JP2022098520A - 回転電機及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータに搭載される回転電機の車体側の軸受を長寿命化する。【解決手段】複数のコイルが巻回されたステータコアと、ステータコアを支持するステータケースと、ステータコアに対して隙間を介して回転可能に配置されるロータコアと、ロータコアを支持するロータケースと、ステータケースとロータケースとを接続する第１軸受及び第２軸受と、を備え、第１軸受及び第２軸受の転動体並びにコイルのコイルエンド部は、液状冷媒が収容される液状冷媒路内に配置され、隙間は、液状冷媒が軸方向に流れる第１流路とされ、第１軸受は、第１流路の上流側に配置され、第２軸受は、第１流路の下流側に配置され、第２軸受の内径は、第１軸受の内径よりも大きいことを特徴とする回転電機【選択図】 図３

Description

本発明は、回転電機及び車両に関する。

ステータケースに固定されたステータと、軸受を介してステータケースに対して回転可能に接合されたロータケースに固定されたロータとを備えた回転電機が、ホイール内に組み込まれたインホイールモータが知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、インホイールモータの外側に冷却液が収容されたリザーバタンクを配置し、このリザーバタンクと、ステータとロータとの間の隙間とをパイプにより連通させたインホイールモータのシステムが開示されている。

特開2005-333706

特許文献１に記載のシステムでは、モータの駆動を継続した場合に、ステータで発生する熱により冷却液の温度が上昇し、軸受が高温になることに起因して、その寿命が短くなってしまうおそれがある。

本発明は、回転電機の軸受を長寿命化することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様の回転電機は、複数のコイルが巻回されたステータコアと、前記ステータコアを支持するステータケースと、前記ステータコアに対して隙間を介して回転可能に配置されるロータコアと、前記ロータコアを支持するロータケースと、前記ステータケースと前記ロータケースとを接続する第１軸受及び第２軸受と、を備え、前記第１軸受及び前記第２軸受の転動体並びに前記コイルのコイルエンド部は、液状冷媒が収容される液状冷媒路内に配置され、前記隙間は、前記液状冷媒が軸方向に流れる第１流路とされ、前記第１軸受は、前記第１流路の液状冷媒入口側に配置され、前記第２軸受は、前記第１流路の液状冷媒出口側に配置され、前記第２軸受の内径は、前記第１軸受の内径よりも大きい回転電機である。

本発明によれば、回転電機の軸受を長寿命化させることができる。

第１実施形態に係る車両の構成を示す模式図。 第１実施形態に係る電動ホイールの構成を示す分解斜視図。 第１実施形態に係るインホイールモータの構成を示す模式的断面図。 第２実施形態に係るインホイールモータの構成を示す部分断面斜視図。 第２実施形態に係る液状冷媒路の環状流路の斜視図。 第２実施形態に係る液状冷媒路の第１コイルエンド部付近の環状流路入口を側面から見た部分断面斜視図。 第２実施形態に係る液状冷媒路の第１コイルエンド部付近の環状流路入口を上方から見た部分断面斜視図。 第２実施形態に係る軸受の構成を示す部分断面図。 軸受の運転隙間と疲れ寿命の関係を示すグラフ。 軸受の内径と軸受隙間の関係を示すグラフ。 第３実施形態に係るインホイールモータの構成を示す部分断面斜視図。 第４実施形態に係るインホイールモータの構成を示す部分断面図。 比較例におけるスラスト力の説明図。 第４実施形態に係るインホイールモータにおけるスラスト力の説明図。 第５実施形態に係るインホイールモータの構成を示す部分断面図。

［第１実施形態］
以下に図１～図３を参照しながら本発明の第１実施形態に係る車両１０００およびこの車両１０００に搭載されるインホイールモータ５０について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両１０００の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の車両１０００は、車体フレーム１０１０と、車体フレーム１０１０の内側に配置されるバッテリ台１０２０と、バッテリ台１０２０の上に搭載されるバッテリ１０３０と、車輪（前輪及び後輪）とを備える。各車輪（左右の前輪及び左右の後輪）は、電動ホイール２００と電動ホイール２００の外周に取り付けられるタイヤ８００を有している。電動ホイール２００には、インバータ１５０が搭載される。

各電動ホイール２００は、バッテリ１０３０と電源ケーブルＰＬによって接続される。インバータ１５０は、バッテリ１０３０から供給される直流電力を交流電力に変換し、電動ホイール２００に搭載されるインホイールモータ５０に供給する。

本実施形態の電動ホイール２００に搭載されるインホイールモータ５０は、発生するトルク密度が高い。そのため、インホイールモータ５０は、車両１０００の車輪を直接駆動することができる。つまり、本実施形態では、車両１０００の駆動におけるギアレス化、すなわち車輪のダイレクトドライブが可能となっている。

本実施形態に係る車両１０００は、ガソリンエンジン搭載車と同等の走行性能を有している。例えば、車両１０００は市街地における５０ｋｍ／ｈの定速運転が可能である。また、加速性能に関しても、ガソリンエンジン搭載車と同等以上の性能を発揮する。

次に本実施形態の電動ホイール２００のサイズに関し説明する。現在、自動車に使用されるホイールのサイズは規格化されている。通常、ホイールのサイズはリム径で表される。リム径はインチで示される。電動ホイール２００は、例えば、リム径が１４インチ（３５５．６ｍｍ）、１５インチ（３８１ｍｍ）、１６インチ（４０６．４ｍｍ）、１７インチ（４３１．８ｍｍ）、１８インチ（４５７．２ｍｍ）、１９インチ（４８２．６ｍｍ）、または、２０インチ（５０８ｍｍ）のホイールに取り付けられる。

以下では、リム径が１９インチ（４８２．６ｍｍ）、リム幅が８．５インチ（２１．６ｍｍ）のホイールを有する電動ホイール２００について説明する。

図２に電動ホイール２００の分解斜視図を示す。図２に示すように、本実施形態の電動ホイール２００は、タイヤが取り付けられるホイール１００と、ホイール１００に取り付けられるインホイールモータ５０と、を備える。電動ホイール２００には、車輪を制動させる制動力を発生させるディスクブレーキ１０６が取り付けられる。電動ホイール２００は、サスペンション装置１１０を介して車体フレーム１０１０に取り付けられる。サスペンション装置１１０は、インホイールモータ５０に固定されるナックル１０７と、ナックル１０７に回転可能に取り付けられるロアアーム１０８を有する。さらに、サスペンション装置１１０は、ナックル１０７に回転可能に接続されるショックアブソーバ１０９ａと、ショックアブソーバ１０９ａと車体フレーム１０１０に設けられた支持部材との間に取り付けられるばね１０９ｂと、を備える。

ホイール１００の車輪軸ＡＸ付近に、車輪を支持するハブベアリングＨＵＢが配置される。ステータ２はハブベアリングＨＵＢを介してホイールと接合される。車体の重量の一部は、ホイール１００、ハブベアリングＨＵＢ、ステータ２を介して、ナックル１０７を含むサスペンション装置１１０によって支持される。ホイール１００の内部には、電動ホイール２００を駆動するための主要な部品が収容されている。

電動ホイール２００に搭載されるインホイールモータ５０には、インホイールモータ５０を構成する各部品を冷却するための液状冷媒が供給される。液状冷媒は、電動ホイール２００の外部に設けられるポンプ（不図示）によって、インホイールモータ５０内に供給される。液状冷媒が流れる配管は、電動ホイール２００の車体側側面から取り出され、車体前部に配置された熱交換器（不図示）に接続される。液状冷媒は、空冷式または水冷式の熱交換器により冷却される。

図３にインホイールモータ５０の模式的断面図を示す。図３には、インホイールモータ５０の主要構造部、例えば、ステータコア２Ｘ、ロータコア４Ｘ、隙間７、第１軸受１１Ａ、及び第２軸受１１Ｂの配置関係を示している。インホイールモータ５０のハブベアリングＨＵＢの周辺、オイルシールの構造などの図示は省略している。

