JP3998118B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車両に関し、特に、コントローラやドライバを含むパワーユニットの構造を簡素化するとともにマス（質量）の集中化を図った電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを駆動源とする二輪車等電動車両には、電動モータ（以下、単に「モータ」という）のコントローラやドライバが設けられる。従来、これらコントローラ等は、モータやモータの動力伝達装置等からなるパワーユニットとは別に設けられていたため、組立てやメンテナンスが煩雑であった。そこで、この不具合を解消するものとして、パワーユニットつまりクランク軸を支承するクランクケース内の空間にコントローラを配置してマスの集中化を図ったモータ付き自転車が提案されている（特開平８−１７５４６２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載されたパワーユニットのようにコントローラをパワーユニットに収容するだけでは、依然として不十分な点があった。まず、コントローラをオン・オフするためのスイッチをパワーユニット外に設けると、高圧系のコードをパワーユニット外に取り回す必要が出てくる。また、モータの出力をハンドルグリップの回動によって調整するものにおいては、この調整量を検出するセンサをパワーユニットから離れた位置、すなわちハンドル回りに配置されるようになり、高圧系のＧＮＤを含むセンサコードをパワーユニット内に出すことに加え、必ずしもマスの集中化が充分とはいえなかった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、パワーユニットへのマスの集中化を図り、併せて高圧系の囲い込みを図ることができる電動車両を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、モータを駆動源として使用する電動車両において、前記モータの回転を駆動輪に伝達するパワーユニットのケーシングと、前記モータの回転を制御するコントローラと、前記コントローラを含む制御ユニットと、前記制御ユニットへ電力を供給するバッテリと、前記電力の供給ライン上に設けられたメインスイッチとしてのリードスイッチとを具備し、前記制御ユニットおよび前記リードスイッチを前記ケーシング内部に配置するとともに、前記ケーシングの外面の、該ケーシングの壁を挟んで前記リードスイッチと対向する位置に、前記リードスイッチを開閉するマグネットキーを挿入するキー穴が形成されている点に第１の特徴がある。
【０００６】
また、本発明は、車両に搭載される電装品の駆動用にダウンコンバータを具備し、該ダウンコンバータを前記パワーユニットのケーシング内部に設けた点に第２の特徴があり、モータの出力要求の大きさを検出するアクセル開度センサを前記パワーユニットのケーシング内部に設けた点に第３の特徴がある。
【０００７】
上記の特徴によれば、コントローラのスイッチおよび電源コンバータ、アクセル開度センサをパワーユニットのケーシング内に設けたので、高圧系のコードがパワーユニット外に取り回す必要がなくなる。また、電源コンバータやアクセル開度センサをパワーユニットのケーシング内に設けたので、より一層パワーユニットにマスを集中化させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の電動二輪車の側面図であり、ブラシレスモータの駆動力により走行する電動走行機能と、ペダルから入力された人力（踏力）により走行する人力走行機能とを有する。
【０００９】
車体前部と車体後部とは車体フレーム１を介して連結され、車体フレーム１の中央部から後寄りではシートポスト２が上方に向かって立設されている。シートポスト２にはシートパイプ１５が挿嵌され、シートパイプ１５の上端には、テールランプ１２および左右のウインカ１３が一体的に構成されたシート８が装備されている。
【００１０】
車体フレーム１の先端ではヘッドライト１１が前方へ突き出すように設けられ、ヘッドライト１１の上部にはフロントキャリア１２が装着されている。車体フレーム先端のヘッドパイプ１６にはフロントフォーク３が軸支され、フロントフォーク３の上端にはハンドル９が取付けられる。フロントフォーク３の下端には前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル９の左右には前後輪のブレーキレバー１４（右側は図示しない）が設けられる、ハンドル９の左右端にそれぞれ設けられるグリップのうち右グリップ（図示せず）はアクセルグリップ５８（図６参照）を兼ねている。
【００１１】
