(57)【要約】【課題】電動機及び電力変換装置の温度上昇を抑制し、電気部品の故障発生を抑制することができるホイール駆動装置を提供する。【解決手段】固定子６０と回転子４０とを有する電動機と、固定子６０を保持する固定子保持部８０と、電動機へ供給する電力を変換する電力変換装置１００と、電動機、固定子保持部８０、電力変換装置１００を内周側に収納するホイールとを備える。固定子保持部８０は冷媒が流れる流路９０を備える。流路９０は固定子６０と電力変換装置１００との間に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを有する電動機と、前記固定子を保持する固定子保持部と、前記電動機へ供給する電力を変換する電力変換装置と、前記電動機、前記固定子保持部、前記電力変換装置を内周側に収納するホイールとを備えたホイール駆動装置であって、
前記固定子保持部は冷媒が流れる流路を備え、
前記流路は前記固定子と前記電力変換装置との間に配置されたことを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記流路は、前記電力変換装置の冷却面が前記冷媒に直接接触するように配置したことを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記電力変換装置は複数の冷却面を有し、前記複数の冷却面のうち、２面以上の冷却面が前記冷媒に接触することを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記ホイールの内周側には前記回転子が固定され、
前記回転子の内周側に前記固定子、及び前記電力変換装置が配置されたことを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記流路は、前記電力変換装置を冷却する第１流路と、前記固定子を冷却する第２流路とを有し、前記第１流路から前記第２流路の順序で冷媒が流れることを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記回転子、前記固定子、前記電力変換装置の何れかの回転軸方向にバッテリが配置されたことを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記ホイールの内周側には、前記バッテリまたは前記電動機を冷却するための風を発生させるファンが備えられていることを特徴とするホイール駆動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに１項記載のホイール駆動装置を備えた電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホイール内に電動機を搭載したホイール駆動装置及びこれを備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の電気駆動システムは、車室空間拡大のためにホイール内への搭載が望まれる。この要求に対し、ホイール内に電動機と電力変換装置を搭載する技術が提案されている。このような技術として、例えば特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１では、ホイール部内に設けられた固定子と回転子とにより電動機を構成している。ホイール部内には、回転機の電力を供給するインバータ装置が備えられている。固定子と回転子とは円環状をなしており、その内側に形成された空間部に前記インバータ装置が設けられている。インバータ装置には放熱板が備えられており、インバータ装置で発生した熱を放熱板を介して外部に放出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１３６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ホイール部内に電動機とインバータ装置を設けたものにおいては、インバータ装置だけでなく、電動機も発熱するので、インバータ装置に加え、電動機の冷却も必要である。電動機の冷却が十分に行われないと、電動機で発生した熱によってインバータ装置の温度が上昇し、電気部品の寿命短縮や故障を招く恐れがあった。特許文献１に記載の技術においては、放熱板による空冷方式によってインバータ装置を冷却するようにしているが、電動機の冷却を含めた発熱量に対する冷却性能が十分でなく、電気部品の寿命短縮や故障を招く恐れがあった。
【０００６】
本発明の目的は、電動機及び電力変換装置の温度上昇を抑制し、電気部品の故障発生を抑制することができるホイール駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、固定子と回転子とを有する電動機と、前記固定子を保持する固定子保持部と、前記電動機へ供給する電力を変換する電力変換装置と、前記電動機、前記固定子保持部、前記電力変換装置を内周側に収納するホイールとを備えたホイール駆動装置であって、前記固定子保持部は冷媒が流れる流路を備え、前記流路は前記固定子と前記電力変換装置との間に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電動機及び電力変換装置の温度上昇を抑制し、電気部品の故障発生を抑制することができるホイール駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。
