JP2005328623A - 電気自動車のモータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バスバーに発生する熱をハウジングから効率良く放熱することにより、モータコイルを含めたモータの冷却効率を高めるようにした電気自動車のモータ冷却装置の提供を図る。
【解決手段】 車輪アクスルに設けたモータ３を動力として車輪を駆動するとともに、このモータ３にはハウジング１０にモータコイル１２を結線するバスバー１５が内包されており、ハウジング１０のバスバー１５が配置される部分に放熱フィン２０を形成することにより、モータ３の高負荷時のバスバー１５自体の銅損による発熱やモータコイル１２の銅損により発生してバスバー１５に伝導した熱を、放熱フィン２０から効率良く外気に放熱することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車輪アクスルに設けたモータで駆動される電気自動車のモータ冷却装置に関する。

電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤホイールの中にモータを挿入配置するインホイールドライブ方式が提案されており、このインホイールドライブ方式は車室内の有効利用空間が拡大することや各輪独立駆動による従来の自動車と異なる運転感覚が得られるという特徴がある。

このようなドライブシステムを実現するにはモータの小型化が必須であるが、モータ体積を小さくすると損失により発生する熱を放熱する面積も減るため、温度の上昇が顕著になり、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。

この冷却には水冷方式や空冷方式等が知られるが、水冷方式では高い冷却効率が期待できるがタイヤホイールに取り付けられたモータに水を循環するための循環装置や配管部品が必要となり、特に配管に付いてはサスペンションの振動に対する耐久性が要求される。

一方、空冷方式では走行による風を利用して冷却することが可能となるため、特に大型の冷却部品を追加する必要がなくコスト的にも有効になる。

このように冷却方式を用いた場合、放熱面積を増大するためにフィンが用いられるが、モータハウジング（ステータホルダ）にフィンを設ける場合には、フィンをモータのハウジングに設け、モータコイルからの発熱をモータコア部材の伝熱を通してフィンにより放熱するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−８９１６５号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、かかる従来のモータ冷却方式をインホイールドライブ方式の電気自動車に適用した場合、モータの高負荷時においてはモータコイルおよびこのモータコイルを結線したバスバー部の急激な温度上昇が、モータコア部材の熱伝導を通じてのフィンからの放熱による冷却時間よりも遙かに急激に起こるため、このような構造のフィンではモータ高負荷時の冷却には有効に冷却効果が得られなくなってしまう。

そこで、本発明はバスバーに発生する熱をハウジングから効率良く放熱することにより、モータコイルを含めたモータの冷却効率を高めることができる電気自動車のモータ冷却装置を提供するものである。

本発明にあっては、車輪アクスルに設けたモータを動力として車輪を駆動するとともに、このモータのハウジングにはモータコイルを結線するバスバーが内包された電気自動車において、前記ハウジングのバスバーが配置される部分に放熱フィンを形成したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ハウジングのバスバーが配置される部分に放熱フィンを形成したので、モータ高負荷時のバスバー自体の銅損による発熱やモータコイルの銅損により発生してバスバーに伝導した熱を、前記放熱フィンから効率良く外気に放熱することができる。

従って、バスバーの放熱効果が高まることにより、このバスバーに伝わるモータコイルの発熱をも冷却することができ、モータの冷却効率を高めて、高負荷状態での運転をより長時間維持することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図５は本発明にかかる電気自動車のモータ冷却装置の第１実施形態を示し、図１はモータを組み込んだ後輪部分の側面図、図２は片側の後輪を車両内方から見た斜視図、図３はモータの中央縦断面図、図４は図３中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図、図５はバスバーの正面図である。

この第１実施形態の電気自動車１は、図１，図２に示すように後輪（以下車輪と称する）２にインホイールドライブ方式を適用した場合を例にとって示し、車輪アクスルに設けたモータ３を動力とし、このモータ３はタイヤハウス４の内方部分に配置されて、このモータ３の駆動軸が配置される車幅方向外方部分３ａ（図２，図３参照）がタイヤホイール５の中心凹部５ａの内方に挿入されている。

