JP6418064B2 - 燃料電池自動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池が発生させる電力で走行する燃料電池自動二輪車に関する。

従来、燃料電池が発生させる電力で走行する燃料電池自動二輪車が知られている。上記の燃料電池は、酸素と水素（燃料）の化学反応によって電力を発生させる。そのため、燃料電池自動二輪車には、通常、酸素を含む空気を燃料電池に供給するための機構が設けられている。

例えば、特許文献１には、車両を走行させるための駆動力を発生させる駆動モーター（特許文献１の「モータ３」参照）と、駆動モーターに供給される電力を発生させる燃料電池（特許文献１の「セルスタック体７」参照）と、燃料電池へと空気を導くための吸気ダクト（特許文献１の「空気入口ダクト１３ａ」参照）と、吸気ダクト内の空気を燃料電池へと向かわせるファン（特許文献１の「送風ファン２７」参照）と、を備えた燃料電池自動二輪車が開示されている。

特開２００１−１３０４６８号公報

特許文献１のようにファンを用いて燃料電池に空気を供給すると、ファンから作動音（風切音）が発生し、燃料電池自動二輪車の静粛性が低下する。このような静粛性の低下を回避するためには、吸気ダクトにレゾネーター（消音装置）を接続するのが有効な手段であるが、十分な容量を有するレゾネーターの設置スペースを確保するのは難しいのが現状である。

そこで、本発明は上記の事情を考慮し、ファンの作動音を効果的に低減させることを目的とする。

本発明の燃料電池自動二輪車は、車両を走行させるための駆動力を発生させる駆動モーターと、前記駆動モーターに供給される電力を発生させる燃料電池と、前記燃料電池へと空気を導くための吸気ダクトと、前記吸気ダクト内の空気を前記燃料電池へと向かわせるファンと、前記吸気ダクトに接続され、前記ファンの作動音を低減させるレゾネーターと、を備え、前記レゾネーターは、前記吸気ダクトの下方且つ後輪の前方に設けられていることを特徴とする。

上記のように吸気ダクトに接続されるレゾネーターによってファンの作動音を低減させることで、燃料電池自動二輪車の静粛性を向上させることが可能となる。

また、吸気ダクトの下方且つ後輪の前方にある比較的大きなスペースをレゾネーターの設置スペースとして利用することで、他の部品とレゾネーターの干渉を抑制しつつ、十分な容量を有するレゾネーターを設置することができる。そのため、ファンの作動音を効果的に低減させることが可能となり、燃料電池自動二輪車の静粛性を更に向上させることができる。

前記レゾネーターの後面は、前記後輪の外周面に対向すると共に、前方に向かって凹んでいても良い。

このような構成を採用することで、レゾネーターの後面が後輪の外周面に接触するのを抑制することができる。

前記燃料電池自動二輪車は、前記後輪を回転可能に支持するスイングアームと、前記スイングアームを揺動可能に支持する車体フレームと、を更に備え、前記レゾネーターは、側面視で前記スイングアームと少なくとも部分的に重なるように配置されていても良い。

このような構成を採用することで、スイングアームの側方のスペースをレゾネーターの設置スペースとして利用することができ、レゾネーターの設置スペースを容易に確保することが可能となる。

本発明によれば、ファンの作動音を効果的に低減させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車において、空気流路内の空気の流れを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車において、レゾネーター及びその周辺を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車において、レゾネーター及びその周辺を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車において、レゾネーター及びその周辺を示す底面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係るレゾネーターを示す平面図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るレゾネーターを示す側面図である。（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るレゾネーターを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車において、ファンの作動音の広がりを示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る燃料電池自動二輪車１（以下、単に「自動二輪車１」と称する）について説明する。本実施形態では、本発明をスクーター型の自動二輪車１に適用した場合について説明する。以下、上下、左右、前後等の方向を示す語は、自動二輪車１に乗車する運転者から見た方向を基準として用いる。各図に適宜付される矢印Ｆｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれ自動二輪車１の前方、後方、左方、右方、上方、下方を示している。

図１は、自動二輪車１を真横よりも僅かに後方から視た斜視図である。図１に示されるように、自動二輪車１は、車両の骨組を構成する車体フレーム２を備えている。車体フレーム２の外周は、外装カバー（図示略）によって覆われている。