【図４】本発明の第４実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。
【図５】本発明の第５実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施例に係るホイール駆動装置を搭載した電動車両の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。各実施例において、軸方向とは回転軸３０と同方向を意味するものであり、径方向とは回転軸３０と直交する方向を意味するものである。
【実施例１】
【００１１】
本発明の第１実施例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。図１において、電動機は、回転軸３０と、回転軸３０に固定された回転子４０と、回転軸３０の両側を回転可能に支持する軸受５０と、回転子４０の外周側に配置された固定子６０と、固定子６０のスロットに巻回されたコイル７０と、固定子６０を保持し、電動機の外郭を構成する固定子保持部８０と、によって構成されており、ホイール２０の内周側（径方向内側）に配置される。これらの構成により、ホイール駆動装置２００が構成される。
【００１２】
ホイール２０の径方向外側（外周側）には、タイヤ１０が取り付けられている。ホイール２０は回転軸３０の回転軸方向側面にボルトやナット等によって固定される。
【００１３】
回転軸３０は軸受５０によって支持されることで周方向に回転する。回転軸３０の径方向には電磁鋼板などの磁性材料によって構成された回転子４０が取り付けられており、同心円状に固定子６０が配置されている。
【００１４】
固定子６０は固定子保持部８０によって保持されている。固定子６０のティース部には銅線などの導体が巻回されることによりコイル７０が形成されている。
【００１５】
固定子保持部８０には電力変換装置１００が取り付けられており、電力変換装置１００の出力端子はコイル７０の端子に接続されている。
【００１６】
電力変換装置１００の入力端子は図示していないバッテリに接続されており、バッテリからは電動機の駆動に必要な電気エネルギーが供給される。電力変換装置１００は、バッテリから供給される電力を直流から交流に変換し、その変換された電力を電動機に供給する。電動機は、図示していない制御装置によってコイル７０に流れる電流を制御され、固定子６０で回転磁界を発生させることによって回転子４０に回転トルクを発生させる。
【００１７】
固定子保持部８０は図示してないナックルなどを介して車両に固定される。固定子保持部８０は熱伝導性が優れるアルミなどの金属で形成され、固定子６０と電力変換装置１００の間には円筒状の流路９０が設けられている。
【００１８】
流路９０は水（クーラント）や油などの冷媒で満たされており、冷媒は図示していないポンプによって循環されている。冷媒の温度は固定子６０や電力変換装置１００よりも低くなるようにするため、図示していないラジエターなどによって冷却される。
【００１９】
第１実施例では、固定子６０と電力変換装置１００の間に、冷媒が流れる流路を設けている。第１実施例によれば、固定子６０やコイル７０で発生した熱が固定子保持部８０を介して電力変換装置１００へ伝わる前に流路９０を流れる冷媒によって冷却されるため、電動機の冷却と電力変換装置の温度上昇を抑制することができる。
【実施例２】
【００２０】
次に本発明の第２実施例について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。第１実施例と同じ構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第２実施例のホイール駆動装置２００においては、流路９０ａが固定子保持部８０ａの周方向表面に形成されている。固定子保持部８０ａの外周には、周方向にほぼ一周し、外周面から径方向内側に向かって凹んだ凹部８１が形成され、この凹部８１の径方向外側（外周側）に電力変換装置１００ａが配置される。電力変換装置１００ａは外周をケースによって覆われている。電力変換装置１００ａを覆うケースは、軸方向から見た形状がリング状を成しており、リング状のケースの内周側（径方向内側）が凹部８１の開口を塞ぐように配置され、流路９０ａが形成されている。すなわち、流路９０ａは、固定子保持部８０ａの凹部８１と電力変換装置１００ａのケースとにより形成されている。そして、流路９０ａは、電力変換装置１００ａの冷却面が冷媒と直接接触するように配置される。電力変換装置１００ａは、ケース内の全てに渡って配置されるものでは無く、１個もしくは複数個に分割し、ケース内に適宜配置している。固定子保持部８０ａと電力変換装置１００ａのケースとが接触する端部はＯリングなどのシール材によって冷媒が漏れないようにシールされている。
