JP4628484B1 - 自動二輪車用駆動装置及び該駆動装置を備えた自動二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価な構成で、長い動力伝達経路を不要として、走行安定性や走行性能を高く維持することができると共に、小型化、軽量化、低騒音化、低コスト化を図ることができる車両用駆動装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る車両用駆動装置は、車両１に備えられた車輪１１に駆動力を付与する車両用駆動装置１０であって、車輪１１の車軸と略平行な回転軸廻りに回転可能に構成され少なくとも１つの車輪１１の外周付近に当接する駆動ローラ１５と、駆動ローラ１５を挟んでその回転軸の両側から駆動ローラ１５を駆動する一対の電動モータ２０と、を含んで構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動機付き自転車、自動二輪車、電動補助付き自転車、三輪車等の車両の駆動に利用される車両用駆動装置及び該駆動装置を備えた車両に関する。

従来、自動二輪車、三輪車等の車両の動力源としては、燃料を燃焼させて出力を取り出す内燃機関が主に用いられて来た。
しかし、近年においては、内燃機関と比較して、ランニングコストが掛からず、またメンテナンスも容易でその費用も安価であると共に、騒音や振動が少なく静粛性に優れ、更には有害な排気ガスを排出しないため、大気汚染や地球温暖化等を拡大しない地球環境に優しい動力源として、電動モータが注目され実用化されている。

ところで、最近では、動力源から駆動輪までの駆動力の伝達経路が省略可能であり、構成が簡単で低コスト化等を図ることができることから、例えば、特許文献１や非特許文献１に記載されているような、ブラシレス直流モータをホイールに内蔵したインホイール型電動モータも採用されている。

また、特許文献２には、電動モータを駆動源とし、当該電動モータの出力回転を動力伝達機構を介して、駆動輪外周に当接される伝達部材に伝達することで、駆動輪を駆動するようにしたものも提案されている。

特開２００７−２０４００８号公報 特開２００３−２３１４９０号公報

製造元 株式会社プロスタッフ 製品カタログ "Ｐｒｏｚｚａ ＥＶ−Ｒ５５"、検索日２０１０年１月２６日、インターネット＜ＵＬＲ：http://prozza.com/ev-r55/ev-r55.html＞

しかし、特許文献１や非特許文献１に記載されているインホイール型モータは比較的重量が嵩むため、これを可動部に懸架する構成とすると慣性モーメントが大きくなるため、路面の凹凸に応じたサスペンションの動きの収まりが悪くなって乗り心地が悪化したり、車両安定性が悪くなったり、十分なトラクションが得られなくなって、乗り心地、走行安定性、走破性等の走行性能が低下してしまうおそれがある。特に、図１や図２に示すようなスイングアーム式のリアサスペンションの場合には、スイングアーム長さに応じてモーメントが大きくなるため、乗り心地、走行安定性、走破性等の走行性能への影響が大きくなる。

走行性能の面からは、重量物はなるべく可動部の揺動中心近傍或いは車両本体フレーム側に支持させるようにすることが望ましいが、駆動輪のホイールに組み込まれるインホイール型モータにあっては、そのような場所に載置することはそもそも不可能である。

また、特許文献２に記載されているものは、電動モータから、駆動輪外周と当接して駆動輪を駆動する伝達部材まで、の間に動力伝達機構が存在するため、構成が複雑化して装置が大型化すると共に騒音や振動も大きく、更には重量やコストが増加するといった問題がある。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価で軽量コンパクトな構成で、長い動力伝達経路を不要として、走行安定性や走行性能を高く維持することができると共に、小型化、軽量化、低騒音化、低コスト化を図ることができる車両用駆動装置及び該駆動装置を備えた車両を提供することを目的とする。

本発明に係る自動二輪車用駆動装置は、
自動二輪車に備えられた車輪に駆動力を付与する自動二輪車用駆動装置であって、
車輪の車軸と略平行な回転軸廻りに回転可能に構成され、少なくとも１つの車輪の外周付近に当接する駆動ローラと、
駆動ローラを挟んでその回転軸の両側から駆動ローラを駆動する一対の電動モータである一対のＤＣプリントモータと、
を含んで構成され、
前記駆動ローラは、駆動ローラの幅方向中心付近において分割され、当該幅方向中心付近から遠ざかるに従って径が大きくなるように形成されていると共に、分割されて対面する各々の駆動ローラが、周方向への相対移動を規制されつつ、相互に接近する方向に弾性付勢されていることを特徴とする。
なお、ここでの自動二輪車は、原動機付き自転車を含む自動二輪車（駆動源を搭載しその動力により走行する自転車以外の二輪車）を意味する。

