JP3786916B2 - 電気自動車の動力伝達ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電気自動車に用いられる動力伝達装置のユニット化構造に関し、特に、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５６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６４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、従来の動力伝達装置の多段変速装置においては、変速するためのクラッチ操作を、乗員の判断により一般には足で操作（４輪車）したり手動操作（２輪車）により行うので、クラッチ断続のタイミングが以外と難しく、ときにはタイミングが外れる不都合があった。
【００１１】
更に、ベルト式無段変速装置は、ベルト及びプーリ間の摩擦伝動により駆動力を伝達していたので、伝動効率が低く、車両の走行性能の向上が図れない不都合があった。これは、ベルトとプーリによる伝動では、両者間の摩擦力を用いているので、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ことによるものと思われる。
【００１２】
そこで、本発明は、走行用モータと電磁力により動作する噛み合いクラッチを備えた自動２速クラッチ変速装置を用いて、伝動効率を高めると共に自動化が行え且つモータと連係動作する動力伝達ユニットを提供する。このユニット化により、電気自動車の総合的な走行性能の向上を図ることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願第１請求項の発明は、駆動系として、モータ、クラッチ、変速装置、動力伝達装置を備えた電気自動車において、モータ出力軸と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と、前記ドッグクラッチの両側に遊転軸支され該ドッグクラッチと機械的接触により接離する１速及び２速の変速ギアを備えたギア列とから構成される自動２速クラッチ変速装置を設け、前記ドッグクラッチは、前記モータ出力軸の方向に移動可能に設けられ且つ永久磁石を設置したクラッチ可動部と、前記クラッチ可動部の外側に設けられ且つ励磁コイルを設置したクラッチ駆動部とから構成され、更に、前記クラッチ駆動部の両端のヨークは、前記クラッチ可動部の両端のヨークよりも両端厚みを大きく設定して、前記クラッチ駆動部の励磁による前記クラッチ可動部の移動に伴い、作用力が反転する磁気回路を構成した電気自動車の動力伝達ユニットである。
【００１４】
このような本請求項の発明によれば、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。
【００１６】
更に、本請求項の発明によれば、クラッチ可動部が移動ストロークの終端に位置すると、クラッチ可動部の永久磁石とクラッチ駆動部のヨークとにより吸引力が働き、常にクラッチ可動部が噛み合う方向に力が働くようになり、従って、クラッチ可動部が移動終端に到達した場合には、クラッチ駆動部の励磁コイルが無励磁となっても、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の移動ストロークの両端においては、このクラッチ可動部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、クラッチ可動部を進行方向に押付ける作用力が働き続くので、クラッチ駆動部の励磁コイルの通電を、クラッチ可動部の移動開始時にのみ行えばよいこととなり、クラッチ操作の消費電力を必要最小限にできる。尚、クラッチの接続を切る場合、つまり、ドッグクラッチのクラッチ可動部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、クラッチ可動部の移動が行われる。
【００１７】
本願第２請求項の発明は、請求項１の発明において、前記自動２速クラッチ変速装置が、放熱板を有する密閉ケース内に収納されている電気自動車の動力伝達ユニットである。
【００１８】
また、本請求項の発明によれば、自動２速クラッチ変速装置を、放熱板を有する密閉ケース内に収納したので、放熱処理とケーシングを兼用することができて、構造が簡素化される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図１乃至図１０に示す具体例に基づいて説明する。尚、本例では、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１２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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１３ａが突設されている。また、充電動作のため充電器１３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。
【００２５】
また、モータ駆動回路１４は、ＭＯＳ−ＦＥＴ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。
【００２６】
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１２，１３，１４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。
【００２７】
また、このプレート基板１５のソケット１５ａ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。
【００２８】
以上説明したように、本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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、本発明に係るの動力伝達ユニットを図５乃至図１０に示す具体例に基づいて説明する。
【００３５】
本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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２８ａ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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２４ａ，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。
【００４３】
尚、本例においては、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２４，２６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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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３５とから構成されている。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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２４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。
【００５５】
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２６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、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。
【００６１】
更に、本願発明によれば、クラッチ可動部が移動ストロークの終端に位置すると、クラッチ可動部の永久磁石とクラッチ駆動部のヨークとにより吸引力が働き、常にクラッチ可動部が噛み合う方向に力が働くようになり、従って、クラッチ可動部が移動終端に到達した場合には、クラッチ駆動部の励磁コイルが無励磁となっても、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の移動ストロークの両端においては、このクラッチ可動部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、クラッチ可動部を進行方向に押付ける作用力が働き続くので、クラッチ駆動部の励磁コイルの通電を、クラッチ可動部の移動開始時にのみ行えばよいこととなり、クラッチ操作の消費電力を必要最小限にできる。尚、クラッチの接続を切る場合、つまり、ドッグクラッチのクラッチ可動部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、クラッチ可動部の移動が行われる。
【００６２】
また、本願発明において、前記自動２速クラッチ変速装置を、放熱板を有する密閉ケース内に収納した場合は、放熱処理とケーシングを兼用することができて、構造が簡素化される。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、走行用モータと電磁力により動作する噛み合いクラッチを備えた自動２速クラッチ変速装置を用いて、伝動効率を高めると共に自動化が行え且つモータと連係動作する動力伝達ユニットを得ることができる。このように、本発明は、この動力伝達ユニットにより、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】本例の電動二輪車の概略構成を示す側面図。
【図２】電気動力ユニットの一具体例を示し、図１中のＩ−Ｉ矢視断面図。
【図３】電気動力ユニットの一具体例を示す平面図。
【図４】電気動力ユニットの一具体例を示す分解斜視図。
【図５】動力伝達ユニットの一具体例を示す全体平断面図。
【図６】動力伝達ユニットの一具体例を示す全体側面図。
【図７】動力伝達ユニットの一具体例を示し、図６中のVII−VII矢視断面図。
【図８】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】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】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】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】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】動力伝達ユニットに係り、本具体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
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

Claims (2)

1. 駆動系として、モータ、クラッチ、変速装置、動力伝達装置を備えた電気自動車において、
   モータ出力軸と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と、前記ドッグクラッチの両側に遊転軸支され該ドッグクラッチと機械的接触により接離する１速及び２速の変速ギアを備えたギア列とから構成される自動２速クラッチ変速装置を設け、
   前記ドッグクラッチは、前記モータ出力軸の方向に移動可能に設けられ且つ永久磁石を設置したクラッチ可動部と、前記クラッチ可動部の外側に設けられ且つ励磁コイルを設置したクラッチ駆動部とから構成され、
   更に、前記クラッチ駆動部の両端のヨークは、前記クラッチ可動部の両端のヨークよりも両端厚みを大きく設定して、前記クラッチ駆動部の励磁による前記クラッチ可動部の移動に伴い、作用力が反転する磁気回路を構成したことを特徴とする電気自動車の動力伝達ユニット。
2. 前記自動２速クラッチ変速装置が、放熱板を有する密閉ケース内に収納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動力伝達ユニット。

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