JP2662416B2 - 電動機の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ケース内に車輪駆動用モータが収容されて
いる電動機において、その車輪駆動用モータを冷却する
ための電動機の冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、フォークリフトやゴルフカート等の電動車両の
駆動手段として、ホイールモータと呼ばれている電動機
を各車輪毎に配設して用いていることが多い。

ところで、電動車両においては、走行中に車輪が路面
の凹凸等によって上下動をしたり、車両旋回時に車輪が
左右に回動したりする。このため、各車輪毎に電動機を
配設しようとする場合、車輪のこれらの運動時に車輪と
干渉することのないようにしなければならないので、そ
の設置スペースが制限される。したがって、このような
制限された設置スペース内にこのような電動機を配設す
るためには，電動機をできるだけ小形にすることが求め
られる。

一方、電動車両においては、比較的重量の大きな車体
を動かさなければならないので、電動機の出力トルクは
相当高くなるようにしなければならない。

しかしながら、電動機を小形で高出力トルクのものと
しようとすると、電動機の車輪駆動用モータのコイルに
多大の電流を流さなければならなくなるが、コイルに多
くの電流を流すとコイルは発熱して焼損してしまう。こ
のため、車輪駆動用モータのコイルを冷却することが必
要となる。

従来、このような冷却を行う冷却装置が電動機とは別
体に設けられており、その冷媒として油または空気が用
いられている。

このような冷却装置は電動機の駆動に伴って駆動され
ていた。

〔本発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このように冷却装置を電動機の駆動に
伴って一義的に駆動するようにしたのでは、コイルがそ
れほど発熱していないにもかかわらず車輪駆動用モータ
を冷却するようになる、したがって、エネルギを無駄に
消費するばかりで、電動モータを効率よく冷却すること
ができない。

また、ポンプをいたずらに駆動するようになるので、
ポンプの寿命が短くなってしまうという問題もある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的はエネルギをできるだけ節約できるように
しながら車輪駆動用モータを効率よく冷却することがで
き、しかもポンプの寿命を長くすることができる電動機
の冷却装置を得ることである。

［課題を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために、特許請求の範囲第１項
記載の発明は、回転軸がケースに回転可能に支持されて
そのケース内に収納された車輪駆動用モータを備えた電
動機において、前記ケース内に形成された油溜めと、前
記ケース内に設けられたオイルポンプと、このオイルポ
ンプと前記油溜めとを連通する油路と、前記オイルポン
プに連通され、前記車輪駆動用モータのコイルに油を供
給する連通手段と、前記オイルポンプを駆動するポンプ
駆動用モータと、車両走行状態を検出するセンサと、該
センサからの信号を入力し、前記ポンプ駆動用モータを
制御するモータ制御装置とから構成されていることを特
徴としている。

特許請求の範囲第２項記載の発明は、特許請求の範囲
第１項において、車両走行状態を検出するセンサは車輪
駆動用モータの回転数を検出するモータ回転数センサで
あり、モータ制御装置はモータ回転数センサにより検出
された車輪駆動用モータの回転数に応じてポンプ駆動用
モータを制御することを特徴としている。

特許請求の範囲第３項記載の発明は、特許請求の範囲
第１項において、車輪駆動用モータはアクセルの踏込み
量に応じて駆動され、且つ前記車両走行状態を検出する
センサは、アクセルの踏込み量を検出するアクセル踏込
み量センサであり、モータ制御装置はアクセル踏込み量
センサにより検出されたアクセル踏込み量に応じてポン
プ駆動用モータを制御することを特徴としている。

特許請求の範囲第４項記載の発明は、特許請求の範囲
第１項において、車両走行状態を検出するセンサは、車
輪駆動用モータのコイルの温度を検出するコイル温度セ
ンサであり、モータ制御装置はコイル温度センサにより
検出された車輪駆動用モータのコイルの温度に応じてポ
ンプ駆動用モータを制御することを特徴としている。

