WO2012063293A1

WO2012063293A1 - 車両用電動モータの冷却構造

Info

Publication number: WO2012063293A1
Application number: PCT/JP2010/006648
Authority: WO
Inventors: 松田　義基
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-18
Also published as: US20130229072A1

Abstract

　アウタケース４１側に固定されたステータ２１と、これに対し回転するロータ２２とを備えた車両用の電動モータ２１において、ロータ２２の回転軸方向の端面に対向する円盤状部材４５に冷却液の噴射口４５ｂを設けるとともに、この噴射口４５ｂに流通する流路４１ｃにオイルポンプ４６から非導電性の冷却用オイルを圧送して、噴射口４５ｂから噴出させたオイルを少なくともステータ２１のコイルエンド２１ａに吹き付ける。これにより、簡単な構造でありながら安定して効率の良いモータの冷却が可能で、回転抵抗の増加も発生し難いモータ冷却構造を提供できる。

Description

車両用電動モータの冷却構造

　本発明は、電気自動車や電動二輪車、或いはハイブリッド自動車のような電動車両における電動モータの冷却構造に関する。

　近年、環境意識の高まりとともに将来における石油資源の枯渇という視点からも、自動車や自動二輪車等における燃費の低減が従来より一層、求められている。一方、リチウムイオン電池に代表される二次電池には飛躍的な進歩が見られ、電気自動車やハイブリッド自動車のように走行用の動力を電動化する試みが盛んになっている。

　一般的に電動モータのエネルギ効率は内燃機関に比べてかなり高いが、それでも動作に伴う発熱は存在する。代表的なものとして巻き線の通電抵抗によるコイルの発熱（いわゆる銅損）があり、これによりコイルの温度が上昇して巻き線の電気抵抗が増大し、効率が低下するとともに、さらなる発熱、温度上昇及び電気抵抗の増大という悪循環に陥ることから、モータの出力向上の妨げになる。

　これに対し従来より、電動車両において電動モータを効果的に冷却するための構造が種々、提案されている。例えば特許文献１にはモータケースを水冷するとともに、このケース内に貯留されているＡＴＦ等の冷却油を利用して、モータの発熱部位を直接的に冷却する技術が開示されている。このものでは、ステータのコア部に巻回したコイルを樹脂モールドするとともに、特に高温になりやすいコイルエンドの近傍に冷却油の油路を設けている。

　その油路には、コイルエンドの巻き線の一部が露出して冷却油により効果的に冷却されるようになっている。ポンプ等により汲み上げた冷却油を油路にその上方から供給する一方、油路の下端の排出口はオリフィス状として、ここから排出される冷却油を絞ることで、油路全体が冷却油で満たされ、コイルの巻き線が浸漬される。

　また、特許文献２に記載の冷却構造は、電動モータにおけるステータのコイルエンドとコイルエンドカバーとの間に冷却油の油路を設けて、前記と同様にコイルエンドを冷却液により直接的に冷却するとともに、この油路から冷却液が漏洩してコイルエンドカバーとモータケースとの間の微小な隙間に充填されるようにしている。こうするとコイルエンドカバーとモータケースとの間の熱抵抗が小さくなって、冷却効率が高くなる。

　さらに、例えば特許文献３には、ステータのコイルエンドにＡＴＦ、ギヤオイル等の冷却油を吹き付けて冷却するようにしたモータについて記載されている。このものでは、ロータのエンドプレート付近に形成した中空部にシャフト内の油路を介して冷却油を導入する一方、その中空部に連通する噴出口から、ロータの回転による遠心力で冷却油を噴出させて、ステータのコイルエンドに吹き付けるようにしている。

　また、ロータの回転速度に応じて遠心力が変化し、噴出した冷却油の軌道や噴出強さが変化することを考慮して、冷却油ができるだけ均一に安定してステータのコイルエンドに吹き付けられるように、噴出口の配置に工夫をしたものである。

特開２００６－１９７７７２号公報特開２００９－１１８６６７号公報特開２００９－２７３２８５号公報

　しかしながら、前者の従来例（特許文献１、２）のようにステータコアのコイルをモールドした樹脂の成形体に油路を設けたり、コイルエンドとコイルエンドカバーとの間に油路を設けたりすると、製造工数や部品点数の増大によってコストアップしやすい。

　また、油路内の冷却油に浸された状態で巻き線が高温になると、その被覆が劣化して機械的な強度や絶縁強度が低下するという問題もある。この点について特許文献１のものでは、熱負荷の小さな状況では油路への冷却液の供給量を減らして、巻き線が冷却液に浸からないように制御しているが、このことはさらなるコストアップを招来する。

　一方で後者の従来例（特許文献３）のようにコイルエンドに冷却油を吹き付けるようにすれば、比較的簡単な構造にすることも可能だが、冷却液を高速回転するロータから噴出させるようにすると、如何に噴射口の配置に工夫をしていてもそこから噴出する冷却液をコイルエンドに狙い通りに吹き付けることは容易ではない。また、コイルエンドに吹き付けられた後、跳ね返った冷却油がロータとの隙間に侵入するおそれもあり、こうなると回転抵抗が増加する。

　さらに、高速で回転するロータの内部に冷却油の油室や供給油路を設け、さらには噴出口も設けることから、ロータの回転バランスや振動特性等を考慮すれば、その加工や組立の精度に対する要求が非常に高くなるおそれもある。

　そこで、本発明の目的は、簡単な構造でコストアップの心配が少ないにも関わらず、従来よりも安定して効率の良いモータの冷却が可能であり、しかも、回転抵抗の増加し難いモータ冷却構造を提供することにある。

