WO2019058439A1 - 電動ユニット - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric unit including a motor and a control unit that controls the motor.
- Japanese Patent No. 3776773 proposes an electric lawn mower provided with a battery, a motor driven by the power of the battery, and a control unit for controlling the motor.
- negative pressure is generated by the rotation of the cutter blade provided on the shaft of the motor to take outside air as cooling air into the cover, and the cooling air is caused to flow in the order of the battery, control unit and electric motor.
- the battery, the control unit and the electric motor are the electric lawn mowers.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-84699 discloses a lawn mower which guides outside air (cooling air) to a motor by a cooling fan fixed to a shaft of the motor and cools the motor.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-84699 does not describe the arrangement of a control unit that controls a motor. Therefore, there is a possibility that the control unit can not be effectively cooled in relation to the motor.
- the present invention has been made in consideration of such problems, and an object thereof is to provide an electric unit capable of effectively cooling a control unit and a motor.
- an electric unit includes a motor having a stator and a rotor, a control unit that controls the motor, and a cooling that generates a cooling air for cooling the motor and the control unit.
- a fan is provided, and the control unit is provided upstream of the stator in a cooling flow path through which the cooling air flows.
- the cooling fan may be provided downstream of the motor in the cooling flow passage, and may generate the cooling air by drawing air.
- the motor may be accommodated, and a casing having an inlet and an outlet may be further provided.
- the motor can be protected by the casing. Further, the cooling air having flowed into the casing from the intake port can be led to the control unit and the motor and then flow out from the exhaust port to the outside of the case.
- the motor is configured as an outer rotor type motor, the rotor and the control unit face each other with a gap therebetween, and the air inlet is directed to the gap. It is also good.
- the control unit and the stator can be uniformly cooled.
- the cooling fan may be disposed on the opposite side of the motor to the control unit, and the exhaust port may be provided in the vicinity of the cooling fan.
- the cooling air which has flowed into the casing from the intake port can be smoothly flowed from the exhaust port to the outside of the casing through the control unit and the motor.
- the shaft of the motor may further include a shielding portion connectable to a rotating body and configured to block the flow of air generated by the rotation of the rotating body into the cooling fan.
- the above-mentioned electric unit may further include a guide wall for guiding the cooling air to the exhaust port.
- the cooling fan can be efficiently rotated. Further, the cooling air in the casing can be smoothly discharged from the exhaust port.
- the electric unit may further include a battery for supplying electric power to the motor, and the battery may be provided upstream of the control unit in the cooling channel.
- the battery, the control unit, and the motor can be effectively cooled even when the battery becomes relatively high temperature.
- control unit since the control unit is provided upstream of the stator in the cooling flow path of the cooling air generated by the cooling fan, the control unit and the motor can be effectively cooled.
- FIG. 1 It is a perspective view of the working machine (grass mower) incorporating the electric unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view of the electrically-driven unit of FIG. 1, and its periphery. It is a perspective view of the electric unit body of FIG. It is a disassembled perspective view of the electrically-driven unit main body of FIG. It is explanatory drawing of the cooling flow path of the electrically-driven unit shown in FIG. It is explanatory drawing of the cooling flow path of a shielding member.
- FIG. 1 It is a partially omitted longitudinal cross-sectional view of a working machine (for example, a cultivator) in which an electric unit according to another embodiment of the present invention is incorporated. It is a perspective view of the electrically-driven unit main body and mounting member of FIG. It is explanatory drawing of the cooling flow path of the electrically-driven unit of FIG.
- the working machine provided with the electric unit 10A according to the present embodiment shown in FIG. 1 is a walking type lawn mower 12A for mowing grass.
- the arrow Fr indicates the front of the lawn mower 12A (the same as the front seen from the operator), and the arrow Rr indicates the rear of the lawn mower 12A (the same as the rear seen from the operator).
- the lawn mower 12A includes a housing 14 constituting an airframe, left and right front wheels 16 disposed at the front of the housing 14, and left and right rear wheels disposed at the rear of the housing 14. 18, a cutter blade 20 for mowing stored in the housing 14, a cover member 22 disposed on the top of the housing 14 for accommodating the electric unit 10 A, and an operation handle 24 extending rearward from the housing 14 Prepare.
- the lawn mower 12A is an electric lawn mower driven by electricity. Specifically, the lawn mower 12A cuts the lawn existing below the lawn mower 12A by rotating the cutter blade 20 by the electric unit 10A. At this time, a flow (swirling wind) of air that swirls in the same direction as the rotation direction of the cutter blade 20 is generated in the housing 14. Then, the grass cut by the cutter blade 20 is sent to and stored in the cut grass storage body 28 through the cut grass discharge passage 26 formed in the housing 14 by the swirling wind.
- the housing 14 is open downward only at a portion facing the ground (sunder).
- an air introduction unit 30 for introducing air into the inside of the cover member 22 is provided at the rear of the cover member 22.
- the opening 30 a of the air introduction unit 30 is directed downward.
- foreign matter such as turfgrass can be prevented from entering the inside of the cover member 22 through the air introduction unit 30.
- an air lead-out portion 32 for guiding the air inside the cover member 22 to the outside is provided.
- the air lead-out portion 32 is configured by forming a plurality of slits extending in the left-right direction of the lawn mower 12A in the up-down direction (see FIGS. 1 and 2). Thereby, it can suppress that the exhaust_gas
- the air introduction part 30 and the air lead-out part 32 are not limited to said form, You may be provided with respect to the cover member 22 how.