車体フレーム１の下方にはパワ−ユニット５が固定され、後輪ＲＷは変速ユニット６により軸支されている。パワーユニット５はブラシレスモータＭを内蔵し、クランク５１７を介してクランク軸５２０に入力された踏力またはブラシレスモータＭが発生する駆動力を変速ユニット６へ伝達する。変速ユニット６は車体フレーム１に対してＵ型フレーム４を介して固定されている。パワーユニット５内の前方底部には制御ユニット５０が配置される。パワーユニット５の下部には跳ね上げ式のセンタースタンド１９が設けられる。
【００１２】
また、パワーユニット５内の前記モータＭの上方には、該パワーユニット５を経由して一般電装品に供給される電圧を所定値に調整する電装品駆動用電源コンバータとしてのダウンコンバータ５２およびメインスイッチとしてのリードスイッチ５４が配置される。
【００１３】
図２は、パワーユニット５のクランク軸５２０および駆動軸５２１に垂直な平面での断面図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。パワーユニット５のケースは、ケース本体５１２並びにその左右を覆うＬケース５１３およびＲケース５１１により構成される。ケース本体５１２並びにその左右を覆うＬケース５１３およびＲケース５１１は非磁性の金属、例えば、アルミニュ−ムもしくはアルミニュ−ム合金で形成されるのがよいが、電気絶縁性の高い樹脂材料で形成してあってもよい。
【００１４】
クランク軸５２０は、その一端が軸受５３１を介してＲケース５１１により軸支され、他端が軸受５３２を介してＬケース５１３により軸支される。クランク軸５２０の一端には、Ｒケース５１１の外側に位置したクランク５１７が固定されるとともに、クランク５１７とＲケース５１１との間には一方向ラチェット５１５を介して駆動スプロケット５１４が軸支される。駆動スプロケット５１４と変速ユニットの従動スプロケット６１４（後述）とはチェーン５１６により連結される。
【００１５】
一方、モータＭによって回転される駆動軸５２１は、軸受５３３、５３４を介してケース本体５１２により軸支される。駆動軸５２１の一端には、これを回転軸とするブラシレスモータＭが設けられ、駆動軸５２１の他端には駆動側プーリ５４０が設けられている。駆動側プーリ５４０と変速ユニット６の従動側プーリ６１０（後述）とは、Ｖベルト５４３により連結され自動変速機を構成する。
【００１６】
ブラシレスモータＭは、ステータコア５８１および電機子コイル５８２を含むインナステータ５８０と、リング状のロータコア部５７３を主要部とするボビン状のフライホイール５７１およびロータコア部５７３の内周面に沿って配置された複数の駆動マグネット５７２を含むアウタロータ５７０と、駆動マグネット５７２の磁界に基づいてアウタロータ５７０のステータ５８０に対する相対位置を検知するための磁気センサ５９０とから構成される。ブラシレスモータＭは、さらに図４、５を参照して後で詳述する。
【００１７】
前記駆動側プーリ５４０は、駆動軸５２１に対して回転方向および軸方向の動きが固定された固定プーリ片５４２と、駆動軸５２１に対して軸方向の摺動が自在な可動プーリ片５４１とから構成される。可動プーリ片５４１の背面すなわちＶベルト５４３と当接しない面には、ホルダプレート５４５が取付けられている。ホルダプレート５４５は駆動軸５２１に対して回転方向および軸方向の双方にその動きが規制され、駆動軸５２１と一体で回転する。ホルダプレート５４５と可動プーリ片５４１とによって囲まれた空所はガバナウェイトとしてのローラ５４４を収容するポケットを形成している。
【００１８】
図３は、前記変速ユニット６の出力軸６２０に垂直な平面での断面図である。変速ユニット６のケースは、ケース本体６１２およびその左右を覆うＬケース６１３およびＲケース６１１により構成され、Ｒケース６１１には出力軸６２０の一端が軸受６３２を介して軸支されている。ケース本体５１２には出力軸６２０の中央部が軸受６３３を介して軸支されている。
【００１９】
出力軸６２０の一端には、前記パワーユニット５の駆動スプロケット５１４とチェーン５１６で連結される従動スプロケット６１４が設けられている。出力軸６２０の他端には、従動側プーリ６１０の固定プーリ片６５１が、外側スリーブ６５３、ニードルベアリング６５８および内側スリーブ６５９を介して軸支される。出力軸６２０の端部にはカップ状のクラッチ板６６１が設けられる。
【００２０】
外側スリーブ６５３の外周では、可動プーリ片６５２が出力軸６２０に対して摺動自在に軸支されている。この可動プーリ片６５２は、出力軸６２０の周りで一体的に回転できるようにクラッチディスク６５４に係合している。クラッチディスク６５４と可動プーリ片６５２との間には、両者間の距離を拡張する方向に反発力を発生する圧縮コイルばね６５５が設けられる。
【００２１】
Ｖベルト５４３から可動プーリ片６５２に伝達される駆動力は、クラッチディスク６５４のシュー６６２を介してクラッチ板６６１へ伝達され、さらに内側スリーブ６５９、第１および第２遊星歯車機構６７１，６８１、出力軸６２０を介して後輪ＲＷへ伝達される。