［作用および発明の効果］ このように構成された本発明による電動機の冷却装置
は、そのポンプ駆動用モータが車両走行状態を検出する
センサからの検出信号に基づいてモータ制御装置によっ
て駆動制御されるようになる。

ここで、車両走行状態を検出するセンサは、特許請求
の範囲第２項に記載のように車輪駆動用モータの回転数
を検出するモータ回転数センサとすることもでき、また
特許請求の範囲第３項に記載のようにアクセルの踏込み
量を検出するアクセル踏込み量センサとすることもで
き、更には特許請求の範囲第４項に記載のように車輪駆
動用モータのコイルの温度を検出するコイル温度センサ
とすることもできる。

これにより、オイルポンプは車両走行状態に応じて最
適な条件で駆動されるようになり、この結果、車両駆動
用モータのコイルは冷却装置によって必要なときに必要
なだけ効率よく冷却されるようになる。

従って、消費エネルギは極めて削減されるようにな
る。また、オイルポンプは常時駆動されるようなことは
ないので、その寿命が長くなる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１〜５図は本発明による電動機の冷却装置を電動車
両のホイールモータに適用した一実施例を示し、第１図
はこの実施例の垂直断面図、第２図は第１図におけるII
……Ｉ線に沿う垂直断面図、第３図は第２図におけるII
I……III線に沿う断面図、第４図は第１図におけるIV…
…IV線に沿う垂直断面図、第５図は冷却装置のオイルポ
ンプの駆動制御ブロック図である。

第１図、第２図に示されているように、ケーシング１
は本体２と左右の側壁部３、４とが多数のボルト５によ
って一体に連結されて構成されている。本体２の内部に
は断面がほぼ円形の空間2aと下方に位置しこの空間2aに
連通した油溜め2bとが設けられている。本体２の外面に
は多数の冷却用のフィン2c、2c…が設けられている。左
側壁部３の内部には空間2aの円形断面よりも小さな円形
断面の空間3aが設けられている。左側壁部３の外面にも
多数の冷却用のフィン3b、3b…が設けられている。右側
壁部４の内部には空間2aとほぼ同径の円形断面の空間4a
が設けられている。

本体２の空間2a内には車輪駆動用モータ６が収容され
ている。車輪駆動用モータ６の回転軸6aは本体２の側壁
2dに軸受７によって回転可能に支持されている。そし
て、車輪駆動用モータ６のロータ6bが回転軸6aに固定さ
れているとともに、車輪駆動用モータ６のステータ6cが
空間2aの内壁に固定されている。

左側壁部３の空間3a内には本発明の車両走行状態を検
出するセンサであるモータ回転数センサ８が収容されて
いて、そのモータ回転数センサ８の可動部側が回転軸6a
の左端部に固定されているとともに固定部側が本体２の
側壁2dに固定されている。

右側壁部４の空間4a内には出力回転軸９が収容されて
おり、この出力回転軸９にはホイールハブ10がスプライ
ン嵌合され、ナット11によって軸方向に移動不能に固定
されている。この出力回転軸９とホイールハブ10とは側
壁4dに軸受12によって回転可能に支持されている。ホイ
ールハブ10には、タイヤ13を支持したホイール14がボル
ト・ナット15によって取り付けられている。

出力回転軸９の左端にはその軸心と同心状の円形断面
の凹部9aが形成されているとともに放射状に広がるフラ
ンジ部9bが形成されている。

出力回転軸９内に車輪駆動用モータ６の回転軸6aの右
端部が嵌挿されていて、この右端部は出力回転軸９に軸
受16によってラジアル方向にまた軸受17によってスラス
ト方向にそれぞれ支持されている。すなわち、回転軸6a
と出力回転軸９とは同一軸線上に配設されているととも
に互いに相対回転可能となっている。

