JP6481930B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に関し、詳細には、電池を有し電動モータを動力源とした電動車両に関する。

車両には、石油燃料の他、電気、水素、バイオ燃料などの代替燃料で走行可能に構成されるものがある。電気や水素などを用いれば、石油燃料を用いた場合よりも走行時のＣＯ２排出量をなくすことができる。特に、バッテリ駆動とすれば、燃料電池などを用いた場合よりも車両の小型化を容易に達成でき、モビリティの向上も図れる。このため、バッテリ駆動の電動車両は、運搬車両、介護車両、監視車両などの種々の用途で需要が増している。但し、燃料電池で駆動する電動車両も利用が見込まれ、より小型化が進むことが予想される。そして、電池駆動の電動車両の多くは電動モータを動力源としている。

車両の一種して、特許文献１には、前車体フレームの後部に、鉛直軸線まわりで相対回動自在に後車体フレームを連結し、後車体フレームに車両推進並びに作業機駆動用のエンジンを搭載させたホイルローダが開示されている。このホイルローダでは、エンジン及びその周囲の上方をボンネットフードで被装すると共に、ボンネットフード上面に運転シートを装備させると共に、ボンネットフードの後端側が、機体左右方向に沿う回動軸線まわりで開閉自在に後車体フレームの後部に連結されている。

特開２０００−７３４０１号公報

上述のように、電動車両においてはモビリティ向上のためには小型化が求められるが、小型化のためには電動車両内部の部品密度を高める必要がある。一方で、部品密度を高めようとすると、取り外しに多くの時間を要する部品が増えるため、内部部品のメンテナンスが容易にできるとは言えない。

無論、このような問題は、特許文献１に記載のようにボンネットフード（フード状のボンネット）を開ける機構をもつホイルローダや、ボンネットを開ける機構をもつ乗用車などであっても同様に生じる。特にこれらのボンネットは、基本的に車両の内部部品のうちの一部（主にエンジン）を覆う蓋の役目を果たしているに過ぎず、それ以外にもメンテナンス時に他の蓋を開ける必要がある部品（例えば操舵系や各種制御基板など）が数多く存在するため、内部部品のメンテナンスが容易にできるとは言えない。

また、電動車両を小型化するに際してメンテナンス作業を容易にするための工夫は、メンテナンス作業の安全性を考慮したものである必要がある。特に、電動車両は電池を取り外した状態でメンテナンスする場合があり、そのような状態でもメンテナンス作業中の安全を確保する必要がある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、３つ以上の車輪、電動モータ、及び電池を備えた電動車両において、内部部品のメンテナンス作業を容易に且つ安全に実行できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、３つ以上の車輪と、前記３つ以上の車輪の一部又は全部を駆動するための動力源となる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する電池と、を備えた電動車両であって、前記電動車両は、前記電動モータ及び前記電池を含む下部ユニットと、前記下部ユニットの上部に設けられ部品を収納した上部ユニットと、を有し、前記電動車両の後方側又は前方側において前記下部ユニット及び前記上部ユニットに設けたヒンジ部を中心に、前記下部ユニットに対して前記上部ユニットを直角以下の所定の角度まで開くことが可能なクラムシェル型の構造をもち、前記下部ユニットに対して前記上部ユニットが開かれた際に前記車輪の少なくとも１つの回転をロックするためのロック機構を設けたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記上部ユニットの重心の水平方向位置は、前記電動車両の前方側又は後方側のうち前記ヒンジ部が設けられていない側にあることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、前記電動車両の後方側又は前方側のうち、前記ヒンジ部が設けられていない側に前記電動モータが配置され、前記ヒンジ部が設けられている側に前記電池が配置されていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記上部ユニットは、取り外し可能な複数のサブユニットを有し、メンテナンスの頻度が高い前記サブユニットほど、前記電動車両の前方側又は後方側のうち前記ヒンジ部が設けられていない側に配置されていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記電動モータ及び前記電池は前記下部ユニットの底面部に収容されていることを特徴としたものである。

本発明によれば、３つ以上の車輪、電動モータ、及び電池を備えた電動車両において、内部部品のメンテナンス作業を容易に且つ安全に実行できるようになる。

本発明の第１の実施形態に係る電動車両の一構成例を示す斜視図である。 図１Ａの電動車両の側面図である。 図１Ｂの電動車両の矢視Ｃ−Ｃ方向から見た様子を示す図である。 図１Ａの電動車両の重心及び各部品の重量比の一例を示す図で、本発明の第２の実施形態に係る電動車両の一構成例を示す図でもある。 図２Ａの電動車両の矢視Ｂ−Ｂ方向から見た様子を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動車両に設けられるロック機構の一構成例を示す図である。 図３Ａのロック機構によるロック時の様子を示す図である。 図３Ａのロック機構によるアンロック時の様子を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る電動車両の一構成例を示す断面図である。

