专利名称：内轮电动机驱动装置及其设计方法
技术领域：
本发明涉及一种内轮电动机驱动装置及其设计方法，该内轮电动机驱动装置连接有装载于汽车上的电动机、减速器、车轮用轴承。
背景技术：
电动汽车所采用的内轮电动机组件式的内轮电动机驱动装置为下述的结构，其中，将称为轮毂轴承等的车轮用轴承、减速器、电动机进行连接，通过减速器而使电动机的驱动转矩倍增(在转数上进行减速)，经由车轮用轴承传递给轮胎。在该减速器中，采用使用了行星齿轮的类型，但是，为了确保乘坐舒适性，采用极力地减轻车体的簧下重量的结构，采用摆线减速器(比如，专利文献I)。另外，同样在电动机中，其尺寸紧凑地被设计，电动机的能量密度必须较大。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开2006-258289号公报
发明内容
发明要解决的问题但是，作为像这样，谋求减速器和电动机的紧凑化的结果，确保减速器和电动机的可靠性成为重要的课题。特别是电动机的冷却性能为课题之一，必须要求小尺寸内，即小表面积的冷却。在伴随产生的冷却组件的尺寸大的同时，该冷却用的消耗能量变大。特别是在电动汽车用电动机中，对应于汽车的运转状况，转矩和旋转速度改变。额定输出不是通过点，而是通过转矩和旋转速度的面的特性表示。该电动机所要求的特性为
(I)在低速区域，必须短时间地产生最大转矩；(2)在中速、高速区域，可以最大输出进行宽 范围的变速运转等。在这些电动机所要求的特性中，在前者的场合，在低速区域产生的过大转矩为短时间内发生，但是此时的电动机的能量投入量大。于是，必须通过抑制电动机的发热或对其冷却，确保内轮电动机的可靠性。在上述内轮电动机驱动装置中，如果电动机、减速器处于过负荷状态，则温度过度地上升。特别是，在采用为摆线式的具有高减速比的减速器的场合，电动机的特长在于:与必须要求到达高速旋转的转数的情况相反，电动机本身的转矩可减小，可减小电动机的整体尺寸。这样虽然可减小电动机的整体尺寸，但是，电动机本身的输出相对采用具有低转速比的减速器的场合，是没有改变的。即，来自电动机的发热量与减小减速比的场合相同。于是，具有下述的课题，即，对于电动机本身的输出，与采用具有低减速比的减速器的场合相比较，在采用作为摆线式的具有高减速比的减速器的场合，必须在电动机的整体尺寸小的同时，对电动机进行冷却。人们提出了极力抑制电动机部损耗而产生的热量，或电动机的冷却方法的方案，但是，没有关于容易冷却的电动机本身的方案的例子。本发明的目的在于提供容易将电动机的发热排放到外部，电动机的冷却性能优良的内轮电动机驱动装置及其设计方法。用于解决课题的技术方案本发明的内轮电动机驱动装置包括车轮用轴承，该车轮用轴承具有静止侧轨道圈和旋转侧轨道圈，在上述旋转侧轨道圈上安装车轮；电动机，该电动机旋转驱动该车轮用轴承的上述旋转侧轨道圈；减速器，该减速器夹设于该电动机和上述车轮用轴承的旋转侧轨道圈之间，具有5以上的减速比，其中，该内轮电动机驱动装置按照下述方式构成，该方式为上述电动机的性能具有在低速旋转区域(Lo)产生最大转矩的电动机特性，另外上述电动机的冷却主要通过来自定子的放热而进行，在通过上述电动机的低速旋转而产生最大转矩的转数区域(L)，并且在上述最大转矩的50%以上的高输出区域(LH)，在由铜损和铁损构成的上述电动机的损耗中，上述定子的损耗为50%以上。另外，在上面描述中，“电动机的冷却主要通过来自定子的放热而进行”是指电动机整体的放热量的至少一半为来自定子的放热。另外，“以低速旋转，产生最大的转矩的转数区域(L) ”为“低速旋转区域(Lo) ”。像这样，设定电动机的特性的结构，分配冷却较容易的定子的发热比例，由此，可抑制电动机的冷却困难的电动机转子的发热，可促进电动机的整体的冷却。其结果是，在与具有5以上的减速比的减速器相组合而使用的高输出的同时，可进行整体尺寸小的小型电动机的冷却。