JP2001519139A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気自動車のモータは、一方の駆動シャフトにカップリングされたアーマチャー（１０）と、他方の駆動シャフト（２８）にカップリングされた、アーマチャーのケース（１４）とを有する。前駆動シャフトは、前車軸（２５）を、即ち、対をなす前輪をディファレンシヤル（２７）を介して駆動し、また、後駆動シャフト（２８）は、後車軸（３１）を、即ち、対をなす後輪を、ギアボックス（２９）とディファレンシヤル（３０）とを介して駆動する。モータは、これら２つの車軸を同じ方向に駆動するように通常は、起動される。補助の電気モータ（３２）は、主モータから後駆動シャフト（２８）にカップリングされている。車両は、前ディファレンシヤルと後ディファレンシヤル（ギアボックスの影響もある）（３２）との比が夫々１：１よりも大きく、また１：１よりも小さくなる第１並びに第２のモードで動作される。

Description

【発明の詳細な説明】 電気自動車 発明の背景 本発明は電気自動車に関し、より特定的にはこのような車両の駆動システムに 関する。 自動車および類似の車両は、１世紀前に発明されて以来、石油またはジーゼル 油を用いる内燃機関によって駆動されてきた。他の２つの形態のエンジン、すな わち電気エンジンと蒸気エンジンは様々な時代に用いられてきたが、どちらも大 して成功していない。公害と石油備蓄に対する関心が増大している現在、電気自 動車はますます注目されている。 路面電車及びトロリーバスはその動力を道路の上や下に敷設された導線から得 ており、そのため、所定のルートを移動しなければならない。しかしながら、こ のような特殊な場合を無視すれば、電気自動車はバッテリから動力を得ており、 また、バッテリは、公共施設（一般的にはグリッド）から供給される適切な電源 ポイントから充電することが可能である。このバッテリ充電のための電気の生成 は一般的には内燃機関より効果的で公害を発生せず、再充電可能な電源を含む様 々なエネルギ源を利用できる。電気自動車はまた、再生ブレーキをかけることが 可能である。 しかしながら、電気自動車にはいくつかの問題がある。その１つは十分な性能 （バッテリの充電のための車両の走行範囲と速度）を得るために必要とされるバ ッテリの重量であり、これがまた、システムの効率によって異なる。もう１つの 問題はシステムの経費であり、これがまたシステムの効率にある程度依存する。 車両の走行範囲を増すためにバッテリを追加すると車両の重量が増し、効率が下 がる。 内燃機関で駆動される車両は通常はホイールを駆動する１つのエンジンを有す る。伝統的には、エンジンは後輪を駆動するが、最近では、前輪駆動と４輪駆動 システムが人気がある。エンジンの一般的な位置は車両の前部にあるので、前輪 駆動システムには車両の全長に沿って存在するトランスミッションシャフト（プ ロペラシャフト）の必要がない。４輪駆動システムは従来の２輪駆動システムよ り複雑であるが、劣悪なドライブ条件でも道路をよく把持する。 電気自動車システムを設計する明瞭な方法は単に従来の内燃機関システムを採 用して、そのエンジンを電気モータで置き換えることである。電気モータの出力 シャフトは、ギヤ装置には幾分の修正があるかもしれないが、内燃機関の出力シ ャフトと実質的に同じ方法でホイールにカップリングされる。 ある別の方法はより根本的である。電気モータは内燃機関より単純で汎用性で あるため、車両の各駆動ホイール毎に１つの分離した電気モータを装備して車両 が２ないし４個の電気モータを有することが提案されてきた。 これらの２つの方式には双方とも欠点がある。簡単に交換することに関する問 題があるが、これは電気モータが内燃機関とは異なった特性を持つので、システ ムの効率がかなり落ちやすいことである。各ホイールシステム毎に別々のモータ を用いることに関する問題としては、システムが１つではなく２つないし４つの モータを必要とするので、それにつれて経費と重量（たとえモータ１つ１つのサ イズを小さくできても）が増し、このシステムの制御システムの設計が複雑にな る。 本発明の一般的な目的は改良型のモータシステムを持った電気自動車を提供す ることである。 したがって、本発明は、その電機子が１つの駆動シャフトにカップリングされ 、そのケースが別の駆動シャフトにカップリングされている電気モータを有する 電気自動車を提供する。 本発明は主として電気自動車に応用可能であるが、この場合、２つの駆動シャ フトが前車軸と後車軸（すなわち、対をなす前輪と後輪）を駆動する。