JP3420349B2 - 電気自動車の電気動力ユニット及び動力伝達ユニット - Google Patents

電気自動車の電気動力ユニット及び動力伝達ユニット

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JP3420349B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に用いられ
る電気動力装置及び動力伝達装置のユニット化構造に関
し、特に、電気動力装置の交換及び組立て容易性を企図
し、また、動力伝達装置の伝動効率の向上及び自動制御
化により、総合的な走行性能の向上を図ったものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、走行用に電動モータを用いる電気
自動車は、内燃式エンジンを用いた自動車に代換される
次世代の車両として、注目を浴びつつある。すなわちこ
の電気自動車により、大気汚染の要因の７０％内外を占
めるという自動車の排気ガスや、騒音等の環境問題はそ
の大半を解決でき、また、石油資源の寿命を倍以上に延
ばすことができると言われている。
【０００３】このような電気自動車は、動力駆動系とし
て、バッテリ電源、走行用の電動モータ、モータの回転
を制御するモータ駆動回路を搭載し、このモータから生
じるモータ動力を、動力伝達装置を介して、走行輪を回
転駆動し、車両を走行している。
【０００４】電気自動車の一種である電動スクータを例
に採って説明すると、図１４に示すように、電動スクー
タ５１は、車体５２のメインフレーム５３に、図示を省
略した緩衝装置を介して懸架された走行輪５４，５５
と、車体略中央の低位置に配設されたバッテリ電源部５
６と、バッテリ電源部５６からの電力を、乗員の操作指
示に応じて制御しモータに供給するモータ駆動回路５７
と、モータ駆動回路５７により回転制御された走行用の
電動モータ５８と、モータ５８から生じる回転駆動力を
走行輪５５に伝達する動力伝達装置５９とを備えてい
る。
【０００５】他方、電機自動車の電気動力系をなすバッ
テリ電源部は、フレームにブラケットを介して固定され
た、例えば、４つの蓄電池６０，６０…から構成され、
これらの蓄電池６０は、電力ロスを防ぐために大径ケー
ブルを用いて直列に接続され、所定の電圧が得られるよ
うになされている。また、バッテリ電源部５６の両側に
は、モータ駆動回路５７と充電器６１とが、車体５２に
ブラケットを介して固定され、それぞれ、バッテリ電源
部５６の入出力端子にケーブルで接続されている。更
に、これらのモータ駆動回路５７と充電器６１は、その
下面の車体５２に設けられた放熱板６２により放熱処理
を行って、正常動作を維持できるようにしている。この
ように、これらのバッテリ電源部５６，モータ駆動回路
５７，充電器６１は、それぞれ、個別にブラケットを介
して車体５２に固定搭載され、これらは、ケーブル・ア
ッセンブリーを介して相互に接続されている。
【０００６】尚、６３は、モータの回転数を指示する制
御回路であり、モータ駆動回路５７と、操向ハンドル６
４のアクセル・グリップとに、配線コードにより電気的
に接続され、乗員のアクセル・グリップ操作に応じた制
御信号を、モータ駆動回路５７に出力している。
【０００７】そして、このバッテリ電源部５６に接続さ
れたモータ駆動回路５７から、電動モータ５８に定めら
れた電力量が供給され、電動モータ５８が所定回転速度
により作動し、このモータ駆動力は動力伝達装置５９を
介して、後輪５５に伝達される。このような動力伝達装
置５９としては、並列的に設けられた複数のギア機構を
用いた２速クラッチ変速装置や、摩擦伝動ベルトを用い
た無段変速装置が一般的に知られている。
【０００８】前記多段変速装置とは、異なるギア比構成
の歯車列からなるギア機構を複数設け、乗員が選択した
ギア機構に、モータ駆動側を、断続クラッチによる機械
的噛み合いによって連結する構成を備えている。すなわ
ち、モータの出力軸と、各ギア機構の入力軸とに対面す
る回転クラッチ板を設け、一方の回転板を他方に接離さ
せることにより、機械的に接触・分離することによりモ
ータ駆動の断続を行い、異なるギア比の歯車列を駆動し
て、変速するものである。また、このようなクラッチの
動作は、カム，レバー，リンク機構等により、乗員の手
動操作によって行われ、また、クラッチ操作は、運転状
況に応じた乗員の判断により、行われている。
【０００９】また、ベルト式無段変速装置（ＣＶＴ）と
は、モータ側に原動プーリ、後輪側に従動プーリを設け
て、これらにベルトを掛け渡し、ベルトとプーリとの間
の摩擦力による伝動によって、モータ駆動力を後輪側に
伝達する装置である。また、このベルトは、断面がＶ形
ベルトを用いて、該Ｖ形ベルトのくさび効果によって平
ベルトより大きな摩擦力を得るようにして、伝動効率を
高めるようにしている。そして、一方のプーリ径を連続
的に増減させることにより、プーリ間の回転径比を無段
階に変更し、入力された回転速度を変速する構成のもの
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電気
自動車のバッテリー部によれば、個別の蓄電池をケーブ
ルにより直列接続しているので、蓄電池の組立て作業や
交換作業時には、このケーブルの取外し及び接続の手間
がかかって煩わしいという不都合があった。すなわち、
蓄電池端子部のハーネスを外したり、端子やハーネスの
対応関係の区別がやっかいであり、ときとして接続不良
となるおそれもあった。また、電気動力系のバッテリー
