特開 2024-62018 電動アクスルの冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024062018

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】電動アクスルの冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20240430BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20240430BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20240430BHJP

   H02K 11/33 20160101ALI20240430BHJP

   B60L 15/00 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

H02K7/14 B

H02K5/20

H02K11/33

B60L15/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169751

(22)【出願日】2022-10-24

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 英智

【テーマコード（参考）】

5H125

5H605

5H607

5H609

5H611

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125CD06

5H125FF01

5H125FF22

5H605AA01

5H605BB05

5H605CC01

5H605DD12

5H605DD13

5H607AA02

5H607AA12

5H607BB01

5H607DD03

5H607FF06

5H609PP01

5H609PP05

5H609QQ04

5H609RR35

5H609RR40

5H609RR53

5H609RR63

5H611AA09

5H611TT01

(57)【要約】

【課題】電動アクスル内を冷却するオイルを熱交換器により冷却する冷却装置において、オイルを電動アクスル内に循環させる電動ポンプを熱交換器と一体化することにより、構成部品点数を抑制して、構成を簡素化する。
【解決手段】電動アクスル内にオイルを循環させて、電動アクスルを冷却する電動ポンプ３０と、熱交換器を成すオイルクーラ４０と、を備える。電動ポンプ３０は、モータ３１と、内接ギアポンプ３２と、それらを収容するモータケース３３と、を備える。モータケース３３は、モータ３１の回転軸３１ａの一端側にオイルの吸込口３３ｂが形成され、他端側にオイルの吐出口３３ｃが形成されて、モータ３１内にオイルが通流されている。オイルクーラ４０は、モータケース３３を外側から被うクーラケース４２を備え、モータケース３３とクーラケース４２との隙間に冷却水が通流されている。モータケース３３は、外壁面上にフィン３３ａを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動アクスル内にオイル等の主熱媒体を循環させて、電動アクスルを冷却する電動ポンプと、
冷却水等の交換熱媒体により前記主熱媒体を冷却する熱交換器と、を備え、
前記電動ポンプは、
モータと、
該モータの回転軸と同心の回転軸により回転駆動されるポンプ機能部と、
前記モータ及び前記ポンプ機能部を収容するモータケースと、を備え、
該モータケースは、前記ポンプ機能部及び前記モータの回転軸の一端側に前記主熱媒体の吸込口が形成され、他端側に前記主熱媒体の吐出口が形成されて、前記モータ内に前記主熱媒体が通流されており、
前記熱交換器は、前記モータケースを外側から被う熱交換器ケースを備え、前記モータケースと前記熱交換器ケースとの隙間に前記交換熱媒体が通流されており、
前記モータケースの前記熱交換器ケースに被われる部分は、熱伝導体により構成され、且つ、外壁面上に該外壁面の表面積を拡大する凸部又は凹部を備える
電動アクスルの冷却装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記熱交換器ケースの内側で前記モータケースの外壁面上に、前記熱交換器ケース及び前記モータケースとは独立した閉空間を形成し、この閉空間内に前記電動ポンプのコントローラ用基板を収容している
電動アクスルの冷却装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記コントローラ用基板は、前記閉空間内で前記モータケースから離れた側の壁面に固定されている
電動アクスルの冷却装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれかにおいて、
前記交換熱媒体を通流させる交換熱媒体ポンプを前記熱交換器ケース内に備え、前記交換熱媒体ポンプは、前記モータの回転軸と同心の回転軸により回転駆動される
電動アクスルの冷却装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれかにおいて、
前記モータケースの前記凸部は、前記モータケースの外壁面上に前記熱交換器ケースの内壁面に向けて突出形成されたフィンである
電動アクスルの冷却装置。

