(57)【要約】【課題】本発明は、雪上、氷上、砂地、泥ねい地など、滑りやすく前進が困難な路面を自動二輪車が走行にするために、自動二輪車へ取付ける走行装置を提供するものである。【解決手段】後輪駆動の自動二輪車において、非駆動輪である前輪10を駆動させる走行装置を取付ける。本装置は制御部4、駆動部5および伝達部6で構成される。効果的に働く速度域を低速に限定することで電動モータ8の出力を小さくし、省エネルギーとする。結果電動モータ8を小型化し、自動二輪車に標準装備されているバッテリー3の電力で動作可能にすることで動力源の追加を不要にし、装置を小型・軽量に構成する。後輪に加え前輪にも駆動力を与えることで推進力を増大させ、滑りやすい路面で困難とされる発進を助けることができ、走行性能を向上させることができる。【選択図】図１
2015112924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主たる原動機が駆動する車輪とは別の非駆動輪を駆動するために、電動モータを原動機とする駆動装置を後付け追加、もしくはインホイールモータ付車輪を前記非駆動輪と交換した自動二輪車において、前記電動モータもしくは前記インホイールモータが発揮する最高回転数のときに、前記電動モータもしくは前記インホイールモータが駆動させる車輪外周の周速度が時速24km以下になるよう減速比を設定した自動二輪車補助駆動装置。
【請求項２】
主たる原動機が駆動する車輪とは別の非駆動輪を駆動するために、電動モータを原動機とする駆動装置を後付け追加、もしくはインホイールモータ付車輪を前記非駆動輪と交換した自動二輪車において、前記電動モータもしくは前記インホイールモータの動力源として、前記自動二輪車に標準装備のバッテリーの電力を利用することで、新たに動力源を追加する必要がない自動二輪車補助駆動装置。
【請求項３】
主たる原動機が駆動する車輪とは別の非駆動輪を駆動するために、電動モータを原動機とする駆動装置を後付け追加、もしくはインホイールモータ付車輪を前記非駆動輪と交換した自動二輪車において、前記電動モータもしくは前記インホイールモータが駆動させる車輪の回転方向もしくは反回転方向へ、設定値を超えた駆動力もしくは制動力が生じたときにそれを解放し、前記設定値を超えた駆動力もしくは制動力を伝達しないようにするトルクリミッタ機能を有する自動二輪車補助駆動装置。
【請求項４】
主たる原動機が駆動する車輪とは別の非駆動輪を駆動するために、電動モータを原動機とする駆動装置を後付け追加した自動二輪車において、前記非駆動輪を構成している部品の一つであるリング状のリムの内径側すなわち前記非駆動輪を軸着するアクスルシャフトに近づく位置と、前記非駆動輪の側方の位置へ、前記電動モータの回転部分であるモータ軸を前記アクスルシャフトと平行の姿勢で配置することを特徴とした自動二輪車補助駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雪上、氷上、砂地、泥ねい地など、滑りやすく前進が困難な路面を自動二輪車が走行にするために、自動二輪車へ取付ける走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車は手軽な交通手段として人々の生活に欠かせないものである。降雪地域では積雪時でも自動二輪車によって郵便や新聞の配達業務が行われている。また機動性の良さから災害時の物資の輸送や人命救助などの活躍も期待できる。
【０００３】
自動二輪車は一部を除き後輪駆動である。原動機が発生する動力によって後輪を駆動させ、後輪の外周を構成しているタイヤと路面との接面に働く摩擦力を利用して駆動力を推進力に変換し、自動二輪車は発進することができる。しかし雪上、氷上、砂地、泥ねい地など、滑りやすい路面では摩擦力を得ることが難しく駆動輪は空転し、自動二輪車は発進することができない。さらに軟弱な路面では車輪が埋まってしまい、発進するには車輪の進行方向に堆積した雪、砂、泥を乗越え、あるいは押しのけていかねばならず、それが抵抗となり発進を妨げる。対策としてスノータイヤに履き換えたり、チェーンを巻くなどして滑り止めを施すが、駆動輪が後輪のみであるため、走行抵抗を上回るほどの推進力が得られず発進が困難で、走行性能に限界があった。
【０００４】
四輪駆動自動車のように、後輪に加え前輪も駆動させたいというニーズがありながら実施された例は、オフロードでの競技車両に一部採用されただけにとどまっている。前記競技車両の前輪の動力源は油圧を利用しており、電力を利用した例は皆無である。その理由として、自動二輪車ではスペースと重量増の問題がある。自動車の分野ではハイブリッド技術が確立されたが、電動モータの動力源は、バッテリーとは別に搭載された蓄電池である。自動車の場合は、床下に蓄電池を搭載することができ（小型化に技術者は苦心されたと思うが）、重量増による操縦安定性への影響は少ない。一方の自動二輪車では蓄電池を搭載するスペースがなく、重量増による操縦安定性への悪影響があった。
