TWI780582B

TWI780582B - 馬達構造

Info

Publication number: TWI780582B
Application number: TW110102949A
Authority: TW
Inventors: 沼崎芳美; 小林由幸; 野村佳寛
Original assignee: 日商本田技研工業股份有限公司
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-10-11
Also published as: CN218783694U; WO2021199586A1; JPWO2021199586A1; TW202139586A; JP7343693B2

Abstract

本發明提供一種馬達構造，可在配置了控制器與變流器的馬達構造中，提高佈置(layout)的自由度。

本發明，是具備下述構件的馬達構造(M)：馬達殼體(35)；定子(52)，固定支承於馬達殼體(35)，並作為捲線線圈而構成；轉子(50)，可自由轉動地由馬達殼體(35)所支承，並配置有面向定子(52)的磁鐵(51)；變流器(22)，配置於馬達殼體(35)內，用來驅動由定子(52)及轉子(50)所構成的馬達部(23)；及控制器(21)，配置於馬達殼體(35)內，用來控制該變流器(22)，其特徵為：控制器(21)配置於控制器基板(42)，變流器(22)配置於變流器基板(41)，變流器基板(41)緊密附著於「作為馬達殼體(35)之內面」的內部面而安裝，控制器基板(42)從變流器基板(41)朝馬達部(23)之軸(60)的方向分離而配置。

Description

馬達構造

本發明關於：配置控制器與變流器的馬達構造。

專利文獻1揭示了一種外轉子式馬達，在轉子的半徑方向內側，配置由CPU(中央處理器裝置)之類的控制器與變流器所形成的PCU(Power Control Unit：動力控制單元)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]：日本特開2004-88961號公報

在上述的傳統技術中，將控制器與變流器配置於單一基板，由於將大量發熱的變流器配置於該單一基板，為了散熱的對策，而具有「對PCU的佈置(layout)造成限制」的問題。

有鑑於上述傳統技術的問題，本發明的目的是提供一種馬達構造，在配置控制器與變流器的馬達構造中，可提高佈置(layout)的自由度。

為了達成上述目的，本發明，是具備下述構件的馬達構造(M)：馬達殼體(35)；定子(52)，固定支承於前述馬達殼體(35)，並作為捲線線圈而構成；轉子(50)，可自由轉動地由前述馬達殼體(35)所支承，並配置有面向前述定子(52)的磁鐵(51)；變流器(22)，配置於前述馬達殼體(35)內，用來驅動由前述定子(52)及前述轉子(50)所構成的馬達部(23)；及控制器(21)，配置於前述馬達殼體(35)內，用來控制該變流器(22)，其第1特徵為：前述控制器(21)被配置於控制器基板(42)，前述變流器(22)被配置於變流器基板(41)，前述變流器基板(41)，緊密附著於作為前述馬達殼體(35)之內面的內部面而安裝，前述控制器基板(42)，從前述變流器基板(41)朝前述馬達部(23)之軸(60)的方向分離而配置。

此外，本發明的第2特徵為：更進一步具備用來偵測前述轉子(50)之角度的角度感測器(44)，前述角度感測器(44)，從前述變流器基板(41)朝前述馬達部(23) 之軸(60)的方向分離而配置。

此外，本發明的第3特徵為：前述角度感測器(44)與前述變流器基板(41)配置在：於前述馬達部(23)之軸(60)的方向視角中，未形成重複的位置。

此外，本發明的第4特徵為：在前述馬達部(23)之軸(60)的方向視角中，前述控制器基板(42)，具有以前述馬達部(23)的軸(60)作為中心之大致扇型的形狀，並在該大致扇型的形狀的缺口部，配置有前述角度感測器(44)。

此外，本發明的第5特徵為：在面向「前述馬達殼體(35)的內部面，亦即緊密附著有前述變流器基板(41)之前述馬達殼體(35)內的內部面」之前述馬達殼體(35)的外部面，豎立設有沿著車輛前後方向之直線狀的鰭片(65)作為散熱構造。