【請求項6】

請求項５において、
前記モータケースは、前記モータの回転軸と同心の円筒形を成し、
前記フィンは、前記モータケースの円筒形の胴部の外周面上に、前記モータの回転軸と同心の螺旋状に形成されている
電動アクスルの冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、電動車の駆動源である電動アクスルの冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動アクスルの油冷式の冷却システムでは、電動ポンプからのオイルを、電動アクスルを構成するモータ及びトランスアクスルに供給して、発熱する各部に循環させている。オイルの循環経路中には熱交換器が設けられ、オイルを冷却している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０２０－５２５７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来の冷却システムでは、電動ポンプと熱交換器は個別に設けられている。その結果、構成部品点数が多くなり、電動アクスル周りの構成が複雑化する問題がある。

【0005】

本明細書が開示する技術の課題は、電動アクスル内を冷却する熱媒体を熱交換器により冷却する冷却装置において、熱媒体を電動アクスル内に循環させる電動ポンプを熱交換器と一体化することにより、冷却装置の構成部品点数を抑制して、電動アクスル周りの構成を簡素化することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本明細書に開示の電動アクスルの冷却装置は、次の手段をとる。

【0007】

第１の手段は、電動アクスル内にオイル等の主熱媒体を循環させて、電動アクスルを冷却する電動ポンプと、冷却水等の交換熱媒体により前記主熱媒体を冷却する熱交換器と、を備え、前記電動ポンプは、モータと、該モータの回転軸と同心の回転軸により回転駆動されるポンプ機能部と、前記モータ及び前記ポンプ機能部を収容するモータケースと、を備え、該モータケースは、前記ポンプ機能部及び前記モータの回転軸の一端側に前記主熱媒体の吸込口が形成され、他端側に前記主熱媒体の吐出口が形成されて、前記モータ内に前記主熱媒体が通流されており、前記熱交換器は、前記モータケースを外側から被う熱交換器ケースを備え、前記モータケースと前記熱交換器ケースとの隙間に前記交換熱媒体が通流されており、前記モータケースの前記熱交換器ケースに被われる部分は、熱伝導体により構成され、且つ、外壁面上に該外壁面の表面積を拡大する凸部又は凹部を備える。

【0008】

上記第１の手段によれば、電動アクスルを冷却することにより温度上昇した主熱媒体は、電動ポンプ内を通流する間にモータケースの外側を流れる交換熱媒体により冷却される。従って、熱交換器は電動ポンプと一体化され、熱交換器を別に設ける必要はなくなる。そのため、電動アクスルの冷却装置としての構成部品点数を抑制して、電動アクスル周りの構成を簡素化することができる。電動ポンプは、モータとポンプ機能部の各回転軸が同心とされている。そのため、モータ及びポンプ機能部を収容するモータケースの回転軸方向の大きさが大きくなり、モータケースの表面積が大きくなる。従って、熱交換器としての熱交換効率を高めることができる。また、モータケースの外壁面上には凸部又は凹部を備え、熱交換器としての熱交換効率を高めている。しかも、モータケースの外側は、熱交換器ケースにより被われているため、外壁面上に放熱性能重視の放熱構造を備えることができる。更に、モータケースの外側は、熱交換器ケースにより被われているため、熱交換器ケースに被われていない場合に比べてモータケースの強度を低下させることができ、軽量化を図ることができる。また、主熱媒体は電動ポンプのモータ内を通流するため、主熱媒体によりモータの冷却も行うことができる。

【0009】

第２の手段は、上述した第１の手段において、前記熱交換器ケースの内側で前記モータケースの外壁面上に、前記熱交換器ケース及び前記モータケースとは独立した閉空間を形成し、この閉空間内に前記電動ポンプのコントローラ用基板を収容している。

【0010】

上記第２の手段によれば、交換熱媒体によりコントローラ用基板を冷却することができる。しかも、コントローラ用基板は閉空間内に収容されているため、交換熱媒体に晒されることはなく、晒されることにより考慮すべき防水等の対策を不要とすることができる。

