JP7280239B2 - 冷却チャネル及び冷却ジャケットを備えたインホイールモータ - Google Patents

Description

本発明は、インホイールモータに関する。このインホイールモータはステータを備え、このステータには、電磁石と、ステータに沿って延在する複数の冷却チャネルとが設けられている。この冷却チャネルを通って冷却剤が流れることにより前記電磁石を冷却できる。本発明はさらに、インホイールモータで使用するための冷却ジャケットに関する。

特許文献１は、電動モータ（電動機）を冷却するための冷却ジャケットを記載しており、冷却ジャケットは、作動流体を導くために電動モータを覆っている１以上の連続したＳ字状パイプを有する。各連続したＳ字状パイプは、少なくとも前進部及び後退部を有し、これらは、それぞれ、２つの周方向（互いに平行であるが反対方向にある）に沿って延在する。また、Ｓ字状パイプは、前進部と後退部との間に接続されたターニング部も有する。冷却ジャケットを使用して電動モータを冷却する場合、Ｓ字状パイプ内の作動流体の温度が、通常、モータの一端から他端に向かって上昇する。

特許文献２から、インホイール電動モータを備えた電動車両が知られる。電動モータのロータが、１以上のタイヤを支持しているホイールのリムに接続されている。ステータが車両のフレームに、ホイールサスペンションシステムを介して取り付けられている。公知のインホイールモータは、モータの電磁石がリム及びタイヤを中間ギヤ無しで直接駆動する直接駆動ホイールの一部である。このようにして、重量及びスペースが節約され、車両の駆動組立体の部品個数が最小限にされる。

インホイールモータにより生成されるトルクは、ロータとステータとの間の磁束伝達面に依存し、ロータ半径の２次関数である。ロータマグネットは、最大限のロータ半径を得るために、ステータ周囲の可能な限り外側に配置される。モータ設計は、最大のパワー及びトルクをタイヤに提供するために、ロータとステータとの間の間隙を最小化するように最適化されている。一方、ロータとステータとの間の間隙幅は、走行中のホイールへの機械的衝撃を吸収するのに十分な大きさに設計されている。

ステータの巻線に、ステータ内に配置された制御電子機器により電力が供給される。この制御電子機器は、車両の電力供給システム、例えばバッテリーパック及び／又は発電機からの電気エネルギーを、電動モータによる使用に適したＡＣ電流に変換する。このような制御電子機器は、典型的には、電力制御電子機器、例えば、特許文献３に記載されているようなＩＧＢＴ電流モジュール及び電流レギュレータを含む。ステータの巻線に供給される電流及び／又は電圧を、制御電子機器を使用して制御することにより、ステータにより生成される磁束の磁場ベクトルが制御され、電気モータは、所望のトルク及び／又は回転速度で動作する。制御電子機器をステータ内に組み込むことにより、制御電子機器から電磁石まで延在する母線の長さを短くしておくことができる。これは、このような電動モータの動作に一般的に必要な、例えば７００Ｖ以上で３００Ａになる高電流及び電圧の損失を最小限に抑える観点から、非常に望ましい。

電動モータ及び／又は制御電子機器を冷却するために、公知のインホイールモータに、蛇行冷却チャネルを有する冷却システムが設けられている。蛇行冷却チャネルはステータの外面及び制御電子機器の付近に配置され、この蛇行冷却チャネルを通って液体冷却剤がステータに出入りできる。冷却ダクトは、冷却流体が制御電子機器に沿ってこれらを冷却するために通過した後に冷却流体の蛇行が冷却ダクトの終点（冷却システムの車両側）に戻り、その間に流体が電磁石から熱エネルギーを吸収することができるように配置されている。

インホイールモータは、ほぼ内蔵型のモジュールとして実現されることができ、車両の可動部品のいずれも、ロータに取り付け又はロータ内に延在させる必要がない。ロータによる画成されている内部空間は、車両のブレーキシステム及び／又は道路により放出される塵及び／又は摩耗粒子などの異物が前記内部に侵入するのを防ぐために、実質的に閉鎖されることが好ましい。

インホイールモータの車両側を車両フレームに接続することにより、インホイールモータを車両に様々な位置で取り付け可能である。

例えば、制御電子機器の点検又は修理のために制御電子機器に直接アクセスすることが望ましい場合がしばしばある。このために、車両フレームに接続されている公知のインホイールモータに関しては、モータを少なくとも部分的に分解する必要があり、この分解中に、冷却剤を冷却システムの冷却チャネルに供給するための接続を一時的に切断しなければならない。これは、一般的に、分解前に冷却剤をチャネルから取り出して、再組立時に冷却剤を再びチャネルに充填することを含む。これは、冷却剤が、例えば制御電子機器上にこぼれ出る危険性をもたらす。

米国特許出願公開第２０１３／０１２６１４３号明細書 国際公開第２０１３／０２５０９６号パンフレット 欧州特許第１２５２０３４号明細書

本発明は、より容易にメンテナンス及び／又は検査され得るインホイールモータを提供することを目的とする。

本発明のさらなる目的は、ステータの電磁石の冷却が改善されたインホイールモータを提供することである。

この目的のために、第一の態様によれば、本発明は、車両用のインホイールモータを提供する。このインホイールモータはステータを備え、当該ステータは、当該ステータを前記車両に取り付けるためのコネクタ部材を有し、当該コネクタ部材は、シャフトと、当該シャフトよりも大きい直径を有するエンドプレートと、前記シャフトを通って延在し、且つ前記エンドプレート内の冷却剤用の通路に流体連通している冷却剤供給ダクトと、を含む。前記ステータは、さらに、中空ステータ本体を含み、当該中空ステータ本体は、円筒状外面を有し、且つ前記コネクタ部材に接続されている。液体冷却剤の循環に適合された複数の冷却チャネルが前記中空ステータ本体に沿って延在し、且つ、前記冷却剤供給ダクトに流体連通しており、前記複数の冷却チャネルが、前記液体冷却剤を前記複数のチャネルに供給するための入口と、前記液体冷却剤を前記複数のチャネルから排出させるための出口とを有する。前記インホイールモータは、さらに、前記中空ステータ本体の周囲に配置され且つ前記中空ステータ本体に固定された電磁石を備え、前記冷却チャネルは、前記電磁石を冷却するために配置されている。前記中空ステータ本体は、前記コネクタ部材とは反対の側に開放端部を有し、当該開放端部の直径は前記シャフトの直径よりも大きい。前記複数のチャネルは、少なくとも３つのチャネルグループに分割されており、各グループ内のチャネルは並列に接続されて、前記冷却剤の流れの方向を、グループ内の各チャネルにおいて前記冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記中空ステータ本体の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定している。前記グループの少なくとも１つが２つ以上のチャネルを含み、且つ、前記グループが直列に接続されている。前記周方向冷却チャネルの各々が、前記中空ステータ本体の長手方向軸の周囲に１８０度以上３６０度未満の角度に延在する環状のセクタとして形成されている。