部，駆動回路，充電器の相互接続もケーブル・アッセン
ブリーにより行われていたので、製作時に組立てを行う
場合や、部分的な機器の故障により交換する場合には、
同様に作業が複雑化するという不都合があった。
【００１１】また、冬季等のとりわけ低温な環境におい
ては、蓄電池内の電気化学的な変化が不活発となり、蓄
電池としての充放電能力の低下が激しくなるので、車両
が走行不良になるおそれがあった。
【００１２】更に、車両が連続走行する場合には、放熱
対策が行われているとはいえ、この連続走行により駆動
回路が加熱して、回路の機能が低下するので、たとえ満
充電の電池に交換し動力源的に問題が無くても、車両と
して走行不能になるという不都合もあった。
【００１３】
【００１４】
【００１５】そこで、本発明は、複数の蓄電池、モータ
駆動回路、充電器をケース内に収納し、各機器をプレー
ト基板により接続するすることにより、組立て容易でし
かも一括交換可能な電気動力ユニットを提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載し
た発明は、動力系として、バッテリ電源、モータ、モー
タの回転を制御する制御装置を備えた電気自動車におい
て、上方開口のケース（１０）と、ケース（１０）内に
収容された複数の蓄電池（１１）からなるバッテリ電源
（１２）と、バッテリ電源（１２）の近傍に配置された
充電器（１３）と、モータ駆動回路（１４）と、前記ケ
ース（１０）の上面全体をカバーするプレート基板（１
５）とから構成される電気動力ユニットであって、前記
ケース（１０）は、熱伝導性に優れた素材からなり、前
記プレート基板（１５）は、前記バッテリ電源（１２）
と充電器（１３）及びバッテリ電源（１２）とモータ駆
動回路（１４）をそれぞれ接続する電気コネクタを備
え、前記バッテリ電源（１２）、充電器（１３）及びモ
ータ駆動回路（１４）はそれぞれ前記電気コネクタに接
続されるコネクタを有し、前記電気動力ユニットが電気
自動車に一括交換可能に搭載されている電気自動車の電
気動力ユニットである。
【００１７】本願第２請求項に記載した発明は、請求項
１記載の発明において、前記充電器（１３）又は前記モ
ータ駆動回路（１４）が、前記蓄電池（１１）の近傍に
配置されている電気自動車の電気動力ユニットである。
【００１８】本願第３請求項に記載した発明は、請求項
１記載の発明において、前記プレート基板（１５）は前
記電気コネクタ間に、制御回路、各蓄電池の電流・電圧
状態をモニタする監視回路、蓄電池の電圧均一化回路、
センサの駆動・評価回路のいずれか一つ以上の回路を設
けた電気自動車の電気動力ユニットである。
【００１９】本願第４請求項に記載した発明は、請求項
１記載の発明において、前記バッテリ電源（１２）を収
容したケース（１０）を、恒温水槽に浸けながら充電可
能に設けた電気自動車の電気動力ユニットである。
【００２０】
【００２１】
【作用】従って、本願発明の電気動力ユニットによれ
ば、複数の蓄電池からなるバッテリ電源と、充電器及び
モータ駆動回路をケースに搭載し、これらを電気コネク
タにより結合して、各機器をケーブルレスに接続したこ
とにより、ケーブル接続に伴う不都合を根本的に解消す
ることができる。すなわち、接続ケーブルの断線、接続
コネクタの接触不良による故障を防止することができ
る。また、プレート基板を装着するのみで、蓄電池を所
定の直列等に接続することができ、煩わしい個々の蓄電
池の接続ケーブルの取付け作業が不要となる。
【００２２】また、通常の消耗したバッテリを交換する
場合には、バッテリ容量が減少した電気動力ユニット
を、別途満充電の電気動力ユニットに一括して交換すれ
ばよいので、個々の蓄電池の積下ろしに伴う接続ケーブ
ルの取付け取外し作業等が不要となる。
【００２３】更に、連続走行後における車両のバッテリ
交換の場合は、連続走行による発熱に起因して動作不良
のおそれがある駆動回路も、同時に新たな常温のものに
交換できるので、走行を継続することができる。
【００２４】また更に、このように電気動力ユニットを
一括交換した場合には、消耗した電気動力ユニットを、
厳密な温度管理を行いながら充電することにより、蓄電
池の性能を良好に維持すると共に、電池の寿命を飛躍的
に向上させることができる。すなわち、従来の充電時に
おいては、充電による蓄電池自体の温度上昇や、四季を
通じての外気温の変動により、一定温度下で充電するこ
とができない。このため、本願の電気動力ユニットを、
例えば３０℃の恒温水槽の中に当該ユニット全体を浸け
ながら充電して、適切な温度状態を維持しながら充電す
ることにより、温度変動による蓄電池の信頼性低下を防
止して、蓄電池の性能を良好に維持することが可能とな
り、その結果、電池寿命を延命化できる。
【００２５】また、例えば熱伝導性の優れた素材を用い
てケースを形成し、このケースに充電器及びモータ駆動
回路を搭載した本願発明の場合は、放熱及び加熱処理を
行うこととなり、その結果、大きな伝熱効果が得られ
る。
【００２６】更に、駆動回路や充電器をバッテリ電源の
近傍に搭載した場合は、冬季等の低温環境時には、モー
タ駆動回路乃至充電器の作動に伴う発熱を、高熱伝導性
のケースにより蓄電池側に誘導して、バッテリ電源の蓄
電池を適度に加温して保温することにより、低温環境下
においても、蓄電池の性能低下が防止され得る。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【実施例】以下に、本発明を図１乃至図１０に示す実施