【０００５】
前述のような自動二輪車の課題を解決するために次のような技術があった。特開平7-242190号公報に開示された発明では、後輪駆動の自動二輪車に、非駆動輪である前輪を駆動させる装置を働かせることで推進力を増大させ、滑りやすい路面での走行性能を向上させている。電動モータを前輪上方に、フロントフォークとは垂直の姿勢で配置し、発生した出力はべベルギヤによってフロントフォークに平行配置されたドライブシャフトへ伝達され、ドライブシャフト下端のべベルギヤによって前輪を駆動している。装置を構成する部品の中で最も重い電動モータおよびギヤボックスを、舵の回転中心に近付けて配置していることが特徴である。舵を操作する際に、装置も舵と一緒に動くことになるが、重量物を回転中心に置くことで舵を操作する際の慣性を軽減させ、操縦安定性への悪影響を最小限にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平7-242190号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし前述した走行装置は、次のような問題点があった。自動二輪車の車重は100kg前後あり、その駆動の補助になりうる電動モータともなると出力を大きなものにしなければならず、その伝達系にも強度が要求される。前述の開示された技術では、フロントフォークに平行配置されたドライブシャフトのほかに、垂直配置されたドライブシャフトが2本あり、それぞれの端に歯車が軸着され駆動を伝達している。構成部品のすべてに強度が要求されるため装置が大きく重くなり、動作させるには大きな慣性が発生する。加えて駆動伝達する際、歯車がかみ合うところでは抵抗がある。大きい歯車がたくさんあるということは大きな出力損失が発生する。
【０００８】
結果動作させるための大きな慣性と大きな出力損失に負けない、大きな電動モータが必要になる。大きな電動モータは操縦安定性への悪影響を及ぼすため、搭載位置を舵の回転中心に配置する必要があり、レイアウト上の制約があった。電動モータの出力を大きなものにしなければならなくなった結果、動力源であるバッテリーも大型化する必要があり、レイアウト上の制約があった。自動二輪車に搭載する電動モータとバッテリーによる重量増とレイアウトの制約は、二輪車が本来持つ手軽な交通手段では無くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の課題を解決し、小型・軽量で省エネルギーな走行装置を提供する。本発明の走行装置は、車速が低いときに発揮することに特徴がある。駆動力を発揮する速度域を低速に限定することで装置を小型・軽量で省エネルギーにすることができる。
【００１０】
自動二輪車は滑りやすい路面では駆動輪が空転しやすく発進が難しい。停止状態から動き出すことが最も難しいことに特徴がある。いったん動き出してしまえば、継続して前進することが容易であるが、滑りやすい路面では転倒のリスクがあるため、速度を上げずに走行するのが賢明である。このように滑りやすい路面状況では、車速は低速に限られるため、前進できない状態を回避する手段は低速時にのみ働かせられればよいことになる。
【００１１】
本発明の走行装置では、電動モータの発生トルクは大きな減速比によって増大され前輪に伝達される。減速比を大きく設定することで、発進するための必要トルクを得るためのモータ出力は小さくすることができ、重量物とされる電動モータが小型・軽量にできる。モータ出力が少なくて済むということは省エネルギーということである。自動二輪車に標準装備されているバッテリーから供給される電力でまかなうことができるため、動力源を追加する必要がない。また伝達系の強度は小さくてよい。結果装置全体が小型・軽量にすることができ、レイアウト上の制約も少ない。
【００１２】
装置を小型・軽量で省エネルギーする目的として、大きな減速比を手段としたが、電動モータの出力特性を高トルク型にした場合、減速比を大きくするための伝達系の構成を少なく、あるいは省略することができる。そうすればハブと電動モータを一体にしたインホイールモータの形態を採用することもできる。
【００１３】
前輪による大きな駆動力は操縦性に影響を及ぼす場合がある。運転手は後輪駆動の特性に慣れているため、前輪が駆動する特性に違和感を感じる。四輪自動車の例にある通り、前輪駆動車のコーナーリング特性は独特であり、コーナーリング時に車体を傾けて旋回する二輪車ではそれが顕著である。
