JP6098872B2 - インホイールモータ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の車輪を駆動するインホイールモータの冷却構造に関する。

電気自動車の車輪を駆動するインホイールモータとして、アウターロータ型モータが知られている（例えば特許文献１、２参照）。アウターロータ型モータは、車輪の軸と同軸上にモータが配置され、車輪の速度と同一速度で回転子であるロータが回転する。ロータは磁石と一体になっており、コイルを備えた電機子の外側を囲むように配置されている。この構成では、磁石は電機子の外側にあるので、磁石の放熱に有利になる。

一方、磁石は使用時の減磁を避けるために、高い耐熱性が求められる。レアアースであるディスプロシウムを磁石に含有させることにより、耐熱性を高めることができるが、高価なディスプロシウムは、含有量を少なくするか含有させないことが望ましい。前記のとおり、アウターロータ型モータは、磁石の放熱に有利な構成ではあるが、ディスプロシウムの含有量を抑制するためは、より冷却効果を高めた構成の採用が望まれる。

前記特許文献１に記載の電動輪は、モータの外側を覆うカバーの内周面及び外周面に冷却フィンを設け、モータに生じた熱を放熱するようにしている。前記特許文献２に記載の電動輪は、送風ファンの強制通風力により、モータ内部に冷却用空気を送り込んで強制冷却の効果が奏されるようにしている。

特開昭６３−２７５４２７号公報 特開平５−１０４９６０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の電動輪は、特許文献１の第２図に示されたように、カバー１５と永久磁石１８を備えたロータ部１４とはＯリングを介して分断されている。このため、カバー１５に形成された冷却フィン１９ａ及び１９ｂの冷却効果は、永久磁石１８の冷却にはほとんど寄与しない。前記特許文献２に記載の電動輪は、送風ファンに加え、防水・防塵用のエアフィルタが必要になり構造が複雑になる。また、送風ファンの消費電力は、電気自動車の最大の課題である航続距離の確保の点で不利になる。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、磁石の温度上昇を効率的に抑えることが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、ホイールの内側に配置されるアウターロータ型のインホイールモータであって、回転子である円環状のロータコアと、前記ロータコアの内周面側に固定された磁石と、前記ロータコアの外周を覆うケースとを備え、前記ケースは、底面の外表面に放射状に伸びたフィンが立設しており、前記インホイールモータを前記ホイールの内側に配置したときに、前記ケースの底面が前記ホイールの正面部に対向し、前記ホイールの内周面と前記ケースの外周面との間に、前記インホイールモータの前側空間と後側空間とを繋ぐ流路が形成されることを特徴とする。

この構成によれば、ケースにフィンが形成されていることにより、ケースは放熱体として作用するだけでなく、遠心ファンとしても作用する。さらに、ケースはロータコアの外周を覆うともに、インホイールモータの前側空間と後側空間とを繋ぐ流路が形成されているので、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が生じる。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が高まる。あわせて、ケースが冷却されるので、ケースの内部部品の放熱効果も高まる。すなわち、本発明によれば、放熱に有利なアウターロータ型を採用したことに加え、前記の冷却効果が発揮され、磁石の温度上昇の抑制に一層有利になる。このことにより、ディスプロシウムの含有量の抑制を図ることができ、本発明に係るインホイールモータはコスト面でも有利になる。

前記本発明のインホイールモータにおいては、コイルを備えた固定子である円環状のステータコアと、前記ステータコアの内周面側に固定され前記ステータコアを支持する支持体とをさらに備えており、前記支持体は、中空の放熱空間を形成しており、前記放熱空間は前記ケースの内周面側の空間と繋がっていることが好ましい。この構成によれば、支持体の熱容量が小さくなり、発熱体であるコイルを備えたステータコアから伝達された熱の支持体への蓄熱を抑制でき、ステータコアから伝達された熱の放熱効果が高まる。また、放熱空間はケースの内周面側の空間と繋がっており、本発明では前記のとおりケースの冷却効果が高められている。このため、温度上昇した放熱空間の熱のケースへの伝達が促進される。

また、前記ケースは、前記ホイールの正面部に対向する面の外周部に、前記ケースの外周に沿って傾斜面が形成されており、前記傾斜面は前記ケースの外周に向うにつれて、前記ホイールの背面側に傾斜しており、前記フィンは前記傾斜面まで伸びていることが好ましい。この構成によれば、遠心ファン作用によりケースから吐出された空気は、ホイールの背面側に流動し易くなり、空気流の動きが促進されケースの冷却効果が高まる。

