JP2023142837A - 電動ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の電気部品の高い防水性と高い冷却性を両立する。【解決手段】電動ユニット(30)は電動車両に対して設置されている。電動ユニットには、電気駆動系を構成する複数の電気機器(51、63、66)と、複数の電気機器を収容した収容ケース(31)と、が設けられている。収容ケースの上面には冷却風の吸入口及び排出口が形成され、当該吸入口又は当該排出口には冷却ファン(69)が設けられている。【選択図】図3

Description

本発明は、電動ユニットに関する。
電動車両は、アクセル操作に応じてバッテリからドライブユニットを介して電動モータに電力が供給される。この種の電動車両として、バッテリの後方にドライブユニットが設置され、このドライブユニットの後方に電動モータが設置されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の電動車両では、ドライブユニットがバッテリ及び電動モータによって前後から挟まれている。このため、車両前部からドライブユニットに向けてダクトが配設されて、ダクトから取り込まれた走行風によってドライブユニットが冷却されている。
特開2021-66291号公報
特許文献1に記載の電動車両は、バッテリ、ドライブユニット、電動モータ等の電気機器を外部に露出させている。このため、走行風によって各電気機器の冷却性が高められているが、冠水した路面等を走行する際には各電気機器の防水性を十分に得ることはできない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数の電気部品の高い防水性と高い冷却性を両立することができる電動ユニットを提供することを目的とする。
本発明の一態様の電動ユニットは、電動車両に対して設置される電動ユニットであって、電気駆動系を構成する複数の電気機器と、前記複数の電気機器を収容した収容ケースと、を備え、前記収容ケースの上面に冷却風の吸入口及び排出口が形成され、当該吸入口又は当該排出口に冷却ファンが設けられていることで上記課題を解決する。
本発明の一態様の電動ユニットによれば、複数の電気機器が収容ケースに覆われることで、冠水した道路等を電動車両が走行する場合でも電気機器への浸水が抑えられる。また、複数の電気機器が収容ケースに覆われていても、吸入口から収容ケース内に取り込まれた冷却風によって各電気機器が冷却される。よって、電動ユニットの高い防水性と高い冷却性を両立することができる。
本実施例の電動車両の左側面図である。 本実施例の電動ユニットの斜視図である。 本実施例の収容ケース内の電気機器の斜視図である。 本実施例の電動ユニット内の冷却風の流れを示す側面模式図である。 本実施例の電動ユニット内の冷却風の流れを示す平面模式図である。
本発明の一態様の電動ユニットは電動車両に設置されている。複数の電気機器によって電気駆動系が構成されており、これら複数の電気機器が収容ケースに収容されている。複数の電気機器が収容ケースに覆われることで、冠水した道路等を電動車両が走行する場合でも各電気機器への浸水が抑えられる。また、収容ケースの上面に冷却風の吸入口及び排出口が形成され、吸入口又は排出口に冷却ファンが設けられている。複数の電気機器が収容ケースに覆われていても、吸入口から収容ケース内に取り込まれた冷却風によって各電気機器が冷却される。よって、電動ユニットの高い防水性と高い冷却性を両立することができる。
一般に電動車両の車体フレームには、電気駆動系を構成する複数の電気機器が搭載されている。車体フレームにはカウルやカバー等の外装部品が取り付けられているが、車両下部は外装部品によって覆われていない。このため、冠水した路面等を電動車両が走行するときには外装部品の内側の各電気機器が浸水する恐れがある。各電気機器をケースに収容することによって防水性を高めることができるが、電気機器に走行風が当たり難くなって冷却性が悪化する。このように電気機器の冷却性と防水性はトレードオフの関係にあり、電気機器の冷却性と防水性の両立を図ることが求められている。
