JP5163206B2 - インホイールモータシステム - Google Patents

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Description

本発明は、モータを車輪に内蔵したインホイールモータシステムに関し、特に、冷却装置を備えたインホイールモータシステムに関する。
従来、電気自動車などのモータによって駆動される車両においては、モータを車輪に内蔵したインホイールモータシステムを備えた車両がある。このような車両では、走行時のモータの温度が上昇するとモータの出力が低下するので、モータを冷却する冷却装置を備えたものが採用されつつある。
例えば、特許文献1、2では、電気モータを減速歯車機構の後方に配置したギヤドモータを、動的吸振装置によりナックルに弾性支持するとともに、電気モータの出力軸を中空状としてオイル導入路を形成し、モータケースを筒状のハウジング内に収納してステータ冷却路を形成し、このステータ冷却路と減速歯車機構の内部とをオイル通路にて連通させ、車体側に設けられたオイル供給装置から配管を介して送られてきたギヤオイルを減速歯車機構内とステータ冷却路とを循環させて、上記ギヤオイルの質量をダイナミックダンパーの質量に付加したインホイールモータシステムが開示されている。これによれば、モータを大型化することなく、モータを効果的に冷却できるとしている。
また、特許文献3では、ステータと冷媒を流通させる冷却流路とを熱的に接続し、冷却流路で気相化した冷媒を液相化するコンデンサを、冷却流路の下流側と接続すると共に、車両組み付け時に冷却流路よりも鉛直下方側に配置し、コンデンサで液相化した冷媒を冷却流路の上流側へと戻す冷媒戻し流路と冷却流路との間にチェックバルブを介在させ、コンデンサと冷媒戻し流路との間にチェックバルブを介在させたインホイールモータの冷却装置が開示されている。これによれば、冷媒を自己循環させて冷却システムの小型化を達成できると共に、冷媒の冷却性能を高めることができるとしている。
特開2007−191027号公報 特開2007−191035号公報 特開2007−215311号公報
特許文献1、2記載のインホイールモータシステムでは、冷却装置となるオイル供給装置は、タイヤ操作時やショック吸収時のモータの位置変動に追従する構成とはなっておらず、オイル供給装置とモータを接続する配管でモータの位置変動を吸収しなければならないため、モータの位置変動を許容できる範囲が制限されてしまうおそれがある。また、特許文献1、2記載のインホイールモータシステムでは、温度上昇したオイルを冷却する手段が設けられていないため、モータを効果的に冷却できないおそれがある。
特許文献3記載のインホイールモータの冷却装置では、冷媒を空冷するコンデンサを用いているが、コンデンサがタイヤの内周側に配設されているので、十分な空気が供給されず、冷媒を十分に空冷できないおそれがある。また、特許文献3記載のインホイールモータの冷却装置では、コンデンサがモータのハウジングの外周(鉛直下部)に配設されているため、モータを小さくせざるをえず、出力の高いモータを用いることができなくなるおそれがある。また、特許文献3記載のインホイールモータの冷却装置では、コンデンサの大きさによってはモータの大きさに制限を受けて、冷媒を充分確保できないことがある。冷媒を充分確保できない場合、モータコイルからハウジングへの熱伝達の効率が悪くなり、モータの温度が上がってしまうおそれがある。さらに、特許文献3記載のインホイールモータの冷却装置では、コンデンサが外部に露出しているため、車両走行中の飛び石によりコンデンサが破損してしまうおそれがある。
本発明の主な課題は、モータを冷却するための冷媒を十分に確保し、モータを効率よく冷却できるようにすることである。
本発明の一視点においては、モータを車輪に内蔵したインホイールモータシステムであって、ハブを回転可能に支持するとともに冷媒を蓄積するタンク部を有するナックルと、前記ナックルに取付固定されるハウジングと、前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記ハブを回転させるモータと、前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記モータの回転動力によって前記タンク部内の冷媒を前記モータに圧送するポンプと、を備え、前記タンク部は、前記ナックル自体に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記タンク部内には、前記ナックルと一体に形成された仕切板を有する
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記ナックルには、冷媒を前記タンク部内に流入させる流入口と、前記タンク部内から流出させる流出口と、が形成され、前記仕切板は、前記タンク部内で前記流出口と前記流入口との間に複数形成されている
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記モータの回転動力を減速し、減速された回転動力を前記ハブ及び前記ポンプに向けて出力する減速機を備える。
