JP3649814B2 - 電動車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリを電源とし、モータを駆動して走行する電動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動車は、バッテリを電源とし、バッテリ１個を電源としてモータを駆動して走行するものが一般的に知られている。このようなバッテリは、設定距離を走行するために、それに見合った容量のバッテリを備えており、通常一種類だけ用意されている。
【０００３】
しかしながら、このような電動車であれば、比較的短い距離を重量の重いものを積載して走行するとき、バッテリの重さが負担になる場合があったり、急いでいるときなど、充電時間が足りず充電不足で使用することがあり、バッテリ寿命を短くする恐れがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、走行距離や充電時間、重量に合わせてバッテリの選択ができ、最適の条件で使用できる電動車を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動源となるモータと、該モータの駆動力で回転する駆動輪とを設けたメインフレームと、前記モータの電源となるバッテリ及び該バッテリを内蔵しメインフレームに取り付けられるバッテリケースからなるバッテリユニットとを備え、前記バッテリユニットは、容量の異なるバッテリを内蔵する複数種形成されてメインフレームに選択的に取り付けられ、前記複数種のバッテリユニットのそれぞれのバッテリケースは、外観上同一形状に形成されると共に、前記バッテリは、バッテリケースがメインフレームに取り付けられたときにバッテリケース内の下方に位置するようにバッテリケースに内蔵されることを特徴とする。
【０００６】
また、それぞれのバッテリケースは、それぞれのバッテリケース内に形成された規制部材の位置によって内蔵するバッテリ容量を決定することを特徴とする。
【０００７】
更に、規制部材は、バッテリの左右に形成されたボスと、バッテリの前後に形成された規制壁と、左右のボス間をバッテリ上を通って連結される規制板とによって構成されていることを特徴とする。
【０００８】
容量の異なる複数のバッテリは、全て外観上同一形状のバッテリケースに収納されており、充電時間、走行距離、重量などの条件によって使用するバッテリを選択する。
【０００９】
また、バッテリをバッテリケースに内蔵するとき、規制部材の位置によってバッテリの種類を判別することができ、製造上間違えることがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、電動自転車を例に、図１乃至図８に基づいて以下に詳述する。
【００１１】
まず、電動自転車の全体構成について、図３に基づき説明をする。
【００１２】
１は、前部に設けられたヘッドパイプ２、サドル３から下方に設けられたシートチューブ４と連結するメインフレームであり、該メインフレーム１は前記シートチューブ４とが連結する部分に人力によって回転することができるペダル５が取り付けられている。
【００１３】
６は、ハンドル７の動きに連動し、ハンドル７操作によって走行方向を定める前輪で、該前輪６はスポーク８、リム９、タイヤ10から構成されている。
【００１４】
11は、駆動輪となる後輪であり、該後輪11も、タイヤ12、リム13、スポーク14、それと後輪11を駆動するための駆動部15とから構成されている。
【００１５】
16は、前記ペダル５の回転とともに回転する前スプロケットで、該前スプロケット16にはチェーン17がかかっており前スプロケット16の回転を前記駆動部15の車軸に設けた後スプロケット50に動力を伝達するようになっている。
【００１６】
18は、モータ24の電源となるバッテリ19が収納されているバッテリケースで、該バッテリ19は１本１．２ボルトのセル電池19Ａが２０本直列接続されて、フィルム19Ｂによって固定されている。これらのバッテリーケース18、バッテリ19を合わせてバッテリユニット20という。また、バッテリ19は取り外し可能で充電の際は屋内で充電をすることができる。また、前記バッテリユニット20は、５Ａｈと２．５Ａｈの容量が異なる２種類あり、その２つのいづれかを選択して取り付けることができる。これらのバッテリケース18の形状は同じであり、容量が異なっても同じように取り付けることができる。