- the electric unit 10 ⁇ / b> A includes an electric unit main body 34 and a battery 36.
- the electric unit body 34 cools the casing 38, the motor 40 housed in the casing 38, the control unit 42 for controlling the motor 40, the motor 40 and the control unit 42. It has the cooling fan 44 which generates a wind (air), and the shielding member 46 (shielding part) provided in the casing 38.
- the shielding member 46 shielding part
- the casing 38 has a first casing 48 supporting the control unit 42, an intake duct 50 provided in the first casing 48, and a cylindrical second casing 52 supporting the stator 84 of the motor 40.
- the first casing 48 includes a bottom 54 connected to the second casing 52 and a side 56 provided on the bottom 54.
- a circular hole 58 communicating with the inside of the second casing 52 is formed at the center of the bottom portion 54.
- the side portions 56 are provided on three of the four sides constituting the outer shape of the bottom portion 54.
- the inner surface of the side portion 56 is formed with a projection 60 for supporting the control unit 42 in a state of being separated from the bottom 54.
- the intake duct 50 is a square annular member that constitutes the intake port 51.
- the intake duct 50 is attached to a portion of the bottom portion 54 where the side portion 56 is not provided.
- a seal member 62 is provided between the intake duct 50 and the first casing 48.
- a filter member 66 is mounted via a seal member 64 on the opposite side of the air intake duct 50 to the first casing 48 (rear side of the lawn mower 12A).
- the intake port 51 is in communication with the inner hole of the air introduction unit 30 via the filter member 66.
- the filter member 66 removes foreign substances such as moisture and dust contained in the air introduced from the air introduction unit 30.
- the second casing 52 has an outer peripheral wall 68 formed in a cylindrical shape, a support wall 70 provided on the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 68, and an attaching part 72 provided on the outer peripheral wall 68. .
- One end (upper end) of the outer peripheral wall 68 is fixed to the bottom 54 of the first casing 48 by a plurality of bolts 74 (see FIG. 4).
- the support wall 70 is located at an axially intermediate portion of the outer peripheral wall 68. In the support wall portion 70, an insertion hole 70a through which the shaft 88 of the motor 40 is inserted is formed.
- the first space 52a of the second casing 52 above the support wall 70 (on the first casing 48 side) and below the support wall 70 (opposite to the first casing 48) The communication hole 78 (refer FIG. 2) which makes the 2nd space 52b of side) mutually connect is formed.
- a plurality of bolts 80 for fixing the second casing 52 to the cover member 22 are screwed into the attachment portion 72.
- an exhaust port 82 (see FIG. 2) for discharging the air in the second casing 52 to the outside is provided.
- the motor 40 is configured as an outer rotor type motor.
- the motor 40 has a stator 84 fixed to the support wall 70 of the second casing 52, a rotor 86 rotatably provided relative to the stator 84, and a shaft 88 fixed to the rotor 86.
- the motor 40 is disposed such that the axis of the shaft 88 extends in the vertical direction.
- the stator 84 is formed in an annular shape, and is disposed in the first space 52 a of the second casing 52.
- Stator 84 includes a stator core 90 in which a plurality of steel plates are stacked, an insulator 92 provided on each pole of stator core 90, and a plurality of stator coils 94 wound around each insulator 92.
- the rotor 86 includes a bottomed cylindrical rotor cup 96 and a plurality of permanent magnets 98 provided on the rotor cup 96.
- the rotor cup 96 covers the outer peripheral surface of the stator core 90 and covers one surface (upper surface) in the axial direction of the stator core 90. Between the rotor cup 96 and the outer peripheral wall 68, a gap S1 through which air can flow is formed.
- a plurality of permanent magnets 98 are provided on the inner peripheral surface of the rotor cup 96 in the circumferential direction.
- a plurality of through holes 100 for introducing air into the rotor cup 96 are formed on the top surface of the rotor cup 96.
- a boss 102 provided at one end (upper end) of the shaft 88 is fixed to the center of the rotor cup 96 by a rivet 104.
- the boss portion 102 is fixed to the shaft 88 by a nut 106.
- the shaft 88 extends in the vertical direction so as to pass through the insertion hole 70 a of the support wall 70 and the insertion hole 46 a of the shielding member 46.
- the shaft 88 is rotatably supported by bearings 105 and 107 fixed to the wall surfaces of the insertion holes 46 a and 70 a.
- the other end portion (lower end portion) of the shaft 88 is connected with a cutter blade 20 which is a rotating body via a blade holder 108.
- the blade holder 108 is attached to the center of the cutter blade 20 and is coaxially connected to the lower end of the shaft 88 with the shaft 88.
- the cutter blade 20 extends in a direction perpendicular to the axis of the shaft 88 and is attached to the blade body 112 provided with the blade portion 110 at the front edge in the rotational direction, and the blade body 112 so as to change the flap angle.
- the blade body 112 is a plate-like elongated member (so-called bar blade).
- the control unit 42 and the rotor 86 face each other with a gap S2 therebetween.
- the control unit 42 is a heating element having a control board (not shown).
- the control unit 42 is spaced apart from the bottom 54 of the first casing 48.
- the intake port 51 is directed to a gap S2 between the control unit 42 and the motor 40.
- the cooling fan 44 is disposed in the second space 52 b of the second casing 52.
- the cooling fan 44 is located on the opposite side to the control unit 42 of the motor 40 (below the stator 84). That is, the cooling fan 44 is disposed in the dead space below the stator 84.
- the cooling fan 44 is coaxially fixed to the shaft 88. Therefore, the cooling fan 44 rotates integrally with the shaft 88.
