JP2012206604A - 電動パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって幅広い回転域でモータ特性を補うことを可能とする電動パワーユニットを提供する。
【解決手段】モータＭにより後輪ＷＲを駆動する電動二輪車１の電動パワーユニットＰにおいて、モータＭの一方向の回転のみを伝達する第１のワンウェイクラッチ４２ａおよびモータＭの他方向の回転を伝達する第２のワンウェイクラッチ４３ａと、第１のワンウェイクラッチ４２ａに接続されると共に第１の減速比を構成する第１のギヤ列Ｈと、第２のワンウェイクラッチ４３ａに接続されると共に第１のギヤ列Ｈに対して後輪ＷＲの回転方向が同方向となるようにアイドルギヤ４５が付加されて第２の減速比を構成する第２のギヤ列Ｌとを具備することで、モータＭの正逆回転方向の切り替えに伴う変速動作を可能とする。第１および第２のワンウェイクラッチ４２ａ，４３ａをモータ出力軸４１上に隣接配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーユニットに係り、特に、モータの回転速度を所定の減速比で減速して駆動輪に伝達する電動パワーユニットに関する。

従来から、車載バッテリから供給される電力でモータを駆動し、このモータの回転駆動力を駆動輪に伝達して走行する電動車両が知られている。

特許文献１には、車体に揺動可能に取り付けられたユニットスイング式の電動パワーユニットを備えるスクータ型の電動二輪車において、電動モータから駆動輪に至る駆動力伝達経路上に、モータの回転速度が所定値を超えると駆動力を伝達する遠心クラッチを設けた構成が開示されている。

この電動パワーユニットによれば、モータの回転数がある程度上昇してから駆動輪の負荷がかかることとなり、発進時の駆動トルクを補うことが可能となるので、低回転域での良好なトルク特性よりも高回転域での低フリクション性に優れたモータを使用することが可能となる。

特開２０１０−２４７８１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、遠心クラッチで補うことができる駆動トルクの範囲は発進時付近の狭い範囲のみであり、低回転から高回転領域に至るまでの全域でモータ特性を補うことはできなかった。また、遠心クラッチを備える分だけ部品点数が増加し、かつ電動パワーユニットが軸方向に大型化してしまうという課題もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、簡単な構成によって幅広い回転域でモータ特性を補うことを可能とする電動パワーユニットを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、モータ（Ｍ）により駆動輪（ＷＲ）を駆動する電動車両（１）の電動パワーユニット（Ｐ）において、前記モータ（Ｍ）の一方向の回転のみを伝達する第１のワンウェイクラッチ（４２ａ，１５２）および前記モータ（Ｍ）の他方向の回転を伝達する第２のワンウェイクラッチ（４３ａ，１５５）と、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ，１５２）に接続されると共に、第１の減速比を構成する第１のギヤ列（Ｈ，Ｈ３）と、前記第２のワンウェイクラッチ（４３ａ，１５５）に接続されると共に、前記第１のギヤ列（Ｈ，Ｈ３）に対し前記駆動輪（ＷＲ）の回転方向が同方向となるようにアイドルギヤ（４５）が付加されて第２の減速比を構成する第２のギヤ列（Ｌ，Ｌ３）とを具備する点に第１の特徴がある。

また、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）は、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）上に隣接して設けられており、前記第１のギヤ列（Ｈ）および第２のギヤ列（Ｌ）は、前記モータ（Ｍ）が取り付けられる伝動ケース（６０）に減速機ケース（７２ａ）が取り付けられて設けられた収容空間（７２）に収納される点に第２の特徴がある。

また、前記第１のワンウェイクラッチ（１５２）および第２のワンウェイクラッチ（１５５）は、前記モータ（Ｍ）を挟んで該モータ（Ｍ）の出力軸（１５０）の両端に設けられる点に第３の特徴がある。

また、前記第１のギヤ列（Ｈ）および第２のギヤ列（Ｌ）は、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）と前記駆動輪（ＷＲ）の車軸（４６）との間に設けられたギヤ列で構成されており、前記アイドルギヤ（４５）は、車体側面視で、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）と前記車軸（４６）との間かつ車体下方の位置に配設される点に第４の特徴がある。

また、前記第２の減速比は、前記第１の減速比より大きい値とされる点に第５の特徴がある。

また、前記モータ（Ｍ）の回転方向を制御する制御装置（７０）を備え、前記制御装置（７０）は、車速およびスロットル開度に基づいて負荷の大きさを規定するデータテーブルを用いて低負荷領域または高負荷領域であることを判別する判別手段（７０ａ）を備えると共に、前記低負荷領域においては、前記第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）の接続方向に前記モータ（Ｍ）を駆動し、前記高負荷領域においては、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）の接続方向に前記モータ（Ｍ）を駆動させる点に第６の特徴がある。

また、前記データテーブルにおいて、前記モータ（Ｍ）の回転方向を切り替える境界として正転用と逆転用の２つのライン（Ａ，Ｂ）を設定し、前記２つのライン（Ａ，Ｂ）の間では、前記モータ（Ｍ）の正転および逆転の両方の状態を存在させ、前記モータ（Ｍ）の回転方向の切り替えタイミングにヒステリシスを持たせる点に第７の特徴がある。

また、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）の一端側に設けられる前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）に対して、前記モータ（Ｍ）を挟んだ他端側の位置に、前記モータ（Ｍ）が正逆いずれの方向に回転しても接続されるツーウェイ式の遠心クラッチ（８０）が配置されており、前記出力軸（４１）に、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）と、前記遠心クラッチ（８０）のクラッチアウタ（８３）とが支持されており、前記出力軸（４１）を回転自在に挿通する円筒状の外側出力軸（４１ａ）に、前記遠心クラッチ（８０）のクラッチインナ（８３）が支持されている点に第８の特徴がある。

