JP2014189036A - 車両用推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータタイプのモータケースにインバータユニットを取付けたものにあって、インバータユニットのパワーモジュールの冷却性を確保する。
【解決手段】モータケース７の車軸１１の反対側の側面２７にインバータユニット３を取付ける。モータケース７には、モータ冷却用及びプラネタリギヤ１３の潤滑用のオイルが収納されており、上記側面２７の外側のオイル溜り２０に対応する位置にパワーモジュール２５を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータで車輪を駆動する車両用推進装置に係り、詳しくは車輪内に電気モータを配置したインホイールモータタイプの車両用推進装置に関する。

従来、電気自動車、ハイブリッド車両等にあって、車輪内に電気モータを配置し、該電気モータにより直接的（ギヤを介することを含む）に車輪を駆動するインホイールモータタイプの車両用推進装置が存在する。

該インホイールモータタイプの車両用推進装置にあって、モータ駆動用のインバータユニットを電気モータと一体に車輪内に配置されるものも提案されている（特許文献１参照）。

一般に、インバータユニットは、高速スイッチング手段であるＩＧＢＴ素子と平滑化用のコンデンサを有するが、該インバータユニット、特にＩＧＢＴ素子部分（パワーモジュール）は、熱による影響を受けやすい。

特開２００５−２６９７３５号公報

上記特許文献１には（図１１〜図１３参照）、インバータユニットを電気モータのモータケースの外側に取付けたものにあって、上記パワーモジュールにフィン付放熱板を設け、該フィン付放熱板のフィンを、モータケースに形成された水路内に配置して、上記パワーモジュールを水冷により放熱する実施の形態が記載されている。

このものは、パワーモジュールの放熱性は確保されるとしても、モータケースに水路を形成したり、該水路に冷却水を循環する等の大掛かりな装置となり、電気モータ及びインバータユニットからなるモータユニットが大型で高価なものになってしまう。

そこで、本発明は、モータケース内のオイルを利用して、コンパクトで簡単な構成でもってパワーモジュールを冷却し、もって上述した課題を解消したインホイールモータユニットからなる車両用推進装置を提供することを目的とするものである。

例えば図１及び図２を参照して、本発明は、車輪（Ｗ）内に配置されるモータケース（７）に収納され、車軸（１１）と連動しているロータ（６）と前記モータケース（７）に固定されるステータ（５）とを有する電気モータ（２）と、
該電気モータ（２）と電気的に連結し、コンデンサ（２６）とスイッチング素子からなるパワーモジュール（２５）とを有するインバータユニット（３）と、を備えてなる車両用推進装置（１）において、
前記モータケース（７）に、前記電気モータを潤滑・冷却するオイルが油密状に収納され、
前記モータケースの前記車軸（１１）と反対側の側面（２７）に、前記パワーモジュール（２５）が前記モータケース（７）内のオイル溜り（２０）に対応する位置になるように前記インバータユニット（３）を取付けてなる、
ことを特徴とする車両用推進装置にある。

例えば図１を参照して、前記ロータ（６）と前記車軸（１１）の間に、前記ロータの回転を減速して前記車軸に伝達するプラネタリギヤ（１３）を介在し、
前記プラネタリギヤ（１３）は、前記ロータの内径側にて前記ロータ（６）及び前記ステータ（５）と径方向からみて軸方向に少なくとも一部が重なるように配置され、前記モータケース（７）内のオイルにて潤滑されてなる。

例えば図３（Ｂ）を参照して、前記モータケース（７）の前記側面（２７）内側に、前記ステータ（５）を支持するステータ固定用座面（４０）が一体に形成され、
該ステータ固定用座面（４０）は、前記オイル溜り（２０）側が切欠かれて開放（Ｄ）されてなる。

例えば図４（Ａ）を参照して、前記モータケース（７）の前記側面（２７）内側における前記パワーモジュール（２５）と対応する位置に、冷却用フィン（４５）を一体に形成してなる。

