JP2006050809A - 電動車両のモータ冷却構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動車両のパワーユニットケース内において駆動モータを効率良く冷却できる電動車両のモータ冷却構造を提供する。
【解決手段】伝動ケース５９のファン５４ｂに隣接する左側面には、エアフィルタ４１を備えた伝動ケースカバー５９ａが装着され、伝動ケースカバー５９ａの車体後側と伝動ケース５９との間には通気用の間隙が確保されている。伝動ケースカバー５９ａには、前記間隙部に面して冷却風取入口５９ｂが形成されている。クランク軸２２に同期してファン５４ｂが回転すると、冷却風取入口５９ｂから伝動ケースカバー５９ａ内に外気が取り入れられ、エアフィルタ４１で濾過された後に伝動ケース５９内に導入され、無段変速機２３が強制的に冷却される。その後、この冷却気は一部が中央部排気口４２から伝動ケース５９外へ排出され、それ以外は無段変速機２３の従動側へ導かれる。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動モータを動力あるいは補助動力として走行する電動車両のモータ冷却構造に関する。
モータを動力とした電動車両は、エンジンを動力とした従来の自動車に較べて大気汚染がなく騒音公害も小さく、加減速の応答性が良い反面、現在のところバッテリの能力的限界から航続距離が小さく、また走行距離当りのエネルギ単価も高くて経済性に劣るという欠点がある。そこで、このようなモータ単独で走行する電動車両の欠点を補いつつ、その利点を生かすものとして、モータとエンジンとを搭載したハイブリッド型の電動車両が実用化されている。
一方、変速機としてベルト式の無段変速機を備え、これがパワーユニットケース内に収容される車両では、駆動側および従動側の各プーリとベルトとの摩擦熱によりパワーユニットケース内が加熱される。このため、特許文献１に開示されているように、パワーユニットケースには、その内部に外気を効率良く導入して冷却する排風構造が採用される。
特開昭６２−１６５３０号公報
電動車両では、発熱量の大きな駆動モータがベルト式の無段変速機と共にパワーユニットケース内に収容される。しかしながら、上記した従来の冷却構造は、発熱源が変速機やスタータモータに限定されるために発熱量が比較的小さいエンジン車両用のパワーユニットを対象としていたために、これをそのまま発熱量の大きな電動車両に適用しても、パワーユニットケース内部を十分に冷却することが難しいことがあった。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、電動車両のパワーユニットケース内において駆動モータを効率良く冷却できる電動車両のモータ冷却構造を提供することにある。
上記した目的を達成するために、本発明は、電動車両のモータ冷却構造において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)駆動輪に連結された駆動モータと、駆動モータを収容するパワーユニットケースと、パワーユニットケース内へ外気を冷却気として導入する吸気口と、前記駆動モータの近傍に設けられた排気口とを具備し、前記吸気口と排気口とが、前記駆動モータのステータとロータとの間隙を介して連通していることを特徴とする。
(2)前記排気口が車両の側面視において駆動モータの投影領域内に配置されたことを特徴とする。
(3)前記排気口を所定の間隙を隔てて覆うカバー部材を備えたことを特徴とする。
(4)駆動プーリおよび従動プーリを無端ベルトで連結して構成される無段変速機と、前記駆動プーリと同軸状に設けられた吸気ファンと、前記駆動モータと従動プーリとを同軸状に連結する駆動軸とを含み、前記吸気口が前記吸気ファンの近傍に設けられたことを特徴とする。
(5)ステータの外周側にロータが配置されるアウターロータ型モータと、前記アウターロータのヨークと対向し、当該ロータと同軸状に連結されたファンとを含み、前記アウターロータのヨークとファンとの間に所定の間隙が設けられたことを特徴とする。