また、前記制御装置（７０）が、前記モータ（Ｍ）の回転方向を切り替えるための減速駆動時に、前記モータ（Ｍ）の駆動力を漸次低減させる漸減制御手段（２００）と、前記モータ（Ｍ）への通電量がゼロとなった後に前記モータ（Ｍ）の惰性回転に電磁ブレーキをかける電磁ブレーキ制御手段（２０１）とを具備する点に第９の特徴がある。

さらに、前記制御装置（７０）が、前記モータ（Ｍ）の回転方向の切り替えるための加速駆動時に検出された車速と前記モータ（Ｍ）の回転数の差に応じて、前記モータ（Ｍ）への通電デューティを変化させて前記第１または第２のワンウェイクラッチ（４２ａ，４３ａ）の接続回転数近傍にて前記モータ（Ｍ）の駆動力を低減させるクラッチ接続制御手段（２０２）と、前記第１または第２のワンウェイクラッチ（４２ａ，４３ａ）が接続された後に前記モータ（Ｍ）の駆動力を徐々に増加させる漸増制御手段（２０３）とを具備する点に第１０の特徴がある。

第１の特徴によれば、モータの一方向の回転のみを伝達する第１のワンウェイクラッチおよびモータの他方向の回転を伝達する第２のワンウェイクラッチと、第１のワンウェイクラッチに接続されると共に、第１の減速比を構成する第１のギヤ列と、第２のワンウェイクラッチに接続されると共に、第１のギヤ列に対し駆動輪の回転方向が同方向となるようにアイドルギヤが付加されて第２の減速比を構成する第２のギヤ列とを具備するので、モータの正逆両方向の回転を使って、第１と第２のギヤ列において、２つの変速比を備えることができ、車両の低速から高速までの幅広い運転範囲でモータの低速トルクと高回転化という相反する課題を解決することが可能となる。

第２の特徴によれば、第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチは、モータの出力軸上に隣接して設けられており、第１のギヤ列および第２のギヤ列は、モータが取り付けられる伝動ケースに減速機ケースが取り付けられて設けられた収容空間に収納されるので、第１のギヤ列および第２のギヤ列を専用の収容空間に収納できるため、ギヤの潤滑（グリス封入）などの措置をまとめて効率よく行うことが可能となる。

第３の特徴によれば、第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチは、モータを挟んで該モータの出力軸の両端に設けられるので、駆動輪の軸方向に対してモータを内側に追い込むことができ、これにより、駆動輪とモータとの距離を近づけて車両の運動性能を向上させることが可能となる。

第４の特徴によれば、第１のギヤ列および第２のギヤ列は、モータの出力軸と駆動輪の車軸との間に設けられたギヤ列で構成されており、アイドルギヤは、車体側面視で、モータの出力軸と車軸との間かつ車体下方の位置に配設されるので、電動パワーユニットの低重心化を図ることが可能となる。

第５の特徴によれば、第２の減速比は第１の減速比より大きい値とされるので、低速の時には、第２のギヤ列を用いることでアイドルギヤを介して減速比をかせいでトルクを増幅して駆動輪を駆動することができるうえ、中・高速時にはアイドルギヤを介さない第１のギヤ列を用いてフリクションを小さくすることができ、モータにかかる負荷が少なくてすみ高回転化が容易となる。

第６の特徴によれば、モータの回転方向を制御する制御装置を備え、制御装置は、車速およびスロットル開度に基づいて負荷の大きさを規定するデータテーブルを用いて低負荷領域または高負荷領域であることを判別する判別手段を備えると共に、低負荷領域においては、第２のワンウェイクラッチの接続方向にモータを駆動し、高負荷領域においては、第１のワンウェイクラッチの接続方向にモータを駆動させるので、予め実験等で定められたデータテーブルを用いて、モータの回転方向を容易に判定することが可能となる。これにより、低負荷領域では低速ギヤ列を用いて回転駆動力を伝達し、一方、高負荷領域では高速ギヤ列を用いて回転駆動力を伝達することで、幅広い回転域でモータ特性を補うことが可能となる。

第７の特徴によれば、データテーブルにおいて、モータの回転方向を切り替える境界として正転用と逆転用の２つのラインを設定し、２つのラインの間では、モータの正転および逆転の両方の状態を存在させ、モータの回転方向の切り替えタイミングにヒステリシスを持たせるので、モータの正転と逆転の間では、モータの回転が止まってから回転方向が切り換わるタイムラグが存在し、ハンチングが発生すると駆動力抜けが大きくなる可能性があるが、ヒステリシスを持たせることによってこれを防止することが可能となる。

第８の特徴によれば、モータの出力軸の一端側に設けられる第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチに対して、モータを挟んだ他端側の位置に、モータが正逆いずれの方向に回転しても接続されるツーウェイ式の遠心クラッチが配置されており、出力軸に、第１のワンウェイクラッチおよび第２のワンウェイクラッチと、遠心クラッチのクラッチアウタとが支持されており、出力軸を回転自在に挿通する円筒状の外側出力軸に、遠心クラッチのクラッチインナが支持されているので、低レシオと高レシオの２つの減速ギヤ列でモータの低速から高速までのトルクをカバーするだけでなく、モータの正逆両方向の回転で遠心クラッチが作用するため、スタート時のトルク不足を補うこともできる。また、ツーウェイ式の遠心クラッチと、第１および第２のギヤ列とがモータの左右に振り分けて配置されるので、電動パワーユニットとしてのモータ軸方向での重量バランスがよくなり、車両への取付自由度を高めることが可能となる。

