DE112020000309T5

DE112020000309T5 - Radantriebsvorrichtung und elektrisches fahrzeug, das damit ausgestattet ist

Info

Publication number: DE112020000309T5
Application number: DE112020000309.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Araki; Kinya Nakatsu; Takayoshi Nakamura; Akihiro Namba; Hiroyuki OOIWA; Hideki Miyazaki
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-09-30
Also published as: WO2020158312A1; US20220077731A1; JP2020121655A; US11949288B2; JP7181108B2; CN113316524A; CN113316524B

Abstract

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radantriebsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Temperaturanstieg in einem Elektromotor und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung zu unterdrücken und das Auftreten eines Ausfalls eines elektrischen Bauteils zu unterdrücken. Es werden bereitgestellt: ein Elektromotor mit einem Stator 60 und einem Rotor 40; ein Statorhalter 80, der den Stator 60 hält; eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die dem Elektromotor zugeführte Leistung umwandelt; und ein Rad, das den Elektromotor, den Statorhalter 80 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 an der inneren Umfangsseite aufnimmt. Der Statorhalter 80 enthält einen Strömungsweg 90, durch den ein Kühlmedium fließt. Der Strömungsweg 90 ist zwischen dem Stator 60 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radantriebsvorrichtung, bei der ein Elektromotor in einem Rad montiert ist, und ein Elektrofahrzeug, das damit ausgestattet ist.
Technischer Hintergrund
Es besteht eine Nachfrage für den Einbau von elektrischen Antriebssystemen von Hybridfahrzeugen oder einem Elektrofahrzeug in ein Rad, um den Fahrzeuginnenraum zu erweitern. Als Reaktion auf eine solche Nachfrage wurde eine Technik zur Montage eines Elektromotors und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung in einem Rad vorgeschlagen. Ein Beispiel für eine solche Technik ist PTL 1.
In PTL 1 enthält ein Elektromotor einen Stator und einen Rotor, die in einem Radabschnitt bereitgestellt sind. Eine Umrichtervorrichtung, die eine rotierende Maschine mit Strom versorgt, ist in dem Radabschnitt bereitgestellt. Der Stator und der Rotor bilden eine Ringform, und die Umrichtervorrichtung ist in einem innerhalb der Ringform gebildeten Raumabschnitt bereitgestellt. Die Umrichtervorrichtung ist mit einer wärmeabstrahlenden Platte versehen, so dass von der Umrichtervorrichtung erzeugte Wärme durch die wärmeabstrahlende Platte nach außen abgeleitet wird.
Zitierliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-213622 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem Fall, dass der Elektromotor und die Umrichtervorrichtung in dem Radabschnitt bereitgestellt sind, erzeugt nicht nur die Umrichtervorrichtung, sondern auch der Elektromotor Wärme, und daher ist es notwendig, zusätzlich zu der Umrichtervorrichtung auch den Elektromotor zu kühlen. Wenn der Elektromotor nicht ausreichend gekühlt wird, steigt eine Temperatur der Umrichtervorrichtung aufgrund der von dem Elektromotor erzeugten Wärme an, was die Lebensdauer eines elektrischen Bauteils verkürzen oder einen Ausfall verursachen kann. Bei der in PTL 1 beschriebenen Technik wird die Umrichtervorrichtung durch ein Luftkühlsystem unter Verwendung der wärmeabstrahlenden Platte gekühlt, aber die Kühlleistung für die erzeugte Wärmemenge einschließlich der Kühlung des Elektromotors ist unzureichend, was die Lebensdauer des elektrischen Bauteils verkürzen und einen Ausfall verursachen kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radantriebsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Temperaturanstieg in einem Elektromotor und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung zu unterdrücken und das Auftreten eines Ausfalls eines elektrischen Bauteils zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Radantriebsvorrichtung bereit, die umfasst: einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor; einen Statorhalter, der den Stator hält; eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dem Elektromotor zugeführte Leistung umwandelt; und ein Rad, das den Elektromotor, den Statorhalter und die Leistungsumwandlungsvorrichtung an einer inneren Umfangsseite aufnimmt, wobei der Statorhalter einen von einem Kühlmedium durchströmten Strömungsweg umfasst und der Strömungsweg zwischen dem Stator und der Leistungsumwandlungsvorrichtung angeordnet ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Radantriebsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, den Temperaturanstieg in dem Elektromotor und in der Leistungsumwandlungsvorrichtung zu unterdrücken und das Auftreten des Ausfalls eines elektrischen Bauteils zu unterdrücken.