本発明によれば、インホイールモータの構成部品である磁石の温度上昇を効率的に抑えることができる。

本発明の一実施形態に係るインホイールモータの近傍を示す外観図。 本発明の一実施形態に係るインホイールモータを内蔵したホイールの外観斜視図。 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示す断面図。 図３におけるカバーの外周面近傍の拡大図。 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの分解斜視図。 本発明の一実施形態に係るケースの底面側を示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、インホイールモータ１の近傍を示す外観図である。図示の便宜のため、ホイール２は断面状態で図示している。ホイール２に取り付けられるタイヤの図示は省略している。インホイールモータ１は、電気自動車のホイール２の内側に内蔵して用いられる。図１は、電気自動車の１輪部分及びサスペンション３を示している。サスペンション３は主要部のみ図示し、サスペンション３が取り付けられる車体の図示は省略している。サスペンション３は、ショックアブソーバ４、ナックル５、ロアアーム６及びリンク７を備えている。ショックアブソーバ４を囲むスプリングの図示は省略している。ナックル５にインホイールモータ１が固定されている。

インホイールモータ１は、外装部品であるケース１０を備えている。ケース１０はインホイールモータ１の正面（Ａ矢視側）を覆い、外周面の大半を覆っている。ケース１０にはフィン１１が形成されており、ケース１０は放熱体として作用するだけでなく、遠心ファンとしても作用する。詳細は後に説明するが、インホイールモータ１の回転により、ホイール２の外部の空気がケース１０の外周面を経てホイール２を通過する空気流が生じる。この空気流により、ケース１０が冷却されるとともに、ケース１０内の部品を冷却させることができる。

図２は、ホイール２の外観斜視図である。本図は、ホイール２の内側にインホイールモータ１を内蔵した状態を示している。ホイール２の正面部１２（図１のＡ矢視側の部分）には放射状にスポーク１３が形成され、隣接するスポーク１３間に孔１４が形成されている。正面部１２に対向してインホイールモータ１のケース１０が配置されている。

図３は、インホイールモータ１の内部構造を示す断面図である。図示の便宜のため、部分的に簡略化して図示している。図４は、図３におけるカバー１０の外周面近傍の拡大図である。図５は、インホイールモータ１の分解斜視図である。以下、図３〜図５を参照しながらインホイールモータ１の内部構造について説明する。図３は、インホイールモータ１にホイール２を装着した状態を図示しているが、インホイールモータ１にホイール２を装着する前に、ケース１０はハブユニット２１に固定されている。図３では、ボルト２０がハブユニット２１のフランジ部、ケース１０及びホイール２を挿通しており、ボルト２０はナット（図示せず）により締め付けられる。このことにより、インホイールモータ１にホイール２が一体に固定される。

図５おいて、ケース１０の内周面に溝２２が形成され、回転子である円環状のロータコア２３に凸部２４が形成されている。磁石２５はロータコア２３の溝２７に嵌めこまれて、ロータコア２３の内周面側に固定される。ロータコア２３は、凸部２４がケース１０の溝２２に嵌合した状態で、ケース１０に収納される。この状態で、図４に示したように、ロータクランプ３３及びダストシール４３がねじ４４によりケース１０に固定され、ロータコア２３がスペーサ３１及びスペーサ３２で挟まれた状態でケース１０の内周面側に固定される。

図５に示したハブユニット２１の貫通孔２６には、ブレーキシャフト１６が挿通する。図３の状態ではブレーキシャフト１６はハブユニット２１に固定されており、ブレーキシャフト１６には、ボルト１７及びナット（図示せず）により、ブレーキディスク１５が固定されている。以上の構成によれば、ハブユニット２１、ケース１０、ロータコア２３、ブレーキシャフト１６及びブレーキディスク１５が一体構造になっており、この一体構造物にホイール２が固定される。本実施形態のインホイールモータ１は、アウターロータ型であり、アウターロータであるロータコア２３が回転する。前記の一体構造によれば、ロータコア２３の回転と一体に同速度でケース１０、ハブユニット２１のうち軸受（図示せず）の内径側、ブレーキシャフト１６及びブレーキディスク１５が回転し、これらと一体のホイール２が回転する。

