(57)【要約】【課題】低温時に潤滑油の温度を迅速に上昇させて潤滑性を向上させる。【解決手段】ハウジング１０内にロータ１２及びステータ１３を収納するとともに、ハウジング１０内の下部に潤滑油を貯留するオイルパン１９を有し、油圧ポンプ６によりハウジング１０内に供給された潤滑油によって、ロータを冷却するフロントモータ２において、オイルパン１９内に空気袋３１を備え、エアコンプレッサ３２により空気袋３１に高圧空気を供給して膨らませてロータ１２に浸かるまで油面を上昇させ、ロータ１２の回転によってロータ１２とステータ１３との間に潤滑油を導いてロータ１２の回転による摩擦熱によって油温を上昇させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内にロータ及びステータを収納するとともに、前記ケーシング内の下部に潤滑油を貯留する貯留部を有し、
油圧ポンプにより前記貯留部から前記ケーシング内の摺動部へ潤滑油を供給して、当該潤滑油を循環させる電動機の潤滑装置であって、
前記貯留部に備えられた袋体と、
前記袋体に流体を供給して当該袋体を膨らませる流体供給部と、
を備えたことを特徴とする電動機の潤滑装置。
【請求項２】
前記貯留部を第１の空間と第２の空間に区画する仕切り部材を有し、
前記袋体は、前記第１の空間に配置されるとともに、
前記第２の空間から前記油圧ポンプへ前記潤滑油を排出する排出口を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機の潤滑装置。
【請求項３】
前記ロータの中心軸は、前記第２の空間の上方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機の潤滑装置。
【請求項４】
前記排出口と前記第２の空間とを連通させる連通路を備え、
前記連通路は、前記ロータの下方で前記第２の空間から前記ロータの下端部における接線方向に延び、前記第２の空間側の開口部が前記ロータの回転方向後方側に向かって開口することを特徴とする請求項３に記載の電動機の潤滑装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機における潤滑技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車等の車両に用いられる電気モータやジェネレータのような電動機において、当該電動機を冷却液によって冷却する冷却装置が開発されている。
例えば、特許文献１には、車両の走行駆動用のモータをハウジング内に収容し、当該ハウジング内にオイルを供給してモータを冷却させる装置が開示されている。特許文献１においては、ハウジングに設けられたオイルタンクにおいて、走行風によりオイルを冷却する構成となっている。
【０００３】
また、特許文献１のようにオイルを用いて冷却可能なモータ等の電動機において、潤滑油（オイル）を電動機内に供給することで、電動機の冷却性能を得られるだけでなく、電動機におけるベアリング等の摺動部に潤滑油を供給させて潤滑性能を向上させることができる。また、電動機と外部に設けた熱交換器との間でポンプによって潤滑油を循環させる構成にすれば、潤滑油の供給量を増加させ、冷却及び潤滑性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１７８８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように潤滑油を循環させる構造の冷却装置を備えた電動機において、潤滑油が低温となったときには、循環用のポンプによって潤滑油を十分に吐出できず、電動機の潤滑が困難となる虞がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、油温低下時に迅速に油温を上昇させて潤滑性能を向上させる電動機の潤滑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】
上記の目的を達成するため、本発明の電動機の潤滑装置は、ケーシング内にロータ及びステータを収納するとともに、前記ケーシング内の下部に潤滑油を貯留する貯留部を有し、油圧ポンプにより前記貯留部から前記ケーシング内の摺動部へ潤滑油を供給して、当該潤滑油を循環させる電動機の潤滑装置であって、前記貯留部に備えられた袋体と、前記袋体に流体を供給して当該袋体を膨らませる流体供給部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、好ましくは、前記貯留部を第１の空間と第２の空間に区画する仕切り部材を有し、前記袋体は、前記第１の空間に配置されるとともに、前記第２の空間から前記油圧ポンプへ前記潤滑油を排出する排出口を備えるとよい。
また、好ましくは、前記ロータの中心軸は、前記第２の空間の上方に配置されているとよい。
【０００８】
