JP7432326B2

JP7432326B2 - 電動システム

Info

Publication number: JP7432326B2
Application number: JP2019160465A
Authority: JP
Inventors: 公則澤畠; 正悟宮本; 隆樹板谷
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2024-02-16
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: JP2021038801A; WO2021044809A1

Description

本発明は，車両用駆動装置の電動システムに関する。

近年，車両駆動用装置としてモータの活用が拡大している。車両駆動用装置としてのモータはインバータによって駆動され，モータの出力軸端に配置されたギアを通じて、車両を駆動する。ギアはモータの回転速度を減速して、モータトルクを車軸に伝える機能を有する。ギア内の歯車は油によって潤滑されているが、寒冷地など、低温環境下においては、始動時に潤滑油の温度が低く、潤滑油の粘性が高い。これにより、モータは大きな駆動用トルクの発生が必要となるため、大電流を流す必要がある。従って、モータの効率が低下し、車両の電費が低下する課題がある。また、通常運転時は、モータに巻装されている巻線やインバータと接続しているバスバーなどが発熱するため、始動時とは異なり、これらを効率的に冷却する必要がある。

これらの課題に対する本技術分野の背景技術として、特許文献１（特開２０１４－１８９０３６号公報）がある。特許文献１には、車輪内に配置されるモータケースに収納され、車軸と連動しているロータと前記モータケースに固定されるステータとを有する電気モータと、該電気モータと電気的に連結し、コンデンサとスイッチング素子からなるパワーモジュールとを有するインバータユニットと、を備えてなる車両用推進装置において、前記モータケースに、前記電気モータを潤滑・冷却するオイルが油密状に収納され、前記モータケースの前記車軸と反対側の側面に、前記パワーモジュールが前記モータケース内のオイル溜りに対応する位置になるように前記インバータユニットを取付けてなる、ことを特徴とする車両用推進装置が開示されている（請求項１参照）。

特開２０１４－１８９０３６号公報

前述した特許文献１に開示された車両用推進装置は、モータケース内に配置されている油の油面以下にインバータのパワーモジュールを配置するものであり、モータ冷却及びプラネタリギヤの潤滑用の油でインバータのパワーモジュールを冷却し、インホイールモータを小さな形状で高い冷却性能を得ている。しかしながら、ギアがモータのロータ内部に配置されており、モータとインバータの間のバスバーや巻線などの発熱部から距離があり、始動時における油の粘性低下の影響を軽減できない。また、モータのロータに接続された油跳ね上げ片によって掻き揚げられたギア潤滑用の油を、モータ巻線の冷却及びギア歯車の潤滑に使用するため、通常運転時は、回転速度に応じて油掻き揚げ時の摩擦損が大きくなり、効率の低下や冷却性能の向上効果が低下する。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、電動システムであって、フレームに固定されるステータと、前記ステータの内周側に配置されるロータを有するモータ部と、前記ステータの巻線に電力を供給するインバータ部と、前記ロータから出力される回転を減速するギア部と、前記ギア部内を流動する油性媒体が滞留する浸漬部と、前記巻線と前記インバータ部との間で電力を伝達する中間導体と、を備え、前記フレームには、前記モータ部と前記ギア部とを連通する接続穴が設けられ、前記中間導体の少なくとも一部は、前記接続穴を通過して前記浸漬部内に配置され、前記浸漬部において前記油性媒体と接しており、前記油性媒体は、前記接続穴を通じて前記モータ部と前記ギア部とを連通する。

本発明によれば、始動時における油性媒体の粘性抵抗を低減でき、通常運転時におけるモータの冷却性能を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

本発明の実施例１の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例１の電動システムの横方向断面図である。本発明の実施例２の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例３の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例４の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例５の電動システムの横方向断面図である。本発明の実施例５の電動システムの横方向断面図である。本発明の実施例６の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例６の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例６の電動システムの横方向断面図である。本発明の実施例７の電動システムの横方向断面図である。本発明の実施例８の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例９の電動システムの構成を示す図である。本発明の実施例１０の電動システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

＜実施例１＞
図１に実施例１の電動システムの構成を示し、図２に実施例１の電動システムの横方向断面を示す。

本実施例の電動システムは、モータ１と、その隣り合う位置に配置されたインバータ２と、モータ１の出力方向に配置されるギアアセンブリ３によって構成される。モータ１はステータ１０の内周側にロータ１１が配置され、ステータ１０には巻線１２が巻装される。モータ１の種類は、永久磁石を有する永久磁石電動機、界磁巻線を有する同期電動機、かご形導体を有する誘導電動機、回転子コアだけで形成されるリラクタンスモータなどでもよく、回転子から磁界を発生させるための構成部品やその形状は限定されない。ステータ１０はフレーム１６の内周側に焼嵌めなどによって固定される。フレーム１６は低圧鋳造やダイカストなどで形成され、軸受を支えるブラケットを含め、その形状や寸法は限定されない。巻線１２は分布巻や集中巻で構成され、巻線１２は角線又は丸線どちらで構成してもよく、巻線の巻き方や種類は限定されない。

