JP2020111317A - 電動オートバイのためのスイングアーム同心モーター駆動 - Google Patents

電動オートバイのためのスイングアーム同心モーター駆動 Download PDF

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Abstract

【課題】 スイングアームリヤサスペンション及び電力駆動モーターを有するオートバイを提供すること。【解決手段】 オートバイは、モータ軸を定義する出力シャフトを有するで電気モーターと、オートバイを推進するために電気モーターに駆動されるよう連結される後輪と、後輪を回転可能に支持するスイングアームと、フレームとを含む。フレームは電気モーター及びスイングアームを支持するメインフレーム部材を含む。電気モーターのケースは、メインフレーム部材とスイングアームとの間における該フレームのストレスメンバーである。スイングアームは電気モーターのケースに連結されて、モーター軸と同軸のスイングアーム枢動軸を定義する。【選択図】 図１

Description

本願は、２０１９年１月７日に出願された米国仮特許出願第６２／７８９３０２号の優先権を主張する。該仮特許出願の内容全体は、参照により本願に組み込まれる。
本発明は車両に関し、より具体的にはスイングアームリヤサスペンション及び電力駆動モーターを有するオートバイに関する。
一態様では、本発明は、オートバイであって、モーター軸を定義する出力シャフトを有する電気モーターと、当該オートバイを推進するために前記電気モーターに駆動されるよう連結される後輪と、後輪を回転可能に支持するスイングアームと、フレームとを含むオートバイを提供する。フレームは電気モーター及びスイングアームを支持するメインフレーム部材を含む。電気モーターのケースは、該メインフレーム部材と前記スイングアームとの間における該フレームのストレスメンバーである。スイングアームは電気モーターのケースに連結されて、モーター軸と同軸のスイングアーム枢動軸を定義する。
別の態様では、本発明は、オートバイであって、当該オートバイを推進するために動作する電気モーターであって、該電気モーターの回転子を取り囲む該電気モーターのケースは、当該オートバイのフレームストレスメンバーである、電気モーターを含むオートバイを提供する。オートバイのドライブトレインは電気モーターにより回転可能な駆動スプロケットと、当該オートバイの後輪に連結される被駆動スプロケットと、該駆動スプロケットと該被駆動スプロケットとの間で広がるエンドレス駆動部材とを含む。スイングアームは後輪を支持し、当該オートバイ上にあるスイングアームの枢動軸は、駆動スプロット及び電気モーターの回転子双方の軸でもある。
図１は、一実施形態に係るオートバイの斜視図である。 図２は、図１のオートバイの右側の側面図である。 図３は、図１のオートバイの左側の側面図である。 図４は、モーター、フレーム及びスイングアームを含む図1のオートバイの一部の斜視図である。 図５は、図４に示すオートバイの部分の分解組立図である。 図６は、図３の線６−６に沿ったオートバイの断面である。 図７は、図６の断面から取られたモーターの出力側の詳細図である。
本発明の態様を詳細に説明する前に、本発明はその適用において、以下の説明に記載の又は以下の図面に示す構成要素の構成及び配置の詳細に限定されない。本発明は他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施するか又は行うことができる。
図１は、本開示の一実施形態に係るオートバイ２０を示す。オートバイ２０は前輪２２、後輪２４（例えば、１つの前輪２２と、１つの軌道を定義するために前輪２２と一直線に配置される１つの後輪２４と）を含む。オートバイ２０はメインフレーム２８を有するフレーム構造を含む。フロントフォーク３２は前輪２２をメインフレーム２８の前で支持する。フロントフォーク３２は、メインフレーム２８のヘッドチューブ（head tube）３６に回転可能に連結されている。運転手がフロントフォーク３２及び前輪２２の向きを制御することができるようにハンドルバー４０がフロントフォーク３２に連結されている。