JP2009241910A - インホイールモータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータのギア機構およびモータを潤滑させかつ冷却することができるオイル量を増やすこと。
【解決手段】インホイールモータを収納するハウジング４と、ハウジング４を車体に支持するアーム部材内に設けたオイルタンク１３とを連通させて潤滑および冷却に使用できるオイル量を増やす。また、オイルタンク１３を有するアーム部材に冷却機構１４を設けて、潤滑および冷却に使用されて温度が上昇したオイル１１を冷却できるインホイールモータの冷却構造である。
【選択図】図１

Description

この発明は、いわゆるインホイールモータの電動モータおよび電動モータの動力をホイールに伝達する遊星機構の潤滑および冷却に関するものである。

近年、車両の一形態として、車輪にモータを組み込んで車輪をモータで直接駆動するいわゆるインホイールモータ方式の車両が開発されている。このインホイールモータは、駆動輪の近傍に設けられて駆動輪に直接動力を伝達するものであるから、従来の車両に設けられている変速機やデファレンシャルなどの動力伝達機構を設ける必要がなくなり、車両の構成を簡素化することができる。その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された車両用ホイール駆動装置は、ギア機構によって掻き揚げられたオイルを潤滑油ガイドに従ってモータに送液するので、オイルポンプなどの動力を必要とせずにモータを適宜に冷却できる構成とされている。

特開２００６−２４８４１７号公報

上記の特許文献１に記載されている車両用ホイール駆動装置によれば、ギア機構の潤滑および冷却とモータの潤滑および冷却とに用いられるオイルを共用とし、ギア機構によって掻き揚げられたオイルをガイドに従って送液する構成としたので、オイルポンプなどの動力を必要とせずに必要部位を潤滑させかつ冷却できるとされている。

しかしながら特許文献１に記載されている車両用ホイール駆動装置は、ギア機構によってオイルを掻き上げるので、オイルポンプを使用する場合と比較して、構成は簡素化されるものの、オイルの撹拌抵抗が生じ、動力伝達効率を下げる虞がある。また、従来のインホイールモータは、その構成上、導入できるオイル量に限りがある。

上述したようにインホイールモータは、モータや歯車機構などの駆動装置をホイールの近傍に設け、あるいはホイールに直接取り付けた構成であるから、その全体としての大きさ（いわゆる体格）がサスペンション機構やホイールの大きさや構造によって制約される。そのため限られた大きさのハウジングの内部にモータや歯車機構などの駆動装置を収容することになり、これに加えて潤滑や冷却のためのオイルをハウジングの内部に貯留することになる。その結果、オイルを貯留するために許容されるスペースが限られるので、大きい駆動力を得るためにモータの容量を増大すると、オイルが不足する可能性があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、十分な量のオイルを保持して、冷却や潤滑を過不足なく行うことの可能なインホイールモータの冷却構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、サスペンション機構におけるアーム部材によって支持され、かつモータの動力をホイールに伝達するとともに、オイルによって冷却もしくは潤滑されるインホイールモータの冷却構造において、前記オイルの少なくとも一部を収容するオイルタンクが、前記アーム部材に設けられており、かつ前記オイルタンクが設けられた前記アーム部材にオイルタンク冷却機構が設けられていることを特徴とするインホイールモータの冷却構造である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記オイルタンクは、前記アーム部材のうち下側のアーム部材に設けられていることを特徴とするインホイールモータの冷却構造である。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記冷却機構は、前記オイルタンクの熱を外気に対して放散する空冷フィンを含むことを特徴とするインホイールモータの冷却構造である。

したがって、請求項１の発明によれば、従来のインホイールモータの収納部内のみにオイルが貯留されていた場合と比較して、アーム部材にもオイルを貯留できるオイルタンクが設けられるので、遊星機構およびモータの潤滑および冷却に使用できるオイル量が増える。その結果、オイル量が増え、潤滑および冷却に十分なオイル量を確保できる。

また請求項２の発明によれば、下側のアーム部材に、オイルタンクが設けられているので、従来の収納部内に貯留されたオイルの油面を上昇させずに、全体として貯留できるオイル量を増やすことができる。また付言すると、オイルの油面を上昇させないので、貯留されるオイル量を増やしても、それに伴って撹拌損失が上昇することを抑制することができる。

