JP2011024387A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケーシング内部に配設された発熱部を冷却する装置に関し、特に、冷却媒体により強制的に発熱部を冷却する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for cooling a heat generating part disposed inside a casing, and more particularly to an apparatus for forcibly cooling a heat generating part with a cooling medium.
一般的に、モータは、ロータ(回転子)と、そのその外周または内周に位置するステータ(固定子)を備えて構成されており、ロータまたはステータは、鉄心回りに、断面が円形の銅線等の金属線を巻回したもの、即ち、コイルを設けて構成する。このモータでは、高負荷、低速回転時に、特に、コイルなどが発熱し、これらの発熱部の冷却が必要となる。 In general, a motor includes a rotor (rotor) and a stator (stator) located on the outer periphery or inner periphery of the rotor. The rotor or stator is a copper having a circular cross section around an iron core. A structure in which a metal wire such as a wire is wound, that is, a coil is provided. In this motor, especially at the time of high load and low speed rotation, coils and the like generate heat, and it is necessary to cool these heat generating portions.
例えば、モータのうち、ロータがステータの外周に位置する、所謂、アウターロータ式のインホイールモータは、例えば、東京電力が開発した「IZA」や、特許文献1〜3などに示されているが、従来では、ホイールの一部を開放し、モータのコイルなどの発熱部を外気に曝して、その冷却を行うようにしている。
しかしながら、従来の発熱部の冷却構造では、例えば、ホイールの一部を開放し、コイルなどの発熱部を大気に曝して自然換気で冷却を行っているため、冷却効果に乏しい。特に、ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるため、自然換気量が少なく、より冷却効果に劣る。 However, in the conventional cooling structure of the heat generating part, for example, the cooling effect is poor because a part of the wheel is opened and the heat generating part such as a coil is exposed to the atmosphere to cool by natural ventilation. In particular, in-wheel motors used in golf carts, construction vehicles, agricultural vehicles, and the like are used at low speeds, and therefore have a small natural ventilation amount and are inferior in cooling effect.
また、この冷却構造では、ホイールの密閉性に劣るため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件の悪い場所で用いられることが多いゴルフカートのインホイールモータでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに掛かり易く、外気と共にこれら異物が内部に入り易く、コイルなどに悪影響を与えてしまうため、故障が生じ易いという欠点がある。 In addition, since this cooling structure is inferior in the sealing performance of the wheel, in-wheel motors of golf carts that are often used in places with poor environmental conditions such as muddy water, dust, dust, iron powder, sand iron, etc. Since these foreign matters are likely to get on the wheel during traveling, and these foreign matters are likely to enter the inside together with the outside air, which adversely affects the coil and the like.
本発明は、上記のような課題を解決するためなされたものであり、略密閉構造のケーシング内部に封入され、攪拌、かつ、熱交換される気体や液体などの冷却媒体を使用して、モータのコイルなどの発熱部を冷却する構造とすることにより、高い冷却効果を得ることを可能にすると共に、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物の影響によってケーシング内部の発熱部などの故障の発生を低減した冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a cooling medium such as a gas or liquid that is enclosed in a substantially sealed casing and stirred and heat-exchanged. It is possible to obtain a high cooling effect by cooling the heat generating part such as the coil of the coil, and the heat generating part inside the casing due to the influence of foreign matter such as muddy water, dust, dust, iron powder, sand iron, etc. An object of the present invention is to provide a cooling device that reduces the occurrence of failures.
上記した課題を解決するため、請求項1に係る発明の冷却装置は、ケーシング内部に配設された発熱部を冷却する装置であって、前記ケーシングを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部と、外気と接触して前記受熱部が受けた熱を放出する外側の放熱部と、を備えた熱交換手段を設けると共に、該ケーシング内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段を配設したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a cooling device according to a first aspect of the present invention is a device for cooling a heat generating portion disposed inside a casing, and the casing has a substantially hermetically sealed structure and is cooled inside. While enclosing the medium, the casing has an inner heat receiving portion that comes into contact with the cooling medium inside and receives heat from the cooling medium, and an outer heat release that comes into contact with outside air and releases the heat received by the heat receiving portion. And a heat exchanging means provided with a portion, and an agitating means for agitating the cooling medium is disposed inside the casing.