リアスイングアーム４４は、後輪２４がリアスイングアーム４４内で回転できるように支持し、リアスイングアーム４４は、後輪２４及びスイングアーム４４が共にメインフレーム２８に対して軸Ａを中心に枢動サスペンション動作（pivoting suspension movement）できるようにする（図４）。軸Ａでの枢動支持に加えて、スイングアーム４４は（例えばコイルバネ及び油圧ダンパーを含む）ショックアブゾーバーユニット４６を介してメインフレーム２８に連結されている。オートバイ２０は、少なくとも１つのシート４８（例えば、オペレータ及び任意で後部同乗者のためのサドルシート）と、少なくとも一組のフットサポート５０（例えば、横方向に延びるフットペグ）とをさらに含む。
図示のように、オートバイ２０は、電力貯蔵部５４（例えばバッテリーパック）と、電力貯蔵部５４に電気的に連結される電気モーター５８とを含む電気パワートレインにより駆動される電動オートバイであり、オートバイ２０を駆動するために電力貯蔵部５４からの貯蔵電気エネルギーが回転運動エネルギーに変換される。図示のように、モーター５８は、駆動スプロケット６６（図４）と、後輪２４にしっかりと固定される被駆動スプロケット６８との周りに巻き付けられる環状体の形態のエンドレス駆動部材６２（例えばベルト又はチェーン）を介して後輪２４に動力を与える。以下でさらに詳細に説明するように、エンドレス駆動部材６２を駆動する駆動スプロケット６６は、軸Ａを中心に回転するように配置されている。また、駆動スプロケット６６は、軸Ａを中心に電気モーター５８の出力シャフト７０と一体的に回転するように固定されている。そのため、オートバイ２０には、電気モーター５８と駆動スプロケット６６との間のマルチスピードトランスミッションが設けられておらず、ギアボックスも設けられていない。これは、電気モーター５８を高トルク密度の高極数モーターとして提供することによりさらに促進され得る。
とりわけ図４及び図５を参照して、電気モーター５８は、主部材としてメインフレーム２８を含むオートバイフレームの一体的なストレスメンバー（stressed member）を形成する。メインフレーム２８は、ヘッドチューブ３６から後方且つ下方に延びるバックボーン２８Ａと、ヘッドチューブ３６から後方且つ下方にバックボーン２８Ａの下で延びるフロントダウンチューブ２８Ｂとを含む。バックボーン２８Ａ及びフロントダウンチューブ２８Ｂの双方は、電気モーター５８に（例えばその外周で）強固に連結される。バックボーン２８Ａ及びフロントダウンチューブ２８Ｂの電気モーター５８に接続されている部分は、電気モーター５８に別個に接続されるように互いに別れ且つ離間されている。バックボーン２８Ａは電気モーター５８に（例えば、複数のファスナージョイントを用いてモーターの上部に）直接的に連結され、フロントダウンチューブ２８Ｂは（例えば、バックボーン２８Ａの連結の前方にあるモーター上の位置で中間ブラケット７４及び複数の締結具を用いて）電気モーター５８に間接的に連結される。メインフレーム２８の連結のために、電気モーター５８は、図５に示すように複数のボス７６（例えば、モーターの径方向外縁に形成されるとともに軸Ａと平行に延びる締結具を受容するように適合されたボス）を備えることができる。しかしながら、図示のボス７６に加えて又は代えて、１つ以上の代替的な連結方法を用いることができる。電気モーター５８に連結される中間ブラケット７４の部分は、離間された左側部分及び右側部分に分岐する。同様に、バックボーン２８Ａ及びフロントダウンチューブ２８Ｂの双方の下端も分岐されている。なお、電気モーター５８は、例えばその底部において、フットサポート５０がメインフレーム２８等のフレームの他の部分よりもむしろ電気モーター５８に依存する（depend from）ようにフットサポート５０のための１つ以上の取り付け場所を提供する。図示のように、フットサポート５０は左側フットペグ及び右側フットペグを含み、フットペグ及び右側フットペグは、フットサポート５０の間で延びる中央フットサポートブラケット７８により互いに連結されるとともに電気モーター５８に連結される。