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記ポンプから圧送された冷媒を、前記ハウジング内の前記減速機の各構成部品に送る第2の流路を備える。
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記減速機を前記モータの前記車輪側の反対側に配設し、前記ポンプを前記減速機の前記車輪側の反対側に配設する。
また、本発明の前記インホイールモータシステムにおいて、前記タンク部は、前記ハウジングよりも下の位置に配設されている。
本発明によれば、モータ、及びポンプを内蔵するハウジングとナックルを配管で接続し、ナックルの強度に影響の少ないデッドスペースにタンク部を設けることで、タンクのスペースを車体側に別途設ける必要がなくなり、モータを冷却するための冷媒を充分蓄えることができる。また、ナックル自体の熱容量と、車両走行時のナックルの放熱によって、冷却効率を上げることができる。また、タンク部の内部に仕切板を設けることで、冷媒とナックルとの接触面積が増大し、ナックル自体がラジエターの役割となるので、オイルクーラー効果が期待でき、モータの冷却効率を上げることができる。さらに、モータの外周に、ポンプ、減速機、オイルタンクが配置されていないため、モータの外形を大きくすることができ、出力の高いモータを用いることができる。
本発明の実施形態に係るインホイールモータシステムでは、冷媒を蓄積するタンク部(図2の20a)を有するナックル(図2の20)と、車輪が取付固定されるとともに、前記ナックル(図2の20)に回転可能に支持されたハブ(図2の10)と、前記ナックル(図2の20)に取付固定されるハウジング(図2の60〜64)と、前記ハウジング(図2の60〜64)に内蔵されるとともに、前記ハブ(図2の10)を回転させるモータ(図2の30)と、前記ハウジング(図2の60〜64)に内蔵されるとともに、前記モータ(図2の30)の回転動力によって冷媒を圧送するポンプ(図2の50)と、前記タンク部(図2の20a)内の冷媒を前記ポンプ(図2の50)に送るための第1の配管(図2の23)と、前記ポンプ(図2の50)から圧送された冷媒を、前記ハウジング(図2の60〜64)内の前記モータ(図2の30)の各構成部品に送る第1の流路(図2の45c、45a、35a)と、前記ハウジング(図2の60〜64)内の冷媒を前記タンク部(図2の50)に送るための第2の配管(図2の24)と、を備え、タンク部は、ナックル自体に形成されている
本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムについて図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムをサスペンション装置に取り付けた状態の構成を模式的に示した斜視図(インホイールモータシステムのみ断面図)である。図2は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した断面図である。図3は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した斜視図(タンク用蓋体を省略)である。図4は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した正面図(車体側から見た正面図)である。図5は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムにおけるナックルの構成を模式的に示した正面図(車体側から見た正面図;タンク用蓋体を省略)である。図6は、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムにおけるナックルの構成を模式的に示した図5のX−X´間の断面図(タンク用蓋体を省略)である。
図1を参照すると、インホイールモータシステムは、モータ20を車輪(図示せず)に内蔵したシステムである。インホイールモータシステムでは、車輪(図示せず)やブレーキ装置(図示せず)が固定されるハブ10がベアリング11を介してナックル20に回転可能に支持されており、モータ30、減速機40、及びポンプ50を内蔵するハウジング60、61、62、63、64の組立体がナックル20に固定され、モータ30からの回転動力が減速機40を介して出力される出力軸45とハブ10とが連結されている。インホイールモータシステムは、ショックを吸収するサスペンション装置70に上下揺動可能に連結されており、詳しくは、ナックル20の上端部がアッパーアーム72に上下揺動可能に連結されており、ナックル20の下端部がロアアーム73に上下揺動可能に連結されており、ナックル20がロアアーム73を介してショックアブソーバ71によって図の下側(路面側)に付勢されている。
ハブ10は、車輪(図示せず)やブレーキ装置(図示せず)を固定するための回転部材である(図2参照)。ハブ10は、タイヤ側(矢印A側)に車輪(図示せず)やブレーキ装置(図示せず)を固定するためのフランジ部分を有し、当該フランジ部分の中央から車体側(矢印B側)に延在した円筒部分を有する。ハブ10は、円筒状部分の外周にてベアリング11を介してナックル20に回転可能に支持されており、当該円筒状部分の内周にて出力軸45と相対回転不能にスプライン係合している。
