JP6670644B2 - 電動パワーユニット - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーユニットのモータケース構造に関する。

パワーユニットには、燃料を燃焼させることにより動力を得る内燃機関や、電気により動力を得る電動モータがある。近年、環境への配慮や静音化の点から電気により動力を得る電動パワーユニットが着目されている。このような電動パワーユニットとして、例えば下記の特許文献１に記載された技術が知られている。

特許文献１に開示されている技術の基本原理を図１２に基づいて説明する。
図１２に示すように、電動モータ１００は、外部からターミナル１０１を介して電力が供給され、供給された電力でモータ１０２を駆動することにより回転軸１０３を回転させ、この回転軸１０３の回転を減速機１０４で減速した状態で出力する内容が開示されている。

ここで、モータ１０２をバッテリやドライバと一体にユニット化し、ユニット化した電動モータを多種の用途に用いることが考えられる。すなわち、ユニット化した電動モータを汎用電動モータとして用いることが考えられる。

特開２０１４−５０１３２号公報

ところで、モータをバッテリやドライバとユニット化して汎用電動モータにする一般的な構成として、次の構成が考えられる。
図１３（ａ）に示すように、ユニット化した汎用電動モータ１１０は、電力を供給するバッテリ１１１と、モータ１１２を収納するモータケース１１３と、このモータケース１１３の開口を覆うモータカバー１１４と、ドライバケース１１５とから構成されることが考えられる。

そうすると、図１３（ｂ）に示すように、ユニット化された汎用電動モータ１１０は、モータケース１１３にバッテリ１１１が取り付けられる状態となる。しかし、発熱するモータ１１２とバッテリ１１１とが隣接して設けられることから、汎用電動モータ（以下、電動パワーユニットという。）１１０を連続運転する場合、モータ１１２及びバッテリ１１１の冷却を効率よく行う必要が生じる。

そこで、本発明は、ユニット化された電動パワーユニットにおいて、モータ及び被冷却物を効率よく冷却できる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、モータを収納するモータケースと、被冷却物を収納し、前記モータの出力軸の延長方向で、且つ、前記モータケースに間隔をおいて設けられる被冷却物ケースと、該被冷却物ケース及び前記モータケース間に設けられる冷却ファンとを備え、前記被冷却物ケースは、前記冷却ファンに対向する部位に形成される排出口と、該排出口から離れた部位に設けられる吸引口とを有し、前記冷却ファンは、前記出力軸に取り付けられ、前記モータケースには、前記被冷却物ケースを支持するドックが設けられ、該ドックは、前記被冷却物ケースと前記冷却ファンとの間に、前記被冷却物ケースとともに前記吸引口を外部に連通する吸引用流路を形成する仕切壁を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、モータを収納するモータケースと、被冷却物を収納し、前記モータの出力軸の延長方向で、且つ、前記モータケースに間隔をおいて設けられる被冷却物ケースと、該被冷却物ケース及び前記モータケース間に設けられる遠心ファンと、を備え、前記モータケースには、前記被冷却物ケースを支持するドックが設けられ、前記ドックは、前記被冷却物ケースと前記モータケースとの間に設けられた仕切壁を有し、前記モータケースと前記仕切壁とは、外部への出口に連通する排出用流路を形成し、前記仕切壁における前記遠心ファンに対向する部分には冷却風排出口が形成されている。

請求項３に係る発明では、前記被冷却物ケースは、前記遠心ファンに対向する部位に形成されて前記冷却風排出口に連通する排出口と、該排出口から離れた部位に設けられる吸引口と、を有する。

請求項１に係る発明では、モータを収納するモータケースと、モータの出力軸の延長方向で、且つ、モータケースに間隔をおいて設けられる被冷却物ケースとが備えられている。被冷却物ケース及びモータケース間に冷却ファンが設けられ、被冷却物ケースは、冷却ファンに対向する部位に形成される排出口と、該排出口から離れた部位に設けられる吸引口とを有するので、冷却ファンを駆動することにより、被冷却物ケースの排出口から被冷却物ケース内の空気を排出する。そして、被冷却物ケース内の空気が外部に排出されることにより、被冷却物ケースの吸引口から外気が被冷却物ケース内に導かれる。結果、被冷却物ケース内の被冷却物を冷却することができる。

