JP2011519544A - アウターローター型モーター及びこの構造を適用したアウターローター型インホイールモーター - Google Patents

Abstract

ステーターの円滑な冷却及びローターの円滑な冷却のための冷却構造が設計された新しい形態のアウターローター型モーターを提供する。このアウターローター型モーターは、中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された円筒形に形成され、前記後面の中央部は、固定シャフトが貫通した状態で前記固定シャフトに固定されるステーターブロックと、前記ステーターブロックの外周面に固定されるステーターと、前記ステーターブロックの内周面に設けられて、該当の部位の温度を下げる主冷却部と、前記ステーターの外側部に回転可能に設けられたアウターローターと、周り部は前記アウターローターの前方側の周り部に固定され、内側部は、前記固定シャフトに回転可能に軸支される外側ハウジングと、を含んでなる構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、アウターローター型モーターに係り、特に、ステーターの円滑な冷却及びローターの円滑な冷却のための冷却構造が設計された新しい形態のアウターローター型モーター及びこの構造を適用したアウターローター型インホイールモーターに関するものである。

一般に、モーターは、動力を発生させる一連の構成で、電源の種類によって直流電動機と交流電動機とに分類され、さらに、ステーター(固定子)及びローター(回転子）の配置形態によって、インナーローター型モーター及びアウターローター型モーターとに分類される。

ここで、インナーローター型モーターは、ステーターの内部にローターが回転可能に設けられた一連の構成であり、アウターローター型モーターは、ステーターの外部にローターが回転可能に設けられた一連の構成である。

特に、アウターローター型モーターは、例えば、洗濯機の直結式モーター、あるいは、電気自動車のインホイールモーター(in-wheel motor)等の種々の分野に用いられている。

しかし、アウターローター型モーターの一種であるインホイールモーターは、冷却効率が高いほど性能が良好になるものであるが、既存のインホイールモーターは、冷却効率が低いため、モーターの性能を極大化することができなかった。

特に、アウターローター型モーターの性能を向上させるためには、ステーターの冷却効率を向上させることが最も効率的であるにもかかわらず、今まではローターブラケットに通風孔を形成する構造のみによってステーターの冷却を達成してきたため、実質的なモーター性能の向上は極めて微々たるものであった。

さらに、上記のようにローターブラケットに形成される通風孔は、自動車ホイールのリムが位置している部位に形成されるため、走行時に空気の流入は極少なく、実質的な冷却効率も低下せざるを得ないという問題点があった。

本発明は、上記の諸題点を解決するためのもので、その目的は、優れた冷却性能が得られるように構成した、新しい形態のアウターローター型モーター及びこの構造を適用したアウターローター型インホイールモーターを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のアウターローター型モーターは、中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された円筒形に形成され、前記後面の中央部は、固定シャフトが貫通した状態で前記固定シャフトに固定されるステーターブロックと、前記ステーターブロックの外周面に固定されるステーターと、前記ステーターブロックの内周面に設けられて、該当の部位の温度を下げる主冷却部と、前記ステーターの外側部に回転可能に設けられたアウターローターと、周り部は前記アウターローターの前方側の周り部に固定され、内側部は、前記固定シャフトに回転可能に軸支される外側ハウジングと、を含んでなることを特徴とする。

ここで、前記主冷却部は、前記ステーターブロックの内周面がなす円周方向に沿って凹入するとともに、前記ステーターブロックの内周面がなす軸方向に沿って複数形成された凹溝からなることを特徴とし、前記主冷却部をなす各凹溝の内壁面は、凹凸形状に形成されることを特徴とする。

また、前記アウターローターの外周面には、外気との熱交換のための補助冷却部がさらに設けられることを特徴とする。ここで、前記補助冷却部は、前記アウターローターの外周面がなす円周方向に沿って凹入するとともに、前記アウターローターの長さ方向に沿って複数形成された凹溝からなることを特徴とする。

