車両用動力伝達装置の冷却装置
【課題】電動機等の冷却性を確保しつつ、伝達効率の低下を抑制することができる車両用動力伝達装置の冷却装置を提供する。
【解決手段】モータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されて第１開口穴１００が連通される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が遮断される。上記のように構成される開閉弁１０４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を効率よく冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【解決手段】モータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されて第１開口穴１００が連通される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が遮断される。上記のように構成される開閉弁１０４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を効率よく冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を備えた車両用動力伝達装置の冷却装置に係り、特に電動機等の冷却性能を確保しつつ、油の攪拌等による燃費低下を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車両など、電動機の駆動力を利用して車両を走行させる動力伝達装置を備えた車両が知られている。上記のような車両では、動力伝達装置内の電動機が駆動すると電動機が発熱するため、電動機を冷却する構造が複数提案されている。例えば特許文献１に記載の電動モータの冷却装置においては、電動モータＭ１と同期回転するオイルポンプ１５を備え、オイルポンプ１５によって油を汲み上げ、その油によって電動モータを冷却する構造であって、電動機の回転速度が所定回転速度以下では、チェック弁２４を閉じて電動機への油の供給を遮断する技術が開示されている。また、特許文献２に記載の車両用電動機では、ギヤ１５０によって第１油室１５４内に貯留されている油を掻き上げ、掻き上げられた油を冷却油供給口１１８に供給して電動機１４８を冷却する技術が開示されている（図１５、１６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２８６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１１２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の電動モータの冷却装置では、効率よく電動機が冷却されるものの、オイルポンプ１５を駆動させる必要があり、そのオイルポンプ１５の駆動トルクが消費されてトルク伝達効率（伝達効率）が低下することとなる。特に、低温時においては、油の粘度上昇に伴って、伝達効率が著しく低下して燃費が悪化する可能性があった。また、オイルポンプ１５を設けることにより調圧弁も必要となり、その分だけ構造が複雑化して重量が増加する問題も生じる。これに対して、特許文献２の車両用電動機では、油浴中回転するギヤの掻き上げによって油が供給されるので、オイルポンプを設けない分だけ構造も単純となり、オイルポンプの駆動トルクによる伝達効率の低下は発生しない。しかしながら、ギヤによって油を掻き上げる際、その油面の高さは油の油温にかかわらず常に略一定であるため、例えば油が低温になると、ギヤが油を掻き上げる際の攪拌抵抗が大きくなり、伝達効率が低下して燃費が低下する可能性があった。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、電動機を備えた車両用動力伝達装置において、電動機等の冷却性を確保しつつ、伝達効率の低下を抑制することができる車両用動力伝達装置の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、(a)ケース内に電動機を含んで構成される車両用動力伝達装置の冷却装置において、(b)その電動機を収容すると共に鉛直下部において油が貯留されるように形成されているモータ室と、(c)そのモータ室に隔壁を隔てて隣接して形成され、車両走行時に回転するギヤを収容すると共に鉛直下部においてそのギヤの一部が浸漬された状態で油が貯留されるように形成されているギヤ室と、(d)そのギヤが回転することで掻き上げられたそのギヤ室の油を前記電動機の前記モータ室へ導く冷却油路と、(e)前記隔壁の前記ギヤ室の予め設定されている油面の最低高さよりも鉛直下方に形成され、前記モータ室と前記ギヤ室とを連通する開口穴と、(f)その開口穴に設けられ、前記モータ室の油温が所定の温度に到達すると、その開口穴を流れる油の流量を予め設定されている所定の流量に切替える流量切替機構とを、備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至３のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至４のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至５のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７にかかる発明の要旨とするところは、請求項２の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記開閉弁は、前記開口穴に形成されているテーパ面と、そのテーパ面に押圧されることでその開口穴を塞ぐボールと、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧してその開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することでそのボールを遊動させてその開口穴を連通させる形状記憶合金から成るスプリングと、その開口穴に設けられそのスプリングがそのボールを押圧する際にその反力を受けるバネ受部材とを、含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、例えば電動機が通電されて駆動し、その際の発熱によってモータ室の油の油温が上昇して所定の温度に到達すると、開口穴を流れる流量が予め設定されている所定の流量となる。このような場合、ギヤ室の油が、冷却油路を通ってモータ室に導かれ開口穴から再びギヤ室へ環流し循環されることでモータ室の油温が低下し、電動機が冷却される。一方、モータ室の油温が所定の温度とならない場合、具体的には、電動機が通電されることなく、車輪より回転させられる場合はモータ室の油温が低く、モータ室からギヤ室へ流入する流量が流量切替機構によって低下されることで、モータ室に貯留される油が増加し、ギヤ室に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室に貯留される油面の高さが低くなり、ギヤが油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、流量切替機構を設けることによって、電動機の冷却が必要なとき（作動時）に油を循環させることで電動機を冷却し、電動機の冷却が必要ない場合（非作動時）にはモータ室に油を溜めてギヤ室の油面の高さを低くすることで、ギヤの攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。但し、電動機を冷却する際ギヤ室の油面が高くなるが、このときギヤ室を含めた油温が上昇しているため、すでに油の粘度が低下しており効率の低下は最小限に抑えられる。
【００１４】
また、請求項２にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であるため、モータ室の油温が所定の温度に到達しない状態（低油温）では、開閉弁が閉弁されてモータ室とギヤ室との連通が遮断されるため、モータ室に貯留される油が増加する一方、ギヤ室の油が減少して油面の高さが低下する。したがって、ギヤが高粘度の油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室の油温が所定の温度（高油温）に到達すると、開閉弁が開弁されてモータ室とギヤ室とが連通されるため、ギヤ室の油が冷却油路を通ってモータ室へ流入し再びギヤ室へ環流され、結果的に油が積極的に循環されることで、モータ室の油温が低下し電動機が冷却される。上記より、電動機の冷却が必要でない低油温状態では、モータ室に油が貯留されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機の冷却が必要な温度に到達すると、油を積極的に循環させることで電動機を効率よく冷却することができる。
【００１５】
また、請求項３にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであるため、モータ室の油温が所定の温度に到達しない状態では、ギヤ室に流入する油が量が予め設定された所定流量に到達せず、ギヤ室へ流入される油が低減されるに従い、ギヤ室の油面の高さが低下する。したがって、ギヤが油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室の油温が所定の温度に到達すると、ギヤ室の油が冷却油路を通り、電動機、モータ室を経由して開口穴からギヤ室へ環流される油が増加することで、油が積極的に循環されて電動機が冷却される。上記より、電動機の冷却が必要とされない低油温状態では、モータ室に貯留される油が増加してギヤ室の油が減少し攪拌抵抗が低減されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機の冷却が必要とされる高油温状態に到達すると、油が積極的に循環されることで電動機を効率よく冷却することができる。
【００１６】
また、請求項４にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されているため、モータ室の油面の高さは、最も高い位置であってもロータの最下面を越えることはない。したがって、電動機のロータが作動または非作動で回転する場合であっても、電動機のロータによって油が攪拌されることは防止されるため、ロータの油連れ回りによる損失が防止される。
【００１７】
また、請求項５にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられているため、ギヤによって掻き上げられた油がキャッチタンクに貯留されることで、ギヤ室の油温の高さを最適な高さに調整することができる。
【００１８】
また、請求項６にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられるため、所定車速の範囲において電動機が駆動させられてモータ室の油温が上昇する。一方、車速が所定車速以下であることから、ギヤの回転速度も低くギヤ室側の油温は低くなる。このとき、モータ室の油温が所定の温度に到達すると、ギヤ室の低温の油がモータ室を経由して積極的に循環されるため、モータ室の油温が低下して電動機が冷却される。また、車速が所定車速を越えると、電動機が停止されるため、モータ室の油温が低下して所定の温度以下となると、流量切替機構によってモータ室からギヤ室への油の流れが抑制される。このとき、モータ室に貯留される油が増加することで、ギヤ室の油が減少して油面の高さが低くなり、攪拌抵抗が抑制される。
【００１９】
また、請求項７にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、スプリングが形状記憶合金から成り、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧させて開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することでボールが遊動して開口穴が連通されるため、ギヤ室の油面の高さを好適に調整することができると共に、電動機を効率よく冷却させる開閉弁を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が適用された車両の駆動系の概略構成を示す図である。
