JP2016030526A - インホイールモータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって冷却能力を向上したインホイールモータの冷却構造を提供する。【解決手段】ステータ１０及びロータ２０を車輪に隣接して配置されるハウジング１００に収容するとともにロータに固定された出力軸３０に車輪が取り付けられるハブ２１０を接続して構成されたインホイールモータ１の冷却構造を、ハブに取り付けられ内径側から外径側へ連通する空気流路２２１ａが形成された通風式ブレーキディスク２２０と、ハウジングの車幅方向外側の端面と通風式ブレーキディスクとの間の空間部から空気を吸入して空気流路の内径側の端部へ導入する導風手段２３０とを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等の電動車両の車輪に隣接して設けられるインホイールモータの冷却構造に関し、特に簡単な構成によって冷却能力を向上したものに関する。

電動モータを走行用動力源とする電動車両の場合、内蔵される永久磁石やデバイスの劣化，故障等を防止して性能を維持するため、適切な冷却を行うことが重要である。
電動車両の駆動用モータ等の冷却に関する従来技術として、例えば特許文献１には、ヒートパイプを用いてモータ潤滑用のオイルを冷却することが記載されている。
また、特許文献２には、インホイールモータへ送風する冷却ファンをブレーキディスクに設けることが記載されている。
また、特許文献３には、インホイールモータの内部を冷却する冷却風流路からの排気を、通風式ブレーキディスクロータの内径側へ向けて排出することが記載されている。

特開２０１０−１４８２７２号公報 特開２００６− ５７７３２号公報 特開２００５−１６８１２０号公報

電動車両の走行用モータが、車輪に隣接してホイールハウス内に配置されるインホイールモータである場合には、モータ自体の発熱に加えて、制動時における摩擦ブレーキからの受熱によって、モータの温度が上昇しやすい。
このようなインホイールモータの場合には、車輪を収容するホイールハウス内の限られた空間内に全ての構成部品を配置する必要があり、また、バネ下重量の軽減も要求されることから、インホイールモータの外部にラジエータやクーラ等の冷却装置を配置することが困難である。
従来、インホイールモータの筐体（ハウジング）に冷却フィンなどを形成し、放熱面積を増加させることが提案されているが、インホイールモータのハウジングは車輪からの入力が負荷されるため強度が重要であることから、必然的にその外壁は肉厚となり、十分な冷却性能の確保は困難であった。
また、冷媒を通流させる冷却装置を設けることも考えられるが、冷媒の搬送経路の設定自由度が低いうえ、スペースにも余裕がないことから、冷却装置の複雑化、圧力損失の増加による搬送装置の大型化、部品の加工コスト等が問題となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によって冷却能力を向上したインホイールモータの冷却構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、ステータ及びロータを車輪に隣接して配置されるハウジングに収容するとともに前記ロータに固定された出力軸に前記車輪が取り付けられるハブを接続して構成されたインホイールモータの冷却構造であって、前記ハブに取り付けられ内径側から外径側へ連通する空気流路が形成された通風式ブレーキディスクと、前記ハウジングの車幅方向外側の端面と前記通風式ブレーキディスクとの間の空間部から空気を吸入して前記空気流路の内径側の端部へ導入する導風手段とを備え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。
これによれば、車両の走行時（車輪の回転時）に、導風手段がハウジングと通風式ブレーキディスクとの間の空間部から空気を吸入することによって、ハウジングのブレーキディスク側のほぼ全面に沿って外径側から内径側へ流れる冷却風を形成することができ、冷却のために専用の動力等を用いることなく効果的にインホイールモータを冷却することができる。
また、ブレーキディスクによって加熱された空気がハウジング側へ流れることを防止できるため、ブレーキディスクからインホイールモータへの受熱量も低減することができ、インホイールモータの温度をいっそう低下させることができる。
なお、導風手段によって吸入された空気は、導風手段の出側と大気圧との圧力差、及び、通風式ブレーキディスクの回転による遠心力によって、通風式ブレーキディスクの内部を搬送されて外部へ排気される。

請求項２に係る発明は、前記導風手段は、前記ハブに固定され車両前進時における回転方向前方側に向けて前記空間部側へ開口したエアスクープを周方向に複数分布させた円盤状の導風板を有す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である。
これによれば、簡単な構成によって上述した効果を確実に得ることができる。
このような導風板は、例えば、板金のプレス加工によって容易、安価かつ軽量に制作することが可能である。

