JP2011055610A - モータの冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高い冷却効果を得ると共に、泥水、埃、粉塵などの影響によってコイルなどの故障の発生を抑制し、かつ、省エネルギ効果に優れたモータの冷却システムを提供する。
【解決手段】 送風ファン１７により発生される空気を、コイル２とアウターロータ７の内周面へと流通させる空気通路部を設けて、これらコイル２とアウターロータ７とを冷却すると共に、空気通路部のうち冷却後の空気が流通する空気流通経路１８に熱交換器２６を設けて、冷却後の空気から回収した熱を電動車両の熱源、例えば、車内暖房及びウインドガラスの曇り止めなどの熱源として有効利用するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータのコイルなどの発熱部を強制的に流通させた流体によって冷却するシステムに関し、特に、この冷却後の加熱された流体から熱を回収して熱源として使用することもできるようにしたシステムに関する。

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。
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。
特開平１−２９８９０３号公報 特開平１１−１８７５０６号公報 特開２００３−３００４２０号公報

しかしながら、従来の冷却システムでは、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、冷却効果に乏しいのに加え、ホイールの密閉性に劣るため、外気と共に泥水、埃、粉塵などが内部に入り易く、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。

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、泥水、埃、粉塵などのある環境条件に悪い場所で用いられるため、車両の走行中にこれら泥水、埃、粉塵などがホイールに掛かり易く、上記の欠点がより顕著に生じ易い。

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、モータに強制的に流通させた空気などの流体によりそのコイルなどの発熱部を冷却し、高い冷却効果を得ると共に、モータの密閉性を高め、泥水、埃、粉塵などの影響によってコイルなどの故障の発生を低減すると共に、この冷却後の加熱された流体から熱を回収して熱源として使用することもできるようにした省エネルギ性に優れたモータの冷却システムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するため、請求項１に係る発明のモータの冷却システムは、ステータとロータとを備えたモータの発熱部を冷却するシステムであって、冷却用流体を発生させる手段を備え、該冷却用流体発生手段により発生された冷却用流体が流通し、前記発熱部が介装されてなる冷却用流体通路部と、該冷却用流体通路部のうち該発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられ、該通路部を流通する冷却用流体が保有する熱を回収する熱回収部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明のモータの冷却システムは、前記冷却用流体発生手段により発生された冷却用流体を、前記発熱部から前記熱回収部に向かう方向に流通させる状態と、該熱回収部から該発熱部に向かう方向に流通させる状態と、に選択的に切り換える流通切換手段を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明のモータの冷却システムは、前記冷却用流体発生手段を、ファンとファン駆動用モータを備えた送風機から構成し、該ファン駆動用モータを、回転方向を正方向と逆方向とに選択的に切り換え駆動可能な正・逆転構造にして、前記流通切換手段を構成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明のモータの冷却システムは、前記冷却用流体発生手段を、送風機から構成し、該送風機の吸引部と吐出部それぞれに連結される通路部の途中部分同士を連通させると共に、該連通部に、冷却用流体が前記発熱部から前記熱回収部に向かって吐出される流通方向と、吸引された冷却用流体が該熱回収部から該発熱部に向かう流通方向と、に選択的に変換する流通方向変換バルブを設けて、前記流通切換手段を構成したことを特徴とする。

請求項５に係る発明のモータの冷却システムは、前記熱回収部は、前記冷却用流体発生手段と前記発熱部との間に介装され、該発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられて、該通路部を流通する冷却用流体が保有する熱を放出する放熱部と、熱源として使用される被加熱流体が流通し、前記放熱部から放出された熱を受ける受熱部と、を備えた熱交換器からなることを特徴とする。

請求項６に係る発明のモータの冷却システムは、前記モータの回転中心軸を、中空に形成された固定軸部材から構成し、該固定軸部材から冷却用流体通路部の一部を形成したことを特徴とする。

請求項７に係る発明のモータの冷却システムは、前記冷却用流体通路部の一部を、ステータとロータとを備えたモータ周りを覆う部材の端壁部に形成された孔から形成したことを特徴とする。

請求項８に係る発明のモータの冷却システムは、前記ステータとロータとを備えたモータは、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。

