JP2020156268A - モータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】インバータとモータとが一体化されたモータユニットにおいて、モータと別体でフィン構造を設けることなくモータの冷却効率を向上させる。【解決手段】インバータ３が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列された複数のインバータ放熱フィン３ｅを有し、モータ２が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列されると共にシャフト２ｄの延伸方向から見てインバータ放熱フィン３ｅの間に複数のうち少なくとも一部が配置されるモータ放熱フィン２ｅを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、モータユニットに関するものである。

近年、モータとファンとが一体化されたモータユニットを小型二輪自動車等の車両に搭載することが提案されている。例えば、特許文献１には、モータのシャフトにファンが設置されたモータユニットが開示されている。特許文献１に開示されたモータユニットは、ファンからの送風をインバータに当てることによりインバータの冷却を行っている。

特開２０１７−１４７９１９号公報 特開２０１４−５０１７３号公報

ところで、モータユニットにおいては、インバータに限らずモータも発熱するため、モータも冷却することが好ましい。このような場合、上述のファンによる送風をインバータのみでなく、モータハウジングに沿って流すことが考えられる。ただし、ファンの送風によるモータの冷却効果は十分ではなく、よりモータを冷却可能とする提案が望まれている。

例えば、特許文献２には、モータに対して別体のフィン構造を取り付けることによって、モータの冷却効率を高める構造が開示されている。しかしながら、このような別体のフィン構造を用いる場合には、モータと別にフィン構造を形成する作業やフィン構造をモータに取り付ける作業を要し、さらにモータからフィン構造への伝熱効率を高める工夫も必要となる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、インバータとモータとが一体化されたモータユニットにおいて、モータと別体でフィン構造を設けることなくモータの冷却効率を向上させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、モータと、上記モータに接続されたインバータと、上記インバータに向けて空気を圧送するファンとを備えるモータユニットであって、上記インバータが、上記モータのシャフトが延伸する方向から見て上記シャフトを中心とする周方向に配列された複数のインバータ放熱フィンを有し、上記モータが、上記モータのシャフトが延伸する方向から見て上記シャフトを中心とする周方向に配列されると共に上記モータのシャフトが延伸する方向から見て上記インバータ放熱フィンの間に複数のうち少なくとも一部が配置されるモータ放熱フィンを有するという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記ファン、上記インバータ、上記モータの順に配置されており、上記ファンを覆うと共に上記インバータ及び上記モータとの外壁部との間に上記空気の流路を形成するファンカバーを備え、上記ファンカバーは、上記ファンから上記モータの上記インバータ側の一部までを覆うという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記モータ放熱フィンの上記インバータ側の端部は、上記インバータに向けて尖った形状とされているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記モータ放熱フィンが、立設面側の根本から上記立設面から遠ざかるに連れて幅寸法が拡大するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記インバータ放熱フィンが、上記モータ放熱フィンよりも多く設置されているという構成を採用する。

第６の発明は、上記第５の発明において、上記モータのシャフトが延伸する方向から見て、上記モータ放熱フィンの表面積が、上記インバータ放熱フィンよりも広く設定されているという構成を採用する。

本発明によれば、モータのシャフトが延伸する方向から見て、インバータ放熱フィンとモータ放熱フィンとが変位して配置されている。このため、インバータ放熱フィンに沿って進んだ空気がモータ放熱フィンの端部に衝突することで、空気の境界層を薄くすることができ、モータ放熱フィンからの放熱効率を高めることができる。このため、本発明によれば、モータの冷却効率を向上させることが可能となる。さらに、本発明によれば、インバータ放熱フィンがインバータに設けられ、モータ放熱フィンがモータに設けられているため、インバータやモータと別体でフィン構造を設ける必要がない。よって、本発明によれば、インバータとモータとが一体化されたモータユニットにおいて、モータと別体でフィン構造を設けることなくモータの冷却効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態におけるモータユニットの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるモータユニットが備えるモータハウジングの斜視図である。 本発明の一実施形態におけるモータユニットが備えるインバータハウジングの斜視図である。 （ａ）がシャフトの軸心方向に沿った方向から見たインバータ放熱フィンを通過する断面図であり、（ｂ）がシャフトの軸心と直交する方向から見たモータハウジングとインバータハウジングとの境界部分を示す模式図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態におけるモータユニットが備えるモータ放熱フィンの第１変形例を示す模式図である。 本発明の一実施形態におけるモータユニットが備えるモータ放熱フィンの第２変形例を示す模式図である。 本発明の一実施形態におけるモータユニットが備えるモータ放熱フィンの第３変形例を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るモータユニットの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のモータユニット１の概略構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、本実施形態のモータユニット１は、モータ２と、インバータ３と、ファン４と、ファンカバー５と、ギアユニット６とを備えている。