本発明に係る電動車両は、バッテリ（蓄電池）や燃料電池等の電池を有し電動モータを動力源とした車両であって、特に自律走行に好適な車両である。無論、本発明は、上部に座席を設け、無線コントローラなどで運転させるような電動車両にも適用できる。また、バッテリとしては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池をはじめとする様々な種類のものが適用できる。以下、図面を参照しながら、本発明の様々な実施形態について詳細に説明する。以下では、電池の例としてバッテリを例に挙げて説明するが、燃料電池等の電池であっても同様に適用できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電動車両について、図１Ａ〜図２Ｂを参照しながら説明する。図１Ａは、本実施形態に係る電動車両の一構成例を示す斜視図、図１Ｂは、図１Ａの電動車両の側面図、図１Ｃは、図１Ｂの電動車両の矢視Ｃ−Ｃ方向から見た様子を示す図である。また、図２Ａは、図１Ａの電動車両の重心及び各部品の重量比の一例を示す図、図２Ｂは、図２Ａの電動車両の矢視Ｂ−Ｂ方向から見た様子を示す図である。

図１Ａ〜図１Ｃで例示する電動車両１は、例えばカメラ等を搭載した自律走行ロボットの走行部として機能できる。また、電動車両１には例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）ボード等の制御部（図示せず）が内蔵されており、この制御部が、外部からの信号やカメラの検知結果に基づいて、後述する電動モータの回転速度や回転方向、前後輪のブレーキ量やタイミングを制御する。

そして、この電動車両１は、４つの車輪（右の前輪２１と後輪２２及び左の前輪３１と後輪３２）と、それらの車輪を駆動するための動力源となる電動モータ４１Ｌ，４１Ｒと、電動モータ４１Ｌ，４１Ｒに電力を供給するバッテリ４０と、を備える。ここでは４つの車輪を設けた例を挙げているが、３つ以上の車輪を設けておけばよい。また、車輪は、後述の下部ユニット１０の側面に設けた例を挙げているが、下部ユニット１０により覆われるように設けることもできる。なお、図１Ｂ，図２Ｂでは、車輪２１，２２，３１，３２を鎖線で示している。

また、電動モータ４１Ｌ，４１Ｒは、電動車両１に設けられた車輪（３つ以上の車輪）の一部又は全部を駆動するための動力源となる電動モータの一例である。例示する電動モータ４１Ｒは、右の前輪２１を駆動し、右の後輪２２も間接的に（従動させるように）駆動している。同様に、例示する電動モータ４１Ｌは、左の前輪３１を駆動し、左の後輪３２も間接的に駆動している。また、このような間接的な駆動のために、電動車両１は前輪とその対として設けられた後輪と間に動力を伝達する動力伝達部材を具備しておけばよい。なお、電動車両１には、他の車輪の駆動による電動車両１の前進や後進によって回転するだけの車輪、つまり電動モータに直接又は間接的に接続されていない車輪を設けることもできる。

本発明の主たる特徴の１つとして、電動車両１は、電動モータ４１Ｌ，４１Ｒ及びバッテリ４０を含む下部ユニット１０と、下部ユニット１０の上部に設けられた上部ユニット１１と、を有する。上部ユニット１１には部品が収納されているものとする。なお、収納方法はネジ等による取り付けをはじめ、どのような方法であってもよい。よって、上部ユニット１１は単なる蓋ではない。上部ユニット１１の形状は図示する矩形状に限ったものではなく、またその内部には制御部を構成する種々の電子基板やその他の部品を含めることができる。これらの内部部品は、例えば１つのサブユニット１３（又は複数のサブユニット）として上部ユニット１１から取り出し可能な状態で搭載しておいてもよい。

そして、電動車両１は、電動車両１の後方側において下部ユニット１０及び上部ユニット１１に設けたヒンジ部１２を中心に、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１を直角以下の所定の角度まで開くことが可能なクラムシェル型の構造をもつ。ヒンジ部１２が電動車両１の後方側に設けられた例を挙げるが、前方側に設けられていてもよい。前方側に設けられる場合、電動車両１の後方から上部ユニット１１を開けることになる。

また、図１Ｂでは下部ユニット１０に対して上部ユニット１１を開いた際の角度をθとして図示している。無論、開状態では上部ユニット１１の降下を防止する必要があり、そのために下部ユニット１０に対して上部ユニット１１を支えるための支持部（図示せず）などを設けておくとよい。この支持部にはガスダンパ等のダンパをもたせることが好ましい。これにより手動での開閉時に手を挟むようなことも防ぐことができる。

