WO2023166764A1

WO2023166764A1 - 車両駆動システム

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Publication number: WO2023166764A1
Application number: PCT/JP2022/033796
Authority: WO
Inventors: 健太鈴木; 隆樹板谷; 耕作大野
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2023-09-07
Also published as: JP2023127718A

Abstract

車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上する車両駆動システムを提供する。　本発明の車両駆動システム１００ａは、電動モータ１、減速機２、減速機２を収納する減速機ケーシング２ｂ、減速機ケーシング２ｂに収容されるオイル８を備え、電動モータ１に対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部５と、減速機２の下部に溜められたオイル８をオイル貯留部５に送るポンプ３と、オイル貯留部５と電動モータ１とをつなぐ配管９と、配管９に設けられ、配管９の導通／遮断を制御するバルブ６と、電動モータ１、減速機２、ポンプ３およびバルブ６を制御する制御装置２０と、を有し、制御装置２０は、オイル貯留部５から電動モータ１へのオイル８の供給の開始および停止をバルブ６によって制御することを特徴とする。

Description

車両駆動システム

　本発明は、車両駆動システムに関する。

　電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）の駆動力を生成するトラクションユニットは、電動モータ、インバータおよび減速機の３つを一体化して軽量、高出力および省スペースを実現している。このような高出力化と小型化を両立した電動モータ（以下、単に「モータ」とも称する。）は、高速回転させた際にモータを構成するステータコイルや軸受等が高温になるため、それらを冷却する必要がある。そこで、減速機の潤滑のために減速機のケーシング下部に溜まっているオイルを、電動ポンプや減速機ギアの回転に伴うかき上げなどでモータ側へ送り、オイルをモータのコイルにかけることで冷却する構成、つまり、減速機の潤滑用オイルがモータの冷却油も兼ねる構成が知られている。

　上述した構成を有する駆動システムの例として、特許文献１および特許文献２がある。特許文献１の駆動装置５は、ハウジンング７０の収容室７２内に、回転電機ＭＧ２、減速機構４０および差動装置４５が収容された構成を有している。回転電機ＭＧ２より上方には、回転電機ＭＧ２に供給する潤滑油を貯留する上部貯留室７４が設けられ、収容室７２から上部貯留室７４に汲み上げられる潤滑油の流量を調節する流量調節手段（電動ポンプ８０）を備えている。制御装置６０は、駆動装置５の作動状態に応じて、収容室における潤滑油の油面位置が変化するよう、電動ポンプ８０を制御する。

　特許文献１によれば、制御装置６０が回転電機のロータ３２や、動力伝達機構のギアの回転速度や、収容室７２における潤滑油の油温といった駆動装置５の作動状態に応じて、電動ポンプ８０を制御し、収容室７２における潤滑油の油面位置を、最適な油面位置に変化させることが記載されている。このような構成によって、潤滑油の油面位置を、その作動状態に応じた最適な油面位置に制御することができ、潤滑必要部位の良好な潤滑を確保しつつ、ロータやギアが受ける摩擦攪拌抵抗を低減することができるとされている。

　また、特許文献２の駆動システム１は、ハウジング２に回転電機５、減速機４およびギア４４が収容され、ギア４４の少なくとも１つが潤滑オイルに浸漬する貯溜タンク２１と、回転電機５の上方に設けられ、減速機４のギア４４によりかき上げられた潤滑オイルを一時的に貯留するオイルキャッチタンク２０とを備えている。そして、オイルキャッチタンク２０から回転電機５へと潤滑オイルを流下させる第１排出口３１と、第１排出口３１よりも下方側に設けられ、オイルキャッチタンク２０から回転電機５へと潤滑オイルを流下させる第２排出口３と、駆動システム１の運転状態に応じて、第２排出口３を開閉するバルブ３３とを備え、バルブ３３の開閉状態に応じて、オイルキャッチタンク２０のオイルの貯留量が変化する構成が記載されている。バルブ３３の開閉状態は、運転状態によって変化させる。

　特許文献２によれば、運転状態に応じて第２排出口３を開閉するので、第２排出口が閉じられたときにオイルキャッチタンク２０に貯留される油量が増加して、減速機のギアが浸漬する貯留タンクの油面が低下することにより、かき上げ抵抗が低減するので、駆動システムの損失を低減できるとされている。例えば、駆動システム１の冷間始動時など駆動システム１の暖気が完了する以前の運転状態等、潤滑オイルの油温が低く、粘度が低い場合には、第２排出口３を閉じ、オイルキャッチタンク２０に多くの潤滑オイルを貯留し、油面を低下してギアによるかき上げ抵抗が増大することによるエネルギーの損失を低減することができるとされている。