- the cooling fan 44 is configured as a so-called retractable cooling fan 44.
- the cooling fan 44 generates a cooling air by drawing air from the air inlet 51 by its rotation.
- the cooling fan 44 is provided downstream of the motor 40 in the cooling flow path of the cooling air flowing from the intake port 51 toward the exhaust port 82.
- the control unit 42 is provided upstream of the stator 84 in the cooling passage.
- the exhaust port 82 is located in the vicinity of the cooling fan 44. Specifically, the exhaust port 82 is located radially outward of the cooling fan 44.
- the shielding member 46 is fixed to the second casing 52 by a plurality of bolts 116 (see FIG. 4) so as to cover an opening below the second casing 52 (opposite to the control unit 42). Thus, the shielding member 46 prevents the flow of the wind (pivotal wind) generated by the rotation of the cutter blade 20 into the cooling fan 44.
- An insertion hole 46a through which the shaft 88 is inserted is formed at the central portion of the shielding member 46, and a bearing 107 is provided in the insertion hole 46a.
- FIGS. 2, 4 and 6 on the surface (upper surface) of the shielding member 46 exposed to the second space 52b, the air (cooling air) drawn into the cooling fan 44 is guided to the exhaust port 82.
- a guide wall 118 is provided.
- the guide wall 118 extends radially outward gradually in the circumferential direction about the axis of the shaft 88. That is, the guide wall 118 extends in a spiral manner.
- a guide wall 119 having the same shape (a shape extending in a spiral) as the guide wall 118 is provided. .
- the battery 36 is a battery for supplying power to the motor 40 and the control unit 42.
- the battery 36 is disposed inside the cover member 22 between the second casing 52 and the air outlet 32.
- control unit 42 is hotter than battery 36 and cooler than stator 84. That is, the stator 84 has the highest temperature.
- the cooling fan 44 is rotated by the rotation of the shaft 88, the outside air (air) guided from the air introducing portion 30 of the cover member 22 is drawn into the air inlet 51 via the filter member 66. At this time, water, dust and the like contained in the air are removed by the filter member 66.
- the clean air (cooling air) guided to the intake port 51 through the filter member 66 flows through the gap S2 between the control unit 42 and the rotor 86.
- the control unit 42 and the rotor 86 are cooled substantially simultaneously by the cooling air.
- the cooling air that has cooled the control unit 42 is guided to the first space 52 a of the second casing 52.
- the cooling air guided to the first space 52a passes through the through hole 100 of the rotor cup 96, flows between the stator 84 and the rotor 86, and is transmitted to the inside of the stator 84 (between the stator coils 94 constituting the stator 84). Cooling air flows. That is, the cooling air directly cools the stator coil 94 that generates the most heat in the motor 40. Thus, the inside of the motor 40 (the stator 84) is effectively cooled by the cooling air.
- the cooling air guided to the first space 52 a flows downward through the gap S 1 between the rotor cup 96 and the outer peripheral wall 68 of the second casing 52.
- the flow resistance of the cooling air can be effectively reduced, and the flow rate of the cooling air flowing to the control unit 42 can be increased.
- the outer side (rotor 86) of the motor 40 is effectively cooled by the cooling air.
- the cooling air having flowed into the second space 52 b is caused to flow radially outward by the cooling fan 44, circulates spirally along the guide wall 118, and is discharged from the exhaust port 82 to the outside of the casing 38.
- the cooling air discharged to the outside of the casing 38 flows along the cover member 22 toward the front of the lawn mower 12A and is led out of the air outlet 32 to the outside of the cover member 22.
- the battery 36 is naturally cooled not by cooling air but by heat radiation.
- the electric unit 10A according to the present embodiment has the following effects.
- the control unit 42 is provided on the upstream side of the stator 84 of the motor 40 in the cooling flow path through which the cooling air generated by the cooling fan 44 flows.
- the cooling air generated by the cooling fan 44 can be led to the stator 84 after flowing to the control unit 42 that is cooler than the stator 84.
- the control unit 42 and the motor 40 can be effectively cooled.
- the cooling fan 44 is provided downstream of the motor 40 in the cooling flow path, and generates cooling air by drawing air. Therefore, the cooling air can be smoothly guided to the control unit 42 and the motor 40 as compared with the case where the cooling fan 44 is provided on the upstream side of the control unit 42 in the cooling flow path and the air is blown.
- the casing 38 accommodates the motor 40, and an intake port 51 and an exhaust port 82 are formed.
- the motor 40 can be protected by the casing 38.
- the cooling air flowing into the casing 38 from the air inlet 51 can be led to the control unit 42 and the motor 40 and then flow out from the air outlet 82 to the outside of the case.
- the motor 40 is configured as an outer rotor type motor.
- the rotor 86 and the control unit 42 face each other with a gap S2 therebetween, and the intake port 51 is directed to the gap S2.
- control unit 42 and stator 84 can be cooled uniformly.
- the cooling fan 44 is disposed on the opposite side of the control unit 42 of the motor 40, and the exhaust port 82 is provided in the vicinity of the cooling fan 44. Thereby, the cooling air which has flowed into the casing 38 from the intake port 51 can smoothly flow from the exhaust port 82 to the outside of the casing 38 via the control unit 42 and the motor 40.
- a cutter blade 20 which is a rotating body is connected to a shaft 88 of the motor 40. Then, the shielding member 46 prevents the inflow of the swirling air generated by the rotation of the cutter blade 20 into the cooling fan 44.
