JP2010269636A - Cooling device of motor and motor controller for fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池が発電した電力で走行する燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle that travels with electric power generated by a fuel cell.
燃料、例えば水素ガスを貯蔵する燃料タンクと、燃料と空気、より詳しくは空気中の酸素との化学反応により発電する燃料電池スタック(以下、単に燃料電池という)と、二次電池と、駆動輪を駆動させるモータと、を備えた燃料電池車両の開発が進められている。 A fuel tank that stores fuel, for example hydrogen gas, a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a fuel cell) that generates electricity by a chemical reaction between fuel and air, more specifically oxygen in the air, a secondary battery, and a drive wheel Development of a fuel cell vehicle including a motor for driving the vehicle is underway.
ここで、従来の四輪車用の燃料電池システムは、数10kWという比較的に大電力を発生させるものが多く、発電にともない同等の熱量を発生させる。そこで、従来の四輪車用の燃料電池システムは、冷却効率の高い水冷式の冷却システムを備える。また、大電力を発生させるために、燃料電池システムに大量の空気を送り込むコンプレッサを備える。 Here, many conventional fuel cell systems for four-wheeled vehicles generate a relatively large electric power of several tens of kW, and generate an equivalent amount of heat with power generation. Therefore, the conventional fuel cell system for four-wheeled vehicles includes a water-cooled cooling system with high cooling efficiency. Further, in order to generate a large amount of power, a compressor that sends a large amount of air to the fuel cell system is provided.
従来の燃料電池車両の一例としての燃料電池自動二輪車は、比較的に大電力を発電可能な水冷式燃料電池システムを備える。このような燃料電池自動二輪車は、車両本体の前方寄りに配置された燃料電池冷却用のラジエータと、ラジエータの後方に配置され、ラジエータと燃料電池および種々の電気部品とを熱的に接続させる冷却系と、冷却系の後方であり、シート前端の下方に配置された燃料電池と、燃料電池の後方であり、シート下方の空間を略占有する燃料タンクと、を備える(例えば、特許文献1参照。)。 A fuel cell motorcycle as an example of a conventional fuel cell vehicle includes a water-cooled fuel cell system capable of generating a relatively large amount of power. Such a fuel cell motorcycle has a radiator for cooling the fuel cell disposed near the front of the vehicle body, and a cooling unit disposed behind the radiator and thermally connecting the radiator, the fuel cell, and various electrical components. And a fuel cell disposed behind the cooling system and below the front end of the seat, and a fuel tank behind the fuel cell and substantially occupying the space below the seat (see, for example, Patent Document 1) .)
一方、空冷式燃料電池システムは、発生させる電力が数kWという比較的に小電力であるものの、水冷式燃料電池システムの冷却システムに備わるラジエータ、冷却水ポンプ、リザーバタンク、配管類が不要であり、発電にともない発生する熱を反応ガスとしての空気で冷却できる。また、空冷式燃料電池システムは、空気流路の圧損が低い。これにより、空冷式燃料電池システムは、補機としてコンプレッサに換えてブロアファンで足りるシンプルなシステム構成を有するとともに、補機の消費電力を低く抑えることもできる。そこで、四輪車に比べて低出力で走行可能な燃料電池自動二輪車や、モータチェアのような小型電動車両などの燃料電池車両では、空冷式燃料電池システムが用いられる例が有る。 On the other hand, although the air-cooled fuel cell system generates a relatively small amount of power of several kW, the radiator, cooling water pump, reservoir tank, and piping provided in the cooling system of the water-cooled fuel cell system are unnecessary. The heat generated by power generation can be cooled with air as a reaction gas. Further, the air-cooled fuel cell system has a low pressure loss in the air flow path. Thus, the air-cooled fuel cell system has a simple system configuration that requires a blower fan instead of a compressor as an auxiliary machine, and can also reduce the power consumption of the auxiliary machine. Therefore, there are examples in which an air-cooled fuel cell system is used in a fuel cell vehicle such as a fuel cell motorcycle capable of traveling at a lower output than a four-wheeled vehicle or a small electric vehicle such as a motor chair.
燃料電池車両は、燃料電池が発電した電力で駆動輪を駆動させるモータと、モータの運転制御を行うモータコントローラと、を備える。モータは、その駆動時に発熱する電気部品である。一方、モータコントローラも、モータの運転制御にともない発熱する電気部品である。 The fuel cell vehicle includes a motor that drives driving wheels with electric power generated by the fuel cell, and a motor controller that controls operation of the motor. A motor is an electrical component that generates heat when driven. On the other hand, the motor controller is also an electrical component that generates heat in accordance with motor operation control.
