CN110971086A - 马达的构造 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于高效地对内置有电力控制部的马达进行冷却。本发明涉及马达的构造，其是外转子型的马达，在其内部将散热板电力控制部(PCU)(25)安装于相对于不旋转的定子而固定的散热板(26)上。在散热板(26)上设置有散热片，在该散热板(26)的一方的面上设置有电力控制部，在另一方的面上设置有霍尔传感器基板，以使该电力控制部与该霍尔传感器基板彼此不重叠。

Description

马达的构造
技术领域
本发明涉及例如以电动马达为驱动源的车辆，尤其涉及马达的构造。
背景技术
在专利文献1中，记载有作为电动辅助式轮椅的动力单元而使用内置于车轮轮毂中的轮内马达的技术。在专利文献1中公开了如下构成：在该动力单元中，在轮内马达内部配置有控制基板336以及作为霍尔元件的检测元件44。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6126479号
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1中，如其图18所示，在轮内马达的内部配置有控制基板336，检测元件44与控制基板336分别独立地安装于马达的内部。然而，若这样分别地配置控制基板336和检测元件44，则也不得不将它们各自分别地组装到马达内，从而组装作业变得复杂化。另外在专利文献1中，例如如图25所示那样也不对作为热源的控制基板336的冷却进行特别考虑，从而难以进行高效的冷却，并且蓄积于内部的热量对检测元件33造成的影响也引人担忧。
本发明是鉴于上述以往的例子而完成的，其目的在于使马达内部的结构简洁，并且高效地冷却马达，进而减轻热量对传感器的影响。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明具有以下的结构。即，根据本发明的一个方面，提供一种马达(11)的构造，其特征在于，
所述马达(11)具有：
定子(24)；
转子(23)，其通过来自所述定子(24)的磁力而旋转；
所述马达(11)的壳体(21、29)，该壳体(21、29)与所述转子(23)连结；
板状的导热构件(26)，其相对于所述定子(24)而固定，并配置于所述壳体(21、29)的内侧；
电力控制部(10)，其安装于所述导热构件(26)的一方的面，并用于驱动所述定子(24)；以及
传感器(271)，其安装于所述导热构件(26)的另一方的面，并对所述转子(23)的旋转位置进行检测。
发明效果
根据本发明，能够使马达内部的结构简洁，并且高效地冷却马达，进而减轻热量对传感器的影响。
附图说明
图1中的(a)是表示实施方式的两轮车的外观的图，图1中的(b)是马达的驱动控制电路的框图。
图2中的(a)是实施方式的轮内马达的分解立体图，图2中的(b)是实施方式的轮内马达的剖视图。
图3是对实施方式的轮内马达中的电路基板的配置进行表示的图。
图4是对实施方式的轮内马达的驱动时的冷却原理进行表示的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
跨骑型车辆的结构
在图1中的(a)中，表示本实施方式所涉及的作为跨骑型车辆的带动力两轮车1的外观的一个例子。两轮车1具有轮内马达(以下，有时简称为马达。)11作为驱动源，并以轮内马达11为轮毂而在其外围装配有轮胎12。轮内马达11通过其旋转轴112而轴支承于摆臂13，并能够不通过减速机构、传动机构而使驱动轮直接旋转。在轮内马达11的两侧的侧面设置有冷却用的散热片111，通过旋转而在其表面产生空气的流动，从而对从内部传递来的热量进行高效地散热。从电力控制部(或者电力控制电路，PCU)10(参照图1中的(b))向轮内马达11供给电源，并通过由驾驶员对设置于车把的抓握部上的油门进行操作来控制该轮内马达11的转速。