さらに、被冷却物ケース内から排出された空気は、冷却ファンの外径方向に吐き出されてモータケースに沿って流れる。結果、モータケースを介してモータを冷却することができる。このように被冷却物及びモータを冷却するので、電動パワーユニットを連続運転することができる。

さらに、被冷却物とモータを１つの冷却ファンで冷却するので、電動パワーユニットの構成を簡単にでき、電動パワーユニットのコストを低減できる。さらに、被冷却物ケースとモータケースの間の空間に冷却ファンを設けるので、被冷却物ケース、モータケース及び冷却ファンを薄型化できる。

さらにまた、冷却ファンは、出力軸に取り付けられるので、構成をより簡単にすることができる。

また、モータケースは、被冷却物ケースを支持するドックを備える。ドックは、被冷却物ケースと冷却ファンとの間に、被冷却物ケースとともに吸引口を外部に連通する吸引用流路を形成する仕切壁を有するので、被冷却物ケースとドックとで吸引用流路を形成し、吸引用流路で吸引口を外部に連通させることにより、吸引口から外気を効率よく被冷却物ケースの内部に導くことができる。

本発明に係る電動パワーユニットの斜視図である。 電動パワーユニットの正面図である。 電動パワーユニットの側面図である。 モータケースの斜視図である。 本発明の電動パワーユニットと比較例の電動パワーユニットの側面図である。 図３の別態様に係る電動パワーユニットの側面図である。 図２の７−７線断面図である。 バッテリの斜視図である。 電動パワーユニットの作用図である。 噴霧器として使用した場合の電動パワーユニットの側面図である。 噴霧器として使用した場合の電動パワーユニットの正面図である。 従来技術に係る電動モータの側面図である。 一般的な電動パワーユニットの構成例を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、電動パワーユニット１０は、モータ１１を収納するモータケース２１と、該モータケース２１の開口を覆うモータカバー３１と、モータ１１を制御するドライバ４２を収納するドライバケース４１と、セル５２を収納するバッテリケース５１とを備えている。モータケース２１には、モータ１１の出力軸１２の軸線方向にモータカバー３１が取り付けられている。

バッテリケース５１及びセル５２によって、バッテリパック５３が構成されている。バッテリケース５１は、このバッテリケース５１を厚さ方向に略半分覆うバッテリドック６１によって支持されている。モータカバー３１の前面には、複数のボス３２が設けられており、電動パワーユニット１０を縦置き（鉛直）にする際にこれらのボス３２が締結される。

図２に示すように、モータカバー３１は、第１の締結部材３３によってモータケース２１に締結されている。モータカバー３１の横幅は、ドライバケース４１の横幅はより小さく設定されている。ドライバケース４１の横幅は、バッテリドック６１の横幅と同等又はバッテリドック６１の横幅より小さく設定されている。モータ１１の径方向となる外周部にドライバケース４１が取り付けられている。

また、モータケース２１の図下部に、該モータケース２１を支持するモータベッド２２が設けられている。モータベッド２２の隅には、複数の取付部２３が設けられており、電動パワーユニット１０を横置き（水平）にする際にこれらの取付部２３が締結される。

図３、図４に示すように、バッテリケース５１は、出力軸１２の延長方向で、且つ、モータケース２１に、耐震マウントを介して間隔をおいて設けられている。電動パワーユニット１０は、バッテリケース５１とモータケース２１との間に冷却ファン１３を備えている。

ドライバケース４１が取り付けられるモータケース２１のシール面２４は、モータカバー３１側に向かって下がるように傾斜している。このシール面２４に、シール材を介してドライバケース４１のシール面４３が取り付けられ、ドライバケース４１は第２の締結部材４４によってモータケース２１に締結されている。

モータケース２１のシール面２４を傾斜させることにより、シール面（以下、傾斜面という。）２４を大きく確保できるので、モータケース２１とドライバケース４１の２部材でシール部が形成される。このため、シール性を確保するために、いわゆる平面出しの合わせ切削加工を行い各シール面２４、４３の精度を高める必要がなくなり、生産性を向上させることができる。結果、加工コストの削減及び部品点数の削減が可能となる。