- the shielding member 46 can suppress changes in the flow rate, the flow direction, and the like of the cooling air due to the swirling air generated by the rotation of the cutter blade 20. Therefore, the control unit 42 and the motor 40 can be cooled stably. Moreover, it can suppress that foreign materials, such as turfgrass, flow in into the cooling fan 44 with a turning wind.
- the electric unit 10A includes guide walls 118 and 119 for guiding the cooling air to the exhaust port 82.
- the cooling air in the casing 38 can be smoothly discharged from the exhaust port 82.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment.
- the electric unit 10B may be incorporated, for example, inside the cover member 140 of the walking type cultivator 12B as a working machine.
- the electric unit 10B includes the electric unit main body 34, the battery 36, and the mount member 142.
- the motor unit body 34 is disposed such that the shaft 88 extends in the horizontal direction.
- a cultivating claw (not shown) is provided on the side of the shaft 88 opposite to the side where the rotor 86 is located.
- the battery 36 is disposed above the electric unit main body 34 with a gap S3.
- the air introducing portion 143 of the cover member 140 is directed to the gap S3 between the electric unit body 34 (the casing 38) and the battery 36. That is, the battery 36 is disposed upstream of the control unit 42 in the cooling flow path of the cooling air.
- the mount member 142 is for fixing the electric unit body 34 to the cover member 140.
- the mount member 142 is disposed between the motor unit body 34 and the cover member 140.
- the mount member 142 includes a plate-like mount body 144 attached to the electric unit body 34, and a plurality of bushes 146 disposed between the mount body 144 and the cover member 140. Then, by fastening a plurality of bolts 148 inserted through the holes 140a of the cover member 140 and the holes 144a of the mount main body 144 to the electric unit main body 34, the electric unit main body 34 is securely fixed to the cover member 140. Ru.
- the cooling air is guided to the first space 52a, and cools the motor 40 by passing through the gap S1 between the rotor 86 and the casing 38 and the inside (the stator 84) of the rotor cup 96.
- the cooling air that has cooled the motor 40 is guided to the second space 52 b, flows radially outward of the cooling fan 44, and is discharged to the outside of the casing 38 through the exhaust port 82.
- the cooling air discharged to the outside of the casing 38 is drawn out of the air lead-out portion 150 of the cover member 140 to the outside of the cover member 140.
- the battery 36 is provided upstream of the control unit 42 in the cooling channel. Therefore, even if the battery 36 becomes relatively hot, the battery 36, the control unit 42 and the motor 40 can be effectively cooled.
- the electric unit according to the present invention is not limited to the example incorporated in the lawn mower 12A and the cultivator 12B described above, and, for example, high pressure washer, carrier, dozer, compressor, portable suction device (rescue pump), rammer, etc. It can be incorporated into various work machines in any direction.
