(57)【要約】【課題】本発明は、電気自動車のインホイール・モータ用ステータ車軸を提供する。【解決手段】本発明では、電動式自動車の一つ以上のホイールは、モータ・ステータ取付け部分及びホイール車軸部分を有している統合構造体に取り付けられたロータとステータとを備えているモータを含む。統合構造体は、単一非強磁性体物質から作られている。ロータ筐体は、軸受を介してモータ・ステータ取付け部分の両側の車軸部分にジャーナルされる。ホイール・アセンブリは、モータによって駆動されるべくロータ筐体に取り付けることができる。強制空気冷却は、中空中央通路を通って供給される。プラグは、中空中央通路を通って供給される通路冷却を分離する。プラグは、通路を二つの異なるセクション、吸気及び排気に分離する。熱交換面が設けられた、複数のキャビティは、ステータ取付け部分内に含まれる。各キャビティの各端のチャネルは、中央通路へ径方向で延伸する。中央通路の一端から入った冷却エアは、中央通路の反対側の端を通って出される前に吸気チャネル、キャビティ及び排気チャネルを通って指向される。更なるチャネルは、ステータへのワイヤ接続を供給する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ・ステータ及びモータ・ロータを含んでいるホイールと、
単一非強磁性物質から作られた統合構造体と、
を備え、
前記構造体は、ホイール車軸部分とモータ・ステータ取付け素子部分とを有し、
前記ステータ取付け素子部分は、その軸線が前記車軸の軸線と同一線上にある円筒状構成を有し、
前記統合構造体は、前記車軸部分及び前記ステータ取付け素子部分の前記軸線に沿って延伸する中央通路を備え、かつ
前記モータ・ステータの少なくとも一つの強磁性セグメントは、前記ステータ取付け素子に直接接合されることを特徴とする電動自動車。
【請求項２】
円筒状のステータ取付け素子部分の直径は、前記軸線の方向でその長さよりも大きく、かつ前記車軸部分は、前記ステータ取付け素子部分の各軸側面で形成されたセクションを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動自動車。
【請求項３】
前記ロータは、前記ステータを放射状に取り囲んでおりかつ径方向エア・ギャップによってそれから離間された環状リング構成と、ロータ筐体とを備え、
前記ロータ筐体は、軸受を介して前記車軸部分にジャーナルされることを特徴とする請求項１に記載の電動自動車。
【請求項４】
前記ホイール車軸部分は、前記モータ・ステータ取付け素子の各軸側面で延伸し、かつ前記ベアリングは、前記モータ・ステータ取付け素子の両側の前記車軸部分に外接することを特徴とする請求項３に記載の電動自動車。
【請求項５】
ホイール・アセンブリが前記ロータ筐体に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の電動自動車。
【請求項６】
前記モータ・ロータ取付け素子部分は、前記ステータを冷却するために前記中央通路と連通する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動自動車。
【請求項７】
前記冷却手段は、
それぞれが前記軸線から一定の径距離にありかつ第１の端から第２の端まで前記軸線に平行な方向に延伸している円弧に沿って形成された複数のキャビティと、
前記キャビティに設けられた熱交換面と、
を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電動自動車。
【請求項８】
前記中央通路は、中空でありかつ前記通路全体に沿って直接的なエアのフローを防ぐための障壁を含み、前記障壁は、前記キャビティの前記第１及び第２の端の軸線に沿った場所の中間の位置で前記中央通路に配置され、かつ
前記冷却手段は、各キャビティから前記中央通路の開口まで径方向に延伸している各キャビティの各端でチャネルを更に備え、
それにより、前記中央通路の一つの端から入ってくるエアは、前記キャビティの前記第１の端へ吸気チャネルを通って、前記キャビティの前記第２の端へ前記キャビティ及び前記熱交換面を通って、前記第２の端で前記排気チャネルを通ってかつ前記中央通路へ指向されることを特徴とする請求項７に記載の電動自動車。
【請求項９】
