JP2016130041A - 電動駆動装置および電動二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる電動駆動装置および電動二輪車を提供する。
【解決手段】少なくも１つの電動モータ３と、電動モータ３の回転力が動力伝達機構５を介して伝達される出力軸３６と、を備えた電動駆動装置１において、電動モータ３の回転軸２１は、出力軸３６に対して交差するように配置されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動駆動装置および電動二輪車に関するものである。

従来から、エンジンに代わって電動モータの駆動力を利用して走行する電動二輪車等が知られている。
エンジンから電動モータへの具体的な置換方法としては、例えば、エンジンのクランク軸に連結されていた変速ギヤの入力軸等に、電動モータのロータ回転軸を連結する方法がある。そして、電動モータのロータ回転軸と、変速ギヤの入力軸とが平行に配置される。

特開２０１３−７１７１６号公報 国際公開第２０１２／０５９９５９号

しかしながら、上述の従来技術にあっては、電動モータ、変速ギヤ、およびこの変速ギヤを車輪に連結する機構部を全て専用設計する必要があり、製品にするまでのコストと時間がかかってしまうという課題があった。

また、エンジンが搭載されている自動二輪車（以下、単に自動二輪車という）に電動モータを搭載して電動二輪車とする場合、エンジンと、エンジンに関わる部品の全てを省いた後、その省いたスペースに電動モータを配置する必要がある。すなわち、自動二輪車は、エンジンと変速ギヤとが一体化されていることが多く、変速ギヤを含めたエンジン全体を取り外して電動モータと変速あるいは減速ギヤとを搭載する必要がある。このため、エンジンを電動モータに置き換えるために廃棄する部品が多くなってしまうばかりか、結局は、変速あるいは減速ギヤを新たに設計する必要がある。したがって、既存の部品を有効活用できず、製品にするまでのコストと時間がかかってしまうという課題があった。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる電動駆動装置および電動二輪車を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電動駆動装置は、少なくも１つの電動モータと、前記電動モータの回転力が動力伝達機構を介して伝達される出力軸と、を備えた電動駆動装置において、前記電動モータのロータ回転軸は、前記出力軸に対して交差するように配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、エンジン駆動の場合に用いられるクランク軸スペースを利用し、シリンダ等が配置されていたスペースを有効活用して電動モータを配置できる。そして、この電動モータの回転力を変速ギヤの入力軸に伝達することができる。すなわち、エンジン部分を電動モータに置き換えるだけで、従来と同様に例えば二輪車等を走行させることが可能になる。このため、既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる。

本発明に係る電動駆動装置は、前記電動モータのロータ回転軸は、前記出力軸に対して直交するように配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、電動モータの回転力を、できる限り効率よく出力軸に伝達することができる。

本発明に係る電動駆動装置は、前記電動モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする。

このように構成することで、電動モータの配置スペースを省スペース化できる。また、電動モータの製造コストを低減できる。

本発明に係る電動駆動装置は、前記動力伝達機構は、べベルギヤにより構成されていることを特徴とする。

このように構成することで、簡素な構造で出力軸に対して電動モータのロータ回転軸を交差させることができると共に、電動モータの回転力を、効率よく出力軸に伝達させることができる。

本発明に係る電動二輪車は、上記に記載の電動駆動装置を搭載した電動二輪車であって、前記電動モータは、車幅方向中央で、かつ前後方向に沿う平面上に前記ロータ回転軸が配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、車体の左右の重量バランスを是正することができ、電動二輪車の直進性を高めることができる。

本発明に係る電動二輪車は、エンジンのシリンダケース内に前記電動モータを配置し、前記出力軸を変速機の入力軸に連結したことを特徴とする。

このように構成することで、シリンダケースを利用して電動モータを固定することができる。このため、既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる電動二輪車を提供できる。

本発明によれば、エンジン駆動の場合に用いられるクランク軸スペースを利用し、シリンダ等が配置されていたスペースを有効活用して電動モータを配置できる。そして、この電動モータの回転力を変速ギヤの入力軸に伝達することができる。すなわち、エンジン部分を電動モータに置き換えるだけで、従来と同様に例えば二輪車等を走行させることが可能になる。このため、既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる。

