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JP7622677B2 - オイルクーラ - Google Patents

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Description

本発明は、オイルクーラに関する。
特許文献1には、トランスアクスルとオイルとを収容するケースに取り付けられた状態で、そのオイルを冷却水で冷却するオイルクーラが開示されている。このオイルクーラには、ケースに取り付けられる取付け面に、オイル導入口、オイル排出口、冷却水導入口、冷却水排出口が開口している。
特開2021-052521号公報
特許文献1に記載の構成では、ケースからオイルクーラに導入された冷却水が熱交換後にケースへと戻されるため、冷却水が流れる経路は、ケース、オイルクーラ、ケースの順となる。つまり、ケースは冷却水の入口と出口として、オイルクーラとは別の部材に接続する冷却水導入口(IN)と冷却水排出口(OUT)とを備える必要がある。この場合、開口の個数は、オイルクーラ側に4個、ケース側に6個、の合計10個となり、体格の大型化やコスト増加を招く虞がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、構造を簡素化でき、体格の大型化を抑制することができるオイルクーラを提供することを目的とする。
本発明は、トランスアクスルを収容するケースに取り付けられた状態で、前記トランスアクスルを潤滑するオイルを冷却水で冷却するオイルクーラであって、前記ケースに取り付けられる取付け面に開口するオイル導入口と、前記取付け面に開口するオイル排出口と、前記取付け面に開口する冷却水用の第1開口と、前記取付け面とは異なる部位に開口する冷却水用の第2開口と、を備え、前記オイル導入口と前記オイル排出口とを繋ぐ油路を流れる前記オイルと前記第1開口と前記第2開口とを繋ぐ水路を流れる前記冷却水との間で熱交換を行うことを特徴とする。
この構成によれば、ケースに取り付けられる面に開口する開口部の個数を3個にすることができるので、取付け面を小さくでき、体格の大型化を抑制することができる。また、オイルクーラがケースと一体化されたユニット構造では、第2開口が、ユニット構造での冷却水導入口または冷却水排出口として機能する。この場合、開口の個数は、オイルクーラ側に4個、ケース側に4個、の合計8個となり、体格を小型にでき、コスト削減を図れる。
また、前記ケースは、モータと、前記モータを制御する電力変換装置と、前記トランスアクスルとを収容し、前記オイル導入口は、前記ケースに設けられたオイル供給口に接続し、前記オイル排出口は、前記ケースに設けられたオイル戻り口に接続し、前記第1開口は、前記ケースに設けられた冷却水接続口に接続し、前記オイルは、前記ケースの内部空間のうち前記モータを収容するモータ室に供給され、前記モータを冷却し、前記冷却水は、前記電力変換装置に供給されて当該電力変換装置を冷却するものであってもよい。
この構成によれば、機電一体構造のケースにオイルクーラが取り付けられた状態で、電力変換装置の冷却水によってトランスアクスルおよびモータのオイルを冷却することができる。
また、前記第1開口は、前記ケースの内部に形成された水路を介して、前記電力変換装置を冷却する冷却流路と連通し、前記第2開口は、前記ケースとは別の部材に接続してもよい。
この構成によれば、ケースの内部に形成された水路を介して電力変換装置の冷却流路とオイルクーラの水路とを連通することができる。
本発明では、ケースに取り付けられる面に開口する開口部の個数を3個にすることができるので、取付け面を小さくでき、体格の大型化を抑制することができる。また、オイルクーラがケースと一体化されたユニット構造では、第2開口が、ユニット構造での冷却水導入口または冷却水排出口として機能する。この場合、開口の個数は、オイルクーラ側に4個、ケース側に4個、の合計8個となり、体格を小型にでき、コスト削減を図れる。