前記パワーモジュール（２５）は、前記モータケース（７）の前記側面（２７）外側に、直接張り付くように取付けられてなる。

例えば図４（Ｂ）を参照して、前記モータケース（７）の前記側面（２７）における前記パワーモジュール（２５）と対応する部分に貫通孔（４６）が形成され、
該貫通孔を塞ぐように、熱伝導性の高い材料からなる熱伝導板（４７）が固定され、該熱伝導板に前記パワーモジュール（２５）が取付けられてなる。

前記熱伝導板の前記モータケース内側に、放熱部（４７ａ）が一体に設けられてなる。

例えば図５を参照して、前記貫通孔（４６）と前記熱伝導板（４７）との間に、熱伝導率の低い材料からなるシール部材（４９）を介在してなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲に記載の構成に影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、インバータユニットが、モータケースの車軸と反対側の側面に取付けられるので、インホイールタイプのモータユニットをコンパクトにして車両の搭載性を向上し得るものでありながら、インバータユニットのパワーモジュールは、上記モータケース内のオイル溜りのオイルにより冷却されて、簡単でコンパクトな構成で冷却性を確保することができる。

請求項２に係る本発明によると、電気モータのロータの回転は、プラネタリギヤを介して減速して車軸に伝達されるので、電気モータから車輪に車両に応じた適正な回転及びトルクを伝達することができ、かつモータケース内のオイルにより電気モータ及びプラネタリギヤを潤滑するので、簡単でコンパクトなモータユニットを提供することができる。

請求項３に係る本発明によると、モータケースのステータ固定用座面は、オイル溜り側が切欠かれて開放されているので、ステータからの熱がステータ固定用座面から直接パワーモジュールに伝導されることはなく、かつモータケース内のオイル溜りによりパワーモジュールが冷却される割合いを高めることができる。

請求項４に係る本発明によると、モータケースの側面内側におけるパワーモジュールと対応する位置に冷却用フィンを一体に形成したので、パワーモジュールの上記オイルによる冷却効率を高めることができる。

請求項５に係る本発明によると、パワーモジュールは、モータケースの前記側面外側に直接張り付くように取付けられるので、モータケース等をそのまま用いる等の簡単な構成で足りる。

請求項６に係る本発明によると、パワーモジュールを取付ける部分を、モータケースとは別部材からなる熱伝導性の高い材料からなる熱伝導板を埋込んで構成したので、パワーモジュールは、該熱伝導板を介して効率よく冷却することができる。

請求項７に係る本発明によると、上記熱伝導板は、モータケースとは別部材からなり、高い精度で容易に放熱部を加工することが可能となり、該高い加工により形成された接触面積の大きい放熱部によりパワーモジュールを効率よく冷却することができる。

請求項８に係る本発明によると、モータケースの貫通孔と上記放熱板との間にシール部材を介在したので、電気モータからモータケースを伝ってくる熱を熱伝導率の低い上記シール部材で遮断して、パワーモジュールの冷却性を保持することができる。

本発明による車両用推進装置を示す断面図。 そのインバータユニットを示す側面図。 モータケースの第２ケース部を示す、合せ面からみた側面図で、（Ａ）は、ステータ固定用座面を全周に設けたもの、（Ｂ）は、その下側を切欠き、開放した実施の形態を示す。 （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ異なる第２ケース部を示す側面図。 図４（Ｂ）のＡ−Ａ断面図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。車両用推進装置は、図１に示すように、ホイールＷ内に配置されたインホイールタイプからなり、懸架装置により上下方向回動自在に支持されるアームに固定されて、バネ下に配置されるモータユニット１を有する。モータユニット（車両用推進装置）１は、モータ・ジェネレータ（回転電機；単に電気モータと称する）２と、該モータ駆動用のインバータユニット３とを有する。電気モータ２は、鋼板にコイル５ａを巻いたステータ５と、永久磁石を埋設したロータ６と、を有するＩＰＭモータからなり、モータケース７内に収納される。

モータケース７は、第１ケース部７ａ及び第２ケース部７ｂによる合せケースからなり、上記バネ下であるアームに固定されている。第１ケース部７ａには、カラー９及びボス１０がボルトにより固定されており、該ボス１０に、ベアリングを介して車軸１１が固定自在に支持されている。該車軸１１には、ホイールハブ１２がスプライン及びナットにより一体に固定されており、該ホイールハブ１２に上記ホイール（車両）Ｗが装着されている。上記ロータ６と車軸１１との間には、ロータの回転を減速して車軸に伝達するプラネタリギヤ１３が介在している。プラネタリギヤ１３は、サンギヤＳ、リングギヤＲ及び２個の異なる歯数からなるステップピニオンギヤＰ１，Ｐ２を支持するキャリヤＣＲからなる。

