JP5225913B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に係り、特に、電動モータによって駆動輪を駆動する電動車両に関する。

従来から、電動モータによって駆動輪を駆動する電動車両が知られている。このような電動車両においては、電動モータおよび電力供給源としてのバッテリの配置が、車体レイアウト上の大きな要素となる。

特許文献１には、１本のアーム部で後輪を軸支する片持ち式スイングアームを有するスクータ型の電動車両において、スイングアームを車体フレームに揺動自在に軸支するピボット部が形成された幅広部の内部に、電動モータを収納するようにした構成が開示されている。また、複数のバッテリを、車体の前方寄り、車体の中央寄り、車体の後方寄りに分散配置する配置レイアウトが開示されている。

また、特許文献２には、１本のアーム部で後輪を軸支する片持ち式スイングアームを有するスクータ型の電動車両において、車幅方向左側に設けられた１本のアーム部の内部に電動モータを収納するようにした構成が開示されている。

特許第３１２７５２９号公報 特許第２９８７４６６号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載された電動車両では、いずれも車幅方向左側の重量配分が車幅方向右側より大きくなる可能性があり、電動モータおよびバッテリの相互の配置関係を工夫することによって、車体中心線に対する車幅方向左右の重量バランスを取ることは考慮されていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、車体中心線に対する車幅方向左右の重量バランスを整えることができる電動車両を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、車体フレームに揺動可能に軸支されると共に後輪（ＷＲ）を回転可能に軸支するスイングアーム（１２）と、該スイングアーム（１２）内に設けられる電動モータ（５０）と、該電動モータ（５０）に電力を供給する高電圧バッテリ（３１）と、電動補機類に電力を供給すると共に前記高電圧バッテリ（３１）より小型な低電圧バッテリ（３０）とを備える電動車両（１）において、前記電動モータ（５０）は、車体側面視で前記後輪の投影領域に重なる位置で前記スイングアームの内部に配設されることで、前記電動車両の前輪および後輪を通過する車体中心線に対して車幅方向にオフセット配置されており、前記高電圧バッテリ（３１）は、前記車体フレームのヘッドパイプ（３）から後方下方に延びて、その後方に前記スイングアーム（１２）の揺動軸（１１）が設けられたロアフレーム（５）に沿って配設されており、前記低電圧バッテリ（３０）は、前記車体中心線（Ｃ）に対して、前記電動モータ（５０）のオフセット方向と反対方向にオフセット配置されている点に第１の特徴がある。

また、前記低電圧バッテリ（３０）は、前記ヘッドパイプ（３）の側方に配設されている点に第２の特徴がある。

また、前記高電圧バッテリ（３１）の重心位置（Ｇ１）が、前記車体中心線（Ｃ）に対して車幅方向にオフセットして設定されており、そのオフセット方向が、前記電動モータ（５０）の車体中心線（Ｃ）に対するオフセット方向と反対方向である点に第３の特徴がある。

さらに、前記スイングアーム（１２）は、後輪を回転自在に軸支するアーム部が１本のみの片持ち式であり、前記電動モータ（５０）の回転軸（４３）は、前記後輪の車軸（１９）と平行に配置されている点に第４の特徴がある。

第１の特徴によれば、電動モータは、車体側面視で前記後輪の投影領域に重なる位置でスイングアームの内部に配設されることで、電動車両の前輪および後輪を通過する車体中心線に対して車幅方向にオフセット配置されており、高電圧バッテリは、車体フレームのヘッドパイプから後方下方に延びて、その後方にスイングアームの揺動軸が設けられたロアフレームに沿って配設されており、低電圧バッテリは、車体中心線に対して、電動モータのオフセット方向と反対方向にオフセット配置されているので、例えば、電動モータおよび低電圧バッテリの両方が同じ方向にオフセットして配設されている構成に比して、車幅方向の重心位置を車体中央寄りにずらして、車幅方向の重量バランスを整えることができる。また、高電圧バッテリが車体前後方向の略中央に配設され、電動モータが車体後方で車体中心線に対してオフセット配置される構成において、高電圧バッテリに比して小型なためレイアウトの自由度が高い低電圧バッテリによって、車幅方向の重量バランスを整えることができる。