第９の特徴によれば、制御装置が、モータの回転方向を切り替えるための減速駆動時に、モータの駆動力を漸次低減させる漸減制御手段と、モータへの通電量がゼロとなった後にモータの惰性回転に電磁ブレーキをかける電磁ブレーキ制御手段とを具備するので、モータの回転方向を一方側から他方側に切り替える際に、一方側における減速をスムーズに実行して乗員に駆動力抜けが生じている感覚を与えないようにすると共に、さらに電磁ブレーキにより素早く減速することで、回転方向の切り替え制御にかかる時間を短縮することが可能となる。

第１０の特徴によれば、制御装置が、モータの回転方向の切り替えるための加速駆動時に検出された車速とモータの回転数の差に応じて、モータへの通電デューティを変化させて第１または第２のワンウェイクラッチの接続回転数近傍にてモータの駆動力を低減させるクラッチ接続制御手段と、第１または第２のワンウェイクラッチが接続された後にモータの駆動力を徐々に増加させる漸増制御手段とを具備するので、モータの回転方向を一方側から他方側に切り替える際に、他方側の回転駆動を実現するワンウェイクラッチ接続時のショックを低減させると共に、ワンウェイクラッチ接続後の加速をスムーズに実行することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーユニットを備えた電動二輪車の側面図である。 電動パワーユニットの側面図である。 電動パワーユニットの平面視断面図である。 電動パワーユニットの回転駆動力の伝達経路を示す模式図である。 ２ウェイ遠心クラッチの構造説明図である。 本実施形態の変形例に係る電動パワーユニットの側面図である。 本実施形態の変形例に係る電動パワーユニットの平面視断面図である。 本実施形態の第２変形例に係る電動パワーユニットの回転駆動力の伝達経路を示す模式図である。 モータの制御装置の構成を示すブロック図である。 モータの回転方向の切り替えタイミングを規定するマップである。 本実施形態の変形例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 制御装置によるモータ駆動制御の手順を示すフローチャートである。 シフトアップ制御の手順を示すサブフローである。 モータを正転から逆転に転じる際の駆動力漸減を生じさせるためのモータ駆動デューティの変化を示すグラフである。 モータを正転から逆転に転じる際の駆動力漸減の変化を示すグラフである。 モータを正転から逆転に転じる際に第１のワンウェイクラッチが接続されるまでのモータ駆動デューティの変化を示すグラフである。 モータを正転から逆転に転じる際に第１のワンウェイクラッチが接続された後のモータ駆動デューティの変化を示すグラフである。 モータが正転から逆転に転じた後の駆動力変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーユニットＰを備えた電動二輪車１の側面図である。電動二輪車１は、低床フロア２８を有するスクータ型の鞍乗型電動車両であり、ユニットスイング式の電動パワーユニットＰに内蔵された電動モータＭが発揮する回転駆動力によって、車軸４６で軸支された後輪ＷＲを回転駆動するように構成されている。

車体フレーム２のメインフレーム１５の前端部には、ステアリングステム４を回転自在に軸支するヘッドパイプ３が固定されている。ステアリングステム４の上部には操向ハンドル８が連結されており、一方の下部には、アンダブラケット１９を介して左右一対のフロントフォーク６が連結されている。

前輪ＷＦは、フロントフォーク６の下端部に回転自在に軸支されており、フロントフォーク６の上部にはフロントフェンダ２４が取り付けられている。ヘッドパイプ３から後下がりに延びるメインフレーム１５の下部には、湾曲部５を介して後方に延びる左右一対のアンダフレーム９が連結されている。アンダフレーム９の後端には、後上がりに延びる左右一対のリヤフレーム１４が連結されている。

アンダフレーム９からリヤフレーム１４が立ち上がる部分には、ピボット軸１２を支持する左右一対のピボットプレート１３が固定されている。ピボット軸１２には、電動パワーユニットＰの前端部が揺動可能に支承されている。電動パワーユニットＰの後部は、リヤショックユニット７１によって車体左側のリヤフレーム１４に吊り下げられている。

電動パワーユニットＰは、車幅方向左側のアーム部のみで後輪ＷＲを軸支する片持ち式のスイングアームとして機能する。モータＭの出力を制御するＰＤＵ（パワー・ドライブ・ユニット）３７は、アーム部の前方かつピボット軸１２の直後の位置に配設されている。

ヘッドパイプ３の車体前方側には外装部品としてのフロントカバー１７が配設されている。フロントカバー１７の車体後方側には、シート３４に座った乗員の脚部を前方から覆うレッグシールド１８が配設されており、レッグシールド１８の下部には、乗員の足を載せる低床フロア２８が連結されている。操向ハンドル８の車幅方向中央はメータ装置（不図示）を支持するハンドルカバー１６で覆われている。

フロントカバー１７の車体前方には、ヘッドパイプ３に固定されたフロントステー７によってヘッドライト２２が支持されており、ヘッドライト２２の後方にはホーン２３が配設されている。フロントステー７には、荷物カゴ２１等を取り付け可能なフロントキャリア２０が固定されている。一方、シート３４の後方には、リヤフレーム１４に着脱可能なリヤキャリア３９が配設されている。リヤフレーム１４の後端部には、尾灯装置４０が取り付けられている。

低床フロア２８の下方には、モータＭに電力を供給する高電圧のバッテリ３１が配設されている。バッテリ３１は、左右のアンダフレーム９に挟まれるように支持された略直方体のバッテリケース３０に収納されている。左右のアンダフレーム９間には、バッテリケース３０の略中央部を跨ぐクロス部材２９が設けられており、低床フロア２８は該クロス部材２９によって支持されている。

アンダフレーム９の前部でメインフレーム１５の下端には、バッテリケース３０の前側下部を保護する前側保護部材８が連結されている。また、両アンダフレーム９の後部には、バッテリケース３０の後部下部を保護する後側保護部材１１が設けられている。アンダフレーム９の車幅方向両側には、低床フロア２８の下部に連結された左右一対のアンダカバー１０が配設されている。

