(57)【要約】【課題】  ケーシング内部に封入され、攪拌、かつ、熱交換される気体や液体などの冷却媒体を使用して、モータのコイルなどの発熱部を冷却する構造とすることにより、高い冷却効果を得ることを可能にすると共に、異物の影響によってケーシング内部の発熱部などの故障の発生を低減する。【解決手段】  インホイールモータ１のホイール９におけるケーシング１４を、略密閉構造にする一方、ケーシング１４内部に封入した冷却媒体を、受熱フィン２２Ａ（攪拌機２３により冷却媒体が流れる）と放熱フィン２２Ｂ（送風機２５により強制的に送風される）とを備えた熱交換器２２により熱交換して、コイル２などの発熱部を冷却する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内部に配設された発熱部を冷却する装置であって、
前記ケーシングを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部と、外気と接触して前記受熱部が受けた熱を放出する外側の放熱部と、を備えた熱交換手段を設けると共に、該ケーシング内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段を配設したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記攪拌手段は、回転駆動手段と、該回転駆動手段によって回転駆動される攪拌用ファンと、を備えた攪拌機であることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記放熱部を強制的に冷却するための送風を行う送風手段を、前記ケーシング外部に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記発熱部は、ステータとロータとを備えたモータの発熱部であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記モータは、コイルと鉄心を有するインナーステータと、該インナーステータ周りを回転自由となるように回転自由に軸支され、永久磁石と鉄心を有するアウターロータとを備えたアウターロータ式のモータであることを特徴とする請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
前記アウターロータ式のモータは、タイヤが保持されたホイールに固定取付されてなる電動車両のインホイールモータであって、前記ホイールに前記ケーシングが形成されることを特徴とする請求項５記載の冷却装置。
【請求項７】
前記電動車両のインホイールモータの回転中心軸は固定された車輪軸であり、該車輪軸に、前記攪拌手段及び前記送風手段のうちの少なくとも一方が取り付けられることを特徴とする請求項６記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシング内部に配設された発熱部を冷却する装置に関し、特に、冷却媒体により強制的に発熱部を冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モータは、ロータ（回転子）と、そのその外周または内周に位置するステータ（固定子）を備えて構成されており、ロータまたはステータは、鉄心回りに、断面が円形の銅線等の金属線を巻回したもの、即ち、コイルを設けて構成する。このモータでは、高負荷、低速回転時に、特に、コイルなどが発熱し、これらの発熱部の冷却が必要となる。
【０００３】
例えば、モータのうち、ロータがステータの外周に位置する、所謂、アウターロータ式のインホイールモータは、例えば、東京電力が開発した「ＩＺＡ」や、特許文献１〜３などに示されているが、従来では、ホイールの一部を開放し、モータのコイルなどの発熱部を外気に曝して、その冷却を行うようにしている。
【特許文献１】特開平１−２９８９０３号公報
【特許文献２】特開平１１−１８７５０６号公報
【特許文献３】特開２００３−３００４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の発熱部の冷却構造では、例えば、ホイールの一部を開放し、コイルなどの発熱部を大気に曝して自然換気で冷却を行っているため、冷却効果に乏しい。特に、ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるため、自然換気量が少なく、より冷却効果に劣る。
【０００５】
また、この冷却構造では、ホイールの密閉性に劣るため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件の悪い場所で用いられることが多いゴルフカートのインホイールモータでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに掛かり易く、外気と共にこれら異物が内部に入り易く、コイルなどに悪影響を与えてしまうため、故障が生じ易いという欠点がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためなされたものであり、略密閉構造のケーシング内部に封入され、攪拌、かつ、熱交換される気体や液体などの冷却媒体を使用して、モータのコイルなどの発熱部を冷却する構造とすることにより、高い冷却効果を得ることを可能にすると共に、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物の影響によってケーシング内部の発熱部などの故障の発生を低減した冷却装置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】