例に基づいて説明する。尚、本実施例では、電気自動車
の一種である電動二輪車を例に採って説明する。
【００３１】図１において、電動二輪車１は、従来のエ
ンジン駆動による二輪車と同様に、車体２の前後に、車
体メインフレーム３に懸架された車輪４，５を備える。
前輪４はハンドル６によって操向され、また、後輪４は
エンジンではなく、走行用の電動モータ７によって回転
駆動される。
【００３２】メインフレーム３には、蓄電池等の動力源
を収納し電力を供給する電気動力ユニット８と、この電
気動力ユニット８から供給される電気エネルギーを、電
動モータ７により機械運動に変換して後輪に伝達する動
力伝達ユニット９が、搭載されている。尚、図示を省略
したものもあるが、基本的には、ハンドル６に設けられ
たアクセル・グリップ、ブレーキレバー、ブレーキ機
構、サスぺンション等は従来の二輪車と同じものが用い
られている。
【００３３】前記電気動力ユニット８は、図２乃至図４
に示すように、上方開口のケース１０と、ケース１０内
に収納された複数の蓄電池１１からなるバッテリ電源１
２と、バッテリ電源１２近傍に配置された充電器１３と
モータ駆動回路１４と、これらの電力機器１２，１３，
１４を相互に接続しケース１０上面全体をカバーするプ
レート基板１５とから構成され、車体２のメインフレー
ム３の略中央低位置に、一括交換可能に搭載されてい
る。
【００３４】前記電気動力ユニット８のケース１０は、
アルミ合金等の熱伝導性に優れた素材を用いて、上方開
口の長箱形状に形成されている。そして、この開口スペ
ース内に、バッテリ電源部１２を構成する複数の蓄電池
１１が収納される。また、ケース１０両側には、充電器
１３及びモータ駆動回路１４を搭載する長板状の設置板
１０ａが設けられ、この設置板１０ａの下面には、車体
の前後方向に沿って、多数の大型の放熱板（ヒートシン
ク）１０ｂが一体に設けられている。従って、搭載され
る充電器１３及びモータ駆動回路１４の動作に伴う発熱
は、この放熱板により空気中に放出され、各機器の正常
動作を継続できるようになされている。
【００３５】充電器１３は、整流回路と変圧回路等とか
ら構成され、電気動力ユニット８を搭載したままで充電
する場合に備えて設けられており、上面には接続端子１
３ａが突設されている。また、充電動作のため充電器１
３全体の発熱量は比較的大きいので、ケース１０に設け
られた大型の放熱板１０ｂにより、十分な放熱処理が行
われる。更に、充電器１３がケース１０のバッテリ電源
部１２近傍に搭載されているので、冬季等の低温環境時
には、この充電器１３の発熱を、熱伝導率の高いケース
１０により蓄電池１１側に誘導して、バッテリ電源部１
２の蓄電池１１を適度に加温することができる。従っ
て、低温環境下においても、この充電器１３の作動熱に
より蓄電池１１を適度に加温することにより、蓄電池の
充放電性能が十分に発揮できるので、十分な容量の充電
が可能になる。
【００３６】また、モータ駆動回路１４は、ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ回路を主として構成され、上面には接続端子１４ａ
が突設されている。また、このＦＥＴ回路のスイッチン
グ動作によりチョッパ制御を行って、モータの回転数が
制御されている。そして、このスイッチング動作のため
回路全体の発熱量は比較的大きいので、ケース１０に設
けられた大型の放熱板１０ｂにより、十分な放熱処理を
行っている。また、これと同時に、モータ駆動回路１４
がバッテリ電源部１２の近傍に配置されているので、冬
季等の低温環境時には、このモータ駆動回路１４の発熱
を、熱伝導率の高いケース１０により蓄電池１１側に誘
導して、バッテリ電源部１２の蓄電池１１を適度に加温
することができる。従って、低温環境下においても、こ
のモータ駆動回路１４の作動熱により蓄電池１１を適度
に加温することにより、蓄電池１１の充放電性能が十分
に発揮できるので、電気自動車の走行可能環境を広げる
ことができる。
【００３７】前記プレート基板１５は、少なくともバッ
テリ電源部１２の上面面積より大きな面積を有する平板
状の基板に形成され、ケース１０に搭載される機器１
２，１３，１４をケーブルレスに接続すると共に、該プ
レート基板１５には各種の回路１６が搭載されている。
すなわち、このプレート基板１５の下面には、搭載され
たバッテリ電源部１２の各蓄電池１１，充電器１３，モ
ータ駆動回路１４の各接続端子１１ａ，１２ａ，１３ａ
に対応した箇所に、接続ソケット１５ａが設けられてい
る。そして、これらの定められたソケット１５ａ間は、
長板状の導体プレート１５ｂにより接続され、この導体
プレート１５ｂはプレスでカシメられて固定されてい
る。また、導体プレート１５ｂは、素材として銅を用い
て、板厚が大きく設定されており、接続する機器１２，
１３，１４間の電力ロスを防止するようになされてい
る。また、このようにプレート基板１５の下面に接続ソ
ケット１５ａや搭載回路１６を設けているので、感電事
故防止による安全性を十分に確保することができると共
に、各種回路を保護することができる。
【００３８】また、このプレート基板１５のソケット１
５ａと導体プレート１５ｂ間の空きスペースには、主要
な制御回路だけではなく、各種の付加的な追加回路１６
を実装することができる。すなわち、例えば、各蓄電池
１１毎の電流，電圧状態をモニタする監視回路や、この
モニタ結果により各蓄電池１１電圧にバラツキがある場
合には、個別に放電させて均一化させる蓄電池の電圧均
