以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る鞍乗り型車両すなわち自動二輪車を概略的に示す。自動二輪車(鞍乗り型車両)11は、車体フレーム12と、車体フレーム12に装着される車体カバー13とを備える。車体フレーム12は、フロントフォーク14を操向可能に支持するヘッドパイプ15と、該ヘッドパイプ15から水平面に対して第1角度で後下がりに延びる左右1対のメインフレーム16、16と、第1接続点17aでメインフレーム16、16の後端に結合されて、メインフレーム16、16の後端から下方に延びる左右1対のピボットフレーム17、17と、ヘッドパイプ15から水平面に対して第1角度よりも大きい第2角度で下方に向かって延びる左右1対のダウンフレーム18、18と、ダウンフレーム18の後端から延びて第1接続点17aよりも下方の第2接続点17bでピボットフレーム17に接続される左右1対のロアフレーム19、19とを備える。フロントフォーク14には車軸21回りで回転自在に前輪WFが支持される。車体フレーム12は金属材料の成形材から形成される。
自動二輪車11は後輪ユニット22を備える。後輪ユニット22は、水平方向に延びるピボット23を介してピボットフレーム17に連結される揺動フレーム24と、揺動フレーム24に組み込まれて、供給される電力に基づき駆動力を生成する電動機25とを備える。揺動フレーム24の自由端に、ピボット23に平行な車軸26周りで回転自在に後輪WRが支持される。こうして後輪WRは車体フレーム12に連結される。後輪WRの前方にロアフレーム19は配置される。電動機25の駆動軸は後輪WRに接続されて後輪WRに駆動力を伝達する。
車体フレーム12と揺動フレーム24との間にはリアクッション27が設置される。リアクッション27の一端はピボット23よりも上方に設けられた第3接続点17cでピボットフレーム17に連結される。リアクッション27が後輪ユニット22に対して車体フレーム12の揺動を規制することで、後輪WRから車体フレーム12への振動の伝達は抑制される。
自動二輪車11は燃料供給アセンブリ28を備える。燃料供給アセンブリ28は、メインフレーム16から後輪WRの上側を後方に延びて乗員シート29を支持するシートフレーム31を備える。シートフレーム31は、後述されるように、燃料電池ユニット36からの排気を乗員シート29の後方まで案内する排気ダクトの形状を兼ねたモノコック構造を有し、燃料供給アセンブリ28はピボットフレーム17の上方でメインフレーム16に連結される。
シートフレーム31は上体31aおよび下体31bを備える。上体31aおよび下体31bは相互に結合される。上体31aおよび下体31bの結合面31cはメインフレーム16から後端に広がる。上体31a上に乗員シート29が搭載される。乗員シート29に乗員は跨がる。
車体カバー13は、メインフレーム16の上側で上方から左右のメインフレーム16に跨がって結合される上カバー32と、メインフレーム16の下側で左右のメインフレーム16にそれぞれ結合されるサイドカバー33と、サイドカバー33に結合され、後端から前方に広がる導風板34と、乗員シート29の後方でシートフレーム31に被さるリアカバー35とを含む。リアカバー35はシートフレーム31の後端に排気口35aを形成する。
図2に示されるように、車体フレーム12には燃料電池ユニット36が搭載される。燃料電池ユニット36はヘッドパイプ15の後方で下方から左右1対のロアフレーム19に支持される。ダウンフレーム18は燃料電池ユニット36の前方で下方に向かって延びる。燃料電池ユニット36は地表に垂直で車体左右方向に広がる仮想平面37に沿って外気の取り入れ口38を配置する。燃料電池ユニット36では水素および大気中の酸素の化学反応に基づき電力が生成される。燃料電池ユニット36は酸素の供給および冷却にあたって取り入れ口38から流入する大気を利用する。
車体カバー13は、上カバー32、サイドカバー33、導風板34およびリアカバー35に加えて、サイドカバー33および導風板34に覆われる燃料電池カバー39、および、ロアフレーム19の下方に支持される電装品カバー41を含む。燃料電池カバー39および電装品カバー41は車体フレーム12に連結される。燃料電池カバー39は燃料電池ユニット36用の保護部材として機能する。電装品カバー41の詳細は後述される。車体カー13は樹脂材料の成形体から形成される。
