▶ エー−トラクション ユーロペ ベスローテン フェンノートシャップの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-05
(45)【発行日】2022-12-13
(54)【発明の名称】液体冷却を備えたモータ駆動ユニット
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20221206BHJP
H02K 11/33 20160101ALI20221206BHJP
H05K 7/06 20060101ALI20221206BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
H02K11/33
H05K7/06 C
H05K7/20 M
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2020502642
(86)(22)【出願日】2018-07-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-09-10
(86)【国際出願番号】 NL2018050508
(87)【国際公開番号】W WO2019017792
(87)【国際公開日】2019-01-24
【審査請求日】2021-07-20
(31)【優先権主張番号】2019308
(32)【優先日】2017-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL
(73)【特許権者】
【識別番号】505335968
【氏名又は名称】エー－トラクション ユーロペ ベスローテン フェンノートシャップ
【氏名又は名称原語表記】Ｅ－ＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヴァン セヴェンター，ティモシー
【審査官】佐藤 匡
(56)【参考文献】
【文献】英国特許出願公開第０２４８１３２８（ＧＢ，Ａ）
【文献】特開２００３－１９９３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９９０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５９８１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２１２１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０００９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２０９７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０２５０９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許第０１２５２０３４（ＥＰ，Ｂ１）
【文献】国際公開第２００５／０７１８２４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１９９２９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｋ １１／３３
Ｈ０５Ｋ ７／０６
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジング（１０１）と、１つ以上のコンデンサ（１０３）と、前記ハウジング（１０１）内に配置されたソリッドステートスイッチング素子（１０４）とを備えた、インホイールモータのモータ駆動ユニット（１００）であって、前記ハウジング（１０１）が、下方区画（１２０）を備え、
前記下方区画（１２０）が、ボトムプレート（１２１）と、前記ボトムプレート（１２１）から延出する側壁（１２３）と、前記側壁（１２３）と前記ボトムプレート（１２１）の横端の端側とを備え、
前記ボトムプレート（１２１）には液体クーラントを受容するための冷却チャネル（１２２）が配設され、
前記ハウジング（１０１）がさらに、前記下方区画（１２０）を覆うセパレーションプレート（１３０）を備え、
前記セパレーションプレート（１３０）が、前記側壁および前記１つ以上のコンデンサと熱接触しており、
前記セパレーションプレート（１３０）が、前記側壁と直接接触するか、または前記セパレーションプレート（１３０）と前記側壁の間に塗布されたサーマルペーストまたはグリースを介して前記側壁と接触され、
前記モータ駆動ユニットがさらに、前記１つ以上のコンデンサ（１０３）に電気的に接続された直流バスバー（１５１，１５２）を備え、
前記直流バスバー（１５１，１５２）が前記セパレーションプレート（１３０）に機械的に固定されて前記セパレーションプレート（１３０）に熱伝導可能に接続され、
前記ソリッドステートスイッチング素子（１０４）が、前記下方区画内（１２０）に、前記ボトムプレート（１２１）と前記セパレーションプレート（１３０）の間に配置されて前記ボトムプレート（１２１）と熱接触しており、
前記コンデンサ（１０３）が前記下方区画（１２０）と反対方向を向く前記セパレーションプレート（１３０）の側に配置されて、前記直流バスバー（１５１，１５２）上に取り付けられるとともに前記直流バスバー（１５１，１５２）によって実質的に支持され、
前記ハウジング（１０１）がさらに、トッププレート（１４１）と側壁（１４３）を有する上方区画（１４０）を備え、
前記コンデンサ（１０３）が前記上方区画（１４０）内に、前記トッププレート（１４１）と前記セパレーションプレート（１３０）の間に配置され、
前記上方区画（１４０）、前記セパレーションプレート（１３０）および前記下方区画（１２０）が共同して前記１つ以上のコンデンサ（１０３）と前記ソリッドステートスイッチング素子とを封入する
