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図面 (5)

課題

放熱のための外部装置を設けることなく、ステータコイルの冷却を行うことのできるインホイールモータを提供する。

解決手段

本発明にかかるインホイールモータは、鉄心コイル54が巻回されるコイル巻回部を有するステータ50と、一対のカバー部12、13と、ヨークを形成する円筒部11と、円筒部にコイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネット16を有しカバー部と円筒部によりステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、ステータがロータを回転可能に支持するシャフト60を介して車体側部材に連結され、ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、カバー部の内壁に立設されるカバーフィン30と、ステータのカバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィン31と、カバー部または円筒部の内壁に、ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィン32と、を備える。

概要

背景

従来から、車輪に組み付けられるインホイールモータにより走行する車両が開発されている。インホイールモータの形式には、インナーロータタイプと、アウターロータタイプとが知られている。インナーロータタイプは、コイル巻回されたステータを外側に配置し、永久磁石を設けたロータをステータの内側に収納して構成される。一方、アウターロータタイプは、その逆で、永久磁石を設けたロータを外側に配置し、コイルが巻回されたステータをロータの内側に収納して構成される。

コイルで発生した熱は、インナーロータタイプのインホイールモータにおいては、モータハウジングを介して放出されるが、アウターロータタイプのインホイールモータにおいては、コイルが巻回されたステータがロータの内側に配置されるため内部にこもりやすい。特に、減速機を必要としないダイレクトドライブ方式のアウターロータタイプのインホイールモータでは、高トルクが必要となるため、コイルの発熱量が多く、ステータに溜まった熱を良好に放出させる技術が求められている。

特許文献1には、アウターロータタイプのインホイールモータの放熱を向上させる技術が提案されている。特許文献1に提案されたインホイールモータは、ロータとステータとの間の空隙部に冷却油充填することにより、モータ内部の熱分布を均一にする。また、インホイールモータの外部には、冷却油を収納するリザーバタンクが設けられており、リザーバタンクと空隙部とがパイプによって連結されている。このリザーバタンクは、大気開放されており、インホイールモータ内の冷却油が温度変化によって体積変化が生じても、その体積変化分の冷却油を受け入れる、あるいは、供給できるようになっている。

また特許文献2には、アウターロータタイプのインホイールモータであって、ロータコアの外周を覆うケースホイールに対向する外表面に放射状に伸びフィンを立設し、ホイールの内周面とケースの外周面との間にインホイールモータの車両側空間と外側空間とを繋ぐ流路が形成されている。これによりケースを放熱体として作用させるのと同時に、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を生させ、この空気流により、フィン間に新たな外気絶えず導入され、フィンによる放熱効果を高めている。

概要

放熱のための外部装置を設けることなく、ステータコイルの冷却を行うことのできるインホイールモータを提供する。本発明にかかるインホイールモータは、鉄心にコイル54が巻回されるコイル巻回部を有するステータ50と、一対のカバー部12、13と、ヨークを形成する円筒部11と、円筒部にコイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネット16を有しカバー部と円筒部によりステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、ステータがロータを回転可能に支持するシャフト60を介して車体側部材に連結され、ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、カバー部の内壁に立設されるカバーフィン30と、ステータのカバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィン31と、カバー部または円筒部の内壁に、ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィン32と、を備える。

目的

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、放熱のための外部装置を設けることなく、コイル巻回部の冷却を効率よく行うことのできるインホイールモータを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

鉄心コイル巻回されるコイル巻回部を有するステータと、一対のカバー部と、ヨークを形成する円筒部と、前記円筒部に前記コイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネットを有し、前記カバー部と前記円筒部により前記ステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、前記ステータが前記ロータを回転可能に支持するシャフトを介して車体側部材に連結され、前記ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、前記カバー部の内壁に立設されるカバーフィンと、前記ステータの前記カバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィンと、前記カバー部または前記円筒部の内壁に、前記ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィンと、を備えるインホイールモータ。

請求項2

前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸中心へ向かう方向に立設される、請求項1に記載のインホイールモータ。

請求項3

前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸方向において、前記カバーフィンと前記ステータフィンの間に配置される、請求項1または2に記載のインホイールモータ。

請求項4

前記カバー部は、向かい合う一対の側板部と、前記円筒部と前記側板部をつなぐ一対の傾斜板部を含み、前記空気循環フィンは前記傾斜板部の内壁に設けられる、請求項1から3のいずれか1項に記載のインホイールモータ。

請求項5

前記カバーフィンの大きさは、前記ステータフィンの大きさよりも大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載のインホイールモータ。