図３に示すように、インホイールモータ５０は、ステータ２とロータ４を備える。ステータ２は、円筒状のステータコア２Ｘと、ステータコア２Ｘに巻回された複数のコイル２Ｚと、ステータコア２Ｘを支持する本体２Ｃと、を備える。ロータ４は、ステータコア２Ｘに対して隙間７を介して回転可能に配置されるロータコア４Ｘと、ロータコア４Ｘを支持するロータケース４Ｗと、を備える。

ステータコア２Ｘの外周部には、ステータコア２Ｘの中心軸方向に平行な複数のスロット（不図示）が形成される。複数のスロットは、ステータコア２Ｘの円周方向に等間隔で形成される。スロットには、コイル２Ｚが収容される。スロット間にはティース２Ｔが形成される(図６、７参照)。本実施形態では、複数のティース２Ｔが、環状のコアバック２Ｑ（図６参照）と一体となっている。つまり、ステータコア２Ｘは、複数のティース２Ｔとコアバック２Ｑとが一体成形されたコアである。周方向については、分割型のコアを用いている。ティース２Ｔは、コイル２Ｚによって発生した回転磁界をロータコア４Ｘに導き、ロータコア４Ｘに回転トルクを発生させる。

コイル２Ｚは、複数の導体片が接続されることにより形成される。導体片は、銅などの低抵抗導電体の板を打ち抜くことにより形成される。なお、コイル２Ｚは、断面が矩形状の平角線により形成してもよい。コイル２Ｚは、ステータコア２Ｘのスロットに、径方向に層状に収容される。本実施形態において、径方向とは円筒形状の回転電機の半径方向をさす。軸方向とは回転電機のロータ４が回転する回転軸をさす。周方向とは円筒形状を有するステータ２またはロータ４の円周方向をさす。以下の実施形態において、回転電機とはホイール内に組み込むことができるインホイールモータをさす。

コイル２Ｚは、ステータコア２Ｘのスロット内に配置されるスロット内導体と、ステータコア２Ｘの両端からスロット外に突出するコイルエンド部と、を有する。ステータコア２Ｘの一端側（車外側）に配置されるコイルエンド部を第１コイルエンド部２ＺＡと記し、ステータコア２Ｘの他端側（車体側）に配置されるコイルエンド部を第２コイルエンド部２ＺＢと記す。第１コイルエンド部２ＺＡおよび第２コイルエンド部２ＺＢは、インホイールモータ５０の動作時に発熱し、高温になる。後述するように、第１コイルエンド部２ＺＡおよび第２コイルエンド部２ＺＢは、液状冷媒が収容されている液状冷媒路１５内に配置され、液状冷媒によって冷却される。

ステータ２は、円筒状の本体２Ｃと、本体２Ｃの一端側の開口部に固定される第１エンドブラケット２Ａと、本体２Ｃの他端側の開口部に固定される第２エンドブラケット２Ｂと、を備える。本体２Ｃの外周部には、ステータコア２Ｘが焼嵌め、圧入等により嵌合固定される。

本体２Ｃは、例えば、アルミニウム、マグネシウム合金などの軽金属を用いたダイキャスト法により形成される。なお、本体２Ｃは、３Ｄプリンタ成型法などの積層造形法によって形成してもよい。積層造形法を採用することによって、本体２Ｃの形状の自由度が向上する。本体２Ｃの内側は空間になっており、インバータ１５０が収容される。これにより、インホイールモータ５０とインバータ（電力変換装置）とが一体化された機電一体構造のモータユニットが形成される。以降、本体２Ｃ、第１エンドブラケット２Ａ、及び第２エンドブラケット２Ｂをステータケース２Ｗともいう。

ロータコア４Ｘには、複数の永久磁石が固定される。永久磁石は、ロータ４の界磁極を形成する。ロータ４は、コイル２Ｚによって発生した回転磁界が導かれることにより、車輪軸を中心に回転する。

ロータケース４Ｗは、有底円筒状のケース本体４Ｃと、ケース本体４Ｃの開口部に固定されるエンドブラケット４Ｂと、を有する。ケース本体４Ｃは、円筒部４ＣＨと、筒部の一端側に設けられる円板状の底部４ＣＤと、を有する。ケース本体４Ｃの内周部には、ロータコア４Ｘが焼嵌め、圧入等により嵌合固定される。つまり、ケース本体４Ｃは、ロータコア４Ｘと共に回転する。

ケース本体４Ｃは、例えば、アルミダイキャストなどの軽金属、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの軽量構造材により形成される。なお、ロータコア４Ｘとステータコア２Ｘとの間に狭小の隙間７を形成するために、ケース本体４Ｃは、桶型形状のダイキャスト法等の加工精度が高い一体成型法によって形成することが好ましい。

第１軸受１１Ａの固定部４ＭＡから第２軸受１１Ｂの固定部４ＭＢまでを一体成型することで、組立品に比べて軸受１１の固定部同士の寸法精度を確保しやすい。これにより狭小間隙を実現できる。ボルト締結や接着などせずに、アルミダイキャストなどで一つの部品として製作されることが好ましい。または、一つの材料から削り出して製作してもよい。

但し、許容できる寸法精度や剛性、用いる部品相互の組立性等との関係で、ケース本体４Ｃの底部４ＣＤを分割型で形成することもできる。

本体２Ｃの外周部とケース本体４Ｃの内周部との間には、本体２Ｃの外周部とケース本体４Ｃとを接続する第１軸受１１Ａ及び第２軸受１１Ｂが配置されている。第１軸受１１Ａ及び第２軸受１１Ｂは、口径サイズは異なるが構成は同じであるため、以下では、第１軸受１１Ａ及び第２軸受１１Ｂを総称して軸受１１とも記す。また、第１軸受１１Ａの転動体１０Ａと第２軸受１１Ｂの転動体１０Ｂを総称して、転動体１０とも記す。

第１軸受１１Ａは、ステータコア２Ｘの軸方向一端側（図示右側）に配置され、第２軸受１１Ｂは、ステータコア２Ｘの軸方向他端側（図示左側）に配置される。

図３に示すように、本体２Ｃの軸方向一端側には、第１軸受１１Ａの内輪が隙間嵌めされる固定部２ＬＡが形成され、本体２Ｃの外周部の軸方他端側には、第２軸受１１Ｂの内輪が隙間嵌めされる固定部２ＬＢが形成される。

ケース本体４Ｃの軸方向一端側には、第１軸受１１Ａの外輪が圧入固定される固定部４ＭＡが形成され、ケース本体４Ｃの軸方向他端側には、第２軸受１１Ｂの外輪が圧入固定される固定部４ＭＢが形成される。

このため、ロータ４自身に車重はかからない。上記したように、車体の重量はハブベアリングＨＵＢを介して車輪軸ＡＸに伝わり、最終的にサスペンション装置１１０によって支持されているからである。

したがって、ロータ４は、回転トルクによって変形しない剛性を有していればよい。

第１エンドブラケット２Ａと底部４ＣＤの間に第１オイルシール（不図示）が配置され、第２エンドブラケット２Ｂとエンドブラケット４Ｂの間に第２オイルシール（不図示）が配置される。

本実施形態に係るインホイールモータ５０は、例えば、次のようにして組み立てられる。先ず、ロータケース４Ｗのケース本体４Ｃの固定部４ＭＡに第１軸受１１Ａが圧入固定される。その後、ステータ２がケース本体４Ｃ内に挿入され、本体２Ｃの外周部の固定部２ＬＡが第１軸受１１Ａの内輪に嵌め合わされる。

次に、第２軸受１１Ｂがケース本体４Ｃの固定部４ＭＢと本体２Ｃの固定部２ＬＢとの間に嵌め合わされる。エンドブラケット４Ｂをケース本体４Ｃに固定することにより、ケース本体４Ｃにステータ２が組み付けられる。

