JP2009067207A - Amphibious vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水上航行機能及び陸上走行機能を備えた水陸両用車に関する。 The present invention relates to an amphibious vehicle having a water navigation function and a land traveling function.
水陸両用車には種々のものが開発されているが、例えば下記特許文献1には、簡単な構成で軽量・小型の水陸両用車のパワートレイン構造を提供することを目的とし、水陸両用車両の前部にエンジンを横置きに配置し、エンジンの動力を前輪駆動軸またはこれに直交するスクリュー駆動軸に選択的あるいは同時に伝達するための切替機構をトランスミッションに設けることにより上記目的を達成する発明が開示されている。
また、水陸両用車については、このような特許文献1に開示されたものの他に、下記特許文献2〜7に種々の目的に即したものが開示されている。
As for amphibious vehicles, in addition to those disclosed in Patent Document 1, the following
しかしながら、上記従来の各種水陸両用車は、パワートレインの動力としての効率向上を目的(技術課題)とするものではなく、パワートレインの効率向上という技術課題について何らかの解決策を提供するものではない。
従来の水陸両用車は、レジャー用あるいは軍事用のものが多く、パワートレインの動力としての効率は、技術開発上、重要なテーマではなかった。しかしながら、例えば産業用途において、あるときには荷物の陸上運搬車両として使用し、また必要に応じて陸上運搬から切り替えて川や海等の水上運搬車両として水陸両用車を利用しようとした場合、パワートレインの効率は、極めて重要な開発テーマとなる。
However, the above-mentioned various amphibious vehicles are not intended to improve the efficiency of the powertrain power (technical problem), and do not provide any solution for the technical problem of improving the powertrain efficiency.
Conventional amphibious vehicles are often used for leisure or military purposes, and the efficiency of powertrain power has not been an important theme for technological development. However, for example, in industrial applications, if you want to use an amphibious vehicle as a water transport vehicle for rivers, seas, etc. Efficiency is a very important development theme.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、動力の効率を従来よりも向上させることが可能な水陸両用車を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at providing the amphibious vehicle which can improve the efficiency of motive power than before.
上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、燃料電池と、該燃料電池が発生した電力を充放電するバッテリと、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力を陸上走行用駆動電力に変換する陸上走行用駆動装置と、該陸上走行用駆動装置によって駆動される陸上走行用電動機と、該陸上走行用電動機によって回転駆動される車輪と、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力によって水上航行用電動機を駆動することにより推力を発生する推力発生器と、陸上走行時の走行方向を設定する陸上走行用操舵装置と、水上航行時の航行方向を設定する水上航行用操舵装置と、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は燃料電池を起動させる一方、端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には燃料電池を停止させる車両制御部とを具備する、という手段を採用する。
第2の解決手段として、上記第1の手段において、推力発生器はポッド推進器である、という手段を採用する。
第3の解決手段として、上記第1または第2の手段において、単一の電動機を水上航行用電動機あるいは陸上走行用電動機として共用する、という手段を採用する。
第4の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの手段において、共通のハンドルによって陸上走行用操舵装置と水上航行用操舵装置とを択一的に操作する、という手段を採用する。
In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means, a fuel cell, a battery for charging / discharging the power generated by the fuel cell, power generated by the fuel cell, or power supplied from the battery Is generated by a land driving device that converts the power into land driving power, a land motor that is driven by the land driving device, a wheel that is rotationally driven by the land motor, and a fuel cell. A thrust generator that generates thrust by driving a motor for water navigation with electric power or power supplied from a battery, a steering device for land travel that sets a travel direction during land travel, and a navigation direction during water travel If the terminal voltage of the water navigation steering device to be set and the battery terminal voltage exceeds a predetermined threshold value, the fuel cell is activated, while the terminal voltage exceeds the predetermined threshold value. It is provided with a vehicle control unit to stop the fuel cell, employing the means of the case to visit.
As a second solving means, a means is adopted in which the thrust generator is a pod propeller in the first means.
As a third solving means, a means is used in which the single electric motor is shared as the water navigation motor or the land driving motor in the first or second means.
As a fourth solving means, in any one of the first to third means, a means is used in which the land traveling steering device and the water navigation steering device are alternatively operated by a common handle.