在图1中的(b)中，表示用于驱动控制轮内马达11的控制电路的框图。本实施方式的轮内马达11在构造方面是外转子型的表面磁铁同步马达(SPMSM)，有时包含PCU10而被称为无刷直流马达。由从PCU10供给的三相交流电源驱动轮内马达11。该交流电源的各相可以为正弦波也可以为方波。PCU10由低压电源(例如12V电源)104驱动，包括控制器101和逆变器102。在控制器101输入有来自马达103的、用于对转子的旋转位置进行检测的霍尔传感器的输出信号(霍尔传感器信号)。此外，马达103是指从轮内马达11中去除PCU后的部分。控制器101基于输入的霍尔传感器信号而对逆变器102输入用于对来自高压电源(HV电池)105的电流进行开关等控制的控制信号。进一步地，为了根据表示油门开度的信号来控制逆变器102的输出频率，控制器101调整对逆变器102输入控制信号的时机。进一步地，控制器101还可以构成为不仅能够控制频率还能够控制电流。
逆变器102根据来自控制器101的控制信号而将高压电源105转换为三相交流U、V、W并输入至马达103。马达103被同步于输入的电源的频率地进行驱动。另外，在马达103中具备温度传感器和霍尔传感器，从而向控制器101输入表示通过温度传感器检测到的温度的温度信号、以及表示通过霍尔传感器检测到的磁场的霍尔传感器信号。霍尔传感器通过对以S极和N极交替的方式贴装于转子表面的永磁铁的磁场进行检测，来检测转子的电性旋转位置。
在此，在本实施方式中，PCU10被如后述那样装入轮内马达11的内部。使用这样构成的轮内马达11来使两轮车1的驱动轮旋转，从而能够使两轮车1遵照驾驶员的意图进行行驶。
轮内马达的结构
图2中的(a)是轮内马达11的分解立体图。轮内马达11的主要构成部件收纳于由以金属等形成的车轮壳体21和车轮壳体29所构成的外壳的内部。车轮壳体21具有在其旋转轴部分设置有供轴112通过的孔且周缘部伸出的圆盘形状。另外，在其外侧以及内侧的表面，设置有散热用的散热片111。在本例中，散热片111是彼此并列的多条细长的伸出部，并与车轮壳体21一体成形。为了释放出在轮内马达11的内部所产生的热量，可以根据其发热量来决定散热片111的高度、条数。车轮壳体29为与车轮壳体21相同的结构，但是在本例中不存在设置于外周部上的周缘部的伸出部。然而也可以将车轮壳体29设为与车轮壳体21相同的结构。车轮壳体21与车轮壳体29通过例如螺栓等彼此固定而构成轮内马达11的壳体，并经由轴承22、28而安装于轴112上。因此，车轮壳体21、29被固定于摆臂13上并能够相对于不旋转的轴112而旋转，其外周上安装有轮胎12，从而还形成驱动轮的轮毂。
沿车轮壳体21的周缘部的伸出部的内侧连结或者固定有转子23。转子23构成为使例如十六个或者三十二个这样的多个永磁铁交替极性地反向配置。这与通常的外转子型的马达一样。在一方的轴112上固定有电路壳体26。电路壳体26是以轴112为中心的、例如金属制的圆盘形状的构件。在电路壳体26的与车轮壳体29对置的表面的一部分上优选设置有与电路壳体26一体地形成的散热用的散热片。另外，在相同的表面的一部分上，安装有设置了霍尔传感器的霍尔元件基板27。另外，在电路壳体26的与霍尔元件基板27相反的一侧的表面上，安装有设置了PCU10的PCU基板25。PCU基板25与霍尔元件基板27经由贯穿电路壳体26的通孔并通过必要的信号线以及电线而相互连接。虽然在本例中在电路壳体26的PCU基板25侧的表面没有设置散热片，但是也可以设置散热片。
在电路壳体26上以包围其周围的方式安装有定子24。即，定子24经由电路壳体26被相对于轴112而固定。在定子24中包含分别与来自逆变器102的三相交流电源U、V、W连接的绕组。定子24固定于轴112，其外侧的转子23进行旋转。
