JP5939351B2

JP5939351B2 - モータ駆動ユニットの冷却装置

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Publication number: JP5939351B2
Application number: JP2015500161A
Authority: JP
Inventors: 平野　弘之; 弘之平野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: JPWO2014125856A1; WO2014125856A1

Description

本発明は、例えば車輪を個々の電動モータにより駆動して走行可能な電気自動車に用いられる、車輪ごとの駆動ユニット（インホイールモータ駆動ユニット）として有用なモータ駆動ユニットの冷却装置に関するものである。

モータ駆動ユニットの冷却装置としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが提案されている。
この提案技術は、電動モータが乾式（ドライ）構造であることを前提とし、ステータとの間に生じた電磁力で回転駆動されるロータと共に回転可能なロータ軸内にオイルを通し、ロータ軸の先端における軸受を潤滑するものである。

この提案技術によれば、ロータ軸内にオイルを通すため、運転中に電動モータが発生した熱はロータを経て熱交換により当該オイルに伝わり、オイルがこの熱を電動モータから外部に持ち出すことで、電動モータを冷却することができる。

特開２００１−１９００４２号公報

しかし上記したモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、ロータ軸内を通過した熱交換後のオイルをモータ駆動ユニットの長い外周リターン回路で、当該駆動ユニットの減速機室に戻す必要があり、以下のような問題を生ずる。

つまり、外周リターン回路によりオイルを駆動ユニットの減速機室に戻すのでは、全体的なオイル通流回路が長くなるのを避けられず、この長いオイル通流回路長の割りには、熱交換を行っている間におけるオイルのロータ軸通過長が相対的に短く、従って前者の全体長に対する後者の熱交換通路長の比が低いため、ロータの冷却効率が悪いという問題を生ずる。

本発明は、熱交換効率の向上のためもあってオイルのロータ軸通過長（熱交換通路長）を長くすることと、熱交換後のオイルが駆動ユニットの長い外周リターン回路を通過する必要がないようにする（オイル通路全体長を短くする）こととにより、上記距離の比を大きくすることで、ロータの冷却効率が悪いという上記の問題を解消可能にしたモータ駆動ユニットの冷却装置を提供することを目的とする。

この目的のため、本発明によるモータ駆動ユニットの冷却装置は、以下のごとくにこれを構成する。
先ず、本発明の前提となるモータ駆動ユニットを説明するに、これは、
ステータとの間に生じた電磁力で回転駆動されるロータと共に回転可能なロータ軸を、該ロータの軸線方向両側における両端においてケースに軸受支持した電動モータを具え、前記ロータ軸の一端からロータ回転を出力するようにしたものである。

本発明によるモータ駆動ユニットの冷却装置は、
前記ロータ軸の一端近傍に、オイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりを相互に区画して、また他端近傍にロータ軸と一体回転するオイル中間溜まりをそれぞれ画成し、
前記オイル供給溜まりおよびオイル中間溜まり間を通じさせるオイル供給路と、該オイル中間溜まりおよび前記オイル排出溜まり間を通じさせるオイル排出路とを、前記ロータ軸自身に一体的に設けたことを特徴とするものである。

上記した本発明によるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、ロータ軸の同じ一端近傍に相互に区画して設定したオイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりのうち、前者のオイル供給溜まりから、ロータ軸に設けたオイル供給路、および、ロータ軸の他端近傍に設定したオイル中間溜まり、並びに、ロータ軸に設けたオイル排出路を順次経て、オイルがオイル排出溜まりに達する間に、当該オイルがロータ軸のオイル供給路およびオイル排出路内での熱交換によりロータ（電動モータ）を冷却することができる。

ところで、オイル供給路およびオイル排出路をロータ軸自身に一体的に設けたことによって、ロータの熱がオイル供給路およびオイル排出路の双方に達し、オイルがロータ軸のオイル供給路を通過する間も、またオイル排出路を通過する間も、ロータ軸との間で熱交換を行い得ることとなり、当該熱交換を行っているオイルのロータ軸通過長が長くなり、熱交換効率を向上させることができる。
また、上記熱交換後のオイルを長いリターン回路により、例えばモータ駆動ユニットケース内の下部オイルパンに戻す必要がなく、オイル排出溜まりから当該オイルパンに滴下させるだけでよいため、全体的なオイル通流回路長を短縮することができる。

これらの理由から、全体的なオイル通流回路長に対するオイルのロータ軸通過長（熱交換通路長）の比が大きくなり、上記した熱交換効率の向上と相俟ってロータの冷却効率を高めることができ、このロータ冷却効率に係わる前記した従来の問題を解消可能である。
加えて、オイル中間溜まりをロータ軸と一体回転するよう画成したことで、オイル中間溜まり内のオイルにロータ軸の回転に伴う遠心力が作用することとなり、オイル供給路およびオイル排出路を通るオイル通流量がロータ軸の高回転時ほど多くなって、発熱量が多いロータ高回転時もロータの冷却が損なわれることはない。