ベアリング11は、ハブ10とナックル20の間にてハブ10を回転可能にナックル20に支持させるための軸受けである(図2参照)。
ナックル20は、車輪(図示せず)を保持する構造部材である(図2〜6参照)。ナックル20は、上端部にてアッパーアーム72を介して揺動可能に車体(図示せず)に取り付けられており、下端部にてロアアーム73を介して揺動可能に車体(図示せず)に取り付けられており、ロアアーム73を介してショックアブソーバ71によって図の下側(路面側)に付勢されている。ナックル20は、中央部分にベアリング11を介してハブ10の円筒部分を支持するための貫通穴を有する。ナックル20は、車体側(矢印B側)の面にハウジング60、61、62、63、64の組立体がボルト66aによって取付固定されている。
ナックル20は、ハウジング60、61、62、63、64の組立体よりも図の下側(路面側)の部位にオイルタンク部20aを有する。オイルタンク部20aは、ナックル20の強度に影響の少ないデッドスペースを利用して設けられたものであり、オイル(冷媒)を収容する空所である。オイルタンク部20a内には、オイルとの接触面積を大きくして冷却効率を高めるための複数の仕切板20bが形成されている。オイルタンク部20aは、タンク用蓋体21によって密閉されている。タンク用蓋体21は、ボルト22によってナックル20に取付固定されている。ナックル20は、オイルタンク部20a内のオイルを配管23を通じてハウジング60、61、62、63、64の組立体の流入口63aに向けて流出させるための流出口20cを有する。ナックル20は、ハウジング60、61、62、63、64の組立体の流出口61aから流出されたオイルを、配管24を介してオイルタンク部20aに流入させるための流入口20dを有する。流出口20c及び流入口20dには、オイルタンク部20aに通ずる流路が形成されている。
配管23は、オイルタンク部20aの流出口20cと、ハウジング60、61、62、63、64の組立体の流入口63aとを接続する配管である(図1〜図4参照)。配管24は、オイルタンク部20aの流入口20dと、ハウジング60、61、62、63、64の組立体の流出口61aとを接続する配管である(図1〜図4参照)。配管23、24には、フレキシブルパイプ、金属管を用いることができる。
モータ30は、動力源である電動モータであり、ハウジング60、61、62、63、64の組立体に内蔵されている(図1〜図3参照)。モータ30は、固定子となるステータ31がハウジング61に取付固定されており、ステータ31のティースごとにコイル33が巻回されており、ステータ31の内周にて所定の間隔をおいて回転子となるロータ32が配置されている。ロータ32は、内周側でロータ支持体34に取付固定されている。ロータ支持体34は、内周で、円筒状の出力軸35に取付固定されている。出力軸35は、出力軸45の外周にて、出力軸45に対して相対回転可能に配置されている。出力軸35は、ベアリング37bを介して回転可能にハウジング60に支持されている。出力軸35は、出力軸45の油路45aから供給されたオイルをモータ30の各構成部材に供給するための油路35aを有する。出力軸35は、ベアリング37c、減速機40のキャリア44、ベアリング37dを介して回転可能にハウジング62に支持されている。出力軸35は、出力軸45の油路45bから供給されたオイルを減速機40の各構成部材に供給するための油路35bを有する。出力軸35は、減速機40のピニオンギヤ42の内周にまで延在しており、その先端付近でピニオンギヤ42と噛み合うサンギヤ41を構成している。
ベアリング37aは、出力軸47を回転可能にハウジング60に支持させるための軸受けである(図1参照)。ベアリング37bは、出力軸35を回転可能にハウジング60に支持させるための軸受けである(図1参照)。ベアリング37cは、出力軸35とキャリア44の間にて出力軸35とキャリア44を相対回転可能にするための軸受けである(図1参照)。ベアリング37dは、キャリア44を回転可能にハウジング62に支持させるための軸受けである(図1参照)。ベアリング37eは、キャリア44を回転可能にハウジング63に支持させるための軸受けである(図1参照)。
減速機40は、モータ30の出力軸35の回転動力を減速して出力軸45で出力する機械装置であり、モータ30とポンプ50の間に配され、ハウジング60、61、62、63、64の組立体に内蔵されている(図1〜図4参照)。減速機40は、固定されたリングギヤ43内にてサンギヤ41が回転することにより、リングギヤ43及びサンギヤ41と噛み合うピニオンギヤ42がサンギヤ41を中心として公転し、ピニオンギヤ42を回転可能に支持するキャリア44が回転し、キャリア44と一体に回転する出力軸45から回転動力を出力する。サンギヤ41は、モータ30の出力軸35の車両側(矢印B側)の先端部に形成されている。リングギヤ43は、ハウジング62に相対回転不能に支持されている。キャリア44は、ピニオンギヤ42よりもタイヤ側(矢印A側)の部分について、外周側でベアリング37dを介して回転可能にハウジング62に支持されており、内周側でベアリング37cを介して出力軸35を相対回転可能に支持する。