請求項2に係る発明の冷却装置は、前記攪拌手段は、回転駆動手段と、該回転駆動手段によって回転駆動される攪拌用ファンと、を備えた攪拌機であることを特徴とする。 The cooling device according to a second aspect of the invention is characterized in that the stirring means is a stirrer provided with a rotation driving means and a stirring fan that is rotationally driven by the rotation driving means.
請求項3に係る発明の冷却装置は、前記放熱部を強制的に冷却するための送風を行う送風手段を、前記ケーシング外部に設けたことを特徴とする。 The cooling device according to a third aspect of the present invention is characterized in that a blowing means for blowing air for forcibly cooling the heat radiating portion is provided outside the casing.
請求項4に係る発明の冷却装置は、前記発熱部は、ステータとロータとを備えたモータの発熱部であることを特徴とする。 The cooling device of the invention according to claim 4 is characterized in that the heat generating portion is a heat generating portion of a motor including a stator and a rotor.
請求項5に係る発明の冷却装置は、前記モータは、コイルと鉄心を有するインナーステータと、該インナーステータ周りを回転自由となるように回転自由に軸支され、永久磁石と鉄心を有するアウターロータとを備えたアウターロータ式のモータであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the motor includes an inner stator having a coil and an iron core, and an outer rotor having a permanent magnet and an iron core that is rotatably supported so as to be freely rotatable around the inner stator. And an outer rotor type motor.
請求項6に係る発明の冷却装置は、前記アウターロータ式のモータは、タイヤが保持されたホイールに固定取付されてなる電動車両のインホイールモータであって、前記ホイールに前記ケーシングが形成されることを特徴とする。
The cooling device of the invention according to
請求項7に係る発明の冷却装置は、前記電動車両のインホイールモータの回転中心軸は固定された車輪軸であり、該車輪軸に、前記攪拌手段及び前記送風手段のうちの少なくとも一方が取り付けられることを特徴とする。
The cooling device of the invention according to
請求項1に係る発明の冷却装置によれば、ケーシングを、略密閉構造にする一方、このケーシング内部に封入した気体、液体などの冷却媒体を、受熱部と放熱部とを備えた熱交換手段により熱交換して、発熱部を冷却するようにしたから、従来のように発熱部を大気に曝して、自然換気する冷却構造よりも、格段に冷却効果が優れている。 According to the cooling device of the first aspect of the present invention, the casing has a substantially hermetically sealed structure, while the cooling medium such as gas or liquid enclosed in the casing is provided with a heat receiving unit and a heat radiating unit. Thus, the heat generating part is cooled and the heat generating part is cooled. Therefore, the cooling effect is significantly superior to the cooling structure in which the heat generating part is exposed to the atmosphere and is naturally ventilated.
しかも、ケーシング内部に攪拌手段を設けたため、冷却媒体が攪拌され、このように冷却媒体が攪拌されることで、冷却媒体か受熱部の方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱部に強制的に移動されて、熱伝導し易くなるため、ケーシング内部は略密閉構造であっても、熱がこもり難く、温度上昇し難くなり、効率の良い冷却が行える。 In addition, since the agitating means is provided inside the casing, the cooling medium is agitated, and the cooling medium is agitated in this way, so that the cooling medium or the heat receiving part can easily flow, and the heat received by the cooling medium is received by the heat receiving part. Therefore, even if the inside of the casing has a substantially sealed structure, it is difficult for heat to be accumulated and the temperature is not easily raised, and efficient cooling can be performed.
また、ケーシングが略密閉構造にしたため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物がケーシング内部に入り難くなり、これら異物によるコイルなどの故障の発生を低減することができる。 Further, since the casing has a substantially sealed structure, foreign matters such as muddy water, dust, dust, iron powder, and iron sand are difficult to enter the casing, and the occurrence of failures such as coils due to these foreign matters can be reduced.
請求項2に係る発明の冷却装置によれば、攪拌手段を、回転駆動手段と攪拌用ファンとを備えた攪拌機から容易に製作できる。 According to the cooling device of the second aspect of the present invention, the stirring means can be easily manufactured from a stirrer provided with a rotation driving means and a stirring fan.
請求項3に係る発明の冷却装置によれば、外部の放熱部は、送風手段によって送風がなされて、強制的に冷却されるため、放熱が促進される。 According to the cooling device of the third aspect of the invention, the external heat radiating portion is blown by the blowing means and is forcibly cooled, so that heat radiation is promoted.