(6)前記ロータのヨークに通気口が開口されたことを特徴とする。
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)請求項１の発明によれば、駆動モータを効率良く冷却できるので冷却ファンを小型化できるのみならず、パワーユニットケース内の温度上昇を低く抑えられるので、無段変速機の耐久性を向上させることができる。
(2)請求項２の発明によれば、駆動モータのステータから発生する熱を車両の側面から効率良く排出できるようになる。
(3)請求項３の発明によれば、車両外部からパワーユニットケース内への泥や水の侵入を防止しながら、パワーユニットケース内の熱を車両外部へ効率良く排気できるようになる。
(4)請求項４の発明によれば、無段変速機の駆動側に設けた吸気ファンのみで、無段変速機の駆動側のみならず、ベルトおよび従動側まで冷却できるようになる。
(5)請求項５の発明によれば、アウターロータのヨークとファンとの間に通風路が形成されるので、アウターロータ型モータを効率良く冷却できるようになる。
(6)請求項５の発明によれば、アウターロータ型モータのステータで発生した熱がロータのヨークに形成された通気口から、前記ヨークとファンとの間に形成された通風路を経由して外部へ排気されるので、アウターロータ型モータをさらに効率良く冷却できるようになる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明のモータ冷却構造を適用したスクータ型ハイブリッド車両の一実施形態の側面図である。
ハイブリッド車両は、車体前方に前輪WFを軸支するフロントフォーク１を有し、このフロントフォーク１はヘッドパイプ２に枢支されており、ハンドル３の操作によって操舵可能とされている。ヘッドパイプ２からは後方かつ下方に向けてダウンパイプ４が取り付けられており、このダウンパイプ４の下端からは中間フレーム５が略水平に延設されている。さらに、中間フレーム５の後端からは、後方かつ上方に向けて後部フレーム６が形成されている。
このように構成された車体フレーム１０には、動力源としてのエンジンおよびモータ、ならびに動力伝達機構を含むパワーユニット１１の一端が枢着されている。パワーユニット１１は、その後方の他端側に駆動輪である後輪WRが回転可能に取り付けられると共に、後部フレーム６に取り付けられたリヤクッションにより吊り下げられている。
車体フレーム１０の外周は車体カバー１３で覆われ、車体カバー１３の後方かつ上面には搭乗者が着座するシート１４が固定されている。シート１４よりも前方には搭乗者が足を置くステップフロア１５が形成されている。シート１４の下方には、ヘルメットや荷物等を収納するためのユーティリティスペースとして機能する収納ボックス１００が設けられている。
図２は、上記したハイブリッド車両のシステム構成を示したブロック図であり、前記パワーユニット１１は、エンジン２０と、エンジン始動機および発電機として機能するACGスタータモータ２１ａと、クランク軸２２に連結されてエンジン２０の動力を後輪WRへ伝達する無段変速機（動力伝達手段）２３と、前記無段変速機２３を変化させる変速モータ７７と、クランク軸２２と無段変速機２３の入力軸との間の動力伝達を断接させる発進クラッチ４０と、発動機または発電機として機能する駆動モータ２１ｂと、エンジン２０および駆動モータ２１ｂから後輪WR側には動力を伝達するが、後輪WRからエンジン２０側には動力を伝達しない一方向クラッチ４４と、無段変速機２３の出力を減速して後輪WRに伝達する減速機構６９とを備え、これらをパワーユニットケース内に収容して構成される。
エンジン２０の動力は、クランク軸２２から発進クラッチ４０、無段変速機２３、一方向クラッチ４４、駆動軸６０および減速機構６９を介して後輪WRに伝達される。他方、駆動モータ２１ｂの動力は、駆動軸６０および減速機構６９を介して後輪WRに伝達される。つまり、本実施形態では駆動軸６０が駆動モータ２１ｂの出力軸を兼ねている。
