JP2023132463A - パワーユニット、及びパワーユニットを搭載した作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の放熱が他の電気デバイスに対して影響を及ぼすことを抑制できるパワーユニット、及びパワーユニットを搭載した作業機を提供する。【解決手段】パワーユニット１０は、モータ１２と、モータ１２を制御する制御装置１３と、制御装置１３に一体となって設けられた冷却フィン１４と、モータ１２を収容する収容部１１１と、を備える。冷却フィン１４は、収容部１１１の外部に配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、パワーユニット、及びパワーユニットを搭載した作業機に関する。

電動芝刈機等の作業機には、バッテリ、モータ、及びこれらを制御する制御装置を備えるパワーユニットが搭載される。高い出力を持つバッテリやモータを搭載する場合、パワーユニットの各電気デバイスの発熱量は大きく、各電気デバイスの冷却が要求される。

例えば、特許文献１には、電動モータをバッテリで駆動する電動芝刈機が開示されている。特許文献１では、バッテリブラケットのバッテリ搭載位置に通風のための開口を設けており、バッテリの放熱を促進している。

また、特許文献２には、バッテリで駆動する電気モータと、電気モータを制御する制御装置を備えた電動芝刈機が開示されている。制御装置は、空気取入口と電気モータとの間における空気流通路に配置されており、空気流通路を通る空気によって冷却される。

特開２００３－０６１４３６号公報 特開２０１８－０８５９７０号公報

パワーユニットの各電気デバイスのうち、特に制御装置は発熱量が大きい。パワーユニットは、各電気デバイスをカバーで覆ってワンパッケージ化される場合があるが、この場合、制御装置からの放熱によりパワーユニット内部の温度が上昇し、他の電気デバイスの出力制限や故障に繋がる虞がある。

本発明は、制御装置の放熱が他の電気デバイスに対して影響を及ぼすことを抑制できるパワーユニット、及びパワーユニットを搭載した作業機を提供する。

本発明は、
モータと、
前記モータを制御する制御装置と、
前記制御装置に一体となって設けられた冷却フィンと、
前記モータを収容する第１収容部と、を備えるパワーユニットであって、
前記冷却フィンは、前記第１収容部の外部に配置される。

また、本発明は、
上述のパワーユニットを搭載した作業機であって、
前記冷却フィンは前記作業機の走行方向における、前記パワーユニットの前部に配置される。

本発明によれば、制御装置の放熱が他のデバイスに対して影響を及ぼすことを抑制できる。

本発明の第１実施形態のパワーユニット１０を搭載した作業機１の斜視図である。 図１におけるＡ－Ａ断面図である。 グリル１５を取り外した状態における、パワーユニット１０の斜視図である。 本発明の第２実施形態のパワーユニット１０を搭載した作業機１において、図２に対応した図である。

《第１実施形態》
以下、本発明のパワーユニット及び作業機の第１実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、前後左右上下の各方向は、作業者から見た方向に従い、図面には、作業機の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。また、図面は符号の向きに見るものとする。

［作業機］
まず、作業機１について、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下では、作業機１が電動芝刈機である場合を例に説明するが、これに限られず、草刈機や、耕うん機、除雪機、運搬台車等の作業機であってもよい。

作業機１は、機体としてのボディ部２と、ボディ部２の前部に配置された左右一対の前輪３と、ボディ部２の後部に配置された左右一対の後輪４（この図では左右のうち左のみを示す。）と、ボディ部２の後部から上後方に延びる操作ハンドル５と、芝草を刈るカッターブレード６と、を備える。

作業機１には、ボディ部２の上部にパワーユニット１０が搭載されている。パワーユニット１０は、バッテリＢＡＴやモータ１２、制御装置１３等の電気デバイスをカバー１１内に収容してワンパッケージ化したものである。作業機１が必要とする出力に応じて、低出力バッテリ（例えば、０．４ｋＷ程度）や高出力バッテリ（例えば、２．５ｋＷ以上）を搭載し得る。パワーユニット１０の詳細については後述する。

