(57)【要約】【課題】回転電動機の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンドを効率的に冷却することができる回転電動機およびこの回転電動機を備えたインホイールモータ駆動装置を提供する。【解決手段】回転電動機は、ステータ５とロータとを備える。ステータ５は、複数の歯部７ａが円環状に並ぶステータコア８、および各歯部７ａにそれぞれ巻回されたステータコイル９を有する。冷却用の冷却媒体流路３６と案内板３７とを有する。冷却媒体流路３６は、上部に位置するコイルエンド９ａの上方に冷却媒体Ｒを導く。案内板３７は、冷却媒体流路３６の吐出口３６ｃから吐出される冷却媒体Ｒを、冷却媒体案内面３８で受け、ステータ５の円周方向に案内してコイルエンド９ａに流す。冷却媒体案内面３８における吐出口３６ｃの直下の位置に、冷却媒体Ｒが円周方向に逆流するのを阻害する突起部３７ｄが設けられている。【選択図】図４
2019013101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータと、このステータの半径方向内方に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとを備え、前記ステータは、複数の歯部が円環状に並ぶステータコア、および前記各歯部にそれぞれ巻回されたステータコイルを有する回転電動機において、
前記ステータコイルのコイルエンドを冷却媒体により冷却する冷却機構を備え、
この冷却機構は、前記複数の歯部のうちの上部に位置する歯部に巻回された前記コイルエンドの上方に前記冷却媒体を導く冷却媒体流路と、この冷却媒体流路の吐出口から吐出される冷却媒体を上面からなる冷却媒体案内面で受け、その冷却媒体を、前記コイルエンドに沿って前記ステータの円周方向に案内して前記コイルエンドに流す円弧状の案内板とを有し、
前記案内板の前記冷却媒体案内面における前記吐出口の直下の位置に、前記直下の位置を超えて前記冷却媒体案内面上の前記冷却媒体が円周方向に逆流するのを阻害する突起部が設けられていることを特徴とする回転電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電動機において、前記案内板は、円周方向に並んで配置され前記冷却媒体案内面を流れる前記冷却媒体を前記コイルエンドに向けて落下させる複数の貫通孔を有する回転電動機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転電動機において、前記案内板は、前記ステータコイルにより前記ステータコアに固定されている回転電動機。
【請求項４】
車輪を支持する車輪用軸受と、この車輪用軸受の回転輪を回転させる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転電動機とを備えたインホイールモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に搭載される回転電動機およびこの回転電動機を備えたインホイールモータ駆動装置に関し、電動機内部、特にステータコイルで発生する発熱を効率よく冷却することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電動機の小型化、高出力化に伴う回転電動機内部の発熱の増加が課題となっている。回転電動機内部の発熱の主なものとしては、電流を通電することによるステータコイルの発熱（銅損）が挙げられ、これを効率よく冷却することで高出力化が可能となる。
【０００３】
ステータコイルの冷却に関して、例えば特許文献１が提案されている。この提案の回転電気の冷却装置は、コイルエンド上部に設けられた冷却油パイプから吐出される冷却油によりコイルエンドを冷却する。なお、コイルエンドとは、ステータコイルにおけるステータの軸方向端面よりも外側に突出した部分のことを言う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１５６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の手法は、冷却油パイプから吐出される冷却油を単にコイルエンド上に落下させるだけであるため、コイルエンド全体に冷却油が行き渡りにくく、冷却が十分であるとは言えない。また、車両の加減速時に、冷却油パイプから吐出される冷却油が車両の進行方向の前方または後方に流れるため、コイルエンドに対する冷却油のかかり方に偏りが発生し、コイルエンドを均等に冷却できないと考えられる。