また、前記ステーターブロックの後面には、前記ステーターブロックの内部空間をその外部空間と連通させる複数の第１連通孔が形成されることを特徴とする。

また、前記外側ハウジングの各部位のうち、前記ステーターブロックの内部空間が位置する部位には、前記ステーターブロックの内部空間を前記外側ハウジングの外部空間と連通させる複数の第２連通孔が形成されることを特徴とする。

また、前記ステーターブロックには、前記主冷却部部と隣接する部位に沿って冷媒や水あるいは、気体のような流体の流れを案内する流体流路が形成され、前記流体流路は、冷媒あるいは流体を冷却して提供する冷却機器に連結されることを特徴とする。

また、上記アウターローター型モーターは、周り部は、前記アウターローターの後方側の周り部に固定され、内側部は、前記ステーターブロックに支持されながら回転する内側ハウジングをさらに含むことを特徴とする。

ここで、前記ステーターブロックの後面の周り部には、円周方向に沿って収容溝が凹入形成され、

前記内側ハウジングの内側部には、前記収容溝に収容された状態で支持される収容突起が突出形成されることを特徴とし、前記収容溝内には、前記収容突起が収容される場合、それらの隙間を封止するシール部材がさらに設けられることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明に係るアウターローター型インホイールモーターは、中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された円筒形に形成され、前記後面の中央側部は、固定シャフトが貫通した状態で前記固定シャフトに固定されるステーターブロックと、前記ステーターブロックの外周面に固定されるステーターと、前記ステーターブロックの内周面に設けられて、該当の部位の温度を下げる主冷却部と、前記ステーターの外側部に回転可能に設けられるアウターローターと、周り部は、前記アウターローターの前方側の周り部に固定され、内側部は、前記固定シャフトに回転可能に軸支される外側ハウジングと、を含み、前記外側ハウジングは、ホイールに結合され、前記固定シャフトは、車体に結合されることを特徴とする。

ここで、前記固定シャフトは、ナックルを介して前記車体に結合されることを特徴とし、前記固定シャフトと前記ナックルとは、単一体として形成されることを特徴とする。

以上の如く、本発明のアウターローター型モーターは、下記の効果を有する。

第一、本発明のアウターローター型モーターは、冷却のための別の装置を必要としないため、全体的な構造が簡素化するとともに、このアウターローター型モーターを適用する製品の軽量化が可能となる。

第二、本発明のアウターローター型モーターは、ステーターの冷却のための冷却部か提供されるため、ステーターの冷却効率が向上し、これによってモーターの性能を向上させることができる。
特に、この冷却部は、最も単純な構造で冷却効果を最大にすることができ、モーターの軽量化も図ることができる。

第三、本発明のアウターローター型モーターは、優れた冷却効率及び安定した動作が可能なため、インホイールモーターへの適用に有利である。

第四、本発明のアウターローター型モーターは、アウターローターの外周面にも冷却構造を適用したため、モーターの性能向上をより向上させることができる。

第五、本発明のアウターローター型モーターは、別の冷却機器から冷却流体を受け取ってステーターブロックを流動させているため、より大きい冷却効果を得るとともに、モーターの性能向上を図ることができる。

本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターの外観状態を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターの内部状態を説明するための一部切欠斜視図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターの内部状態を説明するための断面図である。 本発明の第２実施例によるアウターローター型モーターの内部状態を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターをインホイールモーターにして車両のホイールに適用した状態を示す要部切欠斜視図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターをインホイールモーターにして車両のホイールに適用した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターをインホイールモーターにしてナックルと結合する例を説明するための断面図である。 本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターをインホイールモーターにしてナックルと結合する例を説明するための断面図である。

以下、本発明のアウターローター型モーターの好ましい実施例を、添付の図１乃至図４を参照して説明する。

本発明の第１実施例によるアウターローター型モーター（以下、“モーター”という。）は、主として、ステーターブロック１００と、ステーター２００と、主冷却部３００と、アウターローター４００と、外側ハウジング５００と、を含んで構成される。