モータ２は、モータハウジング２ａと、ステータコア２ｂと、ロータコア２ｃと、シャフト２ｄとを備えている。モータハウジング２ａは、ステータコア２ｂ、ロータコア２ｃ及びシャフト２ｄを収容するハウジングである。図２は、モータハウジング２ａの斜視図である。この図に示すように、モータハウジング２ａの外壁部には、シャフト２ｄの延伸方向に沿って延伸するモータ放熱フィン２ｅがシャフト２ｄを中心とする周方向に配列されて複数設けられている。また、モータハウジング２ａの外壁部には、図２に示すように、本実施形態のモータユニット１を車体フレームに固定するためのフレーム固定部２ｆと、後述するインバータハウジング３ａを固定するためのインバータ固定部２ｇとを有している。これらのフレーム固定部２ｆ及びインバータ固定部２ｇは、シャフト２ｄの延伸方向に沿って延伸されている。

ステータコア２ｂは、モータハウジング２ａの内壁に対して固定されており、ロータコア２ｃを囲うように環状に設けられている。このステータコア２ｂは、給電されることによりロータコア２ｃを回転させる磁力を発生させる。ロータコア２ｃは、ステータコア２ｂの内側に配置されており、シャフト２ｄと固定されている。このロータコア２ｃは、ステータコア２ｂで発生された磁力によって回転可能とされている。

シャフト２ｄは、ロータコア２ｃに対して固定されており、ロータコア２ｃの回転に伴って回転される。本実施形態においては、シャフト２ｄは、モータハウジング２ａに対して固定された軸受により軸支されており、インバータ３を貫通して先端部がファン４に固定され、後端部が不図示のギアに固定されている。このようなシャフト２ｄは、ステータコア２ｂとロータコア２ｃとによって発生された回転動力をファン及び不図示のギアに対して伝達する。

このようなモータ２は、インバータ３によって３相交流に変換された電力が供給され、供給された電力から回転動力を生成すると共に、生成した回転動力をシャフト２ｄによってファン４及びギアユニット６に伝達する。

インバータ３は、インバータハウジング３ａと、コアユニット３ｂとを有している。インバータハウジング３ａは、コアユニット３ｂを覆うカバー部材であると共にコアユニット３ｂの熱を吸収かつ外部に放出するヒートシンクとして機能する。つまり、本実施形態においては、コアユニット３ｂと覆うカバー部材と、コアユニット３ｂの熱を吸収かつ外部に放出するヒートシンクとがインバータハウジング３ａとして一体化されている。コアユニット３ｂは、インバータハウジング３ａに対して固定された状態で、インバータハウジング３ａの内部に収容されている。このコアユニット３ｂは、不図示のバッテリから供給される直流電力を３相交流に変換してモータ２のステータコア２ｂに供給する。このようなコアユニット３ｂは、６つのスイッチング素子や、コンデンサ等が実装される不図示の基板等を備えている。

図３は、インバータハウジング３ａの斜視図である。インバータハウジング３ａは、熱伝導性の高い金属（例えばアルミニウム）によって一体的に成形されており、図３に示すように、囲壁３ｃと、放熱部３ｄと、インバータ放熱フィン３ｅと、インバータハウジング３ａをネジなどによってモータ２に取り付けるのに用いられる固定部３ｆとを有している。

囲壁３ｃは、コアユニット３ｂを収容する椀型の部位であり、天壁部３ｃ１と側壁部３ｃ２とを有している。天壁部３ｃ１は、ファン４側から見てコアユニット３ｂを覆う部位であり、側壁部３ｃ２が接続される縁部がモータ２側に向けて湾曲されている。この天壁部３ｃ１の外壁面（ファン４側の表面）には、放熱部３ｄが設けられている。また、ファン４側から見て、天壁部３ｃ１の中央部には、天壁部３ｃ１を貫通する貫通開口３ｃ３が設けられている。この貫通開口３ｃ３には、モータ２のシャフト２ｄが挿通される。

側壁部３ｃ２は、天壁部３ｃ１を囲うように、天壁部３ｃ１の縁部からコアユニット３ｂの側面に沿って延出している。つまり、側壁部３ｃ２は、天壁部３ｃ１からシャフト２ｄに沿ってモータ２側に向けて延出している。この側壁部３ｃ２は、コアユニット３ｂを側方（シャフト２ｄの径方向外側）から覆うように囲っている。