前記グループの少なくとも１つに２つ以上の平行なチャネルを設けることにより、流れの方向に沿った前記冷却流体の圧力低下が減少し、その結果、冷却効率が向上する。また、前記インホイールモータのための制御電子機器が、前記中空ステータ本体内に容易に配置されて、検査され、及び／又は、中空ステータ本体の開放端部を通して再び取り出されることができる。前記開放端部が前記中空ステータ本体の道路側に配置されているため、前記制御電子機器は、前記ステータ本体の車両側からではなく、前記道路側からアクセスされ得る。このようにして、前記コネクタ部材と前記ステータとは、前記中空ステータ本体内で部品（例えば制御電子機器）のメンテナンス、修理又は点検中にも車両に取り付けられたままであり得る。前記中空ステータ本体内にアクセスするために、前記ロータの道路側の回転カバープレートを取り外すことができる。当該回転カバープレートは前記中空ステータ本体の前記開放端部を閉鎖しており、前記中空ステータ本体に、前記ロータの道路側のベアリングを介して回転可能に取り付けられている。前記カバープレート及び前記ベアリングは前記道路側からステータに着脱され得る。

従って、前記中空ステータ本体の内部へのアクセスは、前記ステータ自体を分解せずに、特には、前記冷却チャネルの入口と流体供給ダクト及び／又は前記エンドプレート内の通路との流体接続を切断せずに得ることができる。このようにして、前記液体冷却剤が漏出するリスクが実質的に低減される。前記制御電子機器が前記中空ステータ本体から取り外されるべき場合、前記液体冷却剤は、好ましくは、前記制御電子機器を前記ステータ本体から取り外す前に、前記流体供給ダクト及び／又は通路から排出される。

好ましくは、前記開放端部の直径は、ホイールのための前記制御電子機器が前記中空ステータ本体内に配置されること、又は、前記中空ステータ本体を前記道路側から取り出すことを可能にするように十分に大きく、この取り出しは、複数の冷却チャネルの位置がエンドプレートに対して固定されている状態で、詳細には、エンドプレートにおける冷却剤の入口と通路との流体接続を切断せずに行われる。

一実施形態において、前記開放端部は、前記コネクタ部材とは反対の側からほぼ前記エンドプレートまで延在する。こうして、前記中空ステータ本体内に、軸方向に沿った比較的大量のスペース（例えば、インホイールモータの制御電子機器を収容するための）が利用可能のまま残される。前記開放端部の直径は、好ましくは、前記エンドプレートの外径の少なくとも９０％である。

一実施形態において、前記インホイールモータは、さらに、前記中空ステータ本体の周囲に配置され且つ前記中空ステータ本体に対して固定された電磁石を備えている。前記冷却チャネルは前記電磁石を冷却するために配置されている。これが、前記電磁石が過熱することを防止し、また、前記インホイールモータのロータに含まれる永久磁石が熱により減磁する可能性を低減する。前記電磁石は、導電性材料から成る、磁界を発生するように配置されたコイルを含み、これらのコイルは、好ましくは、磁性積層材料から成る、軸方向に向けられたそれぞれのバーに巻き付けられている。これらのバーはスロットにより互いに離間されており、スロットにおいて巻回されたそれぞれのコイルが離間されている。後者の場合、前記電磁石により生成される熱の大部分は、前記バーの、コイル巻線が１８０度の巻きをほぼ形成するそれぞれの遠位端にある。

一実施形態において、前記インホイールモータは、前記電磁石に電力を供給するための制御電子機器を備え、前記制御電子機器は、前記中空ステータハウジング内に配置されている。前記制御電子機器、又は制御電子機器が収容されているモジュールは、前記中空ステータ本体内に収まるように寸法決めされ、その長手方向軸に沿った前記中空ステータ本体の前記開放端部の長さよりも短い長さを有し、且つ、前記開放端部の直径よりも小さい幅を有する。この実施形態のインホイールモータは、好ましくは、前記制御電子機器を前記中空ステータ本体内に配置し、前記中空ステータ本体の前記開放端部を通して再び取り出すことができるように適合されている。一実施形態において、前記複数のチャネルは、チャネルの少なくとも３つのグループに分割され、各グループ内のチャネルは並列に接続され、前記冷却剤の流れの方向を、グループ内の各チャネルにおいて前記冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記中空ステータ本体の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定し、前記グループの少なくとも１つが２つ以上のチャネルを含み、且つ、前記グループは直列に接続されている。前記少なくとも１つのグループの２つ以上のチャネルが並列に接続されているため、そのグループを通る冷却材の流れは改善される。さらに、前記グループが直列に接続されているため、冷却剤は前記グループのいずれをも（部分的に）バイパスできず、従って、冷却剤が各グループを流れることを保証し、この結果、熱が、各々グループの位置又はその付近において前記中空ステータ本体から吸収され得る。全ての周方向冷却チャネルを並列に接続すると、チャネル内を流れの分布が不十分になることが判っているため、これを回避することが望ましい。詳細には、全ての冷却チャネルが並列に接続されている場合、チャネル内を流れる液体の速度が、前記入口及び前記出口に最も近いチャネルでは最高であるが、前記中間チャネルにおいては非常に低速になり、これが、前記中間チャネルの位置における前記液体冷却剤による冷却を不十分にすることが判っている。

