JP2017149191A - 車輌フレーム、及び車輌 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体に対して冷却媒体として外気を導入するために、より好適な構造の車輌フレームを提供すること。
【解決手段】車輌のボディを当該ボディの底面側から支持する車輌フレーム１であって、空気取入口１ｂから空気排出口１ｃに通ずる中空部１ａを有し、前記空気排出口１ｃは、前記空気取入口１ｂよりも車輌進行方向後方に設けられ、前記空気取入口１ｂから導入されて前記中空部を流通する空気が、前記空気排出口１ｃよりも車輌進行方向後方に設けられた発熱体４に向けて前記空気排出口１ｃから排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輌フレーム、及び車輌に関する。

蓄電池の電力で走行する電気自動車には、一般に、蓄電池や駆動モータを冷却する冷却媒体を循環させる冷却管や、冷却管を循環する冷却媒体から放熱させるラジエータが搭載されている。特に、駆動モータは、車輌の走行速度を上昇させた場合、大きな熱量を発生するため、かかる放熱対策は、電気自動車において必須の構成となっている。

一方、駆動モータを冷却するために冷却管やラジエータを搭載することが、電気自動車の高コスト化や重量の増加につながっている。又、小型車の場合は、冷却管やラジエータを搭載するためのスペースの問題も生じる。

このような背景にあって、車体底面を通過する外気（以下、「空気」とも言う）を冷却媒体として用いる方法が検討されている。例えば、特許文献１には、車体のボディの底面付近に、発熱体に通ずる空気流路用の空間を設けることによって、外気による冷却能力を高めることが記載されている。

特開２０１４−０９１４４８号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、車輌のボディの底面付近に空気流路用の空間を設ける必要があるため、車体の構造そのものを制約することにつながってしまう。具体的には、当該空気流路用の空間を設けるために、車体が全体として高くなったり、車輌のボディの内部空間を狭めたりすることになる。このような問題は、小型車の場合に特に顕著となる。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、発熱体に対して冷却媒体として外気を導入するために、より好適な構造の車輌フレーム及び車輌を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、車輌のボディを当該ボディの底面側から支持する車輌フレームであって、空気取入口から空気排出口に通ずる中空部を有し、前記空気排出口は、前記空気取入口よりも車輌進行方向後方に設けられ、前記空気取入口から導入されて前記中空部を流通する空気が、前記空気排出口よりも車輌進行方向後方に設けられた発熱体に向けて前記空気排出口から排出されることを特徴とする車輌フレームである。

本発明に係る車輌フレームによれば、車輌のボディに空気流路を設けることなく、発熱体に対して冷却媒体として外気を導入することができる。

第１の実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す平面図である。 第２の実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す平面図である。 第３の実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す平面図である。

（第１の実施形態）
以下、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る車輌フレームの構成について説明する。本実施形態に係る車輌フレームは、マイクロＥＶ（Electric Vehicle）、電動コミュータ等の小型の電気自動車用の車輌フレームである。

図１は、本実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す斜視図である。又、図２は、本実施形態に係る車輌フレームの構成の一例を示す平面図である。

車輌フレーム１は、車輌のボディ（車体の外形をなす筐体）を当該ボディの底面側から支持する骨格部材である。車輌フレーム１は、平面視した外形が略矩形の枠形状を呈している。より詳細には、車輌フレーム１は、車体の前後方向に延在する３本の骨格部材と、車体の車幅方向に延在する３本の骨格部材とによって、平面視した外形が略矩形の枠体を形成している。そして、車輌フレーム１の当該枠体が、車体前方の車軸２と車体後方の車軸３の間に配設され、車体底面で車輌のボディを支持している。尚、車体の前後方向に延在する３本の骨格部材及び車体の車幅方向に延在する３本の骨格部材のうち、車輌フレーム１の略矩形の枠体の枠内に配設された骨格部材は、補強材として設けられている。

又、車輌フレーム１の当該枠体の前後（車体の前後方向）には、それぞれ、フロントサスペンション及びリアサスペンションに接続するための対になった２本の骨格部材が車体の前方側及び後方側に延在している（図示せず）。