前記モータ・ステータへのワイヤ・アクセスを供給するために前記ホイール車軸部分セクションの第１のセクションに少なくとも一つのチャネルを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動自動車。
【請求項１０】
前記第１のホイール車軸部分セクションの直径は、他のホイール車軸部分セクションの直径よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の電動自動車。
【請求項１１】
前記モータ・ステータは、互いに強磁性的に分離された複数の強磁性コア・セグメントを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式自動車に関し、特には、駆動モータと統合モータ取付け及びホイール車軸構造体とを含んでいる自動車ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
効率的でかつ汎用性のある直流モータ駆動の開発は、バッテリ駆動式電気自動車における有利な実施を提供した。その制御回路の有無に係わらず、自動車駆動モータは、ホイール・トラクションの直接供給のために自動車の一つ以上のホイールに組み込むことができる。係る構成は、その両方の特許は、本発明の出願人に共通して譲渡されかつその全体がここに採り入れられている、Ｍａｓｌｏｖ等による米国特許第６,６１７,７４６号及びＭａｓｌｏｖ等による米国特許第６,４９２,７５６号に例示されている。
【０００３】
図１は、上記米国特許第６,６１７,７４６号に開示された構造に類似する、モータが含まれた自動車ホイールの中心部の構造の部分３次元斜視図である。モータ１０は、環状永久磁石ロータ２０、及び径方向エアギャップによって分離された環状ステータ構造３０を備えている。ステータは、複数の強磁性的に分離した要素を備えている。透磁性材料で作られかつ互いに直接接触することから分離されたコア・セグメント３２は、その上に形成されたそれぞれの巻線３４を有する。ロータは、エアギャップの回りで円周上に分配されかつ環状バックプレート２４に固定された複数の永久磁石２２を備えており、透磁性材料で作られうる。各コア・セグメントは、その回りにステータ・コイル３４が巻き付けられる、連結部によって軸方向で接合された二つの磁極を備えている単一磁気構造である。米国特許第６,４９２,７５６号は、各磁極ペアの磁極が軸に垂直な方向で位置合せされるステータ・コア・セグメントを示す。
【０００４】
円筒状環状ロータ構造内で、ステータ・コア・セグメントは、その一つだけが図に示されている、二つのプレート４２によって堅く固定されている。各プレートは、外径と、及び内径を形成するその中心に円形切り抜き部分とを有している剛性円形構造である。内径は、固定軸４４に嵌合しかつ軸と一体となった部材４６に固定されるように大きさが決められる。プレート周縁に沿って、プレートは、ステータ・コア・セグメントの対応する貫通穴４８と結合するように、適宜に離間された、図示しない、穴が設けられている。プレートの各々は、軸に固定され、かつ結合穴を介してその各軸側でステータ・コア・セグメントに固定されかつ挟むように適宜に互いに離間される。嵌合するプレート構造は、米国特許第６,４９２,７５６号により詳細に示されている。それゆえに、環状リングは、ロータからエアギャップにわたり軸方向で同一空間的に位置合せされるステータ・コア・セグメントで形成されている。固定軸、プレート及びステータ構造は、環状ロータ・バックプレート及び永久磁石が取り付けられた筐体５０内に含まれている。筐体は、適宜なブシュ及び軸受を通ってプレートの外側の軸にジャーナルされる。
【０００５】
“インホイール”モータ構築は、いくつかの課題を提起する。かなりの製造の複雑性は、ホイール車軸に関して分離されかつ位置決めされたモータ・ステータ及び固定軸を維持するための適切な構造的支援を提供することに含まれる。ステータ及びホイール車軸が別々の断片から製造されるときに、それらは、ずれを最小化するために非常に高い精度で製造されかつ非常に正確に一緒に結合されなければならない。これらの別々の部品は、異なる熱膨張率により、温度サイクル中に更なるひずみを生成する、異なる材料でしばしば作られている。また、異種材料の使用は、ガルバニック作用を助成しかつ腐食を速める。これらのディトラクタの各々は、未完成なモータ及びシステム障害の可能性を増大する。ステータ素子への電気接続の供給及び温度管理のためのステータへの流体のチャネリングは、更なる課題を提供する。