JP2023500903A - ハイブリッド駆動モータサイクルおよびモータサイクル用ハイブリッド化キット - Google Patents

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Abstract

ハイブリッド駆動モータサイクルが、吸熱エンジン（３）と、スイングアーム（７）を介してキャリア構造部（２）に対して連結された後輪（６）と、一次変速機（８）を介して吸熱エンジン（３）に対しておよび二次変速機（９）を介して後輪（６）に対して連結された変速装置（４）と、反転可能電気機械（Ｍ）とを備える。補助変速機（１４）が、二次変速機（９）のインプットシャフト（１０）に対して電気機械（Ｍ）を連結し、電気機械（Ｍ）は、スイングアーム（７）の下方においてキャリア構造部（２）上に取り付けられる。モータサイクル用の対応するハイブリッド化キット。

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１９年１１月５日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１９００００２０３９８号に基づく優先権を主張するものであり、このイタリア特許出願は、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、ハイブリッド駆動モータサイクルに関する。
周知のように、燃料消費量を低下させ排気を削減する必要性により、自動車の分野ではハイブリッドトラクションの普及が高まりつつある。
モータサイクルの分野では、ハイブリッドトラクションは、依然としてあまり普及しておらず、最適な性能上および安全上の条件を伴った様々な乗車モードを可能にするために吸熱エンジンと電気機械との間の統合を最適化する必要性が存在している。
さらに、電気機械の質量に由来する動的問題と、モータサイクルにおいて利用可能な小さなスペースにこの電気機械を配置することがより困難になる問題とを最小限に抑える必要性が存在する。
本発明の目的は、上述の欠点を解消することを可能にするハイブリッド駆動モータサイクルを提供することである。
上述の目的は、ハイブリッド駆動モータサイクルであって、キャリア構造部と、キャリア構造部上に取り付けられたまたはキャリア構造部内に収容された吸熱エンジンと、前輪と、スイングアームを介してキャリア構造部に対して連結された後輪と、一次変速機を介して吸熱エンジンに対して連結され且つ二次変速機を介して後輪に対して連結された変速装置と、反転可能電気機械と、を備える、ハイブリッド駆動モータサイクルにおいて、二次変速機のインプットシャフトに対して電気機械のシャフトを連結する補助変速機と、キャリア構造部に対して固定され、且つスイングアームの下方に電気機械を支持するように構成された支持ユニットと、を備えることを特徴とする、ハイブリッド駆動モータサイクルを用いることにより達成される。
電気機械が二次変速機のインプットシャフトに対して連結されることにより、完全な電気駆動モードにおいて吸熱エンジンを完全に迂回し、それにより吸熱エンジンをオフに切り替え、変速装置をニュートラル状態にし、ギヤの変更を伴わずにモータサイクルを駆動することが可能となる。
また、この構成により、制動トルクを印加し同時に吸熱エンジンの停電について介入する必要性を伴うことなくバッテリを再充電することによって、能動的な立ち上がり防止制御機能または空転防止制御機能を電気機械に与えることが可能となる。
本発明の別の態様によれば、電気機械は、スイングアームの下方に位置する。この構成により、電気機械の質量増加に関連する動的問題が最小限に抑えられて、モータサイクルの安定性および乗車安全性が最適化される。
本発明の好ましい一実施形態によれば、電気機械は、モータサイクルの鉛直方向正中面に対して基本的に対称的に配置され、これは安定性および安全性の最適化を助ける。
本発明の好ましい一実施形態によれば、電気機械は、インプットシャフトに対して選択的に連結されることが可能であり、このようにすることで、吸熱モードにおいて、電気モータを完全に排除することが可能となり、これにより大きな質量のドラッギングが回避される。
好ましくは、電気機械は、車輪のジャイロスコープ効果を少なくとも部分的に補償するために、二次変速機に対して逆回転する。
添付の図面を参照として本発明の非限定的な実施形態の以下の説明を読むことにより、これらのおよび他の利点が明らかになろう。
本発明の第１の実施形態にしたがって作製されたモータサイクルの概略側面図である。 図１のモータサイクルのトラクションユニットのブロック図である。 図１のモータサイクルの補助変速機の別の実施形態を示す図である。 図１のモータサイクルの電気機械の支持ユニットの第１の実施形態の斜視図である。 図１のモータサイクルの電気機械の支持ユニットの第２の実施形態の斜視図である。 図１のモータサイクルの電気機械の支持ユニットの第２の実施形態の正面立面図である。 電気機械の制御部のブロック図である。