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] 2 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[3] 3 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[4] 4 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[5] 5 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[6] 6 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Elektrofahrzeugs zeigt, das mit einer Radantriebsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Indes ist die vorliegende Erfindung nicht so aufzufassen, dass sie auf die Ausführungsformen beschränkt ist, und eine technische Idee der vorliegenden Erfindung kann durch die Kombination von anderen bekannten Bestandteilen umgesetzt werden. Im Übrigen werden die gleichen Elemente in den jeweiligen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die redundante Beschreibung derselben wird weggelassen. In jeder Ausführungsform bedeutet eine axiale Richtung die gleiche Richtung wie die einer Drehwelle 30, und eine radiale Richtung bedeutet eine Richtung orthogonal zu der Drehwelle 30.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 umfasst ein Elektromotor: die Drehwelle 30; einen Rotor 40, der an der Drehwelle 30 befestigt ist; ein Lager 50, das beide Enden der Drehwelle 30 drehbar lagert; einen Stator 60, der an der äußeren Umfangsseite des Rotors 40 angeordnet ist; eine Spule 70, die an eine Nut des Stators 60 gewickelt ist; und einen Statorhalter 80, der den Stator 60 hält und eine äußere Hülle des Elektromotors ausbildet, und auf der inneren Umfangsseite (innen in der radialen Richtung) eines Rades 20 angeordnet ist. Mit diesen Konfigurationen ist eine Radantriebsvorrichtung 200 konfiguriert.
An der radialen Außenseite (Außenumfangsseite) des Rades 20 ist ein Reifen 10 befestigt. Das Rad 20 ist an einer Seitenfläche in Drehachsenrichtung der Drehwelle 30 durch einen Bolzen, eine Mutter o. ä. befestigt.
Die Drehwelle 30 ist durch das Lager 50 gelagert und dreht sich in Umfangsrichtung. Der Rotor 40, der aus einem magnetischen Material, wie z. B. einem elektromagnetischen Stahlblech besteht und in radialer Richtung an der Drehwelle 30 angebracht ist, und der Stator 60 sind konzentrisch angeordnet.
Der Stator 60 wird durch den Statorhalter 80 gehalten. Die Spule 70 wird durch Wickeln eines elektrischen Leiters, z. B. eines Kupferdrahtes, um einen Zahnabschnitt des Stators 60 herum ausgebildet.
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist an dem Statorhalter 80 angebracht, und ein Ausgangsanschluss der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist mit einem Anschluss der Spule 70 verbunden.
Ein Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist mit einer Batterie (nicht dargestellt) verbunden, und die Batterie liefert die elektrische Energie, die zum Antrieb des Elektromotors erforderlich ist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wandelt von der Batterie gelieferte Energie von Gleichstrom in Wechselstrom um und liefert die umgewandelte Energie an den Elektromotor. Im Elektromotor wird der durch die Spule 70 fließende Strom durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht abgebildet) gesteuert, und der Stator 60 erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, um in dem Rotor 40 ein Drehmoment zu erzeugen.
Der Statorhalter 80 ist über einen Achsschenkel o. ä. (nicht dargestellt) an einem Fahrzeug befestigt. Der Statorhalter 80 besteht aus Metall, wie z. B. Aluminium mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, und zwischen dem Stator 60 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist ein zylindrischer Strömungsweg 90 bereitgestellt.
Der Strömungsweg 90 ist mit einem Kühlmedium wie Wasser (Kühlmittel) oder Öl gefüllt, und das Kühlmedium wird von einer Pumpe (nicht abgebildet) umgewälzt. Um eine Temperatur des Kühlmediums niedriger zu halten als die des Stators 60 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wird das Kühlmedium durch einen Kühler (nicht abgebildet) oder Ähnliches gekühlt.