インバータ２のインバータユニットのスイッチング素子はＩＧＢＴやＳｉＣなどでもよく、その種類や形状は限定されない。巻線１２から引き出されたモータ入力端子１３は、インバータ出力端子１４に接続された中間導体１５に接続されており、インバータ２から電流、電圧を印加することによって、巻線１２に電流が流れるとともに回転磁界が発生し、ロータ１１を回転させてトルクを発生する。ロータ１１はシャフト１７を通じてギアアセンブリ３が接続されており、このギアアセンブリ３内部のギア出力軸２３が車軸と接続されることによって、車両が駆動する。図１ではシャフト１７は中空シャフトで形成されているが、中実シャフトでもよく、その形状や寸法は限定されない。

ギアアセンブリ３は、ギアボックス２１の内部に複数の歯車２２が配置されて構成されており、モータ１の回転速度を減速するようにギアアセンブリ３のギア比が構成されている。図１、図２ではギアは平行軸の平歯車で構成されているが、歯車は遊星歯車単体又は遊星歯車と平歯車の組み合わせでもよく、並行軸か一軸かの構成やギア比は限定されない。また、図中には記載しないが、通常はギアアセンブリ３と車軸との間にデファレンシャルギヤが配置される。

図２に灰色で示すように、モータ１及びギアアセンブリ３内の下部には油性媒体が滞留しており、モータ１とギアアセンブリ３との間で油性媒体が連通可能となっている。図１、図２に示すように、モータ１の油性媒体の油面よりも天地の地側に近い下側の位置には浸漬部２０が設けられる。浸漬部２０は、モータ１においてギアアセンブリ３に近い側に配置される。浸漬部２０は、フレーム１６に設けられた接続穴２７と連通している。中間導体１５は、モータ入力端子１３とインバータ出力端子１４とを接続するように設けられており、フレーム１６に設けられた接続穴２７を通過して浸漬部２０内に配置される。浸漬部２０はモータ１の油性媒体の油面よりも天地の地側に近い下側の位置に配置されるが、その高さや周辺形状は限定されない。

中間導体１５は浸漬部２０内の油性媒体に触れるように（望ましくは、中間導体１５は浸漬部２０内の油性媒体に浸漬するように）配置されるため、中間導体１５の一部又は全ても油性媒体の中に配置されることとなる。また、ギアアセンブリ３内の歯車２２の一部も油性媒体に浸漬され、歯車２２は自身の回転に伴って歯車同士の潤滑がなされる。中間導体１５は、モータ１が駆動する際、インバータ２によって通電されるためジュール熱が発生する。そのため、特にモータ１の始動時において、中間導体１５で発生するジュール熱によって油性媒体が加熱され、油性媒体の粘性が低下する。また、中間導体１５をモータ１のギアアセンブリ３に近い側に配置することによって、遠い側に配置した場合に比べて、中間導体１５とギアアセンブリ３の歯車２２との距離が近くなるため、粘性が低下した油性媒体がより早く歯車２２の潤滑に使用される。これにより、始動時の油性媒体の粘性抵抗が低減し、ギアアセンブリ３の歯車２２の潤滑が改善される。従って、粘性抵抗に伴う効率低下の影響を低減でき、電動システムの電費が改善できる。

一方、通常運転時には中間導体１５が油性媒体に浸漬されるため、油冷の効果を得ることができ、中間導体１５及び中間導体１５から巻線１２への熱伝導による冷却効果が得られ、モータ１の冷却性能を向上できる。

＜実施例２＞
図３に実施例２の電動システムの構成を示す。実施例２では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、モータ１とギアアセンブリ３を連通する連通部２４が、電動システムの回転軸方向から見た場合に、浸漬部２０と重なる位置に設けられる。なお、実施例１でもモータ１に油性媒体を導入するために、モータ１とギアアセンブリ３とは連通しているが、実施例では連通部２４を設けて、より広い面積でモータ１とギアアセンブリ３との間で油性媒体を連通させている。このため、中間導体１５によって加熱された油性媒体は連通部２４を通じて浸漬部２０からギアアセンブリ３及びモータ１に流れる。連通部２４によって、ギアアセンブリ３内の油性媒体の表面と浸漬部２０内の油性媒体の表面とが等しい高さになる。中間導体１５は浸漬部２０にの油性媒体に触れるように（例えば、浸漬するように）配置され、ギアアセンブリ３の歯車２２の少なくとも下端は油性媒体に浸漬するように配置されるので、歯車２２と中間導体１５との高さ方向の距離が近くなり、歯車２２の潤滑に使用される油性媒体の粘性抵抗が軽減されるまでの時間が短くなり、電費を向上できる。

