JP3622016B2 - 電動車両の動力伝達装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動車両として、人力による駆動力を電動モータによる補助動力によって補う電動モータ付自転車が既に提案され、実用に供されている。この電動モータ付自転車は、人力による駆動系の他に電動モータによる駆動系を備え、人力を検知してその大きさに応じた補助動力を車輪に付与することによってライダーの肉体的負担を軽減するものである。
【0003】
ところで、斯かる電動モータ付自転車の中には、下り坂を走行する際に車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達し、該電動モータを発電機として駆動して発電するとともに、所要の回生制動力を得るようにしたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電動モータ付自転車にあっては、電動モータから車輪に至る動力伝達系の速比がモータ駆動時と回生制動時において同じであったため、回生制動時の電動モータの回転数を上げることができず、大きな発電量を得ることができないという問題があった。
【0005】
又、惰走と回生制動との切り替えには特別の操作を要し、通常の自転車の感覚で運転操作ができないという問題もあった。
【0006】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、特別な運転操作を付加することなく、回生制動時の電動モータの回転数を高めて発電量を増やすことができる電動車両の動力伝達装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置において、電動モータの駆動力を車輪に伝達するモータ動力伝達系と車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達する回生制動力伝達系を遊星ギヤ機構によって構成し、該遊星ギヤ機構のキャリアを電動モータ側に連結し、リングギヤを車輪側に連結してモータ動力伝達系と回生制動力伝達系を分離して両者の速比を異ならせるとともに、両動力伝達系の切替手段を設け、該切替手段を、前記遊星ギヤ機構のサンギヤのロックをON/OFFするクラッチAと、前記キャリアと前記リングギヤとの連結をON/OFFするクラッチBを含んで構成したことを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、電動モータ駆動時には前記クラッチAをONし、クラッチBをOFFし、回生制動時には前記クラッチAをOFFし、クラッチBをONすることを特徴とする。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記切替手段をブレーキレバーの操作に連動して作動せしめることを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の発明は、車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置において、電動モータの駆動力を車輪に伝達するモータ動力伝達系と車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達する回生制動力伝達系を、平行2軸の変速段に設けられた速比の異なる2組のギヤ列によって構成して両者を分離するとともに、両動力伝達系の切替手段を設け、該切替手段を前記各ギヤ列に設けられた遠心クラッチで構成したことを特徴とする。
【0012】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記遠心クラッチの一方は設定回転数以上でONし、他方は設定回転数以上でOFFするものとしたことを特徴とする。
【0013】
【作用】
本発明によれば、モータ動力伝達系と回生制動力伝達系を分離して両者の速比を異ならせたため、回生制動力伝達系における速比をモータ動力伝達系のそれよりも大きく設定すれば、回生制動時の電動モータの回転数が高められて発電量が増加し、バッテリーの充電量が増えて車両の航続距離が延び、或はバッテリーの小型、軽量化が可能となる。
【0014】
又、切替手段の動作をブレーキレバーの操作に連動させたり、設定回転数以上でON/OFFする遠心クラッチ等で構成すれば、特別な運転操作を要することなく、モータ駆動と回生制動との切り替えを容易に或は自動的に行うことができる。
【0015】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0016】
<第1実施例>
図1は本発明に係る動力伝達装置を備える電動モータ付自動車の側面図、図2は同電動モータ付自転車の動力伝達装置の構成を示す模式図である。