【００１７】
前述した駆動部15について、図６及び図７に具体的構成を示す。
【００１８】
21は、メインフレーム１に固定して取り付けられた円盤状の固定側ケーシングで、22は、前記固定側ケーシング21と同軸で固定側ケーシング21外側を回転する回転側ケーシングである。これらの固定側ケーシング21と回転側ケーシング22とを合わせてハブを構成している。前記固定側ケーシング21は、２ミリの厚さを持った軽合金によって形成されている。
【００１９】
23は、前記回転側ケーシング22の外周に設けられたＵ字状の環状リブで、該環状リブ23は前記回転側ケーシング22に複数個所で固定されており、環状リブ23からはタイヤ12が取り付けられているリム13に向かってスポーク14が張設されている。また、環状リブ23は、鋼板によって形成されており、２．３ミリの厚さを持って構成されている。該環状リブ23は、前記回転側ケーシング22と別の構成部品にし、スポーク14からの力がかかり強度が必要な環状リブ23には強い材料で厚くしてあり、比較的力のかからない回転側ケーシング22には、環状リブ23よりも弱い材料で、薄く構成し、材質、材厚を互いに変えている。このように構成することで、駆動部15全体を軽量にすることができ、また、材料を変えることでコストダウンすることができる。
【００２０】
24は、駆動源となるモータで、25がロータ、26がステータである。該モータ24は、前記固定側ケーシング21に装着してあり、該モータ24の回転側ケーシング22から突出した部分にはモータカバー27によって施蓋し、モータ24の出力軸28をベアリング29によって支持している。
【００２１】
30は、前記固定側ケーシング21にネジ止めされ、保持部31に嵌合された遊星ローラ減速機構で、該遊星ローラ減速機構30は出力軸28と同一軸を中心として配置されている。
【００２２】
前記遊星ローラ減速機構30の構成について説明をする。
【００２３】
32は、前記保持部31にネジ止め固定された固定輪で、該固定輪32の内円には遊星ローラ33が４個設けられてあり、該遊星ローラ33の外周が、外側では前記固定輪32の内周に接し、内側ではモータ24の出力軸28に接するように配置している。また、遊星ローラ33の中心には出力ピン34が設けてあり、出力ピン34と遊星ローラ33との間にはニードルベアリング35が設けてある。
【００２４】
該遊星ローラ減速機構30は、モータ24の出力軸28が回転すると、接している遊星ローラ33は出力ピン34を中心に自転を始めると共に固定輪32に接しているため、出力軸28を中心に公転を始める。この出力ピン34からの回転する出力を取り出すことでモータ24の出力を減速して取り出すことができる。
【００２５】
36は、底面を前記出力ピン34に軸支し、出力軸28を貫通する円筒状の支持具で、該支持具36は出力軸28との間に軸受37を介して設けられ、更に先端側にはベアリング38を介して設けられている。
【００２６】
39は、前記支持具36外周に装着された一方向クラッチで、該一方向クラッチ39は前記ペダル５からの力をモータ24に伝わらないようにし、モータ24の駆動力を回転側ケーシング22に伝える働きをする。
【００２７】
40は、前記出力軸28に２つのベアリングを介し、更に前記一方向クラッチ39を介して出力軸28と同軸に装着された第１プーリーで、該第１プーリー40にはゴム製のベルト41が掛けられている。
【００２８】
42は、前記ベルト41の他端が掛けられている第２プーリーで、該第２プーリー42は回転側ケーシング22にボルト43によって固定されている。また、第２プーリー42は中が空洞になっており、この中に後述するトルク検出部56が設けられている。
【００２９】