請求項6

前記カバーフィンと前記ステータフィンはそれぞれ複数立設されており、隣接する前記カバーフィンのピッチ幅は、隣接する前記ステータフィンのピッチ幅より大きい、請求項1から5のいずれか1項に記載のインホイールモータ。

請求項7

前記カバー部の外壁に立設されるカバー放熱フィンを備える、請求項1から6のいずれか1項に記載のインホイールモータ。

請求項8

前記ロータと共に回転する被回転部材を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載のインホイールモータを備える車輪

技術分野

0001

本発明は、車輪に組み付けられるインホイールモータに関する。

背景技術

0002

従来から、車輪に組み付けられるインホイールモータにより走行する車両が開発されている。インホイールモータの形式には、インナーロータタイプと、アウターロータタイプとが知られている。インナーロータタイプは、コイル巻回されたステータを外側に配置し、永久磁石を設けたロータをステータの内側に収納して構成される。一方、アウターロータタイプは、その逆で、永久磁石を設けたロータを外側に配置し、コイルが巻回されたステータをロータの内側に収納して構成される。

0003

コイルで発生した熱は、インナーロータタイプのインホイールモータにおいては、モータハウジングを介して放出されるが、アウターロータタイプのインホイールモータにおいては、コイルが巻回されたステータがロータの内側に配置されるため内部にこもりやすい。特に、減速機を必要としないダイレクトドライブ方式のアウターロータタイプのインホイールモータでは、高トルクが必要となるため、コイルの発熱量が多く、ステータに溜まった熱を良好に放出させる技術が求められている。

0004

特許文献1には、アウターロータタイプのインホイールモータの放熱を向上させる技術が提案されている。特許文献1に提案されたインホイールモータは、ロータとステータとの間の空隙部に冷却油充填することにより、モータ内部の熱分布を均一にする。また、インホイールモータの外部には、冷却油を収納するリザーバタンクが設けられており、リザーバタンクと空隙部とがパイプによって連結されている。このリザーバタンクは、大気開放されており、インホイールモータ内の冷却油が温度変化によって体積変化が生じても、その体積変化分の冷却油を受け入れる、あるいは、供給できるようになっている。

0005

また特許文献2には、アウターロータタイプのインホイールモータであって、ロータコアの外周を覆うケースホイールに対向する外表面に放射状に伸びフィンを立設し、ホイールの内周面とケースの外周面との間にインホイールモータの車両側空間と外側空間とを繋ぐ流路が形成されている。これによりケースを放熱体として作用させるのと同時に、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を生させ、この空気流により、フィン間に新たな外気絶えず導入され、フィンによる放熱効果を高めている。

先行技術

0006

特開2005−333706号公報
特開2014—177167号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、特許文献1に提案された技術では、インホイールモータの外部にリザーバタンク、および、インホイールモータとリザーバタンクとを連結するパイプといった特別の装置が必要となる。このため、外部装置を配置するスペースを余分に設ける必要が生じる。従って、車輪回りの設計自由度が低下する。また、外部装置を設けたことにより、外部装置から冷却油が漏れないようにする対策を新たに講じる必要がある。

0008

特許文献2に提案された技術では、ケースとステータとが互いに離れて設置されているため、発熱したコイルの熱がケースに設けたフィンに十分に伝わらず、フィンが放熱体としての役割を十分果たすことができない。また、ホイールの内周面とケース外周面との間に、常にフィンを設ける程度の空間が確保されているとは限らず、特許文献1と同様に車輪周りの設計自由度を低下させるおそれがある。

0009

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、放熱のための外部装置を設けることなく、コイル巻回部の冷却を効率よく行うことの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。

課題を解決するための手段

0010

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、鉄心にコイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、一対のカバー部と、ヨークを形成する円筒部と、前記円筒部に前記コイル巻回部と向かい合うように配置されるマグネットを有し、前記カバー部と前記円筒部により前記ステータの周囲を覆うように設けられるロータと、を備え、前記ステータが前記ロータを回転可能に支持するシャフトを介して車体側部材に連結され、前記ロータが車輪側部材に連結される、車両のインホイールモータにおいて、前記カバー部の内壁に立設されるカバーフィンと、前記ステータの前記カバー部の内壁に対向する面に立設されるステータフィンと、前記カバー部または前記円筒部の内壁に、前記ロータ内の空間領域に空気流を生み出す空気循環フィンと、を備えることを特徴とする。

0011

この構成によると、ステータのコイルで発生した駆動熱は、ステータフィンに伝達されると共に、ステータフィンと対向する位置に設けられたカバーフィンにも伝達される。更に空気循環フィンによって、ロータ内部にこもった熱が拡散される。この作用によって、コイルで発生した駆動熱はロータを通じて外部に放出されやすくなる。