【0011】

第３の手段は、上述した第２の手段において、前記コントローラ用基板は、前記閉空間内で前記モータケースから離れた側の壁面に固定されている。

【0012】

上記第３の手段によれば、コントローラ用基板はモータケースから離れた側の壁面に固定されているため、比較的高温となる主熱媒体から加熱されることが抑制され、且つコントローラ用基板は交換熱媒体の近くに固定されるため、交換熱媒体により効率的に冷却される。

【0013】

第４の手段は、上述した第１～第３のいずれかの手段において、前記交換熱媒体を通流させる交換熱媒体ポンプを前記熱交換器ケース内に備え、前記交換熱媒体ポンプは、前記モータの回転軸と同心の回転軸により回転駆動される。

【0014】

上記第４の手段によれば、電動ポンプのモータにより交換熱媒体ポンプも回転駆動される。そのため、交換熱媒体ポンプの駆動源を別途設ける必要がなく、熱交換器のシステムの構成を簡素化することができる。

【0015】

第５の手段は、上述した第１～第３のいずれかの手段において、前記モータケースの前記凸部は、前記モータケースの外壁面上に前記熱交換器ケースの内壁面に向けて突出形成されたフィンである。

【0016】

上記第５の手段によれば、フィンによりモータケースの交換熱媒体に対する伝熱効率を高めることができる。

【0017】

第６の手段は、上述した第５の手段において、前記モータケースは、前記モータの回転軸と同心の円筒形を成し、前記フィンは、前記モータケースの円筒形の胴部の外周面上に、前記モータの回転軸と同心の螺旋状に形成されている。

【0018】

上記第６の手段によれば、交換熱媒体は、螺旋状に形成されたフィンに沿って流れるため、交換熱媒体がモータケースの外壁表面に触れる時間が長くなり、熱交換器としての熱交換効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態を適用した電動アクスルを示す説明図である。

【図2】第１実施形態を示す主要部の拡大断面説明図である。

【図3】第１実施形態における冷却水の流れを示す説明図である。

【図4】第２実施形態を示す主要部の拡大断面説明図である。

【図5】第３実施形態を示す主要部の拡大断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜第１実施形態を適用した電動アクスルの構成＞
図１は、第１実施形態を適用した電動アクスル１０の概要を示す。図１では、電動アクスル１０が車両に搭載された状態で、車両の進行方向がＸ１、Ｘ２の矢印で示すＸ軸方向であり、進行方向と直交する車両の幅方向がＹ１、Ｙ２の矢印で示すＹ軸方向である。これらの方向については、後述する他の図においても同様であり、車両の上下方向に関しては、図３にＺ１、Ｚ２の矢印で示すＺ軸方向である。

【0021】

電動アクスル１０は、公知のように、駆動モータ１１と、減速機であるトランスアクスル１２と、インバータ１３とを備えている。駆動モータ１１が発生する回転トルクは、インバータ１３により制御され、トランスアクスル１２により減速されて、車両の駆動軸５２を介して車輪５１に伝達される。

【0022】

電動アクスル１０内の駆動モータ１１及びトランスアクスル１２を冷却及び潤滑するため、主熱媒体であるオイルが駆動モータ１１の筐体１１ａ内、及びトランスアクスル１２の筐体１２ａ内の各部に矢印で示すように循環されている。オイルは、トランスアクスル１２の筐体１２ａの内側に設けられた電動ポンプユニット２０により循環されている。また、インバータ１３内を冷却するため、インバータ１３内には矢印で示すように冷却水が循環されている。

【0023】

電動ポンプユニット２０は、後述のように電動ポンプ３０と熱交換器としてのオイルクーラ４０が一体化されている。電動ポンプユニット２０のオイルクーラ４０にはインバータ１３内を冷却する冷却水が流れ、冷却水は電動ポンプ３０により循環されるオイルも冷却している。従って、冷却水は熱交換器の交換熱媒体とされている。冷却水は電動アクスル１０外に設けられたラジエータ４４に通流されてラジエータ４４にて放熱される。

