JP2006094672A - モータのバスバー構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータであり、モータのステータに巻回され回転磁界を発生するコイルと、モータへの給電ケーブルとがあるモータのコイル冷却を効果的に行うことができるモータのバスバー構造を提供する。
【解決手段】車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータ2であり、モータ2のステータ12に巻回され回転磁界を発生するコイル11と、モータ2への給電ケーブル16とがあるモータ2において、コイル11とケーブル16の間はモータハウジング14の表面層に回転軸と平行に配置される(突起17内に収納された)バスバー21によって接続される。
【選択図】図1
【解決手段】車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータ2であり、モータ2のステータ12に巻回され回転磁界を発生するコイル11と、モータ2への給電ケーブル16とがあるモータ2において、コイル11とケーブル16の間はモータハウジング14の表面層に回転軸と平行に配置される(突起17内に収納された)バスバー21によって接続される。
【選択図】図1
Description
本発明は、車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータであり、モータのステータに巻回され回転磁界を発生するコイルと、モータへの給電ケーブルとがあるモータのバスバー構造に関するものである。
従来、車両駆動用のモータが種々提案されている。車両を駆動する為には、高トルク且つ小型のモータが求められており、熱対策つまり冷却構造を必要としていた。冷却には水冷や空冷があるが、水冷では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であり、コスト、大きさを鑑みると空冷が有利である。特にモータの冷却においてはコイルの冷却が重要である。
ところが、通常、モータのコイル周辺(コイルをコーティングするよう)に絶縁を確保する目的から樹脂材料が用いられている。これらの樹脂材料はコイル絶縁を達成するのにスペース面や生産性が高く有利であるが、樹脂材料である為、高温に弱い。したがってこのような樹脂材料に過大な熱ストレスがかからないようにするには、高温時にコイルへの通電を制限して発熱を抑えなければならない。この場合、結果としてトルクを上げられず、前述の高トルクという目的を達成できなかった。
そこで、従来の車両駆動用のモータでは、コイルの熱を効率よく捨てられるコイルの冷却構造を考案する必要があった。この観点から、インホイールモータの空冷方法の例として、ホイール外部に空冷ファンを設置したり、ホイールキャップにフィンを取り付け、ホイールの回転により気流を発生して強制的にモータを空冷する方法などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしこの方法では、ホイール内や近傍の構造物が増えて重くなったり、コスト高になるという問題があった。
特開平05−104960号公報
また本発明とは目的が異なるが、モータの内部配線に特徴がある別の例として、モータとギヤを一体構造としてそのモータハウジング内部に駆動回路を設けた構造が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしこの方法では、コイルの熱がモータ外部に放熱されるためには電力制御用半導体を通らなければならず、直接的なコイルの放熱構造になっていないという問題があった。
特開平08−149753号公報
本発明の目的は上述した課題を解消して、モータのコイル冷却を効果的に行うことができるモータのバスバー構造を提供しようとするものである。
本発明のモータのバスバー構造は、車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータであり、前記モータのステータに巻回され回転磁界を発生するコイルと、前記モータへの給電ケーブルとがあるモータにおいて、前記コイルと前記ケーブルの間は前記モータハウジングの表面層に回転軸と平行に配置されるバスバーによって接続されることを特徴とするものである。
本発明のモータのバスバー構造では、コイルとケーブルの間はモータハウジングの表面層に回転軸と平行に配置されるバスバーによって接続されるので、コイルの熱は、空気に対する熱抵抗が低いバスバーを介して空気に放熱される。この結果、コイルは大きな損失を許容できるようになり、さらに、多くの電流を注入して出力トルクを上げる事が可能になるという効果が得られる。また、コイルの熱が給電ケーブルに伝わりにくくなるという効果も得られる。