さらに、モータケース２１の傾斜面２４にドライバケース４１のシール面４３を取り付けることにより、モータケース２１の長手方向に対してドライバケース４１を傾斜させることができる。このため、電動パワーユニット１０全体の高さ寸法及び厚さ寸法を小さく抑えることができ、電動パワーユニット１０を小型化できる。

また、モータ１１（図１参照）の径方向となる外周部にドライバケース４１が取り付けられているので、ドライバケース４１がモータカバー３１よりも前方に突出することなく、電動パワーユニット１０の厚さ寸法を一層小さく抑えることができる。

モータケース２１は、モータ１１を収納するモータ収納部２５と、ドライバ４２（図１参照）の一部が収納されるドライバ収納部２６とを有する。モータ収納部２５とドライバ収納部２６との間には立ち壁２７が形成されている。そして、この立ち壁２７には、モータ収納部２５とドライバ収納部２６とを連通する連通穴２８が形成されている。

モータケース２１のドライバ収納部２６側に傾斜面２４を設けることで、矢印（１）の方向（横方向）から工具を挿入して連通穴２８を加工することができる。このため、モータ収納部２５から配線通路を連通穴２８で形成できるようになり、この連通穴２８に嵌めるグロメット等の部品を不要にできる。

次に高さ方向の寸法について説明する。
図５（ａ）は実施例の電動パワーユニット１０の側面図であり、ドライバケース４１の上部にはカプラー４５が設けられている。バッテリケース５１を支持するバッテリドック６１の上面６２から、カプラー４５の上端までの距離はＬ２である。

図５（ｂ）は比較例の電動パワーユニット１２０の側面図であり、ドライバケース１２１は、モータケース１２２の上部にモータ軸１２３の軸方向と平行に延びるように設けられている。すなわち、モータケース１２２のシール面１２４は、傾斜せずにモータ軸１２３の軸方向と垂直方向に平面が形成されている。ドライバケース１２１の上部にはカプラー１２５が設けられている。バッテリケース１２６を支持するバッテリドック１２７の上面１２８から、カプラー１２５の上端までの距離はＬ３である。

実施例のバッテリドック６１の上面６２からカプラー４５の上端までの距離Ｌ２は、比較例のバッテリドック１２７の上面１２８からカプラー１２５の上端までの距離Ｌ３よりも小さい。また、実施例のバッテリドック６１の上面６２からカプラー４５の上端までの距離Ｌ２は、図１３に示した一般的な構成のバッテリ１１１の上面１１１ａからカプラー１１５ａの上端までの突出長Ｌ１よりも小さい。すなわち、本発明の構成であれば、電動パワーユニット１０の厚さ寸法を抑えつつ、高さ寸法を小さくすることができ、電動パワーユニット１０を小型化できる。

次に、図３の別態様に係る電動パワーユニット１０について説明する。なお、図３に示した構成と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図６に示すように、モータケース２１の開口は、モータカバー３１で覆われている。モータケース２１のモータカバー３１を取り付けるカバー取付部２９は、側面視で、上部から下部に向かってバッテリケース５１側に傾斜している。このため、カバー取付部２９は、上部が前方に突出し、下部が後方に後退した斜め割り構造となっている。

カバー取付部２９を斜め割り構造とすることで、電動パワーユニット１０においても一般的な汎用エンジンと同様に、必要な取付穴、ボス３２、モータベッド２２だけにすることができ、小型化及び軽量化を図ることができる。

仮に、一般的な電動パワーユニットにおいて、縦置きと横置きでケースを共通化しようとすると、不要な取付穴やボスを配置する必要が生じて電動パワーユニットが重くなる。この点、本発明では、カバー取付部２９を斜め割りに構造とすることで、縦置きと横置きで、それぞれモータカバー３１に必要な取付穴、ボス３２、モータベッド２２だけ設けることで対応できる。結果、モータケース２１を共通化する場合であっても、電動パワーユニット１０全体として小型化及び軽量化を図ることができる。

次に電動パワーユニット１０の内部構造について説明する。
図７に示すように、ドライバケース４１にドライバ４２が配置されている。モータケース２１には、第１の軸受１６が設けられている。モータカバー３１には、第２の軸受１７が設けられている。

