JP2005333706A - In-wheel motor system - Google Patents

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豪 長屋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance both cooling performance and waterproof performance of a motor in an in-wheel motor arranged such that the motor acts as a dynamic damper. <P>SOLUTION: In the in-wheel motor system arranged such that the stator 3S of an in-wheel motor 3 is supported resiliently for a knuckle 5 through a cushion mechanism 10 and a rotor 3R is coupled with a wheel 2 through a flexible coupling 20, a reservoir tank 30 containing cooling liquid L and set up such that atmospheric pressure prevails in an air chamber 30a is arranged on the outside of a motor 3, the reservoir tank 30 is coupled with the air gap between the rotor 3R and stator 3S of the motor 3 through a breather pipe 31 and the air gap is filled with the cooling liquid L. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ダイレクトドライブホイールを粘弾性要素を介して足回り部品に取付けて成るインホイールモータに関するもので、特に、その冷却方法及び防水方法に関する。   The present invention relates to an in-wheel motor in which a direct drive wheel is attached to an undercarriage component via a viscoelastic element, and more particularly to a cooling method and a waterproof method.

近年、モータによって駆動される車輌において、駆動用のモータを弾性体及び／または減衰機構を介して、ナックルなどの車輌バネ下部に支持することにより、上記ダイナミックダンパとして作用させ、インホイールモータ搭載車輌の接地性及び乗り心地性を改良する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
一般に、足回りにバネ等のサスペンション機構を備えた車輌においては、一般に、ホイールやナックル部、サスペンションアームといったバネ下に相当する部品の質量、いわゆるバネ下質量が大きい程、凹凸路を走行した場合、バネ下部分は上下方向に大きく振動し、このため、ロードホールディング性が悪化することから、上記のように、質量の大きいモータをダイナミックダンパとして上下方向の振動抑制に適応すれば、車輌の接地性能を大幅に改善することができる。 In recent years, in vehicles driven by a motor, a driving motor is supported on a lower part of a vehicle spring such as a knuckle via an elastic body and / or a damping mechanism, thereby acting as the dynamic damper, and an in-wheel motor-equipped vehicle. A technique for improving the ground contact property and the ride comfort has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
In general, in a vehicle having a suspension mechanism such as a spring around the undercarriage, when the mass of parts corresponding to unsprung parts such as wheels, knuckle parts, suspension arms, or the so-called unsprung mass is larger, the vehicle travels on uneven roads. Because the unsprung part vibrates greatly in the vertical direction, which deteriorates the load holding property, as described above, if a motor with a large mass is used as a dynamic damper to suppress vertical vibration, the grounding of the vehicle The performance can be greatly improved.