本実施形態では、前記車輪２は図２に示すように、アッパ，ロアリンク６ａ，６ｂおよびショックアブソーバ６ｃを備えたダブルウイッシュボーン方式のサスペンション装置６によって車体７（図１参照）に支持されているが、特にサスペンションはこのダブルウイッシュボーンに限定するものではない。

前記モータ３は、図３に示すように両端をエンドプレート１０ａ，１０ｂで閉止した円筒状のハウジング１０に、ステータ１１、モータコイル１２、ロータ１３、モータ軸１４およびバスバー１５を内包して概略構成される。

ステータ１１は、図４に示すように円筒状のハウジング１０の内周に沿って環状に形成され、このステータ１１の内周に等間隔をもって突設した複数（本実施形態では６箇所）のステータ凸極部１１ａ〜１１ｆに前記モータコイル１２を巻回してある。

モータコイル１２は、電流位相が異なる３種類のＵ相コイル１２Ｕ、Ｖ相コイル１２Ｖ、Ｗ相コイル１２Ｗを有し、これらＵ，Ｖ，Ｗ相コイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは隣接する前記ステータ凸極部１１ａ〜１１ｆに順に巻回されるが、それぞれ同相のコイルは１８０゜離れて対向したステータ凸極部１１ａ〜１１ｆに対を成して配置され、Ｕ相コイル１２Ｕはステータ凸極部１１ａ，１１ｄに、Ｖ相コイル１２Ｖはステータ凸極部１１ｂ，１１ｅに、Ｗ相コイル１２Ｗはステータ凸極部１１ｃ，１１ｆにそれぞれ巻回してある。

ロータ１３は、前記ステータ凸極部１１ａ〜１１ｆの内周に近接配置される４つの凸状部を備えてモータ軸１４と一体に結合してあり、このモータ軸１４は一端部が一方のエンドプレート１０ａの中心部に設けた軸受１７を貫通して回転自在に支持されるとともに、他端部が他方のエンドプレート１０ｂの中心部に設けた軸受１７ａに回転自在に支持されている。

前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは、各ステータ凸極部１１ａ〜１１ｆへの巻回部分でそれぞれ２本の導線端子が存在し、これら２本の導線端子のうち１本はポジティブ端子となり、他の１本はネガティブ端子となっており、かつ、前記バスバー１５は６枚が配置され、対向位置に巻回した同相コイルのポジティブ端子どうしは１つのバスバー１５に結線されるとともに、ネガティブ端子どうしは他の１つのバスバー１５に結線される。

各バスバー１５は、図５に示すように円筒状の前記ハウジング１０と略同心状となる環状に形成されて、その周方向一部にはハウジング１０の外方に突出するバスバー端子１６が設けられており、それぞれのバスバー１５は図３に示すように互いに所定間隔をもってモータ軸方向に配置される。

ここで、本実施形態は図３に示すように前記ハウジング１０のバスバー１５が配置される部分に放熱フィンとしての凹凸部分２０を形成してある。

凹凸部分２０は、前記環状のバスバー１５のそれぞれの外周部分を取り囲むようにハウジング１０に形成してある。

即ち、前記凹凸部分２０は、その外周部分に各バスバー１５の数に対応して６箇所の山部分２０ａが形成され、これら各山部分２０ａに対応する内周部分に形成される断面Ｖ字状の凹部分２０ｂ内に各バスバー１５の外周部分が入り込む状態で配置されている。

以上の構成により本実施形態の電気自動車のモータ冷却装置によれば、ハウジング１０のバスバー１５が配置される部分に凹凸部分２０を形成したので、モータ３を高負荷で出力した時のバスバー１５自体の銅損による発熱やモータコイル１１の銅損により発生して各バスバー１５に伝導した熱は、前記凹凸部分２０から効率良く外気に放熱することができる。

従って、バスバー１５の放熱効果が高まることにより、このバスバー１５に伝わるモータコイル１１の発熱をも冷却することができ、モータ３の冷却効率を高めて、高負荷状態での運転をより長時間維持することができる。

