JP2005086894A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータコイルを均一に冷却可能なインホイールモータを提供する。
【解決手段】 ステータコイル６２は、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７からなる。Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１は、それぞれ、ティース６１１〜６１３に巻回される。他のＵ相コイルＵ２〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ２〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ２〜Ｗ７についてもＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１と同様に巻回される。オイルレベルは、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１がオイルに同時に浸漬される位置に維持される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、インホイールモータに関し、特に、モータを効率的に冷却可能なインホイールモータに関するものである。

特許文献１は、ホイールリム内にドライブユニットを収納したインホイールモータを開示する。ドライブユニットは、ケースと、モータと、プラネタリギヤユニットとを含む。そして、ケースは、モータおよびプラネタリギヤユニットを収納する。また、モータおよびケースの低部には、オイルリザーバ室が設けられ、オイル（潤滑油）がオイルリザーバ室に溜められている。

モータのロータは、ロータ積層板と、ハブとからなる。ハブは、ロータ積層板を支持する。そして、ハブは、ロータの回転軸方向に延伸した外周側鍔部を有する。この外周側鍔部は、ロータの外周面よりも回転軸側に位置する。

オイル量は、ロータの外周面が僅かに浸る位置と、ハブの外周側鍔部が浸る位置との間で変化する。つまり、ステータの一部およびロータの一部は、オイルに浸漬される。

ロータが回転すると、ロータ積層板および外周側鍔部はオイルを掻き揚げる。そして、掻き揚げられたオイルは、ケースに設けられたリブを伝ってベアリングおよびプラネタリギヤユニットを潤滑し、オイルリザーバ室へ戻る。

このように、従来のインホイールモータにおいては、ステータの一部およびロータの一部は、インホイールモータ内のギヤ等を潤滑するオイルに浸漬される。
特開２００１−３２９１４号公報

しかし、従来のインホイールモータにおいては、各相のステータコイルがオイルに浸漬されず、ステータコイルの冷却が不均一になるという問題がある。たとえば、インホイールモータがＵ相、Ｖ相およびＷ相から成る３相モータを備える場合、Ｕ相コイルの一部およびＶ相コイルの一部はオイルに浸漬されるが、Ｗ相コイルの一部がオイルに浸漬されず、Ｗ相コイルをオイルにより冷却できない。その結果、ステータコイルの冷却が不均一になる可能性がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータコイルを均一に冷却可能なインホイールモータを提供することである。

この発明によれば、インホイールモータは、多相モータにより構成されるインホイールモータである。多相モータは、相数に応じた複数の相コイルを含む。そして、複数の相コイルの各々の少なくとも一部は、多相モータ内の潤滑オイルに浸漬される。

好ましくは、潤滑オイルは、当該インホイールモータ内の歯車機構を潤滑し、多相モータを冷却するオイルである。

好ましくは、潤滑オイルのオイルレベルは、多相モータのロータ最下面よりも下側に維持される。

この発明によるインホイールモータにおいては、多相モータの複数の相コイルのうち、各相コイルの少なくとも一部は、オイルに浸漬される。そして、各相コイルの一部がオイルにより冷却されると、各相コイルのオイルに浸漬されていない部分で発生した熱は、熱伝導によりオイルに浸漬している部分へ伝導し、潤滑オイルへ放出される。

したがって、この発明によれば、ステータコイルを均一に冷却できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。図１を参照して、電動輪１００は、ホイールディスク１０と、ホイールハブ２０と、ケース３０，３１と、ブレーキロータ４０と、ブレーキキャリパ５０と、モータ６０と、ベアリング７３〜７６と、プラネタリギヤ８０と、オイルポンプ９０と、シャフト１１０と、オイル溜１２０と、オイル通路１４０と、タイヤ１５０とを備える。