特開２００７－２４７７０６号公報特開２０２０－１９８６７５号公報

　しかしながら、前述した特許文献１および特許文献２の車両駆動システムには、車両走行時の減速機の油面の位置の調整および回転電機に流す油の量を調整しているが、車両の停止状態から始動する際の減速機の攪拌抵抗の損失については考慮されていない。車両の停止時に、減速機の下部にオイルが全て溜まった状態であると、車両の始動時は最も攪拌抵抗が大きくなる。特に冬や寒冷地等において、車両が置かれている環境の温度が０℃以下である場合、オイルのポンプでの吸い上げや減速機ギアによるモータ上部へのかき上げが困難となる。低温時にモータに高い負荷がかかると、モータのコイルが高温になるが、低温でオイルの粘度が高い場合、高温となったモータのコイルへオイルを流すことが困難となり、モータの信頼性に影響を及ぼす可能性がある。

　そこで、本発明は、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる車両駆動システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するための本発明の一態様は、回転駆動する電動モータと、電動モータの回転速度を減速するための減速機と、減速機を収納する減速機ケーシングと、減速機ケーシングに収容されるオイルと、を備え、電動モータに対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部と、減速機の下部に溜められたオイルをオイル貯留部に送るポンプと、オイル貯留部と電動モータとをつなぐ配管と、配管に設けられ、配管の導通／遮断を制御するバルブと、電動モータ、減速機、ポンプおよびバルブを制御する制御装置と、を有し、制御装置は、オイル貯留部から電動モータへのオイルの供給の開始および停止をバルブによって制御することを特徴とする車両駆動システムである。

　本発明の車両駆動システムによれば、そこで、本発明は、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる。

本発明の車両駆動システムの第１の例を示す軸方向断面図本発明の車両駆動システムの第２の例を示す軸方向断面図本発明の車両駆動システムの動作の第１の例を示すフロー図本発明の車両駆動システムの第３の例を示す軸方向断面図本発明の車両駆動システムの第４の例を示す軸方向断面図本発明の車両駆動システムの第５の例を示す径方向断面図本発明の車両駆動システムの第６の例を示す径方向断面図本発明の車両駆動システムの第７の例を示す径方向断面図本発明の車両駆動システムの第８の例を示す径方向断面図本発明の車両駆動システムの第９の例を示す径方向断面図本発明の車両駆動システムの動作の第２の例を示すフロー図本発明の車両駆動システムの動作の第３の例を示すフロー図

　以下、本発明に係る車両駆動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。

　まず、実施形態を模式的に示す概略構成図である図１、図２に基づいてその構造を説明し、その後、各実施形態の特徴構成を実施形態毎に具体的に説明する。

　図１は本発明の車両駆動システムの第１の例を示す軸（モータ回転軸）方向断面図である。図１に示すように、車両駆動システム１００ａは、回転駆動するモータ回転軸１ａを有する電動モータ１と、モータ回転軸１ａの回転速度を減速するためのギア２ａを有する減速機２とを有する。高速で回転する電動モータ１に減速機２を接続することで回転トルクを増大し、車両を駆動する。電動モータ１は電動モータケーシング１ｂに収納され、ギア２ａは減速機ケーシング２ｂに収納される。減速機ケーシング２ｂの内部には、ギア２ａを潤滑するためのオイル８が収容されている。

　電動モータ１に対して鉛直方向上部にはオイル貯留部５が設けられている。減速機ケーシング２ｂと、オイル貯留部５と、電動モータケーシング１ｂとは配管９によって接続されている。なお、配管９の矢印は、オイル８の流れる方向を表している。減速機ケーシング２ｂの下部に溜められたオイル８が配管９を通って電動モータ１まで運ばれ、例えば、図中破線矢印方向にオイル（Ｏ）が流れ、電動モータ１の構成部品（例えば、ステータコイル７）を冷却する構造となっている。配管９には、オイル８を送るためのポンプ３およびオイル８を冷却するためのオイルクーラ４が設けられている。

