JP6181397B2 - 電動車両用スイングアームユニット - Google Patents

Description

本発明は、電動車両用スイングアームユニットに係り、特に、バッテリおよびモータを組み込まれて多機種用の共通ユニットとして成立する電動車両用スイングアームユニットに関する。

従来から、後輪を駆動するモータおよび該モータに電力を供給するバッテリを備え、モータの駆動力のみで走行する電動車両が開示されている。

特許文献１には、後輪を回転自在に軸支すると共に、車体フレームに揺動自在に軸支されるスイングアームの内部に、モータおよびバッテリを収納するようにしたスクータ型の電動二輪車が開示されている。

特開２０１１−２４６０２０号公報

ところで、モータを駆動原とする電動車両においては、車格が同等であっても、エンジン車両が燃料満タンで航続できる距離に比して１回の充電で航続できる距離が短いことが課題となる。この点、バッテリ容量を増やせば航続距離を伸ばすことはできるが、車重に対するバッテリの重量比率が大きい二輪車において、単に余剰スペースにバッテリを追加配置したのでは、重量配分が変わることでドライバビリティに与える影響が大きくなることが考えられる。

一方、ユーザの選択機会を増やすために電動車両を多機種に展開する際には、主要な構成部分において共通化を図ることが好ましい。この点、特許文献１に記載された技術は、電動車両として専用設計されたスイングアームを得ることを目的とするものであり、多機種への展開に適した構造等は検討されていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、車両の重量配分の変動を抑制し、大きなバッテリ容量を確保することができる電動車両用スイングアームユニットを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、電動車両（１）の駆動輪（ＷＲ）を駆動するモータ（Ｍ）と、前記モータ（Ｍ）に電力を供給するバッテリ（Ｂ１，Ｂ２）とを備え、前記電動車両（１）の車体フレーム（２）のピボット軸（１６）に対して揺動自在に軸支される電動車両用スイングアームユニット（ＳＵ）において、前記バッテリ（Ｂ１，Ｂ２）が、第１バッテリ（Ｂ１）と、該第１バッテリ（Ｂ１）より体積の小さい第２バッテリ（Ｂ２）とからなり、前記第２バッテリ（Ｂ２）が、前記ピボット軸（１６）の近傍に配置されており、かつ前記第１バッテリ（Ｂ１）の車体前方側に隣接配置されることで車体前方側に延在する点に第１の特徴がある。

また、前記第１バッテリ（Ｂ１）は、その長手方向が車幅方向を指向して配置されている点に第２の特徴がある。

また、前記第１バッテリ（Ｂ１）の車幅方向の寸法（Ｗ１）より前記第２バッテリ（Ｂ２）の車幅方向の寸法（Ｗ２）を小さく設定する点に第３の特徴がある。

また、前記第１バッテリ（Ｂ１）の高さ方向の寸法（Ｔ１）より前記第２バッテリ（Ｂ２）の高さ方向の寸法（Ｔ２）を低く設定する点に第４の特徴がある。

また、前記第２バッテリ（Ｂ２）が、前記第１バッテリ（Ｂ１）の車体前方面より下方に配設されている点に第５の特徴がある。

また、前記第１バッテリ（Ｂ１）および第２バッテリ（Ｂ２）が、それぞれ、長手方向を車幅方向に指向させた複数のバッテリセル（Ｓ）の集合体である点に第６の特徴がある。

さらに、前記バッテリ（Ｂ１，Ｂ２）から前記モータ（Ｍ）に供給する電力を制御するＰＤＵ（２７）を備え、前記ＰＤＵ（２７）が、前記駆動輪（ＷＲ）を挟んで前記モータ（Ｍ）の反対側に配置される点に第７の特徴がある。

第１の特徴によれば、バッテリが、第１バッテリと該第１バッテリより体積の小さい第２バッテリとからなり、第２バッテリがピボット軸の近傍に配置されており、かつ第１バッテリの車体前方側に隣接配置されることで車体前方側に延在するので、バッテリ容量を増大させて１回の充電で走行可能な航続距離を伸ばすことができ、かつ、車両の重量配分の変動を抑制することができる。さらに、スクータ型エンジン車のユニットスイングが占めるスペースを踏襲してバッテリを配置することにより、共通の車体フレームを用いて、エンジン車両と電動車両とを作り分けることが可能となる。