バッテリケース３０の前部には、左右一対の冷却空気導入ダクト２６が連結管２７を介して接続されている。冷却空気導入ダクト２６は、レッグシールド１８の内側で、メインフレーム１５を車幅方向両側から挟むように延設されている。一方、バッテリケース３０の後部上方には、冷却空気導入ダクト２６からの外気の導入を促進する冷却ファン３２が取り付けられており、導入された外気によりバッテリ３１が冷却される。

左右のリヤフレーム１４の間には、シート３４の下方に配置される合成樹脂製の収納ボックス３３が、両リヤフレーム１４で挟まれるようにして配置されている。収納ボックス３３は、開閉可能なシート３４によって上方から蓋がされる構成とされ、収納ボックス３３の後側下部には、灯火器等に電力を供給する低電圧のバッテリ３６を収納する収納凹部３５が下方に突出して一体に形成されている。

電動パワーユニットＰは、車体後方寄りに配設されたモータＭの回転駆動力を、歯車減速機を介して後輪ＷＲの車軸４６に伝達する構成を有する。そして、本実施形態では、モータＭの正逆回転方向を切り替えることで、モータＭの回転速度を車軸４６に伝達する際の変速比を、２種の固定値間で任意に切り替え可能に構成されている。

具体的には、２つのワンウェイクラッチを用いることにより、モータＭの逆転時（本実施形態では図示時計回り）には、減速比の小さい高速ギヤ列を介して車軸４６に回転駆動力を伝達し、一方、モータＭの正転時には、減速比の大きい低速ギヤ列を介して車軸４６に回転駆動力を伝達することができる。

第１のギヤ列としての高速ギヤ列は、モータ出力軸４１と同軸の高速側駆動ギヤ４２と、高速側駆動ギヤ４２に噛合して車軸４６に固定される高速側従動ギヤ４７とによって構成されている。

一方、第２のギヤ列としての低速ギヤ列は、モータ出力軸４１と同軸の低速側駆動ギヤ４３、該低速側駆動ギヤ４３に噛合すると共にアイドルギヤ軸４４に支持されるアイドルギヤ４５、該アイドルギヤ４５に噛合して車軸４６に固定される低速側従動ギヤ７９によって構成されている。

図２は、電動パワーユニットＰの側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。この図では、モータＭ等の主要部品を支持する伝動ケース６０から、その車幅方向左側に取り付けられている伝動ケースカバー７８（図３参照）を取り外した状態を示している。

アイドルギヤ４５が固定されるアイドルギヤ軸４４の軸心４４ｃは、車体側面視で、モータ出力軸４１の軸心４１ｃおよび車軸４６の軸心４６ｃより車体下方側に配設されている。これにより、伝動パワーユニットＰの低重心化を図ることができる。

伝動ケース６０の外周部で伝動ケースカバー７８との接触面には、複数のボルト締結孔５９が形成されている。伝動ケース６０の車体前端部には、ピボット軸１２を通す貫通孔１２ａが形成されている。モータドライバ３７は、電動パワーユニットＰの上面側に開口部を有する収納スペースに収納されている。モータドライバ３７は、この収納スペースに収められて、ピボット軸１２寄りの車体前方側の位置に配設されている。

モータドライバ３７とモータＭとの間には、電源供給ラインとしての、Ｕ相配線５５、Ｖ相配線５６、Ｗ相配線５７が配索されている。３本の配線は、端子５１，５２，５３によってモータドライバ３７に接続されている。また、３本の配線は、伝動ケース６０に取り付けられた案内板５８によって伝動ケース６０の内壁側に寄せられている。

モータＭは、ステータケース６２に対して締結部材６２ａによって固定されたステータ６３と、モータ出力軸４１と同軸配置されたロータ６４とからなるインナーロータ式とされる。モータ出力軸４１の外周部には、モータＭの回転速度センサ６１が配設されている。前記した案内板５８には、回転速度センサ６１のコネクタ５４が支持されている。また、モータＭの車体後方側には、車軸４６に固定された高速側従動ギヤ４７および低速側従動ギヤ７９（図３参照）の回転速度を検知する車速センサ６６が配設されている。車速センサ６６の配線６５も案内板５８の車幅方向右側を通るように構成されている。

伝動ケース６０の下部には、車体を直立状態で保持するスタンド装置の取付部５０が設けられている。また、伝動ケース６０の後端部には、リヤショックユニット７１（図１参照）の下端部を軸支する下側支持部７１ａが設けられている。

図３は、電動パワーユニットＰの平面視断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。電動パワーユニットＰは、左右一対のピボットプレート１３に対して、ピボット軸１２を介して揺動自在に軸支されている。ピボット軸１２は、ネジ頭７５を有する長尺のボルトであり、ブッシュ７４を介して電動パワーユニットＰ側のボス７３に支持される円筒カラー７６に挿嵌され、車幅方向右側のナット７７で固定されている。

ブッシュ７４は、円筒カラー７６に熱固着されており、ブッシュ７４の外周側には、厚みの小さいカラー部材が熱固着されている。そして、該カラー部材およびブッシュ７４がボス７３の貫通孔に圧入されることで、電動パワーユニットＰの車幅方向の位置が規定されることとなる。

電動パワーユニットＰの車体前方側には、モータドライバ３７を収納する幅広ケース部３８ａが形成されている。幅広ケース部３８ａの車体上部には、モータドライバ３７を冷却するための複数の放熱フィン（不図示）を形成することができる。モータドライバ３７は、電動二輪車１の前後輪を通る車体中心線Ｃを車幅方向に跨ぐようにして電動パワーユニットＰの前方寄りに配設される。

本実施形態に係る電動パワーユニットＰは、左側のアーム部のみで後輪ＷＲを軸支する片持ち式スイングアームを兼ねており、このアーム部の車体後方側の位置に、モータＭ、回転駆動力の断接機構としての遠心クラッチ８０、減速機構Ｔが集中配置されている。モータＭは、伝動ケース６０の内壁に固定されるステータ６３と、外側モータ出力軸４１ａに固定されたロータ６４とからなるインナーロータ式とされる。