フランジ部9bの根元近傍にはキャリヤ18が取り付けら
れている。フランジ部9bとキャリヤ18との間には所要数
の軸19、19、…が周方向に等間隔に架設され、これら各
々の軸19、19、…にプラネタリギヤ20、20、…がそれぞ
れ回転可能に支持されている。プラネタリギヤ20は回転
軸6aに形成されているサンギヤ21と右側壁部４の内壁に
固定されているリングギヤ22との間に配設されていて、
これら両ギヤ21、22に常時噛み合うようになっている。
そして、キャリヤ18、軸19、プラネタリギヤ20、サンギ
ヤ21、およびリングギヤ22によって、回転軸6aと出力回
転軸９とを連結する遊星歯車減速装置が構成されてい
る。

更に、フランジ部9bの周端には２枚のブレーキディス
ク23、23が軸方向にのみ摺動可能にスプライン嵌合され
ている。右側壁部４の内壁にはフランジ部9bの周端に対
向した位置に３枚の摩擦ディスク24、24、24が軸方向に
のみ摺動可能にスプライン嵌合されている。その場合、
最も左側の摩擦ディスク24はリング状のキー25によって
それ以上の左方への移動が阻止されるようになってい
る。ブレーキディスク23と摩擦ディスク24とは部分的に
重合するようにして交互に配置されている。そして、右
側壁部４の側壁の数箇所に設けられたブレーキシリンダ
26、26、…のピストン26aの端面が最も右側の摩擦ディ
スク24の側面に対向するようにされている。このブレー
キシリンダ26は図示されない例えばマスタシリンダ等の
ブレーキ力発生装置に接続されている。これらブレーキ
ディスク23、摩擦ディスク24、およびブレーキシリンダ
26によってブレーキ装置が構成されている。

このようにして、車輪駆動用モータ６、遊星歯車装
置、出力回転軸９、およびブレーキ装置が一つのケーシ
ング１内に収容されている。

一方、本体２の下部に設けられている油溜め2bは右側
壁部４に形成された油路4cに連通されている。第２図に
示されているように、この通路4cは本体２に形成された
ポンプ室2eに連通されている。第３図から明らかなよう
に、ポンプ室2eには遠心ポンプからなるオイルポンプ27
のブレード27aが配設されていて、このブレード27aは本
体２に固設したオイルポンプ27の駆動用モータ27bによ
って回転されるようになっている。更に、ポンプ室2eは
本体２と左側壁部３とにわたって形成された油冷却室28
に連通されている。第４図から明らかなように、油冷却
室28は環状に形成されている。この油冷却室28の上部は
本体２に形成された通路2fによって本体２の空間2aの上
部に連通するようにされている。即ち、ポンプ室2eに連
通する油冷却室28および油路2fとにより本発明の連通手
段が構成されている。このようにして、油溜め2bから空
間2aの上部に連通する長い油通路が本体２と左側壁部３
とに形成されている。この長い油通路、空間2a、および
油溜め2b内には、油が充填されている。

第５図に示されているように、オイルポンプ27の駆動
用モータ27bはオイルポンプ駆動用モータ制御装置29に
接続されている。このモータ制御装置29にはスロットル
センサ30、モータ回転数センサ８、およびステータ6cの
コイル6dに埋め込まれて設けられたコイル温度センサ31
がそれぞれ接続されている。これらのスロットルセンサ
30およびコイル温度センサ31も本発明の車両走行状態を
検出するセンサを構成する。

そして、油溜め2b、オイルポンプ27、油路4c、モータ
制御装置29、油冷却室28、油路2fおよび各種センサ８、
30、31によて冷却装置が構成されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

図示されないアクセルペダルを踏み込むと、車輪駆動
用モータ６のコイル6dにアクセルペダルの踏込量に応じ
た量の電流が流れる。これによって、車輪駆動用モータ
６を駆動して回転軸6aが回転する。その場合、コイル6d
に流れる電流は図示されない制御装置によりアクセルの
踏込み信号、モータ回転数センサ８からの出力信号、お
よび図示されない前、後進設定部からの前進信号に基づ
いて制御されるので、回転軸6aは設定トルクで前進方向
に回転する。