本発明の第１実施形態における電動二輪車の要部拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態における電動駆動装置の断面図である。 本発明の第２実施形態における電動駆動装置の断面図である。 本発明の第３実施形態における電動駆動装置の断面図である。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（電動二輪車）
図１は、電動二輪車１００の要部拡大斜視図である。
なお、以下の説明において、前後上下左右等の向きは、電動二輪車１００の向きと同一とする。すなわち、以下の説明では、進行方向前方を単に前方と称し、進行方向後方を単に後方と称し、前方をみて車幅方向右側を単に右側と称し、車幅方向左側を単に左側と称し、重力方向上側を単に上側と称し、重力方向下側（路面側）を単に下側と称して説明する。

図１に示すように、電動二輪車１００は、従来の自動二輪車に電動駆動装置１を搭載したものであって、前後方向に延びる車体フレーム１０１を有している。そして、この車体フレーム１０１の前後端に、それぞれ不図示の車輪が設けられている。また、車体フレーム１０１の前後方向略中央よりもやや後側には、上端にシート１０２が設けられている。一方、車体フレーム１０１のシート１０２とは反対側の下部には、シート１０２よりもやや前側に、電動駆動装置１が設けられている。この電動駆動装置１によって、後側の車輪（不図示）が回転駆動する。

（第１実施形態）
（電動駆動装置）
図２は、電動駆動装置１の断面図である。
同図に示すように、電動駆動装置１は、クランクケース４に設けられたモータケース２内に収納されている電動モータ３と、車体フレーム１０１に設けられたクランクケース４内に収納されている動力伝達機構５と、を備えている。なお、クランクケース４は、従来の自動二輪車に設けられていたものをそのまま流用している。

モータケース２は、後方に配置されたリヤケース６と、前方に向かって膨出するように略有底筒状に形成されたフロントケース７と、により構成されている。
リヤケース６の径方向略中央には、後方に向かって突出する筒状のボス部６ａが一体成形されている。このボス部６ａが、クランクケース４に形成された開口部１０１ａを介して後方に向かって突出している。

一方、フロントケース７は、開口部７ａをリヤケース６側に向けて配置されている。開口部７ａには、外フランジ部８が一体成形されている。この外フランジ部８とリヤケース６とが、ボルト９によって締結固定されている。
また、フロントケース７の底部７ｂには、径方向略中央に、後方に向かって突出する筒状のボス部１０が一体成形されている。ボス部１０の先端には、段差により縮径形成された縮径部１１が形成されている。この縮径部１１に電動モータ３のステータ１２が固定されている。

（電動モータ）
電動モータ３は、いわゆるアウタロータ型のブラシレスモータであって、ステータ１２の他に、ボス部１０に回転自在に支持されるロータ１３と、ロータ１３の回転位置を検出し、ロータ１３の回転制御を行うためのセンサ１４と、を備えている。
ステータ１２は、略円環状のステータコア１５を有しており、このステータコア１５がボス部１０の縮径部１１に外嵌されている。ステータコア１５は、電磁鋼板を複数積層したり軟磁性粉を加圧成形したりしてなる。

ここで、ボス部１０に形成されている縮径部１１の段差面１１ａには、複数の雌ネジ部１６が周方向に等間隔で刻設されている。一方、ステータコア１５には、雌ネジ部１６に対応する位置に軸方向に貫通するネジ挿入孔１５ａが形成されている。そして、ネジ挿入孔１５ａにボルト１７を挿入し、このボルト１７を雌ネジ部１６に螺入することにより、ボス部１０にステータ１２が締結固定される。

また、ステータコア１５は、径方向外側に向かって放射状に突出する複数のティース１８を有している。各ティース１８には、このティース１８に装着されたインシュレータ１９を介してコイル２０が巻回されている。

ロータ１３は、回転軸２１と、回転軸２１に外嵌固定されているロータヨーク２２と、を備えている。
回転軸２１は、その前端部２１ａが、フロントケース７のボス部１０に内嵌固定されている軸受２３に回転自在に支持されている。一方、回転軸２１の後端部２１ｂは、リヤケース６のボス部６ａの先端に内嵌固定されている軸受２４に回転自在に支持されている。さらに、回転軸２１の後端部２１ｂは、軸受２４を介して後方に向かって突出し、動力伝達機構５に臨まされている。このように、回転軸２１は、車幅方向（左右方向）中央で、かつ前後方向に沿う平面Ｈ１上に配置されている。

回転軸２１の軸方向略中央よりもステータ１２側には、段差により拡径形成された大径部２５が設けられている。この大径部２５にロータヨーク２２が外嵌固定されている。
ロータヨーク２２は、ステータ１２を後方から覆うように略有底筒状に形成されている。ロータヨーク２２の底部２２ａには、径方向略中央に、嵌合筒部２６がステータ１２側に向かって突設されている。そして、嵌合筒部２６が回転軸２１の大径部２５に外嵌固定されている。
また、ロータヨーク２２の周壁２２ｂには、内周面側に複数のマグネット２７が周方向に磁極が順番となるように配置されている。

