却油路１９内の平均圧力値と、単位時間当たりの圧力低下量とを比較することにより第３冷却油路１９からのオイル２２の流出を検出するので、オイルポンプ１６の回転数によって変動する第３冷却油路１９内の圧力に適切に対応して第３冷却油路１９からのオイル２２の流出を検出することができる。

なお、上記においては、検出された単位時間当たりの圧力低下量が平均圧力値の３０％を超えて低下すると、オイル２２が外部に流出したと判定したが、判定の閾値とする圧力低下量の大きさは３０％に限らず任意に設定すればよい。また、第３冷却油路１９においてオイルクーラ２３と油溜り２４ａとの間に設けた圧力センサ３７と圧力センサ２５とによってそれぞれ圧力を検出し、検出された圧力の差によって第３冷却油路１９の破損を検出してもよい。圧力センサ３７と圧力センサ２５とは第３冷却油路１９の破損位置によって異なる圧力値を検出するので、より詳細に第３冷却油路１９の破損の情報を得ることができる。

なお、上記において感温式流量制御弁としてバイメタル式流量制御弁２９を適用したが、これに限らずサーモスタットを利用したサーモスタット式の流量制御弁を適用してもよい。この場合、所定の温度まではサーモスタットを閉弁させておき一定の温度以上になったときに、サーモスタットが開弁して大量にオイルクーラ２３のオイル２２が流入するようにすればよい。これによっても相応の効果が得られる。

上述の説明から明らかなように、第１の実施形態においては、第３冷却油路１９の内部圧力が検出され、検出された内部圧力が予め設定した量だけ低下したときにオイルポンプ１６の吐出口１６ｂの近傍部に設けた第１開閉弁２７と、ケーシング２４の戻り口２４ｃの近傍部に設けた第２開閉弁２８と、が閉弁される。このように第３冷却油路１９が万一破損した場合には、破損に伴って発生する第３冷却油路１９の内部圧力の低下によって第１開閉弁２７と第２開閉弁２８とが閉弁するのでオイル２２の外部への流出は最小限とすることができ、安全性が向上する。またこのときモータ３０を冷却する第２冷却油路１８は第３冷却油路１９と並列に配置されているので、第３冷却油路１９が遮断された後も第２冷却油路１８にオイル２２を循環させることができ、モータ３０の冷却を行いながら運転が継続できるので信頼性が向上する。

また、第１の実施形態においては、第３冷却油路１９のオイルポンプ１６とオイル冷却装置としてのオイルクーラ２３との間に感温式流量制御弁としてのバイメタル式流量制御弁２９を備え、オイル２２が高温になる程、バイメタル式流量制御弁２９の流量抵抗が小さくなるようにした。これにより、オイル温度が高く、オイル２２の冷却が必要なときには大流量のオイル２２がオイルクーラ２３に流れ確実に冷却がされる。またオイル温度が低いときにはバイメタル式流量制御弁２９の流量抵抗は大きくなるよう設定されているので小流量のオイル２２がオイルクーラ２３に流れ必要量だけ適切に冷却される。これにより過冷却されることなく効率よく冷却が行なえる。

また、第１の実施形態においては、感温式流量制御弁がバイメタル式の流量制御弁２９であるので複雑な制御を要さず安価に対応できる。

次に第２の実施形態について図３に基づいて説明する。第２の実施形態の電動輪装置５０では、第１の実施形態で設けたバイメタル式流量制御弁２９に替えて、第３冷却油路１９に、電気制御によって弁を自在に作動させオイル流量の制御を行なう流量制御弁４６を設ける。また第２の実施形態では、モータ３０の回転数を検出するための回転センサ６１を設けている。そして流量制御弁４６は回転センサ６１によって検出されたモータ３０の回転数に応じて流量制御弁４６の開弁度合いを制御している。これにより流量制御弁４６は、第３冷却油路１９を介してオイルクーラ２３へ流すオイル流量と、第２冷却油路１８を介してモータ３０へ流すオイル流量の流量配分を制御する。第２の実施形態においては、第１の実施形態と上記内容のみが異なる。よって異なる部分についてのみ説明し、同様の部分については説明を省略する。また同じ構成部品については同じ符号を付し説明する。

図３に基づき、第２の実施形態であるインホイールモータ冷却装置６０の構成について説明する。インホイールモータ冷却装置６０は、ケーシング２４内の下部にモータ３０の一部が浸漬するように油溜り２４ａに貯留されているオイル２２と、オイル冷却装置であるオイルクーラ２３と、オイルポンプ１６と、第１〜第３冷却油路１７、１８、１９と、第１、第２開閉弁２７、２８と、流量制御弁４６と、回転センサ６１と、圧力検出装置としての圧力センサ２５と、制御装置２６と、を有している。

