JP3245125U - 駆動ユニット、及び電動モータサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】レシオカバレッジを広くすることのできる駆動ユニット及び電動モータサイクルを提供する。【解決手段】駆動ユニット１００は、電気モータ２と、無段変速機３とを備える。電気モータは、回転数とトルクとの関係を示すトルク特性図において、モータ効率が９０％以上となる高効率領域を有する。無段変速機は、電気モータに接続される。無段変速機は、高効率領域に対応する特定回転域内で電気モータが動作する割合が３０％以上となるように設定されている。【選択図】図２

Description

本考案は、駆動ユニット及び電動モータサイクルに関するものである。

近年、電気モータを駆動源とする電動モータサイクルが提案されている。例えば、特許文献１には、電気モータを含む駆動ユニットをスイングアームによって支持する電動モータサイクルが開示されている。

特開２０１１－１５２９０１号公報

電気モータを駆動源とするモータサイクルの駆動ユニットにおいて、レシオカバレッジを広くしたいという要望がある。そこで、本考案の課題は、レシオカバレッジを広くすることのできる駆動ユニットを提供することにある。

第１態様に係る駆動ユニットは、電動モータサイクルに搭載されるように構成された駆動ユニットである。駆動ユニットは、電気モータと、無段変速機とを備える。電気モータは、回転数とトルクとの関係を示すトルク特性図において、モータ効率が９０％以上となる高効率領域を有する。無段変速機は、電気モータに接続される。無段変速機は、高効率領域に対応する特定回転域内で電気モータが動作する割合が３０％以上となるように設定されている。具体的には、駆動ユニットを搭載した電動モータサイクルをＷＭＴＣモードで走行させたときに電気モータが特定回転域内で動作する割合が３０％以上となるように、無段変速機が設定されている。

この構成によれば、電気モータに無段変速機を取り付けているため、レシオカバレッジを広くすることができる。また、上記駆動ユニットは、電気モータが高効率領域で動作する割合が多くなるように無段変速機が設定されているため、効率の良い運転が可能となる。

第２態様に係る駆動ユニットは、第１態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。無段変速機は、特定回転域内においてアップシフトを開始するように構成される。

第３態様に係る駆動ユニットは、第１又は第２態様に係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。無段変速機は、特定回転域内においてアップシフトが完了するように構成される。

第４態様に係る駆動ユニットは、第１から第３態様のいずれかに係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。特定回転域は、第１回転数から第２回転数までの範囲である。第１回転数は、電気モータの基底回転数の１．３倍以上である。

第５態様に係る駆動ユニットは、第１から第４態様のいずれかに係る駆動ユニットにおいて、次のように構成される。無段変速機は、最大変速比が２．５以上である。

第６態様に係る電動モータサイクルは、駆動輪と、第１から第５態様のいずれかに係る駆動ユニットとを備える。駆動ユニットは、駆動輪を駆動するように構成される。

本考案によれば、レシオカバレッジを広くすることができる。

駆動ユニットが搭載された自動三輪車の側面図。 駆動ユニットの側面図。 駆動ユニットの平面図。 図２のＩＶ－ＩＶ線断面図。 高効率領域を示すトルク特性図。 測定した電気モータの出力トルク及び回転数のデータをプロットした図。 無段変速機のアップシフトのタイミングを示す図。 無段変速機を有していない駆動ユニットの図６に対応する図。 変形例に係る駆動ユニットの図６に対応する図。

以下、本実施形態に係る駆動ユニット１００及び電動モータサイクル１０１について図面を参照しつつ説明する。図１は駆動ユニット１００が搭載された電動モータサイクル１０１を示す側面図である。図１に示すように、電動モータサイクル１０１は、駆動ユニット１００と、一対の駆動輪１０２とを有している。駆動ユニット１００は、各駆動輪１０２を駆動するように構成されている。なお、本実施形態では、各駆動輪１０２は、後輪である。また、本実施形態では、電動モータサイクル１０１は、三輪車であるが、二輪車であってもよい。

図２は、駆動ユニット１００の側面図であり、図３は駆動ユニット１００の平面図である。図２及び図３に示すように、駆動ユニット１００は、電気モータ２、無段変速機３、減速機４、デファレンシャルギア５、及び一対のドライブシャフト６を備えている。

