JP2005168120A - モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪のホイール中心に位置するインホイールモータを、新たな部品を設けることなく簡易な構成により冷却する。
【解決手段】車輪１のホイール２と、車輪１を制動するディスクブレーキに用いられるディスクロータ１０と、モータ８の回転子９とを一体に結合する。ディスクロータ１０はベンチレーテッド型とし、径方向の通風路１１を内部に設ける。モータ８の固定子１４には冷却用通風路１６を設ける。通風路１６の吸気口１７を、車幅方向内側端に設け、通風路１６の排気口１８を、車幅方向外側端に吸気口１２と対向するよう設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪に駆動用モータを隣接配置して駆動結合したいわゆる各輪独立駆動方式のモータの冷却構造につき、特に、簡易な構成で効果的にモータを冷却する技術に関するものである。

電気自動車の駆動方式として、各輪もしくは前後輪の一方に左右独立駆動モータを備え、該モータを車輪のホイール近傍に設けたインホイールドライブ方式では、駆動ユニットを車体側メンバに載置する必要がなく、車内空間を拡幅することができることや、各輪独立駆動であるため、従来の自動車とは異なる運転感覚が得られるなどの特徴がある。このインホイールドライブ方式を実現するためにはモータの小型化が不可欠であるが、車両走行に必要な出力を確保しつつモータ体積を小型化すれば、発熱によるモータの温度上昇が顕著になるため、モータの冷却が重要な課題となる。インホイールドライブ方式に用いられるモータ（以下インホイールモータという）の冷却装置に関する発明としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
特開平５−１０４９６０号公報 特許文献１に記載のインホイールモータの冷却装置は、送風ファンからエアフィルターを介して、清浄な外気をホイールに隣接配置したインホイールモータ内に送り込み、インホイールモータを冷却したり、車輪のスポーク部分を軸流フィン形状に形成して、インホイールモータ内の熱気をホイール外へ排出したり、ホイールキャップに遠心ファンを取り付けて、遠心作用によってインホイールモータ内の熱気をホイール外へ排出するようにしたものである。

しかし、上記従来のようなインホイールモータの冷却装置にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまりインホイールモータの周辺や車輪に付属部品を新たに配設する必要があり、車体重量が増大する。また組み付けや加工に手数を要し、コストが増大する。

本発明は、簡易な構成で効果的にインホイールモータを冷却する技術を提案するものである。

この目的のため本発明によるインホイールモータの冷却構造は、請求項１に記載のごとく、
ベンチレーテッド型のディスクロータを具える車輪に、各車輪を独立に駆動するモータを備えた車両において、
前記モータに設けられたモータ冷却用通風路の排気口を、前記ベンチレーテッド型ディスクロータに設けられたディスクロータ冷却用通風路の吸気口に対向させたことを特徴としたものである。

かかる本発明の冷却構造によれば、ベンチレーテッド型のディスクロータを利用してモータの冷却用通風路に外気を通じさせるため、簡易な構成によりモータを冷却することができる。また、車体重量が増大することがなく、有利なコストでモータの冷却構造を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の構成になるモータの冷却構造を例示する縦断面図である。本実施例においては駆動モータを、車輪のホイールに隣接して配置するホイールインモータとする。

車輪１の中心に位置するホイール２は、外周にホイールリム３を形成するとともに、ホイールリム３の赤道面から車幅方向外側へオフセットさせて円盤形状のホイールディスク４を形成する。
ホイールディスク４の中央部には複数の貫通孔５が所定の配設間隔で穿設されている。

モータ８の中心にあるモータ回転子９はアクスル軸Ｏを中心に回転する。回転子９の車幅方向外方の端部には複数のボルト部材６を所定の配設間隔で車幅方向外方へ向けて立設する。貫通孔５には、ボルト部材６を挿通し、ナット７で締結して、ホイール２とモータ回転子９を一体に連結する。これよりホイール２とモータ回転子9は一体的に回転することが可能となる。
また、モータ回転子９とホイール2の間にはベンチレーテッド型のディスクロータ１０が一体に結合されている。
なお、図においてはモータ8自体の車両に対する支持構造を開示していないが、モータ8は車体側メンバに支持されており、具体的にはサスペンションに取り付けられている。この場合はモータ８のハウジングにより、車重を支えることになりモータ８内のモータ回転子９を軸支するベアリングの荷重が過大になる虞がある。そこで例えばホイール２とモータ８の間にモータ回転子９を軸支する軸受を車体側メンバ(サスペンション)と一体に設け、荷重を分担するようにすると良い。
回転子９および車輪１が回転中にはディスクロータ１０も一体に回転する。制動時には図示せざるブレーキキャリパがディスクロータ１０を挟圧して車輪１の回転を停止せしめる。ディスクロータ１０内には径方向のディスクロータ通風路１１が設けられ、ディスクロータ１０の回転時には遠心作用により外気が矢の方向で示すように、ディスクロータ１０の内周円１０ｉにあって径方向内方へ指向する吸気口１２に流入し、ディスクロータ通風路１１を通過してディスクロータ１０の外周円１０ｏから放出されディスクロータ１０を冷却する。