上述のような構造を採用することで、単なる蓋状のボディやボンネットのようなものを設けた従来の車両に比べ、開状態において下部ユニット１０の上側から見える部品だけでなく上部ユニット１１の下側から見える部品も加わり、表面に見えている内部部品を約２倍にすることができる。換言すれば、上記従来の車両に比べ、内部部品の取り出し性を確保しながら部品密度を向上させることができる。よって、このような構造により、多くの内部部品が容易に取り出せ、メンテナンスが容易になる。なお、車輪等の外部に設けられた部品のメンテナンスは側面から実施すればよい。

ここで、下部ユニット１０について説明する。下部ユニット１０は、図示するように矩形状に形成されている。無論、矩形状に限ったものではない。本構成例における下部ユニット１０は、矢印で示す進行方向に対向する前面１４Ｆ及び後面１４Ｂと、進行方向に交わる方向に対向する右側面１４Ｒ及び左側面１４Ｌと、を有している。上述のように電動車両１は４輪であり、右側面１４Ｒから突出した位置に右側の前輪２１及び後輪２２を、また、左側面１４Ｌから突出した位置に左側の前輪３１及び後輪３２を有している。

なお、右側面１４Ｒと左側面１４Ｌの長さ（下部ユニット１０の全長）は例えば１ｍ程度、前面１４Ｆや後面１４Ｂの長さ（下部ユニット１０の幅ともいう）は例えば０．８〜０．９ｍ程度として、電動車両１を構成することができる。また、右側の前輪２１と後輪２２或いは左側の前輪３１と後輪３２の軸間距離（ホイールベースともいう）は例えば０．８ｍ程度のように短く設定しておくことで、電動車両１は、狭い場所でも旋回できる機動性を備えることができる。また、前輪２１，３１及び後輪２２，３２の外径は例えばいずれも同じ０．４ｍ程度である。無論、電動車両１の寸法はここで例示したものに限ったものではない。

また、下部ユニット１０の各側面１４Ｒ，１４Ｌには帯状のカバー１８が設置され、下部ユニット１０の前後方向に沿って延びている。カバー１８の下側には、前輪２１，３１及び後輪２２，３２をそれぞれ回転支持する車軸２１ａ，３１ａ及び車軸２２ａ，３２ａが設けられている。なお、各車軸２１ａ，３１ａ，２２ａ，３２ａは、動力伝達部材によって結合しない場合、独立して回転可能となっている。

本構成例における動力伝達部材としては、右側の前輪２１の車軸２１ａにはスプロケット２１ｂが設けられると共に、後輪２２の車軸２２ａにはスプロケット２２ｂが設けられており、前輪のスプロケット２１ｂと後輪のスプロケット２２ｂとの間には、例えばスプロケットと歯合する突起を内面側に設けたベルト２３が掛け回されている。同様に、左側の前輪３１の車軸３１ａにはスプロケット３１ｂが設けられると共に、後輪３２の車軸３２ａにはスプロケット３２ｂが設けられており、前輪のスプロケット３１ｂと後輪のスプロケット３２ｂとの間には、ベルト２３と同様のベルト３３が掛け回されている。

このような構成により、左右のそれぞれ一対の前輪と後輪とは一方の車輪を駆動輪とした場合に、他方の車輪が動力伝達部材であるベルトによってスリップすることなく駆動される従動輪として機能する。左右それぞれ一対の前輪と後輪とを結ぶ動力伝達部材としては、スプロケットとこのスプロケットに歯合する突起を設けたベルトを用いるほか、例えば、スプロケットとこのスプロケットに歯合するチェーンを用いてもよい。さらに、スリップが許容できる場合は、摩擦の大きなプーリーとベルトを動力伝達部材として用いてもよい。但し、動力伝達部材は上記駆動輪と上記従動輪の回転数が同じとなるように構成される必要がある。

なお、本構成例では、動力伝達部材である右側のスプロケット２１ｂ，２２ｂ及びベルト２３は、右側面１４Ｒの外側であってカバー１８の下側に配置しており、左側のスプロケット３１ｂ，３２ｂ及びベルト３３は、左側面１４Ｌの外側であってカバー１８の下側に配置しているが、カバー１８を省略して、動力伝達部材を下部ユニット１０の内部に配置してもよい。