＜電気モータ＞
電気モータ２は、無段変速機３の後部に取り付けられている。電気モータ２は、各ドライブシャフト６に対して後方に配置されている。また、電気モータ２は、デファレンシャルギア５に対して後方に配置されている。電気モータ２は、各ドライブシャフト６に対して上方に配置されている。電気モータ２は、駆動ユニット１００の駆動源として機能する。電気モータ２は、例えば、交流同期モータである。なお、駆動ユニット１００は、駆動源として電気モータ２のみを有している。すなわち、駆動ユニット１００は、駆動源としての内燃機関を有していない。本実施形態では駆動ユニット１００は内燃機関を有していないが、発電のために使用される内燃機関を有していてもよい。

図４に示すように、電気モータ２は、モータケース２１、ステータ２２、ロータ２３、及び第１出力シャフト２４を有している。本実施形態における電気モータ２は、いわゆるインナーロータ型のモータである。電気モータ２は、電気モータ２の回転速度を制御するためのインバータ（図示省略）を有している。

モータケース２１は、プーリケース３４などに固定されており、回転不能である。このモータケース２１内に、ステータ２２及びロータ２３が収容されている。

ステータ２２は、モータケース２１の内周面に固定されている。ステータ２２は回転不能である。ロータ２３は、回転可能に配置されている。ロータ２３は、ステータ２２の内側に配置される。ステータ２２は、ロータ２３と間隔をあけて配置されている。

第１出力シャフト２４は、ロータ２３と一体的に回転する。第１出力シャフト２４は、無段変速機３に向かって延びている。第１出力シャフト２４は、複数のベアリングによって回転可能に支持されている。

図５は、電気モータ２の回転数とトルクとの関係を示すトルク特性図である。詳細には、図５は、電気モータ２の回転数毎の定格トルクを示すグラフである。図５の横軸は電気モータ２の回転数を示し、図５の縦軸は電気モータ２の出力トルクを示している。図５において、領域Ｈは、電気モータ２の高効率領域Ｈを示す領域である。このように、電気モータ２は、このトルク特性図において、高効率領域Ｈを有している。なお、高効率領域Ｈとは、モータ効率が９０％以上となる領域である。

高効率領域Ｈに対応する電気モータ２の回転数の範囲を特定回転域Ｒとする。なお、高効率領域Ｈに対応する回転数の範囲とは、高効率領域Ｈに含まれる最も低い回転数から高効率領域Ｈに含まれる最も高い回転数までの範囲を意味する。特定回転域Ｒは、第１回転数Ｎ１から第２回転数Ｎ２までの範囲である。第１回転数Ｎ１は、高効率領域Ｈ内に含まれる回転数のうち最も低い回転数である。また、第２回転数Ｎ２は、高効率領域Ｈ内に含まれる回転数のうち最も高い回転数である。

＜無段変速機＞
図２及び図３に示すように、無段変速機３は、電気モータ２に接続されている。無段変速機３は、電気モータ２と各ドライブシャフト６との間でトルクを伝達するように構成されている。詳細には、無段変速機３は、電気モータ２と減速機４との間でトルクを伝達するように構成されている。無段変速機３は、各ドライブシャフト６に対して上方に配置されている。

図４に示すように、無段変速機３は、駆動プーリ装置３１、従動プーリ装置３２、及びベルト３３を有している。

駆動プーリ装置３１は、電気モータ２と接続されている。すなわち、電気モータ２が出力したトルクが駆動プーリ装置３１に伝達される。駆動プーリ装置３１は、第１固定シーブ３１１、第１可動シーブ３１２、第１固定ボス３１３、及び複数のウエイトローラ３１４を有している。

第１固定シーブ３１１と第１可動シーブ３１２とは互いに対向するように配置されている。第１固定シーブ３１１は駆動プーリ装置３１の軸方向に移動不能である。一方で、第１可動シーブ３１２は、第１固定シーブ３１１に接近及び離間するように駆動プーリ装置３１の軸方向に移動可能である。

第１固定ボス３１３は、第１固定シーブ３１１から電気モータ２に向かって延びている。第１固定ボス３１３は、第１固定シーブ３１１と一体的に回転する。また、第１固定ボス３１３は、第１可動シーブ３１２と一体的に回転する。第１可動シーブ３１２は、第１固定ボス３１３上を駆動プーリ装置３１の軸方向においてスライドする。第１固定ボス３１３は、円筒状である。第１出力シャフト２４は、第１固定ボス３１３内を延びている。第１固定ボス３１３は、第１出力シャフト２４と一体的に回転する。なお、第１固定ボス３１３と第１出力シャフト２４とは、他の部材を介して接続されていてもよい。