なお、電動輪１００は、アッパーアームおよびロアアーム（図示せず）によって自動車本体のフレームに懸架される。

ホイールディスク１０は、略カップ型形状を有し、低部１０Ａと筒状部１０Ｂとからなる。そして、ホイールディスク１０は、ホイールハブ２０、ケース３０，３１、ブレーキロータ４０、ブレーキキャリパ５０、モータ６０、ベアリング７３〜７６、プラネタリギヤ８０、オイルポンプ９０、シャフト１１０、オイル溜１２０およびオイル通路１４０を収納する。ホイールディスク１０は、低部１０Ａをネジ１，２によってホイールハブ２０に締結することによりホイールハブ２０と連結される。ホイールハブ２０は、シャフト１１０にスプライン嵌合される。そして、シャフト１１０にスプライン嵌合されたホイールハブ２０は、ベアリング７６によって回転自在に支持され、グリス潤滑７１，７２によってスムーズに回転する。

ブレーキロータ４０は、内周端がネジ３，４によってホイールハブ２０に固定され、外周端がブレーキキャリパ５０内を通過するように配置される。ブレーキキャリパ５０は、ブレーキピストン５１と、ブレーキパッド５２，５３とを含む。ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込む。

開口部５０Ａからブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストン５１は、紙面右側へ移動し、ブレーキパッド５２を紙面右側へ押す。ブレーキパッド５２がブレーキピストン５１によって紙面右側へ移動すると、それに応答してブレーキパッド５３が紙面左側へ移動する。これにより、ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込み、電動輪１００にブレーキがかけられる。

ホイールハブ２０の紙面左側には、ケース３０，３１が配置される。そして、ケース３０は、ネジ５によってケース３１と連結される。ケース３０，３１は、モータ６０を収納する。

モータ６０は、ステータコア６１と、ステータコイル６２と、ロータ６３とを含む。ステータコア６１は、ケース３１に固定される。ステータコイル６２は、ステータコア６１に巻回される。ステータコイル６２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなる。したがって、モータ６０は、３相モータである。

ロータ６３は、ステータコア６１およびステータコイル６２の内周側に配置される。

プラネタリギヤ８０は、サンギヤ軸８１と、サンギヤ部８２と、ピニオンギヤ８３と、プラネタリキャリヤ８４と、リングギヤ８５とを含む。サンギヤ軸８１は、モータ６０のロータ６３と連結される。そして、サンギヤ軸８１は、ベアリング７３，７４により回転自在に支持される。サンギヤ部８２は、サンギヤ軸８１に連結される。

ピニオンギヤ８３は、サンギヤ部８２と噛合い、ベアリング７５，７６により回転自在に支持される。プラネタリキャリヤ８４は、ピニオンギヤ８３に連結され、シャフト１１０にスプライン嵌合される。リングギヤ８５は、ケースに固定される。

オイルポンプ９０は、シャフト１１０の一方端に設けられる。シャフト１１０は、上述したようにホイールハブ２０およびプラネタリキャリヤ８４とスプライン嵌合するため、ベアリング７６によって回転自在に支持され、グリス潤滑７１，７２によってスムーズに回転する。そして、シャフト１１０は、オイル通路１１１およびオイル孔１１２を内蔵する。

オイル通路１２１は、プラネタリギヤ８０のピニオンギヤ８３のニードルベアリング部に設けられる。オイル溜１２０は、モータ６０の低部に設けられ、オイル１３０を溜める。オイル通路１４０は、一方端がオイルポンプ９０に連結され、他方端がオイル溜１２０に挿入される。

オイルポンプ９０は、オイル溜１２０に溜まったオイルをオイル通路１４０を介して汲み上げ、その汲み上げたオイルをオイル通路１１１へ供給する。

タイヤ１５０は、ホイールディスク１０の筒状部１０Ｂの外縁に固定される。

図２は、図１に示すステータコア６１、ステータコイル６２およびロータ６３のホイールディスク１０側から見た平面図である。図２を参照して、ステータコイル６２は、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７からなる。そして、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７の各々は、銅からなる。Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７は直列に接続される。Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７も直列に接続され、さらに、Ｗ相コイルＷ１〜Ｗ７も直列に接続される。

Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１；Ｕ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２およびＷ相コイルＷ２；Ｕ相コイルＵ３、Ｖ相コイルＶ３およびＷ相コイルＷ３；Ｕ相コイルＵ４、Ｖ相コイルＶ４およびＷ相コイルＷ４；Ｕ相コイルＵ５、Ｖ相コイルＶ５およびＷ相コイルＷ５；Ｕ相コイルＵ６、Ｖ相コイルＶ６およびＷ相コイルＷ６；およびＵ相コイルＵ７、Ｖ相コイルＶ７およびＷ相コイルＷ７は、それぞれ、３相コイルＵＶＷ１，ＵＶＷ２，ＵＶＷ３，ＵＶＷ４，ＵＶＷ５，ＵＶＷ６，ＵＶＷ７を構成する。