图2中的(b)是对轮内马达11的与旋转轴平行的剖面进行表示的剖视图。在以轴112为轴而由车轮壳体21、29构成的外壳内，容纳有转子23、定子24、以及基板壳体26等。在此，基板壳体26是金属等导热性较高的导热构件，且是安装基板类的构件，并且还作为散热板而发挥功能。因此PCU基板25可以安装于基板壳体26，以使得安装在其中的发热的部件直接或者经由具有较高导热率的导热材料而与基板壳体26连接。进一步地定子24也与基板壳体26接触，从而其热量传递至基板壳体26。上述那样的结构的结果是，定子24、PCU基板25的热量易于传导至基板壳体26。另外，基板壳体26的设置有散热片的一侧的表面与车轮壳体29对置，通过车轮壳体29的旋转而在基板壳体26和车轮壳体29之间的空间内产生空气的流动。该气流与基板壳体26的散热片接触并对其高效地进行冷却。相反，霍尔元件基板27尽管安装于基板壳体26，但优选安装为使得来自基板壳体26的热量难以传递至霍尔元件。
在图4中表示上述情形。图4表示图2中的(b)的剖面中的、基板壳体26和车轮壳体29的从轴112开始的上部。通过由车轮壳体29进行旋转，从而沿车轮壳体29而产生朝向外周侧的气流，该气流碰到车轮壳体21的外缘而转而朝向基板壳体26侧的空间。该空气流被基板壳体26转向轴112侧，并与在夹持轴112的相反的一侧也产生的空气流发生碰撞，从而引起如图4所示箭头那样的漩涡状的对流。通过该空气的流动，在PCU基板25、霍尔元件基板27、定子24等产生并传导至基板壳体26的热量，进一步地传递至车轮壳体29。然后，从设置于车轮壳体29的外侧表面上的散热片进行高效地散热。上述那样的效果也同样地产生在车轮壳体21，从而能够使在内部产生的热量高效地向轮内马达11的外部散发。
在图3中的(a)～图3中的(c)中，表示PCU基板25以及霍尔元件基板27安装于基板壳体26的详细情况。图3中的(a)表示基板壳体26的PCU基板25侧，图3中的(b)表示与其相反的霍尔元件基板27侧，图3中的(c)表示剖面。PCU基板25和霍尔元件基板27被分别安装于基板壳体26的对置的表面的、彼此不重叠的位置上。安装PCU基板25被安装为使设置于其上的逆变器102的FET等动力元件251直接连接于基板壳体26。由此，使来自动力元件251的热量高效地向基板壳体26传递。另外，为了对转子23的旋转位置进行检测，而将霍尔元件基板27上的霍尔元件271设置于转子侧的端部。基板壳体26构成为由定子24围起基板壳体26的外周部，并在其中心部与轴112结合。轴112形成为两端敞开的空心状，且设置有在车轮壳体内部的、供PCU基板25安装的表面的一侧穿过的孔41、42。从搭载于两轮车1的主体上的电源引出并从轴112的端部插通至空心的轴内的电源线缆、其他控制信号等的线缆(或者线束)40被经由孔41、42而引至PCU基板25，并与规定的端子连接。将PCU基板25和霍尔元件基板27连接的线缆被配线为穿过基板壳体26的开口43。这样，PCU基板25和霍尔元件基板27被安装于基板壳体26的彼此相反的面。
通过上述那样的结构能够简化PCU基板25和霍尔元件基板27之间的配线，并能够使轮内马达11的结构紧凑化。进一步地，穿过空心的轴112而实现向轮内马达11内部进行配线，也有助于轮内马达11的紧凑化。另外，由于PCU基板25和霍尔元件基板27设置于彼此不重叠的位置，因此能够减少PCU基板25的对霍尔元件电路27的影响、尤其是由逆变器102产生的热量对霍尔元件电路27的影响。
此外在本实施方式中，设置于壳体上的散热片并列地配置在一定的方向上，但是不限于此。例如，也可以排列为沿以轴为中心的放射状等。另外，不仅可以是直线状的形状，还可以是曲线状的形状。另外，不仅可以考虑散热的效率，还可以考虑风噪声等来决定形状。
此外，在本实施方式中将使用轮内马达11作为动力的车辆设为了两轮车，但是也可以是三轮车、四轮车。另外，驱动轮不限于后轮，也可以为前轮，还可以为车辆所具备的全部的车轮。另外，尽管是两轮车，但是也不限于沿前后方向具备车轮的车辆，也可以是轮椅等具备相对于行进方向而沿左右方向并列的车轮的车辆。在该情况下两轮作为驱动轮而被轮内马达11驱动。另外，在上述那样的两轮车、四轮车的情况下，轮内马达11也可以构成为能够通过控制器101进行的控制而反向旋转(即后退)。进一步地，可以不限于车辆的驱动轮，还可以作为用于使对象旋转的动力源来使用本实施方式所涉及的轮内马达11。进一步地，在作为车辆的驱动轮而使用轮内马达11的情况下，可以在车辆中安装像将行驶风高效地向驱动轮的轮毂部分进行引导这样的构件。