本発明によれば、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合はバッテリの電力によって陸上走行用電動機あるいは水上航行用電動機を駆動し、一方、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、燃料電池を駆動してバッテリに充電すると共に燃料電池の電力によって陸上走行用電動機あるいは水上航行用電動機を駆動するので、エンジンの動力のみによって陸上走行用の動力及び水上航行用の動力を発生する従来のパワートレイン構造よりも動力の効率を向上させることができる。 According to the present invention, when the terminal voltage of the battery exceeds a predetermined threshold value, the motor for land driving or the water navigation motor is driven by the electric power of the battery, while the terminal voltage of the battery exceeds the predetermined threshold value. If it is lower, the fuel cell is driven to charge the battery, and the electric power of the fuel cell drives the motor for land travel or the water navigation motor, so the power for land travel and water navigation are driven only by the engine power. The power efficiency can be improved as compared with the conventional powertrain structure that generates power.
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る水陸両用車Aの要部機能構成を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a main functional configuration of an amphibious vehicle A according to the first embodiment.
本水陸両用車Aは、この図に示すように車両本体A1、ポッド(POD)推進器A2及び当該ポッド推進器A2を車両本体A1の底に旋回自在に固定する旋回機構A3から構成されている。車両本体A1は、動力発生機能と陸上走行機能と主な機能とし、車体1、燃料電池2、バッテリ3、本体用インバータ4、本体用モータ5、ディファレンシャルギヤ6、後輪7、ハンドル8、連結機構9a,9b、前輪10及び車両制御装置11を備えている。一方、ポッド推進器A2は、水上を航行するための機能部(推力発生器)であり、POD筐体12、POD用インバータ13、POD用モータ14及びプロペラ15を備えている。
The amphibious vehicle A is composed of a vehicle main body A1, a pod (POD) propulsion device A2, and a turning mechanism A3 that pivotally fixes the pod propelling device A2 to the bottom of the vehicle main body A1, as shown in FIG. . The vehicle main body A1 has a power generation function, a land traveling function, and a main function. The vehicle body 1, the
車体1は、本水陸両用車Aの基本的な支持構造体であり、他の各機能構成要素、つまり燃料電池2、バッテリ3、本体用インバータ4、本体用モータ5、ディファレンシャルギヤ6、後輪7、ハンドル8、連結機構9a,9b、前輪10及び車両制御装置11を支持するためのものである。燃料電池2は、車両制御装置11による制御の下で燃料としての水素を酸素と化学反応させることにより電力を発生する発電装置である。燃料電池2は、周知のように熱エネルギーという形態を経ることなく化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、エンジンを用いて発電機を駆動する通常の発電システムに比べて発電効率が高い。
The vehicle body 1 is a basic support structure of the amphibious vehicle A, and other functional components, that is, a
バッテリ3は、負荷として接続された本体用インバータ4及びPOD用インバータ13の負荷状況に応じて上記燃料電池2から供給された直流電力を蓄電/放電するものであり、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池である。
The battery 3 stores / discharges the DC power supplied from the