また、好ましくは、前記排出口と前記第２の空間とを連通させる連通路を備え、前記連通路は、前記ロータの下方で前記第２の空間から前記ロータの下端部における接線方向に延び、前記第２の空間側の開口部が前記ロータの回転方向後方側に向かって開口するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電動機の潤滑装置によれば、流体供給部により袋体に流体を供給して袋体を膨らませることで、貯留部内の潤滑油の油面を上昇させることができる。そして、潤滑油をロータに接触するまで上昇させることで、潤滑油とロータとの摩擦により潤滑油の温度を上昇させることができる。このように、ロータの回転を利用して簡単な構成で潤滑油の温度を上昇させることが可能となり、低温状態の潤滑油を容易に温度上昇させて油圧ポンプによる潤滑油の循環を早期に良好にして、当該潤滑油による潤滑性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電動機の潤滑装置の構成図である。
【図２】本実施形態におけるフロントモータの概略構造及び油面上昇装置の構成を示す図である。
【図３】空気袋収縮時におけるフロントモータ内の状態を示す縦断面図である。
【図４】空気袋膨張時におけるフロントモータ内の状態を示す縦断面図である。
【図５】オイルパン内の構造を示す横断面図である。
【図６】コントロールユニットにおける油面上昇装置の作動制御要領を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態における油温、圧力、エアコンプレッサの作動の推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した電動機の潤滑装置の一実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電動機の潤滑装置１の構成図である。図２は、本実施形態におけるフロントモータ２の概略構造及び油面上昇装置３０の構成を示す図である。なお、図２には、フロントモータ２の縦断面を示している。図３は、空気袋収縮時におけるフロントモータ２内の状態を示す縦断面図である。図４は、空気袋膨張時におけるフロントモータ２内の状態を示す縦断面図である。図５は、オイルパン内の構造を示す横断面図である。なお、図３、４において、２点鎖線がフロントモータ２内における潤滑油の主な流通経路を示している。
【００１２】
本実施形態の潤滑装置１は、フロントモータ２によって走行駆動可能であるとともに、図示しないエンジンによって走行駆動可能なハイブリッド車（以下、車両という）に採用されている。潤滑装置１は、潤滑油によって車両の電動機を潤滑するとともに、電動機を冷却する油冷の冷却装置を兼ねている。潤滑及び冷却対象である電動機は、車両の前輪を駆動するフロントモータ２、エンジンによって駆動されて発電をするジェネレータ４である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の潤滑装置１は、フロントモータ２及びジェネレータ４を並列に接続した潤滑油の循環路５を備えている。循環路５には、潤滑油の流通方向で順番に、電動の油圧ポンプ６、熱交換器７が設けられている。循環路５は、熱交換器７の下流で分岐して一方の分岐路５ａにはフロントモータ２が、他方の分岐路５ｂにはジェネレータ４が設けられている。
【００１４】
更に、フロントモータ２及びジェネレータ４の下流にはオイルタンク８が設けられ、オイルタンク８から油圧ポンプ６に戻るように循環路５が構成されている。
このような構成により、油圧ポンプ６を作動させることで循環路５内を潤滑油が循環し、熱交換器７によって冷却した潤滑油がフロントモータ２及びジェネレータ４に供給されて、フロントモータ２及びジェネレータ４を冷却する。フロントモータ２及びジェネレータ４を冷却した潤滑油は、オイルタンク８に集められ、油圧ポンプ６に供給される。
【００１５】
また、フロントモータ２、ジェネレータ４、及びオイルタンク８には、夫々潤滑油の温度を検出する温度センサ２１、２２、２３（油温検出器）が設けられている。
図２に示すように、フロントモータ２は、ハウジング１０（ケーシング）、モータシャフト１１、ロータ１２、ステータ１３を備えている。
ハウジング１０は、例えばアルミニウム合金によって、両端部を閉じた略円筒状に形成されている。
【００１６】
モータシャフト１１は、ハウジング１０の両端部に設けられたフロントベアリング１５（摺動部）及びリヤベアリング１６（摺動部）によって、ハウジング１０に回転可能に支持されている。モータシャフト１１の一端は、ハウジング１０の端部から突出して、フロントモータ２の出力軸として車両のドライブシャフト等の回転駆動対象物に連結される。
ロータ１２は、モータシャフト１１に固定された円柱状の磁石であり、ハウジング１０内に配置されている。
