JPH07285350A - 電気自動車の電動機・駆動輪間動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気自動車の性能向上を図る。 【構成】左右の駆動輪１，２と電動機３，４とを回転軸
５，６と自在継手７，８，９，10を介して連結する。こ
れにより、駆動輪１，２と電動機３，４とが独立して車
体11に支持されるため、バネ下重量が軽減されて電動機
の高出力化を図れ、また、駆動系が最も簡易で低コスト
に生産できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機を原動機として
含む電気自動車において、電動機と駆動輪との間で動力
を伝達する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の開発が盛んである。
電気自動車の中には、電動機のみを原動機とするものも
あるが、それでは加速走行時等に十分な出力を確保する
ことは難しいとの考えから、内燃機関を補助的に使用す
る複合原動機を搭載したものについても開発が進められ
ている。

【０００３】しかし、前記複合原動機を搭載した自動車
でも内燃機関は蓄電池の貯蔵電力が不足してきた時な
ど、必要な時のみ運転され、通常は停止しているので、
通常の走行では電動機が主役である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように電動機を原
動機として含む電気自動車において、電動機を車輪に一
体に組み込んだ構造も考えられており、小型車で市街地
走行を専用とする自動車等には好適であるが、電動機と
一体化されて重量の増加した駆動輪を車体側にサスペン
ションを介して支持する構造となるため、所謂バネ下重
量が増大して安定した走行性を得難く、また、塩水など
の冠水地域などの走破も要求され、走行耐久性を確保す
ることも難しい。

【０００５】また、回転力を生み出す原動機は、内燃機
関・電動機の区分に関わらず、小型軽量・高出力を目指
す場合、必然的に高速回転を求められ、その場合、車輪
の回転速度と等速に規制されるのでは限界がある。本発
明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、
電動機と駆動輪とを車体側に独立に支持して駆動力を伝
達することにより、バネ下重量の増大を抑制しつつ駆動
力のみ伝達できるようにすることを目的とする。

【０００６】また、高速性の要求に応じて電動機の回転
速度を減速して駆動輪に伝達することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る
発明は、電動機を原動機として含む電気自動車におい
て、駆動輪と電動機とを回転軸及び自在継手を介して連
結し、電動機と等速で駆動輪を回転駆動するようにした
ことを特徴とする。また、請求項２に係る発明は、同じ
く電動機を原動機として含む電気自動車において、駆動
輪と電動機との間に減速機を介在させ、電動機の回転を
減速して駆動輪に伝達するようにしたことを特徴とす
る。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、同じく電動
機を原動機として含む電気自動車において、駆動輪と電
動機との間にトルクコンバータを介在させ、電動機の回
転トルクをトルクコンバータを介して駆動輪に伝達する
ようにしたことを特徴とする。また、請求項４に係る発
明は、前記トルクコンバータの入出力軸間を断続自由な
クラッチを介在させ、減速中及び所定以上の高速走行時
は前記クラッチを接続し、その他の時は前記クラッチを
遮断して回転トルクを伝達するようにしたことを特徴と
する。

【０００９】

【作用】請求項１〜請求項４に係る発明に共通して、電
動機と駆動輪とが別の独立したユニットとして設置され
るため、駆動輪のみをサスペンションを介して支持する
ことができ、バネ下重量を軽減でき走行安定性を確保で
きると共に、バネ下重量の束縛から解放されて高出力電
動機の採用が可能になる。また、ブレーキ機構を備える
車輪部については定期的なメンテナンスなどの必要性か
ら、分解整備の頻度が高いものであるが、電動機を別置
きにすることによって従来の整備工場における整備が可
能となる。

【００１０】請求項１に係る発明では、電動機と駆動輪
との間に歯車機構等が介在しないため、最も簡易な構成
となる。請求項２に係る発明では、減速機の介在により
電動機の高速・高出力化をより促進することができる。
また、車輪の中心軸に一致させて電動機を搭載すると、
電動機は内燃機関と異なり、外郭が回転軸の中心と同心
円的であるから、最低地上高が低くなりすぎて路面との
間隙が不足する。この結果、浸水や漏電が発生し、シス
テムの安全を脅かすので、必要な地上高を確保しながら
電動機を搭載するには回転中心を変位させることが効果
的である。その場合、本発明のように電動機と駆動輪と
の間に減速機が介在すれば、電動機を高位置に設置する
ことが容易である。