第２の特徴によれば、第１バッテリは、その長手方向が車幅方向を指向して配置されているので、スクータ型エンジン車のユニットスイングであればエンジンのクランクケースが占有するスペースを利用して、第１バッテリの容量を増大することができる。これにより、航続距離を伸ばしつつ、車両の低重心化を図ることが可能となる。

第３の特徴によれば、第１バッテリの車幅方向の寸法より第２バッテリの車幅方向の寸法を小さく設定するので、スクータ型エンジン車のユニットスイングであればクランクケースより幅の狭いシリンダが車体前方側に延在するというレイアウトを利用して、バッテリ容量を増大させることができる。

第４の特徴によれば、第１バッテリの高さ方向の寸法より第２バッテリの高さ方向の寸法を低く設定するので、スクータ型エンジン車のユニットスイングであれば、クランクケースからシリンダ部分が車体前方側に延在するというレイアウトにバッテリの形状を合わせることで、車体側を大きく変更することなく電動二輪車用のスイングアームユニットを取り付けることが可能となる。

第５の特徴によれば、第２バッテリが、第１バッテリの車体前方面より下方に配設されているので、スクータ型エンジン車のユニットスイングの外形に合わせつつ、車体のより一層の低重心化を図ることが可能となる。

第６の特徴によれば、第１バッテリおよび第２バッテリが、それぞれ、長手方向を車幅方向に指向させた複数のバッテリセルの集合体であるので、バッテリ全体の外形を変更しやすく、レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。

第７の特徴によれば、バッテリからモータに供給する電力を制御するＰＤＵを備え、ＰＤＵが、駆動輪を挟んでモータの反対側に配置されるので、電動車両が駆動力を得るために必要な、バッテリ、モータおよびＰＤＵがすべてスイングアームユニット側に設けられて車体の共通化が容易になる。また、スクータ型エンジン車のユニットスイングにおいてマフラが装着される位置にＰＤＵが配置されることで車幅方向の重量バランスを整えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動二輪車の左側面図である。 電動二輪車の車体フレームの構成を示す斜視図である。 電動二輪車の一部拡大平面図である。 電動二輪車の一部拡大正面図である。 本発明の変形例に係るスイングアームユニットの斜視図である。 電動二輪車の駆動力制御系統の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動二輪車１の左側面図である。図２は、電動二輪車１の車体フレーム２の構成を示す斜視図であり、図３は同一部拡大平面図、図４は同一部拡大正面図である。電動二輪車１は、乗員が両足を揃えて載せるための低床フロア１４を有し、車載バッテリの電力でモータＭを駆動するスクータ型の電動車両である。

車体フレーム２は、ヘッドパイプ６を支持して下方後方に伸びるメインフレーム３と、メインフレーム３の下端から車幅方向に分かれて車体後方に伸びるアンダフレーム４とを備える。アンダフレーム４の後端部には、上方後方に伸びる左右一対のリヤフレーム５が連なる。メインフレーム３とアンダフレーム４との連結部分には、補強ガセット２４が設けられており、アンダフレーム４の上面には低床フロア１４を下方から支持する４つのブラケット２６が設けられている。

ヘッドパイプ６には、操向ハンドル８に連結されるステアリングステム７が回動自在に軸支されている。ステアリングステム７の下端部には、前輪ＷＦを回転自在に軸支する左右一対のフロントフォーク１２が取り付けられている。ヘッドパイプ６の車体前方はフロントカウル１０で覆われている。操向ハンドル８の前方には前照灯９が配設されており、前輪ＷＦの上方にはフロントフェンダ１１が取り付けられている。

リヤフレーム５が後方上方に立ち上がる湾曲部３０の下部には、車幅方向に一対のピボットプレート１５が取り付けられている。ピボットプレート１５に形成されるピボット軸１６には、本発明に係る電動車両用スイングアームとしてのスイングアームユニットＳＵが揺動自在に軸支されている。

ピボットプレート１５の近傍には、左右のアンダフレーム４を連結するアンダ連結パイプ２９が設けられている。一方、ピボットプレート１５の上方には、左右のリヤフレームを連結するリヤ連結パイプ２５が設けられている。