一実施形態において、前記チャネルは、前記グループの第１と、当該第１グループのすぐ下流にある、前記グループの第２とにより形成されたグループの各ペア内で、前記冷却剤が前記第１グループのチャネル内を前記中空ステータ本体の周囲に沿って流れる方向が、前記冷却剤が前記第２グループのチャネル内を前記中空ステータ本体の周囲に沿って流れる方向とは反対になるように配置されている。従って、前記チャネルのグループは、前記冷却剤を、前記複数のチャネルの軸方向の一端から他端に、螺旋状にではなく蛇行進行させるように配置されている。

一実施形態において、前記複数の冷却チャネルは、第１軸方向位置における前記入口から前記中空ステータ本体に沿って延在する第１周方向冷却チャネルと、第２軸方向位置にて前記中空ステータ本体に沿って延在し、且つ前記第１冷却チャネルに流体接続する第２周方向冷却チャネルと、前記第１周方向冷却チャネルと前記第２周方向冷却チャネルとの間の軸方向位置に沿って配置され且つ前記第２冷却チャネルに流体接続している複数の中間周方向冷却チャネルと、を含み、前記第２冷却チャネルは前記第１冷却チャネルの下流に配置されている。

好ましい実施形態において、前記中間周方向冷却チャネルは、前記出口の上流に、且つ前記第２冷却チャネルの下流に配置されている。従って、前記中空ステータ本体の温度よりも低温の液体冷却剤が前記複数のチャネル内を循環される場合、液体冷却剤は、前記第１軸方向位置及び前記第２軸方向位置で及びこれらの位置付近にて前記冷却チャネルを通る場合に最も低温であることが保証される。好ましくは、これらの位置は、上述した前記ステータの電磁石のバーの遠位端の位置にほぼ対応する。このようにして、電動モータの最も過熱しやすい部分が十分に冷却されることが保証される。

別の実施形態において、前記中間冷却チャネルは、前記出口の上流に且つ前記第２冷却チャネルの上流に配置されている。これは、前記液体冷却剤の流れの方向の軸方向成分が、前記液体冷却剤が前記複数のチャネル内を循環されているときに反転される必要がないという利点を有する。

一実施形態において、前記周方向冷却チャネルの各々が、前記中空ステータ本体の前記長手方向軸の周囲に１８０度以上３６０度未満の角度に延在する環状のセクタとして形成されている。従って、各チャネルは、前記中空ステータ本体の完全な全周には延在せず、従って、各チャネルは、前記液体冷却剤が前記チャネルの前記第１端部から前記チャネルの前記第２端部の方向に沿って流れることを可能にし、尚且つ、前記第２端部から前記第１端部の方向に流れることは防止する。このようにして、前記液体冷却剤は別のチャネルに入る前に同じチャネルを２回以上移動することを実質的に防止される。前記環状のセクタは、好ましくは、前記長手方向軸の周囲を１８０度以上の角度、好ましくは３００度以上の角度にわたって延在する。

一実施形態において、前記中空ステータ本体は、前記中空ステータ本体の外周を画成する冷却ジャケットを含み、前記冷却チャネルは前記冷却ジャケット内に設けられている。前記冷却ジャケットは、前記中空ステータ本体とは別個に作成されてよく、そして、前記インホイールモータの組立中に前記中空ステータ本体に取り付けられてもよい。例えば、前記冷却ジャケットは、前記中空ステータ本体に、締まり嵌めにより取り付けられていてよい。これは、前記冷却ジャケットと前記中空ステータ本体との間に、例えば１００℃以上、又は１４０℃以上の締まり嵌めの温度差を発生させて、それにより前記冷却ジャケット及び前記中空ステータ本体の一方又は両方を変形させて前記冷却ジャケットを前記中空ステータ本体の上にスライドさせることにより実現され得る。このような場合、前記冷却ジャケットがその上にスライドされる前記中空ステータ本体の外面は、好ましくは滑らかな円筒状であり、前記冷却ジャケットを前記中空ステータ本体の周囲にて、所望の向きに達するまで自由に回転させることを可能にしている。前記冷却ジャケットと前記中空ステータ本体との温度差が小さくなると、前記冷却ジャケット及び前記中空ステータ本体が変形して、両者の間にタイトで固定された締まり嵌めが保証される。締まり嵌めプロセス中に、前記冷却ジャケットと前記中空ステータ本体との間に温度差を発生させることは、締まり嵌めの温度差以上の温度の加熱液体、例えばオイルを前記冷却チャネル内に流すことを含み得る。

一実施形態において、前記コネクタ部材は鋼又は鋳鉄を含み或いはこれらの材料からつくられ、そして、前記冷却ジャケットは、前記コネクタ部材とは異なる材料、好ましくはアルミニウムを含む。例えば、コネクタスタブの形態の前記コネクタ部材が、前記インホイールモータに構造強度を与える一方、前記冷却ジャケットは、熱伝導性がより高く若しくは軽量の材料及び／又は、電磁石の影響による渦電流の生成を抑制するような材料からつくられ得る。好ましくは、前記コネクタ部材は鋼又は鋳鉄を含み、且つ／又は、前記中空ステータ本体と同一の材料からつくられる。

一実施形態において、前記冷却ジャケット材料の熱伝導率は、少なくとも１００ワット／メートル／ケルビンである。これを実現するために、前記冷却ジャケットは、アルミニウム又はアルミニウム合金からつくられ得る。

一実施形態において、前記冷却ジャケットの外面は滑らかな円筒状であり、前記冷却ジャケットの前記入口及び前記出口の全体が、前記外面により画成された円筒状容積内に配置されている。例えば、前記入口及び／又は前記出口は、前記冷却ジャケットの横方向側に配置され、且つ／又は、前記冷却ジャケットの内側に延在し得る。従って、前記入口又は前記出口のいずれの部分も前記冷却ジャケットの滑らかな前記円筒状外面を超えて延在せず、前記電磁石の、前記滑らかな円筒状外面への取り付けを容易にする。