しかしな がら、本発明はまた、機関車などの車両、さらにより広い意味では船や航空機な どの車両にも潜在的に応用可能である（本発明の目的上、このような車両には２ つの駆動シャフト、すなわち２つのプロペラ又はその等価物を装備する必要があ る）。 電気モータは一般には固定した構造体を有するものと考えられているが、本書 では、電機子がその内部で回転するケースと呼ぶ。このケースには、固定した磁 石であれ磁界巻き線であれ固定した磁気手段が含まれる。しかしながら、トルク は本質的には電機子とそのケース間で発生するが、電機子に対して発生したトル クはケースに対する絶対値が等しく方向が反対のトルクと釣り合っている。本発 明においては、電機子は一方の車軸例えば前車軸にカップリングされ、ケースは 自身も回転できるように搭載されて、他方の車軸（この場合は後車軸）にカップ リングされる。 原則として、もちろん、内燃機関もまた、出力シャフトとエンジン本体間でト ルクを発生する。しかしながら、従来の内燃機関では、エンジン本体を回転させ ることは全く実現性がない。一方、電気モータの場合、モータケースを電機子と 共に回転させることに原理上は大した困難はない。 したがって、電気モータは、１つを電機子からもう１つをケースからと効果的 に２つの駆動シャフトを有する。これらのシャフトは車両の前輪と後輪に、好ま しくは一般的に従来の形態を持つ個別のディファレンシャルを介してカップリン グされる。これらのディファレンシャルは、モータの２つの駆動シャフト間に所 望の比を与えるように選択されてもよい。車両の車輪がすべて同じ速度で走行す ることが実現されるが、これによって、この事実を逆に分析すると、モータの２ つの駆動シャフトの相対的な速度は前フロントディファレンシャルと後ディファ レンシャルの比によって定まる。（一般的に駆動シャフト、駆動シャフトを駆動 するモータなどというと便利であるが、以下に出てくるように、駆動シャフトの 一方又は双方に沿っての出力の流れはある状況下では車輪からモータへ、すなわ ちモータを発電器として駆動する方向に向かう。） 状況次第では、２つの駆動シャフトは同じ方向であれ逆方向であれそれぞれの 車軸を駆動する。言い換えれば、４つの車輪がすべて同じ速度で回転する場合、 ２つの駆動シャフトは状況次第で同じ方向に回転したり反対方向に回転したりす る。一般的に、以下に示す理由のため、同じ方向に回転するのが望ましい。しか しながら、逆方向に回転させる特殊な状況もある。 加えて、後駆動シャフトにカップリングされた補助モータが装備されることが あるが、これは追加の駆動力を与えるために用いることができる。この補助モー タは、その電機子が関連したシャフト上で同軸的に搭載されそのケースが固定さ れている電気モータでもよく、このため、シャフトにトルクを印加する。このモ ータは、付勢されていないときには、効果的に自由な車輪となり、なんら重要な 効果を持たない。 こうする代わりに、補助モータを関連した駆動シャフトに適当なギアを介して カップリングしてもよい。この場合も、付勢されていないときは重要な効果を持 たない。しかしながら、この位置では、クラッチは補助モータと関連の駆動シャ フト間に希望に応じて組み込むことができる。希望とあれば、内燃機関をこの構 成中で補助モータの代わりに駆動力を追加するための発生源として用いることも できる。 かくして、本発明は、電気車両のための、より優れかつ汎用性のあるモータシ ステムを提供する。 本発明を具体化する電気車両は、図面を参照して実施の形態により以下に説明 する。 図１は、車両の主モータを示す。 図２は、車両の駆動システムの概略図である。 図２Ａは、図２に示す駆動システムの変形例を示す。 図１はケース１４に収容された、シャフト１１を回転させるアーマチャー１０ 、並びにリード線１３により給電されるフイールド巻線１２により構成されてい る。これらリード線１３は、スリップリング１６を介してアーマチャーに電流を 供給するブラシ１５内で終端している。また、アーマチャーのシャフトは、ケー ス１４内のベアリング１７に、両端で装着され、このシャフトは一端が一方ベア リングの所で終端し、他方ベアリングを貫通して延びている。この延出端は、ゲ ージ １８内のベアリング２０に、装着されると共に、これを貫通している。のこゲー ジ１８は、アーマチャーを囲むと共に、車両本体に装着されている。対向端の所 で、前記モータのケース１４は、ケース１４から突出したシャフト１９により、 前記ゲージ１９内に装着されている。このシャフト１９は、また、ゲージ１８内 のベアリング２１を通って延びている。前記ブラシ１５のうちの２つは、モータ のアーマチャーに電力を供給するように、夫々環状接点１６と接触しており、他 方の２つのブラシ１５は、モータのフイールド巻線に電力を供給するように、他 の２つの環状の接点１５と接触している。