遠心クラッチ８０は、摩擦材８２を有するクラッチシュー８１が設けられる円盤状のクラッチインナ８６と、クラッチシュー８１によって生じる摩擦抵抗力により被動回転される有底円筒状のクラッチアウタ８３とから構成されている。クラッチインナ８６は、円筒状の外側モータ出力軸４１ａの図示左側端部に固定されており、一方、クラッチアウタ８３は、外側モータ出力軸４１ａの内側に回転自在に挿通されるモータ出力軸４１に固定されている。外側モータ出力軸４１ａとモータ出力軸４１とは、軸受８５，８７によって相互回転可能に構成されている。

遠心クラッチ８０は、外側モータ出力軸４１ａが所定回転以上になる、すなわち、クラッチインナ８６が所定回転以上になると、クラッチシュー８１が径方向外側に移動して摩擦抵抗力を発生し、クラッチアウタ８３を被動回転させるように構成されている。

図５を併せて参照して、本実施形態に係る遠心クラッチ８０は、モータＭの回転方向が正逆どちらであっても回転駆動力の伝達が可能な２（ツー）ウェイ式とされている。遠心クラッチ８０には、正転用の一対のクラッチシュー８１と、逆転用の一対のクラッチシュー８１ａとを備えている。

これにより、外側モータ出力軸４１ａが逆回転（図示時計回り）する際には、クラッチシュー８１がリターンスプリング９８の付勢力に抗して揺動軸９７を中心に揺動し、摩擦材８２がリーディング方向でクラッチアウタ８３に接触する。一方、外側モータ出力軸４１ａが正回転する際には、クラッチシュー８１ａがリターンスプリング９８の付勢力に抗して揺動軸９７ａを中心に揺動し、摩擦材８２ａがリーディング方向でクラッチアウタ８３に接触する。

図４は、電動パワーユニットＰの回転駆動力の伝達経路を示す模式図である。図３を併せて参照して、モータ出力軸４１に伝達された回転駆動力は、減速機構Ｔを介して車軸４６に伝達される。減速機構Ｔは、高速側駆動ギヤ４２および高速側従動ギヤ４７からなる高速ギヤ列Ｈと、低速側駆動ギヤ４３、アイドルギヤ４５および低速側従動ギヤ７９からなる低速ギヤ列Ｌとからなる。減速機構Ｔは、減速機ケース７２ａによって形成される収容空間７２に収納されている。

そして、高速側駆動ギヤ４２とモータ出力軸４１との間には、モータＭの正転時にのみ高速側駆動ギヤ４２に回転駆動力を伝達する第１のワンウェイクラッチ４２ａが設けられており、一方、低速側駆動ギヤ４３とモータ出力軸４１との間には、モータＭの逆転時にのみ低速側駆動ギヤ４３に回転駆動力を伝達する第２のワンウェイクラッチ４３ａが設けられている。換言すれば、第１のワンウェイクラッチ４２ａは、モータＭの逆転時に空転し、また、第２のワンウェイクラッチ４２ａは、モータＭの正転時に空転することとなる。これにより、電動パワーユニットＰは、モータＭを逆転させることで、高速ギヤ列Ｈを介して車軸４６に回転駆動力を伝達する一方、モータＭを正転させることで、低速ギヤ列Ｌを介して車軸４６に回転駆動力を伝達することを可能とする。

上記した構成により、電動パワーユニットＰは、モータＭの回転方向を切り替えることにより２つの変速ギヤ列を相互に切り替えて変速動作を行うことが可能となる。すなわち、発進時等にはモータＭを正転させて低速トルクを補うと共に、車速等の所定条件が満たされるとモータＭを逆転に切り替えて、高速走行に適した減速比で走行することができる。高速ギヤ列Ｈは、ギヤの数が１枚少ないぶん低速ギヤ列Ｌより回転時のフリクションが小さくなるため、負荷が大きくなる高速走行により一層適している。

また、モータＭの軸方向の両側に遠心クラッチ８０と減速機構Ｔとを分散配置することにより、電動パワーユニットＰの車幅方向の重量バランスに偏りがなくなり、車体側への取付自由度を高めることが可能となる。

さらに、減速機構Ｔが、減速機ケース７２ａによって形成される収容空間７２に収納されているため、２つのワンウェイクラッチへのグリスの封入や高速ギヤ列および低速ギヤ列の潤滑をまとめて効率よく行うことができる。

モータ出力軸４１は、図示左端部で伝動ケースカバー７８の軸受８４に軸支されると共に、図示右方側で伝動ケース６０の軸受８８および減速機カバー７２ａの軸受８９に軸支されている。また、車軸４６は、伝動ケース６０の軸受９１および減速機カバー７２ａの軸受９２に軸支されている。車軸４６の図示右端部には、後輪ＷＲのホイール９３が、カラー９４を介して固定されている。ホイール９３の内径側には、ライナー９６を有するブレーキドラムが形成されており、その内側には、上下一対のブレーキシュー９５が収納されている。

図６は、本実施形態の変形例に係る電動パワーユニットＰ２の側面図である。また、図７は、本実施形態の変形例に係る電動パワーユニットＰ２の平面視断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。本変形例に係る電動パワーユニットＰ２は、前記した電動パワーユニットＰに対して、遠心クラッチを有してない点と、伝動ケースが前後分割可能に構成されている点のみが相違する。以下では、前記した電動パワーユニットＰとの相違点のみを説明する。