【００１１】請求項３に係る発明では、低速で大きなし
かも滑らかな駆動力を必要とする場合に有効である。電
動機によって低速で大きな駆動力を得ようとすると、大
きな電流を必要とし、これは蓄電池に過大な負担を強い
るものである。また、電動機といえども極低速ではうな
りや回転力に脈動があり、そのような状態で長時間運転
することは問題がある。そこで低速ではスリップ率が大
きく、ある程度の回転速度までは小さなトルクによって
容易に回転速度を上昇できるようにトルクコンバータを
介して回転力を伝達するように構成すれば、電動機の極
低速運転領域における各種の問題を回避することができ
る。

【００１２】前記トルクコンバータを介在させた状態で
は減速中の電力の回生効率がよくない。また、所定以上
の高速時はトルクコンバータの機能が不要であり、トル
クコンバータによってエネルギ損失が増大して燃費が悪
化するだけである。そこで、請求項４に係る発明では、
トルクコンバータと並列的に設けたクラッチによって減
速中や所定以上の高速時には該クラッチを接続すること
により、減速中は車体の持つ運動エネルギを電動機 (減
速中は発電機として制御される) に効率よく伝達してエ
ネルギの回生効率を高め、また、高速時のトルクコンバ
ータによるエネルギ損失を無くして燃費が改善される。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、請求項１に係る発明の実施例を示す。図に
おいて、前輪又は後輪の左右の駆動輪１，２は、夫々電
動機３，４に回転軸５，６及び自在継手７，８，９，10
を介して連結されている。また、駆動輪１，２は、夫々
車体11にサスペンション機構12を介して支持され、電動
機３，４は駆動輪１，２とは独立して車体11に固定支持
されている。

【００１４】このように左右の駆動輪、夫々に対して各
々一台の電動機を備え、左右別々の電動機で駆動する型
式の電気自動車において、電動機と駆動輪との間には差
動歯車などの回転速度調節機構を設けることなく、電動
機と駆動輪とを等速で回転させる構成としたため、別置
き型の電動機を持つ電気自動車の駆動形として最も簡便
な方式とな。また、電動機は車体に固定でき、自在継手
により浮動できる回転軸によって駆動輪は軽量・簡便な
在来のものがそのまま流用でき、バネ下重量も従来の自
動車と同様のレベルに留まる。

【００１５】また、単体として生産され駆動輪と別置き
の電動機は、半永久的な装置として塩水の浸入から保護
できる格納部に収納することができ、振動や衝撃からも
隔離することができる。他方、駆動輪はバネ下重量や漏
電、衝撃といった各種の懸念から解放されて、軽量で堅
牢な整備性の優れた製品が設計・製作できる。

【００１６】また、電動機の高速化という点では障壁と
なるが、歯車機構を全く使用しないなど駆動系が簡便で
あり、低コストで生産できる。図２は、請求項２に係る
発明の実施例を示す。本実施例では、左右の駆動輪１，
２に対して各々一台の電動機３，４を備えることは同様
であるが、電動機３，４と駆動輪３，４とを、軸をオフ
セットして設置すると共に、これらの間に減速機21，22
を介在させ、電動機３，４の回転を減速機21，22を介し
て減速して駆動輪１，２に伝達する構成としている。
尚、駆動輪１，２の軸と減速機21，22の歯車軸との間
は、回転軸５，６及び自在継手７，８，９，10を介して
連結している。前記第１の実施例では自在継手を介して
電動機と駆動輪と回転軸とを連結したので、自在継手の
折れ曲がり許容角度以上には電動機と駆動輪との相対位
置をオフセットさせることはできなかったが、本実施例
の方法では駆動輪の軸中心と電動機の回転中心は任意に
設定できるので、相当の冠水路を走破する必要のある自
動車などでは電動機を高めに、低い重心を要求する自動
車では低めになど、自由に電動機の取り付け位置を設定
できる。