なお、本発明のモータのバスバー構造では、バスバーがモータハウジング表面の車両前方向に配置されるよう構成することができる。このように構成することで、この配置箇所では、車両の走行速度が遅く、走行風の風速が低い場合にモータハウジング上の他の箇所に比べて熱伝達率が高くなることから、他の箇所にバスバーを配置するよりもコイル放熱効率を向上することができる。なお、モータの特性として低速時にはモータの全損失の中でコイルで発生する銅損が占める割合が高いため、特に低速側でモータの温度上昇を抑制する事ができるという効果が得られる。
また、本発明のモータのバスバー構造では、バスバーがモータハウジング表面上に回転軸と平行に設けられた突起の内部に配置されるよう構成することができる。このように構成することで、バスバーの空気に対する放熱面積が増加しモータハウジングに当たる風とバスバーとの間の熱抵抗がさらに低くなる。したがって、モータハウジング表面に埋め込まれた構造に対してより多くの熱を放熱することができるようになる。これに加えて、突起形状により風に乱れを起し、突起部以外のモータハウジング表面の放熱効率も向上することができるという効果が得られる。
さらに、本発明のモータのバスバー構造では、バスバーがモータハウジング表面上に回転軸と平行に設けられた複数の突起の内部にそれぞれ分散して配置されるよう構成することができる。このように構成することで、モータハウジング上に風の乱れを発生させる点を分散させることができ、モータハウジング全面に渡って熱伝達率を向上することができる。また、各バスバーと各コイル間の距離が短くなり、両者間の熱抵抗が低くなるため、コイルの熱がバスバーに効率よく伝熱し、結果として空気への放熱効率をさらに向上することができるという効果が得られる。
[第1の実施例]
はじめに本発明の第1の実施例を説明する。図1は本発明のモータのバスバー構造の第1の実施例におけるインホイールモータの一例を示した図である。図1に示す例において、1はタイヤ、2はタイヤ1を駆動するモータ、3は操舵を行うためのリンク、4はサスペンションの一部を構成するストラットである。また、モータ2は、図1の拡大した円内に記載されているように、複数のコイル11を備えるステータ12と、その内部のロータ13と、その外部のモータハウジング14と、から構成されている。ロータ13の中心が回転軸となる。なお、15はモータ全体を保持するブラケット、16は給電ケーブルである。
はじめに本発明の第1の実施例を説明する。図1は本発明のモータのバスバー構造の第1の実施例におけるインホイールモータの一例を示した図である。図1に示す例において、1はタイヤ、2はタイヤ1を駆動するモータ、3は操舵を行うためのリンク、4はサスペンションの一部を構成するストラットである。また、モータ2は、図1の拡大した円内に記載されているように、複数のコイル11を備えるステータ12と、その内部のロータ13と、その外部のモータハウジング14と、から構成されている。ロータ13の中心が回転軸となる。なお、15はモータ全体を保持するブラケット、16は給電ケーブルである。
上述した構成のインホイールモータにおいて、本発明のロータのバスバー構造の特徴は、コイル11と給電ケーブル16との間を、モータハウジング14の表面層に回転軸と平行に配置されるバスバー(本例では突起17内に配置されている)によって接続した点である。以下、この特徴について説明する。
まず、本発明の対象となるインホイールモータについて説明する。電気自動車の駆動方式の一つとして、ホイールの中にモータを挿入するインホイールドライブ方式が提案されている。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方式を実現するにはモータの小型化が必要であるが、小型化に伴って放熱面積は減少し、熱容量も小さくなるため温度が上がりやすくなる。
そのため、冷却が必要となる。冷却には水冷や空冷があるが、水冷ではバネ下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であり、特に配管についてはサスペンションの振動にも耐えなければならないという問題があるため、特にインホイールモータには空冷が有利と考えられる。さらに、駆動用モータとしては磁石を備えない、スイッチト・リラクタンスモータを採用している。これは磁石を備えないため、磁石の温度を考慮する必要が無く、磁石モータに比して高温に耐えられるため、空冷方式に有利である。
なお、図1のホイールは、ダブルウィッシュボーン方式のサスペンションにより車体と接続されており、モータは出力側のモータハウジング面がアクスルに固定される形で取り付けられている。なおモータとホイールは共に同軸であるが、モータはホイールよりも外側に位置している。