複数のウエイトローラ３１４は、第１可動シーブ３１２を第１固定シーブ３１１に向かって押圧するように構成されている。具体的には、電気モータ２が回転して駆動プーリ装置３１が回転すると、ウエイトローラ３１４に遠心力が生じ、ウエイトローラ３１４は駆動プーリ装置３１の径方向外側に移動する。この結果、ウエイトローラ３１４は、第１可動シーブ３１２を第１固定シーブ３１１に向かって押圧する。

ベルト３３は、駆動プーリ装置３１と従動プーリ装置３２とに掛けられている。ベルト３３は、駆動プーリ装置３１と従動プーリ装置３２との間でトルクを伝達する。

従動プーリ装置３２は、第２固定シーブ３２１、第２固定ボス３２２、第２可動シーブ３２３、可動ボス３２４、スプリング３２５、支持部材３２６、ナット３２７、及び第２出力シャフト３２８を有している。

従動プーリ装置３２は、駆動プーリ装置３１に対して、前方に配置されている。従動プーリ装置３２は、駆動プーリ装置３１からトルクが伝達される。すなわち、駆動プーリ装置３１からのトルクが従動プーリ装置３２にベルト３３を介して伝達される。従動プーリ装置３２は、駆動プーリ装置３１と水平方向に沿って配列される。すなわち、ベルト３３は、水平方向に延びている。無段変速機３は、トルクを水平方向に伝達する。詳細には、無段変速機３は、トルクを後方から前方へと伝達する。

第２固定シーブ３２１と第２可動シーブ３２３とは互いに対向するように配置されている。第２固定シーブ３２１は、軸方向に移動不能である。一方で、第２可動シーブ３２３は、第２固定シーブ３２１に接近及び離間するように軸方向に移動可能である。

第２固定ボス３２２は、円筒状であって、第２固定シーブ３２１から軸方向に延びている。第２固定ボス３２２は、第２固定シーブ３２１と一体的に回転する。第２固定ボス３２２の先端部（図４の上端部）の一部は、他の部分よりも外径が小さい。この第２固定ボス３２２の先端部の外周面に、ネジ部が形成されている。このネジ部に、支持部材３２６が取り付けられる。また、支持部材３２６を固定するために、ネジ部にナット３２７が螺合している。スプリング３２５は、この支持部材３２６と第２可動シーブ３２３との間で圧縮した状態で配置されている。スプリング３２５は、第２可動シーブ３２３を第２固定シーブ３２１に向かって付勢している。

第２出力シャフト３２８は、第２固定ボス３２２の内部を、軸方向に延びている。第２出力シャフト３２８は、駆動輪１０２側にトルクを出力するように構成されている。第２出力シャフト３２８は、第２固定ボス３２２と一体的に回転する。詳細には、第２出力シャフト３２８は、第２固定ボス３２２にスプライン嵌合している。

可動ボス３２４は、第２可動シーブ３２３から軸方向に延びている。可動ボス３２４は、第２可動シーブ３２３と一体的に回転する。また、可動ボス３２４は、第２可動シーブ３２３と一体的に軸方向に移動する。

可動ボス３２４は、円筒状である。可動ボス３２４は、第２固定ボス３２２に対して径方向外側に配置されている。すなわち、第２固定ボス３２２は、可動ボス３２４内を延びている。

図６は、ＷＭＴＣモードで駆動ユニット１００を搭載した電動モータサイクル１０１を走行させたときに、１秒ごとに測定した電気モータ２の出力トルク及び回転数のデータを電気モータ２のトルク特性図上にプロットした図である。なお、このときに駆動ユニット１００が搭載される電動モータサイクル１０１の条件は、車重：４１０ｋｇ、運転者重量：７５ｋｇ（１名）、空気抵抗係数×前面投影面積（μｉ・Ａ）：０．００２２ｋｇｆ・ｈ^２／ｋｍ^２とする。

図６に示すように、無段変速機３は、駆動ユニット１００を搭載した電動モータサイクル１０１をＷＭＴＣモードで走行させたときに、電気モータ２が特定回転域Ｒで動作する割合が、３０％以上となるように、設定されている。すなわち、駆動ユニット１００を搭載した電動モータサイクル１０１をＷＭＴＣモードで走行させたときに、１秒ごとに測定した電気モータ２の出力トルク及び回転数のデータをプロットした各点のうち、特定回転域Ｒ内にプロットされた各点の割合が３０％以上となるように、無段変速機３が設定されている。例えば、駆動プーリ装置３１のウエイトローラ３１４の重量や、従動プーリ装置３２のスプリング３２５のバネ定数などを調整することによって、上述したように無段変速機３を設定する。