第２の特徴によれば、低電圧バッテリはヘッドパイプの側方に配設されているので、余剰スペースのあるヘッドパイプ横のスペースを有効利用して、車幅方向の重量バランスを整えることができる。また、電動モータが車体後方側に配設されているのに対し、重量物である低電圧バッテリが車体前方側に配設されて、車体前後方向の重量バランスを整えることができる。さらに、高電圧バッテリがロアフレームに沿って車体の下方の低い位置に配設されているのに対し、車体の比較的高い位置に低電圧バッテリが配設されることとなり、高さ方向の重心位置も整えることが可能となる。

第３の特徴によれば、高電圧バッテリの重心位置が、車体中心線に対して車幅方向にオフセットして設定されており、そのオフセット方向が、電動モータの車体中心線に対するオフセット方向と反対方向であるので、低電圧バッテリに加え、高電圧バッテリも用いて車幅方向の重量バランスを整えることができる。

第４の特徴によれば、スイングアームは、後輪を回転自在に軸支するアーム部が１本のみの片持ち式であり、電動モータの回転軸は、後輪の車軸と平行に配置されているので、電動モータが車幅方向に大きくオフセットする構造においても、車幅方向の重量バランスを整えることができる。

本発明の一実施形態に係る電動車両の側面図である。 電動車両の後方斜視図である。 電動車両の前方斜視図である。 電動車両の上面図である。 スイングアームの側面図である。 スイングアームの断面図である。 低電圧バッテリの取付構造を示す斜視図である。 図１の一部拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１の側面図である。また、図２は、外装部品を取り外した状態の電動車両１の後方斜視図である。電動車両１は、低床フロア９ａを有するスクータ型の自動二輪車であり、スイングアーム１２に内設された電動モータ５０（図４参照）の回転駆動力で後輪ＷＲを駆動するように構成されている。なお、電動モータ５０に電力を供給する高電圧バッテリ３１は、車体に設けられた不図示の充電口に外部電源を接続することによって充電させることができる。

メインフレーム２の前方側端部には、ステアリングステム７ａを回転自在に軸支するヘッドパイプ３が結合されている。ステアリングステム７ａの上部には操向ハンドル７が取り付けられ、一方の下部には、左右一対のフロントフォーク４が取り付けられている。フロントフォーク４の下端部には、前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。

メインフレーム２の下方には、左右一対のロアフレーム５が連結されており、この左右のロアフレーム５に挟まれるように、電動モータ５０に電力を供給する高電圧バッテリ３１（例えば、７２Ｖ）が配設されている。ロアフレーム５は、その後方側で車体上方に屈曲して、荷室１７等を支持するリヤフレーム６に連結されている。

ロアフレーム５の後部には、スイングアームピボット１１が形成されたピボットプレート２０が取り付けられている。スイングアームピボット１１には、車幅方向左側のアームのみで後輪ＷＲを支持する片持ち式のスイングアーム１２の前端部が揺動自在に軸支されている。スイングアーム１２の後部には、後輪ＷＲが車軸１９によって回転自在に軸支されており、スイングアーム１２の後方端部は、リヤショックユニット１３によってリヤフレーム６に吊り下げられている。

スイングアーム１２の下部には、高電圧バッテリ３１から供給される直流電流を、交流電流に変換して電動モータ５０へ供給するモータドライバ（または、ＰＤＵ：パワー・ドライブ・ユニット）３５が配設されている。モータドライバ３５からの供給電力は、３本の電力供給ラインＬを介して電動モータ５０に供給される。電動モータ５０の後方側には、後述する減速機構の第１減速歯車４６および第２減速歯車４７が配設されており、後輪ＷＲは、車軸１９によって駆動される。また、モータドライバ３５の近傍には、平滑コンデンサ３６が配設されている。