除此之外，本發明的第6特徵為：前述馬達部(23)的軸(60)，藉由在前述馬達殼體(35)的外部固定於後輪(WR)，而兼作為馬達軸及車軸。

根據本發明之所謂「具備下述構件的馬達構造(M)：馬達殼體(35)；定子(52)，固定支承於前述馬達殼體(35)，並作為捲線線圈而構成；轉子(50)，可自由轉動地由前述馬達殼體(35)所支承，並配置有面向前述定子(52)的磁鐵(51)；變流器(22)，配置於前述馬達殼體(35)內，用來驅動由前述定子(52)及前述轉子(50)所構成的馬達部(23)；及控制器(21)，配置於前述馬達殼體(35)內，用來控制該變流器(22)，其中，前述控制器(21)被配置於控制器基板(42)，前述變流器(22)被配置於變流器基板(41)，前述變流器基板(41)，緊密附著於作為前述馬達殼體(35)之內面的內部面而安裝，前述控制器基板(42)，從前述變流器基板(41)朝前述馬達部(23)之軸(60)的方向分離而配置」的第1特徵，由於變流器與控制器在軸方向上分離配置，因此能提高「產生大量熱量的變流器」對馬達殼體之配置的自由度。

根據本發明之所謂「更進一步具備用來偵測前述轉子(50)之角度的角度感測器(44)，前述角度感測器(44)，從前述變流器基板(41)朝前述馬達部(23)之軸(60)的方向分離而配置」的第2特徵，藉由將角度感測器也分離配置，能更進一步提高變流器之配置的自由度。

根據本發明之所謂「前述角度感測器(44)與前述變流器基板(41)配置在：於前述馬達部(23)之軸(60)的方向視角中，不會形成重複的位置」的第3特徵，能提高組裝性和維修保養性。

根據本發明之所謂「在前述馬達部(23)之軸(60)的方向視角中，前述控制器基板(42)，具有以前述馬達部(23)的軸(60)作為中心之大致扇型的形狀，並在該大致扇型的形狀的缺口部，配置有前述角度感測器(44)」的第4特徵，能提高組裝性和維修保養性。

根據本發明之所謂「在面向『前述馬達殼體(35)的內部面，亦即緊密附著有前述變流器基板(41)之前述馬達殼體(35)內的內部面』之前述馬達殼體(35)的外部面，豎立設有沿著車輛前後方向之直線狀的鰭片(65)作為散熱構造」的第5特徵，能有效率地冷卻變流器所產生的大量熱量。

根據本發明之所謂「前述馬達部(23)的軸(60)，藉由在前述馬達殼體(35)的外部固定於後輪(WR)，而兼作為馬達軸及車軸」的第6特徵，由於可適用於各式各樣的車輪，因此可作為不受機種限制之泛用的馬達構造使用。