44は、前記ベルト41の張りを調節するためのテンションプーリーで、該テンションプーリー44は支持体45の一端にローラ46が取り付けてあり、他端には固定側ケーシング21に取り付けるためのネジ47が設けてあり、ネジ47を取りつけてある部分を中心に支持体45が揺動可能であり、もう一方のネジ48を締め付けることでテンションプーリー44を固定し、前記ベルト41を押さえ、ベルト41の張りを調整することができる。
【００３０】
49は、固定側ケーシング22に内蔵された制御基板であリ、該制御基板49は、プーリーのない部分に内蔵される。そして、制御基板49は後述するトルク検出部56からの出力結果に応じたモータ24の回転を制御するマイコン以外に、モータ24をＰＷＭ制御する駆動回路やマイコンに起動電圧を入力するための定電圧回路、トルク検出回路などが装備されている。
【００３１】
50は、前記チェーン17が掛けられている後スプロケットであり、該後スプロケット50は車軸51に対してベアリング52を介して設けられ、一方向クラッチ53を介して後述する回動板57に取り付けられている。
【００３２】
54は、車軸52にベアリング55を介して設けられている回動筒で、該回動筒54は回転側ケーシング22の回転とともに回転する。
【００３３】
56は、第２プーリー42と車軸51近傍に取り付けられたトルク検出部であり、該トルク検出部56はチェーン17を介して動力伝達される人力駆動力、即ち人力トルクを検出するために設けられている。
【００３４】
まず、前記トルク検出部56について、図８に基づき略図を用いて説明をする。
【００３５】
回動板57は、車軸51と同心円状で、相対する２ケ所には、軸方向に押圧棒58と、変換棒59とが一体成形されている。前記押圧棒58は、釣鐘型の面をもって柱状に形成されており、釣鐘型の曲面部分で弾性体、即ちバネ60を押さえるようになっている。そして、回動板57は、バネ60を伸縮させ、バネ60の他端が第２プーリー42の内壁を押さえながら第２プーリー42が回転する。また、前記変換棒59は、車軸28方向に伸びる長方体で、先端部分が回転方向に向かって短くなるように斜めに形成してある。
【００３６】
前記押圧棒58によって押さえられるバネ60は、他端を回転側ケーシング22の一部に接触させており、人力駆動力の伝達の順序として回動板57から押圧棒58、バネ60を伸縮させて回転側ケーシング22を回転させる。この時、伸縮されたバネ60の伸縮大きさに応じて回転側ケーシング22と少しの歪みを生じながら回動板57は回転する。そしてこの回動板57は、人力による歪みに応じて回動することになる。この時、同時に回動板57の少しの回動によって変換棒59も回動し、変換棒59先端に形成した傾斜部分61によって傾斜部分61と接する山形部62が押されて車軸28方向に移動する。この山形部62には磁性部材、即ちフェライトのリング63が取り付けられており、山形部62の移動によってリング63も移動するようになっている。このリング63の先端にはリング63を回動板57側に付勢するためのＣリング64とバネ65が設けられている。よって回転側ケーシング22と回動板57が歪んだ分だけリング63が車軸28方向に移動するようになっている。
【００３７】
66は、前記固定側ケーシング21で前記リング63近傍に設けられた磁気検出部材、即ちコイルで、該コイル66は前記リング63の接近によるインダクタンスの変化を電気的な信号に変換することができ、この出力を利用して人力のトルクを検出することができる。
【００３８】
以上、図８に示す部材をまとめてトルク検出部56という。また、ここで変換棒59、山形部62、リング63、コイル66を検出部といい、これらによって弾性体の伸縮度合いを検出することができる。また、変換棒59、山形部62とを合わせて変換部材67と言い、回転方向の弾性体60の伸縮を車軸28方向の移動に変換する。
【００３９】
上記構成において、リング63にフェライトを用いたが、アルミなどの導電性材料でリングを構成してもよい。また、弾性体をバネ60としたが、ゴムなどを弾性体とし、検出部としてこのゴムの伸縮を検出できるようなスケールを用いて構成しても良い。更に、弾性体を感圧ゴムとして、伸縮する圧力を電気的信号として取り出しても構わない。
【００４０】
次に、以上の構成で、動力系統図について、図５に基づき説明をする。
【００４１】