实施方式的总结
将以上说明的本实施方式总结如下。
(一)根据本实施方式所涉及的第一技术方案，提供一种马达(11)的构造，其特征在于，
所述马达(11)具有：
定子(24)；
转子(23)，其通过来自所述定子(24)的磁力而旋转；
所述马达(11)的壳体(21、29)，该壳体(21、29)与所述转子(23)连结；
板状的导热构件(26)，其相对于所述定子(24)而固定，并配置于所述壳体(21、29)的内侧；
电力控制部(10)，其安装于所述导热构件(26)的一方的面，并用于驱动所述定子(24)；以及
传感器(271)，其安装于所述导热构件(26)的另一方的面，并对所述转子(23)的旋转位置进行检测。
由此，能够将电力控制部以及传感器配置于一片导热构件上，因此能够使马达内部的结构简洁，并且高效地冷却马达，进而减轻热量对传感器的影响。
(二)根据本实施方式所涉及的第二技术方案，提供一种马达的构造，其是上述(一)所述的马达(11)的构造，其特征在于，
所述电力控制部(10)和所述传感器(271)配置于夹持所述导热构件(26)且彼此不重叠的位置。
由此，能够更进一步地降低来自电力控制部的热量对传感器的影响。
(三)根据本实施方式所涉及的第三技术方案，提供一种马达的构造，其是上述(一)或(二)所述的马达(11)的构造，其特征在于，
所述马达(11)还具有空心的轴(112)，该轴(112)相对于所述定子(24)而固定并成为与所述转子(23)一起旋转的所述壳体(21、29)的轴，并能够相对于所述壳体(21、29)而转动，
连接于所述电力控制部(10)的线束在所述轴(112)内进行插通并向所述壳体(21、29)的内部进行配线。
由此，能够提高马达内部的配线效率，并能够使马达小型化。
(四)根据本实施方式所涉及的第四技术方案，提供一种车辆，其特征在于，其具有驱动轮，所述驱动轮是在具有上述(一)至(三)中任一项所述的构造的马达(11)的所述壳体(21、29)的外周安装轮胎(12)而成的驱动轮。
由此，壳体随着车辆的行驶一起旋转而容易引起空气的流动，因此能够进一步提高冷却效率。
本发明不限于上述实施方式，其能够不脱离本发明的精神以及范围地进行各种各样的变更以及变形。

Claims (4)

1.一种马达(11)的构造，其特征在于，
所述马达(11)具有：
定子(24)；
转子(23)，其通过来自所述定子(24)的磁力而旋转；
所述马达(11)的壳体(21、29)，该壳体(21、29)与所述转子(23)连结；
板状的导热构件(26)，其相对于所述定子(24)而固定，并配置于所述壳体(21、29)的内侧；
电力控制部(10)，其安装于所述导热构件(26)的一方的面，并用于驱动所述定子(24)；以及
传感器(271)，其安装于所述导热构件(26)的另一方的面，并对所述转子(23)的旋转位置进行检测。
2.根据权利要求1所述的马达(11)的构造，其特征在于，
所述电力控制部(10)和所述传感器(271)配置于夹持所述导热构件(26)且彼此不重叠的位置。
3.根据权利要求1或2所述的马达(11)的构造，其特征在于，
所述马达(11)还具有空心的轴(112)，该轴(112)相对于所述定子(24)而固定并成为与所述转子(23)一起旋转的所述壳体(21、29)的轴，并能够相对于所述壳体(21、29)而转动，
连接于所述电力控制部(10)的线束在所述轴(112)内进行插通并向所述壳体(21、29)的内部进行配线。
4.一种车辆，其特征在于，其具有驱动轮，所述驱动轮是在具有权利要求1至3中任一项所述的构造的马达(11)的所述壳体(21、29)的外周安装轮胎(12)而成的驱动轮。
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