回転軸6aの回転はサンギヤ21を介してプラネタリギヤ
20に伝えられ、プラネタリギヤ20が軸19を中心として回
転する。このため、プラネタリギヤ20はリングギヤ22の
歯に噛み合いながら回転軸6aの軸心を中心として回動す
る。このプラネタリギヤ20の回動によりキャリア18およ
びフランジ部9bを介して出力回転軸９が回転する。その
場合、遊星歯車減速装置により、出力回転軸９の回転速
度は回転軸6aの回転速度に対し所定の減速率で減速され
る。また、回転軸6aと出力回転軸９とが同方向に回転す
るので相対回転速度が小さく、したがって、軸受16の負
荷は小さい。

出力回転軸９が回転すると、ホイールハブ10およびホ
イール14を介してタイヤ13が回転する。したがって、車
両が前方へ発進する。アクセルペダルを更に踏み込む
と、車輪駆動用モータ６のトルクが増大するので車両速
度が増大する。

制動するために図示されないブレーキペダルを踏み込
むと、ブレーキシリンダ26に制動油圧が導入される。こ
の制動油圧でピストン26aが左動し、摩擦プレート24を
押圧する。このため、摩擦プレート24はブレーキディス
ク23を挟圧するようになり、車両が制動される。

車両を後進させる場合には、前、後進設定部を後進に
設定することにより車両を後進させることができる。

ところで、コイル6dに電流が流れると、コイル6dは発
熱する。この発熱に対処するため、オイルポンプ27が駆
動される。このため、油溜め2b内の油が油路4c、ポンプ
室2e、油冷却室28、油路2f、および空間2aを通って再び
油溜め2b内への循環流動する。このとき、油はコイル6d
やロータ6b等にかかってこれらを冷却する。その場合、
油は熱を吸収して熱くなるが、この油の熱は前述のよう
に長い油通路を循環流動する際ケーシング１を通して外
の放散する。特に、油溜め2bおよび油冷却室28内におい
ては熱が冷却フィン2c、3bによって効果的に放散される
ようになる。そして、温度の下がった油が再びコイル6d
を冷却することになる。

第５図に示されているように、オイルポンプ27は所定
の制御パラメータ、すなわちモータ回転数センサ８、ア
クセル踏込量センサ30、およびコイル温度センサ31から
の各出力信号に基づいてモータ制御装置29によって制御
される。

次に、このようなオイルポンプ27の制御方法について
説明する。

第6A〜6B図は制御パラメータとして車輪駆動用モータ
６の回転数を用いてオイルポンプ27を制御する方法を示
す。

第6A図に示されているように、オイルポンプ27は車輪
駆動用モータ６の回転駆動とともに駆動される。この場
合、ポンプ回転出力Ppは車輪駆動用モータ６の回転数Nu
が一定回転数ａより小さいときには比較的大きな一定の
値Pp＝ａに設定される。車輪駆動用モータ６の回転数Nu
が一定回転数ａ以上になると、ポンプ回転出力Ppは値ａ
よりも小さな値Pp＝ｂに設定される。このように、オイ
ルポンプ27はその出力が二段階に変化するように制御さ
れる。

ところで、車輪駆動用モータ６の回転数が高くなると
油が強く撹拌されるが、この油の撹拌によって車輪駆動
用モータ６が冷却される。したがって、このように、オ
イルポンプ27を制御することにより、車輪駆動用モータ
６が低回転数で油の撹拌による冷却効果が小さいときに
は油の発給量が大きくなり、車輪駆動用モータ６の回転
数が大きくなって油の撹拌による冷却効果が大きくなっ
たときには油の送給量が小さくなるので、エネルギを無
駄に消費することなく車輪駆動用モータ６を効率よく冷
却することができるようになる。このオイルポンプ27の
制御のフローチャートは第6B図に示されているように表
わされる。

