JP2021030853A - Wheel drive mechanism for electric two-wheel vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動二輪用の車輪駆動機構に関する。 The present invention relates to a wheel drive mechanism for electric motorcycles.
下記特許文献1には、鞍乗型電動車両が開示されている。この鞍乗型電動車両は、駆動輪と、駆動輪を駆動する電動モータと、電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリと、ライトユニットと、当該ライトユニットに設けられ、バッテリと電気的に接続された充電インレットとを備えるモータ駆動の自動二輪車である。すなわち、この鞍乗型電動車両は、電動モータの駆動力をチェーン等の伝達部材を介して後輪(駆動輪)に伝達することにより走行する電動二輪車である。 Patent Document 1 below discloses a saddle-mounted electric vehicle. This saddle-mounted electric vehicle is provided with a drive wheel, an electric motor for driving the drive wheel, a battery for storing electric power to be supplied to the electric motor, a light unit, and the light unit, and is electrically connected to the battery. It is a motor-driven motorcycle equipped with a charging inlet. That is, this saddle-mounted electric vehicle is an electric two-wheeled vehicle that travels by transmitting the driving force of the electric motor to the rear wheels (driving wheels) via a transmission member such as a chain.
ところで、鞍乗型電動車両では、電動モータの出力軸(回転軸)と後輪(駆動輪)の車軸(回転軸)とを平行配置し、両者間をスプロケットとチェーンとからなる伝達部材によって連結することによって、電動モータの回転動力を後輪に伝達する。 By the way, in a saddle-mounted electric vehicle, the output shaft (rotating shaft) of the electric motor and the axle (rotating shaft) of the rear wheels (driving wheels) are arranged in parallel, and the two are connected by a transmission member consisting of a sprocket and a chain. By doing so, the rotational power of the electric motor is transmitted to the rear wheels.
しかしながら、このような鞍乗型電動車両では、乗員、車両フレームあるいは/及びボディカバー等が障害となって、走行風を電動モータや当該電動モータを電気的に駆動する駆動回路に効果的に作用させて冷却(空冷)することが困難である。電動二輪車において、電動モータあるいは/及び駆動回路の冷却効率の向上は極めて重要な技術課題である。 However, in such a saddle-mounted electric vehicle, the occupant, the vehicle frame, and / or the body cover become obstacles, and the running wind effectively acts on the electric motor and the drive circuit that electrically drives the electric motor. It is difficult to cool (air-cool). In electric motorcycles, improving the cooling efficiency of electric motors and / and drive circuits is an extremely important technical issue.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電動二輪車における電動モータの冷却効率を従来よりも向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the cooling efficiency of an electric motor in an electric motorcycle as compared with the conventional case.
上記目的を達成するために、本発明では、車輪駆動機構に係る第1の解決手段として、電動モータを用いて車輪を回転駆動する車輪駆動機構であって、前記電動モータの出力軸と前記車輪の車軸とが直交関係にあり、所定の力伝達機構を用いて前記出力軸と車軸とを連結され、走行風の流れ方向において前記電動モータの上流側に当該電動モータを電気的に駆動する駆動回路が設けられる、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution relating to a wheel drive mechanism, a wheel drive mechanism for rotationally driving a wheel using an electric motor, the output shaft of the electric motor and the wheel. The output shaft and the axle are connected by using a predetermined force transmission mechanism, and the electric motor is electrically driven upstream of the electric motor in the flow direction of the traveling wind. The means that a circuit is provided is adopted.
本発明では、車輪駆動機構に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記力伝達機構はウォームギアであり、前記電動モータは、スイッチトリラクタンスモータあるいは誘導モータである、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution relating to the wheel drive mechanism, in the first solution, the force transmission mechanism is a worm gear, and the electric motor is a switched reluctance motor or an induction motor. Is adopted.
本発明では、車輪駆動機構に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記駆動回路は、前記電動モータよりも小型に形成されている、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solution relating to the wheel drive mechanism, in the first or second solution, the drive circuit is formed to be smaller than the electric motor.
本発明では、車輪駆動機構に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、前記駆動回路において前記走行風が衝突する先端面には、放熱フィンが設けられている、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solution for the wheel drive mechanism, in any of the first to third solutions, a heat radiation fin is provided on the tip surface of the drive circuit where the traveling wind collides. Adopt the means of being.