モータ１１は、ステータ１４及びロータ１５から構成されている。ステータ１４は、モータケース２１に設けられているコア１４ａと、該コア１４ａに巻かれている巻線１４ｂとを備えている。ドライバ４２によって巻線１４ｂの電流が制御される。ロータ１５は、第１の軸受１６及び第２の軸受１７に回転可能に設けられている出力軸１２と、該出力軸１２に設けられているヨーク１５ａと、該ヨーク１５ａに設けられている磁石１５ｂとを備えている。

バッテリドック６１は、バッテリケース５１に沿って形成されている仕切壁６３と、出力軸１２に対向する位置で仕切壁６３から立ち上がるように形成されている誘導管６４とを備えている。誘導管６４は、冷却ファン１３側からバッテリケース５１側まで連通するトンネル状の連通穴である。

出力軸１２のバッテリケース５１側の端部には、冷却ファン１３が設けられている。該冷却ファン１３は、仕切壁６３とモータケース２１との間に配置されている。冷却ファン１３は、中心から外径方向に送風する遠心ファンである。

図７、図８に示すように、バッテリケース５１は、冷却ファン１３に対向する部位に形成される排出口５４と、該排出口５４から離れた部位に設けられる吸引口５５とを有する。詳細には、バッテリケース５１のモータケース２１側となる形成面５１ｂに、排出口５４及び吸引口５５が形成されている。形成面５１ｂの横方向中央且つ縦方向下寄りに排出口５４が形成され、この排出口５４を囲うように複数の吸引口５５が形成されている。排出口５４及び吸引口５５は、複数のスリット状に形成されており、外部からのゴミの進入を防止することができる。該吸引口５５と排出口５４の間に、誘導管６４の先端が当接している。

バッテリドック６１は、バッテリケース５１と冷却ファン１３との間に、バッテリケース５１とともに吸引口５５を外部に連通する吸引用流路６５を形成する仕切壁６３を有する。すなわち、仕切壁６３とバッテリケース５１の間に、吸引用流路６５が形成されている。また、仕切壁６３とモータケース２１との間には、排出口５４を外部に連通する排出用流路６６が形成されている。

吸引用流路６５の入口６７は、出力軸１２の外径方向に位置するバッテリケース５１の側面５１ａに形成されている。入口６７は形成面５１ｂの外周を囲うように形成されているので、形成面５１ｂの外周近傍に配置される吸引口５５から効率よく冷却風を吸引することができる。排出用流路６６の出口６８は、出力軸１２の外径方向に位置するモータケース２１の側面２１ａ近傍に形成されている。

バッテリケース５１の内部には、複数のセル５２が配置されている。セル５２間には、空気を流すことができる若干の隙間が形成されている。

以上に述べた電動パワーユニット１０の作用を次に説明する。なお、説明のため図を簡略化する。
図９に示すように、冷却ファン１３は、矢印（２）のように回転する。冷却風は、矢印（３）のように入口６７から吸引用流路６５に導かれ、吸引口５５からバッテリケース５１内に流れる。

バッテリケース５１内に流れた冷却風は、矢印（４）のようにセル（バッテリ）５２を冷却しつつ流れる。なお、バッテリケース５１内に導風板５６を設けることで、冷却風を効率よく流してセル５２を冷却することができる。

冷却風は、矢印（５）のように排出口５４から排出用流路６６に流れ、さらに矢印（６）のようにモータケース２１を介してモータ１１及びドライバ４２を冷却しつつ流れ、矢印（７）のように出口６８から外部に排出される。

一方、モータ１１から発生する熱及びドライバ４２から発生する熱の一部は、矢印（８）のようにモータケース２１の排出用流路６６側の壁に伝わる。この伝達された熱は、排出用流路６６に放熱され、上述したように冷却風によって外部に排出される。また、ドライバ４２から発生する熱の多くはドライバケース４１から放熱され、モータ１１からの熱と分離されるので効率よく冷却することができる。ドライバケース４１は傾斜した状態でモータケース２１に取り付けられてモータ１１から隔離されているので、モータ１１の熱の影響を受け難くすることができる。

このように、バッテリケース５１は、冷却ファン１３に対向する部位に形成される排出口５４と、該排出口５４から離れた部位に設けられる吸引口５５とを有するので、冷却ファン１３を駆動することにより、バッテリケース５１の排出口５４からバッテリケース５１内の空気を排出する。そして、バッテリケース５１内の空気が外部に排出されることにより、バッテリケース５１の吸引口５５から外気がバッテリケース５１内に導かれる。結果、バッテリケース５１内のセル（バッテリ）５２を冷却することができる。