【０００７】
上記した課題を解決するため、請求項１に係る発明の冷却装置は、ケーシング内部に配設された発熱部を冷却する装置であって、前記ケーシングを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部と、外気と接触して前記受熱部が受けた熱を放出する外側の放熱部と、を備えた熱交換手段を設けると共に、該ケーシング内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段を配設したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明の冷却装置は、前記攪拌手段は、回転駆動手段と、該回転駆動手段によって回転駆動される攪拌用ファンと、を備えた攪拌機であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明の冷却装置は、前記放熱部を強制的に冷却するための送風を行う送風手段を、前記ケーシング外部に設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明の冷却装置は、前記発熱部は、ステータとロータとを備えたモータの発熱部であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明の冷却装置は、前記モータは、コイルと鉄心を有するインナーステータと、該インナーステータ周りを回転自由となるように回転自由に軸支され、永久磁石と鉄心を有するアウターロータとを備えたアウターロータ式のモータであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明の冷却装置は、前記アウターロータ式のモータは、タイヤが保持されたホイールに固定取付されてなる電動車両のインホイールモータであって、前記ホイールに前記ケーシングが形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明の冷却装置は、前記電動車両のインホイールモータの回転中心軸は固定された車輪軸であり、該車輪軸に、前記攪拌手段及び前記送風手段のうちの少なくとも一方が取り付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明の冷却装置によれば、ケーシングを、略密閉構造にする一方、このケーシング内部に封入した気体、液体などの冷却媒体を、受熱部と放熱部とを備えた熱交換手段により熱交換して、発熱部を冷却するようにしたから、従来のように発熱部を大気に曝して、自然換気する冷却構造よりも、格段に冷却効果が優れている。
【００１５】
しかも、ケーシング内部に攪拌手段を設けたため、冷却媒体が攪拌され、このように冷却媒体が攪拌されることで、冷却媒体か受熱部の方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱部に強制的に移動されて、熱伝導し易くなるため、ケーシング内部は略密閉構造であっても、熱がこもり難く、温度上昇し難くなり、効率の良い冷却が行える。
【００１６】
また、ケーシングが略密閉構造にしたため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物がケーシング内部に入り難くなり、これら異物によるコイルなどの故障の発生を低減することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明の冷却装置によれば、攪拌手段を、回転駆動手段と攪拌用ファンとを備えた攪拌機から容易に製作できる。
【００１８】
請求項３に係る発明の冷却装置によれば、外部の放熱部は、送風手段によって送風がなされて、強制的に冷却されるため、放熱が促進される。
【００１９】
請求項４及び５に係る発明の冷却装置によれば、一般のモータ或いはアウターロータ式のモータのコイルなどの発熱部を効果的に冷却できる。
【００２０】
請求項６に係る発明の冷却装置によれば、ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるが、冷却媒体により強制的に冷却するため、より効果的であり、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件に悪い場所で用いられることが多いこれら車両のインホイールモータなどでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに掛かり易いものの、異物がホイールに入り難く、より効果的である。
【００２１】
請求項７に係る発明の冷却装置によれば、固定された車輪軸に、攪拌手段、送風手段を取り付けるようにしたから、これらの取付部位に苦慮することがなく、しかも、安定した取付状態が得られ、結果、攪拌動作、送風動作も確実なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。本発明に係る冷却装置は、図１に示すように、ケーシングＡ内部に配設された発熱部Ｂを冷却する装置であり、ケーシングＡを略密閉構造とすると共に、その内部に冷却媒体を封入する一方、該ケーシングＡに、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部Ｃ−１と、外気と接触して前記受熱部Ｃ−１が受けた熱を放出する外側の放熱部Ｃ−２と、を備えた熱交換手段Ｃを設けると共に、該ケーシングＡ内部に、前記冷却媒体を攪拌する攪拌手段Ｄを配設するように構成されており、具体的には、次のように構成されている。