これを各構成別に説明すると、下記通りである。

まず、ステーターブロック１００は、実質的なモーターの内部ボディーを構成するもので、中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された形態の円筒形とされる。

ここで、ステーターブロック１００の内部中央側には、固定シャフト１１０が後面を貫通して固定され、固定シャフト１１０の後方部は、相対物（モーターの取り付けられる部位）に固定される。

また、ステーター２００は、外部電源を受けて電磁気力を発生するもので、ステーターブロック１００の外周面を取り囲んで固定される。

また、主冷却部３００は、ステーターブロック１００の温度を下げて、実質的にステーター２００の温度が低減するようにすることで、モーター性能を向上させる一連の構成である。

この主冷却部３００は、ステーターブロック１００の内周面に設けられ、特に、本発明の実施例において、主冷却部３００は、ステーターブロック１００の内周面の円周方向に沿って凹入した凹溝３１０を形成してなることができる。

もちろん、主冷却部３００は、ステーターブロック１００の内周面から延突した突起を形成してなることもできるが、こうする場合、モーターの重さが増加する他、ステーターブロック１００の内周面が形成する流路も縮小されるので、実質的に冷却性能の向上を図ることができない。

したがって、主冷却部３００を凹溝３１０を形成してなるものとすることによって、モーターの全体重さを軽量化させ、空気流動のための空間を十分に確保することが好ましい。

特に、本発明の第１実施例では、凹溝３１０を、ステーターブロック１００の内周面がなす軸方向に沿って複数形成させることによって、熱交換性能をより向上させることができる。もちろん、凹溝３１０は、ステーターブロック１００の内周面の前方側から後方側にまで互いに連結された螺旋状にしても良い。

なお、各凹溝３１０の内壁面は、凹凸形状（図示せず）とすることが好ましい。これは、各凹溝３１０が外気と接触する面積を最大化することによって各凹溝３１０による熱交換性能をより向上させることができるからである。この場合、凹凸形状は、複数の突起をさらに形成する、表面を最大限に荒くする、或いは、一般的な凹凸が反復する形状など、様々な形状とすることができる。

また、アウターローター４００は、ステーター２００と共にモーターを構成するもので、ステーター２００の外側に回転可能に設けられる。

ここで、アウターローター４００は、円筒形のローターフレーム４１０と、ローターフレーム４１０の内周面に沿って設けられる複数のマグネット４２０と、で構成される。

特に、本発明の第１実施例では、アウターローター４００を構成するローターフレーム４１０の外周面に、補助冷却部４３０がさらに設けられることができる。

この場合、補助冷却部４３０は、ローターフレーム４１０の外周面がなす円周方向に沿って凹入した凹溝４３１を形成してなり、凹溝４３１は、ローターフレーム４１０の長さ方向に沿って複数形成される。

このような補助冷却部４３０は、アウターローター４００に対する熱交換面積を増加させることによって、モーターの冷却性能を向上させると同時に、モーター効率を向上させることができ、かつ、ローターフレーム４１０の重さを軽減させてモーターの軽量化を図ることができる。

もちろん、上記の如き補助冷却部４３０をなす各凹溝４３１の内壁面も同様、主冷却部３００の各凹溝３１０の内壁面のように凹凸形状とすることが、冷却性能を向上させる面でより好ましい。

また、外側ハウジング５００は、アウターローター４００を回転可能に支持する一連の構成であり、周り部はアウターローター４００の前方側の周り部に固定され、内側部は固定シャフト１１０に回転可能に軸支される。

ここで、外側ハウジング５００の内側部は、ステーター２００及びステーターブロック１００の前面を囲みつつ形成され、外側ハウジング５００の中央部には、固定シャフト１１０を包囲しながら固定シャフト１１０に支持されるハブ５１０が形成される。