モータ固定子１４の車幅方向両端部はベアリング機構１３を介して相対回転可能にモータ回転子９を支持する。ベアリング機構１３，１３はモータ８内に塵埃や水滴が進入することを防止する役目も果たす。モータ固定子１４はモータ８の外郭を形成する中空円筒形状であって、内壁にはコイル巻線１５を設ける。また、モータ固定子１４内のコイル巻線１５近傍には、モータ８を冷却するための通風路１６をアクスル軸Ｏ方向に延在するよう設ける。

固定子１４の車幅方向内側端には通風路１６の吸気口１７を設け、固定子１４の車幅方向外側端には通風路１６の排気口１８を設ける。排気口１８はアクスル軸Ｏに対し直角方向外側に指向させ、かつ、周方向１列に配設する。

図２は図１中、Ａ−Ａ線上で断面とし、矢の方向に見たホイールおよびベンチレーテッドディスクロータの横断面図である。周方向１列に配設した排気口１８は、ディスクロータ１０の内周円１０ｉよりも僅かに小さい円をなし、排気口１８と吸気口１２を相互に対向するよう配置する。
上記のようにディスクロータ１０の回転中は、外気が吸気口１２から流入するが、この外気は対向する排気口１８からも吸入されるため、外気はまず吸気口１７から流入しモータ通風路１６を通過して排気口１８へ達し、ひきつづき吸気口１２をから流入し扇状のディスクロータ通風路１１，１１・・・を通過してディスクロータ１０の外周円１０ｏから放出される。

図３は本発明の他の実施例になるモータの冷却構造を示す縦断面図である。また、図４は同実施例のモータの冷却構造をB−B線上で断面とし矢の方向からみたホイールおよびベンチレーテッドディスクロータの横断面図である。
本実施例では、上記実施例と同一の機能を有する部材については同じ符号を付し説明を省略するが、異なる機能を有する部材については別の符号を付して以下に説明する。
排気口１８周囲およびディスクロータ１０近傍のモータ固定子１４には樹脂などの熱伝導率の小さい遮熱部材２３を設ける。これより、制動時には高温になるディスクロータ１０の熱が直接、モータ固定子１４へ伝導することを防止する。

また、遮熱部材２３の代わりに、単位温度だけ上昇させるのに必要な熱量（熱容量）が大きい吸熱材料からなる吸熱部材２３ａを設けてもよい。ここで、効果的に吸熱効果を得るためには、吸熱部材２３ａを図示のように肉厚にして吸熱量を増大するとよく、あるいは図示しなかったが吸熱部材２３ａの外周に多数の条溝を刻設して放熱に適したフィン形状にし、吸熱部材２３ａが高温になるのを防止するとよい。

図５は本発明の更に他の実施例になるモータの冷却構造を示す縦断面図である。また、図６は同実施例のモータの冷却構造をＣ−Ｃ線上で断面とし矢の方向からみたホイールおよびベンチレーテッドディスクロータの横断面図である。
本実施例では、インナー側に回転子９を具え、アウター側に固定子１４を具えた上記モータ８と、ホイール２との間の駆動経路に、減速機２４を介挿した構成において、１系統の通風路がモータ８を冷却するとともに、減速機２４をも冷却することを特徴とする。上記実施例と同一の機能の有する部材については同じ符号を付し説明を省略するが、異なる機能を有する部材については別の符号を付して以下に説明する。

減速機２４の外装を形成するハウジング２５はモータ８の固定子１４と一体に結合する。ハウジング２５の内部にはギア２６が設けられ、モータ回転子９の一端に結合したギア９ｇと噛合する。ギア２６の中心にはアクスル軸Ｏ方向に延在するシャフト２７を一体に結合する。シャフト２７の両端部はベアリング機構２８，２８を介してハウジング２５により支持される。ベアリング機構２８，２８は減速機２４内に塵埃や水滴が進入することを防止する役目も果たす。また、シャフト２７の車幅方向外側端にはベンチレーテッド型のディスクロータ１０を同心円となるよう連結するとともに、複数のボルト部材６を所定の配設間隔で車幅方向外方へ立設する。ボルト部材６には、ホイール２の貫通孔５を係合し、ナット７で締結して、ホイール２とシャフト２７を一体に連結する。これよりシャフト２７はホイール２を支持する。