スリーブがとがった角からワイヤを保護するために要求されうるし、かつシールがモータを冷却するために用いられる流体を包含するために要求されうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、温度サイクル及び機械的及び電気的負荷中にステータと車軸との間のひずみを減少させ、かつより容易な分解/組立のサービスを提供する、ステータへの電気的ワイヤ・アクセス及びステータへの冷却液フローを提供する統合ホイール及び車軸構造に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ホイール車軸部分及びモータ・ステータ取付け素子部分を有している統合構造体に取り付けられたモータ・ステータ及びモータ・ロータを含んでいる一つ以上のホイールを有している電動式自動車の提供により、少なくとも部分的に、上述した必要性を満たす。構造体は、単一非強磁性物質で組み立てられている。ステータ取付け素子部分は、車軸の軸と同一直線上にある軸を有する円筒状構造を有する。モータ・ステータの少なくとも一つの強磁性セグメントは、ステータ取付け素子部分に直接接合される。モータ・ステータは、互いに強磁性的に分離されかつ統合構造体のステータ取付け素子部分に取り付けられた複数の強磁性コア・セグメントを備えているのが好ましい。係る分離は、ロータ素子との相互作用を最大化するためにフラックス濃度を向上させる。
【０００８】
車軸部分は、その直径よりも大きい長さを有している円筒形の軸である；円筒形ステータ取付け素子の直径は、軸方向においてその長さよりも大きい。ホイール車軸部分は、モータ・ステータ取付け素子の各軸側で延伸している。両方の車軸セクションは、以下の説明において車軸部分と集合的に呼ばれる。ロータは、径方向エアギャップの回りでステータを取り囲む環状リング構造を有する。ロータ筐体は、軸受を介してモータ・ステータ取付け素子の両側の車軸部分にジャーナルされる。ホイール・アセンブリは、ロータ筐体に取り付けられ、それによりロータによって駆動される。
【０００９】
中空中央通路は、車軸部分及びステータ取付け素子部分の軸に沿って延伸する。通路のプラグは、通路全体に沿った直接通路におけるエアのフローを防ぐ。熱交換フィンまたは他の冷却面が設けられた、複数のキャビティは、ステータ取付け素子部分内に含まれる。各キャビティは、軸から一定の径方向距離で円弧を形成しかつ第１の端から第２の端まで軸に平行な方向に延伸する。各キャビティの各端におけるチャネルは、各キャビティから中央通路の開口まで径方向に延伸する。中央通路のプラグは、キャビティの第１及び第２の端の軸に沿った場所の中間の位置に配置される。それゆえに、中央通路の一端から入ってくるエアは、キャビティの第１の端へ吸気チャネルを通って、キャビティの第２の端へキャビティ及び熱交換面を通って、出口に近い中央通路に第２の端の排気チャネルを通って指向される。ホイール車軸部分は、モータ・ステータへのワイヤ・アクセスを供給する一つ以上のチャネルを更に含む。
【００１０】
本発明の更なる効果は、本発明を実行することを意図した最良の態様の単なる説明の目的で、本発明の好適な実施形態だけが示されかつ説明される、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。理解されるように、本発明は、その他及び異なる実施形態が可能であり、かつそのいくつかの詳細は、全てが本発明から逸脱することなく、様々な自明な形態における変更が可能である。従って、図面及び記述は、事実上説明のためであり、限定のためではないと考えられるべきである。
【実施例】
【００１１】
本発明では、ステータ素子は、車軸部分及びステータ素子取付け部分を含む統合構造体に直接取り付けられる。ロータは、ステータを径方向に取り囲みかつ径方向エアギャップによってステータから分離されている。図２は、突起５３でロータ・カバー５２が取り付けられたロータ筐体５０を示す斜視図である。自動車ホイールは、ロータ筐体に取り付けられかつ固定することができる。ロータは、内側軸受保持リング５６内に保持される軸受を通って、統合構造体の内側部分である、車軸部分６０にジャーナルされる。以下に説明する、他の図からはっきり分かるように、統合構造体は、ステータ取付け部分の各軸側に形成された車軸部分を含む。車軸部分セクション６０は、その全てが軸に平行に一般的に配向される、中空中央通路６２、ケーブル・チャネル６４、及び取付け穴６６を含む。中央通路６２だけが統合構造体全体を通して延伸する。ケーブル・チャネル６４は、電源及びモータ制御部にステータ素子へのアクセスを供給する。取付け穴６６は、自動車フレームへのホイールのアタッチメントを供給する。５つのケーブル・チャネル及び５つの取付け穴を示しているが、図示した数は、説明目的のためでありかつ特定のニーズに適合すべく調整されうるということが理解されるべきである。例えば、ケーブル・チャネルの数は、ステータ素子の数及びアクセスの必要性に関して決定されうる。
