JP2019083649A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱のための外部装置を設けることなく、ステータコイルの冷却を行うことのできるインホイールモータを提供する。【解決手段】本発明にかかるインホイールモータは、鉄心にコイル５４が巻回されるコイル巻回部を有するステータ５０と、一対のカバー部１２、１３と、ヨークを形成する円筒部１１と、円筒部にコイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネット１６を有しカバー部と円筒部によりステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、ステータがロータを回転可能に支持するシャフト６０を介して車体側部材に連結され、ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、カバー部の内壁に立設されるカバーフィン３０と、ステータのカバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィン３１と、カバー部または円筒部の内壁に、ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィン３２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪に組み付けられるインホイールモータに関する。

従来から、車輪に組み付けられるインホイールモータにより走行する車両が開発されている。インホイールモータの形式には、インナーロータタイプと、アウターロータタイプとが知られている。インナーロータタイプは、コイルが巻回されたステータを外側に配置し、永久磁石を設けたロータをステータの内側に収納して構成される。一方、アウターロータタイプは、その逆で、永久磁石を設けたロータを外側に配置し、コイルが巻回されたステータをロータの内側に収納して構成される。

コイルで発生した熱は、インナーロータタイプのインホイールモータにおいては、モータハウジングを介して放出されるが、アウターロータタイプのインホイールモータにおいては、コイルが巻回されたステータがロータの内側に配置されるため内部にこもりやすい。特に、減速機を必要としないダイレクトドライブ方式のアウターロータタイプのインホイールモータでは、高トルクが必要となるため、コイルの発熱量が多く、ステータに溜まった熱を良好に放出させる技術が求められている。

特許文献１には、アウターロータタイプのインホイールモータの放熱を向上させる技術が提案されている。特許文献１に提案されたインホイールモータは、ロータとステータとの間の空隙部に冷却油を充填することにより、モータ内部の熱分布を均一にする。また、インホイールモータの外部には、冷却油を収納するリザーバタンクが設けられており、リザーバタンクと空隙部とがパイプによって連結されている。このリザーバタンクは、大気開放されており、インホイールモータ内の冷却油が温度変化によって体積変化が生じても、その体積変化分の冷却油を受け入れる、あるいは、供給できるようになっている。

また特許文献２には、アウターロータタイプのインホイールモータであって、ロータコアの外周を覆うケースのホイールに対向する外表面に放射状に伸びたフィンを立設し、ホイールの内周面とケースの外周面との間にインホイールモータの車両側空間と外側空間とを繋ぐ流路が形成されている。これによりケースを放熱体として作用させるのと同時に、遠心ファン作用により、ホイールの外部の空気がケースの外周面を経てホイールを通過する空気流を生させ、この空気流により、フィン間に新たな外気が絶えず導入され、フィンによる放熱効果を高めている。

特開２００５−３３３７０６号公報 特開２０１４―１７７１６７号公報

しかし、特許文献１に提案された技術では、インホイールモータの外部にリザーバタンク、および、インホイールモータとリザーバタンクとを連結するパイプといった特別の装置が必要となる。このため、外部装置を配置するスペースを余分に設ける必要が生じる。従って、車輪回りの設計自由度が低下する。また、外部装置を設けたことにより、外部装置から冷却油が漏れないようにする対策を新たに講じる必要がある。

特許文献２に提案された技術では、ケースとステータとが互いに離れて設置されているため、発熱したコイルの熱がケースに設けたフィンに十分に伝わらず、フィンが放熱体としての役割を十分果たすことができない。また、ホイールの内周面とケース外周面との間に、常にフィンを設ける程度の空間が確保されているとは限らず、特許文献１と同様に車輪周りの設計自由度を低下させるおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、放熱のための外部装置を設けることなく、コイル巻回部の冷却を効率よく行うことのできるインホイールモータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のインホイールモータは、鉄心にコイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、一対のカバー部と、ヨークを形成する円筒部と、前記円筒部に前記コイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネットを有し、前記カバー部と前記円筒部により前記ステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、前記ステータが前記ロータを回転可能に支持するシャフトを介して車体側部材に連結され、前記ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、前記カバー部の内壁に立設されるカバーフィンと、前記ステータの前記カバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィンと、前記カバー部または前記円筒部の内壁に、前記ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィンと、を備えることを特徴とする。