【００２１】
第２実施例によれば、電力変換装置１００ａの冷却面が冷媒に直接接触するため、電力変換装置１００ａに対してより高い冷却効果を得ることができる。
【実施例３】
【００２２】
次に本発明の第３実施例について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第３の実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。第１実施例と同じ構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第３実施例のホイール駆動装置２００においては、電力変換装置１００ｂが複数の冷却面を有しており、その２面以上の冷却面が冷媒に直接接触している。
【００２３】
固定子保持部８０ｂには、固定子保持部８０ｂの軸方向端部８５から軸方向内部に向かって凹んだ凹部８２が形成されている。凹部８２は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８２には、ケースで覆われた電力変換装置１００ｂが挿入される。凹部８２の軸方向の長さ（深さ）は電力変換装置１００ｂよりも長く（深く）形成されている。
【００２４】
電力変換装置１００ｂには、固定子保持部８０ｂの軸方向端部８５における凹部８２の開口面積よりも大きい蓋部材１０１が取り付けられている。蓋部材１０１は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８２に電力変換装置１００ｂが挿入されると、電力変換装置１００ｂの端子面となる蓋部材１０１が固定子保持部８０ｂの軸方向端部８５と接触し、凹部８２の開口が塞がれる。固定子保持部８０ｂと蓋部材１０１の接触する端部はＯリングなどのシール材によって冷媒が漏れないようにシールされている。流路９０ｂは、固定子保持部８０ｂの凹部８２と蓋部材１０１とにより形成される。電力変換装置１００ｂは、流路９０ｂ内で水没することとなり、電力変換装置１００ｂの冷却面周囲は流路９０ｂによって覆われる。
【００２５】
ケースで覆われた電力変換装置１００ｂは、１個もしくは複数個に分割されて、凹部８２内に収納される。ケースで覆われた電力変換装置１００ｂは、複数の冷却面を有している。ケースは、例えば角筒状に形成された場合、周方向の４面、軸方向の１面の計５面が冷媒と直接接触する冷却面となる。円筒状の場合、周方向の１面、軸方向の１面の計２面が冷媒と直接接触する冷却面となる。従って、電力変換装置１００ｂは少なくとも２面以上の冷却面が冷媒と直接接触する。
【００２６】
第３実施例によれば、固定子保持部８０ｂと電力変換装置１００ｂの接触する面が減少するため、固定子保持部８０ｂを介して電力変換装置１００ｂに伝わる熱をより低減することができる。さらに、電力変換装置１００ｂと冷媒の接触する面が増加するため、電力変換装置１００ｂはより高い冷却効果を得ることができる。
【実施例４】
【００２７】
次に本発明の第４実施例について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第４の実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。第１実施例から第３実施例では、インナーロータタイプを例示したが、第４実施例ではアウターロータタイプを例示する。第４の実施例において、固定子保持部８０ｃに配置された固定子６０ｃは、固定子保持部８０ｃの径方向外側の外周面に接するように配置されている。ホイール２０ｃの内側には、回転子４０ｃが固定されており、固定子６０ｃと対向する。ホイール２０ｃには回転軸３０ｃが固定され、軸受５０を介して固定子保持部８０ｃに保持されている。
【００２８】
固定子保持部８０ｃには、固定子保持部８０ｃの軸方向端部８６から軸方向内部に向かって凹んだ凹部８３が形成されている。凹部８３は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８３は固定子６０ｃの内周側（径方向内側）に設けられている。凹部８３には、ケースで覆われた電力変換装置１００ｃが挿入される。凹部８３の軸方向の長さ（深さ）は電力変換装置１００ｃよりも長く（深く）形成されている。
【００２９】
電力変換装置１００ｃには、固定子保持部８０ｃの軸方向端部８６における凹部８３の開口面積よりも大きい蓋部材１０２が取り付けられている。蓋部材１０２は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８３に電力変換装置１００ｃが挿入されると、電力変換装置１００ｃの端子面となる蓋部材１０２が固定子保持部８０ｃの軸方向端部８６と接触し、凹部８３の開口が塞がれる。固定子保持部８０ｃと蓋部材１０２の接触する端部はＯリングなどのシール材によって冷媒が漏れないようにシールされている。流路９０ｃは、固定子保持部８０ｃの凹部８３と蓋部材１０２とにより形成される。電力変換装置１００ｃは、流路９０ｃ内で水没することとなり、電力変換装置１００ｃの冷却面周囲は流路９０ｃによって覆われる。
