JP6600625B2 - 車両牽引装置および車両牽引装置を装備した車両 - Google Patents

Description

発明の名称に示されているように、本発明の主題は、主としてモータおよびトランスミッションを備える種類の陸上車両の車両牽引装置に関するものであり、モータは、電動モータと同じように同軸回転体を有することが好ましく、モータの回転軸は、トランスミッションの主軸と同一平面上に配置されて一体回転する。

上記主軸が、出力軸と同軸に設けられ、出力軸が主軸と互いに重なり合って主軸の両端から外側に向かって延在している。

主軸は、モータの回転軸に接続されているので、力をモータから受けると考えられ、出力軸は、トランスミッションを介して駆動輪または複数の駆動輪に接続されると考えられる。

本発明は車両分野に適用することができる。

電動モータはあらゆる種類の車両、特に陸上車両に益々使用されるようになっているが、これに限られない。

電動モータの使用に関する主要な欠点のうちの１つは、一般的に嵩張って重量が重いバッテリを必要とすることである。

３つ以上の車輪を装備した陸上車両では、この問題は、安定性に大きく影響を及ぼすことなく様々な方法で重量を分散させることができ、かつバッテリを収納する十分なスペースがあるので、さほど深刻にはならない。しかしながら、現在、電動モータは、バッテリの重量および位置だけでなく、電動モータの回転軸の位置が、バッテリの使用の妨げになるので、二輪車には殆ど使用されていない。

二輪車が直面する別の問題は、後輪懸架装置が揺動することであり、これにより、トランスミッションが複雑になり、張力および過負荷が動力伝達チェーンに生じることである。

スペイン実用新案第１０７６１３６号明細書は、電動二輪車の揺動変速機に関するものである。しかしながら、前記揺動変速機は、電動モータの回転軸を二輪車の懸架装置のスイングアームの回転軸に平行にする、すなわち後輪の回転軸に平行にする必要がある。従って、モータ重量の配分を車両の両側で不均一にする必要があり、車両の安定性に影響が及ぶ可能性がある。

他方、歯車、プーリ、およびトランスミッションを介した種々の軸との横方向接続は、大きなスペースを必要とし、これによりバッテリに割り当てることができるスペースが小さく限定される。

欧州特許第２２３６３３８号明細書では、車両に搭載される電動モータは、当該モータの回転軸が、車体に直角に走行方向と直交するように配置されて、上記負荷問題が発生するハイブリッド車両について記載されている。

欧州特許第２１６８８６１号明細書は、モータが揺動部材に固定される構成の電動二輪車に関するものである。この場合、モータ回転軸はこの場合も、車体に直角になっている。

米国特許第５４３３２８４号明細書では、モータが車両の側部に収納され、かつ当該モータの回転軸が、駆動輪の軸に当該軸の両端部のうちの一方の端部で接続される構成の電動自転車について記載されている。モータを車両の側部に取り付けているので、重心に影響を及ぼして、車両が不安定になる。

スペイン実用新案第１０７６１３６号明細書 欧州特許第２２３６３３８号明細書 欧州特許第２１６８８６１号明細書 米国特許第５４３３２８４号明細書

変速機に関しては、特許文献には広範囲に及ぶ変速機本体が記載されているが、これらの特許文献のいずれも、本発明の変速機の主要部品を搭載していないように思われる。

上に説明した不具合を解決するために、本発明の目的である車両牽引装置は：
車体フレームの側部に取り付けた垂直管と垂直管との間に左右対称形状に設けられた、モータ、好ましくは電動モータを備える。
車体フレームの管について使用される「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」という用語は、管が車両の下側位置から車両の上側位置に延在していることを意味している。
車両牽引装置は、前記モータの回転軸と同一平面上に配置されて（ｃｏｐｌａｎａｒ）前記回転軸と一体回転する（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ）主軸（ｐｒｉｍａｒｙ ｓｈａｆｔ）を備える。２つの前記軸は互いに、前記主軸の軸方向伸長部分の中心領域で係合し、前記主軸が、力を前記モータから直接受ける。