In der ersten Ausführungsform ist der Strömungsweg, durch den das Kühlmedium fließt, zwischen dem Stator 60 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bereitgestellt. Gemäß der ersten Ausführungsform wird die von dem Stator 60 und der Spule 70 erzeugte Wärme durch das durch den Strömungsweg 90 fließende Kühlmedium gekühlt, bevor sie über den Statorhalter 80 an die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 übertragen wird, und somit ist es möglich, den Elektromotor zu kühlen und einen Temperaturanstieg in der Leistungsumwandlungsvorrichtung zu unterdrücken.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Konfigurationen wie in der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. In der Radantriebsvorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform ist ein Strömungsweg 90a an einer Umfangsfläche eines Statorhalters 80a ausgebildet. Am Außenumfang des Statorhalters 80a ist ein konkaver Abschnitt 81 ausgebildet, der in Umfangsrichtung im Wesentlichen rund ist und von einer Außenumfangsfläche zur radialen Innenseite hin vertieft ist, und an der radialen Außenseite (Außenumfangsseite) des konkaven Abschnitts 81 ist eine Leistungswandlungsvorrichtung 100a angeordnet. Der Außenumfang der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a ist mit einem Gehäuse abgedeckt. Das Gehäuse, das die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a abdeckt, weist in axialer Richtung betrachtet eine Ringform auf, und die innere Umfangsseite (radial innere Seite) des ringförmigen Gehäuses ist so angeordnet, dass sie eine Öffnung des konkaven Abschnitts 81 verschließt und dadurch den Strömungsweg 90a ausbildet. Das heißt, der Strömungsweg 90a wird durch den konkaven Abschnitt 81 des Statorhalters 80a und das Gehäuse der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a ausgebildet. Dann ist der Strömungsweg 90a so angeordnet, dass eine Kühlfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a in direktem Kontakt mit einem Kühlmedium steht. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a ist nicht über die gesamte Innenseite des Gehäuses angeordnet, sondern ist in ein oder mehrere Teile unterteilt und geeignet in dem Gehäuse angeordnet. Ein Ende, an dem der Statorhalter 80a und das Gehäuse der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a miteinander in Kontakt kommen, ist mit einem Dichtungsmaterial wie z. B. einem O-Ring abgedichtet, so dass das Kühlmedium nicht ausläuft.
Gemäß der zweiten Ausführungsform steht die Kühlfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium, und es ist möglich, eine höhere Kühlwirkung in Bezug auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100a zu erzielen.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Konfigurationen wie in der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. In der Radantriebsvorrichtung 200 der dritten Ausführungsform weist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b eine Vielzahl von Kühlflächen auf, und die zwei oder mehr Kühlflächen stehen in direktem Kontakt mit einem Kühlmedium.
Ein Statorhalter 80b ist mit einem konkaven Abschnitt 82 ausgebildet, der von einem axialen Ende 85 des Statorhalters 80b zur axial inneren Seite hin ausgespart ist. Der konkave Abschnitt 82 ist ringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Die mit einem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b ist in den konkaven Abschnitt 82 eingesetzt. Die axiale Länge (Tiefe) des konkaven Abschnitts 82 ist länger (tiefer) als die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b ausgebildet.
Ein Deckelelement 101, das größer ist als eine Öffnungsfläche des konkaven Abschnitts 82 am axialen Ende 85 des Statorhalters 80b, ist an der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b angebracht. Das Deckelelement 101 ist ringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b in den konkaven Abschnitt 82 eingesetzt wird, kommt das Deckelelement 101, das eine Anschlussfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b ist, in Kontakt mit dem axialen Ende 85 des Statorhalters 80b, um eine Öffnung des konkaven Abschnitts 82 zu schließen. Ein Ende, an dem der Statorhalter 80b und das Deckelelement 101 miteinander in Kontakt kommen, ist durch ein Dichtungsmaterial wie einen O-Ring abgedichtet, so dass das Kühlmedium nicht ausläuft. Ein Strömungsweg 90b wird durch den konkaven Abschnitt 82 des Statorhalters 80b und das Deckelelement 101 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b ist in den Strömungsweg 90b eingetaucht, und die Umfänge der Kühlflächen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b sind durch den Strömungsweg 90b abgedeckt.
Die mit dem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b ist in ein oder mehrere Teile geteilt und in dem konkaven Abschnitt 82 untergebracht. Die mit dem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b weist eine Vielzahl von Kühlflächen auf. Wenn das Gehäuse z. B. in einer quadratischen Zylinderform ausgebildet ist, dienen insgesamt fünf Flächen, darunter vier Flächen in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als Kühlflächen, die in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommen. Im Fall einer zylindrischen Form dienen insgesamt zwei Flächen, davon eine Fläche in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als Kühlflächen, die mit dem Kühlmedium direkt in Kontakt kommen. Daher sind mindestens zwei oder mehr Kühlflächen in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b.