乗員が着座するシート２０の下部には、荷物やヘルメットを収納するラゲッジボックス１９が配設されている。ラゲッジボックス１９は、左右のリヤフレーム５に挟まれるようにして配設されており、その車体前方の底部は、リヤ連結パイプ２５に設けられた左右一対の取付ステー２８によって下方から支持されている。

後輪ＷＲの上部には、アーム部１７に支持されたリヤフェンダ２３が配設されている。後輪ＷＲを挟んで車幅方向右側には、各種センサ信号に基づいてモータ駆動電流を制御するＰＤＵ２７が配設されている。ＰＤＵ２７は、その前端部でアーム部１７に取り付けられている。

後輪ＷＲは、モータケース１８の車幅方向右側に回転自在に軸支されている。モータＭと後輪ＷＲの車軸との間には、ギヤによる減速機構等を設けてもよい。また、モータケース１８には、車体前方から取り回された後輪ブレーキの作動ケーブル１３が接続される。

アーム部１７の上部には、第１バッテリＢ１および第２バッテリＢ２（以下、単にバッテリＢ１，Ｂ２と示すこともある）が取り付けられている。バッテリＢ１，Ｂ２は、それぞれ、直列接続した複数の円柱形状のバッテリセルＳを硬質樹脂等のケースに収納したバッテリモジュールとして構成されている。バッテリセルＳは、その円柱形状の軸線が車幅方向に指向するように配設されている。バッテリセルＳが円柱形状であるので、バッテリセル間の隙間が均一のバッテリ集合体を構成することが容易となる。

スイングアームユニットＳＵのアーム部１７は、ピボット軸１６が貫通する部分にピボットプレート１５間と同等幅の幅広部を有しており、バッテリＢ１の下部において車幅方向左側のみの片持ちアームに集約されて、モータケース１８と連結される。

スイングアームユニットＳＵは、動力源としてのモータＭを収納するモータケース１８、モータケース１８を支持するアーム部１７、車載バッテリとしてのバッテリＢ１，Ｂ２、駆動輪としての後輪ＷＲからなる。スイングアームユニットＳＵは、アーム部１７の前端でピボット軸１６に揺動可能に軸支されると共に、モータケース１８に接続されるリヤクッション２２でリヤフレーム５に吊り下げられている。スイングアームユニットＳＵは、路面の凹凸等に応じた揺動時の余裕代として、水平に対して所定の垂れ角（例えば、空車状態で１５°）を有するように車体に取り付けられている。

通常、スクータ型エンジン車におけるユニットスイングは、Ｖベルト式の無段変速機等の変速機とエンジン（単気筒または並列２気筒）とを一体に構成したものであり、エンジンのシリンダを車体前方に指向させてシリンダ上方にスペースを作ると共に、変速機を収納する伝動ケースが後輪の支持腕として機能するように構成されている。このようなユニットスイングにおいては、燃料噴射装置やエアクリーナボックスも前傾したシリンダの上側に集中配置され、後輪ＷＲを挟んでアーム部の反対側にマフラが配設される。

すなわち、スクータ型エンジン車のユニットスイングには、駆動力の発生に必要な要素のほとんどが含まれている。このため、このユニットスイングの機能に沿って電動車両用スイングアームを構成すれば、専用設計部分を最小限に抑え、共通の車体フレームを用いてエンジン車両と電動車両とを作り分けることが可能となる。また、車体側が共通であれば、ラゲッジボックス１９や他の小物入れ等がそのまま利用でき、スクータ型車両としての利便性が損なわれることもない。逆に、不要となる燃料タンクのスペースを新たに利用することも考えられる。

電動車両化に必要な主な要素は、モータ、バッテリ、ＰＤＵおよび変速機である。本実施形態に係るスイングアームユニットＳＵは、エンジン車のユニットスイングを電動車両用スイングアームに置き換える際に、エンジン車のユニットスイングが占有していたスペースを活用することで、低重心化およびバッテリ容量の増大を図るものである。

図６は、電動二輪車の駆動力制御系統の構成を示すブロック図である。ＰＤＵ２７は、操向ハンドル８に取り付けられたスロットル装置の操作量を検知するスロットル開度センサＳＥ１、前輪ＷＦ等に取り付けられた車速センサＳＥ２およびバッテリＢの充電量を検知するバッテリ状態センサＳＥ３の情報に基づいて、バッテリＢ２，Ｂ１からモータＭに供給する電力を制御し、これにより後輪ＷＲを駆動する。なお、バッテリ状態センサＳＥ３は、スイングアームユニットＳＵの内部にあってもよいし、外部にあってもよい。