ことを特徴とするモータ駆動ユニット。
【請求項2】
前記直流バスバー（１５１，１５２）がそれぞれ、前記セパレーションプレート（１３０）に投影して見た場合に、前記セパレーションプレート（１３０）に対面する前記１つ以上のコンデンサ（１０３）それぞれの実質的に全表面に前記直流バスバー（１５１，１５２）のうち１つが重なるように、前記セパレーションプレート（１３０）に対して略平行に延在する部分を含む、請求項１に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項3】
前記表面のうち少なくとも９０％に、より好ましくは少なくとも９５％に前記バスバーのうち１つが重なる、請求項２に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項4】
前記セパレーションプレート（１３０）のほうに向いた前記コンデンサ（１０３）の表面にサーマルペーストまたはサーマルグリースが塗布されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項5】
前記ソリッドステートスイッチング素子に電気的に接続された交流バスバー（１６１，１６２，１６３）を備え、前記交流バスバー（１６１，１６２，１６３）各々が、前記セパレーションプレート（１３０）に機械的に固定され、前記セパレーションプレート（１３０）に熱伝導可能に接続されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項6】
前記交流バスバー（１６１，１６２，１６３）が、前記セパレーションプレート（１３０）を通って前記ソリッドステートスイッチング素子（１０４）に延出し、前記交流バスバー（１６１，１６２，１６３）を前記セパレーションプレート（１３０）から電気的に絶縁するために、前記セパレーションプレート（１３０）を通る前記交流バスバー（１６１，１６２，１６３）の部分の周りにシールが配設されている、請求項５に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項7】
前記セパレーションプレート（１３０）が、実質的に完全に前記側壁および／または前記端側上に支持され、前記コンデンサ（１０３）が実質的に完全に前記セパレーションプレート（１３０）上に支持される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項8】
前記セパレーションプレート（１３０）が、前記側壁に対面した全長に沿って前記接触をなしている、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項9】
前記１つ以上のコンデンサ（１０３）がコンデンサアセンブリ内に含まれる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項10】
前記ソリッドステートスイッチング素子が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタおよび／またはバイポーラ接合トランジスタを含む、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項11】
前記ボトムプレート（１２１）の横端に配置されて前記下方区画（１２０）の水平壁を形成する第１のエンドプレートを備え、前記第１のエンドプレートが、前記モータ駆動ユニットの外部から前記チャネルに流体を供給するための冷却液フィードコネクタと、前記モータ駆動ユニットから冷却液を戻すための冷却液リターンコネクタとを備えている、請求項１に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項12】
前記第１のエンドプレートが配置されているのと反対側の前記ボトムプレート（１２１）の横端に配置されて前記下方区画（１２０）の水平壁を形成する第２のエンドプレートをさらに備え、前記第１のエンドプレートおよび／または第２のエンドプレートには、前記冷却チャネルを互いに流体接続するように適合された接続ダクトが配設されている、請求項１１に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項13】
前記冷却液フィードコネクタと前記冷却液リターンコネクタを前記インホイールモータの相補的な冷却液コネクタと係合させるために、前記インホイールモータの支持体に沿った、取り付け位置への摺動挿入のための、前記側壁の外部に沿ったスロットまたはリッジを前記ハウジング（１０１）が備えている、請求項１１または１２に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項14】
前記ボトムプレート （１２１）が押出部品として成形され、前記冷却チャネル（１２２）が押出方向に延出している、請求項１に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項15】
前記冷却チャネル（１２２）が、前記ボトムプレート（１２１）の横端のうち１つから、対向する前記ボトムプレート（１２１）の横端へと、互いに略平行に延在する、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項16】
前記ボトムプレート（１２１）が、該ボトムプレート（１２１）の横端どうしの間に延在する複数の貫通開口（１２４）を備え、前記複数の開口（１２４）にはそれぞれインサートが配設され、前記インサートの各々が前記ボトムプレート（１２１）の長手方向に沿って前記冷却チャネル（１２２）のうち２つ以上を画定している、請求項１ないし１５のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項17】