空冷式燃料電池システムを備えた燃料電池車両は、燃料電池の発電に用いる反応ガスとしての空気を、発電にともない発熱する燃料電池自体の冷却風に利用する。他方、モータやモータコントローラも燃料電池車両の走行にともなって発熱するが、これらの冷却は燃料電池とは別に行う必要がある。 A fuel cell vehicle equipped with an air-cooled fuel cell system uses air as a reaction gas used for power generation of the fuel cell as cooling air for the fuel cell itself that generates heat upon power generation. On the other hand, the motor and the motor controller also generate heat as the fuel cell vehicle travels, but it is necessary to cool them separately from the fuel cell.
モータやモータコントローラを冷却するために、冷却用ファンを設けることが考えられるが、燃料電池車両、特に空冷式燃料電池システムを備えた燃料電池車両は、発電した電力を可能な限り駆動輪の駆動に割り当てられるよう冷却ファンで消費される電力を抑制することが求められる。 Although it is conceivable to provide a cooling fan to cool the motor and the motor controller, fuel cell vehicles, particularly fuel cell vehicles equipped with an air-cooled fuel cell system, drive the drive wheels as much as possible. Therefore, it is required to suppress the electric power consumed by the cooling fan so that it can be allocated to.
そこで、本発明は、空冷式の燃料電池を備え、駆動輪を駆動させるモータと、モータの運転制御を行うモータコントローラを電力の損失を抑制しつつ高効率に冷却可能な燃料電池車両のモータおよびモータコントローラの冷却装置を提案する。 Therefore, the present invention provides a motor for a fuel cell vehicle that is equipped with an air-cooled fuel cell and that can cool the motor with high efficiency while suppressing loss of electric power with a motor that drives the drive wheels and a motor controller that controls the operation of the motor. A cooling system for motor controller is proposed.
前記の課題を解決するため本発明に係るモータおよびモータコントローラの冷却装置は、車体と、前記車体の上方に配置されたシートと、前記シートの下方に配置されたモータコントローラと、前記シートの下方に配置された燃料電池と、前記車体の側面のうち前記シートの下方部分を覆うフレームカバーと、前記シートおよび前記フレームカバーで区画され、前記モータコントローラ、および前記燃料電池が収容された機器搭載領域とタイヤハウスとを区画する隔壁部材と、前記タイヤハウスに配置された駆動輪と、前記駆動輪を回動自在に軸支するスイングアームと、前記スイングアームに設けられ、前記モータコントローラを介して前記燃料電池から供給される電力で前記駆動輪を駆動させるモータと、前記モータに設けられた遠心ファンと、前記機器搭載領域と前記遠心ファンの吸込側とを連通させるダクトと、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a motor and a cooling device for a motor controller according to the present invention include a vehicle body, a seat disposed above the vehicle body, a motor controller disposed below the seat, and a lower portion of the seat. A fuel cell disposed on the vehicle body, a frame cover that covers a lower portion of the seat among the side surfaces of the vehicle body, a device mounting region that is partitioned by the seat and the frame cover, and that accommodates the motor controller and the fuel cell A partition member that divides the tire house, a drive wheel disposed in the tire house, a swing arm that pivotally supports the drive wheel, and a swing arm that is provided on the swing arm via the motor controller A motor for driving the driving wheel with electric power supplied from the fuel cell; and a centrifugal fan provided in the motor. And down, characterized by comprising a duct for communicating the suction side of the centrifugal fan and the device placement area.
本発明によれば、空冷式の燃料電池を備え、駆動輪を駆動させるモータと、モータの運転制御を行うモータコントローラを電力の損失を抑制しつつ高効率に冷却可能な燃料電池車両のモータおよびモータコントローラの冷却装置を提供できる。 According to the present invention, a motor for a fuel cell vehicle that is equipped with an air-cooled fuel cell and that can drive a drive wheel and a motor controller that controls operation of the motor with high efficiency while suppressing power loss, and A motor controller cooling device can be provided.
以下、本発明に係る燃料電池車両の実施の形態について、図1から図5を参照して説明する。 Embodiments of a fuel cell vehicle according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1および図2は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車を示した左側面図である。図1は、燃料電池自動二輪車1の外観を示した左側面図であり、図2は、燃料電池自動二輪車1の外装を部分的に切り欠き、もしくは除去し、内部構造を示した左側面図である。 1 and 2 are left side views showing a fuel cell motorcycle as an example of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a left side view showing the external appearance of the fuel cell motorcycle 1. FIG. 2 is a left side view showing the internal structure of the fuel cell motorcycle 1 with a part of the exterior cut away or removed. It is.
