JP5046382B2 - 電動三輪車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動三輪車両に係り、特に、駆動系の電装部品の配置を工夫することで、送電時の電力ロスを低減すると共に、良好な車体レイアウトを可能とした電動三輪車両に関する。

従来から、モータを駆動源とする各種の電動車両が知られている。このような電動車両には、駆動モータや二次電池、モータを駆動するモータ制御ユニット等、エンジン車にはない駆動系の各種電装部品が必要となる。さらに、燃料ガスとしての水素と反応ガス（空気）に含まれる酸素との化学反応で発電する燃料電池を備え、この燃料電池からの供給電力でモータを駆動する燃料電池車両では、反応ガスの過給機や燃料電池の冷却水用ポンプのモータ制御ドライバ、燃料電池からの供給電力を昇降圧する電圧変換器等を積載する必要がある。特に、余剰スペースの少ない鞍乗型車両では、これらの電装部品の配置方法が車体レイアウトに与える影響が少なくない。

特許文献１には、鞍乗型の燃料電池二輪車において、略直方体の燃料電池の長手方向を車体前後に向けて車体下部に配設し、該燃料電池の上方に略円筒状の水素ボンベを配置して、各種電装部品を着座シートの後方かつ後輪の上方に集中的に設置するようにした構成が開示されている。
特開２００５−２８９８８号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、各種電装部品が燃料電池や駆動モータ等と離れた位置に配置されるので、それぞれを接続する配線が長くなりやすかった。また、電動車両の車体構成を、操向ハンドルとシートとの間に低床式の足乗せ部を有し、かつ後輪を２本備えるスクータ型の三輪車とする場合には、特許文献１のような二輪車とは異なる配置方法が必要であった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、駆動系の電装部品の配置を工夫することで、送電時の電力ロスを低減すると共に、良好な車体レイアウトを可能とした電動三輪車両を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、駆動輪に駆動力を与えるモータと、該モータを制御するモータ制御ユニットと、電力を蓄える二次電池と、駆動輪としての左右一対の後輪を軸支する後車体と、前記後輪を接地させたまま前車体が左右に傾斜できるように前記後車体と前記前車体とを揺動自在に連結する連結機構とを備える電動三輪車両において、前記二次電池は、前記後輪の上方に配置されており、前記モータ制御ユニットは、少なくともモータドライバとＣＰＵとを含み、前記モータおよびモータ制御ユニットが、前記後車体において左右の後輪間に設けられている点に第１の特徴がある。

また、燃料ガスと反応ガスの化学反応により発電する燃料電池を具備し、前記燃料電池は前記前車体に設けられ、前記二次電池は、前記燃料電池で発電した電力を蓄える点に第２の特徴がある。

また、前記燃料電池からの供給電力を昇降圧する電圧変換器を備え、該電圧変換器が、前記後車体において左右の後輪間に設けられている点に第３の特徴がある。

また、少なくとも前記反応ガスの過給機と前記燃料電池の冷却水を圧送する電動ポンプとを含むアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御ドライバとを備え、前記制御ドライバは、前記後車体において左右の後輪間に取り付けられている点に第４の特徴がある。

また、前記モータ制御ユニットと、前記電圧変換器と、前記制御ドライバとが隣接して集中配置されている点に第５の特徴がある。

さらに、前記後車体には、左右の後輪間に取り付けられた電装部品の少なくとも一部の外方を囲む保護部材が設けられている点に第６の特徴がある。

第１の特徴によれば、二次電池は後輪の上方に配置されており、モータ制御ユニットは、少なくともモータドライバとＣＰＵとを含み、モータおよびモータ制御ユニットが、後車体において左右の後輪間に設けられているので、駆動系の電装部品および二次電池が後輪の近くに集中的に配置されて、各電装部品を接続する配線の短縮が可能となり、二次電池からの送電時の電力ロスを低減できるようになる。また、モータおよびモータ制御ユニットが左右の後輪の間に配置されるので、車体左右の重量バランスが良好な車体レイアウトを得ることが可能となる。さらに、モータおよびモータ制御ユニットが、旋回走行時でも傾斜しない後車体に設けられているので、モータおよびモータ制御ユニットを左右方向の揺れから守ることが可能となる。