【図２】図１のリアトランスアクスルの構造を詳細に説明するための断面図である。
【図３】図２のリアトランスアクスルにおいて、油の循環経路を説明する図である。
【図４】図３に示すモータケースを矢印Ｘ側から見た矢視図において、キャッチタンクに油が貯留される機構を概念的に示した図である。
【図５】図２のモータ室を拡大した図であって、図４の一点鎖線で示す切断線Ｚで切断した断面図である。
【図６】本発明の他の実施例であるリアトランスアクスルのモータ室の断面図であって、図５に対応するものである。
【図７】オリフィス内を流れる油の油温と流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、好適には、本発明の車両用動力伝達装置の冷却装置は、電気自動車やハイブリッド形式の車両など電動機を備える車両において適宜適用可能である。
【００２２】
また、好適には、前記ギヤ室に回転可能に収容されるギヤは、ディファレンシャル機構のリングギヤである。このようにすれば、車両が走行されると、リングギヤが回転するに従い、リングギヤに接触する油が掻き上げられて冷却油路に供給される。
【００２３】
また、好適には、前記モータ室の所定の油温は、予め実験や計算によって設定され、予め定格的に設定されている電動機が冷却を必要とする温度に到達した際の油温に設定される。このようにすれば、電動機が冷却を必要とする温度に到達すると、モータ油温が所定の温度となることから、開口穴を流れる油が所定流量に到達し、油が積極的に循環されて電動機が冷却される。すなわち、電動機が冷却を必要とする温度に到達すると電動機が冷却され、冷却効率が向上する。
【００２４】
また、好適には、前記絞りの開口直径（開口面積）は、予め実験や計算によって設定され、油温に応じて変化する粘度に基づいて、油の油温が所定の温度に到達した際に、絞り内を予め設定されている所定流量が流れるように設定される。
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明が適用された車両の駆動系の概略構成を示す図である。図１において、この車両は、燃料を燃焼させて動力を出力するガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の内燃機関により構成されるエンジン１２と、電動機１４を内蔵し、上記エンジン１２および電動機１４のいずれか一方または両方の動力を選択的に出力して左右一対の前方車軸１６および前輪１８を回転駆動するフロントトランスアクスル２０と、電動機２２を内蔵し、その電動機２２の動力により左右一対の後方車軸（車軸）２４および後輪２６を回転駆動するリアトランスアクスル２８とを備える電気式４輪駆動車両である。
【００２７】
このような電気式４輪駆動車両は、例えば、車両発進時には電動機１４および電動機２２の動力により走行し、また、エンジン１２の運転効率のよい走行領域の場合にはエンジン１２の動力により走行するようになっている。また、低速走行時あるいは緩やかな坂を下っているとき等のエンジン１２の運転効率の悪い場合には、エンジン１２の運転を停止して電動機１４の動力により走行するようになっている。また、加速走行時にはエンジン１２の動力により走行するとともに電動機１４および電動機２２の動力を補助的に用いるようになっている。また、減速時（アクセルオフ時も含む）には、電動機１４および電動機２２を発電機として作動させることで運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収するようになっている。また、車両の走行状態に応じて、電動機２２を作動させて四輪駆動状態とし、前後輪のトルク配分を好適に制御することで、車両の安定性を確保するようになっている。例えば、低摩擦路での加速や旋回時において、前後輪のトルク配分が最適化され、車両の安定性が確保されるようになっている。
【００２８】
図２は、本発明が適用されたリアトランスアクスル２８（本発明の車両用動力伝達装置に対応）の構造を詳細に説明するための断面図である。図２に示すように、リアトランスアクスル２８は、非回転部材であるアクスルケース３０（本発明のケースに対応）内において、リアトランスアクスル２８の駆動源として機能する電動機２２と、その電動機２２にスプライン嵌合されることで電動機２２と一体的に回転させられると共に、後述するカウンタシャフト３６のカウンタドリブンギヤ３８と噛み合うカウンタドライブギヤ３４を備えたドライブシャフト３２と、カウンタドリブンギヤ３８およびカウンタドリブンギヤ３８よりも小径のドライブピニオンギヤ４０を備えたカウンタシャフト３６と、ドライブピニオンギヤ４０と噛み合う大径のリングギヤ４２を備えて構成される公知のディファレンシャル機構４６とを、含んで構成されている。
【００２９】
アクスルケース３０は、アクスルカバー３０ａ、モータケース３０ｂ、モータカバー３０ｃからなり、それぞれボルトによって締結されることにより、１つのケースとして構成される。電動機２２は、ボルト４８によってモータケース３０ｂに回転不能に固定されている円還状のステータ５０と、ステータ５０に巻き掛けられているステータコイル５１と、ステータ５０の内周側において配設されている回転可能な円還状のロータ５２と、ロータ５２の内周端に接続されて軸方向の両端が軸受５４、５６を介してアクスルケース３０に軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持されているロータシャフト５８とを、含んで構成されている。
【００３０】
円筒形状を有するドライブシャフト３２は、軸方向の両端部に配設されている軸受６０、６２を介してアクスルケース３０に回転可能に支持されており、軸方向において電動機２２側の外周面端部が電動機２２のロータシャフト５８にスプライン嵌合されることで、ロータシャフト５８と一体的に回転させられるようになっている。また、ドライブシャフト３２の軸方向の軸受６２側にはカウンタドライブギヤ３４が形成されている。
【００３１】
カウンタシャフト３６は、円筒状に形成され、軸方向の両端に配設されている軸受６４、６６を介してアクスルケース３０に軸心Ｃ２まわりに回転可能に支持されている。またカウンタシャフト３６の軸方向において軸受６６側には、ドライブシャフト３２のカウンタドライブギヤ３４と噛み合うカウンタドライブギヤ３４よりも大径のカウンタドリブンギヤ３８、およびディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２と噛み合うカウンタドリブンギヤ３８よりも小径のドライブピニオンギヤ４０が形成されている。
【００３２】
ディファレンシャル機構４６は、左右の後方車軸２４に差動作用を発生させる公知の差動歯車装置であり、ディファレンシャル機構４６のデフケース６８にボルト７０によって接続されている大径のリングギヤ４２にカウンタシャフト３６のドライブピニオンギヤ４０が噛み合わされている。したがって、カウンタシャフト３６が回転すると、リングギヤ４２およびデフケース６８が軸心Ｃ３まわりに回転させられる。そして、ディファレンシャル機構４６において、旋回中の車両の走行状態に応じた回転速度差を生じさせつつ左右のドライブシャフト７２にその回転が伝達される。なお、ディファレンシャル機構４６の詳細な機構については、公知の技術と同じであるため、その説明を省略する。
【００３３】
上記のように構成されるリアトランスアクスル２８において、電動機２２が回転すると、その回転がカウンタシャフト３６、ディファレンシャル機構４６を介して減速されて左右の後輪２６に伝達される。
【００３４】
次にトランスアクスル２８に備えられる電動機２２等を冷却する冷却装置１０１について説明する。図３は、図２のトランスアクスル２８において、油の循環経路を示している。トランスアクスル２８においては、アクスルケース３０のモータケース３０ｂおよびモータカバー３０ｃがボルト８０によって締結されることにより、電動機２２を収容するモータ室８４が形成されている。また、アクスルカバー３０ａ、モータケース３０ｂがボルト８６、８８等によって互いに締結されることにより、ドライブシャフト３２、カウンタシャフト３６、ディファレンシャル機構４６等を収容するギヤ室９０が形成されている。モータ室８４とギヤ室９０とは、モータケース３０ｂに形成されている隔壁９２を隔てて隣接して配置されている。なお、モータ室８４とギヤ室９０とは、後述する開口穴（第１開口穴１００、第２開口穴１０２）によって連通されている。また、モータ室８４とギヤ室９０の鉛直下方は、それぞれ油を貯留可能な油受け構造となっており、電動機２２や軸受等を潤滑した油はモータ室８４またはギヤ室９０に貯留されることとなる。
【００３５】
トランスアクスル２８において、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２の鉛直下方側が一部ギヤ室９０に貯留されている油に浸漬された状態とされ、リングギヤ４２が回転すると、それに従ってギヤ室９０の油が上方に掻き上げられ、掻き上げられた油は、アクスルカバー３０ａとモータケース３０ｂとがボルト８６、８６によって締結されることで形成されるキャッチタンク９４に一時的に貯留されるようになっている。
【００３６】
上記リングギヤ４２によって掻き上げられた油がキャッチタンク９４に導かれる状態を図４を用いて説明する。図４は、アクスルケース３０のモータケース３０ｂを図３に示す矢印Ｘ側から見た矢視図において、キャッチタンク９４に油が貯留される機構を概念的に示した図である。ここで、図４において、軸心Ｃ１〜Ｃ３は、電動機２２の軸心Ｃ１、カウンタシャフト３６の軸心Ｃ２、リングギヤ４２（ディファレンシャル機構４６）の軸心Ｃ３に対応している。また、図４は、トランスアクスル２８が実際に車両に搭載されるときの状態に対応している。すなわち、電動機２２の軸心Ｃ１が鉛直方向において最も高い位置に配置され、次いで、リングギヤ４２の軸心Ｃ３が高い位置に配置され、カウンタシャフト３６の軸心Ｃ２が鉛直方向において最も低い位置に配置されている。なお、図２および図３の断面図は、図４において一点鎖線で示す切断線Ｙで切断した状態が示されている。
【００３７】
図４において、リングギヤ４２が軸心Ｃ３まわりに反時計方向に回転すると、太実線の矢印で示すように、油が上方に掻き上げられ、キャッチタンク９４に貯留される。キャッチタンク９４に貯留された油は、図３の矢印で示すように、図示しない給油穴を経由してドライブシャフト３２内に形成されている軸心Ｃ１と平行な貫通穴９６を通り、一部はドライブシャフト３２とロータシャフト５８とのスプライン嵌合部に形成されている隙間、軸受５６を経由して油の自重によってモータ室８４へ導かれる。また、一部は、貫通穴９６を通り、ロータシャフト５８に形成されている軸心Ｃ１と平行な中空穴９８、軸受５４を経由して油の自重によってモータ室８４へ導かれる。また、モータ室８４へ貯留された油は、後述する開口穴（第１開口穴１００、第２開口穴１０２）を通ってギヤ室９０へ環流される。上記より、リングギヤ４２に掻き上げられたギヤ室９０の油を、キャッチタンク９４を経由してモータ室８４へと導く冷却油路９９が構成される。したがって、第２電動機２２の駆動時（発熱時）においては、このようにトランスアクスル２８内の油が循環されると、その循環する油によって電動機２２が冷却される。なお、キャッチタンク９４へ貯留された油は、上記以外にも図４に示す供給穴９５、９７を経由するなどして、ギヤ室９０に戻る。
【００３８】
次に、本発明の要部でもあるモータ室８４とギヤ室９０を仕切る隔壁９２に形成されている開口穴の構造について説明する。図５は、図２のモータ室８４を拡大した図であって、図４の一点鎖線で示す切断線Ｚで切断した断面図である。これより、図５において軸心Ｃ１よりも下側のモータ室８４は、鉛直下部の断面に対応している。
【００３９】