請求項３に係る発明は、前記ハウジングは、内部に冷媒が封入されるとともに、一方の端部が前記ハウジングにおける潤滑油が貯留される領域に沿って延在し、他方の端部が前記ハウジングの車幅方向外側の端面に沿って延在する冷媒流路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインホイールモータの冷却構造である。
これによれば、インホイールモータ各部の熱によって高温となったオイルの熱を、ハウジングの車幅方向外側の端面側へ運び、導風手段によって形成される冷却風で効果的に冷却することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によって冷却能力を向上したインホイールモータの冷却構造を提供することができる。

本発明を適用したインホイールモータの冷却構造の実施例１におけるインホイールモータ周辺部の断面図である。 実施例１におけるインホイールモータ周辺部の断面斜視図である。 図１のIII−III部矢視図である。 実施例１におけるハブ及び整流板をインホイールモータ側から見た外観斜視図である。 実施例１のインホイールモータの冷却構造における整流板周辺部の拡大断面斜視図である。 本発明を適用したインホイールモータの冷却構造の実施例２におけるインホイールモータの断面斜視図である。

以下、本発明を適用したインホイールモータの冷却構造の実施例１について説明する。
図１は、実施例１におけるインホイールモータ周辺部の断面図であって、回転中心軸を含みかつ鉛直方向に沿った平面で切って見た図である。
図２は、インホイールモータ周辺部の断面斜視図である。
図３は、図１のIII−III部矢視図である。
図４は、実施例１におけるハブ及び整流板をインホイールモータ側から見た外観斜視図である。

実施例１におけるインホイールモータ１は、例えば電気自動車やエンジン電気ハイブリッド自動車等の電動車両の車輪に隣接して配置された駆動用モータであって、少なくとも一部が、タイヤのビード部が取り付けられるリムの内径側に収容されるものである。
インホイールモータ１は、例えば、永久磁石（ＰＭ）型の三相交流誘導モータであって、車両の走行用動力源（駆動力発生源）として用いられるとともに、制動時には回生発電機としても機能するものである。

インホイールモータ１は、ステータ１０、ロータ２０、出力軸３０、ハウジング１００等を有して構成されている。
ステータ１０は、磁性体からなるコアの周囲に、コイル巻線を巻き回したコイルを有して構成されている。
ステータ１０は円環状に形成され、コイルは、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相に分けられて周方向に配列されている。
各相のコイル巻線には図示しないインバータから供給される交流電力が通電され、ステータ１０の周囲に回転磁界を形成する。

ロータ２０は、円盤状に形成された磁性鉄板の内部に、複数の永久磁石を埋設して形成されている。
ロータ２０は、ステータ１０に対して、所定の回転中心軸回りに回転可能に支持されている。
ロータ２０は、ステータ１０の内部に挿入され、コイルが発生する磁界によって回転駆動される。

出力軸３０は、ロータ２０の回転出力をハブ２１０に伝達する回転軸である。
出力軸３０は、中間部分の外周面部にロータ２０が固定されるとともに、ハウジング１００に対して中心軸回りに回転可能なよう図示しない軸受によって保持されている。
出力軸３０の車幅方向外側（車輪側）の端部は、ハウジング１００から突出して設けられ、ハブ２１０が締結されている。

ハウジング１００は、ステータ１０、ロータ２０等が収容されるインホイールモータ１のケース（筐体）である。
ハウジング１００は、本体部１１０、内側カバー部１２０、外側カバー部１３０等を有して構成されている。
本体部１１０、内側カバー部１２０、外側カバー部１３０は、例えば、アルミニウム系合金等の金属を鋳造後、必用な箇所に所定の機械加工を施して形成されている。

本体部１１０は、車軸と実質的に平行に配置された略円筒状に形成され、内周面部にはステータ１０が固定されている。

内側カバー部１２０は、本体部１１０の車幅方向内側（車両中央側）の開口を閉塞する蓋状の部材である。
内側カバー部１２０には、インホイールモータ１の各部に潤滑油を供給する油路１２１、及び、ハウジング１００内部における下部（オイルパン部Ｐ）に貯留される潤滑油を吸い上げて油路１２１に供給するオイルポンプ１２２等が設けられている。