前記力を前記モータから駆動輪または複数の駆動輪に、チェーン付き歯車、ベルトプーリ、またはカルダン軸（ｃａｒｄａｎ ｓｈａｆｔ）を介して伝達する、出力軸。

前記主軸は、前記出力軸と同軸に設けられ、前記出力軸は、前記主軸と軸線方向に互いに重なり合う。

簡易な実施形態では、前記主軸および前記出力軸は、連結されて常時（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｌｙ）回転し、かつ単一部材により形成することができる。

提案する本発明では、前記モータの回転軸、および前記トランスミッションの主軸は、同一平面上に配置されて一体回転する。前記２つの軸がなす角度は、異なる実施形態では異ならせることができる。

従って、前記主軸に対する前記モータの位置は、異なる実施形態では変えることができる。

上に説明したように、簡易な実施形態では、電動モータの性能によってこの構成を実現できるので、牽引システムは変速部材を含む必要がない。

電動モータは、７５０ＲＰＭ〜１，５００ＲＰＭのトルク最大値に近い（約８０％）トルク、および１，５００ＲＰＭ〜３，０００ＲＰＭの最大トルクを発生するが、この最大トルクを超えると、電動モータのトルクは、最大回転領域を最大として低下し始める。

この動作により、単一の変速段を使用することができると考えられるが、トルクが高回転数で急激に低下するので、最大速度には、加速度が３，０００ＲＰＭをほんの僅かに超えた状態で、緩やかに達する。

この特徴から、少なくとも１つの追加変速段の使用が推奨されて、停止中の始動時から、または低速時に、第１変速段では、最大速度の半分の速度を最大として、良好な加速度が得られるようになり、第２変速段に切り替える（ｅｎｇａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｇｅａｒ、第２変速段に係合する）ことにより、車両の慣性および高いトルク出力を利用して、モータの回転数を減らしてより大きな速度を達成する。

この目的のために、本明細書において記載される本発明の目的は、変速段シフトを設けることにあり、前記変速段シフトは：
モータ回転軸が幾つかの係合部材を介して直線的（ｄｉｒｅｃｔｌｙ、直接的）に作用すると理解される軸である主軸と；
前記主軸に常時係合する（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｌｙ ｅｎｇａｇｅｄ）少なくとも１つの副軸と；
前記主軸と同軸に設けられる出力軸であって、前記出力軸が、前記主軸と同軸方向に互いに重なり合う（ｃｏａｘｉａｌｌｙ ｃｒｏｓｓｅｓ）、前記出力軸と、
を備える。

一方の軸が、他方の軸と互いに重なり合うように同軸に設けられる２つの軸をこのように配置することにより、軸の係合動作および係合解除動作の際のこれらの軸の軸線方向の変位を防止することができ、特に出力軸の長さに関して、従ってトランスミッションの全幅に関して必要とされるスペースを小さくすることができる。

二輪車の場合のようなスイングアームを備える車両では、前に説明したように、同軸に設けられる主軸および出力軸は共に、サスペンションのスイングアームの軸とも同軸に保持される；この配置は、トランスミッションの幅が狭くなるので採用することができることにより、例えばチェーンの張力の変化に起因するトランスミッションの損傷を防止することができる。

上に説明したように、主軸および副軸は常時係合する。

第２変速段（ダイレクトドライブ）が使用されている場合、出力軸を主軸に係合させて、副軸が、当該副軸の運動を他のいずれの軸にも伝達することなく自由に回転するようにする。

第１変速段が使用されている場合、副軸も主軸に係合させる。

変速段の切り替えは、出力軸を主軸に係合させるか、または副軸に係合させるかどうかによって異なることになり、サーボモータのような電動装置の補助を受けて、または機械的作用により、手動または自動で行なうことができる。