電動モータ４１Ｒ及び電動モータ４１Ｌは、下部ユニット１０の底面１５の前輪２１，３１側に設けられている。このように進行方向の前方側に電動モータを配置することで、この電動モータの発熱が大きくても容易に十分な空冷を行うことができる。そして、右側の電動モータ４１Ｒのモータ軸４２Ｒと右側の前輪２１の車軸２１ａとの間には、動力伝達機構の一部としてギアボックス４３Ｒが設けられている。同様に、左側の電動モータ４１Ｌのモータ軸４２Ｌと左側の前輪３１の車軸３１ａとの間には、動力伝達機構の一部としてギアボックス４３Ｌが設けられている。本構成例では、２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌは電動車両１の進行方向の中心線に対して左右対称となるように並列配置されており、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌもそれぞれ電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの左右外側に配設されている。

ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌは、複数の歯車や軸などから構成され、電動モータからの動力をトルクや回転数、回転方向を変えて出力軸である車軸に伝達する組立部品であり、動力の伝達と遮断を切替えるクラッチを含んでいてもよい。なお、左右の後輪２２，３２はそれぞれ軸受４４Ｒ，４４Ｌによって軸支されており、軸受４４Ｒ，４４Ｌはそれぞれ下部ユニット１０の底面１５の右側面１４Ｒ、左側面１４Ｌに近接させて配設されている。

本構成例では、このようにして進行方向右側の一対の前後輪２１，２２と左側の前後輪３１，３２とを独立して駆動させることが可能になっている。すなわち、右側の電動モータ４１Ｒの動力はモータ軸４２Ｒを介してギアボックス４３Ｒに伝わり、ギアボックス４３Ｒによって回転数、トルク或いは回転方向が変更されて車軸２１ａに伝達される。そして、車軸２１ａの回転によって車輪２１が回転すると共に、車軸２１ａの回転は、スプロケット２１ｂ、ベルト２３、及びスプロケット２２ｂを介して車軸２２ａに伝わり、後輪２２を回転させることになる。左側の電動モータ４１Ｌからの前輪３１及び後輪３２への動力の伝達については上述した右側と同様であるので、その説明を省略する。

また、本構成例における電動車両１の駆動系の構成は、進行方向の中心線に対して左右の構成は同じであるため、バランスの良い車両となっている。また、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌからの駆動力は全ての車輪に伝わる４輪駆動となっているため、不整地などの悪路での走行にも支障がない。

そして、２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回転数が同じである場合、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比（減速比）を同じにすれば、電動車両１は前進或いは後進を行うことになる。電動車両１の速度を変更する場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を同じ値を維持しつつ変化させればよい。また、進行方向を変える場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を変更して、右側の前輪２１及び後輪２２の回転数と左側の前輪３１及び後輪３２の回転数とに回転差を持たせることで可能となる。さらに、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌからの出力の回転方向を変えることにより、左右の車輪の回転方向を反対にすることで電動車両１の中央部を中心とした定置旋回が可能になる。

電動車両１には、遠隔操作やその場での操作で前後の車輪の角度を可変にするステアリング機構、若しくは左右の車輪を互いに反対方向に回転させるスキッドステア方式の機構を設けてもよい。しかし、本構成例ではこのような機構が設けられていない。よって、電動車両１を定置旋回させる場合は、ホイールベースが大きいほど、車輪にかかる抵抗が大きくなり、旋回のために大きな駆動トルクが必要となる。しかし、本構成例のように各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌ内のギア比を可変にすることで、旋回時の車輪の回転数を下げれば車輪に大きなトルクを与えることができる。

例えば、ギアボックス４３Ｒ内のギア比として、モータ軸４２Ｒ側のギアの歯数を１０、中間ギアの歯数を２０、車軸２１ｂ側のギアの歯数を４０とした場合、車軸２１ｂの回転数はモータ軸４２Ｒの１／４の回転数となるが、４倍のトルクが得られる。そして、更に回転数が小さくなるようなギア比を選択することによって、より大きなトルクを得ることができるため、不整地や砂地などの車輪に係る抵抗が大きな路面であっても旋回が可能となる。

また、本構成例では、モータ軸４２Ｒ，４２Ｌと車軸２１ａ，３１ａとの間にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを設けているため、車輪２１，３１からの振動が直接モータ軸に伝わることがない。さらに、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌに動力の伝達と切り離し（遮断）を行うクラッチを設けておき、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの非通電時には、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌ側と駆動軸となる車軸２１ａ，３１ａとの間の動力伝達を遮断しておくことが望ましい。これにより、仮に停止時に下部ユニット１０に力が加わり車輪が回転しても、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌには回転が伝わらないため、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌに逆起電力が発生することはなく、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回路を損傷するおそれもない。