図１を参照すると、数字１は、本発明により製造されたハイブリッド駆動モータサイクルを、特にモータバイクを全体として示す。
モータサイクル１は、キャリア構造部２を既知の様式で備え、このキャリア構造部２内には吸熱エンジン３および変速装置４が取り付けられるか、または組み込まれる（図２）。キャリア構造部２は、エンジンおよび変速装置を収容するクランクケースが上に取り付けられるフレームから、もしくはクランクケースのみから（耐荷重エンジンを備えるモータサイクルの場合）、またはクランクケースおよび部分フレームを備える中間的ソリューションからなり得る。
さらに、モータサイクル１は、前輪５および後輪６を備える。後輪６は、スイングアーム７によりキャリア構造部２に対して装着され、スイングアーム７は、その前方端部にてキャリア構造部２に対してヒンジ連結され、その後方端部にて後輪６を保持する。
このモータサイクル（図２）は、例えば歯車などを用いて変速装置４に対して吸熱エンジン３のドライブシャフトを連結する一次変速機８と、例えばチェーンなどにより後輪６に対して変速装置４のアウトプットシャフト１０を連結する二次変速機９と、を備える。
したがって、変速装置４のアウトプットシャフト１０は、二次変速機９のインプットシャフトである。
二次変速機９は、例えばシャフト１０上に配置されたピニオン１１と、後輪６に対して装着されたリアスプロケット１２と、ピニオン１１およびリアスプロケット１２に係合するチェーン１３と、を備え得る（図１）。
代替的には、二次変速機は、例えば歯付きベルトまたはドライブシャフトなどの任意の他の既知のタイプのものであることが可能である。
また、モータサイクル１は、二次変速機９に対しておよび特に二次変速機９のインプットシャフト１０に対して、永久的または選択的に連結される電気機械Ｍを備える。好ましくは、この電気機械は、外部ロータを有する軸流永久磁石機械であり、その固有の軸Ａが車両の長手方向正中面Ｐに対して垂直を成す状態で配置される。
図１に示す本発明の第１の実施形態によれば、電気機械Ｍは、例えば電気機械のアウトプットシャフト１８に対して連結されたピニオン５０と、変速装置のアウトプットシャフト１０に対して固定的に連結されたピニオン５１と、チェーン５２と、を備える補助チェーン変速機１４により、二次変速機９のインプットシャフト１０に対して永久的に連結される。代替的には、補助変速機１４は、ギヤ変速機またはベルト変速機であることが可能である。
図３において概略的に示す本発明の別の実施形態によれば、補助変速機１４は、相互に直列状態にある反転／結合解除ユニット１５およびベルト変速機１６を備える。
さらに具体的には、反転／結合解除ユニット１５は、電気機械Ｍのアウトプットシャフト１８と一体化された第１の歯車１７と、アイドルシャフト２０に選択的に係合され得る第２の歯車１９と、を備える。
好都合には、アイドルシャフト２０に対する歯車１９の選択的係合は、シンクロナイザ（図示略）を備える前方歯を有する摺動スリーブ２３により実現される。このスリーブ２３は、電気機械Ｍのデカップラとして機能する。
ベルト変速機１６は、アイドルシャフト２０上の第１の冠歯車２１と、変速装置４のアウトプットシャフト１０に対して回転連結された第２の冠歯車２２と、を備える。
本発明によれば、電気機械Ｍは、スイングアーム７の下方でキャリア構造部２上に取り付けられる。「スイングアーム７の下方で」という表現は、電気機械Ｍの少なくとも主要部分および電気機械自体の軸Ａがスイングアーム７の下方に位置することを意味するものとして理解されるべきである点に留意されたい。したがって、仮に電気機械Ｍの全体がスイングアーム７の下方に位置するとは限らない場合であっても、スイングアーム７は、静的条件および動的条件の下で電気機械Ｍの全体寸法に干渉しないように構成されなければならない。例えば、２アーム型スイングアームの場合には、電気機械Ｍの上部部分が、スイングアーム７の移動の少なくとも一部の最中においてスイングアーム７と同一高さに位置し得ることが可能であり、この場合には、電気機械Ｍの横軸寸法は、干渉が生じないようにスイングアーム７の２つのアーム間に位置しなければならない。
好都合には、電気機械Ｍは、モータサイクル１の鉛直方向正中面Ｐに対して対称的に配置される（図３）。
図４は、キャリア構造部２に対して電気機械Ｍを連結するための支持ユニット４０の第１の実施形態を示す。