Gemäß der dritten Ausführungsform verringern sich Kontaktflächen zwischen dem Statorhalter 80b und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b, und somit ist es möglich, die über den Statorhalter 80b auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b übertragene Wärme weiter zu reduzieren. Außerdem vergrößern sich die Kontaktflächen zwischen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b und dem Kühlmedium, so dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100b eine höhere Kühlwirkung erzielen kann.
Vierte Ausführungsform
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der ersten bis dritten Ausführungsform wurde als Beispiel zwar ein Typ mit Innenrotor angegeben, aber in der vierten Ausführungsform ist ein Typ mit Außenrotor als Beispiel angegeben. In der vierten Ausführungsform ist ein an einem Statorhalter 80c angeordneter Stator 60c so angeordnet, dass er in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche des Statorhalters 80c auf der radial äußeren Seite kommt. Ein Rotor 40c ist innerhalb eines Rades 20c befestigt und liegt dem Stator 60c gegenüber. Eine drehbare Welle 30c ist an dem Rad 20c befestigt und wird über das Lager 50 von dem Statorhalter 80c gehalten.
Der Statorhalter 80c ist mit einem konkaven Abschnitt 83 ausgebildet, der von einem axialen Ende 86 des Statorhalters 80c aus zu der axial inneren Seite hin ausgespart ist. Der konkave Abschnitt 83 ist kreisringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Der konkave Abschnitt 83 ist an der inneren Umfangsseite (radial innere Seite) des Stators 60c bereitgestellt. Die mit einem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c ist in den konkaven Abschnitt 83 eingesetzt. Die axiale Länge (Tiefe) des konkaven Abschnitts 83 ist länger (tiefer) als die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c ausgebildet.
Ein Deckelelement 102, das größer ist als eine Öffnungsfläche des konkaven Abschnitts 83 an dem axialen Ende 86 des Statorhalters 80c, ist an der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c angebracht. Das Deckelelement 102 ist kreisringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c in den konkaven Abschnitt 83 eingesetzt ist, kommt das Deckelelement 102, das eine Anschlussfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c ist, in Kontakt mit dem axialen Ende 86 des Statorhalters 80c, um eine Öffnung des konkaven Abschnitts 83 zu schließen. Ein Ende, an dem der Statorhalter 80c und das Deckelelement 102 miteinander in Kontakt kommen, ist durch ein Dichtungsmaterial wie einen O-Ring abgedichtet, so dass das Kühlmedium nicht ausläuft. Ein Strömungsweg 90c wird durch den konkaven Abschnitt 83 des Statorhalters 80c und das Deckelelement 102 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c ist in den Strömungsweg 90c eingetaucht, und die Umfänge der Kühlflächen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c sind durch den Strömungsweg 90c abgedeckt.
Die durch das Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c ist in ein oder mehrere Teile unterteilt und in dem konkaven Abschnitt 83 untergebracht. Die durch das Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c weist eine Vielzahl von Kühlflächen auf. Wenn das Gehäuse beispielsweise in einer quadratischen Zylinderform ausgebildet ist, dienen insgesamt fünf Flächen, darunter vier Flächen in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als Kühlflächen, die in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommen. Im Fall einer zylindrischen Form dienen insgesamt zwei Flächen, davon eine Fläche in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als Kühlflächen, die mit dem Kühlmedium direkt in Kontakt kommen. Daher stehen mindestens zwei oder mehr Kühlflächen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium.
In der vierten Ausführungsform ist der Strömungsweg 90c, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c untergebracht ist, auf der inneren Umfangsseite (radial inneren Seite) des Stators 60c angeordnet, und somit ist eine Strömungsweglänge kürzer als die eines Strömungswegs, der auf der radial äußeren Seite (äußeren Umfangsseite) des Stators angeordnet ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird eine Umfangslänge des um die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100c herum konfigurierten Strömungswegs 90c verkürzt, und die Gesamtlänge des Strömungswegs wird verkürzt, so dass die Menge des Kühlmediums reduziert werden kann.