車体フレーム２は、その前部上端に設けられるヘッドパイプ３と、ヘッドパイプ３の上下方向略中央部から後下方に向かって延びる上部ダウンフレーム４と、ヘッドパイプ３の下部から後下方に向かって延びる下部ダウンフレーム５と、下部ダウンフレーム５を左右両側から挟むように設けられる左右一対の下部メインフレーム６と、左右一対の下部メインフレーム６にそれぞれ接続される左右一対の上部メインフレーム７と、を備えている。

車体フレーム２のヘッドパイプ３には、ステアリング機構１０が左右に回転可能に支持されている。ステアリング機構１０は、左右一対のフロントフォーク１１と、左右一対のフロントフォーク１１の上端部に接続されるハンドル１２と、を備えている。左右一対のフロントフォーク１１の下端部には、前輪１３が回転可能に支持されている。

車体フレーム２の各下部メインフレーム６は、後下方に向かって延びる前側フレーム部１６と、前側フレーム部１６の下端部から後方に向かって延びる中央フレーム部１７と、中央フレーム部１７の後端部から後上方に向かって延びる後側フレーム部１８と、を備えている。前側フレーム部１６の上端部は、ヘッドパイプ３の下部に接続されている。前側フレーム部１６の上端部近傍には、電装品用バッテリー２１が設けられている。電装品用バッテリー２１は、メーターやランプなどの車載電装品（図示略）に電力を供給するためのバッテリーである。前側フレーム部１６の上下方向中央部の近傍には、電装品用ＤＣ−ＤＣコンバータ２２が設けられている。前側フレーム部１６の下部には、運転者が足を置くための前側フットレスト１９が設けられている。後側フレーム部１８の上部には、同乗者が足を置くための後側フットレスト２０が設けられている。

車体フレーム２の各上部メインフレーム７の前部は、前後方向に沿って略水平に延びている。各上部メインフレーム７の後部は、後上方に傾斜している。各上部メインフレーム７の前端部は、各下部メインフレーム６の前側フレーム部１６の上下方向略中央部に接続されている。各上部メインフレーム７の前後方向略中央部には、各下部メインフレーム６の後側フレーム部１８の上端部が接続されている。

車体フレーム２の各上部メインフレーム７の後部にはピボット軸２９が架設されており、このピボット軸２９を介してスイングアーム２８が各上部メインフレーム７に揺動可能に支持されている。スイングアーム２８の後端部には、後輪３０（駆動輪）が回転可能に支持されている。

スイングアーム２８は、平面視略コ字状を成しており、後輪３０の前側と左右両側に配置されている。詳細には、スイングアーム２８は、後輪３０の左側（図１における奥側）及び前側に配置される第１アーム部３１と、後輪３０の右側（図１における手前側）に配置される第２アーム部３２と、を備えている。なお、第１アーム部３１は、図４では記載が省略されている。

図１に示されるように、車体フレーム２の各上部メインフレーム７の後端部とスイングアーム２８の第１、第２アーム部３１、３２の後端部の間には、それぞれショックアブソーバ３３が介装されている。

スイングアーム２８の第１アーム部３１は、後輪３０の左側から前後方向に沿って前方に延びる左壁部３４と、左壁部３４の前端部から左右方向（車幅方向）に沿って右方に延びる前壁部３５と、前壁部３５の右端部から前後方向に沿って後方に延びる連結壁部３６と、を備えている。左壁部３４の後部には、駆動モーター３７が一体的に取り付けられており、この駆動モーター３７から後輪３０に駆動力が伝達されることで、車両が走行する。つまり、駆動モーター３７は、車両を走行させるための駆動力を発生させるモーターである。

スイングアーム２８の第２アーム部３２は、後輪３０の右側から前後方向に沿って前方に延びている。第２アーム部３２の前端部は、第１アーム部３１の連結壁部３６の後端部に連結されている。これにより、第１アーム部３１と第２アーム部３２が一体化されている。第２アーム部３２の後上部には、ショックアブソーバ３３の前方にブレーキキャリパ（図示略）が取り付けられている。