一実施形態において、前記冷却ジャケットは、前記中空ステータ本体とは別個に形成されて、前記中空ステータ本体に、締まり嵌めにより取り付けられる。これは、前記冷却ジャケットと前記中空ステータ本体との間に、例えば１００℃以上、又は１４０℃以上の締まり嵌めの温度差を発生させて、それにより前記冷却ジャケット及び前記中空ステータ本体の一方又は両方を変形させて前記冷却ジャケットを前記中空ステータ本体の上にスライドさせることにより実現され得る。

一実施形態において、前記電磁石は、前記冷却ジャケット及び／又は前記中空ステータ本体に、締まり嵌めにより取り付けられる。これは、前記冷却ジャケット又は前記中空ステータ本体を、例えば冷却流体をこれらの内部で循環させることにより冷却させ、そして、前記電磁石を、温度差が１００℃以上又は１４０℃以上になるまで加熱し、これにより、前記冷却ジャケット又は前記中空ステータ本体及び前記電磁石の両方又は一方を変形させて、前記電磁石を前記冷却ジャケット又は前記中空ステータ本体の上にスライドさせることにより実現できる。特に、前記冷却ジャケットの前記外面が滑らかな円筒状である場合、前記電磁石は、このようにして前記冷却ジャケットに、特に簡単に取り付けられ得る。

一実施形態において、前記複数の冷却チャネルは、少なくとも部分的に、前記中空ステータ本体内に、例えば、前記中空ステータ本体の前記外周面における窪み及び／又は凹部として形成される。前記冷却チャネルが部分的にのみ前記中空ステータ本体に形成されている場合、前記インホイールモータに、前記冷却チャネルの境界面を形成するための円筒状のカバーを設けてもよい。或いは、前記複数の冷却チャネルは、完全に中空ステータ本体に形成され得る。

一実施形態において、前記冷却チャネルは、金属又は金属合金の鋳造によりつくられた冷却チャネルである。

一実施形態において、前記コネクタ部材は、さらに、冷却剤排出チャネルを含み、この冷却剤排出チャネルは、前記シャフト及び前記エンドプレートを貫通して延在し、且つ前記出口と流体連通されている。

前記排出チャネルが前記シャフトを貫通しているため、前記インホイールモータの前記ロータの一部は、前記ロータの車両側にて前記シャフトの半径方向における付近に配置され得るため、前記ロータを、車両側における前記シャフト上のベアリングを介して支持できる。

第２の態様によれば、本発明は、ホイール‐モータ、好ましくは、上述のインホイールモータにて使用するための冷却ジャケットを提供する。当該冷却ジャケットは長手方向軸を有し、且つ、液体の循環に適合された複数の冷却チャネルを備え、当該冷却チャネルは、前記長手方向軸の周囲にほぼ周方向に延在し、前記複数の冷却チャネルは、液体冷却剤を前記複数のチャネルに供給するための入口と、液体冷却剤を前記複数のチャネルから排出させるための出口とを有する。前記複数の冷却チャネルは、前記長手方向軸に沿った第１軸方向位置における前記入口から延在する第１周方向冷却チャネルと、前記長手方向軸に沿った第２軸方向位置にて延在する第２周方向冷却チャネルと、前記第１周方向冷却チャネルと前記第２周方向冷却チャネルとの間の軸方向位置に沿って配置された複数の中間周方向冷却チャネルとを含み、前記流れ方向において、前記第２冷却チャネルは前記第１冷却チャネルの下流に配置されている。

一実施形態において、前記複数のチャネルは、少なくとも３つのチャネルグループに分割され、各グループ内のチャネルは並列に接続されて、前記冷却剤の流れの方向を、グループ内の各チャネルにおいて前記冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記中空ステータ本体の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定している。前記グループの少なくとも１つが２つ以上のチャネルを含み、且つ、前記グループは直列に接続されている。

一実施形態において、前記複数のチャネルが、少なくとも３つのチャネルグループに分割され、各グループ内のチャネルは並列に接続されて、前記冷却剤の流れの方向を、グループ内の各チャネルにおいて前記冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記中空ステータ本体の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定している。前記グループの少なくとも１つが２つ以上のチャネルを含み、且つ、前記グループは直列に接続されている。

一実施形態において、前記冷却チャネルは、前記第２冷却チャネルの下流に、且つ好ましくは、前記出口の上流に配置されている。

一実施形態において、前記中間冷却ジャケットは、前記中空ステータ本体の滑らかな円筒状外面と当接するための滑らかな円筒状の内面を有する。これは、前記冷却ジャケットが前記外側ステータ本体上に容易にスライドすることを可能にする。

一実施形態において、前記周方向冷却チャネルの各々は、前記中空ステータ本体の前記長手方向軸の周囲に１８０度以上３６０度未満の角度に延在する環状のセクタとして形成されている。

一実施形態において、前記複数の冷却チャネルは、第１軸方向位置における前記入口から前記中空ステータ本体に沿って延在する第１周方向冷却チャネルと、第２軸方向位置にて前記中空ステータ本体に沿って延在し、且つ前記第１冷却チャネルに流体接続する第２周方向冷却チャネルと、前記第１周方向冷却チャネルと前記第２周方向冷却チャネルとの間の軸方向位置に沿って配置され且つ前記第２冷却チャネルに流体接続している複数の中間周方向冷却チャネルと、を含み、前記第２冷却チャネルは前記第１冷却チャネルの下流に配置されている。

一実施形態において、前記中間周方向冷却チャネルは、前記出口の上流に、且つ、前記第２冷却チャネルの下流に配置されている。

一実施形態において、前記冷却ジャケットは、ほぼ滑らかな円筒状外面を有し、前記入口及び前記出口の全体が前記外面の内側に配置されている。

第３の態様によれば、本発明は、車両用のインホイールモータを提供し、このインホイールモータは、
ステータを備え、当該ステータは、当該ステータを前記車両に取り付けるためのコネクタ部材を有する。当該コネクタ部材は、シャフトと、当該シャフトよりも大きい直径を有するエンドプレートとを含む。前記ステータは、さらに、中空ステータ本体を含み、当該中空ステータ本体は円筒状外面を有し、且つ前記コネクタ部材に取り付けられており、
前記中空ステータ本体は、前記コネクタ部材とは反対の側に開放端部を有し、当該開放端部の直径は前記シャフトの直径よりも大きく、
前記シャフト及び前記エンドプレートに、１以上のダクトが設けられており、これらのダクトは、前記ステータの外側から前記シャフト内及び前記エンドプレートを通って前記エンドプレートから出ていく。前記１以上のダクトは、冷却液を供給及び／若しくは排出するための、並びに／又は、前記中空ステータ本体内に配置された制御電子機器に接続された電力供給ケーブルのためのダクトを含み得る。