支持ユニット４０は、使用時に、横軸方向においてスイングアーム７のアーム同士の間に、および長手方向においてキャリア構造部２と後輪６との間に配置されるように設計された頂部プレート４１を備えるブラケットからなる。この頂部プレート４１は、好ましくはキャリア構造部２自体に予め存在する連結穴（例えばスイングアーム７ヒンジ穴）を使用して、ねじおよび／またはクランプによりキャリア構造部２に対して固定され得るように構成される。また、このユニット４０は、１対のアーム４２ａ、４２ｂを備え、これらのアーム４２ａ、４２ｂは、頂部プレート４１の両側において下方へ延在し、電気機械Ｍの軸方向における対向側にそれぞれ配置される。
これらの一方のアーム４２ａは、電気機械Ｍのステータに対して固定され、他方のアーム４２ｂは、電気機械Ｍのアウトプットシャフト１８のためのリング形状支持部５４で終端する。このリング形状支持部５４内に、シャフト１８が軸受（図示略）によって支持される。
図５および図６は、異なる実施形態を示し、ユニット４０は、上部部分４５、４６をそれぞれ有する２つのブラケット４３、４４から構成される。これらの上部部分４５、４６は、モータサイクル１のキャリア構造部２の両側に対して固定されるように設計され、これを目的としてそれぞれが複数の固定穴４７を有する。
また、ブラケット４３、４４は、アーム４８、４９をそれぞれ備え、これらのアーム４８、４９は、上部部分４５、４６に対して固定されるかまたは一体化され、電気機械Ｍの軸方向における対向側から下方に延在する。この場合においても、アーム４８は、電気機械Ｍのステータに対して固定され、アーム４９は、電気機械Ｍのアウトプットシャフト１８のためのリング形状支持部５５内において終端する。このリング形状支持部５５内に、シャフト１８が軸受（図示略）によって支持される。
この解決策は、スイングアーム７のアーム同士の間にブラケットを設置するための十分なスペースがない場合の、またはスイングアームが単一アーム型のスイングアームである場合の状況に適したものである。好都合には、ブラケット４３、４４は、スイングアーム７の外部に配置され得るように形状設定されることにより、スイングアーム７の通過および鉛直方向移動が可能となるように、十分なスペースがキャリア構造部２との間に画成される。この解決策は、先述の解決策よりも大きな寸法を有するが、より自由度が高く、キャリア構造部上に予め存在する装着穴を使用して種々のモータサイクルモデルに対して容易に適合化させることが可能である。例えば、ブラケット４３、４４は、乗員ペダルの支持ブラケットに置換することが可能であり、これらのペダル自体と一体化することが可能である。
図７は、電気機械Ｍの制御部のブロック図を示す。
マイクロプロセッサ制御ユニット２５が、ここで関係のある機能を参照すれば、少なくとも１つの側方傾斜センサまたは側方ロールセンサ２６、少なくとも１つの傾斜センサまたは立ち上がりセンサ２７、少なくとも１つの前輪５角速度センサ２８、および少なくとも１つの後輪６角速度センサ２９を含む、複数の内臓センサから入力信号を受領する。
制御ユニット２５は、電気機械Ｍに対して接合されたインバータ３０に対して制御信号を送出する。この電気機械Ｍは、管理システム（ＢＭＳ）３２を備えるバッテリパック３１に対して接続され、この管理システム３２は、制御ユニット２５と通信する。好都合には、インバータ３０は、キャリア構造部２の下方エリアに対して装着され、例えば吸熱エンジン３の前方など可能な限り低い位置に収容される（図１）。好都合には、バッテリパック３１は、シートの下方にてモータサイクル１のテールピース２４の内部に固定される。
また、制御ユニットは、ハンドルバー上のノブにより従来式に制御される電位差計の形態の加速装置３３から入力信号を受領する。
モータサイクル１のハイブリッドトラクションシステムの動作は、以下のとおりである。
１．吸熱モード
モータサイクル１は、吸熱エンジン３のみにより従来式に駆動される。
デカップラ１５が存在する場合には、スリーブ２３は係合解除される。電気機械Ｍはキネマティックチェーンから排除され、ベルト変速機１６のみが無視し得るレベルの慣性によりアイドル状態でドラッギングされる。
２．電気モード
変速装置４をニュートラル状態に保持することにより（およびスリーブ２３が存在する場合にはこのスリーブ２３を係合状態に維持することにより）、モータサイクルは、電気機械Ｍのみにより駆動される。吸熱エンジン３は、切り離され、したがって望ましくない回転をもたらす慣性を伝達しない。制動時には、電気機械は、バッテリ３１を再充電するための回生ブレーキとして使用される。
３．ハイブリッドモード
このモードでは、吸熱エンジン３および電気機械Ｍの両方が同時に使用され、したがってそれにより加速装置３３の位置に応じて駆動力（「ブースト」）または制動力の和を得ることが可能となる。制御ユニット２５は、格納されたマップに基づき入力信号にしたがって、および特に速度、所要の出力、および負荷にしたがって、吸熱エンジン３と電気機械Ｍとの間でトルクを分配する。この場合においても、電気機械Ｍは、バッテリ３１を再充電するための回生ブレーキとして使用されることが可能である。