請求項4及び5に係る発明の冷却装置によれば、一般のモータ或いはアウターロータ式のモータのコイルなどの発熱部を効果的に冷却できる。
According to the cooling device of the inventions according to
請求項6に係る発明の冷却装置によれば、ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるが、冷却媒体により強制的に冷却するため、より効果的であり、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件に悪い場所で用いられることが多いこれら車両のインホイールモータなどでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに掛かり易いものの、異物がホイールに入り難く、より効果的である。
According to the cooling device of the invention according to
請求項7に係る発明の冷却装置によれば、固定された車輪軸に、攪拌手段、送風手段を取り付けるようにしたから、これらの取付部位に苦慮することがなく、しかも、安定した取付状態が得られ、結果、攪拌動作、送風動作も確実なものとなる。
According to the cooling device of the invention according to
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。本発明に係る冷却装置は、図1に示すように、ケーシングA内部に配設された発熱部Bを冷却する装置であり、ケーシングAを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングAに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部C−1と、外気と接触して前記受熱部C−1が受けた熱を放出する外側の放熱部C−2と、を備えた熱交換手段Cを設けると共に、該ケーシングA内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段Dを配設するように構成されており、具体的には、次のように構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the cooling device according to the present invention is a device that cools a heat generating portion B disposed inside a casing A. The casing A has a substantially sealed structure and a cooling medium is enclosed therein. On the other hand, the casing A releases the heat received by the heat receiving part C-1 in contact with the outside air and the inner heat receiving part C-1 that receives the heat of the cooling medium in contact with the internal cooling medium. A heat exchanging means C provided with an outer heat radiating part C-2, and a stirring means D for stirring the cooling medium is arranged inside the casing A. Is configured as follows.
図2は、本発明に係るモータの冷却システムの一例としての、電動車両のインホイールモータの冷却システムの一実施形態を示している。すなわち、インホイールモータ1は、この図に示すように、例えば、ゴルフ場で使用されるゴルフカートなどの電気自動車の車体(図示せず)側に固定され、コイル2と鉄心3を有するインナーステータ4と、該インナーステータ4周りを回転自由となるように車体側に軸支され、永久磁石5と鉄心としてのロータヨーク6を有するアウターロータ7とを備えたモータユニットを、タイヤ8を保持したホイール9に取り付けたものである。
FIG. 2 shows an embodiment of an in-wheel motor cooling system for an electric vehicle as an example of a motor cooling system according to the present invention. That is, as shown in this figure, the in-
前記車体には、センターシャフト10が固定されており、このセンターシャフト10にはハブ11が固定される。なお、電動車両の車輪軸は、モータの回転中心軸を構成しており、インホイールモータ1の車輪軸(回転中心軸)を、固定軸部材である前記のセンターシャフト10およびハブ11から構成してある。なお、センターシャフト10は図示しないが他方の車輪のホイールとも連結されている。
A
前記ホイール9は、タイヤ8を保持するリム部材12と、該リム部材12にボルト13等によって締結されたケーシング14とから構成されており、ハブ11の周りを回転自由に設けられている。ケーシング14は、アウターロータ7を内周面に組み付けた略筒状の外蓋14Aと、該外蓋14Aにボルト15等によって締結されて、当該外蓋14Aの車体内方側の開放口を塞ぐ略筒状の内蓋14Bとからなる。
The wheel 9 includes a
上述した構造のホイール9のケーシング14は、外蓋14Aの支持溝14aと内蓋14Bの支持孔14bを介してハブ11周りに挿通され、ハブ11外周と支持溝14aとの間および該ハブ11外周と支持孔14bとの間にそれぞれ介装された軸受16、17によって、ハブ11周りに回転自由に支持される。
The
また、軸受17内側に近接した位置のハブ11外周と支持孔14bとの間には、リング状のゴムパッキン等から構成されるシール部材18が装着されている。従って、ホイール9のケーシング14は、略密閉構造となっており、その内部に気体、液体などの冷却媒体が封入されている。
Further, a