なお、ポンプ回転出力を三段階以上に変化するように
制御することもでき、このように制御することにより、
よりきめ細かい制御が可能となる。

更に、第7A図に示されているように、車輪駆動用モー
タ６の回転数Nuが一定回転数βより大きくなったときポ
ンプ回転出力Ppが車輪駆動用モータ６の回転数Nuの増大
とともに漸減するような関数、すなわちPp＝f₁（Nu）に
従うように設定することもできる。このようにオイルポ
ンプ27を制御することにより、エネルギをより節約で
き、しかも車輪駆動用モータ６をより効果的に冷却する
ことができる。この場合の制御フローチャートは第7B図
に示されているように表わされる。

第8A〜8B図は他の車両走行状態を検出するセンサとし
てアクセル開度を検出するアクセル踏込量センサ30を用
いてオイルポンプ27を制御する方法を示す。

第8A図に示されているように、ポンプ回転出力Ppがア
クセル開度γの関数、すなわちPp＝ｆ（γ）に従うよう
に設定されている。この関数によれば、ポンプ回転出力
Ppはアクセル開度γの増加とともに増大するようになっ
ており、その増大割合はアクセル開度γが小さい間では
比較的小さくなるように設定されている。このようにオ
イルポンプ27を制御するためには、モータ27bに供給す
る電流Ipを第8A図に示されているIp＝ｇ（γ）で表わさ
せる関数にしたがって制御するようにすればよい。

したがって、この制御方法によれば、アクセル開度γ
が小さいときには車輪駆動用モータ６に対する負荷も小
さいと考えられるのでオイルポンプ27を効率よく駆動制
御することができる。この場合の制御フローチャートは
第8B図に示されているように表わされる。

ところで、アクセル開度によって車速を制御する方法
では、アクセルペダル踏込み量に対して目標回転数N0は
一義的に決まるが、実際の車輪駆動用モータ６の回転数
Nuは車輪駆動用モータ６に負荷が加えられているのでこ
の目標回転数N0とはならない場合が多い。このため、前
述のように単にポンプ回転出力をスロットル開度の関数
として制御したのでは効果的でない場合が生じる。

そこで、第9A図に示されているように、実回転数Nuと
目標回転数N0との偏差ΔＮ＝N0……Nuを車輪駆動用モー
タ６の負荷とみなし、この偏差ΔＮの関数Pp＝f3（Δ
Ｎ）としてオイルポンプ27を制御するようにすることも
できる。このようにすることにより、オイルポンプ27の
制御が更に効果的に行われる。この場合の制御フローチ
ャートは第9B図に示されているようになる。

これまでに説明したオイルポンプ27の制御はいずれも
車輪駆動用モータのコイル6dの発熱を予測して制御する
もの、いわば車輪駆動用モータのコイル6dの発熱を予防
するものである。一方、車輪駆動用モータのコイル6dが
実際に発熱したことを検知してオイルポンプ27を制御す
るようにすることもできる。

第10A〜10B図はこのような制御方法として車輪駆動用
モータ６のコイル6dの温度を検出するコイル温度センサ
31を用いてオイルポンプ27を制御する方法を示す。

第10A図に示されているように、コイル6dの温度θが
一定の温度θ０以上になったときオイルポンプ27が駆動
するようにされるとともに、その駆動制御はポンプ回転
出力Ppがコイル温度θの上昇に伴って大きくなるような
関数Pp＝f4（θ）に基づいて行われる。この場合の制御
フローチャートは第10B図に示されているようになる。
このようにオイルポンプ27を制御することにより、車輪
駆動用モータのコイル6dの冷却をより確実に行うことが
できるようになる。

また、車輪駆動用モータのコイル6dを冷却する油は軸
受17、12、16、17やギヤ20、21、22等に流入してこれら
の潤滑をも行うようになっている。このように油を冷却
と潤滑とに兼用することにより、空間2aと空間4aとの間
にオイルシールを設ける必要がなくなるので、電動機は
更にコンパクトになる。

