JP2007318868A - 電動モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】防塵機能を有する簡単な構造であるとともに、冷却効率に優れた電動モータの冷却構造を供する。
【解決手段】駆動軸31に冷却ファン93が設けられモータハウジング91内部に間隙が形成され吸排気が可能な空隙型の電動モータ30の冷却構造において、防塵フィルタ98で覆われた吸気孔95aa,95abと排気路95ｅを備えたケーシング95により電動モータ30のモータハウジング91が囲繞される電動モータの冷却構造。
【選択図】図７

Description

本発明は、電動モータの冷却構造に関し、特に防塵機能を備えた冷却構造に関する。

電動モータを冷却するのに回転駆動軸にフィンを取り付け、モータハウジング内に空隙が形成され、吸排気が可能な空隙型の電動モータの例が、特許文献１に開示されている。
また、モータハウジングに冷媒通路を形成した例が、特許文献２に開示されている。

特開平１１−１１００３５号公報 特開昭５８−１４１６６４号公報

前者の特許文献１に開示されたブラシレスモータの場合、特別防塵機能を備えていないので、特に外気吸入口から塵埃が侵入してしまう。
また、構造的にモータの内部のみが冷却されて外部は冷却されないので、効率的に冷却することができない。

後者の特許文献２に開示された電気自動車用モータは、密閉型モータでモータハウジング内部は密閉されているので、防塵効果はあるが、モータハウジングに液密の冷媒通路を形成しなければならず、かつ同冷媒通路にラジエータなどから冷媒を流通させる冷却経路を構成する必要があり、全体構成が大型化し、部品点数が多く、コスト高となる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、防塵機能を有する簡単な構造であるとともに、冷却効率に優れた電動モータの冷却構造を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、駆動軸に冷却ファンが設けられモータハウジング内部に空隙が形成され吸排気が可能な空隙型の電動モータの冷却構造において、防塵フィルタで覆われた吸気孔と排気路を備えたケーシングにより前記電動モータのモータハウジングが囲繞される電動モータの冷却構造とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動モータの冷却構造において、前記ケーシングは、前記モータハウジングとの間に一方向の冷却気通路を形成して設けられることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電動モータの冷却構造において、前記ケーシング内に吸入された空気は、前記モータハウジングの外側と内側に分岐して流れ、前記モータハウジングの外側を通った空気は、前記モータハウジングの内側へ流入して前記モータハウジングの内側を流れた空気と合流することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の電動モータの冷却構造において、前記ケーシングに有底円筒状のカバーが間隙を存して被せられ、前記間隙の途中に前記防塵フィルタが介装されることを特徴とする。

請求項１記載の電動モータの冷却構造によれば、防塵フィルタで覆われた吸気孔と排気路を備えたケーシングにより電動モータのモータハウジングが囲繞されるので、冷却ファンの回転によりケーシング内に防塵フィルタを経て吸気孔から空気が吸入され、吸入された清浄空気が空隙型の電動モータを冷却して排気路より排出される。
したがって、防塵機能を有する簡単な構造であるとともに、冷却効率に優れている。
全体構成が小型で部品点数が少なく簡単な構造であり、低コストである。

請求項２記載の電動モータの冷却構造によれば、ケーシングは、モータハウジングとの間に一方向の冷却気通路を形成して設けられるので、防塵フィルタを経てケーシング内に吸入された清浄空気は、一方向の冷却気通路を通る流路と、直接モータハウジング内を通る流路に分岐して流れて電動モータを内外から効率良く冷却することができる。

請求項３記載の電動モータの冷却構造によれば、ケーシング内に吸入された空気は、モータハウジングの外側と内側に分岐して流れ、モータハウジングの外側を通った空気は、前記モータハウジングの内側へ流入して前記モータハウジングの内側を流れた空気と合流するので、電動モータをより一層効率良く冷却することができる。

請求項４記載の電動モータの冷却構造によれば、ケーシングに有底円筒状のカバーが間隙を存して被せられ、その間隙の途中に防塵フィルタが介装されるので、間隙が吸気路を構成し、その途中に防塵フィルタが存在するため、直接外気が塵埃とともに防塵フィルタに当たることはなく、防塵フィルタの劣化を抑制し防塵効果を向上させることができる。
また、ケーシングとカバーとの間に防塵フィルタが介装されるので、防塵フィルタの取り付け構造が簡単である。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図８に基づいて説明する。
本実施の形態に係る芝刈機１は、４ストロークサイクルの内燃機関10によりブレード12を回転して芝刈り作業を行い、走行用ＤＣモータ30により自ら走行することができるハイブリッド型の自走式芝刈機である。