本発明の第１実施例になる冷却装置を具えたインホイールモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。図１におけるロータ軸の横断面図である。本発明の第２実施例になる冷却装置を具えたインホイールモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。図３においてロータ軸を成すロータ側軸部および伝動歯車側軸部のセレーション嵌合部を示す横断面図である。本発明の第３実施例になる冷却装置を具えたインホイールモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。本発明の第４実施例になる冷却装置を具えたインホイールモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。本発明の第５実施例になる冷却装置を具えたインホイールモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。

1 ケース本体
1a 隔壁
1b 連通路
2 リヤカバー
3 フロントカバー
4 電動モータ
4s ステータ
4r ロータ
5 減速伝動歯車組
6 ロータ軸
6a ロータ軸中空孔（オイル供給路）
6b オイル排出路（周辺孔）
9 レゾルバ軸
11 オイル中間溜まり
12 回転レゾルバ
21 モータ回転出力歯車（回転体：回転伝動系）
22 カウンターギヤ（回転伝動系）
24 オイル供給溜まり
25 オイルガイド
26 オイルシール
27 オイル排出溜まり
28 カウンターシャフト
29 出力軸
33 オイル下部溜まり
34 オイルガイド
35 ホイールハブ
37 オイルシール
38 オイルパン
39 ホイールボルト
41 遊星歯車式減速歯車組
51 ロータ側軸部（アウターシャフト：ロータ軸）
51a レゾルバ軸端
52 伝動歯車側軸部52（インナーシャフト：ロータ軸）
53 セレーション嵌合部
54 オイル排出路
55 オイル供給路
61 オイル補助供給路
62 オイルポンプ
63 油温センサ

以下、この発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。

＜構成＞
図１は、本発明の第1実施例になる冷却装置を具えたモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。
本実施例においてはこのモータ駆動ユニットを、電気自動車における車輪ごとのインホイールモータ駆動ユニットとして以下のごとくに構成する。

図1において、1は、インホイールモータ駆動ユニットのケース本体で、該ケース本体1の車輪（図示せず）から遠い一方側（図1の左側）、つまり車体に近い側における開口をリヤカバー2で塞ぎ、ケース本体1の他方側（図1の右側）をフロントカバー3で塞ぐ。
これらケース本体1、リヤカバー2およびフロントカバー3の相互合体により、インホイールモータ駆動ユニットのユニットケースを成し、このユニットケース内に電動モータ4および減速伝動歯車組5を収納してインホイールモータ駆動ユニットを構成する。

ケース本体1内の軸線方向中程には、電動モータ4を収納する室と、伝動歯車組5を収納する室とを仕切る隔壁1aを設け、隔壁1aとリヤカバー2との間に電動モータ4を収納する室を画成し、隔壁1aとフロントカバー3との間に伝動歯車組5を収納する室を画成する。
電動モータ4は、ケース本体1の内周に嵌合して固設した円環状のステータ4sと、かかる円環状ステータ4sの内周にラジアルギャップを持たせて同心に配したロータ4rとで構成する。

ロータ4rはその中心に貫通させて一体結合させたロータ軸6を具え、該ロータ軸6の一端を軸受7でリヤカバー2に回転自在に支承し、他端を軸受8でケース本体1の隔壁1aに回転自在に支承することにより、ロータ4rをステータ4s内に同心に軸承する。
ロータ軸6を、その全長に亘って中空孔6aが延在する中空軸とし、該中空孔6aのリヤカバー2側における開口端を拡径させると共にこの拡径開口端をレゾルバ軸9で塞ぐことにより、該中空孔6aの拡径開口端にオイル中間溜まり11を画成する。
なおレゾルバ軸9は、リヤカバー2に取着された回転レゾルバ12に結合し、この回転レゾルバ12によりロータ4rの回転位置を検出して電動モータ4の駆動制御に資する。

伝動歯車組5は本発明における回転伝動系に相当し、本実施例ではこれを、隔壁1aから突出するロータ軸6の端部にセレーション嵌合して固設したモータ回転出力歯車21と、これに噛合するカウンターギヤ22とで構成する。
モータ回転出力歯車21は、ロータ4rに近い側を前記した軸受8により隔壁1aに支承し、これにより結果として軸受8が前記したように、ロータ軸6の対応端部を隔壁1aに対して支承する用もなすようにする。

モータ回転出力歯車21は、ロータ4rから遠い反対側を軸受23によりフロントカバー3に支承し、これによりフロントカバー3に近いロータ軸6の端面とフロントカバー3との間にオイル供給溜まり24を画成する。
フロントカバー3には、オイル供給溜まり24の上部が開放されてオイルの流入を可能にするための開口3aを形成する。