また、本実施形態ではバスバー１１はハウジング１０と略同心状となる環状に形成されており、凹凸部分２０は、前記環状のバスバー１５のそれぞれの外周部分を取り囲むようにハウジング１０に形成したので、バスバー１５から凹凸部分２０への熱伝導を効率良く行うことができるので、凹凸部分２０からの放熱効率を向上し、ひいては、モータ３の冷却効果を高めることができる。

図６は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図６は（ａ）にハウジングの放熱フィン形成部分の要部断面図と（ｂ）にその放熱フィンの凹凸関係の模式図とで示す説明図である。

この第２実施形態は、基本的には第１実施形態と同様の構成となり、ハウジング１０には環状となる複数のバスバー１５が内包され、図６（ａ）に示すようにこれらバスバー１５が配置される部分に放熱フィンとしての凹凸部分２１を形成してある。

そして、本実施形態が第１実施形態と特に異なる点は、図６（ａ），（ｂ）に示すように互いに所定間隔をもってモータ軸方向に配置した複数のバスバー１５を、隣接するバスバー１５どうしを互いに２方向に偏心させて配置して相互の外周部１５ａをずらせるとともに、前記凹凸部分２１はずらせたバスバー１５の突出側を取り囲むように形成してある。

即ち、前記バスバー１５は、図６（ａ）に示す右方のバスバー１５Ａを図６（ｂ）の２点鎖線に示すようにハウジング１０の中心軸Ｃに対して上方に偏心させるとともに、図６（ａ）に示す左方のバスバー１５Ｂを図６（ｂ）の一点鎖線に示すように前記中心軸Ｃに対して下方に偏心させ、これら隣接するバスバー１５Ａ，１５Ｂを図中上下２方向に偏心量ｅをもって相対的に偏心してある。

勿論、前記バスバー１５Ａ，１５Ｂの他の残りのバスバー１５にあっても、これらバスバー１５Ａ，１５Ｂと同様に隣接されるものどうしが上下２方向に偏心される。

そして、前記凹凸部分２１は、ずらせたバスバー１５の突出側を取り囲むようになっているため、６枚のバスバー１５に対して凹凸部分２１の山部分２１ａは、第１実施形態では６つであるのに対し本実施形態では３つになる。

また、前記凹凸部分２１の山部２１ａおよび谷部２１ｂは、図６（ｂ）に示すように前記バスバー１５Ａ，１５Ｂの偏心方向にずれた状態で形成されることになる。

従って、この実施形態によれば隣接するバスバー１５どうしを互いに偏心させて相互の外周部１５ａをずらせ、ずらせたバスバー１５の突出側を取り囲むように凹凸部分２１を形成したので、複数のバスバー１５の間隔が狭い場合にあっても凹凸部分２１をハウジング１０に形成することが可能となり、モータ３の高負荷時のバスバー１５自体の銅損による発熱やモータコイル１１の銅損により発生してバスバー１５に伝導した熱を、前記凹凸部分２１を介して効率良く外気へ放熱することができる。

図７，図８は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図７はハウジングの放熱フィン形成部分を示す要部断面図、図８は正，負極を一体化したバスバーの拡大断面図である。

この第３実施形態は、基本的には第１実施形態と同様の構成となり、ハウジング１０には環状となる複数のバスバー１５が内包され、図７に示すようにこれらバスバー１５が配置される部分に放熱フィンとしての凹凸部分２３を形成してある。

そして、本実施形態が第１実施形態と特に異なる点は、図８に示すように三相からなるモータコイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの正極（ポジティブ），負極（ネガティブ）に繋がる複数のバスバー１５のうち、正極バスバー１５Ｕｐ，１５Ｖｐ，１５Ｗｐと負極バスバー１５Ｕｎ，１５Ｖｎ，１５Ｗｎの同相どうしを絶縁部材２２を挟んで一体構造とし、放熱フィンとしての凹凸部分２３はその正，負極が一体となった結合バスバー１５Ｃの外周部分を取り囲むように形成してある。

つまり、本実施形態では前記結合バスバー１５ＣはＵ相，Ｖ相，Ｗ相のコイルにそれぞれ対応して合計３枚となり、例えば、図８に示すＵ相コイルに対応した結合バスバー１５Ｃは、Ｕ相コイルに対応した正極バスバー１５Ｕｐと負極バスバー１５Ｕｎとの間に絶縁部材２２を挟んで一体構造となっている。