本変形例では、電動パワーユニットＰ２が、ＰＤＵ３７が配設される前側伝動ケース１０１と、モータＭおよび減速機構Ｔが配設される後側伝動ケース１０２とからなり、両者が締結部材１０３によって固定されている点に特徴がある。この構成によれば、同一の後側伝動ケース１０２を、前側伝動ケースの構造が異なる他の機種に適用することが可能となり、ユニット単位での部品の共通化を図って生産効率を高めることができる。また、遠心クラッチを有していないため、モータ出力軸１０３の構造が簡略化できると共に、モータＭの車幅方向左側にはモータ出力軸１０３の軸受１０４を有するモータカバー１０５を設けるのみでよくなり、後側伝動ケース１０２の車幅方向の寸法を大幅に低減できる。

図８は、本実施形態の第２変形例に係る電動パワーユニットＰ３の回転駆動力の伝達経路を示す模式図である。減速機構を構成する高速ギヤ列Ｈ３および低速ギヤ列Ｌ３は、モータＭの軸方向両側に分散配置することもできる。

高速ギヤ列Ｈ３は、モータ出力軸１５０と同軸の高速側駆動ギヤ１５１と、高速側駆動ギヤ１５１に噛合して車軸１６０に固定される高速側従動ギヤ１５３とによって構成されている。また、低速ギヤ列Ｌ３は、モータ出力軸１５０と同軸の低速側駆動ギヤ１５４、低速側駆動ギヤ１５４に噛合するアイドルギヤ１５６、アイドルギヤ軸１５７に軸支されてアイドルギヤ１５６に噛合して車軸１６０に固定される低速側従動ギヤ１５８によって構成されている。

高速側駆動ギヤ１５１は、モータＭの正転時にのみ回転駆動力を伝達する第１のワンウェイクラッチ１５２を介してモータ出力軸１５０に取り付けられ、低速側駆動ギヤ１５４は、モータＭの逆転時にのみ回転駆動力を伝達する第２のワンウェイクラッチ１５５を介してモータ出力軸１５０に取り付けられる。

上記した配置によれば、駆動輪とモータＭとの軸方向の距離を低減できるので、軸方向の重量を車体中心側に寄せて電動二輪車１の運動性能を高めることができる。

図９は、モータの制御装置７０およびその周辺機器の構成を示すブロック図である。また、図１０は、モータＭの回転方向の切り替えタイミングを規定するデータテーブルである。制御装置７０は、スロットル開度センサ９９、車速センサ６６およびモータ回転数センサ６１のセンサ情報に基づいて、モータＭの回転速度および回転方向を決定し、モータＭを駆動制御する。制御装置７０には、モータ回転方向判別手段７０ａが含まれる。モータ回転方向判別手段７０ａは、車速センサ６６で検知された車速およびスロットル開度センサ９９で検知されたスロットル開度に応じて、負荷の大小を判別してモータＭの回転方向を導出する。すなわち、制御装置７０は、高負荷領域では高速ギヤ列Ｈを用いる逆転駆動とし、低負荷領域では低速ギヤ列Ｌを用いる正転駆動を行うようにモータＭを制御する。

図１０に示すデータテーブルでは、モータＭを正転から逆転に切り替える際に適用される、すなわち正転用の境界（ライン）Ａと、モータＭを逆転から正転に切り替える際に適用される、すなわち逆転用の境界（ライン）Ｂとが離間して設定されている。これにより、正転から逆転への切り替え動作と逆転から正転への切り替え動作との間にヒステリシスが設けられる。

具体的には、スロットル開度が開度θ１のとき、正転から逆転への切り替えは車速Ｖ２で実行され、一方、逆転から正転への切り替えは車速Ｖ２より低い車速Ｖ１で実行されることとなる。これは、ヒステリシスを設けない場合に境界近傍でハンチングが生じて、モータ回転速度が上がらずに駆動力抜けが生じることを防ぐための設定である。

図１１は、本実施形態の変形例に係る制御装置７０およびその周辺機器の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は同一または同等部分を示す。本変形例では、制御装置７０に、モータ回転方向判別手段７０ａに加えて、漸減制御手段２００、電磁ブレーキ制御手段２０１、クラッチ接続制御手段２０２および漸増制御手段２０３が設けられている点に特徴がある。

漸減制御手段２００および電磁ブレーキ制御手段２０１は、モータＭの回転方向を一方側から他方側に切り替える際に、一方側における減速駆動をスムーズに行うと共に切り替え制御の所用時間を短縮するために機能する。一方、クラッチ接続制御手段２０２および漸増制御手段２０３は、モータＭの回転方向を一方側から他方側に切り替える際に、他方側における加速駆動をスムーズに行うと共に回転方向切り替え制御の所用時間を短縮するために機能するものである。

図１２は、制御装置７０によるモータ駆動制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートでは、低速ギヤ列Ｌで加速中に高速ギヤ列に切り替えるシフトアップ時の制御を示す。ステップＳ１では、車速センサ６６によって車速Ｖが検出され、ステップＳ２では、スロットル開度センサ９９によってスロットル開度θが検知される。

ステップＳ３では、モータＭが正転駆動中であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ４に進み、図１０に示したデータテーブルに検知された車速Ｖおよびスロットル開度θを適用して、モータ回転領域の検索処理が実行される。続くステップＳ５では、このデータテーブル上でモータＭが正転領域にあるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ６に進んで、そのままモータ正転駆動を継続する。一方、ステップＳ５で否定判定されると、ステップＳ７に進んで、モータＭを正転駆動から逆転駆動に切り換えるシフトアップ制御が実行される。

また、ステップＳ３で否定判定される、すなわち逆転駆動中であると判定されると、ステップＳ８に進んで、図１０に示したデータテーブルの検索が実行される。続くステップＳ９では、モータＭが逆転領域にあるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ１０に進んで、そのままモータ逆転駆動を継続する。一方、ステップＳ９で否定判定されると、ステップＳ１１に進んで、モータＭを逆転駆動から正転駆動に切り換えるシフトダウン制御が実行される。

