JPH07123646A - 電動モーターの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートパイプによる電動モーターの冷却構造
を、モーターハウジング自体の構造を複雑なものに変え
ることなく、ヒートパイプのモーターへの組み付けを容
易なものとし、冷媒が漏れる虞もなく、しかも、放熱の
ための熱伝導効率の良いものとする。 【構成】 モーターハウジング４０内に回転子２１と固
定子２４とが収容されている電動モータ２０において、
内壁に毛細管構造を有する中空パイプ内に冷媒が封入さ
れたヒートパイプ７０を、その一部が入熱部７０ａとし
てモーターハウジング４０の内側に位置し、その一部が
放熱部７０ｂとしてモーターハウジング４０の外側に位
置するように、モーター２０に対して設置すると共に、
モーターハウジング４０の内側に位置するヒートパイプ
７０の入熱部を、モーター２０の固定子２４に直接的に
接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプを使用し
た電動モーターの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動二，三輪車や自動車等の車両
の一部において、エンジン音や排気音による騒音、排気
ガスによる大気汚染といった問題がないという利点か
ら、従来の内燃機関に代えて電動モーターを車両の走行
駆動源として使用するということが行われている。

【０００３】このように電動モーターが車両の走行駆動
源として使用される場合、特に加速時などにモーターが
過熱状態となることがあり、モーターを冷却することが
必要となるが、そのために従来の内燃機関と同様の水冷
式を採用するとラジエーターや冷却水循環ポンプが必要
となって重量が増加することとなり、また、モーターを
空冷式とすれば、冷却効果に不足の生じることがあるだ
けでなく、冷却風をモーターのハウジング内に導入する
ための開口部から水や泥が侵入する虞も生じることとな
る。

【０００４】そこで、それらの点を解決するために、車
両の駆動源として使用する電動モーターのハウジング自
体に冷媒を封入した液溜を形成し、この液溜に冷媒を保
持し得る金属管よりなるヒートパイプを備えた凝縮器を
接続することによって、モーターハウジングの液溜にお
ける冷媒の気化と凝縮器のヒートパイプにおける冷媒の
液化の繰り返しにより発熱したモーターを冷却するとい
う技術が既に提案されている。（特開平４−２２４４９
０号公報参照）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の凝縮器にヒートパイプを使用した電動モーター
の冷却構造においては、モーターハウジング自体に冷媒
を封入するための液溜を形成する必要があると共に、モ
ーターにヒートパイプを設置するために、液溜とヒート
パイプにより形成される空間内を一旦真空状態としてか
ら冷媒を封入した後、液溜とヒートパイプとを密閉状態
に接続するという作業を必要とする。

【０００６】したがって、モーターハウジング自体、そ
の構造が複雑なものとなり製造が困難で高価なものにな
ると共に、モーターへのヒートパイプの設置が面倒なも
のとなって、しかも、設置後に液溜とヒートパイプの接
続部分から冷媒の漏れる虞がある。

【０００７】さらに、ブラシレスモーターでは固定子の
側の発熱量が大きいのであるが、固定子に発生した熱を
外部に放熱しようとする場合、固定子の熱をモーターハ
ウジングを介して液溜に伝導するものであるため、モー
ターハウジングと固定子との隙間の空気層によって効率
のよい熱伝導が阻害されることとなる。

【０００８】本発明は、上記のような従来の電動モータ
ーの冷却構造の持つ不都合を解消することを目的として
おり、より具体的には、ヒートパイプを使用した電動モ
ーターの冷却構造を、モーターハウジング自体の構造を
変える必要がなく、ヒートパイプのモーターへの設置が
容易であり、冷媒が漏れる虞もなく、しかも、放熱のた
めの熱伝導効率が良いものとすることを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、モーターハウジング
内に回転子と固定子とが収容されている電動モータの冷
却構造において、内壁に毛細管構造を有する中空パイプ
内に冷媒が封入されたヒートパイプを、その一部が入熱
部としてモーターハウジングの内側に位置し、その一部
が放熱部としてモーターハウジングの外側に位置するよ
うに、モーターに対して付設すると共に、モーターハウ
ジングの内側に位置するヒートパイプの入熱部をモータ
ーの固定子に直接的に接触させることを特徴とするもの
である。

【００１０】

【作 用】上記のような構成によれば、モーターの固定
子に発生した熱は、空気層を介することなく直接ヒート
パイプの入熱部に伝導され、これによって入熱部のヒー
トパイプ内の冷媒が蒸発し（蒸発潜熱の吸収）、この蒸
気がヒートパイプのモーターハウジングの外側に位置す
る放熱部に移動し、この放熱部で冷媒が凝縮し（蒸発潜
熱の放出）、この凝縮液が毛細管現象により再び入熱部
に還流され、これが連続的に行われることによって、ヒ
ートパイプにおける入熱部から放熱部への熱の移動が行
われ、よって、モーターの固定子に発生した熱は直接ヒ
ートパイプを通じて速やかにモーターハウジングの外側
に放出されることとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の冷却構造を、電動二輪車の電
動モーターに適用した一実施例によって、図面に基づい
て説明する。