－液状冷媒路－
本実施形態の液状冷媒路１５について説明する。ステータ２と、アウターロータ型のロータ４とを嵌め合わせると、ステータ２とロータ４との間に、液状冷媒路１５が形成される。液状冷媒路１５は、ステータコア２Ｘとロータコア４Ｘとの間の隙間７と、ロータケース４Ｗのケース本体４Ｃの底部４ＣＤと、本体２Ｃの軸方向端部との間に形成される外側内部通路１５Ａを有する。さらに、液状冷媒路１５は、ロータケース４Ｗのエンドブラケット４Ｂと、ステータケース２Ｗとの間に形成される内側内部通路１５Ｂと、第１軸受１１Ａの軸受内部１１ＡＳ、第２軸受１１Ｂの軸受内部１１ＢＳと、を有する。ロータケース４Ｗがステータ２に対して回転自在に配置されるからである。従って、第１軸受１１Ａ及び第２軸受１１Ｂの転動体１０並びにコイル２Ｚのコイルエンド部は、液状冷媒が収容される液状冷媒路１５内に配置される。この液状冷媒路１５が上記の第１流路に相当する。

（１）隙間
ステータコア２Ｘとロータコア４Ｘとが対向する狭小な空間が隙間７である。ステータコア２Ｘが発生する回転磁界が隙間７を介して、ロータコア４Ｘに電磁的に作用し、ロータ４にトルクを発生させる。本実施形態では、空気ではなく、液状冷媒がインホイールモータ５０の隙間７に収容され、隙間７の周辺を冷却する。

液状冷媒が隙間７に収容されると、車輪軸ＡＸの回りを回転するロータコア４Ｘの少なくとも一部が液状冷媒に直接接することになる。また、液状冷媒が隙間に収容されるため、ロータコア、ステータコアおよびコイルの一部が液状冷媒に接する。

ケース本体４Ｃが回転すると、それに伴って、底部４ＣＤ、エンドブラケット４Ｂに接している液状冷媒の少なくとも一部が回転電機の内部を周方向に回転する。本実施形態では、液状冷媒は外部から圧力を受けているので、液状冷媒入口１４Ａから液状冷媒出口１４Ｂに向けて、インホイールモータ５０の軸方向に向かう液状冷媒の流れが生ずる。そして、インホイールモータ５０の内部に、隙間７を流路とする液状冷媒流１５Ｒが形成される。

（２）外側内部通路と内側内部通路
外側内部通路１５Ａは、ケース本体４Ｃの外側（車外側）の底部４ＣＤと第１エンドブラケット２Ａとの間に配置される。底部４ＣＤと第１エンドブラケット２Ａとの間に第１オイルシールが配置されている（不図示）。内側内部通路１５Ｂは、ロータケース４Ｗの内側（車体側）に位置するロータケース４Wのエンドブラケット４Ｂとステータケース２Ｗとの間の空間である。エンドブラケット４Ｂと第２エンドブラケット２Ｂとの間に第２オイルシールが配置されている(不図示)。外側内部通路１５Ａと内側内部通路１５Ｂは、インホイールモータ５０の車輪軸ＡＸを中心とした、薄いドーナツ状構造になっている。外側内部通路１５Ａと内側内部通路１５Ｂの内部に液状冷媒が収容される。

（３）軸受内部
上述したように、ステータ２とケース本体４Ｃとの間に軸受１１が配置される。軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳは、軸受の内輪と外輪との間に形成される空間である（図８参照）。転動体１０は、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳの中に配置される。第１軸受１１Ａの軸受内部１１ＡＳ、隙間７、及び外側内部通路１５Ａとは相互に連通されている。第２軸受１１Ｂの軸受内部１１ＢＳ、隙間７、及び内側内部通路１５Ｂとは相互に連通されている。このように、軸受１１の軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳを通して、外側内部通路１５Ａ、隙間７及び内側内部通路１５Ｂが全て連通されている。

また、軸受１１の転動体１０と外輪１０Ａ_ＯＲ、１０Ｂ_ＯＲは、ケース本体４Ｃの回転に伴って、車体フレーム１０１０に固定されたステータ２に対して回転する（図８参照）。軸受１１の軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳは液状冷媒路１５に連通しているので、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳの転動体１０は液状冷媒に接している。そのため、液状冷媒によって転動体１０は直接冷却される。一部の液状冷媒は、軸受１１の回転動作に伴って周方向に回転する。このように軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳは液状冷媒路１５の一部として構成される。このようにして、上記の複数の空間、即ち、隙間７、外側内部通路１５Ａ、内側内部通路１５Ｂ、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳを含む液状冷媒路１５に液状冷媒が収容される。

上述したように、液状冷媒入口１４Ａ、隙間７、液状冷媒出口１４Ｂ、及び外部のポンプ等との間で定常的な循環流が形成される。しかし、軸受１１の軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳと転動体１０は液状冷媒路１５の液状冷媒に接する状態にあり、液状冷媒の流路の中に配置されていない。そのため二つの軸受１１の軸方向の内部空間においては軸方向の液状冷媒の流れが余り発生しない。このように、第１軸受１１Ａ、第２軸受１１Ｂが液状冷媒路１５の外に設置されることで、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳを軸方向に通過する液状冷媒が少ない。つまり、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳが液状冷媒で満たされているだけである。しかし、液状冷媒は少なくとも、転動体１０の潤滑と冷却を行う。同時に、液状冷媒の流れが少ないので、異物混入の可能性が低くなるので好ましい。本実施形態では、上記の液状冷媒が満たされた空間を液状冷媒路１５と記す。

（４）液状冷媒入口と液状冷媒出口
本実施形態において、液状冷媒をインホイールモータ５０の内部に供給するための供給貫通孔が、第１コイルエンド部２ＺＡの直下に一か所設けられている。その供給貫通孔の外側が外部取入口１３Ａであり、内側が液状冷媒入口１４Ａである。液状冷媒入口１４Ａは第１コイルエンド部２ＺＡ付近で液状冷媒路１５に接続されている。

また、液状冷媒入口１４Ａからインホイールモータ５０の内部に供給された液状冷媒を外部に排出するための排出貫通孔が、第２コイルエンド部２ＺＢの直下に一か所設けられている。その排出貫通孔の外側が外部取出口１３Ｂであり、内側が液状冷媒出口１４Ｂである。

本実施形態では、第１軸受１１Ａと第１コイルエンド部２ＺＡ間の距離が、液状冷媒入口１４Ａと第１コイルエンド部２ＺＡ間の距離よりも長く、第２軸受１１Ｂと第２コイルエンド部２ＺＢ間の距離が、液状冷媒出口１４Ｂと第２コイルエンド部２ＺＢ間の距離よりも長くなるように設定されている。本実施形態の構成の場合、液状冷媒に接する軸受１１に、外部から不要な異物が混入する可能性が低くなるので好ましい。

また、本実施形態において、外部取入口１３Ａと外部取出口１３Ｂは、周方向で約１８０度ずれた位置に設けられている。外部取入口１３Ａと外部取出口１３Ｂは、逆の配置構成にしてもよい。コイル２Ｚ付近の液状冷媒の流れの状態によっては、周方向に液状冷媒の出口が複数箇所あってもよい。液状冷媒出口１４Ｂと液状冷媒入口１４Ａの位置関係は周方向で略同一位置（約０度）とするか、または略反対位置（約１８０度）にするなど、配置構成の変形例が考えられる。

－液状冷媒の注入－
インホイールモータ５０を組立てた後、その内部で連通している隙間７、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳ（図８参照）、外側内部通路１５Ａ、及び内側内部通路１５Ｂ等に液状冷媒が収容される。

外側内部通路１５Ａの内部には、内外の空間を分離して液状冷媒を封止するための第１オイルシール（不図示）が、ロータ側の底部４ＣＤとステータ側の第１エンドブラケット２Ａとの間に配置されている。また、内側内部通路１５Ｂの内部には、内外の空間を分離して液状冷媒を封止するための第２オイルシール（不図示）が、ロータ側のエンドブラケット４Ｂとステータ側の第２エンドブラケット２Ｂとの間に配置されている。