キャリア44は、ピニオンギヤ42よりも車両側(矢印B側)の部分について、外周側でベアリング37eを介して回転可能にハウジング63に支持されており、内周側で出力軸45、及びポンプ50の回転子51のそれぞれと相対回転不能にスプライン係合している。出力軸45は、キャリア44からの回転動力を出力する。出力軸45は、ベアリング37aを介して回転可能にハウジング60に支持されている。出力軸45は、モータ30の出力軸35の内周にて、出力軸35に対して相対回転可能に所定の間隔をおいて配されている。出力軸45は、ハウジング60、61、62、63、64の組立体の外部に延在しており、その先端部にてハブ10と相対回転不能にスプライン係合している。出力軸45は、ポンプ50の回転子51から圧送されてきたオイル(冷媒)を車両側(矢印B側)から導入するための油路45cを有し、油路45cからモータ30の出力軸35の油路35aにオイルを供給するための油路45aを有し、油路45cからモータ30の出力軸35の油路35bにオイルを供給するための油路45bを有する。
ポンプ50は、ナックル20のオイルタンク部20aから汲み上げたオイル(冷媒)を、ハウジング60、61、62、63、64の組立体の内部に圧送するターボ型ポンプである。ポンプ50は、ハウジング63、64内で回転する回転子51を有する。回転子51は、減速機40のキャリア44の車両側(矢印B側)の部分の内周にてキャリア44と相対回転不能にスプライン係合しており、キャリア44の回転動力によって回転する。回転子51は、回転することによって、流入口63aからハウジング63、64で囲まれた油室に導入されたオイルを、出力軸45の油路45cに向けて圧送する。
ハウジング60、61、62、63、64は、モータ30、減速機40、及びポンプ50を内蔵するためのケース部材であり、ナックル20の車体側(矢印B側)の部分に取付固定されている(図1〜図4参照)。ハウジング60は、主にモータ30のタイヤ側(矢印A側)の部分を塞ぐ部材であり、ボルト66aによってナックル20に取付固定されており、ボルト66bによってハウジング61に取付固定されている。ハウジング60は、ベアリング37aを介して出力軸45を回転可能に支持し、ベアリング37bを介して出力軸35を回転可能に支持する。ハウジング61は、主にモータ30の外周を覆う部材であり、ボルト66bによってハウジング60が取付固定されており、ボルト66cによってハウジング62が取付固定されている。ハウジング61は、内周にてモータ30のステータ31を固定する。ハウジング61は、ハウジング60、61、62、63、64の組立体内のオイル(冷媒)を、配管24を通じてオイルタンク部20aに向けて流出させるための流出口61aを有する。ハウジング62は、主に減速機40の外周を覆う部材であり、ボルト66cによってハウジング61に取付固定されており、ボルト66dによってハウジング63に取付固定されている。ハウジング62は、ベアリング37dを介してキャリア44を回転可能に支持し、内周にてリングギヤ43と相対回転不能にスプライン係合している。ハウジング63は、主に減速機40の車体側(矢印B側)の部分を塞ぐ部材であり、ボルト66dによってハウジング62に取付固定されており、ボルト66eによってハウジング64に取付固定されている。ハウジング63は、ベアリング37eを介してキャリア44を回転可能に支持する。ハウジング63は、配管23からのオイル(冷媒)を、ハウジング60、61、62、63、64の組立体内に向けて流入させるための流入口63aを有する。ハウジング64は、主にポンプ50を覆う部材であり、ボルト66eによってハウジング63に取付固定されている。
次に、本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムにおけるオイルの流れについて説明する。
図2を参照すると、ナックル20のオイルタンク部20a内のオイル(冷媒)は、ポンプ50によって、ナックル20の流出口20c、配管23、ハウジング63の流入口63aを通じて、ハウジング63、64で囲まれた油室に汲み上げられる。汲み上げられたオイルは、ポンプ50の回転子51の回転によって、出力軸45の油路45cに圧送される。圧送されたオイルは、出力軸45の油路45cを通じて、油路45a及び油路45bに供給される。
油路45aに供給されたオイルは、主にモータ30の出力軸35の油路35aを通じて、モータ30の各構成部品に供給される。モータ30の各構成部品に供給されたオイルは、モータ30の各構成部品を冷却し、それを引き換えにオイル自体の温度が上昇し、その後、重力によってハウジング60、61、62、63、64の組立体内の下に集まる。
油路45bに供給されたオイルは、主にモータ30の出力軸35の油路35bを通じて、減速機40の各構成部品に供給される。減速機40の各構成部品に供給されたオイルは、減速機40の各構成部品を冷却し、それを引き換えにオイル自体の温度が上昇し、その後、重力によってハウジング60、61、62、63、64の組立体内の下に集まる。
ハウジング60、61、62、63、64の組立体内の下に集まったオイルは、流出口61a、配管24、流入口20dを通じてナックル20のオイルタンク部20aに戻る。オイルタンク部20aに戻ったオイルは、ナックル20のオイルタンク部20aの壁面や仕切板20bと接触し、油温が低下する。油温が低下したオイルは、再び、ポンプ50によって、ナックル20の流出口20c、配管23、ハウジング63の流入口63aを通じて、ハウジング63、64で囲まれた油室に汲み上げられることになる。