- the motorized unit according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.
- 10A, 10B electric unit 12A: lawn mower 20: cutter blade (rotary body) 38: Casing 40: Motor 42: Control unit 44: Cooling fan 51: Intake port 82: Exhaust port 84: Stator 86: Rotor
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Abstract
電動ユニット(10A)は、ステータ(84)及びロータ(86)を有するモータ(40)と、モータ(40)を制御する制御ユニット(42)と、モータ(40)及び制御ユニット(42)を冷却するための冷却風を発生させる冷却ファン(44)と、を備える。制御ユニット(42)は、冷却風を流通させる冷却流路におけるステータ(84)よりも上流側に設けられている。冷却ファン(44)は、冷却流路におけるモータ(40)よりも下流側に位置するように設けられ、空気を引き込むことによって冷却風を発生させる。
Description
本発明は、モータとモータを制御する制御ユニットとを備える電動ユニットに関する。
この種の電動ユニットは、例えば、芝刈機に組み込まれる。特許第3776773号公報には、バッテリと、バッテリの電力で駆動するモータと、モータを制御する制御ユニットとを備えた電動芝刈機が提案されている。この電動芝刈機では、モータのシャフトに設けられたカッタブレードの回転によって負圧を発生させて外気を冷却風としてカバー内に取り込み、冷却風をバッテリ、制御ユニット及び電動モータの順番に流すことにより、バッテリ、制御ユニット及び電動モータを冷却している。
また、特開2015-84699号公報には、モータのシャフトに固定された冷却ファンによってモータに外気(冷却風)を導きモータを冷却する芝刈機が開示されている。
しかしながら、特許第3776773号公報では、芝草を刈るためのカッタブレードの回転を利用して冷却風を発生させているため、例えば、モータの発熱量が比較的大きい場合には、電動モータを十分に冷却することができないことがある。
また、特開2015-84699号公報には、モータを制御する制御ユニットの配置が記載されていない。そのため、モータとの関係で制御ユニットを効果的に冷却することができないおそれがある。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、制御ユニット及びモータを効果的に冷却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。
上記目的を達成するために、本発明に係る電動ユニットは、ステータ及びロータを有するモータと、前記モータを制御する制御ユニットと、前記モータ及び前記制御ユニットを冷却するための冷却風を発生させる冷却ファンと、を備え、前記制御ユニットは、前記冷却風を流通させる冷却流路における前記ステータよりも上流側に設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、冷却ファンによって発生した冷却風を、ステータよりも低温である制御ユニットに流した後でステータに導くことができる。これにより、制御ユニット及びモータを効果的に冷却することができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記冷却ファンは、前記冷却流路における前記モータよりも下流側に位置するように設けられ、空気を引き込むことによって前記冷却風を発生させてもよい。
このような構成によれば、冷却流路における制御ユニットよりも上流側に冷却ファンを設けて送風する場合と比較して、制御ユニット及びモータに冷却風を円滑に流すことができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記モータを収容し、吸気口と排気口とが形成されたケーシングをさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、モータをケーシングによって保護することができる。また、吸気口からケーシング内に流入した冷却風を制御ユニット及びモータに導いた後で排気口からケースの外部に流出させることができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記モータは、アウターロータ型のモータとして構成され、前記ロータと前記制御ユニットとは、互いに隙間を空けて対向しており、前記吸気口は、前記隙間に指向していてもよい。
このような構成によれば、吸気口から流入した冷却風を制御ユニットとロータとの隙間に均一に導くことができるため、制御ユニットとステータを均一に冷却することができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記冷却ファンは、前記モータの前記制御ユニットとは反対側に配置され、前記排気口は、前記冷却ファンの近傍に設けられていてもよい。
このような構成によれば、吸気口からケーシング内に流入した冷却風を、制御ユニット及びモータを介して排気口からケーシングの外部に円滑に流すことができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記モータのシャフトには、回転体が接続可能であって、前記回転体の回転によって発生する風の前記冷却ファンへの流入を阻止する遮蔽部をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、回転体の回転によって発生する風によって冷却風の風量や風向等が変化することを遮蔽部によって抑えることができる。これにより、制御ユニット及びモータを安定して冷却することができる。また、回転体の回転によって発生する風とともに異物が冷却ファンに流入することを抑えることができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記冷却風を前記排気口に案内する案内壁をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、冷却ファンを効率的に回転させることができる。また、ケーシング内の冷却風を排気口から円滑に排出させることができる。
上記の電動ユニットにおいて、前記モータに電力を供給するためのバッテリをさらに備え、前記バッテリは、前記冷却流路における前記制御ユニットよりも上流側に設けられていてもよい。
このような構成によれば、バッテリが比較的高温になる場合であっても、バッテリ、制御ユニット及びモータを効果的に冷却することができる。
本発明によれば、冷却ファンによって発生する冷却風の冷却流路におけるステータよりも上流側に制御ユニットを設けているため、制御ユニット及びモータを効果的に冷却することができる。
以下、本発明に係る電動ユニットについて、電動ユニットが組み込まれた作業機との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