＜実施例３＞
図４に実施例３の電動システムの構成を示す。実施例３では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

図４では一段目の歯車２２の外径がギアボックス２１の内周面よりわずかに小さい程度で描かれているが、歯車２２の大きさは適用可能な径であれば図４に記載の大きさに限定されない。同様に、歯車２２の歯数も適用可能な数であれば図４に記載の歯数に限定されない。本実施例の電動システムでは、浸漬部２０からギアアセンブリ３に流れこんだ油性媒体はギアアセンブリ３の歯車２２を潤滑する。それと同時に、ギアアセンブリ３の歯車２２は油性媒体を上方向に掻き揚げる作用を持つため、油性媒体に浸漬されていないギアアセンブリ３内の全ての歯車２２に油性媒体を拡散させ、ギアアセンブリ３の全ての歯車２２を潤滑できる。また、掻き揚げられた油性媒体がモータ１へ拡散するので、油性媒体がモータ１の巻線１２や軸受が冷却され、巻線１２や軸受の冷却性能を向上できる。

＜実施例４＞
図５に本発明の実施例４の電動システムの横方向断面を示す。実施例４では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、図５に灰色で示すように油性媒体の最大油面高さをステータ１０とロータ１１のギャップ面の高さ以下としている。油性媒体の油面高さを油性媒体がロータ１１に触れない高さとすることによって、通常運転時に油性媒体のロータ１１への付着を防止でき、ステータ１０とロータ１１との間のギャップに付着した油性媒体によってロータ１１に発生する回転摩擦損を抑制できる。また、巻線１２が油性媒体に浸漬されることによって、通常運転時に巻線１２が油冷され、巻線１２の冷却性能を向上できる。

＜実施例５＞
図６に実施例５の電動システムの構成を示し、図７に実施例５の電動システムの横方向断面を示す。実施例５では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、図６及び図７に示すように、ギアボックス２１の内部ではギアアセンブリ３の歯車２２によって油性媒体が掻き揚げられるが、油性媒体はギアボックス内周面２１１にも付着する。ギアボックス内周面２１１がモータ１側に向かうにつれて漸減する、すなわち、モータ１側に向かうほどギアボックス２１の厚みが増加してテーパ状になっており、ギアボックス２１の内側上面がモータ１側で低くなっている。これにより、ギアボックス内周面２１１に付着した油性媒体がモータ１側に流れやすくなり、巻線１２や軸受の冷却に使用される油性媒体の量が増加し、巻線１２や軸受の冷却性能を向上できる。巻線１２や軸受の冷却に使用された油性媒体はモータ入力端子１３が通過する接続穴（図示省略）から浸漬部２０を通じてギアアセンブリ３側へ戻り、油性媒体は電動システム内で循環する構成となっている。

＜実施例６＞
図８及び図９に実施例６の電動システムの構成、図１０に実施例６の電動システムの横方向断面を示す。実施例６では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

モータ１は、コイルエンド１２１に油性媒体が流れる又は浸漬されることで、冷却性能を得ており、コイルエンド１２１はギアアセンブリ３から遠い側にも存在する。本実施例の電動システムでは、ギアアセンブリ３からモータ１のギアアセンブリ３と遠い側に通じる油路ａ２５を設けることによって、ギアボックス２１の内部で歯車２２によって掻き揚げられた油性媒体をモータ１のギアアセンブリ３と遠い側のコイルエンド１２２まで流すことができ、巻線１２の冷却性能を向上できる。また、ギアアセンブリ３と遠い側の軸受の冷却用としても油性媒体を活用できる。

さらに、モータ１のギアアセンブリ３と遠い側からギアアセンブリ３に通じる油路ｂ２６を設けることによって、モータ１のギアアセンブリ３と遠い側からギアアセンブリ３に油性媒体を戻すことができ、電動システム全体を油性媒体が循環できる。

なお、図８では、油路ａ２５はモータ１とインバータ２の間に設けているが、モータ１の天地の天側（上側）やモータ１のインバータ２と逆側などに設けてもよく、図８に記載の位置に限定されない。なお、図８においては、油路ａ２５が見えるように一方の側壁を除去して図示しているが、実際には管路が形成されている。同様に図９に記載の油路ｂ２６も、モータ１とインバータ２の間に設けているが、モータ１のインバータ２と逆側などに設けてもよく、図９に記載の位置に限定されない。なお、図９においては、油路ｂの下面が見えるように図示しており、実際には内部に管路が形成されている。また油路ａ２５及び油路ｂ２６の形状は図８及び図９に記載の形状ではなく、管路が形成されれば円筒形などでもよく、特に限定されない。