なお、前述の実施例においては、車両走行状態を検出
するセンサとしてモータ回転数センサ、スロットル開度
センサ、およびモータ温度センサをそれぞれ単独に用い
てオイルポンプの駆動用モータを制御するものとしてい
るが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら
センサを少なくとも二つ以上組み合わせて用いるように
することもできる。このようにすれば、更に適確な冷却
を行うことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明による電動機
の冷却装置は、オイルポンプを駆動するモータを、走行
状態を検出するセンサからの出力信号に基づいて駆動制
御するようにしているので、オイルポンプは必要なとき
に最適な条件で駆動されるようになる。したがって、エ
ネルギを無駄に消費することなく、効率よく車輪駆動用
モータを冷却することができるようなる。

また、オイルポンプはいたずらに駆動されることがな
くなるので、ポンプの寿命が伸びて耐久性が向上する。

更に、冷却装置によってコイルが確実に冷却されるよ
うになるので、コイルに大きな電流を流すことが可能と
なる。したがって、電動機を小形で軽量にすることがで
きるとともに、高出力トルクを発生することが可能とな
るという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動機の冷却装置を電動車両のホ
イールモータに適用した一実施例の垂直断面図、第２図
は第１図におけるII……II線に沿う垂直断面図、第３図
は第２図におけるIII……III線に沿う断面図、第４図は
第１図におけるIV……IV線に沿う垂直断面図、第５図は
冷却装置のオイルポンプの駆動制御ブロック図、第6A〜
6B図はオイルポンプの駆動制御方法を説明する説明図、
第７図Ａ〜7B図はオイルポンプの他の駆動制御方法を説
明する説明図、第8A〜8B図はオイルポンプの更に他の駆
動制御方法を説明する説明図、第9A〜9B図はオイルポン
プの更に他の駆動制御方法を説明する説明図、第10A〜1
0B図はオイルポンプの更に他の駆動制御方法を説明する
説明図である。 １……ケース 2b……油溜め ６……車輪駆動用モータ 4c……油路 6a……回転軸 6d……コイル 27……オイルポンプ 27d……ポンプ駆動用モータ 2f……油路 28……油冷却室 29……モータ制御装置 ８……モータ回転数センサ 30……スロットルセンサ 31……コイル温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−81322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−28598（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−182050（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−65561（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−466（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭41−20281（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸がケースに回転可能に支持されてそ
   のケース内に収納された車輪駆動用モータを備えた電動
   機において、前記ケース内に形成された油溜めと、前記
   ケース内に設けられたオイルポンプと、このオイルポン
   プと前記油溜めとを連通する油路と、前記オイルポンプ
   に連通され、前記車輪駆動用モータのコイルに油を供給
   する連通手段と、前記オイルポンプを駆動するポンプ駆
   動用モータと、車両走行状態を検出するセンサと、該セ
   ンサからの信号を入力し、前記ポンプ駆動用モータを制
   御するモータ制御装置とから構成されていることを特徴
   とする電動機の冷却装置。
2. 【請求項２】前記車両走行状態を検出するセンサは、車
   輪駆動用モータの回転数を検出するモータ回転数センサ
   であり、 モータ制御装置はモータ回転数センサにより検出された
   車輪駆動用モータの回転数に応じてポンプ駆動用モータ
   を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電動機の冷却装置。
3. 【請求項３】車輪駆動用モータはアクセルの踏込み量に
   応じて駆動され、且つ前記車両走行状態を検出するセン
   サは、アクセルの踏込み量を検出するアクセル踏込み量
   センサであり、 モータ制御装置はアクセル踏込み量センサにより検出さ
   れたアクセル踏込み量に応じてポンプ駆動用モータを制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   動機の冷却装置。
4. 【請求項４】前記車両走行状態を検出するセンサは、車
   輪駆動用モータのコイルの温度を検出するコイル温度セ
   ンサであり、 モータ制御装置はコイル温度センサにより検出された車
   輪駆動用モータのコイルの温度に応じてポンプ駆動用モ
   ータを制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の電動機の冷却装置。