次にモータのコイルの配置について説明する。図2は本発明のモータのバスバー構造においてモータの各コイルを車体側から見た形状を示す図である。モータ内部に設置されるステータのティースには、それぞれコイルが設置されている。図2に示す例において、図1に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図2に示す例において、21はバスバー、22はコイル11とバスバー21とを接続するコイル銅線、23はバスバー21間を絶縁する絶縁体である。
図2に示す例において、コイル11は巻始めと巻終わりがモータ2の反出力側(車体側)に配置されるように巻回されている。モータハウジング15の表面には、モータ2の回転軸と平行に延伸する6個の溝24が設けられている。それぞれの溝24は、モータ2の軸中心(図2のO点)と隣り合うティースの中間点(図2のA1点からA6点)を結ぶ直線上に配置されている。この溝24に、それぞれ2本のバスバー21が埋め込まれている。なお、これらのバスバー21の表面は絶縁体23でコーティングされており、バスバー同士やバスバー21とモータハウジング14の間では通電が起こらない構造となっている。以上に説明したバスバー構造によって、バスバー21をモータハウジング14に接した空気層に接近させることができるので、バスバー21と空気(風)の間の熱抵抗が小さくなる。
次に、本例のモータのバスバー構造における電気的な接続について説明する。上述したコイル11の巻始めと巻終わりには配線のためにコイル銅線22が引き出されており、このコイル銅線22とバスバー21の一端をモータ2の反出力側(車体側)で半田や溶接などによって電気的に接続する。また、バスバー21の別の端は図1の円内の図に示したように、モータ2の給電ケーブル16と接続する。
次に、本例のモータのバスバー構造における配線構造の冷却効果について説明する。コイルに通電するとコイル自身の抵抗により発熱が生じる。この熱は、コイルに接した各部材に伝熱するが、コイルの材質である銅は熱伝達率が高いため、多くの熱がバスバーに伝わる。したがって、コイルの熱は、バスバーを介して空気に効率よく放熱される。
以上、本発明のモータのバスバー構造の第1実施例によれば、車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータ2であり、モータ2のステータ12に巻回され回転磁界を発生するコイル11と、モータ2への給電ケーブル16とがあるモータ2において、コイル11とケーブル16の間はモータハウジング14の表面層に回転軸と平行に配置されるバスバー21によって接続されるので、コイル11の熱は、空気に対する熱抵抗が低いバスバー21を介して空気に放熱される。この結果、コイル11は大きな損失を許容できるようになり、さらに多くの電流を注入して出力トルクを上げる事が可能になるという効果が得られる。
また、コイル11の熱がバスバー21から放熱されるので、コイル11から見て、バスバー21の先に接続される給電ケーブル16には熱が伝わりにくくなり、ケーブル16の加熱を防ぐ事ができるという効果も得られる。さらに、本構成によれば、バスバー21の冷却が良好であるので、ステータ12等の構造物から遠く冷却が困難であるコイルエンド(コイルの軸方向端部)の熱がバスバー21に流れ込むので、熱的に厳しいコイルエンドの冷却効果が高い。よって、コイルエンド以外は主にステータ12に放熱し、コイルエンドは直接接続されており伝熱性が高いバスバー21に放熱するので、コイル全体の放熱バランスが良好となる(熱的に厳しい個所が無い)。
次に、第1の実施例の別の形態について説明する。図3は本発明のモータのバスバー構造の第1の実施例におけるインホイールモータの他の例を示した図である。図3に示す例において、図1及び図2に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図3に示す例において、モータハウジング14の表面には、r方向に突出しモータ2の回転軸と平行に延伸する6個の突起17が設けられている。それぞれの突起17は、図2のバスバーの溝24と同様の位置に配置されている。この突起17の内部には、モータ回転軸と平行な穴が開けられており、この穴にそれぞれ2本のバスバー21が挿入されている。なお、これらの2本のバスバー同士あるいはモータハウジング14とバスバー21の隙間には絶縁体23が充填されており、これらの部材間では通電が起こらない構造となっている。
上述した本例のバスバー構造によって、バスバー21はモータハウジング14の外にせり出し、間接的ではあるがバスバー21の大半の表面積を空気層に接近させることができるので、バスバー21と空気(風)の間の熱抵抗が小さくなる。
次に、本例のモータのバスバー構造における電気的な接続について説明する。コイル11の巻始めと巻終わりには配線のためにコイル銅線22が引き出されており、このコイル銅線22とバスバー21の一端をモータ2の反出力側(車体側)で電気的に接続する。また、バスバー21の別の端は図1の円内の図に示したように、モータ2の給電ケーブル16と接続する。