本発明において、前記電動モータは、車輪の回転中心より、車輪を回転自在に支持するスイングアームの揺動中心側に、スイングアームに略一体的に取り付けられていることを特徴とすることができる。

本発明に係る自動二輪車は、本発明に係る自動二輪車用駆動装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成で、長い動力伝達経路を不要としながら、走行安定性や走行性能を高く維持することができると共に、小型化、軽量化、低騒音化、低コスト化を図ることができる車両用駆動装置及び車両を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る駆動装置を備えた車両の全体構成を示す斜視図である。 （Ａ）は同上実施の形態に係る駆動装置（後輪部分）を拡大して示した側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図（車輪両持ち支持の一例）であり、（Ｃ）は（Ａ）の平面図（車輪方持ち支持の一例）である。 同上実施の形態に係る駆動ローラ及び電動モータ周辺の接続例を示した図である。 （Ａ）は同上実施の形態に係る駆動装置（前輪部分）を拡大して示した側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。 同上実施の形態に係る車輪と当接する駆動ローラの当接部形態を示した図である。 （Ａ）は同上実施の形態に係る駆動装置（後輪部分）の実際の搭載例を示した斜視図であり、（Ｂ）は電動モータ及び駆動ローラの部分を拡大して示した図である。 （Ａ）は同上実施の形態に係る駆動装置（後輪部分）の実際の搭載例（ＤＣプリントモータの例）を示した斜視図であり、（Ｂ）は電動モータ（ＤＣプリントモータ）及び駆動ローラの部分を拡大して示した図である。

以下に、本発明に係る車両の駆動装置及び車両の一実施の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、実施の形態により、本発明は限定されるものではない。

本実施の形態に係る車両の駆動装置を備えた車両１は、図１に示すように、スクータタイプの二輪車（原動機付き自転車、自動二輪車など）とすることができるが、これに限定されるものではなく、電動補助付き自転車などにも適用可能である。更には、三輪車や四輪車など（バギーやカートなど）にも適用可能である。

図２に拡大して模式的に示すように、例えば後輪１１（ここでは、スイングアーム式のサスペンション方式である場合を例示している）に作用する後輪用駆動装置１０は、後輪１１の外周付近（最外周付近の側面をも含む概念である）に所定の押圧力で当接してその摩擦力で後輪１１に回転動力を伝達する駆動ローラ１５を含んで構成されている。なお、図６には実際の搭載例が記載されている。

ここで、所定以上空気が抜けてしまって走行安全性が低下しているような場合には、空気を補充することを運転者に促すなどのためにも、空気を所定に補充するまで駆動ローラ１５と後輪１１の外周とが当接しないように、駆動ローラ１５の位置を設定しておくことができ、これにより安全性を高めることが可能である。

駆動ローラ１５は、スイングアーム１２に略一体的に固定されるブラケット１３に支持されている。スイングアーム１２は、図２に示すように、車体フレームに支持される枢軸１２Ａを介して、車体フレームに対して揺動自在に支持されている。なお、符号１４は、例えば後輪１１に対して路面などから入力されるスイングアーム１２を揺動させる力に抗するスプリングと、そのスプリングの伸縮を抑制するダンパーと、からなるサスペンション装置である。

ここで、特許文献２に記載の電動二輪車のように、伝達部材（駆動ローラ）を片持ち梁のような形で支持すると、駆動の際の反力等で伝達部材の片持ち支持部が撓んで、効率良く動力を伝達できなくなると共に直進安定性が悪化し、更には伝達部材を回転自在に支持するベアリングに無理な力が作用して騒音や摩耗等を招くといったおそれがある。また、駆動力がダイレクトに車輪に伝わっているといったダイレクト感が薄れ、運転者に違和感を与えるおそれがある。

このようなことから、本実施の形態では、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示すように、駆動ローラ１５を両持ち梁のように両側から支持する構成とした。なお、図２（Ｂ）はスイングアーム１２が後輪１１を両側から回転自在に支持する場合の構成例を示しており、図２（Ｃ）はスイングアーム１２が後輪１１を片側から回転自在に支持する場合の構成例を示している。