【0024】

＜電動ポンプユニット２０の構成＞
図２は、上記電動ポンプユニット２０の詳細構造を拡大して示す。電動ポンプユニット２０は、電動ポンプ３０の外側を熱交換器としてのオイルクーラ４０のクーラケース（熱交換器ケースに相当）４２で被って構成されている。電動ポンプ３０は、モータ３１及び内接ギアポンプ３２を備える。オイルを電動ポンプ３０のモータケース３３内に汲み入れるポンプ機能部である内接ギアポンプ３２は、モータ３１の回転軸３１ａのＹ２側の端部に固定されている。モータケース３３及びクーラケース４２は、モータ３１の回転軸３１ａと同心の円筒形状を成している。ここでは、円筒形状は、その両端部が閉じられた形状とされている。モータケース３３は、アルミニウム、銅、鉄、それら金属の合金等の金属製であり、熱伝導体により構成されている。

【0025】

モータケース３３の外周には、電動ポンプ３０の吸込口３３ｂ及び吐出口３３ｃが形成されている。吸込口３３ｂは、モータケース３３のＹ２側に設けられ、Ｘ１方向に突出して形成されている。また、吐出口３３ｃは、モータケース３３のＹ１側に設けられ、Ｘ１方向に突出して形成されている。電動ポンプ３０が作動されると、矢印で示すように吸込口３３ｂからモータケース３３内にオイルが吸い込まれ、吐出口３３ｃから吐出される。

【0026】

モータケース３３のＹ１側には、モータケース３３内の空間及びクーラケース４２内の空間とは独立した閉空間３４がモータケース３３と一体に設けられている。閉空間３４内にはコントローラ用基板３１ｂが収容され、コントローラ用基板３１ｂは、モータケース３３から離れた側、つまりモータケース３３の反対側の壁面に固定されている。コントローラ用基板３１ｂは、モータ３１の回転を制御するための回路基板であり、配線３１ｃを介してモータ３１のステータコイル３１ｄ、電源回路（図示略）等に接続されている。配線３１ｃは、パイプ３４ａを通じて閉空間３４の外部に導出されている。

【0027】

クーラケース４２内で閉空間３４のＹ１側には、交換熱媒体ポンプを成す渦巻きポンプ４１が設けられている。渦巻きポンプ４１は、モータ３１の回転軸３１ａにより回転されるように結合されている。また、クーラケース４２のＹ１側端部には、交換熱媒体である冷却水の吸込口４２ａが設けられ、クーラケース４２のＹ２側端部には、冷却水の吐出口４２ｂが設けられている。従って、渦巻きポンプ４１が回転されると、矢印で示すように吸込口４２ａから冷却水が吸い込まれる。冷却水はモータケース３３とクーラケース４２の隙間を流れ、吐出口４２ｂから吐出される。

【0028】

モータケース３３の胴部の外周面上には、その外壁の表面積を拡大する凸部としてのフィン３３ａがクーラケース４２の内壁面に向けて突出形成されている。フィン３３ａは、モータケース３３と一体に形成され、モータケース３３の外壁上で回転軸３１ａと同心の螺旋状に形成されている。そのため、モータケース３３とクーラケース４２の隙間を流れる冷却水は、図２に方向記号で示すように螺旋状のフィン３３ａに案内されて螺旋を描いて流れる。図３は、モータケース３３の外壁上を冷却水が矢印で示すように螺旋を描いて流れる様子を示している。図３では矢印（冷却水）の先が途切れているように見えるが、モータケース３３のＺ２側で、矢印（冷却水）の先はＹ２側に隣接する矢印（冷却水）につながっている。