図７は、無段変速機３のアップシフトのタイミングを示すグラフである。図７の横軸は車速を示し、図７の縦軸は電気モータ２の回転数を示す。また、図７のうち、Ｌ１は、無段変速機３が最大変速比（最も低速側の変速比）の際の車速と回転数との関係を示す線であり、Ｌ２は、無段変速機３が最小変速比（最も高速側の変速比）の際の車速と回転数との関係を示す線である。なお、無段変速機３の最大変速比は、２．５以上とすることができる。また、無段変速機３の最小変速比は、１．０以下とすることができる。

図７に示すように、無段変速機３は、特定回転域Ｒ内においてアップシフトを開始するように構成されている。すなわち、無段変速機３がアップシフトを開始する回転数である開始回転数Ｎ３は、第１回転数Ｎ１以上であり、第２回転数Ｎ２以下である。なお、アップシフトを開始するとは、変速比が変更され始める、すなわち、駆動プーリ装置３１の第１固定シーブ３１１と第１可動シーブ３１２との間隔が狭まり始めることを意味する。

また、無段変速機３は、特定回転域Ｒ内において、アップシフトが完了するように構成されている。すなわち、無段変速機３がアップシフトを完了する回転数である完了回転数Ｎ４は、第１回転数Ｎ１以上であり、第２回転数Ｎ２以下である。なお、アップシフトが完了するとは、変速比が最小変速比になり、それ以上アップシフトが行われないこと、すなわち、駆動プーリ装置３１の第１固定シーブ３１１と第１可動シーブ３１２とが設計上最も近づいた状態になっていることを意味する。

図８は、電気モータ２のトルク特性図上に、無段変速機３を取り外した状態の駆動ユニット１００を搭載した電動モータサイクル１０１をＷＭＴＣモードで上記と同じ条件で走行させたときに、１秒ごとに測定した電気モータ２のトルク及び回転数のデータをプロットした図である。

図８に示すように、無段変速機３を有していない駆動ユニット１００は、無段変速機３を有している駆動ユニット１００に比べて、電気モータ２のトルク及び回転数のデータをプロットした各点が全体的に広がっており、特定回転域Ｒ内にプロットされた点の割合が小さい。

＜減速機＞
図２に示すように、減速機４は、無段変速機３とデファレンシャルギア５との間でトルクを伝達するように構成されている。詳細には、減速機４は、従動プーリ装置３２とデファレンシャルギア５との間でトルクを伝達するように構成されている。減速機４は、無段変速機３の第２出力シャフト３２８の回転を減速してデファレンシャルギア５に伝達する。

図３に示すように、減速機４は、車両の幅方向（車両の左右方向）において、無段変速機３に対して、電気モータ２と同じ側に配置されている。幅方向視において、減速機４は、無段変速機３と重複している（図２参照）。

図２に示すように、減速機４は、第１ギア４１、第２ギア４２、及び支持シャフト４３を有している。第１ギア４１は、第２出力シャフト３２８と一体的に回転するように構成されている。第１ギア４１は、第２出力シャフト３２８に直接的に取り付けられていてもよいし、間接的に取り付けられていてもよい。

支持シャフト４３は、第２出力シャフト３２８と平行に延びている。支持シャフト４３は、第２出力シャフト３２８に対して下方に配置されている。また、支持シャフト４３は、各ドライブシャフト６に対して上方に配置されている。すなわち、支持シャフト４３は、上下方向において、第２出力シャフト３２８と各ドライブシャフト６との間に配置されている。詳細には、第２出力シャフト３２８と、支持シャフト４３と、各ドライブシャフト６とは、上下方向において、直線状に配列されている。

第２ギア４２は、支持シャフト４３に支持されている。詳細には、第２ギア４２は、支持シャフト４３と一体的に回転する。第２ギア４２は、第１ギア４１と噛み合っている。第２ギア４２は、第１ギア４１に対して下方に配置されている。減速機４は、トルクを上下方向に伝達する。

＜デファレンシャルギア＞
デファレンシャルギア５は、電気モータ２と各ドライブシャフト６との間でトルクを伝達するように構成されている。詳細には、デファレンシャルギア５は、減速機４と各ドライブシャフト６との間でトルクを伝達している。

デファレンシャルギア５は、電気モータ２に対して前方に配置されている。デファレンシャルギア５は、減速機４の下方に配置されている。上下方向視において、デファレンシャルギア５は、減速機４と重複している。図３に示すように、デファレンシャルギア５は、車両幅方向において、無段変速機３に対して、電気モータ２及び減速機４と同じ側に配置されている。図２及び図３に示すように、デファレンシャルギア５は、減速機４とカバーを兼用している。すなわち、減速機４を構成する各ギア、及びデファレンシャルギア５を構成する各ギアは、同一のケース内に収容されている。