更に、車輌フレーム１の上部には、当該車輌フレーム１の上面を覆うように床板が配設され、その上部にボディが配設される（図示せず）。

車輌フレーム１の下部には、当該車輌フレーム１の底面を覆うように底板が配設され、底面側の底板と上面側の床板の間に、駆動モータ４に電力を供給する蓄電池やインバータ装置が配設される。

車輌フレーム１の前方には、フロントサスペンション（図示せず）が配設され、当該フロントサスペンションを介して車体前方の車軸２と接続されている。尚、フロントサスペンションは、例えば、車軸懸架方式で車軸２と車輌フレーム１とを連結している。

車輌フレーム１の後方には、リアサスペンション（図示せず）が配設され、当該リアサスペンションを介して車体後方の車軸３と接続されている。尚、リアサスペンションは、例えば、車軸懸架方式で車軸３と車輌フレーム１とを連結している。

駆動モータ４は、減速ギアを介して車体後方の車軸３に接続されている。駆動モータ４は、例えば、蓄電池からインバータ装置（図示せず）を介して供給される三相交流電力によって駆動する三相誘導電動機である。尚、駆動モータ４は、上記したとおり、走行時に高温まで達する発熱体となっている。

本実施形態では、駆動モータ４を外気で冷却するための仕組みとして、次に説明する車輌フレーム１の骨格部材に設けた空気流路を用いる。

車輌フレーム１の骨格部材は、例えば、鉄で形成された角材であり、溶接等により一体に成形されている。そして、車輌フレーム１には、空気流路として、中空部１ａ、空気取入口１ｂ、及び空気排出口１ｃが設けられている（図２を参照）。尚、図中の矢印は、空気の流れを表している。

中空部１ａは、骨格部材の内部に形成された空気流路であり、車輌進行方向前方（車体前方）の空気取入口１ｂから、車輌進行方向後方（車体後方）の空気排出口１ｃに通ずるように設けられている。ここでは、中空部１ａは、骨格部材を構成する角材のすべてを連通するように設けられている。又、中空部１ａは、車輌進行方向前方の空気取入口１ｂと車輌進行方向後方の空気排出口１ｃにおいてのみ、外気と通ずる構成となっている。つまり、中空部１ａを流通する空気は、すべて空気排出口１ｃに向かう構成となっている。

中空部１ａの形状は、車体を支持するために必要な強度を考慮しながら、空気が中空部１ａを流通する際の摩擦損失や曲がり損失が小さくなるように設計するのが望ましい。例えば、中空部１ａにて空気の流通する方向が、直角方向に変化する箇所がなくなるように、骨格部材の角材が直交する位置においては、骨格部材の内部の中空部１ａを湾曲形状とするのが望ましい。このように、空気が中空部１ａを流通する際の摩擦損失や曲がり損失を小さくすることによって、駆動モータ４に向けて排出される空気の速度を速めることができ、駆動モータ４に対する空気の冷却能力を高めることが可能となる。

空気取入口１ｂは、車輌が前方に向かって走行している際に、車体前方から車体後方に向かって通過する外気を中空部１ａに取り入れるための骨格部材に設けられる開口である。ここでは、空気取入口１ｂは、車体の前後方向に延びる３つの中空部１ａの端部に設けられている。言い換えると、空気取入口１ｂは、車輌フレーム１（骨格部材）の車体前方側の側面における、骨格部材の車体前方と車体後方とを結合する部位の中空部１ａから延長する位置に設けられている。このような位置に空気取入口１ｂを配設することによって、空気取入口１ｂから中空部１ａに導入する空気の量を最大化するとともに、空気取入口１ｂから中空部１ａに取り込む際の曲がり損失を小さくすることができる。尚、空気取入口１ｂには、走行中に、外気とともに泥が入り込まないように、泥よけのフィルタを設けるのが望ましい。