図1は、オイルクーラが機電一体構造のケースに取り付けられた状態を模式的に示す図である。 図2は、オイルクーラが機電一体構造のケースに取り付けられた状態を模式的に示す上面視図である。 図3は、実施形態におけるオイルクーラが機電一体構造のケースに取り付けられた状態を模式的に示す側面視図である。 図4は、オイルクーラの構造を示す図である。 図5は、オイルクーラの開口に対するオイルの流れと冷却液の流れとを示す図である。 図6は、オイルクーラが機電一体構造のケースに取り付けられた状態でのオイルの流れと冷却液の流れとを説明するための図である。 図7は、ケースの構造を説明するための図である。 図8は、比較例の構造を模式的に示す図である。 図9は、比較例の構造におけるオイルの流れと冷却液の流れとを示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるオイルクーラについて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図1は、オイルクーラが機電一体構造のケースに取り付けられた状態を模式的に示す図である。オイルクーラ1は、電動車両の駆動ユニット10に適用され、駆動ユニット10のオイルを冷却水によって冷却する。
駆動ユニット10は、図2および図3に示すように、モータ11と、トランスアクスル(T/A)12と、モータ11およびトランスアクスル12を収容するケース13と、パワーコントロールユニット(以下、PCUという)14とを備える。この駆動ユニット10は、モータ11およびトランスアクスル12を収容するケース13にPCU14が収容された機電一体構造のユニットである。なお、「X方向」は電動車両の前後方向の前方、「Y方向」は電動車両の車幅方向の右方、「Z方向」は電動車両の高さ方向の上方を表す。
モータ11は電動車両の動力源である。トランスアクスル12はギヤや回転軸を含む動力伝達機構であり、モータ11から出力された動力を車輪に伝達する。PCU14はモータ11を制御する電力変換装置であり、インバータやコンバータを含んで構成される。PCU14はモータ11と電気的に接続されており、バッテリの電力を変換してモータ11に供給する。このPCU14はモータ11の電力を制御する電力制御装置として機能する。そして、PCU14はケース13の内部に収容されている。
ケース13は、モータ11を収容するモータ室と、トランスアクスル12を収容するギヤ室と、PCU14を収容するPCU室とを有する。ケース13は、PCU室の上部を塞ぐように配置されたカバー部材15を含んで形成される。カバー部材15はボルト締結によりケース13のケース本体部に取り付けられている。なお、図2ではカバー部材15が省略されている。
このように、ケース13は、モータ11およびトランスアクスル12を収容するケース本体部(トランスアクスルケース)と、PCU14を収容するケース本体部(PCUケース)とが一体成形された機電一体構造のケースである。そのため、ケース13内に配置されたPCU14は、トランスアクスルケース内に収容されたPCU14と表現することができる。また、ケース13の壁部はPCUケースの壁部とトランスアクスルケースの壁部とが共通化された壁部となる。
そして、ケース13の内部では、モータ室とギヤ室とに共通のオイルが収容されている。ケース13はギヤ室とモータ室との間でオイルが流通可能に形成されている。そのため、モータ室内ではオイルがモータ11を冷却し、ギヤ室内ではオイルがトランスアクスル12を潤滑する。つまり、オイルクーラ1に導入されるオイルは、モータ11を冷却する冷却油であるとともに、トランスアクスル12を潤滑する潤滑油である。要するに、オイルは絶縁性を有するオイルである。
また、ケース13のPCU室内では、PCU14が冷却水によって冷却される。PCU14には冷却水が流通する冷却流路(水路)が設けられており、この冷却流路内を冷却水が流れることによりPCU14のパワーモジュールを冷却することができる。つまり、PCU14は水冷式であり、冷却水が循環する冷却回路に接続されている。この冷却回路は、ウォータポンプと、ラジエータと、オイルクーラ1と、PCU14とを含んで構成される。ラジエータは電動車両の前部に配置されるため、オイルクーラ1および駆動ユニット10は電動車両の前部に配置されている。冷却回路内では、ウォータポンプにより圧送された冷却水が循環する。PCU14を冷却した後の冷却水はラジエータに圧送されてラジエータで放熱する。そして、ラジエータで冷やされた冷却水がPCU14に供給されてPCU14を冷却する。この冷却水は例えばLLCである。