操向ハンドル７の車体前方側には、外装部品としてのフロントカウル９が設けられており、フロントカウルの上部には、速度計等を含むメータユニット８が取り付けられている。フロントカウル９の車体前方側には前照灯１０が設けられている。また、高電圧バッテリ３１の上部には、乗員が足を乗せる低床フロア９ａが形成されており、リヤフレーム６の外方にはシートカウル１５が設けられている。シートカウル１５の上部には、車体前方側のヒンジで開閉するシート１４が取り付けられている。また、シートカウル１５の後端部には、尾灯装置１６が取り付けられている。ピボットプレート２０には、車幅方向に離間した２本の脚部を有するセンタースタンド１８が取り付けられている。センタースタンド１８は、ピボットプレート２０の車幅方向内側でロアフレーム５に結合されるスタンドブラケット１５０に回動自在に軸支されている。

ヘッドパイプ３の車幅方向右側には、前照灯１０や制御装置等の電動補機類に電力を供給する低電圧バッテリ３０（例えば、１２Ｖ）が配設されている。低電圧バッテリ３０は、高電圧バッテリ３１の電力によって充電される。シートカウル１５の内側で荷室１７の前方には、高電圧バッテリ３１の高電圧（７２Ｖ）を低電圧（１２Ｖ）に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、ヒューズやリレー等を収納するコンタクターボックス３３が配設されている。さらに、車幅方向右側のリヤフレーム６の外側には、モータドライバ３５等を制御する制御装置（ＭＧＵ：マネージングユニット）３４が、取付ステー３４ａを介して取り付けられている。

図７を参照して、低電圧バッテリ３０の取付構造を説明する。低電圧バッテリ３０は、バッテリケース３０ａに収められてヘッドパイプ３の側方に配置されている。バッテリケース３０ａは、メインフレーム２に溶着された下側ステー３ｂおよびヘッドパイプ３に溶着された上側ステー３ａに固定されている。上側ステー３ａには、ネジ孔を有するボスが形成されており、バッテリケース３０ａに低電圧バッテリ３０を収納した後、バッテリケース３０ａの下部から延出する押さえ板３０ｂの上部を締結ネジ３０ｃで上側ステー３ａに固定することにより、低電圧バッテリ３０が所定の位置に配設されることとなる。

図３は、電動車両１の前方斜視図である。また、図４は、電動車両１の上面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。丸パイプ材で形成されたメインフレーム２および左右一対のロアフレーム５は、メインフレーム２の下端部で車幅方向に延出する補強パイプ２４によって互いに連結されている。左右のロアフレーム５には、ガセット２３が溶着されている。ガセット２３には、高電圧バッテリ３１を保持するための保持部材２２が、ネジ等の締結部材によって固定されている。

荷室１７は、左右のリヤフレーム６に挟まれるように配設されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２およびコンタクター３３は、荷室１７の前方下部に形成された斜面部に近接配置されている。また、ＭＧＵ３４は、車幅方向右側のリヤフレーム６に対して、取付ステー３４ａを介して取り付けられている。

図８を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２等の取付構造を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２およびコンタクターボックス３３の車体後方側には、左右のリヤフレーム６を連結するクロスメンバ６ａが配設されている。クロスメンバ６には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を支持する上下対称形状の取付ステー９２と、コンタクターボックス３３を支持するために下方側に延出する取付ステー９４と、荷室１７の前端部を支持するために後方側に延出する取付ステー９６とが取り付けられている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、前記取付ステー９２に対して車体後方側から螺合する取付ネジ９３によって固定されており、コンタクターボックス３３は、前記取付ステー９４に対して車体後方側から螺合する取付ネジ９５によって固定されている。また、荷室１７は、その前端部に取付ボス９７および前記取付ステー９６に対して上方から螺合する取付ネジ９８によって固定されている。なお、クロスメンバ６ａには、荷室１７の支持部を複数設けることが可能である。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２およびコンタクターボックス３３の車体前方側には、外装部材９０の一部を開閉自在とした整備用リッド９１が設けられている。