ボディ部２は下方に開口しており、カッターブレード６はボディ部２の内部に設けられている。カッターブレード６は、モータ１２の回転軸１２ａに取り付けられ、回転軸１２ａを中心に回転して芝草を刈る。

後輪４とモータ１２とは動力伝達ベルト（不図示）を介して接続しており、モータ１２の動力が後輪４に伝達される。これにより、作業機１は、モータ１２の動力により後輪４が回転し、走行する。なお、作業機１は、走行用モータを別途備えてもよく、バッテリＢＡＴから電力が供給された走行用モータにより後輪４を駆動する構成としてもよい。

また、作業機１は歩行型の作業機であり、作業者が操作ハンドル５を操作することによって移動する。なお、作業機１は、歩行型の作業機に限られず、例えば、作業者が作業機１に乗用して移動するものや、作業者の遠隔操作によって移動するもの、自律制御により移動するものとしてもよい。

［パワーユニット］
次に、作業機１に搭載される第１実施形態のパワーユニット１０について、図１から図３を参照して説明する。

パワーユニット１０は、外装を成すカバー１１と、モータ１２と、モータ１２を制御する制御装置１３と、制御装置１３に一体となって設けられた冷却フィン１４と、を備える。パワーユニット１０は、バッテリＢＡＴが着脱可能なように構成されており、作業者は、作業機１の前方又は側方に立ち、バッテリＢＡＴを取り付けることができる。

また、これらの部材を支持する構造として、パワーユニット１０は、ボディ部２に固定され、モータ１２が載置される底平板部１７と、底平板部１７から上方に延び、バッテリＢＡＴを支持するバッテリフレーム１８と、バッテリフレーム１８に固定され、制御装置１３を支持するブラケット１９と、をさらに備える。

カバー１１は、上壁１１Ｕ、前壁１１Ｆｒ、後壁１１Ｒｒ、左壁１１Ｌ、及び右壁１１Ｒを有し、下方に開口した形状を有する。すなわち、カバー１１の下端は開口１１ａが形成されている。カバー１１で覆われた内部空間Ｓには、モータ１２を収容する収容部１１１と、バッテリＢＡＴを収容する収容部１１２と、制御装置１３を収容する収容部１１３と、が設けられる。なお、ボディ部２とカバー１１の下端部との間にシール構造を設け、カバー１１の下方から内部空間Ｓに水滴や塵等が進入するのを抑制してもよい。

収容部１１１は、カバー１１の内部空間Ｓのうちモータ１２を収容する空間である。ここで、収容部１１１は、本発明の「第１収容部」に相当する。

収容部１１２は、バッテリＢＡＴを収容するケースであり、上端が開口している。収容部１１２は、例えば、カバー１１よりも剛性の高い樹脂にて形成される。収容部１１２は、収容部１１１よりも後方に配置され、バッテリフレーム１８に支持される。収容部１１２の上端は、上壁１１Ｕに形成された開口からカバー１１の外部に露出しており、収容部１１２の上端からバッテリの挿脱が可能となる。このように、バッテリフレーム１８により収容部１１２を支持するため、重量物であるバッテリＢＡＴを安定して支持することができる。また、カバー１１がバッテリＢＡＴを支持する場合、カバー１１の剛性を高める必要があるが、本実施形態では、カバー１１とは別体である収容部１１２及びバッテリフレーム１８によりバッテリＢＡＴを支持しているため、カバー１１の剛性を大きく高める必要はない。よって、カバー１１を成形するためのコストを削減できる。なお、例えば、カバー１１の上壁１１Ｕを下方に凹ませて収容部１１２を形成し、カバー１１がバッテリＢＡＴを支持するように構成してもよい。ここで、収容部１１２は、本発明の「第２収容部」に相当する。