在本发明中，最好，上述电动机具有通过冷却液对上述定子的线圈部进行冷却的 冷却介质流路，在上述电动机的损耗中，铜损为25%以上。为了促进来自定子的线圈部的放热，在形成将冷却液直接或间接地流过线圈部的结构的基础上，电动机采用了将来自电动机的发热变为线圈部的损耗的电动机的设计，由此，可以良好的效率将来自电动机的发热量排放到外部，小型电动机的冷却容易。特别是如果对于该线圈部的发热量(损耗量)，即铜损设为占电动机整体的损耗比例的25%以上，则可以良好的效率将来自电动机的发热量排放到外部，小型电动机的冷却变容易。在具有冷却介质流路的场合，上述电动机包括覆盖转子的筒状的外壳；固定于该外壳上的上述定子，其中，在上述外壳内部可形成上述冷却介质流路。在该场合，最好，上述冷却介质流路形成于上述外壳中的与上述转子的前端部面对的周壁部上。按照该方案，有效地对发热量大的上述定子进行冷却，其结果是，可促进电动机的整体的冷却。在本发明中，上述减速器也可为摆线减速器。由于上述减速器具有高减速比，故可实现内轮电动机驱动装置的紧凑化。在采用这样的高的减速比的减速器的场合，更进一步有效地发挥本发明的容易将电动机的发热排放到外部的优点。本发明的内轮电动机驱动装置的设计方法为设计内轮电动机驱动装置的方法，该内轮电动机驱动装置包括车轮用轴承，该车轮用轴承具有静止侧轨道圈和旋转侧轨道圈，在上述旋转侧轨道圈上安装车轮；电动机，该电动机旋转驱动该车轮用轴承的上述旋转侧轨道圈；减速器，该减速器夹设于该电动机和上述车轮用轴承的旋转侧轨道圈之间，具有5以上的减速比，其中，该内轮电动机驱动装置按照下述方式构成，该方式为上述电动机的性能具有在低速旋转区域产生最大转矩的电动机特性，另外上述电动机的冷却主要通过来自定子的放热而进行，其中，在上述电动机中，在通过低速旋转产生最大转矩的转数区域，并且在上述最大转矩的50%以上的高输出区域，在由铜损和铁损构成的上述电动机的损耗中，上述定子的损耗为50%以上。按照该设计方法，关于具有车轮用轴承、电动机与减速器的内轮电动机驱动装置，可制造将电动机的发热容易排放到外部的类型。同样在本发明的设计方法中，最好，上述电动机具有通过冷却液对上述定子的线圈部进行冷却的冷却介质流路，在上述电动机的损耗中，铜损为25%以上。由此，可以更良好的效率，将来自电动机的发热量排放到外部，小型电动机的冷却变得容易。
根据参照附图的下面的优选的实施方式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。 图I (A)为本发明的一个实施方式的内轮电动机驱动装置的剖视图，图I⑶为表示该电动机的电动机特性曲线图的图；图2为沿图I中的II-II线的剖视图；图3为该内轮电动机驱动装置的减速器部的剖视图；图4为图3的部分放大剖视图；图5为电动机的特性曲线图。
具体实施例方式通过图1(A)、图I(B) 图5，对本发明的一个实施方式进行说明。图I(A)表示内轮电动机驱动装置，在该内轮电动机驱动装置中，在车辆的车轮用轴承A和电动机B之间夹设有减速器C，通过车轮用轴承A支承的轮毂和电动机B的输出轴24在同轴线上连接。该车轮用轴承A、电动机B与减速器C相互构成作为一个组成部件而形成组件的内轮电动机组件U。减速器C具有5倍以上的减速比。在本例子中，减速器C为摆线减速器，其为下述的结构，其中，在与电动机B的输出轴24同轴连接的输入轴32上形成偏心部32a、32b，在该偏心部32a、32b上分别经由轴承35安装曲线板34a、34b，将曲线板34a、34b的偏心运动作为旋转运动而传递给车轮用轴承A。S卩，减速器C为下述的摆线减速器，其中，将电动机B的旋转作为曲线板34a、34b的偏心运动，将该偏心运动作为旋转运动传递给轮毂，由此，形成下述的内轮电动机驱动装置，其具有紧凑、可获得大的减速比的减速器C与该减速器C的紧凑的配置结构。对于上述摆线减速器C，部件数量少、可紧凑地设计，可通过I级而获得10以上的大减速比。