モータ８の力行中は、駆動トルクがモータ８からギア９ｇ、ギア２６およびシャフト２７を介してホイール２に伝達し、車輪１がアクスル軸Ｏを中心に回転する。

上記の減速機２４の冷却構造について、次に説明する。
減速機２４のハウジング２５内部には、減速機２４冷却用の通風路１６ｇを設ける。通風路１６ｇはハウジング２５の全域にわたって設け、通風路１６ｇがモータ８の通風路１６の下流側に位置するよう相互の通風路１６ｇ，１６を連通する。そして通風路１６ｇの排気口１８ｇをアクスル軸Ｏに対し直角方向外側に指向させ、かつ、周方向１列に配設する。排気口１８ｇは、ディスクロータ１０の内周円１０ｉよりも僅かに小さい円をなし、排気口１８ｇとディスクロータ１０の吸気口１２を相互に対向するよう配置する。

上記のようにディスクロータ１０の回転中は、外気が吸気口１２から流入するが、この外気は対向する排気口１８ｇから吸入されるため、外気はまず吸気口１７から流入しモータ通風路１６および減速機通風路１６ｇを通過して排気口１８ｇへ達し、ひきつづき吸気口１２から流入し扇状のディスクロータ通風路１１，１１・・・を通過してディスクロータ１０の外周円１０ｏから放出される。

なお、上記実施例では、吸気口１２に減速機通風路１６ｇとモータ通風路１６とを直列に連通したが、減速機２４よりもモータ８が高温になる場合には、本実施例の代わりに、通風路１６の上流に通風路１６ｇを連通し、外気がまず減速機２４の通風路１６ｇを通過し、次にモータ８の通風路１６を通過し、最後にディスクロータ１０の通風路１１を通過して、外周円１０ｏから排出されるようにしてもよい。あるいは、それぞれの通風量は二分されるが、モータ８および減速機２４の設置レイアウトに応じて吸気口１２に減速機通風路１６ｇとモータ通風路１６とを並列に連通してもよい。

図７は本発明の別の実施例になるモータの冷却構造を示す縦断面図である。また、図８は同実施例のモータの冷却構造をD−D線上で断面とし矢の方向からみたホイールおよびベンチレーテッドディスクロータの横断面図である。

本実施例では、上記図１および図２に示した実施例と基本構成において同一であり、同一の機能の有する部材については同じ符号を付し説明を省略するが、異なる機能を有する部材については別の符号を付して以下に説明する。
回転子９にはアクスル軸Ｏに沿って通風路１６ｏを設ける。通風路１６ｏの車幅内側端を通風路１６と連通する。また通風路１６ｏの車幅外側端を吸気口１７ｏとする。ホイールディスクの回転中心には孔４ｈを設けておき、ホイール２をモータ回転子９に結合させた場合には、吸気口１７ｏが孔４ｈと一致して、吸気口１７ｏの閉塞を防止する。

図９は走行中の車両周辺を通過する走行風の流れを示す側面図である。車体のアンダ・ボデー外装を形成する底板２０と路面２１に挟まれた空間には、車速とほぼ同じ相対速度（風速）の走行風が、矢印のように車体前方から後方へ流れている。この走行風の一部は分岐して、図示のようにホイールハウジング２２と車輪１に挟まれた空間にも至るが、この風速は底板２０より下部の風速よりも遅くなる。
そこで、吸気口１７には図示せざる吸気ダクトを配管接続し、吸気ダクトの取入口をホイールセンターＦより下部に、かつ車体前方に指向するよう設ける。

図１０は本発明の更に別の実施例になるモータの冷却構造を示す縦断面図である。また、図１１は同実施例のモータの冷却構造をＥ−Ｅ断面で切断し矢の方向からみたホイールおよびベンチレーテッドディスクロータの横断面図である。

本実施例では、上記実施例と基本構成において同一であり、同一の機能の有する部材については同じ符号を付し説明を省略するが、異なる機能を有する部材については別の符号を付して以下に説明する。本実施例のモータ２９は、回転中心にインナステータ型の固定子３０を配し、固定子３０を包囲するようにアウタロータ型の回転子３１を配する。固定子３０の車幅方向内端部は、図示せざる車体側メンバに支持される。また、固定子３０の車幅方向外端部には、アクスル軸Ｏに沿って延在する孔３０ｈを設ける。