前記コンデンサ（１０３）が、前記セパレーションプレート（１３０）を通って前記下方区画（１２０）へと延出する導体によって前記ソリッドステートスイッチング素子に接続される、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項18】
前記導体には、前記下方区画（１２０）へと延出するその端部に、前記下方区画（１２０）内の対応するソケット内に収容されるプラグが配設されている、請求項１７に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項19】
前記コンデンサ（１０３）が、前記セパレーションプレート（１３０）を介して前記下方区画（１２０）へと延出する導体によって前記ソリッドステートスイッチング素子 （１０４）に接続される、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット。
【請求項20】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（１００）を備えたインホイールモータであって、さらにステータとロータとを備え、前記モータ駆動ユニット（１００）が完全に前記ステータ内に配置されているインホイールモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インホイールモータのモータ駆動ユニットに関し、そのモータ駆動ユニットは電気的構成要素を備え、電気的構成要素は１つ以上のコンデンサと、典型的には比較的高電圧の電流をインホイールモータの電磁石による使用に適した形態に変換するための、ＩＧＢＴなどのソリッドステートスイッチング素子を備えている。電気的構成要素は液体クーラントにより冷却される。
【背景技術】
【0002】
特許文献１から、１輪以上のタイヤを担持するホイールのリムに電動モータのロータが結合されているインホイール電動モータを備えた電気自動車が既知である。ステータは、ホイールサスペンションシステムを介して車両のフレームに取り付けられている。この既知のインホイールモータは、モータの電磁石が、中間歯車なしでリムとタイヤを直接駆動するダイレクトドライブホイールの一部である。こうして、重量と空間が省かれ、駆動装置内の構成要素の数が極減される。
【0003】
インホイールモータによって生成されるトルクは、ロータとステータの間の磁束搬送面に依存し、ロータ半径の二次関数である。ロータ磁石は、ロータ半径を可能な限り大きくするように、ステータの周りに可能な限り外側に離して配置され、モータ設計は、タイヤに最大パワーとトルクを供給するために、ロータとステータの間の隙間を極減するべく最適化される。ロータとステータの間の隙間の幅は他方では、走行状態中にホイールへの機械的衝撃を吸収するために十分なほど大きくなるように設計される。
【0004】
ステータの巻線は、ステータ内に配置された制御エレクトロニクスによって給電され、その制御エレクトロニクスは、車両の電源システム、例えば電池パックおよび／または発電機からの電気エネルギーを、電動モータによる使用に適した交番電流に変換する。そのような制御エレクトロニクスは典型的にパワー制御エレクトロニクス、例えば特許文献２に記載のようなＩＧＢＴ電流モジュールと電流調整器を備えている。制御エレクトロニクスを用いて、ステータの巻線に供給される電流および／または電圧を制御することで、ステータによって生成される磁束の磁場ベクトルが制御され、電動モータは所望のトルクおよび／または回転速度で動作する。制御エレクトロニクスをステータ内に一体化することで、制御エレクトロニクスから電磁石にわたるバスバーの長さを短く保つことができ、それは、例えば７００Ｖまたはそれ以上で３００Ａになり得るような電動モータを動作させるために一般的に必要な高電流および高電圧の損失を極減するという見地から非常に望ましい。
【0005】
電動モータおよび／または制御エレクトロニクスを冷却するために、既知の駆動アセンブリには冷却システムが配設されており、冷却システムは、ステータおよび／または制御エレクトロニクスの外面付近に配置された１つ以上の冷却チャネルを有し、それを介して液体クーラントは駆動アセンブリに流入し駆動アセンブリから流出できる。
【0006】
インホイール駆動アセンブリは、ロータに車両の可動部品が全く付いていない、および／またはロータ内に車両の可動部品が延出していない実質的に自蔵個別のモジュールとして実現され得る。ロータによって画定される内部空間は好ましくは実質的に閉鎖されて、車両の制動システムによって、および／または道路によって放出される塵芥および／または磨耗粒子等の異物粒子の、前記内部への侵入を防止する。
【0007】
インホイール駆動アセンブリは、駆動アセンブリの車両側を車両フレームに接続することによって様々な位置で車両に取り付けられてよい。
【0008】
既知のインホイール駆動アセンブリでは、モータドライブの一部を形成するとともにＰＣＢ上に配置され得るコンデンサとＩＧＢＴは、これらの電子構成要素を実質的に包囲する周縁ハウジング内に延在するチャネルを備えた冷却システムによって冷却される。既知の冷却システムは、周縁ハウジングの外面上に配置されたインホイールモータの電磁石を冷却するためにも用いられ得るという利点を有する。しかしながら、その冷却能力の大部分は典型的に電磁石を冷却するために使用され、結果として、電子構成要素を冷却するために残されるのは、その冷却能力のうち比較的小部分のみとなる。これは、電子構成要素の動作寿命の低下をもたらし得る。例えば、一部のコンデンサでは、コンデンサの寿命は、動作温度が１０℃上がる毎に半減する。
【0009】
