JPWO2013093964A1

JPWO2013093964A1 - 電動車両

Info

Publication number: JPWO2013093964A1
Application number: JP2013549947A
Authority: JP
Inventors: 猛池田; 貴仁村瀬
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP5830109B2; WO2013093964A1

Abstract

電動二輪車1は、車体上にて並列に設けられた車輪駆動用の第１電動機4及び第２の電動機と、前記第１電動機4と繋がった第１の動力伝達手段と、前記第２電動機と繋がり、前記第１の動力伝達手段と連繋する第２の動力伝達手段と、前記第１の動力伝達手段及び第２の動力伝達手段の駆動力を受けて、車輪に回転動力を供給する出力軸7を備えている。前記第１電動機4及び第２電動機は回転軸42、42が互いに略平行に配備されて互いに逆方向に回転する。

Description

本発明は、電動機を駆動源とする電動二輪車のような電動車両に関する。

近年、ガソリンエンジンを駆動源とする二輪車に代わって、バッテリで駆動する電動機を駆動源として走行する電動二輪車が提案されている(特許文献１参照)。これは電動機の回転駆動力を後輪に伝えて、車体を走行させるものである。

特開平５―１０５１７８号公報

電動機は、周知の如くロータが回転軸周りに回転するから、回転軸周りの慣性モーメントが発生する。車両においては、ロータを加速させるエネルギーに加えて、電動機の回転を後輪に伝える伝達機構などの回転体を加速させるためのエネルギーが必要になるため、電動機の慣性モーメントが小さいほうが加速に使うエネルギーは減少する。該ロータ及び回転体を減速させる場合も、電動機の慣性モーメントが小さいほうが、スムーズに減速できる。換言すれば、電動機の慣性モーメントが小さければ、車体走行、特に直進時の走行が安定し、操縦性が良くなる。また、例えば急勾配の上り坂や悪路走行時に、電動機が出力不足となることがある。出力不足とならないようにするためには、大型の電動機を用いればよいのであるが、そのようにすると慣性モーメントも大きくなってしまい車体操作が安定しない。

本発明の目的は、電動機の慣性モーメントを小さくしつつも大きな駆動力を有する電動車両を提供することにある。

本発明に係る電動車両は、車体上にて並列に設けられた車輪駆動用の第１の電動機及び第２の電動機と、前記第１の電動機と繋がった第１の動力伝達手段と、前記第２の電動機と繋がり、前記第１の動力伝達手段と連繋する第２の動力伝達手段と、前記第１の動力伝達手段及び第２の動力伝達手段の駆動力を受けて、車輪に回転動力を供給する出力軸を備え、前記第１及び第２の電動機は回転軸が互いに略平行に配備されて互いに逆方向に回転する。

前記第１と第２の動力伝達手段は互いに連繋して、出力軸を介して両電動機のトルクを車輪に伝える。両電動機は、回転軸が略平行に配備されて互いに逆方向に回転するから、電動機の回転に起因する慣性モーメントは一部又は全部が相殺される。これにより、走行に必要なトルクを確保しつつ、車体を安定して走行させることができる。

更に、前記第１の電動機から前記車輪に伝達される駆動力と前記第２の電動機から前記車輪に伝達される駆動力の間の駆動力割合を変更可能な駆動力割合変更装置を備え、前記第１の電動機と第２の電動機は、互いに特性が異なってもよい。

前記構成によれば、前記駆動力割合変更装置により、車両の運転状態等に応じて、互いに特性の異なる２つの電動機が車輪駆動に寄与する割合を変更することができる。これにより、電動機の特性に応じた車両走行を楽しむことができ、また電動機の駆動効率を向上させることができる。

更に、前記駆動力割合変更装置は、前記第１の電動機及び前記第２の電動機を制御する制御装置であり、該制御装置は前記第１の電動機と前記第２の電動機を個別に制御して、前記第１の電動機が出力する駆動力と、前記第２の電動機が出力する駆動力との割合を変更してもよい。