0012

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸中心へ向かう方向に立設されることを特徴とする。

0013

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記空気循環フィンは、前記シャフトの軸方向において、前記カバーフィンと前記ステータフィンの間に配置されることを特徴とする。

0014

これらの構成により、ロータ内の空気の循環が促進され、ロータ内空間領域における温度の均一化が図れる。

0015

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバー部は、向かい合う一対の側板部と、前記円筒部と前記一対の側板部をつなぐ一対の傾斜板部を含み、前記空気循環フィンは前記傾斜板部の内壁に設けられることを特徴とする。

0016

この構成により、当該放熱機構を備えたインホイールモータをコンパクトに形成することが可能となる。

0017

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバーフィンの大きさは、前記ステータフィンの大きさよりも大きいことを特徴とする。

0018

本発明の一側面におけるインホイールモータは、前記カバーフィンと前記ステータフィンはそれぞれ複数立設されており、隣接する前記カバーフィンのピッチ幅は、隣接する前記ステータフィンのピッチ幅より大きいことを特徴とする。
この構成により、ステータフィンからカバーフィンへの熱伝達が更に促進される。

発明の効果

0019

以上説明したように本発明によれば、特にアウタロータロータタイプのインホイールモータにおいて、コイルで発生した駆動熱をロータを通じて外部に放出されやすくなる。

図面の簡単な説明

0020

インホイールモータの組みつけられた車輪を車両前後方向から見た概略構成図である。
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車両前後方向から見た概略構成図である。
本発明の一実施形態に係るインホイールモータの外観車両幅方向から見た概略構成図である。
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車両幅方向から見た概略構成図である。

実施例

0021

以下、本発明の一実施形態に係るインホイールモータについて説明する。図1は、インホイールモータ1の組み付けられた車輪Wを車両前後方向から見て概略的に表した内部構造図である。図1に示したインホイールモータ1においては、後述する放熱機構の記載を省略している。放熱機構については、図2図3を使って説明する。

0022

インホイールモータ1は、ロータ10と、ステータ50と、シャフト60とを備えている。ロータ10は、ヨークを形成する円筒部11と、向かい合うカバー部12,13とで本体が構成されている。カバー部12、13は、向かい合う側板部12a、13aと、側板部12a、13aの高さ方向両端径方向両端)から幅方向内方へ向かう傾斜板部12b,13bから構成されている。側板部12a,13aと傾斜板部12b,13bとはそれぞれ一体形成されており、傾斜板部12b,13bの開口端部と、円筒部11の端部がそれぞれ結合されてロータ10が形成されている。円筒部11の内周面11aには、幅方向中央に周方向に沿ってN極とS極とに交互に磁化されたマグネット16(永久磁石)が環状に配設されている。ロータ10は、向かい合う側板部12a,13aに設けられた軸受け17,18(図示せず)によってステータ50を貫通するシャフト60に回転可能に軸支される。尚、幅方向とは、インホイールモータ1の回転軸中心線の向く方向を意味し、インホイールモータ1が車輪Wに組み付けられているときの車輪幅方向と同じである。また高さ方向とは、インホイールモータ1の回転軸中心線の向く方向とは垂直なモータの径方向を意味し、インホイールモータ1が車輪Wに組み付けられているときの車輪高さ方向と同じである

0023

ステータ50は、軸受け17、18を介してロータ10を回転可能に軸支するシャフト60と結合されている。シャフト60の幅方向中央に設けられる鉄心部52は、シャフト60と同軸状となる円柱形状をなし、外周側に形成された複数の溝53にコイル54が巻回されている。
コイル54が巻回された鉄心部52の外周側全体をコイル巻回部55と呼ぶ。コイル巻回部55は、所定長エアギャップを隔ててロータ10のマグネット16と向かい合うように環状に配置される。シャフト60と鉄心部52とは、一体形成されていてもよく、別体部品を結合して構成されていてもよい。

0024

インホイールモータ1は、ステータ50に結合されたシャフト60において、車両側部材100に連結される。例えば、シャフト60は、ロータ10よりも車幅方向外側にまで延設され、その先端に車両側部材100が設けられている。尚、車両側部材100との取り付けは、連結金具(図示せず)を介して行ってもよい。車両側部材100は、サスペンション装置(図示せず)を介して車体に連結される。