液状冷媒を液状冷媒路１５に収容するには、外部取入口１３Ａに配管を接続し、外部取出口１３Ｂを開放し、液状冷媒が内部に充満するまで供給すればよい。その後、外部取出口１３Ｂに配管またはホースを接続し、熱交換機等との循環路を形成する。ポンプによって液状冷媒に圧力が印加され、液状冷媒路１５に供給される。このことにより、液状冷媒は液状冷媒路１５の中を流れ、さらに液状冷媒出口１４Ｂ、外部取出口１３Ｂから外部に出て、外部の熱交換機との間を循環する。液状冷媒入口１４Ａからインホイールモータ５０の内部に供給された液状冷媒は、第１コイルエンド部２ＺＡから第２コイルエンド部２ＺＢに向かって液状冷媒流１５Rとなって隙間７の内部を流れる。液状冷媒が軸方向に向かって流れる隙間７の空間が液状冷媒路１５である。

本実施形態において、液状冷媒路１５に対して、外部取入口１３Ａと外部取出口１３Ｂは、それぞれ第１コイルエンド部２ＺＡと第２コイルエンド部２ＺＢの直下付近に設けている。つまり、本体２Ｃの内周側の空間に、外部取入口１３Ａと外部取出口１３Ｂとが設けられている。外部の熱交換器（不図示）と外部接続口１３とを配管またはホースで接続する。

－液状冷媒の循環－
本実施形態では、ステータ２とロータケース４Ｗとの間に配置される二つの軸受１１の各転動体（ボール）１０が液状冷媒に接するように、液状冷媒路１５が形成されている。軸受１１の転動体１０は、ケース本体４Ｃの回転に伴って、その回転方向に沿って、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳで回転しながら周方向に移動する。そのため軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳで転動体１０の付近にある液状冷媒は、転動体１０と同様に周方向に移動する。軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳにある液状冷媒は、転動体１０自身による摩擦熱などを吸収する。

本実施形態において、外側内部通路１５Ａと内側内部通路１５Ｂに収容された液状冷媒はインホイールモータ５０の内部で軸方向に大きく移動することがほとんどない。但し、インホイールモータ５０の回転動作に伴い、液状冷媒は、液状冷媒が接しているエンドブラケット４Ｂまたは底部４ＣＤに引き連られる。そのことによって、外側内部通路１５Ａと内側内部通路１５Ｂに収容された液状冷媒は、周方向にある程度回転する。その場合、底部４ＣＤとエンドブラケット４Ｂを介して、液状冷媒から外部への放熱がおこる。このように、液状冷媒路１５は、高出力化されたインホイールモータ５０の冷却を効率良く行う機能を有している。

また、本実施形態では、第１コイルエンド部２ＺＡから第２コイルエンド部２ＺＢに向かって、液状冷媒が薄い円筒状の隙間７を一定方向に流れる。液状冷媒がステータコア２Ｘとロータコア４Ｘ等を冷却する。本実施形態のインホイールモータ５０は、コイル２Ｚに大きな電流を流すことで高トルクを出力する。そのため、コイル２Ｚはジュール損によって発熱するので、コイル２Ｚとステータコア２Ｘは、ロータコア４Ｘに比べて温度が上昇しやすい。本実施形態では、ステータコア２Ｘとロータコア４Ｘとの間の隙間７に、液状冷媒を定常的に流し続ける。液状冷媒は、外部取入口１３Ａから取り入れられ、液状冷媒入口１４Ａから液状冷媒路１５の内部に供給される。液状冷媒は外部に置かれたポンプで送液されるので、液状冷媒入口１４Ａの位置においては、液状冷媒出口１４Ｂ側よりも、相対的に高い圧力を有している。

そのため円筒状の隙間７には、軸方向に液状冷媒が連続的に流れることになる。このような構成をとることによって、上記のステータコア２Ｘやコイル２Ｚ付近で発生する熱を液状冷媒が連続的に吸収し、外部に排熱することができる。本実施形態では、液状冷媒が第１コイルエンド部２ＺＡから第２コイルエンド部２ＺＢに向けて、円筒状の隙間７を流れる。この液状冷媒の流れによって、液状冷媒がステータコア２Ｘ等の発熱を吸収し、液状冷媒の温度が上昇し、第２軸受１１Ｂ付近の液状冷媒の温度が上昇し、それによって第２軸受１１Ｂの温度が第１軸受１１Ａの温度よりも高くなる。

従来技術のように、第２軸受１１Ｂの口径が第１軸受１１Ａの口径と同一である場合、第２軸受１１Ｂの内部隙間が熱膨張によって、第１軸受１１Ａの内部隙間より相対的に小さくなる。

そうすると、第２軸受１１Ｂの内部隙間が熱膨張で狭くなることに起因して、第２軸受１１Ｂの寿命が第１軸受１１Ａの寿命に比べて短くなってしまうおそれがある。本実施形態では、第２軸受１１Ｂの口径は第１軸受１１Ａの口径よりも大きく設定されている。その結果、第２軸受１１Ｂの寿命の向上を図っている。このように、本実施形態において隙間７は、液状冷媒が軸方向に流れる第１流路とされ、第１軸受１１Ａは、この第１流路の液状冷媒入口１４Ａ側に配置され、第２軸受１１Ｂは、この第１流路の液状冷媒出口１４Ｂ側に配置され、第２軸受１１Ｂの内径は、第１軸受１１Ａの内径よりも大きく設定されている。

－軸受－
本実施形態において、ケース本体４Ｃと本体２Ｃとの間に配置される第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂには、ラジアル型の軸受を用いることが好ましい。また、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂには大口径・薄型の軸受を用いることが好ましい。薄型軸受は、一般的な軸受に比べて、軸受の幅が小さく軽量になるなどのメリットがある。一般的に軸受は口径が大きくなるほど、転動体１０の断面も大きくなる。

しかし、薄型軸受は転動体の断面積が小さい状態を保持したまま、軸受の口径を大きくした設計となっている。そのため、薄型軸受は転動体の断面が、その口径に比べて小さいので、許容荷重及び許容周速も一般的な軸受に比べて小さくなる。しかし、薄型軸受は、軸受の全体が小さく軽量になるなどのメリットがある。本実施形態に適用し得る薄型軸受は、およそ軸受の内径が２０ｃｍ以上で、転動体の直径が数ｍｍ程度のものである。

本実施形態において、車体の重量は別途ハブベアリングＨＵＢ（図２参照）が支持する。つまり、本実施形態に用いる第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂには車重が直接かかることがない。これらの二つの軸受１１は、軸受１１が接続されるロータケース４Ｗのケース本体４Ｃの自重を支持する。軸方向の荷重が第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂに掛からないことを前提として、本実施形態の軸受として深溝玉軸受を選定することが好ましい。深溝玉軸受は、スラスト荷重を受けることができないが、摩擦係数が小さく、回転トルクが低いので、低損失のインホイールモータを構成することができる。軸受１１の構造と特性については後述する。

また、軸受１１にラジアル荷重やスラスト荷重が掛からなければ、または、ラジアル荷重やスラスト荷重が掛ったとしても、その荷重が小さい範囲であれば、転動体１０の断面積が小さい軸受１１を選定し用いることができる。本実施形態のインホイールモータ５０では、小型化と軽量化が重要な技術要素であるため、転動体１０の最小断面積ができるだけ小さい軸受１１を選定することが重要となる。

ここで、軸受の隙間に関する定義を説明する。ラジアル軸受の内部隙間とは、内輪または外輪の一方を固定し、他方を動かした場合の移動量を指す。半径方向に内輪または外輪を動かした場合の移動量をラジアル内部隙間という。また、軸受の有効隙間とは、軸受を取り付ける前の隙間（真の隙間）から、軸受を嵌め合いしたことによる隙間の減少量、さらに、内輪と外輪の温度差による隙間の減少量を減算したものである。その有効隙間に対して、荷重が軸受にかかることによる隙間の増加量を加えたものが運転隙間である。