図3は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の外装を部分的に切り欠いて示した斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing the fuel cell motorcycle partially cut away as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.
図4は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を部分的に示した斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view partially showing a rear half portion of a fuel cell motorcycle as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.
また、説明を容易にするため、燃料電池車両すなわち燃料電池自動二輪車の前方を実線矢に「F」、後方を示す実線矢に「R」を付して図示する。 For ease of explanation, the front of the fuel cell vehicle, that is, the fuel cell motorcycle, is indicated by “F” as a solid arrow and “R” as a solid arrow indicating the rear.
図1から図4に示すように、本実施の形態に係る燃料電池車両としての燃料電池自動二輪車1は、燃料電池2を備え、燃料電池2から得られる電力を用いて走行する自動二輪車である。また、燃料電池自動二輪車1は、スクータ型の自動二輪車である。燃料電池自動二輪車1は、車両本体3(車体)と、操舵輪である前輪5と、前輪5を操舵するハンドル6と、駆動輪である後輪7と、後輪7を駆動させるモータ8と、を備える。
As shown in FIGS. 1 to 4, a fuel cell motorcycle 1 as a fuel cell vehicle according to the present embodiment is a motorcycle that includes a
燃料電池2は、燃料に水素ガスを用いた空冷式燃料電池システムである。
The
車両本体3は、主構造部材であるフレーム10と、フレーム10を覆う外装11と、フレーム10の上方に配置されたシート12と、を備える。また、車両本体3は、燃料電池2と、燃料電池2の発電に用いられる燃料を貯蔵する燃料タンク15と、燃料電池2の電力を補助する二次電池16と、燃料電池2の出力電圧を調整し、燃料電池2および二次電池16の電力分配制御を行う電力管理装置17と、電力管理装置17から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータ8の運転制御を行うモータコントローラ18と、これらを統括的に管理し、運転制御を行う車両コントローラ19と、を備える。すなわち、燃料電池自動二輪車1のパワートレインは、燃料電池2および二次電池16を有するハイブリッドシステムである。
The
フレーム10は、ヘッドパイプ21と、左右一対の上部ダウンフレーム22と、左右一対の下部ダウンフレーム23と、左右一対の上部フレーム24と、左右一対の下部フレーム25と、を備える。
The
ヘッドパイプ21は、車両本体3の前方部にフォーク式のフロントフォーク27を軸支する。
The
上部ダウンフレーム22は、ヘッドパイプ21の上部に接続され、車両本体3の後方に向かって後下がりに傾斜される。
The upper down
下部ダウンフレーム23は、ヘッドパイプ21の下部からほぼ真下に向かって延在される。
The lower down
上部フレーム24は、車両本体3の前半部において下部ダウンフレーム23の下端から上部ダウンフレーム22の下端を経て車両本体3の前後方向に延在され、車両本体3の後半部において車両本体3の後方に後上がりに滑らかに傾斜される。上部フレーム24の後半部の上方には、シート12が配置される。
The
また、上部フレーム24は、車両本体3の後半部にピボット28を備える。
The
下部フレーム25は、下部ダウンフレーム23の下端から車両本体3の下方に向かって延在され、車両本体3の下端に達する位置で屈曲され、車両本体3の前後方向に延在され、さらに車両本体3の中央部分に達する位置で屈曲され、車両本体3の後上方向に延在されて上部フレーム24に接続される。それぞれの下部フレーム25は、その前方側にライダーのためのフットレスト29を備える。車両本体3の左側に位置された下部フレーム25は、サイドスタンドブラケット30を備える。サイドスタンドブラケット30には、燃料電池自動二輪車1を左傾状態で自立させるサイドスタンド31が揺動自在に設けられる。
The
また、フレーム10は、下部フレーム25の後方側の屈曲部に架設されたガードフレーム33を備える。ガードフレーム33には、燃料電池自動二輪車1を自立させるセンタースタンド34が揺動自在に設けられる。
In addition, the