电动机B通过外部的控制器51而驱动，其电流源通过电池(图中未示出)而供给。控制器51按照从外部的加速器(图中未示出)输出的加速器信号，对电动机B的驱动电流进行控制。另外，控制器51为通过旋转传感器(图中未示出)检测电动机B的转数，用于电动机B的旋转控制的结构。上述加速器由车辆的加速踏板(图中未示出)与加速器信号形成机构构成，该加速器信号形成机构将该加速踏板的踏入量变换为作为电信号的加速器信号。对该内轮电动机驱动装置的机械部分的具体结构例子进行说明。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状态靠近车辆的车宽度方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间的一侧称为内侧。车轮用轴承A为第3代的内圈旋转型的轮毂轴承，其中，形成轴承的滚动面的内方部件2构成轮毂。该车轮用轴承A由外方部件I、内方部件2与多排滚动体5构成，在该外方部件I的内周形成多排滚动面3，该内方部件2形成与各滚动面3面对的滚动面4，该多排滚动体5夹设于该外方部件I和内方部件2的滚动面3、4之间。内方部件2兼用作安装车辆的车轮的轮毂。该车轮用轴承A为多排的角接触滚珠轴承型，滚动体5由滚珠构成，针对各排而通过保持器6保持。上述滚动面3、4的截面呈圆弧状，各滚动面3、4按照接触角向外的方式形成。外方部件I和轮毂2之间的轴承空间的外侧端通过密封部件7而密封。外方部件I为静止侧轨道圈，在外周具有安装于减速器C的外壳33中的外侧的外壳33b上的法兰la，整体为一体的部件。在法兰Ia上，在周向的多个部位开设有螺栓插孔 14。另外，在外壳33b上，在与螺栓插孔14相对应的部位设置在内周切有螺纹的螺栓螺接孔44。穿过螺栓插孔14的安装螺栓15螺接于螺栓螺接孔44中，由此，将外方部件I安装于外壳33b上。内方部件2由外侧件9与内侧件10构成，该外侧件9具有车轮(图中未示出)的安装用的轮毂外壳9a，该内侧件10的外侧嵌合于该外侧件9的内周上，通过压接与外侧件9形成一体。在该外侧件9与内侧件10上，形成上述各排的滚动面4。在内侧件10的中心开设有通孔11。在轮毂外壳9a上，在周向多个部位开设有轮毂螺栓16的插入孔17。在外侧件9的轮毂法兰9a的根部附近，对轮和制动部件(图中未示出)进行导向的圆筒状的导向部13向外侧突出。在该导向部13的内周安装封闭上述通孔11的外侧端的盖18。电动机B为径向间隙型,其中,在固定于筒状的外壳22上的定子23和安装于输出轴24上的转子25之间，设置径向间隙。S卩，外壳22覆盖转子25。输出轴24通过2个轴承26悬臂支承于减速器C的内侧的外壳33a的筒部。输出轴24和外壳33a之间的间隙的内侧端通过密封部件而密封。在外壳22中的与转子25的前端部面对的周壁部上，按照跨越全周范围内的方式设置冷却介质流路45。转子25的前端部指转子25的外周面，即径向外端部。在冷却介质流路45中，通过泵等的供给驱动源(图中未示出)，由油或水溶性的冷却剂等构成的冷却介质实现循环。减速器C像前述那样为摆线减速器，像图3那样，由外形呈平滑的波状的曲线形成的2个曲线板34a、34b分别通过轴承35，安装于输入轴32的各偏心部32a、32b上。在外周侦牝将对各曲线板34a、34b的偏心运动进行导向的多个外销36分别径直地设置于外壳33b上，将安装于内方部件2的内侧件10上的多个内销38以插入状态卡合于设置于各曲线板34a,34b的内部的多个圆形的通孔39中。输入轴32通过花键而与电动机B的输出轴24连接，成一体地旋转。另外，输入轴32通过2个轴承40而在两端支承于内侧的外壳33a和内方部件2的内侧件10的内径面上。如果电动机B的输出轴24旋转，则安装于与其成一体旋转的输入轴32上的各曲线板34a、34b进行偏心运动。各曲线板34a、34b的偏心运动通过内销38和通孔39的卡合，作为旋转运动而传递给内方部件2。相对输出轴24的旋转，内方部件2的旋转速度降低。