前記構成によれば、制御装置により、互いに特性が異なる２つの電動機を個別に制御することで、両電動機が車輪駆動に寄与する割合を正確に変更することができる。

更に、前記第１の電動機は前記第２の電動機よりも高出力であって、前記第２の電動機よりも車体走行側に配備されてもよい。

前記構成によれば、車体加速時には、高出力である第１の電動機を主に駆動することができる。該第１の電動機は発熱し易いが、該第１の電動機を車体走行側に配備すれば、車体走行に伴う風が該第１の電動機に当たり易くなり、冷却効果が高まる。

更に、駆動力割合変更装置は、前記第１の電動機と前記第１の動力伝達手段の間、及び前記第２の電動機と前記第２の動力伝達手段の間の少なくとも一方に設けられ、電動機の回転の動力伝達手段への伝達と遮断を切り換えるクラッチ機構であってもよい。

前記構成によれば、クラッチ機構を操作することにより、クラッチ機構が設けられた電動機の回転を車輪に伝達することとも遮断することもできる。これにより、電動機の特性に応じた車体の走行ができる。

更に、前記第１の電動機と第２の電動機は、車体へ取り付けられた箇所の高さ又は左右位置が互いに異なってもよい。

前記構成によれば、何れの電動機も、他方の電動機との熱交換を経ていない新鮮な風に当てられる。従って、両方の電動機を効率よく冷却することができる。

本発明に係る電動車両にあっては、車体上にて並列に設けられた第１及び第２の電動機が互いに逆方向に回転するから、電動機の回転に起因する慣性モーメントは少なくとも一部が相殺される。これにより、車体操作性を向上させることができる。また、両電動機から出力を得るから、１つの電動機から出力を得るよりも、出力を増加させることができる。

本発明の実施形態に係る電動二輪車の側面図である。図１に示すパワープラントをＡ―Ａ線を含む面にて破断し、矢視した断面図である。両出力ギアを図２のＢ方向から見た図である。別のパワープラントの実施形態を示す図である。別のパワープラントの実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る電動車両、具体的には電動二輪車を、図を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には、同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。以下の記載で、左右方向は、電動二輪車に騎乗した運転者から見た方向を基準とし、車両の進行方向を前方とする。

図１は、本発明の実施形態に係る電動二輪車１の側面図である。図１は、車体フレーム、後記するパワープラント、車輪等の主要部を示す。図１に示すように、電動二輪車１の車体フレームは、前方から後方に向かって下方に傾斜して延びる１つのメインフレーム１５、該メインフレーム１５の前端部から前方に向かって斜め下向きに延びる左右一対のフロントフォーク１０、１０、両フロントフォーク１０、１０の上端部間に配置されたヘッドパイプ１３、該ヘッドパイプ１３から後方に向かって斜め下向きに延びる左右一対のダウンフレーム１６を備える。

メインフレーム１５の後端部には、枠体であるピボットフレーム１７の上枠部分が取り付けられている。該ピボットフレーム１７の上枠部分はメインフレーム１５の長手方向と略直交して左右に延びている。ピボットフレーム１７の下端部と、前記ダウンフレーム１６の下端部には、後記する２つの電動機を収納したパワープラント２の前後端部が夫々取り付けられている。

フロントフォーク１０、１０の上端部は、上下一対のブラケット１１、１１を介して、左右に延びたバー型のハンドル１２に連結される。ハンドル１２の右端部には、運転者の右手に把持されて、手首のひねりによって回転されるアクセルグリップ１４が設けられており、ハンドル１２には、後記するクラッチ機構の接続と接続解除を切り換える際に、運転者が操作する操作釦１８が取り付けられている。

フロントフォーク１０、１０の下端部は、操舵輪である前輪９を回転自在に支持する。前記ピボットフレーム１７の左枠部分と右枠部分との間には、スイングアーム９１の前端部が上下に揺動可能に支持されており、該スイングアーム９１の後端部は、駆動輪である後輪９０を回転自在に支持する。また、スイングアーム９１は、長手方向中央部がサスペンションユニット９３の下端部を支持している。