　オイル貯留部５と電動モータケーシング１ｂとを接続する配管９には、配管９の導通／遮断を制御するバルブ６が設けられている。

　車両駆動システム１００ａは、電動モータ１、減速機２、ポンプ３およびバルブ６を制御する制御装置２０を有し、オイル貯留部５から電動モータ１へのオイルの８供給の開始および停止をバルブ６によって制御している。バルブ６の導通時（バルブ「開」状態）には、オイル８はモータ１の上部からステータコイル７を冷却して減速機２へ戻る。一方、バルブ６の遮断時（バルブ「閉」状態）には、オイル８はモータ１へは流れず、オイル貯留部５にオイル８が溜まる構造となる。

　制御装置２０は、例えば、車両が始動した後、電動モータ１の温度があらかじめ設定した値より上昇した時点で、バルブ６を開き、ポンプ３を動作する。

　図２は本発明の車両駆動システムの第２の例を示す軸方向断面図である。図２に示す車両駆動システム１００ｂの構成は、基本構成は図１と同一であるが、バルブ６を通過したオイル８を、モータ回転軸１ａを通して、電動モータ１の内部からステータコイル７に吹きかけて冷却する構造である。電動モータ１の冷却は、図１に示すように、電動モータ１の上部からステータコイル７にオイルを流す方式と、図２に示すように、モータ回転軸１ａの内部からステータコイル７に吹きかける方式の２通りが一般的に知られている。さらに、この２つの方式を組み合わせた構造とすると、より大きな冷却効果が期待できる。

　図３は本発明の車両駆動システムの動作の一例を示すフロー図である。図３は、車両の運転から停止の動作におけるバルブ６の制御について示している。図３に示すように、本発明の車両駆動システムの動作フローでは、車両運転中はバルブ６を開いてポンプ３をＯＮにし、オイル８が減速機ケーシング２ｂからオイル貯留部５を通って電動モータケーシング１ｂに供給される（Ｓ１）。次に、車両を停止し（Ｓ２）、車両電源をＯＦＦにした後（Ｓ３）、バルブ６を閉じて、所定の時間、ポンプ３を駆動する（Ｓ４）。このような操作によって、減速機ケーシング２ｂからオイル貯留部５へオイル８が送り続けられるため、減速機ケーシング２ｂの油面（図１および図２中のＬ）が下がる。一方、バルブ６が閉じているので、オイル８はオイル貯留部５へ溜まる。最後にポンプ３をＯＦＦにして（Ｓ５）、オイル８の送液を停止する。

　本発明の車両駆動システムは、上述した構成を有することによって、車両の始動時に減速機２の油面Ｌが低下している状態にあり、車両始動時の減速機２の撹拌損失を低減することができる。特に、冬場や寒冷地など、車両の置かれている環境が低温（例えば０℃）で、オイル８の粘度が増大している場合であっても、車両始動時の減速機２の撹拌損失を最大限低減できる構成となっている。

　また、車両始動時にはオイル貯留部５にオイルが充填されている状態であるため、車両始動開始後すぐに電動モータ１へオイル８を供給して冷却することが可能となる。車両の置かれている環境が低温（例えば０℃）で、オイル８の粘度が増大して、減速機２の掻き揚げによって電動モータ１へオイル８を供給するのに時間がかかるような状況であっても、オイル貯留部５から電動モータ１へオイル８をすぐに供給することができるため、電動モータ１の信頼性を確保することができる。
　なお、運転中にバルブ６の開度を調整することで、運転中に減速機２の油面を制御することも本構造では可能である。この場合、運転の状態に応じて減速機２の撹拌損失を低減することが可能である。

　上述した特許文献１は、車両駆動中に、収容室における潤滑油の油面位置を、駆動装置の作動状態に応じて制御するものであり、車両停止後に収納室の上部にある上部貯留室に潤滑油を送り、車両始動時までに収容室における潤滑油の油面位置を下げておくものではない。

　また、特許文献２についても、駆動システムの駆動中に、温度に応じてモータ上部にあるオイルキャッチタンクからモータに流れる潤滑油の量を第２の排出口の開閉によって調整しているが、車両停止後にオイルキャッチタンクに潤滑油を送り、車両始動時までに減速機における潤滑油の油面位置を下げておくものではない。

　図４は本発明の車両駆動システムの第３の例を示す軸方向断面図である。基本的な構造は図１および図２で説明したとおりであるが、図４の駆動システム１００ｃは、空気を抜くためのブリーザ１１を有している。オイル貯留部５は、空気が入るとオイルを溜めることが困難となるため、空気を抜くためのブリーザ１１をモータ１または減速機２に接続することが望ましい。なお、バルブ６が遮断状態で故障した場合には、モータ１の冷却が困難となる。よってブリーザ１１はモータ１に接続するのがよい。