外側カバー部１３０は、本体部１１０の車幅方向外側（ハブ２１０側）の開口を閉塞する蓋状の部材である。
外側カバー部１３０の中央部には、出力軸３０が貫通する開口１３１が形成されている。

ハウジング１００の下部には、下方に突出して形成され潤滑油が貯留されるオイルパン部Ｐが形成されている。
図１等に破線で図示するオイルレベルＬ以下の領域には、インホイールモータ１の各部を潤滑及び冷却する潤滑油が貯留されている。

ハウジング１００は、さらに、ヒートパイプ１４０を備えている。
ヒートパイプ１４０は、内部に冷媒が封入され密封された円管状の部材である。
冷媒は、ヒートパイプ１４０の内部を対流し循環することによって潤滑油の熱をハウジング１００の内部から外側カバー部１３０の外表面側へ伝送するものである。
ヒートパイプ１４０は、オイル内挿入部１４１、被冷却部１４２を一体に形成して構成されている。

オイル内挿入部１４１は、外側カバー部１３０の下端部近傍に設けられた開口から、インホイールモータ１の回転軸方向にほぼ沿って挿入されたストレートな部分である。
オイル内挿入部１４１は、ハウジング１００の内部に配置された実質的に全部が、オイルレベルＬ以下の領域に設けられ、潤滑油中に配置されている。
オイル内挿入部１４１は、外側カバー部１３０側の端部を、外側カバー部１３０の開口に圧入される円筒状のブラケット１４１ａによって保持されている。
オイル内挿入部１４１は、ブラケット１４１ａの内径側に圧入され、ブラケット１４１ａの外周面は、外側カバー部１３０に形成された開口に圧入されている。
ブラケット１４１ａのブレーキディスク２２０側の端部には、外径側に張り出したフランジ部が形成されている。
また、ブラケット１４１ａの内周面部には、オイル内挿入部１４１との間で潤滑油をシールする図示しないオイルシールが設けられている。

被冷却部１４２は、オイル内挿入部１４１の外側カバー部１３０側の端部と連続して形成されるとともに、外側カバー部１３０の外表面（ブレーキディスク２２０側の面部）に沿って配置されている。
図３に示すように、被冷却部１４２は、外側カバー部１３０の外表面に形成された溝部に沿って上方へ延在し、主要部分はインホイールモータ１の中心軸と実質的に同心となる円弧状に配置されている。
特に、実施例１のように複数の（例えば実施例１においては４本）ヒートパイプ１４０が配置される場合には、この円弧状の部分は同心円状に配置される。
被冷却部１４２の上端部１４２は、出力軸３０よりも上方側の領域まで到達している。

出力軸３０には、ハブ２１０が締結されている。
ハブ２１０には、ブレーキディスク２２０、整流板２３０が締結されている。
ハブ２１０は、図示しない車輪のリム中央部（ディスク部）がハブボルト及びホイルナットによって締結される部材である。
ハブ２１０は、例えば鋼により一体に形成された円盤部２１１、円筒部２１２等を有して構成されている。
円盤部２１１は、出力軸３０と実質的に同心に形成されている。
円盤部２１１の中央部には、出力軸３０の端部が挿入され、ナットＮによって締結される開口２１１ａが形成されている。
円筒部２１２は、出力軸３０と同心の円筒状に形成され、円盤部２１１の中央部（開口２１１ａの周縁部）から、ハウジング１００の内部側へ突き出して形成されている。
円筒部２１２の内径側には、出力軸３０のハブ２１０側の端部が挿入され固定される。

円盤部２１１のハウジング１００側の面部には、突条２１３が形成されている。
突条２１３は、円盤部２１１のハウジング１００側の面部から突出して形成され、円盤部２１１の径方向に沿って延在している。
突条２１３は、円盤部２１１の周方向に例えば５本が等間隔かつ放射状に配列されている。
突条２１３は、整流板２３０を取り付ける基部となる部分である。

ブレーキディスク２２０は、図示しないブレーキキャリパと協働して車両の液圧式サービスブレーキを構成するものである。
ブレーキディスク２２０は、被挟持部２２１、締結部２２２等を例えば鋳鉄によって一体に形成したものである。
ブレーキディスク２２０は、被挟持部２２１の内部に、内径側から外径側へ連通する空気流路２２１ａが形成された、通風式（ベンチレーテッド）ディスクロータである。

