JPH0255552A - 冷却装置を備えた電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動モータの冷却装置を備えた電動機に関す
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、電動モー
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。したがって、この冷却装置を設置するため
にはスペースを別個に設けることが必要となっている。

〔本発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、電動車両のような電動機の設置スペース
が制限されているものに、更に、冷却装置の設置スペー
スを新たに設けることはきわめて難しい。

また、無理に冷却装置を設置しようとすると、車輪の上
下、左右動によって、車輪と冷却装置とが互いに干渉し
てしまう恐れがある。このため、車輪の動きを制限しな
ければならなくなる。

このように、電動機と冷却装置とを制限されたスペース
内にともに設けることは非常に難しく、このため、従来
は小型の電動機の出力を高めることはほとんど不可能で
あった。

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
、その目的は冷却装置を設けても全体にコンパクトにす
ることができるようにして設置スペースをそれほど大き
く必要としなく、シかも高出力を発生することができる
電動機を得ることである。

［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、本発明は、ケーシング内
の下部に冷却油が充填された油溜めを設け、この油溜め
に連通ずるとともに電動モータのコイルの上下で前記ケ
ーシング内に開口する油通路の少なくとも一部を前記ケ
ーシングに設けるとともに、前記油通路内に冷却油を流
動させるオイルポンプを前記ケーシングに設けている。

更に、請求項第２項の発明では、更に、前記ケーシング
の外面に冷却フィンを設けている。

［作用および発明の効果］ このような構成をした本発明による冷却装置を備えた電
動機は、油溜め、油通路の少なくとも一部、およびオイ
ルポンプからなる冷却装置が電動機のケーシングに一体
に設けられることになる。

このため、冷却装置を設けても電動機はそれほど大きく
なることはなく、全体としてコンパクトになる。しかも
、冷却装置を設置するスペースが不要となる。

したがって、本発明による冷却装置を備えた電動機は設
置スペースが制限されている場合にも容易に設置するこ
とが可能となる。そして、この冷却装置により、電動モ
ータのコイルは確実に冷却されるので大きな電流を流す
ことができるようになる。

したがって、本発明による電動機は小型でありながら高
出力トルクを発生するようになるまた、冷却フィンによ
って油の熱が効果的に外に放散するようになるので、電
動モータのコイルの冷却効果が更に大きくなる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１〜５図は本発明による冷却装置を備えた電動機を電
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■−■線に沿う垂直断面図、第３図は第２図における
■−■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１〜２図は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２ｃ１２
ｃ・・・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３ｂ１３ｂ・・・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内には電動モータ６が収容されている
。電動モータ６のモータ回転軸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、
電動モータ６のロータ６ｂがモータ回転軸６ａに固定さ
れているとともに、電動モータ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
モータ回転軸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、ナツト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４ｂ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・ナツト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９ａが形成されている。

出力回転軸９ａ内にモータ回転軸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、モータ回転軸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はモータ回転軸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２Ｌ２２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、モータ回転
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２４．２４．２
４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の配置され
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２６
ａ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ク
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、電動モータ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に形成された通路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に固設した駆動モータ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の上部に連通ずるようにされている。このよう
にして、油溜め２ｂから空間２ａの上部に連通ずる長い
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２ａｔ　　および油溜め２ｂ内に
は、油が充慎されている。

第５図に示されているように、オイルポンプ２７はポン
プ制御装置２９に接続されている。このポンプ制御装置
２９にはコイル温度センサ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
。

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、電動モータ
６のコイル６ｄにアクセルペダル踏込み量に応じた量の
電流が流れる。これによって、電動モータ６が駆動して
モータ回転軸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、モータ回転軸６ａは設定トルクで
前進方向に回転する。

モータ回転軸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モータ回転軸６ａ
の軸心を中心として回動する。このプラネタリギヤ２ｏ
の回動によりキャリヤ１８およびフランジ部すを介して
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の回転速度はモータ回転軸６ａの
回転速度に対し所定の減速率で減速される。

出力回転軸９が回転すると、ホイールハブ１゜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。アクセルを更に踏み込むと、
電動モータ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２８ａが左動し、摩擦プレート２
４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内の油が通路４Ｃ
Ｎ　　ポンプ室２ｅ１　油冷却室２８、通路２ｆ１　お
よび空間２ａを通って再び油溜め２ｂ内へと環境流動す
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、この油の熱は油が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を通して外に放散する。

特に、油溜め２ｂおよび冷却室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。

こうして、油溜め２ｂ１　油が循環する長い通路、オイ
ルポンプ２７、および冷却フィン２ｃｓ３ｄによって本
発明の冷却装置が構成されている。したがって、この冷
却装置はケーシング１に一体に設けられている。

