(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】ケーシング１０内にロータ１２及びステータ１３を収納するとともに、ケーシング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によりケーシング１０内に供給された潤滑油によって、ケーシング１０内に配置されているモータシャフト１１の支持部を潤滑するフロントモータ２において、温度センサ２１により検出したオイルパン１９内の潤滑油の温度が所定値より低い場合に、エアコンプレッサ３２によりオイルパン１９内の空気袋３１に高圧空気を供給して膨らませてロータ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ケーシング内に供給された潤滑油によって、前記ケーシング内の摺動部を潤滑する電動機の潤滑装置であって、
前記貯留部に貯留している潤滑油の油面を上昇させる油面上昇装置と、
前記貯留部に貯留している潤滑油の温度を検出する油温検出器と、
前記油温検出器により検出した前記潤滑油の温度が所定値より低い場合に、前記貯留部に貯留している潤滑油の油面が少なくとも前記ロータの下端部より上方に位置するように前記油面上昇装置を作動制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動機の潤滑装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記潤滑油の温度が前記所定値より低い場合に、前記潤滑油の温度に基づいて前記油面の位置を変化させるように前記油面上昇装置を作動制御する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】
前記電動機は、車両の走行駆動用の電気モータであり、
前記制御部は、前記車両の加速度の増加に応じて前記油面を下降させるように前記油面上昇装置を作動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の潤滑装置。
【請求項４】
前記油面上昇装置は、
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、
を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項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、ハウジング（ケーシング）内に冷却液を供給してロータやステ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、冷却液の循環回路を備え、熱交換器を通過させて低温となった冷却液をモータに供給して、モータの冷却を行う。
【０００３】
また、特許文献１のように冷却液を用いて冷却可能な電動機において、潤滑油を冷却液として用いるものがある。潤滑油を用いることで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６８６１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、特許文献１のように冷却液を循環させる構造の冷却装置を備えた電動機において、冷却液として潤滑油を使用した場合、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を可能にす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ケーシング内に供給された潤滑油によって、前記ケーシング内の摺動部を潤滑する電動機の潤滑装置であって、前記貯留部に貯留している潤滑油の油面を上昇させる油面上昇装置と、前記貯留部に貯留している潤滑油の温度を検出する油温検出器と、前記油温検出器により検出した前記潤滑油の温度が所定値より低い場合に、前記貯留部に貯留している潤滑油の油面が少なくとも前記ロータの下端部より上方に位置するように前記油面上昇装置を作動制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、好ましくは、前記制御部は、前記潤滑油の温度が前記所定値より低い場合に、前記潤滑油の温度に基づいて前記油面の位置を変化させるように前記油面上昇装置を作動制御するとよい。
また、好ましくは、前記電動機は、車両の走行駆動用の電気モータであり、前記制御部は、前記車両の加速度の増加に応じて前記油面を下降させるように前記油面上昇装置を作動制御するとよい。
【０００８】
また、好ましくは、前記油面上昇装置は、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、を備えているとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電動機の潤滑装置によれば、油温が所定値より低い場合に貯留部に貯留している潤滑油の油面が少なくともロータの下端部より上方に位置するように油面上昇装置を作動制御するので、ロータの回転により潤滑油がロータとステータとの間に導かれ、潤滑油とロータ及びステータとの摩擦によって潤滑油の温度を上昇させることができる。これにより、油温低下時に迅速に温度を上昇させて、油圧ポンプによる潤滑油の供給を可能にすることができ、油温低下時における摺動部の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構造及び潤滑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】コントロールユニットにおける油面上昇装置の第１の実施形態の作動制御要領を示すフローチャートである。
【図６】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。
【図７】コントロールユニットにおける油面上昇装置の第２の実施形態の作動制御要領を示すフローチャートである。
【図８】アクセル開度の変化量に対する空気袋の圧力設定用のマップである。
【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の構造及び潤滑装置１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。
【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（電気モータ）、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】