　本発明は、ケース側に固定されたステータと、該ステータに対して回転するロータとを備えた車両用の電動モータの冷却構造を対象として、前記ロータの回転軸方向の端面に対向するケース側の部材に冷却液の噴射口を設けるとともに、この噴射口に連通する流路に冷却液を圧送する冷却液圧送手段を備えて、その噴射口から噴出させた冷却液を少なくとも前記ステータのコイルエンドに吹き付けるように構成したものである。

　前記の構成により、電動モータのケース側の部材には冷却液の噴射口とこれに連通する流路とが設けられており、この流路を冷却液圧送手段によって圧送される冷却液が噴射口から噴出して、ステータのコイルエンドに吹き付けられる。この冷却液の噴出量はその圧力に依存するので、前記冷却液圧送手段により冷却液を圧送する際の圧力によって調整することができる。よって、簡単な構造でありながらコイルエンドに直接、適量の冷却液を吹き付けて、効率良く且つ安定的に冷却することができる。

　また、冷却液の噴射圧力を適切な範囲内に調節することで、コイルエンドに吹き付けられた冷却液が跳ね返ってロータとの隙間に侵入することも抑制できる。吹き付けられた冷却液は自重で下方へ移動し、コイルエンドの下端から下方への落下するので、前者の従来例（特許文献１、２）のようにコイルの巻き線が冷却液に漬かったままになることはなく、その被覆の劣化が進行する心配も少ない。この点からは、電動モータのケースの下部に冷却液の貯留部を設ける場合でも、その液面よりも高い位置にステータの最下部を位置づけるのが好ましく、その液面と上方のステータの最下部との間に仕切板を設ければ、より好ましい。

　前記噴射口の適切な位置として、例えばステータの複数のコイルに対応してそれぞれ冷却液を吹き付けるように複数の噴射口を設ければよく、こうすればコイルエンドの冷却がさらに効率良く行える。また、ロータの回転軸が略水平に延びている場合には冷却液の噴射口を、その数が前記ロータの回転軸よりも上方において下方よりも多くなるように設けてもよく、こうすれば、コイルエンドの上部にオイルを多めに吹き付けて、全体を効率よく冷却できる。

　また、ステータがロータの外周側を取り囲むように配置されて、ケースに固定されている場合、そのステータのコアの外周を金属製のケースに密着させれば、コイルの外周側はケースを介して効果的に冷却可能なので、冷却液の噴射口は、ステータのコイルエンドよりも内周側に設けて、熱の籠もりやすい内周側から冷却するようにしてもよい。

　反対に、ステータの外周側を取り囲むようにロータが配置されている場合は、ステータのコイルエンドの下端部近傍に、ロータの端面よりも回転軸方向の外側に突出する部位を設けてもよい。こうすれば、コイルエンドの下端部から落下する冷却液がロータにかかり難く、該ロータとステータとの隙間への冷却液の侵入を抑える上で有利になる。

　また、前記噴射口に連通する流路の少なくとも一部を、互いに重ね合わされる複数のケース側部材の間に形成してもよく、そのケース側部材の少なくとも１つに前記噴射口を形成してもよい。例えば切削加工によって噴射口を形成すれば、その噴射方向を正確にコイルエンドに向かうように設定できる。

　そうしてステータのコイルエンドを冷却した冷却液は、電動モータのケース外に配置した熱交換器との間で循環させるようにしてもよく、その熱交換器は走行風が通過するように配設してもよい。こうすれば、走行風と熱交換して冷たくなった冷却液が、電動モータの発熱部位であるコイルエンドを直接、冷却することになり、可及的に高い冷却効果が得られる。

　また、冷却液の圧送手段として動作速度が可変の電動ポンプを備えてもよい。こうすれば、電動モータの温度が高いときほど冷却液の量を増やして、必要十分な冷却を行うことが可能になる。電動モータの温度はセンサにより計測してもよいし、例えばモータ電流値等によって推定するようにしてもよい。

　一方、コスト面を考慮すれば冷却液圧送手段に、車両の走行用モータに機械的に連結された機械式ポンプを備えてもよい。こうすればモータの回転が高くなるほど冷却液の吐出量が増えるので、結果的に電動モータの温度状態に対応した冷却を行い得る。

　さらに、前記電動モータのケースに、当該電動モータの回転力を伝達する歯車式の動力伝達機構を収容して、その潤滑に冷却液を利用してもよい。歯車式の動力伝達機構により電動モータの回転を減速して出力するようにすれば、電動モータへのトルク負荷が低くなり、その発熱を抑えることができる。

　前記の構成に加えて、ロータの回転軸方向の端面にはその回転に伴い回転軸方向の外側に向かって空気を送り出すようにフィンを設けてもよい。こうすれば、そのフィンの回転によって巻き起こされる風が、コイルエンドから滴下する冷却液もロータから離れるように吹き飛ばすようになる。よって、ステータとの間の隙間への冷却液の侵入をより確実に防止することができる。

　本発明にかかる車両用電動モータの冷却構造によると、冷却液を圧送する手段を備えて、ステータのコイルエンドに向けた噴射口から適切な噴射圧でもって冷却液を噴出させるようにしたから、簡単な構造でありながら、高温になりやすいコイルエンドに直接、適量の冷却液を吹き付けて、安定して効率良くモータを冷却することが可能になる。冷却液がステータとロータとの隙間に侵入することも抑制でき、コイルの巻き線の被覆の劣化が進行する心配も少ない。