まず、人力駆動系について説明すると、ペダル５によって与えられた人力は、チェーン17によって後スプロケット50に伝達され、回動板57、バネ60を介して後輪11を回転させる。次に電動駆動系について説明すると、バネ60の伸縮の大きさ、即ち回動板57の回転移動距離を変換部材67によって車軸28方向の移動に変換し、その移動とともにリング63が移動するようにする。このリング63の移動をコイル66のインダクタンスの変化に変換し、電気信号として制御基板49に入力する。制御基板49は、固定側ケーシング21内に内蔵されている。そして、制御基板49にコイル66の信号を入力して、これに基づいたモータ24の回転となるように駆動信号を出力する。そして、モータ24の出力は遊星ローラ減速機構30によって減速され、第１プーリー40を介して後輪11が回転する。この制御における人力駆動力と電動駆動力の比率は１対１でモータ24による補助が行われる。
【００４２】
次に制御回路について、図４に基づき説明する。
【００４３】
68は、前記モータ24を駆動用スイッチング素子69によってＰＷＭ制御する制御回路で、該制御回路68は前記トルク検出部56で検出したトルクに応じた出力でモータ24を駆動する。例えば、人力駆動力に対してモータ駆動力が１対１になるようにしてある。
【００４４】
70は、前記制御回路68からの出力信号に基づき、前記スイッチング素子69をＯＮ−ＯＦＦするためのモータ駆動回路である。
【００４５】
71は、２４ボルトの電圧を５ボルトに降圧して制御回路68の電源となる定電圧回路である。
【００４６】
72は、モータ24に並列に接続してあるフライホイールダイオードである。
【００４７】
73は、バッテリ19の電流値と電圧値を制御回路68に入力する電流電圧検出回路で、該電流電圧検出回路73は、電流値を検出するためにスイッチング素子69に接続したシャント抵抗からの信号入力で行い、また、電圧値を検出するために電源供給ラインからの分圧値を制御回路68に入力することで行っている。この制御回路68は、入力した電流値を増幅したり、電流、電圧の所定値と比較したりする機能を有している。
【００４８】
74は、前記電流電圧検出回路73の信号によってバッテリ容量が少なくなったことを知らせる報知回路で、例えばＬＥＤやブザーなどから構成されている。
【００４９】
次に、バッテリユニット20の構造について図１及び図２に基づき説明する。
【００５０】
まず、５Ａｈのバッテリユニット20について、図１に基づき説明する。５Ａｈの容量のバッテリユニット20は、バッテリケース18内に単１型電池の大きさを持つ１．２ボルトのセル電池19Ａが２０個直列に接続されており、１０個ずつ２列に並べてフィルム19Ｂに収納されており、バッテリケース18に納められている。
【００５１】
75は、バッテリケース18先端に形成された取っ手であり、該取っ手75はバッテリケース18に対して回動自在になってりる。
【００５２】
また、バッテリケース18内の取っ手75近傍には、ヒューズ、出力用コネクタなどが収納されている。
【００５３】
76は、バッテリの前後方向の動きを規制する規制壁であり、バッテリケース18前後に一体成形している。
【００５４】
左右、上下はバッテリケース18の内側壁とバッテリ19外側壁とが略同一形状なので、バッテリケース内側壁によって動きが規制されている。
【００５５】
次に、２．５Ａｈのバッテリユニット20について、図２に基づき説明する。このバッテリユニット20は、バッテリケース18内に単２型電池の大きさを持つ１．２ボルトのセル電池19Ａが２０個直列に接続されており、１０個ずつ２列に並べてフィルム19Ｂに収納されており、バッテリケース18に納められている。この場合、バッテリ19の大きさは、５Ａｈの場合より小さくなるので、バッテリケース18内部に２．５Ａｈ用の長手方向の動きを抑えるための規制壁76と長手方向の横側の動きを規制するボス77を形成している。そして、バッテリ19の上下方向の動きを抑えるために、規制板78をネジによって止めてバッテリ19の上から押さえて固定してある。また、バッテリケース18内の取っ手75近傍には、５Ａｈのバッテリユニット20同様、ヒューズ、出力用コネクタなどが収納されている。上記の規制壁76、ボス77、規制板78を合わせて規制部材という。そして、バッテリケース18内に５Ａｈよりも容量の小さいバッテリ19が収納されるときは、メインフレーム１に取り付けられたときにバッテリ19が下方に位置するように規制部材の位置を決めて形成されている。