【０００６】
この発明の目的は、回転電動機の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンドを効率的に冷却することができる回転電動機、およびこの回転電動機を備えたインホイールモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の回転電動機は、環状のステータと、このステータの半径方向内方に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとを備え、前記ステータは、複数の歯部が円環状に並ぶステータコア、および前記各歯部にそれぞれ巻回されたステータコイルを有する回転電動機において、
前記ステータコイルのコイルエンドを冷却媒体により冷却する冷却機構を備え、
この冷却機構は、前記複数の歯部のうちの上部に位置する歯部に巻回された前記コイルエンドの上方に前記冷却媒体を導く冷却媒体流路と、この冷却媒体流路の吐出口から吐出される冷却媒体を上面からなる冷却媒体案内面で受け、その冷却媒体を、前記コイルエンドに沿って前記ステータの円周方向に案内して前記コイルエンドに流す円弧状の案内板とを有し、
前記案内板の前記冷却媒体案内面における前記吐出口の直下の位置に、前記直下の位置を超えて前記冷却媒体案内面上の前記冷却媒体が円周方向に逆流するのを阻害する突起部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、冷却媒体が冷却媒体流路を通って、上部に位置する歯部に巻回されたステータコイルのコイルエンドの上方に導かれ、吐出口から吐出される。その冷却媒体を、案内板の冷却媒体案内面が受け、ステータの円周方向に案内して、コイルエンドに冷却媒体を流す。案内板により円周方向に並ぶ各コイルエンドの適正位置まで冷却媒体を案内することができるため、コイルエンド全体に冷却媒体を行き渡らせて、コイルエンドを効率的に冷却することができる。つまり、案内板を設けることで、回転電動機の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンドを効率的に冷却することが可能である。上部のコイルエンドを冷却した後、冷却媒体は上部のコイルエンドから落下し、下部のコイルエンドを冷却する。
【０００９】
また、案内板の冷却媒体案内面における吐出口の直下の位置に突起部が設けられていることにより、以下の作用が得られる。例えば、この回転電動機を電動車両の車両駆動装置に使用する場合、電動車両の加減速時に、冷却媒体案内面上の冷却媒体が、進行方向の前方側となる円周方向の一方側から進行方向の後方側となる円周方向の他方側へ、またはその逆向きに越境して流れることが阻害される。これにより、電動車両の加減速時においても、冷却媒体を円周方向の両側に均等に分配することができ、コイルエンドに対する冷却媒体のかかり方の偏りを防ぐことができる。
【００１０】
この発明において、前記案内板は、円周方向に並んで配置され冷却媒体案内面を流れる前記冷却媒体を前記コイルエンドに向けて落下させる複数の貫通孔を有していてもよい。
複数の貫通孔を適正箇所に設けることにより、コイルエンドの全体に冷却媒体を効果的に行き渡らせることができる。
【００１１】
この発明において、前記案内板は、前記ステータコイルにより前記ステータコアに固定されていてもよい。
この場合、案内板を固定するための部品が別途に不要となり、回転電動機全体の部品点数を減らすことができる。
【００１２】
この発明のインホイールモータ駆動装置は、車輪を支持する車輪用軸受と、この車輪用軸受の回転輪を回転させる前記いずれかに記載の回転電動機とを備えている。
インホイールモータ駆動装置を備えた車両では、車体に回転電動機が搭載されるオンボード形式の車両に比べて、回転電動機で発生する熱を外部に逃し難い。この構成のインホイールモータ駆動装置は、前記いずれかに記載の回転電動機を備えているため、コイルエンドを効率的に冷却して、回転電動機の温度上昇を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の回転電動機は、環状のステータと、このステータの半径方向内方に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとを備え、前記ステータは、複数の歯部が円環状に並ぶステータコア、および前記各歯部にそれぞれ巻回されたステータコイルを有し、前記ステータコイルのコイルエンドを冷却媒体により冷却する冷却機