本実施形態の第１軸受１１Ａは、第２軸受１１Ｂよりも、液状冷媒入口１４Ａに近い位置に配置される。第１軸受１１Ａの転動体１０Ａのおおよそのサイズは、断面が１．２７ｃｍ（１／２インチ）角、内径３５．６ｃｍ（１４インチ）である。そして、軸受１１の転動体１０などを含む軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳは、液状冷媒によって冷却される（図８参照）。二つの軸受１１の転動体１０は液状冷媒路１５の液状冷媒に接するように配置されている。軸受１１の軸方向に対して液状冷媒を通過させる強制的な液状冷媒潤滑方式については後述する。

本実施形態において、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂは、冷却油シール部をそれぞれ別に設けているが、シールタイプの軸受でもよい。また、ステータ２とロータ４との間の隙間７の狭小化のために、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂは、ステータコア２Ｘとロータコア４Ｘになるべく近い位置に配置することが好ましい。シールタイプの軸受を採用すると、軸受の他にシールを別途設置する必要がなくなるので部品点数を削減することができる。

しかし、シールタイプの軸受は、軸受の軸長が長くなり、その耐圧力はシール別置型の軸受より低くなる。また、軸受１１の転動体１０の回転による発熱と、シール部の摩擦による発熱が同一箇所で発生するので、全体を比較した場合、シール別置型の軸受とシールを組み合わせて構成した方が好ましい。軸受１１の冷却方法としてグリス潤滑もあるが、本実施形態において、グリス潤滑を積極的に用いることはない。

本実施形態で用いる軸受の材質は、軸受鋼ＳＵＪ２を使用することが好ましい。ＳＵＪ２の代わりにＳＵＳでもよい。転動体１０にはＳＵＳなどの金属を用いる。セラミックの転動体であると、金属の場合よりも熱膨張係数が小さいので、温度上昇の影響を受けにくいが、適用できないわけではない。

第１軸受１１Ａは、アウターロータ型インホイールモータのホイールの近くに配置されるので、第１軸受１１Ａの径はホイールのリム径に近いサイズとなる。軸受１１の組立前のラジアル内部の真の隙間は、８０～１３０μｍ程度の範囲から選定することができる。しかし、本体２Ｃの材質や、液状冷媒の温度設定によっては、内径のサイズが異なる別シリーズの軸受を選定することもできる。

インホイールモータ５０を連続的に使用すると、転動体１０に接している液状冷媒の温度上昇、及び転動体１０自身による発熱により、転動体１０が熱膨張を起こして内部隙間が小さくなる。本実施形態で採用する第２軸受１１Ｂは、大口径であり軸受隙間（取付前の真の隙間）が予め大きく設定されている。そのため、第２軸受１１Ｂで発生する局部的な熱発生に基づく第２軸受１１Ｂの転動体１０Ｂなどの熱膨張を吸収しやすい。

図９を参照して運転隙間の設定について説明する。一般的には、図９に示す疲れ寿命－運転隙間曲線のように、疲れ寿命曲線がピークとなる条件は運転隙間がマイナスの場合である。即ち、運転隙間を０よりやや狭くした条件に設定して用いられることが多い。図９の曲線（ａ）と曲線（ｂ）は、同一の軸受に対する荷重条件が約６倍異なる場合のものであるが、寿命は運転隙間が－３～－８μｍ程度で最大値を示している。

しかし、軸受の長寿命化を狙って、運転隙間を０以下の領域であって疲れ寿命曲線の極大値に合わせて設定しようとすると、部品の寸法ばらつきや組立精度等によって、疲れ寿命曲線の極大値より、実際の運転隙間がマイナス側にシフトしてしまう場合がある。そうすると軸受の寿命は急激に悪化する。本実施形態においては、第２軸受１１Ｂは、（ｃ）の矢印の範囲のように、あらかじめ運転隙間が０以上となるように設定されている。

次に図１０を参照して軸受の公差について説明する。図１０に示すように、軸受の外径・内径のサイズが大きいものほど公差幅が大きくなる。本実施形態では、軸受の運転隙間の設定は、プラスマイナス公差ではなく、運転隙間の設定の下限を０に設定している。用いる軸受の公差を考慮し運転隙間を設定する。その結果、軸受の運転隙間の設定の狙い値は一般的な数値よりも大きくなっている。

また、本実施形態では、二つの軸受１１の転動体１０を含む軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳは液状冷媒路１５の中に配置され、液状冷媒に接している。液状冷媒は、インホイールモータ５０の内部で温度上昇が顕著なステータコア２Ｘ付近の発熱を吸収し液状冷媒出口１４Ｂを通り、外部取出口１３Ｂから外部に出る。その際、ステータコア２Ｘ付近で発生した熱を吸収する液状冷媒は、隙間７を通過するにしたがって、入口側よりも出口側に進行するに従って相対的に高温になっていく。

相対的に液状冷媒入口１４Ａ側よりも高温になった液状冷媒に接する第２軸受１１Ｂは、第２軸受１１Ｂ自身の回転動作による発熱以外に、第２軸受１１Ｂが接する液状冷媒の温度に曝されることになる。つまり、本実施形態では、運転中に第１軸受１１Ａよりも第２軸受１１Ｂの温度が高くなる傾向にある。

図８に示すように、第２軸受１１Ｂは本体２Ｃに隙間嵌めされているので、第２軸受１１Ｂの内輪１０Ｂ_ＩＲは本体２Ｃに直接接している。つまり、第２軸受１１Ｂの内輪１０Ｂ_ＩＲは本体２Ｃからの熱伝導の影響を直接受けやすい。その結果、第２軸受１１Ｂの内径は、インホイールモータ５０の運転時に、第１軸受１１Ａの内径よりも、温度上昇によって相対的に大口径化する。

本実施形態では、ステータ２の本体２Ｃからの熱伝導の影響を遮断するために、第２エンドブラケット２Ｂの円周方向に、穴２Ｈを同心円状に数個から３０個設けて、ステータコア２Ｘからの熱伝導を受けにくくしている。この穴２Ｈは、ステータコア２Ｘと第２軸受１１Ｂとの径方向の間に位置している。穴２Ｈは、部品の強度、剛性に影響の出ない範囲で、第２エンドブラケット２Ｂの側面に軸方向に貫通する穴として設けられている。

穴２Ｈにより、本体２Ｃの熱伝導面積が小さくなるので、コイル２Ｚの熱が第２軸受１１Ｂに伝わりにくくなる。また、穴２Ｈが複数設けられることにより、内側内部通路１５Ｂと隙間７側とが連通され、内部で液状冷媒の対流が起こる。この対流によって第２軸受１１Ｂに液状冷媒がより接するので、第２軸受１１Ｂが冷却されやすくなる。このように穴２Hの内部は液状冷媒路１５の一部となる。穴２Ｈの形状は丸穴でもよいし、長穴でもよい。また、隙間７が見える位置に穴を設ければ、ステータ・ロータの組立時に隙間７に保護板を差し込む穴として利用することもできる。

本実施形態において、第２軸受１１Ｂに関し、運転状態における温度上昇を予測し、第２軸受１１Ｂの軸受隙間は予め大きく設定されている。第２軸受１１Ｂには、第１軸受１１Ａと同シリーズ（転動体の断面積が同一サイズ）の製品であって、口径が少なくとも一回り大きいものが用いられている。例えば、内径が３５．６ｃｍ（１４インチ）の第１軸受１１Ａに対して、内径が４０．６ｃｍ（１６インチ）の部品が第２軸受１１Ｂとして用いられている。