収容部１１３は、収容部１１１よりも前方に配置され、カバー１１の内部空間Ｓのうち制御装置１３を収容する空間である。制御装置１３を支持するブラケット１９には、上下方向に延び、収容部１１１と収容部１１３とを隔てる隔壁Ｐが設けられている。なお、隔壁Ｐは、カバー１１に一体となって形成されてもよい。

モータ１２は、バッテリＢＡＴからの電力により駆動する。モータ１２は、底平板部１７に固定され、収容部１１２よりも前方に位置している。モータ１２の回転軸１２ａは、底平板部１７に形成された開口１７ａを通ってボディ部２の内部まで延び、先端にはカッターブレード６が取り付けられる。

制御装置１３は、収容部１１２の前壁１１Ｆｒに隣接して配置され、バッテリＢＡＴ及びモータ１２と電気的に接続している。制御装置１３は、バッテリＢＡＴからモータ１２に供給される電力を制御するＰＣＵ（Power Control Unit）である。制御装置１３は、例えば、インバータとＤＣ－ＤＣコンバータを備える。ＤＣ－ＤＣコンバータは、バッテリＢＡＴから供給される電力を昇圧してインバータに出力する。インバータは、ＤＣ－ＤＣコンバータから供給される直流を交流に変換してモータ１２に出力する。制御装置１３はパワーユニット１０が備える電気デバイスの中でも特に発熱量が大きいため、冷却フィン１４を設けて制御装置１３の放熱を促進する。

冷却フィン１４は、制御装置１３に一体となって設けられており、制御装置１３で発生した熱を放熱して制御装置１３を冷却する。冷却フィン１４は、例えば図３に示すように、制御装置１３から前方に突出する複数のプレートを備える。ただし、冷却フィン１４の構成はこれに限られず、例えば複数のピンを備えてもよい。

前壁１１Ｆｒには開口１１ｂが形成されており、冷却フィン１４は開口１１ｂから収容部１１３の外部に露出している。すなわち、冷却フィン１４はカバー１１の外部に配置されている。

仮に冷却フィン１４を収容部１１１に配置する場合、制御装置１３で発生した熱により収容部１１１内部の温度が上昇し、モータ１２やバッテリＢＡＴの出力制限や故障に繋がる虞がある。本実施形態では、冷却フィン１４は収容部１１１の外部に配置されている。

このような構成により、制御装置１３の放熱は収容部１１１の外部で行われ、収容部１１１には冷却フィン１４から熱を受け取った空気が入り込まない。よって、収容部１１１内部の温度が上昇することを抑制できる。したがって、制御装置１３の放熱が他の電気デバイスに対して影響（例えば、モータ１２やバッテリＢＡＴの出力制限や故障）を及ぼすことを抑制できる。

特に、本実施形態では、収容部１１１の外部として、冷却フィン１４をカバー１１の外部に配置している。制御装置１３の放熱がカバー１１の外部で行われるため、カバー１１内部への伝熱を低減でき、収容部１１１内部の温度が上昇することをより抑制できる。

また、制御装置１３とモータ１２との間に隔壁Ｐが設けられているので、冷却フィン１４から熱を受け取った空気が収容部１１１に進入することをより確実に防止できる。

冷却フィン１４は、前壁１１Ｆｒの開口１１ｂから露出しており、すなわち、パワーユニット１０の前部に配置されている。バッテリＢＡＴを収容する収容部１１２はパワーユニット１０の後部に配置されているため、換言すると、収容部１１２はモータ１２を挟んで冷却フィン１４の反対側に設けられている。

このような構成により、バッテリＢＡＴは冷却フィン１４から離れて設けられるので、冷却フィン１４から放熱される制御装置１３の熱をバッテリＢＡＴに伝達しにくくすることができる。したがって、バッテリＢＡＴの出力制限や故障を抑制することができる。また、バッテリＢＡＴは制御装置１３やモータ１２に比べて通常使用時に発熱しにくいので、制御装置１３の熱が容易にバッテリＢＡＴに伝達する構成であると、作業者はバッテリＢＡＴが異常に発熱していると誤認してしまう虞がある。しかしながら、上述のように収容部１１２を冷却フィン１４から離れて配置することで、バッテリＢＡＴの故障の誤認を抑制できる。