構を備え、この冷却機構は、前記複数の歯部のうちの上部に位置する歯部に巻回された前記コイルエンドの上方に前記冷却媒体を導く冷却媒体流路と、この冷却媒体流路の吐出口から吐出される冷却媒体を上面からなる冷却媒体案内面で受け、その冷却媒体を、前記コイルエンドに沿って前記ステータの円周方向に案内して前記コイルエンドに流す円弧状の案内板とを有し、前記案内板の前記冷却媒体案内面における前記吐出口の直下の位置に、前記直下の位置を超えて前記冷却媒体案内面上の前記冷却媒体が円周方向に逆流するのを阻害する突起部が設けられているため、回転電動機の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンドを効率的に冷却することができる。
【００１４】
この発明のインホイールモータ駆動装置は、車輪を支持する車輪用軸受と、この車輪用軸受の回転輪を回転させる前記いずれかに記載の回転電動機とを備えるため、回転電動機の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンドを効率的に冷却して、回転電動機の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る回転電動機を備えたインホイールモータ駆動装置の断面図である。
【図２】同回転電動機の拡大断面図である。
【図３】同回転電動機のステータとメインハウジングを軸方向から見た側面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】同ステータおよび案内板の斜視図である。
【図６】同案内板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。
図１は、実施形態に係る回転電動機を備えたインホイールモータ駆動装置の断面図である。
＜インホイールモータ駆動装置の概略構造について＞
車両は、例えば、インホイールモータ駆動装置が二つ搭載され、これらインホイールモータ駆動装置により左右の駆動輪が独立して駆動されるインホイールモータ形式である。前記二つのインホイールモータ駆動装置は、同一構成であるため、図１では一つのインホイールモータ駆動装置のみ表す。このインホイールモータ駆動装置は、車両の駆動力を発生する回転電動機１と、この回転電動機１の回転を減速して出力する減速機２と、この減速機２からの出力を図示外の駆動輪に伝える車輪ハブ軸受部（車輪用軸受）３とを備える。
【００１７】
＜回転電動機＞
図２に示すように、回転電動機１は、ハウジング４と、ステータ５と、ロータ６とを有する。この回転電動機１は、ハウジング４の内周に環状のステータ５が設けられ、このステータ５の半径方向内方に間隔を隔ててロータ６を設けたラジアルギャップタイプである。ハウジング４は、メインハウジング４ａと、サイドハウジング４ｂとを有する。メインハウジング４ａとサイドハウジング４ｂとは、円周方向に並んで配置された複数のボルト４ｃ（図１）により互いに締結される。有底略円筒形状のメインハウジング４ａに、回転電動機１の内部構成部品、減速機２（図１）および車輪ハブ軸受部３（図１）が設けられる。サイドハウジング４ｂは、メインハウジング４ａのインボード側の開口端を閉塞する。
なおこの明細書において、インホイールモータ駆動装置が車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。なお、モータの形式については、アキシアルギャップタイプのモータでも、適用可能である。
【００１８】
図３に示すように、ステータ５は、複数の分割コア７が円環状に並ぶステータコア８と、各分割コア７の歯部７ａに巻回されたステータコイル９とを有する。この実施形態では、ステータコア８が複数の分割コア７に分割された構成であるが、ステータコア８は一体に構成されたものであってもよい。その場合、ステータコア８に複数の歯部（図示せず）が円環状に並んで設けられ、これら各歯部にそれぞれステータコイル９が巻回される。
【００１９】
図１に示すように、ロータ６は、ステータ５に対し回転自在である。ロータ６は、ロータスピンドル１０と、ロータコア１１、このロータコア１１に内蔵される複数の永久磁石１２とを有する。複数の永久磁石１２は、円周方向一定間隔おきに配列される。
【００２０】
ロータスピンドル１０は、回転電動機１の中心部に位置する。ロータスピンドル１０は、メインハウジング４ａ、サイドハウジング４ｂにそれぞれ嵌合固定された転がり軸受１３，１３によって回転自在に支持されている。このロータスピンドル１０の軸方向の一部は、アウトボード側の減速機２内まで突出し、同減速機２の入力歯車軸１４に同軸にスプライン（セレーションも含む。以下、同じ。）嵌合される。なお、この回転電動機１には、ロータ６の回転速度を検出するレゾルバ等の回転速度検出手段１５が設けられている。