次にスイングアーム４４に移る。とりわけ図５〜図７を参照して、スイングアーム４４と電気モーター５８との間の２つの枢結ジョイントは、モーターの回転子８６を収容するために設けられるモーターハウジング又はケース８４の円筒状ボス8２のそれぞれにより形成される。回転子８６は、モーター５８が通電された場合に固定子（図示せず）及びモーターケース８４に対して回転するように駆動される回転アセンブリであり、例えば永久磁石を含む。ケース８４は、組み立てのために、例えば軸Ａと平行に合体される複数の部品で形成することができる。いくつかの構造では、モーターケース８４は、電力貯蔵部５４から電気モーター５８に電力を伝えるための電力機器（power electronics）を完全に又は部分的に収容し得る。ボス８２は、ケース８４の軸方向端面（例えば、平坦なリブ付のプレート）を越えて軸方向に突出するように形成されている。そのため、ボス８２は、ケース８４の最も幅広の点を形成し得る。図６及び図７に示すように、駆動側（図示するように運転手の右側）のボス８２は、回転子８６を覆うために軸Ａから径方向外方に延びるケース８４の部分とは別個の挿入体として形成され得るが、他の構成も任意である。出力シャフト７０は、駆動側でボス８２を通って外に出る。非駆動側（non-drive side）では、図示のボス８２は、ケース８４の外周へと径方向に延びるケース８４の一部と一体的に形成され、回転子８６の一部又は全てにわたって横の軸方向（widthwise, axial direction）にも延び得る。各スイングアームジョイントにおいて、スイングアーム４４の前側分岐端部９０は、それぞれのボス８２と（例えば、ローラーベアリング等のベアリング９２を介して）連結されている。スイングアームベアリングクランプ９４は、スイングアーム４４を軸Ａに対して適所で維持するために、ベアリング９２の外側レースの周りで前側分岐端部９０に締結されている。各スイングアームベアリングクランプ９４は、図７に示すように、両側に端部フランジ又は肩部が配置される溝等のスイングアーム４４をモーター５８に対して適所に配置するための部位を含む。本願で図示及び説明した構成により、スイングアーム４４は、回転子８６及びモーター５８の出力シャフト７０の軸である軸Ａを中心に、駆動スプロケット６６と共にモーターケース８４に枢動可能に支持される。後輪２４からスイングアーム４４への負荷はさらにメインフレーム２８に伝達されるが、間接的にしか伝達されない。とりわけ、スイングアーム４４における負荷は２つの可能な経路を介して、即ち、ショックアブソーバユニット４６を介してメインフレーム２８のショックアブソーバマウント２８Ｃに、モーターケース８４を介してメインフレーム２８に伝達される。
駆動側のスイングアームジョイントは、駆動スプロケット６６と共に、モーターケース８４に固定されるカバー９６（図１及び図２）によって部分的に又は全体的に隠れているが、図４〜７では明確性のためにカバー９６が取り外されている。電気モーター５８の直ぐ前の追加のエンクロージャ１００（図１〜図３）は、モーター５８に駆動電力信号を供給するための電力機器を収容する。例えば、モーターインバータ、充電器及びＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１つ又は任意の組み合わせがエンクロージャ１００内に設けられ得る。電力機器エンクロージャ１００は、モーター５８に連結されて、電子機器が統合されたモータアセンブリ又は電力ユニットを形成する１つ以上の個々の部品により提供できる。
図６に示すように、モーター５８内の回転子８６は軸方向において、その内径部と比べて軸Ａから最も遠い外径端で大幅に広くなる断面形状を有する。例えば、回転子８６は、軸Ａに沿って切断した場合に「Ｉ」字状の断面（即ち、図６のように、軸Ａを含む平面に沿った断面）を有し得る。回転子の軸方向に測定した幅Ｗは、出力シャフト７０に固定される回転子８６の内側部から径方向の外端に隣接する最も広い点まで４、５又はそれ以上の因数で増加する半径の関数（function of radius）である。図６に示すように、この形状は大きな空間又はポケットを形成するため、第１のベアリング１０４及び/又は第２のベアリング１０６を回転子８６内に少なくとも部分的にネストできる（場合によっては完全にネストされる）。第１のベアリング１０４は、回転子８６の駆動側とは反対側に設けられる。第２のベアリング１０６は、回転子８６の駆動側で駆動スプロケット６６に隣接して設けられる。