JP5217315B2 - 水陸両用車 - Google Patents

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。

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。
特開平０５−２０８６０５号公報 特開平０９−１３６５１９号公報 特開平０５−００８６２１号公報 特開平０５−０２４４２０号公報 特開２０００−０７１７０４号公報 特開２００４−３０６９５３号公報 特開２００２−２１１２２３号公報

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。

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。

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、発電機と、該発電機が発生した電力を充電するバッテリと、該バッテリの端子電圧が所定のしきい値を下回ると、発電機を駆動するエンジンと、発電機が発生する電力あるいは／及び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、発電機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、水上航行時の走行方向を設定する水上航行用操舵装置とを具備する、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２の手段において、ポッド推進器は二重反転方式のポッド推進器である、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、単一の電動機を前記水上航行用電動機あるいは前記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５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、共通の操作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。

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、エンジンで発電機を駆動してバッテリに充電すると共に発電機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及び水上航行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。

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。

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、エンジン２、発電機３、整流器４、バッテリ５、本体用インバータ６、本体用モータ７、ディファレンシャルギヤ８、後輪９、ハンドル１０、連結機構１１ａ，１１ｂ、前輪１２及び車両制御装置１７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１３、ＰＯＤ用インバータ１４、ＰＯＤ用モータ１５及びプロペラ１６を備えている。

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、つまりエンジン２、発電機３、整流器４、バッテリ５、本体用インバータ６、本体用モータ７、ディファレンシャルギヤ８、後輪９、ハンドル１０、連結機構スイッチ１１ａ，１１ｂ及び前輪１２を支持するためのものである。エンジン２は、車両制御装置１７による制御の下で発電機３を駆動する動力源であり、いわゆる「自動車」として道路上を走行する車両が備えている内燃機関（例えばガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン）である。

発電機３は、上記エンジン２によって駆動されることにより所定周波数の交流電力を発生させるものであり、当該交流電力を整流器４に出力する。整流器４は、上記交流電力を整流して直流電力に変換してバッテリ５及び本体用インバータ６に出力する。バッテリ５は、負荷として接続された本体用インバータ６及びＰＯＤ用インバータ１３の負荷状況に応じて上記直流電力を蓄電／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。

本体用インバータ６は、車両制御装置１７による制御の下で上記整流器４から供給される直流電力あるいは／及びバッテリ５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７を駆動する駆動装置である。本体用モータ７は、本体用インバータ６から供給される陸上走行用駆動電力によって後輪９（ディファレンシャルギヤ８をを介して）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。

ディファレンシャルギヤ８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７の駆動力を左右の後輪９に個別に伝達する。後輪９は、左右一対からなる駆動輪であ、ディファレンシャルギヤ８を介して本体用モータ７から伝達される動力によって回転する。ハンドル１０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１１ａを介して前輪１２に接続されると共に、連結機構１１ｂを介して旋回機構Ａ３に接続される。

連結機構１１ａは、ハンドル１０と前輪１２との機械的な接続をＯＮ／ＯＦＦするものであり、車両制御装置１７によって制御される。すなわち、連結機構１１ａ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１２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１０と前輪１２との機械的な接続を乖離する状態に設定される。

連結機構１１ｂは、ハンドル１０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１１ａと同様に車両制御装置１７によって制御される。すなわち、連結機構１１ａは、上記連結機構１１ａ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１０と旋回機構Ａ３とを機械的に接続する状態に設定される。

前輪１２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１０の操作に応じて車体１に対する向きが変更される。
なお、本水陸両用車Ａは、フロントエンジン・リヤドライブ方式（ＦＲ方式）を採用しており、つまり重量物である上記エンジン２は車体１の前部に配置され、かつ後輪９を駆動輪とするように構成されている。

続いて、ＰＯＤ筐体１３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１３の先端部には、図示するようにプロペラ１６が取り付けられている。

旋回機構Ａ３は、ハンドル１０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１６の回転面に直行する向きでＰＯＤ筐体１３の中心軸線方向（推進方向）を設定する。

ＰＯＤ用インバータ１４は、車両制御装置１７による制御の下で上記整流器４から供給される直流電力あるいは／及びバッテリ５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１５を駆動する駆動装置である。ＰＯＤ用モータ１５は、上記ＰＯＤ用インバータ１４から供給される水上航行用駆動電力によってプロペラ１６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１６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。

車両制御装置１７は、本水陸両用車Ａの全体動作を制御するものである。本水陸両用車Ａは、例えばバッテリ５の端子電圧に基づくエンジン２の起動／停止制御、運転員の操作指示に基づく連結機構１１ａ，１１ｂ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６及び本体用インバータ６の動作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。