【００１２】図１に示すように、電動二輪車１は、前方
車体フレームＦ１に固着したヘッドパイプ２の下端にフ
ロントフォーク３が枢支され、このフロントフォーク３
にフロントクッション４を介して前輪Ｗ１が軸架されて
いると共に、後方車体フレームＦ３に、ピボット５とリ
ヤクッション６を介してパワーユニット７が上下揺動自
在に枢支され、このパワーユニット７の後部に後輪Ｗ２
が軸架された、スイング式パワーユニットを有するもの
である。

【００１３】この電動二輪車１には、走行駆動のための
電気装置として、ステップフロア８の下方で中央車体フ
レームＦ２の間にモーター駆動用の電源となるバッテリ
ー１１が、シート９の下方で後方車体フレームＦ３の上
方にバッテリー１１を充電するための充電器１２が、ま
た、充電器１２の下方にＤＣ−ＤＣコンバーター１３と
モーターの駆動を制御するためのコントローラー１４が
それぞれ配備されると共に、パワーユニット７に走行駆
動源としての電動モーター２０が配備されている。

【００１４】図２に示すように、電動二輪車１のパワー
ユニット７には、その前部に走行駆動源となるモーター
２０が配置され、その後部に後輪Ｗ２の車軸３４が片持
ち状に軸架されていて、モーター２０と後輪Ｗ２の車軸
３４との間に、モーター２０の回転力を減速して後輪Ｗ
２の車軸３４に伝動するための減速機構３０が配置され
ている。

【００１５】このパワーユニット７におけるモーター２
０の出力部２２ａと減速機構３０とは、チェーン３１を
介して連接されており、それらを収容するミッションケ
ース４１は、ボルト５１，５２によって結合されるミッ
ションケース本体４３とミッションケースカバー４４と
により形成されていて、減速機構３０の各ギヤの回動軸
３２，３３は、ミッションケース本体４３内面の軸受部
６３，６５とミッションケースカバー４４内面の軸受部
６４，６６によって、それぞれミッションケース４１に
対して回動自在に軸支されており、後輪Ｗ２の車軸３４
は、軸受部６７，６８を介してミッションケース本体４
２の後部に軸架されている。

【００１６】このようなパワーユニット７の前方に走行
駆動源として配備されるモーター２０は、車両本体に設
置されたコントローラー１４により制御されるブラシレ
ス交流モーターであって、モーターケース４２とミッシ
ョンケース本体４３の一部によって画成されるモーター
ハウジング４０内にその回転子２１と固定子２４が収容
されている。

【００１７】モーター２０の回転子２１は、その外周に
希土類マグネット２３を配設したもので、モーターハウ
ジング４０に対して軸受部６１と軸受部６２とを介して
回動自在に軸支されており、モーターハウジング４０か
らミッションケース４１内に突出した回転子２１の回転
軸の一端２２ａは出力部となり、モーターハウジング４
０から外方に突出した回転軸の他端２２ｂには、回転子
２１の位相を検出する回転センサー８０が付設されてい
る。

【００１８】モーター２０の固定子２４は、図４に示す
ような６個の内方突起２７ａと３個の外方突起２８ａと
を一体に形成した環状の金属板素子２６ａを、多数枚積
み重ね合わせることにより筒状の金属芯体２６を形成
し、この金属芯体２６に内方突起２７ａの重ね合わせに
より形成されている６列の内面突条のそれぞれにコイル
２５を巻回したもので、各金属板素子２６ａの外方突起
２８ａの重ね合わせにより形成される３列の外面突条
と、モーターケース４２内面のこれに対応する凹部とに
より、モーターケース４２に対して回動不能に位置合わ
せされると共に、ボルト５３によって結合されるモータ
ーケース４２とミッションケース本体４３とによりその
両端部が挟持されて、モーターケース４２の内面に沿っ
て固定されている。

【００１９】なお、筒状の金属芯体２６を形成するため
に組み合わされる各金属板素子２６ａのそれぞれの内方
突起２７ａは、重ね合わされたときに各金属板素子２６
ａの位置が少しずつずれるように形成されており、それ
によって、多数の内方突起２７ａの重なりにより金属芯
体２６の内面に形成される内面突条が、回転子２１の軸
線に対して傾斜して配置されるように構成されている。

【００２０】モーターケース２０の外側に付設された回
転センサー８０に対しては、これを覆う回転センサーカ
バー４５がボルト５５によりモーターケース４２に取り
付けられ、この回転センサーカバー４５のさらに外側に
位置して、ヒートパイプ７０とこれに取り付けられた放
熱板７２とを保護するための放熱部分保護カバー４６が
ボルト５４によりモーターケース４２に取り付けられて
いる。