さらに、バッテリケース５１内から排出された空気は、冷却ファン１３の外径方向に吐き出されてモータケース２１に沿って流れてセル５２及びモータ１１を冷却するので、電動パワーユニット１０を連続運転することができる。

さらに、セル５２とモータ１１を、それぞれに設けた２つのファンではなく、１つの冷却ファン１３で冷却するので、電動パワーユニット１０の構成を簡単にでき、電動パワーユニット１０のコストを低減できる。モータ１１とバッテリ５２の冷却面を合わせるようにそれぞれ配置することで、モータケース２１外側で出力軸１２に取り付けた冷却ファン１３からの冷却風によって、モータ１１とバッテリ５２を冷却することで、電動パワーユニットのコストをより低減できる。

さらに、バッテリケース５１とモータケース２１の間の空間に冷却ファン１３を設けるので、バッテリケース５１、モータケース２１及び冷却ファン１３を薄型化できる。さらに吸引用流路６５と排出用流路６６を直線状にすることで、冷却部を薄型にでき、一般的な汎用エンジン７０と同サイズにすることができる。また、冷却風の出口６８は、入口６７の反対方向を指向しているので、暖まった空気を入口６７から吸い込むことがない。

次に電動パワーユニットの一般的な汎用エンジンとの大きさについて説明する。
図１０、図１１に示すように、実線は本発明の電動パワーユニット１０であり、２点鎖線は一般的な汎用エンジン７０である。電動パワーユニット１０の大きさは、一般的な汎用エンジン７０の大きさとほぼ同等にすることができる。さらに、出力軸１２の位置は、汎用エンジン７０の回転軸の位置と同等であるので、電動パワーユニット１０は汎用エンジン７０と互換性を有する。

尚、本発明に係る電動パワーユニット１０のブラシレスモータの形式は実施例ではアウターロータ型にしたがこれに限定されず、インナーロータ型としても差し支えない。また、ブラシレスモータでなく、ブラシ付きのモータであってもよい。

本発明の電動パワーユニットは、汎用電動モータに好適である。

１０… 電動パワーユニット
１１… モータ
１２… 出力軸
１３… 冷却ファン
２１… モータケース
５１… バッテリケース
５２… セル（バッテリ）
５４… 排出口
５５… 吸引口
６１… バッテリドック
６３… 仕切壁
６５… 吸引用流路
６６… 排出用流路

Claims (3)

1. モータを収納するモータケースと、
   被冷却物を収納し、前記モータの出力軸の延長方向で、且つ、前記モータケースに間隔をおいて設けられる被冷却物ケースと、
   該被冷却物ケース及び前記モータケース間に設けられる冷却ファンとを備え、
   前記被冷却物ケースは、
   前記冷却ファンに対向する部位に形成される排出口と、
   該排出口から離れた部位に設けられる吸引口とを有し、
   前記冷却ファンは、前記出力軸に取り付けられ、
   前記モータケースには、前記被冷却物ケースを支持するドックが設けられ、
   該ドックは、前記被冷却物ケースと前記冷却ファンとの間に、前記被冷却物ケースとともに前記吸引口を外部に連通する吸引用流路を形成する仕切壁を有する、電動パワーユニット。
2. モータを収納するモータケースと、
   被冷却物を収納し、前記モータの出力軸の延長方向で、且つ、前記モータケースに間隔をおいて設けられる被冷却物ケースと、
   該被冷却物ケース及び前記モータケース間に設けられる遠心ファンと、を備え、
   前記モータケースには、前記被冷却物ケースを支持するドックが設けられ、
   前記ドックは、前記被冷却物ケースと前記モータケースとの間に設けられた仕切壁を有し、
   前記モータケースと前記仕切壁とは、外部への出口に連通する排出用流路を形成し、
   前記仕切壁における前記遠心ファンに対向する部分には冷却風排出口が形成されている、電動パワーユニット。
3. 請求項２記載の電動パワーユニットであって、
   前記被冷却物ケースは、
   前記遠心ファンに対向する部位に形成されて前記冷却風排出口に連通する排出口と、
   該排出口から離れた部位に設けられる吸引口と、を有する電動パワーユニット。

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