【００５６】
これらのバッテリユニット20は、容量が異なるため、即ち充電時間、重量が異なってくる。そのため、充電時間、重量、満充電時の走行可能距離を使用者がいづれかを選択して取り付けることができる。本実施例では、２種類の容量の異なるバッテリユニット20を選択可能にしたが、２種類以上の容量のバッテリユニット20を用意し、それらから選択可能にしても構わない。そして、その時は規制部材の位置も変えて形成される。
【００５７】
本実施例では、人力駆動力に対して同じ力の電動駆動力を出力する電動駆動力によって補助するタイプのアシスト式の自転車について示したが、人力駆動力と電動駆動力とが独立している電気自転車や、また、電気自動車などに使用できることはいうまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、異なる容量のバッテリを内蔵したバッテリユニットを選択してメインフレームに取り付け可能であり、充電時間、重量、走行距離に合わせてバッテリを選択できるので、最適の条件でバッテリを選択することができ、使用勝手がよくなる。またバッテリは、バッテリユニットがメインフレームに取り付けられたときにバッテリケース内の下方に位置するように内蔵されるので、安定性がよくなる。さらに、容量の異なるバッテリを内蔵したバッテリユニットのバッテリケースは、外観上同一形状に形成されているので、バッテリの種類に係わらず、同様に取り付けられ、簡単に取り替えることができる等の効果を奏する。
【００５９】
また、バッテリユニットは、それぞれのバッテリケース内に形成された規制部材の位置によって内蔵するバッテリ容量を決定するので、付け間違いがなく、組立て性が向上する等の効果を奏する。
【００６０】
更に、規制部材は、バッテリの左右に形成されたボスと、バッテリの前後に形成された規制壁と、左右のボス間をバッテリ上を通って連結される規制板とによって構成されるので、簡単な構成で形成することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す１つのバッテリユニットの全体構成である。
【図２】同他のバッテリユニットの全体構成である。
【図３】同全体構成図である。
【図４】同制御回路である。
【図５】同動力系統図である。
【図６】同駆動部の側面断面図である。
【図７】同駆動部の平面構成図である。
【図８】同トルク検出部の動作の略図である。
【符号の説明】
24 モータ
11 駆動輪
１ メインフレーム
19 バッテリ
18 バッテリケース
77 ボス
76 規制壁
78 規制板

Claims (3)

1. 駆動源となるモータと、該モータの駆動力で回転する駆動輪とを設けたメインフレームと、前記モータの電源となるバッテリ及び該バッテリを内蔵しメインフレームに取り付けられるバッテリケースからなるバッテリユニットとを備え、前記バッテリユニットは、容量の異なるバッテリを内蔵する複数種形成されてメインフレームに選択的に取り付けられ、前記複数種のバッテリユニットのそれぞれのバッテリケースは、外観上同一形状に形成されると共に、前記バッテリは、バッテリケースがメインフレームに取り付けられたときにバッテリケース内の下方に位置するようにバッテリケースに内蔵されることを特徴とする電動車。
2. 前記それぞれのバッテリケースは、それぞれのバッテリケース内に形成された規制部材の位置によって内蔵するバッテリ容量を決定することを特徴とする請求項１記載の電動車。
3. 前記規制部材は、バッテリの左右に形成されたボスと、バッテリの前後に形成された規制壁と、左右のボス間をバッテリ上を通って連結される規制板とによって構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動車。

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