更に、本実施の形態では、駆動を掛けたときに、駆動ローラ１５の軸部の捻じれ等の悪影響や、駆動ローラ１５を軸支しているベアリング等への無理な力の発生を抑制して、効率良く駆動力を後輪１１に伝達することができるように、駆動ローラ１５の両側に電動モータ２０を配設して、両側から同じ力で駆動ローラ１５を駆動する構成とした。

特許文献２に記載の電動二輪車のように、後輪の幅方向の片側から伝達部材を駆動する場合には左右非対称であるがために直進性等が悪かったが、本実施の形態のように後輪１１の幅方向中心線（車両中心軸Ｘ）を挟んで対称に電動モータ２０を配設して両側から駆動ローラ１５を駆動するようにしたことで、左右非対称な捩れの発生等を抑制できるため、左右対称で効率良く駆動力を後輪１１に円滑に伝達することができるため、直進性等の走行性能を高めることができ、安全性を向上させることができる。更には、剛性感やダイレクト感を高めることができるため、運転者に良い印象を与えることができる。

また、車両中心軸Ｘを挟んで両側に比較的重量のある電動モータ２０を配設するようにしたので、バランスを取り易くなるため、走行安定性を高めることができる。

本実施の形態のように、比較的小容量の電動モータ２０を車両中心軸Ｘを挟んで両側に配設した場合、２倍の容量（出力）の電動モータを片側に１つ備える場合に比べて、電動モータのコストを低く抑えながら、走行安定性を高めることができる点で有利である。

すなわち、例えば、２倍の容量（出力）の電動モータを片側に１つ備え、左右のバランスを解消するために、反対側に同じ重さの重量物（ダミー）を配設することも考えられるが、大容量の電動モータは高コスト化する傾向にあると共に、ダミーで重量物を載せるため必要以上に車両重量が増すことになるため、操作性が悪化すると共に、走行燃費などが悪化して充電サイクルが短くなったりバッテリー（充電池）の交換サイクルが短くなるといったおそれがある。

また、本実施の形態のように、小容量の電動モータ２０を車両中心軸Ｘに対して左右対称に配設すれば、既述したように、左右非対称な捩れの発生等を抑制できるため左右対称で効率良く駆動力を後輪１１に円滑に伝達することができるため、直進性等の走行性能を高めることができ、安全性を向上させることができ、更には、剛性感やダイレクト感を高めることができるため、運転者に良い印象を与えることができるが、このようなメリットは、２倍の容量の電動モータを片側に１つ備え反対側に同じ重さの重量物（ダミー）を配設するような場合には期待できない。

ここで、後輪１２の幅方向両側に配設される一対の電動モータ２０の回転出力軸２１と、駆動ローラ１５と、の接続は、例えば、図３（Ａ）〜（Ｅ）に例示するような形式を、種々の目的や要求に応じて採用することができる。

図３（Ａ）は、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタン等の樹脂製の弾性体である駆動ローラ１５（アルミ等の金属製などとすることもできる）に電動モータ２０の回転出力軸２１を取り付けた場合の一例を示している。駆動ローラ１５の弾性により、対面する電動モータ２０の回転出力軸２１の間の芯ズレなどを吸収することができるため、精密な組み立て等の必要性を排除できるため、製品の低コスト化を図ることができる。

図３（Ｂ）は、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタン等の樹脂製の弾性体である駆動ローラ１５の回転中心部に硬質（金属製や樹脂製）の中空の筒状軸要素２２を取り付ける一方で、この筒状軸要素２２の中空部２２Ａに両側から電動モータ２０の回転出力軸２１を挿入して軸方向摺動自在に接合する。このような軸方向摺動自在な接合により、対面する電動モータ２０の回転出力軸２１の間に軸方向位置などのズレがあってもこれを吸収することができるため、精密な組み立て等の必要性を排除できるため、製品の低コスト化を図ることができる。

図３（Ｃ）は、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタン等の樹脂製の弾性体である駆動ローラ１５の側面に凹部（或いは凸要素としても良い）２３を設ける一方で、この凹部（凸要素）２３と所定間隙をもって係合する凸要素（或いは凹部）２４を電動モータ２０の回転出力軸２１側に形成し、これらを係合させることで、駆動ローラ１５と、電動モータ２０の回転出力軸２１と、を回転連結する。このような回転連結により、駆動ローラ１５と、電動モータ２０の回転出力軸２１と、の間で、周方向の位置ズレ（芯ズレ）や軸方向の位置ズレがあってもこれらを効果的に吸収することができるため、精密な組み立て等の必要性を排除できるため、製品の低コスト化を図ることができる。