一化回路や、各種センサの駆動，評価回路等も、このプ
レート基板１５に一括して搭載することができる。従っ
て、簡単に回路を搭載することができると共に、このよ
うな回路を追加することにより、蓄電池管理を自動化し
向上させたインテリジェントな電気動力ユニット８を得
ることができる。また、搭載回路を単一の基板に搭載す
ることにより、集中的に管理でき、電気的なメンテナン
スを容易にすることができると共に、車体内の回路間コ
ード配線を不要にして、装置の簡素化を図ることができ
る。
【００３９】以上説明したように、本実施例の電気動力
ユニットによれば、複数の蓄電池からなるバッテリ電源
と、充電器及びモータ駆動回路をケースに搭載し、これ
らの各端子を、プレート基板の大電流通電用の導体によ
り配線されたソケットに結合して、各機器をケーブルレ
スに接続したことにより、ケーブル接続に伴う不都合を
根本的に解消することができる。すなわち、接続ケーブ
ルの断線、接続コネクタの接触不良による故障を防止す
ることができる。また、プレート基板を装着するのみ
で、蓄電池を所定の直列等に接続することができ、煩わ
しい個々の蓄電池の接続ケーブルの取付け作業が不要と
なり、組立工数が大巾に削減されるので、組立てが容易
となる。また、通常使用時に、蓄電池を部分的に交換す
る場合にも、同様に交換作業が簡単化される。
【００４０】また、消耗したバッテリを交換する場合
は、バッテリ容量が減少した電気動力ユニットを、満充
電された別途の電気動力ユニットに一括して交換すれば
よいので、個々の蓄電池の積下ろしに伴う接続ケーブル
の取付け取外し等が不要となり、交換作業が容易化され
る。
【００４１】更に、車両が連続走行した後にバッテリ交
換する場合は、連続作動の発熱により動作不良となるお
それがある駆動回路も、同時に新たな常温のものに交換
できるので、走行を継続することができ、安定した長距
離走行が可能となる。
【００４２】また更に、電気動力ユニットを一括交換し
た場合には、消耗した電気動力ユニットを、厳密な温度
管理を行いながら充電することにより、電池の寿命を飛
躍的に向上させることもできる。すなわち、従来蓄電池
を充電した場合には、蓄電池自体の温度が上昇したり、
また、四季を通じて外気温が変動するので、蓄電池を一
定温度にて充電することができない。この充電時の温度
変動により、蓄電池として用いられている鉛電池の信頼
性が低下し、使用可能な寿命が減少するので、経済性が
低下していた。そこで、例えば、３０℃の恒温水槽の中
に、この電気動力ユニット全体を浸けながら充電するこ
とにより、適切な温度状態を維持しながら充電できるの
で、蓄電池の性能を良好に維持すると共に、電池寿命を
延命化することができ、その結果、経済性を向上するこ
とができる。
【００４３】また、熱伝導性の優れた素材を用いてケー
スを形成し、このケースに充電器及びモータ駆動回路を
搭載し、搭載位置の近傍に大型放熱板を設けて、放熱処
理を行っているので、大きな放熱効果が得られ、充電器
及びモータ駆動回路の動作温度限界が高くなり、動作性
能の向上を図ることができる。
【００４４】更に、駆動回路及び充電器がバッテリ電源
の近傍に搭載されているので、冬季等の低温環境時に
は、このモータ駆動回路又は充電器の動作に伴う発熱
を、高熱伝導性のケースにより蓄電池側に誘導して、バ
ッテリ電源の蓄電池を適度に加温して保温することによ
り、低温環境下においても、蓄電池の性能低下が防止さ
れる。このように、蓄電池の充放電能力を維持できるの
で、電気自動車としての走行性能の向上を図ることがで
きる。
【００４５】次に、本発明の動力伝達ユニットを図５乃
至図１０に示す実施例に基づいて説明する。
【００４６】本実施例の動力伝達ユニット９は、密閉ケ
ース２０内に一括配設されており、モータ駆動回路２１
と、走行用電動モータ７と、モータ７が生成する回転駆
動力を適切な回転数・トルクに変換して後輪５に伝達す
る自動２速クラッチ変速装置２２とから構成され、車体
フレーム３に図示を省略した緩衝装置を介して、取付け
られている。
【００４７】すなわち、図５乃至図７において、密閉式
のケース２０の一端側には、アルミ合金で鋳造されたケ
ーシング構造を有する走行用の電動モータ７が固定さ
れ、他端側にはケース２０に軸受けにより支持された軸
に後輪５が固定されている。そして、このモータの出力
軸７ａと、後輪軸５ａとの間に、自動２速クラッチ変速
装置２２が配設され、密閉式のケース２０内に収められ
ている。従って、このモータ７の発生動力は、自動２速
クラッチ変速装置２２を経て後輪５に伝達され、後輪５
を回転駆動して、車両が走行する。
【００４８】この密閉ケース２０は、熱伝導性の優れた
軽量素材であるアルミ合金を用いて形成されている。ま
た、この密閉ケース２０の電動モータ７及び自動２速ク
ラッチ変速装置２２を搭載する付近の外側面には、車体
の前後方向に沿って、多数の大型放熱板（ヒートシン
ク）２０ａが、ケース２０と一体的に設けられている。
従って、車両の走行時には、電動モータ７作動に伴う大
量の発熱は、この走行によって大型放熱板２０ａを通過
する大量の空気中に効率的に放出され、モータ７の安定
動作を継続できるようになされている。
【００４９】また、この電動モータ７の回転数を制御す
るモータ駆動回路２１が、大型放熱板２０ａ付近に配置
され、この大型放熱板２０ａを共用して、十分な放熱処
理を行っている。尚、モータ駆動回路２１をモータ７側
のケース２０内に配置したが、放熱効果が大きい自動２
速クラッチ変速装置２２付近のケース２０内に配置して
も良い。