前記ロータ６は、ドラム部材１５の鍔部１５ａ外周に装着、固定されており、該鍔部１５ａの内径側に上記プラネタリギヤ１３が配置されている。従って、該プラネタリギヤ１３は、上記ロータ６の内径側にてロータ６及びステータ５と径方向からみて軸方向に少なくとも一部が重なるように配置されている。該プラネタリギヤ１３の中心部には、上記サンギヤＳを有する回転軸１６が両端を上記車軸１１及び第２ケース部７ｂにそれぞれベアリングを介して回転自在に支持されている。該回転軸１６には、上記ロータ６を装着したドラム部材１５が一体に固定されており、従って、回転軸１６及び車軸１１は、同一軸線上に整列して配置され、かつ該同一軸線を中心として上記ロータ６及びステータ５が配置されている。

前記プラネタリギヤ１３のキャリヤＣＲは、上記車軸１１に連結し、リングギヤＲは、モータケース７と一体のカラー９に固定されている。従って、該プラネタリギヤ１３は、ロータ６と一体の回転軸１６の回転が、大ピニオンギヤＰ２に伝達され、小ピニオンギヤＰ１が固定リングギヤＲに噛合していることにより、キャリヤＣＲが減速公転して、車軸１１に出力される。同軸上に配置されたステップピニオンＰ１，Ｐ２は、そのステップ比を変更することにより、異なる減速比が得られる。

第２ケース部７ｂとドラム部材１５との間にはレゾルバ１９が配置されており、該レゾルバ１９は、ロータ６の回転位置（位相）を検出して、上記電気モータの制御に用いられる。上記第１及び第２ケース部７ａ，７ｂからなるモータケース７は、油密状に構成され、その内部にオイルが所定量充填され、該ケース７の下部がオイル溜り２０となっている。なお、２０ａは、オイルレベルを示す。前記ドラム部材１５の鍔部１５ａの先端には、外径方向に延びる環状部材２１が一体に固定されており、該環状部材２１は、その先端が羽根状になって上記オイル溜り２０に浸り、オイル跳ね上げ片となっている。

従って、電気モータ２が駆動されてロータ６が回転すると、プラネタリギヤ１３を介して減速した回転が車軸１１に伝達され、ホイール（車輪）Ｗを回転して車両を走行する。この際、ロータ６の回転により、オイル跳ね上げ片２１も一体に回転し、オイル溜り２０のオイルを跳ね上げ、該オイルは、ステータ５のコイル５ａを始めとして電気モータ２を潤滑冷却し、更に該オイルは、流下しつつプラネタリギヤ１３の各ギヤ及びベアリング等の潤滑必要箇所を潤滑して、オイル溜り２０に戻される。

前記インバータユニット３は、ＩＧＢＴ素子及びダイオード等からなるパワーモジュール２５とコンデンサ２６とを有し、前記モータケース７の車軸１１と反対側の側面２７の外側に取付けられている。パワーモジュール２５は、絶縁層２９に実装されてスイッチング素子となるＩＧＢＴ素子等からなり、上記絶縁層２９がモータケース側面２７に直接張り付けるように取付けられる。コンデンサ２６は、モータケース側面２７に直接取付けられる。上記パワーモジュール２５は、図２に示すように、ステータコイル５ａのＵ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ接続するように複数個あり、またコンデンサ２６も複数個あり、これらからなるインバータユニット３は、合成樹脂等からなるインバータケース３０に覆われている。

