JP2010158946A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】使い勝手を損なうことなく、クラッチオフ時における電動車両１の増速を抑制する。
【解決手段】電動車両１は、駆動モータ３２と、駆動モータ３２からの駆動力を駆動輪２２に伝達する駆動軸２４と、駆動モータ３２及び駆動軸２４間の駆動連結を断接するクラッチ３５と、少なくとも駆動モータ３２及び駆動軸２４間の駆動連結が切断されているときに駆動軸２４の回転によって駆動される発電機４１と、発電機４１からの電力供給を受けて、駆動モータ３２及び駆動軸２４間の駆動連結が切断されているときに駆動軸２４に対し制動力を付与する、磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキ５と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば小型電動カート等の電動車両に関する。

例えば特許文献１には、電動車両の一例として小型電動カートが開示されている。この小型電動カートの駆動系は、駆動源であるモータと、モータに対して駆動連結されかつ、当該モータからの駆動力を駆動輪に伝達する駆動軸と、モータ及び駆動軸間の駆動連結を断接するクラッチと、を備えて構成されている。当該クラッチは、クラッチレバーによって手動操作可能に構成されており、通常の走行時にはクラッチによってモータ及び駆動軸間の駆動連結を接続状態（クラッチをオン）にして、モータからの駆動力を駆動軸を介して駆動輪に伝達することによってカートを走行させる一方、クラッチレバーの操作によりモータ及び駆動軸間の駆動連結を切断状態（クラッチをオフ）にすることによって、例えば車庫に駐車する場合等において、小型電動カートを手押しによって走行させることができるようになっている。
特開２０００−２４０４６号公報

ところが、クラッチをオフにしたときには、駆動輪及び駆動軸が自由に回転することが可能になるため、例えば下り坂等において手押し走行しているときに、小型電動カートの自重による加速度によってカートの速度が増速してしまい、その速度を制御しきれなくなる場合がある。

これに対し特許文献１に開示された小型電動カートでは、クラッチをオフにしているときに駆動軸の回転数をセンサにより検知して、所定の回転数以上になったときにはクラッチを強制的にオンにして、小型電動カートを停止させる技術が開示されている。

しかしながらこの技術は、小型電動カートを停止させてしまうと共に、クラッチを強制的にオンに変更してしまうことから、例えば下り坂において手押し走行しているときには、カートの速度が所定速度以上になる毎に小型電動カートが停止すると共に、手押し走行を再開しようとしたときには、クラッチレバーを一々操作しなければならず、使い勝手が悪いという不都合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使い勝手を損なうことなく、クラッチオフ時における電動車両の増速を抑制することにある。

電動車両は、駆動モータと、前記駆動モータに対して駆動連結されかつ、当該駆動モータからの駆動力を駆動輪に伝達する駆動軸と、前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結を断接するクラッチと、少なくとも前記クラッチによって前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が切断されているときに前記駆動軸の回転によって駆動される発電機と、前記発電機からの電力供給を受けて、前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が切断されているときに前記駆動軸に対し制動力を付与する、磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキと、を備えている。

クラッチによって駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が接続されているとき（クラッチがオンのとき）には、駆動モータからの駆動力が駆動軸を介して駆動輪に伝達され、それによって電動車両が走行する。

一方、クラッチによって駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が切断されているとき（クラッチがオフのとき）には、駆動輪及び駆動軸が自由に回転することになり電動車両を手押しにて走行させることが可能になる一方で、例えば下り坂等において、手押し中の電動車両の速度が、意に反して増速してしまう場合がある。

これに対し前記の構成では、少なくともクラッチがオフのときには、駆動軸の回転によって発電機が駆動されることによって、当該発電機により発電が行われると共に、発電機によって発電された電力が、磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキに供給される。電磁ブレーキは、電力供給を受けて駆動軸に対し制動力を付与することになる。ここでこの構成では、駆動軸の回転数が高まるほど、換言すれば電動車両の速度が高速になればなるほど、発電機の発電量が増大し、電磁ブレーキに供給される電力も増大する。これによって電磁ブレーキが駆動軸に対して付与する制動力も増大する。従ってこの構成では、例えば下り坂等において電動車両の速度が増速するような状況においても、速度に応じた制動力が自動的に得られるため、駆動軸及び駆動輪の回転数が増大し続けることが抑制されて、駆動軸及び駆動輪の回転数を略一定の回転数に留めることが可能となる。その結果、電動車両の速度が増速してしまうことが抑制される。