インホイールモータをダイナミックダンパとして使用するためには、例えば、モータをスプリングとダンパーを介して車輌の搭載するが、このとき、モータを駆動させるステータ部分には回転反力が作用するので、ステータ部の周り止めとモータの上下方向案内を同時に実現するため、上記スプリングとダンパーに加えてリニアガイドを加える必要がある。
また、モータはホイール内でダイナミックダンパとして作用するため、ホイール軸とモータ軸との間には相対的な変位が生じる。この変位を吸収し、モータの回転をスムースにホイールに伝達するため、リニアガイドを直角に組合わせたクロスガイドを複数用いてオルダムカップリングを形成し、これによって偏芯を吸収しながら動力伝達を実現する。
図６は、その一構成例を示す図で、中空形状のダイレクトドライブモータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａを、リニアガイド１１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備えた緩衝機構１０を介してナックル５に対して弾性支持するとともに、ロータ３Ｒを支持するロータ側ケース３ｂとホイール２とを、モータのロータ側ケース３ｂに取付けられた中空円盤状のプレート２１と、このプレート２１とホイール２間を結合する、表裏で作動方向が直交する複数個のクロスガイド２２とを備えたフレキシブルカップリング２０により結合する。
これにより、上記モータ３を車輌の足回り部品であるナックル５に対して弾性支持するとともに、トルクをホイール２へ効率よく伝達させ、かつ、上下方向のみに揺動させることができるので、車輌のタイヤ接地荷重変動を低減して、車輌のロードホールディング性を向上させることが可能となる。
国際公開第０２／８３４４６号パンフレット 特開２００４−０９０６９６号公報 特開２００４−０９０６９９号公報 In order to use an in-wheel motor as a dynamic damper, for example, the motor is mounted on a vehicle via a spring and a damper. At this time, a rotational reaction force acts on the stator portion that drives the motor. In order to simultaneously realize the rotation stop and the vertical guide of the motor, it is necessary to add a linear guide in addition to the spring and the damper.
Further, since the motor acts as a dynamic damper in the wheel, a relative displacement occurs between the wheel shaft and the motor shaft. In order to absorb this displacement and transmit the rotation of the motor smoothly to the wheel, an Oldham coupling is formed by using multiple cross guides combined with linear guides at right angles, thereby transmitting power while absorbing eccentricity. Realize.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the stator-side case 3a that supports the stator 3S of the hollow direct drive motor 3, and the operation direction is limited to the vertical direction of the vehicle via the linear guide 11, A rotor that supports the rotor 3R and elastically supports the knuckle 5 via a buffer mechanism 10 including two plates 14 and 15 coupled by a spring 12 and a damper 13 that operate in the vertical direction of the vehicle. The side case 3b and the wheel 2 are connected to the rotor-side case 3b of the motor by a hollow disk-shaped plate 21 and a plurality of cross guides that connect the plate 21 and the wheel 2 with the operating directions orthogonal to each other. And a flexible coupling 20 with 22.
As a result, the motor 3 can be elastically supported with respect to the knuckle 5 that is a vehicle undercarriage component, and the torque can be efficiently transmitted to the wheel 2 and can be swung only in the vertical direction. It is possible to improve the load holding property of the vehicle by reducing the tire ground load fluctuation.
International Publication No. 02/83446 Pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 2004-090696 JP 2004-090699 A

ところで、上記のようなインホイールモータ３は、発熱部分であるコイルを備えたステータ３Ｓが大気に直接さらされているので冷却効率は比較的高いが、それでも、水冷でなく空冷で使用する場合には、低速・高負荷の運転時にはあまりモータの冷却が期待できず、モータ温度がかなり上昇する恐れがある。特に、上記インホイールモータ３では、モータの回転軸となるシール付ベアリング３ｊが大径化するので、ベアリング３ｊの作動速度が大きくなり過ぎるという問題がある。
具体的には、インホイールモータ３は屋外で使用されるため、ベアリング部分に防水処理を施す必要があるが、上述したようにベアリング３ｊの作動速度が大きいため、シールの面圧を高くすると発熱が大きくなるという問題がある。また、モータ３が駆動するとモータ３自身が発熱するので、モータ内部の空気も暖められて内圧が上昇し、シール部分から空気が漏れ出ることもある。しかし、車輌が停止しモータ３が冷え、モータ３内の空気が冷えると内圧が減少するので、シール部分に水が付着していた場合には、モータ３内に空気とともに上記水が吸引される恐れがある。この水がモータ３内部の永久磁石等に触れると上記永久磁石に錆びが発生しやすくなるので、可能な限りインホイールモータ３の防水性を高める必要がある。 By the way, the in-wheel motor 3 as described above has a relatively high cooling efficiency because the stator 3S having a coil that is a heat generating portion is directly exposed to the atmosphere. However, when the in-wheel motor 3 is used not by water cooling but by air cooling. However, the motor cannot be expected to cool much during low speed / high load operation, and the motor temperature may rise considerably. In particular, the in-wheel motor 3 has a problem in that the operating speed of the bearing 3j becomes too large because the diameter of the sealed bearing 3j that serves as the rotating shaft of the motor increases.
Specifically, since the in-wheel motor 3 is used outdoors, it is necessary to waterproof the bearing portion. However, since the operating speed of the bearing 3j is large as described above, heat generation occurs when the seal surface pressure is increased. There is a problem that becomes larger. Further, since the motor 3 itself generates heat when the motor 3 is driven, the air inside the motor is also warmed, the internal pressure rises, and the air may leak from the seal portion. However, when the vehicle stops and the motor 3 cools and the air in the motor 3 cools, the internal pressure decreases. Therefore, if water adheres to the seal portion, the water is sucked into the motor 3 together with the air. There is a fear. When this water touches the permanent magnet or the like inside the motor 3, the permanent magnet is likely to rust. Therefore, it is necessary to improve the waterproofness of the in-wheel motor 3 as much as possible.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、モータがダイナミックダンパとして作用するインホイールモータシステムにおいて、モータの冷却性能と防水性能とを同時に向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to simultaneously improve the cooling performance and waterproof performance of a motor in an in-wheel motor system in which the motor acts as a dynamic damper.