このように構成されたフレーム10によって車両本体3は、左右一対の上部フレーム24および左右一対の下部フレーム25で囲まれたセンタートンネル領域35に燃料タンク15を備え、上部フレーム24の後半部、外装11およびシート12で囲まれた機器搭載領域36(機器搭載空間)に燃料電池2、二次電池16、電力管理装置17、およびモータコントローラ18を備える。機器搭載領域36には、車両本体3の前方側から二次電池16、電力管理装置17、燃料電池2、の順に配置される。モータコントローラ18は、電力管理装置17の側方、例えば車両本体3の左側に併設される。また、フレーム10のセンタートンネル領域35の後方で、かつ機器搭載領域36の下方のタイヤハウス領域37は、後輪7が配置される。機器搭載領域36とタイヤハウス領域37との間には、それぞれの領域を区画する隔壁部材39が設けられる。
The
外装11は、車両本体3の前半部を覆おうフロントレッグシールドカバー41と、車両本体3の中央上部に位置され、上部フレーム24の上方を覆うフロントフレームカバー42と、車両本体3の後半部に位置され、車両本体3の側面のうちシート12の下方部分を覆うフレームカバー43と、を備える。フレームカバー43は、シート12とともに燃料電池2、二次電池16、電力管理装置17、およびモータコントローラ18が収容された機器搭載領域36を区画する。したがって、機器搭載領域36は、シート12とフレームカバー43と隔壁部材39とで囲まれた密閉的な空間であり、フレームカバー43、もしくは隔壁部材39の適宜の箇所に通気孔(図示省略)を設けることで、燃料電池2に供給される反応ガスとしての空気の流れを容易、かつ確実に制御できるとともに、冷却の必要な電気部品に冷却風としての空気の流れを容易、かつ確実に制御できる。なお、機器搭載領域36は、完全な気密空間である必要はない。
The exterior 11 includes a front
シート12は、車両本体3の後半上部に位置される。シート12は、タンデム式であり、運転者が着座する前方部12aと、同乗者が着座する後方部12bとが一体的に形成される。
The
燃料電池2は、シート12の下方に区画された機器搭載領域36の後側に偏倚させて配置される。さらに具体的には、燃料電池2は、パッセンジャーが着座するシート12の後方部12bの下方に配置される。燃料電池2は、扁平な立方体形状に形成され、反応ガスの導入口を有する吸気面2aを車両本体3の前上方に指向され、前傾される。具体的には、燃料電池2の吸気面2aは、シート12の前方部12aと後方部12bとの段差部分を指向する。これにより、燃料電池2は、吸気面2aとシート12との間に比較的に大きな隙間を確保でき、反応ガスである機器搭載領域36の雰囲気(空気)を十分に吸い込むことができる。
The
また、燃料電池2は、ファン45を有し、吸気面2aから反応ガスとして機器搭載領域36の雰囲気(空気)を吸い込む。燃料電池2は、燃料タンク15から供給された水素ガスと空気に含まれる酸素との化学反応により発電し、この後、湿潤な余剰ガスを排気口46から排出する。この過程で、燃料電池2は、反応ガスとしての空気によって冷却される。燃料電池2の排気口46は、排気ダクト47に連通される。
The
排気ダクト47は、燃料電池2の後方に配置され、車両本体3の後端に開口された排気口48に燃料電池2の排気を導く。排気ダクト47は、その前方下端部に燃料電池2の排気口46が連通されるとともに、その後方端部であって燃料電池2の排気口46の連通位置よりも上方、望ましくは後方上端部に排気口48を有する。排気ダクト47は、燃料電池2の排気口46の連通位置よりも上方に配置された排気口48を有することで、未反応の水素ガスを含む湿潤な余剰ガスを確実に車両本体3から排気できる。
The
燃料タンク15は、燃料電池2の燃料としての水素ガスを貯蔵する。燃料タンク15は、例えば約35MPa高圧圧縮水素貯蔵システムである。燃料タンク15は、車両本体3の略中央下部のセンタートンネル領域35に、その長手軸方向を車両本体3の前後方向に沿わせて延在される。したがって、燃料タンク15は、その周囲を一対の上部フレーム24および一対の下部フレーム25によって囲まれ、燃料電池自動二輪車1の衝突などのアクシデントに対し、堅牢に保護される。また、燃料タンク15は、下部フレーム25に設けられたフットレスト29に挟まれる。
The
また、燃料タンク15は、車両本体3の一方側の側部に配置された上部フレーム24、例えば車両本体3の右側に配置された上部フレーム24と、車両本体3の他方側の側部に配置された下部フレーム25、例えば車両本体3の左側に配置された下部フレーム25と、の間に架設されたクランプバンド49によってセンタートンネル領域35に固定される。なお、クランプバンド49は、車両本体3の左側に配置された上部フレーム24と、車両本体3の右側に配置された下部フレーム25と、の間に架設しても良い。
The
さらに、燃料タンク15は、アルミライナ製複合容器で構成された圧力容器51と、電磁弁を用いた元弁(図示省略)とレギュレータ(図示省略)とを一体的に有する弁部52(燃料供給元弁)と、燃料充填口53を有する燃料充填用継手54と、を備える。圧力容器51は両端に半球状の鏡板を有する円柱形状の容器である。
Further, the