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１７は、ポッド推進器Ａ２を車体１内に収納させ、また連結機構１１ａをＯＮ状態かつ連結機構１１ｂをＯＦＦ状態に設定し、また本体用インバータ６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９及び前輪１２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１０の操作によって走行方向が設定され、また後輪９に動力が伝達される状態となる。

そして、車両制御装置１７は、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合、エンジン２を停止状態とし、バッテリ５から本体用インバータ６に供給される直流電力によって当該本体用インバータ６を駆動させる。そして、本体用インバータ６は、このようにしてバッテリ５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７に供給することにより、当該本体用モータ７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７の回転動力によって後輪９が回転することにより、本水陸両用車Ａは陸上を走行する。

一方、車両制御装置１７は、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、エンジン２を起動して発電機３を駆動することにより、整流器４を介してバッテリ５に直流電力を供給（充電）すると共に本体用インバータ６に直流電力を供給して本体用モータ７を駆動させる。この結果、後輪９は、エンジン２によって駆動される発電機３の電力に基づいて回転する。

すなわち、本水陸両用車Ａは、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は、バッテリ５から本体用インバータ６に供給される直流電力に基づいて走行し、一方、バッテリ５の端子電圧が上記所定のしきい値を下回る場合には、エンジン２によって駆動される発電機３の電力に基づいて走行する。

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１７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１１ａをＯＦＦ状態かつ連結機構１１ｂをＯＮ状態に設定し、またＰＯＤ用インバータ１４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１０の操作によって航行方向が設定され、またプロペラ１６に動力が伝達される状態となる。

そして、車両制御装置１７は、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合、エンジン２を停止状態とし、バッテリ５からＰＯＤ用インバータ１４に供給される直流電力によって当該ＰＯＤ用インバータ１４を駆動させる。そして、ＰＯＤ用インバータ１４は、このようにしてバッテリ５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１５に供給することにより、当該ＰＯＤ用モータ１５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１５の回転動力によってプロペラ１６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。

一方、車両制御装置１７は、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、エンジン２を起動して発電機３を駆動することにより、整流器４を介してバッテリ５に直流電力を供給（充電）すると共にＰＯＤ用インバータ１４に直流電力を供給してＰＯＤ用モータ１５を駆動させる。この結果、プロペラ１６は、エンジン２によって駆動される発電機３の電力に基づいて回転する。

すなわち、本水陸両用車Ａは、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は、バッテリ５からＰＯＤ用インバータ１４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５の端子電圧が上記所定のしきい値を下回る場合には、エンジン２によって駆動される発電機３の電力に基づいて航行する。

このような第1実施形態によれば、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は、エンジン２を停止させてバッテリ５の電力によって本体用モータ７あるいはＰＯＤ用モータ１５を駆動し、一方、バッテリ５の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、エンジン２で発電機を駆動してバッテリ５に充電すると共に発電機３の電力によって本体用モータ７あるいはＰＯＤ用モータ１５を駆動するので、エンジン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。

〔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。
本水陸両用車Ｂは、二重反転方式のポッド推進器Ｂ２を備えた点において上記第1実施形態の水陸両用車Ａと相違する。したがって、本水陸両用車Ｂにおいて第1実施形態の水陸両用車Ａと同一の機能構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

本水陸両用車Ｂの車両本体Ｂ１は、車体１、エンジン２、発電機３、整流器４、バッテリ５、本体用インバータ６、本体用モータ７、ディファレンシャルギヤ８、後輪９、ハンドル１０、連結機構１１ａ，１１ｂ、前輪１２に加え、クラッチ１８，１９及びプロペラ２０を備えている。

追加構成要素であるクラッチ１８，１９及びプロペラ２０のうち、クラッチ１８は、本体用モータ７とディファレンシャルギヤ８との間に設けられ、車両制御装置による制御に基づいて両者の連結／乖離を行う。クラッチ１９は、本体用モータ７とプロペラ２０との間に設けられ、車両制御装置による制御に基づいて両者の連結／乖離を行う。プロペラ２０（主プロペラ）は、プロペラ１６（副プロペラ）の前方かつ同一回転中心となるように車両本体Ｂ１の底部に収納自在に設けられており、本体用モータ７の回転動力によって回転する。

本水陸両用車Ｂのポッド推進器Ｂ２は、ＰＯＤ筐体１３、ＰＯＤ用インバータ１４、ＰＯＤ用モータ１５及びプロペラ１６に加え、上記車両本体Ｂ１に備えられたプロペラ２０によって構成される二重反転方式であり、同一回転中心となるように併設された一対のプロペラ１６，２０は、お互いの回転方向が異なるように回転駆動される。