【００５０】前記走行用の電動モータ７は、耐久性及び
信頼性に優れた大出力のＤＣモータであり、密閉ケース
２０内に水平に搭載されている。また、この電動モータ
７の出力は、後述する自動２速クラッチ変速装置２２の
ドッグクラッチ２３により、後輪５に伝達・遮断される
ようになされている。
【００５１】この自動２速クラッチ変速装置２２は、モ
ータ出力軸７ａ上に同行回転し且つ同軸方向に移動可能
に配置されたドッグクラッチ２３と、このドッグクラッ
チ２３の両側の同軸上に遊転軸支され、ドッグクラッチ
２３と機械的接触により接離する１速，２速の原動変速
ギア２４，２６を備えたギア列３０とから構成されてい
る。このギア列３０の１速，２速の原動変速ギア２４，
２６と、これらにそれぞれ噛合する従動変速ギア２５，
２７には、所定のギア比が設定されて所定の減速回転が
行われる。また、これらの従動変速ギア２５，２７は、
同一の中間原動軸２８ａに結合され、この中間原動軸２
８ａに結合されている中間原動ギア２８を駆動し、この
中間原動ギア２８が噛合し駆動する中間従動ギア２９
は、後輪軸５ａを駆動する歯付きベルト伝動装置３１を
駆動する。そして、このドッグクラッチ２３は、電磁力
により選択した原動変速ギア２４，２６と機械的に接離
して、モータ出力を伝達・遮断している。従って、電動
モータ７から得られた出力を、機械式減速機構により適
切なトルク・回転数に変換し、この駆動力を歯付きベル
ト伝動装置３１により効率的に後輪軸５ａに伝達して、
後輪５を回転駆動するようになされている。
【００５２】すなわち、図８に示すように、ドッグクラ
ッチ２３は、モータ出力軸７ａにスプライン結合され、
モータ軸７ａ軸方向に移動可能に設けられたクラッチ可
動部３２と、このクラッチ可動部３２の外側に設けられ
た円筒状のクラッチ駆動部３３とから構成されている。
従って、モ−タ７の回転動力はクラッチ可動部３２に伝
わり、クラッチ可動部３２を回転駆動すると共に、この
クラッチ可動部３２はモータ軸方向に移動可能とされて
いる。そして、クラッチ駆動部３３からの電磁力によっ
て選択した１速，２速の原動変速ギア２４，２６側に、
クラッチ可動部３２を移動させ、両者を機械的接触させ
て、選択した１速の原動変速ギア２４又は２速の原動変
速ギア２６を回転駆動することにより、動力を伝達・遮
断するクラッチ動作を行うようにしている。また、この
ようにドッグクラッチ２３の動作は、電磁力により行わ
れるので、走行用モータ７と電気的な連係動作が可能に
なされている。
【００５３】また、このドッグクラッチ２３は、噛み合
いクラッチの一種であり（ジョークラッチ）、クラッチ
可動部３２の両側面には、モータ軸７ａを中心とする円
周上に、間欠的に形成された角形突起３２ａ，３２ａが
設けられ、この面に対面する１速，２速の原動変速ギア
２４，２６の側面には、同様に間欠的な角形突起２４
ａ，２６ａが設けられている。従って、クラッチ可動部
３２が、１速又は２速の原動変速ギア側に移動すると、
これらの凹凸部３２ａ，２４ａ，２６ａが噛み合い、モ
ータ出力軸７ａと、１速又は２速の原動変速ギア２４，
２６が、クラッチ可動部３２を介して機械的に接続する
ようになされている。
【００５４】尚、本実施例においては、クラッチ可動部
３２の両側面と、対応する１速，２速の原動変速ギア２
４，２６との対向面に、同一円周上に角形の突部を設け
たが、これに限定されず台形、スパイラル等の凹凸部を
設け、これらの噛み合いによって連結するように構成し
てもよく、また、円周上ではなく、多数の山形の凹凸部
を設けて、これらの噛み合いとしてもよい。
【００５５】このようなドッグクラッチ２３において、
クラッチ可動部３２には永久磁石３４が、また、クラッ
チ駆動部３３には励磁コイル３５が、設けられている。
【００５６】すなわち、図９に示すように、クラッチ可
動部３２は、両端にヨーク３４ａ，３４ａが設けられた
筒状の永久磁石３４を内蔵しており、この両端部は固定
されたＮ，Ｓ極に着磁されている。そして、この永久磁
石３４に、クラッチ駆動部３３から電磁力を作用させる
ことにより、クラッチ可動部３２を任意の軸方向に移動
させ、クラッチの断続動作を行うようにしている。
【００５７】また、このクラッチ駆動部３３は、クラッ
チ可動部３２の外周径より大きな筒状に形成され、断面
形状が略Ｅ型形状の強磁性体を用いたヨーク３６と、こ
のＥ形状ヨーク３６の間隙部に設けられた励磁コイル３
５とから構成されている。
【００５８】更に、図１０に示すように、このＥ型ヨー
ク３６は、通常のＥ型ヨーク３７（図１１）と比較し
て、軸方向の両端ヨークの厚みが大きく設定され、両端
の磁束量を増加した磁気回路が構成されている。すなわ
ち、本Ｅ型ヨーク３６の両端ヨーク厚Ａは、通常のＥ型
ヨーク３７の両端ヨーク厚Ｂよりも大きく設定されてい
る。永久磁石が移動すると、当該永久磁石が生成する磁
場によって、前記永久磁石３４に対して、通常のＥ形状
ヨーク３７の場合には、図１２に示すように、変動はあ
るが常に移動を妨げる一方向の力が作用するのに対し
て、両端ヨークを増厚したＥ形状ヨーク３６の場合に
は、図１３に示すように、移動の中間付近を境界とし
て、逆転する力が作用する。すなわち、図１０中に実線
で示す永久磁石３４の移動開始から、破線により示す中
間付近までは、この永久磁石３４は、移動方向に対して
逆方向の向心力を受ける。ところが、この移動中間付近
から二点鎖線で示す移動終了までには、移動方向に進行
させる推進力が働くものである。
【００５９】このようにして、クラッチ可動部３２が移