第２軸受１１Ｂの組立前のラジアル軸受の内部隙間は９０～１４０μｍ程度に設定されるので、この内部隙間の数値に見合う寸法を有する軸受が市販品の品番の中から選定され用いられる。本実施形態に用いる軸受は特注品ではなく、一般的な標準品として生産され、市場に供給されている部品から選定されることが好ましい。つまり、ラジアル軸受の内部隙間がカタログ値として推奨されている数値範囲から選定されることが好ましい。

そうすると、一般市販品の軸受の同シリーズの中の口径違いの部品を、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂとして組み合わせて選定されることが好ましい。一般的に市場で入手できる軸受の寸法値の事例を表１に示す。

このように、本実施形態のインホイールモータ（回転電機）５０は、第１軸受１１Ａ及び第２軸受１１Ｂの転動体１０並びにコイル２Ｚのコイルエンド部、即ち、第１コイルエンド部２ＺＡ及び第２コイルエンド部２ＺＢは、液状冷媒が収容される液状冷媒路内に配置される。隙間７は、液状冷媒が軸方向に流れる第１流路とされ、第１軸受１１Ａは、第１流路の液状冷媒入口１４Ａ側に配置され、第２軸受１１Ｂは、第１流路の液状冷媒出口１４Ｂ側に配置され、第２軸受１１Ｂの内径は、第１軸受１１Ａの内径よりも大きい、という構成を備えたものである。

最小限の構成であっても、軸受１１、転動体１０、ステータコア２Ｘ等の構成部材を効率よく冷却することができる。軸受１１に外来の異物が混入する可能性が低く、これらのことにより、軸受１１を長寿命化させることができる。

［第２実施形態］
図４に本実施形態の部分断面斜視図を示す。

－環状流路－
図４～７に本実施形態の構造を示す。まず、図４に示すように、液状冷媒流１５Ｒ以外に、ステータコア２Ｘの内周側表面と本体２Ｃの外周側表面との間の円筒状空間によって取り囲まれた環状流路１８が設けられている。ステータコア２Ｘの外周側の隙間７に液状冷媒流１５Ｒが配置され、ステータコア２Ｘの下側に環状流路１８が配置されている。

図５に示すように、環状流路１８は、軸方向に３段配置された周方向通路１７ａ、１７ｂ、１７ｃと、各周方向通路を直列に接続する斜交通路１７ａｂ、１７ｂｃと、により構成される。環状流路１８は、本体２Ｃの表面に、径方向に高さを有する複数の壁によって流路が区分けされることによって形成されている。環状流路１８の１段目の周方向通路１７ａの上流側端は、環状流路入口１６Ａに接続され、下流側端は斜交通路１７ａｂに接続される。斜交通路１７ａｂは中段の周方向通路１７ｂ、２段目の斜交通路１７ｂｃ、３段目の周方向通路１７ｃ、及び環状流路出口１６Ｂへと連続的につながっている。

本実施形態における環状流路１８は、環状流路入口１６Ａから環状流路出口１６Ｂに至る途中に一つ以上の斜交通路１７ａｂ、１７ｂｃを含んでいる。液状冷媒が周方向通路１７ａ、１７ｂ、１７ｃと斜交通路１７ａｂ、１７ｂｃを通過する際、通過損失を低減するために、それぞれの通路の進行方向の通過断面積はほぼ同一に設定されている。また、液状冷媒の通過抵抗を低減するために、斜交通路と周方向通路との交差角度は余り大きくならないことが好ましい。

このような構造の環状流路１８を液状冷媒が進行するので、液状冷媒はステータコア２Ｘの内表面に接しながら、周方向に複数回流れる。そのため液状冷媒は環状流路１８を通過する際、ステータコア２Ｘとの接触時間が長くなり、ステータコア２Ｘ付近の熱を吸収しやすくなる。この環状流路１８を通過する液状冷媒による熱の吸収効率が上がると、液状冷媒入口１４Ａ付近の液状冷媒の温度と、液状冷媒出口１４Ｂ付近における液状冷媒の温度の差がより大きくなる。この環状流路１８が、隙間７を通る第１の流路となる液状冷媒流１５Ｒに対して、併存することができる第２の流路に相当する。

本実施形態における液状冷媒の通過経路は以下の通りである。熱交換器（不図示）に接続された配管は本体２Ｃの内周側に位置する外部取入口１３Ａに取り付けられる。液状冷媒は外部取入口１３Ａからインホイールモータ５１の内部に供給される。液状冷媒は、液状冷媒入口１４Ａから液状冷媒路１５の第１コイルエンド部２ＺＡの直下付近の空間にはいる。その際、液状冷媒はポンプによって送液されているので、液状冷媒入口１４Ａに供給された時点の液状冷媒は、液状冷媒路１５の他の部分に比べて高い圧力を有している。

その後、本実施形態において、インホイールモータ５１の内部に供給された液状冷媒は大きく分けて二つの流路に分流する。まず、第１の流路は、第１実施形態の場合と同様に液状冷媒流１５Ｒである。液状冷媒は第１コイルエンド部２ＺＡ付近の液状冷媒入口１４Ａから第１コイルエンド空間９Ａにはいる。第１コイルエンド空間９Ａの最外周側は隙間７に直接つながっているので、液状冷媒は第１コイルエンド空間９Ａを周方向に流れると共に、円筒状空間である隙間７を横断するように第２コイルエンド部２ＺＢに向かって流れる。

次に、図６、７に第１コイルエンド空間９Ａ付近の構造と液状冷媒の流れる様子を模式的に示す。液状冷媒は、第１コイルエンド部２ＺＡの付近から第１コイルエンド空間９Ａに入り、さらに周方向に対して左右二つの方向に分流される。その一方は第１コイルエンド空間９Ａを第１の方向に流れる第１回転流９Ｆ１である。他方は、第１コイルエンド空間９Ａを反対方向に流れる第２回転流９Ｆ２である。液状冷媒入口１４Ａ付近で分流した第１回転流９Ｆ１と第２回転流９Ｆ２とが、それぞれ第１コイルエンド空間９Ａを半周し、液状冷媒入口１４Ａと１８０度対向する位置で、合流する様子を示している。

その合流地点の近くに、環状流路入口１６Ａが設けられている。この環状流路入口１６Ａはステータコア２Ｘの一部が凹状に加工されたものである。第１コイルエンド空間９Ａから、ステータコア２Ｘの背面側の環状流路１８に連通している。そのため、液状冷媒は環状流路入口１６Ａから環状流路１８に進入することができる。

第１回転流９Ｆ１と第２回転流９Ｆ２は、周方向をそれぞれ半周した後、合流して下方流９Ｆ３となる。この下方流９Ｆ３は、環状流路入口１６Ａの入口底部で、流れる方向が下向きから軸方向に方向転換され、環状流路１８へ向かう導入流９Ｆ４となる。

導入流９Ｆ４となった液状冷媒は環状流路１８にはいると、１段目の周方向通路１７ａに進入する。図５に環状流路１８における液状冷媒の通路の構成を示す。液状冷媒は１段目の周方向通路１７ａに進入した後、約一周した後に斜交通路１７ａｂに進入する。さらに液状冷媒は周方向通路１７ｂ、斜交通路１７ｂｃ、周方向通路１７ｃの順に通過して、環状流路出口１６Ｂに到達する。

液状冷媒は環状流路出口１６Ｂの付近で、周方向の流れから軸方向に向かう導出流９Ｆ５となる。導出流９Ｆ５は環状流路出口１６Ｂの内部で上方流９Ｆ６になる。最後に、液状冷媒は、第２コイルエンド部２ＺＢ付近の第２コイルエンド空間９Ｂにはいる。液状冷媒は、第２コイルエンド空間９Ｂで再び二つの方向に分流される。上述した第１コイルエンド空間９Ａの場合における最初の分流と同様であり、第２コイルエンド空間９Ｂを流れる、第３回転流９Ｆ７と第４回転流９Ｆ８とに分流される。

