JP5372642B2 - モールドモータ及びこれを搭載した電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部を有するステータコアの外周全体を、絶縁モールド樹脂の一体成型によって被覆したモールドモータに関するものであって、特に電動車両用のモールドモータに関する。また、このモールドモータを搭載した電動車両に関する。

従来、自動車や自動二輪車は、ガソリンや軽油を燃料として駆動力を得るエンジンを駆動源とするのが一般的であった。しかしながら昨今、環境保護の対策として、電力をエネルギーとして駆動力を得るモータを駆動源とする車両の開発に注目が集まっている。

モータを駆動源とした電動車両である電動二輪車の一例を、特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載された電動二輪車は、モータとその減速機とを含む形で構成された電動パワーユニットが、後輪を支持するリアアーム内に組み込まれている。

特許第４２４４１２７号公報（第５頁、図４−図６）

ここで、モータを利用する場合、そのコイル部などにおける発熱の問題がある。これに対して、特許文献１に記載された電動二輪車では、モータ全体がリアアーム後端部にすっぽりと覆われた状態になっている。これにより、モータが効率よく放熱することができない虞がある。その結果、熱によりグリスが劣化し、モータ軸のベアリング破損の虞があるなど、モータに悪影響が生じ、モータの寿命が短くなる可能性がある。さらに、寿命低下の防止のためモータの出力を制限する必要があり、最大出力による駆動を継続したい場合であっても、例えば最大出力駆動と５０％出力駆動とを交互に行う制御などをする必要があるといった問題が発生する。電動車両を開発するにあたっては、モータから発生する熱を効率よく放熱することを考慮に入れ、設計に工夫を凝らす必要がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、駆動時に発生する熱を効率よく放熱することにより、長寿命化、長時間駆動を実現させることができ、信頼性の高いモールドモータを提供することを目的とする。また、このようなモールドモータを備えた信頼性の高い電動車両を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、ステータコアをモールド樹脂によって被覆したモールドモータであって、前記モールド樹脂を内包して保持するモータケースを備えるとともに、モータケースがモールド樹脂を局部的に露出させる開口部を有することこととした。

この構成によれば、モールド樹脂が直接外気に触れる箇所を設けることができる。したがって、モータケースの開口部にて外部に露出したモールド樹脂から、直接モータの熱を放熱することが可能である。

また、上記構成のモールドモータにおいて、前記開口部は、モールドモータの周囲に、独立した少なくとも２個が配置されていることとした。

電動車両用のモールドモータの場合、上下方向の略中央部でスイングアーム等に支持されることが多いので、この構成によれば、モータケースの上側及び下側で比較的広い領域の開口部を設けることが可能である。

また、上記構成のモールドモータにおいて、前記モータケースは、前記モールド樹脂を内側に挟む形で配置された、２個の板状のケース部材で構成され、これら２個のケース部材の、互いの端部を連結する連結片を備えることとした。

この構成によれば、モールド樹脂を内包して保持するモータケースの強度を確保しながら、２個のケース部材に対する２つの連結箇所の間に、広範囲にわたる前記開口部を設けることが可能である。

また、上記構成のモールドモータにおいて、制御信号を授受するための信号線と、電力を供給する動力線と、前記モータケースに設けられた、モールドモータ全体を支持する支持部材と結合するための結合部とを備え、前記信号線及び前記動力線が、前記結合部の箇所からモールドモータの径方向外側に向かって延びていることとした。

この構成によれば、モールドモータの放熱作用の向上に加えて、信号線及び動力線の制御回路への接続が容易になる。

また本発明では、上記モールドモータを電動車両に搭載することとした。

この構成によれば、モータケースの開口部にて外部に露出したモールド樹脂から、直接モータの熱を放熱することが可能な電動車両を得ることができる。

また、本発明は、車輪と、前記車輪を駆動するためのモータと、前記車輪を制動するための制動機構とを、互いに同軸上となるように配置した電動車両において、前記モータは、環状をなしたステータコアをモールド樹脂によって被覆した状態でモータケース内に収容してなるものであって、前記モータケースに、前記モールド樹脂を局部的に露出させる開口部を備えることとした。なお、モールド樹脂としては、絶縁性のものが好ましい。

