JP6074840B2 - 車輌 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動用モータを動力源として走行する車輌に関する。
従来、ラジエータとモータ等の発熱部との間で冷却媒体を循環させることにより、発熱部を冷却する電気自動車が知られている(例えば、特許文献1)。
特許文献1の電気自動車では、車輌のフロアパネルの下方にバッテリ及びモータを配置し、フロアパネルの上方に充電器等を収納した筐体を配置している。そして、特許文献1の電気自動車では、ラジエータで冷却された冷却媒体が冷却管を流れることにより、冷却管に接続されているモータ、充電器、DC−DCコンバータ及びインバータを冷却している。
特開2011−230530号公報
しかしながら、特許文献1においては、ラジエータで冷却した冷却媒体を冷却管に流すことにより発熱部を冷却するので、冷却管及びラジエータを車輌に搭載することが必須であり、駆動用モータを動力源として走行する電気自動車等の車輌の製造コストが増大するという問題がある。
本発明の目的は、外部から取り入れた空気により発熱部を冷却することにより、製造コストを低減することができる車輌を提供することである。
本発明にかかる車輌は、駆動用モータを動力源として走行する車輌であって、前記車輌の進行方向の前方に位置する部分に、外部から空気を取り入れる空気取入口と、前記車輌の進行方向の後方に位置する部分に、前記空気取入口から取り入れた空気を外部に排出する空気排出口と、外気と前記空気取入口から取り入れられる空気とにより冷却される発熱部と、前記空気取入口から取り入れられた空気の流路に面するとともに前記流路に沿って平坦な平坦面と、前記車輌の外底面を形成するとともに外部に向かってかつ前記平坦面と反対側に向かって凸状に湾曲する湾曲面とを備える筐体と、を有し、前記発熱部は、前記筐体内に設けられる。
本発明によれば、外部から取り入れた空気により発熱部を冷却することにより、製造コストを低減することができる。
本発明の実施の形態1に係る車輌の断面図 本発明の実施の形態1に係る車輌の正面図 図1のX−X線断面図 本発明の実施の形態1に係る車輌の制御ユニットの斜視図 本発明の実施の形態2に係る車輌の要部斜視図 本発明の実施の形態3に係る車輌の要部斜視図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
<車輌の構成>
本発明の実施の形態1に係る車輌100の構成について、図1〜図4を用いて説明する。なお、図3及び図4において、白抜き矢印は空気の流れを示し、実線矢印は電流の流れを示す。
車輌100は、筐体である車体101と、駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とから主に構成されている。車輌100は、HEV(Hybrid Electric Vehicle)、PEV(Plug-in Electric Vehicle)またはEV(Electric Vehicle)といった電池107の電力で走行する自動車である。ここで、発熱部は、駆動用モータ105、インバータ106、電池107、及び充電器108である。
車体101は、車輌100の外形を形成している。車体101には、車輌100の走行時に外部から空気を取り入れる空気取入口102、及び空気取入口102から取り入れた空気を外部に排出する空気排出口103が設けられている。
空気取入口102は、車体101において車輌100の進行方向の前方に開口して設けられている。空気取入口102は、車輌100が走行した際に車輌100の前方の空気を流路104に取り入れる。
空気排出口103は、車体101において車輌100の進行方向の後方に開口して設けられている。空気排出口103は、流路104の前方から後方に向かって流れる空気を車輌100の後方に排出する。
流路104は、車体101の底面側に設けられ、空気取入口102と空気排出口103とを接続する空洞である。流路104は、空気取入口102から取り入れられた空気が空気排出口103に向かって流れる際の空気の通り道になっている。流路104は、車室内のフロアー112より底面側に設けられている。
駆動用モータ105は、車輌100が走行する際の動力源であり、インバータ106より交流電力の供給を受けることにより車輪111を回転させて車輌100を走行させる。駆動用モータ105は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように車体101に収納されている。具体的には、駆動用モータ105は、上面105a及び前面105bが流路104を流れる空気により冷却され、底面105cが車輌100の外部の外気により冷却されるように車体101に収納されている。この際、駆動用モータ105の上面105a及び前面105bは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、流路104と駆動用モータ105との間に設けられた遮蔽物を介して間接的に冷却されてもよい。また、駆動用モータ105の底面105cは、車体101の底面を介して間接的に冷却される。なお、上記遮蔽物及び車体101の底面は、熱伝導率のよい材料により形成されていることが好ましい。
駆動用モータ105は、空気取入口102から取り入れられた空気により最初に冷却されるように先頭に配置され、インバータ106、電池107、及び充電器108よりも前方に位置している。駆動用モータ105を先頭に配置する理由は、発熱部である駆動用モータ105、インバータ106、電池107、及び充電器108のうち、駆動用モータ105が最も発熱するため、空気取入口102から取り入れた比較的低温の空気により駆動用モータ105を最初に冷却するのが好ましいからである。