図３（Ｄ）は、図３（Ａ）と図３（Ｃ）とを片方ずつ組み合わせた接続形式であり、このようにすることで、駆動ローラ１５と、電動モータ２０の回転出力軸２１と、の間で、周方向の位置ズレ（芯ズレ）や軸方向の位置ズレがあってもこれらを効果的に吸収しつつ、より一層低コスト化を促進することができるといった利点がある。

図３（Ｅ）は、駆動ローラ１５を、車輪中心軸Ｘを挟んで２つに分割した構成としている。対面する駆動ローラ１５Ａ、１５Ｂの間には、図３（Ｃ）などと同様の凹部（或いは凸要素）を設け、これらを係合させて回転連結させることができる。

なお、図３（Ｅ）に示したように、例えば、駆動ローラ１５Ａ，１５Ｂが相互に接近する方向にスプリング等を介して弾性付勢することで、駆動ローラ１５Ａ，１５Ｂを後輪１１に多少の摩耗や空気圧変化などが生じていたり、車輪の幅方向中心と駆動ローラの幅方向中心とが多少オフセット（偏心）していても、これらを吸収して良好に当接させることができ、自動調芯のような機能が果たされることで、効率良く動力を伝達することが可能となる。

ここで、本実施の形態において採用する電動モータ２０としては、車載されている直流バッテリーを電源とするため、構成が簡単で駆動制御も容易なブラシ付ＤＣモータ（永久磁石界磁形整流子電動機）、ブラシレスＤＣモータ（無整流子電動機）などを採用することができる。

ここで、ブラシ付ＤＣモータは、ブラシ（整流子）の寿命による交換が必要とされるが、従来の内燃機関等におけるオイル交換、点火プラグ交換などのメンテナンスに比べれば、ブラシ交換は作業も容易であるしコストも掛からないため、あまり大きな問題とはならない。電動モータ本体のコストもブラシ付ＤＣモータが優位であるため、本実施の形態に係る駆動装置においてはブラシ付ＤＣモータ（永久磁石界磁形整流子電動機）の採用が好適である。

なお、ブラシ付ＤＣモータのなかでも、鉄芯のないコアレスＤＣモータが、本実施の形態に係る駆動装置１０の電動モータ２０として適している。
コアレスＤＣモータは、回転部に鉄芯がないため、低慣性、高応答であり、軽量化にも寄与する。特に、ＤＣプリントモータは、同じ容量（出力）の場合、回転軸長手方向幅を大幅に短縮することができるため、例えば、車両１の幅方向において電動モータ２０の搭載幅に制限がある場合などにおいては、ＤＣプリントモータは有益である。
図７に、電動モータ２０としてＤＣプリントモータを適用した場合の実際の搭載例を例示しておく。

プリントモータは、ガラスまたはセラミックス系の絶縁物の円板に電機子巻線に相当する導電部分が印刷技術によって形成されており、これが整流子をも兼ねた構造となっている。ＤＣプリントモータとしては、例えば、株式会社藤井精密回転機製作所製のプリントモータシリーズ（参考ＵＲＬ：http://www.few.co.jp/html/products.html 又はhttp://www.few.co.jp/pdf/printmotor.pdf）などがある。

ところで、図１に示したように、前輪１０１にも本実施の形態に係る駆動装置１００を適用することができる。
図４に拡大して模式的に示すように、例えば前輪１０１（ここでは、テレスコピック式のサスペンション方式である場合を例示している）に作用する駆動装置１００は、フロントフォーク１０４に略一体的に固定されるブラケット１０３に支持される。

図４（Ｂ）に示すように、後輪用の駆動装置１０と同様、駆動ローラ１０５を両持ち梁のように両側から支持する構成とすると共に、車両中心軸Ｘを挟んで対称に電動モータ１２０を配設して両側から駆動ローラ１０５で駆動するようにした。これにより、左右対称に効率良く駆動力を前輪１０１に円滑に伝達することができるため、直進性等の走行性能を高めることができ、安全性を向上させることができる。更には、剛性感やダイレクト感を高めることができるため、運転者に良い印象を与えることができる。
なお、前輪１０１及び後輪１１の双方に駆動装置を配設して、例えば全輪駆動などとすることも可能である。

