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

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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、
    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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