インバータ106は、電池107より供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を駆動用モータ105に供給する。インバータ106は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように車体101に収納されている。具体的には、インバータ106は、上面106aが流路104を流れる空気により冷却され、底面106bが車輌100の外部の外気により冷却されるように車体101に収納されている。この際、インバータ106の上面106aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、流路104とインバータ106との間に設けられた遮蔽物を介して間接的に冷却されてもよい。また、インバータ106の底面106bは、車体101の底面を介して間接的に冷却される。なお、上記遮蔽物は、熱伝導率のよい材料により形成されていることが好ましい。
電池107は、充電器108より供給される直流電力を蓄積し、必要に応じて、蓄積している直流電力をインバータ106に供給する。電池107は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように車体101に収納されている。具体的には、電池107は、上面107aが流路104を流れる空気により冷却され、底面107bが車輌100の外部の外気により冷却されるように車体101に収納されている。この際、電池107の上面107aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、流路104と電池107との間に設けられた遮蔽物を介して間接的に冷却されてもよい。また、電池107の底面107bは、車体101の底面を介して間接的に冷却される。なお、上記遮蔽物は、熱伝導率のよい材料により形成されていることが好ましい。
充電器108は、図示しない外部の商用電源または急速充電器に接続して電池107に直流電力を蓄えさせることにより電池107を充電する。充電器108は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように車体101に収納されている。具体的には、充電器108は、上面108aが流路104を流れる空気により冷却され、底面108bが車輌100の外部の外気により冷却されるように車体101に収納されている。この際、充電器108の上面108aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、流路104と充電器108との間に設けられた遮蔽物を介して間接的に冷却されてもよい。また、充電器108の底面108bは、車体101の底面を介して間接的に冷却される。なお、上記遮蔽物は、熱伝導率のよい材料により形成されていることが好ましい。
駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とはユニット化されて制御ユニットを構成している。各発熱部における発熱による温度上昇は、駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108の順に小さくなる。従って、車輌100では、空気取入口102から空気排出口103に向かって、駆動用モータ105、インバータ106、電池107、及び充電器108の順に配置することにより、高温に成り易い発熱部から順番に冷却することができる。また、図4において実線矢印で示すように、電流は、充電器108、電池107、インバータ106、駆動用モータ105の順番に流れる。従って、駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とを上記の順番に配置することにより、電流の流れに沿った配置にすることができ、電流を流すための配線の長さを最短にすることができる。
<発熱部の冷却方法>
本発明の実施の形態1における冷却方法について、図1〜図4を用いて説明する。
車輌100が前方に向かって走行することにより、車輌100の前方の空気が空気取入口102から流路104に取り入れられる(矢印A)。
流路104に取り入れられた空気は、車輌100の前方への走行に伴って、空気排出口103に向かって流路104を流れる。
駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とは、流路104を流れる空気と、車輌100の外底面を流れる外気とに当たることにより冷却される。
そして、流路104を流れることにより駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とを冷却した空気は、空気排出口103より車輌100の後方に排出される(矢印B)。
<実施の形態1の効果>
本実施の形態によれば、外部から取り入れた空気により駆動用モータ等の発熱部を冷却することにより、ラジエータ及び冷却管を無くせるので、製造コストを低減することができる。
また、本実施の形態によれば、ラジエータ及び冷却管を無くせるので、車輌内の居住スペースを広くすることができるとともに、車載機器の配置の自由度を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、液体である冷却媒体により発熱部を冷却しないので、冷却媒体が漏れ出すことによる漏電を確実に防ぐことができる。