次に、本例のモータのバスバー構造における配線構造の冷却効果について説明する。コイル11に通電するとコイル自身の抵抗による発熱が生じる。この熱は、コイル11からバスバー21に伝わるが、上述したとおり、バスバー21と空気間の熱抵抗が小さいため、空気に効率よく放熱される。なお、図3の構造では、突起形状により風に乱れを起し、突起部以外のモータハウジング表面の放熱効率も向上することができるという効果も得られる。
[第2の実施例]
次に本発明の第2の実施例を説明する。図4は本発明のモータのバスバー構造の第2の実施例におけるインホイールモータの一例を示した図である。図4に示す例において、図1及び図2に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に本発明の第2の実施例を説明する。図4は本発明のモータのバスバー構造の第2の実施例におけるインホイールモータの一例を示した図である。図4に示す例において、図1及び図2に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図4に示す例において、モータのコイルの配置について説明する。モータ内部に設置されるステータ12のティースには、それぞれコイル11が設置されている。これらのコイル11は巻始めと巻終わりがモータ2の反出力側(車体側)に配置されるように巻回されている。次に、バスバー21の配置について説明する。図4では、3相モータの各相2本ずつ計6本のバスバー21をモータハウジング14の車両前方向の表面層に並べて配置しており、バスバー21をモータハウジング14の外の空気層に接近させることで、バスバー21と空気(風)の間の熱抵抗を小さくしている。次に、本例のモータのバスバー構造の電気的な接続について説明する。各コイル11から延伸したコイル銅線22は、図4のように結線され、モータハウジング14の車両前方向に配置されたバスバー21に接続される。次に、本例のモータのバスバー構造における配線構造の冷却効果について説明する。コイル11に通電するとコイル自身の抵抗による発熱が生じる。この熱は、コイル11からバスバー21に伝わるが、上述したとおりバスバー21と空気間の熱抵抗が小さいため、空気に効率よく放熱される。
ところで、自動車用のモータ2は車体が停止した状態から高速運転にまで幅広い回転数に対応しなければならないが、モータ2に当たる風は各回転数で一様に得られるわけではなく、車速が低くなれば当然低くなる。このような車速が低い場合はモータの温度が上昇しやすいために特に放熱効率を高める必要がある。一般に、モータのような円柱形状物の伝熱現象として、円柱形状物の側面に風が当たる場合の円柱表面の熱伝達率は表面の場所によって大きく異なる。例えば、図5には、車速10km/hの時の風の分岐点からの角度に対する円柱表面の対空気の熱伝達率分布を示したが、熱伝達率は大きく変化しており、この車速よりも低くなると車両前方向の熱伝達率が他に比べて高くなる。したがって車速が低い場合の対空気の放熱を考えると車両前方向にバスバー21を設置した方がより効果的である。
さらに、モータ2の損失を考慮すると、低速ではモータ2の全損失に対するコイル11の銅損の割合が高くなるため、バスバー21がモータ全体の冷却において重要な放熱経路となる。以上のことから、図4のように、バスバー21を車体前方向に配置する事で、低速時のモータ2の放熱を効率的に行うことができる。なお、バスバー21と風の間の熱抵抗をさらに小さくするために、図6のように突起31を設けて、その中にバスバー21を配置してもよい。
以上、本発明のモータのバスバー構造の第2実施例によれば、バスバー21はモータハウジング14の表面の車両前方向に配置される。この配置箇所では、車両の走行速度が遅く、走行風の風速が低い場合にはモータハウジング上の他の箇所に比べて熱伝達率が良いため、他の箇所にバスバー21を配置するよりもコイル放熱効率を向上することができる。なおモータの特性として低速時にはモータの全損失の中で、コイル11で発生する損失が占める割合が高いため、特に低速側でモータ2の温度上昇を抑制する事ができるという効果が得られる。
上述した各実施例で説明した図では、バスバー21と給電ケーブル16とはモータ2の出力側で接続し、バスバー21とコイル11とは反出力側で接続しているが、この接続位置に限定したものではなく、両接続位置が入れ替わってもバスバー21の冷却機能は損なわれない。
本発明のモータのバスバー構造は、コイルとケーブルの間はモータハウジングの表面層に回転軸と平行に配置されるバスバーによって接続されるため、コイルの熱は、空気に対する熱抵抗が低いバスバーを介して空気に放熱され、モータのコイル冷却を効果的に行う用途に好適に使用することができる。