Es ist zu beachten, dass eine Rotorhalterung, die den Rotor 40c abdeckt, um das Eindringen von Wasser oder Staub zu verhindern, an der inneren Umfangsseite des Rotors 40c bereitgestellt sein kann, und dass der Rotor 40c über die Rotorhalterung von der Drehwelle 30c oder dem Rad 20c gehalten werden kann.
Fünfte Ausführungsform
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das eine Skizze einer Radantriebsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Ansicht auf der linken Seite von 5 ist eine Ansicht eines Elektromotors und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Betrachtung in axialer Richtung. In der fünften Ausführungsform ist ein Typ mit Außenrotor als Beispiel ähnlich wie die vierte Ausführungsform angegeben. In der fünften Ausführungsform ist ein an einem Statorhalter 80d angeordneter Stator 60d so angeordnet, dass er mit einer äußeren Umfangsfläche des Statorhalters 80d an der radial äußeren Seite in Kontakt kommt. Ein Rotor 40d ist an der inneren Umfangsseite eines Rades 20d befestigt, und der Stator 60d und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d sind an der inneren Umfangsseite des Rotors 40d angeordnet. Der an der inneren Umfangsseite des Rads 20d befestigte Rotor 40d und der an dem Statorhalter 80d befestigte Stator 60d liegen einander mit einem Spalt dazwischen gegenüber. Eine Drehwelle 30d ist an dem Rad 20d befestigt und wird über das Lager 50 von dem Statorhalter 80d gehalten.
Der Statorhalter 80d ist mit einem konkaven Abschnitt 84 ausgebildet, der von einem axialen Ende 87 des Statorhalters 80d aus zu der axial inneren Seite hin ausgespart ist. Der konkave Abschnitt 84 ist kreisringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Der konkave Abschnitt 84 ist an der inneren Umfangsseite (radial innere Seite) des Stators 60d bereitgestellt. Die mit einem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d ist in den konkaven Abschnitt 84 eingesetzt. Die axiale Länge (Tiefe) des konkaven Abschnitts 84 ist länger (tiefer) ausgebildet als die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d.
Ein Deckelelement 103, das größer ist als eine Öffnungsfläche des konkaven Abschnitts 84 an dem axialen Ende 87 des Statorhalters 80d, ist an der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d angebracht. Das Deckelelement 103 ist kreisringförmig mit der Drehwelle 30 als Zentrum ausgebildet. Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d in den konkaven Abschnitt 84 eingesetzt ist, kommt das Deckelelement 103, das eine Anschlussfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d ist, in Kontakt mit dem axialen Ende 87 des Statorhalters 80d, um eine Öffnung des konkaven Abschnitts 84 zu schließen. Ein Ende, an dem der Statorhalter 80d und das Deckelelement 103 miteinander in Kontakt kommen, ist durch ein Dichtungsmaterial wie einen O-Ring abgedichtet, so dass das Kühlmedium nicht ausläuft. Ein erster Strömungsweg 91d wird durch den konkaven Abschnitt 84 des Statorhalters 80d und das Deckelelement 103 ausgebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d ist in den ersten Strömungsweg 91d eingetaucht, und die Umfänge der Kühlflächen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d werden durch den ersten Strömungsweg 91d abgedeckt.
Die mit dem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d ist in ein oder mehrere Teile unterteilt und in dem konkaven Abschnitt 84 untergebracht. Die mit dem Gehäuse abgedeckte Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d weist die Vielzahl von Kühlflächen auf. Wenn das Gehäuse z. B. in einer quadratischen Zylinderform ausgebildet ist, dienen insgesamt fünf Flächen, darunter vier Flächen in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als die Kühlflächen, die in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommen. Im Fall einer zylindrischen Form dienen insgesamt zwei Flächen, davon eine Fläche in Umfangsrichtung und eine Fläche in axialer Richtung, als die Kühlflächen, die mit dem Kühlmedium in direkten Kontakt kommen. Daher stehen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d mindestens zwei oder mehr Kühlflächen in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium.
Darüber hinaus ist in der fünften Ausführungsform zusätzlich zu dem ersten Strömungsweg 91d, der um die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d herum ausgebildet ist, auch ein zweiter Strömungsweg 92d um eine Spule 70c herum bereitgestellt.