請求項９に係る発明のモータの冷却システムは、前記アウターロータ式のモータは、タイヤを保持したホイールに取り付けてなる電動車両のインホイールモータであって、前記モータの回転中心軸は車輪軸であり、前記ホイールはモータ周りを覆う部材を構成し、前記熱源を、電動車両に用いる熱源としたことを特徴とする。

請求項１０に係る発明のモータの冷却システムは、前記ステータとロータとを備えたモータにおける配線を、前記中空に形成された固定軸部材の内部に収納して外部に取り出す構成としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明のモータの冷却システムによれば、空気などの冷却用流体を例えば、コイルなどの発熱部に流通させて、該発熱部を冷却するようにしたから、冷却効果に優れ、また、例えば、空気を流通させるための孔などが形成されているだけで、コイルなどの発熱部を大気に曝すことで冷却する構成ではないため、モータの密閉性が従来と比較して高く、外気と共に泥水、埃、粉塵などがモータに入り難く、結局、コイルの発熱部などに悪影響が与えられることがなく、故障が生じ難い。さらに、冷却用流体通路部のうち発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられた熱回収部により、冷却用流体の熱を回収し、この回収した熱を電動車両などの熱源、例えば、車内暖房及びウインドガラスの曇り止めなどの熱源として有効利用するようにしたから、省エネルギ効果に優れると共に、熱源としてのヒータなどの加熱装置を別途設ける必要がなく、コスト的にも有利である。

請求項２に係る発明のモータの冷却システムによれば、冷却用流体の流通方向を変更できるようにしたため、発熱部の冷却及びこの冷却後の冷却用流体の熱を使用するための熱回収の両方を行う場合と、熱を使用せず、発熱部の冷却のみを行う場合と、が選択できる。この場合、両者の場合とも冷却を行うことには変わりはないが、熱を使用せず、冷却のみを行う場合は、例えば、冷却用流体をモータ周りを覆う部材の孔などから外部に吐出しているため、孔などから外気と共に泥水、埃、粉塵などがモータ内部により入り難く、コイルなどに悪影響が与えられることがなく、故障が生じ難い点でより効果的な冷却を行う上で有利である。

請求項３に係る発明のモータの冷却システムによれば、ファン駆動用モータとして、正・逆転構造のものを採用するだけで、流通切換手段を簡単に構成できる。

請求項４に係る発明のモータの冷却システムによれば、冷却用流体発生手段における通路部の構成を変更し、かつ、流通方向変換バルブを設けるだけで、流通切換手段を簡単に構成できる。

請求項５に係る発明のモータの冷却システムによれば、熱回収部を、発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けた放熱部と、熱源として使用される被加熱流体が流通し、放熱部から放出された熱を受ける受熱部と、を備えた熱交換器から簡単に構成できる。

請求項６に係る発明のモータの冷却システムによれば、冷却用流体通路部の一部を簡単かつ確実に製作することができ、しかも、固定されていて動じない固定軸部材を使用して冷却用流体の流通を行うため、冷却用流体の流通を行うための構成が簡単ですみ、冷却用流体発生手段なども固定状態で設置できるなどの利点があり、全体的に構成の簡略化を図ることができる。

請求項７に係る発明のモータの冷却システムによれば、冷却用流体通路部の一部を簡単かつ確実に製作することができる。

請求項８に係る発明のモータの冷却システムによれば、アウターロータ式のモータにおける発熱部の冷却を効果的に行うことができる。

請求項９に係る発明のモータの冷却システムによれば、ゴルフカートや工事用車両、農業用車両などに用いられ、泥水、埃、粉塵などがホイールに掛かり易いインホイールモータにおける発熱部の冷却をより効果的に行うことができると共に、モータの回転中心軸を車輪軸により簡単に構成でき、冷却用流体通路部の一部を構成する孔などをモータ周りを覆うホイールにより簡単に構成できる。

請求項１０に係る発明のモータの冷却システムによれば、配線を外部に導出させるための孔や溝などを別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図れると共に、モータの密閉性をより高めることができ、ひいては、冷却効果を高めることができる。

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。
本発明に係るモータの冷却システム、すなわち、ステータとロータとを備えたモータの発熱部を冷却するシステムは、図１に示すように、冷却用流体を発生させる手段を備え、該冷却用流体発生手段により発生された冷却用流体が流通し、前記発熱部が介装されてなる冷却用流体通路部と、該冷却用流体通路部のうち該発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられ、該通路部を流通する冷却用流体が保有する熱を回収する熱回収部と、を備えて構成されており、具体的には、次のように構成されている。