他方で、オイル供給溜まり24内のオイルがロータ軸中空孔6a（オイル供給路）の対応開口端に入りやすくなるよう案内する円環状のオイルガイド25を設け、該オイルガイド25は、外周部を軸受23のアウターレースとフロントカバー3との間に挟着し、内周筒部をロータ軸中空孔6aの対応開口端に嵌合させる。
なおオイルガイド25の外周部には、オイル供給溜まり24内のオイルの一部を軸受23に向かわせるオリフィスを設けるのがよい。

モータ回転出力歯車21（ロータ軸6）の軸受8と、ロータ4rとの間における軸線方向位置に配して環状のオイルシール26を設け、該オイルシール26の外周を隔壁1aに嵌着し、内周をロータ軸6の外周に摺接可能に嵌合させることで、軸受8およびオイルシール26間にオイル排出溜まり27を画成する。
ロータ軸6には、オイル排出溜まり27とオイル中間溜まり11との間を通じさせるオイル排出路6bを形成する。
オイル排出路6bは図2に明示するごとく複数個一組とし、これらオイル排出路6bをロータ軸中空孔6a（オイル供給路）の周りに円周方向等間隔に配置した周辺孔とするのがよい。

カウンターギヤ22はカウンターシャフト28に一体成形し、カウンターシャフト28に同軸に対向させて出力軸29を設ける。
出力軸29は、隔壁1aから遠いカウンターシャフト29の端面に同軸に突き合わせて配置し、これら出力軸29およびカウンターシャフト29の突き合わせ端部を相互に嵌合させると共にこの相互嵌合部に軸受31を介在させて、出力軸29およびカウンターシャフト29を相対回転可能とする。

出力軸29から遠いカウンターシャフト29の端部を軸受32で隔壁1aに対し回転自在に支持して、当該カウンターシャフト29の端部と隔壁1aとの間にオイル下部溜まり33を画成し、このオイル下部溜まり33とオイル排出溜まり27との間を通じさせる連通路1bを隔壁1aに設ける。
オイル下部溜まり33内のオイルがカウンターシャフト28の中空孔28aの対応開口端に入りやすくなるよう案内する円環状のオイルガイド34を設け、該オイルガイド34は、外周部を軸受32のアウターレースと隔壁1aとの間に挟着し、内周筒部をカウンターシャフト中空孔28aの対応開口端に嵌合させる。
なおオイルガイド34の外周部には、オイル下部溜まり33内のオイルの一部を軸受32に向かわせるオリフィスを設けるのがよい。

出力軸29にはホイールハブ35をセレーション嵌合して設け、ホイールハブ35を軸受36でフロントカバー3に回転自在に支持する。
かくて軸受36は、ホイールハブ35、出力軸29および軸受31を介し、隔壁1aから遠いカウンターシャフト28の端部を軸承する用もなす。
出力軸29が貫通するフロントカバー3の開口部と出力軸29との間に環状のオイルシール37を設け、該オイルシール37の外周を当該フロントカバー3の開口部に嵌着し、内周部を出力軸29の外周に摺接可能とする。
かくして、隔壁1aとフロントカバー3との間に画成された伝動歯車組5用の収納室内下部に、オイルの貯留が可能なオイルパン38が設定される。
なおオイルパン38内のオイルレベルは、カウンターギヤ22の下部が浸漬されるような高さとする。

ホイールハブ35には、そのフランジ部から軸線方向へ延在する複数個のホイールボルト39を円周方向等間隔に配して固着し、これらホイールボルト39でホイールハブ35に図示せざる車輪を取着する。

相対回転可能なカウンターシャフト28および出力軸29間を駆動結合するための遊星歯車式減速歯車組41を設ける。
この遊星歯車式減速歯車組41は、カウンターギヤ22および軸受31間の軸線方向位置においてカウンターシャフト28に一体成形したサンギヤ41sと、このサンギヤ41sを同心に包囲するよう配置してフロントカバー3に固定したリングギヤ41rと、これらサンギヤ41sおよびリングギヤ41rに噛合する複数個のプラネタリピニオン41pと、これらプラネタリピニオン41pを回転自在に支持するキャリア41cとから成る単純遊星歯車組とする。

よって遊星歯車式減速歯車組41は、サンギヤ41sがカウンターシャフト28からの回転を受け取る入力要素として機能し、リングギヤ41rがサンギヤ41sの回転時に反力受けとなる反力要素として機能し、キャリア41cがサンギヤ41sの回転を減速下に出力する出力要素として機能する。
従ってキャリア41cを出力軸29の対応端部に一体結合し、これによりカウンターシャフト28の回転が、遊星歯車式減速歯車組41により減速されて出力軸29に向かい、車輪の駆動に供されるようになす。

＜インホイールモータ駆動ユニットの作用＞
電動モータ4のステータ4sに通電すると、これからの電磁力で電動モータ4のロータ4rが回転駆動され、その回転駆動力はモータ回転出力歯車21と、これに噛合するカウンターギヤ22を介して遊星歯車式減速歯車組41のサンギヤ41sに伝達される。
これによりサンギヤ41sはプラネタリピニオン41pを回転させるが、このとき固定のリングギヤ41rが反力受けとして機能するため、プラネタリピニオン41pはリングギヤ41pの内歯に沿って転動するような遊星運動を行う。
かかるプラネタリピニオン41pの遊星運動はキャリア41cを介して出力軸29に伝達され、出力軸29をカウンターシャフト28と同方向に回転させる。