【００１７】
ステータ１３は、ハウジング１０内にロータ１２の周囲を囲むように配置され、ステータコアに複数のコイルを巻き回して構成されている。
ステータ１３のコイルに電流が供給されることによって、ステータ１３に磁界が発生し、この磁界内で磁石からなるロータ１２が電磁力を受けて回転駆動する。
また、モータシャフト１１の他端部には、モータシャフト１１の回転角を検出するレゾルバ１７が設けられている。
【００１８】
更に、フロントモータ２のハウジング１０の上部には、分岐路５ａを介して熱交換器７から潤滑油が供給される油供給口１８が設けられている。図２中の矢印に示すように、油供給口１８からハウジング１０内に供給された潤滑油は、ロータ１２、ステータ１３に接触しつつ下方へ移動して、ロータ１２やステータ１３を冷却し、あるいはフロントベアリング１５やリヤベアリング１６に供給されて潤滑を行う。そして、これらの潤滑油は、ハウジング１０内の下部のオイルパン１９（貯留部）内に落下する。
【００１９】
ハウジング１０の下部には、オイルパン１９内から潤滑油を排出するための油排出口２０（排出口）が設けられ、当該油排出口２０から分岐路５ａを介してオイルタンク８へ潤滑油が排出される。
更に、本実施形態のフロントモータ２には、油面上昇装置３０が備えられている。
油面上昇装置３０は、フロントモータ２に備えられた空気袋３１（袋体）と、エアコンプレッサ３２（流体供給部）と、を備えている。
【００２０】
空気袋３１は、フロントモータ２の下部のオイルパン１９内に設置されている。
エアコンプレッサ３２は、空気配管３３を介して空気袋３１と接続され、空気袋３１に圧縮空気（流体）を供給する機能を有する。また、エアコンプレッサ３２は、電磁制御方式の圧力弁３４を備えている。圧力弁３４は、常閉弁であり、開弁することで、空気配管３３を介して空気袋３１内の圧縮空気を大気に排出する機能を有する。
【００２１】
図３〜５に示すように、本実施形態では、オイルパン１９内の空間を２つに区画する仕切り部材４０を備えている。仕切り部材４０は、ロータ１２の下方に位置しモータシャフト１１と平行に延び、モータシャフト１１に対して垂直な方向である横方向にオフセットして配置されている。例えば図３に示すように、正回転でロータ１２が右回転するモータでは、仕切り部材４０はロータ１２の中心軸ＣＬよりも左側に配置されている。
【００２２】
空気袋３１は、仕切り部材４０によって区画されたオイルパン１９内の空間のうち、ロータ１２の下端部における接線方向のうち回転方向先方側となる左側の第１の空間４１に配置されている。一方、右側の第２の空間４２には、空気袋３１は設置されていない。
また、オイルパン１９内には、油排出口２０と第２の空間４２とを連通する排出管４３（連通路）が備えられており、第２の空間４２から潤滑油を排出するように構成されている。
【００２３】
排出管４３は、第２の空間４２側の開口部４４から、ロータ１２の下端部における接線方向のうち回転方向先方側、即ち図３中の左側に向かって延び、それから第１の空間４１内で直角に屈曲して油排出口２０に向かってロータ１２の軸線方向に延びる。
排出管４３の第２の空間４２側の開口部４４は、ロータ１２の下端部における接線方向のうち回転方向後方側、即ち図３中での右方向に向かって開口している。
【００２４】
ハウジング１０の下部には、オイルパン１９の第２の空間４２内に貯留している潤滑油の温度を検出する温度センサ２１が設けられている。空気袋３１には、当該空気袋３１内の圧力を検出する圧力センサ３５が設けられている。
また、車両には、油面上昇装置３０を作動制御するコントロールユニット３６（制御部）が備えられている。
【００２５】
図３に示すように、エアコンプレッサ３２の圧力弁３４を開放することで空気袋３１は収縮する。空気袋３１が収縮した際には、オイルパン１９内の潤滑油の油面が低下するが、このときの油面がロータ１２より下方になるように油量が設定されている。また、仕切り部材４０の高さは、空気袋３１が収縮した際の潤滑油の油面より低く設定されている。
また、図４に示すように、圧力弁３４を閉弁した状態でエアコンプレッサ３２を作動させて空気袋３１内に圧縮空気を供給すると、空気袋３１は第１の空間４１内で膨らむ。このとき、フロントモータ２内の油面がロータ１２の下端部よりも上方になるように、空気袋３１の容量が設定されている。
【００２６】
コントロールユニット３６は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。コントロールユニット３６は、温度センサ２１から油温Ｔを入力するとともに、圧力センサ３５から空気袋３１内の圧力Ｐを入力して、エアコンプレッサ３２の作動を制御する。
図６は、コントロールユニット３６における油面上昇装置３０の作動制御要領を示すフローチャートである。図７は、本実施形態における油温Ｔ、圧力Ｐ、エアコンプレッサ３２の作動の推移の一例を示すグラフである。