さらにまた請求項３の発明によれば、アーム部材に空冷フィンから構成される冷却機構が設けられているので、潤滑および冷却に使用されて温度が上昇したオイルは、オイルタンク内において冷却される。その結果、オイル量の増加と空冷フィンによるオイルの冷却によってインホイールモータ全体の冷却性能が向上する。

この発明に係るインホイールモータの冷却構造の一例を図面に基づいて説明する。この発明に係るインホイールモータの冷却構造の構成を簡略化して図１に示してある。

この発明における駆動源として、例えば、電動機を用いることができる。電動機としては、例えば電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを有するモータ・ジェネレータを用いることができる。図１では、駆動源として、モータ・ジェネレータ１を用いた場合について説明する。

この発明における被駆動部材であるホイール２の内部には、モータ・ジェネレータ１および減速機として遊星機構３が、この発明における収納部であるハウジング４に組み込まれていている。すなわちモータ・ジェネレータ１は、いわゆるインホイールモータであり、インホイールモータであるモータ・ジェネレータ１とホイール２とが、遊星機構３を介して動力伝達可能に連結されている。またホイール２の外部にはタイヤ５が固定されている。なお、遊星機構３には、遊星ギア機構あるいは遊星ローラ機構を用いてもよい。

モータ・ジェネレータ１は、例えば交流同期モータであり、インバータ（図示せず）を介してバッテリ（図示せず）に接続されている。そしてモータ・ジェネレータ１の駆動時には、バッテリの直流電力がインバータによって交流電力に変換され、その交流電力がモータ・ジェネレータ１に供給されることによりモータ・ジェネレータ１が力行して、車輪に駆動トルクが付与される。また、モータ・ジェネレータ１は車輪の回転エネルギを利用して回生制御することもできる。すなわち、モータ・ジェネレータ１の回生・発電時には、車輪の回転（運動）エネルギがモータ・ジェネレータ１によって電気エネルギに変換され、その際に生じる電力がインバータを介してバッテリに充電される。このとき、車輪には回生・発電に基づく制動トルクが付与される。なお、インバータおよびバッテリは車体側に設けられている。

ハウジング４は、サスペンション機構を構成しているロアアーム６およびアッパアーム７を介して車体８に支持されている。なお、ハウジング４とアッパーアーム７との間には、ナックルアーム９が設けられている。また、車体８とハウジング４との間には、緩衝装置、具体的にはショックアブソーバおよびスプリング（図示せず）などが設けられている。したがって、ハウジング４は、車体８に対して上下方向、言い換えれば高さ方向に相対移動できるように構成されている。

またハウジング４にはオイルポンプ１０が設けられており、モータ・ジェネレータ１の動力によって駆動され、ハウジング４の底部に貯留されたオイル１１を油路１２を通して吸い上げて、被潤滑部に強制的にオイル１１を供給して潤滑および冷却できるように構成されている。ここで、被潤滑部とは例えばモータ・ジェネレータ１のコイル、モータ・ジェネレータ１あるいは遊星機構３などの回転軸を支持する軸受け、遊星機構３を構成する回転部材の噛み合い部あるいは接触部などである。

この発明におけるオイルタンク１３は、ロアアーム６の内部に設けられている。オイルタンク１３には、例えばロアアーム６のハウジング４あるいは車体８との接続断面がコ字形状の場合には、その内方空間にゴム製あるいは金属製の容器をオイルタンク１３として用いてもよい。この場合において、ロアアーム６内に設けたオイルタンク１３とハウジング４とは、例えば油路あるいはジョイントによって接続されている（図示せず）。

また例えば、ロアアーム６のハウジング４あるいは車体８との接続断面が円筒形状の場合には、その円筒内空間にゴム製あるいは金属製の容器をオイルタンク１３として用いてもよい。この場合において、ロアアーム６内に設けたオイルタンク１３とハウジング４とは、例えば油路あるいはジョイントによって接続されている（図示せず）。

さらにまた、例えばロアアーム６に孔を形成してオイルタンク１３を形成してもよい。この場合において、ロアアーム６とハウジング４とは、ロアアーム６内のオイル１１が共有できるように、例えば油路あるいはジョイントによって接続されている（図示せず）。