M:馬達構造

35:馬達殼體

52:定子

51:磁鐵

50:轉子

23:馬達部

22:變流器

21:控制器

42:控制器基板

41:變流器基板

60:軸

43:角度感測器基板

44:角度感測器

65:鰭片

WR:後輪

[圖1]：為本發明其中一種實施形態之電動機車的左側視圖。

[圖2]：為概略地顯示其中一種實施形態之馬達構造的迴路構造及基板配置構造的圖。

[圖3]：是作為「圖1之馬達構造附近的放大圖」之馬達構造的左側視圖。

[圖4]：是一起顯示圖3的A-A剖面圖、與後輪的圖。

[圖5]：是圖3的A-A剖面圖的立體圖。

[圖6]：是馬達的右側視圖。

[圖7]：是從圖6狀態的馬達構造，將馬達殼體的有底圓筒部卸下之狀態的右側視圖。

[圖8]：是圖7的立體圖。

[圖9]：是從圖7狀態的馬達構造，更進一步將外轉子卸下之狀態的右側視圖。

[圖10]：是從圖9狀態的馬達構造M，更進一步將控制器基板42卸下之狀態的右側視圖。

圖1，為本發明其中一種實施形態之電動機車1的左側視圖。電動機車1，是在轉向把手2與座墊7之間設有低底盤6之速克達型的跨騎型電動車輛。電動機車1的車體框架F具有：頭管F1，將轉向桿(steering stem)3轉動支承成可自由轉動；主框架F2，從該頭管F1朝後側下方延伸；底框架(underframe)F3，在該主框架F2的下端部形成彎曲並朝後方延伸；後框架F4，從底框架F3朝後側上方延伸。在轉向桿3的上部安裝有轉向把手2，在轉向桿3的下部固定有用來支承左右成對(一對)之前叉5的下三角台4。在前叉5的下端部，可自由轉動地轉動支承著前輪WF。

在底框架F3的下部，懸吊著前後2個電池B。在從底框架F3與後框架F4之間的位置朝下方延伸的樞支框架9，設有將搖臂10轉動支承成可自由搖動的樞軸(pivot)8。搖臂10的後端，藉由後避震器11而懸吊於後框架F4。轉向把手2的車寬方向中央由把手蓋14所覆蓋，頭管F1的前方由前車殼13所覆蓋。此外，座墊7的下方，由座墊下車殼15所支承。

在本實施形態中，作為驅動輪的後輪WR，採用軸驅動式(shaft drive type)的馬達構造M，電池B的電力，透過導線，從位於作為後輪WR之轉動軸的車軸60附近的配線孔64，供給至馬達構造M的內部。

圖2，為概略地顯示其中一種實施形態之馬達構造M的迴路構造及基板配置構造的圖。

馬達構造M具備：由電池B供給電力而驅動的控制器21、變流器22及馬達部23。控制器21，是作為「具備CPU等的處理器、及用來收容該處理器所執行之程式的記憶體」的ECU(電子控制單元)所構成，依循「用來偵測馬達部23之轉動角度的角度感測器44」的輸出，切換變流器22之FET(Field-Effect Transistor：場效電晶體)的通電，藉此，控制變流器22以驅動馬達部23。控制器21，亦可藉由更進一步具備專用迴路而具有電池B之電源迴路的功能，除了使電池B的電壓穩定化之外，亦可對控制器21(ECU)本身以及變流器22和馬達部23供給電力。

變流器22，藉由橋接FET與轉換二極體對(pair of commutation diode)所構成，藉由受到控制器21的ON/OFF控制，而驅動馬達部23。馬達部23，作為「具備後述的定子52及轉子50(磁鐵51)」的永久磁鐵式無刷馬達所構成，由變流器22所驅動。

當作為電動車輛的電動機車1以慣性行駛時或者行駛於下坡時，馬達部23亦可作為發電機產生動作，而執行所謂的再生(Regeneration)動作。該再生動作時，由馬達部23所發電的電力，是將變流器22的轉換二極體作為整流二極體而受到整流並供給至電池B，亦可對其充電。

在圖2中，關於馬達構造M，顯示了迴路構造與基板配置構造。在本實施形態，配置有控制器21的控制器基板42、與配置有變流器22的變流器基板41，是作為不同的基板所構成。亦即，發熱量大之變流器22的變流器基板41，是作為與控制器基板42不同的基板所設置，並且如稍後所詳述，藉由將這些基板42、41彼此分離設置，在本實施形態中，能提高變流器22和控制器21之佈置(layout)的自由度。

在馬達構造M中，更進一步使配置有角度感測器44的角度感測器基板43也作為不同的基板而構成，可如同稍後所述，藉由從變流器基板41分離設置，能提高佈置(layout)的自由度。