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第１の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（図４参照）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（図５参照）とを備えたモータユニットを、タイヤ（図示せず）を保持したホイール８（本発明で言うところの、モータ周りを覆う部材）に取り付けたものである。

前記車体には、中空のセンターシャフト９が固定されており、このセンターシャフト９の外周面には略円筒状のハブ１０（図６参照）が嵌合され固定される。なお、上記の車輪軸は、本発明で言うところの、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、中空に形成された固定軸部材であるセンターシャフト９およびハブ１０から構成してある。

前記ホイール８は、前記ハブ１０の周りを回転自由に設けられている。このホイール８は、前記アウターロータ７を内周面に組み付けた胴体１１（図７参照）と、該胴体１１の車体内方側の開放口を塞ぐ端壁部としての内蓋１２（図８参照）とからなる。

前記胴体１１は、図７に示すように、筒状をなす胴壁部１１ａと車体外方側に位置する端壁部としての外蓋部１１ｂとを備えており、該外蓋部１１ｂの中央部内面には支持溝１１ｃが開設されている。

前記内蓋１２は、図８に示すように、板状に形成され、外周端部には中心軸と直交して外方に張り出すフランジ部１２ａが一体に形成され、中央部には支持孔１２ｂが開設されている。かかる内蓋１２は前記胴体１１の胴壁部１１ａ内端面に組み付けられ、ボルトなどにより締結される。

上述した構造のホイール８は、支持溝１１ｃと支持孔１２ｂを介してハブ１０周りに挿通され、該ハブ１０外周と前記支持溝１１ｃとの間および該ハブ１０外周と前記支持孔１２ｂとの間にそれぞれ介装された軸受１３、１４によって、ハブ１０周りに回転自由に支持される。なお、Ｐは、ゴムパッキン等から構成される気密シールである。

前記インナーステータ４は、図４に示すように、リング状に形成され、鉄心３の複数の巻線部３ａ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、前記センターシャフト９に固定されたハブ１０周部に嵌挿されて、その内周部の両端に位置する２つのリング状のステータ固定板１５、１６（図９参照）が前記ハブ１０の外周部の両端にボルトなどにより締結される。

前記アウターロータ７のロータヨーク６は、図５に示すように、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６ａが形成され、この磁石用の溝６ａ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、前記胴体１１の胴壁部１１ａ内周面に組み付けられる。すなわち、胴壁部１１ａの内周面には、図７に示すように、段差部１１ｄが形成され、この段差部１１ｄにセットされたアウターロータ７が前述のように胴体１１の胴壁部１１ａにボルトなどにより締結された内蓋１２のフランジ部１２ａにより押さえ固定される。また、図示しないが、タイヤはホイール８外周に配設され、その内側内周端部と外側内周端部とが図示しないリム部材により押さえ固定される。

一方、ハブ１０のインナーステータ４が取り付けられている部位には、内端がセンターシャフト９の内部と連通し、外端が開放する孔１０ａが周方向に間隔をもって複数個、貫通形成されている。

また、インナーステータ４内周部の内側端のステータ固定板１５には、内端がハブ１０の孔１０ａと連通し、外端が内蓋１２とインナーステータ４の内側端面との間に形成される空間部１９と連通する孔１５ａが周方向に間隔をもって複数個、貫通形成されている。

また、外蓋部１１ｂの外周端部には、内端が外蓋部１１ｂとインナーステータ４の外側端面との間に形成される空間部２０と連通し、外端が外部（ホイール８の外側方向）に開放される孔１１ｅが周方向に間隔をもって複数個、貫通形成されている。なお、この孔１１ｅには、それぞれフィルタＦが装着されている。

従って、前記の冷却用流体発生手段としての送風機（例えば、送風ファン１７）により発生された冷却用流体としての空気が流通し、発熱部、すなわち、コイル２とアウターロータ７の内周面が介装されてなる冷却用流体通路部は、外蓋部１１ｂの孔１１ｅ、空間部２０、空間部１９、ステータ固定板１５の孔１５ａ、ハブ１０とインナーステータ４との間、ハブ１０の孔１０ａ及びセンターシャフト９内部から構成される。