第２の特徴によれば、燃料ガスと反応ガスの化学反応により発電する燃料電池を具備し、燃料電池は前車体に設けられ、二次電池は燃料電池で発電した電力を蓄えるので、駆動系の電装部品および二次電池が後輪の近傍に集中的に配置されて、燃料電池が車体前部分に配置されるため、車両前後の重量バランスがよい燃料電池三輪車両が得られるようになる。

第３の特徴によれば、燃料電池からの供給電力を昇降圧する電圧変換器を備え、該電圧変換器が後車体において左右の後輪間に取り付けられているので、駆動系の電装部品がさらに集中的に配置されて、各電装部品を接続する配線が短くて済むようになり、送電時の電力ロスを低減することが可能となる。また、重量が大きくなりやすい電圧変換器を左右の後輪の間に配置することで、車体左右の重量バランスが良好な車体レイアウトを得ることができる。

第４の特徴によれば、少なくとも反応ガスの過給機と燃料電池の冷却水を圧送する電動ポンプとを含むアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御ドライバとを備え、制御ドライバが後車体において左右の後輪間に取り付けられているので、電装部品がさらに集中的に配置され、各電装部品を接続する配線が短くて済むようになり、送電時の電力ロスを低減することが可能となる。また、駆動系電装部品の多くが後車体に取り付けられることで、車体前方部分にスペースの余裕が生じ、車体レイアウトの自由度を高めることが可能となる。

第５の特徴によれば、モータ制御ユニットと電圧変換器と制御ドライバとが隣接して集中配置されているので、電装部品の占める体積を縮小しやすくなると共に、送電時の電力ロスをさらに低減することが可能となる。また、複数の電装部品を集中的に配置することで、複数の電装部品を分散して設置する構成に比して、組立工数を削減することができる。

第６の特徴によれば、後車体には、左右の後輪間に取り付けられた電装部品の少なくとも一部の外方を囲む保護部材が設けられているので、モータ制御ユニットや電圧変換器等の各種電装部品を保護することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両１の側面図および上面図である。鞍乗型燃料電池車両１は、操舵輪としての前輪ＷＦを１本とするのに対して、モータで駆動する後輪ＷＲを車幅方向に離隔して２本取り付けた電動三輪車両であり、操向ハンドルと着座シートとの間に、低床式の足乗せ部が設けられたスクータ型の車体構成を有している。また、鞍乗型燃料電池車両１は、複数のセルが積層されて燃料電池を構成するセルスタックと、該セルスタックに燃料の水素ガスを供給する燃料（水素）ガス供給系と、該セルスタックに酸素を含む反応ガス（空気）を供給する反応ガス供給系とから構成される燃料電池発電システムを備え、燃料電池による発電電力または該電力を蓄積する二次電池からの供給電力によってモータを駆動して走行する。

車体フレームの前端に位置するヘッドパイプ３には、ボトムリンク式のフロントサスペンション２を支持するステアリングステム４が回動自在に軸支されている。フロントサスペンション２の下端部には、操舵輪としての前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。前輪ＷＦは、ステアリングステム４に結合された操向ハンドル５によって操舵することができる。左右一対のメインフレーム６は、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有している。メインフレーム６の下方には、メインフレーム６に沿った形状を有する左右一対のアンダフレーム７が配設されている。このアンダフレーム７も、メインフレーム６と同様に、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有する。アンダフレーム７の後端部は、上方に大きく屈曲してメインフレーム６と接続されており、この接続部の後方のメインフレーム６の後端部は、車体後方側で荷台２２を支えるリヤフレーム８に連結されている。荷台２２の内部には、燃料電池１８によって発電した電力を蓄積する二次電池８５が収納されている。

