(57)【要約】【課題】冷却対象物の移動を阻害することなく、放熱フィンの放熱性を向上させることの可能な冷却機構を提供することを目的とするものである。【解決手段】中空のケーシング４内に設けられた冷却対象物８と、冷却対象物８に取り付けられた放熱フィン１３とを有し、冷却対象物８の熱を放熱フィン１３を経由させて流体に伝達して、冷却対象物８を冷却する冷却機構において、冷却対象物８の温度が相対的に高い場合は、冷却対象物８の温度が相対的に低い場合に比べて、放熱フィン１３がケーシング４の外部に露出する表面積を相対的に広くする表面積調整機構１３，１４が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2009225549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のケーシング内に設けられた冷却対象物と、この冷却対象物に取り付けられた放熱フィンとを有し、前記冷却対象物の熱を前記放熱フィンを経由させて流体に伝達して、前記冷却対象物を冷却する冷却機構において、
前記冷却対象物の温度が相対的に高い場合は、前記冷却対象物の温度が相対的に低い場合に比べて、前記放熱フィンが前記ケーシングの外部に露出する表面積を相対的に広くする表面積調整機構が設けられていることを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記冷却対象物は電動モータであることを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
前記放熱フィンは、前記冷却対象物の温度が相対的に高くなると形状が変化して前記ケーシングの外部に露出する表面積が相対的に広くなる感温変形部材で構成されており、この感温変形部材が前記表面積調整機構を兼ねていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記ケーシングは、車両のホイルハウス内に配置され、かつ、タイヤが取り付けられる円筒形状のホイールであるとともに、前記冷却対象物は前記電動モータを収容するハウジングであり、前記電動モータと前記ホイールとが動力伝達可能に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却対象物の熱を放熱フィンを経由して流体に伝達して、冷却対象物を冷却する、冷却機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電機部品および電子部品などの冷却対象物は、通電により温度が上昇するため、その冷却対象物の熱を空気中に放熱して、冷却対象物を冷却する冷却機構が用いられている。このような冷却機構では、熱伝導性に優れた金属材料が用いられ、特に、放熱面積を広くするために薄板状の放熱フィンを複数枚設けた冷却機構が知られている。このような放熱フィンを有する冷却機構の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された冷却機構は、車両用ホイール駆動装置を冷却する冷却機構である。このホイール駆動装置は、モータハウジング内に電動モータを収納したものであり、モータハウジングにおける車体側の開口部がリッド（蓋）により閉じられている。
【０００３】
また、電動モータはステータおよびロータを有しており、ステータがモータハウジングに固定され、ロータと一体回転するモータ軸が設けられている。このモータ軸は軸受により回転可能に支持されており、モータ軸の外周にはピニオンが形成されている。さらに、モータハウジング内には円盤状のディスクが設けられており、そのディスクが軸受により回転可能に支持されている。このディスクの内周には内歯ギヤが形成されており、前記ピニオンが内歯ギヤに噛合されている。前記モータハウジングにおけるホイルハウスの外部側には開口部が形成されており、この開口部に前記ディスクが配置されている。さらに、モータハウジングの外部にはホイール取付盤が配置されており、そのホイール取付盤が前記ディスクと一体回転するように連結されている。このホイール取付盤に、ホイールがボルトにより固定される構成である。
【０００４】
この特許文献１では、電動モータを冷却する、第１冷却装置ないし第３冷却装置が設けられている。まず、第１冷却装置はステータのコイル部とリッドとの間を、伝熱体としての第１ヒートパイプにより接続した構成である。また、第２冷却装置は、ステータのコイル部とモータハウジングとの間を、伝熱体としての第２ヒートパイプにより接続した構成である。さらに、第３冷却装置は、モータハウジングに接触された第３ヒートパイプを有している。また、円盤状のディスクには軸孔が形成されており、その軸孔に第３ヒートパイプが配置されている。さらに、この第３ヒートパイプの先端は、ホイール取付盤の軸孔内まで延ばされており、ホイール取付盤に固定されたヒートパイプキャップにより、第３ヒートパイプの先端が覆われている。このヒートパイプキャップには複数の通気孔が形成されている。