【００２３】
図２は、本発明に係るモータの冷却システムの一例としての、電動車両のインホイールモータの冷却システムの一実施形態を示している。すなわち、インホイールモータ１は、この図に示すように、例えば、ゴルフ場で使用されるゴルフカートなどの電気自動車の車体（図示せず）側に固定され、コイル２と鉄心３を有するインナーステータ４と、該インナーステータ４周りを回転自由となるように車体側に軸支され、永久磁石５と鉄心としてのロータヨーク６を有するアウターロータ７とを備えたモータユニットを、タイヤ８を保持したホイール９に取り付けたものである。
【００２４】
前記車体には、センターシャフト１０が固定されており、このセンターシャフト１０にはハブ１１が固定される。なお、電動車両の車輪軸は、モータの回転中心軸を構成しており、インホイールモータ１の車輪軸（回転中心軸）を、固定軸部材である前記のセンターシャフト１０およびハブ１１から構成してある。なお、センターシャフト１０は図示しないが他方の車輪のホイールとも連結されている。
【００２５】
前記ホイール９は、タイヤ８を保持するリム部材１２と、該リム部材１２にボルト１３等によって締結されたケーシング１４とから構成されており、ハブ１１の周りを回転自由に設けられている。ケーシング１４は、アウターロータ７を内周面に組み付けた略筒状の外蓋１４Ａと、該外蓋１４Ａにボルト１５等によって締結されて、当該外蓋１４Ａの車体内方側の開放口を塞ぐ略筒状の内蓋１４Ｂとからなる。
【００２６】
上述した構造のホイール９のケーシング１４は、外蓋１４Ａの支持溝１４ａと内蓋１４Ｂの支持孔１４ｂを介してハブ１１周りに挿通され、ハブ１１外周と支持溝１４ａとの間および該ハブ１１外周と支持孔１４ｂとの間にそれぞれ介装された軸受１６、１７によって、ハブ１１周りに回転自由に支持される。
【００２７】
また、軸受１７内側に近接した位置のハブ１１外周と支持孔１４ｂとの間には、リング状のゴムパッキン等から構成されるシール部材１８が装着されている。従って、ホイール９のケーシング１４は、略密閉構造となっており、その内部に気体、液体などの冷却媒体が封入されている。
【００２８】
前記インナーステータ４は、リング状に形成され、鉄心３の複数の巻線部周りに金属線をそれぞれ巻回して形成したコイル２を設けて構成される。かかるインナーステータ４は、センターシャフト１０に固定されたハブ１１周部に嵌挿されて、その両端が該ハブ１１外周に離間して固定された２つのリング状のステータ固定板１９、２０にボルト２１等により締結される。
【００２９】
前記アウターロータ７のロータヨーク６は、リング状に形成され、該ロータヨーク６の内周面には、軸方向に貫通し、かつ、間隔をもって列設された多数の磁石用の溝（図示せず）が形成され、この磁石用の溝に多数設けられた永久磁石５がそれぞれ嵌合取付される。かかるアウターロータ７は、外蓋１４の内周面に組み付けられる。
【００３０】
ここで、ケーシング１４には、その内部の冷却媒体と接触して該冷却媒体の熱を受ける内側の受熱部としての多数の受熱フィン２２Ａと、外気と接触して受熱フィン２２Ａが受けた熱を放出する外側の放熱部としての多数の放熱フィン２２Ｂと、を備えた熱交換手段としての熱交換器２２が設けられている。
【００３１】
この場合、受熱フィン２２Ａは、ケーシング１４の内蓋１４Ｂの端壁部の内面に、軸方向に突出して、中心部から外周部にかけて、かつ、周方向に沿って列状に多数個が一体成形されて設けられている。一方、放熱フィン２２Ｂは、内蓋１４Ｂの端壁部の外面に、軸方向に突出して、中心部から外周部にかけて、かつ、周方向に沿って列状に多数個が一体成形されて設けられている。
【００３２】
また、ケーシング１４内部には、その内部の冷却媒体を攪拌する攪拌手段として、回転駆動手段としてのモータ２３Ａと、該モータ２３Ａによって回転駆動される攪拌用ファン２３Ｂと、を備えた複数の攪拌機２３が設けられている。
【００３３】
かかる攪拌機２３は、アウターロータ７と受熱フィン２２Ａとの間のハブ１１周部位置に、周方向に沿って間隔をもって配設され、それぞれのモータ２３Ａが取付部材２４によってハブ１１に取り付けられ、攪拌用ファン２３Ｂが受熱フィン２２Ａの方向に向けられている。この場合、攪拌用ファン２３Ｂは、冷却媒体が受熱フィン２２Ａに向かって流れるような回転方向に設定される。
【００３４】
さらに、ケーシング１４外部には、放熱フィン２２Ｂを強制的に冷却するための送風を行う送風手段として、回転駆動手段であるモータ２５Ａと、該モータ２５Ａによって回転駆動される送風用ファン２５Ａと、を備えた複数の送風機２５が設けられている。
【００３５】
この送風機２５は、内蓋１４Ｂから突出するハブ１１周部位置に、周方向に沿って間隔をもって配設され、それぞれのモータ２５Ａが取付部材２６によってハブ１１に取り付けられ、送風用ファン２５Ａが放熱フィン２２Ｂの方向に向けられている。この場合、送風用ファン２５Ａは、空気が放熱フィン２２Ｂに向かって流れるような回転方向に設定される。
【００３６】
かかる構成のインホイールモータ１を装備した電気自動車においては、インナーステータ４のコイル２に通電してこれを励磁すれば、インナーステータ４周りをアウターロータ７が回転し、ホイール９を介してタイヤ８が回転して走行する。
【００３７】