このように、本構成例では、左右のそれぞれ前後一対の前輪と後輪を動力伝達部材で連結し、前輪側に配置した２つの電動モータで駆動可能するようにして４輪を駆動しているため、後輪専用の電動モータ、さらに、この電動モータと後輪との間に必要な後輪専用のギアボックスを設ける必要がなく、後輪専用の電動モータやギアボックスのための設置スペースを削減することができる。そして、先述したように、下部ユニット１０の底面１５の前輪２１，３１側には２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌを進行方向左右に配置し、さらに各電動モータ４１Ｒ，４１Ｌのそれぞれの左右側方にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを配置しているが、底面１５の後輪２２、３２側には軸受４４Ｒ，４４Ｌを配置しているだけであるため、下部ユニット１０の底面１５には、その中央位置から例えば後面１４Ｂの端までにわたって広い収容スペース１６が確保できる。

そして、この収容スペース１６にバッテリ４０を設置することができる。バッテリ４０は、例えばリチウムイオン電池などが挙げられ、例えば直方体の外形をなし、図１Ｃに示すように、底面１５の後方側から中央にかけた載置を行うことが可能である。これにより、長時間走行を実現させるための大容量のバッテリ４０を下部ユニット１０の収容スペース１６に搭載可能になる。

また、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１を開けることで、バッテリ４０を取り出し可能に構成することはできるが、下部ユニット１０の後面１４Ｂに別途、開閉機構及びスライド機構（図示せず）を設け、収容スペース１６へのバッテリ４０の出し入れをより容易にすることが好ましい。これにより、バッテリ４０の交換、充電、点検などの作業は、後面１４Ｂから容易に実施可能になる。

上述のように、電動車両１はクラムシェル型の構造を採用しているが、そのため、特にバッテリ４０を取り外した状態での上部ユニット１１の開閉（或いは開状態でのバッテリ４０の取り外し）に伴う重心の移動により転倒の危険性が生じ得、さらに斜面での作業時や不安定な足場などにおいてはその危険性が増すことになる。よって、メンテナンス作業中の電動車両１の転倒の危険性を下げる必要がある。実際、電動モータ４１Ｌ，４１Ｒは下部ユニット１０から取り外すことが困難なように取り付けられていることが多いが、バッテリ４０は本構成例のように取り外しが容易に取り付けられていることが多い。よって、転倒の危険性を下げることは有益と言える。

そのため、本発明の主たる特徴の１つとして次のような配置関係を採用する。すなわち、電動車両１の後方側又は前方側のうち、ヒンジ部１２が設けられていない側に電動モータ４１Ｌ，４１Ｒが配置され、ヒンジ部１２が設けられている側にバッテリ４０が配置されている。無論、電動モータ４１Ｌ，４１Ｒはバッテリ４０と鉛直方向に重ならないように配置している。

このような配置関係の効果について説明する。電動車両１の重心の水平方向位置は、上部ユニット１１を開けた状態では閉じた状態に比べてヒンジ部１２側に移動する。バッテリ４０が取り付けられた状態であれば、上部ユニット１１の重量が下部ユニット１０の重量を多少上回るような場合でも転倒しないように設計することは容易である。しかし、取り外された状態まで考慮すると、電動車両１の重心の水平方向位置が、バッテリ４０が取り外された場合、取り外し前に比べてヒンジ部１２側とは反対側に移動するため、そのような設計は困難である。

しかし、本発明では上述のような配置関係を採用し、バッテリ４０の他に重たい部品である電動モータ４１Ｌ，４１Ｒをヒンジ部１２とは反対側に設けているため、バッテリ４０が取り外された状態且つ上部ユニット１１を開けた状態にした場合、それぞれの状態による電動車両１の重心の移動が相殺される方向にある。従って、本発明によれば、電動車両１の転倒の危険性を下げ、メンテナンス作業中の安全を確保することができ、そのような設計も容易になる。特に、上部ユニット１１の重量が大きい電動車両や、ホイールベースが短い電動車両、例えば車輪と車輪の間には車輪の直径の２倍や１．５倍以下の距離しかないような電動車両では、このような重心を意識した配置関係が特に有益になる。

また、このようにして、電動車両１内の全部品のうち大きな比重を占めるバッテリ４０の位置と反対側に電動モータ４１Ｌ，４１Ｒ（及びその他、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌ等の重たい部品）を配置することで、上部ユニット１１を閉じた状態において、電動車両１の重心の水平方向位置を中央付近にもっていくことができ、走行性を確保することもできる。無論、バッテリ４０が取り付けられた状態で上部ユニット１１を開けた時についても、このような配置により電動車両１の重心が極力ヒンジ部１２側に寄ってしまわない。

次に、図２Ａ，図２Ｂを参照して電動車両１の重心について、より好ましい例を説明する。図２Ａ，図２Ｂでは、電動車両１に占める各部品の重量の比率の一例を色づけして示しており、濃い色の方が比率が高いことを示している。