前記したように、低電圧バッテリ３０は、ヘッドパイプ３の右側に配設されている。これにより、低電圧バッテリ３０は、車体中心線Ｃに対して車幅方向右側にオフセットして配置されることとなる。また、高電圧バッテリ３１は、その重心位置Ｇ１が車体中心線Ｃに対して車幅方向右側にオフセットするように配設されている。本実施形態に係る電動車両１では、この低電圧バッテリ３０および高電圧バッテリ３１の配置の工夫により、電動モータ５０が車幅方向左側にオフセット配置されることによる車幅方向の重量バランスの偏りを整えるようにした点に特徴がある。

電動車両１は、片持ち式のスイングアーム１２のアーム部に電動モータ５０を配設しているため、重量物である電動モータ５０が車体中心線Ｃに対して車幅方向左側にオフセット配置されることとなり、車幅方向の重量バランスが車幅方向左側に偏りやすい。しかしながら、本実施形態では、車体前方側に位置する低電圧バッテリ３０を車幅方向右側にオフセット配置することで、車体の重心位置を車体中心線Ｃに近づけることが可能となる。また、高電圧バッテリ３１の重心位置Ｇ１が車体中心線Ｃより車幅方向右側にあるように設定することで、さらに車体の重心位置を車体中心線Ｃに近づけることができる。

高電圧バッテリ３１は、例えば、車体中心線Ｃに対して車幅方向寸法が左右均等になるように配設した場合でも、その重心位置Ｇ１が車体中心線Ｃより右側にオフセット配置されるように、車幅方向右側の厚み（縦方向寸法）を左側の厚みより大きくする等の構造を適用することができる。

図５は、スイングアーム１２の側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。モータドライバ３５は、スイングアーム１２の下面側に設けられた収納スペースに収納されている。この収納スペースは、車体下方側からネジ等を用いてカバー部材２１を取り付けることにより閉空間を形成するように構成されている。カバー部材２１の下部には、車体後方側に水分を排出する排水孔２１ａが形成されている。

カバー部材２１の車体前方側の端部は、スイングアームピボット１１の略中央の位置まで前方側に張り出している。モータドライバ３５は、この収納スペースに収められて、スイングアームピボット１１寄りの車体前方側の位置に配設されている。これにより、重量物であるモータドライバ３５が車体の低い位置に配設されることとなり、電動車両１の重心位置を下げることが可能となる。また、モータドライバがスイングアームピボット１１に隣接配置されることで、スイングアーム１２の揺動時の慣性モーメントを小さくすることができる。

電動モータ５０は、車体側面視で後輪ＷＲの投影領域と重なる、すなわち、オーバーラップするように、スイングアーム１２内のスペースに配設されている。モータドライバ３５と電動モータ５０との間には、電源供給ラインＬとしての、Ｕ相配線２７、Ｖ相配線２８、Ｗ相配線２９が配索されている。電動モータ５０の後方側には、減速機構の第１減速歯車４６および第２減速歯車４７が配設されており、後輪ＷＲは、減速ギヤ２４の回転軸である車軸１９（図１参照）によって駆動される。なお、スイングアーム１２の後端部には、リヤショックユニット１３の下端部を揺動自在に軸支するリヤショックユニット取付部２５が設けられている。

なお、モータドライバ３５の側方には、電圧波形の振動を除去するための平滑コンデンサ３６が配設されている。略円柱状の平滑コンデンサ３６は、取付ステー２６を介してスイングアーム１２の内壁面に固定されている。