要はロアアーム６に設けられたオイルタンク１３は、ハウジング４と図示しない接続部を介して連通されており、オイル１１はハウジング４とオイルタンク１３とを共有して貯留されるように構成されている。また、オイルタンク１３を設けることによって、ハウジング４内に貯留されたオイル１１の油液面を上昇させないために、オイルタンク１３は油液面よりも下側に設けられている。

またロアアーム６の外周には、この発明における冷却機構である放熱用フィン１４が設けられている。この放熱用フィン１４は熱伝導性の部材から構成されており、オイルタンク１３に貯留され、潤滑および冷却に使用されたオイル１１から、熱を奪うように構成されている。また、ロアアーム６と放熱用フィン１４との接合部を熱伝導性の部材から構成することにより、オイル１１の冷却効率の向上を図ることができる。熱伝導性の部材として、例えば銅あるいは銅合金を用いてもよい。

なお図１におけるロータ１５は、この発明におけるインホイールモータの制動機構の一部である。

つぎに、前述のように構成したこの発明に係るインホイールモータの冷却構造の動作例を説明する。アクセルペダル（図示せず）および車速に基づいて、モータ・ジェネレータ１の出力が制御される。具体的には、電源（図示せず）からの電力がモータ・ジェネレータ１に供給されると、モータ・ジェネレータ１が電動機として機能し、駆動力が発生する。また、同時にオイルポンプ１０が駆動される。すなわちハウジング４とオイルタンク１３に貯留されたオイル１１は、オイルポンプ１０によって油路１２を経て吸入されて、被潤滑および被冷却部位へ強制的に供給される。この時、例えばオイル１１と遊星ローラ機構３との間およびオイル１１とモータ・ジェネレータ１との間において熱交換が行われ、遊星ローラ機構３およびモータ・ジェネレータ１が冷却される。

遊星ローラ機構３およびモータ・ジェネレータ１を潤滑し、また駆動によって生じた熱を奪い、温度の上昇したオイル１１は、自然滴下によってハウジング４の下部あるいはオイルタンク１３に溜まる。オイルタンク１３に溜まったオイル１１の熱は、ロアアーム６に設けられた放熱用フィン１４に伝熱されて、放熱用フィン１４から放熱されて冷却される。なお、冷却されたオイル１１は、車両走行中の振動などによって常に撹拌されるため、オイルタンク１３に留まることはない。また、この発明における冷却機構である放熱用フィン１４は、車両の走行によって生じた風を利用する空冷式であるため、オイル１１の冷却に電力を必要とするような冷却装置を必要としない。

なお、この発明は上記の動作例に限定されないのであって、例えばオイル量を増やす方法として、ロアアームを経由して車体にオイルタンクを設けてもよい。また、例えば冷却構造として、オイルタンク内部にヒートパイプを通して、その熱を奪う構成としてもよい。さらにまた、例えばハウジング４の側面に放熱用フィン１４を設けて、ハウジング４全体を冷却して、オイル１１の温度上昇を抑える構成としてもよい。

この発明の対象とする車両は、少なくとも二輪を有し、それぞれ独立して駆動力および制動力を作用させることができる構成であればよい。また例えば四輪からなり、前輪にインホイールモータがそれぞれ設けられるとともに、後輪にもインホイールモータがそれぞれ設けられた四輪駆動車の構成であってもよい。

この発明のインホイールモータの冷却構造を模式的示す図である。

符号の説明

１…モータ・ジェネレータ、 ４…ハウジング、 ５…タイヤ、 ６…ロアアーム、 １３…オイルタンク、 １４…放熱用フィン、１５…ロータ。

Claims (3)

1. サスペンション機構におけるアーム部材によって支持され、かつモータの動力をホイールに伝達するとともに、オイルによって冷却もしくは潤滑されるインホイールモータの冷却構造において、
   前記オイルの少なくとも一部を収容するオイルタンクが、前記アーム部材に設けられており、かつ前記オイルタンクが設けられた前記アーム部材にオイルタンク冷却機構が設けられていること
   を特徴とするインホイールモータの冷却構造。
2. 前記オイルタンクは、前記アーム部材のうち下側のアーム部材に設けられている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の冷却構造。
3. 前記冷却機構は、前記オイルタンクの熱を外気に対して放散する空冷フィンを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータの冷却構造。

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