本発明の請求項１に記載の発明は、車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、粘弾性要素を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータのロータとステータとの間の空隙部に冷却液を充填したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記モータの外側に冷却液が収納されたリザーバタンクを配置し、このリザーバタンクと上記空隙部とをパイプにより連結したものである。 The invention according to claim 1 of the present invention is an in-wheel motor system in which a stator side of a hollow direct drive motor provided in a wheel portion is supported via a viscoelastic element with respect to an underbody part of a vehicle. In the above, the gap between the rotor and the stator of the motor is filled with a cooling liquid.
According to a second aspect of the present invention, in the in-wheel motor system according to the first aspect, a reservoir tank containing a coolant is disposed outside the motor, and the reservoir tank and the gap are connected by a pipe. It is a thing.

本発明によれば、車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、粘弾性要素を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータのロータとステータとの間の空隙部に冷却液を充填させて上記モータ全体を冷却するようにしたので、冷却性能が向上するとともに、モータ内部が冷却液で満たされているので、外部からの水の浸入がなく、防水性も向上する。
このとき、上記モータの外側に冷却液が収納されたリザーバタンクを配置して、このリザーバタンクと上記空隙部とをパイプにより連結する構成とすれば、温度上昇によって冷却液が膨張した場合でも、空気室を大気圧にしておけば、モータ内外での圧力差が発生せず、また、膨張した分の冷却液はリザーバタンクに収納されるので、冷却液が外部に洩れることはない。 According to the present invention, in the in-wheel motor system in which the stator side of the hollow direct drive motor provided in the wheel portion is supported via the viscoelastic element with respect to the undercarriage part of the vehicle, the rotor of the motor Since the entire motor is cooled by filling the gap between the stator and the stator, the cooling performance is improved and the interior of the motor is filled with the coolant. There is no intrusion and the waterproofness is improved.
At this time, if a reservoir tank containing the coolant is disposed outside the motor and the reservoir tank and the gap are connected by a pipe, even if the coolant expands due to a temperature rise, If the air chamber is at atmospheric pressure, no pressure difference between the inside and outside of the motor will occur, and the expanded coolant will be stored in the reservoir tank, so that the coolant will not leak outside.