本発明の第１の実施形態に係る電動二輪車のパワープラント等の主要部を示す右側面図である。同様に電動二輪車を前方から見た正面図である。同電動二輪車のパワープラントの構造を示す展開図である。冷却用オイルの噴射口の構造を示す説明図である。同パワーユニットにおける主要コンポネンツの配置を示す説明図である。第２の実施形態に係る図１相当図である。同図３相当図である。同図４相当図である。インバータをオイルクーラと一体化した他の実施形態に係る図１相当図である。同オイルクーラの構造を模式的に示す説明図で、(a)は正面図、(b)は右側から視た断面図である。

　以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、電動二輪車に騎乗した運転者から見た方向を基準とする。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動二輪車１（電動車両）の主に車体フレームやパワープラント、車輪等の主要部について示す右側面図であり、図２は、同様にして前方から見た正面図である。図１に示すように電動二輪車１は、操舵輪である前輪２と駆動輪である後輪３とを備えている。前輪２は、各々略上下方向に延びる左右一対のフロントフォーク４の下端部に回転自在に支持されており、一方、フロントフォーク４の上部は上下一対のブラケット４ａを介してステアリング軸（図示せず）に支持されている。

　ステアリング軸は車体側のヘッドパイプ５に内挿された状態で回転自在に支持されており、操舵軸を構成する。すなわち、上側のブラケット４ａには左右へ延びるバー型のハンドル６が取り付けられており、このハンドル６によって運転者は、前記のステアリング軸の周りにフロントフォーク４及び前輪２を揺動させて操舵することができる。ハンドル６の右端には運転者の右手により把持されて、手首のひねりによって回転されるようにアクセルグリップ７が配設されている。

　電動二輪車１の車体フレームは、一例として、前記のヘッドパイプ５から後方に向かい若干下方に傾斜しながら延びる１本のメインフレーム８を備えている。これは例えばアルミ合金の押し出し成形品である角断面のパイプ材からなり、その前端部がヘッドパイプ５に溶接されている。この溶接部位の近傍には、下方に延びる左右一対のダウンフレーム９の上端部も溶接されており、これらのダウンフレーム９は、図２に示すようにそれぞれヘッドパイプ５から下方に向かって左右に広がるよう傾斜して延び、互いの間隔が所定値にまで広がった後に、その間隔を保ったままさらに下方に延びている。

　一方、メインフレーム８の後端部には、一例として矩形の枠状をなすピボットフレーム１０の上枠の部分が、メインフレーム８の後端部とほぼ直交して左右に延びるようにして溶接されている。ピボットフレーム１０には、詳しくは後述するパワープラント４０のケースの後部が締結されており、このケースの前部は、前記したダウンフレーム９の下端部に締結されている。つまり、本実施形態では車体フレームの下部が、パワープラント４０のケースによって構成されている。

　前記ピボットフレーム１０の左枠部分と右枠部分との間には、後輪３を支持するスイングアーム１１の前端部が上下に揺動可能に支持されており、スイングアーム１１は、その揺動支軸（ピボット軸）から後方に向かって若干下方に傾斜しながら延びている。図の例ではスイングアーム１１は後側が二股に分かれていて、その間に回転自在に後輪３を支持している。一方、スイングアーム１１の前側には下方への膨出部が形成され、ここにおいてサスペンションユニット１２の下端部を支持している。サスペンションユニット１２の上端部はメインフレーム８の後端の延出部８ａに支持されており、スイングアーム１１の上下の揺動に伴いサスペンションユニット１２が伸縮するようになる。

　なお、図では仮想線で示すようにスイングアーム１１の上方には騎乗用のシート１３が配設され、その前方にはダミータンク１４が配設されている。これらは、メインフレーム８に接続された図示しないリヤフレームによって支持されている。電動二輪車の場合、燃料タンクは必要ないが、騎乗した運転者が両膝の間に挟み込むためにダミータンク１４は有用であり、その内部は例えばヘルメット等の収納スペースとして利用される。また、同じく仮想線で示すように、パワープラント４０の下方には樹脂製のアンダガード１５が配設されている。

　そして、従来までの自動二輪車であればエンジン、トランスミッション、スロットル装置等が配置される前輪２及び後輪３の間のスペースに、走行用モータ２０や変速装置３０（図３を参照）を備えたパワープラント４０と、該走行用モータ２０へ電力を供給するためのバッテリ５０及び電力制御コントローラ６０とが配設されている。

　図の例ではパワープラント４０が、ダウンフレーム９の下端部からピボットフレーム１０の下部までを連結している。その上方のスペースのうち前側には４つのバッテリ５０が、また、後側には電力制御コントローラ６０が、それぞれ配設されている。一例として４つのバッテリ５０は、メインフレーム８に対して左右対称に２個ずつ搭載されており、図２に破線で示すように、左右のバッテリ５０の間に縦長の空間が形成されている。図示は省略するが、バッテリ５０から電力制御コントローラ６０を介してパワープラント４０まで電力供給線が配設されている。

　ここで、走行用モータ２０はモータ動作及び発電動作の可能なモータ・ジェネレータであり、電力制御コントローラ６０を介してバッテリ５０から供給される電力によりモータ動作して、後輪３を駆動する。一方、電動二輪車１の回生制動時には走行用モータ２０は発電機として動作し、発生した交流電流は電力制御コントローラ６０のインバータにより直流に変換されて、バッテリ５０を充電する。このような走行用モータ２０の動作に係る制御やバッテリ５０の充放電制御は、従来公知の如く主にアクセルグリップ７の操作や電動二輪車１の走行状態に応じて行われる。