燃料電池カバー39は前壁39aと左右1対の側壁39bと底板39cとを有する。前壁39aは左右のダウンフレーム18の間に設けられる。側壁39bは左右のメインフレーム16と個々に対応するダウンフレーム18およびロアフレーム19との間に設けられる。側壁39bは前壁39aの左右から車体後方に向かって設けられる。底板39cは、左右のロアフレーム19の間で水平面に沿って設けられ、前壁39aの下端および側壁39bの下端から連続する。メインフレーム16の下方で燃料電池ユニット36の前面、側面および下面は燃料電池カバー39で覆われる。側壁39bには左右の吸気口42が区画される。吸気口42から燃料電池カバー39内に走行風は導入される。底板39cは下方から燃料電池ユニット36を支持する。
車体フレーム12には円筒形状の燃料タンク43が搭載される。燃料タンク43は燃料電池ユニット36の後面に接続されるとともに後方に向かって後輪ユニット22の上方に延びて設けられる。燃料電池ユニット36と燃料タンク43とは、調圧弁44を介して燃料経路にて接続される。燃料タンク43は高圧水素を貯蔵する。シートフレーム31の下体31bは下方から燃料タンク43を支持する。燃料タンク43はシートフレーム31内に収容される。
図3に示されるように、電装品カバー41はロアフレーム19の下方で車体フレーム12に吊り下げ支持される。吊り下げ支持にあたって電装品カバー41にはフレームユニット45が装着される。フレームユニット45はロアフレーム19の下方に配置されて車体フレーム12に連結される。
フレームユニット45は、左右に水平方向に延びて左右のダウンフレーム18に結合される第1クロスバー46と、左右に水平方向に延びて、ピボットフレーム17に固定されるブラケット47に結合される第2クロスバー48と、第1クロスバー46から第2クロスバー48まで車体前後方向に並列に延びる左右1対の支持フレーム49とを備える。支持フレーム49は、第1クロスバー46から下方に延びる第1フレーム体49aと、第1フレーム体49aの下端から連続して後方に向かって水平に延びる第2フレーム体49bと、第2フレーム体49bの後端から上方に延びて第2クロスバー48に結合される第3フレーム体49cとで形成される。第1フレーム体49a、第2フレーム体49bおよび第3フレーム体49cは連続する1部材として構成される。支持フレーム49の形状は電装品カバー41の外面に倣う。
電装品カバー41内には、燃料電池ユニット36に対してハーネス(図示されず)を介して電気的に接続される2つの電圧制御ユニット51、電圧制御ユニット51に対してハーネス(図示されず)を介して電気的に接続される二次電池52、電圧制御ユニット51および二次電池52にハーネス(図示されず)を介して電気的に接続されるインバーター(制御装置)53、その他の電装品が収容される。燃料電池ユニット36の直流電圧は電圧制御ユニット51で降圧され、電動機26の制御に見合った電圧値に設定される。二次電池52は燃料電池ユニット36の電力で充電される。充電された電力は必要に応じて電動機26および車載の電装品へ供給される。インバーター53で燃料電池ユニット36および二次電池52の直流電圧は交流電圧に変換され電動機26に供給される。インバーター53には燃料電池ユニット36から電力が供給されるだけでなく、必要に応じて二次電池52から電力が供給される。
電圧制御ユニット51は燃料電池ユニット36の下方に配置される。この配置にあたって電装品カバー41の内側には補助フレームユニット54が配置される。補助フレームユニット54は車体前後方向に並列に延びる1対の前後フレーム55を備える。前後フレーム55はフレームユニット45の第1フレーム体49aから第2クロスバー48まで延びる。前後フレーム55には、二次電池52の上方で、電圧制御ユニット51を受け止める台座56が固定される。台座56には、電圧制御ユニット51の側面から外側に突き出る取り付け用の板片51aが重ねられる。板片51aは台座56にねじ57で固定される。このとき、板片51aと台座56との間にはグロメットといった弾性体が挟み込まれる。
前後フレーム55には押さえ板58が吊り下げ支持される。押さえ板58は二次電池52の後端を下方から受け止める。押さえ板58は上方に向かうにつれて車体後方に倒れる傾斜面58aを区画する。二次電池52の後端には傾斜面58aに面で接する傾斜が形成される。二次電池52と押さえ板58との間には板状のゴムといった弾性体が挟まれる。弾性体は押さえ板58に接着されればよい。