被挟持部２２１は、ブレーキキャリパに備えられたブレーキパッドによって挟持され摩擦力を発生させることによって、運動エネルギを熱エネルギに変換し、制動力を発生させるものである。
被挟持部２２１は、中央部に開口が設けられた円盤状に形成されている。
被挟持部２２１の中央部開口には、ハブ２１０の円盤部２１１が挿入されている。

被挟持部２２１の軸方向における中間部には、被挟持部２２１の内周縁部から外周縁部にかけて延在する空気流路２２１ａが形成されている。
空気流路２２１ａは、被挟持部２２１の内部を径方向にほぼ沿って貫通して形成され、周方向に分布して放射状に複数配置されている。
締結部２２２は、被挟持部２２１の中央部に設けられ、ボルトＢによってハブ２１０の円盤部２１１に締結される部分である。
締結部２２２は、被挟持部２２１に対して、車幅方向外側に段状にオフセットして配置され、その結果ブレーキディスク２２０は、締結部２２２の周囲に被挟持部２２１が鍔状に張り出したハット状に形成されている。

整流板２３０は、図４に示すように、ハブ２１０の円盤部２１１のハウジング１００側に取り付けられる円盤状の部材である。
整流板２３０は、例えば、ビス等の機械的締結手段や、圧入、溶接等によって、ハブ２１０に固定され、車輪の回転に応じてハブ２１０及びブレーキディスク２２０とともに回転する。
整流板２３０は円盤部２１１と軸方向に所定の間隔を隔てて配置され、これらの間には冷却風が通過可能な空間部が形成される。

整流板２３０は、例えば鋼板等の板金部材をプレス加工して一体に形成されている。
整流板２３０は、エアスクープ２３１、突条係合部２３２等を有する。
エアスクープ２３１は、整流板２３０が回転した際に、整流板２３０のハウジング１００側の空気を取り込んで、整流板２３０とハブ２１０の円盤部２１１との間の空間部に導入するものである。
この空間部は、回転軸方向における位置が、ブレーキディスク２２０の空気流路２２１ａと実質的に重複するように配置されている。
エアスクープ２３１は、例えば、整流板２３０の一部をプレス加工によって切起すことによって、車両の前進時における整流板２３０の回転方向前方側に開口して形成されている。エアスクープ２３１は、整流板２３０の周方向に分散して例えば５か所に設けられている。

突条係合部２３２は、ハブ２１０の突条２１３の先端部が嵌め込まれることによって、整流板２３０の位置決めを行う部分である。
突条係合部２３２は、整流板２３０の一部を、ハウジング１００側が凸となるようにブリスター状に張り出させて構成されている。
突条係合部２３２は、突条２１３の形状、配置に適合するように、整流板２３０の周上例えば５か所に放射状に配置されている。
整流板２３０の周回りにおいて、エアスクープ２３１及び突条係合部２３２は交互に配置されている。

以下、上述した実施例１の効果について説明する。
図５は、実施例１のインホイールモータの冷却構造における整流板２３０周辺部の拡大断面斜視図である。
図５において、車両の走行時（車輪の前転時）に発生する気流（冷却風Ｗ）を矢印によって図示する。
車両の走行時には、整流板２３０が、図５における反時計回りに回転することによって、エアスクープ２３１は、ブレーキディスク２２０の被挟持面２２１とハウジング１００の外側カバー部１３０との間の空間部内の空気を取り込み、整流板２３０とハブ２１０の円盤部２１１との間の空間部内に吸入する。

このような空気の取り込みは、整流板２３０が回転することによってその全周から行われるため、外側カバー部１３０の表面に沿って外径側から内径側に流れる冷却風Ｗが、実質的に全周にわたって発生する。
この冷却風Ｗは、直接外側カバー部１３０を冷却するとともに、ヒートパイプ１４０の被冷却部１４２を冷却することによって、ヒートパイプ１４０内の冷媒温度を下げ、これによりハウジング１００内のオイルパン部Ｐに貯留された潤滑油を冷却する。

整流板２３０と円盤部２１１との間に取り込まれた空気は、この領域での圧力と大気圧との差圧、及び、ブレーキディスク２２０の回転による遠心力によって、空気流路２２１ａ内に導入され、その内部を通ってブレーキディスク２２０の外径側へ排気される。