　図３には、電動二輪車１のパワープラント４０の構造を示す。図示のパワープラント４０のケースは、側面視で概略楕円形状の有底筒体からなり、その底部を左側に向けて配置されたアウタケース４１と、反対の右側の開口を閉じるように重ね合わされて締結されるキャップ４２とからなる。図５に仮想線で示すように、アウタケース４１の下部には下方に向かって膨出するように、下窄まり形状のオイルパン４３が設けられている。

　図３に戻って走行用モータ２０は、アウタケース４１に固定されたステータ２１と、該ステータ２１に対して回転するロータ２２とを備えている。この例では走行用モータ２０は、ロータ２２の鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれた、いわゆるＩＰＭモータからなる。ステータ２１は、詳しくは図示しないが電磁鋼板からなる鉄心（ステータコア）に複数の電磁コイル２１ａを巻き付けてなる一般的な構造であり、ロータ２２の外周側を取り囲むように配置されて、外周をアウタケース４１に固定されている。

　一方、ロータ２２には鋼製のモータシャフト２３が貫通し、その長手方向の両端部がそれぞれボールベアリング２４によってアウタケース４１に支持されている。左側のボールベアリング２４は、アウタケース４１の底部の円形の凹部４１ａに嵌入されている一方、右側のボールベアリング２４は、アウタケース４１に締結された別体の隔壁部４４に配設されている。モータシャフト２３は隔壁部４４を貫通して右側に突出しており、その先端部に出力ギヤ２５が配設されている。

　図５にも示すように走行用モータ２０の後側には、変速装置３０の入力シャフトであるクラッチシャフト３１が配設され、その右端に配設された多板クラッチ３２によって走行用モータ２０からの回転出力が入力、遮断のいずれかに切換えられるようになっている。すなわち、クラッチシャフト３１の右端寄りには回転自在にクラッチギヤ３３が外嵌されて、前記走行用モータ２０の出力ギヤ２５と噛合しており、このクラッチギヤ３３が多板クラッチ３２によってクラッチシャフト３１と接続されると、クラッチシャフト３１がモータシャフト２３と連動して回転するようになる。

　また、クラッチシャフト３１と平行に変速装置３０の出力シャフト３４が配設され、歯車列３５を介して変速自在に接続されている。この歯車列３５において接続される歯車の組み合わせが変わることによって、入出力回転の変速比、即ち変速装置３０の変速段が変更される。こうして変速された回転を出力する出力シャフト３４の左端にはスプロケット３６が設けられており、図示は省略するが、後輪３のスプロケットとの間にチェーンが巻き掛けられている。

　－走行用モータ等の冷却構造－
　本実施形態では、走行用モータ２０やインバータを効率良く冷却するために、ステータ２１の電磁コイル２１ａやインバータ回路基板６０ａに設けられた冷却フィンに非導電性のオイル（冷却液）を直接、接触させるようにしている。すなわち、前記図３に示すように走行用モータ２０において、ロータ２２の左側の端面に対向するアウタケース４１の底部と、同右側の端面に対向する隔壁部４４とには、それぞれ、冷却用のオイルを噴射してステータ２１のコイルエンド２１ｂに吹き付けるように、噴射口４５ｂが設けられている。

　詳しくは、図の左側の噴射口４５ｂについて説明すると、アウタケース４１の底部にはボールベアリング２４の嵌め込まれる凹部４１ａの外周に連続して、相対的に浅く且つ大径の円形凹部４１ｂが形成されており、ここに、中心に丸穴を有する円盤状部材４５（ケース側の部材）が嵌め込まれている。図４に模式的に示すように円盤状部材４５には、その裏面の外周寄りの部位に開口する環状溝４５ａが形成されていて、前記のようにアウタケース４１の凹部４１ｂに嵌め込まれたときに環状の油路を形成する。この環状の油路は、アウタケース４１内に形成されている油路４１ｃ（図３に一部を示す）と連通して、後述するように冷却用オイルの供給を受ける。

　そして、その環状溝４５ａから円盤状部材４５の表面まで貫通する複数の孔部４５ｂが、環状溝４５ａの周方向に概ね等間隔をあけて設けられている。これらの孔部４５ｂは、例えばドリルホールのように切削加工によって形成される。図の例では１８個の孔部４５ｂがそれぞれ、環状溝４５ａに連通する部位から円盤状部材４５の表面に向かって徐々に外周側に位置するように斜めに形成されていて、図に矢印で示すようにオイルを斜め外方に向かって放射状に噴射するようになっている（以下、孔部４５ｂを冷却オイルの噴射口４５ｂ、或いは単に噴射口４５ｂという）。

　この例では前記噴射口４５ｂは、ステータ２１のコアに巻き付けられた複数のコイル２１ａに対応するように設けられており、それぞれの噴射口４５ｂから噴出したオイルは、図１の左側のコイルエンド２１ｂにおいてステータ２１の複数のコイル２１ａに対応する部位に吹き付けられる。本実施形態では図の右側の隔壁部４４においても前記と同様に、環状の油路になる環状溝４５ａと、これに連通する複数の噴射口４５ｂとが加工された円盤状部材４５が組み合わされている。この噴射口４５ｂから噴出したオイルは、右側のコイルエンド２１ｂにおいてステータ２１の複数のコイル２１ａに対応する部位に吹き付けられる。

　そうして複数の噴射口４５ｂからそれぞれ噴出したオイルが吹き付けられることで、高温になりやすいステータ２１のコイルエンド２１ｂを効果的に冷却することができる。なお、一般にコイルの巻き線方向への熱伝導率は高いので、コイルエンド２１ｂの冷却部位に対応して設けられているコイル２１ａの冷却効率も向上する。なお、孔部４５ｂは、その数が円盤状部材４５の下部よりも上部で多くなるように設けてもよい。こうすれば、コイルエンド２１ｂの上部にオイルを多めに吹き付けて、全体を効率よく冷却できる。