特に、自動二輪のような小型の電動車両の場合、車輪、モータ、及び制動機構を同軸上に配置することによりそれらが近接し、モータの放熱効果が低くなる傾向にあるが、この構成によれば、開口部を利用して放熱効果を高めることが可能である。

本発明の構成によれば、駆動時に発生する熱を効率よく放熱することにより、長寿命化、長時間駆動を実現させることができ、信頼性の高いモールドモータを提供することができる。

また、このようなモールドモータを電動車両に搭載することにより、車両寿命及び走行距離が延び、信頼性の高い電動車両を提供することができる。

本発明の実施形態に係るモールドモータを搭載した電動車両の一例を示す右側面図である。 図１に示す電動車両の後輪部の垂直断面正面図である。 図２に示すモールドモータ及び制動機構の斜視図である。 図３のモールドモータ及び制動機構の一部を分解した状態を示す斜視図である。 図２に示すモールドモータ部の右側面図である。 図５に示すモールドモータのモールド樹脂の垂直断面正面図である。 図５に示すモールドモータの外側ケースの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づき説明する。

最初に、本発明の実施形態に係るモールドモータを搭載した電動車両について、図１を用いてその構造を説明する。図１は、モールドモータを搭載した電動車両の一例を示す右側面図である。

電動車両１は、図１に示すように、前輪２、及び後輪３を備えた自動二輪車である。電動車両１は、メインフレーム４、及びスイングアーム５が主たる骨組みとして構成されている。

メインフレーム４は、前端部が上方に向かって屈曲しており、その前端部で前輪２及びハンドル６を操舵可能に支持している。メインフレーム４の後端側であって、電動車両１の前後方向の略中央部には、使用者が腰を掛けるシート７と、バッテリ収容部８とが備えられている。バッテリ収容部８は、シート７の下方に設けられ、内部にバッテリ（図示せず）を収容することができる。シート７は、バッテリ収容部８の蓋の役目も果たし、バッテリ収容部８に対して開閉可能にして取り付けられている。メインフレーム４のシート７の後方であって、後輪３の上方の箇所には、荷物台９が備えられている。

スイングアーム５は、メインフレーム４後部の、シート７及びバッテリ収容部８の箇所の下方から後方に向かって延びている。後輪３は、スイングアーム５の後端に支持されている。なお、スイングアーム５は、後輪３の左側のみに設けられ、片持ち状態で後輪３を支持している。また、後輪３は、駆動輪であり、スイングアーム５との間にモールドモータ２０を備えている。スイングアーム５は、その後端がモールドモータ２０の前端部に設けられた結合部５８（後述、図３及び図４参照）に結合され、モールドモータ２０を介して後輪３を支持する支持部材である。モールドモータ２０の左側には、サスペンションケース１０が備えられている。サスペンションケース１０から上方の荷物台９に向かって、後輪３のサスペンションユニット１１が延びている。

続いて、電動車両１の後輪３の箇所について、図１に加えて、図２〜図４を用いてその構造を説明する。図２は電動車両の後輪部の垂直断面正面図、図３は図２に示すモールドモータ及び制動機構の斜視図、図４はモールドモータ及び制動機構の一部を分解した状態を示す斜視図である。なお、図４では、モールドモータ内部のロータや減速機構の描画を省略している。

図２に示すように、電動車両１の後輪３の箇所には、後輪３の左側、すなわち図２において右側から順に、サスペンションケース１０、モールドモータ２０、減速機構３０、制動機構４０、及び後輪３が備えられている。なお、モールドモータ２０、制動機構４０、及び後輪３は、互いに同軸上となるように配置されている。

モールドモータ２０は、図１、図３及び図４に示すように、環状をなす、後述するステータコア２４（図６参照）を絶縁性のモールド樹脂２１によって被覆した電動車両用のモータである。モールドモータ２０は、ステータコア２４の軸線が後輪３の車軸３ａに一致し、後輪３に近接して配置されている。

図２に示すように、モールド樹脂２１の内側には、モータの回転子であるロータ２２が備えられている。ロータ２２は、その軸線をステータコア２４の軸線に合わせて配置され、回転可能に設けられたモータシャフト２３に固定されている。したがって、モールドモータ２０の駆動によりロータ２２が回転し、その動力がモータシャフト２３に伝達される。