ここで、ハブ５１０の内周面と固定シャフト１１０の外周面との間には複数のベアリング５２０，５３０がそれぞれ設置され、固定シャフト１１０を基準にしたハブ５１０の回転を円滑にさせることができる。

また、本発明の第１実施例では、外側ハウジング５００の各部位のうち、ステーターブロック１００の内部空間が位置する部位には、ステーターブロック１００の内部空間を外側ハウジング５００の外部空間と連通させる複数の第１連通孔５４０が形成される。

複数の第１連通孔５４０は、アウターローター４００が回転する間に、モーター外部の空気をステーターブロック１００の内部空間に流入させたり、あるいは、ステーターブロック１００の内部空間の空気をモーターの外部に流出させることによって、冷却効率をより向上させる役割を果たす。

なお、本発明の第１実施例では、前述のステーターブロック１００の後面に、ステーターブロック１００の内部空間をモーターの外部空間と連通させる複数の第２連通孔１２０をさらに形成することができる。

各第２連通孔１２０は、各第１連通孔５４０と共に、空気の流出入を円滑にさせることで、モーターのステーター２００に対する冷却効率を極大化させることができる。

ここで、各第１連通孔５４０及び第２連通孔１２０の形状は、種々の構造とすることができる。例えば、各連通孔５４０，１２０とも円形あるいは楕円形にすることもでき、多角形にすることもできる。もちろん、各連通孔５４０，１２０は、外側ハウジング５００が回転しても、空気の流出入が円滑になる形状とすることが形最も好ましい。

一方、本発明の第１実施例によるモーターは、内側ハウジング６００をさらに含むことができる。

内側ハウジング６００は、アウターローター４００の回転による支持をより安定的なものとするとともに、各種の異物がステーター２００に混入することを遮断する役割を果たす。

この内側ハウジング６００は、全体的に内側部が開口されたリング状に形成され、周り部は、アウターローター４００の後方側の周り部に固定されるとともに、内側部は、ステーターブロック１００に支持されながら回転するように形成される。

ここで、ステーターブロック１００の後面の周り部には、円周方向に沿って収容溝１３０が凹設され、内側ハウジング６００の内側部位には、収容溝１３０に収容された状態で支持される収容突起６１０が突設される。
特に、収容溝１３０内には、収容突起６１０が収容された場合、両部材間の隙間を封止するシール部材１３１がさらに含まれ、この場合、シール部材１３１は、グリース（grease）にしても良く、粘性の大きいオイル（oil）にしても良い。このシール部材１３１は、収容溝１３０と収容突起６１０との隙間から外部の雨水や水分及び各種の異物などが浸入することは未然に防止する機能を果たす。

以下、前述の本発明の第１実施例によるモーターの動作過程について説明する。

まず、モーターに電源が供給されると、ステーター２００から発生する電磁気力によって、アウターローター４００をなすローターフレーム４１０が回転する。

この時、ローターフレーム４１０は、外側ハウジング５００及び内側ハウジング６００と結合しており、外側ハウジング５００のハブ５１０は、固定シャフト１１０に回転可能に軸支されるとともに、内側ハウジング６００の収容突起６１０はステーターブロック１００の収容溝１３０に収容されていることを考慮すると、ローターフレーム４１０は、外側ハウジング５００及び内側ハウジング６００によって固定シャフト１１０及びステーターブロック１００に支持されながら円滑に回転する。

特に、かかる一連の過程が進行される間に、モーター外部の空気は、外側ハウジング５００に形成された各第１連通孔５４０を通じてステーターブロック１００の内部空間に流入するとともに、このように流入した外部空気は、ステーターブロック１００の内部空間を通過した後、ステーターブロック１００の後面に形成された第２連通孔１２０及び内側ハウジング６００の開口された内側部を順次に通過してモーターの外部に排出される。