この構成によると、ステータのコイルで発生した駆動熱は、ステータフィンに伝達されると共に、ステータフィンと対向する位置に設けられたカバーフィンにも伝達される。更に空気循環フィンによって、ロータ内部にこもった熱が拡散される。この作用によって、コイルで発生した駆動熱はロータを通じて外部に放出されやすくなる。

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸中心へ向かう方向に立設されることを特徴とする。

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸方向において、前記カバーフィンと前記ステータフィンの間に配置されることを特徴とする。

これらの構成により、ロータ内の空気の循環が促進され、ロータ内空間領域における温度の均一化が図れる。

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバー部は、向かい合う一対の側板部と、前記円筒部と前記一対の側板部をつなぐ一対の傾斜板部を含み、前記空気循環フィンは前記傾斜板部の内壁に設けられることを特徴とする。

この構成により、当該放熱機構を備えたインホイールモータをコンパクトに形成することが可能となる。

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバーフィンの大きさは、前記ステータフィンの大きさよりも大きいことを特徴とする。

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバーフィンと前記ステータフィンはそれぞれ複数立設されており、隣接する前記カバーフィンのピッチ幅は、隣接する前記ステータフィンのピッチ幅より大きいことを特徴とする。
この構成により、ステータフィンからカバーフィンへの熱伝達が更に促進される。

以上説明したように本発明によれば、特にアウタロータロータタイプのインホイールモータにおいて、コイルで発生した駆動熱をロータを通じて外部に放出されやすくなる。

インホイールモータの組みつけられた車輪を車両前後方向から見た概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの内部構造を車両前後方向から見た概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの外観を車両幅方向から見た概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの内部構造を車両幅方向から見た概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係るインホイールモータについて説明する。図１は、インホイールモータ１の組み付けられた車輪Ｗを車両前後方向から見て概略的に表した内部構造図である。図１に示したインホイールモータ１においては、後述する放熱機構の記載を省略している。放熱機構については、図２〜図３を使って説明する。

インホイールモータ１は、ロータ１０と、ステータ５０と、シャフト６０とを備えている。ロータ１０は、ヨークを形成する円筒部１１と、向かい合うカバー部１２，１３とで本体が構成されている。カバー部１２、１３は、向かい合う側板部１２ａ、１３ａと、側板部１２ａ、１３ａの高さ方向両端（径方向両端）から幅方向内方へ向かう傾斜板部１２ｂ，１３ｂから構成されている。側板部１２ａ，１３ａと傾斜板部１２ｂ，１３ｂとはそれぞれ一体形成されており、傾斜板部１２ｂ，１３ｂの開口端部と、円筒部１１の端部がそれぞれ結合されてロータ１０が形成されている。円筒部１１の内周面１１ａには、幅方向中央に周方向に沿ってＮ極とＳ極とに交互に磁化されたマグネット１６（永久磁石）が環状に配設されている。ロータ１０は、向かい合う側板部１２ａ，１３ａに設けられた軸受け１７，１８（図示せず）によってステータ５０を貫通するシャフト６０に回転可能に軸支される。尚、幅方向とは、インホイールモータ１の回転軸中心線の向く方向を意味し、インホイールモータ１が車輪Ｗに組み付けられているときの車輪幅方向と同じである。また高さ方向とは、インホイールモータ１の回転軸中心線の向く方向とは垂直なモータの径方向を意味し、インホイールモータ１が車輪Ｗに組み付けられているときの車輪高さ方向と同じである

ステータ５０は、軸受け１７、１８を介してロータ１０を回転可能に軸支するシャフト６０と結合されている。シャフト６０の幅方向中央に設けられる鉄心部５２は、シャフト６０と同軸状となる円柱形状をなし、外周側に形成された複数の溝５３にコイル５４が巻回されている。
コイル５４が巻回された鉄心部５２の外周側全体をコイル巻回部５５と呼ぶ。コイル巻回部５５は、所定長のエアギャップを隔ててロータ１０のマグネット１６と向かい合うように環状に配置される。シャフト６０と鉄心部５２とは、一体形成されていてもよく、別体部品を結合して構成されていてもよい。