そうして、電動車両の速度の増速時にクラッチをオンにして車両を停止させることがないため、所定の制限速度以下に抑制された状態で、電動車両の手押し走行を継続することが可能であり、電動車両の使い勝手を損なうことも回避される。

また、電動車両の速度が増速しないときには制動力も増大しないため、例えば平地等においても、電動車両を手押しにて走行させることも容易に行い得る。

以上説明したように、本発明によると、少なくともクラッチがオフのときに駆動軸の回転によって発電機が駆動されると共に、その発電機からの電力が磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキに供給されて駆動軸に制動力が付与されることによって、例えば下り坂等において電動車両の速度が増速するような状況においても、速度に応じた制動力が駆動軸に付与され、電動車両の速度を所定の速度以下に抑制することができる。しかも、速度制御においてクラッチ操作が伴う車両の停止を行わないため、電動車両の手押し走行をそのまま継続することができ、使い勝手を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、電動車両の例としての、乗用の小型電動カート１の概略構成を示している。尚、図１は、電動カート１に含まれる各部の配設位置を特定する図ではなく、各部の機能的なつながりを示す図である。

この電動カート１は、操舵輪としての１つの前輪２１と、駆動軸２４に連結された駆動輪としての２つの後輪２２，２２とを備えた、一人乗りの３輪カートである。しかしながら、電動カート１は３輪に限定されるものではなく、例えば４輪等であってもよく、また、その電動カート１の大きさや、その乗車可能人数等の構成については特に限定されるものではない。

前輪２１には、詳細な図示は省略するが、操舵ハンドルが連結されており、この操舵ハンドルには、アクセルレバー、ブレーキレバー等の各種の操作レバーが取り付けられている。操舵ハンドル、アクセルレバー及びブレーキレバー等を総称して、ここでは操作部２３と呼ぶことにする。

操作部２３は制御部３１に対して電気的に接続されていて（一点鎖線の矢印参照）、アクセルレバー等の操作に応じた操作信号を、制御部３１に向かって出力する。制御部３１は、操作部２３からの操作信号を受け、その操作信号に応じて例えば駆動モータ３２の制御を行う（一点鎖線の矢印参照）。

駆動モータ３２は、バッテリ３３に対して電気的に接続されかつ（太実線の矢印参照）、当該バッテリ３３からの電力供給を受けて駆動する。駆動モータ３２の出力軸（図示省略）は、減速歯車機構３４を介して駆動軸２４に駆動連結されており、これによって駆動モータ３２の駆動力が、歯車機構３４及び駆動軸２４を介して後輪２２に伝達されるようになる。

歯車機構３４は、当該歯車機構３４と駆動モータ３２との駆動連結を断接するクラッチ３５を含んでおり、このクラッチ３５は、クラッチレバー３６を手動操作することによって断接（オフ・オン）されるように構成されている。歯車機構３４にはまた、発電機４１が取り付けられており、これによって発電機４１は、歯車機構３４を介して駆動軸２４に対し駆動連結されるように構成されている。この発電機４１と駆動軸２４との間の駆動連結は、少なくとも駆動モータ３２と駆動軸２４との間の駆動連結が切断されているときに、接続されるものである。例えば前記クラッチレバー３６の手動操作によって駆動モータ３２と駆動軸２４との間の駆動連結が切断されることに応じて、発電機４１と駆動軸２４との間の駆動連結が接続される一方、駆動モータ３２と駆動軸２４との間の駆動連結が接続されることに応じて、発電機４１と駆動軸２４との間の駆動連結が切断されるように構成してもよい。こうした駆動連結を断接するための構成は、公知の種々の構成を採用することが可能である。

駆動軸２４には、電磁ブレーキ５が取り付けられており、この電磁ブレーキ５は発電機４１に対して電気的に接続されている（太実線の矢印参照）。このことにより、電磁ブレーキ５は、前記発電機４１からの直流電力の供給を受けるようになっている（発電機４１と電磁ブレーキ５との間に整流器を介設してもよいし、発電機４１が整流器を含んでいてもよい）。