図６は、車体上方から見たスイングアーム１２の断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。スイングアーム１２は、左右一対のピボットプレート２０に対して、スイングアームピボット（ピボット軸）１１を介して揺動自在に軸支されている。ピボット軸１１は、ネジ頭６４を有する長尺のボルトであり、ブッシュ６２を介してスイングアーム１２側のボス６１に支持される円筒カラー６３に挿嵌されて、車幅方向右側のナット８９によって固定されている。なお、ブッシュ６２は、円筒カラー６３に熱固着されており、また、ブッシュ６２の外周側には、厚みの小さいカラー部材が熱固着されている。そして、該カラー部材およびブッシュ６２が、前記ボス６１の貫通孔に圧入されることで、スイングアーム１２の車幅方向の位置が規定されることとなる。

スイングアーム１２の車体前方側には、モータドライバ３５を収納する幅広ケース部８０が形成されている。カバー部材２１（図１参照）は、この幅広ケース部８０の車体下面側に取り付けられている。幅広ケース部８０の車体上部には、モータドライバ３５を冷却するための複数の放熱フィン８１が一体的に設けられており、この放熱フィン８１の車体上方側に、強制送風により冷却効果を高めるための電動ファン８２が配設されている。

本実施形態に係るスイングアーム１２は、左側のアーム部のみで後輪ＷＲを軸支する片持ち式であり、このアーム部の車体後方側の位置に、電動モータ５０、回転駆動力の断接機構としての遠心クラッチ４０、減速機構７０が集中配置されている。

電動モータ５０は、スイングアーム１２の内壁に固定され、ステータコイル７１を有するステータ５１と、モータ駆動軸５３に固定されたロータ５２とからなるインナーロータ式とされる。遠心クラッチ４０は、クラッチシュー４４が設けられるドライブプレート４２と、クラッチシュー４４の摩擦抵抗力により被動回転されるクラッチアウタ４１とから構成されている。ドライブプレート４２は、モータ駆動軸５３の図示左側端部に固定されており、一方、クラッチアウタ４１は、モータ駆動軸５３に回転自在に挿通される出力軸４３に対してナット６６によって固定されている。なお、モータ駆動軸５３と出力軸４３とは、２つのニードルローラベアリング７５，７６によって相互回転可能に構成されている。

そして、遠心クラッチ４０は、モータ駆動軸５３が所定回転以上になる、すなわち、ドライブプレート４２が所定回転以上になると、クラッチシュー４４が径方向外側に移動して摩擦抵抗力を発生することで、クラッチアウタ４１を被動回転させるように構成されている。これにより、電動モータ５０の回転駆動力が出力軸４３に伝達されることとなる。

出力軸４３に伝達された回転駆動力は、減速機構７０を介して最終出力軸４８（車軸１９）に伝達される。詳しくは、出力軸４３の図示右側端部に形成された減速ギヤに歯合する第１減速歯車４６、該第１減速歯車４６に固定されると共に減速機ケース６７に嵌合された軸受７９および伝動ケース６８に嵌合された軸受７８によって回転自在に軸支される第１減速軸４５、第１減速軸４５に形成された減速ギヤに歯合する第２減速歯車４７を介して、該第２減速歯車４７に固定されると共に伝動ケース６８に嵌合された軸受８６および減速機ケース６７に嵌合された軸受８８によって回転自在に軸支される最終出力軸４８に伝達されることとなる。

最終出力軸４８の図示右側端部には、後輪ＷＲのホイール５６が、カラー６９を介してナット７２により固定されている。ホイール５６の内径側には、ライナー８５を有するブレーキドラムが形成されており、その内側には、アンカピン８４を軸にしてブレーキカム４９によって駆動される上下一対のブレーキシュー８３が収納されている。なお、軸受８８の図示左方側には、オイルシール８７が配置されている。また、平滑コンデンサ３６や遠心クラッチ４０の車幅方向外側には、一体式のスイングアームケース８９が取り付けられている。