＜実施例７＞
図１１に実施例７の電動システムの構成を示す。実施例７では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、モータ１の外周側に設けられたフレーム１６の内部を通る水路１８が設けられている。水路１８は図１１に示すらせん状ではなく、単純な折り返し形状でもよく、その流路や形状や面積は限定されない。水路１８の中に冷却用の冷媒を流すことで、フレーム１６及びステータ１０のコアを通じてモータ１の巻線１２を冷却することができ、通常運転時のモータ１の巻線１２の発熱を抑制できる。また、フレーム１６全体を冷却でき、通常運転時の油性媒体の冷却やフレーム１６に取り付けられた軸受などの冷却も可能となる。

＜実施例８＞
図１２に実施例８の電動システムの構成を示す。実施例８では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、中間導体１５がインバータ出力端子１４と一体に構成されている。これにより、モータ１とインバータ２を接続する部品を削減でき、接続のための工数を低減でき、電動システムの製造コストを抑制できる。

＜実施例９＞
図１３に実施例９の電動システムの構成を示す。実施例９では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

本実施例の電動システムでは、中間導体１５がモータ入力端子１３と一体化されている。中間導体１５がモータ入力端子１３と一体化されることによって、実施例８と同様に、モータ１とインバータ２を接続する部品を削減でき、接続のための工数を低減でき、電動システムの製造コストを抑制できる。

＜実施例１０＞
図１４に実施例１０の電動システムの構成を示す。実施例１０では、前述した実施例と同じ機能を有する構成の説明は省略し、主に異なる構成について説明する。

前述した実施例では、モータ１とギアアセンブリ３が浸漬部２０及び連通部２４を介して連通している。本実施例の電動システムでは、モータ入力端子１３及び中間導体１５が配置されるフレーム１６の接続穴２７がギアアセンブリ３と直接連通している。これにより、中間導体１５をモータ入力端子１３に接続した状態でフレーム１６に組み付けることができ、電動システムの組立時の作業性を向上できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

１モータ
２インバータ
３ギア
１０ステータ
１１ロータ
１２巻線
１２１コイルエンド
１３モータ入力端子
１４インバータ出力端子
１５中間導体
１６フレーム
１７シャフト
１８水路
２０浸漬部
２１ギアボックス
２２歯車
２３ギア出力軸
２４連通部
２５油路ａ
２６油路ｂ
２７接続穴

Claims

電動システムであって、
フレームに固定されるステータと、前記ステータの内周側に配置されるロータを有するモータ部と、
前記ステータの巻線に電力を供給するインバータ部と、
前記ロータから出力される回転を減速するギア部と、
前記ギア部内を流動する油性媒体が滞留する浸漬部と、
前記巻線と前記インバータ部との間で電力を伝達する中間導体と、を備え、
前記フレームには、前記モータ部と前記ギア部とを連通する接続穴が設けられ、
前記中間導体の少なくとも一部は、前記接続穴を通過して前記浸漬部内に配置され、前記浸漬部において前記油性媒体と接しており、
前記油性媒体は、前記接続穴を通じて前記モータ部と前記ギア部とを連通する電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記浸漬部は、前記モータ部側の前記油性媒体の油面より下方であって、前記ギア部に近い側の前記巻線の近傍に配置され、
前記油性媒体は、前記モータ部と前記ギア部とを連通して流動する電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記モータ部と前記ギア部とを連通する連通部を備え、
前記連通部は、前記ロータの回転軸方向から見た場合、前記浸漬部と重なる位置に設けられる電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記ギア部は、歯車の回転によって、前記油性媒体を上方向に上げる電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記油性媒体の油面の高さが、前記モータ部の前記ロータに触れない高さである電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記ギア部を構成するギアボックスの内側上面が前記ギア部から前記モータ部へ向かうにつれて低くなる電動システム。
請求項４に記載の電動システムであって、
前記ギア部から前記モータ部の前記ギア部に遠い側へ前記油性媒体を流入させる第１油路と、
前記モータ部の前記ギア部に遠い側から前記ギア部へ前記油性媒体を流入させる第２油路とを備える電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記モータ部のフレームは水路を有する電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記中間導体と前記インバータ部の出力端子とが一体に形成されている電動システム。
請求項１に記載の電動システムであって、
前記中間導体と前記モータ部の入力端子とが一体に形成されている電動システム。