＜ドライブシャフト＞
各ドライブシャフト６は、各駆動輪１０２にトルクを出力するように構成されている。詳細には、各ドライブシャフト６は、各後輪にトルクを出力するように構成されている。一対のドライブシャフト６は、デファレンシャルギア５から幅方向の両側に延びている。各ドライブシャフト６の先端部には駆動輪１０２が取り付けられている。ドライブシャフト６は、電気モータ２及び無段変速機３に対して下方に配置されている。

［変形例］
以上、本考案の実施形態について説明したが、本考案はこれらに限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の各変形例は、基本的には同時に適用することができる。

（ａ）電気モータ２の高効率領域Ｈの位置は上記実施形態に限定されない。例えば、電気モータ２の高効率領域Ｈは、上記実施形態よりも低回転数側であってもよいし、高回転数側であってもよい。

例えば、図９に示すように、電気モータ２の高効率領域Ｈを、上記実施形態よりも高回転数側にすることができる。この場合、この高効率領域Ｈに対応する特定回転域Ｒの第１回転数Ｎ１は、基底回転数Ｎ０の１．３倍以上であることが好ましい。また、第１回転数Ｎ１は、基底回転数Ｎ０の２．０倍以下とすることができる。第２回転数Ｎ２は、基底回転数Ｎ０の１．４倍以上であることが好ましい。また、第２回転数Ｎ２は、基底回転数Ｎ０の２．１倍以下とすることができる。

このように電気モータ２の高効率領域Ｈを高回転数側にすることによって、電気モータ２のステータ２２のコイルの断面積を小さくすることができ、ひいては電気モータ２を低コスト化することができる。また、電気モータ２の高効率領域Ｈを高回転数側にした場合であっても、駆動ユニット１００は無段変速機３を有しているため、図９に示すように、電気モータ２が特定回転域Ｒで動作する割合を３０％以上とすることができる。なお、図９は、図６に対応する図である。

（ｂ）上記実施形態では、アップシフトが開始される開始回転数Ｎ３が第１回転数Ｎ１以上であったが、第１回転数Ｎ１未満であってもよい。また、上記実施形態では、アップシフトが完了する完了回転数Ｎ４は第２回転数Ｎ２以下であったが、第２回転数Ｎ２より高くてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、駆動ユニット１００を自動三輪車に搭載していたが、駆動ユニット１００は自動二輪車に搭載することもできる。この場合、駆動ユニット１００は、デファレンシャルギア５を有していない。

（ｄ）上記実施形態では、電気モータ２及び無段変速機３は、ドライブシャフト６に対して上方に配置されているが、駆動ユニット１００の構成はこれに限定されない。例えば、電気モータ２及び無段変速機３は、ドライブシャフト６と同じ高さに配置されていてもよいし、ドライブシャフト６に対して下方に配置されていてもよい。また、減速機４とデファレンシャルギア５とは、互いに同じ高さに配置されていてもよいし、減速機４はデファレンシャルギア５に対して下方に配置されていてもよい。

２ ：電気モータ
３ ：無段変速機
１００ ：駆動ユニット
１０１ ：電動モータサイクル
１０２ ：駆動輪
Ｈ ：高効率領域
Ｎ０ ：基底回転数
Ｎ１ ：第１回転数
Ｎ２ ：第２回転数
Ｒ ：特定回転域

Claims (6)

1. 電動モータサイクルに搭載されるように構成された駆動ユニットであって、
   回転数とトルクとの関係を示すトルク特性図において、モータ効率が９０％以上となる高効率領域を有する電気モータと、
   前記電気モータに接続され、前記高効率領域に対応する特定回転域内で前記電気モータが動作する割合が３０％以上となるように設定された無段変速機と、
   を備える、
   駆動ユニット。
   
2. 前記無段変速機は、前記特定回転域内においてアップシフトを開始するように構成される、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
3. 前記無段変速機は、前記特定回転域内においてアップシフトが完了するように構成される、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
4. 前記前記高効率領域に対応する特定回転域は、第１回転数から第２回転数までの範囲であり、
   前記第１回転数は、前記電気モータの基底回転数の１．３倍以上である、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
5. 前記無段変速機は、最大変速比が２．５以上である、
   請求項１に記載の駆動ユニット。
   
6. 駆動輪と、
   前記駆動輪を駆動するように構成される請求項１から５のいずれかに記載の駆動ユニットと、
   を備える、電動モータサイクル。

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