アクスル軸Ｏを中心に回転する中空円筒形状の回転子３１は、車幅方向内端で開口しているが車幅方向外端で閉じており、車幅方向内方へ向けてシャフト３１ｓを立設する。アクスル軸Ｏに沿って延在するシャフト３１ｓを固定子３０に設けた孔３０ｈに挿入する。回転子３１の車幅方向両端部の内周は、ベアリング３２を介して固定子３０に支持されており、シャフト３１ｓの車幅方向両端部の外周はベアリング３３を介して固定子３０に支持されている。
固定子３０の車幅方向中間部の外周には、コイル巻線１５を設ける。固定子３０の外周近傍には、モータ２９を冷却するための通風路３４を設ける。通風路３４は車幅方向に延在し、吸気口３５を固定子３０の車幅方向内端に、排気口３６を固定子３０の車幅方向外端部にそれぞれ設ける。そして排気口３６をアクスル軸Ｏに対し直角方向外側に指向させ、かつ、周方向１列に配設する。排気口３６は、アウタロータ型の回転子３１の内周３１ｉよりも僅かに小さい円をなす。一方、アウタロータ型の回転子３１の内壁には、吸気口３７を排気口３６と相互に対向するように設ける。回転子３１には吸気口３７からアクスル軸Ｏに対し直角方向に通風路３４ｏを設ける。そして通風路３４ｏが回転子３１の外壁と交差する箇所には排気口３８を設ける。

排気口３８は、アクスル軸Ｏに対し直角方向外側に指向し、かつ、周方向１列に配設する。排気口３８は、ディスクロータ１０の内周円１０ｉよりも僅かに小さい円をなし、排気口３８とディスクロータ１０の吸気口１２を相互に対向するよう配置する。

ところで、上記した本実施例によれば、モータ固定子１４の外周に、モータ８を冷却するためのモータ通風路１６の排気口１８を、周方向に配設し、かつ、排気口１８が車輪１と一体に回転するベンチレーテッド型のディスクロータ１０の内周円１０ｉよりも僅かに小さい円を形成するよう配設する。そして、排気口１８がアクスル軸Ｏに対し、直角方向外方を指向するようにし、内周円１０ｉに設けた吸気口１２と対向させる。
このため、車両走行中は、回転中のディスクロータ１０の遠心作用により、ディスクロータ１０内にアクスル軸Ｏ直角方向に延在するよう設けた通風路１１に、内周円１０ｉから外周円１０ｏへ流れる気流が生じる。そして、この気流がモータ通風路１６の排気口１８から供給されるため、外気が吸気口１７からモータ通風路１６を経て、排気口１８に達し、そこから吸気口１２を経て通風路１１を流れる。
したがって、従来のようにモータ８の冷却のために新たな部品を車体やホイール２に設けることなくモータ８の冷却を実現し、ベンチレーテッドブレーキの構造を利用して簡易な構成によりモータ８を冷却することができて、モータ８の冷却のためにコスト高を招くこともない。

また、上記した他の実施例では、モータ通風路１６の排気口１８と前記ディスクロータ１０の吸気口１２間に、遮熱性能を有する部材２３を設けたことから、制動中に高温となるディスクロータの熱がモータ８に伝導することを防止できる。

あるいは、遮熱性能を有する部材２３の代わりに熱容量の大きい吸熱部材２３ａを設けることにより、制動中に高温となるディスクロータの熱がモータ８に伝導することを防止できる。

また、モータ８と車輪１との間に減速機２４を介挿した上記の更に他の実施例においては、通風路１６の下流に、減速機２４内部を通る通風路１６ｇを連通する。そして、通風路１６ｇの排気口１８ｇがアクスル軸Ｏに対し、直角方向外方を指向するようにし、ディスクロータ１０の内周円１０ｉに設けた吸気口１２と対向するようにしたことから、モータ８のみならず、減速機２４も同時に冷却することができる。

また上記実施例においては、ホイール２のホイールリム３およびホイールディスク４に囲まれたホイール内空領域にインホイールモータ８を配設し、モータ通風路１６の吸気口１７をモータ８の車幅方向内端に設けたり、あるいは吸気口１７ｏがホイールディスク４の孔１７ｈを介して車幅方向外側へ指向するよう設けたりするなど、吸気口１７，１７ｏをこのホイール内空領域の外に設けた。このため、走行中はホイール内空領域にくらべて低温の走行風を吸気口１７，１７ｏから得て、モータ８の冷却効率を高めることができる。