このように構成されたロータ１３の回転位置を検出するセンサ１４は、フロントケース７の底部７ｂに設けられたセンサ基板２８を有している。センサ基板２８は、フロントケース７の底部７ｂに形成されている台座２９にボルト３０によって締結固定されている。
センサ基板２８は、その一部がロータ１３に設けられたマグネット２７と軸方向で対向するように形成されている。そして、センサ基板２８には、マグネット２７の前端部と径方向で対向する磁気検出素子３１が実装されている。この磁気検出素子３１がマグネット２７の磁束の変化を検出することにより、ロータ１３の回転位置を検出できる。

センサ１４による検出結果は、信号として不図示のコントローラに出力される。また、ステータ１２に巻回されているコイル２０も不図示のコントローラに電気的に接続されている。
このような構成のもと、マグネット２７の回転位置に基づいて、不図示のコントローラから所望のコイル２０に選択的に電流が供給されると、ステータ１２に生じる磁束とマグネット２７との間で磁気的な吸引力や反発力が作用する。すると、ロータヨーク２２が回転し、さらに、このロータヨーク２２と一体化された回転軸２１が回転する。

（動力伝達機構）
動力伝達機構５に臨まされた回転軸２１の後端部２１ｂには、クランクケース４内に収納された第１ベベルギヤ３２が外嵌固定されている。この第１ベベルギヤ３２は、動力伝達機構５を構成している。動力伝達機構５は、第１べベルギヤ３２の他に、この第１べベルギヤ３２に噛合される第２ベベルギヤ３３を有している。
第２ベベルギヤ３３は、出力軸３６に外嵌固定されている。この出力軸３６は、クランクケース４に設けられている軸受３４，３５に回転自在に支持されている。また、出力軸３６は、ロータ１３の回転軸２１に対して直交する方向（左右方向）に延在しており、動力伝達機構５（第１ベベルギヤ３２および第２ベベルギヤ３３）を介して回転軸２１の回転力が伝達されるようになっている。

出力軸３６は、クランクケース４内に収納されている箇所が段差により縮径形成されている。この縮径形成された箇所にカラー４０が外嵌されている。また、出力軸３６の左側端には、ベアリングナット３７が螺入されている。そして、このベアリングナット３７と、出力軸３６の段差部３６ａとにより、軸受３４、第２べベルギヤ３３、およびカラー４０が挟持された状態になっている。ここで、軸受３４は、クランクケース４に固定されているので、出力軸３６の軸方向への移動も、ベアリングナット３７、段差部３６ａ、軸受３４、第２べベルギヤ３３、およびカラー４０により規制されることになる。

一方、出力軸３６の右端には、不図示の変速機に動力を伝達するための動力伝達軸３８が一体成形されている。
ここで、電動モータ３やモータケース２が取り付けられている箇所は、従来のエンジンを構成するシリンダが配置されていた箇所である。

動力伝達軸３８の右端には、ピニオンギヤ３９が外嵌固定されている。このピニオンギヤ３９に不図示の変速機が連結され後輪へと動力が伝達される。

このような構成のもと、電動モータ３の回転軸２１の回転が、動力伝達機構５を介して出力軸３６（動力伝達軸３８）に伝達されると、ピニオンギヤ３９が回転する。さらに、このピニオンギヤ３９の回転が不図示の変速機介して後輪（不図示）に伝達され、電動二輪車１００が走行する。
ここで、電動モータ３の回転軸２１は、車幅方向（左右方向）中央で、かつ前後方向に沿う平面Ｈ１上に配置されている。このため、モータの重量物が左右の中心に位置する事で電動二輪車１００の姿勢を保ちやすくすることができ、電動二輪車１００の直進性が高められる。

このように上述の第１実施形態では、動力伝達機構５を介すことにより、出力軸３６（動力伝達軸３８）に対してロータ１３の回転軸２１が直交するように電動モータ３を配置している。このため、従来のエンジンが搭載されていた自動二輪車に用いられたクランク軸スペースを利用して自動二輪車を電動二輪車１００に変更できる。したがって、既存の部品を有効活用でき、電動二輪車１００の製品化までのコストと時間を短縮できる。