　また、本実施形態では、図示のように走行用モータ２０をステータ２１の外周においてアウタケース４１に固定しており、ステータ２１の外周側はアウタケース４１を介して外気に放熱する一方、内周側には熱が籠もりやすいといえる。そこで、前記のオイル噴射口４５ｂは、内周側のロータ２２の端面に対向するように設けて、そこから外周側のステータ２１のコイルエンド２１ｂの内周にオイルを吹き付けるようにしている。

　そうしてオイル噴射口４５ｂの向きを外周側のコイルエンド２１ｂに向けて適切に設定することで、狙い通りコイルエンド２１ｂにオイルを吹き付けることができ、噴出したオイルがステータ２１とロータ２２との隙間に侵入する心配は少ない。また、後述のオイルポンプ４６の制御によってオイルの噴射圧力が適切な範囲に調節されるので、コイルエンド２１ｂからのオイルの跳ね返りも抑制でき、この跳ね返ったオイルがロータ２２との隙間に侵入する心配も少ない。

　それに加えて図の例では、ロータ２２の端面にその回転に伴い回転軸方向の外側に（右端面であれば右側に、左端面であれば左側に）向けて空気を送り出すようにフィン２２ａが設けられている。これにより巻き起こされる風が上側のコイルエンド２１ｂから滴下するオイルもロータ２２から離れるように吹き飛ばすことで、ロータ２２とステータ２１との隙間へのオイルの侵入を防止するようにしている。

　前記のようにコイルエンド２１ｂに吹き付けられて、その熱を奪ったオイルの大部分はコイルエンド２１ｂを周方向に延びる巻き線に沿って下方に流れ、その下端部から下方に落下してオイルパン４３へと至る。図５に示すようにオイルパン４３に貯留されるオイルの油量は、その油面がステータ２１の最下部よりも低くなるように設定されているため、コイル２１ａの巻き線がオイルに漬かったままになることはなく、その被覆の劣化を抑える上で有利になる。

　しかも、本実施形態では、オイルポンプ４６を挟んで前後にバッフルプレート４７，４８（オイルの油面とその上方のステータ２１最下部との間の仕切板）が設けられているので、電動二輪車１の加減速時に貯留されているオイルがオイルパン４３の壁面を伝って上昇し走行用モータ２０にかかる心配もない。さらに、オイルポンプ４６よりも前方のバッフルプレート４７は後ろ下がりに設けられる一方、オイルポンプ４６よりも後方のバッフルプレート４７は前下がりに設けられているので、上方から落下してくるオイルはスムーズにオイルパン４６内に導かれる。

　そうしてオイルパン４３に貯留されたオイルは、電動のオイルポンプ４６によって汲み上げられてオイルクーラ７０に圧送される。オイルポンプ４６は例えば電動モータによって駆動され、ストレーナ４６ａからオイルを吸い込んで吐出口４６ｂから吐出する。この例では吐出口４６ｂがアウタケース４１を貫通していて、ここにロワホース７１の上流端が装着されている。ロワホース７１は、図１に示すようにパワープラント４０の下方を通過してその前方にまで延び、バッテリ５０の前方に配設されているオイルクーラ７０（熱交換器）の下部に接続されている。

　オイルクーラ７０は、メインフレーム８の前端部の下方から概ねダウンフレーム９の下端までに亘って、当該ダウンフレーム９のやや前方に配置されている。図２に示すように電動二輪車１を前方から見ると、オイルクーラ７０は、左右のフロントフォーク４の間に挟まれるように縦長に延びていて、その後方の左右のバッテリ５０の間には、破線で示すように縦長の空間Ｓが設けられている。この空間Ｓはオイルクーラ７０を通過した走行風の通路として機能するため、オイルクーラ７０には走行風がスムーズに導入されるだけでなく、前記縦長の空間Ｓを通ってスムーズに抜けてゆくようになり、冷却効率を向上できる。しかも、走行風によってバッテリ５０の冷却も図られる。

　そして、前記のようにオイルポンプ４６から圧送されてオイルクーラ７０の下部に送られてきたオイルは、該オイルクーラ７０のコア内の流路を上昇する間に走行風と熱交換して冷却される。こうして冷却されたオイルは、オイルクーラ７０の上部に接続されているアッパホース７２へと流入する。図の例ではアッパホース７２は、左右のバッテリ５０間のスペースを後方に延びて、その下流端が電力制御コントローラ６０に接続されている。

　本実施形態では電力制御コントローラ６０のケースが扁平な矩形のボックス状であり、パワープラント４０の上方スペースの後側において後ろ下がりに傾斜して配設され、その前側にアッパホース７２が接続されている。図には破線で示すようにケース内には、インバータの回路基板６０ａが収納されるとともに、これに接合された冷却フィンを浸漬させるようにオイルの流路が形成されている。この流路を流れるオイルが回路基板６０ａを効果的に冷却する。

　電力制御コントローラ６０のケースの後側には、オイルをパワープラント４０に戻すためのミドルホース７３が接続されている。このミドルホース７３内を流通したオイルは、パワープラント４０のアウタケース４１の上部に設けられたオイル流入口から該アウタケース４１内の油路４１ｃへと流入する。そして、この油路４１ｃ内を流通したオイルが、前述のように噴射口４５ｂから噴出して、走行用モータ２０のステータ２１のコイルエンド２１ｂへと吹き付けられる。