【0017】
先ず、図1に基づいて電動モータ付自転車1の概略構成を説明する。
【0018】
図1において、2は車体前方に位置するヘッドパイプであり、該ヘッドパイプ2内にはハンドルステム3が回動自在に挿通している。そして、ハンドルステム3の上端にはハンドル4が結着され、同ハンドルステム3の下端にはフロントフォーク5が結着されており、該フロントフォーク5の下端部には前輪6が回転自在に軸支されている。
【0019】
又、前記ヘッドパイプ2には略U字状に折曲されたメインフレーム7の前端が結着されており、該メインフレーム7の斜め上方に立設するシートパイプを兼ねる部分にはシートポスト8を介してシート9が支持されている。そして、メインフレーム7の前半部の直線部分上にはバッテリ10が支持されている。
【0020】
ところで、車体の略中央下部には、本発明に係る動力伝達装置11がブラケット12,13を介してメインフレーム7に支持されている。この動力伝達装置11は人力による人力駆動系とモータ動力伝達系及び回生制動力伝達系を並設して構成され、これにはクランク軸14が回転自在に支承されており、該クランク軸14の左右両端にはクランク15が取り付けられ、各クランク15の端部にはペダル16が軸支されている。
【0021】
又、上記動力伝達装置11からは左右一対のチェーンステイ17が車体後方に向かって延出しており、該チェーンステイ17の後端部と前記メインフレーム7とは左右一対のシートステイ18によって連結されている。そして、チェーンステイ17後端の前記シートステイ18との連結部には後輪19が回転自在に軸支されており、後輪19を支持する車軸にはホイールスプロケット20が結着されている。
【0022】
ここで、本発明に係る前記動力伝達装置11の構成を図2に基づいて説明する。
【0023】
図2に示す動力伝達装置11において、14は前記クランク軸、21,22はそれぞれクランク軸14に平行に配された合力軸、減速軸であり、クランク軸14の中間部にはワンウェイクラッチ50を介してスプロケット23が結着されており、該スプロケット23と前記合力軸21の一端に結着されたスプロケット24には無端状のチェーン25が巻装されている。
【0024】
又、上記合力軸21の他端にはドライブスプロケット26が結着されており、該ドライブスプロケット26と前記ホイールスプロケット20には無端状のチェーン27が巻装されている。
【0025】
而して、クランク軸14からスプロケット23、チェーン25及びスプロケット24を経て合力軸21に至る経路が人力伝達系を構成している。
【0026】
一方、図2において、28は横向きに設置された電動モータであり、該電動モータ28のモータ軸29には遊星ギヤ機構30が同軸的に連結されている。
【0027】
上記遊星ギヤ機構30には速比の異なるモータ動力伝達系と回生制動力伝達系を含んでおり、該遊星ギヤ機構30は、大径のリングギヤ31と、該リングギヤ31の中心部に配されたサンギヤ32と、該サンギヤ32とリングギヤ31に噛合する複数(図には1つのみ図示)の遊星ギヤ33と、該遊星ギヤ33を支持するキャリア34を含んで構成され、キャリア34は前記モータ軸29に連結されている。
【0028】
そして、前記サンギヤ32を支持する回転軸35の端部には、サンギヤ32の正転時にこれをロックするワンウェイクラッチCを介してクラッチAが設けられている。尚、クラッチAはサンギヤ32のロックをON/OFFするためのものである。
【0029】
又、前記キャリア34とリングギヤ31との間には、両者の連結をON/OFFするクラッチBが設けられている。
【0030】
而して、図示のように、前記リングギヤ31は前記減速軸22に結着された大径の減速ギヤ37に噛合している。又、減速軸22には小径の減速ギヤ38が結着されており、該減速ギヤ38は前記合力軸21に結着された大径の減速ギヤ39に噛合している。
【0031】
次に、本発明に係る動力伝達装置11の作用を説明する。
【0032】
ライダーが左右のペダル16を交互に踏んでクランク軸14を回転駆動すると、クランク軸14の回転はスプロケット23、チェーン25及びスプロケット24を経て合力軸21に伝達される。尚、クランク軸14に入力される人力(トルク)は不図示のセンサーによって検出され、その検出結果は不図示のコントローラに入力される。
【0033】
ここで、自転車1が平坦路或は上り坂を走行しているためにライダーがブレーキレバーを操作しない場合には、電動モータ28が駆動されて人力が補助動力によって補われる。即ち、モータ駆動時には、表1に示すように、クラッチAとワンウェイクラッチCがONしているためにサンギヤ32はロックされ、クラッチBはOFFされているためにリングギヤ31とキャリア34とは独立に回転可能な状態にある。
【0034】
【表1】