本体用インバータ4は、車両制御装置11による制御の下で上記燃料電池2から供給される直流電力あるいは/及びバッテリ3から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換し、当該駆動電力によって本体用モータ5を駆動する駆動装置である。本体用モータ5は、本体用インバータ4から供給される陸上走行用駆動電力によって後輪7(ディファレンシャルギヤ6を介して)を回転駆動する陸上走行用電動機であり、例えば三相ブラシレスDCモータである。
The main body inverter 4 converts the DC power supplied from the
ディファレンシャルギヤ6は、複数の歯車を組み合わせて構成された動力伝達機構(差動歯車)であり、本体用モータ5の駆動力を左右の後輪7に個別に伝達する。後輪7は、左右一対からなる駆動輪であり、ディファレンシャルギヤ6を介して本体用モータ5から伝達される動力によって回転する。ハンドル8は、本水陸両用車Aの陸上走行方向及び水上航行方向を設定するために運転者によって操作されるものであり、連結機構9aを介して前輪10に接続されると共に、連結機構9bを介して旋回機構A3に接続される。
The differential gear 6 is a power transmission mechanism (differential gear) configured by combining a plurality of gears, and individually transmits the driving force of the main body motor 5 to the left and right
連結機構9aは、ハンドル8と前輪10との機械的な接続をON/OFFするものであり、車両制御装置11によって制御される。すなわち、連結機構9aは、本水陸両用車Aが陸上を走行する場合は、ON状態、つまりハンドル10と前輪10とを機械的に接続する状態に設定され、本水陸両用車Aが水上を航行する場合には、OFF状態、つまりハンドル8と前輪10との機械的な接続を乖離する状態に設定される。
The
連結機構9bは、ハンドル8と旋回機構A3との機械的な接続をON/OFFするものであり、上記連結機構9aと同様に車両制御装置11によって制御される。すなわち、連結機構9aは、上記連結機構9aとは逆に制御されるものであり、本水陸両用車Aが陸上を走行する場合は、OFF状態、つまりハンドル10と旋回機構A3との機械的な接続を乖離する状態に設定され、本水陸両用車Aが水上を航行する場合には、ON状態、つまりハンドル8と旋回機構A3とを機械的に接続する状態に設定される。
The
前輪10は、車体1に回転自在に取り付けられると共に上記ハンドル8の操作に応じて車体1に対する向きが設定されるものである。このような前輪10は、本水陸両用車Aの陸上走行時における走行方向を設定する陸上走行用操舵装置である。
The
続いて、POD筐体12は、水上航行時において喫水線下に位置するポッド推進器A2の推進抵抗を極力低減する形状、例えば円筒状かつ先端部及び後端部が緩やかに縮径する形状に形状設定されており、旋回機構A3を介して車体1の底部に収納自在に取り付けられている。また、このようなPOD筐体12の先端部には、図示するようにプロペラ15が取り付けられている。
Subsequently, the
旋回機構A3は、ハンドル8の操作に基づいてポッド推進器A2の車体1に対する向き、つまりプロペラ15の回転面に直行する向きでPOD筐体12の中心軸線方向(推進方向)を設定する水上航行用操舵装置である。
The swivel mechanism A3 sets the central axis direction (propulsion direction) of the
POD用インバータ13は、車両制御装置11による制御の下で上記燃料電池2から供給される直流電力あるいは/及びバッテリ3から供給される直流電力を交流の水上航行用駆動電力に変換し、当該水上航行用駆動電力によってPOD用モータ14を駆動する駆動装置である。POD用モータ14は、上記POD用インバータ13から供給される水上航行用駆動電力によってプロペラ15を回転駆動する水上航行用電動機であり、例えば三相ブラシレスDCモータである。プロペラ15は、回転によって推力を発生させて水上において本水陸両用車Aを推進させる。
The
車両制御装置11は、本水陸両用車Aの全体動作を制御するものである。この車両制御装置11は、例えばバッテリ3の端子電圧に基づく燃料電池2の起動制御、運転員の操作指示に基づく連結機構9a,9bの切替制御、運転員の操作指示に基づく本体用インバータ4及びPOD用インバータ13の作動制御及び同じく運転員の操作指示に基づくポッド推進器A2の車体1内への収納制御、等を行う。
The
次に、このように構成された本水陸両用車Aの動作について詳しく説明する。
本水陸両用車Aが陸上走行する場合、上記車両制御装置11は、ポッド推進器A2を車体1内に収納させ、また連結機構9aをON状態かつ連結機構9bをOFF状態に設定し、またPOD用インバータ13を停止状態として本体用インバータ4のみを作動させる。この結果、本水陸両用車Aは、ポッド推進器A2が後輪7及び前輪10の地面に対する接地を阻害しない状態となり、運転者によるハンドル8の操作によって走行方向が設定され、また後輪7に本体用モータ5が発生した動力が伝達される状態となる。
Next, the operation of the amphibious vehicle A thus configured will be described in detail.
