(57)【要約】【構成】  前輪および前輪サスペンション、後輪および後輪サスペンション、上記後輪に原動力を与えるトランスミッションを備えた電動モータ、および上記前輪サスペンションと、上記後輪サスペンションおよび上記電動モータとの間に延設した複合モノコック構造体であって、複数の電池を収めた複合モノコック構造体を有する電気オートバイである。上記モノコック構造体が強度または剛性を強化する内部仕切りであって、電池を分離する区画室を形成する内部仕切りを有する。上記電池を一列か複数列に配列し、上記モノコック構造体に取り付けられた上記前輪サスペンションと上記モノコックフレームに取り付けられた上記後輪サスペンションと電動モータとの間の軸に各列を整合させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪および前輪サスペンション、
後輪および後輪サスペンション、
前記後輪に原動力を与えるトランスミッションを備えた電動モータ、および
前記前輪サスペンションと、前記後輪サスペンションおよび前記電動モータとの間に延設した複合モノコック構造体であって、複数の電池を収めた複合モノコック構造体を有することを特徴とする電気オートバイ。
【請求項２】
前記モノコック構造体が強度または剛性を強化する内部仕切りであって、電池を分離する区画室を形成する内部仕切りを有する請求項１に記載のオートバイ。
【請求項３】
前記電池を一列か複数列に配列し、前記モノコック構造体に取り付けられた前記前輪サスペンションと前記モノコック構造体に取り付けられた前記後輪サスペンションとモータとの間の軸に各列を整合させた請求項１または２に記載のオートバイ。
【請求項４】
前記モノコック構造体が本体および一つか複数のパネルからなり、これらパネルが前記本体に取り付けられたときに前記モノコック構造体の外皮構造部を形成するが、これらパネルを着脱式に構成し、前記電池にアクセスできるようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項５】
前記着脱式パネルが、電池を環境汚染物質または水からシールし、および/または前記モノコック構造体内において衝撃保護および/またはシール、および/または断熱および/または電気絶縁を与える請求項４に記載のオートバイ。
【請求項６】
前記電池が、個々に環境汚染物質または水からシールされ、および/または衝撃保護および/または断熱および/または電気絶縁を与える請求項１〜５のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項７】
充電器を前記電池に対して設け、前記モノコック構造体に外部から取り付けた請求項１〜６のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項８】
前記モノコック構造体および前記モータが構造部材になるように前記モノコック構造体を前記モータに取り付け、かつ前記後輪サスペンションを前記モータに取り付けた請求項１〜７のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項９】
前記モノコック構造体、前記モータおよびギヤボックスが構造部材になるように前記モータを前記ギヤボックスに取り付け、かつ前記後輪サスペンションを前記ギヤボックスに取り付けた請求項８に記載のオートバイ。
【請求項１０】
前記前輪サスペンションがダブルウィッシュボーン構造体を備え、少なくとも２つの固定点によって前記モノコック構造体に各ウィッシュボーンを固定した請求項１〜９のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項１１】
前記後輪サスペンションがスイングアームを有し、前記モータがチェーンなどを駆動し、次に前記後輪を駆動する出力手段を有し、この出力手段の軸の前方にある点において前記スイングアームをシャシにピボット装着した請求項１〜１０のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項１２】
前記複合モノコック構造体を樹脂トランスファー成形によって構成した請求項１〜１１のいずれか１項に記載のオートバイ。
【請求項１３】
前輪および前輪サスペンション、
後輪および後輪サスペンション、
電動モータ、
電池を収めたモノコック構造体、および
前記後輪に原動力を与えるトランスミッションを備えたモータを備え、