スイングアーム９１の上方には、運転者が騎乗するシート９４が配置され、該シート９４はメインフレーム１５に支持されたリアフレーム(図示せず)によって支持されている。前輪９と後輪９０の間の空間には、前記パワープラント２の他に、該パワープラント２に給電するバッテリ９５及び制御装置９６が設けられている。

(パワープラント)
図２は、図１に示すパワープラント２をＡ―Ａ線を含む面にて破断し、矢視した断面図である。パワープラント２は金属製のハウジング２０を備え、該ハウジング２０内に、車両走行(後輪駆動)用のモータである２つの電動機、即ち第１電動機４と第２電動機５が前後に並列して収納される。両電動機４、５は回転軸４２が互いに平行であり、第１電動機４は、第２電動機５よりも前方に配置されている。第１電動機４の回転軸４２の先端部には、第１中間ギア４３が取り付けられ、第２電動機５の回転軸４２の先端部には、第２中間ギア４４が取り付けられている。ハウジング２０には、第１電動機４の前方に第１透孔２１が、第２電動機５の後方には第２透孔２２が夫々開設されており、車両走行時には走行に伴う風が第１透孔２１から第２透孔２２に向けてハウジング２０内を流れる。これにより、両電動機４、５が空冷される。

各電動機４、５は、永久磁石からなるステータ４０と、該ステータ４０の内側に配置されて回転軸４２を中心に備えて回転するロータ４１を備えた周知の構成である。ステータ４０には、前記制御装置９６からハウジング２０に向けて延びた電線９７、９７が接続され、該電線９７、９７を介して前記制御装置９６から電動機４、５に個別に給電される。該制御装置９６には、前記操作釦１８による運転者のクラッチ操作に関する指示が入力される。

第１電動機４と第２電動機５との間には、第１クラッチ機構６と、第２クラッチ機構８が設けられている。前記第１中間ギア４３は第１クラッチ機構６に噛合し、第２中間ギア４４は第２クラッチ機構８に噛合する。各クラッチ機構６、８は例えば噛み合いクラッチであり、前記回転軸４２に平行な入力軸６０と、該入力軸６０に回転可能に嵌められたクラッチギア６１と、該クラッチギア６１に対向してハウジング２０内に固定されたメインクラッチ６２を備えている。該メインクラッチ６２がクラッチギア６１と接続された状態で、入力軸６０が対応する中間ギアと連動して回転する。メインクラッチ６２とクラッチギア６１との接続が解除されると、クラッチギア６１が空転して入力軸６０は回転しない。この各クラッチ機構６、８の接続及び接続解除の切り換えは、運転者の操作が無くとも、前記制御装置９６が自動で行うようにしてもよいし、該制御装置９６が運転者の操作釦１８の操作に基づく指令信号を受けて行うこともできる。

第１クラッチ機構６の入力軸６０の先端部には第１出力ギア６５が設けられ、第２クラッチ機構８の入力軸６０の先端部には第２出力ギア８５が設けられている。両出力ギア６５、８５は互いに噛合して等速に回転し、第１と第２の電動機４、５は互いに逆方向に回転する。即ち、第２出力ギア８５には両電動機４、５の駆動力又はトルクが伝えられる。第２出力ギア８５は変速機構７０に連結する。該変速機構７０は複数枚の歯車を左右に配置した互いに平行な２本の軸体を有し、噛合する歯車の噛み合わせが変わることによって、入出力回転の減速比を変える公知の構成である。

この減速比の変更は、運転者がシフトペダル(図示せず)を操作して行う。変速機構７０からは、第２出力ギア８５の回転速度から変速された回転を出力する出力軸７が突出している。該出力軸７の左端部にはスプロケット７１が設けられており、後輪９０のスプロケット(図示せず)との間に、図２に仮想線で示すチェーン７２が巻き掛けられている。