第４の態様によれば、本発明は、車両用のインホイールモータを提供し、このインホイールモータは、ステータを備え、当該ステータは、当該ステータを前記車両に取り付けるためのコネクタ部材を有する。当該コネクタ部材は、シャフトと、当該シャフトよりも大きい直径を有するエンドプレートと、前記シャフトを通って延在し、且つ前記エンドプレート内の冷却剤用の通路に流体連通している冷却剤供給ダクトとを含む。前記ステータは、さらに、中空ステータ本体を含み、当該中空ステータ本体は円筒状外面を有し、且つ前記コネクタ部材に接続されている。液体冷却剤の循環に適合された複数の冷却チャネルが、前記中空ステータ本体に沿って延在し、且つ、前記冷却剤供給ダクトに流体連通しており、前記複数の冷却チャネルが、前記液体冷却剤を前記複数のチャネルに供給するための入口と、前記液体冷却剤を前記複数のチャネルから排出させるための出口とを有する。前記中空ステータ本体は、前記コネクタ部材とは反対の側に、前記シャフトの直径よりも大きい直径を有する開放端部を有する

本発明を、添付の図面を参照しつつ、以下により詳細に説明する。

本発明で使用するための駆動組立体の断面図である。 本発明で使用するための駆動組立体の切り取り等角図である。 本発明によるステータ本体の冷却チャネルの斜視図を概略図に示す。 図２Ａの冷却チャネル内を通る冷却剤の循環を、軸方位方向における２次元表示で示している。 本発明の別の実施形態によるステータ本体の冷却チャネルの斜視図である。 図３Ａの冷却チャネル内を通る冷却剤の循環を、軸方位方向における２次元表示で示している。

図１Ａは、本発明で使用するための駆動組立体１の断面図を示す。駆動組立体は、外面３２を有する中空ステータ本体３１を備えたステータ３０を含み、外面３２の周囲にロータ６０が配置されている。駆動組立体は、さらに、駆動組立体を車両に取り付けるために組立体１の車両側２に配置されたコネクタ部材３３を含む。コネクタ部材３３は、直径がＤ１であるシャフト３４と、ステータ本体３１に固定的に接続されたフランジ３５とを含む。中空ステータ本体３１の開放端部７は、Ｄ１よりも大きい内径Ｄ２を有して、道路側のカバープレート８０及び道路側のベアリング５３がロータ６０から取り外されているときに制御電子機器４２が開放端部７を通って挿入されることを可能にしている。フランジ３５はロータ６０内に延在し、且つ、シャフト３４の、ロータ６０の周面６３の外側に延在する部分３６よりも大きい直径を有する。ロータ６０が回転軸Ｒを中心に回転運動することを支持するために、車両側ベアリング５２が設けられており、このベアリングを介してロータが車両側の部材３３上に支持されている。道路側３において、ロータは、道路側ベアリング５３を介してステータ本体３１に回転可能に支持されている。

複数の永久磁石６１がロータ６０の内周面６２上に取り付けられており、ステータ３０の電磁石４１の周囲を回転できる。電磁石４１はステータ本体３１に固定されており、ロータの回転を、永久磁石６１と、電磁石４１により発生される磁束との相互作用により生じさせる。ステータ３０とロータ６０とが、回転軸Ｒを中心としたホイールの回転を直接駆動するように適合された電気モータを形成している。電磁石４１に制御及び給電を提供するために、電力制御電子機器４２が中空ステータ本体３１内に配置されている。電力制御電子機器４２は、車両の電力供給システム（例えばバッテリーパック及び／又は発電機）からの電気エネルギーを、電気モータによる使用に適したＡＣ形態に変換するための部品、例えばＩＧＢＴを含む。レゾルバ８１が、ロータの角度位置を示す角度位置信号を電力制御子機器に、交流電流がロータの磁場と同位相で供給されるように提供する。

電気モータの動作中に電力制御電子機器が過熱することを防止するために、冷却ダクト（図示せず）がステータ本体３１の内部に、電力制御電子機器４２に近接して、且つステータ本体３１から離間して配置されている。冷却剤が冷却ダクトに、冷却剤供給チャネル４５を介して供給される。冷却剤供給チャネル４５は、ロータの外部からロータの内部に、コネクタ部材３３を通って延在している。液体冷却剤が供給チャネル４７から電力制御電子機器４２に沿って流入し、冷却剤は、コネクタ部材３３内の通路４６を通って冷却ジャケット３７に流入する。冷却ジャケット３７はステータ本体３１の外面３２上に設けられている。冷却剤の流れＦが、図１Ａに、供給チャネル４５内の矢印により概略的に示されており、流れＦは、制御電子機器４２に沿って通路４６を通り、冷却ジャケット３７に入る。冷却ジャケット３７には、チャネル３８が設けられており、チャネル３８は、中空円筒状本体３１に沿って延在する回路を形成し、この回路が、冷却ジャケット３７の外側４０に配置された電磁石４１を冷却するために液体冷却剤が流れる通路を提供している。こうして、比較的低温の冷却剤が冷却剤供給チャネル４５を通して供給されることができ、冷却剤は、冷却ダクトを通過する間に電力制御電子機器４２から熱エネルギーを吸収して昇温し、次いで、チャネル３８を通過して電磁石４１から熱エネルギーを吸収し、その後、駆動組立体１から、コネクタ部材３３内に延在する冷却剤排出チャネル（図示せず）を通して排出されて車両に戻る。昇温された冷却剤は、好ましくは車両の熱交換器で冷却される。その後、冷却剤は、冷却剤供給チャネル４５を通して再循環される。