本発明では、車輪駆動機構に係る第5の解決手段として、上記第1〜第4のいずれかの解決手段において、前記放熱フィンは、前記先端面に衝突した前記走行風を外周に誘導する向きに形成されている、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solution relating to the wheel drive mechanism, in any one of the first to fourth solutions, the heat radiating fin has a direction in which the traveling wind colliding with the tip surface is guided to the outer circumference. Adopt the means that it is formed in.
本発明では、車輪駆動機構に係る第6の解決手段として、上記第1〜第5のいずれかの解決手段において、前記駆動回路の外周面及び前記電動モータの外周面には、各々に放熱フィンが設けられている、という手段を採用する。 In the present invention, as a sixth solution relating to the wheel drive mechanism, in any of the first to fifth solutions, heat radiation fins are provided on the outer peripheral surface of the drive circuit and the outer peripheral surface of the electric motor, respectively. Is provided.
本発明によれば、電動二輪車における電動モータの冷却効率を従来よりも向上させることが可能である。 According to the present invention, it is possible to improve the cooling efficiency of an electric motor in an electric motorcycle as compared with the conventional case.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電動二輪車Aは、比較的小型の自動二輪車であり、図1に示すように、車体フレーム1、フロントフォーク2、前輪3、ステアリングハンドル4、リアサスペンション5、後輪6、ボディカバー7、シート8、モータユニット9、力伝達機構10及びバッテリ11等を備えている。なお、図1には、電動二輪車Aの前後、左右及び上下を示す矢印が付記されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The electric two-wheeled vehicle A according to the present embodiment is a relatively small motorcycle, and as shown in FIG. 1, the body frame 1, the
車体フレーム1は、電動二輪車Aの機械的強度を担う所定形状の強度部品である。フロントフォーク2は、車体フレーム1の先端部に回動自在に設けられており、前輪3を伸縮自在に支持する。すなわち、このフロントフォーク2は、電動二輪車Aの走行におけるクッション性能を担う部品であり、下端部に前輪3が回動自在に装着されている。
The body frame 1 is a strength component having a predetermined shape that bears the mechanical strength of the electric motorcycle A. The
前輪3は、左右方向を車軸(前輪車軸)としてフロントフォーク2の下端部に設けられており、前輪車軸周りに回動自在である。ステアリングハンドル4は、フロントフォーク2の上端部において左右方向に突出するように設けられている。このステアリングハンドル4の左右端部(両端部)は、搭乗者が電動二輪車Aの走行方向を設定するために把持する部位である。
The front wheel 3 is provided at the lower end of the
リアサスペンション5は、車体フレーム1の後端部に設けられており、後輪6を伸縮自在に支持する。このリアサスペンション5は、フロントフォーク2と共に電動二輪車Aの走行におけるクッション性能を担う部品であり、下端部に後輪6が回動自在に装着されている。後輪6は、上述した前輪3と同様に、左右方向を車軸(後輪車軸6a)としてリアサスペンション5の下端部に設けられており、後輪車軸6a周りに回動自在である。この後輪6は、電動二輪車Aの駆動輪である。
The
ボディカバー7は、車体フレーム1及び幾つかの部品を覆う樹脂製部材であり、各種部品の保護及び空力特性の確保を担う。このボディカバー7において、前後方向の略中央部には、搭乗者が足を置くフットボード7aが形成されている。また、このボディカバー7において、前輪3の後方部位には、走行風を取り入れる開口(走行風取入口7b)が設けられている。シート8は、車体フレーム1の上に設けられており、搭乗者が座る座席である。
The
モータユニット9は、電動二輪車Aの走行における動力源であり、図示するようにシート8の下かつフットボード7aの後方に設けられている。このモータユニット9は、図2にも示されているように、出力軸9a(回転軸)が前後方向となる姿勢で車体フレーム1に固定されている。このようなモータユニット9は、バッテリ11から給電される直流電力に基づいて出力軸9a周りに回転動力を発生させる。
The