図５に示すように、モータ室８４とギヤ室９０との間に介装されている隔壁９２には、モータ室８４とギヤ室９０とを連通する第１開口穴１００（本発明の開口穴に対応）および第２開口穴１０２（本発明の第２の開口穴に対応）が形成されている。第２開口穴１０２は、モータ室８４とギヤ室９０とを常時連通し、その最下面がロータ５２の鉛直最下面よりも所定値だけ鉛直下方に位置するように形成されている。また、第１開口穴１００は、第２開口穴１０２よりも鉛直下方であって、ギヤ室９０において予め設定されているギヤ室９０の油面の高さ（オイルレベル）が最も低い位置（最低高さ位置）よりも鉛直下方に形成されている。なお、上記は例えば高速走行時などに相当する。したがって、第１開口穴１００が油面の高さを越えることが防止されている。
【００４０】
また、第１開口穴１００には、モータ室８４の油温が予め設定されている所定の油温αに到達すると、第１開口穴１００を流れる油の流量を切替える開閉弁１０４（本発明の流量切替機構に対応）が設けられている。
【００４１】
開閉弁１０４は、第１開口穴１００に形成されているテーパ面１１４と、隔壁９２にネジ止めされることで第１開口穴１００に設けられ、内部にモータ室８４とギヤ室９０とを連通する連通穴１０８が形成されている円還状のバネ受け部材１０６と、テーパ面１１４に押圧されることで第１開口穴１００を塞ぐ球形状を有するボール１１０と、一端がバネ受け部材１０６に当接すると共に他端がボール１１０に当接することで、ボール１１０を弾性復帰力によって第１開口穴１００の傾斜面１１４に押し付けるスプリング１１２とを、含んで構成されている。
【００４２】
ここで、スプリング１１２は、形状記憶合金によって形成され、予め設定されている所定の温度αに到達するまでは、スプリング１１２の長さが変化せず、所定の温度に到達すると軸方向の長さ（全長）が短縮されるように設定されている。また、テーパ面１１４において形成される、大径側の穴直径はボール１１０の直径よりも大きく、小径側の穴直径はボール１１０の直径よりも小さい寸法とされている。したがって、所定の温度α未満の範囲においては、スプリング１１２がバネ受部材１０６の反力を受けることにより、ボール１１０を第１開口穴１００に形成されているテーパ面１１４に押し付けることで、開閉弁１０４が閉弁状態となり、第１開口穴１００が塞がれる。一方、スプリング１１２が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２が軸方向に短縮されてボール１１０が遊動状態となる。したがって、開閉弁１０４が開弁状態となり、第１開口穴１００が連通され、モータ室８４とギヤ室９０の油面高さが異なる際（通常ギヤ室９０側が低い）所定の油量が流出する。
【００４３】
上記のように構成されるトランスアクスル２８に備えられる冷却装置１０１の作動について説明する。トランスアクスル２８において、車両起動時（走行前・冷間時）においては、キャッチタンク９４に油が全く貯留されない状態であるため、全ての油がモータ室８４およびギヤ室９０に貯留されることで、モータ室８４およびギヤ室９０油面の高さ（オイルレベル）は、共に図５の破線で示す油面の高さＡ（オイルレベルＡ）となる。なお、油は低温状態にあるため、開閉弁１０４は閉弁され、第１開口穴１００は遮断された状態となる。
【００４４】
車両が走行を開始すると、リングギヤ４２によって油が掻き上げられ、キャッチタンク９４に油が貯留されつつ、各潤滑部に油が供給される。そして、キャッチタンク９４に十分な油が貯留されると、ギヤ室９０のオイルレベルが低下し、破線で示す油面高さＣ（オイルレベルＣ）となる。これより、ギヤ室９０に貯留される油に浸漬されるリングギヤ４２の接触面積は小さくなり、低温高粘度の油による攪拌抵抗が低減される。また、このときモータ室８４においては、第２開口穴１０２の下面の高さ、すなわち走行時のモータ室８４の最大油面高さＭ（オイルレベルＭ）となる。なお、モータ室８４のオイルレベルは、オイルレベルＭを越えることはなく、モータ室８４に供給される余剰な油は、第２開口穴１０２からギヤ室９０側へ流出する。したがって、電動機２２のロータ５２が回転しても、モータ室８４の油面高さは、ロータ５２の鉛直最下面より所定値だけ鉛直下方に設定されるオイルレベルＭを越えることはないため、ロータ５２によって油が攪拌されることは防止される。なお、上記所定値は、例えばロータ５２がモータ室８４の油と接触しない範囲において、最小値付近の値に設定される。
【００４５】
次に、電動機２２が駆動されると、ステータ５０およびステータコイル５１の温度が上昇し、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２の全長（軸方向長さ）が短縮され、ボール１１０が遊動して開閉弁１０４が開弁され、第１開口穴１００が連通される。したがって、モータ室８４の油面高さ（オイルレベルＭ）は、ギヤ室の油面高さ（オイルレベルＣ）よりも鉛直方向において高い位置にあるため、モータ室８４側の油がギヤ室９０側に流入し、モータ室８４およびギヤ室９０の油が循環することとなる。結果として、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することになる。このとき、ギヤ室９０のオイルレベルは、オイルレベルＢまで上昇する。また、モータ室８４についてもオイルレベルは、ギヤ室９０と同じくオイルレベルＢとなる。なお、ギヤ室９０の油は、モータ室８４の油が流入することで油温が上昇するため、オイルレベルが高く（オイルレベルＢ）なっても油の粘度が小さいため、リングギヤ４２攪拌時に大きな攪拌抵抗は発生しない。
【００４６】
ここで、電動機２２の駆動が、所定車速Ｖa以下の範囲、具体的には、比較的低車速の範囲に限定される場合、低車速時において電動機２２の駆動に従ってモータ室８４の温度が上昇する一方、ギヤ室９０の油は、リングギヤ４２による攪拌による発熱量も小さいためにモータ室８４の油温に比べて低温となる。したがって、ギヤ室９０の低温の油がモータ室８４に流入することで、モータ室８４の油温が低下し電動機２２が冷却される。また、車両の車速が上昇して所定車速Ｖaを越えて高車速走行となると、電動機２２の運転が停止される。なお、このときでも後輪２６による連れ回りによってロータ５２は回転させられる。そして、電動機２２の運転が停止することで、モータ室８４の油温が所定の温度αよりも低下すると、開閉弁１０４のスプリング１１２が元の長さに戻るため、スプリング１１２によってボール１１０がテーパ面１１４に押し付けられ、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が閉鎖される。これより、再びモータ室８４に油が貯留されてオイルレベルがオイルレベルＭとなると共に、ギヤ室のオイルレベルがオイルレベルＣとなることで、攪拌抵抗が抑制される。なお、上記所定車速Ｖaは、予め実験などに基づいて設定され、例えば電動機２２によって好適に走行すべき車速に設定されている。
【００４７】
上記より、電動機２２の駆動が低車速の範囲に限定されると、モータ駆動時のモータ室８４の油温が高い状態において、モータ室８４の油温よりも低温のギヤ室９０の油が循環することで電動機２２が冷却される。また、ギヤ室９０の油温が高くなる高車速時においては、ギヤ室９０の油がモータ室８４側に移動して貯留されることにより、ギヤ室９０のオイルレベルが低い状態で維持され、油の攪拌に伴う損失が低減される。なお、このときでも、モータ室８４のオイルレベルはオイルレベルＭを越えないので、ロータ５２の油の引き摺りは防止される。したがって、油の油温に応じて最適なオイルレベルが設定されることで、油の攪拌抵抗が抑制されつつ、効率よく電動機２２が冷却されるので、伝達効率のロスが最小限に抑制されて燃費が向上することとなる。
【００４８】
上述のように、本実施例によれば、電動機２２が駆動されてその発熱によってモータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されて第１開口穴１００が連通される。このような場合、ギヤ室９０の油が、冷却油路９９を通ってモータ室８４に導かれ第１開口穴１００から再びギヤ室９０へ環流されることでモータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、具体的には、モータ室８４の油温が低い場合、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が遮断されることで、モータ室８４に貯留される油が増加し、ギヤ室９０に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室９０に貯留される油面の高さが低くなり、リングギヤ４２が油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、開閉弁１０４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を効率よく冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施例によれば、開閉弁１０４において、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達しない状態では、開閉弁１０４が閉弁されてモータ室８４とギヤ室９０との連通が遮断されるため、モータ室８４に貯留される油が増加する一方、ギヤ室９０の油が減少して油面の高さが低下する。したがって、リングギヤ４２が油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されてモータ室８４とギヤ室９０とが連通されるため、ギヤ室９０の油が冷却油路９９を通ってモータ室８４へ流入し再びギヤ室９０へ環流され、結果的に油が積極的に循環されることで、モータ室８４の油温が低下し電動機２２が冷却される。上記より、電動機２２の冷却が必要でない温度状態では、モータ室８４に油が貯留されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機２２の冷却が必要な温度に到達すると、油を積極的に循環させることで電動機２２を効率よく冷却することができる。
【００５０】
また、本実施例によれば、隔壁９２には、電動機２２のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されてモータ室８４とギヤ室９０とを常時連通する第２開口穴１０２が形成されているため、モータ室８４の油面の高さは、最も高い位置であってもロータ５２の最下面を越えることはない。したがって、電動機２２が回転する場合であっても、電動機２２のロータ５２によって油が攪拌されることは防止されるため、ロータ５２の油連れ回りによる損失が防止される。
【００５１】
また、本実施例によれば、冷却油路９９には、リングギヤ４２によって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンク９４が設けられているため、リングギヤ４２によって掻き上げられた油がキャッチタンク９４に貯留されることで、ギヤ室９０の油温の高さを最適な高さに調整することができる。
【００５２】
また、本実施例によれば、電動機２２は、車両の車速が所定車速以下の範囲において駆動させられるため、所定車速の範囲において電動機２２が駆動させられてモータ室８４の油温が上昇する。一方、車速が所定車速以下であることから、リングギヤ４２の回転速度も低くギヤ室９０側の油温は低くなる。このとき、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、ギヤ室９０の低温の油がモータ室８４を経由して積極的に循環されるため、モータ室８４の油温が低下して電動機２２が冷却される。また、車速が所定車速を越えると、電動機２２が停止されるため、モータ室８４の油温が低下して所定の温度α以下となると、開閉弁１０４によってモータ室８４からギヤ室９０への油の流れが抑制される。このとき、モータ室８４に貯留される油が増加することで、ギヤ室９０の油が減少して油面の高さが低くなり、攪拌抵抗が抑制される。
【００５３】
また、本実施例によれば、スプリング１１２は形状記憶合金から成り、油温が所定の温度αに到達するまでは、ボール１１０をテーパ面１１４に押圧させて第１開口穴１００を塞ぎ、油温が所定の温度αに到達すると、全長が短縮することでボール１１０が遊動して第１開口穴１００が連通されるため、ギヤ室９０の油面の高さを好適に調整することができると共に、電動機２２を効率よく冷却させる開閉弁１０４を構成することができる。
【００５４】
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００５５】