ACGスタータモータ２１ａおよび駆動モータ２１ｂにはバッテリ７４が接続されている。このバッテリ７４は、駆動モータ２１ｂが発動機として機能する際、およびACGスタータモータ２１ａが始動機として機能する際は、これらモータ２１ａ、２１ｂに電力を供給し、ACGスタータモータ２１ａおよび駆動モータ２１ｂが発電機として機能する際は、これらの回生電力が充電されるように構成されている。
エンジン２０の吸気管１６内には空気量を制御するスロットルバルブ１７が回動自在に設けられている。このスロットルバルブ１７は、搭乗者が操作するスロットルグリップ（不図示）の操作量に応じて回動される。スロットルバルブ１７とエンジン２０との間には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、吸気管内の負圧を検出する負圧センサ１９が配設されている。
次に、図３を参照しながらエンジン２０および駆動モータ２１ｂを含むパワーユニット１１の構成について説明する。
エンジン２０は、クランク軸２２にコンロッド２４を介して連結されたピストン２５を備えている。ピストン２５は、シリンダブロック２６に設けられたシリンダ２７内を摺動可能であり、シリンダブロック２６はシリンダ２７の軸線が略水平になるように配設されている。シリンダブロック２６の前面にはシリンダヘッド２８が固定され、シリンダヘッド２８およびシリンダ２７ならびにピストン２５で混合気を燃焼させる燃焼室２０ａが形成されている。
シリンダヘッド２８には、燃焼室２０ａへの混合気の吸気または排気を制御するバルブ（不図示）と、点火プラグ２９とが配設されている。バルブの開閉は、シリンダヘッド２８に軸支されたカム軸３０の回転により制御される。カム軸３０は一端側に従動スプロケット３１を備え、従動スプロケット３１とクランク軸２２の一端に設けた駆動スプロケット３２との間には無端状のカムチェーン３３が掛け渡されている。カム軸３０の一端には、エンジン２０を冷却するウォータポンプ３４が設けられている。ウォータポンプ３４は、その回転軸３５がカム軸３０と一体に回転するように取り付けられている。したがって、カム軸３０が回転するとウォータポンプ３４を稼動させることができる。
クランク軸２２を軸支してパワーユニットケースの一部をなすクランクケース４８の車幅方向右側にはステータケース４９が連結されており、その内部にACGスタータモータ２１ａが収納されている。このACGスタータモータ２１ａは、いわゆるアウターロータ形式のモータであり、そのステータ５１は、ステータケース４９に固定されたティースに導線を巻き掛けたコイル５０から構成される。
一方、アウターロータ５２はクランク軸２２に固定されており、ステータの外周を覆う略円筒形状を有している。また、アウターロータ５２の内周面にはマグネット５３が配設されている。前記クランク軸２２の車幅方向右側の端部には、ACGスタータモータ２１ａを冷却するためのファン５４ａが、アウターロータ５２のヨーク５２ａとの間に通気用の間隙を設けて取り付けられており、このファン５４ａがクランク軸２２に同期して回転すると、ステータケース４９のカバー５５の側面５５ａに形成された冷却風取入口３９から冷却用の空気がパワーユニットケース内に取り入れられる。
クランクケース４８の車幅方向左側には、パワーユニットケースの一部をなす伝動ケース５９が連結されており、その内部にはクランク軸２２の左端部に固定されたファン５４ｂ、発進クラッチ４０を介してクランク軸２２に駆動側が連結された無段変速機２３、無段変速機２３の従動側に連結された駆動モータ２１ｂが収納されている。ファン５４ｂは、伝動ケース５９内に収容された無段変速機２３および駆動モータ２１ｂを冷却するものであり、無段変速機２３に対して駆動モータ２１ｂと同側、すなわち、本実施例では共に車幅方向左側に配置されている。