略直方体の燃料電池１８は、乗員１００が着座するシート１５の下方の位置に、車体後方側へ所定角度（例えば、３０度）傾斜した状態で取り付けられている。燃料電池１８の車幅方向左右には、燃料電池１８を冷却するためのラジエータ２０Ｌ，２０Ｒが隣接配設されている。燃料電池１８の背面側には、ラジエータの冷却水を圧送するアクチュエータとしての電動ポンプ１９が配設されている。また、燃料電池１８の前面側には、燃料電池１８に供給する反応ガスを加湿するため加湿器１７が取り付けられている。略円筒状の加湿器１７は、シート１５の下方で車幅方向中央に配設されている。

前記シート１５と操向ハンドル５との間には、低床式の足乗せ部１４が設けられている。この足乗せ部１４は、走行中に乗員の両足が置かれる平坦な床面を、樹脂板等で構成したものであり、本実施形態では、車幅方向で左右対称の形状とされている。加湿器１７の車体前後のメインフレーム６の上面には、足乗せ部１４の樹脂板を支持するためのステー２７が取り付けられている。また、足乗せ部１４の前方下方の位置で、メインフレーム６とアンダフレーム７とに囲まれた空間には、燃料電池１８に反応ガスを圧送するアクチュエータとしての過給機１６が配設されている。

鞍乗型燃料電池車両１の車体は、車体フレームおよび前輪ＷＲを含む車体前方の前車体１ａと、該前車体１ａに連結される後車体１ｂとから構成されている。後輪ＷＲを含む後車体１ｂと前車体１ａとは、連結機構２３で連結されている。ショックユニット３１は、連結機構２３の一部と、左右一対のリヤフレーム８の間に設けられた取付フレーム（図３参照）に取り付けられ、上下方向のショックを吸収している。連結機構２３には、ラバーダンパを使用したナイトハルトスイング機構が適用されており、これにより、２本の後輪を路面に接地させたまま前車体１ａをバンクさせて旋回走行することが可能となる。後輪ＷＲに駆動力を与える駆動モータと減速機構とを一体的に収納したパワーユニット２４は、後車体１ｂのベース部材２５の後方寄りで左右の後輪ＷＲの間に取り付けられている。パワーユニット２４から出力される駆動力は、車軸２６によって後輪ＷＲに伝達される。後車体１ｂの後輪ＷＲの間には、モータ制御ユニット等からなる複数の駆動系電装部品４５が取り付けられている。駆動系電装部品４５には、モータ制御ユニットとしてのモータドライバ５０、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１、電圧変換器５２、メインＣＰＵ５３、制御ドライバ５４，５５、ヒューズボックス５６が含まれる。駆動系電装部品４５の配置構造の詳細は後述する。

ヘッドパイプ３の車幅方向左右には、メインフレーム６およびアンダフレーム７を左右から挟むようにして左右一対の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒが取り付けられている。燃料タンクとしての水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの前方および側方は、メインフレーム６に連結されたガードパイプ９で囲まれている。また、左側の水素ボンベ１０Ｌの前方上方には、反応ガスとなる外気（空気）を濾過するためのエアクリーナボックス１２が配設されている。車両前方側は、樹脂の薄板等で形成された外装部品としてのカウリング１１で覆われている。ガードパイプ９の前方側に取り付けられた保護パッド１３は、カウリング１１に形成された開口部からその一部が外方に臨むように配設されている。

左右のラジエータ２０Ｌ，２０Ｒは、車体側面視において、上部を前方に傾けるようにして取り付けられている。また、車体上面視においては、車体前方からの走行風を受け止めやすいように、走行風を受ける平面部を車体内側に傾けるようにして取り付けられている。燃料電池１８の後方上部には、冷却水のリザーブタンク２１が取り付けられており、該リザーブタンク２１の上部には水素センサ４１が配設されている。