図５において、固定子である円環状のステータコア３８はコイル３４を備えている。コイル３４は鉄心３９に巻回されている。コイル３４のコイル線はバスバーリング４１の外周部に結線される。図５に示したモータサポート３５とモータベース３６とでステータコア３８を支持する支持体３７を構成する。図３の状態では、モータサポート３５及びモータベース３６の外周面とステータコア３８の内周面とが嵌合し、ステータコア３８はモータサポート３５及びモータベース３６で構成される支持体３７に固定されている。図５に示したように、モータベース３６にはボルト４０が一体になっており、ボルト４０はシールプレート４２を挿通する。図３の状態では、ボルト４０（図示せず）はナックル５を挿通しており、ナット（図示せず）に締め付けられる。このことにより、ステータコア３８は支持体３７を介してナックル５に固定される。

したがって、ステータコア３８及びこれと一体の支持体３７及びシールプレート４２は、回転しない固定部である。図３の状態では、支持体３７及びシールプレート４２はハブユニット２１に固定されている。前記のとおり、ハブユニット２１は、ホイール２の回転と一体に回転する。しかし、ハブユニット２１は軸受（図示せず）が内蔵されているので、ホイール２の取付け側が回転しても、支持体３７及びシールプレート４２の取付け側は固定状態となる。

図４において、磁石２５が一体になったロータコア２３とコイル３４が巻回された鉄心３９との間には隙間Ｔが形成されている。コイル３４に通電されると、磁石２５と一体のロータコア２３が回転する。前記のとおり、ロータコア２３の回転と一体に同速度でケース１０及びホイール２が回転する。発熱体であるコイル３４の温度上昇に伴い鉄心３９が温度上昇し、鉄心３９と隙間Ｔを介して対向した磁石２５も温度上昇する。本実施形態に係るインホイールモータ１は、ケース２を放熱体として作用させるとともに、遠心ファンとしても作用させるようにしている。このことにより、ケース２内の部品の冷却、特に発熱体であるコイル３４を備えたステータコア３８及びコイル３４の温度上昇に伴い温度上昇する磁石２５の冷却を図るようにしている。以下、冷却構造、冷却作用について具体的に説明する。

図５に示したように、ケース１０は一端が開放した円筒状に形成されている。ケース１０の底面の外表面にはフィン１１が形成されてる。図６はケース１０の底面側を示す斜視図である。プレート状のフィン１１が底面の外表面から立設しており、フィン１１はケース１０の半径方向に放射状に配置されている。フィン１１により、ケース１０底面の表面積が増大され、フィン１１は放熱フィンとしての役割を果たす。特に、図３に示したように、フィン１１は発熱体であるコイル３４と対向しているので、放熱効果が高まる。

一方、ケース１０が回転するとフィン１１間の空気は、遠心力によりフィン１１に沿って外側に吐出される（矢印ａ方向）。一方、図２に示したように、ホイール２には、孔１４が形成されているので、フィン１１間には孔１４を経て外気が導入される。図４において、ホイール２の内周面とケース１０の外周面との間の隙間により流路５０を形成している。流路５０はインホイールモータ１の前側空間５１と後側空間５２とを繋いでいる。

ケース１０の回転によりケース１０の半径方向の外側に放出された前側空間５１の空気は、流路５０に沿って流動し、インホイールモータの後側空間５２に吐出される。この空気は、以後、ホイール２内を通過し、車体の床下に排気される。走行中のホイール２の正面側（車外側）と背面側（車体床下側）の圧力の関係は、床下の抵抗にも左右されるが、通常は正面側の圧力が背面側の圧力に比べ僅かに低い。このような圧力関係であっても、ケース１０の遠心ファン作用により圧力の高い強制的な吐出流が形成されるので、ホイール２の背面側に向かう空気流を形成できる。このことにより、ホイール２の回転中は、フィン１１間に新たな外気が絶えず導入され、フィン１１による放熱効果が高まる。

また、フィン１１が形成されたケース１０はロータコア２３の外周を覆っているので、ケース１０は内部部品の熱を放熱する放熱体としての役割を果たす。このことにより、ケース１０の内部部品である磁石２５及びロータコア２３の放熱効果が高まる。加えて、ケース１０の遠心ファン作用による空気流がケース１０の外周面に沿って流路５０を通過することにより、ケース１０が冷却される。このことにより、ケース１０の放熱効果が高まり、磁石２５及びコイル３４の放熱効果が一層高まる。すなわち、ケース１０の放熱体としての作用及び遠心ファンとしての作用により、ロータコア２３及び磁石２５は効率的に冷却されることになる。車両の停止時には、ケース１０の遠心ファン作用は発揮されないが、フィン１１の放熱フィンとしての作用は発揮される。ケース１０の放熱効果は、ケース１０を良熱伝導性材料、例えばアルミニウムで形成することにより、より高めることができる。