また、本実施の形態によれば、車輌のスピードが速いほど空気取入口から取り入れる空気の量を多くすることができるので、車輌のスピードが速いほど高温度になる駆動用モータを確実に冷却することができる。
また、本実施の形態では、空気取入口102から空気排出口103に向かって駆動用モータ105、インバータ106、電池107、充電器108の順番に配置する。これにより、本実施の形態によれば、各装置を接続する配線の長さを最短にすることができるとともに、高温に成り易い発熱部から順番に冷却することができる。
また、本実施の形態によれば、発熱部のうち最も発熱する駆動用モータを最初に空気及び外気に当たる先頭に配置したので、駆動用モータを確実に冷却することができる。
<実施の形態1の変形例>
本実施の形態において、車体に空気取入口及び空気排出口を設けるとともに各発熱部を収納したが、車体とは別体の筐体に空気取入口及び空気排出口を設けるとともに各発熱部を収納し、この筐体を車輌の車体に取り付けてもよい。この場合、ガソリンエンジンで走行する車輌を駆動用モータ105で走行する車輌に改造する際に、ガソリンエンジンに代えて筐体を設けることができ、上記改造を容易に行うことができる。
(実施の形態2)
<筐体の構成>
本発明の実施の形態2における筐体501の構成について、図5を用いて説明する。なお、図5において、図1〜図4と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
筐体501は、図示しない車輌の車体の底面に取り付けられる。筐体501には、車輌の走行時に外部から空気を取り入れる空気取入口102、及び空気取入口102から取り入れた空気を外部に排出する空気排出口103及び空気排出口502が設けられている。
空気取入口102は、筐体501において、車輌の進行方向の前方に位置する部分に開口して設けられている。空気取入口102は、車輌が走行した際に車輌の前方の空気を流路104に取り入れる。
空気排出口103は、筐体501において、車輌の進行方向の後方に位置する部分に開口して設けられている。空気排出口103は、流路104を前方から後方に向かって流れる空気を、車輌の進行方向の後方に排出する。
空気排出口502は、筐体501において、車輌の進行方向の側方に位置する部分に開口して設けられている。空気排出口502は、流路104を前方から側方に向かって流れる空気を、車輌の進行方向の側方に排出する。
流路104は、筐体501に設けられ、空気取入口102と、空気排出口103及び空気排出口502とを接続する空洞である。流路104は、空気取入口102から取り入れられた空気が空気排出口103及び空気排出口502に向かって流れる際の通り道になっている。
<発熱部の冷却方法>
本発明の実施の形態2における冷却方法について、図5を用いて説明する。
車輌500が前方に向かって走行することにより、車輌の前方の空気が空気取入口102から流路104に取り入れられる(矢印C)。
流路104に取り入れられた空気は、車輌500の前方への走行に伴って、空気排出口103及び空気排出口502に向かって流路104を流れる(図5の破線の矢印)。
駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とは、流路104を流れる空気と、筐体501の底面を流れる外気とに当たることにより冷却される。
そして、流路104を流れることにより駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とを冷却した空気は、空気排出口103より車輌500の後方に排出されるとともに(矢印D)、空気排出口502より車両の側方に排出される(矢印E)。
<実施の形態2の効果>
本実施の形態によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、筐体において、車輌の進行方向の側方に位置する部分にも空気排出口を設けることにより、流路における空気の流れを複雑にすることができ、発熱部をさらに確実に冷却することができる。
また、本実施の形態によれば、車体とは別体の筐体を設けることにより、ガソリンエンジンで走行する車輌を駆動用モータで走行する車輌に改造する際に、ガソリンエンジンに代えて筐体を設けることができ、上記改造を容易に行うことができる。
<実施の形態2の変形例>
本実施の形態において、空気排出口を車輌の進行方向の後方と側方との両方に設けたが、空気排出口を車輌の進行方向の側方のみに設けてもよい。
また、本実施の形態において、車体とは別体の筐体を設けたが、筐体を車体と一体に形成してもよい。
(実施の形態3)
<筐体の構成>
本発明の実施の形態3における筐体601の構成について、図6を用いて説明する。なお、図6において、図1〜図4と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図6において、空気取入口102及び空気排出口103は、記載を省略している。
筐体601は、図示しない車輌の車体の底面に取り付けられる。筐体601には、車輌の走行時に外部から空気を取り入れる空気取入口102、及び空気取入口102から取り入れた空気を外部に排出する空気排出口103が設けられている。
筐体601には、駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とが収納されている。筐体601には、流路104(図6では省略)に面するとともに流路104に沿って平坦な平坦面611と、車輌の外底面を形成するとともに外部に向かってかつ平坦面611と反対側に向かって凸状に湾曲する湾曲面612とが形成されている。筐体601は、熱伝導性のよい材料により形成されていることが好ましい。