【００２１】
＜減速機等＞
減速機２は、入力歯車１４ａを有する入力歯車軸１４と、第１、第２中間歯車１６ａ，１６ｂを有する中間歯車軸１６と、出力歯車１７ａを有する出力歯車軸１７とを備える平行軸歯車減速機である。入力歯車軸１４は、メインハウジング４ａに設けられた転がり軸受１８，１８を介して回転自在に支持されている。中間歯車軸１６は、外周面に入力歯車１４ａに噛み合う大径の第１中間歯車１６ａと、出力歯車１７ａに噛み合う小径の第２中間歯車１６ｂとを有する段付き歯車である。この中間歯車軸１６は、メインハウジング４ａに設けられた転がり軸受１９，２０を介して回転自在に支持されている。出力歯車軸１７は、大径の出力歯車１７ａを有し、メインハウジング４ａに設けられた転がり軸受２１，２２を介して回転自在に支持されている。
【００２２】
入力歯車軸１４は、回転電動機１のロータスピンドル１０から駆動力が伝達される。第１中間歯車１６ａは入力歯車１４ａに噛み合い、第２中間歯車１６ｂは出力歯車１７ａに噛み合う。出力歯車軸１７は、軸方向の一部がメインハウジング４ａからアウトボード側に引き出されて、車輪ハブ軸受部３の回転輪にスプライン嵌合され、図示外の駆動輪に駆動力を伝達する。
【００２３】
＜ステータの固定構造等について＞
図２に示すように、ステータコア８は、メインハウジング４ａの内周に固定されている。詳しくは、メインハウジング４ａの内周面におけるアウトボード側に環状の段差２４が形成され、かつインボード側に環状の段差２５が形成されている。これにより、メインハウジング４ａの内周面は、アウトボード側からインボード側に向けて順次、小径部２７、中径部２８、および大径部２９に形成される。そして、メインハウジング４ａの内周面のうち中径部２８にステータコア８の外周面を嵌合させて、複数（この例では６本）のボルト３０（図１）によりステータコア８をメインハウジング４ａに締結している。この固定状態では、アウトボード側の段差２４にステータコア８のアウトボード側の端面が当接されて、ステータ５が軸方向に位置決めされる。
【００２４】
＜冷却機構＞
回転電動機１には、ステータコイル９のコイルエンド９ａを冷却媒体Ｒにより冷却する冷却機構３５が設けられている。前記冷却媒体Ｒとしては、例えば、油が使用される。冷却機構３５は、図示しない冷却媒体供給源と、ハウジング４内に設けられた冷却媒体流路３６と、この冷却媒体流路３６を通って流れてくる冷却媒体Ｒをコイルエンド９ａに案内する一対の案内板３７，３７とを有する。冷却媒体供給源は、ハウジング４の外部に設けられていてもよく、ハウジング４の内部に設けられていてもよい。
【００２５】
冷却媒体流路３６は、メインハウジング４ａの上部に設けられた供給口３６ａと、この供給口３６ａから軸方向両側に延びる流通孔３６ｂと、この流通孔３６ｂのインボード側端およびアウトボード側端にそれぞれ設けられた一対の吐出口３６ｃ，３６ｃとで構成される。供給口３６ａは、配管を介して前記冷却媒体供給源に接続されている。各吐出口３６ｃ，３６ｃは、インボード側およびアウトボード側のそれぞれ最上位にあるコイルエンド９ａの上方に位置する。
【００２６】
一対の案内板３７，３７は互いに同形であり、軸方向逆向きにして使用される。各案内板３７は、図６に示すように、上面が冷却媒体案内面３８となる円弧状部３７ａと、この円弧状部３７ａの幅方向一端から内周側に延びる複数（この例では３つ）の脚部３７ｂとを有する。円弧状部３７ａの幅方向他端には、周方向の全域にわたって外径側に突出するつば部３７ｃが設けられている。また、円弧状部３７ａにおける円周方向中央部の位置に、冷却媒体案内面３８を円周方向の一方側部分３８Ａと他方側部分３８Ｂとに分けるように外径側に突出する突起部３７ｄが設けられている。図の例では、突起部３７ｄの高さは、つば部３７ｃの高さと同程度とされている。さらに、円弧状部３７には、円周方向に並んで複数の貫通孔３７ｅが設けられている。
【００２７】
案内板３７は、例えば、樹脂等の絶縁材料から成ることが望ましい。
【００２８】
図２に示すように、案内板３７は、上部に位置する複数（この例では３つ）の分割コア７の側面に各脚部３７ｂをそれぞれ密着させた状態で、ステータコイル９を分割コア７および脚部３７ｂに巻回することによって、ステータコア８に固定される。このように、ステータコイル９により案内板３７をステータコア８に固定すると、案内板３７を固定するための部品が別途に不要となり、回転電動機１全体の部品点数を減らすことができる。