第２のベアリング１０６は、第１のベアリング１０４よりも大きな定格荷重を有することができる。第２のベアリング１０６は第１のベアリング１０４よりも幅が大きく及び／又は内部の回転要素の列の数が多い（例えば一列に対して複数列）構成とすることができる。第１のベアリング１０４及び第２のベアリング１０６は、出力シャフト７０をケース８４に対して支持する唯一のベアリングであり、ボス８２の突出部を除いて測定した場合であってもケース８４の外側の幅プロファイル（exterior width profile）内にその全体が位置する。一部の構成では、図示のように、ケース８４の軸方向端面は、ボス８２の径方向外側で平坦であり、第１のベアリング１０４及び第２のベアリング１０６は完全にこれらの２つの平坦な軸方向端面の間にある。図６に示すように、モーター５８のためのセンサ１０８（例えば回転位置センサ）がボス８２内の非駆動側に位置する。
軸方向において、スイングアーム４４の駆動側にある部分は、モーターケース８４の隣接する軸方向端面と駆動スプロケット６６との間に位置する。即ち、駆動スプロケット６６はスイングアーム枢結ジョイントの外側に位置する。駆動スプロケット６６とスイングアーム枢結ジョイントとの間にスペーサリング１１２が軸方向に設けられ得る。スペーサリング１１２は駆動スプロケット６６とスイングアーム枢結ジョイントとの間で軸方向に配置される唯一の部品であり得る。スペーサリング１１２は出力シャフト７０の肩部に当接して、駆動スプロケット６６を後輪２４上の被駆動スプロケット６８との整合のために正しい位置にセットできる。出力シャフト７０にねじ込まれるボルト１１６は、別個のワッシャと共に又は別個のワッシャなしで駆動スプロケット６６を出力シャフト７０の軸端に固定する。駆動スプロケット６６は出力シャフト７０と一体的に回転するためにスプライン結合されているか、固定されているか（keyed）、あるはロックされている。
上述の構成は、スイングアーム枢動軸と同軸の出力軸Ａを有する電動オートバイモーター５８を提供する。さらに、スイングアーム４４の前端はモーターケース８４の支持部（例えば、ボス８２）と相互作用し、それらの間にはベアリング９２があるだけであるため、スイングアーム４４のための別個の枢動シャフトが存在しない。スイングアーム４４をモーター出力軸Ａと同軸に枢動させることにより、スイングアーム４４の運動距離（travel）に亘って駆動スプロケット６６と被駆動スプロケット６８との間の中心距離の変動が排除されるため、オートバイ２０は広範なサスペンショントラベルに適応できる。エンドレス駆動部材６２における張力は、サスペンショントラベルに伴って変化しないため、耐久性が改善される一方で、効率のために張力を最適化することができる。
本発明の様々な特徴及び利点は、以下の特許請求の範囲に記載されている。
２０ オートバイの
２２ 前輪
２４ 後輪
２８ メインフレーム
３２ フロントフォーク
３６ ヘッドチューブ
４０ ハンドルバー
４４ スイングアーム
４６ ショックアブゾーバーユニット
４８ シート
５０ フットサポート
５４ 電力貯蔵部
５８ 電気モーター
６２ エンドレス駆動部材
６６ 駆動スプロケット
６８ 被駆動スプロケット
７０ 出力シャフト
７４ 中間ブラケット
７６ ボス
７８ 中央フットサポートブラケット
８２ 円筒状ボス
８４ モーターケース
８６ 回転子
９２ ベアリング
９４ スイングアームベアリングクランプ
１００ エンクロージャ
１０４ 第１のベアリング
１０６ 第２のベアリング

Claims (17)

  1. オートバイであって、
    モーター軸を定義する出力シャフトを有する電気モーターと、
    当該オートバイを推進するために前記電気モーターに駆動されるよう連結される後輪と、
    前記後輪を回転可能に支持するスイングアームと、
    前記電気モーター及び前記スイングアームを支持するメインフレーム部材を含むフレームであって、前記電気モーターのケースは、該メインフレーム部材と前記スイングアームとの間における該フレームのストレスメンバーである、フレームと、
    を含み、
    前記スイングアームは前記電気モーターのケースに連結されて、前記モーター軸と同軸のスイングアーム枢動軸を定義する、オートバイ。