これらの第３回転流９Ｆ７と第４回転流９Ｆ８は、第２コイルエンド空間９Ｂの周方向をそれぞれ逆向きに約半周流れた後、１８０度対向する位置で再び合流する。液状冷媒は、その合流地点付近に置かれた液状冷媒出口１４Ｂを通り、外部取出口１３Ｂからインホイールモータ５１の外部に出て液状冷媒槽に戻る。

本実施形態において、液状冷媒のごく一部は軸受１１の転動体１０を軸方向に横切るように通過する場合もある。さらに、軸受１１の軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳ（図８参照）を横切った液状冷媒の一部は、第１エンドブラケット２Ａとケース本体４Ｃとの隙間空間である外側内部通路１５Ａに到達することがある。または、液状冷媒は、ステータケース２Ｗとエンドブラケット４Ｂとの隙間空間である内側内部通路１５Ｂに到達する場合もある。このように本実施形態のインホイールモータ５１は、ステータケース２Ｗとロータケース４Ｗとの隙間空間に液状冷媒が収容されている。

本実施形態においては、ステータコア２Ｘに巻回されたコイル２Ｚ、第１コイルエンド部２ＺＡ、第２コイルエンド部２ＺＢの何れも液状冷媒で覆われることになる。本実施形態では、液状冷媒流１５Ｒ以外に、液状冷媒が第１コイルエンド空間９Ａを通る第１コイルエンド流、及び第２コイルエンド空間９Ｂを通る第２コイルエンド流が設けられている。さらに、ステータコア２Ｘの背面に、液状冷媒が周方向に流れ、かつ軸方向にも進む環状流路１８が設けられている。そのためインホイールモータ５１の冷却効率がさらに向上する。

－内部圧力損失－
本実施形態では、軸方向に液状冷媒が流れる液状冷媒流１５Ｒと環状流路１８の二つが存在する。インホイールモータ５１の隙間７は、ステータコア２Ｘとロータコア４Ｘとの間の狭小な空間である。この狭小な空間を液状冷媒が通過する。そのため、環状流路１８に対して相対的に圧損が小さいと、液状冷媒は、環状流路１８に流れずに隙間７の方を流れてしまう。多くの液状冷媒が隙間７を流れると、インホイールモータ全体としての冷却効率が落ちる。隙間７を狭くすることは、インホイールモータとしてのトルクの向上にも繋がる。従って、隙間７を狭小化すると、液状冷媒路における圧損が十分に小さくなり、且つ必要なトルクを発生できる。例えば、隙間７の設計値の一例として０．５ｍｍがあげられる。

ここで本実施形態における第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂの構成について説明する。図８に、インホイールモータ５１の軸受１１の部分拡大図を示す。

第１軸受１１Ａは、外輪１０Ａ_ＯＲと内輪１０Ａ_ＩＲを有している。外輪１０Ａ_ＯＲと内輪１０Ａ_ＩＲとの間の空間が軸受内部１１ＡＳである。外輪１０Ａ_ＯＲと転動体１０Ａとの隙間が１０Ａ_ＧＰＨである。内輪１０Ａ_ＩＲと転動体１０Ａとの隙間が１０Ａ_ＧＰＬである。

外輪１０Ａ_ＯＲの外径がＤ_１－１、内径がＬ_１－２である。内輪１０Ａ_ＩＲの外径がＬ_１－１、内径がｄ_１である。外輪１０Ａ_ＯＲの幅がＷ_１である。

第２軸受１１Ｂは、外輪１０Ｂ_ＯＲと内輪１０Ｂ_ＩＲを有している。外輪１０Ｂ_ＯＲと内輪１０Ｂ_ＩＲとの間の空間が軸受内部１１ＢＳである。外輪１０Ｂ_ＯＲと転動体１０Ｂとの隙間が１０Ｂ_ＧＰＨである。内輪１０Ｂ_ＩＲと転動体１０Ｂとの隙間が１０Ｂ_ＧＰＬである。

外輪１０Ｂ_ＯＲの外径がＤ_２－１、内径がＬ_２－２である。内輪１０Ｂ_ＩＲの外径がＬ_２－１、内径がｄ_２である。外輪１０Ｂ_ＯＲとの幅がＷ_２である
上記の各部の寸法は軸受メーカによって規格化されており、所望のサイズの品番を選定できることが多い。インチ系とメートル系の部品が用意されていることもある。

第２軸受１１Ｂは、第１軸受１１Ａよりも一回り大きな口径の薄型扁平軸受から選定される。上述した第１実施形態と同様に、本実施形態においても、第２軸受１１Ｂに第１軸受１１Ａよりも大口径の軸受を用いることによって、第２軸受１１Ｂの長寿命化を図っている。そのため、第２軸受１１Ｂの設定では、その運転隙間が０以上となるように条件が設定されている。

［第３実施形態］
図１１に第３実施形態の部分断面斜視図を示す。第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂは同系統の薄型扁平の軸受である。第２軸受１１Ｂに、第１軸受１１Ａよりも口径が少なくとも一回り大きいものが用いられている。

本実施形態では、液状冷媒路１５に液状冷媒を供給する外部取入口１３Ａと、液状冷媒を排出するための外部取出口１３Ｂは、インホイールモータ５２の内周側の、ステータ２の第１エンドブラケット２Ａと第２エンドブラケット２Ｂにそれぞれ取り付けられている。そして、液状冷媒入口１４Ａは外側内部通路１５Ａに接続されている。液状冷媒出口１４Ｂは内側内部通路１５Ｂに接続されている。

従って、第１軸受１１Ａは、液状冷媒入口１４Ａと第１コイルエンド部２ＺＡの間の液状冷媒路１５内に配置されている。また、第２軸受１１Ｂは、液状冷媒出口１４Ｂと第２コイルエンド部２ＺＢの間の液状冷媒路１５内に配置されている。

本実施形態では、外部から供給された液状冷媒は、液状冷媒入口１４Ａから外側内部通路１５Ａにはいり、さらに、第１軸受１１Ａの軸受内部１１ＡＳを通過し、第１コイルエンド空間９Ａにはいる。本実施形態においても、環状流路入口１６Ａが第１コイルエンド空間９Ａの中に設けられている。また、環状流路出口１６Ｂが第２コイルエンド空間９Ｂの中に設けられている。環状流路１８の構成も第２実施形態と同様である。本実施形態では、外側内部通路１５Ａに液状冷媒が取り入れられ、第１軸受１１Ａ、隙間７または環状流路１８、第２コイルエンド空間９Ｂ、内側内部通路１５Ｂ、液状冷媒出口１４Ｂ、外部取出口１３Ｂを通過し、外部の液状冷媒槽に戻る。

そのため、軸受１１の軸受内部１１ＡＳ、ＢＳを定常的に液状冷媒が流れるので、転動体１０と軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳが液状冷媒によって効果的に冷却される。

［第４実施形態］
図１２を参照しながら本実施形態について説明する。本実施形態における液状冷媒は、第１軸受１１Ａ側の液状冷媒入口１４Ａから、液状冷媒路１５に供給される。液状冷媒は液状冷媒路１５にはいった時点でポンプによって圧力が高くなっている。また、インホイールモータ５３の内部の液状冷媒流１５Ｒ、環状流路１８を液状冷媒が軸方向に進むことにより、内部損失によって圧力が徐々に低下していく。つまり、液状冷媒路１５における圧損が発生する。液状冷媒が外部取出口１３Ｂから外部に排出される際には最も圧力が低下している。入口側と出口側での内圧を比較すると、入口側が相対的に高くなる。液状冷媒路１５の一部となっている外側内部通路１５Ａに収容されている液状冷媒はロータケース４Ｗの底部４ＣＤに対して圧力を掛けている。また、内側内部通路１５Ｂに収容されている液状冷媒はエンドブラケット４Ｂに対して圧力を掛けている。両者の圧力の大きさを比べると内部圧損の分だけ、入口側圧力１９Ａが出口側圧力１９Ｂよりも高くなっている。この圧力差によって、内部がどのような影響を受けるかを図１３に模式的に示している。また、次の表２に内部圧損に関する比較例と本実施形態とを対比説明する。