【００２２】
図４は、前記パワーユニット５内におけるブラシレスモータＭの拡大断面図であり、図５は、その主要部の一部破断平面図である。前記ステータコア５８１は、図４に示したように、ケース本体５１２にネジ５６３によりネジ止めされている。アウタロータ５７０のフライホイール５７１は駆動軸５２１に固定されている。フライホイール５７１のロータコア部５７３は、その開口部に外側へ開いたフランジ部５７３ａを具備し、前記磁気センサ５９０はセンサ基板５９１から垂直に立設され、このフランジ部５７３ａと駆動マグネット５７２との間の空隙部に形成される磁路上に位置決めされる。
【００２３】
本実施形態では、磁気センサ５９０の少なくとも一部が、フランジ部５７３ａと駆動マグネット５７２との間の空隙内に収まるように配置される。前記センサ基板５９１はプレート５９２にネジ５９７によりネジ止めされている。プレート５９２はケース本体５１２にネジ５９８によりネジ止めされている。
【００２４】
このように、本実施形態ではロータコア部５７３の開口端で外側に広がったフランジ部５７３ａと駆動マグネット５７２との間の空隙部に磁気センサ５９０が配置されるので、駆動マグネット５７２とステータ５８０との間に強い磁気作用を確保しながら、外側の磁気センサ５９０と駆動マグネット５７２との間にも十分な磁気作用を確保できる。したがって、駆動マグネット５７２を角度検知用マグネットとしても機能させながら、その回転位置を磁気センサ５９０により正確に検知できるようになる。
【００２５】
図６は、前記ブラシレスモータＭを駆動する駆動回路の構成を示したブロック図であり、図１〜図５と同符号は同一または同等部分を示す。制御ユニット５０は、バッテリ１０（各々２４Ｖの第１および第２バッテリ１０ａ，１０ｂ）からブレーカ５１を介して供給される高電圧（４８Ｖ）の電源電流を、モータＭの各電機子コイル５８２へ供給する。ダウンコンバータ５２は、バッテリ１０から供給される高電圧を１２Ｖまで降圧して一般電装品５７へ供給する。メインスイッチとしてリードスイッチ５４が採用され、マグネットキー５６を近接させることにより非接触で開閉される。マグネットキー５６とリードスイッチ５４についてはさらに後述する。
【００２６】
アクセル開度センサ５５は、モータＭの出力要求の大きさ、つまりアクセルグリップ５８の回動量（アクセル開度）を検知する。具体的に、アクセルグリップ５８の回転はワイヤ６０を通じてアクセル開度センサ５５の軸に伝達され、この軸の回動量に応じた出力により開度が検知される。前記アクセル開度センサ５５およびリードスイッチ５４はパワーユニット５のケーシング内に収容され、ケーシング外からアクセスできるよう、ケーシングの壁面に近接して配置される。
【００２７】
制御ユニット５０は、バッテリ１０から供給される高電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５０１と、コントローラ５０２と、ドライバ５０３とを含む。コントローラ５０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０１の出力電圧により駆動され、ブラシレスモータＭの各電機子コイル５８２へ供給する電流の大きさおよびタイミングを前記アクセル開度センサ５５および磁気センサ５９０の出力に基づいて決定する。ドライバ５０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０１の出力電圧により駆動され、前記コントローラ５０２からの指示に応答してブラシレスモータＭの各電機子コイル５８２へ電流を供給する。制御ユニット５０は、既述したように、パワーユニット５の底部に収容される。
【００２８】
本実施形態では、バッテリ１０から供給される高電圧（４８Ｖ）が、パワーユニット５内のケーシング内に囲い込まれてフローティング状態にあり、この高電圧がパワーユニット５のケースを介して外部へ漏洩することがない。
【００２９】
図７は、アクセル開度センサ５５の取付態様を示す図である。同図において、パワーユニット５のケーシング５ａ内面にはブラケット２０が固定され、このブラケット２０にアクセル開度センサ５５が支持される。アクセル開度センサ５５の回動軸５５１にはプーリ５５２が固定され、このプーリ５５２の外周にワイヤ６０の一端が固定される。ワイヤ６０はケーシング５ａに形成される孔を貫通して外部に引出され、コンジットチューブ６１内を案内されてハンドル９のグリップ５８に一端が結合される。
【００３０】
図８はリードスイッチ５４を含むキー構造を示す側面断面図、図９は、図８のＡ−Ａ断面図、図１０はキーの着磁状態を示す側面図である。図１０において、キー２１には２つの着磁帯が設けられ、１つは鍵番号照合のための着磁帯Ｍ１であり、他の１つはリードスイッチ５４を作動させるための着磁帯Ｍ２である。