車体フレーム２の左右一対の上部メインフレーム７の間には、駆動モーター用バッテリー４０が配置されている。駆動モーター用バッテリー４０は、後述する燃料電池５４が電力を発生させない時（例えば、イオン交換膜の加湿処理時）に、駆動モーター３７に電力を供給する補助的なバッテリーである。駆動モーター用バッテリー４０は、例えばリチウムイオンバッテリーによって構成されている。駆動モーター用バッテリー４０の下方には、水素タンク４１（燃料タンク）が配置されている。水素タンク４１には、水素（燃料）が充填されている。水素タンク４１の側方には、駆動モーター用ＤＣ−ＤＣコンバータ４２が設けられている。

車体フレーム２の各上部メインフレーム７の上方には、シート４５が設けられている。シート４５の前部には、運転者が座るための前側座席４６が設けられ、シート４５の後部には、同乗者が座るための後側座席４７が設けられている。

図２に示されるように、シート４５の下方には、前後方向に沿って空気流路５０が設けられている。以下、この空気流路５０を構成する各部材について詳細に説明する。なお、図２に複数の白抜き矢印で示されるように、本実施形態では、空気流路５０内を前側から後側に向かって空気が流れるようになっている。以下、単に「上流側」又は「下流側」と記載する場合には、空気流路５０内における空気の流動方向の上流側又は下流側を指すものとする。

空気流路５０には、前側（上流側）から後側（下流側）に向かって順番に、吸気室５１と、吸気ダクト５２と、フィルター５３と、燃料電池５４と、ファン５５と、ルーバー５６と、排気ダクト５７と、が設けられている。

吸気室５１は、駆動モーター用バッテリー４０の上方に設けられている。吸気室５１の前側には前方開口部６０が設けられ、吸気室５１の左右両側には側方開口部６１が設けられている。そして、前方開口部６０及び各側方開口部６１を介して、吸気室５１に空気が導入されるようになっている。

吸気ダクト５２は、後輪３０の前上方に設けられており、前後方向に沿って延びている。吸気ダクト５２は、円筒状を成している。吸気ダクト５２は、前側ダクト部６４と、前側ダクト部６４の後側（下流側）に設けられる後側ダクト部６５と、を備えている。前側ダクト部６４は、前端部から後端部まで略同一径で設けられている。前側ダクト部６４の後下部には、連通穴６６が設けられている。後側ダクト部６５は、前側（上流側）から後側（下流側）に向かって徐々に拡径している。

フィルター５３は、後輪３０の前上方に前傾姿勢で設けられている。フィルター５３は、空気流路５０内を流れる空気（燃料電池５４に取り込まれる前の空気）から不純物を除去する機能を有している。

燃料電池５４は、後輪３０の前上方に前傾姿勢で設けられている。燃料電池５４は、水素タンク４１に接続されており、水素タンク４１から燃料電池５４に水素が供給されるようになっている。燃料電池５４は、水素タンク４１から供給される水素と空気流路５０内を流れる空気に含まれる酸素とを化学反応させて、電力を発生させる機能を有している。

ファン５５は、後輪３０の前上方に前傾姿勢で設けられている。ファン５５は、例えば、回転軸（図示略）と、この回転軸から放射状に延びる複数のフィン（図示略）と、を備えている。ファン５５は、回転可能に設けられており、ファン５５の回転に伴って前側（上流側）から後側（下流側）に向かう空気の流れが空気流路５０内に発生して、吸気ダクト５２内の空気が燃料電池５４へと向かうようになっている。

ルーバー５６は、後輪３０の上方に前傾姿勢で設けられている。ルーバー５６は、例えば、複数の羽板（図示略）を備えている。ルーバー５６は、空気流路５０内を流れる空気を整流する機能及び前側（上流側）への異物の侵入を防止する機能を有している。

排気ダクト５７は、後輪３０の上方に設けられており、後方に向かって上方に傾斜する方向に延びている。排気ダクト５７の後端部は、後下方に向かって湾曲している。

図２〜図５に示されるように、吸気ダクト５２の下方且つ後輪３０の前方には、レゾネーター７０が設けられている。以下、このレゾネーター７０について詳細に説明する。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されるように、レゾネーター７０は、略直方体の箱型形状を成すケース７１と、ケース７１の上面の前部から上方に突出する連通筒７２と、を備えている。