(両電動機の配置)
図３は、両出力ギア６５、８５を図２のＢ方向から見た図であって、２つの電動機４、５の配置関係を示す。図示の便宜上、ハウジング２０、変速機構７０を図示しない。両電動機４、５は互いに特性が異なり、具体的には同じ値の駆動電圧又は電流が供給された場合に、第１電動機４は第２電動機５よりも高出力である、即ち、大きな駆動力又はトルクを発生する。一般的に言えば、電動機は高効率化を図ると、高出力化が困難となる。第２電動機５は、第１電動機４よりも出力は低いが、第１電動機４よりも高効率である。

第１電動機４は第２電動機５よりも高出力であるが故に、発熱し易い。本実施形態の電動二輪車１にあっては、前記の如く、第１電動機４は第２電動機５よりも車体走行側(即ち、前側)に位置しているから、車体走行に伴う風は第１電動機４に当たり易くなり、冷却効果を高めることができる。また、第１電動機４と第２電動機５の２つの電動機を用いている故に、１つの大きな電動機を用いるよりも、電動機全体の表面積が増え放熱性がよくなる。更に、２つの電動機４、５を用いることにより、１つの大きな電動機を用いるよりも、車体にレイアウトし易い利点もある。

前記の如く、両電動機４、５は回転軸４２、４２が略平行に配備されて互いに逆方向に回転するから、電動機の回転に起因する慣性モーメントは一部又は全部が相殺される。これにより、走行に必要なトルクを確保しつつ、車体を安定して走行させることができる。また、１つの電動機による走行駆動では出力不足となって、急勾配の上り坂や悪路走行時に対応できない場合がある。本実施形態の電動車両では、変速機構７０には、両電動機４、５のトルクが合わさって伝達されるから、このような事態にも対応することができる。

前記の如く、両電動機４、５には制御装置９６から通電される。該制御装置９６は各電動機４、５へ供給する駆動電圧又は電流の値を個別に変えることにより、第１電動機４と第２電動機５とが出力する駆動力の割合を変更することができる。例えば、電動二輪車１が緩やかな下り坂を走行中は、電動機の駆動力は弱くてもよい。運転者が駆動力は弱くても効率の高い走行状態を求め、そのような走行状態を指示する信号を、操作釦１８を使って制御装置９６に入力すれば、該制御装置９６は低出力の第２電動機５へ通電する駆動電圧又は電流の値を維持しつつ、高出力の第１電動機４へ通電する駆動電圧又は電流の値を低くする。これにより、両電動機４、５の合計された駆動力は弱められるが、車体は高効率の走行状態となる。また、運転者が緩やかな下り坂を走行時に、効率を多少犠牲にしても高出力の電動機で運転したい場合、例えば第１電動機４の回転音等を聴きながら走行したい場合は、第１電動機４へ通電する駆動電圧又は電流の値を維持しつつ、第２電動機４へ通電する駆動電圧又は電流の値を低くしてもよい。

逆に、電動二輪車１が上り坂を走行中は、第１電動機４のみならず第２電動機５への駆動電圧又は電流の値を高くして、両電動機４、５からの合計された駆動力を強くする。

更に、車体の減速走行時に、制御装置９６は自動で、或いは運転者による操作釦１８の操作で生じる信号を受けて、第１クラッチ機構６又は第２クラッチ機構８の少なくとも一方を操作して、電動機４、５の回転が後輪９０へ伝達することを遮断することもできる。この場合は、電動機４、５は回転するが、該電動機４、５の駆動力は後輪９０に伝えられない。この場合も、両電動機４、５の慣性モーメントの一部又は全部が相殺されるので、減速走行においても車体の走行を安定させつつ、両電動機４、５からの駆動力を弱めることができる。

図３に示すパワープラント２では、両電動機４、５は水平方向に沿って配置されている。しかし、これでは高出力の第１電動機４を冷却して温度が高くなった風が第２電動機５に当たり、冷却効果が弱くなる虞がある。この問題を解決するために、図４に示すように、第１電動機４と第２電動機５の高さ位置を違えて配置してもよい。また、図３に示す両電動機４、５を左右方向の位置を違えて配置してもよい。これにより、第１電動機４を冷却して熱交換により温度が高くなった風ではなく、第１透孔２１に導入されたときの温度を維持したままの新鮮な風が第２電動機５に当てられるから、第２電動機５の冷却効果を高めることができる。