図６は、本発明の他の実施例であるリアトランスアクスル１５０のモータ室８４の断面図であって、前述した実施例の図５に対応するものである。図６のリアトランスアクスル１５０を、前述した図５のリアトランスアクスル２８と比較すると、図５に記載されている開閉弁１０４が、図６においてはオリフィス１５４（本発明の絞りおよび流量切替機構に対応）に変更されている。なお、上記以外については、リアトランスアクスル２８と差異はないため、以下、オリフィス１５４に構成・作用について説明する。
【００５６】
オリフィス１５４は、第１開口穴１００よりも小径の絞り穴１５６を有しており、絞り穴１５６によってモータ室８４とギヤ室９０とは常時連通されている。ここで、絞り穴１５６の穴径ｄ（言い換えれば絞り穴１５６の開口面積）は、予め実験的に求められ、モータ室８４の油温が予め設定されている所定の温度αに到達した際に、絞り穴１５６（オリフィス１５４）を流れる油が予め設定されている所定流量Ｑaとなるように設定されている。図７に示すように、一般に油温Ｔが上昇するに従って油の粘度が小さくなるため、絞り穴１５６を流れる油の流量Ｑは増加する。また、絞り穴１５６の穴径ｄが大きくなるに従って、流量Ｑは増加する。上記より、油温Ｔが所定の温度αに到達した際の粘度等に基づいて、油温Ｔが所定の温度αに到達した際に所定流量Ｑaとなる最適な絞り穴１５６の径ｄが設定される。なお、所定流量Ｑaは、実験などに基づいて、ギヤ室９０の油がモータ室８４に十分に供給されてモータ室８４に貯留される油が好適に冷却されるような流量に設定される。
【００５７】
上記のように構成されるトランスアクスル１５０に備えられる冷却装置１５２の作動について説明する。トランスアクスル１５０において、車両起動時（走行前）においては、キャッチタンク９４に油が全く貯留されない状態であるため、全ての油がモータ室８４およびギヤ室９０に貯留される。したがって、モータ室８４およびギヤ室９０の油面の高さ（オイルレベル）は、共に図６に示す破線で示すオイルレベルＡとなる。
【００５８】
車両が走行を開始すると、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２によって油が掻き上げられ、キャッチタンク９４に油が貯留されつつ、各潤滑部に油が供給される。そして、キャッチタンク９４に十分な油が貯留されると、ギヤ室９０のオイルレベルが低下し、破線で示すオイルレベルＣとなる。なお、車両走行開始直後は、油の油温が低く、オリフィス１５４を通ってモータ室８４からギヤ室９０へ流入する流量が、ギヤ室９０のリングギヤ４２によって掻き上げられる油よりも少なくなる。したがって、ギヤ室９０のオイルレベルがモータ室８４のオイルレベルよりも低くなる。これより、ギヤ室９０に貯留される油に浸漬されるリングギヤ４２の接触面積は小さくなり、低温高粘度の油による攪拌抵抗が低減される。また、このときモータ室８４においては、ギヤ室９０の掻き上げられた油がキャッチタンク９４等を経由してモータ室８４に供給されるため、モータ室８４のオイルレベルは高くなり、最大で図６の破線で示すオイルレベルＭとなる。
【００５９】
そして、電動機２２が駆動されることで電動機２２のステータ５０およびステータコイル５１の温度が上昇し、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、オリフィス１５４を流れる流量が所定流量Ｑaとなり、モータ室８４から十分な油がギヤ室９０へ流入する。したがって、リアトランスアクスル１５０内において油が好適に循環することとなり、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することとなる。このとき、ギヤ室９０のオイルレベルは、図６の破線で示すオイルレベルＢまで上昇する。また、モータ室８４においてもオイルレベルは、ギヤ室９０と同様にオイルレベルＢとなる。なお、ギヤ室９０の油は、モータ室８４の油が流入することで、油温が上昇するため、オイルレベルが上昇（オイルレベルＢ）しても油の粘度が小さいため、リングギヤ４２攪拌時に大きな攪拌抵抗は生じない。
【００６０】
また、電動機２２の駆動が低車速の範囲に限定される場合、低車速時において電動機２２の駆動に従ってモータ室８４の温度が上昇する一方、ギヤ室９０の油は発熱量も小さいためにモータ室８４の油温に比べて低温となる。したがって、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することで、モータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。また、車両の車速が上昇して高車速走行となると、電動機２２の運転が停止される。そして、電動機２２の運転が停止することで、モータ室８４の油温が所定の温度αよりも低下すると、モータ室８４からギヤ室９０へ流入する油量が少なくなる。これより、再びモータ室８４に貯留される油が増加する一方、ギヤ室９０のオイルレベルが低下することで、攪拌抵抗が抑制される。
【００６１】
上述のように、本実施例によれば、電動機２２が駆動されてその発熱によってモータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、第１開口穴１００を流れる流量が予め設定されている所定の流量Ｑaとなる。このような場合、ギヤ室８４の油が、冷却油路９９を通ってモータ室８４に導かれ第１開口穴１００から再びギヤ室９０へ環流されることでモータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、具体的には、モータ室８４の油温が低い場合、モータ室８４からギヤ室９０へ流入する流量がオリフィス１５４によって低下されることで、モータ室８４に貯留される油が増加し、ギヤ室９０に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室９０に貯留される油面の高さが低くなり、リングギヤ４２が油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、オリフィス１５４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施例によれば、オリフィス１５４に基づいて、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達しない状態では、ギヤ室９０に流入する油が量が予め設定された所定流量Ｑaに到達せず、ギヤ室９０へ流入される油が低減されるに従い、ギヤ室９０の油面の高さが低下する。したがって、リングギヤ４２が油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、ギヤ室９０の油が冷却油路９９を通り、電動機２２、モータ室８４を経由して第１開口穴１００からギヤ室９０へ環流される油が増加することで、油が積極的に循環されて電動機２２が冷却される。上記より、電動機２２の冷却が必要とされない温度状態では、モータ室８４に貯留される油が増加してギヤ室９０の油が減少し攪拌抵抗が低減されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機２２の冷却が必要とされる温度に到達すると、油が積極的に循環されることで電動機２２を効率よく冷却することができる。比較的簡素な構成であっても上記効果を得ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００６４】
例えば、前述の実施例では、開閉弁１０４は、形状記憶合金から成るスプリング１１２でボール１１０を第１開口穴１００に押し付けることで閉弁し、油温が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２の全長を短縮させて開弁させる構造であったが、開閉弁１０４は必ずしも上記構造に限定されない。例えば、サーモスタットから構成され、油温が所定の温度αに到達するまでは第１開口穴１００を閉じ、油温が所定の温度αに到達した際に第１開口穴１００を開口する構成であっても構わない。或いは、例えばモータ室８４の油温を検出する温度センサ（熱電対など）と、温度センサによって検出される油温が所定の温度αに到達すると、第１開口穴１００を連通させるソレノイドバルブと、から構成されるものであっても構わない。すなわち、油温に応じて第１開口穴１００を開閉することが可能な開閉弁であれば、自由に変更することができる。
【００６５】
また、前述の実施例では、リアトランスアクスル２８に本発明が適用されているが、本発明はフロントトランスアクスルにおいても適用することもできる。すなわち、電動機が収容されるモータ室とギヤが収容されるギヤ室とが隔壁を隔てて隣接される構造であれば、本発明を適用することができる。
【００６６】
また、前述の実施例では、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２によって油が掻き上げられているが、本発明は、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２に限定されるものではなく、所定のギヤが下部に貯留されている油に浸漬される構造であれば本発明を適用することができる。
【００６７】
また、前述の実施例では、電動機の運転は低車速時としたが、これは低μ路での発進補助を目的とした使用例であって、電動機の運転を低速のみに限定するものではない。
【００６８】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
２２：電動機
２８、１５０：リアトランスアクスル（車両用動力伝達装置）
３０：トランスアクスルケース（ケース）
４２：リングギヤ（ギヤ）
８４：モータ室
９０：ギヤ室
９２：隔壁
９４：キャッチタンク
９９：冷却油路
１００：第１開口穴（開口穴）
１０１、１５２：冷却装置
１０２：第２開口穴（第２の開口穴）
１０４：開閉弁（流量切替機構）
１０６：バネ受け部材
１１０：ボール
１１２：スプリング
１１４：テーパ面
１５４：オリフィス（絞り、流量切替機構）
α：所定の温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を備えた車両用動力伝達装置の冷却装置に係り、特に電動機等の冷却性能を確保しつつ、油の攪拌等による燃費低下を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車両など、電動機の駆動力を利用して車両を走行させる動力伝達装置を備えた車両が知られている。上記のような車両では、動力伝達装置内の電動機が駆動すると電動機が発熱するため、電動機を冷却する構造が複数提案されている。例えば特許文献１に記載の電動モータの冷却装置においては、電動モータＭ１と同期回転するオイルポンプ１５を備え、オイルポンプ１５によって油を汲み上げ、その油によって電動モータを冷却する構造であって、電動機の回転速度が所定回転速度以下では、チェック弁２４を閉じて電動機への油の供給を遮断する技術が開示されている。また、特許文献２に記載の車両用電動機では、ギヤ１５０によって第１油室１５４内に貯留されている油を掻き上げ、掻き上げられた油を冷却油供給口１１８に供給して電動機１４８を冷却する技術が開示されている（図１５、１６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２８６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１１２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の電動モータの冷却装置では、効率よく電動機が冷却されるものの、オイルポンプ１５を駆動させる必要があり、そのオイルポンプ１５の駆動トルクが消費されてトルク伝達効率（伝達効率）が低下することとなる。特に、低温時においては、油の粘度上昇に伴って、伝達効率が著しく低下して燃費が悪化する可能性があった。また、オイルポンプ１５を設けることにより調圧弁も必要となり、その分だけ構造が複雑化して重量が増加する問題も生じる。