オイルクーラ1はケース13に取り付けられた状態で、モータ11およびトランスアクスル12のオイルをPCU14の冷却水で冷却する。オイルクーラ1は、内部をオイルが流れる油路2と、内部を冷却水が流れる水路3とを有する。オイルクーラ1では油路2を流通するオイルと水路3を流通する冷却水との間で熱交換を行う。
また、オイルクーラ1は、ケース13の壁部に取り付けられる取付け面4を備える。例えば、オイルクーラ1は、ケース13の前方壁部にボルト締結されるベースプレート部を備え、このベースプレート部のうち、ケース13の前方壁部の壁面13aに対向する面が取付け面4となる。取付け面4には、油路2の開口部と水路3の開口部とが開口している。
オイルクーラ1は、図4に示すように、オイル導入口5と、オイル排出口6と、冷却水導入口7と、冷却水排出口8とを備える。
オイル導入口5は、取付け面4に開口する開口部であり、オイルクーラ1内にオイルを導入する。このオイル導入口5はケース13側のオイル供給口23とX方向に対向する位置に配置される。Y方向において、オイル導入口5は冷却水導入口7とは異なる位置に配置される。Z方向において、オイル導入口5は冷却水導入口7と同じ位置に配置されていなくてもよい。
オイル排出口6は、取付け面4に開口する開口部であり、オイルクーラ1外にオイルを排出する。このオイル排出口6はケース13側のオイル戻り口24とX方向に対向する位置に配置される。Z方向において、オイル排出口6はオイル導入口5とは異なる位置に配置される。Y方向において、オイル排出口6はオイル導入口5と同じ位置に配置されていなくてもよい。
冷却水導入口7は、取付け面4に開口する開口部であり、オイルクーラ1内に冷却水を導入する。この冷却水導入口7は冷却水用の第1開口である。この冷却水導入口7はケース13側の冷却水供給口22とX方向に対向する位置に配置される。
冷却水排出口8は、取付け面4とは異なる部位に開口する開口部であり、オイルクーラ1外に冷却水を排出する。例えば、取付け面4とは反対側に冷却水排出口8が開口するように構成することができる。この冷却水排出口8は冷却水用の第2開口である。
オイルクーラ1の内部では、オイル導入口5とオイル排出口6とを繋ぐように油路2が形成されているとともに、冷却水導入口7と冷却水排出口8とを繋ぐように水路3が形成されている。油路2は、オイル導入口5とオイル排出口6とを連通し、その経路中に、オイルが水路3内の冷却水との間で熱交換を行う熱交換油路を含む。水路3は、冷却水導入口7と冷却水排出口8とを連通し、その経路中に、冷却水が油路2内のオイルとの間で熱交換を行う熱交換水路を含む。
オイルクーラ1とケース13との間でオイルのやり取りについて、オイルは、図5および図6に破線の矢印で示すように、ケース13からオイルクーラ1のオイル導入口5に導入されてオイルクーラ1の油路2を流通する。オイルクーラ1内の油路2を流通したオイルは、取付け面4に開口するオイル排出口6から排出されてケース13に戻される。なお、図6では、説明の便宜上、オイルクーラ1がハッチングされた簡略図で示されている。
オイルクーラ1とケース13との間での冷却水のやり取りについて、冷却水は、図5および図6に実線の矢印で示すように、ケース13からオイルクーラ1の冷却水導入口7に導入されてオイルクーラ1の水路3を流通する。オイルクーラ1内の水路3を流通した冷却水は、取付け面4とは反対側に開口する冷却水排出口8から排出される。冷却水排出口8は、ケース13とは別の部材に接続されている。
ケース13は、図7に示すように、オイルクーラ1が取り付けられる前方壁部の壁面13aに開口する開口部として、冷却水導入口21と、冷却水供給口22と、オイル供給口23と、オイル戻り口24とを備える。
冷却水導入口21は、壁面13aのうちオイルクーラ1が取り付けられない位置に開口する開口部であり、オイルクーラ1とは別の部材と接続する。冷却水導入口21は、冷却水が循環する冷却回路でケース13よりも上流側の部材と接続する。冷却水導入口21は、ラジエータで冷却された後の冷却水をケース13に導入する。