また、本実施例では吸気口１７に図示せざる吸気ダクトを取り付けて、ホイールセンターＦと路面２１の間に流れる風速の速い外気を取り入れることにより、効果的にモータ８を冷却することが期待できる。

本発明の一実施の形態になるモータの冷却構造を具えたインホイールモータおよび車輪をアクスル軸に沿って示す縦断面図である。 図１に示すインホイールモータ、ディスクロータおよび車輪を、Ａ−Ａ線上で断面とし、矢の方向から見て示す横断面図である。 本発明の他の実施の形態になるモータの冷却構造を具えたインホイールモータおよび車輪をアクスル軸に沿って示す縦断面図である。 図３に示すインホイールモータ、ディスクロータおよび車輪を、Ｂ−Ｂ線上で断面とし、矢の方向から見て示す横断面図である。 本発明の更に他の実施の形態になるモータの冷却構造を具えたインホイールモータ、減速機および車輪をアクスル軸に沿って示す縦断面図である。 図５に示すインホイールモータ、減速機、ディスクロータおよび車輪を、Ｃ−Ｃ線上で断面とし、矢の方向から見て示す横断面図である。 本発明の別の実施の形態になるモータの冷却構造を具えたインホイールモータおよび車輪をアクスル軸に沿って示す縦断面図である。 図７に示すインホイールモータ、ディスクロータおよび車輪を、Ｄ−Ｄ線上で断面とし、矢の方向から見て示す横断面図である。 走行中の車両周辺を通過する走行風の流れを車両側方から見て示す側面図である。 本発明の更に別の実施の形態になるモータの冷却構造を具えたインホイールモータおよび車輪をアクスル軸に沿って示す縦断面図である。 図１０に示すインホイールモータおよび車輪を、Ｅ−Ｅ線上で断面とし、矢の方向から見て示す横断面図である。

符号の説明

１ 車輪
２ ホイール
３ ホイールリム
４ ホイールディスク
５ 貫通孔
８ インホイールモータ
９ モータ回転子
１０ ベンチレーテッドディスクブレーキのディスクロータ
１１ ディスクロータ通風路
１２ 吸気口
１４ モータ固定子
１５ コイル巻線
１６ モータ通風路
１６ｇ 減速機通風路
１８ 通風路排気口
１９ 車体
２３ 遮熱部材
２４ 減速機
２９ モータ
３０ 固定子
３１ 回転子
３４ モータ通風路

Claims (6)

1. ベンチレーテッド型のディスクロータを具える車輪に、各車輪を独立に駆動するモータを備えた車両において、
   前記モータに設けられたモータ冷却用通風路の排気口を、前記ベンチレーテッド型ディスクロータに設けられたディスクロータ冷却用通風路の吸気口に対向させたことを特徴とするモータの冷却構造。
2. 請求項１に記載のモータの冷却構造において、前記モータ冷却用通風路の排気口と前記ディスクロータ冷却用通風路の吸気口との間に、遮熱性能を有する部材を介挿し、この遮熱部材に、前記モータ冷却用通風路の排気口と前記ディスクロータ冷却用通風路の吸気口と間を相互に通じさせる通孔を設けたことを特徴とするモータの冷却構造。
3. 請求項１に記載のモータの冷却構造において、前記モータ冷却用通風路の排気口と前記ディスクロータ冷却用通風路の吸気口との間に、吸熱性能を有する部材を介挿し、この吸熱部材に、前記モータ冷却用通風路の排気口と前記ディスクロータ冷却用通風路の吸気口と間を相互に通じさせる通孔を設けたことを特徴とするモータの冷却構造。
4. 車輪と前記モータ間を減速機を介して駆動結合した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータの冷却構造において、
   前記減速機内に通風路を設け、該減速機通風路を介して前記モータ冷却用通風路の排気口と前記ディスクロータ冷却用通風路の吸気口とを相互に対向させたことを特徴とするモータの冷却構造。
5. 前記車輪の中央部にホイールを設け、該ホイールのホイールリムおよびホイールディスクに囲まれたホイール内空領域に前記モータの冷却用通風路の排気口を配設した請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータの冷却構造において、
   前記モータ冷却用通風路の吸気口を、前記ホイール内空領域の外に設けたことを特徴とするモータの冷却構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータの冷却構造において、
   前記モータ冷却用通風路の吸気口を、ホイールセンターより下側に設けたことを特徴とするモータの冷却構造。

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