0025

インホイールモータ1には、ロータ10の高さ方向に立設されたリム200を介してタイヤ300が装着される。リム部200は溶接等によりロータ10へ接続される。尚、図1においては、リム部200はカバー部10から車両の高さ方向に立設されているが、円筒部11に溶接されてロータ10と接続されても良い。また、リム部200は、カバー部または円筒部11と一体的に形成されても良い。この場合、ロータ10自体が車輪側部材としての機能を含むこととなる。

0026

次に、インホイールモータ1の内部を放熱するための放熱機構について説明する。本実施形態のインホイールモータ1は、アウターロータタイプのインホイールモータである。このため、コイル巻回部55がロータ10の内側に配置されるため、コイル54で発生した熱が内部にこもりやすい。また、減速機を必要としないダイレクトドライブ方式であるため、高トルクを発生させる必要がありコイル54の発熱量が多い。そこで、本実施形態のインホイールモータ1においては、コイル54で発生した熱をインホイールモータ1の外部に放出する放熱機構が設けられている。以下、放熱機構に関する実施形態について説明する。

0027

図2ないし図4は、1実施形態にかかる放熱機構が設けられたインホイールモータ1の内部および外部の構造を表した図であって、図2は、車両前後方向から見たインホイールモータ1内部の概略図、図3車幅方向から見たインホイールモータ1の外観図図4は車幅方向から見たステータ50の構造である。

0028

カバー部12、13の内壁には、カバーフィン30が設けられている。図2の実施例によれば、カバーフィン30はカバー部12、13の側板部12a、13a及び傾斜板部12b、13bに渡って、それぞれの内壁から車輪Wの幅方向、すなわちインホイールモータ1の回転軸方向に平行に内側に向かって等間隔に立設されている。図2におけるカバー部12、13は、側板部12aと傾斜板部12b、および、側板部13aと傾斜板部13bがそれぞれ一体として形成されており、それぞれの部材と円筒部11を組み合わせてロータ10を構成している。
従い、あらかじめカバーフィン30をそれぞれの側板部12a,13a及び傾斜板部12b、13bに形成しておき、その後、円筒部11と組み合わせることによって、カバーフィン30を内壁に有するロータ10を製造することが可能となる。尚、カバー部12、13はアルミニウムから製造されても良い。アルミニウムは他の金属に比べ加工性に優れ、かつ良好な熱伝導性を有するため、さらに放熱効果を高めるよう、カバーフィン30の大きさは、後述するステータフィン31より大きくしても良い。

0029

ステータ50には、ステータフィン31が設けられている。ステータフィン31は、ステータ50の鉄心部52の表面から、車輪Wの幅方向、すなわちインホイールモータ1の回転軸方向に平行に、カバーフィン30に対向するように立設されている。ステータフィン31は、ステータ50の鉄心部52を製造する際に、鉄心部52と一体的に形成させることができる。

0030

図2および図4の実施例によれば、ステータ50の鉄心部52の表面全体に均一にステータフィン31が配置されている。ステータ50の機能上、鉄心部52は通常鉄を使用して製造されているため、その加工性からステータフィン31を複雑な形状にするには困難が伴う。そこで、ステータフィン31による放熱効果を大きくするために、ステータフィン31のピッチ幅を小さくし、ステータフィン31全体の表面積を大きくすることができる。具体的には、カバーフィン30のピッチ幅よりもステータフィン31のピッチ幅を小さく設けることができる。

0031

カバー部12、13の傾斜板部12b,13bの内壁には、車輪Wの高さ方向、すなわちインホイールモータ1の径方向内方に向かって空気循環フィン32が立設されている。空気循環フィン32は、カバー部12、13作成時にカバーと一体的に形成されても良いし、カバー部12、13を形成した後にカバー部12、13に取付けるようにしても良い。尚、図2の実施例によれば、空気循環フィン32は、カバーフィン30の先端と、ステータフィン31の先端との間にインホイールモータ1の径方向内方、すなわち、シャフト60の軸中心へ向かうように立設されている。

0032

また、図2によれば空気循環フィン32は傾斜板部12b,13bの内壁に立設されているが、必ずしもこの配置には限定されない。例えば、ロータ10が、傾斜板部12b、13bを有さずにロータ10の側板部12a、13aと円筒部11が直接に連結している略円柱形状を有する場合には、空気循環フィン32は円筒部11の内周面11aに立設されていても良い。尚、略短冊形状を有する空気循環フィン32は、図2においてはインホイールモータ1の径方向(放射方向)とその面が平行となるように配置されているが、該径方向に対してその面が斜めに立設されても良いし、該短冊扇風機の羽のようにねじれ形状を有していても良い。

0033

傾斜板部12b、13bは実施例においては平面であるが、円弧状の曲面を有するものであっても良い。いずれの場合においても、空気循環フィン32は、カバーフィン30の先端と、ステータフィン31の先端との間に位置するように配置されていることが望ましい。