実施例1によれば、モータ30、減速機40、及びポンプ50を内蔵するハウジング60、61、62、63、64の組立体とナックル20を配管23、24で接続し、ナックル20の強度に影響の少ないデッドスペースにオイルタンク部20aを設けることで、オイルタンクのスペースを車体側に別途設ける必要がなくなり、モータ30を冷却するためのオイルを充分蓄えることができる。また、ナックル20自体の熱容量と、車両走行時のナックル20の放熱によって、冷却効率を上げることができる。また、オイルタンク部20aの内部に仕切板20bを設けることで、オイルとナックル20との接触面積が増大し、ナックル20自体がラジエターの役割となるので、オイルクーラー効果が期待でき、モータ30の冷却効率を上げることができる。さらに、モータ30の外周に、ポンプ、減速機、オイルタンクが配置されていないため、モータ20の外形を大きくすることができ、出力の高いモータを用いることができる。
本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムをサスペンション装置に取り付けた状態の構成を模式的に示した斜視図(インホイールモータシステムのみ断面図)である。 本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した斜視図(タンク用蓋体を省略)である。 本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムの構成を模式的に示した正面図(車体側から見た正面図)である。 本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムにおけるナックルの構成を模式的に示した正面図(車体側から見た正面図;タンク用蓋体を省略)である。 本発明の実施例1に係るインホイールモータシステムにおけるナックルの構成を模式的に示した図5のX−X´間の断面図(タンク用蓋体を省略)である。
符号の説明
10 ハブ
11 ベアリング
20 ナックル
20a オイルタンク部(タンク部)
20b 仕切板
20c 流出口
20d 流入口
21 タンク用蓋体
22 ボルト
23、24 配管
30 モータ
31 ステータ
32 ロータ
33 コイル
34 ロータ支持体
35 出力軸
35a、35b 油路
37a、37b、37c、37d、37e ベアリング
40 減速機
41 サンギヤ
42 ピニオンギヤ
43 リングギヤ
44 キャリア
45 出力軸
45a、45b、45c 油路
50 ポンプ
51 回転子
60、61、62、63、64 ハウジング
61a 流出口
63a 流入口
66a、66b、66c、66d、66e ボルト
70 サスペンション装置
71 ショックアブソーバ
72 アッパーアーム
73 ロアアーム

Claims (7)

  1. ハブを回転可能に支持するとともに冷媒を蓄積するタンク部を有するナックルと、
    前記ナックルに取付固定されるハウジングと、
    前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記ハブを回転させるモータと、
    前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記モータの回転動力によって前記タンク部内の冷媒を前記モータに圧送するポンプと、
    を備え
    前記タンク部は、前記ナックル自体に形成されていることを特徴とするインホイールモータシステム。
  2. 前記タンク部内には、前記ナックルと一体に形成された仕切板を有することを特徴とする請求項1記載のインホイールモータシステム。
  3. 前記ナックルには、冷媒を前記タンク部内に流入させる流入口と、前記タンク部内から流出させる流出口と、が形成され、
    前記仕切板は、前記タンク部内で前記流出口と前記流入口との間に複数形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のインホイールモータシステム。
  4. 前記ハウジングに内蔵されるとともに、前記モータの回転動力を減速し、減速された回転動力を前記ハブ及び前記ポンプに向けて出力する減速機を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載のインホイールモータシステム。
  5. 前記ポンプから圧送された冷媒を、前記ハウジング内の前記減速機の各構成部品に送る流路を備えることを特徴とする請求項4記載のインホイールモータシステム。
  6. 前記減速機を前記モータの前記車輪側の反対側に配設し、前記ポンプを前記減速機の前記車輪側の反対側に配設したことを特徴とする請求項4又は5記載のインホイールモータシステム。
  7. 前記タンク部は、前記ハウジングよりも下の位置に配設されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載のインホイールモータシステム。
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