以下、添付図面を参照して、本実施例について詳細に説明する。図1は本実施例の電動車両の左側面図である。なお、以下の説明では電動車両としてATV(All Terrain Vehicle)を例示して説明するが、電動車両の種類は特に限定されない。また、以下の図では、矢印FRは車両前方、矢印REは車両後方、矢印Lは車両左方、矢印Rは車両右方をそれぞれ示している。
図1に示すように、電動車両1は、車体フレーム10の内側に電動ユニット30を搭載して構成されている。車体フレーム10は、左右一対のアッパフレーム11とロアフレーム12を、左右一対のフロントフレーム13とリアフレーム14で接続したクレードル形状に形成されている。フロントフレーム13にはサスペンションアーム(不図示)及びフロントサスペンション21を介して左右一対の前輪23が支持されている。フロントフレーム13にはステアリングシャフト22が支持されており、ステアリングシャフト22が操作されることで各前輪23が左右に転舵される。
リアフレーム14のピボットプレート15にはスイングアーム25が揺動可能に支持されている。スイングアーム25はピボットプレート15から後方に向かって延びており、スイングアーム25の後部はリアサスペンション26を介してアッパフレーム11に連結されている。スイングアーム25の後部にはリアシャフト(不図示)を介して左右一対の後輪27が支持されている。後輪27のリアスプロケット(不図示)にはチェーン(不図示)を介して電動ユニット30の電動モータ63(図3参照)に連結されており、電動モータ63によってチェーンを介して後輪27が回転される。
ロアフレーム12の懸架部16-18には電動ユニット30の下部が取り付けられ、リアフレーム14の懸架部19には電動ユニット30の後部が取り付けられている。電動ユニット30は、複数の電気機器が一つの収容ケース31に収容されてユニット化されたものであり、収容ケース31によって複数の電気機器の防水性が高められている。収容ケース31の上面前側には吸入ダクト48が取り付けられ、収容ケース31の上面後側には排出ダクト49が取り付けられている。吸入ダクト48から排出ダクト49に向かう冷却風によって収容ケース31内の複数の電気機器の冷却性が高められている。
図2及び図3を参照して、電動ユニットの詳細について説明する。図2は本実施例の電動ユニットの斜視図である。図3は本実施例の収容ケース内の電気機器の斜視図である。なお、図3では、説明の便宜上、収容ケースを破線で示している。
図2に示すように、電動ユニット30の収容ケース31は、左右割り構造であり、左側ケース半体32と右側ケース半体33とを有している。左側ケース半体32の上面前側には冷却風の吸入口34が形成されている。左側ケース半体32の上面後側は側面視V字状に窪んでおり、この窪みの後側斜面35に冷却風の排出口36が形成されている。左側ケース半体32の窪みの右側は右側ケース半体33及び左側ケース半体32の上面から膨出しており、この膨出部分によって収容ケース31の収容空間が広げられている。右側ケース半体33の後側が幅狭に形成され、右側ケース半体33の後側でモータスプロケット(不図示)が露出している。
図3に示すように、電動ユニット30の収容ケース31には、バッテリ51、DC-DCコンバータ61、コントローラ62、電動モータ63、インバータ66等の電気駆動系を構成する複数の電気機器が収容されている。収容ケース31の収容空間前側にはバッテリホルダ52が設置されている。バッテリホルダ52は上面を開口した箱型に形成されており、バッテリホルダ52の内側にバッテリ51が保持されている。バッテリホルダ52の下部にはホルダ固定部53、54が形成されており、ホルダ固定部53、54は収容ケース31から外側に突き出してロアフレーム12の懸架部16、17(図4参照)に固定されている。
バッテリホルダ52の側面には複数の開口55が形成されており、複数の開口55からバッテリ51の側面が側方に露出されている。バッテリ51のバッテリケースは直方体状に形成されており、バッテリケース内には複数のバッテリセルが収容されている。複数のバッテリセルには走行用の電力が充電されており、バッテリセルから電動モータ63に電力が供給される。バッテリホルダ52の上部には、バッテリ51の上方を横断するように前後一対のブリッジプレート57、58が固定されている。各ブリッジプレート57、58とバッテリ51の間の一部にはクッション材(不図示)が介在されている。
