特許ウォッチ

公開番号2025123087
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2024018955
出願日2024-02-09
発明の名称電動船外機
出願人トーハツ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B63H 20/00 20060101AFI20250815BHJP(船舶またはその他の水上浮揚構造物;関連艤装品)
要約【課題】電動船外機に搭載される電動モータとモータコントローラのいずれも電動船外機本体の外部の外気に直接晒すことなく、これら2つの発熱源を、電動船外機本体の内部において、同時に、空冷できる空冷システムを搭載した電動船外機を提供すること。
【解決手段】電動船外機の本体において、それぞれ異なる機構を内部に格納する複数のハウジングを直列式に連結して形成された内部空間を、複数のコンパートメントに区画し、かかるコンパートメント内の空間を、共通する通気孔を介して相互に空気連通させて1つの風胴システムを形成し、この風胴システムの一方の端に外気と空気連通する通気口を設け、他方の端に、この風胴システム内の空気を強制的に排出する排出機構を配設し、かつ、この風胴システム内に形成される空気通路上に、パワー半導体によるインバータを少なくとも有するモータコントローラと、電動モータを配設したことを特徴とする電動船外機。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
電動モータと、該電動モータを電子制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を有するモータコントローラとを、少なくとも、有する電源外付式の電動船外機であって、
電動船外機の本体の中に、前記モータコントローラを収容する第１ハウジングユニットと、前記電動モータを収容する第２ハウジングユニットと、前記電動モータからのパワートレイン機構を収容する第３ハウジングユニットを少なくとも搭載し、
前記第１ハウジングユニットは第１コンパートメントを画成し、前記第２ハウジングユニットは第２コンパートメントを画成し、前記第３ハウジングユニットは第３コンパートメントを画成し、
前記第１コンパートメントと前記第２コンパートメントとは、相互に共通する第１空気連通孔を介して空気連通しており、前記第２コンパートメントと前記第３コンパートメントとは、相互に共通する第３空気連通孔を介して空気連通しており、このことにより、前記第１コンパートメントと前記第２コンパートメントと前記第３コンパートメントは直列型の風胴システムを形成しており、
前記第１コンパートメントは、前記電動船外機の外部の空気と接する開口を有する開口機構を有し、
前記第３コンパートメントは、前記開口を介して前記風胴システム内に取り込んだ空気を前記風胴システム外に排出する排気口を有する排出機構と空気連通していることを特徴とする電動船外機。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記排出機構は、前記取り込んだ空気を強制的に前記風胴システム外に排出する排出機構であって、前記排気口を、能動的又は受動的に、負圧環境下に置くことのできる排出機構である
ことを特徴とする請求項１に記載の電動船外機。
【請求項３】
前記排出機構は、一端が前記第３コンパートメントと空気連通し、他端が前記排気口に空気連通する管腔を有する穴開きスクリュープロペラユニットである
ことを特徴とする請求項２に記載の電動船外機。
【請求項４】
前記開口機構は、電動船外機の外部からの直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールを有する前記モータコントローラを収容する第１コンパートメントの一部を構成する第１ＥＣＵハウジングの開放面側に配設されたハウジングカバーに構成された２つの開口（第１開口及び第２開口）であって、第１開口の開口面が第２開口の開口面と直交し、第１開口と第２開口との間の空気流路上に、複数の突起部から構成されるラビリンスが配設されている２つの開口を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の電動船外機。
【請求項５】
前記ラビリンスは三層構成となっており、第１開口側から第２開口側に向かって、第１層は第１開口側に向かって折れ線を形成する１つの板状の突起部、第２層は突起部がハの字を形成する２つの独立した板状の突起部、及び第３層は上側に凸の円弧を描く１つの板状の突起部から、それぞれ構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の電動船外機。
【請求項６】
前記開口機構は、更に、第３開口を有し、該第３開口は、前記第１ＥＣＵハウジングの底部壁に設けられた第１空気連通孔である
ことを特徴とする請求項５に記載の電動船外機。
【請求項７】
前記開口機構において、第２開口の開口面が第３開口の開口面と直交する
ことを特徴とする請求項６に記載の電動船外機。
【請求項８】
前記開口機構において、前記開口機構の側面視において、第２開口の配設位置が第１開口の配設位置よりも高い