図１３は、図１２のステップＳ７に示したシフトアップ制御の手順を示すサブフローである。本実施形態では、低速ギヤ列で加速中に高速ギヤ列に切り替える、すなわち、正転駆動で加速中に逆転駆動に切り替える際に、モータ駆動力が急に抜けて減速するような感覚を乗員に与えないように、回転方向の切り替え制御の開始時に、モータＭの駆動力を徐々に弱めるように設定されている。

まず、ステップＳ２０では、図１４に示すテーブルＣの検索が実行される。テーブルＣは、回転方向切り替え制御の開始時、すなわち、図１０に示すデータテーブルで正転領域から逆転領域に移行してからの時間経過に伴って、モータＭのデューティＣを１００％から時刻ｔ１におけるゼロまで漸減させるように設定されている。続くステップＳ２１では、モータ駆動力×デューティＣによりモータ駆動力が決定される。この駆動力の漸減制御は、漸減制御手段２００（図１１参照）によって実行される。これにより、モータＭは、図１５のグラフの傾斜部ｃに示すように、漸減制御が開始される時刻ｔ２における回転速度Ｖ１から所定の減速度で減速される。

図１３のステップＳ２２では、一定時間が経過したか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ２３に進み、否定判定されるとステップＳ２０に戻る。ステップＳ２３では、モータＭを停止させるために電磁ブレーキ出力制御が実行される。これは、駆動力抜け感を与えないために漸減制御を実行するのは一定時間の間とし、その後は、逆に電磁ブレーキ制御によって積極的にモータＭの正転駆動にブレーキをかけて、駆動力抜けの時間を可能な限り短縮するためである。

モータＭは、ＨＩ側およびＬＯ側からなるＦＥＴの組を２組有するＨ型ブリッジによって駆動されている。そして、正転駆動時は、一方側のＨＩ側およびＬＯ側のＦＥＴを共にオンとすると共に他方側の１組を共にオフとし、また、逆転駆動時は、このオンオフ関係を逆にすることで正逆方向の切り替えを可能としている。上記した電磁ブレーキは、２つのＬＯ側のＦＥＴをオンにすることで、モータＭとアースとによって閉回路を構成し、逆向きに生じる起電力によってモータＭにブレーキをかけるものである。

ステップＳ２４では、モータＭが停止したか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ２５に進み、否定判定されるとステップＳ２３に戻って電磁ブレーキ制御を継続する。次に、ステップＳ２５では、クラッチ回転速度差ΔＮｅが算出される。

前記したように、クラッチ接続制御手段２０２および漸増制御手段２０３は、モータＭの回転方向を一方側から他方側に切り替える際に、他方側に切り替わった後の加速をスムーズに実行すると共に切り替え制御の所用時間を短縮するために機能するものである。すなわち、ここでは、モータＭが逆転に転じた後の加速時が制御対象となる。

ステップＳ２５におけるクラッチ回転速度差ΔＮｅは、モータＭのモータ駆動軸４１の回転速度と、高速ギヤ列Ｈの減速比を考慮した車軸４６の回転速度との差によって求められる。すなわち、クラッチ回転速度差ΔＮｅは、第１ワンウェイクラッチ４２ａを接続するために埋める必要のある回転速度に相当する。

ステップＳ２６では、図１６に示すテーブルＤの検索が実行される。テーブルＤは、クラッチ回転速度差ΔＮｅが所定値を下回る場合には、ΔＮｅの減少に伴ってモータＭのデューティＤを所定の下限値までの間で徐々に減少させるように設定されている。続くステップＳ２７では、このテーブルＤで導出されたデューティＤによってモータＭを駆動することで、ΔＮｅが小さい場合は第１のワンウェイクラッチ４２ａ（図３参照）が接続される際のショックを低減し、かつ、ΔＮｅが大きい場合は素早く加速してモータＭの正転から逆転への切り替えが素早く実行されるように構成されている。

次に、ステップＳ２８では、回転数差がゼロ以下になったか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ２９に進み、否定判定されるとステップＳ２５に戻る。ステップＳ２９では、図１７に示すテーブルＥの検索が実行される。テーブルＥは、第１のワンウェイクラッチ４２ａが接続されてからの時間経過に伴って、モータＭのデューティＥを１００％まで漸増させるように設定されている。ステップＳ３０では、モータ駆動力×ＥによってモータＭを駆動することで、第１のワンウェイクラッチ４２ａが接続されてからの駆動力を徐々に増大させる。この駆動力の漸減制御は、漸増制御手段２０３（図１１参照）によって実行され、これにより、モータＭが逆転方向に加速する際の駆動力変動を低減することが可能となる。上記したような駆動力制御により、図１８に示すグラフの時刻ｔ１〜ｔ２の斜線ｄおよび時刻ｔ２〜ｔ３の斜線ｅのように、逆転に切り替わった後の加速が２段階で実行されることとなり、スムーズかつ迅速な切り替え制御を可能としている。

そして、ステップＳ３１では、一定時間が経過したか否かが判定され、否定判定されるとステップＳ２９に戻り、一方、肯定判定されると、そのまま一連の制御を終了する。なお、図１１〜１８を用いて説明した、モータ回転方向の切り替え制御は、モータＭを逆転から正転に切り替える際にも同様に実行することができる。これにより、高速ギヤ列Ｈで走行中に素早く加速するために低速ギヤ列Ｌに切り替える、いわゆる、キックダウン変速が実行される際の変速ショックを低減することが可能となる。

なお、電動パワーユニットを構成する伝動ケースの形状、減速ギヤを収納する減速機ケースの形状、ワンウェイクラッチの構造や形状、ワンウェイクラッチの配設位置、ツーウェイ遠心クラッチの構造、高速ギヤ列および低速ギヤ列の変速比の比率や軸配置等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、伝動ケースは、遠心クラッチを有した状態で前後分割式に構成してもよい。本発明に係る電動パワーユニットは、電動二輪車に限られず、鞍乗型の三／四輪車等の各種車両に適用することが可能である。