而して、前述のように検出された人力の大きさがコントローラに入力されると、コントローラはその人力の大きさに応じてバッテリ10から電動モータ28への供給電圧(又は電流)を制御し、電動モータ28が発生する補助動力を人力に対して所定の値に調整する。
【0035】
このとき、電動モータ28のモータ軸29の回転は、キャリア34、遊星ギヤ33及びリングギヤ31を経て増速され、更に、減速ギヤ37、減速軸22、減速ギヤ38,39を経て減速されて合力軸21に伝達され、従って、電動モータ28にて発生する補助動力は以上の経路を経て合力軸21に伝達される。尚、例えば、リングギヤ31の歯数を72枚、サンギヤ32の歯数を36枚とすれば、表1に示すように、電動モータ28側の回転数Nm
は遊星ギヤ機構30によって1.5倍(=(72+36)/72=1.5Nm )に増速されて後輪19側に伝達される。
【0036】
そして、増速されたリングギヤ31の回転は減速ギヤ37、減速軸22及び減速ギヤ38,39を経て合力軸21に伝達される。
【0037】
而して、合力軸21は人力と補助動力の双方によって回転駆動され、その回転はドライブスプロケット26、チェーン27及びホイールスプロケット20を経て後輪19に伝達されるため、後輪19が人力と補助動力の双方によって回転駆動されて当該電動モータ付自転車1が走行せしめられる。
【0038】
他方、自転車1が下り坂を惰走する場合には、表1に示すように、ワンウェイクラッチCがOFFされてサンギヤ32はフリーとなる。このとき、電動モータ28の慣性マスの方がサンギヤ32のそれよりも大きいため、サンギヤ32が空転し、後輪19の回転は電動モータ28には伝達されない。従って、自転車1の惰走が抵抗無く行われる。
【0039】
そして、例えば惰走時にライダーが不図示のブレーキレバーを操作すると、この操作に連動して表1に示すようにクラッチAがOFFされてサンギヤ32がフリーとなり、クラッチBがONされてリングギヤ31とキャリア34が直結されるため、両者は一体に回転し、後輪19の回転はホイールスプロケット20、チェーン27、ドライブスプロケット26、合力軸21、減速ギヤ39,38、減速軸22、減速ギヤ37及び直結されたリングギヤ31とキャリア34を経てモータ軸29に伝達され、電動モータ28が逆駆動されて発電機として作用し、これによって発電がなされてバッテリ10が充電されるとともに、所要の回生制動力が得られる。
【0040】
このとき、表1に示すように後輪19側の回転数1.5Nm はそのまま電動モータ28側に伝達されるため、回生制動時にはモータ回転数がモータ駆動時の1.5倍に高められ、その分だけ発電量が増加し、バッテリ10の充電量が増えて自転車1の航続距離が延び、或はバッテリ10の小型、軽量化が図られる。
【0041】
又、本実施例ではクラッチA,BのON/OFF動作をブレーキレバーの操作に連動させたため、特別な運転操作を要することなく、モータ駆動と回生制動との切り替えを容易に行うことができる。
【0042】
<第2実施例>
次に、本発明の第2実施例を図3に基づいて説明する。尚、図3は第2実施例に係る動力伝達装置の構成を示す模式図であり、本図においては図2に示したと同一要素には同一符号を付している。
【0043】
本実施例では、モータ動力伝達系と回生制動力伝達系を、平行な2軸である合力軸21と減速軸22の変速段に設けられた速比の異なる2組のギヤ列ZA とZD 及びZB とZC によって構成し、モータ動力伝達系と回生制動力伝達系の切替手段をギヤZB ,ZD にそれぞれ設けられた遠心クラッチA,Bで構成している。尚、一方の遠心クラッチAは設定回転数以上でOFFし、他方の遠心クラッチBは設定回転数以上でONする。
【0044】
而して、ライダーが左右のペダル16を交互に踏んでクランク軸14を回転駆動すると、クランク軸14の回転はワンウェイクラッチ50を介してスプロケット23、チェーン25及びスプロケット24を経て合力軸21に伝達される。
【0045】
ここで、自転車が平坦路或は上り坂を走行しているために減速軸22及び合力軸21が共に設定回転数未満である場合には、表2に示すようにクラッチAはONされ、クラッチBはOFFされるため、モータ駆動時には電動モータ28が駆動されて人力が補助動力によって補われる。即ち、モータ駆動時には、電動モータ28の回転は減速ギヤ40、減速ギヤ41、減速軸22及びギヤZB ,ZC を経て合力軸21に伝達される。このとき、ギヤZA ,ZB ,ZC ,ZD の歯数を例えば25枚、30枚、20枚、25枚とすれば、表2に示すように、電動モータ28側の回転数Nm はZB ,ZC によって1.5倍(=30/20=1.5Nm )に増速されて後輪側に伝達される。
【0046】
又、遠心クラッチBはOFF状態にあるため、クランク軸14の回転はスプロケット23、チェーン25及びスプロケット24を経て合力軸21に伝達される。
【0047】