【０００５】
上記の第１冷却装置では、コイル部の熱が第１ヒートパイプの作用によりリッドに伝達され、そのリッドからホイルハウス内に放熱される。また、第２冷却装置では、コイル部の熱が第２ヒートパイプの作用によりモータハウジングに伝達されて、モータハウジングの表面から外気中に熱が放散される。さらに、第３冷却装置では、第２冷却装置の第２ヒートパイプによりモータハウジングに伝達された熱が、第３冷却装置の第３ヒートパイプの作用によりヒートパイプキャップ内に放散される。そのヒートパイプキャップ内の熱は通気孔を経由して大気中に放散される。さらに、特許文献１には、電動モータを冷却する他の冷却装置として、モータハウジングの外壁部に形成した放熱フィンが記載されている。この放熱フィンは電動モータの軸線に沿った方向に突出して形成されており、電動モータの熱がモータハウジングに伝達されると、その熱が放熱フィンから大気に放熱され、電動モータのステータの温度上昇を抑制できるとされている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８２１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された冷却装置のように、ハウジングの外壁に形成された放熱フィンから熱を大気中に放熱する構成では、空気の流れが相対的に少ない環境ではモータハウジングと空気との温度差が相対的に小さくなり、モータハウジングの熱が空気中に放散されない虞があった。そこで、放熱フィンを長くして放熱面積を拡大することも考えられるが、モータハウジングが移動する場合には、放熱フィンにより空気抵抗が増加することになるため、モータハウジングの移動が阻害されるという別の問題が生じる虞があり、実用的ではなかった。
【０００８】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、冷却対象物の移動を阻害することなく、放熱フィンの放熱性を向上させることの可能な冷却機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、中空のケーシング内に設けられた冷却対象物と、この冷却対象物に取り付けられた放熱フィンとを有し、前記冷却対象物の熱を前記放熱フィンを経由させて流体に伝達して、前記冷却対象物を冷却する冷却機構において、前記冷却対象物の温度が相対的に高い場合は、前記冷却対象物の温度が相対的に低い場合に比べて、前記放熱フィンが前記ケーシングの外部に露出する表面積を相対的に広くする表面積調整機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記冷却対象物は電動モータであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記放熱フィンは、前記冷却対象物の温度が相対的に高くなると形状が変化して前記ケーシングの外部に露出する表面積が相対的に広くなる感温変形部材で構成されており、この感温変形部材が前記表面積調整機構を兼ねていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２の構成に加えて、前記ケーシングは、車両のホイルハウス内に配置され、かつ、タイヤが取り付けられる円筒形状のホイールであるとともに、前記冷却対象物は前記電動モータを収容するハウジングであり、前記電動モータと前記ホイールとが動力伝達可能に接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、冷却対象物の熱が放熱フィンを経由して流体に伝達され、冷却対象物を冷却することができる。また、冷却対象物の温度が相対的に高い場合は、冷却対象物の温度が相対的に低い場合に比べて、放熱フィンがケーシングの外部に露出する表面積が相対的に広くなるため、放熱フィンの放熱効率が向上する。さらに、冷却対象物の温度が相対的に低い場合は、放熱フィンがケーシングの外部に露出する表面積が相対的に狭いため、ケーシングの移動による流体の抵抗が増加することを抑制できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、電動モータの熱が放熱フィンを経由して流体に伝達される。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、冷却対象物の温度が相対的に高くなると、感温変形部材の形状が変化して、ケーシングの外部に露出する表面積が相対的に広くなる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、電動モータの動力がタイヤに伝達されて、車両が走行する。車両が走行すると、ハウジングの外部で空気の流れが生じて、強制対流の雰囲気中で放熱フィンから熱が空気に伝達される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