  2. 前記出力シャフトの端部は前記電気モーターのケースの外に出て、エンドレス駆動部材により前記後輪の被駆動スプロケットに連結される駆動スプロケットを該端部の上で固定された関係で支持する、請求項1に記載のオートバイ。
  3. 前記メインフレーム部材はバックボーン及びフロントダウンチューブを含み、該バックボーン及び該フロントダウンチューブは前記電気モーターのケースの外周に独立して固定される、請求項1に記載のオートバイ。
  4. エンドレス駆動部材を介して前記後輪を駆動するための駆動スプロケットが、前記スイングアームの外側の位置で前記モーター軸に沿って位置している、請求項1に記載のオートバイ。
  5. 前記スイングアームの前端は、前記モーター軸上にスイングアームピボットを形成するために、それぞれのベアリングにより前記電気モーターのケースに連結される左側及び右側を含む、請求項1に記載のオートバイ。
  6. 前記それぞれのベアリングは、前記スイングアームの前端に締結されるベアリングクランプによりそれぞれ取り囲まれている、請求項５に記載のオートバイ。
  7. 前記電気モーターの回転子は、該回転子のそれぞれ端部にポケットがそれぞれ形成される「Ｉ」字状の断面形状を有し、前記オートバイは、前記電気モーターのケース内で前記回転子を支持する第１のベアリング及び第２のベアリングをさらに含み、該第１のベアリング及び該第２のベアリングは、前記回転子の前記ポケット内にそれぞれネストされる、請求項1に記載のオートバイ。
  8. 前記第１のベアリングは、駆動スプロケットを有する駆動側から離れており、前記第２のベアリングは該駆動側に隣接し、前記第２のベアリングの前記枢動軸沿いの寸法は、前記第１のベアリングの同様に測定される寸法よりも大きい、請求項７に記載のオートバイ。
  9. 前記電気モーターのケースに依存する一組のフットサポートをさらに含む、請求項１に記載のオートバイ。
  10. オートバイであって、
    当該オートバイを推進するために動作する電気モーターであって、該電気モーターの回転子を取り囲む該電気モーターのケースは、当該オートバイのフレームストレスメンバーである、電気モーターと、
    前記電気モーターにより回転可能な駆動スプロケットと、当該オートバイの後輪に連結される被駆動スプロケットと、該駆動スプロケットと該被駆動スプロケットとの間で広がるエンドレス駆動部材とを含むドライブトレインと、
    前記後輪を支持するスイングアームと、
    を含み、
    前記オートバイ上にある前記スイングアームの枢動軸は、前記駆動スプロケット及び前記電気モーターの回転子双方の軸でもある、オートバイ。
  11. 前記駆動スプロケットは前記電気モーターの出力シャフト上に取り付けられる、請求項１０に記載のオートバイ。
  12. 前記駆動スプロケットは、前記スイングアームの外側の位置で前記枢動軸に沿って位置している、請求項１０に記載のオートバイ。
  13. 前記スイングアームの前端は、前記枢動軸上にスイングアームピボットを形成するために、それぞれのベアリングにより前記電気モーターのケースに連結される左側及び右側を含む、請求項１０に記載のオートバイ。
  14. 前記それぞれのベアリングは、前記スイングアームの前端に締結されるベアリングクランプによりそれぞれ取り囲まれている、請求項１３に記載のオートバイ。
  15. 前記回転子は、該回転子のそれぞれ端部にポケットがそれぞれ形成される「Ｉ」字状の断面形状を有し、前記オートバイは、前記電気モーターのケース内で前記回転子を支持する第１のベアリング及び第２のベアリングをさらに含み、該第１のベアリング及び該第２のベアリングは、前記回転子の前記ポケット内にそれぞれネストされる、請求項１０に記載のオートバイ。
  16. 前記第１のベアリングは前記駆動スプロケットから離れており、前記第２のベアリングは前記駆動スプロケットに隣接し、前記第２のベアリングの前記枢動軸沿いの寸法は、前記第１のベアリングの同様に測定される寸法よりも大きい、請求項１５に記載のオートバイ。
  17. 前記電気モーターのケースに依存する一組のフットサポートをさらに含む、請求項１０に記載のオートバイ。
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