このモータは４つの１２Ｖの酸化鉛蓄 電池により給電される。 図２を参照して、パワーは、モータ２６のアーマチャーシャフトから、２速ギ アボックスディファレンシヤル２７を介して、車両の前車軸２５に伝達される。 前記モータケースのシャフト１９からの伝達は、後車軸３１のための後方３速ギ アボックス２９と後ディファレンシヤル３０とに導くプロペラシャフト２８によ り効果的ななされる。通常のＤＣ形式で、１セットの蓄電池を備えた第２のモー タ３２は、後車軸３１の駆動の補助となっている。この第２のモータのケースは 、車両のシャーシに装着され、これのアーマチャーは、前記補助のモータを貫通 したシャフトに装着されている。（この補助のモータにより発生されるトルクは 、（回転する）モータ用ケース１４と（固定の）モータ用ゲージ１８）との間に トルクを発生させるための付与手段に等価であることは、理解されよう。 差動ギアは、２つのギアボックスのギアの組合せから選定されている。前方の キアボックスのトータルギア比（ディファレンシヤルのギアを含む）は、９：１ 並びに５：１であり、また、後方のギアボックスのトータルギア比は、８．５１ 、６．５：１並びに４．５：１である。 この車両は、２つの基本の動作モードを有する。第１のモードは、停止からの 車両の加速のために使用され、また、第２のモードは、車両が所定の走行速度（ 代表的には２５〜３０ｍｐｈ（４０〜５０ｋｍ／ｈ）及びこれ以上）に達したと きに、車両の走行を維持するために使用される。モータのアーマチャーは、両方 のモードでの主移動部材である。 第１のモードで、前ディファレンシヤルと後ディファレンシヤルとの比は、２ ：１である。モータのアーマチャーは、主移動部材であり、前輪を駆動する。後 輪は、アーマチャーの１／２の速度で駆動するケースに接続されている。この結 果入力パワーが生じ、モータの速度が２倍になってより大きいトルクが発生され る。 所定の走行速度に達したときに、第２のモードに入る。このために、ギア比は 、低い比が前方で生じ、また、高い比が後方で生じるように、ギア比はチェンジ される。これは、モータを発電機に変更する。これは、通常、回生制動を生じさ せる。しかし、モータ用ケースが回転しているために、回生により通常生じる抵 抗は、前輪に接続されているアーマチャーに伝達される。この点で、アーマチャ ーは、まだ主移動部材であり、前輪を駆動する。このときには、モータ用ケース は後輪により駆動されている。補助のモータは、後輪への抵抗の影響に抗して、 これを前輪への正の駆動パワーに変換する。 さらに詳述すれば、第１のモードのために、前ギア比は９：１に設定され、後 ギア比は４．５：１に設定されている。このモードの考えは、低い電圧と高いｒ ｐｍとを達成し、ギアチエンジのときのｒｐｍのロスを押さえるようにすること である。このモードでのパワーの消費は比較的大きい。 このモードで、車輛を動かすためには、前方での全ギア比が後方での全ギア比 よりも高くなることが必要である。これは、どちらの車輪をモータが駆動するの か、即ち、モータは、高い比を有する車輪を駆動するのを決定する。車両は、前 輪がモータにより駆動されて前方へ動く。後輪は、同じ速度で回転し、モータ用 ケースを後ろ側の比（１：４．５）により決定される速度で駆動する。ケースの ＲＰＭと、このケース内のアーマチャーのｒｐｍとの合計は、出力シャフト（即 ち、前駆動シャフト）のｒｐｍである。この比が小さくなるのに従って、加速は 遅くなる。 約２５〜３０ｍｐｈの速度に達すると、第２のモードが、小さい比が前で、そ して大きい比が後ろでそれぞれなるように、ギア比をチェンジすることにより、 選定され得る。即ち、前ギア比が５：１に、後ろギア比が８．５：１に設定され る。このモードの本質的な姿勢は、モータ用ケースがこれのアーマチャーよりも 早く回転することである。これは、反対にかなりの程度にモータが回転動作する 結果となる、即ち、発電機となる。発電機は、本質的には、反対に駆動されるモ ータであるから、これは、モータの正のトルクと同じような負のトルクを有する が、ケースとアーマチャーの両方が回転するので、見せかけのトルクの半分は、 アーマチャーを、かくして、車両を加速するようになり、残りの半分は、発電機 の動きを停止するように、ケースを、かくして、車両を減速するようになる。 補助のモータ３２は、このモードで後車軸に付加の駆動パワーを与えるために 使用され、第２のモードでの加速を効果的に与える。このモータは、小さい比（ ３．５：１）で駆動し、主モータ用のケースからの負のパワーに対抗し、後輪に 正のトルクを発生させ、前方への駆動のためのより大きいパワーを与える。