図１は、本芝刈機１の全体斜視図であり、図２は芝刈機本体の側面図、図３は同平面図、図４は同後面図である。
地面に沿って回転するブレード12を軸支して上方から覆うブレードハウジング２が、左右一対の前輪６，６および後輪７，７によって走行自在に支持されている。
本明細書中では、芝刈機１の前進方向を向いた状態を基準にして前後左右を決めることとする。

ブレードハウジング２は、４隅が前輪６，６と後輪７，７の４輪を軸支する軸受部２ｆ、２ｆ、２ｒ、２ｒをなし、軸受部２ｆ、２ｆ、２ｒ、２ｒに囲まれた中央部２ｃの下部が偏平椀状をなしてブレード12を覆うブレード収容部２ｂが形成され、中央部２ｃは後半が後方へいくに従い上方に膨出し、さらに後方に連続して上方に膨出した膨出部２ｅが形成されている。

このブレードハウジング２の中央部２ｃに、内燃機関10がクランク軸11を鉛直に指向させて搭載されている。
内燃機関10は、シリンダ10cyを前方に向け、クランクケース10ｃからクランク軸11を下方に突出している。

クランク軸11とブレード12との間に電磁クラッチ20が介装されている。
したがって、内燃機関10の駆動が電磁クラッチ20の接続を介してブレード12を回転して芝を刈ることができる。

ブレードハウジング２における中央部２ｃの右側部から後半の膨出部２ｅに亘って斜めに鉛直仕切板３（図３参照）によってブレードハウジング２内を仕切られて刈芝搬送通路４が形成されている。
刈芝搬送通路４は、ブレードハウジング２内を画成して形成された通路で、通路前端がブレード収容部２ｂに開口しており、同前端開口から後方へ通路断面積を徐々大きくしていき、膨出部２ｅの若干傾斜した後壁に大きな後端開口４ｂを形成している。

刈芝搬送通路４の後端開口４ｂは膨出部２ｅの後壁２ｄの右半部強を大きく開口しており、この後端開口４ｂに前端の口を連結して刈芝収集袋５が後方に延設される（図１参照）。

斜めの鉛直仕切板３によってブレードハウジング２内を仕切られて右側に刈芝搬送通路４が形成され、鉛直仕切板３より左側の空間の下半部に走行用ＤＣモータ30と減速機構40が設けられている。

走行用ＤＣモータ30のモータ駆動軸31が減速機構40の上部に減速機構40の入力軸として挿入されており、モータ駆動軸31の回転が減速ギヤ群の噛合いを介して減速機構40の下部において出力軸である駆動軸50に減速されて伝達される。

駆動軸50は、後輪７，７をそれぞれ回転自在に軸支する後車軸７ａ，７ａの後方において、左右に延びて回転自在に架設されており、駆動軸50の両端に双方向クラッチ55を介して嵌着された駆動ギヤ61，61が後輪７，７に一体に固着された被動ギヤ62，62と噛合している。

したがって、走行用ＤＣモータ30のモータ駆動軸31の回転が、減速機構40を介して減速されて駆動軸50に伝達され、駆動軸50の回転が双方向クラッチ55および駆動ギヤ61，61と被動ギヤ62，62の噛合いを介して後輪７，７の回転に伝達されて芝刈機１が走行される。

なお、双方向クラッチとは、駆動源側の駆動軸の前進方向の動力のみが駆動輪に伝達されるとともに、クラッチの係合が外れて切断状態にあれば駆動輪側の前進方向および後進方向の双方向の回転は駆動軸側に伝達されない構造のクラッチのことである。

走行用ＤＣモータ30の駆動制御、内燃機関10の運転制御および内燃機関10の駆動をブレード12に伝達する前記電磁クラッチ20の接続・切断制御などは、全てコンピュータによる電子制御装置であるＥＣＵ70により実行される。

このＥＣＵ70は、ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの上部で刈芝搬送通路４の鉛直仕切板３により仕切られた左側の空間の上半部に配設される。
ＥＣＵ70の下方に前記走行用ＤＣモータ30が位置する。

ＥＣＵ70は、直方体状の筐体に収容されており、筐体の上面には冷却フィン71が多数枚並んで長尺に突出形成されている。
ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの傾斜した上壁の一部が矩形に開口しており、その矩形口はＥＣＵ70の筐体の上面の長方形より若干小さく、同矩形口に下側から冷却フィン71を嵌挿して上部に露出させ、ＥＣＵ70の筐体の上面外周縁部を矩形口の開口縁部に当接してねじ72により固着してＥＣＵ70はブレードハウジング２の上壁に支持される。

ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの上部からは、後方に操作ハンドル80が延設されている。
操作ハンドル80は、管状部材をコ字状の屈曲したもので、ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの左右側部から左右長柄部81Ｌ，81Ｒが後方へ幾らか上向きに長尺に延出し、その後端部どうしを握り部82が連結して操作ハンドル80を構成している。

操作ハンドル80には、ブレードレバー85や走行レバー86等の操作部材が配設されており、作業者が操作ハンドル80の握り部82を持ってブレードレバー85や走行レバー86を操作しながら芝刈機１を操縦するようになっている。

次に、動力伝達系について図５ないし図７に基づき説明する。
まず、内燃機関10の動力をブレード12に伝達する電磁クラッチ20の構造を図５に示した断面図に基づき説明する。

内燃機関10の下方に突出したクランク軸11に下方から回転ディスク21がセレーション嵌合され、さらに円筒状のカラー22が嵌挿されてワッシャ23ｗを介してフランジ付ボルト23により一体に固着され、クランク軸11と一体に回転ディスク21が回転するようになっている。
回転ディスク21は、ベアリング19で軸支された円筒部21ａとその下端の円板部21ｂからなり、円板部21ｂの上に近接して環状に電磁コイル24が上部を支持されて吊設されている。

前記カラー22の外周にベアリング25を介して環状のブレード支持部材26がクランク軸11と相対回転自在に取り付けられており、同環状支持部材26の下面にブレード12の基端環状部12ａが当接されてフランジ付きボルト26ｂにより一体に固着されている。
したがって、ブレード12はクランク軸11と相対回転自在に支持されている。

ブレード支持部材26の上には中空円板状のクラッチディスク27が上下移動可能に支持されている。
すなわち、ブレード支持部材26の上面に立設された複数のピン26ｐがクラッチディスク27を貫通して、クラッチディスク27がブレード支持部材26に対して上下移動を可能とするが相対的な回転は規制されて共に回転する構造をしている。

このクラッチディスク27は、前記回転ディスク21の円板部21ｂに近接して対向しており、上方に移動したときは、接触する。
クラッチディスク27の上面の回転ディスク21の円板部21ｂと接触する面には摩擦部材が貼着されている。

なお、クラッチディスク27の下面の外周縁部の下方には、環状係止板28がブレードハウジング２にボルト29により固定支持されている。
環状係止板28の上面には環状に摩擦部材28ａが貼着されている。

電磁クラッチ20は以上のような構造をしている。
電磁コイル24に通電せず消磁しているときは、クラッチディスク27は下方に移動して回転ディスク21と離れているので、内燃機関10が駆動されクランク軸11が回転ディスク21とともに回転していてもブレード支持部材26には動力が伝達されず、ブレード12は回転しない。

一方、電磁コイル24に通電し励磁すると、磁力によりクラッチディスク27は上方に移動して回転ディスク21に吸着するので、クランク軸11の回転は回転ディスク21と一体にクラッチディスク27を回転し、クラッチディスク27の回転はピン26ｐを介してブレード支持部材26に伝達されてブレード12が回転する。

ここで、電磁コイル24を消磁すると、回転ディスク21からクラッチディスク27が離れ、クラッチディスク27は下降して環状係止板28の摩擦部材28ａの上に載り、ブレード12とともに慣性により回転しようとするのを規制されて停止する。

次に、走行用ＤＣモータ30による走行駆動系について図５ないし図７に基づいて説明する。
ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの鉛直仕切板３より左側の空間の下半部に、走行用ＤＣモータ30と減速機構40が設けられており、図７に示すように、走行用ＤＣモータ30の右側に突出したモータ駆動軸31が、減速機ケース41の上部に挿入されており、モータ駆動軸31の端部にモータ駆動ギヤ32が嵌着されている。

減速機ケース41の下部には駆動軸50が左右方向に貫通しており、減速機ケース41の内部にはモータ駆動軸31と駆動軸50との間に２本のギヤ軸42，43が左右方向に指向して架設されている。
ギヤ軸42に回転自在に軸支された小径ギヤ45に一体に嵌着された大径ギヤ44が、前記駆動ギヤ32と噛合している。

ギヤ軸43には大径ギヤ46と小径ギヤ47が一体となって回転自在に軸支されており、大径ギヤ46が前記小径ギヤ45に噛合し、小径ギヤ47が駆動軸50に嵌着された大径ギヤ48に噛合している。
減速機構40は、以上のように構成されており、モータ駆動軸31の回転が、小径ギヤから大径ギヤへの各ギヤの噛合を経て減速されて駆動軸50に伝達される。