0034

カバー部12、13の外壁には、カバー放熱フィン33が設けられている。図3は、カバー放熱フィンが設けられたインホイールモータ1を車両幅方向から見た図である。
図3の実施例によれば、カバー放熱フィン33はカバー部12、13の側板部12a、13a及び傾斜板部12b、13bの外壁に、それぞれ4箇所、車輪の回転方向に等間隔に設けられている。それぞれの箇所において、カバー放熱フィン33は複数(図3では5列)存在し、それぞれが互いに車輪の接線方向と略平行となるように整列されている。またカバーフィン30と同様に、あらかじめカバー放熱フィン33をそれぞれの側板部12a,13a及び傾斜板部12b、13bに形成しておき、その後、円筒部11と組み合わせることによって、カバー放熱フィン33を外壁に有するロータ10を製造することが可能である。尚、カバー放熱フィン33もアルミニウムから製造されても良い。

0035

次に、この放熱機構の仕組みについて説明する。モータ制御ユニット(図示せず)を経由して、コイル54に通電されるとロータ10が回転する。図2に矢印で示した回転方向は、車両前進時におけるロータ10の回転方向を表す。このロータ10の回転によって、カバー部12、13がモータ軸を中心として旋回する。カバー部12、13の旋回に伴って旋回する空気循環フィン32が、インホイールモータ1内部の空気を強制的に対流させることができる。

0036

コイル54への通電により発熱したコイル54の熱は、鉄心部52に伝わり、更に、鉄心部52に設けたステータフィン31へと伝導する。ステータフィン31の周囲を覆う空気は、空気循環フィン32によって対流させられ、ステータフィン31に伝わった熱はインホイールモータ1内部の空間に拡散する。拡散された熱を帯びた空気はカバー部12、13に立設されたカバーフィン30に接触するため、拡散した熱はカバーフィン30に伝導する。そしてカバーフィン30に伝導した熱はカバー部12、13、さらにカバー部の外壁に設けたカバー放熱フィン33を通じて外部に放出される。

0037

尚、カバー放熱フィン33を、車輪の回転によりカバー放熱フィン33が車輪の上端に移動した際にカバー放熱フィン33の長手方向(平行方向)が若干右下がりとなるようにし、カバー放熱フィン33が車輪の下端に移動した際に、該長手方向が若干右上がりとなるように設置することができる。これにより、車両の進行方向から進入する空気がカバー放熱フィンの間を通り抜け易くなるため、放熱効果を更に向上させることができる。

0038

以上説明した第1実施形態の冷却機構を備えたインホイールモータ1によれば、以下の作用効果を奏する。

0039

1.ロータ10の回転によって、カバー部12、13の内面に設けた空気循環フィン32がインホイールモータ1内の空気を循環させる。これにより、コイル巻回部55で発生した熱は、ステータフィン31を通じてロータ内の空間領域に拡散され、カバーフィン30を介して外部に熱を放出することができる。

0040

2.空気循環フィン32がシャフト60の軸へ向かう方向に、かつ、回転軸方向においてカバーフィン30とステータフィン31の間に配置されるため、ロータ内の空気の循環を効率よく行うことができる。

0041

3.空気循環フィン32がアルミニウムからなるカバー部12、13の傾斜板部12b、13bに設けられているため、ロータ内の空気の循環を効率よく起こさせる形状のフィンを容易に加工ができる。

0042

4.カバーフィン30の表面積をより大きく、隣り合うステータフィンのピッチ幅をより小さくすることによって、ステータフィン31からカバーフィン30への熱伝導を促進することができる。

0043

5.カバー部12,13の外壁に設けたカバー放熱フィン33により、カバー部12,13に伝わった熱を効率よく外部に放出することができる。

0044

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、ロータ10は一対のカバー部12、13と円筒部11によってステータ50を包囲するように構成されているが、カバー部12と円筒部11の一部、カバー部13と円筒部11の一部がそれぞれ一体に形成され、それらを組み合わせるように構成されていても良い。
図2に示したように、マグネット16は円筒部11の内周面11aに配置されているが、この構成に限るものではなく、マグネット16は、円筒部11内部に埋設されていても良い。

0045

1インホイールモータ
10ロータ
11円筒部
12、13カバー部
12a、13a側板部
12b,13b傾斜板部
16マグネット
17,18軸受け
30 カバーフィン
31ステータフィン
32空気循環フィン
33 カバー放熱フィン
50ステータ
54コイル
55コイル巻回部
60シャフト
100車両側部材
200リム部
300 タイヤ

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