図２に示されるように、レゾネーター７０のケース７１の内部には、共鳴空間７３が形成されている。ケース７１の下端部は、後輪３０の車軸３０ａと略同一の高さに位置している。ケース７１の上端部は、後輪３０の上端部よりも下方に位置している。ケース７１は、後輪３０と水素タンク４１の間に配置されている。

図３に示されるように、レゾネーター７０のケース７１は、後輪３０の車軸３０ａとピボット軸２９の間に配置され、スイングアーム２８によって前側及び左右両側を部分的に覆われている。つまり、レゾネーター７０のケース７１は、後輪３０、スイングアーム２８、ピボット軸２９に囲まれた空間に配置されている。ケース７１は、右側面視で（図３の手前側から視て）、スイングアーム２８の第１アーム部３１の連結壁部３６及びスイングアーム２８の第２アーム部３２と部分的に重なっている。ケース７１は、左側面視で（図３の奥側から視て）、スイングアーム２８の第１アーム部３１の左壁部３４と部分的に重なっている。

図４、図５に示されるように、レゾネーター７０のケース７１の後面７１Ｒｒは、後輪３０の外周面に直接対向している。ケース７１の後面７１Ｒｒは、後輪３０の外周面の形状に対応して、前方に向かって円弧状に凹んでいる。そのため、ケース７１の後面７１Ｒｒの左右方向中央部（車幅方向中央部）は、ケース７１の後面７１Ｒｒの左右両側部（車幅方向両側部）よりも前方に位置している。

図２に示されるように、レゾネーター７０の連通筒７２は、上下方向に沿って延びている。連通筒７２の内部には、連通空間７４が設けられている。連通空間７４の下端部は、ケース７１の共鳴空間７３に連通している。連通空間７４の上端部は、連通穴６６を介して吸気ダクト５２の前側ダクト部６４の内部空間に連通している。このような構成により、吸気ダクト５２の前側ダクト部６４の内部空間が連通空間７４を介して共鳴空間７３と連通している。

図３に示されるように、レゾネーター７０の連通筒７２の上端部は、連通穴６６の周囲において、吸気ダクト５２の前側ダクト部６４の下面に接続されている。図６（ａ）に示されるように、連通筒７２は、左右方向（車幅方向）に長い形状を成している。図６（ｂ）に示されるように、連通筒７２の上端部は、側面視で、上方に向かって円弧状に突出している。図６（ｃ）に示されるように、連通筒７２の上端部は、正面視で、下方に向かって円弧状に凹んでいる。

上記のように構成された自動二輪車１において、ファン５５が回転すると、空気流路５０内を前側（上流側）から後側（下流側）に向かう空気の流れが発生する（図２の複数の白抜き矢印参照）。これに伴って、吸気室５１の前側を漂う空気が前方開口部６０を介して吸気室５１に導入されると共に、吸気室５１の左右両側を漂う空気が各側方開口部６１を介して吸気室５１に導入される。吸気室５１に導入された空気は、前側ダクト部６４の前端部から吸気ダクト５２内に流入し、吸気ダクト５２内を前側ダクト部６４、後側ダクト部６５の順に通過し、フィルター５３によって不純物を除去された後、燃料電池５４に取り込まれる。以上のように、吸気ダクト５２とフィルター５３によって燃料電池５４へと空気が導かれる。

燃料電池５４は、上記のように取り込んだ空気に含まれる酸素を水素タンク４１から供給される水素と化学反応させて、電力を発生させる。このように燃料電池５４が発生させた電力は、駆動モーター３７に供給される。これにより、駆動モーター３７が駆動し、駆動モーター３７が後輪３０を回転させて、車両が走行する。燃料電池５４を通過した空気は、ファン５５、ルーバー５６及び排気ダクト５７を順番に通過して、排気ダクト５７の後端部から車両後方に排出される。

以上のように、本実施形態の自動二輪車１では、燃料電池５４が発生させる電力によって駆動する駆動モーター３７を車両走行用の駆動源として用いている。そのため、エンジンを駆動源とする一般的な自動二輪車と比較して、騒音を低減させることができ、自動二輪車１の静粛性を高めることが可能となる。