まず、電動車両１の重心Ｇの水平方向位置は、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１が閉じられた状態で電動車両１の中央付近（電動車両１を水平面に投影した領域の中央付近）にあることが走行上、好ましい。

また、電動車両１では、電動車両１の重心Ｇの鉛直方向位置は、下部ユニット１０と上部ユニット１１の開閉状態に拘わらず下部ユニット１０側にあることが好ましい。このように重心Ｇを低く保つためには、例えば、下部ユニット１０に重量部品（ギヤ、電動モータ、ベアリングなどの駆動部品）を集め、上部ユニット１１に電子基板等を配置するとよい。

また、本構成例のように電動モータ４１Ｌ，４１Ｒ及びバッテリ４０は下部ユニット１０の底面部に収容されていることが、下部ユニット１０の重心を低くでき、これにより電動車両１の重心Ｇも低くでき、且つ安定した走行が可能な電動車両を得ることができるため、好ましいと言える。

また、設けられた車輪のうち電動車両１の前側にある車輪（つまり前輪２１，３１）と後ろ側にある車輪（つまり後輪２２，３２）とを近接配置させることが好ましい。このようにホイルベースを短くすることで、上述したように機動性を向上させることができ、また、上記配置関係によりバッテリ４０を取り外して上部ユニット１１を開けた状態でも倒れることは無くなる。つまり、ホイルベースを短くした車両は元々転倒し易い構造であるため、上記配置関係による転倒防止効果がより有益となる。さらに、本構成例のように、全ての車輪を同径で形成することでより安定性を増すことができる。

なお、本構成例では、前後一対の前輪及び後輪をスプロケットとベルトによって連結し、電動モータからの動力が前後の車輪に伝わるように構成したが、それぞれの車輪（前輪２１，３１、後輪２２，３２）と車軸２１ａ，３１ａ，２２ａ，３２ａとの結合部に、例えば、動力伝達部材として電磁クラッチを設けて、前輪２１，３１のみ、或いは、後輪２２，３２のみを駆動したり、さらに、１つの車輪のみを駆動できるようにしてもよい。この場合、四輪の独立した回転制御が可能になり、電磁クラッチによって動力の伝達、遮断を高速で切換えることにより、凍結路面やぬかるみのような路面との摩擦係数が小さい状態であってもそれぞれの車輪の回転を制御することで安定した走行方向を保つことが可能となる。また、電磁クラッチに設けた回転ディスクを固定部材で保持することによってブレーキとして使用することも可能となる。

また、本構成例では、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌからの動力をギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを介して駆動輪の車軸まで伝達し、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌによって、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌからの動力をトルクや回転数、回転方向を変えることによって、電動車両１の加減速、方向転換、旋回を行うようにした。この代替構成として、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌからの動力は単に固定比（所定の一定比）のギアを介するのみで駆動輪の車軸まで伝達し、電動モータへの駆動電圧の大きさや周波数を変更することによって、左右の駆動軸の回転方向と速度を変更してもよい。これにより、複雑な機械機構であるギアボックス（トランスミッション）を設ける必要がなく、単にギアを介するだけであるので、機械的な故障やメンテナンスの負担が軽減されると共に、ギアボックスを不要としたことによる電動車両の軽量化を図ることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、再度、図２Ａを参照しながら、第１の実施形態との相違点を中心に説明するが、第１の実施形態の様々な応用例が同様に適用できる。

本実施形態に係る電動車両１では、上部ユニット１１の重心Ｇｕの水平方向位置が、電動車両１の前方側又は後方側のうちヒンジ部１２が設けられていない側にあるものとする。図２Ａ等の例では、ヒンジ部１２が後方側に設けられているため、上部ユニット１１の重心Ｇｕの水平方向位置は電動車両１の前方側にあることになる。なお、ここでは、開閉状態は特に関係ない。開角度が直角以下であるため、上部ユニット１１を閉じた状態であろうと開いた状態であろうと、前側に重心Ｇｕをもたせておけば重心Ｇｕの水平方向位置は上部ユニット１１の前側にくることになる。

このように、上部ユニット１１の重心Ｇｕの水平方向位置をヒンジ部１２と反対側に寄せることで、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１が開けられた状態で電動車両１の重心Ｇが過度に後方に移動しないようにすることができ、上部ユニット１１の開閉による転倒を防ぐことができる。本実施形態でも、特にバッテリ４０を取り外した状態での効果が顕著と言える。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電動車両について、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。図３Ａは、本実施形態に係る電動車両に設けられるロック機構の一構成例を示す図、図３Ｂは、図３Ａのロック機構によるロック時の様子を示す図、図３Ｃは、図３Ａのロック機構によるアンロック時の様子を示す図である。本実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明するが、第１，第２の実施形態の様々な応用例が同様に適用できる。