【００１７】また、電動機の回転を必要に応じて減速し
て駆動輪に伝達するので、電動機の高速運転が可能にな
り、小型・軽量性を維持しつつ高出力化を図った次世代
の電動機を搭載できる。尚、左右の駆動輪を別々に駆動
するので差動歯車などの省略が可能である。この点は前
記実施例も同様である。

【００１８】図３は、請求項３に係る発明の実施例を示
す。本実施例では前記第２の実施例と同様に減速機21を
介在させると共に、各電動機３，４と減速機21，22との
間にトルクコンバータ23，24を介在させたものである。
電動機は元々低速トルクなどの特性が電車や自動車など
の乗物の原動機として好適であり、トルクコンバータや
変速機を設けないでよいという優れた長所がある。

【００１９】しかし、蓄電池には極めて大きな問題があ
り、これの制約からトルクコンバータを設置したほうが
良い型式の自動車もあり得る。電車など、架線から尽き
ることなく電力の供給を受け、更に独自の線路を走行す
ることで他の交通とは隔絶して走行しうる場合には、考
慮する必要度の低いものではあるが、蓄電池の重量と放
電能力、蓄電量、寿命を放電電流との兼ね合いで考察す
ると、蓄電池の性能が飛躍的な改善を見るか、大多数の
自動車が電気自動車になるまではこのような構成の有為
さが存在する。

【００２０】つまり、現在の自動車が走行している道路
では、内燃機関を搭載した自動車の走行パターンに合わ
せて電気自動車が走らなければならず、それは電気自動
車にとってはあまり特性に合致した走行方法とは言えな
いのである。電気自動車は極低速の加速が通常車に対し
て劣っているが中程度の速度では寧ろ勝っていると言っ
てもよい。例えば、電車に乗って経験するように、動き
出すときには滑らかに、少し速度がついてからぐっと加
速する感覚を味わうであろう。他方、バスに乗って経験
するように、走り始めに力強く加速し、速度が上がって
からの加速はそれほどでもないであろう。

【００２１】内燃機関搭載の普通の自動車と電気自動車
の相違もこれと同様であり、信号が変わった直後のダッ
シュが負けてしまう。これを改善するためには極低速で
の供給電力を増加する必要があるが、ここに蓄電池の限
界が存在する。架線から給電され、独自の線路を走行す
る電車ではあまり問題ではなくても、同じ道路で混合し
て走行する電気自動車では、たとえ中速域の加速力は大
きくても、そこで流れを無視して加速することはできな
いので流れに乗るとして、走り初めの加速力が劣るとい
う点は、幾らか上り勾配の路で信号停止後の発進直後の
加速時などでとりわけ気になるものである。

【００２２】この低速領域の加速力を得るために大電流
を供給すると、蓄電池の寿命を著しく縮め、また、一回
の充電当りの走行距離をも短縮する結果になる。これを
改善するために電動機と駆動輪との間にトルクコンバー
タを設け、電動機の低速トルクを増幅する。これによっ
てスタートダッシュを必要とする自動車及び低速での牽
引力を必要とする自動車も電気自動車とすることが可能
である。

【００２３】数段の変速歯車を備えたトランスミッショ
ンを電動機と駆動輪との間に持つ電動自動車は古いタイ
プのものに良く見かける構造であるが歯車による変速機
構を持たないトルクコンバータのみの構成が最適である
と考えられる。電動機そのものが、強力な低速トルクを
持つ原動機であるから、その欠点を補正する程度のトル
ク増幅で良く、内燃機関のトルク特性を補正する程度に
は補正の必要がないので、オートマチック・トランスミ
ッションなどのようにトルクコンバータと歯車機構を組
み合わせて構成する必要はなく、トルクコンバータの装
備のみで適当なトルク特性を獲得できる。ただし、トル
クコンバータのみでは電動機の回転速度を十分減速する
ことが難しいので、普通車と同様の発進加速性能を確保
するために減速歯車が必要となる。