このモードでは、例えば以下に挙げるものなどの複雑な制御ストラテジが、入力信号に基づき識別される特定の動作状況において実施され得る。
ａ．立ち上がり防止制御
初期立ち上がりは、センサ２７により生成される傾斜信号の急激な変化として検出され得る。具体的には、この条件は、この信号の数値の経時的偏差を所定の閾値と比較することにより検出することが可能であり、この所定の閾値を超過した場合には、電気機械Ｍは、後輪６に対して放出される動力を低減させるために回生ブレーキとして動作される。電気機械は、傾斜の軽減が検出されると、駆動トルクの伝達へと復帰し得る。したがって、この機能は、吸熱エンジン３の制御マップへ介入することなく単純な方法で実装され得る。
ｂ．空転防止制御
空転条件、すなわち後輪のグリップ喪失は、各車輪に対して接続された角速度センサ２８、２９により生成される信号同士を比較することにより検出され得る。後輪の角速度が前輪の角速度を超過する場合には、電気機械Ｍは、後輪６の速度を低下させ後輪６を再度着地させるために回生ブレーキとして使用される。電気機械は、これらの車輪の角速度が均等であると検出されると、駆動トルクの伝達へと復帰し得る。
ｃ．コーナリング時の加速制御
熱機関３と電気機械Ｍとの間のトルク伝達マップが、モータサイクルの側方傾斜角度または側方ロール角度にしたがって修正され得る。
具体的には、電気機械のトルク寄与は、最大許容傾斜角度の数値にて相殺され、傾斜角度の減少と共に（すなわちカーブから退出したときに）漸増するように構成され得る。このマッピングは、傾斜角度だけではなく速度を入力パラメータとして使用することにより実施され得る。
最後に、したがって、特許請求の範囲により定義されるような保護範囲から逸脱することなく、既述のモータサイクルに対して修正および変更を行い得ることが明らかである。
例えば、反転／結合解除ユニットが存在する場合には、これは、電気モードにおいて高始動トルクを実現するための「ショート」ギヤと、電気機械が吸熱エンジンとの組合せにおいてブーストとして使用される場合に使用されることとなる「ロング」ギヤとを規定するために２速変速装置として構成され得る。
さらに、電気機械、支持ユニット、ならびにその制御および供給手段（インバータおよびバッテリ）が、熱機関のみを有する従来のモータサイクルに対して供給可能なハイブリッド化キットとして個別に供給され得る。好都合には、このキットは、バッテリが組み込まれた元のモータサイクルテールピースと互換性のあるテールピースからなるものであってもよい。
さらに、相互に組み合わされたものとして説明したこれらのモータサイクル特徴部は、単独でおよび種々の組合せで使用することが可能である。
１ モータサイクル
２ キャリア構造部
３ 吸熱エンジン、熱機関
４ 変速装置
５ 前輪
６ 後輪
７ スイングアーム
８ 一次変速機
９ 二次変速機
１０ アウトプットシャフト、インプットシャフト
１１ ピニオン
１２ リアスプロケット
１３ チェーン
１４ 補助チェーン変速機、補助変速機
１５ 反転／結合解除ユニット、デカップラ
１６ ベルト変速機
１７ 第１の歯車
１８ アウトプットシャフト
１９ 第２の歯車
２０ アイドルシャフト
２１ 第１の冠歯車
２２ 第２の冠歯車
２３ 摺動スリーブ
２４ テールピース
２５ マイクロプロセッサ制御ユニット
２６ 側方傾斜センサまたは側方ロールセンサ
２７ 傾斜センサまたは立ち上がりセンサ
２８ 前輪５角速度センサ
２９ 後輪６角速度センサ
３０ インバータ
３１ バッテリパック、バッテリ
３２ 管理システム
３３ 加速装置
４０ 支持ユニット
４１ 頂部プレート
４２ａ アーム
４２ｂ アーム
４３ ブラケット
４４ ブラケット
４５ 上部部分
４６ 上部部分
４７ 固定穴
４８ アーム
４９ アーム
５０ ピニオン
５１ ピニオン
５２ チェーン
５４ リング形状支持部
５５ リング形状支持部

Claims (15)

  1. ハイブリッド駆動モータサイクルであって、キャリア構造部（２）と、前記キャリア構造部（２）上に取り付けられたまたは前記キャリア構造部（２）内に収容された吸熱エンジン（３）と、前輪（５）と、スイングアーム（７）を介して前記キャリア構造部（２）に対して連結された後輪（６）と、一次変速機（８）を介して前記吸熱エンジン（３）に対して連結され且つ二次変速機（９）を介して前記後輪（６）に対して連結された変速装置（４）と、反転可能電気機械（Ｍ）と、を備えるハイブリッド駆動モータサイクルにおいて、前記二次変速機（９）のインプットシャフト（１０）に対して前記電気機械（Ｍ）を連結する補助変速機（１４）と、前記キャリア構造部（２）に対して固定され、且つ前記スイングアーム（７）の下方に前記電気機械（Ｍ）を支持するように構成された支持ユニット（４０）と、を備えることを特徴とする、ハイブリッド駆動モータサイクル。