電力制御電子機器４２に電力を供給するための電力供給ライン４３ａ，４３ｂが、ロータ６０の外部からコネクタ部材３３の通路４４を通って電力制御電子機器まで延在している。

ロータ６０は、ほぼ円筒状のロータ本体７１を含み、ロータ本体７１は、横方向端部７２，７３（それぞれ、ロータ本体７１の車両側２とロータ６０の道路側３に存在する）を有する。両方の横方向端部７２，７３は、道路又は車両のブレーキシステムにより放出される塵埃、摩耗粒子などの異物が中空ロータ６０の内部に入り込むことを防止するために、実質的に閉鎖されている。ロータの車両側は、回転軸Ｒに対して横方向に延在するサイドプレート７４及びカバープレート７５により実質的に閉じられている。サイドプレート７４及びカバープレート７５には、それぞれ、コネクタ部材３３の部分３４を貫通させる開口部が設けられている。サイドプレート７４は車両側ベアリング５２を支持し、一方、カバープレート７５はサイドプレート７４に取り付けられて、ベアリング５１を、その横方向車両側２にて覆い、そして、部分３４を貫通させる開口部７７を備えている。カバープレート７５は、開口部７７の内周縁７９とコネクタ部材３３のシャフト３４の外周との間に配置されたシャフトシール７８と共に、異物粒子が車両側ベアリング５２を損傷することを防止する。また、カバープレート７５及びシャフトシール７８は、このような粒子が、電磁石４１に干渉し得る車両側２からロータの内部５に入ることを実質的に防止する。

ステータ本体３１の内側に配置された道路側ベアリング５３は、道路側３にて第２のカバープレート８０により覆われている。レゾルバ８１がステータ３０を第２サイドプレート８０に回転可能に接続し、且つ、ステータ３０に対するロータ６０の角度位置を検出するように適合されている。

図１Ｂは、図１Ａの駆動組立体の部分切り取り等角図を示しており、この図において、第２カバープレート８０及び道路側ベアリング５３は、中空ステータ本体３１及びレゾルバ８１がより良好に見えるようにするために、図示されていない。

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、本発明による冷却ジャケット２３９の第１実施形態のチャネルレイアウトの等角図、及び極座標系への投影を示しており、軸Ｚが複数のチャネルの長手方向縦軸に対応し、軸φが、軸Ｚの回転中心軸に対応している。このチャネルレイアウトは、図１Ａに示したジャケット３９内のチャネルのレイアウトであり得る。しかし、図示されているチャネルレイアウトが、冷却ジャケットに組み込まれる代わりに、図１Ａの中空ステータ本体３１に部分的又は完全に組み込まれてもよいことが理解されよう。

冷却ジャケット２３９は、液体冷却剤をジャケットに供給する入口２８５と、ほぼ周方向に延在する複数のチャネル２８６ａ‐２８６ｃ～２８９ａ‐２８９ｃとを備え、これらのチャネルを通って冷却剤が流れて熱エネルギーを中空ステータ本体から吸収でき、その後、冷却剤はジャケット出口２９０から出ていく。チャネルは、閉じた環状体を形成するのではなく、軸Ｚの周囲に約３５０度延在する環状セクションを形成し、これにより、各環状セクションは、互いに角度β（約１０度）離隔された第１端部と、対向する第２端部とを有する。

チャネルは、ほぼ周方向のチャネル２８６～２８９から成る４つのグループに分割され、各グループのチャネルは互いに並列に接続され、そして、液体冷却剤のための、周方向に沿った同一の流れ方向を画定している。図示されている実施形態において、グループ２８６は、複数のチャネルの長手方向軸Ｚに沿った第１軸方向位置における第１チャネル２８６ａを有するチャネルから成る第１のグループである。グループ２８９は、軸Ｚに沿った第２軸方向位置における第２チャネル２８９ｃを有するチャネルから成る第２グループである。そして、残りのグループ２８７、２８８は、第１軸方向位置と第２軸方向位置との間の中間軸方向位置に配置されて延在する中間グループである。図示されているように、第１チャネル２８６ａ及び第２チャネル２８９ｃ以外の全てのチャネルが、第１チャネルと第２チャネルとの間の軸Ｚに沿って配置されている。

チャネルの各グループは、液体冷却剤がグループに供給される共通ポイント２８５、２９１～２９３と、冷却剤がグループから出ていく共通出口ポイント２９１～２９３、２９０とを有する。例えば、入口２８５が、第１グループ２８６のチャネル２８６ａ‐２８５ｃのための共通の供給ポイントを形成している。出口ポイント２９１が共通の出口ポイントを形成し、この出口ポイントにて冷却剤が、チャネルの第１グループから出てチャネルの第２グループ２８７に入る。従って、出口ポイント２９１は、配置されているチャネルの第２グループ２８９の共通供給ポイントも形成している。

液体冷却剤は冷却ジャケットに、最初は比較的低温Ｔｃで入口２８５から入り、グループ２８６～２８９の全てを順番に、熱エネルギーを蓄積しながら連続的に通過して、冷却ジャケットの出口２９０から、比較的高温Ｔｈ（Ｔｃよりも高温）になって出ていく。隣接している２つのグループの間において、液体流の流れ方向はいずれも、軸Ｚに対して平行な同一の軸方向である。

液体冷却剤は、グループの各々を容易に流れることができる。なぜなら、各グループが、並列に接続された複数のチャネルを有するからである。そしてなお且つ、各グループを流通する十分な液体流の存在が保証される。なぜなら、グループが直列に接続されているため、冷却剤は、いずれのグループにも分流されることがないからである。

図３Ａは、本発明による冷却ジャケットの好ましい実施形態である第２実施形態のチャネルレイアウトの等角図を概略的に示している。図３Ｂは、極座標系への投影を示している。このチャネルレイアウトは冷却ジャケットの一部として示されているが、これが図１Ａの中空ステータ本体３１にも部分的に又は完全に組み込まれ得ることが理解されよう。