上記パワーモジュール２５は、モータケース７の下部において上記側面２７を貫通する接続端子３１にそれぞれ接続しており、該接続端子３１は、合成樹脂，ゴム等からなるシール材３２により絶縁、シールされてモータケース７内に導かれ、ステータの各相コイルに接続している。上記コンデンサ２６は、モータケース７の上部において上記側面２７を貫通する接続端子３３に接続しており、該接続端子３３は、合成樹脂，ゴム等からなるシール材３５により絶縁、シールされて、モータケース７内に導かれている。上記インバータケース３０は、一方が開放されたカバー形状からなり、上記インバータユニット３及び各端子３１，３３部分を覆うようにして、取付け部４３によりモータケース７の上記側面２７の外側に取付けられ、インバータユニット３を塵埃及び水等から保護している。

前記パワーモジュール２５を下方にして、コンデンサ２６を上方にして、上記インバータユニット３はモータケース７に取付けられており、更に上記パワーモジュール２５が、モータケース７のオイルレベル２０ａの下側であるオイル溜り２０に対応するように配置されている。

車両に搭載されたバッテリ等の電力供給部から、直流電流生成回路を介して、前記インバータユニット３に電力が供給される。そして、インバータユニット３により、運転者の要求トルク及び車速等に基づく所定波形に制御されて、電気モータ２のステータ５に供給され、電気モータ２を所定の回転数及びトルクにより回転する。この際、上記パワーモジュール２５は、高速でスイッチングするため、高温になり易いが、上記パワーモジュール２５が、モータケース７の側面２７を介してモータケース内のオイル溜り２０と接触しており、パワーモジュール２５は、該オイルにより放熱、冷却される。なお、パワーモジュール２５は、発熱量の低いＳｉＣ半導体を用いることが好ましい。

図３は、モータケース７の第２ケース部７ｂを、その合せ面側からみた側面図である。該第２ケース部７ｂにはステータ５の外周面に当接して、該ステータ５を第２ケース部７ｂに装着、固定する座面４０，４０’が一体に形成されている。該第２ケース部７ｂには、上記ステータ固定用座面４０と、ロータ６を装着したドラム部材１５と一体の回転軸１６を回転自在に支持するベアリング用ハブ４１とが形成されており、ステータ５とロータ６とを高い精度で位置決めすることができ、ステータ５とロータ６とのギャップを小さい量に管理することができ、電気モータ２の効率を向上し得る。

一般に、第２ケース部７ｂ’は、図３（Ａ）に示すように、上記ステータ固定用座面４０’がステータ５に合せて全周に亘って円環状に形成され、ステータ５の全周を支持する。本実施の形態にあっては、図３（Ｂ）に示すように、上記ステータ固定用座面４０は、下部接続端子３１の装着部４２に対向する下側部分Ｄ、即ちオイル溜り２０側が切欠かれて開放されている。これにより、電気モータ２、特にコイル５ａを有するステータ５が発する熱が、ステータ固定用座面４０の下側部分を通ってパワーモジュール２５に伝わることを防止できると共に、上記パワーモジュール２５の熱をオイル溜り２０のオイルに放熱する割合を向上し得る。

図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ一部変更した第２ケース部の合せ面側からみた側面図である。図４（Ａ）は、上記ステータ固定用座面４０の切欠いた開放部分［図２（Ｂ）のＤ部分］に冷却用フィン（放熱板）４５を設けたものである。該第２ケース部７ｂ_２は、レゾルバ取付け用の環状のリブ４４と上記下部接続端子装着部４２との間に、縦方向に延びる多数の冷却用フィン４５が形成されている。該冷却用フィン４５部分は、概ね、オイルレベル２０ａの下方のオイル溜り２０に位置しており、かつ該冷却用フィン４５と反対面である上記側面２７の外側に、前記パワーモジュール２５が取付けられる。

これにより、パワーモジュール２５からの発熱は、モータケースの第２ケース７部ｂ_２の側面２７を介して冷却用フィン４５に伝達され、該冷却用フィンから効率よくオイル溜り２０のオイルに放熱される。

図４（Ｂ）は、更に変更した第２ケース部７ｂ_３を示す。該第２ケース部７ｂ_３は、前記ステータ固定用座面４０の切欠き開放部分［図２（Ｂ）のＤ参照］の前記側面２７に矩形状の貫通孔４６が形成される。そして、該貫通孔４６に、例えば銅等の熱伝導性の高い材料からなるプレート（熱伝導板）４７を嵌込み、埋込んで油密状に密閉される。該プレート４７は、ケース部７ｂ_３とは別部品からなるので、細かい加工が可能であり、モータケース７の内側となる面に例えば多数のピン状等の放熱部（冷却用フィン）４７ａを加工することが可能となる。