つぎに、この発明の冷却機構を、車両の車輪に取り付けられるインホイールモータの冷却に用いる実施例を図面に基づいて説明する。図１は車両１の車輪２を示す模式的な平面図である。この図１では、矢印Ａ１に沿った方向が前進方向である。そして、車両１の左右にホイルハウス（空間）３が形成されており、そのホイルハウス３内に車輪２が配置されている。前記車輪２は、環状のホイール４と、そのホイール４の外周に取り付けられたタイヤ５とを有している。このタイヤ５の外周が路面に接触する。ホイール４は、車両１の高さ方向に沿って形成された円板形状部６と、円板形状部６の外周に連続して形成され、かつ、ほぼ水平方向に延ばされた円筒部７とを有している。
【００１８】
そして、円筒部７の内部空間にモータハウジング８が配置されている。このモータハウジング８は、懸架装置（図示せず）により車体に接続されており、車体に対して上下方向に揺動自在である。この懸架装置は、ストラット形式またはダブルウィッシュボーン形式またはスイングアーム形式またはマルチリンク形式のいずれでもよい。このモータハウジング８は、金属材料、例えば、機械構造用鋼、クロム鋼、アルミ合金、機械構造用炭素鋼などにより構成されている。モータハウジング８は中空の箱形状に構成されており、そのモータハウジング８の内部に電動モータ９が配置されている。電動モータ９はロータ（図示せず）およびステータ（図示せず）を有しており、車体に設けられた電源（図示せず）との間に電気回路が形成されている。また、電動モータ９とホイール４とが、動力伝達装置（図示せず）を介して動力伝達可能に接続されている。この動力伝達装置はモータハウジング８の内部に設けられており、動力伝達装置には、回転軸、歯車などの回転要素が含まれている。これらの回転要素が軸受により回転可能に支持されている。さらに、モータハウジング８内には、電動モータ９、軸受、歯車を潤滑および冷却する潤滑油が溜められている。
【００１９】
一方、前記モータハウジング８の外部には、モータハウジング８の熱を大気中に放散する冷却機構１０が設けられている。具体的には、モータハウジング８は、前記電動モータ９の軸線Ｂ１に沿った方向で、異なる位置に第１の壁部１１および第２の壁部１２を有している。そして、軸線Ｂ１に沿った方向で、ホイール４の円板形状部６から遠い方の第２壁部１２に冷却機構１０が取り付けられている。冷却機構１０は放熱フィン１３を有している。この放熱フィン１３は薄板状に構成されており、複数（多数）の放熱フィン１３が厚さ方向に配置されている。また、放熱フィン１３は高さ方向に立てられた状態で複数配列されている。そして、各放熱フィン１３同士がリターンスプリング１４により接続され、かつ、第２の壁部１２に最も近い位置に配置された放熱フィン１３と第２の壁部１２とがリターンスプリング１４により接続されている。
【００２０】
前記放熱フィン１３は、熱伝導率が優れた材料により構成されているとともに、温度に応じて形状が変化する感温変形部材により構成されている。ここで、感温変形部材としてバイメタルを用いることができる。このバイメタルは、熱膨張率（熱膨張係数）が異なる２枚の金属板を張り合わせて構成したものである。バイメタルとしては、例えば、２２Ｎｉ−４Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いることができる。そして、ＮｉとＦｅとでは、Ｆｅの方が熱膨張率が低く、その熱膨張率が低いＦｅが、モータハウジングの外部に向けてバイメタルが配置されている。なお、バイメタルに用いられる金属は、熱膨張率が異なるものであればよく、Ｃｕ、Ａｌなどの金属を用いることもできる。また、リターンスプリング１４は、前記放熱フィン１３の配列方向に沿って伸縮する引っ張りバネである。さらに、リターンスプリング１４は、熱伝導性に優れた金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などにより構成されている。さらに、この実施例では、各放熱フィン１３同士の間に、車両１の前後方向の異なる位置に２つのリターンスプリング１４が配置されている。また、モータハウジング８と放熱フィン１３との間で、車両１の前後方向の異なる位置に２つのリターンスプリング１４が配置されている。
【００２１】