電磁ブレーキ５は、磁気粘性流体を利用したブレーキであって、駆動軸２４に対して制動力を付与する。図２に示すように、電磁ブレーキ５は、駆動軸２４に外挿されるアウタ部材５１と、アウタ部材５１内に配設されるインナ部材５２とを含んで構成されている。

アウタ部材５１は、円筒状の周壁における両端の開口が端壁によって閉塞されることによって構成された容器状の部材である。このアウタ部材５１は、その内部に磁気粘性流体５３を封入する。アウタ部材５１の各端壁には、その中心位置に駆動軸２４が貫通して配設される貫通孔５１１が形成されており、この貫通孔５１１内には、駆動軸２４を回転可能に支持する軸受５１２とアウタ部材５１内をシールするためのシール部材５１３とがそれぞれ配設されている。アウタ部材５１の周壁には、その内周面から、径方向の内方に向かって突出するように、複数枚の（図例では３枚の）ディスク５１４が、周壁に一体となるように設けられている。３枚のディスク５１４は、アウタ部材５１の筒軸方向に等間隔を空けて配設されていると共に、各ディスク５１４は、周壁における内周面に沿ってその全周に亘って延びることで環状に形成されている。それによって、各ディスク５１４における径方向の中心側には、インナ部材５２が内挿される孔が形成されることになる。

インナ部材５２は、駆動軸２４に対し外嵌されて、その駆動軸２４と回転一体に構成される部材であり、概略円柱状の本体部５２１と、複数枚の（図例では４枚の）ディスク５２２とを有して構成されている。本体部５２１は、駆動軸２４に対し外嵌される部分であり、その内部には、磁場生成手段としてのコイル５４が配設されている。このコイル５４に対して、発電機４１からの直流電流が供給されることによって、アウタ部材５１内の磁気粘性流体５３に対して磁場が与えられる。

ディスク５２２は、本体部５２１と回転一体となるように設けられており、４枚のディスク５２２は、本体部５２１の上端から下端の間において、上下方向に互いに等間隔を空けて配設されている。各ディスク５２２は、本体部５２１の外周面から径方向の外方に向かって突出するように設けられており、各ディスク５２２の外周縁は、アウタ部材５１の周壁の内周面に対し、所定の隙間を空けて位置している。アウタ部材５１のディスク５１４と、インナ部材５２のディスク５２２とは、上下方向に交互となるように配設され、そのアウタ部材５１のディスク５１４とインナ部材５２のディスク５２２との間に、磁気粘性流体５３が充填される隙間が形成されることになる。

磁気粘性流体５３は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体である。磁性粒子は、磁化可能な金属材料からなる。金属材料に特に制限はないが、軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金を例示することができる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。採用する分散媒の種類に応じて、磁性粒子に対し、その分散媒と親和性の高い表面改質を施すようにすればよい。こうすることで、磁性粒子の分散安定性が高まる。例えば疎水性のシリコーンオイルを分散媒として採用する場合、磁性粒子にはカップリング剤による表面改質を施すことが好ましい。磁気粘性流体５３にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

以上のような構成の電磁ブレーキ５では、コイル５４に直流電流を供給することによって磁場が生成され、アウタ部材５１のディスク５１４とインナ部材５２のディスク５２２との隙間に充填されている、磁気粘性流体５３の粘度が高くなる。その結果、ディスク５１４，５２２間のせん断応力が増大し、回転駆動する駆動軸２４に制動力が付与されることになる。

この構成の電動カート１では、通常の走行を行うときには、クラッチレバー３６の操作によってクラッチ３５をオンにし、それによって、駆動モータ３２と駆動軸２４との間の駆動連結を接続した状態にする。その状態で、操作部２３におけるアクセルレバーを操作することにより、制御部３１を通じて駆動モータ３２が駆動制御されることで、その駆動モータ３２の駆動力が、歯車機構３４及び駆動軸２４を介して後輪２２に伝達され、それによって電動カート１が走行することになる。