インホイールモータ１は、ステータ５０に結合されたシャフト６０において、車両側部材１００に連結される。例えば、シャフト６０は、ロータ１０よりも車幅方向外側にまで延設され、その先端に車両側部材１００が設けられている。尚、車両側部材１００との取り付けは、連結金具（図示せず）を介して行ってもよい。車両側部材１００は、サスペンション装置（図示せず）を介して車体に連結される。

インホイールモータ１には、ロータ１０の高さ方向に立設されたリム２００を介してタイヤ３００が装着される。リム部２００は溶接等によりロータ１０へ接続される。尚、図１においては、リム部２００はカバー部１０から車両の高さ方向に立設されているが、円筒部１１に溶接されてロータ１０と接続されても良い。また、リム部２００は、カバー部または円筒部１１と一体的に形成されても良い。この場合、ロータ１０自体が車輪側部材としての機能を含むこととなる。

次に、インホイールモータ１の内部を放熱するための放熱機構について説明する。本実施形態のインホイールモータ１は、アウターロータタイプのインホイールモータである。このため、コイル巻回部５５がロータ１０の内側に配置されるため、コイル５４で発生した熱が内部にこもりやすい。また、減速機を必要としないダイレクトドライブ方式であるため、高トルクを発生させる必要がありコイル５４の発熱量が多い。そこで、本実施形態のインホイールモータ１においては、コイル５４で発生した熱をインホイールモータ１の外部に放出する放熱機構が設けられている。以下、放熱機構に関する実施形態について説明する。

図２ないし図４は、１実施形態にかかる放熱機構が設けられたインホイールモータ１の内部および外部の構造を表した図であって、図２は、車両前後方向から見たインホイールモータ１内部の概略図、図３は車幅方向から見たインホイールモータ１の外観図、図４は車幅方向から見たステータ５０の構造である。

カバー部１２、１３の内壁には、カバーフィン３０が設けられている。図２の実施例によれば、カバーフィン３０はカバー部１２、１３の側板部１２ａ、１３ａ及び傾斜板部１２ｂ、１３ｂに渡って、それぞれの内壁から車輪Ｗの幅方向、すなわちインホイールモータ１の回転軸方向に平行に内側に向かって等間隔に立設されている。図２におけるカバー部１２、１３は、側板部１２ａと傾斜板部１２ｂ、および、側板部１３ａと傾斜板部１３ｂがそれぞれ一体として形成されており、それぞれの部材と円筒部１１を組み合わせてロータ１０を構成している。
従い、あらかじめカバーフィン３０をそれぞれの側板部１２ａ，１３ａ及び傾斜板部１２ｂ、１３ｂに形成しておき、その後、円筒部１１と組み合わせることによって、カバーフィン３０を内壁に有するロータ１０を製造することが可能となる。尚、カバー部１２、１３はアルミニウムから製造されても良い。アルミニウムは他の金属に比べ加工性に優れ、かつ良好な熱伝導性を有するため、さらに放熱効果を高めるよう、カバーフィン３０の大きさは、後述するステータフィン３１より大きくしても良い。

ステータ５０には、ステータフィン３１が設けられている。ステータフィン３１は、ステータ５０の鉄心部５２の表面から、車輪Ｗの幅方向、すなわちインホイールモータ１の回転軸方向に平行に、カバーフィン３０に対向するように立設されている。ステータフィン３１は、ステータ５０の鉄心部５２を製造する際に、鉄心部５２と一体的に形成させることができる。

図２および図４の実施例によれば、ステータ５０の鉄心部５２の表面全体に均一にステータフィン３１が配置されている。ステータ５０の機能上、鉄心部５２は通常鉄を使用して製造されているため、その加工性からステータフィン３１を複雑な形状にするには困難が伴う。そこで、ステータフィン３１による放熱効果を大きくするために、ステータフィン３１のピッチ幅を小さくし、ステータフィン３１全体の表面積を大きくすることができる。具体的には、カバーフィン３０のピッチ幅よりもステータフィン３１のピッチ幅を小さく設けることができる。