このような囲壁３ｃは、天壁部３ｃ１と側壁部３ｃ２とによって囲まれた空間にコアユニット３ｂを収容しており、コアユニット３ｂを異物から保護すると共にコアユニット３ｂの熱を吸熱して放熱部３ｄやインバータ放熱フィン３ｅに伝達する。

放熱部３ｄは、複数の放熱フィンを有している。この放熱部３ｄは、囲壁３ｃを通じて伝わるコアユニット３ｂが発した熱をファン４から送風される空気流に放出する。なお、本実施形態においては、囲壁３ｃの天壁部３ｃ１の外壁面は、ファン４に対向配置されており、ファン４からの送風を正面から受ける受風領域とされている。放熱部３ｄは、このような受風領域である囲壁３ｃの天壁部３ｃ１の外壁面に対して設けられている。

インバータ放熱フィン３ｅは、囲壁３ｃの側壁部３ｃ２の外壁面に立設されており、天壁部３ｃ１からの側壁部３ｃ２の延出方向に沿って延びる板状の部位である。このインバータ放熱フィン３ｅは、固定部３ｆが設けられた領域を避けて、貫通開口３ｃ３を中心とした周方向に等間隔で配列されている。

図４は、モータ２が備えるモータ放熱フィン２ｅと、インバータ３が備えるインバータ放熱フィン３ｅとの位置関係を説明するための模式図であり、（ａ）がシャフト２ｄの軸心方向に沿った方向から見たインバータ放熱フィン３ｅを通過する断面図であり、（ｂ）がシャフト２ｄの軸心と直交する方向から見たモータハウジング２ａとインバータハウジング３ａとの境界部分を示す図である。これらの図に示すように、モータ放熱フィン２ｅと、インバータ放熱フィン３ｅと、シャフト２ｄを中心とする周方向に半ピッチ変位した位置に配置されている。つまり、本実施形態においては、インバータ３が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列された複数のインバータ放熱フィン３ｅを有し、モータ２が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列されると共にシャフト２ｄの延伸方向から見てインバータ放熱フィン３ｅの間に配置されるモータ放熱フィン２ｅを有している。

なお、本実施形態においては、図４に示すように、複数のモータ放熱フィン２ｅの配置間隔と複数のインバータ放熱フィン３ｅの配置間隔とは同一とされている。また、シャフト２ｄの延伸方向から見て、隣り合うモータ放熱フィン２ｅとモータ放熱フィン２ｅとの中間位置にインバータ放熱フィン３ｅが配置されている。また、シャフト２ｄの延伸方向から見て、隣り合うインバータ放熱フィン３ｅとインバータ放熱フィン３ｅとの中間位置にモータ放熱フィン２ｅが配置されている。

図１に戻り、ファン４は、放熱部３ｄに対して一定の隙間を空けて正対した状態で配置されており、モータ２のシャフト２ｄに対して固定されている。このファン４は、シャフト２ｄを介して回転されることによって、放熱部３ｄと反対側から空気を取り込んで放熱部３ｄ側に向けて空気を圧送する。つまり、ファン４は、モータ２から回転動力が伝達されて回転されることによって、放熱部３ｄに向かう空気流を形成する。

ファンカバー５は、例えば樹脂によって形成されており、インバータハウジング３ａに対して固定されている。このファンカバー５は、吸入開口５ａが設けられた天壁部５ｂと、天壁部５ｂの周縁部より延出された周壁部５ｃとを有している。

天壁部５ｂは、ファン４を空気の流入側から覆う部位であり、ファン４の右側に配置されている。なお、吸入開口５ａには、必要に応じて、異物の侵入を防止するための網状部等が設けられる。

周壁部５ｃは、ファン４を径方向外側から囲う部位である。図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。この図に示すように、周壁部５ｃは、シャフト２ｄの延伸方向から見て、インバータハウジング３ａの囲壁３ｃの側壁部３ｃ２を一定の隙間を空けて径方向外側から覆うように配置されている。この周壁部５ｃは、ファン４からモータハウジング２ａのモータ放熱フィン２ｅに到達するように、天壁部５ｂからの延出寸法が設定されている。つまり、周壁部５ｃは、図１に示すように、ファン４からモータ２のインバータ３側の一部までを覆っている。この周壁部５ｃは、インバータハウジング３ａの囲壁３ｃの側壁部３ｃ２及びモータハウジング２ａの外壁部に対して一定の隙間を空けて配置されており、インバータ３とモータ２との間にファン４によって圧送された空気の排出流路を形成している。このような周壁部５ｃは、上記排出流路を介して、ファン４により圧送された空気をモータハウジング２ａの外壁面に沿うように案内する。