上記の伝動作用により減速伝動歯車組5および遊星歯車式減速歯車組41は、電動モータ4からロータ軸6への回転を、モータ回転出力歯車21およびカウンターギヤ22間のギヤ比と、サンギヤ41sの歯数およびリングギヤ41rの歯数により決まるギヤ比とで二段減速して出力軸29に伝達する。
出力軸29への回転は、これに結合したホイールハブ35およびホイールボルト39を介して図示せざる車輪に伝達され、この車輪の回転駆動により車両を走行させることができる。

＜インホイールモータ駆動ユニットの冷却（潤滑）＞
上記したインホイールモータ駆動ユニットにおいては上記の伝動中、減速伝動歯車組5によりオイルパン38内のオイルが掻き上げられる。
この掻き上げオイルは、図１に矢Ａで示すごとく開口３ａを経てオイル供給溜まり２４内に流下する。

オイル供給溜まり２４内のオイルは、一部が矢Ｂで示すごとくオイルガイド２５の外周オリフィスを経て軸受２３の潤滑に供されるものの、大部分がオイル中間溜まり１１内のオイルへの遠心力に起因して生じた吸引力で、矢Ｃにより示すごとくロータ軸中空孔６ａ（オイル供給路）を経てオイル中間溜まり１１に至り、その後矢Ｄで示すごとくオイル中間溜まり１１からオイル排出路６ｂを経てオイル排出溜まり２７に達する。
オイルはロータ軸中空孔６ａ（オイル供給路）およびオイル排出路６ｂを通る間に、熱交換によりロータ４ｒから熱を奪ってロータ４ｒ（電動モータ４）を冷却することができる。
そして、オイル中間溜まり１１内のオイルへの遠心力に起因して生じた吸引力で、ロータ軸中空孔６ａ（オイル供給路）およびオイル排出路６ｂを通るオイル通流量が決まることから、ロータ軸６の高回転時ほど当該オイル通流量が多くなって、発熱量が多いロータ高回転時もロータ４ｒの冷却が不足することはない。

熱交換によりロータ４ｒ（電動モータ４）を冷却した後のオイルは、矢Ｅで示すごとくオイル排出溜まり２７から連通路１ｂを経てオイル下部溜まり３３内に流下する。
オイル下部溜まり３３内のオイルは、一部が矢Ｆで示すごとくオイルガイド３４の外周オリフィスを経て軸受３２の潤滑に供された後オイルパン３８内に戻り、残部が矢Ｇ，Ｈで示すごとくカウンターシャフト中空孔２８ａを経て軸受３１の潤滑および遊星歯車式減速歯車組４１の潤滑に供された後、オイルパン３８内に戻る。
オイルパン３８内に戻ったオイルは、オイルパン３８に設置されている冷却フィン（図示せず）により冷やされ、再び減速伝動歯車組５によりオイルパン３８から掻き上げられて、上記の軸受潤滑や、電動モータ４の冷却に供される。

＜効果＞
上記した本実施例になるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、ロータ軸６の同じ一端（図１の右端）近傍に、オイル供給溜まり２４およびオイル排出溜まり２７を相互にモータ回転出力歯車２１により区画して設定し、ロータ軸６の他端（図１の左端）近傍にオイル中間溜まり１１を設定し、オイル供給溜まり２４からオイル中間溜まり１１に至るオイル供給路６ａと、オイル中間溜まり１１からオイル排出溜まり27に至るオイル排出路6bとをロータ軸6に設けたため、上記した電動モータの冷却作用から明らかな通り、以下のような効果を得ることができる。

つまり、オイルがロータ軸6のオイル供給路6aを通過する間だけでなく、オイル排出路6bを通過する間も、ロータ軸6との間で熱交換を行って電動モータ4を冷却し得ることとなり、当該熱交換を行っているオイルのロータ軸通過長が長くなり、熱交換効率を向上させることができる。

また、上記熱交換後のオイルを長いリターン回路によりオイルパン38内に戻す必要がなく、オイル排出溜まり27から当該オイルパン38に滴下させるだけでよいため、全体的なオイル通流回路長を短縮することができる。
かかる全体的なオイル通流回路長の短縮と、上記したロータ軸オイル通過長（熱交換通路長）の延長とにより、前者の全体的なオイル通流回路長に対する後者のロータ軸オイル通過長（熱交換通路長）の比が大きくなり、上記した熱交換効率の向上と相俟ってロータの冷却効率を高めることができ、このロータ冷却効率に係わる前記した従来の問題を解消可能である。