空気取入口102は、筐体601において、車輌の進行方向の前方に位置する部分に開口して設けられている。空気取入口102は、車輌が走行した際に車輌の前方の空気を流路104に取り入れる。
空気排出口103は、筐体601において、車輌の進行方向の後方に位置する部分に開口して設けられている。空気排出口103は、流路104を前方から後方に向かって流れる空気を、車輌の進行方向の後方に排出する。なお、流路104における空気の流れは後述する。
駆動用モータ105は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように、平坦面611と湾曲面612との間において筐体601に収納されている。具体的には、駆動用モータ105は、上面105aが平坦面611に沿って流れる空気により冷却され、前面105b及び底面105cが湾曲面612に沿って流れる外気により冷却されるように筐体601に収納されている。この際、駆動用モータ105の上面105aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、筐体601を介して間接的に冷却されてもよい。また、駆動用モータ105の前面105b及び底面105cは、筐体601を介して間接的に冷却される。
駆動用モータ105は、駆動用モータ105を効率よく冷却するためには、湾曲面612の曲面に合わせて底面105cを湾曲させることが好ましい。なお、駆動用モータ105における上記以外の構成は上記実施の形態1と同一であるので、その説明を省略する。
インバータ106は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように、平坦面611と湾曲面612との間において筐体601に収納されている。具体的には、インバータ106は、上面106aが平坦面611に沿って流れる空気により冷却され、底面106bが湾曲面612に沿って流れる外気により冷却されるように筐体601に収納されている。この際、インバータ106の上面106aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、筐体601を介して間接的に冷却されてもよい。また、インバータ106の底面106bは、筐体601を介して間接的に冷却される。
インバータ106は、インバータ106を効率よく冷却するためには、湾曲面612の曲面に合わせて底面106bを湾曲させることが好ましい。なお、インバータ106における上記以外の構成は上記実施の形態1と同一であるので、その説明を省略する。
電池107は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように、平坦面611と湾曲面612との間において筐体601に収納されている。具体的には、電池107は、上面107aが平坦面611に沿って流れる空気により冷却され、底面107bが湾曲面612に沿って流れる外気により冷却されるように筐体601に収納されている。この際、電池107の上面107aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、筐体601を介して間接的に冷却されてもよい。また、電池107の底面107bは、筐体601を介して間接的に冷却される。
電池107は、電池107を効率よく冷却するためには、湾曲面612の曲面に合わせて底面107bを湾曲させることが好ましい。なお、電池107における上記以外の構成は上記実施の形態1と同一であるので、その説明を省略する。
充電器108は、外気と空気取入口102から取り入れられた空気とにより冷却されるように、平坦面611と湾曲面612との間において筐体601に収納されている。具体的には、充電器108は、上面108aが平坦面611に沿って流れる空気により冷却され、底面108bが湾曲面612に沿って流れる外気により冷却されるように筐体601に収納されている。この際、充電器108の上面108aは、流路104を流れる空気が直接当たることにより冷却されてもよいし、筐体601を介して間接的に冷却されてもよい。また、充電器108の底面108bは、筐体601を介して間接的に冷却される。
充電器108は、充電器108を効率よく冷却するためには、湾曲面612の曲面に合わせて底面108bを湾曲させることが好ましい。なお、充電器108における上記以外の構成は上記実施の形態1と同一であるので、その説明を省略する。
<発熱部の冷却方法>
本発明の実施の形態3における冷却方法について、図6を用いて説明する。
本実施の形態に係る車輌が前方に向かって走行することにより、車輌の外部前方の空気が空気取入口102から流路104に取り入れられる。
流路104に取り入れられた空気は、車輌の走行に伴って、空気排出口103に向かって流路104を流れる(矢印F)。
また、車輌の走行に伴って、外気が湾曲面612に沿って流れる(矢印G)。
駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とは、平坦面611に沿って流路104を流れる空気(矢印Fの空気)と、湾曲面612に沿って流れる外気(矢印Gの外気)とに当たることにより冷却される。
そして、流路104を流れることにより駆動用モータ105と、インバータ106と、電池107と、充電器108とを冷却した空気は、空気排出口103より車輌の外部後方に排出される。
この際、平坦面611に沿って流路104を流れる空気(矢印Fの空気)の流速は、湾曲面612に沿って流れる外気(矢印Gの外気)の流速よりも速い。この結果、平坦面611に沿って流路104を流れる空気の気圧は、湾曲面612に沿って流れる外気の気圧よりも高くなる。従って、本実施の形態に係る車輌では、筐体601を下方向(地面方向)に押し付ける力Wが働く。この結果、本実施の形態に係る車輌では、ダウンフォースを得ることができる。