　また、図４に示す車両駆動システム１００ｃは、電動モータケーシング１ｂの内部にオイル貯留部５を設け、モータ１の上部にインバータ１０を配置している。オイル貯留部５を電動モータケーシング１ｂの内部に設けていることで、オイル貯留部５とモータ１の冷却部とをより近付けて配置することができる。

　低温環境下では、オイルの粘度が高く、減速機２のオイル８をポンプ３でくみ上げることや、減速機２のギア２ａでかき上げることが困難となる。車両始動時に、坂道などモータ１の負荷が高い場合、ステータコイル７は急激に温度上昇することが予想されるが、車両始動時の低温時にはオイルを早期に送ることが困難となり、ステータコイル７の冷却ができず信頼性が低下する可能性がある。モータ１およびインバータ１０は、車両動作時に発熱するため、オイル貯留部５はこれらと近い位置に設置すると、オイル貯留部５に溜めたオイルを早期に温め、粘度を下げることが可能となり、早期にステータコイル７を冷却することも可能となる。

　図５は本発明の車両駆動システムの第４の例を示す軸方向断面図である。車両動作時には減速機２も発熱するため、モータ１の減速機２に近い部分を積極的に冷却するのが望ましい。図５に示す車両駆動システム１００ｃは、バルブ６をモータ１の減速機２に近い位置に設置することで、オイル貯留部５から減速機２に近い部分のステータコイル７までの流路が短くなり、高温となりやすい部分を積極的に冷却することが可能となる。なお、本発明の車両駆動システムの第４の例を示す軸方向断面図では、ブリーザ１１は減速機２に接続されており、バルブ６の信頼性が高い場合にはこのような構造でも問題ない。

　図６は本発明の車両駆動システムの第５の例を示す径方向断面図である。図６に示す車両駆動システムの構成では、オイル貯留部５を発熱するモータ１とインバータ１０で挟み込むことで早期にオイルの温度を上昇し、粘度を下げることが可能となる。なお、電動モータ１および減速機２の構成については、図１、２、４および５に示した構成のいずれかを適用することができる。

　図７は本発明の車両駆動システムの第６の例を示す径方向断面図である。図７に示す車両駆動システムの構成では、インバータ１０をオイル貯留部５の上部ではなく、オイル貯留部５の側方に配置にすることで車両駆動装置の高さを低くすることができ、床面高さに影響の大きい車両の後方に設置するのに適した構造となる。なお、電動モータ１および減速機２の構成については、図１、２、４および５に示した構成のいずれかを適用することができる。

　図８は本発明の車両駆動システムの第７の例を示す径方向断面図である。図８に示す車両駆動システムの構成では、オイル貯留部５を覆う断熱材１２を設置することで、オイル貯留部５の上面が空気と触れることを避け、オイルをより温めやすい構造とすることができる。本構造は、車両を短時間駐車（停止）する場合でもオイルの温度を保つことができ、低温環境下での減速機２の撹拌損失の上昇を抑えることができる。なお、電動モータ１および減速機２の構成については、図１、２、４および５に示した構成のいずれかを適用することができる。

　図９は本発明の車両駆動システムの第８の例を示す径方向断面図である。インバータ１０の発熱部１０ａを循環するオイルで冷却する場合、オイル貯留部５をインバータ１０にすると省スペース化によってより小型の形状となり、別途オイル貯留部５を設置する必要もなくなるためコスト低減にも効果が期待できる。なお、電動モータ１および減速機２の構成については、図１、２、４および５に示した構成のいずれかを適用することができる。

　図１０は本発明の車両駆動システムの第９の例を示す径方向断面図である。より車両駆動装置の高さを低くするには、オイル貯留部５の位置を下げるとともに、インバータ１０をモータ１の側方に配置するのがよい。オイル貯留部５を下げた場合、モータ１の上部からステータコイル７にオイルを流すことが困難となるため、モータ回転軸１ａからオイルを吹きかける構造となる。なお、電動モータ１および減速機２の構成については、図１、２、４および５に示した構成のいずれかを適用することができる。