本実施形態に係る電動車両１は、メンテナンス時の移動防止のために、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１が開かれた際に車輪の少なくとも１つの回転をロックするためのロック機構を設ける。無論、より多い数の車輪にロック機構を設けることが安全上、より好ましいと言える。

図３Ａで例示するロック機構は、開閉に連動したタイヤロック機構であり、上部ユニット１１の開閉を機械的に検知し、前輪２１，３１をロックする（タイヤの回転止めをする）。なお、駆動輪である前輪２１や前輪３１に対するロック機構について図示しているが、後輪２２，３２に対しても設けてもよい。

具体的に説明すると、前輪２１，３１には車軸２１ａ，３１ａを中心とする円弧状の穴５１が設けられている。なお、この穴５１は前輪２１，３１の内側に設けたディスクに穿っておいてもよい。以下、代表して前輪２１のロック機構について説明する。このロック機構は、固定回転軸５４ａを中心に回転する腕部５４と、腕部５４の一端に回転軸５４ｂで回転可能に取り付けられた腕部５５と、腕部５４の他端に回転軸５４ｃで回転可能に取り付けられた腕部５３と、ピン部５２と、を備える。

腕部５５の回転軸５４ｂとは逆側の端部にはヒンジ部１２の回転軸５５ａが取り付けられており、上部ユニット１１の開閉によるヒンジ部１２の稼働により腕部５５が矢視の方向に回転するようになっている。そして、この回転は腕部５４を介して腕部５３に平行運動として伝わる。腕部５４の車輪２１側は図３Ｂで例示するように傾斜部を有している。ピン部５２は、図３Ｂ，図３Ｃで例示するように、上記傾斜部に当接するように配置されたシリンダ状のピン本体５２ａ、下部ユニット１０に取り付けられた支柱５２ｂ、及びバネ５２ｃを有する。

このような構成により、上部ユニット１１が開けられた場合、ヒンジ部１２の稼働に伴って腕部５３が車輪２１側に平行移動し、図３Ｂに示すように、その傾斜部がピン本体５２ａの表面を押圧して、ピン本体５２ａが支柱５２ｂに対して車輪２１側に移動して穴５１に嵌り、車輪２１がロックされる。一方で、上部ユニット１１が閉められた場合、ヒンジ部１２の稼働に伴って腕部５３が車輪２１から離れるように平行移動し、図３Ｃに示すように、その傾斜部がピン本体５２ａの表面に当接しながら上に移動し、ピン本体５２ａが支柱５２ｂに対して車輪２１から離れるように移動して穴５１から抜け、車輪２１がアンロックされる。なお、ヒンジ部１２に近い後輪２２，３２に設けた場合、後述の腕部の長さを前輪２１，３１に設けた場合に比べて短くできる。

本実施形態では、このようなロック機構により、メンテナンス作業中に電動車両１が動くことがなくなるため、作業中の事故を防ぐことができる。この効果は、バッテリ４０が取り外された状態且つ上部ユニット１１を開けた状態で特に顕著になる。なお、本構成例では自動ロック機構の一例について説明したが、上記ディスクを挟むようなブレーキによるロック機構など、自動／手動に限らず他のロック機構を設けてもよい。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る電動車両について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る電動車両の一構成例を示す断面図である。本実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明するが、第１〜第３の実施形態の様々な応用例が同様に適用できる。

図４で例示するように、本実施形態における上部ユニット１１は、取り外し可能な複数のサブユニット（この例では３つのサブユニット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を有する。そして、本実施形態の主たる特徴として、メンテナンスの頻度が高いサブユニットほど、電動車両１の前方側又は後方側のうちヒンジ部１２が設けられていない側に配置されるものとする。

サブユニット１３ａとしては、例えばオプション用の基板が装着され、用途に応じて頻繁に取り換えが行われる。また、サブユニット１３ｂとしては、例えば自律走行車両を制御するＣＰＵボード等の制御部が挙げられ、不具合発生時にはその基板を新規なものに差し替えて確認することになり、メンテナンスの程度は中程度と言える。サブユニット１３ｃとしては、例えば、バッテリ４０等に近いことから一般的に重量が大きい一次側の回路部品、冷却用のファン、ヒートシンクなどが配置される。１次側の回路部品としては、例えばトランスやチョークコイル、フェライト等が含まれる。これらの部品は、故障時には修理ではなく交換となるようなもの、つまり、交換時以外は部品取り外しの必要がないものであり、メンテナンス頻度は低いと言える。