ことを特徴とする請求項７に記載の電動船外機。
【請求項９】
前記開口機構において、風胴システム内（系内）に取り込む空気の空気流路の先頭に第１開口、後尾に第３開口が配設され、第２開口がこれらの間に配設されている
ことを特徴とする請求項８に記載の電動船外機。
【請求項１０】
前記開口機構において、第１開口、第２開口、第３開口のうち、第１開口が最もサイズが大きく、第３開口が最もサイズが小さく、第２開口はこれらの中間のサイズである
ことを特徴とする請求項９に記載の電動船外機。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動船外機に関する。具体的には、パワー半導体を有するモータコントローラ（電子制御ユニット）と電動モータを、電動船外機の航走中に外気に露出させることなく、それぞれ収容するハウジングユニットの中で、冷媒としての外気（外部の空気）でもって空冷する空冷システムを有する電動船外機に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年における環境問題のクローズアップと共に、ガソリンや潤滑オイルの漏れ、排気ガスの水中への排出など、ガソリンエンジン式の船外機に特有の問題点を根本的に解消すべく、動力源に電動モータを備えた電動船外機が提案され実際に各地で運用されている。
【０００３】
しかしながら、環境問題は解消されたものの、そのパフォーマンス、特に、1回の充電で航走できる距離が、ガソリンエンジン式の船外機と比較すると、大幅に劣る傾向にある。これは電動船外機に内在する特有の課題に起因する。主な要因は、電動船外機の本体内部に搭載される電子制御機器（特に、パワー半導体を内蔵する電子制御機器（ＥＣＵ））と電動モータからそれぞれ発生する熱により、電動船外機の「電費」（電力１ｋＷで航行できる距離）が悪化することにある。これは、電動モータに供給される電力の一部が、電子制御機器（ＥＣＵ）と電動モータから発生する熱に転換されて消費されることにより実際の電力量が低下する現象、更には、この熱により、各種電子制御機器と電動モータ内に内蔵されている電子回路や電気配線の電気抵抗が大きくなり、その抵抗により回路を流れる電力が更に低下し、電動モータの回転トルク力に供給されるエネルギーが無駄に消費されて、結果的に電費が低下する現象に起因する。また更には、インバータ用のパワー半導体を内蔵するＥＣＵ自体が焼損を受けて機能しなくなったり、機能低下したり、あるいは、そのレベルまで達しなくても、それらの発熱源からの熱が他の制御用ＥＣＵに伝達されてそこに搭載されている半導体が機能しなくなったり機能低下したりする課題も潜在的に内在する。これらの潜在的な課題は、電動船外機の馬力が大きくなればなるほど、即ち、電動船外機への供給電圧が高くなればなるほど、顕著に表面化する。
【０００４】
この潜在的な課題に対しては、熱マネジメントと言う新しい概念で、電動船外機の「電費」を向上させる努力が為されている。電動船外機における熱マネジメントの主な対象は、モータコントローラ（特に、パワー半導体によるインバータを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ））と電動モータである。このうち、電動モータからの発熱を電動船外機の外部に放熱する機構や方法については、電動モータの装備位置の観点から２種類に大別され、代表的な先行特許文献として、例えば、下記特許文献１及び特許文献２がある。
【０００５】
１つは、特許文献１（特開昭５９－４５２９６号公報）に開示されているように、水中のプロペラ前方に電動モータを配置して船内に配置したバッテリから電源を供給するように構成したタイプと、もう1つは、特許文献２（特開２００５－１６２０５５号公報)に開示されているように、従来のガソリンエンジンと同様に水面上の位置に電動モータを装備し、電動モータからの回転力を、電動モータの下方にて連結されたドライブシャフトとギアを介して水中のプロペラに伝達して推進力を得るタイプである。
【０００６】
前者の場合（特許文献１（特開昭５９－４５２９６号公報））は、電動モータを水面下に配置されるハウジングの中に収容することで電動モータからの発熱の放熱に対処しているが、水中での抵抗を考慮すると電動モータの大型化、すなわちガソリンエンジンの代替は困難であると考えられる。また、大型の電動モータを水面下のハウジング内に収容配置するにはこの電動モータの支持部材も大型化しなければならないなどの別の問題を抱える。更には、大型の電動モータの場合には、それに対応する電気容量の大きな電源が必要となり、このような電源は必然的に外付式電源とならざるを得なく、この外付式電源と水面下のハウジング内の電動モータとの電気接続のための配線ケーブルの配設が複雑にならざるを得ない。
【０００７】