駆動軸50の両端には双方向クラッチ55，55を介して駆動ギヤ61，61が設けられており、駆動ギヤ61，61が後輪７，７と一体の被動ギヤ62，62と噛合している。
したがって、走行用ＤＣモータ30の駆動により双方向クラッチ55，55は接続されて後輪７，７が回転して芝刈機１は走行することができる。

走行用ＤＣモータ30の駆動を停止電力を供給した状態で停止すると、双方向クラッチ55，55は切断状態で停止し、双方向クラッチは切断状態にあれば駆動輪側の前進方向および後進方向の双方向の回転は駆動軸側に伝達されない構造なので、芝刈機１の押し引き作業および方向転換が軽快に行える。

ここに、図７および図８を参照して、走行用ＤＣモータ30は、モータ駆動軸31に冷却ファン93が設けられモータハウジング91の内部に空隙が形成され吸排気が可能な空隙型のＤＣモータである。
モータハウジング91は、円筒状の周壁91ｃの左右両側に側壁91ａ，91ｂを有し、右側壁91ｂをモータ駆動軸31が軸受92に軸支されながら貫通して減速機ケース41内に突出し、その右端部に前記モータ駆動ギヤ32が嵌着されている。

モータハウジング91の周壁91ｃの内面にアウタステータ30ｓが固着され、その内側にインナロータ20ｒが駆動軸31に嵌着されて設けられている。
インナロータ20ｒの左隣に冷却ファン93がモータ駆動軸31に一体に嵌着されて設けられている。

モータ駆動軸31の冷却ファン93の左方に延びた部分を軸受94が軸支している。
モータハウジング91の左右側壁91ａ，91ｂには、吸気口91ai，91biが形成され、周壁91ｃの冷却ファン93の外周が対向する中心軸対称に一対の円弧部分に排気口91ceが形成されている。

したがって、空隙型の走行用ＤＣモータ30は、モータ駆動軸31と一体に冷却ファン93が回転すると、左右側壁91ａ，91ｂの吸気口91ai，91biからモータハウジング91内に空気を吸い込み、周壁91ｃの冷却ファン93の側方の排気口91ceから排出してモータハウジング91内を冷却することができる。

このモータハウジング91の周囲を、有底円筒状のケーシング95が、間隙を存して左側から被さるようにして囲繞する。
ケーシング95の右端開口は、減速機ケース41のモータ取付け座に嵌着される。
ケーシング95の内面とモータハウジング91の外面との間に冷却気通路96が形成される。

ケーシング95の左側壁95ａには中央に円形吸気孔95aaとその周りの複数の扇形吸気孔95abが形成されている。
また、モータハウジング91の周壁91ｃの一対の排気口91ceにそれぞれ連結して放射方向に扇形に延出する一対の排気路95ｅがケーシング95に形成されている。

このケーシング95にさらに有底円筒状のカバー97が、左側から間隙を存して被せられる。
モータハウジング91の左側壁95ａとカバー97の左側壁97ａとの間に適当な厚みの円板状の防塵フィルタ98が挟まれており、この防塵フィルタ98によりモータハウジング91の左側壁95ａに形成された円形吸気孔95aaとその周りの複数の扇形吸気孔95abが覆われている。
防塵フィルタ98はケーシング95とカバー97に挟まれて取り付けられるので、取付け構造が簡単である。

カバー97の周壁のうち前記ケーシング95の放射方向に延出する一対の排気路95ｅに対応する部分は、モータハウジング91の周壁91ｃとの間隙に排気路97ｅが一対形成され、一対の排気路95ｅと連通しており、一対の排気路97ｅ以外の周壁部分にはモータハウジング91の周壁91ｃとの間隙に一対の吸気路97ｉが形成されている。
一対の吸気路97ｉと一対の排気路97ｅは、ともに右方に開口している。

以上のように、空隙型の走行用ＤＣモータ30は、ケーシング95とカバー97により２重に覆われており、走行用ＤＣモータ30の駆動により冷却ファン93が回転すると、図７の破線矢印を参照して、カバー97の右方に開口した一対の吸気路97ｉに外気が吸入され、カバー97の左側壁97ａとモータハウジング91の左側壁95ａとの間に介装された防塵フィルタ98に外周面から侵入してモータハウジング91の左側壁95ａに形成された中央円孔95aaとその周りの複数の扇形孔95abに抜けることで、塵埃が取り除かれて清浄な空気がケーシング95内に流入する。

中央円孔95aaとその周りの複数の扇形孔95abからケーシング95内に入った清浄な空気は、モータハウジング91の外周の冷却気通路96を右方向に向かう流路と、モータハウジング91の左側壁91ａの吸気口91aiからモータハウジング91の内部に入る流路とに分かれて流れ、走行用ＤＣモータ30をモータハウジング91の内外から冷却することができる。