【００３０】
ケースで覆われた電力変換装置１００ｃは、１個もしくは複数個に分割されて、凹部８３内に収納される。ケースで覆われた電力変換装置１００ｃは、複数の冷却面を有している。ケースは、例えば角筒状に形成された場合、周方向の４面、軸方向の１面の計５面が冷媒と直接接触する冷却面となる。円筒状の場合、周方向の１面、軸方向の１面の計２面が冷媒と直接接触する冷却面となる。従って、電力変換装置１００ｃは少なくとも２面以上の冷却面が冷媒と直接接触する。
【００３１】
第４実施例では、電力変換装置１００ｃを収容する流路９０ｃが、固定子６０ｃの内周側（径方向内側）に配置されているので、固定子の径方向外側（外周側）の配置されたものと比較し、流路長が短くなる。
【００３２】
第４実施例によれば、電力変換装置１００ｃの周囲に構成された流路９０ｃの円周長が短縮され、全体の流路長が短くなることによって冷媒量の低減を図ることができる。
【００３３】
なお、回転子４０ｃの内周側に水や粉塵が侵入しないように回転子４０ｃを覆う回転子保持部を設け、回転子保持部を介して回転軸３０ｃまたはホイール２０ｃに回転子４０ｃを保持させるようにしてもよい。
【実施例５】
【００３４】
次に本発明の第５実施例について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第５の実施例に係るホイール駆動装置の概略を示す図である。図５の左側の図は、電動機および電力変換装置を軸方向から見た図である。第５実施例では、第４実施例と同様、アウターロータタイプを例示する。第５の実施例において、固定子保持部８０ｄに配置された固定子６０ｄは、固定子保持部８０ｄの径方向外側の外周面に接するように配置されている。ホイール２０ｄの内周側には、回転子４０ｄが固定されており、回転子４０ｄの内周側には固定子６０ｄと電力変換装置１００ｄが配置されている。ホイール２０ｄの内周側に固定された回転子４０ｄと固定子保持部８０ｄに固定された固定子６０ｄとは、隙間を開けて対向している。ホイール２０ｄには回転軸３０ｄが固定され、軸受５０を介して固定子保持部８０ｄに保持されている。
【００３５】
固定子保持部８０ｄには、固定子保持部８０ｄの軸方向端部８７から軸方向内部に向かって凹んだ凹部８４が形成されている。凹部８４は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８４は固定子６０ｄの内周側（径方向内側）に設けられている。凹部８４には、ケースで覆われた電力変換装置１００ｄが挿入される。凹部８４の軸方向の長さ（深さ）は電力変換装置１００ｄよりも長く（深く）形成されている。
【００３６】
電力変換装置１００ｄには、固定子保持部８０ｄの軸方向端部８７における凹部８４の開口面積よりも大きい蓋部材１０３が取り付けられている。蓋部材１０３は、回転軸３０を中心として円環状に形成されている。凹部８４に電力変換装置１００ｄが挿入されると、電力変換装置１００ｄの端子面となる蓋部材１０３が固定子保持部８０ｄの軸方向端部８７と接触し、凹部８４の開口が塞がれる。固定子保持部８０ｄと蓋部材１０３の接触する端部はＯリングなどのシール材によって冷媒が漏れないようにシールされている。第１流路９１ｄは、固定子保持部８０ｄの凹部８４と蓋部材１０３とにより形成される。電力変換装置１００ｄは、第１流路９１ｄ内で水没することとなり、電力変換装置１００ｄの冷却面周囲は第１流路９１ｄによって覆われる。
【００３７】
ケースで覆われた電力変換装置１００ｄは、１個もしくは複数個に分割されて、凹部８４内に収納される。ケースで覆われた電力変換装置１００ｄは、複数の冷却面を有している。ケースは、例えば角筒状に形成された場合、周方向の４面、軸方向の１面の計５面が冷媒と直接接触する冷却面となる。円筒状の場合、周方向の１面、軸方向の１面の計２面が冷媒と直接接触する冷却面となる。従って、電力変換装置１００ｄは少なくとも２面以上の冷却面が冷媒と直接接触する。
【００３８】
また第５実施例では、電力変換装置１００ｄの周囲に形成された第１流路９１ｄに加え、コイル７０ｃの周囲にも第２流路９２ｄが設けられている。
【００３９】
第１流路９１ｄと第２流路９２ｄを流れる冷媒は、図示されていないポンプにより、まず第１流路９１ｄへ供給され、その後に第２流路９２ｄへと流出する。
【００４０】
第１流路９１ｄは、固定子保持部８０ｄに取り付けられたすべての電力変換装置１００ｄを冷却するため、電力変換装置１００ｄが回転子４０ｄの回転軸３０ｄを中心に同心円状に配置されていた場合は円筒状に形成される。
【００４１】
第２流路９２ｄは、第１流路９１ｄの終端部と接続されており、固定子６０ｄとコイル７０ｄを冷却するために円筒状に形成される。冷媒は円周方向に流れるが、内周側流路と外周側流路の間はコイル７０ｄの巻線間、または中継流路９３ｄを流れる。
【００４２】