前記インナーステータ4は、リング状に形成され、鉄心3の複数の巻線部周りに金属線をそれぞれ巻回して形成したコイル2を設けて構成される。かかるインナーステータ4は、センターシャフト10に固定されたハブ11周部に嵌挿されて、その両端が該ハブ11外周に離間して固定された2つのリング状のステータ固定板19、20にボルト21等により締結される。
The inner stator 4 is formed in a ring shape and is provided with a
前記アウターロータ7のロータヨーク6は、リング状に形成され、該ロータヨーク6の内周面には、軸方向に貫通し、かつ、間隔をもって列設された多数の磁石用の溝(図示せず)が形成され、この磁石用の溝に多数設けられた永久磁石5がそれぞれ嵌合取付される。かかるアウターロータ7は、外蓋14の内周面に組み付けられる。
The
ここで、ケーシング14には、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部としての多数の受熱フィン22Aと、外気と接触して受熱フィン22Aが受けた熱を放出する外側の放熱部としての多数の放熱フィン22Bと、を備えた熱交換手段としての熱交換器22が設けられている。
Here, the
この場合、受熱フィン22Aは、ケーシング14の内蓋14Bの端壁部の内面に、軸方向に突出して、中心部から外周部にかけて、かつ、周方向に沿って列状に多数個が一体成形されて設けられている。一方、放熱フィン22Bは、内蓋14Bの端壁部の外面に、軸方向に突出して、中心部から外周部にかけて、かつ、周方向に沿って列状に多数個が一体成形されて設けられている。
In this case, a large number of
また、ケーシング14内部には、その内部の冷却媒体を攪拌する攪拌手段として、回転駆動手段としてのモータ23Aと、該モータ23Aによって回転駆動される攪拌用ファン23Bと、を備えた複数の攪拌機23が設けられている。
The
かかる攪拌機23は、アウターロータ7と受熱フィン22Aとの間のハブ11周部位置に、周方向に沿って間隔をもって配設され、それぞれのモータ23Aが取付部材24によってハブ11に取り付けられ、攪拌用ファン23Bが受熱フィン22Aの方向に向けられている。この場合、攪拌用ファン23Bは、冷却媒体が受熱フィン22Aに向かって流れるような回転方向に設定される。
Such a
さらに、ケーシング14外部には、放熱フィン22Bを強制的に冷却するための送風を行う送風手段として、回転駆動手段であるモータ25Aと、該モータ25Aによって回転駆動される送風用ファン25Aと、を備えた複数の送風機25が設けられている。
Further, on the outside of the
この送風機25は、内蓋14Bから突出するハブ11周部位置に、周方向に沿って間隔をもって配設され、それぞれのモータ25Aが取付部材26によってハブ11に取り付けられ、送風用ファン25Aが放熱フィン22Bの方向に向けられている。この場合、送風用ファン25Aは、空気が放熱フィン22Bに向かって流れるような回転方向に設定される。
The
かかる構成のインホイールモータ1を装備した電気自動車においては、インナーステータ4のコイル2に通電してこれを励磁すれば、インナーステータ4周りをアウターロータ7が回転し、ホイール9を介してタイヤ8が回転して走行する。
In an electric vehicle equipped with the in-
そして、ケーシング14内部に封入されている気体、液体などの冷却媒体が、例えば、インナーステータ4の隣り合う巻線部同士の間隔部およびアウターロータ7とインナーステータ4間などの発熱部に行き渡り、これらを冷却することで受熱する。
Then, a cooling medium such as gas or liquid enclosed in the
ケーシング14内部の攪拌機23は、そのモータ23Aが作動されることで、その攪拌用ファン23Bが回転駆動され、従って、ケーシング14内部の冷却媒体が攪拌される。このように冷却媒体が攪拌されることで、冷却媒体か受熱フィン22Aの方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱フィン22Aに強制的に移動されて、熱伝導し易くなる。
The
受熱フィン22Aに熱伝導された冷却媒体の熱は、放熱フィン22Bに熱伝導され、放熱される。この場合、ケーシング14外部の送風機25は、そのモータ25Aが作動されることで、その送風用ファン25Bが回転駆動され、従って、放熱フィン22Bに送風がなされて、該放熱フィン22Bが冷却されて効率良く放熱される。
The heat of the cooling medium conducted to the
よって、このような動作が連続的に行われて、ケーシング14内部の冷却媒体が熱交換によって低温に維持され、発熱部が常に冷却媒体によって冷却される。
Therefore, such an operation is continuously performed, the cooling medium in the
以上の構成においては、インホイールモータ1のホイール9におけるケーシング14を、略密閉構造にする一方、このケーシング14内部に封入した気体、液体などの冷却媒体を、受熱フィン22Aと放熱フィン22Bとを備えた熱交換器22により熱交換して低温に維持し、この冷却媒体により、例えば、インナーステータ4の隣り合う巻線部同士の間隔部およびアウターロータ7とインナーステータ4間などの発熱部を冷却するようにしたから、次のような利点がある。
In the above configuration, the
すなわち、従来のように発熱部を大気に曝して、自然換気する冷却構造よりも、格段に冷却効果が優れ、特に、インホイールモータ1の低回転時には、効果的な冷却が得られる。
That is, the cooling effect is far superior to the conventional cooling structure in which the heat generating part is exposed to the atmosphere and naturally ventilated, and effective cooling can be obtained particularly when the in-
しかも、ケーシング14内部に攪拌機23を設けたため、冷却媒体が攪拌され、このように冷却媒体が攪拌されることで、上述したように、冷却媒体か受熱フィン22Aの方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱フィン22Aに強制的に移動されて、熱伝導し易くなるため、ケーシング14内部は略密閉構造であっても、熱がこもり難く、ケーシング14内部の温度上昇を抑えて、冷却媒体を低温に維持できるため、効率の良い冷却が行える。