また、冷却水導入口21は、図2に示すように、ケース13の内部に形成された第1ケース水路25を介してPCU14に連通している。冷却水導入口21から第1ケース水路25に流入した冷却水がPCU14に供給される。PCU14の水路の上流側は、第1ケース水路25を介して冷却水導入口21と連通する。PCU14の水路の下流側は、ケース13の内部に形成された第2ケース水路26を介して冷却水供給口22と連通する。
さらに、Y方向およびZ方向において、PCU14が配置された位置と重なる位置に、第1ケース水路25と第2ケース水路26とが配置されている。そして、第1ケース水路25と第2ケース水路26とは、オイルクーラ1の取付け面4に対して垂直方向に延在している。取付け面4がY-Z平面に広がる平面である場合、第1ケース水路25および第2ケース水路26はX方向に沿って延在する。
例えば、冷却水導入口21はY方向およびZ方向においてPCU14と重なる位置に配置され、第1ケース水路25は冷却水導入口21とPCU14とを最短経路で繋がるように形成されている。また、冷却水供給口22はY方向およびZ方向においてPCU14と重なる位置に配置され、第2ケース水路26はPCU14と冷却水供給口22とを最短経路で繋がるように形成されている。このように、冷却水導入口21から導入された冷却水は、第1ケース水路25、PCU14、第2ケース水路26の順に流れる。
冷却水供給口22は、壁面13aのうちオイルクーラ1が取り付けられる位置に開口する開口部であり、オイルクーラ1の冷却水導入口7と接続する冷却水接続口である。冷却水供給口22と冷却水導入口7とが接続することにより、第2ケース水路26とオイルクーラ1の水路3とが連通する。冷却水供給口22と冷却水導入口7とは対向するように配置され、直接的に接続される。直接的に接続されるとは、ホース等の流路を形成する部材を介さずに接続されることを意味する。冷却水導入口7が冷却水供給口22と直接的に接続されることにより、オイルクーラ1とケース13との間を繋ぐホース類やオイルクーラ1とPCU14とを繋ぐホース類を削減でき、構造を簡素化できる。そのため、冷却水供給口22と冷却水導入口7とがシール材によってシールされた状態で接続されることは可能である。つまり、冷却水供給口22と冷却水導入口7とはシール材を介して接続することができる。これは、冷却水供給口22に限らず、オイル供給口23およびオイル戻り口24についても同様である。
オイル供給口23は、壁面13aのうちオイルクーラ1が取り付けられる位置に開口する開口部であり、オイルクーラ1のオイル導入口5と接続する。オイル供給口23とオイル導入口5とが接続することにより、ケース13の内部に形成された供給油路27とオイルクーラ1の油路2とが連通する。オイル供給口23とオイル導入口5とは対向するように配置され、直接的に接続される。
オイル戻り口24は、壁面13aのうちオイルクーラ1が取り付けられる位置に開口する開口部であり、オイルクーラ1のオイル排出口6と接続する。オイル戻り口24とオイル排出口6とが接続することにより、ケース13の内部に形成された戻り油路28とオイルクーラ1の油路2とが連通する。オイル戻り口24とオイル排出口6とは対向するように配置され、直接的に接続される。
図8および図9に示すように、比較例のオイルクーラ100では、ケース110に取り付けられる面に、冷却水導入口101、冷却水排出口102、オイル導入口103、オイル排出口104が開口する。ケース110は、冷却水導入口111と、冷却水供給口112と、冷却水戻り口113と、冷却水排出口114と、オイル供給口115と、オイル戻り口116とを備える。冷却水導入口111と冷却水排出口114とは、オイルクーラ100が取り付けられていない位置に開口する。冷却水供給口112と冷却水戻り口113とオイル供給口115とオイル戻り口116とは、オイルクーラ100が取り付けられる位置に開口する。そして、冷却水は、図9に実線の矢印で示すように、冷却水導入口111、ケース110、冷却水供給口112、冷却水導入口101、オイルクーラ100、冷却水排出口102、冷却水戻り口113、ケース110、冷却水排出口114の経路で流れる。比較例の構造では、開口の個数がオイルクーラ100の4個とケース110の6個との合計10個になる。このように、実施形態のオイルクーラ1は比較例の構造に比べて開口を2個削減できる。