これに対して、特許文献２の車両用電動機では、油浴中回転するギヤの掻き上げによって油が供給されるので、オイルポンプを設けない分だけ構造も単純となり、オイルポンプの駆動トルクによる伝達効率の低下は発生しない。しかしながら、ギヤによって油を掻き上げる際、その油面の高さは油の油温にかかわらず常に略一定であるため、例えば油が低温になると、ギヤが油を掻き上げる際の攪拌抵抗が大きくなり、伝達効率が低下して燃費が低下する可能性があった。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、電動機を備えた車両用動力伝達装置において、電動機等の冷却性を確保しつつ、伝達効率の低下を抑制することができる車両用動力伝達装置の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、(a)ケース内に電動機を含んで構成される車両用動力伝達装置の冷却装置において、(b)その電動機を収容すると共に鉛直下部において油が貯留されるように形成されているモータ室と、(c)そのモータ室に隔壁を隔てて隣接して形成され、車両走行時に回転するギヤを収容すると共に鉛直下部においてそのギヤの一部が浸漬された状態で油が貯留されるように形成されているギヤ室と、(d)そのギヤが回転することで掻き上げられたそのギヤ室の油を前記電動機の前記モータ室へ導く冷却油路と、(e)前記隔壁の前記ギヤ室の予め設定されている油面の最低高さよりも鉛直下方に形成され、前記モータ室と前記ギヤ室とを連通する開口穴と、(f)その開口穴に設けられ、前記モータ室の油温が所定の温度に到達すると、その開口穴を流れる油の流量を予め設定されている所定の流量に切替える流量切替機構とを、備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至３のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至４のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至５のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７にかかる発明の要旨とするところは、請求項２の車両用動力伝達装置の冷却装置において、前記開閉弁は、前記開口穴に形成されているテーパ面と、そのテーパ面に押圧されることでその開口穴を塞ぐボールと、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧してその開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することでそのボールを遊動させてその開口穴を連通させる形状記憶合金から成るスプリングと、その開口穴に設けられそのスプリングがそのボールを押圧する際にその反力を受けるバネ受部材とを、含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、例えば電動機が通電されて駆動し、その際の発熱によってモータ室の油の油温が上昇して所定の温度に到達すると、開口穴を流れる流量が予め設定されている所定の流量となる。このような場合、ギヤ室の油が、冷却油路を通ってモータ室に導かれ開口穴から再びギヤ室へ環流し循環されることでモータ室の油温が低下し、電動機が冷却される。一方、モータ室の油温が所定の温度とならない場合、具体的には、電動機が通電されることなく、車輪より回転させられる場合はモータ室の油温が低く、モータ室からギヤ室へ流入する流量が流量切替機構によって低下されることで、モータ室に貯留される油が増加し、ギヤ室に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室に貯留される油面の高さが低くなり、ギヤが油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、流量切替機構を設けることによって、電動機の冷却が必要なとき（作動時）に油を循環させることで電動機を冷却し、電動機の冷却が必要ない場合（非作動時）にはモータ室に油を溜めてギヤ室の油面の高さを低くすることで、ギヤの攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。但し、電動機を冷却する際ギヤ室の油面が高くなるが、このときギヤ室を含めた油温が上昇しているため、すでに油の粘度が低下しており効率の低下は最小限に抑えられる。
【００１４】
また、請求項２にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であるため、モータ室の油温が所定の温度に到達しない状態（低油温）では、開閉弁が閉弁されてモータ室とギヤ室との連通が遮断されるため、モータ室に貯留される油が増加する一方、ギヤ室の油が減少して油面の高さが低下する。したがって、ギヤが高粘度の油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室の油温が所定の温度（高油温）に到達すると、開閉弁が開弁されてモータ室とギヤ室とが連通されるため、ギヤ室の油が冷却油路を通ってモータ室へ流入し再びギヤ室へ環流され、結果的に油が積極的に循環されることで、モータ室の油温が低下し電動機が冷却される。上記より、電動機の冷却が必要でない低油温状態では、モータ室に油が貯留されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機の冷却が必要な温度に到達すると、油を積極的に循環させることで電動機を効率よく冷却することができる。
【００１５】
また、請求項３にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであるため、モータ室の油温が所定の温度に到達しない状態では、ギヤ室に流入する油が量が予め設定された所定流量に到達せず、ギヤ室へ流入される油が低減されるに従い、ギヤ室の油面の高さが低下する。したがって、ギヤが油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室の油温が所定の温度に到達すると、ギヤ室の油が冷却油路を通り、電動機、モータ室を経由して開口穴からギヤ室へ環流される油が増加することで、油が積極的に循環されて電動機が冷却される。上記より、電動機の冷却が必要とされない低油温状態では、モータ室に貯留される油が増加してギヤ室の油が減少し攪拌抵抗が低減されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機の冷却が必要とされる高油温状態に到達すると、油が積極的に循環されることで電動機を効率よく冷却することができる。
【００１６】
また、請求項４にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されているため、モータ室の油面の高さは、最も高い位置であってもロータの最下面を越えることはない。したがって、電動機のロータが作動または非作動で回転する場合であっても、電動機のロータによって油が攪拌されることは防止されるため、ロータの油連れ回りによる損失が防止される。
【００１７】
また、請求項５にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられているため、ギヤによって掻き上げられた油がキャッチタンクに貯留されることで、ギヤ室の油温の高さを最適な高さに調整することができる。
【００１８】
また、請求項６にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられるため、所定車速の範囲において電動機が駆動させられてモータ室の油温が上昇する。一方、車速が所定車速以下であることから、ギヤの回転速度も低くギヤ室側の油温は低くなる。このとき、モータ室の油温が所定の温度に到達すると、ギヤ室の低温の油がモータ室を経由して積極的に循環されるため、モータ室の油温が低下して電動機が冷却される。また、車速が所定車速を越えると、電動機が停止されるため、モータ室の油温が低下して所定の温度以下となると、流量切替機構によってモータ室からギヤ室への油の流れが抑制される。このとき、モータ室に貯留される油が増加することで、ギヤ室の油が減少して油面の高さが低くなり、攪拌抵抗が抑制される。
【００１９】
また、請求項７にかかる発明の車両用動力伝達装置の冷却装置によれば、スプリングが形状記憶合金から成り、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧させて開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することでボールが遊動して開口穴が連通されるため、ギヤ室の油面の高さを好適に調整することができると共に、電動機を効率よく冷却させる開閉弁を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が適用された車両の駆動系の概略構成を示す図である。
【図２】図１のリアトランスアクスルの構造を詳細に説明するための断面図である。
【図３】図２のリアトランスアクスルにおいて、油の循環経路を説明する図である。
【図４】図３に示すモータケースを矢印Ｘ側から見た矢視図において、キャッチタンクに油が貯留される機構を概念的に示した図である。
【図５】図２のモータ室を拡大した図であって、図４の一点鎖線で示す切断線Ｚで切断した断面図である。
【図６】本発明の他の実施例であるリアトランスアクスルのモータ室の断面図であって、図５に対応するものである。
【図７】オリフィス内を流れる油の油温と流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、好適には、本発明の車両用動力伝達装置の冷却装置は、電気自動車やハイブリッド形式の車両など電動機を備える車両において適宜適用可能である。
【００２２】
また、好適には、前記ギヤ室に回転可能に収容されるギヤは、ディファレンシャル機構のリングギヤである。このようにすれば、車両が走行されると、リングギヤが回転するに従い、リングギヤに接触する油が掻き上げられて冷却油路に供給される。
【００２３】
また、好適には、前記モータ室の所定の油温は、予め実験や計算によって設定され、予め定格的に設定されている電動機が冷却を必要とする温度に到達した際の油温に設定される。このようにすれば、電動機が冷却を必要とする温度に到達すると、モータ油温が所定の温度となることから、開口穴を流れる油が所定流量に到達し、油が積極的に循環されて電動機が冷却される。すなわち、電動機が冷却を必要とする温度に到達すると電動機が冷却され、冷却効率が向上する。
【００２４】
また、好適には、前記絞りの開口直径（開口面積）は、予め実験や計算によって設定され、油温に応じて変化する粘度に基づいて、油の油温が所定の温度に到達した際に、絞り内を予め設定されている所定流量が流れるように設定される。
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明が適用された車両の駆動系の概略構成を示す図である。図１において、この車両は、燃料を燃焼させて動力を出力するガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の内燃機関により構成されるエンジン１２と、電動機１４を内蔵し、上記エンジン１２および電動機１４のいずれか一方または両方の動力を選択的に出力して左右一対の前方車軸１６および前輪１８を回転駆動するフロントトランスアクスル２０と、電動機２２を内蔵し、その電動機２２の動力により左右一対の後方車軸（車軸）２４および後輪２６を回転駆動するリアトランスアクスル２８とを備える電気式４輪駆動車両である。
【００２７】
このような電気式４輪駆動車両は、例えば、車両発進時には電動機１４および電動機２２の動力により走行し、また、エンジン１２の運転効率のよい走行領域の場合にはエンジン１２の動力により走行するようになっている。また、低速走行時あるいは緩やかな坂を下っているとき等のエンジン１２の運転効率の悪い場合には、エンジン１２の運転を停止して電動機１４の動力により走行するようになっている。また、加速走行時にはエンジン１２の動力により走行するとともに電動機１４および電動機２２の動力を補助的に用いるようになっている。また、減速時（アクセルオフ時も含む）には、電動機１４および電動機２２を発電機として作動させることで運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収するようになっている。また、車両の走行状態に応じて、電動機２２を作動させて四輪駆動状態とし、前後輪のトルク配分を好適に制御することで、車両の安定性を確保するようになっている。例えば、低摩擦路での加速や旋回時において、前後輪のトルク配分が最適化され、車両の安定性が確保されるようになっている。