また、冷却フィン１４が作業機１の走行方向におけるパワーユニット１０の前部に配置されているので、作業機１の走行時には走行風が冷却フィン１４に直接当たる。よって、冷却フィン１４による制御装置１３の放熱が促進される。したがって、制御装置１３の冷却効率を高くすることができる。

本実施形態のように、冷却フィン１４がカバー１１の外部に配置されていると、作業者が誤って放熱している冷却フィン１４に接触してしまう虞がある。そこで、パワーユニット１０は、冷却フィン１４を覆うグリル１５をさらに備える。グリル１５は、前壁１１Ｆｒに取り付けられ、開口１１ｂから露出した冷却フィン１４を覆い、作業者が冷却フィン１４に接触することを防止することができる。グリル１５は複数の開口１５ａを有して通気可能に構成されるため、冷却フィン１４から熱を受け取った空気が冷却フィン１４近傍にこもることを防ぐ。

また、冷却フィン１４はカバー１１の外部に配置されているため、水滴や塵などが冷却フィン１４に溜まる虞がある。そこで、図３に示すように、冷却フィン１４は、複数のプレートが水平方向に並んで設けられ、隣り合うプレートの対向する面が上下方向に延びるように構成されることが好ましい。水滴や塵等が冷却フィン１４に当たっても下方に落ちるため、冷却フィン１４に水滴や塵等が溜まることを抑制することができる。ここで、制御装置１３とカバー１１の隙間から水滴や塵等が入り込むことを防ぐために、制御装置１３とカバー１１との間にシール構造を設けることが好ましい。

《第２実施形態》
続いて、本発明の第２実施形態であるパワーユニット１０について、図４を参照して説明する。第１実施形態と共通する部材は、共通の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のパワーユニット１０には、カバー１１の内部空間ＳにバッテリＢＡＴやモータ１２を冷却する空気が流れる通気通路１１４が設けられている。一般に、バッテリＢＡＴやモータ１２はパワーユニット１０と外気との伝熱により十分冷却されるが、本実施形態では冷却をより促進するために収容部１１１に通気通路１１４を設けている。

カバー１１の後壁１１Ｒｒには開口１１ｃが形成されており、カバー１１の下端には開口１１ａが形成されている。開口１１ｃには、空気を通し、かつ、水や塵を通さない通気膜１６が設けられており、カバー１１の内部に水や塵が進入することを防止できる。開口１１ｃ及び開口１１ａはそれぞれ収容部１１１に連通しており、開口１１ｃと開口１１ａとを繋ぐ通気通路１１４が収容部１１１に設けられる。このような構成により、通気通路１１４に空気が流れるので、バッテリＢＡＴやモータ１２の冷却を促進することができる。また、開口１１ｃは、収容部１１１を挟んで冷却フィン１４の反対側に設けられているため、冷却フィン１４から熱を受け取った空気が収容部１１１の内部に進入することを抑制できる。ここで、開口１１ｃは本発明の「通気口」に相当する。

また、開口１１ｃ近傍に空気流入ファン（不図示）を設け、空気の流れ方向を開口１１ｃから開口１１ａとすることが好ましい。これにより、冷却フィン１４から熱を受け取った空気が、カバー１１の下端とボディ部２の上面の隙間Ｇを通って開口１１ａから収容部１１１の内部に進入することをより確実に防止することができる。