ギアユニット６は、モータ２のインバータ３と反対側に配置されており、モータ２から伝達される回転動力の回転数を調整して出力する。このようなギアユニット６は、例えばモータ２と同一径とされている。ギアユニット６をモータ２と同一径あるいは小径とすることによって、モータハウジング２ａに沿って流れる空気の流れがギアユニット６に阻害されることがなくなり、モータハウジング２ａに沿って空気を円滑に流すことが可能となる。例えば、ギアユニット６をモータ２と同一径あるいは小径とするために、ギアユニット６は、遊星歯車機構を用いた構造とされている。

このような本実施形態のモータユニット１では、インバータ３を介してモータ２に給電がされると、モータ２によって回転動力が生成され、モータ２から不図示のギアユニット６を介して車両のタイヤ等に動力が伝達される。また、モータ２によって生成された回転動力の一部はシャフト２ｄを通じてファン４に伝達され、ファン４が回転駆動される。

ファン４が回転駆動されると、ファンカバー５の吸入開口５ａからファンカバー５の内部に空気が取り込まれ、インバータハウジング３ａの放熱部３ｄに向かう空気流が形成される。ファン４によって形成された空気流は、放熱部３ｄに当たった後に貫通開口３ｃ３を中心とする径方向に広がり、その後、囲壁３ｃの側壁部３ｃ２とファンカバー５との間の空間を通じてファンカバー５の外部に排出される。

放熱部３ｄの放熱フィンから上述のような空気流に対して放熱され、インバータ放熱フィン３ｅからも空気流に対して放熱される。この結果、インバータ３のコアユニット３ｂによって発生した熱が空気流を介してインバータ３の外部に排出される。

また、ファン４によって圧送された空気は、ファンカバー５の周壁部５ｃに案内され、インバータハウジング３ａとモータハウジング２ａの周面をシャフト２ｄの延伸方向に沿うようにファンカバー５から排出される。このとき、排出される空気流に対して、インバータ放熱フィン３ｅ及びモータ放熱フィン２ｅから放熱され、インバータ３及びモータ２が冷却される。ここで、本実施形態においては、インバータ放熱フィン３ｅとモータ放熱フィン２ｅとがシャフト２ｄを中心とする周方向に変位して配置されている。このため、インバータ放熱フィン３ｅに沿って進んだ空気がモータ放熱フィン２ｅの端部に衝突する。これによって、モータ放熱フィン２ｅの表面に形成される空気流の境界層を薄くなり、モータ２から空気への放熱が促進される。

以上のような本実施形態のモータユニット１においては、インバータ３が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列された複数のインバータ放熱フィン３ｅを有し、モータ２が、シャフト２ｄの延伸方向から見てシャフト２ｄを中心とする周方向に配列されると共にシャフト２ｄの延伸方向から見てインバータ放熱フィン３ｅの間に複数のうち少なくとも一部が配置されるモータ放熱フィン２ｅを有している。このような本実施形態のモータユニット１によれば、シャフト２ｄの延伸方向から見て、インバータ放熱フィン３ｅとモータ放熱フィン２ｅとが変位して配置されている。このため、インバータ放熱フィン３ｅに沿って進んだ空気がモータ放熱フィン２ｅの端部に衝突することで、空気の境界層を薄くすることができ、モータ放熱フィン２ｅからの放熱効率を高めることができる。このため、本実施形態のモータユニット１によれば、モータ２の冷却効率を向上させることが可能となる。さらに、本実施形態のモータユニット１によれば、インバータ放熱フィン３ｅがインバータ３に設けられ、モータ放熱フィン２ｅがモータ２に設けられているため、インバータ３やモータ２と別体でフィン構造を設ける必要がない。よって、本実施形態のモータユニット１によれば、インバータ３とモータ２とが一体化されたモータユニット１において、モータ２と別体でフィン構造を設けることなくモータ２の冷却効率を向上させることが可能となる。