図５に示すように、該プレート４７の外側は、平坦面からなり、該平坦面にパワーモジュール２５が張り付くように取付けられる。上記プレート４７の全周に亘って合成樹脂又はゴム等の熱伝導性の低いシール部材４９が取付けられ、上記第２ケース部７ｂ_３の貫通孔４６との間に該シール部材４９が介在するようにプレート４７が貫通孔４６に嵌合される。

従って、本第２ケース部７ｂ_３によると、パワーモジュール２５からの発熱は、プレート４７を介して放熱部４７ａに伝達され、モータケース７内部のオイル溜り２０のオイルに放熱される。この際、プレート４７は、熱伝導性の高い材料及び表面積の大きい放熱部４７ａの形状が相俟って、高い効率で放熱され、パワーモジュール２５は、効率よく冷却される。また、ステータ５等からの熱は、第２ケース部７ｂ_３の側面２７（４６，４２）に伝達されるが、低い熱伝導性のシール部材４９により遮断され、プレート４７に伝わりにくくなっている。

なお、上記インホイールモータユニット１は、１個のホイールＷについて説明したが、２輪又は４輪に同様に適用される。

１ 車両用推進装置（モータユニット）
２ 電気モータ
３ インバータユニット
５ ステータ
６ ロータ
７ モータケース
１１ 車軸
１３ プラネタリギヤ
２０ オイル溜り
２５ パワーモジュール
２６ コンデンサ
２７ 側面
４０ ステータ固定用座面
４５ 冷却用フィン
４６ 貫通孔
４７ 熱伝導板（プレート）
４７ａ 放熱部
４９ シール部材
Ｗ 車輪（ホイール）

Claims (8)

1. 車輪内に配置されるモータケースに収納され、車軸と連動しているロータと前記モータケースに固定されるステータとを有する電気モータと、
   該電気モータと電気的に連結し、コンデンサとスイッチング素子からなるパワーモジュールとを有するインバータユニットと、を備えてなる車両用推進装置において、
   前記モータケースに、前記電気モータを潤滑・冷却するオイルが油密状に収納され、
   前記モータケースの前記車軸と反対側の側面に、前記パワーモジュールが前記モータケース内のオイル溜りに対応する位置になるように前記インバータユニットを取付けてなる、
   ことを特徴とする車両用推進装置。
2. 前記ロータと前記車軸の間に、前記ロータの回転を減速して前記車軸に伝達するプラネタリギヤを介在し、
   前記プラネタリギヤは、前記ロータの内径側にて前記ロータ及び前記ステータと径方向からみて軸方向に少なくとも一部が重なるように配置され、前記モータケース内のオイルにて潤滑されてなる、
   請求項１記載の車両用推進装置。
3. 前記モータケースの前記側面内側に、前記ステータを支持するステータ固定用座面が一体に形成され、
   該ステータ固定用座面は、前記オイル溜り側が切欠かれて開放されてなる、
   請求項１又は２記載の車両用推進装置。
4. 前記モータケースの前記側面内側における前記パワーモジュールと対応する位置に、冷却用フィンを一体に形成してなる、
   請求項１ないし３のいずれか記載の車両用推進装置。
5. 前記パワーモジュールは、前記モータケースの前記側面外側に、直接張り付くように取付けられてなる、
   請求項１ないし４のいずれか記載の車両用推進装置。
6. 前記モータケースの前記側面における前記パワーモジュールと対応する部分に貫通孔が形成され、
   該貫通孔を塞ぐように、熱伝導性の高い材料からなる熱伝導板が固定され、該熱伝導板に前記パワーモジュールが取付けられてなる、
   請求項１ないし３のいずれか記載の車両用推進装置。
7. 前記熱伝導板の前記モータケース内側に、放熱部が一体に設けられてなる、
   請求項６記載の車両用推進装置。
8. 前記貫通孔と前記熱伝導板との間に、熱伝導率の低い材料からなるシール部材を介在してなる、
   請求項６又は７記載の車両用推進装置。

Images