図２において、センターシャフト９は図示しないが他方の車輪のホイールとも連結されており、前記送風ファン１７は、本体１７ａ内に、ファン１７ｂとファン駆動用モータ１７ｃを備えたものであり、該本体１７ａの両端部には、それぞれ空気の流通口１７ｄ、１７ｅが形成され、一方の流通口１７ｄとセンターシャフト９の例えば長手方向の中間部位などに形成された流通口９ａとは、空気流通経路１８を介して接続される。また、他方の流通口１７ｅは外気に開放されている。なお、この流通口１７ｅには、フィルタｆが装着されている。

さらに、送風ファン１７の一方の流通口１７ｄとセンターシャフト９の流通口９ａとの間、すなわち、送風ファン１７とインホイールモータ１の発熱部との間に介装され、発熱部を経た冷却用流体（空気）が流通する通路部である空気流通経路１８には、前記の熱回収部としての熱交換器２６が設けられている。

この熱交換器２６は、本体２６ａ内に、空気流通経路１８を流通する加熱空気が保有する熱を放出する放熱部としての蛇行した放熱管２６ｂと、熱源として使用される被加熱流体（空気）が流通し、該放熱管２６ｂから放出された熱を受ける受熱部としての蛇行した受熱管２６ｃと、を互いに近接して対面させて並設したものである。

そして、放熱管２６ｂは、空気流通経路１８に介装連結され、受熱管２６ｃは、電動車両の熱源、例えば、車内暖房及びウインドガラスの曇り止めなどの熱源として使用される被加熱流体（空気）が流通する流通管２７に介装されている。

ここで、送風ファン１７により発生された空気を、発熱部から熱交換器２６に向かう方向に流通させる状態と、該熱交換器２６から該発熱部に向かう方向に流通させる状態と、に選択的に切り換える流通切換手段を備えている。この場合、本実施形態においては、ファン駆動用モータ１７ｃを、回転方向を正方向（図２の矢印Ａとなる空気流通方向）と逆方向（図２の矢印Ｂとなる空気流通方向）とに選択的に切り換え駆動可能な正・逆転構造のものにして、流通切換手段を構成している。

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８を介してタイヤが回転して走行する。

そして、送風ファン１７を起動し、そのファン駆動用モータ１７ｃの回転方向を正方向に切り換えると、図２の矢印Ａとなる空気流通方向となる。すると、外気が外蓋部１１ｂの孔１１ｅからフィルタＦを経て塵などが除去されて吸引される。吸引された外気は、空間部２０を経て、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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間に導入され、これらを流通して冷却する。

そして、この巻線部３ａ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間から排出された空気は、内蓋１２とインナーステータ４との間の空間部１９へと至り、ステータ固定板１５の孔１５ａ、ハブ１０とインナーステータ４との間及びハブ１０の孔１０ａを経て、センターシャフト９内部に至り、空気流通経路１８を介して、熱交換器２６の放熱管２６ｂを流通し、送風ファン１７の一方の流通口１７ｅ（この場合は吐出口となる）から外部にフィルタｆを経て吐出される。

このようにして、発熱部、すなわち、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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間に導入され、これらを流通して冷却した空気は、発熱部を経たことで加熱され、加熱空気として熱交換器２６の放熱管２６ｂを流通する。そして、放熱管２６ｂから放出された熱を受熱管２６ｃが受け、該受熱管２６ｃを流通する空気が加熱される。

すなわち、熱交換器２６において、発熱部を冷却した後の空気が保有する熱が回収される。受熱管１６ｃを流通管２７を介して流通して加熱された空気は、電動車両の熱源、例えば、車内暖房及びウインドガラスの曇り止めなどの熱源として使用される。
一方、送風ファン１７のファン駆動用モータ１７ｃの回転方向を逆方向に切り換えると、図２の矢印Ｂとなる空気流通方向となる。

すると、外気が一方の流通口１７ｅ（この場合は吸込口となる）にフィルタｆを経て吸引され、熱交換器２６の放熱管２６ｂを流通し（放熱管２６ｂには加熱されていない空気が流通する）、センターシャフト９内部に供給され、ここから、ハブ１０の孔１０ａ、該ハブ１０とインナーステータ４との間およびステータ固定板１５の孔１５ａ、内蓋１２とインナーステータ４との間の空間部１９へと至り、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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間に導入され、これらを流通して冷却する。