特許文献３は、例えば冷媒が通り得る壁が配設されたハウジングを備えた電動モータのインバータである半導体デバイスを記載している。コンデンサおよび電源デバイスが、冷媒を通す壁に直接取り付けられている。そのような壁にコンデンサを固定するために固定ジグが配設されてよい。コンデンサおよび電源デバイスは両方とも、冷媒を通す壁に直接取り付けられるため、冷媒が漏れることを避けるために、ハウジングを組み立てまたは解体するときには特段の注意を払わなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】国際公開第２０１３／０２５０９６号パンフレット
【文献】欧州特許第１２５２０３４号明細書
【文献】欧州特許第１７１３１６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、より単純な構造を有する電子構成要素の冷却システムを備えた車両のインホイールモータのモータ駆動ユニットを提供することである。さらなる目的は、そのようなモータ駆動ユニットを備えたインホイールモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この目的で、第１の態様により、本発明はインホイールモータのモータ駆動ユニットを提供し、モータ駆動ユニットは、ハウジングと、１つ以上のコンデンサと、ソリッドステートスイッチング素子ハウジング内に配置されたソリッドステートスイッチング素子を備え、ハウジングは、ボトムプレートと、ボトムプレートから延出する側壁と、側壁およびボトムプレートの横端の端側を備えた下方区画を備え、ボトムプレートには液体クーラントを受容するための冷却チャネルが配設され、ハウジングはさらに、下方区画を覆うセパレーションプレートを備え、セパレーションプレートは側壁および１つ以上のコンデンサと熱接触しており、ソリッドステートスイッチング素子は、下方区画内に、ボトムプレートとセパレーションプレートの間に配置されてボトムプレートと熱接触しており、１つ以上のコンデンサは、下方区画と反対方向を向くセパレーションプレートの側に配置され、直流バスバー上に取り付けられ且つ直流バスバーによって実質的に支持されている。こうして本発明は、セパレーションプレートが１つ以上のコンデンサ用のヒートシンクとして働く専用冷却システムを提供し、他方でソリッドステートスイッチング素子は、ボトムプレートとのより直接的な接触によって冷却される。コンデンサは、少なくとも側壁の高さ分、ボトムプレート内のチャネルと間隔があるが、それでもコンデンサの効率的な冷却は達成され、一方、同時に、液体クーラントによって提供される冷却能力が、最も必要とされる場所、すなわち、ソリッドステートスイッチング素子付近で先ず提供されることが確保される。直流バスバーはセパレーションプレートに機械的に固定されているため、バスバーとセパレーションプレートは一括してハウジングに配置またはハウジングから取り出すことができる。さらに、直流バスバーは、セパレーションプレートと側壁を介して、１つ以上のコンデンサからボトムプレートに熱を転移させることを補助する。
【0013】
セパレーションプレートは好ましくは実質的に完全に側壁および／または端側上に支持され、１つ以上のコンデンサのほうは好ましくはセパレーションプレート上に実質的に完全に支持される。こうしてこれらの構成要素はセパレーションプレートに固定されることができ、保守中に、セパレーションプレートを下方区画から取り外すことによって下方区画から取り出され得る。
【0014】
こうして、１つ以上のコンデンサは対応する直流バスバーとの接触によって冷却されることができ、直流バスバーのほうはセパレーションプレートによって冷却される。直流バスバーはそれぞれ、セパレーションプレートに投影して見た場合に、セパレーションプレートに対面するコンデンサそれぞれの全表面に、バスバーのうち１つが重なるように、セパレーションプレートに対して略平行に延在する部分を備えていることが好ましい。好ましくは、前記表面の少なくとも９０%に、より好ましくは少なくとも９５％に、バスバーのうち１つが重なる。１つ以上のコンデンサと直流バスバーおよび／またはセパレーションプレートとの間の熱接触を改善するために、サーマルペーストまたはグリース等が、セパレーションプレートのほうに向いたコンデンサの表面に塗布されてよい。
【0015】
１つ以上のコンデンサは直流バスバーに取り付けられ、好ましくは実質的に完全に直流バスバーによって支持されているため、これらの構成要素および／または直流バスバーへのさらなる支持を提供するためのスペーサ等は必要ない。
【0016】
一実施形態では、モータ駆動ユニットはさらに、ソリッドステートスイッチング素子に電気的に接続された交流バスバーを備え、各交流バスバーはセパレーションプレートに機械的に固定され、セパレーションプレートに熱伝導可能に接続されている。こうして、交流バスバーもセパレーションプレートによって提供される冷却からの恩恵を蒙る。
【0017】
一実施形態では、交流バスバーはセパレーションプレートを介してソリッドステートスイッチング素子へと延在し、セパレーションプレートを介して延在する交流バスバーの部分の周囲にシールが配設されて、セパレーションプレートから交流バスバーを電気的に絶縁している。
【0018】
一実施形態では、セパレーションプレートは側壁と直接接触するか、またはセパレーションプレートと側壁の間に塗布されたサーマルペーストまたはグリース等を介して側壁と接触する。好ましくは、そのような接触、すなわち、セパレーションプレートの側壁との直接接触またはサーマルペーストもしくはグリース等を介した接触は、側壁の対向面の全長に沿ったものである。より好ましくは、セパレーションプレートは両エンドプレートとも接触する。
【0019】
一実施形態では、複数のコンデンサは１つのコンデンサアセンブリに含まれている。
【0020】
一実施形態では、ソリッドステートスイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタおよび／またはバイポーラ接合トランジスタを備えている。
【0021】