左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの間で、かつ左右のメインフレーム６およびアンダフレーム７に囲まれた空間には、燃料電池１８への水素供給量の制御部等を含む水素供給ユニット２８が配設されている。また、燃料電池１８には、加湿器１７によって加湿された反応ガスを燃料電池１８の上部から供給する吸入側マニホールド２９と、燃料電池１８の内部で化学反応し切れなかった未反応ガスを燃料電池１８の下部から排気する排出側マニホールド３０とが取り付けられている。

図３は、鞍乗型燃料電池車両１を左後方から見た斜視図である。この図では、左側の後輪ＷＲを取り外した状態を示している。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒは、その下端部にブロック状の栓部材６７が取り付けられており、この栓部材６７に取り付けられた水素ガス供給管６９によって、水素供給ユニット２８に水素ガスが圧送される。水素供給ユニット２８は、左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒおよびメインフレーム６の間に隠されるように、乗員の足乗せ部１４を挟んで加湿器１７に対面する位置に配設されている。燃料電池１８を左右から挟むように隣接配設されるラジエータ２０Ｌ，２０Ｒには、停車時でも強制的に送風して放熱を行うことができる電動ファン３９が取り付けられている。

燃料電池１８の背面部に配設される電動ポンプ１９の下方には、冷却水中の所定のイオンを除去して冷却水の電気伝導度を低く抑えるイオン交換器４０、連結機構２３と取付フレーム４３との間に取り付けられるショックユニット３１、冷却水のサーモスタット４２が配設されている。サーモスタット４２は、冷却水温度に基づいて冷却水経路を切り替えることで燃料電池１８の過冷却を防ぐ機器であり、その上部には、冷却水に混入した空気等をリザーブタンク２１に排出するエア抜き管９０が取り付けられている。

シートフレーム８に支持される荷台２２は、荷物を積載する平坦な床部の前方側に、荷物を前方側に寄せて固定するための立設部３６を設けた構成とされる。立設部３６の下部の車幅方向中央には、リザーブタンク２１の一部を目視できる開口部３８が設けられ、これにより、車体の外方側から冷却水容量を確認することが可能となる。立設部３６は、乗員１００の背当てとして機能するようにしてもよい。荷台２２の後端部には、制動灯および方向指示器を一体的に形成した尾灯装置３７が取り付けられている。

連結機構２３によって前車体１ａに連結される後車体１ｂのベース部材２５には、主骨格となる下枠を構成するベースフレーム３２の上側に、該ベースフレーム３２による枠組の剛性を高めるサブフレーム３４を立設して構成される後部フレーム４７が接続される。サブフレーム３４は、ベース部材２５に取り付けられる駆動系電装部品４５を囲むように配設され、駆動系電装部品４５を外方より加えられる力から守る保護部材として機能する。そして、このベースフレーム３２とサブフレーム３４とに囲まれたスペースに、駆動モータ２４ａを内装したパワーユニット２４、駆動モータ２４ａを制御するモータ制御ユニットとしてのモータドライバ５０、燃料電池１８からの供給電圧を昇圧または降圧する電圧変換器（ＶＣＵ）５２のほか、各種の駆動系電装部品４５が隣接して集中配置されている。ベースフレーム３２には、後輪ＷＲの車軸２６を支持するための左右一対の車軸ホルダ３３が取り付けられている。

図４は、後部フレームを車両右側から見た斜視図である。この図では、後輪ＷＲを両輪とも取り外した状態を示す。前記したように、後部フレーム４７は、ベースフレーム３２による枠組の上部に、保護部材として機能するサブフレーム３４を取り付けた構成とされている。そして、ベースフレーム３２およびサブフレーム３４で囲まれた空間に、略直方体とされる大小の駆動系電装部品が、車体前方側から一列に並ぶように隣接配置されている。各種の電装部品は、車体前方側から、直流電流の電圧値を所定値に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ５１、前記電圧変換器５２、モータ制御ユニットとしてのメインＣＰＵ５３、前記過給機１６を駆動するための制御ドライバ５４、前記電動ポンプ１９を駆動するための制御ドライバ５５、複数のヒューズを収納するヒューズボックス５６の順に配列されている。本実施形態において、駆動モータ２４ａを制御するモータ制御ユニットは、前記モータドライバ５０とメインＣＰＵ５３とから構成されている。なお、モータ制御ユニットと、電圧変換器５２と、制御ドライバ５４，５５とは、一体のカバーに収納する等により一体的に形成することもできる。また、本実施形態では、後部フレーム４７の後部には連結パイプ等がなく、後部フレーム４７の後部が外方に開放された状態となっているので、後部フレームの内側にアクセスしやすく各種駆動系電装部品のメンテナンスが容易となる。