図１３に示すように、インホイールモータの内部で、液状冷媒路１５における内圧差によるスラスト力Ｆ_１が二つの軸受１１の軸方向に働く。第１軸受１１Ａ側の圧力が高くなり、第２軸受１１Ｂ側の圧力が低くなる。この圧力差をキャンセルするため、図１４に示すように、二つの軸受１１を支持する支持構造体の投影面積を、入口側よりも出口側を大きく設定する。そのため、液状冷媒出口１４Ｂ側の第２軸受１１Ｂには、入口側の第１軸受１１Ａよりも大口径の軸受を使用する。

その結果、第１軸受１１Ａまたは第２軸受１１Ｂのいずれか一方の内輪径は、ステータ２の径よりも大きく、他方の内輪径はステータ２の径よりも小さく構成する。隙間７が狭小であり、第１コイルエンド部２ＺＡから第２コイルエンド部２ＺＢまでの流路の圧損が大きい場合には、第１軸受１１Ａ側の冷媒圧力が第２軸受１１Ｂ側の冷媒圧力よりも大きくなる。第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂが同径であると、受圧面積が同一となり、図１３に示したように模式図の左右方向で圧力差が発生している。そのため軸方向のスラスト力が働いてしまう。

つまり、図１３に示すように、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂの口径サイズが等しい場合は、ロータケース４Ｗの底部４ＣＤとエンドブラケット４Ｂに掛かる力は、入口側の圧力が相対的に高いので図１３の紙面で右側に力が働く。すると、第１軸受１１Ａの内輪が右側に引っ張られるので軸受の軸が傾斜してしまう。同様に第２軸受１１Ｂの軸も傾斜する。

そこで、図１４に示すように、軸受の口径を大きくし、第２軸受１１Ｂ側の受圧面積を大きくすると、スラスト力Ｆ_２を相殺することができる。

液状冷媒路１５を導入したことにより、内部で発生する圧損により第１軸受１１Ａ側が高圧、第２軸受１１Ｂ側が低圧になり、ロータ４に対してスラスト力が働くことになる。その力を受けて、軸受１１の接触角が傾くことになる。その結果、軸受内部１１ＡＳ、１１ＢＳと転動体１０に異常摩耗が発生し、軸受の寿命が低下する。この不均衡な内部圧力の発生を軸受１１の口径を異径化することで補償することができる。

本実施形態では、第１軸受１１Ａに印加される液状冷媒の圧力が、第２軸受１１Ｂに印加される液状冷媒の圧力よりも大きい状態になる。これを補償するため、第２軸受１１Ｂの口径が第１軸受１１Ａの口径よりも大きく設定されている。その場合、第２軸受１１Ｂに対する圧力が相対的に小さい分を、口径サイズが大きいことにより、第１軸受１１Ａと第２軸受１１Ｂとの内圧差を軸受の口径を変化させることで補償することができる。

図１４にその状態を模式的に示している。入口側のブラケットの面積よりも、出口側の面積を相対的に大きく設定している。そのため、入口と出口の液状冷媒の内圧差が総合的に補償されて、入口側と出口側での内部圧力の総和が均衡されると考えられる。そのため、軸受１１に軸の傾斜が起こりにくくなる。

［第５実施形態］
図１５に第５実施形態のインホイールモータ５４の構造を示す。本実施形態では、軸受１１の何れかが、軸方向において近傍の第１コイルエンド部２ＺＡ、第２コイルエンド部２ＺＢと同じ位置に配置されているか、または、第１コイルエンド部２ＺＡ、第２コイルエンド部２ＺＢよりも軸方向の内側に配置されている。図１５は、第２軸受１１Ｂの部品端位置１１Ｘが、第２コイルエンド部２ＺＢの軸方向の位置の内側に配置されている。

このように、第１コイルエンド部２ＺＡ、第２コイルエンド部２ＺＢと軸受１１とを径方向で重ねた位置に配置することで、全体が短軸長構成のインホイールモータを実現することができる。コイルエンド部と軸受を径方向に重ねることで、インホイールモータ５４の軸長を短くすることができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、さらなる変形が考えられる。例えば、上記の環状流路の周回数を変形することができ、また、液状冷媒入口と液状冷媒出口の位置を、冷却効率の向上や部品寸法、内部容積の低減等との関係で自由に組み合わせて構成することができる。上記の実施形態や例示した部品を使用する以外に種々の態様が考えられる。

２…ステータ、 ２Ｘ…ステータコア、 ２Ｚ…コイル、 ２ＺＡ…第１コイルエンド部、 ２ＺＢ…第２コイルエンド部、 ２Ｗ…ステータケース、 ２Ａ…第１エンドブラケット、 ２Ｂ…第２エンドブラケット、 ４…ロータ、 ４Ｘ…ロータコア、 エンドブラケット４Ｂ、 ４Ｃ…ケース本体、 ４ＣＤ…底部、 ４ＣＨ…円筒部、 ４Ｗ…ロータケース、 ７…隙間、 ９Ａ…第１コイルエンド空間、 ９Ｂ…第２コイルエンド空間、 １０…転動体、 １１Ａ…第１軸受、 １１Ｂ…第２軸受、 １３Ａ…外部取入口、 １３Ｂ…外部取出口、 １４Ａ…液状冷媒入口、 １４Ｂ…液状冷媒出口、 １５…液状冷媒路、 １５…液状冷媒路、 １５Ａ…外側内部通路、 １５Ｂ…内側内部通路、 １５Ｒ…液状冷媒流、 １６Ａ…環状流路入口、 １６Ｂ…環状流路出口、 １８…環状流路、５０…インホイールモータ（回転電機）、 １００…ホイール、 ２００…電動ホイール、 １０００…車両

Claims (10)

1. 複数のコイルが巻回されたステータコアと、
   前記ステータコアを支持するステータケースと、
   前記ステータコアに対して隙間を介して回転可能に配置されるロータコアと、
   前記ロータコアを支持するロータケースと、
   前記ステータケースと前記ロータケースとを接続する第１軸受及び第２軸受と、を備え、
   前記第１軸受及び前記第２軸受の転動体並びに前記コイルのコイルエンド部は、液状冷媒が収容される液状冷媒路内に配置され、
   前記隙間は、前記液状冷媒が軸方向に流れる第１流路とされ、
   前記第１軸受は、前記第１流路の液状冷媒入口側に配置され、
   前記第２軸受は、前記第１流路の液状冷媒出口側に配置され、
   前記第２軸受の内径は、前記第１軸受の内径よりも大きい回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１軸受と第１コイルエンド部との間の距離が、前記液状冷媒入口と前記第１コイルエンド部との間の距離よりも長く、
   前記第２軸受と第２コイルエンド部との間の距離が、前記液状冷媒出口と前記第２コイルエンド部との間の距離よりも長い回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１軸受が、前記液状冷媒入口と前記コイルエンド部の間の前記液状冷媒路内に配置され、
   前記第２軸受が、前記液状冷媒出口と前記コイルエンド部の間の前記液状冷媒路内に配置された回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１軸受に印加される前記液状冷媒の圧力が、前記第２軸受に印加される前記液状冷媒の圧力よりも大きい回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記ロータケースの前記第１軸受の支持部から前記第２軸受の支持部までが一体成型された回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第２軸受または前記第１軸受は前記コイルエンド部と径方向で重なる位置に配置された回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機において、
   前記第２軸受と前記コイルエンド部の間の前記ステータケースの側面に、軸方向に貫通する穴が周方向に複数設けられた回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１軸受及び前記第２軸受が深溝玉軸受である回転電機。
9. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記ステータコアと前記ステータケースの間に環状の第２の流路が配置された回転電機。
10. 請求項１に記載の回転電機を備えた車両であって、
    さらに、バッテリと、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力を前記回転電機に供給する電力変換装置と、を備え、前記回転電機のトルクが車輪に直接伝達される車両。

Images