【００２４】図４は、本実施例の駆動力特性を、前記第
２の実施例の駆動力特性や内燃機関搭載自動車等と比較
して示したもので、電動機の最大許容電流に制限され
て、低速域で十分な加速力を確保できる駆動力を得るこ
とが難しいところを、トルクコンバータによるトルク増
幅により十分な駆動力を確保できるのである。尚、減速
機の減速比を十分大きくすれば低速トルクを確保するこ
とは可能であるが、そのようにすると、必要な最大車速
を確保することができなくなる。

【００２５】図５は、請求項４に係る発明の実施例を示
す。本実施例では、前記第３の実施例の構成に加えて、
トルクコンバータ23，24の入出力軸間を断続するクラッ
チ31を介在させた構成とする (したがって、外観図は図
３と同様である) 。そして、減速中及び所定以上の高速
走行中は、前記クラッチ31を接続し、その他の時は遮断
して (トルクコンバータを生かして) 回転力を伝達する
ようにしている。

【００２６】即ち、電動機と駆動輪との間にトルクコン
バータを介在させた前記第３の実施例方式では、前述の
ように低速トルクの改善が顕著である反面、減速中のブ
レーキ力が減じられ、電力の回生を困難にする。電気自
動車の優れた面であるこれらの特性が犠牲になったので
は、エネルギーの浪費が発生するばかりか、摩擦式ブレ
ーキの消耗も改善されないで、石綿など発癌性物質の飛
散防止にも効果を失う。

【００２７】そこで、電動機と駆動輪との間に設けるト
ルクコンバータの入出力軸間を断続するクラッチを設
け、トルクコンバータを介することなく回転力を伝達で
きるようにする。このクラッチは、トルクコンバータの
本体内部に形成してもよいが、ここではトルクコンバー
タの本体外部に設けたものを示した。図において、電動
機３ (又は４、以下３で代表する。) の出力軸３ａにト
ルクコンバータ23のケース23ａが一体に連結され、該ケ
ース23ａの内側空間にはトルク伝達用の流体が充填され
ると共に、前記出力軸３ａと同心に支持されたスプライ
ン軸23ｂ上に固定されたインペラ23ｃが内蔵されてい
る。前記スプライン軸23ｂはケース23ａの外側に突出し
て前記減速機を介して駆動輪１側に接続されており、該
トルクコンバータ23の作動時は、電動機３と等速で回転
駆動されるケース23ａにより、ケース23ａ内部の流体も
回転し、該回転トルクがインペラ23ｃを介してスプライ
ン軸23ｂに伝達され、減速機を介して駆動輪１に伝達さ
れる。

【００２８】かかるトルクコンバータの入出力軸間を断
続するクラッチ31が次のように構成されている。前記ス
プライン軸23ｂを貫通するケース23ａの孔23ｄにもスプ
ラインが形成され、また、ケース23ａ外側に突出するス
プライン軸23ｂにスプライン係合して軸方向移動自由に
クラッチディスク23ｅが装着され、該クラッチディスク
23ｅの中心ボス部の外周面に前記孔23ｄに形成されたス
プラインと係合自由なスプラインが形成されている。ク
ラッチディスク23ｅとケース23ａとの対向面にはクラッ
チディスク23ｅをクラッチ遮断時にケース23ａから所定
距離離間させるための板バネ23ｉが装着されている。該
クラッチディスク23ｅの周縁部に対向して、プレッシャ
プレート23ｆが装着され、該プレッシャプレート23ｆを
クラッチディスク23ｅ方向に付勢するスプリング23ｇ
と、図示しないソレノイド等のアクチュエータで駆動さ
れて軸回りに揺動し、プレッシャプレート23ｆと係合し
てクラッチの断続を行うレバー23ｈとを備えて構成され
ている。

【００２９】かかるクラッチ31を備えた本実施例の作用
を説明する。減速中は、前記レバー23ｆが図で反時計回
りに揺動し、プレッシャプレート23ｆをスプリング23ｇ
の付勢力で図示左方向に移動させ、クラッチディスク23
ｅと接合して一体に移動させる。すると、クラッチディ
スク23ｅの中心ボス外周面に形成されたスプラインをケ
ース23ａの孔23ｄのスプラインと係合し、ケース23ａと
クラッチディスク23ｅとスプライン軸23ｂとがスプライ
ン係合により回転方向に滑りなく係合するためスプライ
ン軸23ｂと電動機３の出力軸とが等速で回転する。した
がって、車体の持つ運動エネルギーがトルクコンバータ
を介することなく電動機３に伝達され、電動機３を発電
機として作用させて該運動エネルギーを効率良く電気エ
ネルギーに変換して蓄電池に貯蔵することができる。