減速機構３０は、モータシャフト２３と車軸３ａとの間の箇所に配置されている。減速機構３０は、例えば遊星歯車機構などで構成されている。

制動機構４０は、後輪３のホイール３ｂ近傍に配置された、所謂ドラム型ブレーキであり、図３及び図４に示すように、ブレーキシュー４１、バネ４２、ブレーキアーム４３、及びブレーキカバー４４を備えている。ブレーキシュー４１は、ホイール３ｂの内側に配置されている。制動機構４０を使用していないとき、ブレーキシュー４１は、バネ４２の作用により、ホイール３ｂに対して径方向内側に離間している。ブレーキシュー４１は、ブレーキアーム４３の回転により、バネ４２の弾性力に抗して車軸３ａに対して径方向外側に押し広げられる。そして、ブレーキシュー４１は、ホイール３ａと一体的に回転する図示しないドラムとの間に摩擦抵抗を発生させ、ホイール３ａ、すなわち後輪３の回転を制動する。

なお、ブレーキシュー４１が配置されたホイール３ｂの箇所は、蓋としてブレーキカバー４４が取り付けられ、塵埃などが内部に入らないようカバーされている（図２参照）。ブレーキカバー４４は、制動機構４０内に対する防塵機能のほか、ブレーキシュー４１、バネ４２、及びブレーキアーム４３といったブレーキ部材を保持する機能も有する。

続いて、モールドモータ２０の詳細な構成について、図２〜図４に加えて、図５〜図７を用いて説明する。図５はモールドモータ部の右側面図、図６はモールドモータのモールド樹脂の垂直断面正面図、図７はモールドモータの外側ケースの斜視図である。

モールドモータ２０は、先に説明したモールド樹脂２１、ロータ２２、及びモータシャフト２３に加えて、ステータコア２４、モータケース５０、基板２５、信号線２６、及び動力線２７を備えている。

ステータコア２４は、環状をなし、図６に示すように、その径方向内側にコイル部２４ａが配置されている。ステータコア２４は、そのコイル部２４ａの箇所を含めた周囲が、絶縁性のモールド樹脂２１によって被覆されている。なお、モールド樹脂２１は、例えばガラス繊維などを含有する熱硬化性樹脂で構成されている。ステータコア２４のコイル部２４ａより径方向内側の箇所には、モールド樹脂２１に、後輪３側から窪んだ凹部２１ａが形成されている。凹部２１ａは円柱形状をなし、ここにロータ２２が配置されている（図２参照）。

モータケース５０は、アルミ合金などの金属で構成され、モールド樹脂２１を内包して保持する形で設けられている。モータケース５０は、モールド樹脂２１を内側に挟む形で配置された２個の板状のケース部材、すなわち図４に示す内側ケース５１と、図７に示す外側ケース５２とで構成されている。図２に示すように、内側ケース５１は後輪３側に、外側ケース５２は後輪３側と反対側のサスペンションケース１０側に各々配置されている。

図３及び図４に示すように、内側ケース５１は、その端部に舌片状の前側連結片５１ａ及び後側連結片５１ｂを、外側ケース５２は、その端部に舌片状の前側連結片５２ａ及び後側連結片５２ｂを、各々備えている。前側連結片５１ａと後側連結片５１ｂ、そして前側連結片５２ａと後側連結片５２ｂとは、図５に示すように、互いにモールドモータ２０の軸中心を通り径方向に延びる直線Ｌ１を挟んで略対向する箇所、すなわちモールドモータ２０の前側及び後側に各々に配置されている。内側ケース５１と外側ケース５２とは、図３及び図４に示すように、各々の対応し合う連結片どうし、すなわち前側連結片５１ａと前側連結片５２ａとで、そして後側連結片５１ｂと後側連結片５２ｂとで互いの端部を連結し、モールド樹脂２１を間に挟んで、３箇所のボルト５３によって結合されている。

また、モータケース５０は、図２及び図５〜図７に示すように、互いに独立した４箇所の開口部である、第１開口部５４、第２開口部５５、第３開口部５６、及び第４開口部５７を備えている（以下の説明で、まとめて「開口部５４〜５７」と称することがある）。第１開口部５４と第２開口部５５、そして第３開口部５６と第４開口部５７とは、図５に示すように、互いにモールドモータ２０の軸中心を通り径方向に延びる直線Ｌ２を挟んで略対向する箇所、すなわちモールドモータ２０の上側及び下側に各々に配置されている。これら４箇所の開口部５４〜５７はそれぞれ、モータケース５０外部に対して、モールド樹脂２１を局部的に露出している。