　つまり、前記のロワホース７１、アッパホース７２及びミドルホース７３によって、パワープラント４０及び電力制御コントローラ６０とオイルクーラ７０との間でオイルを循環させる循環流路が構成されている。オイルクーラ７０にて冷却したオイルをまず、電力制御コントローラ６０に供給し、その後にパワープラント４０に供給するのは、走行用モータ２０の動作温度がインバータ６０ａの動作温度よりも高いからである。

　なお、図示は省略するがアウタケース４１内の油路４１ｃは、走行用モータ２０のモータシャフト２３を支持するボールベアリング２４や変速装置３０のクラッチシャフト３１、出力シャフト３４等のベアリング、さらには歯車列３５にもオイルを供給するように構成されており、オイルはそれらの潤滑、冷却にも供される。

　また、前記のようにオイルを圧送して循環させるオイルポンプ４６は、これを駆動する電動モータの制御によって動作速度を変更可能なものである。一例としてインバータから走行用モータ２０へ供給する電流値に応じて、大電流のときほど動作速度を高くし、オイルの吐出量が多くなるようにすればよい。こうすると噴射口４５ｂからのオイルの噴射圧力も高くなるが、これが高くなり過ぎるとコイルエンド２１ｂからのオイルの跳ね返りが多くなるので、オイルポンプ４６の動作速度は所定の上限値以下に抑えられている。

　このようなオイルポンプ４６の作動制御は、一例として電力制御コントローラ６０によって行うことができる。すなわち電力制御コントローラ６０は、インバータ６０ａからの供給電流を監視しており、これに応じてオイルポンプ４６の電動モータへ供給する電流値を制御する、オイルポンプ６０の制御手段としても機能する。

　以上、説明したように本実施形態に係る電動二輪車１では、パワープラント４０の走行用モータ２０において特に高温になりやすいステータ２１のコイルエンド２１ｂに直接、オイルを吹き付けて効果的に熱を奪い、これにより温度上昇したオイルはオイルクーラ７０との間で循環させて、走行風と熱交換させるようにしたから、簡単な構造で非常に高いモータ冷却効果が得られる。

　また、オイルポンプ４６の動作制御によってオイル噴射口４５ｂからのオイルの噴射量、噴射圧力を調整して、狙い通りコイルエンド２１ｂに適量のオイルを吹き付けることができるとともに、そのコイルエンドからのオイルの跳ね返りを抑制できる。よって、ステータ２１とロータ２２との隙間にオイルが侵入して、回転抵抗が急増する心配は少ない。

　また、オイルクーラ７０からのオイルを走行用モータ２０に供給する前に、電力制御コントローラ７０のケース内に導いて、ここに収容されているインバータの回路基板６０ａに直接、接触させるようにしており、インバータの冷却も非常に効果的に行える。

　そうしてパワープラント４０、電力制御コントローラ６０、オイルクーラ７０を循環させるオイルは、前記のようにステータ２１やインバータ６０ａに直接、接触して熱を奪うものであり、これ以外のＬＬＣ等、別の冷却液は必要ないので、寸法や重量の増大、コストアップ、保守の煩雑化といった不具合は生じ難い。

　（第２の実施形態）
　図６、７には、本発明の第２の実施形態に係る電動二輪車１０１を示す。両図はそれぞれ上述した第１実施形態の図１、３に相当する。なお、この第２実施形態の電動二輪車１０１は、主にパワープラントの構造が第１の実施形態とは異なっており、これに伴いバッテリ５０や電力制御コントローラ６０の搭載位置も異なっているが、それ以外の基本的な構造に変わりはないので、以下において同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。

　第２実施形態のパワープラント８０は変速装置３０を備えておらず、図６に示すように前後方向には非常にコンパクトである。このため、図示のようにダウンフレーム９を下端から後方に延長して、その後端にパワープラント８０のケースを締結している。また、ピボットフレーム１０を廃止して、パワープラント８０のケースにスイングアーム１１の揺動支軸（ピボット軸）を設けるとともに、そのケースの上端部はメインフレーム８の後端部に締結している。

　また、パワープラント８０の前方スペースに余裕があるので、図の例では６個のバッテリ５０を左右にそれぞれ３個ずつ搭載することができ、電動二輪車１０１の航続距離を伸ばす上で有利になる。一方、パワープラント８０は上下方向にはやや長くなってしまうので、電力制御コントローラ６０はメインフレーム８の上方に移されており、これに伴い、アッパホース７２及びミドルホース７３の取り回しが変更されている。アッパホース７２は左右のバッテリ５０間を通過した後に、メインフレーム８の右側を通過して電力制御コントローラ６０まで延びており、ミドルホース７３もメインフレーム８の右側を通過するように設けられている。

　図７に示すように、パワープラント８０の走行用モータ９０は、ロータ９１に永久磁石９１ａを埋め込むのではなく貼り付けたもので、一般的にＳＰＭモータと呼ばれる。図の例では、従来より自動二輪車等の発電機として用いられているものを２つ組み合わせて、モータシャフト９３を共通化して用いている。モータシャフト９３の中央には駆動ギヤ８１が取り付けられ、これに噛み合う被駆動ギヤ８２は、パワープラント８０の出力シャフト８３の端部に設けられている。

　つまり、図の例ではパワープラント８０は、第１実施形態のような変速装置３０を備えておらず、モータシャフト９３の回転は駆動ギヤ８１及び被駆動ギヤ８２の歯数比に応じて減速されて、出力シャフト８３に伝達されるようになっている。