後側のブリッジプレート58の上面右側にはDC-DCコンバータ61が設置されている。DC-DCコンバータ61によってバッテリ51からの出力される直流電力の電圧が変圧される。DC-DCコンバータ61の後方では、バッテリホルダ52の後面にコントローラ62が設置されている。コントローラ62によって車両各部が制御されると共に、アクセル操作に応じてインバータ66が制御される。バッテリホルダ52の後面とコントローラ62の間には所定の隙間が空けられており、コントローラ62に対向するバッテリホルダ52の後面には複数の開口56が形成されている。
収容ケース31の収容空間後側には電動モータ63が設置されている。電動モータ63のモータケースの下部及び後部にはモータ固定部64、65(モータ固定部64は図4参照)が形成されており、モータ固定部64、65にロアフレーム12及びリアフレーム14の懸架部18、19(図4参照)が固定されている。電動モータ63の左側にはインバータ66が固定されており、電動モータ63とインバータ66が一体化されている。インバータ66によってバッテリ51の直流電力が交流電力に変換されて電動モータ63が回転駆動される。電動モータ63の回転駆動によって電動車両1(図1参照)が走行する。
収容ケース31にはブラケット68を介して冷却ファン69が取り付けられており、冷却ファン69が収容ケース31の吸入口34(図2参照)に設けられている。吸入口34には吸入ダクト48が接続され、冷却ファン69によって吸入ダクト48を通じて収容ケース31内に冷却風が取り込まれる。収容ケース31の排出口36(図2参照)には排出ダクト49が接続され、収容ケース31内の冷却風が排出ダクト49を通じて外部に排出される。このように、収容ケース31の吸入ダクト48から排出ダクト49に向かって冷却風が流れることでバッテリ51等の各電気機器が冷却される。
図4及び図5を参照して、電気機器のレイアウト及び冷却風の流れについて説明する。図4は本実施例の電動ユニット内の冷却風の流れを示す側面模式図である。図5は本実施例の電動ユニット内の冷却風の流れを示す平面模式図である。なお、図4は収容ケースから左側ケース半体を取り外した状態を示しており、図5は収容ケースの上面を省略した状態を示している。
図4及び図5に示すように、収容ケース31の収容空間前側にバッテリ51が設置され、収容ケース31の収容空間後側に電動モータ63が設置されている。収容ケース31の収容空間の前後中間にDC-DCコンバータ61、コントローラ62が設置され、前後に延びる収容ケース31の中心線Lに対してDC-DCコンバータ61、コントローラ62が右寄りに位置付けられている。電動モータ63にはインバータ66が一体化されており、収容ケース31の中心線Lよりもインバータ66が左側に位置付けられている。吸入口34(冷却ファン69)及び排出口36も収容ケース31の中心線Lよりも左側に位置付けられている。
バッテリ51は収容ケース31の前壁41及び一対の側壁42、43と隙間を空けて設置されている。平面視にて吸入口34がバッテリ51に重なっており、バッテリ51の上方からバッテリ51に向けて冷却風が吹き当てられる。バッテリ51と収容ケース31の前壁41の隙間、バッテリ51と収容ケース31の側壁42、43の隙間に冷却風が入り込む。バッテリ51はバッテリホルダ52に保持されているが、バッテリホルダ52の前面が切り欠かれており、バッテリホルダ52の側面には複数の開口55が形成されているため、冷却風によってバッテリ51が効果的に冷却されている。
このとき、収容ケース31の左側の側壁43とバッテリ51の隙間が、収容ケース31の右側の側壁42とバッテリ51の隙間よりも大きく形成されており、収容ケース31の左側の側壁43とバッテリ51の隙間を通じて冷却風が後方に流れ易い。上記したように、吸入口34が収容ケース31の中心線Lに対して側壁43側(左側)に偏った位置に形成されており、吸入口34から側壁43側に向かう冷却風の風量が多くなっている。よって、発熱量が大きなインバータ66に冷却風が当たり易くなると共にインバータ66に当たる冷却風の風量が増えることでインバータ66が効果的に冷却される。