【００２８】
図２は、本発明が適用されたリアトランスアクスル２８（本発明の車両用動力伝達装置に対応）の構造を詳細に説明するための断面図である。図２に示すように、リアトランスアクスル２８は、非回転部材であるアクスルケース３０（本発明のケースに対応）内において、リアトランスアクスル２８の駆動源として機能する電動機２２と、その電動機２２にスプライン嵌合されることで電動機２２と一体的に回転させられると共に、後述するカウンタシャフト３６のカウンタドリブンギヤ３８と噛み合うカウンタドライブギヤ３４を備えたドライブシャフト３２と、カウンタドリブンギヤ３８およびカウンタドリブンギヤ３８よりも小径のドライブピニオンギヤ４０を備えたカウンタシャフト３６と、ドライブピニオンギヤ４０と噛み合う大径のリングギヤ４２を備えて構成される公知のディファレンシャル機構４６とを、含んで構成されている。
【００２９】
アクスルケース３０は、アクスルカバー３０ａ、モータケース３０ｂ、モータカバー３０ｃからなり、それぞれボルトによって締結されることにより、１つのケースとして構成される。電動機２２は、ボルト４８によってモータケース３０ｂに回転不能に固定されている円還状のステータ５０と、ステータ５０に巻き掛けられているステータコイル５１と、ステータ５０の内周側において配設されている回転可能な円還状のロータ５２と、ロータ５２の内周端に接続されて軸方向の両端が軸受５４、５６を介してアクスルケース３０に軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持されているロータシャフト５８とを、含んで構成されている。
【００３０】
円筒形状を有するドライブシャフト３２は、軸方向の両端部に配設されている軸受６０、６２を介してアクスルケース３０に回転可能に支持されており、軸方向において電動機２２側の外周面端部が電動機２２のロータシャフト５８にスプライン嵌合されることで、ロータシャフト５８と一体的に回転させられるようになっている。また、ドライブシャフト３２の軸方向の軸受６２側にはカウンタドライブギヤ３４が形成されている。
【００３１】
カウンタシャフト３６は、円筒状に形成され、軸方向の両端に配設されている軸受６４、６６を介してアクスルケース３０に軸心Ｃ２まわりに回転可能に支持されている。またカウンタシャフト３６の軸方向において軸受６６側には、ドライブシャフト３２のカウンタドライブギヤ３４と噛み合うカウンタドライブギヤ３４よりも大径のカウンタドリブンギヤ３８、およびディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２と噛み合うカウンタドリブンギヤ３８よりも小径のドライブピニオンギヤ４０が形成されている。
【００３２】
ディファレンシャル機構４６は、左右の後方車軸２４に差動作用を発生させる公知の差動歯車装置であり、ディファレンシャル機構４６のデフケース６８にボルト７０によって接続されている大径のリングギヤ４２にカウンタシャフト３６のドライブピニオンギヤ４０が噛み合わされている。したがって、カウンタシャフト３６が回転すると、リングギヤ４２およびデフケース６８が軸心Ｃ３まわりに回転させられる。そして、ディファレンシャル機構４６において、旋回中の車両の走行状態に応じた回転速度差を生じさせつつ左右のドライブシャフト７２にその回転が伝達される。なお、ディファレンシャル機構４６の詳細な機構については、公知の技術と同じであるため、その説明を省略する。
【００３３】
上記のように構成されるリアトランスアクスル２８において、電動機２２が回転すると、その回転がカウンタシャフト３６、ディファレンシャル機構４６を介して減速されて左右の後輪２６に伝達される。
【００３４】
次にトランスアクスル２８に備えられる電動機２２等を冷却する冷却装置１０１について説明する。図３は、図２のトランスアクスル２８において、油の循環経路を示している。トランスアクスル２８においては、アクスルケース３０のモータケース３０ｂおよびモータカバー３０ｃがボルト８０によって締結されることにより、電動機２２を収容するモータ室８４が形成されている。また、アクスルカバー３０ａ、モータケース３０ｂがボルト８６、８８等によって互いに締結されることにより、ドライブシャフト３２、カウンタシャフト３６、ディファレンシャル機構４６等を収容するギヤ室９０が形成されている。モータ室８４とギヤ室９０とは、モータケース３０ｂに形成されている隔壁９２を隔てて隣接して配置されている。なお、モータ室８４とギヤ室９０とは、後述する開口穴（第１開口穴１００、第２開口穴１０２）によって連通されている。また、モータ室８４とギヤ室９０の鉛直下方は、それぞれ油を貯留可能な油受け構造となっており、電動機２２や軸受等を潤滑した油はモータ室８４またはギヤ室９０に貯留されることとなる。
【００３５】
トランスアクスル２８において、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２の鉛直下方側が一部ギヤ室９０に貯留されている油に浸漬された状態とされ、リングギヤ４２が回転すると、それに従ってギヤ室９０の油が上方に掻き上げられ、掻き上げられた油は、アクスルカバー３０ａとモータケース３０ｂとがボルト８６、８６によって締結されることで形成されるキャッチタンク９４に一時的に貯留されるようになっている。
【００３６】
上記リングギヤ４２によって掻き上げられた油がキャッチタンク９４に導かれる状態を図４を用いて説明する。図４は、アクスルケース３０のモータケース３０ｂを図３に示す矢印Ｘ側から見た矢視図において、キャッチタンク９４に油が貯留される機構を概念的に示した図である。ここで、図４において、軸心Ｃ１〜Ｃ３は、電動機２２の軸心Ｃ１、カウンタシャフト３６の軸心Ｃ２、リングギヤ４２（ディファレンシャル機構４６）の軸心Ｃ３に対応している。また、図４は、トランスアクスル２８が実際に車両に搭載されるときの状態に対応している。すなわち、電動機２２の軸心Ｃ１が鉛直方向において最も高い位置に配置され、次いで、リングギヤ４２の軸心Ｃ３が高い位置に配置され、カウンタシャフト３６の軸心Ｃ２が鉛直方向において最も低い位置に配置されている。なお、図２および図３の断面図は、図４において一点鎖線で示す切断線Ｙで切断した状態が示されている。
【００３７】
図４において、リングギヤ４２が軸心Ｃ３まわりに反時計方向に回転すると、太実線の矢印で示すように、油が上方に掻き上げられ、キャッチタンク９４に貯留される。キャッチタンク９４に貯留された油は、図３の矢印で示すように、図示しない給油穴を経由してドライブシャフト３２内に形成されている軸心Ｃ１と平行な貫通穴９６を通り、一部はドライブシャフト３２とロータシャフト５８とのスプライン嵌合部に形成されている隙間、軸受５６を経由して油の自重によってモータ室８４へ導かれる。また、一部は、貫通穴９６を通り、ロータシャフト５８に形成されている軸心Ｃ１と平行な中空穴９８、軸受５４を経由して油の自重によってモータ室８４へ導かれる。また、モータ室８４へ貯留された油は、後述する開口穴（第１開口穴１００、第２開口穴１０２）を通ってギヤ室９０へ環流される。上記より、リングギヤ４２に掻き上げられたギヤ室９０の油を、キャッチタンク９４を経由してモータ室８４へと導く冷却油路９９が構成される。したがって、第２電動機２２の駆動時（発熱時）においては、このようにトランスアクスル２８内の油が循環されると、その循環する油によって電動機２２が冷却される。なお、キャッチタンク９４へ貯留された油は、上記以外にも図４に示す供給穴９５、９７を経由するなどして、ギヤ室９０に戻る。
【００３８】
次に、本発明の要部でもあるモータ室８４とギヤ室９０を仕切る隔壁９２に形成されている開口穴の構造について説明する。図５は、図２のモータ室８４を拡大した図であって、図４の一点鎖線で示す切断線Ｚで切断した断面図である。これより、図５において軸心Ｃ１よりも下側のモータ室８４は、鉛直下部の断面に対応している。
【００３９】
図５に示すように、モータ室８４とギヤ室９０との間に介装されている隔壁９２には、モータ室８４とギヤ室９０とを連通する第１開口穴１００（本発明の開口穴に対応）および第２開口穴１０２（本発明の第２の開口穴に対応）が形成されている。第２開口穴１０２は、モータ室８４とギヤ室９０とを常時連通し、その最下面がロータ５２の鉛直最下面よりも所定値だけ鉛直下方に位置するように形成されている。また、第１開口穴１００は、第２開口穴１０２よりも鉛直下方であって、ギヤ室９０において予め設定されているギヤ室９０の油面の高さ（オイルレベル）が最も低い位置（最低高さ位置）よりも鉛直下方に形成されている。なお、上記は例えば高速走行時などに相当する。したがって、第１開口穴１００が油面の高さを越えることが防止されている。
【００４０】
また、第１開口穴１００には、モータ室８４の油温が予め設定されている所定の油温αに到達すると、第１開口穴１００を流れる油の流量を切替える開閉弁１０４（本発明の流量切替機構に対応）が設けられている。
【００４１】
開閉弁１０４は、第１開口穴１００に形成されているテーパ面１１４と、隔壁９２にネジ止めされることで第１開口穴１００に設けられ、内部にモータ室８４とギヤ室９０とを連通する連通穴１０８が形成されている円還状のバネ受け部材１０６と、テーパ面１１４に押圧されることで第１開口穴１００を塞ぐ球形状を有するボール１１０と、一端がバネ受け部材１０６に当接すると共に他端がボール１１０に当接することで、ボール１１０を弾性復帰力によって第１開口穴１００の傾斜面１１４に押し付けるスプリング１１２とを、含んで構成されている。
【００４２】
ここで、スプリング１１２は、形状記憶合金によって形成され、予め設定されている所定の温度αに到達するまでは、スプリング１１２の長さが変化せず、所定の温度に到達すると軸方向の長さ（全長）が短縮されるように設定されている。また、テーパ面１１４において形成される、大径側の穴直径はボール１１０の直径よりも大きく、小径側の穴直径はボール１１０の直径よりも小さい寸法とされている。したがって、所定の温度α未満の範囲においては、スプリング１１２がバネ受部材１０６の反力を受けることにより、ボール１１０を第１開口穴１００に形成されているテーパ面１１４に押し付けることで、開閉弁１０４が閉弁状態となり、第１開口穴１００が塞がれる。一方、スプリング１１２が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２が軸方向に短縮されてボール１１０が遊動状態となる。したがって、開閉弁１０４が開弁状態となり、第１開口穴１００が連通され、モータ室８４とギヤ室９０の油面高さが異なる際（通常ギヤ室９０側が低い）所定の油量が流出する。
【００４３】
上記のように構成されるトランスアクスル２８に備えられる冷却装置１０１の作動について説明する。トランスアクスル２８において、車両起動時（走行前・冷間時）においては、キャッチタンク９４に油が全く貯留されない状態であるため、全ての油がモータ室８４およびギヤ室９０に貯留されることで、モータ室８４およびギヤ室９０油面の高さ（オイルレベル）は、共に図５の破線で示す油面の高さＡ（オイルレベルＡ）となる。なお、油は低温状態にあるため、開閉弁１０４は閉弁され、第１開口穴１００は遮断された状態となる。
【００４４】
車両が走行を開始すると、リングギヤ４２によって油が掻き上げられ、キャッチタンク９４に油が貯留されつつ、各潤滑部に油が供給される。そして、キャッチタンク９４に十分な油が貯留されると、ギヤ室９０のオイルレベルが低下し、破線で示す油面高さＣ（オイルレベルＣ）となる。これより、ギヤ室９０に貯留される油に浸漬されるリングギヤ４２の接触面積は小さくなり、低温高粘度の油による攪拌抵抗が低減される。また、このときモータ室８４においては、第２開口穴１０２の下面の高さ、すなわち走行時のモータ室８４の最大油面高さＭ（オイルレベルＭ）となる。なお、モータ室８４のオイルレベルは、オイルレベルＭを越えることはなく、モータ室８４に供給される余剰な油は、第２開口穴１０２からギヤ室９０側へ流出する。したがって、電動機２２のロータ５２が回転しても、モータ室８４の油面高さは、ロータ５２の鉛直最下面より所定値だけ鉛直下方に設定されるオイルレベルＭを越えることはないため、ロータ５２によって油が攪拌されることは防止される。なお、上記所定値は、例えばロータ５２がモータ室８４の油と接触しない範囲において、最小値付近の値に設定される。