無段変速機２３は、クランクケース４８から車幅方向に突出したクランク軸２２の左端部に発進クラッチ４０を介して装着された駆動側伝動プーリ５８と、クランク軸２２と平行な軸線を持って伝動ケース５９に軸支された駆動軸６０に一方向クラッチ４４を介して装着された従動側伝動プーリ６２との間に、無端状のＶベルト（無端ベルト）６３を巻き掛けて構成されるベルトコンバータである。
駆動側伝動プーリ５８は、図４の要部拡大図に示すように、スリーブ５８ｄを介してクランク軸２２に対して周方向への回転自在に装着されており、スリーブ５８ｄ上に固着された駆動側固定プーリ半体５８ａと、スリーブ５８ｄに対して、その軸方向へは摺動可能であるが周方向へは回転不能に取り付けられた駆動側可動プーリ半体５８ｃとを備える。前記駆動側可動プーリ半体５８ｃには、軸受け５６を介して変速リング５７が回転自在に取り付けられている。
前記変速リング５７には、その外周大径部にギヤ６１が周方向に沿って形成されると共に、内周には軸方向に沿って台形ネジ６５が形成されている。前記台形ネジ６５には、軸受け６６を介して前記スリーブ５８ｄに対して周方向へは回転自在であるが軸方向へは摺動不能に取り付けられた台形ネジ６７が噛合している。前記変速リング５７のギヤ６１にはウォームホイール７５が噛合し、このウォームホイール７５には、変速比を制御する変速モータ７７の回転軸に連結されたウォームギヤ７６が噛合している。
他方、従動側伝動プーリ６２は、スリーブ６２ｄを介して駆動軸６０に、その軸方向の摺動は規制されているが周方向には回転自在に取り付けられた従動側固定プーリ半体６２ａと、スリーブ６２ｄ上に、その軸方向への摺動可能に取り付けられた従動側可動プーリ半体６２ｂとを備える。
そして、これら駆動側固定プーリ半体５８ａと駆動側可動プーリ半体５８ｃとの間、および従動側固定プーリ半体６２ａと従動側可動プーリ半体６２ｂとの間にそれぞれ形成された断面略Ｖ字状のベルト溝に、無端状の5ベルト６３が巻き掛けられている。従動側可動プーリ半休６２ｂの背面側（車幅方向左側）には、従動側可動プーリ半体６２ｂを従動側固定プーリ半体６２ａ側に向けて常時付勢するスプリング（弾性部材）６４が配設されている。
無段変速機２３の変速比を変化させる際は、変速モータ７７を変速比のアップ／ダウンに応じた方向へ駆動する。変速モータ７７の駆動力はウォームギヤ７６およびウォームホイール７５を介して変速リング５７のギヤ６１に伝達され、この変速リング５７を回転させる。変速リング５７は台形ネジ６５、６７を介してスリーブ５８ｄと噛合しているので、その回転方向がシフトアップ方向であれば、変速リング５７はクランク軸２２上を図中左方向へ移動し、これに伴って駆動側可動プーリ半体５８ｃが駆動側固定プーリ半休５８ａ側に摺動する。
この摺動した分だけ駆動側可動プーリ半体５８ｃが駆動側固定プーリ半体５８ａに近接し、駆動側伝動プーリ５８の溝幅が減少するので、駆動側伝動プーリ５８と5ベルト６３との接触位置が駆動側伝動プーリ５８の半径方向外側にずれ、5ベルト６３の巻き掛け径が増大する。これに伴い、従動側伝動プーリ６２においては、従動側固定プーリ半体６２ａと従動側可動プーリ半体６２ｂとにより形成される溝幅が増加する。つまり、クランク軸２２の回転数に応じて、Ｖベルト６３の巻き掛け径（伝達ピッチ径）が連続的に変化し、変速比が自動的かつ無段階に変化する。
発進クラッチ４０は、上記スリーブ５８ｄに固着されたカップ状のアウタケース４０ａと、クランク軸２２の左端部に固着されたアウタプレート４０ｂと、アウタプレート４０ｂの外周部にウェイト４０ｃを介して半径方向外側を向くように取り付けられたシュー４０ｄと、シュー４０ｄを半径方向内側に付勢するためのスプリング４０ｅとを備えて構成されている。