ここで、大きな電流を流すハーネスが必要となるのは、「バッテリＢ〜ＰＤＵ２７間」および「ＰＤＵ２７〜モータＭ間」である。本実施形態に係る電動車両１では、ＰＤＵ２７、バッテリＢおよびモータＭがすべてスイングアームユニットＳＵ側にあるため、スイングアームユニットＳＵが車体フレーム２に対して揺動しても、車体側センサとＰＤＵ２７とを接続するセンサ配線が多少動くのみで、大電流ハーネスが曲げられることはない。

図３は、電動車両１の一部拡大平面図である。また、図４は電動二輪車の一部拡大正面図である。図４では、ヘッドパイプ６で車体に支持されるステアリング機構を取り外した状態を示している。まず、バッテリＢ１は、その長手方向を車幅方向に指向させて配設されている。車体前後方向に並ぶバッテリＢ１，Ｂ２は、互いに幅方向の寸法および体積が異なる。本実施形態では、幅Ｗ２のバッテリＢ２を、ピボット軸１６の近傍に配置すると共に、バッテリＢ１の車体前方側に隣接配置する。

これは、車体前方側のバッテリＢ２を、エンジンのシリンダヘッドが占めていた空間に対応させて効率よく配置するためである。具体的には、バッテリＢ２の前端部を、エンジン車のシリンダヘッド面と同様に、ピボット軸１６より車体前方まで延在させることで、重心位置を高くすることなくバッテリ容量を増やしている。なお、バッテリＢ２の前端部は、エンジン車のシリンダと同様に、リヤフレーム連結パイプ２５およびアンダフレーム連結パイプ２９によって上下から保護されることとなる。また、バッテリＢ１およびバッテリＢ２は、それぞれ図示しないバッテリケースに収納され、スイングアームに対して取り付けられている。

バッテリＢ１の車幅方向の幅Ｗ１は、少なくともエンジン車のクランクケース幅まで広げることが許容される。また、バッテリＢ１の車体後方側には、後輪ＷＲとの干渉を避けつつバッテリ容量を拡大するための凹部を形成してもよい。

また、スクータ型エンジン車において、車幅方向左側に後輪ＷＲを支持するアームを配設した場合は、後輪ＷＲを挟んで車幅方向右側にマフラが配置されることが多い。この点、本実施形態では、マフラに換えて重量物であるＰＤＵ２７を配設することで、バッテリの配置スペースを確保しつつ車幅方向の重量バランスも整えている。また、多数の電子部品からなるＰＤＵ２７にはこれを保護するカバーを設けるのが好ましいが、このカバーのデザインは自由度が高く、例えば、エンジン車のマフラのような外観としてもよい。

図４を参照して、本実施形態では、バッテリＢ１，Ｂ２の高さ寸法を同一としており、かつスイングアームユニットに所定の垂れ角が与えられているため、正面視においては、バッテリＢ２の上面高さＨ２よりバッテリＢ１の上面高さＨ１の方が下方に位置することとなる。この点、車幅方向の寸法が大きいバッテリＢ１がより低い位置にあることで低重心化が容易となる面もあるが、車重とのバランス面から許容される場合は、バッテリＢ１の上方のスペースを活用してさらにバッテリ容量を増やすこともできる。

図５は、本発明の変形例に係るスイングアームユニットの斜視図である。本変形例においても、バッテリセルＳの集合体であるバッテリＢ２の車幅方向寸法がシリンダヘッドに対応して小さく設定されている点では前記実施形態と同様である。しかしながら、バッテリセルＳの集合体であるバッテリＢ１の高さＴ１を、バッテリＢ２の高さＴ２より大きくすることで、バッテリ容量の大幅な増大を可能としている。換言すれば、バッテリＢ１の高さが増したことで、バッテリＢ２は、相対的にバッテリＢ１の車体前方面の下方に配設されることとなる。

本変形例では、変速機を収納する伝動ケース５１およびモータケース５３をエンジン車に似た外観としたうえ、ピボット軸５２およびリヤクッション取付部５４の位置もエンジン車と同一とすることで、共通車体により作り分けられたエンジン車両および電動車両において、外観だけでなく操縦特性にも差異が生じないように構成されている。