<実施の形態3の効果>
本実施の形態では、流路に面するとともに流路に沿って平坦な平坦面と、車輌の外底面を形成するとともに外部に向かってかつ平坦面と反対側に向かって凸状に湾曲する湾曲面とを筐体に形成する。これにより、本実施の形態によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、ダウンフォースを得ることができるので、車輌が安定した走行を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、ダウンフォースを得るための専用部材を設けることなくダウンフォースを得ることができる。
また、本実施の形態によれば、車体とは別体の筐体を設けることにより、ガソリンエンジンで走行する車輌を駆動用モータで走行する車輌に改造する際に、ガソリンエンジンに代えて筐体を設けることができ、上記改造を容易に行うことができる。
<実施の形態3の変形例>
本実施の形態において、車体とは別体の筐体を設けたが、筐体を車体と一体に形成してもよい。
<全ての実施の形態に共通の変形例>
上記実施の形態1〜実施の形態3において、流路を流れる空気及び外気により駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器を冷却したが、流路を流れる空気及び外気により駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器のうちの一部を冷却してもよい。例えば、流路を流れる空気及び外気により駆動用モータのみを冷却してもよい。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、車体の正面に空気取入口を設けたが、車体の側面に空気取入口を設けてもよい。この際には、空気取入口から流路に空気を取り込み易くするために、空気取入口の外周囲に空気取入口に空気を呼び込むためのガイド部材を設けることができる。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、流路を流れる空気と外気とにより冷却したが、流路を流れる空気のみにより冷却してもよい。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、空気取入口から空気排出口に向かって駆動用モータ、インバータ、電池、充電器の順番になるように配置したが、順番を入れ替えてもよい。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器をユニット化したが、ユニット化しなくてもよい。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器を冷却したが、駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器以外の発熱部を冷却してもよい。
また、上記実施の形態1〜実施の形態3において、駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器の各々における、流路を流れる空気及び外気により最初に冷却される面は、駆動用モータ、インバータ、電池、及び充電器の配置を変更することにより、適宜選択することができる。
本発明は、駆動用モータを動力源として走行する車輌に好適である。
100 車輌
101 車体
102 空気取入口
103 空気排出口
104 流路
105 駆動用モータ
106 インバータ
107 電池
108 充電器
111 車輪
112 フロアー

Claims (5)

  1. 駆動用モータを動力源として走行する車輌であって、
    前記車輌の進行方向の前方に位置する部分に、外部から空気を取り入れる空気取入口と、
    前記車輌の進行方向の後方に位置する部分に、前記空気取入口から取り入れた空気を外部に排出する空気排出口と、
    外気と前記空気取入口から取り入れられる空気とにより冷却される発熱部と、
    前記空気取入口から取り入れられた空気の流路に面するとともに前記流路に沿って平坦な平坦面と、前記車輌の外底面を形成するとともに外部に向かってかつ前記平坦面と反対側に向かって凸状に湾曲する湾曲面とを備える筐体と、を有し、
    前記発熱部は、前記筐体内に設けられる、
    車輌。
  2. 前記発熱部は、
    前記駆動用モータである、
    請求項記載の車輌。
  3. 前記発熱部は、
    前記駆動用モータと、
    直流電力を交流電力に変換して前記駆動用モータに供給することにより前記駆動用モータを駆動させるとともに、前記空気取入口から取り入れられた空気と外気とにより冷却されるインバータと、
    前記インバータに直流電力を供給するとともに、前記空気取入口から取り入れられた空
    気と外気とにより冷却される電池と、
    前記電池を充電するとともに、前記空気取入口から取り入れられた空気と外気とにより冷却される充電器と、
    である、
    請求項記載の車輌。
  4. 前記筐体は、
    前記空気取入口から前記空気排出口に向けて、前記駆動用モータ、前記インバータ、前記電池、前記充電器の順番に配置する、
    請求項記載の車輌。
  5. 前記車輌の進行方向の側方に位置する部分に空気排出口をさらに有する、
    請求項1記載の車輌。
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