エンジン回転数、すなわちクランク軸２２の回転数が所定値（例えば、３０００ｒｐｍ）以下の場合には、クランク軸２２と無段変速機２３との間の動力伝達は発進クラッチ４０により遮断されている。エンジン回転数が上昇し、クランク軸２２の回転数が上記所定値を越えると、ウェイト４０ｃに働く遠心力がスプリング４０ｅにより半径方向内側に働く弾性力に抗し、ウェイト４０ｃが半径方向外側に移動することによって、シュー４０ｄがアウタケース４０ａの内周面を所定値以上の力で押圧される。これにより、クランク軸２２の回転がアウタケース４０ａを介してスリーブ５８ｄに伝達され、該スリーブ５８ｄに固定された駆動側伝動プーリ５８が駆動される。
一方向クラッチ４４は、カップ状のアウタクラッチ４４ａと、このアウタクラッチ４４ａに同軸に内挿されたインナクラッチ４４ｂと、このインナクラッチ４４ｂからアウタクラッチ４４ａに対して一方向のみ動力を伝達可能にするローラ４４ｃとを備えている。アウタクラッチ４４ａは、駆動モータ２１ｂのインナーロータ本体を兼ね、インナーロータ本体と同一部材で構成されている。インナクラッチ４４ｂの内周と駆動軸６０とは互いにスプライン結合されている。
無段変速機２３の従動側伝動プーリ６２に伝達されたエンジン２０側からの動力は、従動側固定プーリ半体６２ａ、インナクラッチ４４ｂ、アウタクラッチ４４ａすなわちインナーロータ本体、駆動軸６０および減速機構６９を介して後輪WRに伝達されるのに対して、車両押し歩きの際や回生動作時等における後輪WR側からの動力は、減速機構６９、駆動軸６０、インナーロータ本体すなわちアウタクラッチ４４ａまでは伝達されるが、このアウタクラッチ４４ａがインナクラッチ４４ｂに対して空転するので、無段変速機２３およびエンジン２０に伝達されることはない。
図３へ戻り、減速機構６９は、伝動ケース５９の後端部右側に連なる伝達室７０内に設けられており、駆動軸６０および後輪WRの車軸６８と平行に軸支された中間軸７３を備えると共に、駆動軸６０の右端部および中間軸７３の中央部にそれぞれ形成された第１の減速ギヤ対７１と、中間軸７３および車軸６８の左端部にそれぞれ形成された第２の減速ギヤ対７２とを備えて構成されている。このような構成により、駆動軸６０の回転は所定の減速比にて減速され、これと平行に軸支された後輪WRの車軸６８に伝達される。
次いで、本実施形態における冷却構造について、前記図４および図５，６を参照して説明する。図５はパワーユニット１１を車幅方向左側から見込んだ側面図であり、図６は、前記ACGスタータモータ２１ａ近傍の要部拡大図である。
図４、５に示したように、伝動ケース５９の前記ファン５４ｂに隣接する左側面には、エアフィルタ４１を備えた伝動ケースカバー５９ａが装着され、伝動ケースカバー５９ａの車体後側と伝動ケース５９との間には通気用の間隙が確保されている。伝動ケースカバー５９ａには、前記間隙部に面して冷却風取入口５９ｂが形成されている。クランク軸２２に同期してファン５４ｂが回転すると、前記冷却風取入口５９ｂから伝動ケースカバー５９ａ内に外気が取り入れられ、エアフィルタ４１で濾過された後に伝動ケース５９内に導入され、無段変速機２３が強制的に冷却される。その後、この冷却気は一部が中央部排気口４２から伝動ケース５９外へ排出され、それ以外は無段変速機２３の従動側へ導かれる。
従動側では、伝動ケース５９の駆動モータ２１ｂに隣接する側面に排気口４３が開口されており、その表面には所定の間隙を確保して伝動ケースカバー４６が装着されている。前記排気口４３は、駆動モータ２１ｂのステータ８４とロータ８３との間隙を介して前記駆動側の冷却風取入口５９ｂと連通しているので、この冷却風取入口５９ｂから取り入れられた冷却気は、駆動モータ２１ｂのステータ８４およびロータ８３の間隙を抜けることで駆動モータ２１ｂを冷却し、その後、前記排気口４３から外部へ排出される。