【表2】
他方、自転車が下り坂を惰走する場合には、表2に示すように、遠心クラッチA,Bが共にOFFされるため、後輪の回転は電動モータ28には伝達されず、従って、自転車の惰走が抵抗無く行われる。
【0048】
そして、例えば惰走時に減速軸22及び合力軸21が共に設定回転数を超えれば、表2に示すように、クラッチAはOFFされ、クラッチBはONされるため、後輪の回転はドライブスプロケット26、合力軸21、ギヤZD ,ZA 、減速軸22及び減速ギヤ41,40を経てモータ軸29に伝達され、電動モータ28が逆駆動されて発電機として作用し、これによって発電がなされてバッテリ10が充電されるとともに、所要の回生制動力が得られる。
【0049】
このとき、ZD ,ZA の歯数は同一(25枚)であるため、後輪側の回転数2Nm はそのまま電動モータ28側に伝達され、回生制動時にはモータ回転数がモータ駆動時よりも高められる。この結果、電動モータ28による発電量が増加し、バッテリ10の充電量が増えて自転車の航続距離が延び、或はバッテリ10の小型、軽量化が図られる。
【0050】
又、本実施例では、切替手段として遠心クラッチA,Bを用いたため、特別な運転操作を要することなく、モータ駆動と回生制動との切り替えを自動的に行うことができる。
【0051】
尚、以上は本発明を特に電動モータ付自転車に適用した例について述べたが、、本発明は他の電動車両の動力伝達装置にも適用可能であることは勿論である。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置において、電動モータの駆動力を車輪に伝達するモータ動力伝達系と車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達する回生制動力伝達系を分離して両者の速比を異ならせるとともに、両動力伝達系の切替手段を設けたため、特別な運転操作を付加することなく、回生制動時の電動モータの回転数を高めて発電量を増やすことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る動力伝達装置を備える電動モータ付自動車の側面図である。
【図2】本発明の第1実施例に係る動力伝達装置の構成を示す模式図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る動力伝達装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1 電動モータ付自転車(電動車両)
11 動力伝達装置
28 電動モータ
30 遊星ギヤ機構
31 リングギヤ
32 サンギヤ
34 キャリア
A,B クラッチ(遠心クラッチ)
ZA 〜ZD ギヤ列
Claims (5)
- 車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置において、
電動モータの駆動力を車輪に伝達するモータ動力伝達系と車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達する回生制動力伝達系を遊星ギヤ機構によって構成し、該遊星ギヤ機構のキャリアを電動モータ側に連結し、リングギヤを車輪側に連結してモータ動力伝達系と回生制動力伝達系を分離して両者の速比を異ならせるとともに、両動力伝達系の切替手段を設け、該切替手段を、前記遊星ギヤ機構のサンギヤのロックをON/OFFするクラッチAと、前記キャリアと前記リングギヤとの連結をON/OFFするクラッチBを含んで構成したことを特徴とする電動車両の動力伝達装置。 - 電動モータ駆動時には前記クラッチAはONされ、クラッチBはOFFされ、回生制動時には前記クラッチAはOFFされ、クラッチBはONされることを特徴とする請求項1記載の電動車両の動力伝達装置。
- 前記切替手段はブレーキレバーの操作に連動して作動することを特徴とする請求項1又は2記載の電動車両の動力伝達装置。
- 車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達して該電動モータを発電機として制動に利用する電動車両の動力伝達装置において、
電動モータの駆動力を車輪に伝達するモータ動力伝達系と車輪からの逆駆動力を電動モータに伝達する回生制動力伝達系を、平行2軸の変速段に設けられた速比の異なる2組のギヤ列によって構成して両者を分離するとともに、両動力伝達系の切替手段を設け、該切替手段を前記各ギヤ列に設けられた遠心クラッチで構成したことを特徴とする電動車両の動力伝達装置。 - 前記遠心クラッチの一方は設定回転数以上でONし、他方は設定回転数以上でOFFすることを特徴とする請求項4記載の電動車両の動力伝達装置。
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