すなわち、陸上走行する場合、車両制御装置は、ポッド推進器Ａ２を車体１内に収納させ、また連結機構１１ａをＯＮ状態かつ連結機構１１ｂをＯＦＦ状態に設定し、整流器４及びバッテリ５に本体用インバータ６のみを接続させ、さらにクラッチ１８を接続状態かつクラッチ１９を乖離状態とする。この結果、本水陸両用車Ｂは、ポッド推進器ｂ２が後輪９及び前輪１２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１０の操作によって走行方向が設定され、また一対のプロペラ１６，２０には動力が伝達されず後輪９のみに動力が伝達される。

一方、水上航行する場合、車両制御装置は、ポッド推進器Ｂ２及びプロペラ２０を車体１の底部から下方に突出させ、また連結機構１１ａをＯＦＦ状態かつ連結機構１１ｂをＯＮ状態に設定し、また整流器４及びバッテリ５に本体用インバータ６及びＰＯＤ用インバータ１４を接続させ、さらにクラッチ１８を乖離状態かつクラッチ１９を接続状態とする。この結果、本水陸両用車Ｂは、水上航行が可能な状態となり、運転者によるハンドル１０の操作によって航行方向が設定され、またプロペラ１６，２０に動力が伝達される。

このような二重反転方式のポッド推進器Ｂ２を備えた本水陸両用車Ｂによれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、二重反転方式のポッド推進器Ｂ２を備えるので、第1実施形態の水陸両用車Ａよりも推進抵抗を低減することができる。

〔第３実施形態〕
さらに、第３実施形態について説明する。
図３は、第３実施形態に係る水陸両用車Ｃ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Ｃは、上述した第２実施形態の水陸両用車Ｂからポッド推進器Ｂ２を削除する一方、プロペラ２０に代えてプロペラ２０Ｃを備え、また旋回機構Ａ３に代えて舵２１を連結機構１１ｂに接続したものである。

プロペラ２０Ｃは車体１の後端に設けられ、舵２１はプロペラ２０Ｃ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Ｃは、プロペラ２０Ｃの推力のみにより水上を航行すると共に、舵２１によって航行方向が設定される。

このような本水陸両用車Ｃ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７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。

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、フロントエンジン・リヤドライブ方式（ＦＲ方式）を採用しているが、これに代えてフロントエンジン・フロントドライブ方式（ＦＦ方式）を採用しても良い。
（２）上記各実施形態では、プロペラ１６，２０，２０Ｃ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１６，２０，２０Ｃ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。

（３）上記各実施形態では、発電機３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５を用いたが、このバッテリ５に代えて大容量キャパシタを用いても良い。
（４）上記第２実施形態では、二重反転方式のポッド推進器Ｂ２を構成するプロペラ２０（主プロペラ）を車体１に備える構成としたが、主プロペラをＰＯＤ筐体１３に設けるようにして、２つの水中推進用モータで２つのプロペラを二重反転駆動してもよい。
（５）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。

本発明の第１実施形態に係わる水陸両用車の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係わる水陸両用車の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係わる水陸両用車の機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ，Ｃ…水陸両用車、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１…車両本体、Ａ２，Ｂ２…ポッド推進器、Ａ３…旋回機構、１…車体、２…エンジン、３…発電機、４…整流器、５…バッテリ、６…本体用インバータ、７…本体用モータ、８…ディファレンシャルギヤ、９…後輪、１０…ハンドル、１１ａ，１１ｂ…連結機構、１２…前輪、１３…ＰＯＤ筐体、１４…ＰＯＤ用インバータ、１５…ＰＯＤ用モータ、１６，２０，２０Ｃ…プロペラ、１７…車両制御装置、１８，１９…クラッチ、２１…舵

Claims (2)

1. 発電機と、
   該発電機が発生した電力を充電するバッテリと、
   該バッテリの端子電圧が所定のしきい値を下回ると、前記発電機を駆動するエンジンと、
   前記発電機が発生する電力あるいは／及び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、
   前記発電機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前記陸上走行用電動機を駆動することにより主プロペラに推力を発生させると共に水上航行用電動機を駆動して副プロペラに推力を発生させる二重反転方式のポッド推進器と、
   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、
   水上航行時の走行方向を設定する水上航行用操舵装置と
   を具備することを特徴とする水陸両用車。
2. 共通の操作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ことを特徴とする請求項１記載の水陸両用車。

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