【００４５】
次に、電動機２２が駆動されると、ステータ５０およびステータコイル５１の温度が上昇し、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２の全長（軸方向長さ）が短縮され、ボール１１０が遊動して開閉弁１０４が開弁され、第１開口穴１００が連通される。したがって、モータ室８４の油面高さ（オイルレベルＭ）は、ギヤ室の油面高さ（オイルレベルＣ）よりも鉛直方向において高い位置にあるため、モータ室８４側の油がギヤ室９０側に流入し、モータ室８４およびギヤ室９０の油が循環することとなる。結果として、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することになる。このとき、ギヤ室９０のオイルレベルは、オイルレベルＢまで上昇する。また、モータ室８４についてもオイルレベルは、ギヤ室９０と同じくオイルレベルＢとなる。なお、ギヤ室９０の油は、モータ室８４の油が流入することで油温が上昇するため、オイルレベルが高く（オイルレベルＢ）なっても油の粘度が小さいため、リングギヤ４２攪拌時に大きな攪拌抵抗は発生しない。
【００４６】
ここで、電動機２２の駆動が、所定車速Ｖa以下の範囲、具体的には、比較的低車速の範囲に限定される場合、低車速時において電動機２２の駆動に従ってモータ室８４の温度が上昇する一方、ギヤ室９０の油は、リングギヤ４２による攪拌による発熱量も小さいためにモータ室８４の油温に比べて低温となる。したがって、ギヤ室９０の低温の油がモータ室８４に流入することで、モータ室８４の油温が低下し電動機２２が冷却される。また、車両の車速が上昇して所定車速Ｖaを越えて高車速走行となると、電動機２２の運転が停止される。なお、このときでも後輪２６による連れ回りによってロータ５２は回転させられる。そして、電動機２２の運転が停止することで、モータ室８４の油温が所定の温度αよりも低下すると、開閉弁１０４のスプリング１１２が元の長さに戻るため、スプリング１１２によってボール１１０がテーパ面１１４に押し付けられ、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が閉鎖される。これより、再びモータ室８４に油が貯留されてオイルレベルがオイルレベルＭとなると共に、ギヤ室のオイルレベルがオイルレベルＣとなることで、攪拌抵抗が抑制される。なお、上記所定車速Ｖaは、予め実験などに基づいて設定され、例えば電動機２２によって好適に走行すべき車速に設定されている。
【００４７】
上記より、電動機２２の駆動が低車速の範囲に限定されると、モータ駆動時のモータ室８４の油温が高い状態において、モータ室８４の油温よりも低温のギヤ室９０の油が循環することで電動機２２が冷却される。また、ギヤ室９０の油温が高くなる高車速時においては、ギヤ室９０の油がモータ室８４側に移動して貯留されることにより、ギヤ室９０のオイルレベルが低い状態で維持され、油の攪拌に伴う損失が低減される。なお、このときでも、モータ室８４のオイルレベルはオイルレベルＭを越えないので、ロータ５２の油の引き摺りは防止される。したがって、油の油温に応じて最適なオイルレベルが設定されることで、油の攪拌抵抗が抑制されつつ、効率よく電動機２２が冷却されるので、伝達効率のロスが最小限に抑制されて燃費が向上することとなる。
【００４８】
上述のように、本実施例によれば、電動機２２が駆動されてその発熱によってモータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されて第１開口穴１００が連通される。このような場合、ギヤ室９０の油が、冷却油路９９を通ってモータ室８４に導かれ第１開口穴１００から再びギヤ室９０へ環流されることでモータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、具体的には、モータ室８４の油温が低い場合、開閉弁１０４が閉弁されて第１開口穴１００が遮断されることで、モータ室８４に貯留される油が増加し、ギヤ室９０に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室９０に貯留される油面の高さが低くなり、リングギヤ４２が油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、開閉弁１０４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を効率よく冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施例によれば、開閉弁１０４において、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達しない状態では、開閉弁１０４が閉弁されてモータ室８４とギヤ室９０との連通が遮断されるため、モータ室８４に貯留される油が増加する一方、ギヤ室９０の油が減少して油面の高さが低下する。したがって、リングギヤ４２が油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、開閉弁１０４が開弁されてモータ室８４とギヤ室９０とが連通されるため、ギヤ室９０の油が冷却油路９９を通ってモータ室８４へ流入し再びギヤ室９０へ環流され、結果的に油が積極的に循環されることで、モータ室８４の油温が低下し電動機２２が冷却される。上記より、電動機２２の冷却が必要でない温度状態では、モータ室８４に油が貯留されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機２２の冷却が必要な温度に到達すると、油を積極的に循環させることで電動機２２を効率よく冷却することができる。
【００５０】
また、本実施例によれば、隔壁９２には、電動機２２のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されてモータ室８４とギヤ室９０とを常時連通する第２開口穴１０２が形成されているため、モータ室８４の油面の高さは、最も高い位置であってもロータ５２の最下面を越えることはない。したがって、電動機２２が回転する場合であっても、電動機２２のロータ５２によって油が攪拌されることは防止されるため、ロータ５２の油連れ回りによる損失が防止される。
【００５１】
また、本実施例によれば、冷却油路９９には、リングギヤ４２によって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンク９４が設けられているため、リングギヤ４２によって掻き上げられた油がキャッチタンク９４に貯留されることで、ギヤ室９０の油温の高さを最適な高さに調整することができる。
【００５２】
また、本実施例によれば、電動機２２は、車両の車速が所定車速以下の範囲において駆動させられるため、所定車速の範囲において電動機２２が駆動させられてモータ室８４の油温が上昇する。一方、車速が所定車速以下であることから、リングギヤ４２の回転速度も低くギヤ室９０側の油温は低くなる。このとき、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、ギヤ室９０の低温の油がモータ室８４を経由して積極的に循環されるため、モータ室８４の油温が低下して電動機２２が冷却される。また、車速が所定車速を越えると、電動機２２が停止されるため、モータ室８４の油温が低下して所定の温度α以下となると、開閉弁１０４によってモータ室８４からギヤ室９０への油の流れが抑制される。このとき、モータ室８４に貯留される油が増加することで、ギヤ室９０の油が減少して油面の高さが低くなり、攪拌抵抗が抑制される。
【００５３】
また、本実施例によれば、スプリング１１２は形状記憶合金から成り、油温が所定の温度αに到達するまでは、ボール１１０をテーパ面１１４に押圧させて第１開口穴１００を塞ぎ、油温が所定の温度αに到達すると、全長が短縮することでボール１１０が遊動して第１開口穴１００が連通されるため、ギヤ室９０の油面の高さを好適に調整することができると共に、電動機２２を効率よく冷却させる開閉弁１０４を構成することができる。
【００５４】
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００５５】
図６は、本発明の他の実施例であるリアトランスアクスル１５０のモータ室８４の断面図であって、前述した実施例の図５に対応するものである。図６のリアトランスアクスル１５０を、前述した図５のリアトランスアクスル２８と比較すると、図５に記載されている開閉弁１０４が、図６においてはオリフィス１５４（本発明の絞りおよび流量切替機構に対応）に変更されている。なお、上記以外については、リアトランスアクスル２８と差異はないため、以下、オリフィス１５４に構成・作用について説明する。
【００５６】
オリフィス１５４は、第１開口穴１００よりも小径の絞り穴１５６を有しており、絞り穴１５６によってモータ室８４とギヤ室９０とは常時連通されている。ここで、絞り穴１５６の穴径ｄ（言い換えれば絞り穴１５６の開口面積）は、予め実験的に求められ、モータ室８４の油温が予め設定されている所定の温度αに到達した際に、絞り穴１５６（オリフィス１５４）を流れる油が予め設定されている所定流量Ｑaとなるように設定されている。図７に示すように、一般に油温Ｔが上昇するに従って油の粘度が小さくなるため、絞り穴１５６を流れる油の流量Ｑは増加する。また、絞り穴１５６の穴径ｄが大きくなるに従って、流量Ｑは増加する。上記より、油温Ｔが所定の温度αに到達した際の粘度等に基づいて、油温Ｔが所定の温度αに到達した際に所定流量Ｑaとなる最適な絞り穴１５６の径ｄが設定される。なお、所定流量Ｑaは、実験などに基づいて、ギヤ室９０の油がモータ室８４に十分に供給されてモータ室８４に貯留される油が好適に冷却されるような流量に設定される。
【００５７】
上記のように構成されるトランスアクスル１５０に備えられる冷却装置１５２の作動について説明する。トランスアクスル１５０において、車両起動時（走行前）においては、キャッチタンク９４に油が全く貯留されない状態であるため、全ての油がモータ室８４およびギヤ室９０に貯留される。したがって、モータ室８４およびギヤ室９０の油面の高さ（オイルレベル）は、共に図６に示す破線で示すオイルレベルＡとなる。
【００５８】
車両が走行を開始すると、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２によって油が掻き上げられ、キャッチタンク９４に油が貯留されつつ、各潤滑部に油が供給される。そして、キャッチタンク９４に十分な油が貯留されると、ギヤ室９０のオイルレベルが低下し、破線で示すオイルレベルＣとなる。なお、車両走行開始直後は、油の油温が低く、オリフィス１５４を通ってモータ室８４からギヤ室９０へ流入する流量が、ギヤ室９０のリングギヤ４２によって掻き上げられる油よりも少なくなる。したがって、ギヤ室９０のオイルレベルがモータ室８４のオイルレベルよりも低くなる。これより、ギヤ室９０に貯留される油に浸漬されるリングギヤ４２の接触面積は小さくなり、低温高粘度の油による攪拌抵抗が低減される。また、このときモータ室８４においては、ギヤ室９０の掻き上げられた油がキャッチタンク９４等を経由してモータ室８４に供給されるため、モータ室８４のオイルレベルは高くなり、最大で図６の破線で示すオイルレベルＭとなる。
【００５９】