動ストロークの終端に位置すると、クラッチ可動部３２
の永久磁石３４とクラッチ駆動部３３のヨークとにより
吸引力が働き、常にクラッチ可動部３２が、原動変速ギ
ア２４，２６と噛み合う方向に力が働くようになされて
いる。従って、クラッチ可動部３２が移動終端に到達し
た場合には、クラッチ駆動部３３の励磁コイル３５が無
励磁となっても、該クラッチ可動部３２は中立位置に戻
ることなく、押し付けた状態を維持することができる。
このようにクラッチ可動部３２の移動ストロークの両端
においては、クラッチ可動部３２に作用する力の方向が
逆方向となり、励磁コイルが無励磁の場合にも、クラッ
チ可動部３２を励磁方向に押付ける作用力が働き続くの
で、クラッチ駆動部３３の励磁コイル３５の通電を、ク
ラッチ可動部３２の移動開始時にのみ行えばよいことと
なり、その結果、クラッチ操作の消費電力を必要最小限
にすることができるものとなる。
【００６０】尚、クラッチの接続を切る場合、つまり、
ドッグクラッチ２３のクラッチ可動部３２を中立状態に
戻す場合や、反対側のギアに接続する場合には、励磁コ
イル３５に逆方向の電流を通電することにより、同様の
作用が逆方向に働き、クラッチ可動部３２の移動が行わ
れる。
【００６１】また、ドッグクラッチ２３に断続される１
速，２速のギア列３０は、モータ出力軸７ａ上のドッグ
クラッチ２３両側に遊転可能に軸支された１速，２速の
原動変速ギア２４，２６と、これらにそれぞれ噛合する
１速，２速の従動変速ギア２５，２７と、これらの１
速，２速の従動変速ギア２５，２７が固定されている同
一の中間ギア軸２８ａに固定された中間原動ギア２８
と、この中間原動ギア２８に噛合する中間従動ギア２９
とから構成されている。そして、この１速の原動変速ギ
アと従動変速ギアとは、例えば、ギア比として３０：１
となるように歯数が設定され、２速の原動変速ギアと従
動変速ギアとは、同様に１０：１となるように歯数が設
定されて、入力された回転数の減速動作が行われる。
【００６２】更に、このように減速された駆動力は、歯
付きベルト伝動装置３１によって、最終的に後輪５に伝
動される。すなわち、中間従動ギア２９が固定されてい
るプーリ軸４１ａには、原動プーリ４１が固定されてお
り、この原動プーリ４１と、後輪軸５ａに固定された従
動プーリ４２との間には、歯付きベルト４３が掛け渡さ
れている。従って、各プーリ４１，４２とベルト４３と
は、相互の歯の噛み合いにより、高効率的に駆動力が伝
動される。すなわち、このような噛み合いによる伝動で
は、滑りがないので、伝動が確実且つ効率的となる。
【００６３】次に、このような自動２速クラッチ変速装
置の動作を説明する。
【００６４】まず、制御回路が運転状況から自動判別し
て、この制御回路からクラッチ切換え指令が出力され、
ドッグクラッチ２３のクラッチ切換え動作が開始され
る。
【００６５】例えば、走行開始時の場合、今まで走行し
ていた２速側から１速側へ切換えることとなる。すなわ
ち、クラッチ駆動部３３の励磁コイル３５に、所定のク
ラッチ切換え方向の電流が通電され、この励磁コイル３
５から磁界が生成される。この磁界がクラッチ可動部３
２の永久磁石３４に作用し、クラッチ可動部３２が１速
側の原動変速ギア２４側に移動する。これと同時に、ク
ラッチ切換え信号に応じて、モータのトルクや回転数が
一時的に、例えば低トルク等の適切なものに変更して制
御される。従って、クラッチ可動部３２と１速の原動変
速ギア２４とがスムーズに嵌合し、この原動変速ギア２
４がモータ出力軸７ａと同一回転速度により回転駆動さ
れて、励磁コイル３５の通電が停止される。そして、こ
のモータ回転速度は、１速ギア列のギア比により減速さ
れて、１速の従動変速ギア２５を減速回転する。次に、
このような回転駆動力は、この従動変速ギア２５と同軸
上の中間原動ギア２８から、中間従動ギア２９を介し
て、原動プーリ４１に伝達される。そして、この原動プ
ーリ４１の回転駆動力は、歯付きベルト４３により従動
プーリ４１に伝達され、この従動プーリ４１と同じ後輪
軸５ａに結合された後輪５が、１速ギア比の減速回転に
より駆動され、車両が走行する。
【００６６】車両が１速で駆動し、走行速度が上がっ
て、モータが高回転，高トルクとなると、今度は１速側
から２速側へ切換えることとなる。すなわち、クラッチ
駆動部３３の励磁コイル３５に、クラッチ切換え方向の
電流が通電され、この励磁コイル３５から磁界が生成さ
れる。この磁界がクラッチ可動部３２の永久磁石３４に
作用し、クラッチ可動部３２が２速側の原動変速ギア２
６側に移動する。これと同時に、クラッチ切換え信号に
応じて、モータのトルクや回転数が一時的に適切なもの
に変更して制御される。従って、クラッチ可動部３２と
２速の原動変速ギア２６とがスムーズに嵌合し、この原
動変速ギア２６がモータ出力軸７ａと同一回転速度によ
り回転駆動されて、励磁コイル３５の通電が停止され
る。そして、このモータ回転速度は、２速ギア列のギア
比により回転し、車両は走行を続ける。
【００６７】以上説明したように、電磁力により動作さ
せた噛み合いクラッチの一種であるドッグクラッチと、
歯付きベルトとにより、駆動側と被動側とを、機械的噛
み合いによって連結するすると共に、ベルトとプーリと
の相互の歯の噛み合いにより、駆動力を伝達しているの
で、高効率の伝動効率を達成することができる。すなわ
ち、この噛み合いクラッチと歯付きベルトは、滑りがな
く、伝達が確実なので、従来のＶベルトの摩擦伝動によ
る７０％の伝動効率に比較して、約９０％に効率向上を
達成することができる。これは、ベルトとプーリとの間