燃料充填用継手54は、圧力容器51に連通され、燃料としての水素ガスを燃料充填口53から圧力容器51内に導く。燃料充填口53は、二次電池16から十分に離間されて配置される。具体的には、燃料充填口53は、多数の機器が収容された機器搭載領域36の外側であり、上部ダウンフレーム22の近傍に配置され、フロントフレームカバー42に覆われる。さらに具体的には、燃料充填口53は、圧力容器51の前方側鏡板の上方近傍に配置される。
The fuel filling joint 54 communicates with the
また、燃料充填口53は、車両本体3の上方に指向される。燃料タンク15に燃料を充填するに際し、フロントフレームカバー42を開放した状態において、燃料充填口53の上方は、開放された空間になる。したがって、燃料の充填作業において仮に燃料が漏洩しても、漏洩燃料が滞留することはない。さらに、燃料充填口53は、通常のガソリンエンジンを備えたスクータ型の自動二輪車における燃料給油口と配置を同じくするので、違和感を生じることがない。
Further, the
二次電池16は、箱状のリチウムイオン電池で構成される。二次電池16は、シート12の下方に区画された機器搭載領域36の前側に偏倚させて配置されるとともに、燃料タンク15の圧力容器51の後方側鏡板の上方に配置される。さらに具体的には、二次電池16は、ライダーが着座するシート12の前方部12aの下方に配置され、燃料電池自動二輪車1の仮想的な水平面に略直立される。
The
なお、燃料電池自動二輪車1は、二次電池16の他に、メータ類(図示省略)、ランプ類(図示省略)用の電源として12V系の電力を供給できる二次電池56を備える。二次電池56は、燃料タンク15の圧力容器51の側方、例えば車両本体3の右側方に配置される。二次電池56は、燃料充填口53よりも下方であるとともに、燃料タンク15の弁部52よりも車両本体3の前方に配置される。仮に燃料である水素ガスが燃料充填口53から漏洩しても、水素ガスは燃料電池自動二輪車1の上方に向かって上昇するので、車内に滞留することなく、車外に拡散する。また、仮に燃料である水素ガスが弁部52から漏洩しても、水素ガスはタイヤハウス領域37に向かって移動するので、車内に滞留することなく、車外に拡散する。
In addition to the
電力管理装置17は、二次電池16と燃料電池2とに挟まれて配置される。また、電力管理装置17は、二次電池16と燃料電池2との間隙に、後傾されて保持される。電力管理装置17に並設されたモータコントローラ18も、電力管理装置17と同様に、二次電池16と燃料電池2とに挟まれるとともに、二次電池16と燃料電池2との間隙に後傾されて保持される。
The
このように、二次電池16と、電力管理装置17と、モータコントローラ18と、燃料電池2とを配置することによって、電気的接続が隣り合う装置を極力近接させて配置することが可能であり、装置間の配線長を短く、配線に係る重量を軽くすることができる。
As described above, by disposing the
モータコントローラ18は、電力管理装置17に並設される。具体的には、モータコントローラ18は、車両本体3の左側に配置され、電力管理装置17は車両本体3の右側に配置される。モータコントローラ18は、車両本体3の下方に向けて冷却フィン57を有する。
The
車両コントローラ19は、下部フレーム25の前方であり、燃料タンク15の前方側鏡板に対向させて配置される。
The
前輪5は、フロントフォーク27に回動自在に軸支される。フロントフォーク27は、弾性的に伸縮自在なテレスコピック構造に構成されるとともに、前輪5の上方にフロントフェンダ58を支持する。ハンドル6は、フロントフォーク27の上端部に接続される。前輪5、フロントフォーク27、およびハンドル6は、ヘッドパイプ21周りに揺動自在に軸支され、燃料電池自動二輪車1のステアリング機構59を構成する。
The
後輪7は、ピボット28に揺動自在に枢着されたスイングアーム60に回動自在に軸支される。スイングアーム60は、リアサスペンション62を介してフレーム10に弾性的に支持される。
The
モータ8は、後輪7を駆動させる燃料電池自動二輪車1の原動機である。モータ8は、スイングアーム60に一体的に取り付けられ、ユニットスイング式スイングアームを構成する。
The
また、車両本体3は、燃料である水素ガスの漏洩を検出する燃料漏洩検出器63、64を備える。燃料漏洩検出器63、64は、水素ガスを検出可能な水素ガス検出器を用いて構成される。燃料漏洩検出器63は、機器搭載領域36、すなわちシート12の内部空間のうち上方寄りに配置される。燃料漏洩検出器64は、センタートンネル領域35のうち燃料タンク15の弁部52近傍の空間の上方寄りであり、かつタイヤハウス領域37に接近した位置に配置される。水素ガスは機器搭載領域36およびセンタートンネル領域35の雰囲気である空気よりも軽く、燃料電池2や、燃料タンク15、燃料タンク15と燃料電池2との途中配管などからの水素ガスの漏洩時に容易に検出が可能となる。特に、機器搭載領域36は、密閉的な空間であり、燃料電池2、もしくはその近傍の配管系統(図示省略)から燃料である水素ガスが漏洩した場合は、燃料漏洩検出器63によって速やかに燃料の漏洩を検知できる。また、燃料漏洩検出器64は、燃料タンク15の弁部52付近から燃料である水素ガスが漏洩した場合に、走行風などによってタイヤハウス領域37に漏洩燃料が流れ出しやすい状況下においても、確実に燃料の漏洩を検知できる。
The