図1に示す本実施形態に係る電動ユニット10Aを備えた作業機は、芝草を刈る歩行型の芝刈機12Aである。図1~図5において、矢印Frは芝刈機12Aの前方(作業者から見た前方と同じ)を示し、矢印Rrは芝刈機12Aの後方(作業者から見た後方と同じ)を示す。
図1及び図2に示すように、芝刈機12Aは、機体を構成するハウジング14と、ハウジング14の前部に配置された左右の前輪16と、ハウジング14の後部に配置された左右の後輪18と、ハウジング14内に収納された芝刈用のカッタブレード20と、ハウジング14の上部に配置されて電動ユニット10Aを収容するカバー部材22と、ハウジング14から後方に延出した操作ハンドル24とを備える。
芝刈機12Aは、電気によって駆動する電動芝刈機である。具体的には、芝刈機12Aは、電動ユニット10Aによってカッタブレード20を回転させることにより、芝刈機12Aの下方に存在する芝草を刈り取る。この際、ハウジング14内にカッタブレード20の回転方向と同方向に旋回する空気の流れ(旋回風)を発生させる。そして、この旋回風により、カッタブレード20によって刈った芝草を、ハウジング14内に形成された刈り芝搬出通路26を介して刈り芝収納体28に送り込んで収納する。ハウジング14は、地面(芝地)に対向する部分だけが下方に開放されている。
図2において、カバー部材22の後部には、カバー部材22の内部に空気を導入するための空気導入部30が設けられている。空気導入部30の開口部30aは、下方を指向している。これにより、芝草等の異物が空気導入部30を介してカバー部材22の内部に入り込むことを抑制することができる。
カバー部材22の前部には、カバー部材22の内部の空気を外部に導出するための空気導出部32が設けられている。空気導出部32は、芝刈機12Aの左右方向に延在したスリットが上下方向に複数形成されることにより構成されている(図1及び図2参照)。これにより、カバー部材22からの排気が作業者に当たることを抑制することができる。ただし、空気導入部30及び空気導出部32は、上記の形態に限定されず、カバー部材22に対してどのように設けられていてもよい。
図2において、電動ユニット10Aは、電動ユニット本体34とバッテリ36とを備える。図2~図4に示すように、電動ユニット本体34は、ケーシング38と、ケーシング38に収容されたモータ40と、モータ40を制御する制御ユニット42と、モータ40及び制御ユニット42を冷却する冷却風(空気)を発生させる冷却ファン44と、ケーシング38に設けられた遮蔽部材46(遮蔽部)とを有する。
ケーシング38は、制御ユニット42を支持する第1ケーシング48と、第1ケーシング48に設けられた吸気ダクト50と、モータ40のステータ84を支持する円筒形状の第2ケーシング52とを有する。図2及び図4において、第1ケーシング48は、第2ケーシング52に連結される底部54と、底部54に設けられた側部56とを含む。底部54の中央には、第2ケーシング52内に連通する円形状の孔58が形成されている。側部56は、底部54の外形を構成する4辺のうちの3辺に設けられている。側部56の内面には、底部54に対して離間した状態で制御ユニット42を支持する凸部60が形成されている。
吸気ダクト50は、吸気口51を構成する四角環状の部材である。吸気ダクト50は、底部54のうち側部56が設けられていない部分に装着されている。吸気ダクト50と第1ケーシング48との間にはシール部材62が設けられている。吸気ダクト50のうち第1ケーシング48とは反対側(芝刈機12Aの後方)には、シール部材64を介してフィルタ部材66が装着されている。吸気口51は、フィルタ部材66を介して空気導入部30の内孔に連通している。フィルタ部材66は、空気導入部30から導かれる空気に含まれる水分や塵埃等の異物を除去する。
第2ケーシング52は、円筒状に形成された外周壁部68と、外周壁部68の内周面に設けられた支持壁部70と、外周壁部68に設けられた取付部72とを有する。外周壁部68の一端(上端)は、第1ケーシング48の底部54に対して複数のボルト74(図4参照)によって固定されている。支持壁部70は、外周壁部68の軸線方向の中間部分に位置している。支持壁部70には、モータ40のシャフト88が挿通する挿通孔70aが形成されている。また、支持壁部70には、第2ケーシング52のうち支持壁部70よりも上方(第1ケーシング48側)の第1空間52aと支持壁部70よりも下方(第1ケーシング48とは反対側)の第2空間52bとを互いに連通させる連通孔78(図2参照)が形成されている。
図2~図4に示すように、取付部72には、第2ケーシング52をカバー部材22に固定するための複数のボルト80(図2参照)が螺合する。第2ケーシング52の下部には、第2ケーシング52内の空気を外部に排出するための排気口82(図2参照)が設けられている。
図2及び図4において、モータ40は、アウターロータ型のモータとして構成されている。モータ40は、第2ケーシング52の支持壁部70に固定されたステータ84と、ステータ84に対して回転可能に設けられたロータ86と、ロータ86に固定されたシャフト88とを有する。モータ40は、シャフト88の軸線が上下方向に延在するように配置されている。
ステータ84は、環状に構成され、第2ケーシング52の第1空間52aに配置されている。ステータ84は、複数枚の鋼板が積層されたステータコア90と、ステータコア90の各極に設けられたインシュレータ92と、各インシュレータ92に巻回された複数のステータコイル94とを含む。
ロータ86は、有底筒状のロータカップ96と、ロータカップ96に設けられた複数の永久磁石98とを含む。ロータカップ96は、ステータコア90の外周面を覆うとともにステータコア90の軸線方向の片方の面(上面)を覆う。ロータカップ96と外周壁部68との間には、空気が流通可能な隙間S1が形成されている。ロータカップ96の内周面には、複数の永久磁石98が周方向に設けられている。ロータカップ96の上面には、ロータカップ96の内部に空気を導入するための複数の貫通孔100が形成されている。
図2において、ロータカップ96の中央部には、シャフト88の一端部(上端部)に設けられたボス部102がリベット104によって固定されている。ボス部102は、ナット106によってシャフト88に固定されている。
シャフト88は、支持壁部70の挿通孔70aと遮蔽部材46の挿通孔46aとを通るように上下方向に延在している。シャフト88は、各挿通孔46a、70aを構成する壁面に固定された軸受105、107によって回転自在に支持されている。シャフト88の他端部(下端部)には、ブレードホルダ108を介して回転体であるカッタブレード20が連結されている。
ブレードホルダ108は、カッタブレード20の中心部に取り付けられているとともに、シャフト88の下端部に、シャフト88と同軸に連結されている。カッタブレード20は、シャフト88の軸線に対して直交する方向に延在するとともに回転方向の前縁に刃部110が設けられたブレード本体112と、フラップ角を変更可能にブレード本体112に取り付けられたフラップ114とを有する。ブレード本体112は、プレート状の細長い部材(いわゆるバーブレード)である。
制御ユニット42とロータ86とは、互いに隙間S2を空けて対向している。制御ユニット42は、図示しない制御基板を有した発熱体である。制御ユニット42は、第1ケーシング48の底部54に対して離間している。吸気口51は、制御ユニット42とモータ40との間の隙間S2に指向している。