変速機は、互いに異なる変速比を有する平行軸を使用した追加変速段を含むことができ、これらの平行軸は、必要に応じて、出力軸に係合する。

上に説明した牽引システムでは、モータをより高い位置に、かつ回転軸がほぼ垂直になるように収納することができることにより、前記回転軸は、スイングアーム軸および出力軸と同軸に設けられる主軸に作用する。このようにして、モータの前方には、車両バッテリを収納するための十分なスペースが残る。

モータについて考えられる種々の配置の殆どの配置では、前記モータの側面のうちの１つの側面が走行方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ）を向いた状態になって、通常、モータの回転軸に対して軸線方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ、長手方向）に配置される換気フィンの放熱効果が制限されるようになっている。

モータが動作しているときの空気の冷却作用を最適化するために、本発明は、モータの回転軸と交差する複数の冷却フィンを備えることにより、車両が走行しているときに冷却フィンの間を流れる空気の流通を向上させることができる。

モータ（１）と、トランスミッション（９）と、を備える牽引システムの斜視図を示しており、モータの回転軸（２）は、係合手段（５）を介して、出力軸（４）と同軸に設けられる主軸（３）の軸方向伸長部分の中心領域で係合し、出力軸（４）は、力をモータから駆動輪または複数の駆動輪にピニオンギア（６）を介して伝達する。また、主軸に常時係合する副軸（７）だけでなく、モータ回転軸と交差する冷却フィン（１３）を示している。 モータ（１）と、トランスミッション（９）と、を備える牽引システムの立面断面を示しており、モータの回転軸（２）は、係合手段（５）を介して、出力軸（４）と同軸に設けられる主軸（３）の軸方向伸長部分の中心領域で係合し、出力軸（４）は、モータの力を駆動輪または複数の駆動輪にピニオンギア（６）を介して伝達する。また、主軸に常時係合する副軸（７）を示している。 二輪車（８）に装着される牽引装置を示しており、この牽引装置によって、モータ（１）をトランスミッション（９）の上方に収納して、バッテリ（１０）を収納する十分なスペースが残るような配置が可能になる様子が分かる。フレームの側部に取り付けた垂直管（１４）も図示されている。 二輪車に装着される装置の拡大図をバッテリが取り外された状態で示しており、車体フレームの側部に取り付けた管と管との間に左右対称形状に設けられ、かつ冷却フィン（１３）付きモータ（１）、トランスミッション（９）、および図示しない主軸および出力軸と同軸に設けられるスイングアーム（１１）が剥き出しになって、チェーン（１２）が力を、出力軸の蓋付きピニオンギア（６）から駆動輪に伝達する様子を示している。フレームの側部に取り付けた垂直管（１４）も図示されている。 装置の１つの実施形態の一例を示している。 装置の１つの実施形態の一例を示している。 装置の１つの実施形態の一例を示している。

図５、図６、および図７では、冷却フィンは、トランスミッション、およびモータ自体の両方を覆っている。

本発明の１つの実施形態について、例示のためにのみ、かつ非限定的に以下に説明する。

本明細書において提案される本実施形態による車両牽引装置は：
１．車両のフレームの垂直管と垂直管との間に左右対称形状に設けられる電動モータ（１）と、２速変速機を含むトランスミッション部材（トランスミッション要素）（９）と、を備え、トランスミッション部材（９）が：
モータの回転軸（２）と同一平面上に配置されて一体回転する主軸（３）であって、モータ（１）がトランスミッション部材（９）の上方に配置される、主軸（３）と；
上記主軸（３）と同軸配置される出力軸（４）であって、主軸（３）が出力軸（４）の一部を取り囲む、出力軸（４）と、を備え、
主軸（３）および出力軸（４）が共に、この場合は二輪車である車両（１１）のスイングアーム（１１）の軸と同軸に設けられ、トランスミッション部材（９）は更に、
適用可能な場合に、主軸の運動を出力軸に結合させる係合部材（係合要素）と；
主軸（３）に常時係合する副軸（７）と；
適用可能な場合に、副軸（７）を出力軸（４）に係合させる部材と；
ピニオンギア（６）を取り付けた出力軸（４）の運動を、この場合は後輪である駆動輪に伝達する、この場合はチェーン（１２）である部材（要素）と、を備える。