の摩擦力による伝動においては、伝動時に、実用上は問
題がない程度に多少のすべりを伴うが、本実施例の噛み
合いによる伝動では、このすべりが全く生じないことに
よるものである。
【００６８】また、クラッチの断続動作を電磁力を用い
て、電気的に行っているので、モータとの電気的な連係
を図って、クラッチ動作性能の向上を図ることができ
る。すなわち、このクラッチ断続動作時には、クラッチ
動作信号に応じて、モータのトルクや回転数が瞬間的に
適切なものに変更して制御することができるので、動作
するクラッチ相互の噛み合い、繋がり、外れというもの
をスムーズに行うことができ、快適なクラッチ操作感を
得ることができると共に、クラッチ断続性能を向上する
ことができる。
【００６９】更に、モータ駆動回路、走行用モータ、自
動２速クラッチ変速装置を、放熱板を備えた密閉ケース
に収納してユニット化しているので、放熱処理とケーシ
ングを兼用することができ、構造が簡素化される。
【００７０】また、これら各機器を接続する電気的な配
線がケース内に収まるので、配線を十分に保護すること
ができ、動力及び伝達装置として信頼性が向上する。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の電気動
力ユニットによれば、複数の蓄電池からなるバッテリ電
源と、充電器及びモータ駆動回路をケースに搭載し、こ
れらを電気コネクタにより結合して、各機器をケーブル
レスに接続したことにより、ケーブル接続に伴う不都合
を根本的に解消することができる。すなわち、接続ケー
ブルの断線、接続コネクタの接触不良による故障を防止
することができる。また、プレート基板を装着するのみ
で、蓄電池を所定の直列等に接続することができ、煩わ
しい個々の蓄電池の接続ケーブルの取付け作業が不要と
なる。
【００７２】また、通常の消耗したバッテリを交換する
場合には、バッテリ容量が減少した電気動力ユニット
を、別途満充電の電気動力ユニットに一括して交換すれ
ばよいので、個々の蓄電池の積下ろしに伴う接続ケーブ
ルの取付け取外し作業等が不要となる。
【００７３】更に、連続走行後における車両のバッテリ
交換の場合は、連続走行による発熱に起因して動作不良
のおそれがある駆動回路も、同時に新たな常温のものに
交換できるので、走行を継続することができる。
【００７４】また更に、このように電気動力ユニットを
一括交換した場合には、消耗した電気動力ユニットを、
厳密な温度管理を行いながら充電することにより、蓄電
池の性能を良好に維持すると共に、電池の寿命を飛躍的
に向上させることができる。すなわち、従来の充電時に
おいては、充電による蓄電池自体の温度上昇や、四季を
通じての外気温の変動により、一定温度下で充電するこ
とができない。このため、本願の電気動力ユニットを、
例えば３０℃の恒温水槽の中に当該ユニット全体を浸け
ながら充電して、適切な温度状態を維持しながら充電す
ることにより、温度変動による蓄電池の信頼性低下を防
止して、蓄電池の性能を良好に維持することが可能とな
り、その結果、電池寿命を延命化できる。
【００７５】また、例えば熱伝導性の優れた素材を用い
てケースを形成し、このケースに充電器及びモータ駆動
回路を搭載した本願発明の場合は、放熱及び加熱処理を
行うこととなり、その結果、大きな伝熱効果が得られ
る。
【００７６】更に、駆動回路や充電器をバッテリ電源の
近傍に搭載した場合は、冬季等の低温環境時には、モー
タ駆動回路乃至充電器の作動に伴う発熱を、高熱伝導性
のケースにより蓄電池側に誘導して、バッテリ電源の蓄
電池を適度に加温して保温することにより、低温環境下
においても、蓄電池の性能低下が防止され得る。
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】以上のように、本発明によれば、複数の蓄
電池、モータ駆動回路、充電器をケース内に収納し、各
機器をプレート基板により接続するすることにより、組
立て容易でしかも一括交換可能な電気動力ユニットを得
ることができる。このように、本発明は、この一括交換
可能な電気動力ユニットにより、電気自動車の総合的な
走行性能の向上を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気自動車の一実施例である電動二輪
車に係り、概略構成を示す側面図。
【図２】第１発明の電気動力ユニットの一実施例を示
し、図１中のＩ−Ｉ矢視断面図。
【図３】本第１発明の電気動力ユニットの一実施例を示
す平面図。
【図４】本第１発明の電気動力ユニットの一実施例を示
す分解斜視図。
【図５】第２発明の動力伝達ユニットの一実施例を示す
全体平断面図。
【図６】第２発明の動力伝達ユニットの一実施例を示す
全体側面図。
【図７】第２発明の動力伝達ユニットの一実施例を示
し、図６中のVII−VII矢視断面図。
【図８】第２発明の動力伝達ユニットに係り、自動２速
クラッチ変速装置のドッグクラッチの概略構成を示す斜
視図。
【図９】第２発明の動力伝達ユニットに係り、ドッグク
ラッチのクラッチ可動部、クラッチ駆動部を示す斜視
図。
【図１０】第２発明の動力伝達ユニットに係り、ドッグ
クラッチのクラッチ可動部、クラッチ駆動部を示す断面
図。
【図１１】第２発明の動力伝達ユニットに係り、従来の
クラッチ可動部、クラッチ駆動部を示す断面図。
【図１２】第２発明の動力伝達ユニットに係り、従来の
電磁動作するクラッチ可動部に作用する力を説明するグ
ラフ。
【図１３】第２発明の動力伝達ユニットに係り、本実施