一方、特許文献２に開示された発明に係る船外機の場合は、上述した事情を考慮してなされたもので、「船外機１Ａを上下方向に三分割し、その中間部に位置するミドルユニット３の上下を、マウント装置１０，１１を介して船体２１に取り付けると共に、電動モータ１４と、この電動モータ１４に電力を供給するバッテリ４３と、電動モータ１４の回転数等を制御する制御ユニット４４とを備え、マウント装置１０，１１間の、ミドルユニット３を構成するミドルケース８内に電動モータ１４を配置したものである。」（同文献の要約書）この船外機の場合、電動モータの配置位置を、従来のガソリンエンジンの場合と同様に、水面よりも上の位置にすると同時に、電動モータの周囲に水冷式の冷却ジャケットを搭載する形式が採用されている。この場合の冷媒は海水であり、この冷媒を移動させるために、ドライブシャフトの回転によって駆動される、例えば容積変動型冷却水ポンプと言う、ガソリンエンジン式船外機に搭載される冷水ポンプが使用されている。同文献には、「・・・これらの水冷式の冷却装置は、航走時の冷却水を電動モータ１４に送ることによって確実に電動モータ１４の過熱を抑えることができると共に、従来ガソリンエンジン等に用いられていたものと同様の揚水構造を有するため、信頼性が高く、メンテナンスも容易である。また流用部品も多いため、経済的である。」（〔００４０〕欄）及び「そして、電動モータ１４の冷却が冷却水によって行われるため、アッパーケース５やミドルケース８に換気用の外気取り入れ口を設ける必要がない。その結果、航走時の飛沫や雨水等の外部からの水分がアッパーケース５内やモータルーム１３内に浸入しないので、電動モータ１４やバッテリ４３、制御ユニット４４等の電装品の耐久性が向上する。」（〔００４１〕欄）と記載されていることからして、熱マネジメント（放熱マネジメント）の対象は電動モータのみであり、また、冷媒として油を使い、冷却ジャケットにオイルジャケットを活用する油冷式の態様も開示されているが、この場合も熱マネジメントの対象は電動モータのみである。
【０００８】
しかも、パワー半導体を搭載するＥＣＵ等の電子制御機能要素が配設されるアッパーケース５は「アッパーケース５の開口を塞ぐ蓋部材６」（同文献〔００１８〕欄）により開口が塞がれ、「航走時の飛沫や雨水等の外部からの水分・・・」がその内部空間に入らないように水密化又は気密化されているために、電動モータの回転数等を制御する制御ユニット（当然のことながら、かかる制御ユニットは、パワー半導体モジュールを搭載するＥＣＵ（電子制御ユニット）である）からの発熱の放熱に対しては十分な配慮が為されていない。その結果、「・・・高回転で連続運転をすると発熱する電動モータ１４に冷却装置を備えたことにより、電動モータ１４を大型化できて高出力のガソリンエンジンを代替可能となる」（同文献〔００４８〕欄）とは主張されているが、「バッテリ４３は制御ユニット４４の上方に配置される」（同文献〔００２９〕欄）と記載されていることからして、同文献に開示の電動船外機の電源は外付式ではないので、電動船外機は中型以下のものであると言える。
【０００９】
何らかの電子ユニットや機械ユニットを冷却するシステムには、上述のような水冷式に対して、空冷式も当然に考えられ、一般的に、空冷式は水冷式に比べて機構がシンプルになるメリットがあるので、電動船外機においてもそのような提案が考えられる。そこで、「電動船外機」「空冷式」のキーワードで、特許庁の特許情報プラットフォーム、J-PlatPatで検索したところ、下記特許文献３～１４が検出された。これらのうち、特許文献１４は、燃料電池で駆動する電動船外機における空冷式の燃料電池ユニットに関する発明を開示するものであるので、これを除く特許文献３～１３に開示された発明を見ると、その全てが、電動モータ自体を密閉構造あるいは水密構造にすることで電動モータ内に水が浸入することを防止しつつ、電動モータを外気に直接露出させた状態で配設することによる空冷式電動船外機に係る発明である。
【００１０】
これら特許文献３～１３のいずれにおいても、「電動モータ１１には電源／制御ユニット６０から配線されたケーブル８０として、信号ケーブル８１と電源ケーブル８２とが接続されている。信号ケーブル８１と電動モータ１１との接続部は、信号ケーブルカバー１８によって覆われている。信号ケーブルカバー１８のうち信号ケーブル８１が挿通する開口が、シール部材１９によって密閉されている。また、電源ケーブル８２と電動モータ１１との接続部は、電源ケーブルカバー２０によって覆われている。電源ケーブルカバー２０のうち、電源ケーブル８２が挿通する開口および電動モータ１１との取付部位は、それぞれシール部材２１、２２によって密閉されている。」と記載されていて、如何にも航走時における海水の飛沫や雨水等の外部からの水分を含んだ外気に直接露出された端子相互間でのチャネリングに起因する漏電等の問題は起こらないような印象を与えるが、激しい風雨に晒される場合もある海上環境において、単なるシール部材による漏電防止の効果は余り期待できないと考えるのが一般的である。また、特許文献３～１３のいずれも、熱マネジメントの対象としているのは電動モータのみであって、電動モータを制御する電子制御ユニット（モジュール）（特に、パワー半導体によるインバータを有するＥＣＵモジュール）からの発熱及び電動モータからの発熱の双方を同時に電動船外機の外部に放熱する機構や方法を提案しているものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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