前記モノコック構造体および前記モータが構造部材になるように、前記モノコック構造体を前記モータに取り付け、そして前記後輪サスペンションを前記モータに取り付けたことを特徴とする電気オートバイ。
【請求項１４】
前輪および前輪サスペンション、
後輪および後輪サスペンション、
電動モータ、および
電池を収めたモノコック構造体を備え、
前記前輪サスペンションがダブルウィッシュボーンを有し、少なくとも２つの固定点によって各ウィッシュボーンの上部を前記モノコック構造体に取り付けたことを特徴とする電気オートバイ。
【請求項１５】
前輪および前輪サスペンション、
後輪および後輪サスペンション、
電動モータ、および
電池を収めたモノコック構造体を備え、
前記モノコックフレームを複数の直平行六面体形状のキャビティに分割し、電池を収める事を特徴とする電気オートバイ。
【請求項１６】
前輪および前輪サスペンション、
後輪、およびスイングアームを有する後輪サスペンション、
シャシ、および
チェーンなどを駆動し、次に前記後輪を駆動する出力手段を有するモータを備え、
この出力手段の軸の前方にある点において前記スイングアームを前記シャシにピボット装着したことを特徴とするオートバイ。
【請求項１７】
前輪および前輪サスペンション、
後輪および後輪サスペンション、
電動モータ、
電池を収めたモノコック構造体、および
前記後輪に原動力を与えるトランスミッションを備えたモータを備え、
前記モノコック構造体がハニカム構造からなることを特徴とする電気オートバイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気オートバイ（electric motorcycle）、具体的には高性能電気オートバイに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気オートバイを設計するさい、ペトロールを動力とする従来のオートバイと比較していくつかの課題がある。一般に、電池はペトロールよりもエネルギー密度が低いため、走行速度と走行距離との両者について同じ性能を実現するためには、オートバイの重量および容積の大部分を電池に割く必要がある。このため、オートバイの全重量が増加し、オートバイの走行速度および走行距離に有害な影響が出る。
【０００３】
すぐれた性能を実現するために、オートバイの重量を全体として最小限に抑えた状態で、オートバイの構成部品を支持する十分な強度を確保することが重要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、低重量かつ高性能の電気オートバイを提供することである。
【０００５】
即ち、本発明は、
前輪および前輪サスペンション
後輪および後輪サスペンション、
上記後輪に原動力を与えるトランスミッションを備えた電動モータ、および
上記前輪サスペンションと、上記後輪サスペンションおよび上記電動モータとの間に延設した複合モノコック構造体であって、複数の電池を収めた複合モノコック構造体を有する電気オートバイを提供するものである。
【０００６】
他の態様によれば、本発明は特許請求の範囲の請求項２〜１７に記載したオートバイを提供するものである。
【０００７】
以下添付図面を参考にして、本発明の一実施態様を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】オートバイの側面図である。
【図２】一部の構成部品を取り外した状態のオートバイを示す斜視図である。
【図２ａ】図２のオートバイの要部を示す拡大図である。
【図３】オートバイの一部を展開した斜視図である。
【図４】オートバイの一部を展開した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１について説明すると、オートバイ１０はシャシによって結合した前輪サスペンション２４および後輪サスペンション２６にそれぞれ接続した前輪２０および後輪２２からなる。このシャシはモノコックフレーム５０、モータおよびトランスミッション３４から形成する。このモノコックフレームは上部フェアリング（top fairing）３０および側部フェアリング（side fairing）３２によってカバーする。
【００１０】