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態１に係るインホイールモータシステムの構成を示す図で、同図において、１はタイヤ、２はリム２ａとホイールディスク２ｂとから成るホイール、３は半径方向に対して内側に設けられたステータ側ケース３ａに固定されたモータステータ（以下、ステータという）３Ｓと、半径方向に対して外側に設けられ、シール付ベアリング３ｊを介して上記ステータ側ケース３ａに対して回転可能に接合されたロータ側ケース３ｂに固定されたモータロータ（以下、ロータという）３Ｒとを備えたアウターロータ型のインホイールモータ、４はホイール２とその回転軸において連結されたハブ部、５はサスペンションアーム６に連結された、車輌の足回り部品であるナックル、７はショックアブゾーバ等から成るサスペンション部材、８は上記ハブ部４に装着されたブレーキディスクから成る制動装置である。
また、１０はリニアガイド１１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備え、モータのステータ側ケース３ａを上記ナックル５に弾性支持するための緩衝機構、２０はモータのロータ側ケース３ｂに取付けられた中空円盤状のプレート２１とホイール２間を結合する、表裏で作動方向が直交する複数個のクロスガイド２２とを備えたフレキシブルカップリングである。 Hereinafter, the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an in-wheel motor system according to the first embodiment, in which 1 is a tire, 2 is a wheel composed of a rim 2a and a wheel disc 2b, and 3 is a radial direction. A motor stator (hereinafter referred to as “stator”) 3S fixed to the stator side case 3a provided on the inner side, and provided on the outer side in the radial direction and rotated with respect to the stator side case 3a via a bearing 3j with a seal An outer rotor type in-wheel motor provided with a motor rotor (hereinafter referred to as a rotor) 3R fixed to a rotor-side case 3b that can be joined, 4 is a hub portion that is connected to the wheel 2 at its rotating shaft, 5 is A knuckle, which is a vehicle undercarriage part connected to the suspension arm 6, and a suspension 7 comprising a shock absorber and the like Wood, 8 is a braking device comprising a brake disk mounted to said hub portion 4.
Further, 10 includes two plates 14 and 15 that are connected to each other by a spring 12 and a damper 13 that are operated in the vertical direction of the vehicle and are operated in the vertical direction of the vehicle via the linear guide 11. A buffer mechanism for elastically supporting the stator side case 3a of the motor to the knuckle 5, 20 is connected between the wheel 2 and the hollow disk-shaped plate 21 attached to the rotor side case 3b of the motor. It is a flexible coupling provided with a plurality of cross guides 22 orthogonal to each other.

本例では、図１及び図２に示すように、上記インホイールモータ３の外側（例えば、車体内部）に冷却液Ｌが収納されたリザーバタンク３０を配置するとともに、このリザーバタンク３０と上記モータ３のロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部とをブリーザパイプ３１により連結し、上記空隙部に冷却液Ｌを充填するようにしている。このとき、リザーバタンク３０の空気室３０ａ内の圧力を大気圧になるように設定する。このような構成にすることにより、インホイールモータ３全体を効率よく冷却することができる。
すなわち、従来はコイルを備えたステータ３Ｓと永久磁石から成るロータ３Ｒとは、ベアリング３ｊのみで接触しているため、ステータ３Ｓで発生する熱の大部分は、ロータ３Ｒ側には伝わりにくいことから、上記ステータ側ケース３ａだけで冷却するしかなかったが、本例のように、ロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部を冷却液Ｌで満たしておけば、ステータ３Ｓで発生する熱は上記冷却液Ｌを介してロータ３Ｒ側にも伝達される。更に、上記ロータ３Ｒはモータ３の稼動時には常に回転しているため、上記冷却液Ｌはロータ３Ｒの回転に伴って回転方向に循環するので、モータ内部の熱分布が均一になる。つまり、ステータ３Ｓで発生する熱は、ステータ側ケース３ａで空冷されると同時に、冷却液Ｌを介してロータ３Ｒに伝達されるので、モータ３全体を効率よく、かつ、均一に冷却することができる。
また、モータ内部が水以外の液体で満たされて入るので、外部からの水の侵入がなく、防水性能も向上する。
なお、上記冷却液Ｌとしては、例えば、油などの、磁石、コイル、ベアリング等のモータ３を構成する部品との反応性が乏しく、かつ、熱伝導率が高く、潤滑性の高いものを用いることが好ましい。 In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, a reservoir tank 30 in which a coolant L is stored is disposed outside the in-wheel motor 3 (for example, inside the vehicle body), and the reservoir tank 30 and the motor The gap between the three rotors 3R and the stator 3S is connected by a breather pipe 31, and the gap L is filled with the coolant L. At this time, the pressure in the air chamber 30a of the reservoir tank 30 is set to be atmospheric pressure. By adopting such a configuration, the entire in-wheel motor 3 can be efficiently cooled.
That is, the stator 3S having a coil and the rotor 3R made of a permanent magnet are in contact with each other only by the bearing 3j, so that most of the heat generated in the stator 3S is difficult to be transmitted to the rotor 3R side. However, if only the stator side case 3a is cooled, if the gap between the rotor 3R and the stator 3S is filled with the coolant L as in this example, the heat generated in the stator 3S is the above. It is also transmitted to the rotor 3R side via the coolant L. Further, since the rotor 3R is always rotating when the motor 3 is in operation, the coolant L circulates in the rotation direction as the rotor 3R rotates, so that the heat distribution inside the motor becomes uniform. That is, since the heat generated in the stator 3S is air-cooled in the stator side case 3a and simultaneously transmitted to the rotor 3R via the coolant L, the entire motor 3 can be efficiently and uniformly cooled. it can.
Further, since the inside of the motor is filled with a liquid other than water, water does not enter from the outside, and the waterproof performance is improved.
In addition, as said cooling liquid L, the reactivity with components which comprise motor 3, such as magnets, a coil, a bearing, such as oil, for example, is used, and the thing with high heat conductivity and high lubricity is used. It is preferable.