上記したように、本実施形態では、二次電池８５を収納する荷台２２が後輪ＷＲの上方に配設されており、かつ駆動モータ２４ａおよびモータ制御ユニットが、後車体１ｂの左右の後輪ＷＲの間に取り付けられているので、各電装部品が後輪ＷＲの近くに集中的に配置されることとなる。これにより、二次電池８５から、各電装部品を介してモータ制御ユニットおよび駆動モータ２４ａに至るまでの配線が短くて済むようになり、送電時の電力ロスを低減できる。また、駆動モータ２４ａおよびモータ制御ユニットが左右の後輪ＷＲの間に配置されるので、車体左右の重量バランスが良好な車体レイアウトが得られる。さらに、後車体１ｂは、旋回走行時でもバンクしないので、駆動モータ２４ａおよびモータ制御ユニットを左右方向の揺れから守ることができる。

上記したような配置構成によれば、多くの駆動系電装部品が集中的に取り付けられることで、各電装部品を互いに接続する配線が短縮されて、送電時の電力ロスを低減できるようになる。また、多くの電装部品が後車体に取り付けられるので、車体前方側の車体レイアウトの自由度が高められる。さらに、本実施形態では、モータ制御ユニット（モータドライバ５０およびメインＣＰＵ５３）と、電圧変換器５２と、制御ドライバ５４，５５とが集中的に隣接配置されている。これにより、駆動系電装部品の設置スペースを縮小しやすくなると共に、送電時の電力ロスを一層低減することができる。加えて、多数の電装部品を分散配置する構成に比して、組立工数の削減が可能となる。

左右一対のサブフレーム３４は、車幅方向に延びて各種電装部品の上方を守る保護部材としての連結パイプ３５で接続されており、これにより、後部フレーム４７の剛性もさらに高められることとなる。サブフレーム３４および連結パイプ３５からなる保護部材は、モータ制御ユニットを含む各種電装部品を囲むように後輪ＷＲとの間に配設されることで、これらを保護する機能を有する。また、連結パイプ３５には、車体前方側に延びて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５１を支持するステー３５ａが接合されている。なお、パワーユニット２４の後方側端部は、ベースフレーム３２の枠組より後方側に少し突出するように配置されているが、後輪ＷＲを取り付けた状態では、後輪ＷＲの後端部がより後方側に位置するので、パワーユニット２４が異物等に接触する可能性は少ない。

図５は、本発明の一実施形態の変形例に係る鞍乗型燃料電池車両の側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。本変形例に係る鞍乗型燃料電池車両２００は、前記実施形態に示した車両に対して荷台の構成のみが異なり、本変形例では、二次電池８５を収納する荷台２２ａが、後車体１ｂの上部に直接取り付けられている点に特徴がある。これにより、二次電池８５と各種駆動系電装部品がより一層近接して配置されることとなり、二次電池８５からの送電時の電力ロスを低減できるようになる。また、荷台２２ａによって後車体１ｂの上方が覆われるので、各駆動系電装部品の一層の保護を図ることができる。さらに、二次電池８５が後車体１ｂに直接取り付けられるので、二次電池８５を左右方向の揺れから守ることが可能となる。なお、シートフレーム８ａの後方側が短縮されることで軽量化を図ることができ、また、リザーブタンク２１が外部に露出するため、冷却水の容量点検や補充作業が容易となる。なお、荷台２２ａの形状は、荷物を当接させる立設部を設ける等、種々の変形が可能である。