空気排出口１ｃは、車体後方側に設けられた駆動モータ４に向けて中空部１ａを流通する空気を排出するため、骨格部材に設けられる開口である。ここでは、空気排出口１ｃは、中空部１ａを流通する空気が駆動モータ４に向かうように、車輌フレーム１（骨格部材）の車体後方側の側面の、駆動モータ４と対向する位置に設けられている。尚、空気排出口１ｃと駆動モータ４の間は、空間となっており、空気排出口１ｃから流出する空気が駆動モータ４に直接当たる状態となっている。但し、空気取入口１ｂ及び空気排出口１ｃが配設される位置は、空気排出口１ｃが空気取入口１ｂよりも車輌の進行方向後方側であれば、他の位置であってもよい。例えば、車輌のボディの形状によっては、空気取入口１ｂを車輌フレーム１（骨格部材）の中央付近（車体前後の車軸の中央付近）に設ける構成としてもよい。

車輌のボディは、かかる空気取入口１ｂや空気排出口１ｃを閉塞しないように配設される。ここでは、外気は、車輌のボディの下方の車輌フレーム１と車軸２の間の空間から空気取入口１ｂに入る構成となっている。この点、車輌のボディが車輌フレーム１の底面付近まで延在するように配設される場合は、車輌のボディの前方側の側面に空気取入口１ｂに通ずる空気孔を設け、当該空気孔を介して空気取入口１ｂに外気を取り入れる構成とするのが望ましい。

車輌フレーム１の上記の構成によって、車輌が前方に向かって走行している際には、車体前方から車体後方に通過する空気が、駆動モータ４に向かって流通するようになる。より詳細には、車輌が前方に向かって走行することによって、車体の前方を流れる空気は、空気取入口１ｂを介して中空部１ａに取り入れられる。そして、中空部１ａに取り入れられた空気は、車輌の前方への走行に伴って、空気排出口１ｃに向かって中空部１ａを流れる。そして、中空部１ａを流通する空気は、空気排出口１ｃから駆動モータ４に向かって排出され、駆動モータ４に当たって熱交換することによって、駆動モータ４を冷却することになる。そして、駆動モータ４を通過した空気は、車体後方の外空間に排出される。

このように、車輌が走行している際、駆動モータ４が配設された位置には、車体の外部から冷却媒体たる外気が絶えず導入されることになる。そして、駆動モータ４への外気の導入量は、車輌の走行速度の上昇に応じて増加することになる。

以上のように、本実施形態に係る車輌フレーム１によれば、車輌のボディに空気流路を設けることなく、車体の外部から駆動モータ４に対して冷却媒体たる外気を導入することができる。そして、車輌が走行している際には、駆動モータ４に対して当該外気を絶えず導入することができるため、外気のみを冷却媒体として用いた場合であっても、駆動モータ４に対する高い冷却能力を達成することが可能となる。

特に、本実施形態のように、略矩形の枠体の車輌フレームを用いる場合は、底板等によるスペースの制約を受け、車輌の底面を流れる外気を後方側に導入するためのダクト等の空気流路を別途設けるのが困難である。この点、本実施形態に係る車輌フレーム１は、骨格部材を中空にすることで外気を後方側に導入する構成となっているため、このような略矩形の枠体の車輌フレームを用いる場合に生じるスペースによる制約を受けることなく、空気流路を形成することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３を参照して、第２の実施形態に係る車輌フレーム１について説明する。

図３は、本実施形態に係る車輌フレーム１の構成の一例を示す平面図である。本実施形態に係る車輌フレーム１は、空気排出口１ｃに案内部１ｄが設けられている点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

案内部１ｄは、空気排出口１ｃの出口側に設けられ、空気排出口１ｃから流出する空気を駆動モータ４に向けて誘導する部材である。案内部１ｄは、例えば、空気排出口１ｃから駆動モータ４が配設された位置に向かって延在する案内羽根によって構成される。但し、案内部１ｄは、羽根状の部材に代えて、筒状等その他の形状の部材によって構成されてもよい。このように、案内部１ｄを設けることによって、空気排出口１ｃから排出する空気のうち、駆動モータ４に当たる空気の量をより増加させることができる。

以上のように、本実施形態に係る車輌フレーム１によれば、駆動モータ４に対する冷却能力をより高めることが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、図４を参照して、第３の実施形態に係る車輌フレーム１について説明する。