そして、この巻線部３ａ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間から排出された空気は、図２に示した矢印Ｂの如く、空間部２０を経て、外蓋部１１ｂの孔１１ｅから外部にフィルタＦを経て吐出される。この場合、熱交換器１６の放熱管２６ｂを流通する空気は加熱されていないため、熱は回収されず、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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（発熱部）を冷却するのみである。

次に、第２の実施形態について図３を参照して説明する。この実施形態は、第１の実施形態で説明した、送風ファン１７のファン駆動用モータ１７ｃを正・逆転構造のものにして、流通切換手段に構成するのに代えて、別の構成で流通切換手段を構成するようにしたものである。

すなわち、冷却用流体発生手段を、送風機（例えば、ブロア２８）から構成し、このブロア２８の吸引部２８ａと吐出部２８ｂそれぞれに連結される吸込通路部２９と吐出通路部３０部分同士を連通させると共に、この連通部３１に、２つの通路部３２、３３を接続する。一方の通路部３２を熱交換器２６に接続し、他方の通路部３３をフィルタｆを介して外気に開放する。

そして、連通部３１に、冷却用流体（空気）がインナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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（発熱部）から空気流通経路１８を経て熱交換器２６に向かい、一方の通路部３２を経て他方の通路部３３から外気に吐出される空気流通方向となる位置ａと、外気から他方の通路部３３に吸引され、一方の通路部３２を経て熱交換器２６から空気流通経路１８を介して発熱部に向かう空気流通方向となる位置ｂと、に選択的に切り換えられて流通方向を変換する流通方向変換バルブ３４を設けるようにして、流通切換手段構造を構成している。

従って、流通方向変換バルブ３４を選択的に切り換えれば、空気流通方向を変換することができ、発熱部の冷却及びこの冷却後の空気熱を使用するための熱回収の両方を行う場合と、熱を使用せず、発熱部の冷却のみを行う場合と、が選択できる。

次に、第３の実施形態について図１０を参照して説明する。この実施形態は、第１の実施形態で示した、インホイールモータ１内における空気の流通方向に対して、逆の空気の流通方向にしたものである。

すなわち、インナーステータ４内周部の内側端のステータ固定板１６には、内端がハブ１０の孔１０ａと連通し、外端が外蓋部１１ｂとインナーステータ４の外側端面との間に形成される空間部２０へと連通する孔１６ａが周方向に間隔をもって複数個、貫通形成されている。また、内蓋１２の外周端部には、内端が該内蓋１２とインナーステータ４の内側端面との間に形成される空間部１９と連通し、外端が外部（ホイール８の内側方向）に開放される孔１２ｃが周方向に間隔をもって複数個、貫通形成されている。なお、この孔１２ｃにも、フィルタＦが装着されている。

従って、例えば、図２に示した送風ファン１７を起動し、そのファン駆動用モータ１７ｃの回転方向を正方向に切り換えると、図２の矢印Ａとなる空気流通方向となる。すると、外気が内蓋１２の孔１２ｃからフィルタＦを経て吸引される。吸引された外気は、空間部１９を経て、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ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間に導入され、これらを流通して冷却する。

そして、この巻線部３ａ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間から排出された空気は、空間部２０、ステータ固定板１６の孔１６ａ及びハブ１０の孔１０ａを経て、センターシャフト９内部に至り、空気流通経路１８を介して、熱交換器２６の放熱管２６ｂを流通し、送風ファン１７の一方の流通口１７ｅ（この場合は吐出口となる）から外気に吐出される。この場合は、発熱部の冷却と、この冷却後の空気熱を使用するための熱回収と、が行われる。

一方、送風ファン１７のファン駆動用モータ１７ｃの回転方向を逆方向に切り換えると、図２の矢印Ｂとなる空気流通方向となる。なお、この空気流通方向は、上述の空気流通方向と逆になるだけであるから、説明を省略するが、この場合は、発熱部の冷却のみとなる。