図5は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の後半部を示した左側面図である。なお、図5は、冷却用ダクト67および隔壁部材39を切り欠いて示した図である。
FIG. 5 is a left side view showing a rear half of a fuel cell motorcycle as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view in which the cooling
図5に示すように、燃料電池自動二輪車1は、モータ8およびモータコントローラ18の冷却装置として、モータ8に設けられた遠心ファン66と、モータコントローラ18が収容された機器搭載領域36とスイングアーム60に配置されたモータ8とを連通させる冷却用ダクト67と、を備える。
As shown in FIG. 5, the fuel cell motorcycle 1 includes a
遠心ファン66は、モータ8の駆動にともない冷却用ダクト67から空気を吸い込み、スイングアーム60に形成された排気口68から吐出させる。排気口68は、燃料電池自動二輪車1の前方に吐出された排気管69に設けられ、車両本体3の左側面に指向させて開口される。なお、排気管69は、車両本体3の他の方向、例えば上方や下方、もしくは後方に向けて突出させても良い。また、排気口68も、車両本体3の他の方向、例えば上方や下方、もしくは後方に向けて開口させても良い。ただし、走行風によって排気が乱されないようにすることが好ましい。
The
冷却用ダクト67は、後輪7を軸支するスイングアーム60の揺動に追従して変形する蛇腹部71を備える。
The cooling
冷却用ダクト67の一端は、モータコントローラ18の周囲の空気を効率的に吸い込めるよう、機器搭載領域36に後傾させて配置されたモータコントローラ18の下方に位置する角部を指向させて開口され、隔壁部材39に接続される。また、冷却用ダクト67の一端は、モータコントローラ18の冷却フィン57に沿う流れを生じるよう位置される。
One end of the cooling
冷却用ダクト67の他端は、スイングアーム60に配置されたモータ8に接続される。
The other end of the cooling
このような構成によって、機器搭載領域36の雰囲気である空気は、燃料電池自動二輪車1が走行し、モータ8の駆動にともない遠心ファン66が駆動されることで、機器搭載領域36から冷却用ダクト67を経てスイングアーム60に向かって吸い込まれ、冷却風としてモータ8およびモータコントローラ18を冷却する(図5中、実線矢A)。この後、冷却風としての空気は、排気口68から吐出される(図5中、実線矢B)。
With such a configuration, the air that is the atmosphere of the
また、機器搭載領域36の雰囲気である空気は、車両本体3の外部から機器搭載領域36に適宜に設けられた隙間(図示省略)を経て機器搭載領域36に供給される。このとき、機器搭載領域36の雰囲気である空気は、走行風の影響がほぼ無くなるとともに、比較的に清浄な状態で冷却風として供される。
Air, which is the atmosphere of the
図6は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車のスイングアームを示した分解図である。 FIG. 6 is an exploded view showing a swing arm of a fuel cell motorcycle as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.
図6に示すように、スイングアーム60は、モータ8と、モータ8に接続され後輪7を駆動させる減速装置72と、モータ8の回転子8aに設けられた遠心ファン66と、モータ8および遠心ファン66を覆うモータカバー74と、モータカバー74に設けられた空気の吸気管75と、モータカバー74に設けられ、排気口68を有する排気管69と、を備える。
As shown in FIG. 6, the
モータ8は、締結部材76でスイングアーム60に固定された固定子8bと、減速装置72に接続された回転子8aと、を備える。
The
減速装置72は、モータ8に接続されたアクスルギア78と、アクスルギア78に接続され、後輪7を軸支する軸を有するドライブギア79と、を備える。
The
遠心ファン66は、円環板状のベースプレート80と、ベースプレート80の中心部分から放射状に配置された複数のフィン81と、を備える。遠心ファン66は、モータ8の回転子8aとともに一体的に回転し、その中央部分から冷却風としての空気を吸い込み、外周縁部から吐出する。遠心ファン66から吐出された冷却用の空気は、モータ8を冷却しつつ排気口68から排気される。
The
図7は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車のモータコントローラを示した斜視図である。 FIG. 7 is a perspective view showing a motor controller of a fuel cell motorcycle as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.