【００２９】
ステータコア８に固定された案内板３７は、図５に示すように、円弧状部３７ａが、上部に位置する複数(図の例では３つ）の分割コア７に巻回されたステータコイル９の各コイルエンド９ａの上側に沿っている。ステータ５をメインハウジング４ａに固定した状態では、冷却媒体流路３６の吐出口３６ｃの直下に案内板３７の突起部３７ｄが位置する。
【００３０】
＜冷却機構の作用＞
この構成によると、図２に示すように、冷却媒体供給源から供給される冷却媒体が、冷却媒体流路３６の供給口３６ａおよび流通孔３６ｂを通って、インボード側およびアウトボード側の上部に位置するコイルエンド９ａの上方に導かれる。そして、吐出口３６ｃから、冷却媒体Ｒが下向きに吐出される。図４に示すように、吐出された冷却媒体Ｒは、案内板３７の冷却媒体案内面３８に受けられる。正確には、吐出された冷却媒体Ｒは突起部３７ｄによって半分ずつに分けられ、それぞれが冷却媒体案内面３８の一方側部分３８Ａおよび他方側部分３８Ｂに受けられる。
【００３１】
冷却媒体案内面３８に受けられた冷却媒体Ｒは、冷却媒体案内面３８の一方側部分３８Ａおよび他方側部分３８Ｂに案内されて、ステータ５の円周方向に流れ、各貫通孔３７ｅからコイルエンド９ａに向けて落下する。貫通孔３７ｅを適正箇所に設けておくことで、コイルエンド９ａの全体に冷却媒体を効果的に行き渡らせることができる。これにより、コイルエンド９ａを効率的に冷却することができる。つまり、案内板３７を設けることで、回転電動機１の内部に冷却媒体用の複雑な配管を設けることなく、コイルエンド９ａを効率的に冷却することが可能である。
【００３２】
貫通孔３７ｅから落下しなかった一部の冷却媒体Ｒは、冷却媒体案内面３８の両端から落下する。また、上述したように、上部に位置するコイルエンド９ａを冷却した後の冷却媒体も、同コイルエンド９ａから落下する。これらの冷却媒体Ｒにより、下部に位置するコイルエンド９ａも冷却される。
【００３３】
また、案内板３７の冷却媒体案内面３８における吐出口３６ｃの直下の位置に突起部３７ｄが設けられていることにより、以下の作用が得られる。この実施形態のように、回転電動機１を電動車両の車両駆動装置に使用する場合、電動車両の加減速時に、冷却媒体案内面３８上の冷却媒体Ｒが、進行方向の前方側となる円周方向の一方側（例えば一方側部分３８Ａ）から進行方向の後方側となる円周方向の他方側（例えば他方側部分３８Ｂ）へ、またはその逆向きに越境して流れることが阻害される。これにより、電動車両の加減速時においても、冷却媒体Ｒを円周方向の両側に均等に分配することができ、冷却媒体Ｒの偏りを防ぐことができる。
【００３４】
＜他の実施形態について＞
この回転電動機をモータオンボード形式の車両に適用してもよい。
また、この回転電動機を車両のばね上側に搭載され、１基の電動モータと減速機を備える１モータ車両駆動装置や、車両のばね上側に搭載され、左右の駆動輪をそれぞれ独立して駆動させる２基の電動モータと減速機を備える２モータ車両駆動装置に適用してもよい。
前記減速機は、平行軸歯車減速機に限定されるものではなく、遊星歯車式等種々の減速機に適用し得る。
インホイールモータ駆動装置は、減速機の無いダイレクトモータ形式の回転電動機としてもよい。
回転電動機は、ロータコアの表面に永久磁石が設けられるＳＰＭ型であってもよい。
インホイールモータ駆動装置に前記ポンプが内蔵される形態であってもよいし、インホイールモータ駆動装置の外部にポンプが設けられる形態であってもよい。
外周固定リングの貫通孔に代えて、ボルトが通り且つ冷却媒体の通路となる溝を設けてもよい。
【００３５】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転電動機
３…車輪ハブ軸受部（車輪用軸受）
５…ステータ
６…ロータ
７ａ…歯部
８…ステータコア
９…ステータコイル
９ａ…コイルエンド
３５…冷却機構
３６…冷却媒体流路
３６ｃ…吐出口
３７…案内板
３７ｄ…突起部
３７ｅ…貫通孔
３８…冷却媒体案内面
Ｒ…冷却媒体
【図１】
2019013101.tif 000003
【図２】
2019013101.tif 000004
【図３】
2019013101.tif 000005
【図４】
2019013101.tif 000006
【図５】
2019013101.tif 000007
【図６】
2019013101.tif 000008