上記の実施形態では、第１出力ギア６５が第２出力ギア８５に噛合することによって、第１電動機４の駆動力と第２電動機５の駆動力が合わさって、変速機構７０に伝達されるとした。しかし、これに代えて、図５に示すように、第１、第２クラッチ機構６、８の先端部にプーリ６９、８９を設け、両プーリ６９、８９をたすき掛けベルト７５にて連結することによって、第１電動機４の駆動力と第２電動機５の駆動力とを合わせて、変速機構７０に伝達してもよい。即ち、図３の第１出力ギア６５又は図５のプーリ６９が本発明の「第１の動力伝達手段」を構成し、図３の第２出力ギア８５又は図５のプーリ８９及びたすき掛けベルト７５が本発明の「第２の動力伝達手段」を構成する。

また、上記実施形態では、電動二輪車を例示して本発明の特徴を説明したが、本発明の技術的思想は、例えば四輪車やＡＴＶ(All Terrain Vehicle：全地形型車両）にも適用可能である。また、両クラッチ機構６、８は噛み合いクラッチを例示したが、他の形式のクラッチ、例えば多板クラッチでもよい。また、クラッチ機構６、８の切換え操作は、操作釦１８の操作に代えて、アクセルグリップ１４の下側に別途設けたクラッチレバー(図示せず)によってもよい。また、パワープラント２はクラッチ機構及び変速機構７０がないものでもよい。パワープラント２の上下位置は、図１に示す位置に限定されないが、車体の安定操作上、車体の重心よりも下側に配置するのが好ましい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する１つの態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、電動機で走行駆動される自動二輪車等の車両全般に適用すると有益である。

１電動二輪車
２パワープラント
４第１電動機
５第２電動機
６第１クラッチ機構
７出力軸
８第２クラッチ機構
４０ステータ
４１ロータ
４２回転軸
９０後輪
９６制御装置

Claims

車体上にて並列に設けられた車輪駆動用の第１の電動機及び第２の電動機と、
前記第１の電動機と繋がった第１の動力伝達手段と、
前記第２の電動機と繋がり、前記第１の動力伝達手段と連繋する第２の動力伝達手段と、
前記第１の動力伝達手段及び第２の動力伝達手段の駆動力を受けて、車輪に回転動力を供給する出力軸を備え、
前記第１及び第２の電動機は回転軸が互いに略平行に配備されて互いに逆方向に回転する、電動車両。
更に、前記第１の電動機から前記車輪に伝達される駆動力と前記第２の電動機から前記車輪に伝達される駆動力の間の駆動力割合を変更可能な駆動力割合変更装置を備え、
前記第１の電動機と第２の電動機は、互いに特性が異なる、請求項１に記載の電動車両。
前記駆動力割合変更装置は、前記第１の電動機及び前記第２の電動機を制御する制御装置であり、
該制御装置は前記第１の電動機と前記第２の電動機を個別に制御して、前記第１の電動機が出力する駆動力と、前記第２の電動機が出力する駆動力との割合を変更する、請求項２に記載の電動車両。
前記第１の電動機は前記第２の電動機よりも高出力であって、前記第２の電動機よりも車体走行側に配備される、請求項１乃至３の何れかに記載の電動車両。
前記駆動力割合変更装置は、前記第１の電動機と前記第１の動力伝達手段の間、及び前記第２の電動機と前記第２の動力伝達手段の間の少なくとも一方に設けられ、電動機の回転の動力伝達手段への伝達と遮断を切り換えるクラッチ機構である、請求項２に記載の電動車両。
前記第１の電動機と第２の電動機は、車体へ取り付けられた箇所の高さ又は左右位置が互いに異なる、請求項１乃至５の何れかに記載の電動車両。