ステータコア６１は、連続して配置されたティース６１１〜６１２を有する。そして、３相コイルＵＶＷ１のＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１は、それぞれ、ティース６１１，６１２，６１３に巻回される。これにより、３相コイルＵＶＷ１は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１からなる。

同様にして、３相コイルＵＶＷ２は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２およびＷ相コイルＷ２からなり、３相コイルＵＶＷ３は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ３、Ｖ相コイルＶ３およびＷ相コイルＷ３からなり、３相コイルＵＶＷ４は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ４、Ｖ相コイルＶ４およびＷ相コイルＷ４からなり、３相コイルＵＶＷ５は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ５、Ｖ相コイルＶ５およびＷ相コイルＷ５からなり、３相コイルＵＶＷ６は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ６、Ｖ相コイルＶ６およびＷ相コイルＷ６からなり、３相コイルＵＶＷ７は、連続して配置されるようにステータコア６１に巻回されたＵ相コイルＵ７、Ｖ相コイルＶ７およびＷ相コイルＷ７からなる。

ステータコア６２の内周面６２Ａとロータ６３の外周面６３Ａとの間には、エアギャップＧＡＰが形成されている。そして、エアギャップＧＡＰの最下位置を位置ＰＳ１とした場合、オイル１３０のレベルは、位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との間に設定される。位置ＰＳ２は、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７の１つのコイル、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７の１つのコイル、およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７の１つのコイルが同時にオイル１３０に浸漬されるオイルレベルの最下位置である。

この場合、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７の各１つのコイルは、全体がオイル１３０に浸漬される必要はなく、その一部がオイル１３０に浸漬されていればよい。

図２は、Ｕ相コイルＵ１の一部、Ｖ相コイルＶ１の一部およびＷ相コイルＷ１の一部がオイル１３０に同時に浸漬された場合の位置ＰＳ２を示す。Ｕ相コイルＵ１の一部がオイル１３０に浸漬されていれば、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７は、熱伝導率が高い銅からなり、かつ、直列に接続されているので、オイル１３０に浸漬されていないＵ相コイルＵ２〜Ｕ７で発生した熱は、Ｕ相コイルＵ１へ伝導し、オイル１３０へ放出される。そして、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７の全体がオイル１３０によって冷却される。

Ｖ相コイルＶ１の一部およびＷ相コイルＷ１の一部がオイル１３０に浸漬されていれば、同様にして、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７の全体がオイル１３０によって冷却される。

その結果、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７を均一に冷却できる。つまり、ステータコイル６２を均一に冷却できる。

したがって、この発明においては、少なくとも、Ｕ相コイルＵ１の一部、Ｖ相コイルＶ１の一部およびＷ相コイルＷ１の一部が同時にオイル１３０に浸漬されていればよい。

なお、オイルレベルを位置ＰＳ１以下に設定するのは、オイルレベルがエアギャップＧＡＰ中に設定されると、オイルレベルの変動によりロータ６３がオイル１３０に浸漬する。そうすると、ロータ６３の回転の粘性抵抗が大きくなる。したがって、オイルレベルをエアギャップＧＡＰの最下位置（ＰＳ１）以下に設定することにしたものである。

また、位置ＰＳ１およびＰＳ２は、ステータコア６１の直径、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの各々を構成するコイルの数、および各相コイルの１つのコイルの幅等に応じて決定される。

再び、図１を参照して、電動輪１００を搭載した自動車の本体に備えられたスイッチング回路（図示せず）によりステータコイル６２に交流電流が供給されると、ロータ６３が回転し、モータ６０は、所定のトルクを出力する。そして、モータ６０の出力トルクは、サンギヤ軸８１を介してプラネタリギヤ８０へ伝達される。プラネタリギヤ８０は、サンギヤ軸８１から受けた出力トルクをサンギヤ部８２およびピニオンギヤ８３によって変更、つまり、変速してプラネタリキャリヤ８４へ出力する。プラネタリキャリヤ８４は、プラネタリギヤ８０の出力トルクをシャフト１１０に伝達し、シャフト１１０は、所定の回転数でホイールハブ２０およびホイールディスク１０を回転する。これにより、電動輪１００は、所定の回転数で回転する。