図４は、本実施形態に係る車輌フレーム１の構成の一例を示す平面図である。本実施形態に係る車輌フレーム１は、中空部１ａから外気を排出する部位として、車体後方の空気排出口１ｃに加えて、空気取入口１ｂから空気排出口１ｃに向かう途中に第２の空気排出口１ｅが設けられている点で、第１の実施形態と相違する。

第２の空気排出口１ｅは、車体の前後方向に延在する２本の骨格部材の対向する面に設けられている。言い換えると、第２の空気排出口１ｅは、骨格部材の車体前方と車体後方とを結合する部位の側面（車幅方向）における枠体の内側に設けられている。そして、第２の空気排出口１ｅは、中空部１ａと連通し、中空部１ａを流通する空気は、空気排出口１ｃと第２の空気排出口１ｅとに分岐して排出される。ここでは、第２の空気排出口１ｅから排出された空気は、枠体の内側に配設された発熱体たる蓄電池５に向かう構成となっている。尚、蓄電池５は、枠体の底面側に設けられる底板上に支持されている。

蓄電池５は、駆動モータ４に電力を供給するため、駆動モータ４に供給する電力量に応じて発熱する。この点、第２の空気排出口１ｅを設けることで、車体後方の駆動モータ４に加えて、蓄電池５も冷却することができる。尚、蓄電池５を冷却した空気は、例えば、蓄電池５を支持する底板に排気口を設けて排気するものとする。

以上のように、本実施形態に係る車輌フレーム１によれば、車輌フレーム１を構成する枠体の内側に設けられた他の発熱体（蓄電池等）へも外気を導入することが可能となる。

なお、蓄電池５やインバータ装置（図示せず）を冷却するために別途、ファン等の送風機が設けられる場合がある。その場合、空気取入口１ｂを送風機の排出側に設け、送風機によって生じた風（空気）が中空部１ａを通過し、駆動モータ４近傍の空気排出口１ｃから排出される構成でも良い。これにより、車輌が停車しているときでも、蓄電池５やインバータ装置を冷却するために送風機によって生じた風（空気）を駆動モータ４に当てて冷却可能となる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、車輌フレーム１を適用する対象の一例として、電動コミュータ等の小型の電気自動車を示したが、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）等の乗用車や、三輪駆動車、貨物車等、電池の電力で走行する任意の自動車に適用しうる。但し、小型車輌は、車体全体として縮小するため、スペースによる制約を受けやすい反面、車体全体が比較的軽量なため、車輌フレーム１を構成する骨格部材を中空にしても、強度設計上の問題が生じにくい。つまり、上記車輌フレーム１は、小型の電気自動車に、より好適である。

又、上記実施形態では、車輌フレーム１の一例として、骨格部材によって略矩形の枠体を形成するものとしたが、他の形状を呈するものであってもよい。その場合でも、骨格部材が中空部１ａ、空気取入口１ｂ及び空気排出口１ｃを備えるものであれば、車体の外部から駆動モータ４に対して外気を導入することが可能である。

又、上記実施形態では、空気取入口１ｂを配設する位置の一例として、車体の前後方向に延びる３つの中空部１ａの端部とする態様を示したが、これに代えて、車輌フレーム１の車体前方側の底面又は側面に設ける構成としてもよい。但し、空気取入口１ｂが取り入れる外気の量を最大化する観点からは、上記実施形態の構成がより好適である。

又、上記実施形態では、空気排出口１ｃを配設する位置の一例として、車輌フレーム１の車体後方側の側面における、駆動モータ４と対向する位置とする態様を示したが、駆動モータ４に向けて外気を排出する構成であれば、これに代えて、車輌フレーム１の車体後方側の上面に設ける構成としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