このモータユニット9について図2を参照してさらに詳しく説明すると、モータユニット9は、モータ本体部9bとPCU部9cとを備えている。モータ本体部9bは、所定径及び所定長さを有する円柱状のモータ筐体9dを備えている。また、このモータ筐体9dは、前後方向に平行する一対の端面と、放熱フィン9eが所定間隔で形成された円環状の周面とを備えている。
The
放熱フィン9eは、モータ筐体9dの周面において、前後方向に延在すると共に所定厚さを有する帯状部である。このようなモータ筐体9dの内部には、出力軸9a(回転軸)が前後方向となる姿勢で電動モータが収容されている。この電動モータは発熱部品である。モータ筐体9dの放熱フィン9eは、電動モータが発する熱を効果的に空気中に放出するために設けられている。また、本実施形態における電動モータは、例えばスイッチトリラクタンスモータあるいは誘導モータである。
The
PCU部9cは、モータ本体部9b(モータ筐体9d)における一対の端面のうち、前方側に位置する端面上に設けられており、所定径及び所定長さを有する円柱状のPCU筐体9fを備えている。また、このPCU筐体9fは、前後方向に平行する一対の端面のうち、後方側端面がモータ筐体9dの前方側端面と面一になっている。すなわち、PCU筐体9fは、モータ筐体9dと一体に形成された金属筐体である。
The
このようなPCU筐体9fは、円環状の周面に放熱フィン9gが所定間隔で複数形成され、また前方側端面(先端面)には複数の放熱フィン9hが形成されている。先端面の放熱フィン9hについて着目すると、当該放熱フィン9hは、図3に示すように、円形の先端面の中心から外周に向かって延在するように設けられている。すなわち、放熱フィン9hは、先端面に衝突した走行風を外周に誘導する向きに形成されている。
In such a PCU housing 9f, a plurality of
また、PCU筐体9fには、バッテリ11から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ筐体9d内の電動モータに供給する駆動回路(電力変換回路)が収容されている。この駆動回路は、上述した電動モータと同様に発熱部品である。PCU筐体9fに設けられた放熱フィン9g,9hは、電動モータが発する熱を効果的に空気中に放出するために設けられている。
Further, the
ここで、電動二輪車Aが走行状態にある場合、電動二輪車Aは、図1〜図3に矢印で示すように前方から後方に流れる走行風に晒される。モータ筐体9d内に収容された電動モータとPCU筐体9f内に収容された駆動回路とについて着目すると、走行風の流れ方向において電動モータの上流側に当該電動モータを電気的に駆動する駆動回路が設けられている。また駆動回路つまり当該駆動回路を収容するPCU筐体9fは、電動モータつまり当該電動モータを収容するモータ筐体9dよりも小型に形成されている。
Here, when the electric motorcycle A is in the traveling state, the electric motorcycle A is exposed to the traveling wind flowing from the front to the rear as shown by the arrows in FIGS. 1 to 3. Focusing on the electric motor housed in the
力伝達機構10は、モータユニット9が発生する回転動力を後輪6に伝達する機構であり、ウォームギア10aと伝達機10bとを備えている。ウォームギア10aは、モータユニット9が発生する回転動力の回転中心の方向を直交する方向に変換する第1伝達機構であり、ネジ歯車10c(ウォーム)、はす歯歯車10d(ウォームホイール)、回転軸10e及び第1軸受10fを備えている。
The
ネジ歯車10cは、円筒状部材であり、外周面に螺旋状のネジ歯が形成され、また内周面にモータユニット9の出力軸9aが圧入されている。はす歯歯車10dは、中空円板状部材であり、外周面にはす歯が形成されると共に内周面に回転軸10eが圧入されている。
The
回転軸10eは、上記出力軸9aに直行する姿勢で設けられており、第1軸受10fによって回転自在に支持されている。第1軸受10fは、上記回転軸10eにおいてはす歯歯車10dの両側に設けられており、回転軸10eつまりはす歯歯車10dを回転自在に支持する。なお、力伝達機構10には、出力軸9aの先端部を回転自在に支持する第2軸受10gが設けられている。
The
このようなウォームギア10aは、出力軸9aの回転動力を直交変換して回転軸10eに伝達する。すなわち、ウォームギア10aは、出力軸9aの回転中心方向(出力中心方向)を当該出力中心方向に直交する回転中心方向を有する回転軸10eに変換するギア機構である。
Such a
伝達機10bは、第1スプロケット10h、第2スプロケット10i及びベルト10jを備えており、回転軸10eの回転動力を所定の回転比で後輪車軸6aに伝達する第2伝達機構である。第1スプロケット10hは、回転軸10eが中心開口に圧入固定されており、回転軸10eと一体に回転する。
The
第2スプロケット10iは、後輪車軸6aが中心開口に圧入固定されており、後輪車軸6aと一体に回転する。ベルト10jは、第1スプロケット10hと第2スプロケット10iとにかけ回された無端ベルトであり、第1スプロケット10hの回転力を第2スプロケット10iに伝達する。なお、伝達機10bの回転比は、第1スプロケット10hと第2スプロケット10iとの歯数比によって決定される。
In the second sprocket 10i, the