上記モノコックフレーム５０については、図２以降の図により明確に理解できる。図２について説明すると、モノコックフレームは樹脂や炭素繊維構造体などの複合材料からなる成形ボックス構造体として形成する。これは、一工程成形法を使用して成形すると、正確なものを簡単に得ることができ、シールできる。手積み成形から樹脂転写成形および射出成形までの各種の成形法を利用することができる。モノコックフレームが、ハニカムセルの壁がモノコックフレームの外皮に対して垂直なハニカム層を備えているのが理想である。
【００１１】
上記モノコックフレーム５０は中空であり、内容積が電池５４の収納スペースを有する。本実施態様では、６つの電池を使用し、３個ずつ２列に配列し、上部列が、列平面においてみた場合、下部列のわずか前方にずれた状態で位置する。この設計におけるモノコックフレームの形状は、大まかに電池に一致するように選択する。このモノコックフレームの場合、直平行六面体電池（実際はほぼ正六面体電池であればよい）に基づいているため、フレーム形状の幅および高さは、その主軸だけでなく、前輪サスペンションからモータ上の後部スイングアームピボット点３８付近までの長さにそってみた場合、かなりの大きさをもつ。これら３つの主軸間の最大横断面積、特に前輪サスペンションと後輪サスペンションとの間の荷重伝達主軸にそう非常に広い横断面が、固有な性質として高い剛性/重量比をモノコックフレームに与える。また、内部バルクヘッドも剛性を与える。再度図１について説明すると、モノコックフレーム５０の下部分は、モータおよびトランスミッション３４に当接係合するように形状を設定する。
【００１２】
図３および図４について説明すると、モノコックフレーム５０の内部バルクヘッド６０は、２列の電池５４間に延設し、そしてさらに内部バルクヘッド６２が各列にある各電池を隣接する電池（複数の場合もある）から分離する。これらバルクヘッドがさらに剛性を強め、特にねじり剛性を強める。モノコックフレーム５０および電池５４は蓋５２によって両側に収容する。また、モノコックフレーム５０の取り付けインサートをこれに接着し、オートバイの他の構成部品をボルトなどの締め付け部材を使用して上部フレームおよび側部フレームに取り付けることができるようにする。
【００１３】
各蓋５２は、主モノコックフレーム５０の場合と同様に複合材料から形成し、そしてモノコックフレーム５０への取り付け時に、これはモノコックフレーム５０と一緒に一体的な収容モノコック構造体になる。これら蓋５２自体が、特にオートバイの軸にそう垂直面において、シャシの強度および剛性に寄与する。
【００１４】
このような複合材料から製造しているため、電池を収容するモノコックフレーム５０および蓋５２によって形成された電池ボックスは、製造時に容易に水密化できる。
【００１５】
上記モノコックフレームには、モジュラーシステムを利用して異なる数または配列の電池を収容できることはいうまでもなく、例えば個数が３、６、８または１２の電池を一列か２列で配列できる。このモジュラー構造システムは、稼働性の向上、および製造効率に寄与する。電池管理システム全体をモジュール内に収容すると、電池の着脱が簡易化し、迅速化する。
【００１６】
蓋５２を取り外すと、オートバイの片側から電池ベイ（bays）にアクセスでき、オートバイのサスペンションまたは主要な構造体を解体する必要はない。このため、生産ライン上での組み立て作業性が向上し、組み立て作業が容易になる。蓋は固定されていてもよい。蓋はシャシの剛性および強度に寄与するが、主モノコックフレーム５０それ自体が十分な剛性を有するため、組み立て途中のオートバイに組み立て時車輪を取り付けることができ、可動性のジグやフレームは必要ない。
【００１７】
長期使用時あるいはトリップ時において電池は可使状態（for service）または変化に対してアクセス性を示すが、電池蓋を採用してモジュールをパレット化できるため、蓋を取り外したときに、これとともにモジュールを取り外すことができ、電池または電池モジュールをファストコネクタにより接続できる。従って、蓋を再び装着したときに、電池がオートバイの配電システムに自動的に電気的に接続する。このため、必要ならばレース条件などに応じて、電池を迅速に交換でき、従って２０〜５０秒程度まで短縮できる。
【００１８】
モノコックフレームの電池ベイの蓋は主要な構造部品を形成するとともに、モノコックフレームをシールする機能およびモノコックフレームの主構造外皮の一つとして作用する機能の２つの機能をもつ。
【００１９】
蓋については異なる構成も考えられ、例えば図２〜４に示す単独蓋もあり、あるいは２つの蓋それぞれが別な列の電池にアクセスするダブルベイ構成もある。例えば、クイックリリースボルトを使用してモノコックフレームに蓋を取り付けてもよく、あるいはこの蓋にヒンジを設けてもよい。あるいは、蓋にハンドル４４を設けることも可能である。