この時、第１連通孔５４０を通じてステーターブロック１００の内部空間に流入した空気は、ステーターブロック１００の内周面に形成された主冷却部３００によってステーターブロック１００と熱交換しながらステーターブロック１００の温度を低減させ、これによってステーター２００の温度も低減し、その結果、実質的なモーター性能の向上を図ることができる。

また、アウターローター４００は、その回転中に、ローターフレームの外周面に形成された補助冷却部によって外部空気と熱交換しながらローターフレームの温度を低減させ、よって、アウターローター４００の温度が上昇してステーター２００の温度上昇に影響を与える問題点を未然に防止することができる。

一方、図４は、本発明の第２実施例によるアウターローター型モーターの構造を示す図である。

かかる本発明の第２実施例は、ステーター２００に対する冷却効率をより向上させるための構造であって、冷凍サイクルのための別の冷却機器７００を設けることで、ステーターブロック１００に対する温度低減をより図ったものである。

すなわち、ステーターブロック１００の内部には、主冷却部３００と隣接する部位に沿って冷媒や水、あるいは、気体のような流体の流れを案内する流体流路１４０が形成され、この流体流路１４０は、冷媒あるいは、流体を冷却して提供する冷却機器７００に連結される。

この場合、ステーターブロック１００は、固定した状態であることを考慮すると、冷却機器７００とは各種の管（例えば、冷媒管など）７１０を介して連結されることができる。

また、図５乃至図８は、本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターを、電池燃料車に使用されるインホイールモーターとした状態の一例を示している。

すなわち、本発明の第１実施例によるアウターローター型モーターをインホイールモーターとする場合、図５及び図６に示すように、外側ハウジング５００は、ホイール２０のリムホイール２１に結合され、この時、ホイール２０のタイヤ２２は、インホイールモーターのアウターローター４００の外周に沿って位置する。

また、図７及び図８に示すように、駆動シャフト１１０の後面は、図７のようにナックル３０を通じて車体（図示せず）に固定される。

この時、ナックル３０と駆動シャフト１１０との結合は、様々な方法とすることができる。

例えば、ナックル３０を駆動シャフト１１０に溶接して結合させることもでき、図７のように、焼嵌めや、ピン（pin）あるいは、キー（key）で結合することもでき、図８のように、ナックル３０と駆動シャフト１１０とを鋳物として単一体とすることもできる。

一方、上記のシャフト１１０を車体に結合する構造は、前述のようにナックル３０を用いることに限定される。

例えば、駆動シャフト１１０の後面を車体に直接固定する構造にしても良く、別のフランジを介して駆動シャフト１１０が車体に固定される構造にしても良い。このような構造は、車両の使用用途によって選ばれると良く、車両の使用用途に好適な構造とすることが好ましい。

したがって、インホイールモーターが駆動すると、アウターローター４００の回転による外側ハウジング５００の回転によってリムホイール２１が回転しつつホイール２０が転がり、このようにホイール２０が転がる過程で、インホイールモーターの外部に存在する空気はホイール２０のリムホイール２１に形成された開口部を通ってインホイールモーターの内部への流出入を反復しながら主冷却部３００との熱交換を行い、ステーター２００の温度を低減させる。

２０ ホイール
２１ リムホイール
２２ タイヤ
３０ ナックル
１００ ステーターブロック
１１０ 固定シャフト
１２０ 第２連通孔
１３０ 収容溝
１３１ シール部材
１４０ 流体流路
２００ ステーター
３００ 主冷却部
３１０ 凹溝
４００ アウターローター
４１０ ローターフレーム
４２０ マグネット
４３０ 補助冷却部
４３１ 凹溝
５００ 外側ハウジング
５１０ ハブ
５２０ ベアリング
５３０ ベアリング
５４０ 第１連通孔
６００ 内側ハウジング
６１０ 収容突起
７００ 冷却機器
７１０ 冷媒管

Claims (14)