カバー部１２、１３の傾斜板部１２ｂ，１３ｂの内壁には、車輪Ｗの高さ方向、すなわちインホイールモータ１の径方向内方に向かって空気循環フィン３２が立設されている。空気循環フィン３２は、カバー部１２、１３作成時にカバーと一体的に形成されても良いし、カバー部１２、１３を形成した後にカバー部１２、１３に取付けるようにしても良い。尚、図２の実施例によれば、空気循環フィン３２は、カバーフィン３０の先端と、ステータフィン３１の先端との間にインホイールモータ１の径方向内方、すなわち、シャフト６０の軸中心へ向かうように立設されている。

また、図２によれば空気循環フィン３２は傾斜板部１２ｂ，１３ｂの内壁に立設されているが、必ずしもこの配置には限定されない。例えば、ロータ１０が、傾斜板部１２ｂ、１３ｂを有さずにロータ１０の側板部１２ａ、１３ａと円筒部１１が直接に連結している略円柱形状を有する場合には、空気循環フィン３２は円筒部１１の内周面１１ａに立設されていても良い。尚、略短冊形状を有する空気循環フィン３２は、図２においてはインホイールモータ１の径方向（放射方向）とその面が平行となるように配置されているが、該径方向に対してその面が斜めに立設されても良いし、該短冊が扇風機の羽のようにねじれ形状を有していても良い。

傾斜板部１２ｂ、１３ｂは実施例においては平面であるが、円弧状の曲面を有するものであっても良い。いずれの場合においても、空気循環フィン３２は、カバーフィン３０の先端と、ステータフィン３１の先端との間に位置するように配置されていることが望ましい。

カバー部１２、１３の外壁には、カバー放熱フィン３３が設けられている。図３は、カバー放熱フィンが設けられたインホイールモータ１を車両幅方向から見た図である。
図３の実施例によれば、カバー放熱フィン３３はカバー部１２、１３の側板部１２ａ、１３ａ及び傾斜板部１２ｂ、１３ｂの外壁に、それぞれ４箇所、車輪の回転方向に等間隔に設けられている。それぞれの箇所において、カバー放熱フィン３３は複数（図３では５列）存在し、それぞれが互いに車輪の接線方向と略平行となるように整列されている。またカバーフィン３０と同様に、あらかじめカバー放熱フィン３３をそれぞれの側板部１２ａ，１３ａ及び傾斜板部１２ｂ、１３ｂに形成しておき、その後、円筒部１１と組み合わせることによって、カバー放熱フィン３３を外壁に有するロータ１０を製造することが可能である。尚、カバー放熱フィン３３もアルミニウムから製造されても良い。

次に、この放熱機構の仕組みについて説明する。モータ制御ユニット（図示せず）を経由して、コイル５４に通電されるとロータ１０が回転する。図２に矢印で示した回転方向は、車両前進時におけるロータ１０の回転方向を表す。このロータ１０の回転によって、カバー部１２、１３がモータ軸を中心として旋回する。カバー部１２、１３の旋回に伴って旋回する空気循環フィン３２が、インホイールモータ１内部の空気を強制的に対流させることができる。

コイル５４への通電により発熱したコイル５４の熱は、鉄心部５２に伝わり、更に、鉄心部５２に設けたステータフィン３１へと伝導する。ステータフィン３１の周囲を覆う空気は、空気循環フィン３２によって対流させられ、ステータフィン３１に伝わった熱はインホイールモータ１内部の空間に拡散する。拡散された熱を帯びた空気はカバー部１２、１３に立設されたカバーフィン３０に接触するため、拡散した熱はカバーフィン３０に伝導する。そしてカバーフィン３０に伝導した熱はカバー部１２、１３、さらにカバー部の外壁に設けたカバー放熱フィン３３を通じて外部に放出される。