冷却ジャケット３３９は、入口３８５を含み、この入口から、比較的低温Ｔｃの液体冷却剤がジャケットに供給される。ジャケットは、さらに、ほぼ実質的に周方向に延在する複数のチャネル３８６ａ‐３８６ｃ～３８９ａ‐３８９ｃを含み、冷却剤がこれらのチャネルを通って中空ステータ本体から熱エネルギーを吸収でき、その後、冷却剤はジャケットの出口３９０から出ていく。チャネルは再びチャネルの４つのグループ３８６～３８９に分割されており、各グループ内のチャネルは互いに並列に接続され、且つ、周方向に沿った液体冷却剤の同一の流れ方向を画定している。チャネルの各グループは、液体冷却剤がグループに供給される共通のポイント３８５、３９１～３９３と、冷却剤がグループから出て行く共通出口ポイント３９１～３９３、３９０とを有する。

液体冷却剤は、冷却ジャケットに、最初は比較的低温Ｔｃで入口３８５から入り、全てのグループ３８６～３８９を通過し、その間に熱エネルギーを蓄積する。液体冷却剤は、最初に、第１グループ（ジャケットの第１軸方向位置に配置された第１チャネル３８６ａを含む）のチャネル３８６ａ‐３８６ｃを通って流れる。第１軸方向位置は、好ましくは、図１Ａに示したインホイールモータの車両側の電磁石４１の遠位端の位置にほぼ対応している。第１グループのチャネルを通過した後、次の下流グループは第２グループ２８７であり、第２グループ２８７は、ジャケットの第２軸方向位置に配置された第２チャネル３８７を含む。そして、第２チャネル３８７は、好ましくは、インホイールモータの道路側の電磁石の遠位端の位置に、ほぼ対応している。従って、液体は、チャネルのグループを、ジャケットの軸方向遠位端部にて通過し、その後、中間グループのチャネル３８８、３８９を通過する。第２グループ３８７の下流にある中間グループ３８８、３８９を通過した後、液体は出口３９０にて、Ｔｃよりも高い比較的高温のＴｈで冷却ジャケットから出ていく。冷却チャネルのこの構成は、比較的低温の冷却液が、大幅な冷却が望ましい複数のチャネルの軸方向端部に供給されることを可能にする。これらの端部が冷却されたならば、そして、例えば、電動モータのバーの軸方向端部も冷却されたならば、幾分より温かい液体が、中間グループ３８８、３９９を通過する。これは、例えば電動モータの中間セクションを冷却するためである。

１ 駆動組立体
７ 開放端部
３０ ステータ
３１ 中空ステータ本体
３２ ステータ外面
３３ コネクタ部材
３４ シャフト
３５ フランジ
３７ 冷却ジャケット
３８ チャネル
４１ 電磁石
４２ 電力制御電子機器
４５ 冷却剤供給チャネル
５２ 車両側ベアリング
５３ 道路側ベアリング
６０ ロータ
６１ 永久磁石
６２ ロータの内周面
７５ カバープレート
８０ カバープレート
８１ レゾルバ
２３９ 冷却ジャケット
２８５ 入口
２８６～２８９ チャネルのグループ
２９０ 出口

Claims (17)