【００３０】また、前記減速中以外にも、所定以上の高
速走行時はトルクコンバータによる回転トルク増幅機能
が不要であり、流体による伝達損失の方が問題になるの
で前記同様にクラッチ31が接続される。この場合は、電
動機３の駆動力がトルクコンバータ23を介することなく
駆動輪１に伝達されトルクコンバータによるエネルギー
損失なく走行燃費を改善できる。

【００３１】それ以外の運転時にはレバー23ｈを図示時
計回りに回動させることによりプレッシャプレート23ｆ
をスプリング23ｇの付勢力に抗して図示右方向に移動さ
せ、クラッチディスク23ｅを板バネ23ｉの付勢力により
ケース23ａから引き離し、クラッチ31を遮断する。この
ようにクラッチ31を遮断することにより、トルクコンバ
ータ23が作動して低速トルクを確保でき前記第３の実施
例と同一の効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように請求項１〜請求
項４に係る発明に共通して、電動機と駆動輪とが別の独
立したユニットとして設置されるため、バネ下重量を軽
減でき走行安定性の確保、高出力電動機の採用が可能に
なり、ブレーキ機構を備える車輪部については定期的な
メンテナンスなどの必要性から、分解整備の頻度が高い
ものであるが、電動機を別置きにすることによって従来
の整備工場における整備が可能となる。

【００３３】そして請求項１に係る発明は、駆動系を最
も簡易に構成できると共に低コスト化を促進でき、特に
高速性を要求されない小型自動車向きである。請求項２
に係る発明では、減速機の介在により電動機の高速・高
出力化をより促進することができると共に、電動機の高
さを要求に応じた位置に容易に設置することができる。

【００３４】請求項３に係る発明では、トルクコンバー
タの介在によって電動機の極低速運転領域における各種
の問題を回避することができる。請求項４に係る発明で
は、前記トルクコンバータをバイパスして電動機と駆動
輪とを接続することで減速中の運動エネルギー回収効率
を高め、及び高速走行時の燃費を良好に維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明の実施例を示す平面図，側
面図及び正面図。

【図２】請求項２に係る発明の実施例を示す平面部及び
側面図。

【図３】請求項３に係る発明の実施例を示す平面部及び
側面図。

【図４】各実施例の駆動力特性を示す図。

【図５】請求項４に係る発明の実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１，２ 駆動輪 ３，４ 電動機 ５，６ 回転軸 ７，８，９，10 自在継手 21，22 減速機 23，24 トルクコンバータ 31 クラッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機を原動機として含む電気自動車にお
   いて、駆動輪と電動機とを回転軸及び自在継手を介して
   連結し、電動機と等速で駆動輪を回転駆動するようにし
   たことを特徴とする電気自動車の電動機・駆動輪間動力
   伝達装置。
2. 【請求項２】電動機を原動機として含む電気自動車にお
   いて、駆動輪と電動機との間に減速機を介在させ、電動
   機の回転を減速して駆動輪に伝達するようにしたことを
   特徴とする電気自動車の電動機・駆動輪間動力伝達装
   置。
3. 【請求項３】電動機を原動機として含む電気自動車にお
   いて、駆動輪と電動機との間にトルクコンバータを介在
   させ、電動機の回転トルクをトルクコンバータを介して
   駆動輪に伝達するようにしたことを特徴とする電気自動
   車の電動機・駆動輪間動力伝達装置。
4. 【請求項４】前記トルクコンバータの入出力軸間を断続
   自由なクラッチを介在させ、減速中及び所定以上の高速
   走行時は前記クラッチを接続し、その他の時は前記クラ
   ッチを遮断して回転トルクを伝達するようにしたことを
   特徴とする請求項３に係る自動車用複合原動機の原動機
   間動力伝達装置。