運転感覚に違和感がないよう本装置は設計されている。それには電動モータとして採用する直流モータの特性が寄与している。直流モータは回転数がゼロの時に最も発生トルクが大きく、回転上昇と共にトルクが減少する。この特性は本装置に都合がよく、車速を上げれば前輪の駆動力が減っていくことを意味する。操縦性に影響がある速度域では本装置の出力は微少である。そのため車速によってモータの回転数を制御する必要がない。
【００１４】
タイヤが滑らず走行条件が良い場合は、さらに車速を上げることができる。そうすると電動モータがトルクを発生できる最高回転数に達してしまう。それ以上の速度域では、電動モータが駆動できる前輪の周速度の最大値を、車速が上回る状態となる。電動モータは主たる原動機が発生する駆動力により回される状態であり、走行抵抗になる。それを防止するために、電動モータが車輪の回転により回される力を解放するためのクラッチを装備し、走行抵抗を低減する。クラッチの働きにより電動モータと車輪の駆動伝達は遮断されるので、電動モータの最高回転数以上の速度域ではモータの出力をオフしても構わない。それ以降の走行は速度が低下するまで前輪駆動力なしの走行となる。それは装置を付けない状態と同じ駆動構成である。
【００１５】
本装置の駆動力すなわちモータ出力は自動二輪車のアクセル開によりオンし、アクセル閉または電動モータの最高回転数に達する前にオフする。電動モータや制御系を守るため、制御回路には過電流保護を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により滑りやすい路面での走行性能に限界があった自動二輪車の問題を解決でき、次のような効果がある。自動二輪車に本発明の走行装置を取付けた場合、雪上、氷上、砂地、泥ねい地など、滑りやすい路面で困難とされる発進を助けることができ、低速域での走行性能を向上させることができる。さらに軟弱な路面で前輪が埋まってしまった場合でも、前輪が脱出しようと働くので立ち往生する危険性が減少する。
【００１７】
実際どれほどの走行性能が向上するのか計算で求める。滑りやすい路面で自動二輪車が前進する力Fは、タイヤと路面との摩擦力に支配されるため、次の式が成り立つ。
F=μW
μはタイヤと路面との摩擦係数、Wはタイヤが路面に働く荷重である。小排気量の自動二輪車を想定すると、車重95kg＋運転手一名55kg＝合計150kgである。自動二輪車一名乗車時の前後の荷重配分は50:50であるから、前輪と後輪の荷重はともに75kgである。
【００１８】
後輪駆動の自動二輪車が前進する力Fを計算する。タイヤと氷の摩擦係数0.07、後輪荷重は75kgであるため、
F=0.07X75=5.25kg
後輪駆動の自動二輪車が前進する力は5.25kgであり、登坂能力に換算するとおよそ2°である。
【００１９】
次に前輪駆動力を加えた両輪駆動の自動二輪車が前進する力Fを計算する。前輪と後輪の荷重はともに75kgであるため、
F=0.07X75X2=10.5kg
両輪駆動の自動二輪車が前進する力は10.5kgであり、登坂能力に換算するとおよそ4°である。
【００２０】
このように駆動輪が後輪のみの場合と比較して、前後両輪が駆動する場合、前進する力と登坂能力はともに二倍になることがわかる。実際は様々な条件によって数値が異なるが、走行性能が向上するのは確かである。本装置は後輪駆動の自動二輪車に後付けが可能であり、必要としない場合は取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例1を説明する。前輪駆動装置を取付けた自動二輪車の右側面図である。
【図２】実施例1を説明する。図1の駆動装置の拡大図である。
【図３】実施例1を説明する。図2の駆動装置の断面線Aを上方から見た断面図である。
【図４】実施例1を説明する。図2の駆動装置の断面線Bを車両前方から見た断面図である。
【図５】実施例1を説明する。図4の駆動装置の断面線Cを車両右側面から見た断面図である。
【図６】実施例2を説明する。前輪駆動装置を取付けた自動二輪車の右側面の装置拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図1、図2、図3、図4および図5で実施例1を示す。図1は一般的な後輪駆動方式を採用する自動二輪車に、前輪駆動装置を取付けた状態を示す。主たる原動機1は後輪を駆動する一方で、主たる原動機1に内蔵されたジェネレータ2によって発生させた電力を、自動二輪車に標準装備のバッテリー3へ蓄える。本装置は制御部4と、機械部分の駆動部5と伝達部6の3パートに分けられる。制御部4のコントローラ7はバッテリー3から駆動部5の電動モータ8へ必要電力を供給する。必要電力は、スロットルセンサ9で検知したアクセル開度によって決定される。電動モータ8は電力を回転動力へ変換し、伝達部6へチェーン伝達する。伝達部6は前輪10に取付けられていて、前輪10を駆動させる。