ところで、冷却液Ｌの温度が上昇すると、空気と同様に、上記冷却液Ｌも膨張するが、本例では、上記冷却液Ｌが収納されているロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部と、空気室３０ａ内の圧力が大気圧に設定されたリザーバタンク３０とをブリーザパイプ３１により連結してあるので、上記膨張した分の冷却液Ｌは上記ブリーザパイプ３１を通ってリザーバタンク３０内に収納される。したがって、冷却液Ｌに体積変化が生じた場合でも、モータ内外の圧力差が発生せず、上記冷却液Ｌが外部に漏れ出ることがない。
また、万が一、上記冷却液Ｌが外部に漏れ出ることがあったとしても、上記リザーバタンク３０から冷却液Ｌを補充することができるので、ロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部を常に冷却液Ｌで満たすことができる。 By the way, when the temperature of the cooling liquid L rises, the cooling liquid L expands like air, but in this example, the gap between the rotor 3R in which the cooling liquid L is stored and the stator 3S Since the breather pipe 31 connects the reservoir tank 30 in which the pressure in the air chamber 30a is set to atmospheric pressure, the expanded coolant L passes through the breather pipe 31 into the reservoir tank 30. Stored. Therefore, even when a volume change occurs in the coolant L, a pressure difference between the inside and outside of the motor does not occur, and the coolant L does not leak to the outside.
Even if the coolant L leaks to the outside, the coolant L can be replenished from the reservoir tank 30, so that the gap between the rotor 3R and the stator 3S is always cooled. Can be filled with liquid L.