また、前記Ｕ相コイルに対応した結合バスバー１５Ｃと同様に、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに対応した他の結合バスバー１５Ｃにあっても、図７に示すようにＶ相コイルに対応した正極バスバー１５Ｖｐと負極バスバー１５Ｖｎは、これらの間に絶縁部材２２を挟んで一体構造となり、また、Ｗ相コイルに対応した正極バスバー１５Ｗｐと負極バスバー１５Ｗｎは、これらの間に絶縁部材２２を挟んで一体構造となっている。勿論、前記３枚の結合バスバー１５Ｃは、図７に示すように互いに所定間隔をもってモータ軸方向に配置されている。

そして、前記凹凸部分２３は、図７に示すように前記３枚の結合バスバー１５Ｃのそれぞれの外周部分を取り囲むようにハウジング１０に形成され、３箇所の山部分２３ａが設けられる。

従って、この第３実施形態によれば、正極バスバー１５Ｕｐ，１５Ｖｐ，１５Ｗｐと負極バスバー１５Ｕｎ，１５Ｖｎ，１５Ｗｎの同相どうしを絶縁部材２２を挟んで一体構造としたので、寄生インダクタンスを防ぐことができるとともに、一体構造とすることにより結合バスバー１５Ｃは、それぞれの厚さが増すとはいえ、それらの全体数を第１，第２実施形態のバスバー１５に比較して半数とすることができるため、バスバー１５の配置スペースを減少させてハウジング１０の小型化を図ることができ、かつ、この限られたスペースで凹凸部分２３を形成することができる。

ところで、本発明の電気自動車のモータ冷却装置は前記第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えばモータ３は三相タイプに限ることなく２相タイプにあっても本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態におけるモータを組み込んだ後輪部分の側面図である。 本発明の第１実施形態における片側の後輪を車両内方から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるモータの中央縦断面図である。 図３中Ａ−Ａ線に沿った拡大断面図である。 本発明の第１実施形態におけるバスバーの正面図である。 本発明の第２実施形態を（ａ）にハウジングの放熱フィン形成部分の要部断面図と（ｂ）にその放熱フィンの凹凸関係の模式図とで示す説明図である。 本発明の第３実施形態におけるハウジングの放熱フィン形成部分を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態における正，負極を一体化したバスバーの拡大断面図である。

符号の説明

１ 電気自動車
２ 後輪（車輪）
３ モータ
１０ ハウジング
１２ モータコイル
１２Ｕ Ｕ相コイル
１２Ｖ Ｖ相コイル
１２Ｗ Ｗ相コイル
１５ バスバー
１５Ｃ 結合バスバー
１５Ｕｐ，１５Ｖｐ，１５Ｗｐ 正極バスバー
１５Ｕｎ，１５Ｖｎ，１５Ｗｎ 負極バスバー
２０，２１ ２３ 凹凸部分（放熱フィン）

Claims (4)

1. 車輪アクスルに設けたモータを動力として車輪を駆動するとともに、このモータのハウジングにはモータコイルを結線するバスバーが内包された電気自動車において、
   前記ハウジングのバスバーが配置される部分に放熱フィンを形成したことを特徴とする電気自動車のモータ冷却装置。
2. バスバーはハウジングと略同心状となる環状に形成され、かつ、放熱フィンはその環状のバスバーの外周部分を取り囲むようにハウジングに形成した凹凸部分であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のモータ冷却装置。
3. バスバーは互いに所定間隔をもってモータ軸方向に配置される複数を備え、隣接するバスバーどうしを２方向に互いに偏心配置して相互の外周部をずらせるとともに、放熱フィンはずらせたバスバーの突出側を取り囲む凹凸部分であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車のモータ冷却装置。
4. 複数のバスバーは、正極バスバーと負極バスバーの同相どうしを絶縁部材を挟んで一体構造とし、放熱フィンはその正，負極が一体となった結合バスバーの外周部分を取り囲む凹凸部分であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車のモータ冷却装置。

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