【００１２】
図３は、ホイールの内側が右を向いている、自動車ホイールの側面図である。図４は、ホイールの内側の図である。内側は、図２の斜視図に示されている。図５は、ホイールの外側の図である。ホイールの外側の車軸部分６１は、車軸部分６０の直径よりも小さい直径である。外側車軸セクションの軸受は、軸受保持リング５７によって保持されている。ロータ筐体の穴５８は、タイヤ・アセンブリをホイールに取り付けるための手段を供給する。
【００１３】
図６は、ホイールの軸に垂直な面である、図３の断面６−６で切り取ったホイールの部分図である。永久磁石２２は、ロータ筐体５０に取り付けられた、バック・アイアン２３に沿って分配される。磁石は、ステータ・セグメント３２の向かいに径方向エアギャップに沿って磁気極性が交互に配置される。ステータ・セグメントは、注封材料で適切に封入された巻線３４がその上に形成される強磁性コアを備えている。
【００１４】
図７ａ及び図７ｂは、それぞれステータ素子３２の斜視図及び断面図を示す。強磁性コアは、二つの磁極セクション３６をリンクするベース・セクション３３を含む。セクション３３及び３６は、強磁性材料の単一の構成要素または複数の構成要素から作られうる。磁心ベース・セクション３３の切れ込み３５は、クランプまたは同等手段を介して統合支持構造体へのアタッチメントを可能にする。巻線３４は、ステータ・ポール上に形成され、かつ例えば、エポキシ注封材料３９で封入される。巻線からのリード線４０は、ホイールの外側の電源及びコントローラへの接続のために注封材料から延伸する。サーミスタ４１は、温度センサとして供給されうる。
【００１５】
図６に示すように、ステータ・セグメントは、アルミニウムのような、非強磁性材料から作られる、総合支持構造体のステータ取付け部分６８に取り付けられる。それゆえに、ステータ・コアは、互いの強磁性コンタクトから個別に分離される。図示した実施形態には１５個のステータ・セグメント及び１８個のロータ永久磁石が示されているが、ロータ磁石とステータ・セグメントの様々な他の多くの組合せが本発明の範囲内にあるということが理解されるべきである。
【００１６】
中央通路６２及びケーブル・アクセス・チャネル６４は、以下に説明する、図８からはっきり分かるように、内側車軸部分６０からステータ取付け部分６８に延伸する。更にステータ取付け部分内に形成されるものは、熱交換面７２を有しているキャビティ７０である。５個のそのようなキャビティが図示されており、各キャビティは、軸から一定の半径距離で円弧形状の断面構成を有する。キャビティは、ステータ取付け部分、それゆえにその上に取り付けられたステータ・セグメントの冷却を供給するために均等に分配される。キャビティの数及びその環状の程度は、構造及びエア・フロー要件により、変化されうる。キャビティ７０は、図８に関して説明したような方法で中央通路６２と連通する。
【００１７】
図８は、図４の断面８−８で切り取った、ホイールの断面図である。ホイール軸に平行である、断面は、ステータ・ポール対のアライメントに平行な角度で図の下方部分に示したステータ・セグメントを横切る平面にある。図の上方部分に図示したポール対は、図６に示したセクションから理解できるように、図の下方部分のステータ・セグメントから角度的に変位される。図８の断面平面は、それゆえにそのポール対アライメントに関してある角度で上部ステータ・セグメントを横切る。各ステータ・セグメントは、支持構造体に連結すべく適宜にスレッドすることができるクランプ４３によってステータ支持構造体６８に取り付けられうる。
【００１８】