そして、電動機２２が駆動されることで電動機２２のステータ５０およびステータコイル５１の温度が上昇し、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、オリフィス１５４を流れる流量が所定流量Ｑaとなり、モータ室８４から十分な油がギヤ室９０へ流入する。したがって、リアトランスアクスル１５０内において油が好適に循環することとなり、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することとなる。このとき、ギヤ室９０のオイルレベルは、図６の破線で示すオイルレベルＢまで上昇する。また、モータ室８４においてもオイルレベルは、ギヤ室９０と同様にオイルレベルＢとなる。なお、ギヤ室９０の油は、モータ室８４の油が流入することで、油温が上昇するため、オイルレベルが上昇（オイルレベルＢ）しても油の粘度が小さいため、リングギヤ４２攪拌時に大きな攪拌抵抗は生じない。
【００６０】
また、電動機２２の駆動が低車速の範囲に限定される場合、低車速時において電動機２２の駆動に従ってモータ室８４の温度が上昇する一方、ギヤ室９０の油は発熱量も小さいためにモータ室８４の油温に比べて低温となる。したがって、ギヤ室９０の油がモータ室８４に流入することで、モータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。また、車両の車速が上昇して高車速走行となると、電動機２２の運転が停止される。そして、電動機２２の運転が停止することで、モータ室８４の油温が所定の温度αよりも低下すると、モータ室８４からギヤ室９０へ流入する油量が少なくなる。これより、再びモータ室８４に貯留される油が増加する一方、ギヤ室９０のオイルレベルが低下することで、攪拌抵抗が抑制される。
【００６１】
上述のように、本実施例によれば、電動機２２が駆動されてその発熱によってモータ室８４の油の油温が上昇して所定の温度αに到達すると、第１開口穴１００を流れる流量が予め設定されている所定の流量Ｑaとなる。このような場合、ギヤ室８４の油が、冷却油路９９を通ってモータ室８４に導かれ第１開口穴１００から再びギヤ室９０へ環流されることでモータ室８４の油温が低下し、電動機２２が冷却される。一方、モータ室８４の油温が所定の温度αとならない場合、具体的には、モータ室８４の油温が低い場合、モータ室８４からギヤ室９０へ流入する流量がオリフィス１５４によって低下されることで、モータ室８４に貯留される油が増加し、ギヤ室９０に貯留される油が減少する。これより、ギヤ室９０に貯留される油面の高さが低くなり、リングギヤ４２が油を攪拌するときの攪拌抵抗が低減される。上記より、オリフィス１５４を設けることによって、電動機２２の冷却が必要なときに油を循環させることで電動機２２を冷却し、電動機２２の冷却が必要ない場合にはモータ室８４に油を溜めてギヤ室９０の油面の高さを低くすることで、リングギヤ４２の攪拌抵抗を抑制して伝達効率の低下を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施例によれば、オリフィス１５４に基づいて、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達しない状態では、ギヤ室９０に流入する油が量が予め設定された所定流量Ｑaに到達せず、ギヤ室９０へ流入される油が低減されるに従い、ギヤ室９０の油面の高さが低下する。したがって、リングギヤ４２が油を攪拌する際の攪拌抵抗が低減されるに従い、伝達効率の低下が抑制される。また、モータ室８４の油温が所定の温度αに到達すると、ギヤ室９０の油が冷却油路９９を通り、電動機２２、モータ室８４を経由して第１開口穴１００からギヤ室９０へ環流される油が増加することで、油が積極的に循環されて電動機２２が冷却される。上記より、電動機２２の冷却が必要とされない温度状態では、モータ室８４に貯留される油が増加してギヤ室９０の油が減少し攪拌抵抗が低減されることで、伝達効率の低下が抑制され、電動機２２の冷却が必要とされる温度に到達すると、油が積極的に循環されることで電動機２２を効率よく冷却することができる。比較的簡素な構成であっても上記効果を得ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００６４】
例えば、前述の実施例では、開閉弁１０４は、形状記憶合金から成るスプリング１１２でボール１１０を第１開口穴１００に押し付けることで閉弁し、油温が所定の温度αに到達すると、スプリング１１２の全長を短縮させて開弁させる構造であったが、開閉弁１０４は必ずしも上記構造に限定されない。例えば、サーモスタットから構成され、油温が所定の温度αに到達するまでは第１開口穴１００を閉じ、油温が所定の温度αに到達した際に第１開口穴１００を開口する構成であっても構わない。或いは、例えばモータ室８４の油温を検出する温度センサ（熱電対など）と、温度センサによって検出される油温が所定の温度αに到達すると、第１開口穴１００を連通させるソレノイドバルブと、から構成されるものであっても構わない。すなわち、油温に応じて第１開口穴１００を開閉することが可能な開閉弁であれば、自由に変更することができる。
【００６５】
また、前述の実施例では、リアトランスアクスル２８に本発明が適用されているが、本発明はフロントトランスアクスルにおいても適用することもできる。すなわち、電動機が収容されるモータ室とギヤが収容されるギヤ室とが隔壁を隔てて隣接される構造であれば、本発明を適用することができる。
【００６６】
また、前述の実施例では、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２によって油が掻き上げられているが、本発明は、ディファレンシャル機構４６のリングギヤ４２に限定されるものではなく、所定のギヤが下部に貯留されている油に浸漬される構造であれば本発明を適用することができる。
【００６７】
また、前述の実施例では、電動機の運転は低車速時としたが、これは低μ路での発進補助を目的とした使用例であって、電動機の運転を低速のみに限定するものではない。
【００６８】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
２２：電動機
２８、１５０：リアトランスアクスル（車両用動力伝達装置）
３０：トランスアクスルケース（ケース）
４２：リングギヤ（ギヤ）
８４：モータ室
９０：ギヤ室
９２：隔壁
９４：キャッチタンク
９９：冷却油路
１００：第１開口穴（開口穴）
１０１、１５２：冷却装置
１０２：第２開口穴（第２の開口穴）
１０４：開閉弁（流量切替機構）
１０６：バネ受け部材
１１０：ボール
１１２：スプリング
１１４：テーパ面
１５４：オリフィス（絞り、流量切替機構）
α：所定の温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に電動機を含んで構成される車両用動力伝達装置の冷却装置において、
該電動機を収容すると共に鉛直下部において油が貯留されるように形成されているモータ室と、
該モータ室に隔壁を隔てて隣接して形成され、車両走行時に回転するギヤを収容すると共に鉛直下部において該ギヤの一部が浸漬された状態で油が貯留されるように形成されているギヤ室と、
該ギヤが回転することで掻き上げられた該ギヤ室の油を前記電動機の前記モータ室へ導く冷却油路と、
前記隔壁の前記ギヤ室の予め設定されている油面の最低高さよりも鉛直下方に形成され、前記モータ室と前記ギヤ室とを連通する開口穴と、
該開口穴に設けられ、前記モータ室の油温が所定の温度に到達すると、該開口穴を流れる油の流量を予め設定されている所定の流量に切替える流量切替機構とを、
備えることを特徴とする車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項２】
前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であることを特徴とする請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項３】
前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであることを特徴とする請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項４】
前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項６】
前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項７】
前記開閉弁は、前記開口穴に形成されているテーパ面と、該テーパ面に押圧されることで該開口穴を塞ぐボールと、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧して該開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することで該ボールを遊動させて該開口穴を連通させる形状記憶合金から成るスプリングと、該開口穴に設けられ該スプリングが該ボールを押圧する際にその反力を受けるバネ受部材とを、含むことを特徴とする請求項２の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項１】
ケース内に電動機を含んで構成される車両用動力伝達装置の冷却装置において、
該電動機を収容すると共に鉛直下部において油が貯留されるように形成されているモータ室と、
該モータ室に隔壁を隔てて隣接して形成され、車両走行時に回転するギヤを収容すると共に鉛直下部において該ギヤの一部が浸漬された状態で油が貯留されるように形成されているギヤ室と、
該ギヤが回転することで掻き上げられた該ギヤ室の油を前記電動機の前記モータ室へ導く冷却油路と、
前記隔壁の前記ギヤ室の予め設定されている油面の最低高さよりも鉛直下方に形成され、前記モータ室と前記ギヤ室とを連通する開口穴と、
該開口穴に設けられ、前記モータ室の油温が所定の温度に到達すると、該開口穴を流れる油の流量を予め設定されている所定の流量に切替える流量切替機構とを、
備えることを特徴とする車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項２】
前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に開弁される開閉弁であることを特徴とする請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項３】
前記流量切替機構は、前記モータ室の油温が所定の温度に到達した際に、前記開口穴を流れる油を予め設定された所定流量に調整する絞りであることを特徴とする請求項１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項４】
前記隔壁には、前記電動機のロータ最下面よりも所定値だけ鉛直下方に形成されて前記モータ室と前記ギヤ室とを常時連通する第２の開口穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却油路には、前記ギヤによって掻き上げられた油を一時的に貯留するキャッチタンクが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項６】
前記電動機は、車両の車速が予め設定されている所定車速以下の範囲において駆動させられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【請求項７】
前記開閉弁は、前記開口穴に形成されているテーパ面と、該テーパ面に押圧されることで該開口穴を塞ぐボールと、油温が所定の温度に到達するまでは、ボールを前記テーパ面に押圧して該開口穴を塞ぎ、油温が所定の温度に到達すると、全長が短縮することで該ボールを遊動させて該開口穴を連通させる形状記憶合金から成るスプリングと、該開口穴に設けられ該スプリングが該ボールを押圧する際にその反力を受けるバネ受部材とを、含むことを特徴とする請求項２の車両用動力伝達装置の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５０５２４（Ｐ２０１１−２５０５２４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８８３６（Ｐ２０１０−１１８８３６）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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