冷却ファン44は、第2ケーシング52の第2空間52bに配置されている。換言すれば、冷却ファン44は、モータ40の制御ユニット42とは反対側(ステータ84の下方)に位置している。つまり、冷却ファン44は、ステータ84の下のデッドスペースに配置されている。これにより、デッドスペースの有効活用による電動ユニット10Aの小型化及び部品点数の削減を図ることができる。
冷却ファン44は、シャフト88に対して同軸に固定されている。そのため、冷却ファン44は、シャフト88と一体的に回転する。冷却ファン44は、いわゆる引き込み型の冷却ファン44として構成されている。冷却ファン44は、その回転により吸気口51から空気を引き込むことによって冷却風を発生させる。
冷却ファン44は、吸気口51から排気口82に向かって流れる冷却風の冷却流路におけるモータ40よりも下流側に位置するように設けられている。この場合、制御ユニット42は、冷却流路におけるステータ84よりも上流側に設けられている。排気口82は、冷却ファン44の近傍に位置している。具体的には、排気口82は、冷却ファン44の径方向外方に位置している。
遮蔽部材46は、第2ケーシング52の下方(制御ユニット42と反対側)の開口部を覆うように複数のボルト116(図4参照)によって第2ケーシング52に固定されている。これにより、遮蔽部材46は、カッタブレード20の回転によって発生する風(旋回風)の冷却ファン44への流入を阻止する。遮蔽部材46の中央部には、シャフト88が挿通する挿通孔46aが形成されており、その挿通孔46aには軸受107が設けられている。図2、図4及び図6において、遮蔽部材46のうち第2空間52bに露出する面(上面)には、冷却ファン44に引き込まれた空気(冷却風)を排気口82に案内するための案内壁118が設けられている。
案内壁118は、シャフト88の軸線を中心として周方向に向かって径方向外方に徐々に広がるように延在している。つまり、案内壁118は、渦巻き状に延在している。なお、第2ケーシング52のうち支持壁部70よりも下方(遮蔽部材46側)の部分には、案内壁118と同一形状(渦巻き状に延在する形状)の案内壁119が設けられている。
バッテリ36は、モータ40及び制御ユニット42に電力を供給するための電池である。バッテリ36は、カバー部材22の内部における第2ケーシング52と空気導出部32との間に配置されている。
次に、上記のように構成された電動ユニット10Aの作用について芝刈機12Aの動作との関係で説明する。
図5において、バッテリ36の作用下にロータ86が回転すると、シャフト88に連結されたカッタブレード20が回転し、カッタブレード20によって芝刈機12Aの真下の芝地に生えた芝草が刈り取られる。刈り取られた芝草(刈り芝)は、カッタブレード20の回転に伴って発生した旋回風によって、ハウジング14内に形成された刈り芝搬出通路26を介して刈り芝収納体28に送り込まれる。
この際、バッテリ36、制御ユニット42及びモータ40が発熱する。具体的には、制御ユニット42は、バッテリ36よりも高温でステータ84よりも低温になる。つまり、ステータ84は、最も高温になる。また、シャフト88の回転によって、冷却ファン44が回転すると、カバー部材22の空気導入部30から導かれた外気(空気)がフィルタ部材66を介して吸気口51に引き込まれる。このとき、空気中に含まれる水分や塵埃等がフィルタ部材66によって除去される。
そして、フィルタ部材66を介して吸気口51に導かれたクリーンな空気(冷却風)は、制御ユニット42とロータ86との間の隙間S2を流れる。これにより、冷却風によって制御ユニット42とロータ86とが略同時に冷却される。そして、制御ユニット42を冷却した冷却風は、第2ケーシング52の第1空間52aに導かれる。
第1空間52aに導かれた冷却風は、ロータカップ96の貫通孔100を通り、ステータ84とロータ86との間を流れ、ステータ84の内部(ステータ84を構成する各ステータコイル94間)に冷却風が流れる。つまり、冷却風は、モータ40の中で最も発熱するステータコイル94を直接冷却する。これにより、モータ40の内部(ステータ84)が冷却風によって効果的に冷却される。
また、第1空間52aに導かれた冷却風は、ロータカップ96と第2ケーシング52の外周壁部68との間の隙間S1を下方に向かって流れる。これにより、冷却風の流路抵抗を効果的に削減することができ、制御ユニット42へ流れる冷却風の流量を大きくすることができる。また、モータ40の外側(ロータ86)が冷却風によって効果的に冷却される。
ロータ86の内部と外部とを流れたそれぞれの冷却風は、ステータ84の下方で合流し、支持壁部70の連通孔78を介して第2空間52bに流れる。第2空間52bに流れた冷却風は、冷却ファン44によって径方向外方に流され、案内壁118に沿って渦巻き状に流通して排気口82からケーシング38の外部に排出される。
ケーシング38の外部に排出された冷却風は、カバー部材22に沿って芝刈機12Aの前方に向かって流れ、空気導出部32からカバー部材22の外部に導出される。なお、バッテリ36は、冷却風ではなく、放熱によって自然冷却される。
この場合、本実施形態に係る電動ユニット10Aは、以下の効果を奏する。
電動ユニット10Aでは、制御ユニット42は、冷却ファン44によって発生する冷却風を流通させる冷却流路におけるモータ40のステータ84よりも上流側に設けられている。これにより、冷却ファン44によって発生した冷却風を、ステータ84よりも低温である制御ユニット42に流した後でステータ84に導くことができる。よって、制御ユニット42及びモータ40を効果的に冷却することができる。
冷却ファン44は、冷却流路におけるモータ40よりも下流側に位置するように設けられ、空気を引き込むことによって冷却風を発生させる。そのため、冷却流路における制御ユニット42よりも上流側に冷却ファン44を設けて送風する場合と比較して、制御ユニット42及びモータ40に冷却風を円滑に導くことができる。
ケーシング38は、モータ40を収容し、吸気口51と排気口82とが形成されている。これにより、モータ40をケーシング38によって保護することができる。また、吸気口51からケーシング38内に流入した冷却風を制御ユニット42及びモータ40に導いた後で排気口82からケースの外部に流出させることができる。
モータ40は、アウターロータ型のモータとして構成されている。そして、ロータ86と制御ユニット42とは、互いに隙間S2を空けて対向しており、吸気口51は、隙間S2に指向している。これにより、吸気口51から流入した冷却風を制御ユニット42とモータ40との隙間S2に均一に導くことができるため、制御ユニット42とステータ84を均一に冷却することができる。
冷却ファン44は、モータ40の制御ユニット42とは反対側に配置され、排気口82は、冷却ファン44の近傍に設けられている。これにより、吸気口51からケーシング38内に流入した冷却風を、制御ユニット42及びモータ40を介して排気口82からケーシング38の外部に円滑に流すことができる。
モータ40のシャフト88には、回転体であるカッタブレード20が接続されている。そして、遮蔽部材46は、カッタブレード20の回転によって発生する旋回風の冷却ファン44への流入を阻止する。これにより、カッタブレード20の回転によって発生する旋回風によって冷却風の風量や風向等が変化することを遮蔽部材46によって抑えることができる。従って、制御ユニット42及びモータ40を安定して冷却することができる。また、旋回風とともに芝草等の異物が冷却ファン44に流入することを抑えることができる。