1. 中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された円筒形に形成され、前記後面の中央部は、固定シャフトが貫通した状態で前記固定シャフトに固定されるステーターブロックと、
   前記ステーターブロックの外周面に固定されるステーターと、
   前記ステーターブロックの内周面に設けられて、該当の部位の温度を下げる主冷却部と、
   前記ステーターの外側部に回転可能に設けられたアウターローターと、
   周り部は前記アウターローターの前方側の周り部に固定され、内側部は、前記固定シャフトに回転可能に軸支される外側ハウジングと、
   を含んでなることを特徴とする、アウターローター型モーター。
2. 前記主冷却部は、
   前記ステーターブロックの内周面がなす円周方向に沿って凹入するとともに、前記ステーターブロックの内周面がなす軸方向に沿って複数形成された凹溝からなることを特徴とする、請求項１に記載のアウターローター型モーター。
3. 前記主冷却部をなす各凹溝の内壁面は、凹凸形状に形成されることを特徴とする、請求項２に記載のアウターローター型モーター。
4. 前記アウターローターの外周面には、外気との熱交換のための補助冷却部がさらに設けられることを特徴とする、請求項１に記載のアウターローター型モーター。
5. 前記補助冷却部は、前記アウターローターの外周面がなす円周方向に沿って凹入するとともに、前記アウターローターの長さ方向に沿って複数形成された凹溝からなることを特徴とする、請求項４に記載のアウターローター型モーター。
6. 前記ステーターブロックの後面には、前記ステーターブロックの内部空間をその外部空間と連通させる複数の第１連通孔が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のアウターローター型モーター。
7. 前記外側ハウジングの各部位のうち、前記ステーターブロックの内部空間が位置する部位には、前記ステーターブロックの内部空間を前記外側ハウジングの外部空間と連通させる複数の第２連通孔が形成されることを特徴とする、請求項６に記載のアウターローター型モーター。
8. 前記ステーターブロックには、前記主冷却部部と隣接する部位に沿って冷媒や水あるいは気体のような流体の流れを案内する流体流路が形成され、
   前記流体流路は、冷媒あるいは流体を冷却して提供する冷却機器に連結されることを特徴とする、請求項１に記載のアウターローター型モーター。
9. 周り部は、前記アウターローターの後方側の周り部に固定され、内側部は、前記ステーターブロックに支持されながら回転する内側ハウジングをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアウターローター型モーター。
10. 前記ステーターブロックの後面の周り部には、円周方向に沿って収容溝が凹入形成され、
    前記内側ハウジングの内側部には、前記収容溝に収容された状態で支持される収容突起が突出形成されることを特徴とする、請求項９に記載のアウターローター型モーター。
11. 前記収容溝内には、前記収容突起が収容される場合、それらの隙間を封止するシール部材がさらに設けられることを特徴とする、請求項１０に記載のアウターローター型モーター。
12. 中空の内部を有するとともに、後面は閉鎖された円筒形に形成され、前記後面の中央側部は、固定シャフトが貫通した状態で前記固定シャフトに固定されるステーターブロックと、
    前記ステーターブロックの外周面に固定されるステーターと、
    前記ステーターブロックの内周面に設けられて、該当の部位の温度を下げる主冷却部と、
    前記ステーターの外側部に回転可能に設けられるアウターローターと、
    周り部は、前記アウターローターの前方側の周り部に固定され、内側部は、前記固定シャフトに回転可能に軸支される外側ハウジングと、
    を含み、
    前記外側ハウジングは、ホイールに結合され、
    前記固定シャフトは、車体に結合されることを特徴とする、アウターローター型インホイールモーター。
13. 前記固定シャフトは、ナックルを介して前記車体に結合されることを特徴とする、請求項１２に記載のアウターローター型インホイールモーター。
14. 前記固定シャフトと前記ナックルとは単一体として形成されることを特徴とする、請求項１３に記載のアウターローター型インホイールモーター。