【００２０】
電池を大きく高容積化すると、オートバイを小型化でき、かつコンパクト化できる。一緒にモノコック構造を構成する主モノコックフレームおよび蓋の電池容積については、８０％以上に設定できる。このため、軸距を短くでき（shorter wheel base）、操作性が改善し、方向変換が良くなり、材料を減量することによってオートバイの重量全体を小さくでき、軸距をより短くしてねじり剛性をより強くできる。さらに、電池容量をより高くすると、パフォーマンスバイクに適合するように電流出力がより大きくなり、パワー、加速度および走行距離をより大きくできる。一方、モペット型バイクやスクータ型バイクの場合、作用する力が比較的小さく、剛性があり重い材料を使用すると、これを解決できるが、パフォーマンスバイクの場合、その前輪サスペンションまたは後輪サスペンションのいずれかを介して１．６〜２トンの力がある時点でシャシに作用する。
【００２１】
また、パフォーマンスバイクの場合、多数の電池が大きな重量に直結するため、剛性のある軽量フレームを設けることが、電気パフォーマンスバイクを実現するために特に重要になる。例えば、電池重量はモノコックフレームの重量２２ｋｇに対して７２ｋｇに設定でき、オートバイの全重量が１７５ｋｇになる。
【００２２】
さらに、モノコックフレームへの熱入力を最小限に抑えると、高放電操作時に熱を散逸させる必要がある熱環境を制御し、電池セルを保護する必要性が低くなる。
【００２３】
複合的なインテリアスキンを使用すると、火事や電気系統の故障などの可能性を緩和することができる。
【００２４】
電池パッケージには、高レベルの環境保護装置を組み込む。各電池５４のサブパック全体は水および環境汚染物質に対するＩＰＨ６６/ＩＰＨ６７レベル保護に従ってシールする。安全性に関する問題に対処するために、サブパック内においてハイパワー接続のすべてを内部的に絶縁する。このシステムには、ヒートシンクおよび起動ヒータの両者として作用するアルミ薄膜も組み込む。
【００２５】
また、２段セルモジュールパックシステムは高容量ヒートシンクとしても作用する。このシステムは２つの機能を利用する。第１機能は、電池セルから離れている効率のよい伝熱路の機能であり、これによって動作時過熱を防止する。第２の機能は、システムが逆に高度の断熱を実現する機能である。この断熱機能があるため、非常に低い温度条件下における動作温度に対して低エネルギーヒートアップを実現できる。従って、このシステムは、セル動作温度範囲の両極端を効率よく管理できる。
【００２６】
また、２段セルモジュールパックシステムは貫通性衝撃抵抗、およびＩＫ１０基準によるパックマクロ変形抵抗の両者を実現する。ポーチセルは外部からの機械的損傷に弱く、２段セルモジュール/モジュールパック設計はこのような可能性を阻止する。高レベル衝撃エネルギーモジュレーション/制御装置も設けることができ、この制御システムの場合、衝撃を受けたさいの減速/加速スパイクを最小限に抑えることできるように設計する。
【００２７】
図２に戻って説明すると、前輪２０はダブルウィッシュボーンサスペンション２４に取り付ける。前輪２０の車軸（axle）はフォークサブフレーム構造体２７の下部フォーク２１に取り付ける。フォーク構造体２１は上部ウィッシュボーン２５および下部ウィッシュボーン２３によってモノコックフレーム５０に連結する。上部ウィッシュボーン２３はフォークサブフレーム構造体の自在継ぎ手８１において落ち合う一対の二股のストラットからなり、各ストラットは一対の取り付けインサート８２においてモノコックフレーム５０に取り付ける。同様に、下部ウィッシュボーン２５は、下部ウィッシュボーン２５をフォークサブフレーム構造体２７に取り付ける自在継ぎ手８３において落ち合う一対のストラットからなり、これらは固定点８４においてモノコックフレーム５０の両側に取り付ける。これら固定点自体は、例えばブラケット８５によってモノコックフレーム５０から離間することができる。
【００２８】