以上の各実施形態においては、インホイールモータ１に強制的に空気を流通させて、例えば、インナーステータ４の隣り合う巻線部３ａ同士の間隔部、すなわち、コイル２やアウターロータ７内周面などの発熱部を冷却するようにしたから、冷却効果に優れ、また、例えば、空気を吸引或いは吐出するための孔１１ｅ、１２ｃなどが形成されているだけで、コイル２などの発熱部を大気に曝すことで冷却する構成ではないため、ホイール８の密閉性が従来と比較して高い。

特に、本実施形態で採用したゴルフカートや工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータ１では、泥水、埃、粉塵などのある環境条件に悪い場所で用いられるため、車両の走行中にこれら泥水、埃、粉塵などがホイールに掛かり易いものの、これら泥水、埃、粉塵などがホイール８に入り難く、より効果的である。

また、送風ファン１７などにより発生された空気が流通し、前記の発熱部が介装されてなる空気通路部のうち冷却後の加熱された空気が流通する通路部を構成する空気流通経路１８に熱交換器２６を介装して加熱された空気の熱を回収し、この回収した空気熱を電動車両の熱源、例えば、車内暖房及びウインドガラスの曇り止めなどの熱源として有効利用するようにしたから、省エネルギ効果に優れると共に、熱源としてのヒータなどの加熱装置を別途設ける必要がなく、設備費用などのコスト低減を図れる。

さらに、本実施形態では，送風ファン１７のファン駆動用モータ１７ｃの回転を選択的に正・逆転切り換えることにより、或いは、ブロア２８による空気の流通路を選択することにより、冷却用空気の流通方向を変更できるようにしたため、発熱部の冷却及びこの冷却後の空気熱を使用するための熱回収の両方を行う場合と、熱を使用せず、発熱部の冷却のみを行う場合と、が選択できる。

この場合、両者の場合とも冷却を行うことには変わりはないが、熱を使用せず、冷却のみを行う場合は、空気を外蓋部１１ｂの孔１１ｅなどから外部に吐出しているため、孔１１ｅなどから外気と共に泥水、埃、粉塵などがホイール８により入り難く、コイル２などに悪影響が与えられることがなく、故障が生じ難い点でより効果的な冷却を行う上で有利である。なお、発熱部の冷却と熱回収を両方行う場合には、孔１１ｅなどから空気を吸引しているが、孔１１ｅなどにフィルタＦを装着して、外気と共に泥水、埃、粉塵などがホイール８に入り難いようにしてある。

また、本実施形態においては、センターシャフト９を使用して、空気通路部の一部を構成しているため、空気通路部の一部を簡単かつ確実に製作することができ、しかも、固定されていて動じないセンターシャフト９を使用して空気の流通を行うため、空気の流通を行うための構成が簡単ですみ、送風ファン１７なども固定状態で設置できるなどの利点があり、構成の簡略化を図ることができる。
さらに、ホイール８に形成した孔１１ｅ、１２ｃにより、空気通路部の一部を形成しているため、空気通路部の一部を簡単かつ確実に製作することができる。

なお、インホイールモータ１における配線を、センターシャフト９の内部に収納して外部に取り出す構成とすると良い（第４の実施形態）。すなわち、図２に示すように、例えば、コイル２の配線２５を、内蓋１２とインナーステータ４との間、ステータ固定板１５の孔１５ａ、ハブ１０の孔１０ａを通して、センターシャフト９内部に挿入し、ここから、外部に取り出す構成とする。

上記実施形態においては、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、その他、全てのモータに適用しても良く、また、空気通路部は実施形態で示したものには限らず、その他の構成であっても良い。さらに、冷却用流体（熱回収流体）は空気（加熱空気）に限らず、他の気体であっても良いし、液体であっても良い。

モータに強制的に流通させた空気などの流体によりそのコイルなどの発熱部を冷却し、高い冷却効果を得ると共に、モータの密閉性を高め、泥水、埃、粉塵などの影響によるコイルなどの故障の発生を低減できるため、環境条件の悪い場所で使用されるゴルフカートや工事用車両、農業用車両などのインホイールモータに有利となると共に、この冷却後の加熱された流体から熱を回収して熱源として利用できるようにした省エネルギ性に優れたものとなる。