一実施形態では、モータ駆動ユニットはさらに、ボトムプレートの横端に配置されて下方区画の水平壁を形成する第１のエンドプレートを備え、前記第１のエンドプレートは、モータ駆動ユニットの外部からチャネルに流体を供給するための冷却液フィードコネクタと、モータ駆動ユニットから冷却液を戻すための冷却液リターンコネクタを備えている。第１のエンドプレートを通って延在する、および／または第１のエンドプレートを通る貫通開口に出るコネクタはこうして、モータ駆動ユニットの同じ横側から容易にアクセス可能である。
【0022】
一実施形態では、モータドライブはさらに、第１のエンドプレートが配置されて下方区画の水平壁を形成しているところと反対側のボトムプレートの横端に配置された第２のエンドプレートを備え、第１のエンドプレートおよび／または第２のエンドプレートには、冷却チャネルを互いに流体接続するように適合された接続ダクトが配設されている。こうしてボトムプレート自体はチャネル間の接続とは遊離した状態を保つことができ、ボトムプレートにチャネルが特に単純な方式で配設されることを可能にしている。
【0023】
一実施形態では、ハウジングはさらに、冷却液フィードコネクタと冷却液リターンコネクタをインホイールモータの相補的な冷却液コネクタと係合させるために、インホイールモータの支持体に沿って摺動して取り付け位置に挿入するための、側壁の外部に沿ったスロットまたはリッジを備えている。モータ駆動ユニットはこうして、インホイールモータの冷却液コネクタと、モータ駆動ユニットの冷却液フィードコネクタおよびリターンコネクタとの間の液密接続がなされるような様式で、インホイールモータの内部へと容易に摺動され得る。
【0024】
一実施形態では、ボトムプレートは押出成形部品として成形され、冷却チャネルは押出方向に延出している。ボトムプレートは好ましくは、アルミニウムなどの金属または金属合金から押出成形される。そのような押出成形ボトムプレートは、別個の部品から構成されたボトムプレートよりも熱をよく伝導することがわかっている。このため、ボトムプレートの押出し中に、側壁がボトムプレートと一体に成形されることが非常に好ましい。
【0025】
一実施形態では、冷却チャネルはボトムプレートの横端のうち１つから、ボトムプレートの反対側の横端へと、互いに対して略平行に延在する。
【0026】
一実施形態では、ボトムプレートはボトムプレートの横端どうしの間に延在する貫通開口を備え、前記開口にインサートが配設され、各インサートがボトムプレートの長手方向に沿って２つ以上の冷却チャネルを画定している。こうしてボトムプレートは、貫通開口がチャネルよりも大きい直径を有する状態で製造されることができ、特にボトムプレートが押出成形によって製造される場合に製造プロセスを容易にする。
【0027】
一実施形態では、１つ以上のコンデンサは、セパレーションプレートを介して下方区域へと延在する導体によってソリッドステートスイッチング素子に接続される。好ましくは これらの導体には、下方区域へと延出するそれらの端部に、下方区画内の対応するソケット内に収容されるプラグが配設されて、１つ以上のコンデンサの出力とソリッドステートスイッチング素子の入力の間の容易に着脱自在な電気的接続を提供する。
【0028】
一実施形態では、ハウジングはさらに、トッププレートと側壁を有する上方区画を備え、１つ以上のコンデンサはトッププレートとセパレーションプレートの間の上方区画に配置され、上方区画、セパレーションプレートおよび下方区画は共同して１つ以上のコンデンサとソリッドステートスイッチング素子を封入する。ハウジングが電気的構成要素を、好ましくは実質的に防水方式で実質的に完全に覆うため、塵芥と水分がハウジングの外部から電気的構成要素に通ることが防止される。
【0029】
一実施形態では、交流および直流バスバーは、ハウジングの外部に、それぞれ、１つの直流入力電流と１つ以上の交流出力電流のための端子を備えている。好ましくは、交流および直流バスバー端子は、クーラント液のインレットおよびアウトレットコネクタから離れたハウジングの側に配置され、その結果、例えばインホイールモータ内のモータ駆動ユニットの取り付け中にクーラント液が漏れた場合でも、短絡が形成される危険が低減される。
【0030】
第２の態様により、本発明は、先行請求項に記載のモータ駆動ユニットを備えたインホイールモータを提供し、さらにステータとロータを備え、モータ駆動ユニットはステータ内部に完全に配置されている。好ましくは、複数の電磁石がステータの外面に装着され、別個の冷却システムが、電磁石を冷却するためにインホイールモータに配設されている。
【0031】
第３の態様により、本発明は、例えば、請求項１の従属項に記載のような、本発明の第１の態様の１つ以上の実施形態の特徴を備えた、請求項１の少なくとも前提部分に記載のインホイールモータのモータ駆動ユニットを提供する。この態様によるモータ駆動ユニットは、請求項１の特徴部分の特徴を必ずしも含まなくてもよい。
【0032】
本発明を、添付図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1A】本発明に係るモータ駆動ユニットを備えた駆動アセンブリの断面図である。
【図1B】本発明に係るモータ駆動ユニットを備えた駆動アセンブリの破断等角図である。
【図2】本発明に係るモータ駆動ユニットの模式断面図である。
【図3A】モータ駆動ユニットの下方区画の分解等角図である。
【図3B】下方区画のエンドプレートの断面図である。
【図3C】下方区画のボトムプレートの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