以上、本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上記した実施形態では、カバー１１の内部空間Ｓに隔壁Ｐを設け、モータ１２を収容する収容部１１１と、制御装置１３を収容する収容部１１３と、を区画したが、隔壁Ｐを設けなくてもよい。隔壁Ｐを設けなくとも、冷却フィン１４はカバー１１の外部に配置されているため、制御装置１３の放熱はカバー１１の外部で行われ、内部空間Ｓには冷却フィン１４から熱を受け取った空気が入り込まない。よって、内部空間Ｓの温度が上昇することを抑制できる。この場合、モータ１２及び制御装置１３を収容する内部空間Ｓが、本発明の「第１収容部」に相当する。

また、上記した実施形態では、冷却フィン１４がカバー１１の開口１１ｂから外部に露出してカバー１１の外部に配置されたが、これに限られない。冷却フィン１４が収容部１１１の外部に配置されていれば、カバー１１の内部に配置されていてもよい。例えば、冷却フィン１４が収容部１１３に配置される場合、冷却フィン１４は収容部１１１の外部に配置されるため、収容部１１１には冷却フィン１４から熱を受け取った空気が入り込まない。よって、収容部１１１の温度が上昇することを抑制できる。また、冷却フィン１４から熱を受け取った空気を開口１１ｂから外部に放出できるため、熱を受け取った空気が収容部１１３にこもることを防ぐことができる。

また、上記した実施形態では、制御装置１３を収容部１１３に配置したが、これに限られない。制御装置１３を収容部１１１に配置し、冷却フィン１４をカバー１１の外部又は収容部１１３に配置してもよい。この場合、冷却フィン１４は収容部１１１の外部に配置されるため、収容部１１１には冷却フィン１４から熱を受け取った空気が入り込まない。よって、収容部１１１の温度が上昇することを抑制できる。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を一例として示しているが、これに限定されるものではない。

（１） モータ（モータ１２）と、
前記モータを制御する制御装置（制御装置１３）と、
前記制御装置に一体となって設けられた冷却フィン（冷却フィン１４）と、
前記モータを収容する第１収容部（収容部１１１）と、を備えるパワーユニット（パワーユニット１０）であって、
前記冷却フィンは、前記第１収容部の外部に配置される、パワーユニット。

（１）によれば、冷却フィンは第１収容部の外部に配置されるので、制御装置の放熱は第１収容部の外部で行われ、第１収容部には冷却フィンから熱を受け取った空気が入り込まない。よって、第１収容部内部の温度が上昇することが抑制される。したがって、制御装置の放熱が他の電気デバイスに対して影響を及ぼすことを抑制することができる。

（２） （１）に記載のパワーユニットであって、
バッテリ（バッテリＢＡＴ）を収容可能な第２収容部（収容部１１２）をさらに備え、
前記第２収容部は、前記モータを挟んで前記冷却フィンの反対側に設けられる、パワーユニット。

（２）によれば、第２収容部はモータを挟んで冷却フィンの反対側に設けられるので、冷却フィンから放熱される制御装置の熱をバッテリに伝達しにくくすることができ、バッテリの出力制限や故障を抑制できる。

（３） （１）又は（２）に記載のパワーユニットであって、
前記第１収容部を内部に有し、前記モータ及び前記制御装置を収容するカバー（カバー１１）をさらに備え、
前記冷却フィンは、前記カバーに設けられた開口（開口１１ｂ）から露出して、前記カバーの外部に配置される、パワーユニット。

（３）によれば、冷却フィンは、カバーに設けられた開口から露出してカバーの外部に配置される。制御装置の放熱はカバーの外部で行われるので、カバーの内部への伝熱を低減できる。よって、カバー内部の温度が上昇することをより抑制することができ、パワーユニットの出力制限や故障を抑制することができる。

（４） （３）に記載のパワーユニットであって、
通気可能に構成されたグリル（グリル１５）をさらに備え、
前記グリルは、前記カバーに取り付けられて前記冷却フィンを覆う、パワーユニット。

（４）によれば、通気可能なグリルがカバーに取り付けられて冷却フィンを覆うので、作業者が冷却フィンに接触することを防止することができる。

（５） （３）又は（４）に記載のパワーユニットであって、
前記カバーの内部には、前記第１収容部に通気するための通気通路（通気通路１１４）が設けられ、
前記通気通路は、前記第１収容部を挟んで前記冷却フィンの反対側に通気口（開口１１ｃ）を有する、パワーユニット。