図7に示すように、燃料電池自動二輪車1のモータコントローラ18は、モータ8の運転制御にともない発熱するため、この熱を放熱するための冷却フィン57を有する。冷却フィン57は、車両本体3の下方に向けて突出された複数の板状体57aを併設させて構成される。板状体57aの数量や形状は、モータコントローラ18の発熱量に対応させて適宜に決められる。
As shown in FIG. 7, the
図8は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の一例として燃料電池自動二輪車の主要な装置を示したブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram showing main devices of a fuel cell motorcycle as an example of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.
図8に示すように、燃料電池自動二輪車1は、燃料電池2と、モータ8と、燃料タンク15と、二次電池16と、電力管理装置17と、モータコントローラ18と、車両コントローラ19と、を備えるとともに、ライダーの加速意思が入力されるスロットルセンサ86と、燃料タンク15から燃料電池2に供給される燃料の圧力を検出する圧力センサ87と、燃料タンク15から燃料電池2に供給される燃料の温度を検出する温度センサ88と、燃料漏れ時に燃料タンク15から燃料電池2に供給される燃料を遮断する遮断弁89と、を備える。なお、図8中、実線矢は、燃料である水素ガスおよび反応ガスである空気の流れを示し、破線、もしくは破線矢は、電力の流れを示し、一点鎖線、もしくは一点鎖線矢は制御信号の流れを示す。線分で描かれたものは、双方向に流れる。
As shown in FIG. 8, the fuel cell motorcycle 1 includes a
電力管理装置17は、燃料電池2の発電電力を制御するとともに、燃料電池2および二次電池16から送られる電力を12V電源に変換し、二次電池56に蓄電する。
The
モータコントローラ18は、モータ8の駆動制御に加え、燃料電池自動二輪車1の減速時や、下り坂走行時にモータ8に発生する負のトルクを電力に変換する回生制御を行う。
In addition to drive control of the
車両コントローラ19は、スロットルセンサ86で検出されたライダーによるアクセル操作量、圧力センサ87および温度センサ88の検出値を入力として受けるとともに、燃料電池2、二次電池16、電力管理装置17、およびモータコントローラ18と双方向に状態量の入力および制御信号の出力を行い、燃料電池自動二輪車1の運転制御を行う。
The
具体的には、車両コントローラ19は、燃料電池自動二輪車1の走行に必要なエネルギーが比較的に小さい巡航時や平坦路の走行の際、燃料電池2が発電した電力を電力管理装置17からモータコントローラ18を経由し、モータ8に供給するとともに、電力管理装置17から二次電池16に供給し、モータ8の駆動に不要な余剰電力を二次電池16に蓄える。
Specifically, the
他方、車両コントローラ19は、燃料電池自動二輪車1の走行に必要なエネルギーが比較的に大きい加速時や、上り坂の走行の際、燃料電池2が発電した電力を電力管理装置17からモータコントローラ18を経由し、モータ8に供給するとともに、二次電池16に蓄えられた電力も電力管理装置17からモータコントローラ18を経由し、モータ8に供給する。
On the other hand, the
さらに、車両コントローラ19は、減速時や、下り坂の走行の際、モータ8を発電機として使用し、モータ8が発電した回生電力を電力管理装置17から二次電池16に供給し、蓄える。
Further, the
このように構成されたモータ8およびモータコントローラ18の冷却装置は、冷却用ダクト67に吸い込まれる空気の流れを制御し易くなり、特にモータコントローラ18の周囲の流れを適宜に構成し、モータコントローラ18を効率よく冷却できる。
The cooling device for the
また、モータ8およびモータコントローラ18の冷却装置は、燃料電池自動二輪車1の走行にともない駆動する遠心ファン66を備え、モータ8およびモータコントローラ18を冷却するための独立した冷却ファンを別途に設ける必要が無く、燃料電池2が発電した電力を余分に必要としない。
The cooling device for the
さらに、モータ8およびモータコントローラ18の冷却装置は、モータ8が駆動し発熱する際に、遠心ファン66を行動させて冷却風を発生させるので、遠心ファン66を駆動させる電力に無駄がない。
Further, since the cooling device of the
したがって、本発明に係るモータ8およびモータコントローラ18の冷却装置によれば、空冷式の燃料電池2を備え、駆動輪である後輪7を駆動させるモータ8と、モータ8の運転制御を行うモータコントローラ18を電力の損失を抑制しつつ高効率に冷却できる。
Therefore, according to the cooling device for the
なお、本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池自動二輪車1に限られず、空冷式の燃料電池2を備えたモータチェアなどの小型電動車両であっても良い。
The fuel cell vehicle according to the present invention is not limited to the fuel cell motorcycle 1 but may be a small electric vehicle such as a motor chair provided with an air-cooled
1 燃料電池自動二輪車
2 燃料電池
3 車両本体
5 前輪
6 ハンドル
7 後輪
8 モータ
8a 回転子
8b 固定子
10 フレーム
11 外装
12 シート
15 燃料タンク
16 二次電池
17 電力管理装置
18 モータコントローラ