尚、カバー放熱フィン３３を、車輪の回転によりカバー放熱フィン３３が車輪の上端に移動した際にカバー放熱フィン３３の長手方向（平行方向）が若干右下がりとなるようにし、カバー放熱フィン３３が車輪の下端に移動した際に、該長手方向が若干右上がりとなるように設置することができる。これにより、車両の進行方向から進入する空気がカバー放熱フィンの間を通り抜け易くなるため、放熱効果を更に向上させることができる。

以上説明した第１実施形態の冷却機構を備えたインホイールモータ１によれば、以下の作用効果を奏する。

１．ロータ１０の回転によって、カバー部１２、１３の内面に設けた空気循環フィン３２がインホイールモータ１内の空気を循環させる。これにより、コイル巻回部５５で発生した熱は、ステータフィン３１を通じてロータ内の空間領域に拡散され、カバーフィン３０を介して外部に熱を放出することができる。

２．空気循環フィン３２がシャフト６０の軸へ向かう方向に、かつ、回転軸方向においてカバーフィン３０とステータフィン３１の間に配置されるため、ロータ内の空気の循環を効率よく行うことができる。

３．空気循環フィン３２がアルミニウムからなるカバー部１２、１３の傾斜板部１２ｂ、１３ｂに設けられているため、ロータ内の空気の循環を効率よく起こさせる形状のフィンを容易に加工ができる。

４．カバーフィン３０の表面積をより大きく、隣り合うステータフィンのピッチ幅をより小さくすることによって、ステータフィン３１からカバーフィン３０への熱伝導を促進することができる。

５．カバー部１２，１３の外壁に設けたカバー放熱フィン３３により、カバー部１２，１３に伝わった熱を効率よく外部に放出することができる。

前記実施形態のインホイールモータ１は一例であり、アウターロータ型の構造を変えない範囲で適宜変更してもよい。例えば、前記実施形態においては、ロータ１０は一対のカバー部１２、１３と円筒部１１によってステータ５０を包囲するように構成されているが、カバー部１２と円筒部１１の一部、カバー部１３と円筒部１１の一部がそれぞれ一体に形成され、それらを組み合わせるように構成されていても良い。
図２に示したように、マグネット１６は円筒部１１の内周面１１ａに配置されているが、この構成に限るものではなく、マグネット１６は、円筒部１１内部に埋設されていても良い。

１ インホイールモータ
１０ ロータ
１１ 円筒部
１２、１３ カバー部
１２ａ、１３ａ 側板部
１２ｂ，１３ｂ 傾斜板部
１６ マグネット
１７，１８ 軸受け
３０ カバーフィン
３１ ステータフィン
３２ 空気循環フィン
３３ カバー放熱フィン
５０ ステータ
５４ コイル
５５ コイル巻回部
６０ シャフト
１００ 車両側部材
２００ リム部
３００ タイヤ

Claims (8)

1. 鉄心にコイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、
   一対のカバー部と、ヨークを形成する円筒部と、前記円筒部に前記コイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネットを有し、前記カバー部と前記円筒部により前記ステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、
   前記ステータが前記ロータを回転可能に支持するシャフトを介して車体側部材に連結され、前記ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、
   前記カバー部の内壁に立設されるカバーフィンと、
   前記ステータの前記カバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィンと、
   前記カバー部または前記円筒部の内壁に、前記ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィンと、を備えるインホイールモータ。
2. 前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸中心へ向かう方向に立設される、請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸方向において、前記カバーフィンと前記ステータフィンの間に配置される、請求項１または２に記載のインホイールモータ。
4. 前記カバー部は、向かい合う一対の側板部と、前記円筒部と前記側板部をつなぐ一対の傾斜板部を含み、前記空気循環フィンは前記傾斜板部の内壁に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のインホイールモータ。
5. 前記カバーフィンの大きさは、前記ステータフィンの大きさよりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のインホイールモータ。
6. 前記カバーフィンと前記ステータフィンはそれぞれ複数立設されており、隣接する前記カバーフィンのピッチ幅は、隣接する前記ステータフィンのピッチ幅より大きい、請求項１から５のいずれか１項に記載のインホイールモータ。
7. 前記カバー部の外壁に立設されるカバー放熱フィンを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のインホイールモータ。
8. 前記ロータと共に回転する被回転部材を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のインホイールモータを備える車輪。
   
   

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