また本実施例によれば、上記のごとく全体的なオイル通流回路長を短縮し得ることから、回路の圧損が小さくてオイル通流エネルギ−を節約することができ、この点でもロータ冷却効率の向上を実現することができる。
更に、モ−タ室外周部にオイル通流路が存在しないことから、該オイル通流路が外力などを受けてオイル漏れを生ずることがないし、何れにしてもモータ駆動ユニットの外部にオイルが漏れる恐れを皆無となし得る。
また、モ−タ室外周部にオイル通流路が存在しないことから、モータ駆動ユニットの大型化を伴うことがない。
そして、ロータ軸6内でのオイル通流方向が特定されているために、ロータ軸6内でのオイル通流速度が速く、この点においても上記した熱交換（抜熱）の効率を高めることができる。

またオイル流路が比較的短く、太いため、管路抵抗の低下を実現することができ、モータ回転数が低くても十分なオイル流量が確保される。
この効果は、複数本のオイル排出路6bをロータ軸6に設けたことで更に顕著になる。
そして複数本のオイル排出路6bは、オイルとロ−タ軸6との間における接触面積の増大をもたらし、熱交換（抜熱）効率の更なる向上を実現することができる。

なお本実施例のごとく、オイル供給溜まり24をオイル排出溜まり27よりもロータ4rから遠い軸線方向位置に配置する場合、図示のごとく、オイル供給溜まり24を、ロータ軸6の対応端面がオイル供給溜まり24内に露出するよう配置し、ロータ軸6を中空とすることにより、ロータ軸中空孔6aをオイル供給路として利用することができ、ロータ軸6にオイル供給路を形成する工程が不要となってコスト上も有利である。
この場合、図示のごとく、オイル排出溜まり27をロータ軸6の対応端外周面周りに画成し、オイル排出路6bをロータ軸中空孔6aの周りに配してロータ軸6に形成した周辺孔により構成することにより、ロータ軸回転支持剛性の低下を伴うことなく前記諸々の効果をことごとく実現することができる。

また本実施例では、オイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27をそれぞれ、モータ回転出力歯車21の軸線方向両側に配置したため、これらオイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27間を相互に区画するに際して図示のごとく、当該モータ回転出力歯車21を利用することができ、オイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27間の相互区画を容易に且つ確実に行うことができる。

更に、オイル供給溜まり24へのオイル供給を、減速伝動歯車組5による掻き上げによって行うため、オイル供給溜まり24へのオイル供給をオイルの粘性損失のみにより安価に行うことができる。

なお本実施例では、ロータ軸中空孔6aをオイル供給路として利用し、オイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27から遠いロータ軸中空孔6aの開口端をレゾルバ軸9により塞いでオイル中間溜まり11を画成するため、オイル中間溜まり11の設定を容易、且つ安価に行うことができ、このとき既存のレゾルバ軸9を流用することからコスト上更に有利である。

＜構成＞
図3は、本発明の第2実施例になる冷却装置を具えたモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。
本実施例においてもモータ駆動ユニットを、基本的には図1につき前述したと同様なインホイールモータ駆動ユニットとして構成するため、図3中、図1におけると同様な部分は同一符号を付して示すに止め、重複説明を避けた。

図1との構成上の相違点を説明するに本実施例では、ロータ軸6をロータ側軸部51（アウターシャフト）および伝動歯車側軸部52（インナーシャフト）により構成する。
ロータ側軸部51は、ロータ4rの中心に貫通して固設し、図1におけるレゾルバ軸9と同様なレゾルバ軸端51aを一体成形したものとする。
更にロータ側軸部51は、レゾルバ軸端51aから遠い端面に開口する中心盲孔を有し、この中心盲孔内に伝動歯車側軸部52を挿入して、ロータ側軸部51の中心盲孔底壁と伝動歯車側軸部52の挿入端との間にオイル中間溜まり11を画成する。

ロータ側軸部51の中心盲孔内への伝動歯車側軸部52を挿入行程端で、これらロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52が回転係合するためのセレーション嵌合部53をロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52間に設定する。
セレーション嵌合部53は、横断面が図4に示すような通常通りのものとするが、このセレーション嵌合部53には、伝動歯車側軸部52の外周における一部のセレーション歯を除去してオイル排出路54を設定する。
伝動歯車側軸部52は中空軸により構成し、その中空孔52aをオイル供給路55として利用する。

ロータ側軸部51の中心盲孔から突出する伝動歯車側軸部52の突出端には、伝動歯車組5のモータ回転出力歯車21をセレーション嵌合する。
モータ回転出力歯車21は、ロータ4rに近い側を軸受8により隔壁1aに支承し、これにより結果として軸受8は、伝動歯車側軸部52の突出端を隔壁1aに対して支承する用もなすこととなる。

モータ回転出力歯車21は、ロータ4rから遠い反対側を軸受23によりフロントカバー3に支承し、これによりフロントカバー3に近い伝動歯車側軸部52の端面とフロントカバー3との間にオイル供給溜まり24を画成する。
フロントカバー3には、オイル供給溜まり24の上部が開放されてオイルの流入を可能にするための開口3aを形成する。