　図１１は本発明の車両駆動システムの動作の第２の例を示すフロー図である。図１１のＳ１１～Ｓ１３の動作は、図３のＳ１～Ｓ３と同様である。車両停止直後は電動モータ１やインバータ１０の温度が車両の安全性を十分に確保できる規定値よりも高い場合が考えられ、この場合、温度が規定値よりも下がるまでオイルを循環させることが望ましい。車両電源を停止したのちに、あらかじめ設定した時間を経過したか否かを判断し（Ｓ１５）、あらかじめ設定した時間を経過するまでバルブ６を導通した状態でポンプ３を動作させることで機器の温度を下げ、その後バルブ６を遮断し、一定時間ポンプ３を動作させる（Ｓ１６）ことでオイル貯留部５にオイルを溜める。その後、ポンプをＯＦＦする（Ｓ１７）。

　図１２は本発明の車両駆動システムの動作の第３の例を示すフロー図である。図１１に示すフローでは、電動モータ１やインバータ１０の温度が十分に低下するように設定した時間を経過するまでオイルを循環させるようにしたが、モータ１やインバータ１０の温度を監視している場合は、これらの機器の温度が規定値まで低下したか否かを判断し（Ｓ２５）、温度が規定値まで低下するまでバルブ６を導通した状態でポンプ３を動作させることでオイルを循環させる。これにより確実に機器の温度を下げ、信頼性が低下することを防止することができる。その後バルブ６を遮断し、一定時間ポンプ３を動作させる（Ｓ２６）ことでオイル貯留部５にオイルを溜める。その後、ポンプをＯＦＦする（Ｓ２７）。

　以上、説明したように、本発明によれば、車両始動時の減速機のオイルの攪拌損失を低減するとともに、モータへの冷却油を十分に流し、モータの信頼性を向上できる車両駆動システムを提供できることが示された。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記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限定されるものではない。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ることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。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・置換をすることが可能である。

　１…モータ、１ａ…モータ回転軸、１ｂ…電動モータケーシング、２…減速機、２ａ…ギア、２ｂ…減速機ケーシング、３…ポンプ、４…オイルクーラ、５…オイル貯留部、６…バルブ、７…ステータコイル、８…オイル、９…オイル配管（オイルの流れ）、１０…インバータ、１０ａ…発熱部、１１…ブリーザ（エア抜き用の配管）、１２…断熱材、２０…制御装置、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…車両駆動システム。

Claims

　回転駆動する電動モータと、前記電動モータの回転速度を減速するための減速機と、前記減速機を収納する減速機ケーシングと、前記減速機ケーシングに収容されるオイルと、を備え、
　前記電動モータに対して鉛直方向上部に設けられたオイル貯留部と、
　前記減速機の下部に溜められた前記オイルを前記オイル貯留部に送るポンプと、前記オイル貯留部と前記電動モータとをつなぐ配管と、
　前記配管に設けられ、前記配管の導通／遮断を制御するバルブと、
　前記電動モータ、前記減速機、前記ポンプおよび前記バルブを制御する制御装置と、を有し、
　前記制御装置は、前記オイル貯留部から前記電動モータへのオイルの供給の開始および停止を前記バルブによって制御することを特徴とする車両駆動システム。
　前記制御装置は、車両が停止した後、前記バルブを閉じ、所定の時間が経過するまでは前記ポンプを駆動して前記減速機ケーシングの前記オイルを前記オイル貯留部に送り、前記所定の時間が経過した後に前記ポンプを停止することで、前記車両が停止している間、前記減速機ケーシングの油面を下げておくことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム。
　前記オイル貯留部の近傍に、前記電動モータの駆動を制御するインバータが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
　前記オイル貯留部の上面に，前記電動モータもしくは前記減速機の大気解放されている箇所に接続するブリーザを有することを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
　前記電動モータを収納する電動モータケーシングに前記オイル貯留部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
　前記電動モータを収納する電動モータケーシングまたは前記インバータを収納するインバータケーシングに前記オイル貯留部とすることを特徴とする請求項３に記載の車両駆動システム。
　前記オイル貯留部の周囲の少なくとも一部に断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
　前記制御装置は、車両が停止した後、設定した時間が経過するまでは前記バルブが開いた状態で前記ポンプが動作した状態を維持し、設定した時間を経過した後にまず前記バルブを閉じ、続いて前記ポンプを停止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
　前記制御装置は、前記車両が停止した後、前記バルブが開いた状態で前記ポンプが動作した状態を維持し、前記電動モータおよび前記インバータの温度が規定値以下となってから、まず前記バルブを閉じ、続いて前記ポンプを停止することを特徴とする請求項３に記載の車両駆動システム。
　前記制御装置は、車両が始動した後、前記電動モータの温度があらかじめ設定した値より上昇した時点で、前記バルブを開き、前記ポンプを動作することを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。