そして、ケーシング１４内部に封入されている気体、液体などの冷却媒体が、例えば、インナーステータ４の隣り合う巻線部同士の間隔部およびアウターロータ７とインナーステータ４間などの発熱部に行き渡り、これらを冷却することで受熱する。
【００３８】
ケーシング１４内部の攪拌機２３は、そのモータ２３Ａが作動されることで、その攪拌用ファン２３Ｂが回転駆動され、従って、ケーシング１４内部の冷却媒体が攪拌される。このように冷却媒体が攪拌されることで、冷却媒体か受熱フィン２２Ａの方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱フィン２２Ａに強制的に移動されて、熱伝導し易くなる。
【００３９】
受熱フィン２２Ａに熱伝導された冷却媒体の熱は、放熱フィン２２Ｂに熱伝導され、放熱される。この場合、ケーシング１４外部の送風機２５は、そのモータ２５Ａが作動されることで、その送風用ファン２５Ｂが回転駆動され、従って、放熱フィン２２Ｂに送風がなされて、該放熱フィン２２Ｂが冷却されて効率良く放熱される。
【００４０】
よって、このような動作が連続的に行われて、ケーシング１４内部の冷却媒体が熱交換によって低温に維持され、発熱部が常に冷却媒体によって冷却される。
【００４１】
以上の構成においては、インホイールモータ１のホイール９におけるケーシング１４を、略密閉構造にする一方、このケーシング１４内部に封入した気体、液体などの冷却媒体を、受熱フィン２２Ａと放熱フィン２２Ｂとを備えた熱交換器２２により熱交換して低温に維持し、この冷却媒体により、例えば、インナーステータ４の隣り合う巻線部同士の間隔部およびアウターロータ７とインナーステータ４間などの発熱部を冷却するようにしたから、次のような利点がある。
【００４２】
すなわち、従来のように発熱部を大気に曝して、自然換気する冷却構造よりも、格段に冷却効果が優れ、特に、インホイールモータ１の低回転時には、効果的な冷却が得られる。
【００４３】
しかも、ケーシング１４内部に攪拌機２３を設けたため、冷却媒体が攪拌され、このように冷却媒体が攪拌されることで、上述したように、冷却媒体か受熱フィン２２Ａの方に流れ易くなり、冷却媒体が受けた熱が受熱フィン２２Ａに強制的に移動されて、熱伝導し易くなるため、ケーシング１４内部は略密閉構造であっても、熱がこもり難く、ケーシング１４内部の温度上昇を抑えて、冷却媒体を低温に維持できるため、効率の良い冷却が行える。
【００４４】
また、外部の放熱フィン２２Ｂは、送風機２５によって送風がなされて、強制的に冷却されるため、例え、車両が低速で走行していて、ホイール９の回転時に発生する風が少なくても、放熱が促進される。なお、ホイール９の回転時に発生する風だけで放熱フィン２２Ｂの冷却が十分に行える場合には、送風機２５を別に設けなくとも良い。
【００４５】
さらに、ケーシング１４が略密閉構造にしたため、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物がケーシング１４内部に入り難くなり、これら異物によるコイル２などの故障の発生を低減することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、固定された車輪軸（本実施形態では、ハブ１１）に、攪拌機２３、送風機２５を取り付けるようにしたから、これらの取付部位に苦慮することがなく、しかも、安定した取付状態が得られ、結果、攪拌動作や送風動作も確実なものとなる。
【００４７】
上記の攪拌機２３、送風機２５は、実施形態で示したように複数台に限らず、１台だけ設置しても良いし、その設置場所、取付部位もどこでも構わない。また、熱交換器２２における受熱フィン２２Ａ、放熱フィン２２Ｂを設ける位置は、実施形態のように、内蓋１４Ｂの端壁部に限らず、ケーシング１４であればどこでも良く、実施形態で示したフィン形態に限らず、他の形態のフィンでも良い。さらに、フィンに限らず、他の構造の受熱部、放熱部でも良い。
【００４８】
また、本発明を、アウターロータ式のインホイールモータ１に適用したが、アウターロータ式のモータ全般に適用でき、その他、全てのモータに適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
ゴルフカート、工事用車両、農業用車両などに用いられるインホイールモータでは、低速回転で使用されるが、冷却媒体により強制的に冷却するため、より有利であり、特に、放熱部の送風を行う送風手段を設ければ、低速回転であっても、放熱を効果的に行える。また、泥水、埃、粉塵、鉄粉、砂鉄などの異物のある環境条件に悪い場所で用いられることが多いこれら車両のインホイールモータなどでは、車両の走行中にこれら異物がホイールに入り難く、より有利である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明に係る冷却装置を示す概略図である。
【図２】図２は、同上の冷却装置の一例としての、電動車両のインホイールモータの冷却装置の一実施形態を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ  ケーシング
Ｂ  発熱部
Ｃ  熱交換手段
Ｃ−１  受熱部
Ｃ−２  放熱部
Ｄ  攪拌手段
１  インホイールモータ
４  インナーステータ
７  アウターロータ
９  ホイール
１４  ケーシング
２２Ａ  受熱フィン
２２Ｂ  放熱フィン
２２  熱交換器
２３  攪拌機
２５  送風機
【図１】
2011024387.tif 000003
【図２】
2011024387.tif 000004