In addition, since the
また、外部の放熱フィン22Bは、送風機25によって送風がなされて、強制的に冷却されるため、例え、車両が低速で走行していて、ホイール9の回転時に発生する風が少なくても、放熱が促進される。なお、ホイール9の回転時に発生する風だけで放熱フィン22Bの冷却が十分に行える場合には、送風機25を別に設けなくとも良い。
Further, since the
さらに、ケーシング14が略密閉構造にしたため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物がケーシング14内部に入り難くなり、これら異物によるコイル2などの故障の発生を低減することができる。
Furthermore, since the
また、本実施形態においては、固定された車輪軸(本実施形態では、ハブ11)に、攪拌機23、送風機25を取り付けるようにしたから、これらの取付部位に苦慮することがなく、しかも、安定した取付状態が得られ、結果、攪拌動作や送風動作も確実なものとなる。
In the present embodiment, the
上記の攪拌機23、送風機25は、実施形態で示したように複数台に限らず、1台だけ設置しても良いし、その設置場所、取付部位もどこでも構わない。また、熱交換器22における受熱フィン22A、放熱フィン22Bを設ける位置は、実施形態のように、内蓋14Bの端壁部に限らず、ケーシング14であればどこでも良く、実施形態で示したフィン形態に限らず、他の形態のフィンでも良い。さらに、フィンに限らず、他の構造の受熱部、放熱部でも良い。
The
また、本発明を、アウターロータ式のインホイールモータ1に適用したが、アウターロータ式のモータ全般に適用でき、その他、全てのモータに適用しても良い。
In addition, the present invention is applied to the outer rotor type in-
ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるが、冷却媒体により強制的に冷却するため、より有利であり、特に、放熱部の送風を行う送風手段を設ければ、低速回転であっても、放熱を効果的に行える。また、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件に悪い場所で用いられることが多いこれら車両のインホイールモータなどでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに入り難く、より有利である。 In-wheel motors used in golf carts, construction vehicles, agricultural vehicles, etc. are used at low speed, but are more advantageous because they are forcibly cooled by a cooling medium. If a blower is provided, heat can be effectively dissipated even at a low speed. In addition, in-wheel motors and the like of these vehicles that are often used in bad places with environmental conditions with foreign matters such as muddy water, dust, dust, iron powder, and iron sand, it is difficult for these foreign matters to enter the wheel while the vehicle is running. More advantageous.
A ケーシング
B 発熱部
C 熱交換手段
C−1 受熱部
C−2 放熱部
D 攪拌手段
1 インホイールモータ
4 インナーステータ
7 アウターロータ
9 ホイール
14 ケーシング
22A 受熱フィン
22B 放熱フィン
22 熱交換器
23 攪拌機
25 送風機
A casing B heat generating part C heat exchanging means C-1 heat receiving part C-2 heat radiating part D stirring means 1 in-wheel motor 4
Claims (7)
前記ケーシングを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部と、外気と接触して前記受熱部が受けた熱を放出する外側の放熱部と、を備えた熱交換手段を設けると共に、該ケーシング内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段を配設したことを特徴とする冷却装置。 An apparatus for cooling a heat generating portion disposed inside a casing,
The casing has a substantially hermetically sealed structure, and a cooling medium is sealed in the casing, while the casing is in contact with the cooling medium in the casing and receives heat from the cooling medium, and is in contact with outside air. A heat exchanging means provided with an outer heat dissipating part for releasing the heat received by the heat receiving part, and a stirring means for stirring the cooling medium is provided inside the casing. apparatus.
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