以上説明したように、実施例１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車両の走行時（車輪の回転時）に、整流板２３０がハウジング１００とブレーキディスク２２０との間の空間部から空気を吸入することによって、ハウジング１００のブレーキディスク２２０側のほぼ全面に沿って流れる冷却風Ｗを形成することができ、冷却のために専用の動力等を用いることなく効果的にインホイールモータ１を冷却することができる。
また、ブレーキディスク２２０からインホイールモータ１への受熱量も低減することができ、インホイールモータ１の温度をいっそう低下させることができる。
（２）板金をプレス加工してエアスクープ２３１を形成した整流板２３０を用いることにより、簡単な構成によって上述した効果を確実に得ることができる。
（３）ヒートパイプ１４０を設けることによって、インホイールモータ１各部の熱によって高温となった潤滑油の熱を、ハウジング１００の外側カバー部１３０側へ運び、整流板２３０によって形成される冷却風Ｗで効果的に冷却することができる。

次に、本発明を適用したインホイールモータの冷却構造の実施例２について説明する。
以下説明する各実施例において、従前の実施例と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図６は、実施例２のインホイールモータの部分断面斜視図である。
実施例２のインホイールモータ１においては、実施例１におけるヒートパイプ１４０に代えて、ハウジング１００の本体部１１０における下面部の内部、及び、外側カバー部１３０の内部に、冷却用の油路１５１、１５２をそれぞれ形成したことを特徴とする。
油路１５１は、インホイールモータ１の回転軸方向にほぼ沿って配置され、外側カバー部１３０側の端部は開口している。
油路１５２は、油路１５１と連通して形成され、外側カバー部１３０のブレーキディスク２２０と対向する面部に沿って延在している。
油路１５１，１５２は、ヒートパイプ１４０と同様の冷媒が封入された後に図示しないプラグによって密封される。

以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果に加えて、部品点数の低減を図ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）インホイールモータ及びその周辺部品の形状、構造、材質、製法、数量、配置等は、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
（２）実施例においては、ヒートパイプの一方の端部をハウジングの車輪側の端面側に配置しているが、反車輪側（図１における右側）の端面側にも配置してもよい。
この場合、インホイールモータの出力軸と連動する送風ファンを反車輪側の端面に隣接して設けて、冷却風を発生させてもよい。

１ インホイールモータ １０ ステータ
２０ ロータ ３０ 出力軸
１００ ハウジング １１０ 本体部
１２０ 内側カバー部 １２１ 油路
１２２ オイルポンプ １３０ 外側カバー部
１３１ 開口 １４０ ヒートパイプ
１４１ オイル内挿入部 １４１ａ ブラケット
１４２ 被冷却部 １５１ 油路
１５２ 油路
２１０ ハブ ２１１ 円盤部
２１１ａ 開口 ２１２ 円筒部
２１３ 突条
２２０ ブレーキディスク ２２１ 被挟持部
２２１ａ 空気流路 ２２２ 締結部
２３０ 整流板 ２３１ エアスクープ
２３２ 突条係合部
Ｐ オイルパン部 Ｗ 冷却風
Ｌ オイルレベル

Claims (3)

1. ステータ及びロータを車輪に隣接して配置されるハウジングに収容するとともに前記ロータに固定された出力軸に前記車輪が取り付けられるハブを接続して構成されたインホイールモータの冷却構造であって、
   前記ハブに取り付けられ内径側から外径側へ連通する空気流路が形成された通風式ブレーキディスクと、
   前記ハウジングの車幅方向外側の端面と前記通風式ブレーキディスクとの間の空間部から空気を吸入して前記空気流路の内径側の端部へ導入する導風手段とを備えること
   を特徴とするインホイールモータの冷却構造。
2. 前記導風手段は、前記ハブに固定され車両前進時における回転方向前方側に向けて前記空間部側へ開口したエアスクープを周方向に複数分布させた円盤状の導風板を有すること
   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. 前記ハウジングは、内部に冷媒が封入されるとともに、一方の端部が前記ハウジングにおける潤滑油が貯留される領域に沿って延在し、他方の端部が前記ハウジングの車幅方向外側の端面に沿って延在する冷媒流路を有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインホイールモータの冷却構造。

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