第５実施例によれば、電力変換装置１００ｄを冷却する第１流路９１ｄには、固定子６０ｄとコイル７０ｄを冷却する第２流路９２ｄよりも温度の低い冷媒が流れるため、電力変換装置１００ｄの温度上昇をさらに抑制することができる。
【００４３】
加えて図５では、回転子４０ｄ、固定子６０ｄ、電力変換装置１００ｄの何れかの回転軸方向にバッテリ１１０が配置され、固定子保持部８０ｄに固定されている。
【００４４】
バッテリ１１０は電力変換装置１００ｄに接続され、バッテリ１１０からは電動機の駆動に必要な電気エネルギーが供給される。なお、ホイール２０ｄの内周側（径方向内側）にバッテリ１１０を搭載する空間が不足する場合、車体側にもバッテリを搭載し、図示していない電力ケーブルによってバッテリ１１０へ電気エネルギーを供給してもよい。
【００４５】
第５実施例によれば、電力変換装置１００ｄの熱は第１流路９１ｃによって、固定子６０ｄとコイル７０ｄの熱は第２流路９２ｃによって放熱されるため、バッテリの温度上昇を抑制することができ、電力変換装置１００ｄや電動機よりも耐熱温度が低いバッテリをホイール内部に配置することができる。その結果、車体側にバッテリを搭載する必要がなくなり、車室空間の拡大が実現される。第５実施例では、車体側にバッテリを搭載し、電力ケーブルによってバッテリ１１０へ電気エネルギーを供給していた場合、電力ケーブルが断線した場合も電動機の運転を継続することができる。
【００４６】
さらに第５実施例では、ホイール２０ｄの内周側（径方向内側）にファン１２０が備えられている。ファン１２０は、ホイール２０ｄが回転した際に固定子保持部８０ｄへ向けて風を発生させ、バッテリ１１０または電動機を冷却する。この風は、ホイール２０ｄの回転によって発生させても、車両の走行風を導いて発生させてもよい。また、ファン１２０は回転子４０ｄに固定されても、回転子を覆う回転子保持部に固定されてもよい。
【００４７】
第５実施例によれば、ホイール２０ｄの内周側（径方向内側）備えたファン１２０によって、バッテリ１１０または電動機に風が流れるため、バッテリ１１０または電動機はより高い冷却効果を得ることができる。
【実施例６】
【００４８】
次に本発明の第６実施例について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第６の実施例に係るホイール駆動装置を搭載した電動車両の概略を示す図である。第５実施例では、第１実施例から第５実施例で説明したホイール駆動装置を電動車両に搭載した例を説明する。
【００４９】
ホイール駆動装置２００は、車両３００の前方２輪、または後方２輪、もしくは全４輪に搭載される。車両３００には、車両を制御する車両制御装置４００が搭載されている。ホイール駆動装置２００には、車両制御装置４００からそれぞれ通信線４１０を介して駆動力指令信号が与えられる。ホイール駆動装置２００は、この駆動力指令信号によって制御される。ホイール駆動装置２００は車両３００に搭載した大容量のバッテリ２１０を電源として駆動する。バッテリ２１０から各ホイール駆動装置２００への電力の供給は、電力線４２０を介して行われる。なお、バッテリは、第４実施例で説明したように、ホイール内に搭載するようにしても良い。
【００５０】
第６実施例によれば、電動機の冷却と電力変換装置の温度上昇を抑制することのできる電動車両を提供することができる。
【００５１】
以上の通り、各実施例によれば、固定子を保持する固定子保持部が冷媒の流れる流路を有し、流路が固定子と電力変換装置の間に構成されることにより、電動機の冷却と電力変換装置の温度上昇抑制が両立され、電力変換装置の寿命が向上する、という効果が得られる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…タイヤ
２０，２０ｃ，２０ｄ…ホイール
３０，３０ｃ，３０ｄ…回転軸
４０，４０ｃ，４０ｃ，４０ｄ…回転子
５０…軸受
６０，６０ｃ，６０ｄ…固定子
７０，７０ｃ，７０ｄ…コイル
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ…固定子保持部
８１，８２，８３，８４…凹部
８５，８６，８７…軸方向端部
９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ…流路
９１ｄ…第１流路
９２ｄ…第２流路
９３ｄ…中継流路
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…電力変換装置
１０１，１０２，１０３…蓋部材
１１０，２１０…バッテリ
１２０…ファン
２００…ホイール駆動装置
３００…車両
４００…車両制御装置
４１０…通信線
４２０…電力線 
【図１】
2020121655.tif 000003
【図２】
2020121655.tif 000004
【図３】
2020121655.tif 000005
【図４】
2020121655.tif 000006
【図５】
2020121655.tif 000007
【図６】
2020121655.tif 000008