ケーシング２４内の右方には、中心部に貫通穴を有する円板状の支持壁３９が支持壁３９の外周部を空間２４ｄの内周面に固定され配置されている。支持壁３９の貫通穴にはモータ３０の回転シャフト３２が貫通しており、回転シャフト３２と支持壁３９の貫通穴との間には後述する回転センサ６１が介在されている。

回転センサ６１は、モータ３０の回転シャフト３２の回転数を検出するためのものである。回転センサ６１の回転数の検出方式は問わないが、第２の実施形態においては一般的なレゾルバを採用している。レゾルバは回転体と該回転体と隙間を持って対向する非回転体とにそれぞれコイルを設け、回転体側のコイルに交流を流し、回転体と非回転体の相対角度に応じて非回転体のコイルに現れる交流電圧の位相を検出することによって回転を検出する。第２の実施形態において、回転センサ６１は、複数の回転体側コイル６１ａと、複数の非回転体側コイル６１ｂと、交流電圧検出部（図示せず）とによって構成されている。そして交流電圧検出部と制御装置２６とが接続され、制御装置２６に検出信号である交流電圧の位相信号が送出される。

複数の回転体側コイル６１ａは、回転シャフト３２の外周で、回転シャフト３２の回転軸線方向において支持壁３９の位置と略一致する位置に回転軸を中心として周方向に均等に配置されている。また複数の非回転体側コイル６１ｂは、支持壁３９の貫通穴内周面近傍に回転体側コイル６１ａと対向して、且つ回転体側コイル６１ａと所定の隙間をもって均等に固定されている。このように回転体側コイル６１ａと非回転体側コイル６１ｂとが配置され回転シャフト３２が交流電流が流された回転体側コイル６１ａと一体回転することによって交流電圧検出部で位相電圧が検出される。そして検出された位相電圧が制御装置２６に送信されて回転シャフト３２の位相角度が導出され回転数が演算される。なお、回転センサ６１は、レゾルバに限らずエンコーダでもよい。

流量制御弁４６は制御装置２６と接続され、第１の実施形態のバイメタル式流量制御弁２９と同じ位置である第３冷却油路１９のオイルポンプ１６とオイルクーラ２３との間であって、詳細には第１開閉弁２７とオイルクーラ２３との間に設けられている。

流量制御弁４６は、回転センサ６１によって検出されたモータ３０の回転数に応じ、電気信号によってバルブの開弁度合いを自在に変更し流通するオイル２２の流量を調整する。第２の実施形態においては、モータ３０の回転数が小さいときには流量制御弁４６のバルブが閉弁方向に作動し流量抵抗が大きくなるように制御される。これによりモータの回転数が小さいときでも必要な流量のオイル２２がモータ３０側に供給されモータ３０を確実に冷却することができる。またモータ３０の回転数が大きいときには流量制御弁４６のバルブが開弁方向に作動し流量抵抗が小さくなるように制御される。これにより大流量のオイル２２がオイルクーラ２３側に流れ、オイルクーラ２３によって適切に冷却される。そしてモータ３０側には流量制御弁４６で制御された必要な流量のオイル２２が供給されてモータ３０を過冷却することなく適切に冷却することができる。またオイル２２が過冷却されることなくケーシング２４の下部の油溜り２４ａのオイル残存量を適切に低減できるので、モータ３０へのオイル２２の浸漬量を低減できる。このため、モータ３０のロータ３３に対するオイル２２の回転抵抗（撹拌抵抗）を低減することができ、効率の向上を図ることができる。

なお、第２の実施形態において、第１〜第３冷却油路１７、１８、１９、及びケーシング２４の油溜り２４ａの少なくとも１つに残存するオイル２２の温度を検出する温度センサ６４を設け（第２の実施形態においては図３に示すように第１冷却油路１７に設置）、該温度センサ６４が検出した温度に応じて流量制御弁４６を制御してもよい。このときも検出したオイル２２の温度が高いときには流量制御弁４６を大きく開弁して流量抵抗を小さくしオイルクーラ２３にオイル２２をたくさん流入させ積極的にオイル２２を冷却する。また検出したオイル２２の温度が低いときには流量制御弁４６を閉弁方向に作動して流量抵抗を大きくしオイルクーラ２３にオイル２２が流入しないように制御する。これによっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に図４に示す第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の電動輪装置７０は、第１の実施形態で採用したバイメタル式流量制御弁２９と、第２の実施形態で採用した流量制御弁４６とを第３冷却油路１９のオイルポンプ１６とオイルクーラ２３との間に同時に設けるものである。このようにインホイールモータ冷却装置８０が構成されるのでオイル温度が高いと、まず感温式流量制御弁であるバイメタル式流量制御弁２９の作動によって第３冷却油路１９の流量抵抗が小さくされる。このとき同時に回転センサ６１、及び温度センサ６４によって信号が検出され、検出された信号が制御装置２６に送信される。そして制御装置２６が、送信されたモータ３０の回転数、及びオイル２２の温度から判断しバイメタル式流量制御弁２９が流量抵抗を小さくしすぎたと判定すると制御装置２６は流量制御弁４６を作動し流量抵抗を適正な値まで大きくしてオイル２２が流れ難くするよう制御する。