図１Ａは、本発明で使用する駆動アセンブリ１の断面図を示す。駆動アセンブリは、周りにロータ６０を配置する外面３２を有する中空ステータボディ３１を備えたステータ３０を備えている。駆動アセンブリはさらに、駆動アセンブリを車両に装着するためにアセンブリ１の車両側２に配置されたコネクタスタブ３３を備えている。コネクタスタブ３３は、シャフト３４と、ステータボディ３１に固定接続されたフランジ３５を備えている。フランジ３５はロータ６０内に配置され、ロータ６０の周面６３の外部にあるシャフト３４の部分３６よりも大きい直径を有する。回転軸Ｒ周りでのロータ６０の回転運動を支持するために車両側ベアリング５２が配設され、それを介してロータは車両側でスタブ３３上に支持される。道路側３では、ロータは道路側ベアリング５３を介してステータボディ３１上に回転可能に支持される。
【0035】
複数の永久磁石６１がロータ６０の内周面６２に装着されて、ステータ３０の電磁石４１の周りで回転可能である。電磁石４１はステータボディ３１上に固定されて、永久磁石６１と、電磁石４１によって生成される磁束の間の相互作用によってロータの回転を駆動する。ステータ３０とロータ６０は、回転軸Ｒ周りでのホイールの回転を直接駆動するように適合された電動モータを形成する。電磁石４１を制御し電磁石４１に給電するために、モータ駆動ユニット１００が中空ステータボディ３１内部に配置されており、モータ駆動ユニット１００は、車両の電源システム、例えば電池パックおよび／または発電機からの電気エネルギーを、電動モータによる使用に適した交流形態に変換するための、ＩＧＢＴまたは他の種のソリッドステートスイッチング素子などの構成要素およびコンデンサを含むパワー制御エレクトロニクス４２を備えている。レゾルバ８１は、パワー制御エレクトロニクスに対するロータの角度位置を示す角度位置信号を提供し、交番電流が、ロータの磁界と一致した位相で供給されるようにする。
【0036】
電動モータが動作しているときにパワー制御エレクトロニクスの過熱を防止するために、冷却ダクトが、ステータボディ３１の内部且つボディ３１から離隔して、パワー制御エレクトロニクス４２付近のモータ駆動ユニット１００内に配設されている。クーラントは、コネクタスタブ３３を通ってロータの外部からその内部に至るクーラント供給チャネル４５を介して冷却ダクトに供給される。液体クーラントの流路Ｆは矢印Ｆで模式的に示されている。パワー制御エレクトロニクス４２を冷却した後で、クーラントは、コネクタスタブ３３内の通路４６を介して、ステータボディ３１の外面３２に配設された冷却ジャケット３７に流入する。冷却ジャケット３７には、中空円筒ボディ３１に沿って通る回路を形成して、冷却ジャケット３７の外側４０に配置された電磁石４１を冷却するために流れる液体クーラントを通す通路を提供するチャネル３８が配設されている。こうして、比較的低温のクーラントがクーラント供給チャネル４５を通って供給されることができ、クーラントは冷却ダクトを通過する間に暖機してパワー制御エレクトロニクス４２から熱エネルギーを吸収し、次にチャネル３８を通過して電磁石４１から熱エネルギーを吸収し、その後で駆動アセンブリ１から除去されて、コネクタスタブ３３を通って延在するクーラント排出チャネル（図示せず）を通して車両に戻される。暖機されたクーラントは好ましくは車両上の熱交換器で冷却され、その後クーラント供給チャネル４５を通って再循環される。
【0037】
パワー制御エレクトロニクス４２に給電するための給電線４３ａ，４３ｂが、ロータ６０の外部から、コネクタスタブ３３内の通路４４を通って、パワー制御エレクトロニクスに通る。
【0038】
ロータ６０は、それぞれその車両側２とその道路側３に横端７２，７３を有する略円筒形のロータボディ７１を備えている。両横端７２，７３は、道路からの、または、車両の制動システムによって放出される塵芥および磨耗粒子などの異物粒子が中空ロータ６０の内部に侵入することを防止するために実質的に閉鎖されている。ロータの車両側は、回転軸Ｒに対して横断方向に延在するサイドプレート７４によって、またカバープレート７５によって実質的に閉鎖されている。サイドプレート７４とカバープレート７５にはそれぞれ、コネクタスタブ３３の部分３４がそれを介して延出する開口部が配設されている。サイドプレート７４は車両側ベアリング５２を支持するのに対し、カバープレート７５はサイドプレート７４に装着されてベアリング５１を、それらの側方車両側２で覆い、それを介して部分３４が延出する開口部７７を備えている。カバープレート７５は、開口部７７の内周縁７９とコネクタスタブ３３のシャフト３４の外周の間に配置されたシャフトシール７８とともに、異物粒子が車両側ベアリング５２を損傷することを防止する。さらに、カバープレート７５とシャフトシール７８は、粒子が電磁石４１に干渉する可能性がある車両側２からそのような粒子がロータの内部５に侵入することを実質的に防止する。
【0039】
ステータボディ３１の内側に配置された道路側ベアリング５３は、道路側３において第２のカバープレート８０によって覆われている。レゾルバ８１はステータ３０を第２のサイドプレート８０に回転可能に接続し、ステータ３０に対するロータ６０の角度位置を検出するように適合されている。
【0040】
【0041】