ここで、上述したモータユニット9及び力伝達機構10は、本実施形態における車輪駆動機構を構成している。すなわち、モータユニット9及び力伝達機構10は、モータユニット9(電動モータ)を用いて後輪6(車輪)を回転駆動するものであり、モータユニット9(電動モータ)の出力軸9aと後輪6(車輪)の車軸6aとが直交関係にあり、所定の力伝達機構10を用いて出力軸9aと車軸6aとを連結するものである。
Here, the
バッテリ11は、充電可能な二次電池であり、図示するようにモータユニット9の近傍に設けられている。このバッテリ11は、モータユニット9を作動させるための電力源であり、所定電圧の直流電力をモータユニット9に供給する。このようなバッテリ11は、例えばリチウムイオン電池あるいは全固体電池である。
The
次に、本実施形態に係る電動二輪車Aの作用・効果について詳しく説明する。
この電動二輪車Aは、バッテリ11の直流電力をモータユニット9の駆動回路で交流電力に変換し、当該交流電力を電動モータに供給することによって走行動力(回転動力)を発生させる。すなわち、この電動二輪車Aでは、車輪駆動機構が出力する回転動力が車軸6aに伝達されることにより後輪6(駆動輪)が回転駆動されることによって走行動力を得る。
Next, the actions and effects of the electric motorcycle A according to the present embodiment will be described in detail.
The electric two-wheeled vehicle A converts the DC power of the
ここで、電動二輪車Aが所定速度で走行すると、走行風が前方から電動二輪車Aに流入する。この走行風は、ボディカバー7の走行風取入口7bから取り入れられてモータユニット9の前方側に案内される。すなわち、モータユニット9は、図1〜図3に矢印で示すように、前方から後方に向かって流れる走行風に晒される。
Here, when the electric motorcycle A travels at a predetermined speed, the traveling wind flows into the electric motorcycle A from the front. This traveling wind is taken in from the traveling
モータユニット9に流入する走行風についてさらに詳しく説明すると、走行風は、PCU筐体9fの前方側端面に衝突するように流れ込み、当該前方側端面に設けられた放熱フィン9hに誘導されて前方側端面の外周に向かって流れ、さらに当該外周からPCU筐体9fの周面を経由して後方に流れる。
Explaining the traveling wind flowing into the
このようなモータユニット9近傍における走行風の流れに際して、PCU筐体9f内の駆動回路は、PCU筐体9fの前方側端面に衝突する走行風及び当該前方側端面に設けられた放熱フィン9hの作用によって効果的に冷却される。また、この駆動回路は、PCU筐体9fの周面に設けられた放熱フィン9gの作用によっても効果的に冷却される。
When the traveling wind flows in the vicinity of the
また、PCU筐体9fの周面を通過した走行風は、PCU筐体9fの周面からモータ筐体9dの前方側端面の外周近傍部に流れ込む。そして、走行風は、上記外周近傍部からモータ筐体9dの周面を経由して後方に流れる。すなわち、PCU部9cの周囲を通過した走行風は、続いてモータ本体部9bの周囲を流れて後方に流れ去る。
Further, the traveling wind that has passed through the peripheral surface of the
PCU筐体9fの周面からモータ筐体9dにおける前方側端面の外周近傍部に流れ込む際、PCU筐体9fがモータ筐体9dよりも小型(小径)に形成されている、換言すればモータ筐体9dがPCU筐体9fよりも大型(大径)に形成されているので、走行風は、モータ筐体9dの周面近傍において、周面により近い領域つまりモータ筐体9dの周面に纏わり付くように流れる。したがって、モータ筐体9dの周面に設けられた放熱フィン9eの放熱効果をより向上させることができる。
When flowing from the peripheral surface of the
仮に、PCU筐体9fとモータ筐体9dとを同形(同径)に形成した場合、CU筐体9fの周面近傍領域からモータ筐体9dの周面近傍領域を流れる走行風は、下流側に行く程に周面から離れた領域を流れる。すなわち、PCU筐体9f及びモータ筐体9dの周面近傍領域を流れる走行風は、下流に行く程にPCU筐体9f及びモータ筐体9dの半径方向つまりPCU筐体9f及びモータ筐体9dの中心軸線に直交する放射方向に広がって流れる。
If the
したがって、PCU筐体9fとモータ筐体9dとを同形(同径)に形成した場合には、モータ筐体9dの周面において当該周面から比較的離れるように走行風が流れることになるので、放熱フィン9eによる放熱効果が削減される。
Therefore, when the
本実施形態によれば、電動二輪車Aがモータユニット9及び力伝達機構10を含む車輪駆動機構を備えるので、電動二輪車Aにおける電動モータの冷却効率を従来よりも向上させることが可能である。
According to the present embodiment, since the electric motorcycle A includes a wheel drive mechanism including a
また、本実施形態によれば、力伝達機構10の構成要素としてウォームギア10aを採用しているので、電動モータとしてスイッチトリラクタンスモータあるいは誘導モータを採用した場合であっても、エンジン(内燃機関)におけるエンジンブレーキに似た走行効果を得ることが可能である。