上に説明したように、モータ（１）は、トランスミッション部材（９）の上方に収納されて、バッテリを収納するために前方に十分な空きスペースを確保している。

出力軸（４）と駆動輪の車軸との間の距離が一定に保たれているので、出力軸（４）をスイングアーム（１１）の軸と同軸に設けることにより、チェーン（１２）のようなトランスミッション部材に加わる荷重を低減させることができる。

変速段に関して、変速機は以下の通りに動作する：

第２変速段では、主軸（３）および出力軸（４）が係合して一体回転するのに対し、副軸（７）は主軸（３）に常時係合して、この場合も同様に回転するが、当該副軸の運動を他のいずれの軸にも伝達することはない。

第１変速段では、副軸（７）が出力軸（４）に係合し、この出力軸（４）は、副軸（７）に係合する前に、主軸（３）との係合が解除される。

これらの軸の間の回転速度の差は、ピニオンギアおよび歯車を直列に接続することにより得られる。

これらの軸は、自動的に、または手動で互いに係合させる、および係合を解除させることができ；係合および係合の解除は、手動によって行なわれる場合、サーボモータにより補助することができる、または機械的に切り替えることにより補助することができる。

説明した実施形態の他に、多数の他の実施形態が考えられる。モータの配置に関する実施形態の例が、図５〜図７に図示されており、更に多くの選択肢が、モータを搭載した車両の種類に関して存在する。

モータおよびトランスミッションの冷却を補助するために、冷却フィン（１３）を取り入れて、モータの回転軸と交差するように配置して、空気が、車両の走行によって流れ易くなって冷却フィンを容易に通過することができるようにする。

Claims (6)

1. 車両牽引装置であって：
   １．車体フレームの側部の垂直管と垂直管との間の中間位置に配置される少なくとも１つのモータ（１）と；
   ２．トランスミッション要素と；
   ３．主軸および出力軸（４）と同軸のスイングアーム軸と
   を備え、
   前記トランスミッション要素は：
   ａ．モータ回転軸（２）と同一平面上にあり、かつ、該モータ回転軸（２）と同時に動作可能な前記主軸（３）と；
   ｂ．前記主軸（３）と前記モータ回転軸（２）との間の係合要素（５）であって、２つの前記軸が互いに、前記主軸の軸方向伸長部分の中心領域で係合する、前記係合要素（５）と；
   ｃ．前記主軸と同軸の前記出力軸（４）と；
   ｄ．前記主軸（３）および前記出力軸（４）の回転を一時的または常時結合させる手段と；
   ｅ．前記出力軸（４）の回転を前記車両の駆動要素に伝達する手段と
   を備えることを特徴とする、車両牽引装置。
2. 前記出力軸（４）は、前記主軸とは独立しており、
   前記出力軸（４）は、前記主軸（３）と互いに重なり合ってかつ該主軸（３）の両端を超えて延在しており、
   前記車両牽引装置は更に、
   前記主軸に係合する少なくとも１つの副軸（７）と、
   前記主軸および前記出力軸を係合させる手段と、
   前記副軸および前記出力軸を係合させる手段と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の車両牽引装置。
3. 前記モータは、前記トランスミッション要素の上方の位置を占めることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両牽引装置。
4. 前記モータは、電動であることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両牽引装置。
5. 前記車両牽引装置は、前記モータの前記回転軸と交差して配置される一連の冷却フィン（１３）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両牽引装置。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の前記牽引装置を含む車両。