補助フレームユニット54は、左右に水平方向に延びて、前後フレーム55同士を相互に接続する連結板59を備える。連結板59はフレームユニット45の第2フレーム体49bに向かって二次電池52を押さえつける。二次電池52と第2フレーム体49bとの間には電装品カバー41の底板41bが挟まれる。このとき、連結板59と二次電池52との間には板状のゴムといった弾性体(図示されず)が挟まれる。弾性体は連結板59に下方から接着されればよい。こうして上下方向に二次電池52の変位が規制されることから、電装品カバー41の前壁41aと押さえ板58との間で前後方向に二次電池52の変位は規制されることができる。二次電池52は、燃料電池ユニット36およびその後方に設けられた燃料タンク43よりも下方に配置される。
インバーター53は、押さえ板58の後方で電装品カバー41の後壁41cよりも前側に搭載される。インバーター53の後端は電装品カバー41の後壁41cに当たる。インバーター53は燃料電池ユニット36および燃料タンク43よりも下方で二次電池47の後方に配置される。電装品カバー41はこれら電装品用の保護カバーとして機能する。燃料電池カバー39の底板39cは燃料電池ユニット36および電圧制御ユニット51の間に介在し、燃料電池ユニット36の収容空間から電圧制御ユニット51および二次電池52を隔てる。
図4に示されるように、車体フレーム12はさらにロワーハンガープレート61を備える。ロワーハンガープレート61は燃料電池ユニット36の下方で左右のロアフレーム19に連結される。連結にあたって前後1対のクロスバー62が左右のロアフレーム19に固定される。個々のクロスバー62は左右に水平に延びる。ロワーハンガープレート61はクロスバー62にねじ63で留められる。ねじ63はロワーハンガープレート61の貫通孔61aを貫通してクロスバー62にねじ込まれる。このとき、クロスバー62とロワーハンガープレート61との間にはゴムブッシュ64といった弾性部材が挟まれる。ロワーハンガープレート61に燃料電池ユニット36の下端が結合される。結合にあたって下方からロワーハンガープレート61にねじ65がねじ込まれる。ロワーハンガープレート61はロアフレーム19に燃料電池ユニット36を結合する。
フレームユニット45の第1クロスバー46は左右両端でダウンフレーム18にねじ66で結合される。ねじ66の軸心は車体前後方向に向けられる。ねじ66は車体前方から水平方向にねじ込まれる。第2クロスバー48は左右両端でブラケット47にねじ67で結合される。ねじ67の軸心は車体幅方向に向けられる。ねじ67は車体側方から水平方向にねじ込まれる。
電装品カバー41は、左右のロアフレーム19からそれぞれ下方に広がって設けられる左右の側板41dを有する。電装品カバー41の底板41bは、側板41dの下端同士を接続し水平に広がる。電装品カバー41の前壁41aは、底板41bの前端および側板41dの前端から連続して、側板41dに挟まれる空間の前端を前方から塞ぐ。
図5に示されるように、第2フレーム体49b同士の間には左右に水平方向に延びる板片68a、68b、(68c)、68dが結合される。板片68a、68b、(68c)、68dに電装品カバー41の底板41bが連結される。板片68a、68b、(68c)、68dは底板41bの外面に重ねられる。板片68a、68b上で底板41bの内側にはそれぞれ左右1対のナット69a、69bが配置される。板片68a上では底板41bの内側で押さえ板58の固定片58bに左右1対のナット69cが配置される。前後フレーム55から下降するロッド70の先端は、インバーター53の端部に設けられる位置決め孔を貫通して押さえ板58の固定片58bに連結される。板片69d上では底板41bの内側にインバーター53の底面が重ねられインターバー53の底板上に左右1対のナット69dが配置される。
補助フレームユニット54では前後フレーム55の前端に小板片71が結合される。小板片71は車体前後方向に直交する姿勢で配置される。支持フレーム49の第1フレーム体49aには板形状の固定片72が結合される。固定片72は車体前後方向に直交する姿勢で配置される。前後フレーム55の小板片71には電装品カバー41を挟んで固定片72が重ねられる。小板片71には前方から水平方向にねじ73がねじ込まれる。ねじ73の軸部は電装品カバー41および固定片72を貫通する。こうして電装品カバー41の外側からフレームユニット45に補助フレームユニット54は連結される。