When the amphibious vehicle A travels on land, the
そして、車両制御装置11は、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合(つまり、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されている場合)、燃料電池2を停止状態とし、バッテリ3から本体用インバータ4に直流電力を供給させる。本体用インバータ4は、このようにしてバッテリ3から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換して本体用モータ5に供給することにより、当該本体用モータ5を駆動して回転動力を発生させる。そして、この本体用モータ5の回転動力がディファレンシャルギヤ6を介して後輪7に伝達されることにより当該後輪7が回転し、この結果、本水陸両用車Aは陸上を走行する。
When the terminal voltage of the battery 3 exceeds a predetermined threshold value (that is, when the battery 3 is sufficiently charged by the fuel cell 2), the
一方、車両制御装置11は、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合(つまり、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されていない場合)には、燃料電池2を起動してバッテリ3に直流電力を供給(充電)させると共に本体用インバータ4に直流電力を供給して本体用モータ5を駆動させる。この結果、後輪7は、燃料電池2の電力に基づいて本体用モータ5が発生した動力によって回転する。
On the other hand, the
すなわち、本水陸両用車Aは、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されている場合は、バッテリ3から本体用インバータ4に供給される直流電力に基づいて陸上を走行し、一方、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されていない場合には、燃料電池2の電力に基づいて陸上を走行する。
That is, the amphibious vehicle A travels on land based on DC power supplied from the battery 3 to the main body inverter 4 when the battery 3 is sufficiently charged by the
ところで、本水陸両用車Aが水上航行する場合、上記車両制御装置11は、ポッド推進器A2を車体1の底部から下方に突出させ、また連結機構9aをOFF状態かつ連結機構9bをON状態に設定し、また本体用インバータ4を停止状態としてPOD用インバータ13のみを作動させる。この結果、本水陸両用車Aは、水上航行が可能な状態となり、運転者によるハンドル8の操作によって航行方向が設定され、またプロペラ15に動力が伝達される状態となる。
By the way, when the amphibious vehicle A sails on the water, the
そして、車両制御装置11は、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合(つまり、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されている場合)、燃料電池2を停止状態とし、バッテリ3からPOD用インバータ13に直流電力を供給させる。POD用インバータ13は、このようにしてバッテリ3から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換してPOD用モータ14に供給することにより、当該POD用モータ14を駆動して回転動力を発生させる。そして、このPOD用モータ14の回転動力によってプロペラ15が回転することにより、本水陸両用車Aは水上を航行する。
When the terminal voltage of the battery 3 exceeds a predetermined threshold value (that is, when the battery 3 is sufficiently charged by the fuel cell 2), the
一方、車両制御装置11は、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合(つまり、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されていない場合)、には、燃料電池2を起動してバッテリ3に直流電力を供給(充電)すると共にPOD用インバータ13に直流電力を供給してPOD用モータ14を駆動させる。この結果、プロペラ15は、燃料電池2の電力に基づいてPOD用モータ14が発生した動力によって回転する。
On the other hand, the
すなわち、本水陸両用車Aは、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されている場合は、バッテリ3からPOD用インバータ13に供給される直流電力に基づいて水上を航行し、一方、バッテリ3が燃料電池2によって十分に充電されていない場合には、燃料電池2の電力に基づいて水上を航行する。
That is, the amphibious vehicle A sails on the water based on the DC power supplied from the battery 3 to the
このような第1実施形態によれば、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は、燃料電池2を停止させてバッテリ3の電力によって本体用モータ5あるいはPOD用モータ14を駆動し、一方、バッテリ3の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、燃料電池2の電力をバッテリ3に充電すると共に燃料電池2の電力によって本体用モータ5あるいはPOD用モータ14を駆動するので、燃料電池2の動力のみによって陸上走行及び水上航行する従来の水陸両用車のパワートレイン構造よりも動力の効率を向上させることが可能であり、よって燃費を向上させることができる。
また、推進器としてポッド推進器A2を採用しているので、水上での旋回が容易である。
According to the first embodiment, when the terminal voltage of the battery 3 exceeds a predetermined threshold value, the
Further, since the pod propulsion device A2 is adopted as the propulsion device, turning on the water is easy.
〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態について説明する。
図2は、第2実施形態に係る水陸両用車Bの要部機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本水陸両用車Bは、上述した第1実施形態の水陸両用車Aからポッド推進器A2を削除する一方、クラッチ16,17及びプロペラ18を備え、また旋回機構A3に代えて舵19を連結機構9bに接続したものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a main functional configuration of an amphibious vehicle B according to the second embodiment. As shown in this figure, the amphibious vehicle B is provided with
クラッチ16は、本体用モータ5とディファレンシャルギヤ6との間に設けられ、車両制御装置11による制御に基づいて両者の連結/乖離を行う。クラッチ17は、本体用モータ5とプロペラ18との間に設けられ、車両制御装置11による制御に基づいて両者の連結/乖離を行う。プロペラ18は、車体1の後端に設けられ、舵19はプロペラ18の後方に回動自在に設けられている。すなわち、本水陸両用車Bは、プロペラ18の推力により水上を航行すると共に、舵19によって航行方向が設定される。
The clutch 16 is provided between the main body motor 5 and the differential gear 6, and performs connection / disengagement between the two based on control by the
このような本水陸両用車Bが陸上走行する場合、車両制御装置11は、連結機構9aをON状態かつ連結機構9bをOFF状態に設定し、またクラッチ16を接続状態かつクラッチ17を乖離状態とする。この結果、本水陸両用車Bは、運転者によるハンドル8の操作によって走行方向が設定され、またプロペラ18には動力が伝達されず後輪7のみに動力が伝達されるので、陸上走行が可能となる。
When such an amphibious vehicle B travels on land, the
一方、本水陸両用車Bが水上航行する場合、車両制御装置11は、連結機構9aをOFF状態かつ連結機構9bをON状態に設定し、またクラッチ16を乖離状態かつクラッチ17を接続状態とする。この結果、本水陸両用車Bは、運転者によるハンドル8の操作によって舵19の向きが指定されることにより航行方向が設定されると共にプロペラ18に動力が伝達されることにより、水上航行が可能となる。
On the other hand, when the amphibious vehicle B sails on the water, the
このような本水陸両用車Bによれば、上述した第1実施形態の効果に加えて、本体用モータ5が発生する動力のみによって陸上走行と水上航行を行うので構成が簡単であり、よって重量を軽減することができるので燃費の向上を図ることができる。 According to such an amphibious vehicle B, in addition to the effects of the first embodiment described above, the configuration is simple because the land traveling and the water navigation are performed only by the power generated by the main body motor 5, and thus the weight is reduced. Therefore, fuel consumption can be improved.