以上説明したように、本実施の形態に係る駆動装置１０（１００）よれば、車輪１１（１０１）の外周付近に当接する駆動ローラ１５（１０５）を、一対の電動モータ２０（１２０）が、当該駆動ローラ１５、１０５を挟んでその回転軸の両側から駆動する構成としたので、簡単かつ安価な構成で長い動力伝達経路を不要とすることができ、更には従来の駆動装置に比べて、走行安定性や走行性能を高く維持することができると共に、小型化、軽量化、低騒音化、低コスト化などを促進することができる。

ところで、本発明では、駆動ローラ１５（或いは１０５）を、後輪１１（或いは前輪１０１）の外周付近に所定の押圧力で当接させて駆動力を後輪１１（或いは前輪１０１）に伝達するが、二輪車等の場合は車体を傾けて曲がる点などに鑑みて車輪の断面形状が外側に凸の円弧形状となっている。このようなことから、その当接（接触）のさせ方としては、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示したような方式が想定され、例えば要求に応じて接触面積を多くすることで、駆動力の伝達を良好なものとすることができる。

また、別の当接（接触）のさせ方としては、図５（Ｄ）〜図５（Ｅ）に示したように、例えば要求に応じて接触面積を狭くして接触面圧を高めることで、駆動力の伝達を良好なものとすることも可能である。

なお、図２（Ａ）に示したように、ブラケット１３をスイングアーム１２に対して揺動可能に構成すると共に矢印方向に弾性付勢するように構成して、駆動ローラ１５及び電動モータ２０を後輪１１の外周面に対して所定押圧力で当接するような構成とすることができる。これにより、後輪１１に多少の摩耗や空気圧変化などが生じてもこれらを吸収して良好に駆動ローラ１５を後輪１１に押し付けることが可能となる。

本実施の形態では、車両駆動装置を備えた車両１は、スクータタイプの二輪車（原動機付き自転車、自動二輪車など）として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電動補助付き自転車、更には電動三輪車、電動四輪車など（バギーやカートなど）にも適用可能である。また、駆動装置１０（１００）が備え付けられる車輪は、車両に備わる車輪の一部或いは全部の車輪とすることができる。

本実施の形態では、一対の電動モータ２０については、同じものを対面させた場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば種類や仕様の異なる電動モータを対面させて一対の電動モータとすることも可能である。

また、本実施の形態では、図２〜図５などにおいて、駆動ローラ１５（１０５）の幅方向中心と、当接する車輪１１（１０１）の幅方向中心と、が略一致している場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レイアウト上の制約など種々の事情に応じてこれらをオフセットさせて配置することも可能である。

本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

１ 車両（二輪、三輪、四輪車などの電動車両或いは電動補助付車両）
１０ 駆動装置（後輪用）
１１ 後輪
１２ スイングアーム
１２Ａ 枢軸（揺動軸）
１３ ブラケット（駆動ローラ１５の支持部材）
１４ サスペンション装置
１５ 駆動ローラ
２０ 電動モータ
１００ 駆動装置（前輪用）
１０１ 前輪
１０３ ブラケット（駆動ローラ１０５の支持部材）
１０４ フロントフォーク
１０５ 駆動ローラ
１２０ 電動モータ

Claims (3)

1. 自動二輪車に備えられた車輪に駆動力を付与する自動二輪車用駆動装置であって、
   車輪の車軸と略平行な回転軸廻りに回転可能に構成され、少なくとも１つの車輪の外周付近に当接する駆動ローラと、
   駆動ローラを挟んでその回転軸の両側から駆動ローラを駆動する一対の電動モータである一対のＤＣプリントモータと、
   を含んで構成され、
   前記駆動ローラは、駆動ローラの幅方向中心付近において分割され、当該幅方向中心付近から遠ざかるに従って径が大きくなるように形成されていると共に、分割されて対面する各々の駆動ローラが、周方向への相対移動を規制されつつ、相互に接近する方向に弾性付勢されていることを特徴とする自動二輪車用駆動装置。
2. 前記電動モータは、車輪の回転中心より、車輪を回転自在に支持するスイングアームの揺動中心側において、スイングアームに略一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車用駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の自動二輪車用駆動装置を備えたことを特徴とする自動二輪車。