図２は、比較的高電圧の直流電流を、インホイールモータの電磁石に給電するのに適した形態に変換するように適合された、本発明に係るモータ駆動ユニット１００の断面図を示す。この目的で、駆動ユニットには、電気自動車の電池パックなどの直流電流源に接続される入力側と、ここではＩＧＢＴの形態であるソリッドステートスイッチング素子１０４ａ－１０４ｄに電気的に接続される出力側を有する、コンデンサ１０３ａ－１０３ｃを備えたコンデンサアセンブリ１０３が配設されている。電気的構成要素１０３ａ－１０３ｃ、１０４ａ－１０４ｃはハウジング１０１によって封入され、ソリッドステートスイッチング素子はハウジング１０１の下方区画１２０に配置されている。ソリッドステートスイッチング素子を冷却するために、下方区画にはボトムプレート１２１が配設され、ボトムプレート１２１を通って貫通開口１２４がボトムプレートの長手方向に延在する。インサート１２５が開口に配置され、長手方向に分離壁を備え、液体クーラントがボトムプレートを冷却するために流れる、液体クーラントの平行なチャネル１２２を画定している。下方区画はさらに、ボトムプレート１２１から垂直に延出する、例えば押出加工中に好ましくはアルミニウムなどの金属である同じ材料でボトムプレート１２１と単一ユニットとして成形された側壁１２３を備えている。こうして、ボトムプレートと側壁の間の良好な熱伝導率が達成され、その結果、開口１２４を介した液体クーラントの流れがボトムプレート１２１と側壁１２３の両方を冷却する。ハウジング１０１はさらに、側壁１２３によって支持され下方区画１２０を覆うセパレーションプレート１３０を備え、その結果ソリッドステートスイッチング素子１０４ａ－１０４ｄはボトムプレート１２１とセパレーションプレート１３０の間に配置される。コンデンサ１０３ａ－１０３は、セパレーションプレート１３０によって、下方区画１２０と反対方向に向くセパレーションプレートの側１３１上に支持される。こうしてセパレーションプレートは、ソリッドステートスイッチング素子１０３ａ－１０３ｃとコンデンサ１０４ａ－１０４ｄの間の物理的分離を提供する。さらに、セパレーションプレート１３０は、コンデンサによって生成された熱エネルギーが吸収され得る冷却された側壁１２３に向いた熱伝導面を形成する。
【0042】
コンデンサ１０３ａ－ｃを塵芥および水分などの外部の影響から保護するために、ハウジング１０１はさらに、ボトムプレート１２１と略平行なトッププレート１４１を有する上方区画１４０を備え、側壁１４３がトッププレートからセパレーションプレート１３０に向けて延在している。上方区画は好ましくは同様に、例えばアルミニウム等の高い熱伝達率を有する材料から製造され、セパレーションプレートを介して側壁１４３と熱接触している。こうして、セパレーションプレート１３０と反対方向を向く側でのコンデンサの或る程度の冷却が達成され得る。
【0043】
図３Ａは、図２の下方区画１２０の分解図を示す。ボトムプレート１２１には、ボトムプレートの長手方向Ｌに対して平行に通る貫通開口１２４が配設されている。図１からわかるように、モータ駆動ユニット１００がインホイールモータ内に取り付けられているとき、ボトムプレートは、その長手方向をロータ６０の回転軸Ｒに対して平行にして配向している。図３Ａに戻って参照すると、貫通開口１２４に、略平坦なインサート１２５が配設されている。
【0044】
図３Ｂは、貫通開口１２４内に配置された場合のインサートの側面図を示す。貫通開口１２４には、インサートの頂面を壁部１２４ａ付近または壁部１２４ａに当接させてインサート１２５が開口１２４に挿入された場合に液体クーラントを流すチャネル１２２を画定する壁部１２４ａが配設されている。インサートの使用は、ボトムプレートと側壁１２３が押出加工で単一のユニットとして製造されることを可能にする。ボトムプレートが製造された後で、インサート１２５が貫通開口１２４に挿入されて、液体クーラント用のチャネル１２２の特定の形状および／または寸法を画定する。別の実施形態では、インサートには壁部が配設されてよく、貫通開口は実質的に一定の長方形の断面を有し得ることが理解されよう。
【0045】
側壁１２３は、ボトムプレート１２０の頂面１２７からの高さＨを有し、ボトムプレートの全長に沿って通る。側壁の最小幅Ｗはボトムプレートの厚さＴの三分の一であり、ボトムプレートと側壁の間の十分な熱伝導能力を確実にしている。側壁は、最小幅Ｗよりも少なくとも１．５倍大きい幅の頂面１２６を有し、セパレーションプレートに接触するための拡大した面を提供している。側壁１２３内のスロット１２８は、ボトムプレートの長手方向Ｌに沿って長手方向に延在して、モータ駆動ユニットの、インホイールモータの対応する支持体上への取り付けを容易にしている。
【0046】
その横側を実質的に封鎖するために、下方区画には、ボトムプレー１２０の第１の横側に第１のエンドプレート１７０が、また、ボトムプレートの反対側の横側に第２のエンドプレート１８０が配設されている。第１のエンドプレート１７０は貫通するダクト１７１および１７２を備え、それはそれぞれ、液体クーラントフィードコネクタをチャネル１２２に、また液体クーラントリターンコネクタをチャネル１２２の別の部分に流体接続している。こうして、ボトムプレート１２０のチャネルは、モータ駆動ユニットをその長手方向に沿って、インホイールモータの対応するコネクタのほうに摺動させることによって、外部液体クーラントサプライおよびリターンに容易に流体接続され得る。第２のエンドプレート１８０には、プラグ１８４ｂ，１８５ｂによって封鎖される貫通開口１８４ａ，１８５ａが配設されている。プラグをそれらの貫通開口から抜くことによって、液体クーラントは、中空ステータボディの開放端からアクセス可能な第２のエンドプレートの位置から排出され得る。ボトムプレート１２１とそれぞれの横断エンドプレート１７０，１８０の間に、防止するためにシール１７３，１８３が配置されている。
【0047】
図３Ｃは、ボトムプレート１２１、 第１のエンドプレート１７０および第２のエンドプレート１８０の上面図を模式的に示し、面１２７の下方の貫通開口１２４が、破線を用いて示されている。エンドプレート１７０，１８０には、貫通開口１２４を互いに流体接続するためのＵ屈曲形状接続ダクト１７６，１８６が配設されている。こうして、液体流により矢印Ｃの方向が達成される。
【0048】