このように、本最良の形態によれば、インホイールモータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａを、緩衝機構１０を介してナックル５に対して弾性支持し、ロータ３Ｒを支持するロータ側ケース３ｂとホイール２とを、複数のクロスガイド２２を備えフレキシブルカップリング２０により結合した構成のインホイールモータシステムにおいて、上記モータ３の外側に、冷却液Ｌが収納され、空気室３０ａ内の圧力を大気圧になるように設定されたリザーバタンク３０を配置するとともに、このリザーバタンク３０と上記モータ３のロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部とをブリーザパイプ３１により連結し、上記空隙部に冷却液Ｌを充填するようにしたので、インホイールモータ３全体を効率よく冷却することができるとともに、冷却液Ｌに体積変化が生じた場合でも、上記冷却液Ｌが外部に漏れ出ることを防止することができる。
また、モータ３のロータ３Ｒとステータ３Ｓとの間の空隙部が冷却液Ｌで満たされて入るので、冷却性能に加えて、防水性能についても向上させることができる。 Thus, according to this best mode, the stator side case 3a that supports the stator 3S of the in-wheel motor 3 is elastically supported with respect to the knuckle 5 via the buffer mechanism 10, and the rotor side that supports the rotor 3R. In the in-wheel motor system having a configuration in which the case 3b and the wheel 2 are coupled by a flexible coupling 20 including a plurality of cross guides 22, the coolant L is stored outside the motor 3, and the pressure in the air chamber 30a The reservoir tank 30 set to be at atmospheric pressure is disposed, and the reservoir tank 30 and a gap between the rotor 3R and the stator 3S of the motor 3 are connected by a breather pipe 31, and the gap Since the cooling liquid L is filled in the in-wheel motor 3, the entire in-wheel motor 3 can be efficiently cooled. In, even when the volume change in the cooling liquid L occurs, it is possible to prevent the above-mentioned cooling fluid L from leaking to the outside.
Further, since the gap between the rotor 3R of the motor 3 and the stator 3S is filled with the cooling liquid L, the waterproof performance can be improved in addition to the cooling performance.

このように、本発明によれば、インホイールモータのと防水性能とを同時に向上させることができるので、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。   Thus, according to the present invention, since the waterproof performance of the in-wheel motor can be improved at the same time, the reliability of the in-wheel motor system can be improved.

本発明の最良の形態に係るインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the in-wheel motor system concerning the best form of the present invention. 本最良の形態に係るモータの冷却方法を示す図である。It is a figure which shows the cooling method of the motor which concerns on this best form. 従来のインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the conventional in-wheel motor system.

符号の説明Explanation of symbols

１ タイヤ、２ ホイール、２ａ リム、２ｂ ホイールディスク、
３ インホイールモータ、３Ｒ モータロータ、３Ｓ モータステータ、
３ａ ステータ側ケース、３ｂ ロータ側ケース、３ｊ シール付ベアリング、
４ ハブ部、５ ナックル、６ サスペンションアーム、７ サスペンション部材、
８ 制動装置、１０ 緩衝機構、１１ リニアガイド、１２ バネ、１３ ダンパー、
１４，１５ プレート、２０ フレキシブルカップリング、
２１ 中空円盤状のプレート、２２ クロスガイド、３０ リザーバタンク、
３０ａ 空気室、３１ ブリーザパイプ、Ｌ 冷却液。 1 tire, 2 wheel, 2a rim, 2b wheel disc,
3 In-wheel motor, 3R motor rotor, 3S motor stator,
3a Stator side case, 3b Rotor side case, 3j Sealed bearing,
4 hub part, 5 knuckle, 6 suspension arm, 7 suspension member,
8 braking device, 10 buffer mechanism, 11 linear guide, 12 spring, 13 damper,
14,15 plate, 20 flexible coupling,
21 hollow disk-shaped plate, 22 cross guide, 30 reservoir tank,
30a Air chamber, 31 breather pipe, L Coolant.

Claims (2)

車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、粘弾性要素を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータのロータとステータとの間の空隙部に冷却液を充填したことを特徴とするインホイールモータシステム。   In an in-wheel motor system in which a stator side of a hollow direct drive motor provided in a wheel portion is supported via a viscoelastic element with respect to an undercarriage part of a vehicle, a space between a rotor and a stator of the motor An in-wheel motor system characterized in that a gap is filled with a cooling liquid. 上記モータの外側に冷却液が収納されたリザーバタンクを配置し、このリザーバタンクと上記空隙部とをパイプにより連結したことを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータシステム。   The in-wheel motor system according to claim 1, wherein a reservoir tank storing a coolant is disposed outside the motor, and the reservoir tank and the gap are connected by a pipe.
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