【0029】

＜第１実施形態の作用、効果＞
電動ポンプ３０の作動により吸込口３３ｂから吸い込まれ、吐出口３３ｃから吐出されるオイルは、電動アクスル１０の駆動モータ１１及びトランスアクスル１２を冷却及び潤滑する。同時に、モータ３１内の冷却も行う。電動ポンプ３０が作動されると、渦巻きポンプ４１によって吸込口４２ａから冷却水が吸い込まれ、吐出口４２ｂから吐出される。冷却水は、電動アクスル１０のインバータ１３を冷却する。同時に、冷却水がクーラケース４２とモータケース３３の隙間を通る間にモータケース３３を冷却し、モータケース３３内を流れているオイルを冷却する。従って、電動ポンプユニット２０は、熱交換器として機能している。インバータ１３の冷却、並びにモータケース３３内を流れるオイルの冷却で温度上昇した冷却水は、ラジエータ４４で放熱されて再び低温化される。

【0030】

第１実施形態によれば、電動ポンプユニット２０により熱交換器は電動ポンプ３０と一体化され、熱交換器を別に設ける必要はなくなる。そのため、電動アクスル１０の冷却装置としての構成部品点数を抑制して、電動アクスル１０周りの構成を簡素化することができる。電動ポンプ３０は、モータ３１と内接ギアポンプ３２の各回転軸が同じ回転軸３１ａにより構成されている。そのため、モータ３１及び内接ギアポンプ３２を収容するモータケース３３の回転軸３１ａ方向の大きさが大きくなり、モータケース３３の表面積が大きくなる。従って、熱交換器としての熱交換効率を高めることができる。また、モータケース３３の外壁面上には凸部としてのフィン３３ａを備え、熱交換器としての熱交換効率を高めている。しかも、モータケース３３の外側は、クーラケース４２により被われているため、外壁面上に放熱性能重視の放熱構造を備えることができる。更に、モータケース３３の外側は、クーラケース４２により被われているため、クーラケース４２に被われていない場合に比べてモータケース３３の強度を低下させることができ、軽量化を図ることができる。また、オイルは電動ポンプ３０のモータ３１内を通流するため、オイルによりモータ３１の冷却も行うことができる。

【0031】

吸込口４２ａから吸い込まれた冷却水は、閉空間３４の壁面に固定されたコントローラ用基板３１ｂも冷却する。従って、コントローラ用基板３１ｂの放熱のための構成を不要とすることができる。しかも、コントローラ用基板３１ｂは、電動ポンプ３０のモータケース３３から離れた側の壁面に固定されており、電動ポンプ３０内を流れる高温化したオイルの熱を受けて加熱されることを抑制することができる。また、コントローラ用基板３１ｂは、閉空間３４内に収容されているため、冷却水に晒されることはなく、防水処理を不要とすることができる。また、渦巻きポンプ４１は、電動ポンプ３０のモータ３１の回転軸３１ａにより回転駆動されており、渦巻きポンプ４１を回転駆動するための駆動手段を別途設ける必要がなく、熱交換器としてのシステム構成を簡素化することができる。

【0032】

モータケース３３にフィン３３ａが設けられ、しかもフィン３３ａは螺旋状に形成されている。そのため、モータケース３３とクーラケース４２との隙間を流れる冷却水は、螺旋状に形成されたフィン３３ａに沿って流れ、冷却水がモータケース３３の外壁表面に触れる時間が長くなり、モータケース３３内を流れるオイルを効率良く冷却することができる。即ち、熱交換器としての熱交換効率を高めることができる。

【0033】

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、第１実施形態における渦巻きポンプ４１を電動ポンプユニット２０内に置かず、電動ポンプユニット２０の外部に設けた点である。その他の構成は、第２実施形態においても第１実施形態と同一であり、再度の説明は省略する。

【0034】

第２実施形態において、渦巻きポンプ４１は、図１に示す冷却水の循環経路中のいずれかの位置に単独で設けられている。例えば、渦巻きポンプ４１は、インバータ１３内の冷却水の循環経路中に設けることができる。また、渦巻きポンプ４１は、電動アクスル１０の外でラジエータ４４につながる冷却水の循環経路中のいずれかの位置に単独で設けることができる。