ここで、磁石２５は使用時の減磁を避けるために、高い耐熱性が求められる。磁石はレアアースであるディスプロシウムを含有させることにより、耐熱性を高めることができる。特に、磁石温度が１００℃を超えるとディスプロシウムを含有させていなければ、減磁が起こり保磁力が確保できない。一方、高価なディスプロシウムは、含有量を少なくするか含有させないことが望ましい。本実施形態のインホイールモータ１は、放熱に有利なアウターロータ型を採用したことに加え、前記のとおり冷却構造が追加されている。このため、本実施形態のインホイールモータ１は、磁石の温度上昇の抑制に一層有利になり、ディスプロシウムの含有量の抑制を図ることができる。

本実施形態に係るインホイールモータ１は、ステータコア３８側にも冷却構造を設けている。前記のとおり、図３においてステータコア３８はモータサポート３５及びモータベース３６で構成される支持体３７に固定されている。支持体３７は、中空の放熱空間５５を形成している。この構成によれば、支持体３７の熱容量が小さくなり、ステータコア３８から伝達された熱の支持体３７への蓄熱を抑制でき、ステータコア３８から伝達された熱の放熱効果が高まる。

また、図３に示したように、放熱空間５５はケース１０の内周面側の空間と繋がっている。前記のとおりケース１０は冷却効果が高められている。このため、温度上昇した放熱空間５５の熱のケース１０への伝達が促進される。このことによっても、ステータコア３８の熱の放熱効果が高まる。このような放熱効果は、支持体３７を構成するモータサポート３５及びモータベース３６を、ケース１０と同様に良熱伝導性材料、例えばアルミニウムで形成することにより、より高めることができる。

一方、前記のとおり、コイル３４が温度上昇すると磁石２５も温度上昇する。したがって、前記のように、ステータコア３８の熱の蓄熱が抑制されるとともに、放熱が促進されることにより、コイル３４と一体のステータコア３８の温度上昇が抑制されると、あわせて磁石２５の温度上昇も抑制されることになる。

図４及び図６において、ケース１０の底面の外周部に傾斜面５６が形成されている。図４に示したように、傾斜面５６はケース１０の外周に向うにつれてホイール２の背面側に傾斜している。フィン１１は傾斜面５６まで伸びている。この構成によれば、遠心ファン作用によりケース１０から吐出された空気は、ホイール２の背面側に流動し易くなる。このことにより、図４の通路５０における空気流の動きが促進され、ケース１０の冷却効果が高まる。

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、支持体３７は２部品で構成されているが、ステータコア３８を支持できればよく、この構成に限るものではなく、さらに部品点数を増やしてもよい。また、図６に示したように、ケース１０のフィン１１はケース１０の半径方向に直線状に延在しているが、この構成に限るものではなく、遠心ファン作用を発揮できればよく、例えばフィン１１は曲線状に延在させてもよい。

１ インホイールモータ
２ ホイール
１０ ケース
１１ フィン
２３ ロータコア
２５ 磁石
３７ 支持体
３８ ステータコア
５０ 流路
５１ インホイールモータの前側空間
５２ インホイールモータの後側空間
５５ 放熱空間
５６ 傾斜面

Claims (2)

1. ホイールの内側に配置されるアウターロータ型のインホイールモータであって、
   回転子である円環状のロータコアと、
   前記ロータコアの内周面側に固定された磁石と、
   前記ロータコアの外周を覆うケースとを備え、
   前記ケースは、底面の外表面に放射状に伸びたフィンが立設しており、
   前記インホイールモータを前記ホイールの内側に配置したときに、前記ケースの底面が前記ホイールの正面部に対向し、
   前記ホイールの内周面と前記ケースの外周面との間に、前記インホイールモータの前側空間と後側空間とを繋ぐ流路が形成され、
   前記ケースは、底面に前記ケースの外周に沿って傾斜面が形成されており、前記傾斜面は前記ケースの外周に向うにつれて、前記ホイールの背面側に傾斜しており、前記フィンは前記傾斜面まで伸びていることを特徴とするインホイールモータ。
2. コイルを備えた固定子である円環状のステータコアと、前記ステータコアの内周面側に固定され前記ステータコアを支持する支持体とをさらに備えており、前記支持体は、中空の放熱空間を形成しており、前記放熱空間は前記ケースの内周面側の空間と繋がっている請求項１に記載のインホイールモータ。
   
   

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