また、回転軸２１と出力軸３６とが直交しているので、動力伝達機構５を２つのべベルギヤ３２，３３だけの簡素な構造とすることができる。しかも、２つのべベルギヤ３２，３３を利用して回転軸２１の回転力を効率よく出力軸３６に伝達できる。
さらに、従来のエンジンを構成するシリンダが配置されていた箇所に電動モータ３を配置できるので、外観を損ねてしまうことを防止できる。

また、電動モータ３の回転軸２１は、車幅方向（左右方向）中央で、かつ前後方向に沿う平面Ｈ１上に配置されている。このため、電動二輪車１００の左右の重量バランスが良くなり、電動二輪車１００の姿勢を保ちやすくすることができ、電動二輪車１００の直進性を高めることができる。
さらに、電動モータ３やフロントケース７が前方に向いているので、電動二輪車１００を走行させた際、走行風によって電動モータ３を効率よく冷却することができる。

（第２実施形態）
（電動駆動装置）
次に、この発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
図３は、第２実施形態における電動駆動装置２０１の断面図である。なお、前述の第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する（以下の実施形態でも同様）。
図３に示すように、第２実施形態の電動駆動装置２０１は、フロントケース７が設けられておらず、リヤケース６にステータ１２が固定されている。この点、前述の第１実施形態と相違する。

具体的には、リヤケース６には、ボス部６ａの基端側で、かつ内周面側に、肉盛り部４１が形成されている。この肉盛り部４１のステータ１２側の端面には、複数の雌ネジ部４１ａが形成されている。雌ネジ部４１ａの個数、配置箇所は、ステータ１２に形成されているネジ挿入孔１５ａに対応している。
また、肉盛り部４１のステータ１２側の端面には、ザグリ部４２が形成されており、このザグリ部４２に支持筒部４３が載置されている。支持筒部４３の前端側には、段差により縮径形成された縮径部４４が形成されている。この縮径部４４に、ステータ１２が外嵌されている。

さらに、支持筒部４３には、肉盛り部４１の雌ネジ部４１ａ、およびステータ１２のネジ挿入孔１５ａに対応する位置に、軸方向に貫通する貫通孔４３ａが形成されている。そして、前方からステータ１２のネジ挿入孔１５ａ、支持筒部４３の貫通孔４３ａにボルト４５を挿入し、このボルト４５を肉盛り部４１の雌ネジ部４１ａに螺入することにより、リヤケース６に支持筒部４３およびステータ１２が締結固定される。

また、支持筒部４３の内周面には、前端側に軸受４６が内嵌固定されている。この軸受４６とリヤケース６の軸受２４とに、回転軸２１が回転自在に支持されている。回転軸２１の前端部２１ａは、軸受４６を介して前方に向かって突出している。この突出した回転軸２１の前端部２１ａに、ロータ１３が外嵌固定されている。ここで、ロータ１３のロータヨーク２２は、ステータ１２を前方から覆った状態になっている。すなわち、第１実施形態のロータヨーク２２の向きに対して逆向きに配置されている。

さらに、リヤケース６のボス部６ａには、軸受２４の前側に、この軸受け２４と隣接するようにオイルシール４７が内嵌固定されている。
第２実施形態では、フロントケース７が設けられていないので、オイルシール４７を設けることにより、クランクケース４内のオイルが外部に漏出してしまうことを防止している。

このように、上述の第２実施形態では、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、フロントケース７を省く分、電動駆動装置２０１の軽量化、製造コストの低減化を図ることができる。

（第３実施形態）
（電動駆動装置）
次に、この発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
図４は、第３実施形態における電動駆動装置３０１の断面図である。
同図に示すように、第３実施形態の電動駆動装置３０１は、従来のエンジンが搭載されていた自動二輪車に用いられたシリンダケース５０をモータケースとして利用し、シリンダケース５０内に電動モータ３０３を配置している。この点、前述の第１実施形態および第２実施形態と相違する。

具体的には、電動モータ３０３は、いわゆるインナーロータ型のブラシレスモータであって、シリンダケース５０にステータ３１２が内嵌固定されている。ステータ３１２には、インシュレータ３１９を介してコイル２０が巻回されている。
ロータ３１３は、回転軸３２１と、回転軸３２１に外嵌固定されたロータヨーク３２２と、を備えている。回転軸３２１の一端３２１ａは、シリンダケース５０内にブラケット５１を介して設けられた軸受５２に回転自在に支持されている。