【0035】

第２実施形態では、電動ポンプユニット２０に渦巻きポンプ４１を備えないため、電動ポンプユニット２０の構成を簡素化することができる。また、第１実施形態のように回転軸３１ａがコントローラ用基板３１ｂを貫通しないため、コントローラ用基板３１ｂの設計の自由度を高めることができる。

【0036】

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態を示す。第３実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、交換熱媒体として第１実施形態における冷却水に代えて空気を用いた点である。交換熱媒体として空気が用いられるため、好適には電動ポンプユニット２０は、第１実施形態のようにトランスアクスル１２の筐体１２ａ内ではなく、筐体１２ａの外に設けられる。一方、インバータ１３を冷却する冷却水の配管は、電動ポンプユニット２０を通らずに構成される。その他の構成は、第３実施形態においても第１実施形態と同一であり、再度の説明は省略する。

【0037】

第３実施形態では、第１実施形態における冷却水と同様に、空冷ファン４３の作動により空気がモータケース３３とクーラケース４２との隙間に通流され、その空気によりモータケース３３を介して電動ポンプ３０内のオイルが冷却される。第３実施形態では、インバータ１３を冷却する冷却水の配管は、電動ポンプユニット２０を通らないため、冷却水の配管経路を簡素化することができる。

【0038】

＜その他の実施形態＞
以上、本明細書に開示の技術を特定の実施形態について説明したが、その他各種の形態で実施可能なものである。例えば、上記各実施形態では、主熱媒体をオイルとし、交換熱媒体を水又は空気としたが、それら以外にも種々の熱媒体を用いることができる。上記各実施形態では、電動アクスル１０のインバータ１３の冷却は、交換熱媒体としての冷却水により行われるものとしたが、主熱媒体としてのオイルにより駆動モータ１１及びトランスアクスル１２とともに行われる構成としてもよい。上記各実施形態では、電動ポンプ３０のモータ３１の回転軸３１ａとポンプ機能部としての内接ギアポンプ３２の回転軸、並びに電動ポンプ３０のモータ３１の回転軸３１ａと渦巻きポンプ４１の回転軸を同一回転軸としたが、それぞれ別体の回転軸が同心上に結合されたものとしてもよい。上記各実施形態では、モータケース３３の外壁面上に凸部としてのフィン３３ａを設けたが、モータケース３３の外壁面上に壁面を凹まされた凹部を設けてもよい。上記各実施形態では、ポンプ機能部を成す内接ギアポンプ３２をモータケース３３の吸込口側に設けたが、モータケース３３の吐出口側に設けてもよい。上記第１及び第３実施形態では、交換熱媒体ポンプを成す渦巻きポンプ４１及び空冷ファン４３をクーラケース４２の吸込口４２ａ側に設けたが、クーラケース４２の吐出口４２ｂ側に設けてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１０ 電動アクスル
１１ 駆動モータ
１２ トランスアクスル
１１ａ、１２ａ 筐体
１３ インバータ
２０ 電動ポンプユニット
３０ 電動ポンプ
３１ モータ
３１ａ 回転軸
３１ｂ コントローラ用基板
３１ｃ 配線
３１ｄ ステータコイル
３２ 内接ギアポンプ（ポンプ機能部）
３３ モータケース
３３ａ フィン（凸部）
３３ｂ 吸込口
３３ｃ 吐出口
３４ 閉空間
３４ａ パイプ
４０ オイルクーラ（熱交換器）
４１ 渦巻きポンプ（交換熱媒体ポンプ）
４２ クーラケース（熱交換器ケース）
４２ａ 吸込口
４２ｂ 吐出口
４３ 空冷ファン（交換熱媒体ポンプ）
４４ ラジエータ
５１ 車輪
５２ 駆動軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】