また、本実施形態のモータユニット１においては、ファン４、インバータ３、モータ２の順に配置されており、ファン４を覆うと共にインバータ３及びモータ２との外壁部との間に空気の流路を形成するファンカバー５を備え、ファンカバー５が、ファン４からモータ２のインバータ３側の一部までを覆っている。このため、ファン４に圧送された空気がモータ２に至るまで、空気がモータユニット１からシャフト２ｄを中心する径方向外側に離れることを抑止することができる。このため、より確実にモータ２の冷却を行うことが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、モータ放熱フィン２ｅのインバータ３側の端面が閉端面である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。図６は、モータ放熱フィン２ｅの第１変形例を示す模式図である。この図に示すように、モータ放熱フィン２ｅのインバータ３側の端部を、インバータ３に向けて尖った形状とすることも可能である。このような構成を採用することによって、インバータ放熱フィン３ｅに沿って流れる空気がモータ放熱フィン２ｅの端面に衝突する場合における乱流の発生を抑制することができる。このため、空気の境界層が広がることを抑制し、モータ２の冷却効率を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、モータ放熱フィン２ｅの幅寸法（モータ放熱フィン２ｅの厚さ方向の寸法）が、モータ放熱フィン２ｅの根本から先端に至るまで一定である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。図７は、モータ放熱フィン２ｅの第２変形例を示す模式図である。この図に示すように、モータ放熱フィン２ｅを、立設面側の根本から立設面から遠ざかるに連れて幅寸法が拡大するように形状設定することも可能である。このような構成を採用することによって、隣り合うモータ放熱フィン２ｅとモータ放熱フィン２ｅとの間に形成される流路が、モータ放熱フィン２ｅの根本から先端に向かうに連れて窄まる形状とすることができる。このため、隣り合うモータ放熱フィン２ｅとモータ放熱フィン２ｅとの間に形成される流路を流れる空気が当該流路から流出することを抑止し、モータ２の冷却効率を高めることが可能となる。

また、上記実施形態においては、インバータ放熱フィン３ｅとモータ放熱フィン２ｅとが同一ピッチで配列された構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、モータ放熱フィン２ｅの配列ピッチをインバータ放熱フィン３ｅの配列ピッチよりも広くし、インバータ放熱フィン３ｅが、モータ放熱フィン２ｅよりも多く設置されている構成を採用することも可能である。また、図８に示すように、シャフト２ｄの延伸方向から見て、モータ放熱フィン２ｅの表面積をインバータ放熱フィン３ｅよりも広く設定するために、モータ放熱フィン２ｅの根本から先端までの寸法をインバータ放熱フィン３ｅよりも大きくすることも可能である。このような構成を採用することによって、モータ放熱フィン２ｅの放熱効果を低減させることなく、モータ放熱フィン２ｅの数を減少させることが可能となる。

１……モータユニット、２……モータ、２ａ……モータハウジング、２ｂ……ステータコア、２ｃ……ロータコア、２ｄ……シャフト、２ｅ……モータ放熱フィン、２ｆ……フレーム固定部、２ｇ……インバータ固定部、３……インバータ、３ａ……インバータハウジング、３ｂ……コアユニット、３ｃ……囲壁、３ｃ１……天壁部、３ｃ２……側壁部、３ｃ３……貫通開口、３ｄ……放熱部、３ｅ……インバータ放熱フィン、３ｆ……固定部、４……ファン、５……ファンカバー、５ａ……吸入開口、５ｂ……天壁部、５ｃ……周壁部、６……ギアユニット

Claims (6)

1. モータと、前記モータに接続されたインバータと、前記インバータに向けて空気を圧送するファンとを備えるモータユニットであって、
   前記インバータは、前記モータのシャフトが延伸する方向から見て前記シャフトを中心とする周方向に配列された複数のインバータ放熱フィンを有し、
   前記モータは、前記モータのシャフトが延伸する方向から見て前記シャフトを中心とする周方向に配列されると共に前記モータのシャフトが延伸する方向から見て前記インバータ放熱フィンの間に複数のうち少なくとも一部が配置されるモータ放熱フィンを有する
   ことを特徴とするモータユニット。
2. 前記ファン、前記インバータ、前記モータの順に配置されており、
   前記ファンを覆うと共に前記インバータ及び前記モータとの外壁部との間に前記空気の流路を形成するファンカバーを備え、
   前記ファンカバーは、前記ファンから前記モータの前記インバータ側の一部までを覆う
   ことを特徴とする請求項１記載のモータユニット。
3. 前記モータ放熱フィンの前記インバータ側の端部は、前記インバータに向けて尖った形状とされていることを特徴とする請求項１または２記載のモータユニット。
4. 前記モータ放熱フィンは、立設面側の根本から前記立設面から遠ざかるに連れて幅寸法が拡大することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のモータユニット。
5. 前記インバータ放熱フィンは、前記モータ放熱フィンよりも多く設置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のモータユニット。
6. 前記モータのシャフトが延伸する方向から見て、前記モータ放熱フィンの表面積は、前記インバータ放熱フィンよりも広く設定されていることを特徴とする請求項５記載のモータユニット。

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