ロータヨーク３２２は略円柱状に形成されており、径方向中央に、軸方向に貫通する貫通孔３２２ａが形成されている。この貫通孔３２２ａに、回転軸３２１が圧入されている。
また、ロータヨーク３２２の外周面には、マグネット３２７が設けられている。そして、このマグネット３２７とステータ３１２に生じる磁束とにより、磁気的な吸引力や反発力が作用してロータ３１３が回転する。

したがって、上述の第３実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、第１実施形態のようなモータケース２を必要とせず、しかも従来の自動二輪車に用いられていたシリンダケース５０を有効活用することができる。このため、電動駆動装置３０１の製造コストをさらに低減できる。
また、シリンダケース５０の表面に形成されている複数の放熱フィン５０ａにより、電動モータ３０３を効率よく冷却することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

例えば、上述の第３実施形態では、シリンダケース５０内に、電動モータ３０３を設けた場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではない。
すなわち、複数のシリンダケース５０は、シリンダの本数分だけ複数存在しているので、そのうちの１つのシリンダケース５０のみに、電動モータ３０３を設けると共に、残りのシリンダケース５０に収納されているシリンダ（不図示）を残し、このシリンダと電動モータ３０３とを併用するように構成してもよい。
また、例えば、各シリンダケース５０にそれぞれ電動モータ３０３を設け、これら電動モータ３０３を、それぞれ動力伝達機構５を介して出力軸３６（動力伝達軸３８）に連結するように構成してもよい。

また、上述の第３実施形態では、シリンダケース５０をモータケースとして使用し、シリンダケース５０内にステータ３１２が内嵌固定されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、モータケースを有する電動モータ３０３とし、この電動モータ３０３を、モータケースごとシリンダケース５０内に収納するように構成してもよい。この場合、電動モータ３０３としては、インナーロータ型に代わってアウタロータ型を採用することも可能である。

さらに、電動モータ３０３に代えてスイッチトリラクタンスモータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ ＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＭｏｔｏｒ）を採用してもよい。スイッチトリラクタンスモータは、ロータのロータコアの外周面にマグネット３２７が設けられていない。そして、ロータのロータコアの外周面に複数の突極が放射状に設けられている。これら突極がステータ３１２に生じる磁束に吸引され、ロータが回転するようになっている。
このように構成することで、モータサイズを小さくし、モータの配置スペースを省スペース化できる。

また、上述の実施形態では、電動二輪車１００に、電動駆動装置１，２０１，３０１を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、エンジンが搭載されたさまざまな装置（例えば、エンジンが搭載されている芝刈り機）に対し、従来搭載されているエンジンを、電動駆動装置１，２０１，３０１に置き換えることが可能である。
また、空冷エンジンに限らず、水冷エンジンを電動駆動装置１，２０１，３０１に置き換えることが可能である。水冷エンジンが搭載されている装置に対し、従来搭載されている水冷エンジンを、電動駆動装置１，２０１，３０１に置き換える場合、水冷システムをそのまま利用することによって電動駆動装置１，２０１，３０１を効率よく冷却できるので、好適である。

さらに、上述の実施形態では、出力軸３６（動力伝達軸３８）と回転軸２１，３２１とが直交している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、出力軸３６（動力伝達軸３８）と回転軸２１，３２１とが交差するように構成されていればよい。このように構成されていれば、既存の部品を有効活用でき、製品化までのコストと時間を短縮できる。

１，２０１，３０１…電動駆動装置
３，３０３…電動モータ
５…動力伝達機構
２１，３２１…回転軸（ロータ回転軸）
３２…第１ベベルギヤ（ベベルギヤ）
３３…第２ベベルギヤ（ベベルギヤ）
３６…出力軸
３８…クランク軸
５０…シリンダケース
１００…電動二輪車
Ｈ１…平面

Claims (6)

1. 少なくも１つの電動モータと、
   前記電動モータの回転力が動力伝達機構を介して伝達される出力軸と、
   を備えた電動駆動装置において、
   前記電動モータのロータ回転軸は、前記出力軸に対して交差するように配置されていることを特徴とする電動駆動装置。
2. 前記電動モータのロータ回転軸は、前記出力軸に対して直交するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
3. 前記電動モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動駆動装置。
4. 前記動力伝達機構は、べベルギヤにより構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動駆動装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電動駆動装置を搭載した電動二輪車であって、
   前記電動モータは、車幅方向中央で、かつ前後方向に沿う平面上に前記ロータ回転軸が配置されていることを特徴とする電動二輪車。
6. エンジンのシリンダケース内に前記電動モータを配置し、前記出力軸を変速機の入力軸に連結したことを特徴とする請求項５に記載の電動二輪車。

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