また、エンジン車において、車軸５５に対して後輪ＷＲを着脱する際には、シリンダから排気管を外して後輪ＷＲの車幅方向右側にあるマフラを取り外す必要があるが、電動車両であれば、スイングアームユニットＳＵ２に固定されたＰＤＵ５６を取り外すのみなので、後輪まわりのメンテナンス性も向上することとなる。

上記したように、本発明に係る電動車両用スイングアームユニットによれば、スクータ型のエンジン車におけるスイングユニットの占有スペースを踏襲し、シリンダやクランクケースの外形の範囲にバッテリを配設したので、低重心を保ちつつバッテリ容量を増大して電動車両の航続距離を伸ばすことができる。また、共通の車体フレームを用いつつ、ユニットスイング部分を交換することでエンジン車と電動車両とを作り分けることが可能となる。

なお、スイングアームユニットの構成、アーム部やバッテリの形状や構造、アーム部とバッテリの結合方法、モータケースの形状や構造、バッテリセルの態様等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、アーム部の片持ち方向を車幅方向右側としたり、アーム部を両持ち式とすることもできる。また、ユーザの選択を増やすために、バッテリ容量が異なるスイングアームユニットを用意したり、ピボット軸〜後輪車軸間の寸法やタイヤ幅が異なるスイングアームユニットによって運動性の異なる車両を選択可能とすることもできる。本発明に係る電動車両用スイングアームユニットは、鞍乗型の電動三輪車等の各種車両に適用することが可能である。

１…電動車両、２…車体フレーム、３…メインフレーム、４…アンダフレーム、６…ヘッドパイプ、１５…ピボットプレート、１６…ピボット軸、１７…アーム部、１８…モータケース、２７…ＰＤＵ、ＳＵ…スイングアームユニット（電動車両用スイングアームユニット）、Ｍ…モータ、Ｂ…バッテリ、Ｂ１…第１バッテリ、Ｂ２…第２バッテリ、Ｓ…バッテリセル、ＷＲ…後輪（駆動輪）

Claims (6)

1. 電動車両（１）の駆動輪（ＷＲ）を駆動するモータ（Ｍ）と、前記モータ（Ｍ）に電力を供給するバッテリ（Ｂ１，Ｂ２）とを備え、前記電動車両（１）の車体フレーム（２）のピボット軸（１６）に対して揺動自在に軸支される電動車両用スイングアームユニット（ＳＵ）において、
   前記バッテリ（Ｂ１，Ｂ２）が、第１バッテリ（Ｂ１）と、該第１バッテリ（Ｂ１）より体積の小さい第２バッテリ（Ｂ２）とからなり、
   前記第２バッテリ（Ｂ２）が、前記ピボット軸（１６）の近傍に配置されており、かつ前記第１バッテリ（Ｂ１）の車体前方側に隣接配置されることで車体前方側に延在し、
   前記第２バッテリ（Ｂ２）の前端部が、前記ピボット軸（１６）の車体前方まで延在しており、
   前記バッテリ（Ｂ１，Ｂ２）から前記モータ（Ｍ）に供給する電力を制御するＰＤＵ（２７）を備え、
   前記ＰＤＵ（２７）が、前記駆動輪（ＷＲ）を挟んで前記モータ（Ｍ）の反対側に配置されることを特徴とする電動車両用スイングアームユニット。
2. 前記第１バッテリ（Ｂ１）は、その長手方向が車幅方向を指向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動車両用スイングアームユニット。
3. 前記第１バッテリ（Ｂ１）の車幅方向の寸法（Ｗ１）より前記第２バッテリ（Ｂ２）の車幅方向の寸法（Ｗ２）を小さく設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両用スイングアームユニット。
4. 前記第１バッテリ（Ｂ１）の高さ方向の寸法（Ｔ１）より前記第２バッテリ（Ｂ２）の高さ方向の寸法（Ｔ２）を低く設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動車両用スイングアームユニット。
5. 前記第２バッテリ（Ｂ２）が、前記第１バッテリ（Ｂ１）の車体前方面より下方に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の電動車両用スイングアームユニット。
6. 前記第１バッテリ（Ｂ１）および第２バッテリ（Ｂ２）が、それぞれ、長手方向を車幅方向に指向させた複数のバッテリセル（Ｓ）の集合体であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電動車両用スイングアームユニット。