電動ユニット10Aは、冷却風を排気口82に案内する案内壁118、119を備えている。これにより、ケーシング38内の冷却風を排気口82から円滑に排出することができる。
本発明は上述した形態に限定されない。
図7及び図8に示すように、電動ユニット10Bは、例えば、作業機としての歩行型の耕運機12Bのカバー部材140の内部に組み込まれてもよい。この場合、電動ユニット10Bは、電動ユニット本体34、バッテリ36及びマウント部材142を備えている。電動ユニット本体34は、シャフト88が水平方向に延在するように配置されている。シャフト88のうちロータ86が位置する側とは反対側には、図示しない耕運爪が設けられている。バッテリ36は、電動ユニット本体34の上方に隙間S3を空けて配置されている。カバー部材140の空気導入部143は、電動ユニット本体34(ケーシング38)とバッテリ36との間の隙間S3に指向している。すなわち、バッテリ36は、冷却風の冷却流路における制御ユニット42よりも上流側に配置されている。
マウント部材142は、電動ユニット本体34をカバー部材140に固定するためのものである。マウント部材142は、電動ユニット本体34とカバー部材140との間に配置される。マウント部材142は、電動ユニット本体34に取り付けられる板状のマウント本体144と、マウント本体144とカバー部材140との間に配置される複数のブッシュ146とを含む。そして、カバー部材140の孔140aとマウント本体144の孔144aとに挿通させた複数のボルト148を電動ユニット本体34に締結することにより、電動ユニット本体34がカバー部材140に対して確実に固定される。
図9に示すように、このような電動ユニット10Bでは、制御ユニット42がモータ40を駆動して冷却ファン44が回転すると、カバー部材140の空気導入部143から導入された外気(空気)がバッテリ36と電動ユニット本体34のケーシング38との間の隙間S3を冷却風として流れる。これにより、冷却風によってバッテリ36が冷却される。そして、バッテリ36を冷却した冷却風は、フィルタ部材66及び吸気口51を介して制御ユニット42とロータ86との間の隙間S2に導かれる。これにより、冷却風によって制御ユニット42及びステータ84が均一に冷却される。
その後、冷却風は、第1空間52aに導かれ、ロータ86及びケーシング38の間の隙間S1とロータカップ96の内側(ステータ84)とを通ることによってモータ40を冷却する。モータ40を冷却した冷却風は、第2空間52bに導かれて冷却ファン44の径方向外方に流れ、排気口82を介してケーシング38の外部に排出される。ケーシング38の外部に排出された冷却風は、カバー部材140の空気導出部150からカバー部材140の外部に導出される。
この場合、バッテリ36は、冷却流路における制御ユニット42よりも上流側に設けられている。そのため、バッテリ36が比較的高温になる場合であっても、バッテリ36、制御ユニット42及びモータ40を効果的に冷却することができる。
本発明に係る電動ユニットは、上述した芝刈機12A及び耕運機12Bに組み込む例に限定されず、例えば、高圧洗浄機、運搬機、ドーザー、転圧機、可搬型吸引器(レスキューポンプ)、ランマー等の各種作業機に任意の方向で組み込むことができる。
本発明に係る電動ユニットは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10A、10B…電動ユニット
12A…芝刈機
20…カッタブレード(回転体)
38…ケーシング
40…モータ
42…制御ユニット
44…冷却ファン
51…吸気口
82…排気口
84…ステータ
86…ロータ
12A…芝刈機
20…カッタブレード(回転体)
38…ケーシング
40…モータ
42…制御ユニット
44…冷却ファン
51…吸気口
82…排気口
84…ステータ
86…ロータ
Claims (8)
- ステータ(84)及びロータ(86)を有するモータ(40)と、
前記モータ(40)を制御する制御ユニット(42)と、
前記モータ(40)及び前記制御ユニット(42)を冷却するための冷却風を発生させる冷却ファン(44)と、を備え、
前記制御ユニット(42)は、前記冷却風を流通させる冷却流路における前記ステータ(84)よりも上流側に設けられている、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項1記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記冷却ファン(44)は、前記冷却流路における前記モータ(40)よりも下流側に位置するように設けられ、空気を引き込むことによって前記冷却風を発生させる、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項1又は2に記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記モータ(40)を収容し、吸気口(51)と排気口(82)とが形成されたケーシング(38)をさらに備える、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項3記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記モータ(40)は、アウターロータ型のモータとして構成され、
前記ロータ(86)と前記制御ユニット(42)とは、互いに隙間(S2)を空けて対向しており、
前記吸気口(51)は、前記隙間(S2)に指向している、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項3又は4に記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記冷却ファン(44)は、前記モータ(40)の前記制御ユニット(42)とは反対側に配置され、
前記排気口(82)は、前記冷却ファン(44)の近傍に設けられている、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記モータ(40)のシャフト(88)には、回転体(20)が接続可能であって、
前記回転体(20)の回転によって発生する風の前記冷却ファン(44)への流入を阻止する遮蔽部(46)をさらに備える、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項3~6のいずれか1項に記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記冷却風を前記排気口(82)に案内する案内壁(118、119)をさらに備える、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の電動ユニット(10A、10B)において、
前記モータ(40)に電力を供給するためのバッテリ(36)をさらに備え、
前記バッテリ(36)は、前記冷却流路における前記制御ユニット(42)よりも上流側に設けられている、
ことを特徴とする電動ユニット(10A、10B)。
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