図４Ａおよび４Ｂはそれぞれ、コンデンサ１０３を取り付けたセパレーションプレート１３０の等角図を示す。図４Ａは、電気自動車の電池パックまたは発電機などの比較的高電圧直流電源に接続するための端子１５１ａ，１５２ａを備えた直流バスバー１５１，１５２を示す。端子１５１ａ，１５１ｂは、セパレーションプレート１３０に対して略平行に延在するバスバー１５１，１５２の対応する部分から約９０度の角度で延出する。直流バスバー１５１，１５２の略平行な部分が、セパレーションプレートと熱接触しており、コンデンサ１０３ａ－１０３ｃのほうは直流バスバーと熱接触しているため、セパレーションプレート１３０は、セパレーションプレートに対面する側でコンデンサアセンブリ１０３に冷却を提供する。熱接触は直接当接接触を含み得るが、好ましくは、直流バスバー１５１，１５２とセパレーションプレート１３０の間の熱接触および／またはコンデンサ１０３と直流バスバー１５１，１５２の間の熱接触を改善するために、非導電性サーマルペースト等が配設されることが理解されよう。
【0049】
それぞれの交流バスバーの端子１６１ａ，１６２ａ，１６３ａは、構成要素１０３ａ－１０３ｃおよび構成要素１０４ａ－１０４ｄによって、インホイールモータの電磁石に給電するのに適した電圧に変換された電流を出力するために配設される。交流バスバー１６１，１６２，１６３はコンデンサの視界からは殆ど隠れているが、これらのバスバーもそれぞれ、セパレーションプレート１３０と平行に延在する部分を備えている。
【0050】
交流バスバーと直流バスバーは両方ともセパレーションプレート１３０に熱的且つ機械的に接続されている。
【0051】
図４Ｂは、いくつかの貫通開口が配設されたセパレーションプレートを示し、その貫通開口を介して導体１９１，１９２，１９３，１９４がコンデンサ１０３から下方区画に延出してその中のＩＧＢＴ１０４ａ－１０４ｄに接続する。下方区画に対面するセパレーションプレート１３０の側１３２の導体１９１－１９４は、下方区画の対応するソケットにプラグの様に嵌合する端部を有し、そのソケットはＩＧＢＴ１０４ａ－１０４ｄに電気的に接続されている。
【0052】
セパレーションプレート１３０は、側壁１２３の対向面１２６と接触するように配置された、また好ましくはエンドプレート１７０および１８０の上向きの面１７８，１８８とも接触するように配置された周縁を有して、ボトムプレート１２０とセパレーションプレート１３０の間の良好な熱接触を提供している。
【0053】
モータユニットは、中空ステータボディを有するインホイールモータ、例えば、図１Ａおよび１Ｂのインホイールモータ内に全体として摺動されることができ、中空ステータボディには、その内面に、ユニットの側壁の外部上のスロット１２８に係合するための支持体が配設されている。側壁１２３内のスロット１２８は、ステータの支持体と協働して、ステータの横断フランジ内の対応するコネクタへの、ダクト１７１，１７２の容易な位置合わせを可能にする。クーラントが端子に漏れる危険を低減するために、液体クーラントコネクタ１７１，１７２がモータ駆動ユニットの車両側に配置され、バスバー端子１５１ａ，１５２ａ，１６１ａ，１６２ａ，１６３ａがモータ駆動ユニットの道路側に配置されていることが好ましい。
【0054】
要約すると、本発明は、ハウジングと、コンデンサと、ハウジング内に配置されたソリッドステートスイッチング素子を備えたインホイールモータのモータ駆動ユニットに関し、そのハウジングが下方区画を備え、下方区画はボトムプレートと、ボトムプレートから延出する側壁と、側壁とボトムプレートの横端の端側を備え、ボトムプレートには液体クーラントを受容するための冷却チャネルが配設されている。コンデンサは比較的高電圧の構成要素であってよく、ソリッドステートスイッチング素子は比較的低電圧の構成要素であってよい。ソリッドステートスイッチング素子が、下方区画に、ボトムプレートとセパレーションプレートの間に配置されてボトムプレートと熱接触してよく、１つ以上のコンデンサが直流バスバーに接続されて、下方区画と反対方向を向くセパレーションプレートの側に配置されてよい。
【0055】
本発明を、図面に示したいくつかの代表的実施形態を参照して説明してきた。一部の部品または要素の修正や別の実装が可能であり、それらは、添付の特許請求に定義される保護範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0056】
１ 駆動アセンブリ
２ 車両側
３ 道路側
３０ ステータ
３１ ステータボディ
３３ コネクタスタブ
３４ シャフト
３５ フランジ
５２ 車両側ベアリング
５３ 道路側ベアリング
６０ ロータ
６１ 永久磁石
７１ ロータボディ
７２，７３ 横端
７４ サイドプレート
７５，８０ カバープレート
７８ シャフトシール
８１ レゾルバ
１００ 駆動ユニット
１０１ ハウジング
１０３ コンデンサ
１０４ スイッチング素子
１２０ 下方区画
１２１ ボトムプレート
１２２ 冷却チャネル
１２３ 側壁
１２４ 貫通開口
１２５ インサート
１３０ セパレーションプレート
１４０ 上方区画
１４１ トッププレート
１４３ 側壁
１５１，１５２ 直流バスバー
１６１，１６２，１６３ 交流バスバー
１７９，１８０ エンドプレート
２ 車両側
３ 道路側
３０ ステータ
３１ ステータボディ
３３ コネクタスタブ
３４ シャフト
３５ フランジ
５２ 車両側ベアリング
５３ 道路側ベアリング
６０ ロータ
６１ 永久磁石
７１ ロータボディ
７２，７３ 横端
７４ サイドプレート
７５，８０ カバープレート
７８ シャフトシール
８１ レゾルバ
１００ 駆動ユニット
１０１ ハウジング
１０３ コンデンサ
１０４ スイッチング素子
１２０ 下方区画
１２１ ボトムプレート
１２２ 冷却チャネル
１２３ 側壁
１２４ 貫通開口
１２５ インサート
１３０ セパレーションプレート
１４０ 上方区画
１４１ トッププレート
１４３ 側壁
１５１，１５２ 直流バスバー
１６１，１６２，１６３ 交流バスバー
１７９，１８０ エンドプレート
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】