図６を参照し、ACGスタータモータ２１ａのアウターロータ５２において、そのヨーク５２ａには通気口８５が開口されている。さらに、本実施形態ではモータケース８６の側面にも排気口８７が開口されている。ACGスタータモータ２１ａに同期してファン５４ａが回転すると、カバー５５の側面５５ａに形成された冷却風取入口３９から外気が取り入れられ、ACGスタータモータ２１ａを冷却して前記排気口８７から外部へ排出される。また、本実施形態ではアウターロータ５２のヨーク５２ａとファン５４ａとが所定の間隙dを確保して対向配置されているので、冷却風取入口３９から取り入れられた外気がACGスタータモータ２１ａを冷却して、前記ヨーク５２ａに開口された通気口８５から前記ヨーク５２ａとファン５４ａとの間隙を経由して通排気口８７から外部へ排気されるので、ACGスタータモータ２１ａを効率良く冷却できるようになる。
なお、上記した実施形態では、冷却風取入口５９ｂから伝動ケースカバー５９ａ内に導入されたた冷却風が、排気口４２，４３から排気されるものとして説明したが、排気口４２を塞ぐことにより、伝動ケースカバー５９ａ内に導入された冷却風の全てが排気口４３から排気されるようにしても良い。
このように、伝動ケースカバー内５９ａ内に導入された冷却風の全てを排気口４３から排出させれば、駆動モータ２１ｂに供給される冷却風の量が多くなるので、駆動モータ２１をさらに効率良く冷却させることができる。
あるいは、排気口４２をバイメタル等の熱感知性部材によって開閉動作する蓋体で覆い、伝動ケースカバー５９ａ内が所定温度以下であれば排気口４２を閉じ、伝動ケースカバー５９ａ内が所定温度を越えると排気口４２を開くように構成してもよい。
本発明に係るハイブリッド車両の一実施例による二輪車の側面図である。 図１に示す二輪車のシステム構成を示すブロック図である。 図１に示す二輪車のパワーユニットの断面図である。 図３の要部拡大図である。 図５の側面図である。 図３の要部拡大図である。
符号の説明
１１…パワーユニット、２０…エンジン、２１ｂ…駆動モータ、２３…無段変速機、４１…フィルタ、４３，８７…排気口、４４…一方向クラッチ、５２ａ…ロータヨーク、４６，５９ａ…伝動ケースカバー、５９ｂ…冷却風取入口、６０…駆動軸、７７…変速モータ、８５…通気口

Claims (6)

  1. 電動車両のモータ冷却構造において、
    駆動輪に連結された駆動モータと、
    前記駆動モータおよびその動力伝達機構を収容するパワーユニットケースと、
    前記パワーユニットケース内へ外気を冷却気として導入する吸気口と、
    前記駆動モータの近傍に設けられた排気口とを具備し、
    前記吸気口と排気口とが、前記駆動モータのステータとロータとの間隙を介して連通していることを特徴とする電動車両のモータ冷却構造。
  2. 前記排気口が車両の側面視において前記駆動モータの投影領域内に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ冷却構造。
  3. 前記排気口を所定の間隙を隔てて覆うカバー部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両のモータ冷却構造。
  4. 駆動プーリおよび従動プーリを無端ベルトで連結して構成される無段変速機と、
    前記駆動プーリと同軸状に設けられた吸気ファンと、
    前記駆動モータと従動プーリとを同軸状に連結する駆動軸とが、前記パワーユニットケース内にさらに収容され、
    前記吸気口が前記吸気ファンの近傍に設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動車両のモータ冷却構造。
  5. 電動車両のモータ冷却構造において、
    ステータの外周側にロータが配置されるアウターロータ型モータと、
    前記ロータのヨークと回転軸方向に対向し、当該ロータと同軸状に連結されたファンとを含み、
    前記ロータのヨークとファンとの間に所定の間隙が設けられたことを特徴とする電動車両のモータ冷却構造。
  6. 前記ロータのヨークに通気口が開口されたことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ冷却構造。
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