Further, according to the present embodiment, since the
すなわち、スイッチトリラクタンスモータあるいは誘導モータでは駆動回路からの駆動電流の供給を停止した場合に回生負荷が発生しないが、ウォームギア10aは正回転と逆回転と伝達効率が異なるので、エンジン(内燃機関)におけるエンジンブレーキに似た走行効果を得ることが可能である。
That is, in the switched reluctance motor or the induction motor, a regenerative load is not generated when the supply of the drive current from the drive circuit is stopped, but the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、比較的小型の自動二輪車に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、特許文献1に示されているような鞍乗型電動車両つまり比較的大型な自動二輪車にも適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a relatively small motorcycle has been described, but the present invention is not limited thereto. The present invention is also applicable to a saddle-type electric vehicle as shown in Patent Document 1, that is, a relatively large motorcycle.
(2)上記実施形態では、ウォームギア10aを採用することによってエンジンブレーキに似た走行効果を得たが、本発明はこれに限定されない。駆動回路からの駆動電流の供給を停止した場合に誘導起電力を発生して回生負荷を生じるような電動モータを採用することによりエンジンブレーキに似た走行効果を得てもよい。この場合の電動モータは、永久磁石を磁極として備えるモータであり、例えば同期モータである。
(2) In the above embodiment, a running effect similar to that of an engine brake is obtained by adopting the
(2)上記実施形態では、走行風を利用してモータユニット9の冷却を行ったが、本発明はこれに限定されない。モータユニット9に強制的に冷却風を吹き付けるファンをモータユニット9の前方に設けてもよい。
(2) In the above embodiment, the
A 電動二輪車
1 車体フレーム
2 フロントフォーク
3 ステアリングハンドル
4 前輪
5 後輪
6 リアサスペンション
7 ボディカバー
7a フットボード
7b 走行風取入口
8 シート
9 モータユニット
9a 出力軸
9b モータ本体部
9c PCU部
9d モータ筐体(電動モータ)
9e 放熱フィン
9f PCU筐体(駆動回路)
9g 放熱フィン
9h 放熱フィン
10 力伝達機構
10a ウォームギア
10b 伝達機
10c ネジ歯車
10d はす歯歯車
10e 回転軸
10f 第1軸受
10g 第2軸受
10h 第1スプロケット
10i 2スプロケット
10j ベルト
11 バッテリ
A Electric motorcycle 1
9e
Claims (6)
前記電動モータの出力軸と前記車輪の車軸とが直交関係にあり、所定の力伝達機構を用いて前記出力軸と車軸とを連結され、
走行風の流れ方向において前記電動モータの上流側に当該電動モータを電気的に駆動する駆動回路が設けられることを特徴とする電動二輪用の車輪駆動機構。 A wheel drive mechanism that rotates and drives wheels using an electric motor.
The output shaft of the electric motor and the axle of the wheel are in an orthogonal relationship, and the output shaft and the axle are connected by using a predetermined force transmission mechanism.
A wheel drive mechanism for electric motorcycles, characterized in that a drive circuit for electrically driving the electric motor is provided on the upstream side of the electric motor in the flow direction of the running wind.
The wheel drive mechanism for an electric motorcycle according to any one of claims 1 to 5, wherein heat radiation fins are provided on the outer peripheral surface of the drive circuit and the outer peripheral surface of the electric motor. ..
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Legal Events
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