また、DC-DCコンバータ61及びコントローラ62は右寄りに設置され、インバータ66が左側の側壁43寄りに設置されている。このため、吸入口34からインバータ66に向かう冷却風が、インバータ66の前方でDC-DCコンバータ61及びコントローラ62によって阻害されることがない。バッテリ51上のDC-DCコンバータ61には冷却風が当たり易くなっている。バッテリホルダ52の後面にコントローラ62が設置されているが、バッテリホルダ52の後面には複数の開口56(図3参照)が形成されているため、複数の開口56を通じてコントローラ62に対しても冷却風が当てられる。
インバータ66は収容ケース31の後壁44及び側壁43と隙間を空けて設置されている。インバータ66と収容ケース31の側壁43の隙間、インバータ66と収容ケース31の後壁44の隙間に入り込んだ冷却風によってインバータ66が効果的に冷却される。平面視にて排出口36の少なくとも一部がインバータ66に重なっており、インバータ66の上方から冷却風が排出される。収容ケース31内の冷却風がインバータ66に集まり易くなり、冷却風がインバータ66に当たりながら排出口36から外部に向けて排出されるため、冷却風によってインバータ66が効果的に冷却される。
吸入ダクト48の下流側が、収容ケース31の上面に近づくのに伴って前方に向かうように前斜め下方に傾斜している。吸入口34からバッテリ51と収容ケース31の前壁41の隙間に冷却風が流れ易くなり、この前側の隙間からバッテリ51と収容ケース31の側壁42、43の隙間を通じて冷却風が全体的に行き渡り易くなっている。排出ダクト49の上流側が、収容ケース31の上面から離れるのに伴って前方に向かうように前斜め上方に傾斜している。インバータ66と収容ケース31の後壁44の隙間から排出口36に冷却風が流れ、インバータ66と収容ケース31の後壁44の隙間にも冷却風が入り込み易くなっている。
このような収容ケース31に複数の電気機器が外側から覆われることで防水性が向上されている。収容ケース31内の電気機器には走行風が当たらなくなるが、冷却ファン69によって収容ケース31内に冷却風が取り込まれる。吸入口34から冷却風が収容ケース31に入り込むと、バッテリ51の上方で冷却風が放射状に広げられる。吸入口34から右後方に向かう冷却風によってDC-DCコンバータ61が冷却され、バッテリホルダ52の後面の開口56を通過した冷却風によってコントローラ62が冷却される。また、コントローラ62を通過した冷却風によって電動モータ63の上部が冷却される。
吸入口34から前方に向かう冷却風が収容ケース31の前壁41に当たって、収容ケース31の前壁41から底壁45や左右の側壁42、43に沿って冷却風が後方に流れている。吸入口34から左右側方に向かう冷却風が収容ケース31の側壁42、43に当たり、収容ケース31の底壁45や側壁42、43に沿って冷却風が後方に流れている。収容ケース31の前壁41、側壁42、43、底壁45とバッテリ51の隙間に入り込んだ冷却風、吸入口34からバッテリ51の上面に吹き付けられた冷却風によってバッテリ51が全体的に冷却される。また、バッテリ51と底壁45の隙間を通過した冷却風によって電動モータ63の下部が冷却される。
バッテリ51を通過した冷却風によってインバータ66が冷却される。上記したように、収容ケース31の左側の側壁43とバッテリ51の隙間が広く、吸入口34とインバータ66が収容ケース31の左側に位置しているため、吸入口34からインバータ66に多くの冷却風が向かい易くなっている。また、バッテリ51を通過した冷却風が収容ケース31の後壁44に当たって、インバータ66と収容ケース31の後壁44の隙間にも冷却風が入り込んでいる。そして、インバータ66を冷却しながら冷却風が通過して、インバータ66の上方の排出口36を通って冷却風が外部に排出される。
以上、本実施例によれば、複数の電気機器、特にバッテリ51、電動モータ63、インバータ66が収容ケース31に覆われることで、冠水した道路等を電動車両が走行する場合でもバッテリ51等への浸水が抑えられる。また、バッテリ51等が収容ケース31に覆われていても、吸入口34から収容ケース31内に取り込まれた冷却風によってバッテリ51等が冷却される。よって、電動ユニット30の高い防水性と高い冷却性を両立することができる。
なお、本実施例では、収容ケースの吸入口に冷却ファンが設けられているが、収容ケースの排出口に冷却ファンが設けられていてもよい。