  2. 前記電気機械（Ｍ）は、前記モータサイクル（１）の鉛直方向正中面（Ｐ）に対して実質的に対称に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のモータサイクル。
  3. 前記電気機械（Ｍ）は、前記二次変速機（９）に対して逆回転することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータサイクル。
  4. 前記補助変速機（１４）は、前記二次変速機（９）の前記インプットシャフト（１０）に対して前記電気機械（Ｍ）を選択的に連結するように構成された反転／結合解除ユニット（１５）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  5. 前記反転／結合解除ユニット（１５）は、前記電気機械（Ｍ）のアウトプットシャフト（１８）と一体である第１の歯車と、アイドルシャフト（２０）に対して選択的に連結可能な第２の歯車（１９）と、を備えることを特徴とする、請求項４に記載のモータサイクル。
  6. 前記補助変速機（１４）は、前記二次変速機（９）の前記インプットシャフト（１０）に対して前記アイドルシャフト（２０）を連結する変速機（１６）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のモータサイクル。
  7. 前記キャリア構造部（２）の下方エリアに対して連結されたインバータを備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  8. ロール角センサ（２６）、立ち上がり角度センサ（２７）、前輪角速度センサ（２８）、および後輪角速度センサ（２９）から受領した入力信号に応答して、前記電気機械（Ｍ）の駆動トルクおよび制動トルクを変動するように構成された制御ユニット（２５）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  9. 前記制御ユニット（２５）は、前記電気機械（Ｍ）が傾斜角度の偏差に応じて制動トルクを発生させる立ち上がり制御を実施するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載のモータサイクル。
  10. 前記制御ユニット（２５）は、前記電気機械（Ｍ）により発生した駆動トルクがロール角に応じて変調されるトルク制御を実施するように構成されることを特徴とする、請求項８または９に記載のモータサイクル。
  11. 前記制御ユニット（２５）は、前記後輪（６）の角速度が前記前輪（５）の角速度を上回る場合に、前記電気機械（Ｍ）が制動トルクを発生させる空転防止制御を実施するように構成されることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  12. 前記支持ユニット（４０）は、前記キャリア構造部（２）に対して固定され、且つ軸方向における対向側から前記電気機械（Ｍ）を支持する一対のアームを備えるブラケットを備えることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  13. 前記支持ユニット（４０）は、前記キャリア構造部（２）の両側部に対して固定された、および前記スイングアーム（７）に対して外部に延在するように構成された一対のブラケット（４３、４４）を備え、前記ブラケット（４３、４４）は、軸方向における反対側において電気機械（Ｍ）に対して連結されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のモータサイクル。
  14. キャリア構造部(2)およびスイングアーム(7)を備えるモータサイクルのためのハイブリッド化キットにおいて、前記モータサイクルの二次変速機(9)のインプットシャフト(10)に対して連結されるように構成された電気機械(M)と、前記キャリア構造部(2)に対して固定され前記スイングアーム(7)の下方に前記電気機械(M)を支持するように構成された支持ユニット(40)と、前記電気機械を制御および前記電気機械に供給するための制御手段(30)および供給手段(31)と、を備えることを特徴とする、ハイブリッド化キット。
  15. 前記制御手段および前記供給手段は、互換性テールピース（２４）内に組み込まれたバッテリパック（３１）と、インバータ（３０）と、からなることを特徴とする、請求項１４に記載のキット。
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