また、フォークサブフレーム構造体２７はステアリングフレーム３８を備えているため、ステアリングロッド３９によってハンドルバーをフォークサブフレーム構造体２７に連結できる。衝撃の吸収は、フォークサブフレーム構造体２７と（ヘッドブラケット８９を介する）モノコックフレーム５０との間に取り付けたスプリングおよびダンパによって行う。伸縮性のステアリングカラムとは違って、サスペンションおよびステアリングはこの前輪サスペンション内において分離される。なお、継ぎ手およびストラットについては、モノコックフレーム５０に対して４つかそれ以上の連結点になる他のサスペンションフレームワークを与えるように変更することが可能である。
【００２９】
フレームの横断面については、内容積の最大化および前輪/後輪サスペンションの内側取り付け点の幅の一致の両者を実現できるように設計し、そして前輪ダブルウィッシュボーンサスペンションの複数の接続点がこのような設計に適合するのが理想的である。幅が一致しているため、前輪/後輪内側取り付け点がこれらに作用する荷重をモノコックの外皮に構造的に最も効率のよい方法で伝達する。これら取り付け点の場合、内側サスペンション荷重がモノコックの表面に平行なモノコックに原則的に伝達されるようにモノコックの形状を設定する。これは、従来のオートバイの場合と同様に一つの独立したピボット軸によるフォーク型前輪サスペンションの場合よりも効率がよい。
【００３０】
このように、左右および上下の両方向に広く間隔をあけて設けた取り付けインサートによって形成されるモノコックフレーム５０の４点において前輪サスペンションをダブルウィッシュボーン２３、２５に取り付ける。このため、前輪から伝達される荷重がモノコックフレーム外皮上に左右方向に効率よく分布することになる。モノコックフレーム外皮によって形成される薄いシェルは、外皮の面内に力が伝達されたときにこの力により効率よく耐えることができる。このように、ダブルウィッシュボーンサスペンションの複数の接触点を使用すると、例えばオートバイフレームに２点において装着されるフォーク型サスペンションを伸縮式ステアリングカラムに使用するさいにより安定度が増す。また、ステアリングカラムがウィッシュボーンに支持される点の間隔をより広くすることも可能であり、これによってオートバイのブレーキ時に（ダイブの原因である）、前輪サスペンションがそのベアリング点に作用する力のモーメントを小さくすることができる。
【００３１】
取り付けインサートに対してボルトを使用して側部フレームに前輪サスペンション２４を取り付けることは、組み立て時に加熱や溶接が必要ないことを意味する。このため、溶接プロセスの採用によって発生することがある熱入力を原因とする組み立て部品のゆがみや、安定性およびトレランスのバラツキがなくなる。構造体全体は接合するさいにどんな形の熱変形を受けることもなく、従って精密な工具およびモールドを使用することが可能になる。
【００３２】
モノコックフレームによって担保される構造的な剛性および安定性に加えて、例えば管状のストラット部材からなるオートバイフレームの場合よりも部品が少なくなり、また組み立て作業も少なくなる。この一方で、モノコックフレームによって高感度の電子システムを衝撃からよりよく保護でき、水密性やその他の環境要因、外部からの汚染物質のシール特性を高くすることができる。また、フレーム剛性は、オートバイのサスペンションを直接付勢することに役立ち、これについて以下詳しく説明する。
【００３３】
複合モノコックフレームの大きな作用効果は、金属製のストラット部材フレームまたは機械加工した金属シートと比較して重量を節約できることである。重量が小さくなると、エネルギー効率が良くなり、電池の重量を緩和でき、また方向転換速度、加速度や制動性が向上し、ブレーキ、タイヤや充電システムの磨滅が各部品に加わる荷重が小さくなるため減少する。
【００３４】
モータ２４の場合、同じように上部フレーム３０および側部フレーム３２に設けられた取り付けインサートと係合するボルトを使用して、これらフレーム３０および３２に取り付ける。モータ上のピボット点３８に取り付けられたスイングアーム３６によってモータに後輪２２を構造的に接続する。シート４２および上部フレーム３０の下に取り付けられた緩衝装置４０にフレーム構造体３８によって剛性を確保する。
【００３５】
なお、この構成によると、オートバイ、電池およびモータの主質量はオートバイの重心周囲に近接集中する。これによって、これら三つの車軸すべての周囲にオートバイの慣性の極性モーメントが小さくなる。即ち、オートバイの走行方向を転換するために必要な動作が小さくなることを意味する。換言すれば、オートバイの操作性が向上する。電池の重量は、複数の点（通常９つのキー荷重点）においてバルクヘッドまたはタブ構造を使用して、モノコックフレーム全体に分布させる。このモノコックフレームが電池に対して大きな内部容積を担保する。即ち、電池容積が大きくなると、より大きなエネルギーを保存でき、従って性能が向上する。