19 車両コントローラ
21 ヘッドパイプ
22 上部ダウンフレーム
23 下部ダウンフレーム
24 上部フレーム
25 下部フレーム
27 フロントフォーク
28 ピボット
29 フットレスト
30 サイドスタンドブラケット
31 サイドスタンド
33 ガードフレーム
34 センタースタンド
35 センタートンネル領域
36 機器搭載領域
37 タイヤハウス領域
39 隔壁部材
41 フロントレッグシールドカバー
42 フロントフレームカバー
43 フレームカバー
12a 前方部
12b 後方部
2a 吸気面
45 ファン
46 排気口
47 排気ダクト
48 排気口
49 クランプバンド
51 圧力容器
52 弁部
53 燃料充填口
54 燃料充填用継手
56 二次電池
57 冷却フィン
57a 板状体
58 フロントフェンダ
59 ステアリング機構
60 スイングアーム
62 リアサスペンション
63 燃料漏洩検出器
64 燃料漏洩検出器
66 遠心ファン
67 冷却用ダクト
68 排気口
69 排気管
71 蛇腹部
72 減速装置
74 モータカバー
75 吸気管
76 締結部材
78 アクスルギア
79 ドライブギア
80 ベースプレート
81 フィン
86 スロットルセンサ
87 圧力センサ
88 温度センサ
89 遮断弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記車体の上方に配置されたシートと、
前記シートの下方に配置されたモータコントローラと、
前記シートの下方に配置された燃料電池と、
前記車体の側面のうち前記シートの下方部分を覆うフレームカバーと、
前記シートおよび前記フレームカバーで区画され、前記モータコントローラ、および前記燃料電池が収容された機器搭載領域とタイヤハウスとを区画する隔壁部材と、
前記タイヤハウスに配置された駆動輪と、
前記駆動輪を回動自在に軸支するスイングアームと、
前記スイングアームに設けられ、前記モータコントローラを介して前記燃料電池から供給される電力で前記駆動輪を駆動させるモータと、
前記モータに設けられた遠心ファンと、
前記機器搭載領域と前記遠心ファンの吸込側とを連通させるダクトと、を備えたことを特徴とする燃料電池車両のモータおよびモータコントローラの冷却装置。 The car body,
A seat disposed above the vehicle body;
A motor controller disposed below the seat;
A fuel cell disposed below the seat;
A frame cover that covers a lower portion of the seat among the side surfaces of the vehicle body;
A partition member defined by the seat and the frame cover, and partitioning the motor controller and a device mounting area in which the fuel cell is accommodated and a tire house,
Driving wheels disposed in the tire house;
A swing arm that pivotally supports the drive wheel;
A motor that is provided on the swing arm and that drives the drive wheels with electric power supplied from the fuel cell via the motor controller;
A centrifugal fan provided in the motor;
A cooling device for a motor of a fuel cell vehicle and a motor controller, comprising: a duct that allows communication between the device mounting area and the suction side of the centrifugal fan.
前記ダクトは、前記モータコントローラに向けて開口され、前記冷却フィンに沿う流れを生じさせることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両のモータおよびモータコントローラの冷却装置。 The motor controller has a cooling fin on a surface facing the partition member,
The said duct is opened toward the said motor controller, and the flow along the said cooling fin is produced, The motor of the fuel cell vehicle of Claim 1, and the cooling device of a motor controller.
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JP2009121347A JP2010269636A (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Cooling device of motor and motor controller for fuel cell vehicle |
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-
2009
- 2009-05-19 JP JP2009121347A patent/JP2010269636A/en active Pending
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