第５図に示されているようにオイルポンプ２７はモータ
回転数センサ８、アクセル踏込み量センサ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ポン
プ制御装置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電動モータ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は電
動モータ６の回転駆動とともに駆動され１、ポンプ回転
出力Ｐｐは電動モータ６の回転数Ｎ。が一定回転数α以
下のときには比較的大きな一定の値Ｐｐ＝ａに設定され
る。電動モータ６の回転数Ｎ、が一定回転数αを超える
と、ポンプ回転出力Ｐ、は値ａよりも小さな値Ｐｐ二す
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、電動モータ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電動モータ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、電動モータ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送給電が大き
くなり、電動モータ６の回転数が大きくなって浦の撹拌
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（なるので、エネルギを無駄に消費することなく電動
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の制御のフロ一チャートは第６Ｂ
図に示されているように表される。

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、電動モータ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が電動モータ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　”　ｆ＋　（
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、しかも電動モータ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される。

第８Ａ〜８Ｂ図は他の制御パラメータとしてアクセル開
度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Ｐ、が
アクセル開度γの関数、すなわちＢ Ｐｐ＝ｆ２（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■ｐ＝ｇ（γ）で表される関数にした
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
小さいときには電動モータ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Ｎｏ　は
一義的に決まるが、実際の電動モータ６の回転数Ｎｕは
電動モータ６に負荷が加えられているのでこの目標回転
数Ｎｏ　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Ｎυ
と目標回転数Ｎｏ　との偏差ΔＮ　”　Ｎ　ｏ−Ｎｕを
電動モータ６の負荷とみなし、この偏差ΔＮの関数Ｐｐ
＝ｆ＊（ΔＮ）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
電動モータのコイル６ｄの発熱を予測して制御するもの
、いわば電動モータのコイル６ｄの発熱を予防するもの
である。一方、電動モータのコイル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〜ＩＯＢ図はこのような制御方法として電動モ
ータ６のコイル６ｄの温度を用いてオイルボンプ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θ。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Ｐ、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、電動モータのコイル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、電動モータのコイル６ｄを冷却する油は軸受７．
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、油が循環流動する長い
油通路の全部をケーシング１に設け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、この油通路
の一部をケーシングに設け、他の部分を管で形成するこ
ともできる。特に、ケーシングの形状が複雑なところで
はこのように管で形成することにより、製造が容易とな
る。

また、本発明の冷却装置を備えた電動機は、電動車両の
ホイールモータとして用いられるばかりでなく、小型で
高出力のモータを必要とする他のあらゆるものに用いる
ことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明による冷却装置
を備えた電動機は、油溜め、油通路の少なくとも一部、
およびオイルポンプからなる冷却装置を電動機のケーシ
ングに一体に設けるようにしているので、冷却装置を設
けても電動機はそれほど大きくなることはなく、全体と
してコンパクトかつ軽量になる。したがって、冷却装置
設置用のスペースが不要となり、設置スペースが限られ
ている場合にも、本発明の冷却装置を備えた電動機を容
易に取り付けることができる。

また、冷却装置を設置できることにより、電動モータの
冷却を確実に行うことができるようになる。このため、
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、電動機は高出力トルクを発生することができるもの
となる。

更に、本発明の電動機を電動車両に用いることにより車
輪の上下、左右の動きを自由に設定できるので、電動車
両の設計自由度が向上するという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却装置を備えた電動機を電動車
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■−■線に沿う垂直断面図、第
３図は第２図における■−■線に沿う断面図、第４図は
第１図における■−■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８Ａ〜
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７Ａ〜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〜ＩＯＢ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。 ■・・・ケーシング、２ｂ・・・油溜め、２Ｃ・・・冷
却フィン、２ｅ・・・ポンプ室、２ｆ・・・通路、３ｂ
・・・冷却フィン、４ｃ・・・通路、６・・・電動モー
タ、２７・・・オイルポンプ、２８・・・油冷却室。 出　願　人　アイシン・エイ・ダブリュ株式会社代理人
弁理士菅井英雄（外４名） 電動し−り（ロ）玄叫支 コイＩｖの夕η更 第叩図 第９日図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシング内に収容された電動モータを冷却する
   冷却装置を備えた電動機であって、 前記冷却装置は、ケーシング内の下部に設けられた冷却
   油が充填された油溜めと、少なくとも一部が前記ケーシ
   ングに形成され前記油溜めに連通するとともに前記電動
   モータの上方で前記ケーシング内に開口する油通路と、
   前記ケーシングに設けられ前記油通路内に冷却油を流動
   させるオイルポンプとから構成されていることを特徴と
   する冷却装置を備えた電動機。
2. （２）前記冷却装置は、更に前記ケーシングの外面に形
   成された冷却フィンを備えていることを特徴とする請求
   項第１項記載の冷却装置を備えた電動機。