統合支持構造体は、外側セクションがケーブル・チャネル及び取付け穴を包囲しないように、内側車軸部分セクション６０及び外側車軸部分セクション６１に接合されたステータ素子支持部分６８を形成することが図８から理解することができる。内側車軸セクション６０の直径は、軸方向におけるその長さよりも小さい。ステータ素子支持セクション６８の直径は、軸方向におけるその長さよりも大きい。車軸支持セクション６１の直径が車軸支持セクション６０の直径よりも小さいように、軸受５４及び５５は、軸から、それぞれ、異なる径方向距離にある。ステータ・セグメント・ワイヤリング・リード線へのアクセスは、ケーブル・アクセス・チャネル６５及び６７を通して供給される。ケーブル・リード線の配置に対してとがった角または妨害物が存在しないので、保護スリーブを供給することは必要ではない。
【００１９】
中空中央通路６２は、通路の回りの外周に分配されたチャネル７３及び７５を含む。図示したように、吸気チャネル７３は、キャビティ７０の左端と垂直に位置合せされかつ排気チャネル７５は、キャビティ７０の右端と垂直に位置合せされる。両方のチャネル７３及び７５は、中央通路６２からキャビティ７０の両端まで放射状に延伸する。中央通路６２は、内側車軸部分６０に供給された冷却エアの入力を可能にする。プラグ７６は、チャネル７３と７５との間にある軸に沿った場所で中央通路６２に位置している。プラグは、車軸部分６０における注入口から外側車軸部分６１における排気口まで中央通路６２に沿って冷却エアの直接フローを防ぐ障壁である。
【００２０】
図示した実施形態では、キャビティの熱交換面を通してクーラント・エアの比較的均等な分配を可能にするために３個のクーラント吸気チャネル７３及び３個の対応する排気チャネル７５が各キャビティ７０に供給されることが好ましい。５個のキャビティ７０がこの実施形態には供給されているので、１５個の吸気チャネル７３及び１５個の排気チャネル７５がステータ支持部分６８に形成される。それゆえに、冷却エア・フロー経路は、通路６２の注入口から横断し、１５個の吸気チャネル７３を通って、５個のキャビティ７０を通って、１５個の排気チャネル７５を通って、中央通路６２を通って外方向に出てゆく。中央通路６２、吸気チャネル７３、キャビティ７０及び排気チャネル７５の有効エリアは、冷却システムにおける圧力降下を最小化するために近接して連結される。
【００２１】
この開示では、本発明の好適な実施形態及びその汎用性のいくつかの例だけが示されかつ記述されている。本発明は、様々な他の組合せ及び環境における使用が可能でありかつここに記述されたような発明の概念の範囲内での変形または変更が可能であるということが理解されるべきである。例えば、冷却キャビティ、冷却チャネル、通路穴及び/又はケーブル・チャネルの数における変化を示しうる、異なる数のステータ素子及びロータ磁石が利用されることは、本発明の予期内である。また、本発明は、統合支持構造体に取り付けられたステータ・コアが単一の強磁性片であるようなモータに適用可能である。本発明の概念は、永久磁石モータに限定されないし、そして、例えば、リラクタンス・モータにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来技術のモータの部分三次元斜視図である。
【図２】図２は、本発明の自動車ホイールの斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す自動車ホイールの側面図である。
【図４】図４は、図２のホイールの内部図である。
【図５】図５は、図２のホイールの外部図である。
【図６】図６は、図３の断面６−６で切り取った、図２に示すホイールの部分図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明のステータ素子の斜視図である。
【図７ｂ】図７ｂは、図３ａに示したステータ素子の部分図である。
【図８】図８は、図４の断面８−８で切り取ったホイールの部分図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
2007511403.tif 000009
【図７ｂ】
2007511403.tif 000010
【図８】
2007511403.tif 000011
【国際調査報告】
2007511403.tif 000012
2007511403.tif 000013
2007511403.tif 000014
2007511403.tif 000015
2007511403.tif 000016