図6に示されるように、支持フレーム49の第1フレーム体49aは電装品カバー41の前壁41aに嵌め合わせられる。この嵌め合わせにあたって前壁41aの外面には第1フレーム体49aを受け入れる2つの第1溝76が形成される。第1溝76は、前壁49aの上端から下端まで上下方向に延びる。固定片72は、第1溝76に連続する窪み78で前壁49aの外面に重ねられる。図7に示されるように、窪み78では前壁41aに貫通孔79が形成される。ねじ73の軸部は、貫通孔79を貫通して補助フレームユニット54の前後フレーム55に結合される。
図8に示されるように、第2フレーム体49bおよび板片68a〜68dは電装品カバー41の底板41bに嵌め合わせられる。嵌め合わせにあたって底板41bの外面には第2フレーム体49bおよび板片68a〜68dをそれぞれ受け入れる第2溝81および第3溝82が形成される。第2溝81は第1溝76の下端に連続して車体の前後方向に延びる。第3溝82は車体の幅方向に延びて第2溝81同士を相互に接続する。板片68a〜68dは第3溝82の底面で底板49bの外面に重ねられる。ねじ83aの軸部は板片68aを貫通し、電装品カバー41の底板41b上のナット69aに結合される。ねじ83bの軸部は板片68bを貫通し、底板41b上のナット69bに結合される。ねじ83cの軸部は板片68cおよび押さえ板58の固定片58bを貫通しナット69cに結合される。ねじ83cおよびナット69は板片68c、電装品カバー41の底板41bおよび押さえ板58を共締めする。ねじ83dの軸部は板片68dおよびインバーター53の底板を貫通しナット69dに結合される。ねじ83dおよびナット69dは板片69d、電装品カバー41の底板41bおよびインバーター53の底板を共締めする。図9に示されるように、第3溝82では底板41bに貫通孔84が形成される。ねじ83の軸部は貫通孔84を貫通する。ねじ83は電装品カバー41の内側のナットに結合される。
本実施形態では、燃料電池ユニット36はロアフレーム19に支持される。燃料タンク43は燃料電池ユニット36から後方に向かって後輪ユニット22の上方に延びる。こうして燃料電池ユニット36が低い位置に搭載されることで、車両の低重心化は実現される。しかも、本実施形態では、二次電池47は後輪ユニット22の前方で燃料電池ユニット36の下方に設けられる。こうして水素を貯蔵する燃料タンク43と、水素の供給を受ける燃料電池ユニット36とを車両前後方向に並べて配置し、燃料電池ユニット36の下方に二次電池47を配置することで、燃料タンク43、燃料電池ユニット36および二次電池47の三者を上下に重ねて配置するよりも車両の低重心化を実現することができ、できるだけ後輪ユニット22の前方に重心を集中させることで、車両の走行安定性は高められる。加えて、二次電池47と水素との接触を防止することができる。
燃料電池ユニット36と二次電池47との間には保護部材としての燃料電池カバー39の底板が介在する。こうして二次電池47と水素との接触はより一層防止される。それとともに、燃料電池カバー39の利用によって部品点数の削減に寄与する。
インバーター53は燃料電池ユニット36および燃料タンク43よりも下方で二次電池47の後方に配置される。インバーター53と水素との接触は防止される。燃料電池ユニット36および二次電池47から電動機26に電力を供給する際に、インバーター53は燃料電池ユニット36の下方であって二次電池47の後方に配置されるので、配線は短縮されることができる。
本実施形態ではインバーター53および二次電池47は、車体フレーム12に取り付けられる車体カバー13に固定される。車体カバー13にインバーター53および二次電池47を予め組み付けた後に、燃料電池ユニット36とともに車体フレーム12に取り付けられるので、組み付けが容易であるととともに、組み付け精度も向上する。
電装品カバー41の外面にフレームユニット54が設けられるので、電装品カバー41の剛性を向上させることができるとともに、電装品カバー41の外面に第1溝76、第2溝81および第3溝82といった位置決め部を設けることで、車体フレーム12およびフレームユニット54に対する組み付け性の向上は実現される。