【００２７】
コントロールユニット３６は、車両電源オン時に図６に示す制御を実行する。なお、車両電源オフ時には、エアコンプレッサ３２は停止し、圧力弁３４は閉弁状態である。
図６に示すように、始めに、ステップＳ１０では、温度センサ２１によりオイルパン１９内の油温Ｔを検出し、油温Ｔが所定温度Ｔａ未満であるか否かを判別する。所定温度Ｔａは、オイルパン１９内の油温の目標温度であり、油圧ポンプ６による潤滑油の吐出が十分可能な粘度となる温度の下限値付近に適宜設定すればよい。油温Ｔが所定温度Ｔａ未満である場合には、ステップＳ２０に進む。油温Ｔが所定温度Ｔａ以上である場合には、ステップＳ５０に進む。
【００２８】
ステップＳ２０では、エアコンプレッサ３２を作動させ、空気袋３１に圧縮空気を供給する。これにより、空気袋３１内が加圧されて膨張する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、圧力センサ３５により空気袋内の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐが所定値Ｐａより大きいか否かを判別する。所定値Ｐａは、オイルパン１９内において空気袋３１が図４に示すように膨張する圧力に設定すればよい。圧力Ｐが所定値Ｐａより大きい場合には、ステップＳ４０に進む。圧力Ｐが所定値Ｐａ以下の場合には、ステップＳ２０に戻る。
【００２９】
ステップＳ４０では、エアコンプレッサ３２の作動を停止させる。そして、Ｓ５０に進む。
ステップＳ５０では、温度センサ２１によりオイルパン１９内の油温Ｔを検出し、油温Ｔが所定温度Ｔａ＋αより高いか否かを判別する。αは例えば２〜３度程度に設定すればよい。油温Ｔが所定温度Ｔａ＋αより高い場合には、ステップＳ６０に進む。油温Ｔが所定温度Ｔａ＋α以下の場合には、ステップＳ１０に戻る。
【００３０】
ステップＳ６０では、圧力弁３４を開放する。なお、圧力弁３４の開放時間は、空気袋３１内の圧力Ｐが実際に０付近に低下するまでとしてもよいし、圧力Ｐが０付近に低下するような時間に設定してもよい。そして、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、イグニッションオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）、即ち車両の電源オフであるか否かを判別する。イグニッションオフの場合には、本ルーチンを終了する。イグニッションオンの場合には、ステップＳ１０に戻る。
【００３１】
上記の制御によって、例えば図７に示すように、電源オン時に油温Ｔが所定温度Ｔａより低い場合には、エアコンプレッサ３２が作動する（図７中ａ）。このとき圧力弁３４は閉弁しているので、エアコンプレッサ３２の作動によって、圧力Ｐは上昇してゆき、圧力Ｐが所定値Ｐａに到達すると、エアコンプレッサ３２が停止する（図７中ｂ）。
このように、圧力弁３４を閉弁した状態で圧力Ｐが所定値Ｐａになるまでエアコンプレッサ３２を作動させると、図４に示すように、空気袋３１が膨らむので、ハウジング１０内の潤滑油の油面が上昇し、ロータ１２の下部が潤滑油に浸るようになる。このような状態で、ロータ１２が回転すると、ロータ１２によって潤滑油が掻き上げられてロータ１２とステータ１３の間に押し込まれ、ロータ１２の回転による摩擦熱によって潤滑油の温度が急速に上昇する（図７中ｂ→ｃ）。
油温Ｔが所定温度Ｔａ＋α以上となると、圧力弁３４が開弁する。したがって、図３に示すように空気袋３１が収縮し、油面がロータ１２に浸からない程度に低下する。油温Ｔが所定温度Ｔａ＋α以上となった場合には、潤滑油の粘度が低下して油圧ポンプ６による潤滑油の循環が良好に行われ、フロントモータ２の上部にある油供給口１８から供給された潤滑油がロータ１２やステータ１３に接触しながら下方に流れ、ロータ１２やステータ１３を十分に冷却することができるとともに、フロントベアリング１５やリヤベアリング１６に潤滑油を供給して十分に潤滑することができる。更に、油温Ｔが所定温度Ｔａ＋α以上になると、潤滑油の油面がロータ１２に接触しないので、ロータ１２の回転抵抗を抑え、ロータ１２の出力低下を抑制することができる。
【００３２】
そして、圧力Ｐが０になると、圧力弁３４が閉弁となる（図７中ｄ）。
以上のように、本実施形態では、オイルパン１９内に空気袋３１を設けており、空気袋３１に高圧空気を供給して膨らませることで、オイルパン１９内の潤滑油の油面を容易に上昇させることができる。そして、潤滑油をロータ１２に接触するまで上昇させることで、潤滑油とロータ１２との摩擦により潤滑油の温度を上昇させることができ、ロータ１２の回転を利用して簡単かつコンパクトな構成で潤滑油の温度を上昇させることができる。
【００３３】