平滑コンデンサ３６や遠心クラッチ４０の車幅方向外側には、一体式のスイングアームケース６５が取り付けられている。また、第２減速歯車４７の図示右側には、第２減速歯車４７の回転速度に基づいて車速を検知する非接触式の車速センサ５７が近接配置されている。

上記したように、本発明に係る電動車両１によれば、車体中心線Ｃより車幅方向左側に電動モータ５０がオフセット配置される車両において、低電圧バッテリ３０をヘッドパイプ３の右側に配設したので、車幅方向左側に偏る重量バランスを、低電圧バッテリ３０の配置構造によって車体中心線Ｃに近づけることが可能となる。また、電動モータが車体後方側に配設されているのに対し、重量物である低電圧バッテリ３０が車体前方側に配設されるので、車体前後方向の重量バランスを整えることが可能となる。

なお、スイングアーム、電動モータ、モータドライバ、低電圧バッテリ、高電圧バッテリ等の形状や構造、低電圧バッテリおよび高電圧バッテリの配置関係等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、低電圧バッテリは、ヘッドパイプの下方や高電圧バッテリの上方で、車体中心線より右側にオフセット配置させてもよい。さらに、スイングアームを車体右側のみにアーム部を有する片持ち式とし、電動モータをこのアーム部の後部に収納すると共に、低電圧バッテリをヘッドパイプの左側に設けてもよい。本発明に係る電動車両は、自動二輪車に限られず、三輪車や四輪車であってもよい。

１…電動車両、２…メインフレーム、３…ヘッドパイプ、５…ロアフレーム、１１…スイングアームピボット、１２…スイングアーム、１７…荷室、１８…センタースタンド、２０…ピボットプレート、３０…低電圧バッテリ、３１…高電圧バッテリ、３２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３３…コンタクターボックス、３４…制御装置（ＭＧＵ）、３５…モータドライバ（ＰＤＵ）、３６…平滑コンデンサ、５０…電動モータ、Ｃ…車体中心線、Ｇ１…高電圧バッテリの重心位置

Claims (3)

1. 車体フレームに揺動可能に軸支されると共に後輪（ＷＲ）を回転可能に軸支するスイングアーム（１２）と、該スイングアーム（１２）内に設けられる電動モータ（５０）と、該電動モータ（５０）に電力を供給する高電圧バッテリ（３１）と、電動補機類に電力を供給すると共に前記高電圧バッテリ（３１）より小型な低電圧バッテリ（３０）とを備える電動車両（１）において、
   前記電動モータ（５０）は、車体側面視で前記後輪（ＷＲ）の投影領域に重なる位置で前記スイングアーム（１２）の内部に配設されることで、前記電動車両の前輪（ＷＦ）および後輪（ＷＲ）を通過する車体中心線（Ｃ）に対して車幅方向にオフセット配置されており、
   前記高電圧バッテリ（３１）は、前記車体フレームのヘッドパイプ（３）から後方下方に延びて、その後方に前記スイングアーム（１２）の揺動軸（１１）が設けられたロアフレーム（５）に沿って配設されており、
   前記低電圧バッテリ（３０）は、前記車体中心線（Ｃ）に対して、前記電動モータ（５０）のオフセット方向と反対方向にオフセット配置されており、
   前記高電圧バッテリ（３１）の重心位置（Ｇ１）が、前記車体中心線（Ｃ）に対して車幅方向にオフセットして設定されており、そのオフセット方向が、前記電動モータ（５０）の車体中心線（Ｃ）に対するオフセット方向と反対方向であることを特徴とする電動車両。
2. 前記低電圧バッテリ（３０）は、前記ヘッドパイプ（３）の側方に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. 前記スイングアーム（１２）は、後輪（ＷＲ）を回転自在に軸支するアーム部が１本のみの片持ち式であり、前記電動モータ（５０）の回転軸（４３）は、前記後輪（ＷＲ）の車軸（１９）と平行に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。

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