また、本実施例では、収容ケースにはバッテリ、DC-DCコンバータ、コントローラ、電動モータ、インバータ等の電気機器が収容されているが、収容ケースには電気駆動系を構成する2以上の電気機器が収容されていればよい。例えば、収容ケースには電動モータとインバータが収容されていてもよいし、収容ケースにはバッテリ、電動モータ、インバータが収容されていてもよい。
また、本実施例では、電動モータとインバータが一体化されているが、電動モータとインバータが別体に形成されていてもよい。
また、本実施例では、吸入ダクトの下流側が収容ケースの上面に近づくのに伴って前方に向かうように傾斜しているが、吸入ダクトの下流側の向きは特に限定されない。例えば、吸入ダクトの下流側が真下を向いていてもよい。
また、本実施例では、排出ダクトの上流側が収容ケースの上面から離れるのに伴って前方に向かうように傾斜しているが、排出ダクトの上流側の向きは特に限定されない。例えば、排出ダクトの上流側が真上を向いていてもよい。
また、電動車両は、ATVに限定されず、バッテリの電力によって走行する車両であればよい。例えば、電動車両は、電動の鞍乗型車両でもよい。鞍乗型車両とは、ライダーがシートに跨った姿勢で乗車する車両全般に限定されず、ライダーがシートに跨らずに乗車する小型のスクータタイプの車両も含んでいる。
以上の通り、本実施例の電動ユニット(30)は、電動車両(1)に対して設置される電動ユニットであって、電気駆動系を構成する複数の電気機器と、複数の電気機器を収容した収容ケース(31)と、を備え、収容ケースの上面に冷却風の吸入口(34)及び排出口(36)が形成され、当該吸入口又は当該排出口に冷却ファン(69)が設けられている。この構成によれば、複数の電気機器が収容ケースに覆われることで、冠水した道路等を電動車両が走行する場合でも各電気機器への浸水が抑えられる。また、複数の電気機器が収容ケースに覆われていても、吸入口から収容ケース内に取り込まれた冷却風によって各電気機器が冷却される。よって、電動ユニットの高い防水性と高い冷却性を両立することができる。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、複数の電気機器は、電動車両を走行させる電動モータ(63)と、電動モータに電力を供給するバッテリ(51)と、電動モータを回転駆動させるインバータ(66)と、を含んでいる。この構成によれば、電動モータ、バッテリ、インバータに対する防水性及び冷却性を高めることができる。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、バッテリが収容ケースの前壁(41)及び一対の側壁(42、43)と隙間を空けて設置され、平面視にて吸入口がバッテリに重なっている。この構成によれば、バッテリの上方から収容ケース内に冷却風が取り込まれ、バッテリと収容ケースの前壁の隙間、バッテリと収容ケースの側壁と隙間に入り込んだ冷却風によってバッテリが効果的に冷却される。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、吸入口には吸入ダクト(48)が接続されており、吸入ダクトの下流側が収容ケースの上面に近づくのに伴って前方に向かうように傾斜している。この構成によれば、吸入口からバッテリと収容ケースの前壁の隙間に冷却風が流れ易くなり、この前側の隙間からバッテリと収容ケースの側壁の隙間を通じて冷却風が全体に行き渡り易くなっている。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、バッテリと収容ケースの一方の側壁の隙間が、バッテリと収容ケースの他方の側壁の隙間よりも大きく、インバータが収容ケースの一方の側壁寄りに設置されている。この構成によれば、発熱量が大きなインバータに冷却風が当たり易くなってインバータが効果的に冷却される。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、吸入口が前後方向に延びる収容ケースの中心線(L)に対して一方の側壁側に偏った位置に形成されている。この構成によれば、吸入口から一方の側壁側に向かう冷却風の風量が多くなってインバータが効果的に冷却される。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、インバータが収容ケースの後壁(44)及び側壁と隙間を空けて設置されている。この構成によれば、インバータと収容ケースの側壁の隙間、インバータと収容ケースの後壁の隙間に入り込んだ冷却風によってインバータが効果的に冷却される。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、平面視にて排出口の少なくとも一部がインバータに重なっている。この構成によれば、インバータの上方から冷却風が排出されることで、インバータに冷却風が集まり易くなってインバータが効果的に冷却される。