図１は、本発明に係るモータの冷却システムを示す概略図である。 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第１および第５の実施形態を示す正面断面図である。 図３は、同上の電動車両のインホイールモータの冷却システムの第２の実施形態を示す正面断面図である。 図４は、同上のインホイールモータにおけるインナーステータの側面図である。 図５は、同上のインホイールモータにおけるアウターロータの側面図である。 図６は、同上のインホイールモータにおけるハブを示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 図７は、同上のインホイールモータにおけるホイールの胴体を示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面断面図である。 図８は、同上のインホイールモータにおけるホイールの内蓋を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は右側面図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同上のインホイールモータにおけるステータ固定板を示す側面図である。 図１０は、同上の電動車両のインホイールモータの冷却システムの第３の実施形態を示す正面断面図である。

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
８ ホイール
９ センターシャフト
９Ａ 内側通路
９Ｂ 外側通路
９ａ 供給口
９ｂ 出口
１０ ハブ
１０ａ 孔
１１ｂ 外蓋部
１１ｅ 孔
１２ 内蓋
１２ｃ 孔
１５ ステータ固定板
１５ａ 孔
１６ ステータ固定板
１６ａ 孔
１７ 送風ファン
１８ 空気流通経路
１９ 空間部
２０ 空間部
２１ａ ハブ分割体
２１ｂ ハブ分割体
２３ 空間部
２４ 空間部
２５ 配線
２６ 熱交換器
２６ｂ 放熱管
２６ｃ 受熱管
２７ 流通管
２８ ブロア
３４ 流通方向変換バルブ

Claims (10)

1. ステータとロータとを備えたモータの発熱部を冷却するシステムであって、
   冷却用流体を発生させる手段を備え、該冷却用流体発生手段により発生された冷却用流体が流通し、前記発熱部が介装されてなる冷却用流体通路部と、該冷却用流体通路部のうち該発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられ、該通路部を流通する冷却用流体が保有する熱を回収する熱回収部と、を備えたことを特徴とするモータの冷却システム。
2. 前記冷却用流体発生手段により発生された冷却用流体を、前記発熱部から前記熱回収部に向かう方向に流通させる状態と、該熱回収部から該発熱部に向かう方向に流通させる状態と、に選択的に切り換える流通切換手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータの冷却システム。
3. 前記冷却用流体発生手段を、ファンとファン駆動用モータを備えた送風機から構成し、該ファン駆動用モータを、回転方向を正方向と逆方向とに選択的に切り換え駆動可能な正・逆転構造にして、前記流通切換手段を構成したことを特徴とする請求項２記載のモータの冷却システム。
4. 前記冷却用流体発生手段を、送風機から構成し、該送風機の吸引部と吐出部それぞれに連結される通路部の途中部分同士を連通させると共に、該連通部に、冷却用流体が前記発熱部から前記熱回収部に向かって吐出される流通方向と、吸引された冷却用流体が該熱回収部から該発熱部に向かう流通方向と、に選択的に変換する流通方向変換バルブを設けて、前記流通切換手段を構成したことを特徴とする請求項２記載のモータの冷却システム。
5. 前記熱回収部は、前記冷却用流体発生手段と前記発熱部との間に介装され、該発熱部を経た冷却用流体が流通する通路部に設けられて、該通路部を流通する冷却用流体が保有する熱を放出する放熱部と、熱源として使用される被加熱流体が流通し、前記放熱部から放出された熱を受ける受熱部と、を備えた熱交換器からなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のモータの冷却システム。
6. 前記モータの回転中心軸を、中空に形成された固定軸部材から構成し、該固定軸部材から冷却用流体通路部の一部を形成したことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のモータの冷却システム。
7. 前記冷却用流体通路部の一部を、ステータとロータとを備えたモータ周りを覆う部材の端壁部に形成された孔から形成したことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のモータの冷却システム。
8. 前記ステータとロータとを備えたモータは、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請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のモータの冷却システム。
9. 前記アウターロータ式のモータは、タイヤを保持したホイールに取り付けてなる電動車両のインホイールモータであって、前記モータの回転中心軸は車輪軸であり、前記ホイールはモータ周りを覆う部材を構成し、前記熱源を、電動車両に用いる熱源としたことを特徴とする請求項８記載のモータの冷却システム。
10. 前記ステータとロータとを備えたモータにおける配線を、前記中空に形成された固定軸部材の内部に収納して外部に取り出す構成としたことを特徴とする請求項６〜９のうちいずれか１つに記載のモータの冷却システム。

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