車輌のボディを当該ボディの底面側から支持する車輌フレーム１であって、車輌のボディを当該ボディの底面側から支持する車輌フレーム１であって、空気取入口１ｂから空気排出口１ｃに通ずる中空部１ａを有し、前記空気排出口１ｃは、前記空気取入口１ｂよりも車輌進行方向後方に設けられ、前記空気取入口１ｂから導入されて前記中空部を流通する空気が、前記空気排出口１ｃよりも車輌進行方向後方に設けられた発熱体４に向けて前記空気排出口１ｃから排出されることを特徴とする車輌フレーム１を開示する。この車輌フレーム１によれば、車輌のボディに空気流路を設けることなく、駆動モータ４に対して冷却媒体として外気を導入することができる。そして、外気のみを冷却媒体として用いた場合であっても、駆動モータ４に対する高い冷却能力を達成することが可能となる。

ここで、車輌フレーム１は、平面視した外形が略矩形の枠形状を呈するものであってもよい。この車輌フレーム１によれば、略矩形の枠体を用いた場合に生じるスペースによる制約を受けることなく、駆動モータ４に対する高い冷却能力を達成することができる。

又、ここで、この車輌フレーム１は、前記空気排出口１ｃから排出する空気を前記車体後方に設けられた駆動モータ４に向けて誘導する案内部１ｄを更に備えるものであってもよい。この車輌フレーム１によれば、空気排出口１ｃから排出する空気のうち、駆動モータ４に当たる空気の量をより増加させることができるため、駆動モータ４に対する冷却能力をより高めることが可能となる。

又、ここで、前記空気取入口１ｂは、少なくとも、車体の前後方向に延びる前記中空部の端部に設けられるものであってもよい。この車輌フレーム１によれば、空気取入口１ｂから中空部１ａに導入する空気を最大化するとともに、空気取入口１ｂから中空部１ａに取り込む際の曲がり損失が小さくすることができるため、駆動モータ４に対する冷却能力をより高めることが可能となる。

又、ここで、本実施形態では、車輌フレーム１の全てが中空部１ａを有する管状（中空部１ａは、骨格部材を構成する角材のすべてを連通）である場合を例示したが、車輌フレーム１の一部のみが中空部１ａを有する管状に構成されていてもよい。例えば、図２では、３つの空気取入口１ｂと中空部１ａを例示したが、左右２つの空気取入口１ｂと中空部１ａを有する構成とし、中央の車輌フレーム１はコの字状（断面において一面が開口された形状）で構成しても良い。この車輌フレーム１によれば、中空部１ａとして使用しない車輌フレームの開口面から電子部品等を挿入することができ、中空部１ａとして使用しない車輌フレームを電池部品等の搭載スペースとして利用することができる。

又、ここで、中空部１ａは、例えば、コの字状の角材（断面において一面が開口された形状）と、当該角材の開口面を覆うように他の部品が設置されることにより、構成されても良い。

又、ここで、車輌フレーム１は角材ではなく、丸みを帯びた形状（丸管・パイプ状）でも良い。

本開示は、車輌のボディを車体底面で支持する車輌フレームに用いるに好適である。

１ 車輌フレーム
１ａ 中空部
１ｂ 空気取入口
１ｃ 空気排出口
１ｄ 案内部
１ｅ 第２の空気排出口
２ 車軸
３ 車軸
４ 駆動モータ
５ 蓄電池

Claims (6)

1. 車輌のボディを当該ボディの底面側から支持する車輌フレームであって、
   空気取入口から空気排出口に通ずる中空部を有し、
   前記空気排出口は、前記空気取入口よりも車輌進行方向後方に設けられ、
   前記空気取入口から導入されて前記中空部を流通する空気が、前記空気排出口よりも車輌進行方向後方に設けられた発熱体に向けて前記空気排出口から排出される
   ことを特徴とする車輌フレーム。
2. 平面視した外形が略矩形の枠形状を呈する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車輌フレーム。
3. 前記空気排出口から排出される空気を前記発熱体に向けて誘導する案内部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車輌フレーム。
4. 前記空気取入口は、少なくとも、車体の前後方向に延びる前記中空部の端部に設けられる
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の車輌フレーム。
5. 前記発熱体は駆動モータである
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の車輌フレーム。
6. 請求項１乃至５いずれか一項に記載の車輌フレームを備えることを特徴とする車輌。

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