またオイル温度が低いと、上記と同様に、まず感温式流量制御弁であるバイメタル式流量制御弁２９によって流量抵抗が大きくされる。このとき上記と同様、同時に回転センサ６１、及び温度センサ６４によって信号が検出され、検出された信号が制御装置２６に送信される。そして制御装置２６が、送信されたモータ３０の回転数、及びオイル２２の温度から判断しバイメタル式流量制御弁２９によって調整された流量抵抗が小さすぎ充分大きくないと判定すると制御装置２６は流量制御弁４６を作動させ流量抵抗を適正な値までさらに大きくするよう制御する。このように第３の実施形態においては運転状況に応じて一層細かいオイル流量の制御が行なえオイルクーラ２３によって必要量だけ確実に冷却を行なうことができ一層効率がよい。

また、バイメタル式流量制御弁２９、及び流量制御弁４６の一方が故障したときにも、残った他方の制御弁によって流量抵抗の調整が行なえるので信頼性が向上する。

１０、５０、７０・・・電動輪装置、１１・・・ホイール、１２・・・ホイールディスク、１２ａ・・・ディスク部、１２ｂ・・・リム部、１３・・・ホイールハブ、１４・・・ブレーキ装置、１６・・・オイルポンプ、１７、１８、１９・・・第１、第２、第３冷却油路、２０、６０、８０・・・インホイールモータ冷却装置、２１・・・遊星歯車機構、２２・・・オイル、２３・・・オイルクーラ、２４・・・ケーシング、２５・・・圧力検出装置（圧力センサ）、２６・・・制御装置、２７・・・第１開閉弁、２８・・・第２開閉弁、２９・・・感温式流量制御弁（バイメタル式流量制御弁）、３０・・・モータ、３１・・・軸受、３２・・・回転シャフト、３３・・・ロータ、３４・・・ステータ、３４ａ・・・ステータコア、３４ｂ・・・ステータコイル、３５・・・軸受、４６・・・流量制御弁、６１・・・回転センサ、６４・・・温度センサ。

Claims

車両の電動輪を構成するホイールを回転可能に支承するケーシングと、
少なくとも一部が前記ホイール内に搭載され該ホイールを駆動するモータと、を備えた電動輪装置において、
前記オイルを冷却するオイル冷却装置と、
前記モータの回転軸と連動して回転作動され前記ケーシングの下部に貯留されたオイルを吸入して吐出するオイルポンプと、
前記オイルポンプの吸入口と接続され前記ケーシングの下部に貯留された前記オイルを前記オイルポンプに案内する第１冷却油路と、
前記オイルポンプの吐出口に接続され、該オイルポンプから吐出されたオイルを前記モータに案内する第２冷却油路と、
前記オイルポンプの吐出口に前記第２冷却油路と並列に接続され、前記オイル冷却装置を経由して前記ケーシングに設けられた戻り口に接続された第３冷却油路と、
前記第３冷却油路の前記オイルポンプの前記吐出口の近傍部に設けられた第１開閉弁と、
前記第３冷却油路の前記ケーシングの前記戻り口の近傍部に設けられた第２開閉弁と、
前記第３冷却油路の内部圧力を検出する圧力検出装置と、
前記圧力検出装置によって前記第３冷却油路の内部圧力の低下が検出されると前記第１、及び第２開閉弁を閉弁させる制御装置と、を備えたことを特徴とするインホイールモータ冷却装置。
請求項１において、前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に前記オイルの温度が高温になるほど流量抵抗が小さくなる感温式流量制御弁を備えたことを特徴とするインホイールモータ冷却装置。
請求項２において、前記感温式流量制御弁はバイメタル式の流量制御弁であることを特徴とするインホイールモータ冷却装置。
請求項１において、
前記モータの回転数を検出する回転センサと、
前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に設けられ前記回転センサによって検出された前記モータの回転数が低回転になるとき流量抵抗が大きくなる流量制御弁と、
を備えたことを特徴とするインホイールモータ冷却装置。
請求項２または３において、
前記モータの回転数を検出する回転センサと、
前記第３冷却油路の前記オイルポンプと前記オイル冷却装置との間に設けられ前記回転センサによって検出された前記モータの回転数が低回転になるとき流量抵抗が大きくなる流量制御弁と、
を備えたことを特徴とするインホイールモータ冷却装置。