また 、補助のモータが特別のパワーのために第１のモードで使用され得る。後輪への 負のパワーの例えば５０％（即ち、主モータ／発電機の見せかけのパワーの２５ ％）が、このモータにより補償され、主モータ／発電機に分かれたトルクは、車 両を加速する７５％と、２５％の負の抵抗とに変化される。 また、第２のモータは、４輪駆動効果を生じさせる。第２のモードを使用した 高速で、主モータ／発電機の速度が高くなり、トルクと電流とが増加する。この 主モータ／発電機の速度を一般の制限内（１６００〜２０００ｒｐｍ（２５〜３ ５ｒｐｓ））に保つために、後ギアボックスの第３のギアが必要である。このギ アでは、前ギア比は５：１であり、後ギア比は６．５：１である。 通常の状態での制動のために、両方のモータは、発電機として使用され、回生 制動は、蓄電池を再充電しながら、車両を低速にする。 反転のために、モータへの電流は、逆になる。（通常、反転での高速運転は通 常好ましくないので、第１のモードのみが、反転のために使用される。 このシステムの変形において、２つのモード間のチェンジは、ギア比を換える 代わりに、モータ１０での電流の方向を変更することによりなされ得る。これは 、モード内でのギア比を変更できることが望ましいけれども、必要とされるギア の扱いを簡単にしている。 他の僅かの変更も、またが、図２Ａに例示して示されるように、可能である。 この変更において、１対の補助のモータ３２’が、シャフト２８内の単一の補助 のモータに代えて、ディファレンシヤルに近接させて使用されている。これは、 低速と、補助のモータからの高トルクとの達成を容易にする。 要約すると、電気自動車のモータは、一方の駆動シャフトにカップリングされ たアーマチャー１０と、他方の駆動シャフト２８にカップリングされた、アーマ チャーのケース１４とを有する。前駆動シャフトは、前車軸２５を、即ち、対を なす前輪をディファレンシヤル２７を介して駆動し、また、後駆動シャフト２８ は、後車軸３１を、即ち、対をなす後輪を、ギアボックス２９とディファレンシ ヤル３０とを介して駆動する。モータは、これら２つの車軸を同じ方向に駆動す るように通常は、起動される。補助の電気的モータ３２は、主モータから後駆動 シャフト２８にカップリングされている。車両は、前ディファレンシヤルと後デ ィファレンシヤル（ギアボックスの影響もある）との比が夫々１：１よりも大き く、また１：１よりも小さくなる第１並びに第２のモードで動作される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気モータを有する電気車両において、このモータは、一方の駆動シャフ トにカップリングされたアーマチャーと、他方の駆動シャフトにカップリングさ れた、これのケースとを有することを特徴とする電気モータ。 ２．前記２つの駆動シャフトは、前車軸と後車軸とを、即ち、対をなす前輪と 対をなす後輪とを夫々駆動することを特徴とする請求項１の電気モータ。 ３．各駆動シャフトは、夫々のディファレンシヤルを介して夫々の対をなす車 輪にカップリングされていることを特徴とする請求項２の電気モータ。 ４．前記モータは、２つの駆動シャフトが同じ方向に回転するように駆動され ることを特徴とする請求項２もしくは３の電気モータ。 ５．主モータから一報の駆動シャフトにカップリングされた補助のモータを有 することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１の電気モータ。 ６．前記補助のモータは、関連したシャフトに同軸的に装着されたアーマチャ ーを有する電気モータであり、この結果、シャフトに付加のトルクを与える、こ とを特徴とする請求項５の電気モータ。 ７．前記補助のモータは、適当のギアを介して関連した駆動シャフトに連結さ れていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１の電気モータ。 ８．前記補助のモータと、関連した駆動シャフトとの間に設けられたクラッチ を有することを特徴とする請求項７の電気モータ。 ９．前記補助のモータは内燃機関であることを特徴とする請求項８の電気モー タ。 １０．前ディファレンシヤルと後ディファレンシヤルとの比が夫々１：１より も大きく、また１：１よりも小さくなる第１並びに第２のモードで動作されるこ とを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１の電気モータ。 １１．国際条約（パリ条約）の４Ｈ条の意味において、ここで特に説明された 新規かつ進歩性のある態様のもしくは態様の組合せ。