一方、オイルポンプ９０は、オイル通路１４０を介してオイル溜１２０からオイル１３０を汲み上げ、その汲み上げたオイル１３０をシャフト１１０の内部に設けられたオイル通路１１１へ供給する。

そうすると、オイル通路１１１へ供給されたオイルは、オイル通路１１１を移動中にシャフト１１０の回転により生じた遠心力によってオイル孔１１２から吐出される。そして、オイル通路１２１は、シャフト１１０から吐出されたオイルをプラネタリギヤ８０に供給し、プラネタリギヤ８０を潤滑する。また、シャフト１１０から吐出されたオイルは、ステータコイル６２およびベアリング７３〜７６へ供給され、ステータコア６２を冷却し、ベアリング７３〜７６を潤滑する。そして、ステータコイル６２およびベアリング７３〜７６に供給されたオイルは、重力落下によりオイル溜１２０に溜められる。また、Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７の１つのコイル、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７の１つのコイルおよびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７の１つのコイルは、オイル溜１２０に溜められたオイル１３０に浸漬される。そして、ステータコイル６２（Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ７、Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ７およびＷ相コイルＷ１〜Ｗ７）は、上述した機構により均一に冷却される。

なお、上記においては、３相モータの場合について説明したが、この発明は、一般に多相モータに適用可能である。したがって、この発明によるインホイールモータは、多相モータによって構成されるインホイールモータである。この場合、多相モータは、相数に応じた複数の相コイルを含み、複数の相コイルの各々の少なくとも一部は、オイルに浸漬される。

また、ホイールディスク１０、ホイールハブ２０、ケース３０，３１、モータ６０、ベアリング７３〜７６、プラネタリギヤ８０、オイルポンプ９０、シャフト１１０、オイル溜１２０、およびオイル通路１４０は、この発明による「インホイールモータ」を構成する。

さらに、上述したように、オイル溜１２０に溜められたオイル１３０は、ベアリング７３〜７６およびプラネタリギヤ８０を潤滑し、ステータコイル６２を冷却するので、オイル１３０は、インホイールモータ内の歯車機構（プラネタリギヤ８０）の潤滑と、モータ６０の冷却とを兼ねるオイルである。

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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の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。

この発明は、冷却効率の良いインホイールモータに適用される。

この発明の実施の形態によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。 図１に示すステータコア、ステータコイルおよびロータのホイールディスク側から見た平面図である。

符号の説明

１〜５ ネジ、１０ ホイールディスク、１０Ａ 低部、１０Ｂ 筒状部、２０ ホイールハブ、３０，３１ ケース、４０ ブレーキロータ、５０ ブレーキキャリパ、５０Ａ 開口部、５１ ブレーキピストン、５２，５３ ブレーキパッド、６０ モータ、６１ ステータコア、６２ ステータコイル、６２Ａ 内周面、６３Ａ 外周面、６３ ロータ、７１，７２ グリス潤滑、７３〜７６ ベアリング、８０ プラネタリギヤ、８１ サンギヤ軸、８２ サンギヤ部、８３ ピニオンギヤ、８４ プラネタリキャリヤ、８５ リングギヤ、９０ オイルポンプ、１００ 電動輪、１１０ シャフト、１１１，１２１，１４０ オイル通路、１１２ オイル孔、１２０ オイル溜、１３０ オイル、１５０ タイヤ、６１１〜６１３ ティース。

Claims (3)

1. 多相モータにより構成されるインホイールモータであって、
   前記多相モータは、相数に応じた複数の相コイルを含み、
   前記複数の相コイルの各々の少なくとも一部は、前記多相モータ内の潤滑オイルに浸漬される、インホイールモータ。
2. 前記潤滑オイルは、当該インホイールモータ内の歯車機構を潤滑し、前記多相モータを冷却するオイルである、請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記潤滑オイルのオイルレベルは、前記多相モータのロータ最下面よりも下側に維持される、請求項１に記載のインホイールモータ。

Images