上述2个曲线板34a、34b按照偏心运动造成的振动相互抵消的方式相位相差180°，安装于输入轴32的各偏心部32a、32b上，在各偏心部32a、32b的两侧安装向与各偏心部32a、32b的偏心方向相反的方向偏心的平衡块41，以抵消围绕轴的惯性力偶造成的振动，该力偶通过各曲线板34a、34b的偏心运动而产生、与旋转轴相垂直。像图4的以放大方式表示的那样，在上述各外销36和内销38上安装轴承42、43，这些轴承42、43的外圈42a、43a分别与各曲线板34a、34b的外周和各通孔39的内周滚动接触。于是，可降低外销36和各曲线板34a、34b的外周的接触阻力，以及内销38和各通孔39的内周的接触阻力，将各曲线板34a、34b的偏 心运动作为旋转运动而顺利地传递给内方部件2。该车轮用轴承装置在减速器C的外壳33b或电动机B的外壳22的外周部，经由转向节等的悬架装置(图中未示出)而固定于车体上。图2表示电动机B的剖视图(图I (A) II-II线的剖面)。电动机B由转子25和定子23构成。该电动机B为在转子25和定子23之间设置径向间隙的径向间距型的IPM电动机(即，埋入磁铁型同步电动机)。在图示的例子中，转子25由通过软质磁性材料形成的铁芯部29,与内置于该铁芯部29中的永久磁铁30构成。各永久磁铁30由与电动机转子25的轴心平行地设置的平板构成。这些永久磁铁30呈与电动机转子25同心的同一圆状而排列，呈锯齿状。即，在邻对的2个永久磁铁之间具有稍稍的间隙，相对位于该间隙的包含轴心的放射面P，在径向的同一方向倾斜，由此，整体上呈沿圆周方向延伸的锯齿状。定子23由通过软质磁性材料构成的铁芯部27和线圈部28构成。铁芯部27呈外周面为截面圆形的环状，在其内周面，于内径侧突出的多个齿27a沿圆周方向并列而形成。线圈部28卷绕于铁芯部27的各齿27a上。铁芯部27按照外周面嵌合于外壳22的内周面上的方式保持于外壳22上。由于根据电动汽车的行驶性能，求出图5那样的特性。在本实施方式中，电动机B像下述那样设计。即，由图中Lo部表示的低速旋转时的必要转矩大，来自该运转状态的电动机的发热量增加。于是，在本实施方式中，按照下述方式构成，该方式为在按照电动机B的低速旋转产生最大转矩的转数区域L，电动机B的损耗(发热)主要发生在定子23中，另外主要通过定子23的放热进行电动机B的冷却。另外，在图5、图I(B)中，按照Lo、L不同的方式进行了图示，但是，比如，“产生最大的转矩的转数区域(L) ”为上述“低速旋转区域(Lo) ”。通过采用这样的电动机B的结构，电动机B的发热受到抑制，电动机B的可靠性提高。特别是，在以该电动机B的低速旋转产生最大的转矩的转数区域L，电动机发热大。由此，在本实施方式中，在区域L的最大转矩的50%以上的高输出区域(图5中的LH部)，采用上述方案。还有，最好，在该高输出区域LH的电动机B的损耗(发热)中的定子23的损耗为50%以上，在本实施方式中，高输出区域LH的电动机的损耗(发热)中的定子23的损耗为50%以上。另外,最好，电动机B为下述的结构,其中，通过冷却液对定子23的线圈部28进行强制冷却。在此场合，最好电动机B的损耗中的线圈部28的损耗为整体的25%以上。由此，在本实施方式中，具有通过冷却液而对定子23的线圈部28进行冷却的冷却介质流路45(图1(A))，上述电动机B的损耗中的铜损为25%以上。此外，由于上述电动机B形成于覆盖转子25的筒状的外壳22的周壁部，故冷却介质流路45有效地对发热量大的上述定子23进行冷却，其结果是，可促进电动机B的整体的冷却。还有，上述各实施方式对一个车轮的内轮电动机驱动装置进行了说明，但是，相对驱动车辆的各车轮的电动机，采用通过上述各实施方式描述的内轮电动机驱动装置。另外，上述各实施方式对减速机C为摆线型的场合进行了说明，但是，本发明也可用于减速机C为其它的各种结构的类型的场合。如上所述，参照附图，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在观看本申请说明书后，会在显然的范围内容易想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改，应被解释为由权利要求书而确定的发明的范围内。