例の電磁動作するクラッチ可動部に作用する力を説明す
るグラフ。
【図１４】従来例の電気自動車である電動スクータの概
略構成を示す側面図。
【符号の説明】
１ 電動二輪車 ２ 車体 ３ メインフレーム ４ 前輪 ５ 後輪 ６ 操向ハンドル ７ 走行用の電動モータ ８ 電気動力ユニット ９ 動力伝達ユニット １０ 電気動力ユニットのケース １０ａ 電気動力ユニットのケースの設置板 １０ｂ 電気動力ユニットのケースの放熱板 １１ 蓄電池 １１ａ 蓄電池の端子 １２ バッテリ電源部 １３ 充電器 １３ａ 充電器の端子 １４ モータ駆動回路 １４ａ モータ駆動回路の端子 １５ プレート基板 １５ａ プレート基板の接続ソケット １５ｂ プレート基板の接続ソケット間の導体プレート １６ 付加的な追加回路 ２０ 密閉ケース ２０ａ 密閉ケースの放熱板 ２１ モータ駆動回路 ２２ 自動２速クラッチ変速装置 ２３ ドッグクラッチ ２４ １速の原動変速ギア ２４ａ １速の原動変速ギアの嵌合突起 ２５ １速の従動変速ギア ２６ ２速の原動変速ギア ２６ａ ２速の原動変速ギアの嵌合突起 ２７ ２速の従動変速ギア ２８ 中間原動ギア ２８ａ 中間原動軸 ２９ 中間従動ギア ３０ ギア列 ３１ 歯付きベルト伝動装置 ３２ クラッチ可動部 ３２ａ クラッチ可動部の接触突起 ３３ クラッチ駆動部 ３４ 永久磁石 ３４ａ 永久磁石のヨーク ３５ クラッチ駆動部の励磁コイル ３６ クラッチ駆動部のヨーク ３７ クラッチ駆動部の通常ヨーク ４１ 原動プーリ ４１ａ プーリ軸 ４２ 従動プーリ ４３ 歯付きベルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 保 神奈川県横浜市港北区新吉田町4415−２ 株式会社東京アールアンドデー横浜事 業所内 (72)発明者 遠藤 健一 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 山越 一成 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−135371（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−330391（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340285（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−298155（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241004（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−137544（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−117487（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−24125（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62M 23/02 B62J 9/00 H01M 2/10 B60K 1/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動力系として、バッテリ電源、モータ、
    モータの回転を制御する制御装置を備えた電気自動車に
    おいて、上方開口のケース（１０）と、ケース（１０）内に収容
    された複数の蓄電池（１１）からなるバッテリ電源（１
    ２）と、バッテリ電源（１２）の近傍に配置された充電
    器（１３）と、モータ駆動回路（１４）と、前記ケース
    （１０）の上面全体をカバーするプレート基板（１５）
    とから構成される電気動力ユニットであって、 前記ケース（１０）は、熱伝導性に優れた素材からな
    り、 前記プレート基板（１５）は、前記バッテリ電源（１
    ２）と充電器（１３）及びバッテリ電源（１２）とモー
    タ駆動回路（１４）をそれぞれ接続する電気コネクタを
    備え、 前記バッテリ電源（１２）、充電器（１３）及びモータ
    駆動回路（１４）はそれぞれ前記電気コネクタに接続さ
    れるコネクタを有し、 前記電気動力ユニットが電気自動車に一括交換可能に搭
    載されていること を特徴とする電気自動車の電気動力ユ
    ニット。
  2. 【請求項２】 前記充電器（１３）又は前記モータ駆動
    回路（１４）が、前記蓄電池（１１）の近傍に配置され
    ていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の電
    気動力ユニット。
  3. 【請求項３】 前記プレート基板（１５）は前記電気コ
    ネクタ間に、制御回路、各蓄電池の電流・電圧状態をモ
    ニタする監視回路、蓄電池の電圧均一化回路、センサの
    駆動・評価回路のいずれか一つ以上の回路を設けたこと
    を特徴とする請求項１記載の電気自動車の電気動力ユニ
    ット。
  4. 【請求項４】 前記バッテリ電源（１２）を収容したケ
    ース（１０）を、恒温水槽に浸けながら充電可能に設け
    たことを特徴とする請求項１記載の電気自動車の電気動
    力ユニット。
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