第１開口部５４は外側ケース５２の上側に、第２開口部５５は外側ケース５２の下側に各々配置され、それら開口部が外側ケース５２自体の内側と外側との間を貫通させた窓の形で形成されている。外側ケース５２の、第１開口部５４の径方向外側には枠部５２ｃが、第２開口部５５の径方向外側には枠部５２ｄが、各々設けられている。

第３開口部５６は、モータケース５０の上側に配置され、内側ケース５１の上側外縁部に設けた切り欠きと、外側ケース５２の枠部５２ｃより内側ケース５１側の上側外縁部に設けた切り欠きとを合わせ、モータケース５０の内側と外側との間を貫通させた窓の形で形成されている。同様に、第４開口部５７は、モータケース５０の下側に配置され、内側ケース５１の下側外縁部に設けた切り欠きと、外側ケース５２の枠部５２ｄより内側ケース５１側の下側外縁部に設けた切り欠きとを合わせ、モータケース５０の内側と外側との間を貫通させた窓の形で形成されている。

このようにモータケース５０は、４箇所の開口部５４〜５７を有することにより、モールド樹脂２１が直接外気に触れる箇所を設けることができる。したがって、開口部５４〜５７にて外部に露出したモールド樹脂２１から、直接モールドモータ２０の熱を放熱することが可能である。

また、モータケース５０には、図３〜図５に示すように、その前端部に結合部５８が設けられている。結合部５８は、ボルト・ナットを用いてネジ止めするための２つのネジ止め孔５８ａ（図３及び図４参照）が設けられ、図５に示すように、スイングアーム５の後端がネジ止めによって接続され、モールドモータ２０全体を支持している。これにより、モータケース５０は、前側連結片５１ａ及び前側連結片５２ａが、後側連結片５１ｂ及び後側連結片５２ｂより、周方向に関して長くなっている。なお、先に説明した、内側ケース５１と外側ケース５２とを結合する３本のボルト５３に関して、周方向に長い方の前側連結片５１ａ及び前側連結片５２ａの箇所では、その周方向両端に２本が、周方向に短い方の後側連結片５１ｂ及び後側連結片５２ｂの箇所では、後端部に１本が備えられている（図３及び図４参照）。

このようにして、開口部５４〜５７は、モールドモータ２０が結合部５８で支持されている場合であっても、モータケース５０の上側及び下側の比較的広い領域で設けることができる。さらに、開口部５４〜５７は、前半分と後半分とで開口領域の大きさが異なり、進行方向前側で狭く、後側で広くなっている。したがって、電動車両１の走行とともに前方から後方に向かって生じる空気流を利用して、モールドモータ２０の熱を、後方から放熱し易くすることが可能である。

また、３箇所に設けられたボルト５３により内側ケース５１と外側ケース５２とを結合しているので、環状、特に円環状をなすモールドモータ２０に対して、モールド樹脂２１を内包して保持するモータケース５０の機械的な強度を確保することが可能である。さらに、３箇所のボルト５３は、円環状のモールドモータ２０の中心に対して１２０度の角度間隔で均等に配置されているわけではなく、後側１箇所に対して前側２箇所を、１２０度以上の広い角度間隔を設けて配置している。この広い角度間隔の、２つの円弧状の領域を利用することで、広範囲にわたる開口部５４〜５７を設けることが可能になり、放熱効果をより一層向上させることができる。そして、開口部５４〜５７がない、残りの狭い角度間隔の円弧状の領域には、後述する基板収容部５９が設けられる。

そして、モールドモータ２０の後輪３側、すなわち内側には、モールド樹脂２１に凹部２１ａが形成され、モータシャフト２３や車軸３ａが備えられているので、モータケース５０の後輪３側の軸線部周辺は、比較的広い領域でモールド樹脂２１を覆っている。すなわち、開口部５４〜５７は、その後輪３側半分と後輪３の反対側半分とで開口領域の大きさが異なり、後輪３の反対側が広くなっている。電動車両１のモールドモータ２０の場合、その後輪３側と後輪３の反対側とで、走行とともに生じる空気流の当たり方が異なるので、この構成によれば、放熱に対して効果的な構成の開口部５４〜５７をモータケース５０に設けることが可能である。