【００３６】
モータ３４はフレーム外部に設けるため、冷却作用が向上する。ハイパフォーマンスオートバイの場合、モータから放熱する必要があるが、これは重要である。電池ボックスに対して外部にモータを装着すると、放熱性がきわめて大きくなるため、アメリカ特許の場合よりも向上がみられる。また、モータがモノコックフレーム構造の内部に直接放射または放熱しないため、電池管理システムおよび他の高電圧電子機器の効果、性能および寿命を最適化できる。
【００３７】
モータ３４は構造的な応力負荷部材としてモノコックフレームに固着され、最終的な駆動トランスミッションシステムを支持する構造体の一部を直接構成するものである。このため、付随的なトランスミッションまたはモータサブフレームまたは取り付けシステムの必要がなくなる。従って、オートバイ全体の構造的効率が向上する。ギヤボックスを次に構造的な応力負荷部材としてモータに固着する。
【００３８】
図１に戻って説明すると、後輪サスペンション２６のスイングアーム３６は、モータ出力/最終チェーン駆動装置３９の前方に位置するピボット点３８に装着する。モータ出力/最終チェーン駆動装置３９の前方に非同軸的にスイングアームピボット点３８を装着すると、サスペンションゆがみ（たわみ）時のチェーン張力変化をサスペンションの動作範囲全体を通じて５ｍｍ未満のレベルまで下げることができる。このため、任意の形態の張力アイドラの必要がなくなり、複雑度、コスト、部品数や重量を小さく抑えることができる。従って、この構成を採用すると、オートバイの加速時におけるライジングレートアンチスクワット（ｒｉｓｉｎｇ  ｒａｔｅ  ａｎｔｉ−ｓｑｕａｔ）特性が向上する。
【００３９】
同様に、サスペンションがモータと車輪中心との間でピボット作用できるようにすると、スクワットに抵抗するフォーリングレート（ｆａｌｌｉｎｇ  ｒａｔｅ）傾向がさらに強くなる。本発明システムの形状によってこれら両オプションに改善がみられ、その一方で構成部品を付加的に採用する必要性がなくなる。出力スプロケットを理想的な位置に設け、かつこのユニットの伝達レートに依存するモータの出力速度を変更するために、トランスミッションを組み込む。さらに、このユニットに、２速または３速のエピサイクリック型トランスミッションを組み込むと、オートバイを変速仕様にできる。
【００４０】
この構成によれば、操縦全体を、そして性能効率を維持担保でき、かつ車輪接地/車輪接地システムに関してワイドな構造的剛性を維持担保できる。これは、オートバイの操縦性にとって重要である。本発明の構成を採用すると、スイングアームに重なっているにもかかわらずモータを立ち上げることができるため、スイングアームが構造的な形状および横断面を効率よく維持担保でき、高い構造的剛性および効率を実現できる。このため、スイングアームの質量を小さくでき、すぐれた操縦性に必要な高いねじり剛性を実現することができる。
【００４１】
図２に戻ると、例えばモノコックフレームに成形インサートを使用して、電池充電器５６をモノコックフレームの外部からモノコックフレームに直接装着する。これを最適な重心にできるだけ近く位置させると、オートバイの質量集中を最大化できるため、方向変換、操作性および操縦性を改善できる。さらに、充電器の充電時これを冷却でき、そして電池システムに否定的な熱作用を与えるモノコックフレーム内の熱からできるだけ遠ざけることができる。モノコックフレームに充電器を内蔵すると、充電器の温度が臨界的に高くなるため、充電器冷却システムを付加する必要があり、複雑性が増し、高重量・高コストになる。これは、充電器がきわめて高い電流トランスミッションに対処しなければならない場合に高速充電を適用するさいに意味をもつことになる。
【符号の説明】
【００４２】
２０：前輪
２２：後輪
２４：前輪サスペンション
２６：後輪サスペンション
３４：トランスミッション
５０：モノコックフレーム
【図１】
2014507330.tif 000003
【図２】
2014507330.tif 000004
【図２ａ】
2014507330.tif 000005
【図３】
2014507330.tif 000006
【国際調査報告】
2014507330.tif 000007
2014507330.tif 000008