他方で、オイル供給溜まり24内のオイルが伝動歯車側軸部52の中空孔52a（オイル供給路）の対応開口端に入りやすくなるよう案内する円環状のオイルガイド25を設け、該オイルガイド25は、外周部を軸受23のアウターレースとフロントカバー3との間に挟着し、内周筒部を伝動歯車側軸部52における中空孔52aの対応開口端に嵌合させる。
なおオイルガイド25の外周部には、オイル供給溜まり24内のオイルの一部を軸受23に向かわせるオリフィスを設けるのがよい。

モータ回転出力歯車21（伝動歯車側軸部52）の軸受8と、ロータ4rとの間における軸線方向位置に配して環状のオイルシール26を設け、該オイルシール26の外周を隔壁1aに嵌着し、内周を伝動歯車側軸部52の外周に摺接可能に嵌合させることで、軸受8およびオイルシール26間にオイル排出溜まり27を画成する。

＜インホイールモータ駆動ユニットの冷却（潤滑）＞
上記した第2実施例のインホイールモータ駆動ユニットにおいては、減速伝動歯車組5によりオイルパン38内のオイルが掻き上げられる。
この掻き上げオイルは、図3に矢Aで示すごとく開口3aを経てオイル供給溜まり24内に流下する。

オイル供給溜まり24内のオイルは、一部が矢Bで示すごとくオイルガイド25の外周オリフィスを経て軸受23の潤滑に供されるものの、大部分がオイル中間溜まり11内のオイルへの遠心力に起因して生じた吸引力で、矢Cにより示すごとく伝動歯車側軸部52の中空孔52a（オイル供給路55）を経てオイル中間溜まり11に至り、その後矢Dで示すごとくオイル中間溜まり11からオイル排出路54を経てオイル排出溜まり27に達する。
オイルは伝動歯車側軸部52の中空孔52a（オイル供給路55）およびオイル排出路54を通る間に、熱交換によりロータ4rから熱を奪ってロータ4r（電動モータ4）を冷却することができる。

熱交換によりロータ4r（電動モータ4）を冷却した後のオイルは、矢Eで示すごとくオイル排出溜まり27から連通路1bを経てオイル下部溜まり33内に流下する。
オイル下部溜まり33内のオイルは、一部が矢Fで示すごとくオイルガイド34の外周オリフィスを経て軸受32の潤滑に供された後オイルパン38内に戻り、残部が矢G,Hで示すごとくカウンターシャフト中空孔28aを経て軸受31の潤滑に供された後オイルパン38内に戻る。
オイルパン38内に戻ったオイルは、オイルパン38に設置されている冷却フィン（図示せず）により冷やされ、再び減速伝動歯車組5によりオイルパン38から掻き上げられて、上記の軸受潤滑や、電動モータ4の冷却に供される。

＜効果＞
上記した第2実施例になるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、オイルの流路が図1における第1実施例と略同じであることから、第1実施例と同様な効果を奏し得るのに加えて、以下のような効果をも得ることができる。

つまり本実施例ではロータ軸6を、ロータ4rと共に回転するロータ側軸部（アウターシャフト）51と、オイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27に近いロータ側軸部（アウターシャフト）51の軸端面に開口する軸線方向盲孔内にセレーション嵌合53により回転係合下に挿入させた伝動歯車側軸部（インナーシャフト）52とにより構成して、ロータ側軸部（アウターシャフト）51の軸線方向盲孔と伝動歯車側軸部（インナーシャフト）52の挿入先端との間にオイル中間溜まり11を画成し、伝動歯車側軸部（インナーシャフト）52を中空軸により構成して、その中空孔52aをオイル供給路55と成し、ロータ側軸部（アウターシャフト）51および伝動歯車側軸部（インナーシャフト）52のセレーション嵌合部53にセレーション歯の一部除去によりオイル排出路54を設定したため、
オイル排出路54の大径化が可能で、オイルとロータ側軸部（アウターシャフト）51との接触面積を大きくし得ることにより、ロータ4r（電動モータ4）の冷却効率を更に高めることができる。

更に加えて、ロータ側軸部（アウターシャフト）51を、これに設けた大径の軸線方向盲孔によって軽量化することができ、その分だけモータ駆動系の回転イナ−シャを低下させてモータ駆動の過渡応答性を向上させることができる。
また、上記の通りオイル排出路54の大径化が可能であることによって、その通路開口面積に係わる設定自由度が高くなり、当該通路開口面積を適切に設定することでロータ軸6内のオイル流速（オイルがロ−タ軸6内を通過する時間）を自由に設定することが可能となり、ロ−タ4rからの抜熱の効率を向上させることができる。