　また、走行用モータ９０は、第１の実施形態のものとは反対にステータ９２が内周側に位置し、その外周側を取り囲むようにロータ９１が配置されている。例えば図７の右側に示す走行用モータ９０について説明すると、ロータ９１は右側に開口する扁平な有底円筒状とされ、左側に位置する底部の中央をモータシャフト９３が貫通している。このモータシャフト９３とロータ９１の底部とはスプライン嵌合されている。

　そのロータ９１の周壁の内周面には薄い板状とされた複数の永久磁石９１ａが周方向に並んで設けられ、その内周側に近接してステータ９２の鉄心（コア）が配置されている。ステータコアの外周面とロータ９１の永久磁石９１ａの内周面との間には所定の隙間が形成される。

　ステータ９２は、パワープラント８０のケースの一部を構成するケース部材８４に対して円筒状の支持部材８５を介して取り付けられており、その右端に近接して対向するようケース部材８４には冷却用オイルの噴射口８６ｂが設けられている。すなわち、ケース部材８４には円環状部材８６が取り付けられて円環状の油路８６ａを構成しており、この油路８６ａにケース部材８４内の油路８４ａが連通して、冷却用オイルが供給されるようになっている。

　図８に拡大して示すように円環状部材８６は断面コ字状とされ、その内部の円環状の溝が前記の油路８６ａとなる。そして、その環状の油路８６ａに連通するように円環状部材８６には、周方向に概ね等間隔をあけて複数の孔部（噴射口８６ｂ）が設けられ、それぞれが冷却用のオイルをステータ９２のコイルエンド９２ｂに向けて噴射するようになっている。

　詳細は図示しないが、前記複数の噴射口８６ｂも第１の実施形態と同じく、ステータ９２のコアに巻き付けられた複数の電磁コイル９２ａに対応して設けられており、それぞれの噴射口８６ｂから噴出したオイルは、図の右側のコイルエンド９２ｂにおいて電磁コイル９２ａに対応する部位に吹き付けられるようになる。これによりステータ９２のコイルエンド９２ｂひいてはコイル９２ａを効果的に冷却することができる。

　なお、前記の噴射口８６ｂも、その数が円環状部材８６の下部よりも上部で多くなるように設けてもよく、こうすれば、コイルエンド９２ｂの上部にオイルを多めに吹き付けて、全体を効率よく冷却することができる。

　そうしてコイルエンド９２ｂの熱を奪ったオイルの一部は、ステータ９２の支持部材８５からケース部材８４の内面を伝わって下方に流れ、ケースの下方に位置するオイルパン８７へと至る。また、オイルの一部はコイルエンド９２ｂの巻き線に沿って下方に流れ、その下端部から下方のオイルパン８７へと落下する。こうして落下するオイルの一部はロータ９１に接触するものの、高速で回転するロータ９１の遠心力で吹き飛ばされるから、ステータ９２との隙間に侵入する心配は少ない。

　しかも、図の例でもロータ９１の端部にはフィン９１ｂが設けられていて、その回転に伴いロータ９１から離れるように風を巻き起こすので、この風によってもオイルが吹き飛ばされるようになる。なお、図の例ではオイルパン８７に貯留されているオイルの油面は、攪拌抵抗が生じないよう被駆動ギヤ８２の最下部よりも低い位置に設定されている。

　なお、図示はしないが、ロータ９１を回転軸方向に縮めて、その右端を左側に移動させる一方、ステータ９２のコイルエンド９２ｂの下端部近傍に、ロータ９１の右端面よりも外方まで突出する部位を設けてもよい。こうすれば、コイルエンド９２ｂの下端部から落下するオイルがロータ９１にかかり難くなり、ステータ９２との隙間へのオイルの侵入を防ぐ上でさらに有利になる。

　（他の実施形態）
　上述した実施形態の説明はあくまで例示に過ぎず、本発明、その適用物またはその用途を制限するものではない。例えば第１の実施形態では、走行用モータ２０のロータ２２の左右両側に冷却用のオイルの噴射口４５ｂを設けて、ステータ２１の左右両側のコイルエンド２１ａにオイルを吹き付けるようにしているが、これに限らず、例えば第２の実施形態のようにいずれか一方のコイルエンドにだけオイルを吹き付けるようにしてもよい。

　また、前記各実施形態では、冷却用のオイルを圧送するためのオイルポンプ４６をパワープラント４０，８０のケース内に収容してオイルパン４６，８７に貯留されているオイルを汲み出すようにしているが、これに限らず、オイルポンプ４６は例えばオイルクーラ７０の付近に配設してもよい。

　反対にパワープラント４０，８０のケース内に収容する場合には、走行用モータ２０，９０のモータシャフト２３，９２によって駆動されるように機械式ポンプを連結してもよい。こうすると、走行用モータ２０、９０の回転が高くなるほどポンプからのオイルの吐出量が増えることになるので、結果的に走行用モータ２０，９０の温度状態に対応した冷却を行い得る。

　さらに、前記各実施形態では、パワープラント４０，８０のケース内から冷却用のオイルを取り出し、走行風の通過するオイルクーラ７０との間で循環させるようにしているが、これに限らず、オイルはケース内で循環させ、ケースは空冷としたり或いは別途、冷却水等によって冷却するようにしてもよい。

　また、前記各実施形態では、走行用モータ２０，９０及び電力制御コントローラ６０の双方をオイルによって冷却するようにしているが、これは、いずれか一方のみであってもよいし、例えば電力制御コントローラ６０についてはインバータの回路基板６０ａに接合された冷却フィンをオイルに浸すのではなく、回路基板６０ａをオイルの流れる冷却器を介して冷却するようにしてもよい。