また、比較例の構造ではケース110の前方壁部の壁面に、冷却水の流路を形成する水路パイプを導入側(IN)と排出側(OUT)との合計2本配置する必要がある。そのため、電動車両が小型化して駆動ユニットが小型化する際に各部品の搭載スペースも縮小するため、ケース110の壁部でオイルクーラ100と水路パイプが干渉する可能性が高い。特に、電動車両の前部にラジエータを配置した場合、水路もオイルクーラも電動車両の前部に配置されることが多くなるため、どのような電動車両であっても搭載上の課題となる。これに対して、実施形態のオイルクーラ1では、冷却水が流れる経路が、水路パイプ、ケース13、PCU14、ケース13、オイルクーラ1、水路パイプの順になるため、ケース13の壁部でオイルクーラ1と水路パイプとが干渉することを回避することができる。
以上説明した通り、実施形態によれば、開口の個数を、オイルクーラ1に4個、ケース13に4個、の合計8個にすることができる。これにより、体格の大型化を抑制することができ、コストを削減することができる。さらに、取付け面4に開口する開口部の個数を3個にすることができるので、取付け面4を小さくでき、体格の大型化を抑制することができる。
また、実施形態によれば、X方向の配置について、オイルクーラ1の直後にPCU14を配置する構造が可能であるため、オイルクーラ1とPCU14との間の水路を最短経路で結ぶことができる。これにより、体積を低減できるため、体格の小型化を図ることができる。
なお、オイルクーラ1を適用可能な電動車両は、電気自動車(BEV)、ハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、燃料電池車(FCEV)のいずれであってもよい。
また、冷却水が流れる方向とオイルが流れる方向とは、図5および図6に例示する方向に限定されない。例えば、オイルクーラ1の冷却水排出口8から冷却水を導入して、冷却水導入口7から冷却水を排出してもよい。この場合、冷却水は、ラジエータ、オイルクーラ1、ケース13、PCU14、ケース13の順に流通する。要するに、オイルクーラ1は、取付け面4に開口する冷却水用の第1開口と、取付け面4とは異なる部位に開口する冷却水用の第2開口とを有する構造であればよく、第1開口と第2開口とのうちどちらが入口であってもよい。同様に、オイルクーラ1のオイル排出口6からオイルを導入して、オイル導入口5からオイルを排出してもよい。
また、ケース13に形成された供給油路27と戻り油路28とは、その形状や接続先は特に限定されない。例えば、供給油路27は、ギヤ室に形成されたキャッチタンクと連通されている。ケース13のうちギヤ室内でギヤにより掻き上げられたオイルがキャッチタンクに溜まる。そのキャッチタンクに溜まったオイルが供給油路27に流入する。戻り油路28は、ケース13のうちモータ室内の冷却パイプに連通している。冷却パイプは、モータの上方からステータに向けてオイルを供給(噴射)する。冷却パイプからモータのステータ(例えばコイルエンド)に噴射されるオイルは、オイルクーラ1で冷却された後のオイルであるため、モータの冷却性が向上する。ケース13の供給油路27と戻り油路28とを流れるオイルはオイルポンプによって圧送されてもよい。キャッチタンクから供給油路27、オイルクーラ1の油路2、戻り油路28、冷却パイプまで、オイルがオイルポンプにより圧送されるように構成することが可能である。オイルポンプよりオイルを圧送する際、キャッチタンクではなく、ギヤ室内の下部に形成されたオイル貯留部に貯留するオイルをオイルポンプで吸入して供給油路に吐出するように構成することも可能である。