したがって、例えばエンジン始動時のように潤滑油が低温状態になっていても、油圧ポンプ６による潤滑油の循環を早期に良好にして、当該潤滑油によるフロントモータ２における潤滑性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、フロントモータ２のオイルパン１９内に仕切り部材４０が設けられ、オイルパン１９内が第１の空間４１と第２の空間４２の２つの空間に区画されており、第１の空間４１に空気袋３１が配置されている。そして、空気袋３１が膨張したとしても仕切り部材４０によって第２の空間４２に空気袋３１が侵入することが抑制される。
【００３４】
仕切り部材４０は、ロータ１２の中心軸ＣＬが第２の空間４２の上方に位置するように配置されているので、ロータ１２から落下する潤滑油の多くは、第２の空間４２に落下する。また、油供給口１８から流入した潤滑油の多くは、右回転するロータ１２に接触してロータ１２の右側を通過して下方に落下する。したがって、ロータ１２から落下する潤滑油は、更に多く第２の空間４２に落下する。
【００３５】
これにより、油供給口１８から供給された潤滑油の多くは、ロータ１２へ落下しロータ１２の右側を通過して第２の空間４２、排出管４３を経由して油排出口２０から排出される。
そして、上記のように第１の空間４１に空気袋３１が配置されており、空気袋３１が膨張したとしても仕切り部材４０によって第２の空間４２に侵入することが抑制されるので、ロータ１２から落下して第２の空間４２を経由して油排出口２０から排出される潤滑油の流れを邪魔することがない。
【００３６】
したがって、ロータ１２に接触して摩擦等により昇温した潤滑油を優先的に排出させることができ、油圧ポンプ６に供給される潤滑油を迅速に昇温させることができる。
また、第２の空間４２から油排出口２０へ潤滑油を導く排出管４３は、第２の空間４２側の開口部４４が右側を向いて開口しており、ロータ１２の下端部における接線方向のうち回転方向先方側に向かって延びている。これにより、ロータ１２の回転とともにロータ１２の下方へ回転方向先方側に向かって落下する潤滑油が排出管４３にスムーズに流入して排出管４３を通過し、昇温した潤滑油を油排出口２０から迅速に排出させることができる。
【００３７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、空気袋３１の形状については、オイルパン１９の形状に合わせて適宜変更してもよい。また、仕切り部材４０の有無や位置、高さについても適宜設定してもよい。例えば、仕切り部材４０の高さを極力高くして、第１の空間４１の下部と第２の空間４２の下部とを小径の連通路で連通するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、フロントモータ２に本発明を適用しているが、ジェネレータ４に適用してもよい。ジェネレータ４に適用する場合には、例えば、油面上昇装置３０と同様に、ジェネレータ４のオイルパン内に空気袋３１を設けるとともに、図１に示すようにジェネレータ４のオイルパン内の油温を検出する油温センサ２２、ジェネレータ４のオイルパン内の空気袋の圧力を検出する圧力センサ３５を設け、コントロールユニット３６はこの油温や圧力に基づいて、油面上昇装置３０のエアコンプレッサ３２等の作動を制御すればよい。
【００３９】
また、図１に示すように、オイルタンク８に温度センサ２３を設け、この検出した温度が所定温度Ｔａ以下ならば、フロントモータ２及びジェネレータ４の両方の空気袋に高圧空気を導入して潤滑油の油面を上昇させるようにしてもよい。
また、油面上昇装置３０については、空気袋３１以外の構成でもよい。本発明は、ケース内に貯留した潤滑油によって潤滑を行う電動機に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    潤滑装置
２    フロントモータ（電動機）
４    ジェネレータ（電動機）
１０    ハウジング（ケーシング）
１２    ロータ
１３    ステータ
１９    オイルパン（貯留部）
３０    油面上昇装置
３１    空気袋（袋体）
３２    エアコンプレッサ（流体供給部）
４０    仕切り部材
４１    第１の空間
４２    第２の空間
４３    排出管（連通路）
４４    開口部
【図１】
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【図２】
2018152944.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018152944.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018152944.tif 000008
【図７】
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