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記各実施形態では、プロペラ15,18が発生する推力によって水上を航行するように構成したが、プロペラ15,18に代えてウォータージェット推進器を備える構成としても良い。
(2)上記各実施形態では、燃料電池2が発生した電力を蓄電あるいは放電する電源装置としてバッテリ3を用いたが、このバッテリ3に代えて大容量キャパシタを用いても良い。
(3)上記各実施形態では、モータとディファレンシャルギヤとを直接連結させたが、両者の間にトランスミッションを挿入することが好ましい。
In addition, this invention is not limited to said each embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In each of the above embodiments, the
(2) In each of the above embodiments, the battery 3 is used as a power supply device that stores or discharges the electric power generated by the
(3) In each of the above embodiments, the motor and the differential gear are directly connected, but it is preferable to insert a transmission between them.
A,B…水陸両用車、A1,B1…車両本体、A2…ポッド推進器、A3…旋回機構、1…車体、2…燃料電池、3…バッテリ、4…本体用インバータ、5…本体用モータ、6…ディファレンシャルギヤ、7…後輪、8…ハンドル、9a,9b…連結機構、10…前輪、11…車両制御装置、12…POD筐体、13…POD用インバータ、14…POD用モータ、15,18…プロペラ、16,17…クラッチ、19…舵 A, B ... Amphibious vehicle, A1, B1 ... Vehicle body, A2 ... Pod propulsion device, A3 ... Turning mechanism, 1 ... Vehicle body, 2 ... Fuel cell, 3 ... Battery, 4 ... Body inverter, 5 ... Body motor , 6 ... differential gear, 7 ... rear wheel, 8 ... handle, 9a, 9b ... coupling mechanism, 10 ... front wheel, 11 ... vehicle control device, 12 ... POD housing, 13 ... inverter for POD, 14 ... motor for POD, 15, 18 ... propeller, 16, 17 ... clutch, 19 ... rudder
Claims (4)
該燃料電池が発生した電力を充放電するバッテリと、
前記燃料電池が発生する電力あるいは前記バッテリから供給される電力を陸上走行用駆動電力に変換する陸上走行用駆動装置と、
該陸上走行用駆動装置によって駆動される陸上走行用電動機と、
該陸上走行用電動機によって回転駆動される車輪と、
前記燃料電池が発生する電力あるいは前記バッテリから供給される電力によって水上航行用電動機を駆動することにより推力を発生する推力発生器と、
陸上走行時の走行方向を設定する陸上走行用操舵装置と、
水上航行時の航行方向を設定する水上航行用操舵装置と、
前記バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は前記燃料電池を起動させる一方、前記端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には前記燃料電池を停止させる車両制御部と
を具備することを特徴とする水陸両用車。 A fuel cell;
A battery for charging and discharging electric power generated by the fuel cell;
A land drive device that converts power generated by the fuel cell or power supplied from the battery into land drive power; and
An electric motor for land travel driven by the land travel drive device;
Wheels that are rotationally driven by the motor for land travel;
A thrust generator that generates thrust by driving a water navigation electric motor with electric power generated by the fuel cell or electric power supplied from the battery;
A land-use steering device that sets the travel direction during land travel;
A water navigation steering device for setting a navigation direction during water navigation;
A vehicle control unit that activates the fuel cell when the terminal voltage of the battery exceeds a predetermined threshold value, and stops the fuel cell when the terminal voltage falls below a predetermined threshold value. An amphibious vehicle characterized by that.
The amphibious vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein a land steering steering device and a water navigation steering device are selectively operated by a single handle.
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