＜構成＞
図5は、本発明の第3実施例になる冷却装置を具えたモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。
本実施例においてもモータ駆動ユニットを、基本的には図1,3につき前述したと同様なインホイールモータ駆動ユニットとして構成するため、図5中、図1,3におけると同様な部分は同一符号を付して示すに止め、重複説明を避けた。

図1,3との構成上の相違点を説明するに本実施例では、ロータ軸6を図3と同様なロータ側軸部51（アウターシャフト）および伝動歯車側軸部52（インナーシャフト）により構成する。
ただし本実施例においては、ロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52間に設定する回転係合用のセレーション嵌合部53をロータ4rの軸線方向中程に位置させる。

＜効果＞
上記した第3実施例になるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、オイルの流路が図1における第1実施例と略同じであることから、またロータ軸6が図3における第2実施例と同様なものであることから、第1,2実施例と同様な効果を奏し得るのに加えて、以下のような効果をも得ることができる。

つまり本実施例では、ロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52間の回転係合用セレーション嵌合部53をロータ4rの軸線方向中程に位置させるため、
ロ−タ4rに至った電動モータ4の発生熱が効率的にロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52へ達し、これらロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52の高温部体積が大きくなって、オイルとの熱交換によるロータ4r（電動モータ4）の冷却効率を更に高めることができる。

＜構成＞
図6は、本発明の第4実施例になる冷却装置を具えたモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。
本実施例においてもモータ駆動ユニットを、基本的には図1,3,5につき前述したと同様なインホイールモータ駆動ユニットとして構成するため、図6中、図1,3,5におけると同様な部分は同一符号を付して示すに止め、重複説明を避けた。

図1,3,5との構成上の相違点を説明するに本実施例では、ロータ軸6を図3,5と同様なロータ側軸部51（アウターシャフト）および伝動歯車側軸部52（インナーシャフト）により構成し、ロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52間の回転係合用セレーション嵌合部53を図5と同様、ロータ4rの軸線方向中程に位置させる。
ただし本実施例においては、ロータ側軸部51から突出する伝動歯車側軸部52の突出端部に設けるべきモータ回転出力歯車21を伝動歯車側軸部52に一体成形する。

＜効果＞
上記した第4実施例になるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、オイルの流路が図1における第1実施例と略同じであることから、またロータ軸6が図3における第2実施例および図5における第3実施例と同様なものであることから、第1,2,3実施例と同様な効果を奏し得るのに加えて、以下のような効果をも得ることができる。

つまり本実施例では、モータ回転出力歯車21を伝動歯車側軸部52に一体成形するため、モータ回転出力歯車21および伝動歯車側軸部52間にオイルの往来を許す隙間が一切存在せず、従ってオイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27間の区画を前記各実施例よりも更に確実に行うことができる。
このため、オイル排出溜まり27に排出されたオイルが全量オイルパン38内に戻されることとなって、オイルパン38の冷却フィンなどによるオイルの冷却効率が向上し、オイルポンプ等の動力を必要とするオイル循環機器の設置を不要となして、電動モータ4の冷却効率向上だけでなく、モータ駆動ユニットの低廉化にも大いに寄与する。

＜構成＞
図7は、本発明の第5実施例になる冷却装置を具えたモータ駆動ユニットを示す縦断側面図である。
本実施例においてもモータ駆動ユニットを、基本的には図1,3,5,6につき前述したと同様なインホイールモータ駆動ユニットとして構成するため、図7中、図1,3,5,6におけると同様な部分は同一符号を付して示すに止め、重複説明を避けた。

図1,3,5,6との構成上の相違点を説明するに本実施例では、ロータ軸6を図3,5,6と同様なロータ側軸部51（アウターシャフト）および伝動歯車側軸部52（インナーシャフト）により構成し、ロータ側軸部51および伝動歯車側軸部52間の回転係合用セレーション嵌合部53を図5,6と同様、ロータ4rの軸線方向中程に位置させ、基本的にはインホイールモータ駆動ユニットを図5におけると同様なものとする。

ただし本実施例においては、減速歯車組5による掻き上げオイル量が、低モータ回転、または大モータトルク、或いは低油温（高粘度）故に不足した時の安全対策のため、オイル補助供給路61を設ける。
このオイル補助供給路61は、一端をオイルパン38内に開口させ、他端をオイル供給溜まり24内に開口させて配置する。

そして、オイル補助供給路61中にオイルポンプ62を挿置し、これを好ましくは図示のごとくオイルパン38に近いオイル補助供給路61の端部に配置する。
オイルポンプ62は、オイルパン38内の貯留オイル温度を検出する油温センサ63の検出値や、電動モータ4の回転数を検出する回転レゾルバ12のモータ回転検出値や、電動モータ4の出力トルクを演算するモータトルク推定部（図示せず）の演算値に応じ、減速歯車組5による掻き上げオイル量が不足する低モータ回転時や、大モータトルク出力時や、低油温（高粘度）時に駆動されて、オイルパン38内のオイルを安全対策のためオイル補助供給路61によってもオイル供給溜まり24内に供給するものとする。