Das in dem ersten Strömungsweg 91d und in dem zweiten Strömungsweg 92d strömende Kühlmedium wird von einer Pumpe (nicht abgebildet) zunächst dem ersten Strömungsweg 91d zugeführt und fließt dann zu dem zweiten Strömungsweg 92d ab.
Der erste Strömungsweg 91d kühlt alle an dem Statorhalter 80d angebrachten Leistungsumwandlungsvorrichtungen 100d und ist daher in einer zylindrischen Form ausgebildet, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 100d konzentrisch um die Drehwelle 30d des Rotors 40d herum angeordnet sind.
Der zweite Strömungsweg 92d ist mit einem Anschlussabschnitt des ersten Strömungsweges 91d verbunden und zylindrisch ausgebildet, um den Stator 60d und die Spule 70d zu kühlen. Das Kühlmedium strömt in Umfangsrichtung, fließt aber zwischen Windungen der Spule 70d oder in einem Relaisströmungsweg 93d zwischen einem innenumfangsseitigen und einem außenumfangsseitigen Strömungsweg.
Gemäß der fünften Ausführungsform fließt das Kühlmedium, das eine niedrigere Temperatur als der zweite Strömungsweg 92d zur Kühlung des Stators 60d und der Spule 70d aufweist, in den ersten Strömungsweg 91d zur Kühlung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d, und somit kann ein Temperaturanstieg in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d weiter unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist in 5 eine Batterie 110 in Richtung der Drehachse des Rotors 40d, des Stators 60d und/oder der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d angeordnet und am Statorhalter 80d befestigt.
Die Batterie 110 ist mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d verbunden, und die für den Antrieb des Elektromotors erforderliche elektrische Energie wird von der Batterie 110 geliefert. Es ist zu beachten, dass, wenn nicht genügend Platz vorhanden ist, um die Batterie 110 an der inneren Umfangsseite (radial innere Seite) des Rades 20d zu montieren, eine Batterie auch an einer Seite der Fahrzeugkarosserie montiert werden kann, und dass elektrische Energie der Batterie 110 über ein Stromkabel (nicht dargestellt) zugeführt werden kann.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird Wärme der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d durch den ersten Strömungsweg 91c abgestrahlt und Wärme des Stators 60d und der Spule 70d wird durch den zweiten Strömungsweg 92c abgestrahlt. So ist es möglich, einen Temperaturanstieg in der Batterie zu unterdrücken und die Batterie, die eine niedrigere hitzebeständige Temperatur aufweist als die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100d oder der Elektromotor, im Rad anzuordnen. Dadurch ist es nicht notwendig, die Batterie an der Seite der Fahrzeugkarosserie zu montieren, und der Fahrzeuginnenraum kann vergrößert werden. In der fünften Ausführungsform kann in dem Fall, in dem die Batterie an der Seite der Fahrzeugkarosserie montiert ist und die Batterie 110 über das Stromkabel mit elektrischer Energie versorgt wird, der Betrieb des Elektromotors fortgesetzt werden, selbst wenn das Stromkabel unterbrochen ist.
Weiterhin ist in der fünften Ausführungsform ein Lüfter 120 an der inneren Umfangsseite (radial innere Seite) des Rades 20d bereitgestellt. Der Lüfter 120 erzeugt einen Luftzug in Richtung des Statorhalters 80d, wenn sich das Rad 20d dreht, und kühlt dadurch die Batterie 110 oder den Elektromotor. Dieser Luftzug kann durch die Drehung des Rades 20d oder durch Fahrtwind, der durch die Fahrt des Fahrzeugs erzeugt wird, erzeugt werden. Darüber hinaus kann der Lüfter 120 an dem Rotor 40d oder an einem Rotorhalter, der den Rotor abdeckt, befestigt sein.
Gemäß der fünften Ausführungsform ermöglicht der Lüfter 120, der an der inneren Umfangsseite (radial innere Seite) des Rades 20d bereitgestellt ist, dass der Luftzug zu der Batterie 110 oder zu dem Elektromotor strömt, und somit kann die Batterie 110 oder der Elektromotor einen höheren Kühleffekt erzielen.
Sechste Ausführungsform
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Skizze eines Elektrofahrzeugs, das mit einer Radantriebsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In der fünften Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die in der ersten bis fünften Ausführungsform beschriebene Radantriebsvorrichtung an einem Elektrofahrzeug montiert ist.