上記の構成において、電動モータ９に電力が供給されて電動モータ９のトルクが車輪２に伝達されて駆動力が発生する。車両１が惰力走行する場合は、運動エネルギで電動モータが回転され発電された電力が電源に充電される。また、車輪２が回転すると、回転軸、歯車が回転する。このように、電動モータ９で力行または回生がおこなわれると電動モータ９の温度が上昇する。また、軸受の摺動部分、および歯車同士の噛み合い部分が発熱する。これらの発熱部分に潤滑油が供給されて潤滑および冷却される。このように、モータハウジング８の内部では発熱部分が潤滑油により冷却および潤滑されるが、その熱がモータハウジング８を経由して、リターンスプリング１４および放熱フィン１３に伝達される。放熱フィン１３の熱は空気に伝達されてモータハウジング１４が冷却される。ここで、モータハウジング８の温度が、所定温度以下である場合は、放熱フィン１３は略直線状の形状となっている。つまり、ホイール４の円筒部７内に、放熱フィン１３の大半が位置している。言い換えれば、円筒部７の端部を結ぶ線分Ｃ１よりも円板形状部６に近い位置に、放熱フィン１３が位置している。このため、車両１の走行によりホイルハウス３内で空気の流れが生じた場合、放熱フィン１３により空気抵抗が増加することを回避できる。
【００２２】
これに対して、モータハウジング８の温度が所定温度を越えると、前記放熱フィン１３を構成するバイメタルが、図２に示すように、厚さ方向に変形して、放熱フィン１３の平面方向の一端（車両の前方側の端部）が、モータハウジング８から離れる方向に湾曲する。言い換えれば、放熱フィン１３は略水平方向の平面内で弓形に変形する。このように、放熱フィン１３を湾曲させるためには、２つのリターンスプリング１４のバネ定数を設定する必要がある。具体的には、車両１の前方側に位置するリターンスプリング１４のバネ定数の方が小さい。このようにして、放熱フィン１３の一部が、ホイール４の外部に位置することとなる。つまり、円筒部７の端部を結ぶ線分Ｃ１よりも、車両の中央に近い位置に、放熱フィン１３が張り出している。また、放熱フィン１３同士の隙間は、変形前よりも多くなっている。このため、車両の走行によりホイルハウス３内に空気の流れが生じると、その空気が放熱フィン１３同士の間に進入して後方に通り抜けやすくなり、放熱フィン１３に接触する空気の量が多くなり、かつ、空気の流速が高まることで、冷却性能が向上する。このようにして、放熱フィン１３と空気との間で強制対流により熱伝達がおこなわれ、モータハウジング８が冷却される。その後、モータハウジング８の温度が所定温度以下になっても、放熱フィン１３単独では元の形状には戻らないが、リターンスプリング１４のバネ力により引き戻されて、放熱フィン１３が変形前の形状に復帰する。なお、図示はしていないが、車両１の前後方向でリターンスプリング１４同士の間に、温度では変形せず、かつ、放熱フィン１３が変形しても変形しない支持部を設け、その支持部を支点として放熱フィン１３が変形する構成とすることも可能である。
【００２３】
上記の放熱フィン１３を形状記憶合金により構成することもできる。形状記憶合金は変態温度に基づいて形状が変化する金属材料である。すると、放熱フィン１３が温度の上昇により図２のように変形し、温度が低下した場合に図１のように放熱フィン１３を元の形状に復帰するため、上記と同様の効果を得られる。放熱フィン１３を構成する形状記憶合金としては、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金を用いることができる。ここで、この実施例の構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ホイルハウス４が、この発明のケーシングに相当し、モータハウジング８がこの発明の冷却対象物に相当し、放熱フィン１３およびリターンスプリング１４が、この発明の表面積調整機構に相当し、バイメタルおよび形状記憶合金が、この発明の感温変形部材に相当する。つまり、放熱フィン１３は、モータハウジングの熱を大気中に放散する機能と、ホイルハウスの外部に位置する放熱フィンの放熱面積を調整する機能とを兼備している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の冷却機構を、車両のインホイールモータに用いた模式的な平面図である。
【図２】この発明の冷却機構を、車両のインホイールモータに用いた模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…車両、  ３…ホイルハウス、  ４…ホイール、  ８…モータハウジング、  ９…電動モータ、  １０…冷却機構、  １３…放熱フィン、  １４…リターンスプリング。
【図１】
2009225549.tif 000003
【図２】
2009225549.tif 000004