一方、駆動モータ３２を停止した状態で、クラッチレバー３６の操作によってクラッチ３５をオフにしたときには、駆動モータ３２と駆動軸２４との間の駆動連結が切断されるため、後輪２２及び駆動軸２４が自由に回転するようになる。この状態では、電動カート１を手押しで走行させることが可能になる。

クラッチ３５をオフにして電動カート１を手押し走行可能にしている状態では、例えば下り坂等において、電動カート１の自重による加速度によって、その速度が意図に反して増速してしまう虞がある。これに対し、本実施形態に係る電動カート１では、クラッチ３５をオフにしているときには、発電機４１と駆動軸２４との間の駆動連結が接続されているため、駆動軸２４の回転に伴い発電機４１が駆動し、それによって発電が行われるようになる。発電機４１によって発電された電力は、電磁ブレーキ５のコイル５４に直流電流として供給され、それによって前述したように、駆動軸２４に制動力が付与されるようになる。このようにしてクラッチ３５をオフにしているときには、電磁ブレーキ５による制動力が駆動軸２４に付与され得るため、電動カート１の速度が増速してしまうことを抑制することができる。特に電磁ブレーキ５に電力を供給するための発電機４１を、駆動軸２４に対して駆動連結していることにより、駆動軸２４の回転数に応じた量の発電が行われ、それが電磁ブレーキ５に供給されることになる。このことは、駆動軸２４の回転数が高いほど、発電量が増大し、その結果、電磁ブレーキ５から駆動軸２４に付与される制動力も増大することを意味する。こうして、電動カート１の速度に応じた制動力が、駆動軸２４に付与されることによって、前述したように下り坂等の電動カート１の速度が増速してしまうようなときにでも、電動カート１の速度を所定の速度以下に抑制することができる。

ここで、前記電磁ブレーキ５の特性としては、コイル５４への供給電流が所定電流以下においては制動力がほとんど発生せず、所定電流を超えた以降は、その供給電流値に応じて制動力が増大するような特性であることが望ましい。こうすることで、例えば平地において電動カート１を手押し走行しているときには、電磁ブレーキ５の制動力がほとんど発生せずに手押し走行を容易に行い得る一方、電動カート１の速度が所定以上に増速したときには、電磁ブレーキ５による制動力が駆動軸２４に付与されることで、電動カート１の増速を確実に抑制することが可能になる。

こうして前記構成の電動カート１では、その手押し走行時の速度制御に関し、クラッチ操作によって電動カート１を停止させることを行わないため、速度の増大を抑制しつつ、手押し走行を継続することができる。その結果、電動カート１の使い勝手を大幅に向上させることができる。

尚、発電機４１と電磁ブレーキ５との間に可変抵抗器を介設してもよい。可変抵抗器の抵抗値を変更することによって、発電機４１による発電量に対し、電磁ブレーキ５に供給される電流値を変更することができるから、前記クラッチオフ時（手押し走行時）における電動カート１の制限速度を変更することが可能になる。

また、必要に応じてバッテリ３３からの電力も電磁ブレーキ５に供給するような構成としてもよい。また、発電機４１による余剰の発電電力を、バッテリ３３の充電に利用する構成としてもよい。

また、本発明は、電動カートに限らず、例えば小型の運搬車や車椅子等の、手押し走行を行い得る車両に対して広く適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、例えば電動カート等の、手押し走行を行い得る電動車両について有用である。

電動カートの構成を示すブロック図である。 磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキの概略構成を示す断面図である。

１ 電動カート（電動車両）
２２ 後輪（駆動輪）
２４ 駆動軸
３２ 駆動モータ
３５ クラッチ
４１ 発電機
５ 電磁ブレーキ
５３ 磁気粘性流体

Claims (1)

1. 駆動モータと、
   前記駆動モータに対して駆動連結されかつ、当該駆動モータからの駆動力を駆動輪に伝達する駆動軸と、
   前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結を断接するクラッチと、
   少なくとも前記クラッチによって前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が切断されているときに前記駆動軸の回転によって駆動される発電機と、
   前記発電機からの電力供給を受けて、前記駆動モータ及び駆動軸間の駆動連結が切断されているときに前記駆動軸に対し制動力を付与する、磁気粘性流体を利用した電磁ブレーキと、を備えている電動車両。

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