【００２３】
図2で本装置の駆動部5の取付け状態を示す。取付けステー11はフロントフォーク12の下端にアクスルシャフト13で固定されている。取付けブラケット14はフロントフォーク12のアウターチューブの外周を巻くように固定されている。メインプレート15は取付けステー11と取付けブラケット14で固定されている。メインプレート15には電動モータ8が固定され、ドリブンギヤ17を支持するメインシャフト18が回転自在に取付いている。本装置にはギヤを防水するギヤカバー19と、チェーン27に人体が触れることを防止するチェーンカバー20を備える。
【００２４】
図3で本装置の電動モータ8の動力がどのように伝達されるかを説明する。本図は図2の断面線Aでの断面である。電動モータ8のモータ軸に同芯固定されたドライブギヤ21はドリブンギヤ17に噛み合い、電動モータ8の回転動力を伝達する。ドリブンギヤ17はワンウェイクラッチ22へ同芯に固定されている。電動モータ8を防水するモータカバー23を備える。
【００２５】
図4でどのように前輪10へ駆動伝達されるかを説明する。本図は図2の断面線Bでの断面である。ワンウェイクラッチ22はメインシャフト18の端へ同芯に取付けられる。ワンウェイクラッチ22は任意の回転方向への駆動伝達を行うが、反回転方向へは駆動伝達しない。この働きにより、電動モータ8が発揮する最高回転数時に駆動する前輪10の周速度を、車速が上回っても、モータ軸が強制的に回されることがなく走行抵抗を低減する。ベアリングホルダ24はメインプレート15に固定されている。ツバ付ベアリング25の外輪はベアリングホルダ24へ挿入され、内輪にはメインシャフト18が貫いていて、メインシャフト18を回転自在にしている。メインシャフト18のもう一方の端にはドライブスプロケット26が同芯に固定されている。ドライブスプロケット26の駆動力はチェーン27を介してドリブンスプロケット28に伝達される。ドリブンスプロケット28はドライブディスク29へ同芯に固定されている。ハブベアリング30の外輪にドライブディスク29が、内輪にドリブンディスク31が同芯固定されている。2つのディスクは回転自在であるが、鋼球32がくさびのように働き、2つのディスクの回転方向の力を受け持ち、駆動力を伝達する。ドリブンディスク31はハブホルダ33によって自動二輪車に標準装備されているハブ34へ同心固定される。自動二輪車に標準装備されている前輪10はハブ34、スポーク、リムおよびタイヤによって構成されている。よって電動モータ8の回転動力は駆動力として前輪10へと伝達できる。
【００２６】
前輪10へ伝達するトルクを大きなものにしたいため、大きな減速比を採用している。ギヤ伝達で14:120、スプロケット伝達で8:60の減速をした場合、電動モータ8の発生トルクを64倍にして前輪10へ伝達することができる。実施例1では減速機の最終段にチェーン駆動を採用したが、ギヤ駆動でも可能である。本実施例のクラッチはワンウェイクラッチ22を採用したが、電磁クラッチまたは遠心クラッチでも可能である。
【００２７】
次に鋼球32の働きを説明する。ドライブディスク29に取付けた鋼球32はスプリング35によってドリブンディスク31を押し付けている。このとき鋼球32はドリブンディスク31の窪みに落ち込んでおり、ドライブディスク29の駆動力は鋼球32を介してドリブンディスク31に伝達できる。
滑りやすい路面を本実施例の自動二輪車が走行する際、後輪が空転し発進ができない状況を想定する。前輪10が空転しない場合、電動モータ8はトルクを発生しているにもかかわらず、モータ軸が回転しない。このとき電動モータ8の発生トルクが最大になると共に電流値も最大になり、過負荷の状態になる。電動モータ8は発熱し、この状態が長く続くと焼損に至る。そうなる前に電動モータ8による駆動力を解放し、電流値を下げてやる手法が有効である。
鋼球32はトルクリミッタとしての働きがある。ドライブディスク29がドリブンディスク31を駆動する際、回転方向の力が鋼球32にかかるが、任意の力以上になると、スプリング35によって鋼球32を押し付ける力が駆動力に耐えきれなくなる。鋼球32は落ち込んだ窪みから脱しようとスプリング35を押し縮め、ドライブディスク29側（車体外側）に移動する。そうすると駆動力は解放され、ドライブディスク29とドリブンディスク31は回転自在になり、電動モータ8の焼損を回避する。ドライブディスク29が360度回転すれば、また鋼球32がドリブンディスク31の窪みに落ち込み、駆動力を伝達する状態に戻る。調整ネジ36によってスプリング35への加圧力を変更することで鋼球32の押し付け力を調整し、特性を変更することができる。トルクリミッタとしての働きは逆回転に対しても有効で、チェーン27に異物が噛みこんで駆動系がロックした場合でも力を解放し、前輪10がロックすることによる転倒を回避するフェイルセーフとしても機能する。