标号的说明标号I表不外方部件；标号2表不内方部件(轮毂)；标号5表示滚动体；标号23表不定子；标号24表不输出轴；标号25表不转子；标号28表线圈部；标号29表示铁芯部；标号32表不输入轴；标号32a、32b表不偏心部；标号34a、34b表不曲线板；标号45表示冷却介质流路；标号A表不车轮用轴承；标号B表不电动机；标号C表不减速器。
权利要求
1.一种内轮电动机驱动装置，其包括车轮用轴承，该车轮用轴承具有静止侧轨道圈和旋转侧轨道圈，在上述旋转侧轨道圈上安装车轮；电动机，该电动机旋转驱动该车轮用轴承的上述旋转侧轨道圈；减速器，该减速器夹设于该电动机和上述车轮用轴承的旋转侧轨道圈之间，具有5以上的减速比，其中，该内轮电动机驱动装置按照下述方式构成，该方式为上述电动机的性能具有在低速旋转区域产生最大转矩的电动机特性，另外上述电动机的冷却主要通过来自定子的放热而进行， 在通过上述电动机的低速旋转而产生最大转矩的转数区域，并且在上述最大转矩的50%以上的高输出区域，在由铜损和铁损构成的上述电动机的损耗中，上述定子的损耗为50%以上。
2.根据权利要求I所述的内轮电动机驱动装置，其中，上述电动机具有通过冷却液对 上述定子的线圈部进行冷却的冷却介质流路，在上述电动机的损耗中，铜损为25%以上。
3.根据权利要求2所述的内轮电动机驱动装置，其中，上述电动机包括覆盖转子的筒状的外壳；固定于该外壳上的上述定子，其中，在上述外壳内部形成上述冷却介质流路。
4.根据权利要求3所述的内轮电动机驱动装置，其中，上述冷却介质流路形成于上述外壳的周壁部上，该周壁部与上述转子的前端部面对。
5.根据权利要求I所述的内轮电动机驱动装置，其中，上述减速器为摆线减速器。
6.一种内轮电动机驱动装置的设计方法，该内轮电动机驱动装置包括车轮用轴承，该车轮用轴承具有静止侧轨道圈和旋转侧轨道圈，在上述旋转侧轨道圈上安装车轮；电动机，该电动机旋转驱动该车轮用轴承的上述旋转侧轨道圈；减速器，该减速器夹设于该电动机和上述车轮用轴承的旋转侧轨道圈之间，具有5以上的减速比，其中，该内轮电动机驱动装置按照下述方式构成，该方式为上述电动机的性能具有在低速旋转区域产生最大转矩的电动机特性，另外上述电动机的冷却主要通过来自定子的放热而进行， 在上述电动机中，在通过低速旋转产生最大转矩的转数区域，并且在上述最大转矩的50%以上的高输出区域，在由铜损和铁损构成的上述电动机的损耗中，上述定子的损耗为50%以上。
7.根据权利要求6所述的内轮电动机驱动装置的设计方法，其中，上述电动机具有通过冷却液对上述定子的线圈部进行冷却的冷却介质流路，在上述电动机的损耗中，铜损为25%以上。
全文摘要
本发明提供一种内轮电动机驱动装置，其中，容易将电动机的发热排放到外部，电动机的冷却性能优良。在以电动机(B)的低速旋转而产生最大的转矩的转数区域(L)、并且在上述最大转矩的50％以上的高输出区域(LH)，在由铜损和铁损构成的电动机(B)的损耗中，使定子的损耗为50％以上。电动机(B)具有通过冷却液对定子(23)的线圈部(28)进行冷却的冷却介质流路(45)，电动机(B)的损耗中的铜损为25％以上。
文档编号H02K9/19GK102782999SQ20118001170
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月4日
发明者冈田浩一, 尾崎孝美, 牧野祐介 申请人:Ntn株式会社