1. 車両用のインホイールモータであって、
   ステータ（３０）を備え、
   前記ステータ（３０）が、前記ステータ（３０）を前記車両に取り付けるためのコネクタ部材（３３）を有し、
   前記コネクタ部材（３３）が、シャフト（３４）と、前記シャフト（３４）よりも大きい直径を有するエンドプレート（３５）と、前記シャフト（３４）を通って延在し、かつ前記エンドプレート（３５）内の液体冷却剤用の通路（４６）に流体連通している冷却剤供給ダクト（４５）とを含み、
   前記ステータ（３０）が、さらに、中空ステータ本体（３１）を含み、
   前記中空ステータ本体（３１）が、円筒状外面を有し、かつ前記コネクタ部材（３３）に接続されており、前記液体冷却剤の循環に適合された複数の周方向冷却チャネル（２８６～２８９；３８６～３８９）が、前記中空ステータ本体（３１）に沿って延在し、かつ、前記冷却剤供給ダクト（４５）に流体連通しており、前記複数の周方向冷却チャネル（２８６～２８９；３８６～３８９）が、前記液体冷却剤を前記複数の周方向冷却チャネルに供給するための入口（２８５；３８５）と、前記液体冷却剤を前記複数の周方向冷却チャネルから排出させるための出口（２９０；３９０）とを有し、
   前記インホイールモータが、さらに、
   前記中空ステータ本体（３１）の周囲に配置されかつ該中空ステータ本体（３１）に固定された電磁石（４１）を備え、前記複数の周方向冷却チャネルが、前記電磁石（４１）を冷却するために配置され、
   前記中空ステータ本体（３１）が、前記コネクタ部材（３３）とは反対の側に開放端部（７）を有し、前記開放端部（７）の直径（Ｄ２）が前記シャフト（３４）の直径（Ｄ１）よりも大きく、
   前記複数の周方向冷却チャネルが、前記中空ステータ本体（３１）の前記円筒状外面上に配置されていて、少なくとも３つのチャネルグループ（２８６、２８７、２８８、２８９；３８６、３８７、３８８、３８９）に分割され、
   各グループ内のチャネル（２８６ａ－２８６ｃ、２８９ａ－２８９ｃ；３８６ａ－３８６ｃ、３８９ａ－３８９ｃ）が並列に接続されて、前記液体冷却剤の流れの方向を、各グループ内の各チャネルにおいて前記液体冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記中空ステータ本体（３１）の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定し、前記グループの少なくとも１つが２つ以上の周方向冷却チャネルを含み、
   前記グループが直列に接続されており、
   前記周方向冷却チャネルの各々が、前記中空ステータ本体（３１）の長手方向軸の周囲に１８０度以上３６０度未満の角度に延在する環状のセクタとして形成され、
   前記少なくとも３つのチャネルグループが、
   第１軸方向位置における前記入口から前記中空ステータ本体（３１）に沿って延在する前記周方向冷却チャネルの第１グループと、
   第２軸方向位置において前記中空ステータ本体（３１）に沿って延在されていて、前記周方向冷却チャネルの第１グループに流体接続されている前記周方向冷却チャネルの第２グループ（２８９ｃ；３８７ｃ）と、
   前記周方向冷却チャネルの第１グループと前記周方向冷却チャネルの第２グループとの間の軸方向位置に沿って配置されていて、前記周方向冷却チャネルの第２グループに流体接続している、複数の中間周方向冷却チャネル（２８７ａ‐２８７ｃ、２８８ａ‐２８８ｃ）の第３グループと
   を含み、
   前記周方向冷却チャネルの前記第２グループが前記周方向冷却チャネルの第１グループの下流に配置され、かつ、
   前記中間周方向冷却チャネルを含む前記第３グループが、前記出口の上流に、かつ前記周方向冷却チャネルの前記第２グループの下流に配置されている
   ことを特徴とするインホイールモータ。
2. 前記周方向冷却チャネルが、前記グループの第１と、前記第１グループのすぐ下流にある、前記グループの第２とにより形成されたグループの各ペア内で、前記液体冷却剤が前記第１グループのチャネル内を前記中空ステータ本体（３１）の周囲に沿って流れる方向が、前記液体冷却剤が前記第２グループのチャネル内を前記中空ステータ本体（３１）の周囲に沿って流れる方向とは反対になるように配置されている、請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記中空ステータ本体（３１）が、前記インホイールモータの道路側に開放端部を有し、前記インホイールモータが、さらに、前記電磁石（４１）に電力を供給するための制御電子機器を含み、前記制御電子機器が前記ステータ本体（３１）内に配置されている、請求項１または２に記載のインホイールモータ。
4. 前記制御電子機器が前記中空ステータ本体（３１）内に配置され、そして、前記中空ステータ本体（３１）の前記開放端部から再び取り出されることを可能にするように適合されている、請求項３に記載のインホイールモータ。
5. 前記中空ステータ本体（３１）が、前記中空ステータ本体（３１）の外周を画成する冷却ジャケット（３７）を含み、前記周方向冷却チャネルが前記冷却ジャケット内に設けられている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
6. 前記コネクタ部材（３３）が鋼または鋳鉄を含み、またはこれらの材料からつくられ、前記冷却ジャケット（３７）が、前記コネクタ部材（３３）とは異なる材料、好ましくはアルミニウムを含む、請求項５に記載のインホイールモータ。
7. 前記冷却ジャケット（３７）の材料の熱伝導率が、少なくとも１００ワット／メートル／ケルビンである、請求項５または６に記載のインホイールモータ。
8. 前記冷却ジャケット（３７）の外面が滑らかな円筒状であり、前記冷却ジャケットの前記入口および前記出口の全体が、前記外面により画成された円筒状容積内に配置されている、請求項５ないし７のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
9. 前記冷却ジャケット（３７）が前記中空ステータ本体（３１）とは別個に形成されて、前記中空ステータ本体（３１）に締まり嵌めにより取り付けられる、請求項５ないし８のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
10. 前記電磁石（４１）が前記冷却ジャケット（３７）におよび／または前記中空ステータ本体（３１）に締まり嵌めにより取り付けられている、請求項５ないし９のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
11. 前記複数の周方向冷却チャネルが少なくとも部分的に前記中空ステータ本体（３１）内に形成されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
12. 前記周方向冷却チャネルが、金属または金属合金を鋳造することによりつくられた冷却チャネルである、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
13. 前記コネクタ部材（３３）が冷却剤排出チャネルを含み、前記冷却剤排出チャネルが、前記シャフト（３４）および前記エンドプレート（３５）を貫通して延在し、かつ前記出口と流体接続されている、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のインホイールモータ。
14. 請求項１に記載のインホイールモータにて使用するための冷却ジャケット（２３９、３３９）であって、前記冷却ジャケットが長手方向軸（Ｚ）を有し、かつ、
    液体の循環に適合された複数の冷却チャネルを備え、前記冷却チャネルが前記長手方向軸の周囲にほぼ周方向に延在し、前記複数の冷却チャネルが、液体冷却剤を前記複数の周方向冷却チャネルに供給するための入口と、前記液体冷却剤を、前記複数の周方向冷却チャネルから排出させるための出口とを有し、
    前記複数の周方向冷却チャネルが、前記長手方向軸に沿った第１軸方向位置における前記入口から延在する周方向冷却チャネルの第１グループと、前記長手方向軸に沿った第２軸方向位置にて延在されていて前記周方向冷却チャネルの第１グループと流体接続されている周方向冷却チャネルの第２グループと、前記周方向冷却チャネルの第１グループと前記周方向冷却チャネルの第２グループとの間の軸方向位置に沿って配置されていて、前記周方向冷却チャネルの第２グループと流体接続されている、複数の中間周方向冷却チャネルの第３グループとを含み、前記流れ方向において、前記周方向冷却チャネルの第２グループが前記周方向冷却チャネルの第１グループの下流に配置され、かつ、
    前記中間周方向冷却チャネルの第３グループが、前記出口の上流に、かつ前記周方向冷却チャネルの前記第２グループの下流に配置されている
    ことを特徴とする冷却ジャケット。
15. 前記複数の周方向冷却チャネルが、少なくとも３つのチャネルグループに分割され、各グループ内のチャネルが並列に接続されて、前記液体冷却剤の流れの方向を、グループ内の各チャネルにおいて前記液体冷却剤が前記チャネルの第１端部から前記チャネルの第２端部まで前記ステータ（３０）の前記中空ステータ本体（３１）の周囲に沿ってほぼ同一の方向に流れるように画定し、前記グループの少なくとも１つが２つ以上のチャネルを含み、かつ、前記グループが直列に接続されている、請求項１４に記載の冷却ジャケット。
16. 前記周方向冷却チャネルの各々が、前記中空ステータ本体（３１）の前記長手方向軸の周囲に１８０度以上３６０度未満の角度に延在する環状のセクタとして形成されている、請求項１４または１５に記載の冷却ジャケット。
17. 前記冷却ジャケットが、ほぼ滑らかな円筒状外面を有し、前記入口および前記出口の全体が前記外面の内側に配置されている、請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載の冷却ジャケット。

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