圖3是作為「圖1之馬達構造M附近的放大圖」之馬達構造M的左側視圖。圖4是一起顯示圖3的A-A剖面圖、與後輪WR的圖，圖5是顯示圖3之A-A剖面圖的立體圖。如圖3~圖5所示，馬達構造M的主要結構如以下所述。

馬達構造M，具備馬達殼體35、外轉子50及車軸60。車軸60是兼任馬達軸的構件，在以下的說明中稱為車軸60。馬達殼體35具備：有底圓筒部30、封閉該有底圓筒部30之圓形開口頂部的頂部40。有底圓筒部30與頂部40，是藉由「利用螺栓等的第1連結部62」所連結。有底圓筒部30藉由「利用螺栓等的第2連結部63」而固定於搖臂10，藉此，將馬達殼體35固定於搖臂10。搖臂10是由直線部分及半圓部分(圖3)所構成，在半圓部分，藉由第2連結部63將馬達殼體35的頂部40固定，並在半圓部分的後端，藉由後避震器11而懸吊於後框架F4。

如圖4、圖5所示，在馬達殼體35的內部，具有間隙且沿著有底圓筒部30的內周面之有底圓筒狀的外轉子50，配置成可與車軸60一起轉動。在外轉子50的圓筒部分之內周面的圓周上，配置有「構成馬達構造M之轉子側磁極的釹磁鐵(Neodymium magnet)」之類的複數個磁鐵51。藉由收縮配合(shrinkage-fit)將車軸60固定在外轉子50的中心，藉此，外轉子50構成可與車軸60一起轉動。車軸60，或者在馬達殼體35的外部，藉由固定於「具備輪胎部及輪框部的後輪WR」的輪框部，後輪WR、車軸60及外轉子50構成能一體轉動。根據該構造，車軸60可兼任馬達軸。除此之外，在馬達殼體35的有底圓筒部30及頂部40，車軸60藉由軸承61而由馬達殼體35所轉動支承。

頂部40形成有底圓筒狀，其底部之中，在馬達殼體35之內側部的面，藉由接著等緊密附著有變流器基板41，其底部之中，在露出於馬達殼體之外部的面，豎立設置有：藉由外部氣體冷卻變流器基板41之發熱的複數個鰭片65。如圖3所示，複數個直線狀的鰭片65的頂部，藉由沿著車輛前後方向(水平方向)設置，可促進外部氣體的冷卻作用。如圖3所示，在頂部40設有：將來自電池B的配線，導入馬達構造M內的配線孔64。

形成有底圓筒狀的頂部40之中，在底部的圓形成有凸緣狀的緣部，藉由在該緣部形成第1連結部62，頂部40與有底圓筒部30在該緣部形成卡合。(後述的圖7、圖8，為頂部40的該凸緣狀緣部已露出之狀態的圖)。

如圖5和後述圖7所示，在變流器基板41上，配置有構成變流器22的各種迴路元件。雖然在圖面中沒有顯示，但是已配置於變流器基板41上的迴路元件，亦可藉由封入樹脂而加以保護。

如圖4、圖5所示，在形成有底圓筒狀的頂部40的圓筒之外周面的圓周上，配置有「構成馬達構造M之定子側磁極」的複數個定子52。定子52，作為「構成電磁鐵的捲線線圈」而構成，具有間隙地面向外轉子50的磁鐵51。

在形成有底圓筒狀的頂部40之圓筒的開口頂部，配置有控制器基板42。如圖5和後述圖9所示，在控制器基板42上，配置有控制器21。

如圖4、圖5所示，在馬達殼體35的內部，於形成有底圓筒狀的頂部40的底部配置有變流器基板41，在該頂部40之圓筒的開口頂部附近配置有控制器基板42，藉此，變流器基板41與控制器基板42，在車寬方向(車軸60 的方向)上彼此分離地平行配置。如此一來，藉由將變流器基板41與控制器基板42作為不同的基板設置，並且配置成彼此分離，除了對變流器22的散熱進行了處置之外，還提高了將變流器22及控制器21分別配置於基板41、42時之佈置(layout)的自由度。