また、モールドモータ２０の、後輪３側には制動機構４０が配置されているので、後輪３の反対側には構造物が少なくなり、後輪３の反対側の領域で放熱効果を高めることが可能である。

一方、モールドモータ２０の後輪３側の反対側、すなわち外側には、図５に示すように、外側ケース５２表面に、基板収容部５９が備えられている。基板収容部５９は、開口部５４〜５７を設けて残った、外側ケース５２の前部の領域に配置されている。そして、基板収容部５９には、基板２５が収容されている。

基板２５には、制御信号を授受するための信号線２６が接続されている。また、モータケース５０の結合部５８の２箇所のネジ止め孔５８ａの間の箇所には、モールドモータ２０に電力を供給する動力線２７が接続されている。信号線２６及び動力線２７は、結合部５８の箇所から、モールドモータ２０の径方向外側、すなわちスイングアーム５に沿って前方に向かって延びている。このような構成により、モールドモータ２０の放熱作用の向上に加えて、信号線２６及び動力線２７の制御回路（図示せず）への接続が容易になる。

上記構成によれば、駆動時に発生する熱を効率よく放熱することにより、長寿命化、長時間駆動を実現させることができ、信頼性の高いモールドモータ２０を提供することができる。

また、後輪、モータ、及び制動機構を同軸上に配置することによりそれらが近接し、モータの放熱効果が低くなる傾向にあるが、上記のようなモールドモータ２０を電動車両１に搭載することにより、開口部５４〜５７を利用して放熱効果を高めることが可能である。その結果、車両寿命及び走行距離が延び、信頼性の高い電動車両１を提供することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、本発明の実施形態では、モールドモータを搭載した電動車両１に、図１に示す自動二輪車を一例として掲げて説明したが、搭載対象となる電動車両は自動二輪車に限定されるわけではなく、自動三輪車や自動四輪車であっても構わない。

また、減速機構３０及び制動機構４０は、上記実施形態で説明した機構に限定されるわけではなく、例えば制動機構４０をディスク型ブレーキとしても構わない。

本発明は、モールドモータ全般において利用可能である。

１ 電動車両
２ 前輪
３ 後輪
３ａ 車軸
５ スイングアーム
２０ モールドモータ
２１ モールド樹脂
２４ ステータコア
２５ 基板
２６ 信号線
２７ 動力線
４０ 制動機構
５０ モータケース
５１ 内側ケース（ケース部材）
５１ａ 前側連結片
５１ｂ 後側連結片
５２ 外側ケース（ケース部材）
５２ａ 前側連結片
５２ｂ 後側連結片
５４ 第１開口部
５５ 第２開口部
５６ 第３開口部
５７ 第４開口部
５８ 結合部
５８ａ ネジ止め孔
５９ 基板収容部

Claims (6)

1. ステータコアをモールド樹脂によって被覆したモールドモータであって、
   前記モールド樹脂を内包して保持するモータケースを備えるとともに、モータケースがモールド樹脂を局部的に露出させる開口部を有することを特徴とするモールドモータ。
2. 前記開口部は、モールドモータの周囲に、独立した少なくとも２個が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモールドモータ。
3. 前記モータケースは、前記モールド樹脂を内側に挟む形で配置された、２個の板状のケース部材で構成され、これら２個のケース部材の、互いの端部を連結する連結片を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモールドモータ。
4. 制御信号を授受するための信号線と、電力を供給する動力線と、前記モータケースに設けられた、モールドモータを支持する支持部材と結合するための結合部とを備え、前記信号線及び前記動力線が、前記結合部の箇所からモールドモータの径方向外側に向かって延びていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモールドモータ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモールドモータを搭載したことを特徴とする電動車両。
6. 車輪と、前記車輪を駆動するためのモータと、前記車輪を制動するための制動機構とを、互いに同軸上となるように配置した電動車両において、
   前記モータは、環状をなしたステータコアをモールド樹脂によって被覆した状態でモータケース内に収容してなるものであって、
   前記モータケースに、前記モールド樹脂を局部的に露出させる開口部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の電動車両。

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