（５）によれば、通気通路は第１収容部を挟んで冷却フィンの反対側に通気口を有するので、冷却フィンから熱を受け取った空気が第１収容部に進入することを抑制できる。

（６） （１）から（５）のいずれかに記載のパワーユニットであって、
前記冷却フィンは、前記制御装置から突出する複数のプレートを備え、
前記複数のプレートは水平方向に並んで設けられ、隣り合うプレートの対向する面が上下方向に延びる、パワーユニット。

（６）によれば、冷却フィンの複数のプレートは水平方向に並んで設けられ、隣り合うプレートの対向する面が上下方向に延びるので、水滴や塵等が冷却フィンに当たっても下方に落ちる。したがって、冷却フィンに水滴や塵等が溜まることを抑制することができる。

（７） （１）から（６）のいずれかに記載のパワーユニットであって、
前記制御装置と前記モータとの間には、隔壁（隔壁Ｐ）が設けられている、パワーユニット。

（７）によれば、制御装置とモータとの間には隔壁が設けられているので、制御装置を冷却した空気が、モータを収容する第１収容部に進入することをより確実に防止することができる。

（８） （１）から（７）のいずれかに記載のパワーユニットを搭載した作業機（作業機１）であって、
前記冷却フィンは前記作業機の走行方向における、前記パワーユニットの前部に配置される、作業機。

（８）によれば、冷却フィンは作業機の走行方向における、パワーユニットの前部に配置されるので、走行風が冷却フィンに直接当たる。したがって、冷却フィンによる制御装置の放熱を促進することができる。

１ 作業機
１０ パワーユニット
１１ カバー
１１ｂ 開口
１１ｃ 開口（通気口）
１２ モータ
１３ 制御装置
１４ 冷却フィン
１５ グリル
１１１ 収容部（第１収容部）
１１２ 収容部（第２収容部）
１１４ 通気通路
ＢＡＴ バッテリ
Ｐ 隔壁

Claims (8)

1. モータと、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記制御装置に一体となって設けられた冷却フィンと、
   前記モータを収容する第１収容部と、を備えるパワーユニットであって、
   前記冷却フィンは、前記第１収容部の外部に配置される、パワーユニット。
2. 請求項１に記載のパワーユニットであって、
   バッテリを収容可能な第２収容部をさらに備え、
   前記第２収容部は、前記モータを挟んで前記冷却フィンの反対側に設けられる、パワーユニット。
3. 請求項１又は２に記載のパワーユニットであって、
   前記第１収容部を内部に有し、前記モータ及び前記制御装置を収容するカバーをさらに備え、
   前記冷却フィンは、前記カバーに設けられた開口から露出して、前記カバーの外部に配置される、パワーユニット。
4. 請求項３に記載のパワーユニットであって、
   通気可能に構成されたグリルをさらに備え、
   前記グリルは、前記カバーに取り付けられて前記冷却フィンを覆う、パワーユニット。
5. 請求項３又は４に記載のパワーユニットであって、
   前記カバーの内部には、前記第１収容部に通気するための通気通路が設けられ、
   前記通気通路は、前記第１収容部を挟んで前記冷却フィンの反対側に通気口を有する、パワーユニット。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のパワーユニットであって、
   前記冷却フィンは、前記制御装置から突出する複数のプレートを備え、
   前記複数のプレートは水平方向に並んで設けられ、隣り合うプレートの対向する面が上下方向に延びる、パワーユニット。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のパワーユニットであって、
   前記制御装置と前記モータとの間には、隔壁が設けられている、パワーユニット。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のパワーユニットを搭載した作業機であって、
   前記冷却フィンは前記作業機の走行方向における、前記パワーユニットの前部に配置される、作業機。

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