冷却気通路96を通った空気は、モータハウジング91の右側壁91ｂに回り込んで吸気口91biからモータハウジング91内に入る。
モータハウジング91内に、前記モータハウジング91の左側壁91ａの吸気口91aiから入った空気と右側壁91ｂの吸気口91biから入った空気は、モータハウジング91内を冷却した後、冷却ファン93の側方のモータハウジング91の周壁91ｃに形成された排気口91ceからケーシング95の排気路95ｅおよびカバー97の排気路97ｅを通って外部に排出される。

走行用ＤＣモータ30は、刈芝搬送通路４を形成する鉛直仕切板３に仕切られたブレードハウジング２内に配置され、刈芝搬送通路４とは画成された空間にあるものの、粉塵が舞う雰囲気内にある。
そこで、本走行用ＤＣモータ30はケーシング95およびカバー97によって覆われ、外気は、走行用ＤＣモータ30を覆うケーシング95内に防塵フィルタ98を経て流入される構造なので、モータハウジング91内への塵埃の侵入を防止することができる。

ケーシング95の中央円孔95aaとその周りの複数の扇形孔95abを覆う防塵フィルタ98がカバー97に挟まれて介装され、カバー97の周壁に一対の吸気路97ｉが形成されるので、外気はこの吸気路97ｉを通って吸入され途中の防塵フィルタ98に至る構造であり、直接外気が塵埃とともに防塵フィルタ98に当たることはなく、防塵フィルタ98の劣化を抑制し防塵効果を向上させることができる。

ケーシング95内に入った清浄な空気は、モータハウジング91の外周面に沿って流れる流路と内部に侵入する流路に分かれて流れるので、空隙型の走行用ＤＣモータ30を内外同時に冷却することができ冷却効率が極めて良い。

本モータ冷却構造は、走行用ＤＣモータ30を防塵フィルタ98が介装されたケーシング95とカバー97により覆われる簡単な構造であり、全体構成が小型で部品点数が少なく、低コストである。

本発明の一実施の形態に係る芝刈機の全体斜視図である。 同芝刈機本体の側面図である。 同平面図である。 同後面図である。 芝刈機の一部省略し一部断面とした部分側面図である。 芝刈機の一部省略し一部断面とした後面図である。 走行用ＤＣモータおよび減速機構の断面図（図５のVII−VII線断面図）である。 図７のVIII−VIII線断面図である。

符号の説明

１…芝刈機、２…ブレードハウジング、２ｅ…膨出部、３…鉛直仕切板、４…刈芝搬送通路、５…刈芝収集袋、６…前輪、７…後輪、
10…内燃機関、11…クランク軸、12…ブレード、20…電磁クラッチ、
30…走行用ＤＣモータ、31…モータ駆動軸、32…モータ駆動ギヤ、40…減速機構、41…減速機ケース、42，43…ギヤ軸、50…駆動軸、51…スリーブハウジング、52…ベアリング、61…駆動ギヤ、62…被動ギヤ、70…ＥＣＵ、71…冷却フィン、
91…モータハウジング、91ａ，91ｂ…側壁、91ai，91bi…吸気口、91ｃ…周壁、91ce…排気口、92…軸受、93…冷却ファン、94…軸受、95…ケーシング、95aa，95ab…吸気孔、95ｅ…排気路、96…冷却気通路、97…カバー、97ｅ…排気路、97ｉ…吸気路、98…防塵フィルタ。

Claims (4)

1. 駆動軸に冷却ファンが設けられモータハウジング内部に空隙が形成され吸排気が可能な空隙型の電動モータの冷却構造において、
   防塵フィルタで覆われた吸気孔と排気路を備えたケーシングにより前記電動モータのモータハウジングが囲繞されることを特徴とする電動モータの冷却構造。
2. 前記ケーシングは、前記モータハウジングとの間に一方向の冷却気通路を形成して設けられることを特徴とする請求項１記載の電動モータの冷却構造。
3. 前記ケーシング内に吸入された空気は、前記モータハウジングの外側と内側に分岐して流れ、
   前記モータハウジングの外側を通った空気は、前記モータハウジングの内側へ流入して前記モータハウジングの内側を流れた空気と合流することを特徴とする請求項２記載の電動モータの冷却構造。
4. 前記ケーシングに有底円筒状のカバーが間隙を存して被せられ、前記間隙の途中に前記防塵フィルタが介装されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電動モータの冷却構造。
   
   
   
   

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