【００３１】
図８，図９において、ケーシング５ａにはキー２１が挿入されるキー穴２２が形成される。キー穴２２の開口２２１の直下にはケーシング５ａの上面５ａｓに直交して配置された可動体２３が設けられる。可動体２３は、適合するキーの着磁帯Ｍ１と対になる着磁帯Ｍ３を有する磁石部２３１、および磁石部２３１の下端に結合されたキー規制部２３２を有する。可動体２３は背後からバネ２４によって付勢される。キー穴２２の壁面の、ケーシング５ａ内部側には凹部２２２が形成されていて、この凹部２２２を塞ぐように基板２５が設けられている。この基板２５には、凹部２２２の底面に接するようにしてリードスイッチ５４が固定されている。
【００３２】
キーによる動作を図１１，図１２を参照して説明する。まず、キーが合わないとき、図１１（ａ）に示すように、キー穴２２に差し込まれたキー２１の着磁帯Ｍ１と可動体２３の着磁帯Ｍ２との反発力は弱いので、可動体２３はバネ２４側に変位しない。したがって、図１１（ａ）のようにキー２１はキー規制部２３２に規制されて回転しない。キー２１が回転しないときは、キー２１の着磁帯Ｍ２はリードスイッチ５４に近接できずリードスイッチ５４は閉じない。つまりメインスイッチが投入されない。
【００３３】
一方、キーが合ったときは、図１２（ａ）に示すように、キー穴２２に差し込まれたキー２１の着磁帯Ｍ１と可動体２３の着磁帯Ｍ２との間には十分な反発力が生じ、可動体２３はバネ２４側に変位する。その結果、キー規制部２３２によるキー２１の規制は解除されてキー２１は回転が許可される。ここで、図１２（ｂ）のようにキー２１を回転させてキー２１の着磁帯Ｍ２をリードスイッチ５４に近接させることにより、リードスイッチ５４は閉じ、メインスイッチが投入される。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１〜３の発明によれば、高圧系をパワーユニット内に囲い込むことができる。また、電源コンバータやアクセル開度センサをパワーユニットのケーシング内に設けたので、より一層パワーユニットにマスを集中化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電動二輪車の全体側面図である。
【図２】 ブラシレスモータを内蔵したパワーユニットの断面図である。
【図３】 変速ユニットの断面図である。
【図４】 パワーユニット内でのブラシレスモータの断面図である。
【図５】 ブラシレスモータの一部破断平面図である。
【図６】 ブラシレスモータを駆動する駆動回路のブロック図である。
【図７】 アクセル開度センサの取付態様を示す図である。
【図８】 リードスイッチを含むキー構造を示す側面断面図である。
【図９】 リードスイッチを含むキー構造を示す平面断面図である。
【図１０】 キーの着磁状態を示す側面図である。
【図１１】 キーが合わないときのキーの作用を示す図である。
【図１２】 キーが合ったときのキーの作用を示す図である。
【符号の説明】
５…パワーユニット、 ６…変速ユニット、 ２１…キー、 ２２…キー穴、 ２３…可動体、 ２４…バネ、 ２５…リードスイッチ用基板、 ５０…コントローラ、 ５２…ダウンコンバータ、 ５４…リードスイッチ、 ５５…アクセル開度センサ、 ５２０…クランク軸、 ５２１…駆動軸、 ５７０…アウタロータ、 ５７１…フライホイール、 ５７２…駆動マグネット、 ５７３…ロータコア部、 ５７３ａ…フランジ部、 ５８１…ステータコア、 ５９０…磁気センサ、 ５９１…センサ基板

Claims (3)

1. モータを駆動源として使用する電動車両において、
   前記モータの回転を駆動輪に伝達するパワーユニットのケーシングと、
   前記モータの回転を制御するコントローラと、
   前記コントローラを含む制御ユニットと、
   前記制御ユニットへ電力を供給するバッテリと、
   前記電力の供給ライン上に設けられたメインスイッチとしてのリードスイッチとを具備し、
   前記制御ユニットおよび前記リードスイッチを前記ケーシング内部に配置するとともに、
   前記ケーシングの外面の、該ケーシングの壁を挟んで前記リードスイッチと対向する位置に、前記リードスイッチを開閉するマグネットキーを挿入するキー穴が形成されていることを特徴とする電動車両。
2. 車両に搭載される電装品の駆動用にダウンコンバータを具備し、該ダウンコンバータを前記パワーユニットのケーシング内部に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動車両。
3. モータの出力要求の大きさを検出するアクセル開度センサを具備し、該アクセル開度センサを前記パワーユニットのケーシング内部に設けたことを特徴とする請求項１記載の電動車両。

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