１…電動二輪車（電動車両）、２…車体フレーム、４１…モータ出力軸、４１ａ…外側モータ出力軸、４２…高速側駆動ギヤ、４３…低速側駆動ギヤ、４５…アイドルギヤ、４６…車軸、４７…高速側従動ギヤ、７９…低速側従動ギヤ、４２ａ…第１のワンウェイクラッチ、４３ａ…第２のワンウェイクラッチ、６０…伝動ケース、７２…収納空間、７２ａ…減速機ケース、８０…遠心クラッチ、Ｈ…高速ギヤ列（第１のギヤ列）、Ｌ…低速ギヤ列（第２のギヤ列）、Ｍ…モータ、Ｐ…電動パワーユニット、ＷＲ…後輪

Claims (10)

1. モータ（Ｍ）により駆動輪（ＷＲ）を駆動する電動車両（１）の電動パワーユニット（Ｐ）において、
   前記モータ（Ｍ）の一方向の回転のみを伝達する第１のワンウェイクラッチ（４２ａ，１５２）および前記モータ（Ｍ）の他方向の回転を伝達する第２のワンウェイクラッチ（４３ａ，１５５）と、
   前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ，１５２）に接続されると共に、第１の減速比を構成する第１のギヤ列（Ｈ，Ｈ３）と、
   前記第２のワンウェイクラッチ（４３ａ，１５５）に接続されると共に、前記第１のギヤ列（Ｈ，Ｈ３）に対し前記駆動輪（ＷＲ）の回転方向が同方向となるようにアイドルギヤ（４５）が付加されて第２の減速比を構成する第２のギヤ列（Ｌ，Ｌ３）とを具備することを特徴とする電動パワーユニット。
2. 前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）は、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）上に隣接して設けられており、
   前記第１のギヤ列（Ｈ）および第２のギヤ列（Ｌ）は、前記モータ（Ｍ）が取り付けられる伝動ケース（６０）に減速機ケース（７２ａ）が取り付けられて設けられた収容空間（７２）に収納されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーユニット。
3. 前記第１のワンウェイクラッチ（１５２）および第２のワンウェイクラッチ（１５５）は、前記モータ（Ｍ）を挟んで該モータ（Ｍ）の出力軸（１５０）の両端に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーユニット。
4. 前記第１のギヤ列（Ｈ）および第２のギヤ列（Ｌ）は、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）と前記駆動輪（ＷＲ）の車軸（４６）との間に設けられたギヤ列で構成されており、
   前記アイドルギヤ（４５）は、車体側面視で、前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）と前記車軸（４６）との間かつ車体下方の位置に配設されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーユニット。
5. 前記第２の減速比は、前記第１の減速比より大きい値とされることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーユニット。
6. 前記モータ（Ｍ）の回転方向を制御する制御装置（７０）を備え、
   前記制御装置（７０）は、車速およびスロットル開度に基づいて負荷の大きさを規定するデータテーブルを用いて低負荷領域または高負荷領域であることを判別する判別手段（７０ａ）を備えると共に、前記低負荷領域においては、前記第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）の接続方向に前記モータ（Ｍ）を駆動し、前記高負荷領域においては、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）の接続方向に前記モータ（Ｍ）を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーユニット。
7. 前記データテーブルにおいて、前記モータ（Ｍ）の回転方向を切り替える境界として正転用と逆転用の２つのライン（Ａ，Ｂ）を設定し、
   前記２つのライン（Ａ，Ｂ）の間では、前記モータ（Ｍ）の正転および逆転の両方の状態を存在させ、前記モータ（Ｍ）の回転方向の切り替えタイミングにヒステリシスを持たせることを特徴とする請求項６に記載の電動パワーユニット。
8. 前記モータ（Ｍ）の出力軸（４１）の一端側に設けられる前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）に対して、前記モータ（Ｍ）を挟んだ他端側の位置に、前記モータ（Ｍ）が正逆いずれの方向に回転しても接続されるツーウェイ式の遠心クラッチ（８０）が配置されており、
   前記出力軸（４１）に、前記第１のワンウェイクラッチ（４２ａ）および第２のワンウェイクラッチ（４３ａ）と、前記遠心クラッチ（８０）のクラッチアウタ（８３）とが支持されており、
   前記出力軸（４１）を回転自在に挿通する円筒状の外側出力軸（４１ａ）に、前記遠心クラッチ（８０）のクラッチインナ（８３）が支持されていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーユニット。
9. 前記制御装置（７０）が、前記モータ（Ｍ）の回転方向を切り替えるための減速駆動時に、前記モータ（Ｍ）の駆動力を漸次低減させる漸減制御手段（２００）と、前記モータ（Ｍ）への通電量がゼロとなった後に前記モータ（Ｍ）の惰性回転に電磁ブレーキをかける電磁ブレーキ制御手段（２０１）とを具備することを特徴とする請求項６に記載の電動パワーユニット。
10. 前記制御装置（７０）が、前記モータ（Ｍ）の回転方向の切り替えるための加速駆動時に検出された車速と前記モータ（Ｍ）の回転数の差に応じて、前記モータ（Ｍ）への通電デューティを変化させて前記第１または第２のワンウェイクラッチ（４２ａ，４３ａ）の接続回転数近傍にて前記モータ（Ｍ）の駆動力を低減させるクラッチ接続制御手段（２０２）と、前記第１または第２のワンウェイクラッチ（４２ａ，４３ａ）が接続された後に前記モータ（Ｍ）の駆動力を徐々に増加させる漸増制御手段（２０３）とを具備することを特徴とする請求項９に記載の電動パワーユニット。