また、ケース13は、トランスアクスルケースとして機能する部位と、PCUケースとして機能する部位とが一体成形された構造に限定されない。つまり、ケース13のケース本体部は複数の部材を組み合わせた形成された構造であってよい。そのため、トランスアクスルケースとして機能するケース本体部についても、モータ室を形成する部材とギヤ室を形成する部材とが一体化された構造であってよい。要するに、冷却液が流通する水路とオイルが流通する油路とについて、ケース13の内部に形成された流路は複数の部材を介して連通するように形成されてよい。
また、オイルクーラ1がケース13のうち前方壁部に取り付けられた構造について説明したがこれに限定されない。オイルクーラ1はケース13の後方壁部に取り付けられてもよい。つまり、オイルクーラ1はケース13の冷却水導入口21と同じ壁部に取り付けられていなくてもよい。
また、ケース13の冷却水導入口21はケース13の前方壁部に設けられた構造に限定されない。例えば、ケース13の側方壁部あるはい後方壁部に冷却水導入口21が設けられた構造であってもよい。要するに、冷却水導入口21は必ずしもオイルクーラ1が取り付けられる壁部に設けられていなくてもよい。
また、ケース13が機電一体構造のケースである場合について説明したがこれに限定されない。ケース13はモータ11およびトランスアクスル12のうちの少なくとも一方を収容するケースであればよく、必ずしもPCU14を収容していなくてもよい。要するに、オイルクーラ1は機電一体構造の駆動ユニット10に限らずその他の駆動ユニットに適用可能である。そのため、冷却水はケース13内のオイルを冷却する冷却水であればよく、必ずしもPCU14を冷却するためのものでなくてもよい。
1 オイルクーラ
2 油路
3 水路
4 取付け面
5 オイル導入口
6 オイル排出口
7 冷却水導入口
8 冷却水排出口
11 モータ
12 トランスアクスル
13 ケース
14 パワーコントロールユニット(PCU)
21 冷却水導入口
22 冷却水供給口
23 オイル供給口
24 オイル戻り口

Claims (3)

  1. トランスアクスルを収容するケースに取り付けられた状態で、前記トランスアクスルを潤滑するオイルを冷却水で冷却するオイルクーラであって、
    前記ケースに取り付けられる取付け面に開口するオイル導入口と、
    前記取付け面に開口するオイル排出口と、
    前記取付け面に開口する冷却水用の第1開口と、
    前記取付け面とは異なる部位に開口する冷却水用の第2開口と、
    を備え、
    前記オイル導入口と前記オイル排出口とを繋ぐ油路を流れる前記オイルと前記第1開口と前記第2開口とを繋ぐ水路を流れる前記冷却水との間で熱交換を行い、
    前記ケースは、モータと、前記モータを制御する電力変換装置であるPCUと、前記トランスアクスルとを収容し、
    前記オイル導入口は、前記ケースに設けられたオイル供給口に接続し、
    前記オイル排出口は、前記ケースに設けられたオイル戻り口に接続し、
    前記オイルは、前記ケースの内部空間のうち前記モータを収容するモータ室に供給され、前記モータを冷却し、
    前記PCUには、前記冷却水が流通する冷却流路が設けられており、
    前記冷却流路は、前記ケースの内部に形成されたケース水路を介して前記第1開口と連通し、
    前記第1開口は、前記ケースに設けられた冷却水接続口に接続し、かつ前記冷却水接続口および前記ケース水路を介して前記冷却流路と連通し、
    前記冷却水は、前記PCUに供給されて当該PCUを冷却するものであり、
    前記第2開口は、前記取付け面とは反対側に開口し、かつ前記ケースとは別の部材に接続する
    ことを特徴とするオイルクーラ。
  2. 前記ケース水路は、前記PCUと前記第1開口とを最短経路で繋ぐように形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のオイルクーラ。
  3. 前記モータは、電動車両の動力源であり、
    前記ケース水路と前記第1開口とは、前記電動車両の車幅方向および前記電動車両の高さ方向において前記PCUが配置された位置と重なる位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項2に記載のオイルクーラ。
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