1 タイヤ
2 モータ
3 リンク
4 ストラット
11 コイル
12 ステータ
13 ロータ
14 モータハウジング
15 ブラケット
16 給電ケーブル
17、31 突起
21 バスバー
22 コイル銅線
23 絶縁体
24 溝
2 モータ
3 リンク
4 ストラット
11 コイル
12 ステータ
13 ロータ
14 モータハウジング
15 ブラケット
16 給電ケーブル
17、31 突起
21 バスバー
22 コイル銅線
23 絶縁体
24 溝
Claims (4)
- 車幅方向に回転軸を持ちホイールを回転駆動するためのモータであり、前記モータのステータに巻回され回転磁界を発生するコイルと、前記モータへの給電ケーブルとがあるモータにおいて、前記コイルと前記ケーブルの間は前記モータハウジングの表面層に回転軸と平行に配置されるバスバーによって接続されることを特徴とするモータのバスバー構造。
- 前記バスバーは前記モータハウジング表面の車両前方向に配置されることを特徴とする請求項1に記載のモータのバスバー構造。
- 前記バスバーは前記モータハウジング表面上に回転軸と平行に設けられた突起の内部に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載のモータのバスバー構造。
- 前記バスバーは前記モータハウジング表面上に回転軸と平行に設けられた複数の突起の内部にそれぞれ分散して配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータのバスバー構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004279775A JP2006094672A (ja) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | モータのバスバー構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004279775A JP2006094672A (ja) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | モータのバスバー構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006094672A true JP2006094672A (ja) | 2006-04-06 |
Family
ID=36235085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004279775A Withdrawn JP2006094672A (ja) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | モータのバスバー構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006094672A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009011062A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Toyota Motor Corp | 電動機の冷却装置およびその制御方法 |
JP2009065750A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | 回転機 |
CN110546863A (zh) * | 2017-03-24 | 2019-12-06 | 日本电产株式会社 | 电动马达 |
-
2004
- 2004-09-27 JP JP2004279775A patent/JP2006094672A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009011062A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Toyota Motor Corp | 電動機の冷却装置およびその制御方法 |
JP2009065750A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | 回転機 |
CN110546863A (zh) * | 2017-03-24 | 2019-12-06 | 日本电产株式会社 | 电动马达 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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