なお、各サブユニット１３ａ，１３ｂ，１３ｃの分類は、例えば制御対象毎にグループ分けするようにしてもよく、これにより頻度毎のサブユニット化が容易になる。また、サブユニットは図示したように前後方向に配列されていてもよいし、左右方向にも複数のサブユニットが配置されていてもよい。

このような構成により、例えばサブユニット１３ａだけメンテナンスしたい場合には、図示したようにサブユニット１３ａだけを取り出してメンテナンスすればよく、且つ、メンテナンス頻度が高いサブユニット程、前面１４Ｆから見て手前側に設けられているため、作業性を向上できると言える。

さらに、下部ユニット１０に対して上部ユニット１１を支えるための支持部（図示せず）を設け、その支持部が角度θを段階的に固定できる機構（及びダンパ）をもたせることが好ましい。これにより、サブユニット１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれについてメンテナンス時に段階的に角度θを変えることができる。つまり、メンテナンス頻度が多い部品については小さな開閉角度θでメンテナンス可能で、頻度が少ない部品については大きく開けてメンテナンスすることができる。このように開閉角度θにいくつかの段階を設け、極力大きく開ける必要が無いようにすることにより、上部ユニット１１の開閉に伴う重心位置の移動による転倒をより防ぐことができる。

ここで、本実施形態に第２の実施形態を適用する例を挙げる。上述の例においてサブユニット１３ｃとして重量が大きい部品を挙げたことからも分かるように、実際には、メンテナンス頻度が高いものほど重量が大きいとは言えない。よって、このような適用を行う場合には、メンテナンス頻度と重量を変数とする所定の関数に基づき、各サブユニットの配置を決定することが好ましい。

（その他）
本発明に係る電動車両として、主に四輪車両を例に挙げて説明したが、補足的に、３つの車輪など奇数個の車輪を設ける場合について説明する。例えば３つの車輪を設ける場合、電動モータの配置のし易さの点では、前輪として左右の車輪を設け且つ後輪として左右方向の中心に１つの車輪を設けることが好ましいと言える。但し、３つの車輪を設ける場合、後輪として左右の車輪を設け且つ前輪として左右方向の中心に１つの車輪を設けてもよい。また、車輪を幾つ設けるかに拘わらず、本発明に係る電動車両は、少なくともそのうち１つの車輪を駆動すればよい。

１…電動車両、１０…下部ユニット、１１…上部ユニット、１２…ヒンジ部、１３…基板ユニット、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…サブユニット、１４Ｒ…右側面、１４Ｌ…左側面、１４Ｆ…前面、１４Ｂ…後面、１５…底面、１６…収容スペース、１８…カバー、２１，３１…車輪（前輪）、２２，３２…車輪（後輪）、２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…車軸、２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂ…スプロケット、２３，３３…ベルト、４０…バッテリ、４１Ｒ，４１Ｌ…電動モータ、４２Ｒ，４２Ｌ…モータ軸、４３Ｒ，４３Ｌ…ギアボックス、４４Ｒ，４４Ｌ…軸受、５１…穴、５２…ピン部、５２ａ…ピン本体、５２ｂ…支柱、５２ｃ…バネ、５３，５４，５５…腕部、５４ａ…固定回転軸、５４ｂ，５４ｃ，５５ａ…回転軸。

Claims (5)

1. ３つ以上の車輪と、前記３つ以上の車輪の一部又は全部を駆動するための動力源となる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する電池と、を備えた電動車両であって、
   前記電動車両は、前記電動モータ及び前記電池を含む下部ユニットと、前記下部ユニットの上部に設けられ部品を収納した上部ユニットと、を有し、前記電動車両の後方側又は前方側において前記下部ユニット及び前記上部ユニットに設けたヒンジ部を中心に、前記下部ユニットに対して前記上部ユニットを直角以下の所定の角度まで開くことが可能なクラムシェル型の構造をもち、
   前記下部ユニットに対して前記上部ユニットが開かれた際に前記車輪の少なくとも１つの回転をロックするためのロック機構を設けたことを特徴とする電動車両。
2. 前記上部ユニットの重心の水平方向位置は、前記電動車両の前方側又は後方側のうち前記ヒンジ部が設けられていない側にあることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. 前記電動車両の後方側又は前方側のうち、前記ヒンジ部が設けられていない側に前記電動モータが配置され、前記ヒンジ部が設けられている側に前記電池が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両。
4. 前記上部ユニットは、取り外し可能な複数のサブユニットを有し、メンテナンスの頻度が高い前記サブユニットほど、前記電動車両の前方側又は後方側のうち前記ヒンジ部が設けられていない側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。
5. 前記電動モータ及び前記電池は前記下部ユニットの底面部に収容されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の電動車両。

Images