【００２８】
図5の上図は鋼球32により駆動が伝達されている状態を、下図は大きな駆動力に耐えきれず駆動力を解放した瞬間を示す。下図では窪み37を脱した鋼球32はθ°進角している。本図のドリブンディスク31の窪み37は円形を想定したが、円周方向に長い形状にして特性を変更することができる。本実施例では鋼球32と窪み37は1箇所を想定したが、円周方向均等に数箇所設けて特性を変更することができる。
【００２９】
図6は実施例2を示す。実施例1の駆動部と伝達部の代わりに、インホイールモータ付車輪51に置き換えることができる。実施例2では自動二輪車に標準装備の前輪を、インホイールモータ付車輪51へ変更する。制御部と動力源は実施例1と同じである。切断線Dによってハブ52の内部を表し、電動モータ53の動力がどのようにして前輪を駆動させるのかを示す。インホイールモータ付車輪51のハブ52の内側に内歯車54が同芯固定され、前輪と共に回る構造になっている。内歯車54にドライブギヤ55が歯合され、ドライブギヤ55はワンウェイクラッチ56へ同芯固定され、ワンウェイクラッチ56は電動モータ53のモータ軸へ同芯に軸着されている。電動モータ53はアクスルシャフト57と平行の姿勢でハブカバー58へ固定されるが、電動モータ53はハブ52に内蔵する必要はなく、モータ軸の反対側を車体外側へ向けて設置し、ハブ52から突き出てもよい。インホイールモータ付車輪51の非回転部分は電動モータ53、ハブカバー58およびアクスルシャフト57である。よって電動モータ53の動力はインホイールモータ付車輪51を駆動することができる。
【実施例】
【００３０】
実施例1の取付け手順を説明する。まず図4で伝達部6を自動二輪車へ取付ける方法を説明する。アクスルシャフト13を抜いて前輪10をフロントフォーク12から取り外す。取付けブラケット14をフロントフォーク12に取付ける。伝達部6はすでに組立てられたユニットとして取り扱うことができる。伝達部6を前輪10のハブ34に取付け、ハブホルダ33を使って固定する。チェーン27をドリブンスプロケット28へ巻いて、前輪10をフロントフォーク12へ戻し、取付けステー11と共にアクスルシャフト13を取付ける。
次に図2で駆動部5を自動二輪車へ取付ける方法を説明する。駆動部5はすでに組立てられたユニットとして取り扱うことができる。駆動部5を取付けステー11と取付けブラケット14にあてがい、駆動部ボルト16を仮締めする。チェーン27をドライブスプロケット26にかける。駆動部5を上方へ力を加え、チェーン27を張った状態にし、駆動部ボルト16を本締めする。チェーンカバー20を取付ける。
次に図1で制御部4を自動二輪車へ取付ける方法を説明する。スロットルセンサ9をアクセル開度検知ができる所へ取り付け、コントローラ7をバッテリーへ配線する。動作が確認されれば取付作業を終了することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
自動二輪車に本発明の走行装置を取付けると次のような用途に使用可能である。積雪時の移動手段。スキー場でのパトロール。災害時の物資の輸送や人命救助。森林での移動手段。レジャースポーツ。
【符号の説明】
【００３２】
1  主たる原動機
2  ジェネレータ
3  バッテリー
4  制御部
5  駆動部
6  伝達部
7  コントローラ
8  電動モータ
9  スロットルセンサ
10  前輪
11  取付けステー
12  フロントフォーク
13  アクスルシャフト
14  取付けブラケット
15  メインプレート
16  駆動部ボルト
17  ドリブンギヤ
18  メインシャフト
19  ギヤカバー
20  チェーンカバー
21  ドライブギヤ
22  ワンウェイクラッチ
23  モータカバー
24  ベアリングホルダ
25  ツバ付ベアリング
26  ドライブスプロケット
27  チェーン
28  ドリブンスプロケット
29  ドライブディスク
30  ハブベアリング
31  ドリブンディスク
32  鋼球
33  ハブホルダ
34  ハブ
35  スプリング
36  調整ネジ
37  窪み
51  インホイールモータ付車輪
52  ハブ
53  電動モータ
54  内歯車
55  ドライブギヤ
56  ワンウェイクラッチ
57  アクスルシャフト
58  ハブカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015112924.tif 000008