【００２１】上記のような電動二輪車１のパワーユニッ
ト７に配備されている電動モーター２０において、モー
ター２０の固定子２４に発生する熱をモーターハウジン
グ４０の外部に放出するために、棒状のヒートパイプ７
０が、モーターケース４２を貫通して、モーターハウジ
ング４０の内部と外部にわたるように付設されていて、
ヒートパイプ７０のモーターハウジング内部に位置する
部分が、固定子２４に対して、その金属芯体２６を貫通
して直接的に接触されていると共に、ヒートパイプ７０
のモーターハウジング外部に突出した部分には５枚の放
熱板７２が付設されている。

【００２２】なお、モーター２０の固定子２４の金属芯
体２６を構成する各金属板素子２６ａには、図４に示す
ように、３個の外方突起２８ａに対応してそれぞれ孔２
９ａが形成されていて、これにより、固定子２４の金属
芯体２６の外周面に外方突起２８ａの重ね合わせにより
形成される３列の外面突条にはそれぞれに貫通孔が形成
され、それらの貫通孔のそれぞれにヒートパイプ７０が
挿入されていることから、本実施例においては、図２に
は図示されていないが、モーター２０に対して３本のヒ
ートパイプが付設されている。

【００２３】このような３本のヒートパイプ７０のそれ
ぞれについては、外観上は、図３に示すように、その外
周に固定用の鍔部７１を有する金属の単なる棒状体にす
ぎないものであるが、それ自体、管の内壁にメッシュウ
ィックやグルーブウィックのような毛細管構造を有する
中空の金属パイプの内部を真空状態として、その中に水
やフロンなどの作動液を少量封入したものであって、そ
の一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発し（蒸発
潜熱の吸収）、蒸気が低温部に移動し、低温部で作動液
蒸気が凝縮し（蒸発潜熱の放出）、この凝縮液が毛細管
現象により再び加熱部に還流されるということが連続的
に行われ、加熱部から低温部に熱が迅速に伝えられるも
のである。

【００２４】なお、このようなヒートパイプ７０自体
は、古河電工で「ＦＲＨＰ」（商品名）として既に一般
的に販売されているものであって、ヒートパイプ内の蒸
気が音速なみのスピードで移動するため、熱応答性が極
めて良く、大きな熱伝導性を有するため、冷却用の部材
として各種の産業分野において広く利用可能性を有する
ものである。

【００２５】上記のような実施例においては、充電器１
２により充電されたバッテリー１１からの供給電力によ
り回転するモーター２０によって減速機構３０を介して
後輪Ｗ２が駆動され、特に車両の加速時等においてモー
ター２０の固定子２４に大量の熱が発生しても、この熱
は直接ヒートパイプ７０を通じて速やかにモーターハウ
ジング４０の外側に放出されるので、モーター２０の過
熱状態となるのが防止される。

【００２６】以上、本発明の電動モーターの冷却構造
を、スイング式パワーユニットを有する電動二輪車に走
行駆動源として配備された電動モーターに適用した一実
施例によって具体的に説明したが、本発明は、このよう
な具体的な実施例にのみ限定されるものではなく、例え
ば、その用途も車両用に限定されるものではなく、ヒー
トパイプを固定子に直接的に接触させるための構造とし
て必ずしも貫通孔による必要はない等、特許請求の範囲
に記載された限りにおいて様々な実施態様を採り得るも
のであることはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したような本発明の電動モータ
ーの冷却構造によれば、モーターハウジング自体の構造
を特に変える必要がなく、ヒートパイプのモーターへの
設置を容易に行うことができ、冷媒の漏れる心配もな
く、しかも、モーターの固定子に発生した熱が直接ヒー
トパイプを通じて速やかにモーターハウジングの外側に
放出されるため、放熱のための熱伝導効率がきわめて良
いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を使用した電動二輪車の概略
を示す側面図。

【図２】図１に示された電動二輪車におけるパワーユニ
ット部分のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】図２中に示されている電動モーターの冷却構造
に使用されているヒートパイプの１本を示す平面図。

【図４】図２中に示されている電動モーターの固定子を
形成するための金属板素子の１枚を示す、図２の矢印Ｂ
方向から見た側面図。

【符号の説明】

２０ 電動モーター ２１ 回転子 ２４ 固定子 ４０ モーターハウジング ７０ ヒートパイプ ７０ａ ヒートパイプの入熱部 ７０ｂ ヒートパイプの放熱部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モーターハウジング内に回転子と固定子
   とが収容されている電動モータにおいて、内壁に毛細管
   構造を有する中空パイプ内に冷媒が封入されたヒートパ
   イプが、その一部が入熱部としてモーターハウジングの
   内側に位置し、その一部が放熱部としてモーターハウジ
   ングの外側に位置するように、モーターに対して付設さ
   れていると共に、モーターハウジングの内側に位置する
   ヒートパイプの入熱部がモーターの固定子に直接的に接
   触されていることを特徴とする電動モータの冷却構造。