　さらに、インバータの回路基板６０ａをオイルクーラと一体的に設けることもできる。一例として図９、１０に示すオイルクーラ７５は、そのアッパタンク７５ａが第１の実施形態のものに比べて大きく、且つ上方から見て扁平なＵ字状となるよう、後方に開口する凹部７５ｂを有している。そして、この凹部７５ｂ内に嵌り込むようにインバータの回路基板６０ａを装着する。この回路基板６０ａの前面には、第１の実施形態のものと同じく冷却フィン６０ｂが接合されており、これがアッパタンク７５ａの凹部７５ｂの壁面を貫通してタンク内のオイルに浸されている。

　この構成によれば、パワープラント４０のオイルポンプ４６から圧送されてきて、オイルクーラ７５のロワタンク７５ｃ内に流入したオイルは、該オイルクーラ７５のコア７５ｄ内の流路を上昇する間に走行風と熱交換して冷却される。そして、オイルクーラ７５のアッパタンク７５ａにおいてインバータの回路基板６０ａを効果的に冷却し、その後、このアッパタンク７５ａ接続されているアッパホース７２へと流出する。

　さらに、前記各実施形態では電動二輪車１について説明したが、本発明に係る電動車両は二輪車に限らず、例えばＡＴＶ（All Terrain Vehicle:不整地走行車両)、小型運搬車等であってもよい。

　以上のように、本発明に係る電動車両の冷却構造は従来より一層、高い冷却効率が得られるとともに、寸法、重量の増大やコストアップを招き難い簡単な構造なので、電動二輪車に用いて特に有益である。

１　　　　　　　　電動二輪車（車両）
２　　　　　　　　前輪
２０，９０　　　　走行用モータ（走行用の電動モータ）
２１，９２　　　　ステータ
２１ａ，９２ａ　　電磁コイル
２１ｂ，９２ｂ　　コイルエンド
２２，９１　　　　ロータ
２２ａ，９１ｂ　　フィン
３０，８１，８２　変速装置（歯車式の動力伝達機構）
４０，８０　　　　パワープラント
４１　　　　　　　アウタケース（電動モータのケース）
４１ｃ，８４ａ　　噴射口に連通する流路
４５　　　　　　　円盤状部材（ケース側の部材）
４５ｂ，８６ｂ　　冷却用オイルの噴射口
４６　　　　　　　電動ポンプ（冷却液圧送手段）
６０　　　　　　　電力制御コントローラ（制御手段）
７０　　　　　　　オイルクーラ（熱交換器）
７１　　　　　　　ロワホース（循環流路）
７２　　　　　　　アッパホース（循環流路）
７３　　　　　　　ミドルホース（循環流路）

Claims

　ケース側に固定されたステータと、該ステータに対して回転するロータとを備えた車両用の電動モータの冷却構造であって、
　前記ロータの回転軸方向の端面に対向するケース側の部材に、冷却液の噴射口を設けるとともに、
　前記噴射口に連通する流路に冷却液を圧送する冷却液圧送手段を備えて、
　前記噴射口から噴出した冷却液が、少なくとも前記ステータのコイルエンドに吹き付けられるように構成したことを特徴とする車両用電動モータの冷却構造。
　前記ステータの複数のコイルに対応してそれぞれ冷却液を吹き付けるように、複数の噴射口が設けられている、請求項１の冷却構造。
　前記ロータの回転軸が略水平に延びていて、
　前記冷却液の噴射口は、その数が前記ロータの回転軸よりも上方において下方よりも多くなるように設けられている、請求項１の冷却構造。
　前記ステータが前記ロータの外周側を取り囲むように配置されて、前記ケースに固定されており、
　前記冷却液の噴射口は、前記ステータのコイルエンドよりも内周側に設けられている、、請求項１～３のいずれか１つの冷却構造。
　前記噴射口に連通する流路の少なくとも一部が、互いに重ね合わされる複数のケース側部材の間に形成され、そのケース側部材の少なくとも１つに前記噴射口が形成されている、請求項１～４のいずれか１つの冷却構造。
　前記噴射口の噴射方向がコイルエンドに向かうように設定されている、請求項５の冷却構造。
　前記電動モータのケース外に、走行風が通過するように熱交換器が配設され、
　前記ケース内の冷却液を前記熱交換器との間で循環させる循環流路を備えている、請求項１～６のいずれか１つの冷却構造。
　前記冷却液圧送手段は、動作速度が可変の電動ポンプを備えている、請求項１～７のいずれか１つの冷却構造。
　前記電動ポンプを、少なくとも前記電動モータの動作状態に応じて制御する制御手段を備える、請求項８の冷却構造。
　前記冷却液圧送手段は、前記電動モータに機械的に連結された機械式ポンプを備えている、請求項１～７のいずれか１つの冷却構造。
　前記ケースには、前記ステータ及びロータの他に、電動モータの回転力を伝達する歯車式の動力伝達機構が収容されていて、この動力伝達機構の潤滑に前記冷却液が利用される、請求項１～１０のいずれか１つの冷却構造。
　前記ケースの下部には冷却液の貯留部が設けられ、その冷却液の液面から上方に離間して前記ステータの最下部が位置している、請求項１～１１のいずれか１つの冷却構造。
　前記貯留部における冷却液の液面とその上方のステータの最下部との間に仕切板が設けられている、請求項１～１１のいずれか１つの冷却構造。
　前記ロータの回転軸方向の端面には、その回転に伴い回転軸方向の外側に向かって空気を送り出すようにフィンが設けられている、請求項１～１３のいずれか１つの冷却構造。