本実施例の鞍乗型車両の電動ユニットにおいて、排出口には排出ダクト(49)が接続されており、排出ダクトの上流側が収容ケースの上面から離れるのに伴って前方に向かうように傾斜している。この構成によれば、インバータと収容ケースの後壁の隙間から排出口に冷却風が流れ、インバータと収容ケースの後壁の隙間に冷却風が入り込み易くなる。
なお、本実施例を説明したが、他の実施例として、上記実施例及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の技術は上記の実施例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
1 :電動車両
30:電動ユニット
31:収容ケース
34:吸入口
36:排出口
41:収容ケースの前壁
42:収容ケースの側壁
43:収容ケースの側壁
44:収容ケースの後壁
45:収容ケースの底壁
48:吸入ダクト
49:排出ダクト
51:バッテリ(電気機器)
61:DC-DCコンバータ(電気機器)
62:コントローラ(電気機器)
63:電動モータ(電気機器)
66:インバータ(電気機器)
69:冷却ファン

Claims (9)

  1. 電動車両に対して設置される電動ユニットであって、
    電気駆動系を構成する複数の電気機器と、
    前記複数の電気機器を収容した収容ケースと、を備え、
    前記収容ケースの上面に冷却風の吸入口及び排出口が形成され、当該吸入口又は当該排出口に冷却ファンが設けられていることを特徴とする電動ユニット。
  2. 前記複数の電気機器は、前記電動車両を走行させる電動モータと、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記電動モータを回転駆動させるインバータと、を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の電動ユニット。
  3. 前記バッテリが前記収容ケースの前壁及び一対の側壁と隙間を空けて設置され、
    平面視にて前記吸入口が前記バッテリに重なっていることを特徴とする請求項2に記載の電動ユニット。
  4. 前記吸入口には吸入ダクトが接続されており、
    前記吸入ダクトの下流側が前記収容ケースの上面に近づくのに伴って前方に向かうように傾斜していることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電動ユニット。
  5. 前記バッテリと前記収容ケースの一方の側壁の隙間が、前記バッテリと前記収容ケースの他方の側壁の隙間よりも大きく、
    前記インバータが前記収容ケースの一方の側壁寄りに設置されていることを特徴とする請求項4に記載の電動ユニット。
  6. 前記吸入口が前後方向に延びる前記収容ケースの中心線に対して一方の側壁側に偏った位置に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電動ユニット。
  7. 前記インバータが前記収容ケースの後壁及び側壁と隙間を空けて設置されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電動ユニット。
  8. 平面視にて前記排出口の少なくとも一部が前記インバータに重なっていることを特徴とする請求項7に記載の電動ユニット。
  9. 前記排出口には排出ダクトが接続されており、
    前記排出ダクトの上流側が前記収容ケースの上面から離れるのに伴って前方に向かうように傾斜していることを特徴とする請求項8に記載の電動ユニット。
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