駆動系電装部品の種類や形状、後車体に対する各種電装部品の配設位置および配設順序、後部フレームを構成するフレーム部材および保護部材の形状等は、上記実施形態に限られず種々の変更が可能である。例えば、後輪とモータ制御ユニットとの間に配設される保護部材は、電装部品全体を覆う板状部品等で構成してもよい。なお、電動三輪車両は、駆動モータへの電力供給源を二次電池のみとする構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係る電動三輪車両の側面図である。 本発明の一実施形態に係る電動三輪車両の上面図である。 電動三輪車両を左後方から見た斜視図である。 後部フレームを車両右側から見た斜視図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る電動三輪車両の側面図である。

符号の説明

１…鞍乗型燃料電池車両、１ａ…前車体、１ｂ…後車体、１６…過給機（アクチュエータ）、２１…電動ポンプ（アクチュエータ）、２２…荷台、２３…連結機構、２４…パワーユニット、２４ａ…駆動モータ、２５…ベース部材、３２…ベースフレーム、３４…サブフレーム（保護部材）、４５…駆動系電装部品、４７…後部フレーム、５０…モータドライバ（モータ制御ユニット）、５１…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５２…電圧変換器（ＶＣＵ）、５３…メインＣＰＵ（モータ制御ユニット）、５４…制御ドライバ（過給機用）、５５…制御ドライバ（電動ポンプ用）、８５…二次電池、ＷＲ…後輪

Claims (5)

1. 駆動輪に駆動力を与えるモータ（２４ａ）と、該モータ（２４ａ）を制御するモータ制御ユニット（５０）と、電力を蓄える二次電池（８５）と、駆動輪としての左右一対の後輪（ＷＲ）を軸支する後車体（１ｂ）と、前記後輪（ＷＲ）を接地させたまま１つの前輪（ＷＦ）を軸支する前車体（１ａ）が左右に傾斜できるように前記後車体（１ｂ）と前記前車体（１ａ）とを揺動自在に連結する連結機構（２３）とを備える電動三輪車両（１）において、
   前記二次電池（８５）は、前記前車体（１ａ）に支持されると共に前記後輪（ＷＲ）の上方に配置された荷台（２２）に収納されており、
   前記モータ制御ユニット（５０）は、少なくともモータドライバとＣＰＵとを含み、
   前記モータ（２４ａ）およびモータ制御ユニット（５０）が、前記後車体（１ｂ）において左右の後輪（ＷＲ）間に設けられており、
   燃料ガスと反応ガスの化学反応により発電する燃料電池（１８）を具備し、
   前記燃料電池（１８）は、前記前車体（１ａ）に設けられ、
   前記二次電池（８５）は、前記燃料電池（１８）で発電した電力を蓄え、
   前記燃料ガスを供給する水素ボンベ（１０Ｌ，１０Ｒ）が、前記前車体（１ａ）に設けられていることを特徴とする電動三輪車両。
2. 前記燃料電池（８５）からの供給電力を昇降圧する電圧変換器（５２）を備え、
   該電圧変換器（５２）が、前記後車体（１ｂ）において左右の後輪（ＷＲ）間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動三輪車両。
3. 少なくとも前記反応ガスを前記燃料電池（１８）に供給する過給機（１６）と前記燃料電池（１８）の冷却水を圧送する電動ポンプ（２１）とを含むアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御ドライバ（５４，５５）とを備え、
   前記制御ドライバ（５４，５５）は、前記後車体（１ｂ）において左右の後輪（ＷＲ）間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動三輪車両。
4. 前記モータ制御ユニット（５０）と、前記電圧変換器（５２）と、前記制御ドライバ（５４，５５）とが隣接して集中配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電動三輪車両。
5. 前記後車体（１ｂ）には、左右の後輪（ＷＲ）間に取り付けられた電装部品の少なくとも一部の外方を囲む保護部材（３４）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動三輪車両。

Images