Die Radantriebsvorrichtung 200 wird an zwei Vorderrädern, zwei Hinterrädern oder an allen vier Rädern eines Fahrzeugs 300 montiert. Das Fahrzeug 300 ist mit einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 400 ausgestattet, die das Fahrzeug steuert. Antriebskraft-Befehlssignale werden von der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 400 über Kommunikationsleitungen 410 jeweils an die Radantriebsvorrichtungen 200 ausgegeben. Die Radantriebsvorrichtungen 200 werden durch diese Antriebskraft-Befehlssignale gesteuert. Die Radantriebsvorrichtungen 200 werden von einer an dem Fahrzeug 300 montierten Batterie 210 mit großer Kapazität als Stromquelle angetrieben. Strom wird von der Batterie 210 an die Radantriebsvorrichtungen 200 über entsprechende Stromleitungen 420 geliefert. Es ist zu beachten, dass eine Batterie in dem Rad montiert sein kann, wie in der vierten Ausführungsform beschrieben.
Gemäß der sechsten Ausführungsform ist es möglich, das Elektrofahrzeug bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Elektromotor zu kühlen und einen Temperaturanstieg in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung zu unterdrücken.
Wie vorstehend beschrieben weist der Statorhalter, der den Stator hält, den Strömungsweg auf, durch den das Kühlmedium fließt, und der Strömungsweg ist zwischen dem Stator und der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen ausgebildet. So ist es möglich, die Effekte zu erzielen, dass sowohl die Kühlung des Elektromotors als auch die Unterdrückung des Temperaturanstiegs in der Leistungsumwandlungsvorrichtung erreicht werden und die Lebensdauer der Leistungsumwandlungsvorrichtung verlängert wird.
Bezugszeichenliste

10: Reifen
20, 20c, 20d: Rad
30,30c,30d: Drehwelle
40,40c,40c,40d: Rotor
50: Lager
60,60c,60d: Stator
70,70c,70d: Spule
80,80a,80b,80c,80d: Statorhalter
81,82,83,84: konkaver Abschnitt
85,86,87: axiales Ende
90,90a,90b,90c: Strömungsweg
91d: erster Strömungsweg
92d: zweiter Strömungsweg
93d: Relais-Strömungsweg
100,100a,100b,100c,100d: Leistungsumwandlungsvorrichtung
101,102,103: Deckelelement
110,210: Batterie
120: Lüfter
200: Radantriebsvorrichtung
300: Fahrzeug
400: Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
410: Kommunikationsleitung
420: Stromleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014213622 A [0004]

Claims

Radantriebsvorrichtung, umfassend: einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor; einen Statorhalter, der den Stator hält; eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dem Elektromotor zugeführte Leistung umwandelt; und ein Rad, das den Elektromotor, den Statorhalter und die Leistungsumwandlungsvorrichtung an einer inneren Umfangsseite aufnimmt, wobei der Statorhalter einen von einem Kühlmedium durchströmten Strömungsweg aufweist, und der Strömungsweg zwischen dem Stator und der Leistungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg so angeordnet ist, dass eine Kühlfläche der Leistungsumwandlungsvorrichtung in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommt.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung eine Vielzahl von Kühlflächen aufweist und zwei oder mehr Kühlflächen aus der Vielzahl von Kühlflächen mit dem Kühlmedium in Kontakt kommen.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor an der inneren Umfangsseite des Rades befestigt ist, und der Stator und die Leistungsumwandlungsvorrichtung an einer inneren Umfangsseite des Rotors angeordnet sind.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg einen ersten Strömungsweg zur Kühlung der Leistungsumwandlungsvorrichtung und einen zweiten Strömungsweg zur Kühlung des Stators aufweist und das Kühlmedium in dieser Reihenfolge in den ersten Strömungsweg und den zweiten Strömungsweg fließt.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Batterie in Richtung einer Drehachse des Rotors, des Stators und/oder der Leistungsumwandlungsvorrichtung angeordnet ist.
Radantriebsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Lüfter, der einen Luftzug zur Kühlung der Batterie oder des Elektromotors erzeugt, an der inneren Umfangsseite des Rades bereitgestellt ist.
Elektrofahrzeug, das die Radantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.