ハウジング１０の下部には、オイルパン１９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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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５は、コントロールユニット３６における油面上昇装置３０の第１の実施形態の作動制御要領を示すフローチャートである。図６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。
【００２４】
コントロールユニット３６は、車両電源オン時に図３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５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。
【００２５】
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より高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より高い場合には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
上記の制御によって、例えば図６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６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６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６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が萎み、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。
【００２９】
そして、圧力Ｐが０になると、圧力弁３４が閉弁となる（図６中ｄ）。
なお、上記実施形態において更に、油温Ｔが所定温度Ｔａより低い場合に、温度Ｔに基づいて油面の位置を変化させるとよい。詳しくは、潤滑油の目標温度である所定温度Ｔａと実際の油温Ｔとの差が大きいほど所定値Ｐａを大きくして油面の高さを高くするとともに、所定温度Ｔａと実際の油温Ｔとの差が小さいほど所定値Ｐａを小さくして油面の高さをロータ１２の下部が浸る範囲内で低くなるように設定するとよい。このように制御すれば、油温Ｔが低いほど潤滑油の摩擦熱を増加させて迅速に油温を上昇させることができる一方、油温Ｔが所定温度Ｔａに近い場合には油温を上昇させつつもロータ１２の回転抵抗を減少させることができる。また、所定温度Ｔａと実際の油温Ｔとの差が小さいほど油面の高さをロータ１２の下部が浸る範囲内で低くなるように設定することで、油温Ｔが所定温度Ｔａを急激に超えることを抑制することができ、油温Ｔを所定温度Ｔａに容易に設定することができる。
【００３０】
図７は、コントロールユニット３６における油面上昇装置３０の第２の実施形態の作動制御要領を示すフローチャートである。図８は、アクセル開度の変化量に対する空気袋３１の圧力の設定用のマップである。
上記第１の実施形態では、油温Ｔに基づいて、空気袋３１の圧力Ｐを０付近と所定値Ｐａとの２段階に切換えるが、本発明の第２の実施形態では、更にアクセル開度の変化量に基づいて空気袋３１の圧力を設定する。
【００３１】
以下、図５に示す第１の実施形態のフローチャートと異なる箇所のみ説明する。
図７に示すように、ステップＳ１０において、油温Ｔが所定温度Ｔａ未満である場合には、ステップＳ１００に進む。
ステップＳ１００では、液面高さＦ／Ｂ制御を行う。
コントロールユニット３６は、車両のアクセル開度を入力し、図８に示すマップを用いて、アクセル開度の変化量から空気袋３１の圧力設定値Ｐtを求める。図８に示すように、アクセル開度の変化量が０以下、即ち加速なしでは、圧力設定値Ｐtを例えば所定値Ｐａのような高い値に設定する。そして、アクセル開度の変化量が＋側に増加するに伴って、即ち車両の加速度の増加に伴って、圧力設定値Ｐtを低い値に設定する。アクセル開度の変化量が最大、即ち最大に近い加速時には、圧力設定値Ｐtを０とする。
【００３２】
そして、コントロールユニット３６は、圧力センサ３５により検出した圧力Ｐがこの圧力設定値Ｐtに達するまで、エアコンプレッサ３２を作動させてからステップＳ５０に進む。
以上のように制御することで、第２の実施形態では、潤滑油の温度が所定温度Ｔａ未満では、油面上昇装置３０の制御により油面を上昇させる制御を行うものの、加速時には空気袋３１の圧力設定値Ｐtを低下させるので、定速走行時や減速走行時よりも油面を下降させることになる。このように、加速時に油面を下降させることで、潤滑油がロータ１２に浸かることによる回転抵抗を抑制し、出力低下を抑え、車両の加速性能を向上させることができる。加速しない状況では、第１の実施形態と同様に圧力設定値Ｐtを高く設定して油面を上昇させ、迅速に油温を上昇させることができる。
【００３３】
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、第１の実施形態における所定温度Ｔａより低い場合での温度Ｔに基づいて油面の位置を変化させる制御と、第２の実施形態の車両の加速度に基づいて油面の位置を変化させる制御と、の両方を組み合わせて行ってもよい。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４０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。
【００３４】
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より低ければ、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】
【００３５】
１    潤滑装置
２    フロントモータ（電気モータ、電動機）
４    ジェネレータ（電動機）
１０    ハウジング（ケーシング）
１５    フロントベアリング（摺動部）
１６    リヤベアリング（摺動部）
１２    ロータ
１３    ステータ
１９    オイルパン（貯留部）
２１    温度センサ（油温検出器）
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）
３６    コントロールユニット（制御部）
【図１】
2018152945.tif 000003
【図２】
2018152945.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018152945.tif 000009
【図８】
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