藉由旋鎖於「從形成有底圓筒狀的頂部40之圓筒的內周豎立設置的棚部(圖面中未顯示)」，可將控制器基板42固定配置於「頂部40所形成之圓筒的內部」。

如圖4、圖5所示，在馬達殼體35的內部，將角度感測器基板43固定配置於形成有底圓筒狀的頂部40之圓筒的緣部。在角度感測器基板43上，配置有由霍爾元件(Hall device)等的磁性感測器所構成的角度感測器44，藉由角度感測器44偵測外轉子50之磁鐵51的磁性，而偵測馬達構造M之馬達部23的轉動角度。

角度感測器基板43，也作為不同於變流器基板41及控制器基板42的基板而設置，並且，藉由相對於變流器基板41在車寬方向(車軸60的方向)上彼此分離並配置成平行，除了變流器22的散熱進行的處置之外，還有助於提高佈置(layout)的自由度。

圖6是馬達構造M的右側視圖。亦即，圖6相當於：在車寬方向(車軸60的方向)，從圖3的相反側觀看馬達構造M的狀態。如圖6及圖5所示，在馬達殼體35的有底圓筒部30，藉由將以車軸60作為中心的複數個同心圓狀及放射狀的凸部設於「露出於馬達殼體35的外部」之圓狀的面，可補強馬達殼體35的強度。

圖7，是從圖6狀態的馬達構造M，將馬達殼體35的有底圓筒部30卸下之狀態的右側視圖，圖8是圖7的立體圖。如圖7、圖8和圖4、圖5所示，外轉子50，能以下述的方式，形成以車軸60作為中心軸的有底圓筒狀：在其外周面，沿著馬達殼體35之有底圓筒部30的內面，並且，在其內部配置有馬達殼體35的頂部40。

圖9，是從圖7狀態的馬達構造M，更進一步將外轉子50卸下之狀態的右側視圖。圖10，是從圖9狀態的馬達構造M，更進一步將控制器基板42卸下之狀態的右側視圖。

如圖9、圖10所示，在車寬方向(車軸60的方向)視角中，控制器基板42，大致構成「以馬達構造M的車軸60作為中心」的中心角270°之扇型的形狀，在相當於該扇型之缺口部的中心角90°的扇型部分，呈現於圖面後方側(圖面視角的深度方向側)可看見變流器基板41，沒有被控制器基板42所遮蔽的狀態。另外，變流器基板41略呈圓形，與控制器基板42不同，並未具有缺口部。

此外，如圖9、圖10所示，在車寬方向(車軸60的方向)視角中，配置有角度感測器44的角度感測器基板43，被配置於控制器基板42之扇型的缺口部。除此之外，在車寬方向視角中，藉由使角度感測器44位於「變流器基板41之成為圓形」的外部，角度感測器44及變流器基板41不會形成重複(重疊)，亦即，具有以下的位置關係：位於圖面前方側(圖面視角中，靠近觀看者側)的角度感測器44，不會遮蔽位於圖面後方側的變流器基板41。

如以上所述，角度感測器44，在車寬方向(車軸60的方向)視角中，被配置於控制器基板42之扇型的缺口部，並且呈現不會與變流器基板41重複(重疊)的配置，藉此，可提高角度感測器44的組裝性和維修保養性。

在圖9中，於控制器基板42設有2個長圓狀的配線孔66。亦可將控制器基板42上的控制器21、與變流器基板41上的變流器22之間的配線，設於該2個配線孔66與控制器基板42之扇型的缺口部。在圖9、圖10中，於變流器基板41設有配線孔67。該配線孔67可用於：將來自「設於馬達殼體35之有底圓筒部30的配線孔64(圖1、圖3)」的配線，更進一步導引至馬達殼體35內部。