＜効果＞
上記した第5実施例になるモータ駆動ユニットの冷却装置にあっては、減速歯車組5による掻き上げオイル量だけだと電動モータ4の冷却や、回転部の潤滑が要求通りに行われ得ない場合、オイルポンプ62の駆動によってオイルパン38内のオイルをオイル補助供給路61からもオイル供給溜まり24内に向かわせることができる。

よって、減速歯車組5による掻き上げオイル量が不足する条件下でも、インホイールモータ駆動ユニットを、潤滑不良やモータ冷却不足に陥ることなく継続的に運転させことができる。
なお、常時オイルポンプ62を駆動すると電力消費が大きくなって車両走行距離の短縮につながるが、本実施例では減速歯車組5による掻き上げオイル量が不足する条件下でのみオイルポンプ62を駆動するため、車両走行距離が犠牲になるのを回避することができ、車両全体としての効率を高めることができる。

その他の実施例

上記各実施例では、ロータ軸6の同じ一端側に配置するオイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27間を相互に区画するに際し、モータ回転出力歯車21の軸線方向両側にオイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27を配置し、モータ回転出力歯車21を利用してオイル供給溜まり24およびオイル排出溜まり27間を相互に区画することとしたが、この区画を、モータ回転出力歯車21の利用に頼ることなく別部品の追加により行ってもよいのは言うまでもない。

Claims

ステータとの間に生じた電磁力で回転駆動されるロータと共に回転可能なロータ軸を、該ロータの軸線方向両側における両端においてケースに軸受支持した電動モータを具え、前記ロータ軸の一端からロータ回転を出力するようにしたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記ロータ軸の一端近傍に、オイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりを相互に区画して、また他端近傍にロータ軸と一体回転するオイル中間溜まりをそれぞれ画成し、
前記ロータ軸に、前記オイル供給溜まりおよびオイル中間溜まり間を通じさせるオイル供給路と、該オイル中間溜まりおよび前記オイル排出溜まり間を通じさせるオイル排出路とを、前記ロータ軸自身に一体的に設けたことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項1に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記オイル供給溜まりを前記オイル排出溜まりよりも前記ロータから遠い軸線方向位置に配置したことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項2に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記オイル供給溜まりは、前記ロータ軸の対応端面が該オイル供給溜まり内に露出するよう配置したものであり、前記オイル排出溜まりは、前記ロータ軸の対応端外周面を包囲するよう配置したものであることを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項3に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記オイル供給路は、前記オイル供給溜まりおよびオイル中間溜まり間を連通する前記ロータ軸の中空孔で構成したものであり、前記オイル排出路は、前記オイル中間溜まりおよびオイル排出溜まり間を連通するよう前記ロータ軸に軸線方向へ延在させて形成した周辺孔により構成したものであることを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
前記ロータ軸の一端に回転体を固設し、この回転体からロータ回転を出力するようにした、請求項1〜4のいずれか1項に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記オイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりはそれぞれ、前記回転体の軸線方向両側に配置したものであることを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
前記回転体から、この回転体を含む回転伝動系を経てロータ回転を出力するようにした、請求項5に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記回転伝動系により掻き上げられたオイルを前記オイル供給溜まりに向かわせるよう構成したことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項6に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記回転伝動系による掻き上げオイル量が、低モータ回転または大モータトルク或いは低油温故に不足するとき、オイルポンプからの吐出オイルをも前記オイル供給溜まりに向かわせるよう構成したことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項1〜7のいずれか1項に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記ロータ軸を中空軸により構成して、該ロータ軸の中空孔を前記オイル供給路と成し、前記オイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりから遠い該ロータ軸中空孔の開口端を塞いで前記オイル中間溜まりを画成したことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項1〜7のいずれか1項に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記ロータ軸を、前記ロータと共に回転するアウターシャフトと、前記オイル供給溜まりおよびオイル排出溜まりに近い該アウターシャフトの軸端面に開口する軸線方向盲孔内に回転係合下に挿入させたインナーシャフトとにより構成して、前記アウターシャフトの軸線方向盲孔と、該アウターシャフトの前記軸線方向盲孔内に挿入する前記インナーシャフトの挿入先端との間に前記オイル中間溜まりを画成し、
前記インナーシャフトを中空軸により構成して、該インナーシャフトの中空孔を前記オイル供給路と成し、前記アウターシャフトおよびインナーシャフトの前記回転係合を司る回転係合部に軸線延在溝を設定して前記オイル排出路と成したことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項9に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記アウターシャフトおよびインナーシャフトの前記回転係合部を前記ロータの軸線方向中程に位置させたことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。
請求項1〜10のいずれか1項に記載されたモータ駆動ユニットの冷却装置において、
前記オイル供給溜まりおよび/またはオイル排出溜まりから内部貯留オイルの一部を付近の軸受に向かわせるためのオリフィスを設けたことを特徴とするモータ駆動ユニットの冷却装置。