一方で、本実施形態では、ファン５５を用いて燃料電池５４に空気を供給しているため、図７に一点鎖線で示されるように、ファン５５の作動音が発生する。このファン５５の作動音がそのまま吸気ダクト５２を通過すると、図７に二点鎖線で示されるように、ファン５５の作動音が空気流路５０の外部に漏れてしまい、自動二輪車１の静粛性が低下する。

そこで、本実施形態では、吸気ダクト５２にレゾネーター７０を接続している。このような構成を採用することで、ファン５５の作動音は、吸気ダクト５２からレゾネーター７０の連通空間７４を介してレゾネーター７０の共鳴空間７３に導入され、共鳴作用によって打ち消される。これにより、ファン５５の作動音が空気流路５０の外部に漏れるのを防止することができ、ファン５５の作動音を低減させて、自動二輪車１の静粛性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、吸気ダクト５２の下方且つ後輪３０の前方にある比較的大きなスペースをレゾネーター７０の設置スペースとして利用している。これに伴って、他の部品とレゾネーター７０の干渉を抑制しつつ、十分な容量を有するレゾネーター７０を設置することができる。そのため、ファン５５の作動音を効果的に低減させることが可能となり、自動二輪車１の静粛性を更に向上させることができる。

また、上記のように吸気ダクト５２の下方且つ後輪３０の前方にある比較的大きなスペースをレゾネーター７０の設置スペースとして利用しているため、ファン５５の作動音の周波数（ファン５５の回転数に応じて決まる一定の周波数）に合わせて、レゾネーター７０の形状や大きさを自由に調節することが可能となる。これにより、特定の周波数を有するファン５５の作動音を確実に打ち消すことができ、レゾネーター７０によるファン５５の作動音の低減効果を一層大きくして、自動二輪車１の静粛性を一層向上させることが可能となる。

また、レゾネーター７０のケース７１の後面７１Ｒｒは、前方に向かって円弧状に凹んでいる。このような構成を採用することで、ケース７１の後面７１Ｒｒが後輪３０の外周面に接触するのを抑制することができる。

また、レゾネーター７０は、側面視でスイングアーム２８と部分的に重なるように配置されている。このような構成を採用することで、スイングアーム２８の側方やスイングアーム２８の第１アーム部３１と第２アーム部３２の間のスペースをレゾネーター７０の設置スペースとして利用することができ、レゾネーター７０の設置スペースを容易に確保することが可能となる。

本実施形態では、燃料電池５４が吸気ダクト５２の外部に設けられる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、燃料電池５４が吸気ダクト５２の内部に設けられていても良い。

本実施形態では、レゾネーター７０のケース７１の後面７１Ｒｒが後輪３０の外周面に直接対向する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、レゾネーター７０のケース７１の後面７１Ｒｒが後輪３０の外周面に他の部材（例えば、スイングアーム２８）を介して対向しても良い。

本実施形態では、燃料電池５４よりも後側（下流側）にファン５５が設けられる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、燃料電池５４よりも前側（上流側）にファン５５が設けられていても良い。つまり、ファン５５は空気流路５０内のどこに設けられていても良い。

本実施形態では、レゾネーター７０が吸気ダクト５２の真下に設けられる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、レゾネーター７０が吸気ダクト５２の前下方、後下方、左下方又は右下方に設けられていても良い。

本実施形態では、スクーター型の自動二輪車１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、スポーツ型やオフロード型などのスクーター型以外の自動二輪車に本発明の構成を適用しても良い。

１ 燃料電池自動二輪車
２ 車体フレーム
２８ スイングアーム
３０ 後輪
３７ 駆動モーター
５２ 吸気ダクト
５４ 燃料電池
５５ ファン
７０ レゾネーター

Claims (3)

1. 車両を走行させるための駆動力を発生させる駆動モーターと、
   前記駆動モーターに供給される電力を発生させる燃料電池と、
   前記燃料電池へと空気を導くための吸気ダクトと、
   前記吸気ダクト内の空気を前記燃料電池へと向かわせるファンと、
   前記吸気ダクトに接続され、前記ファンの作動音を低減させるレゾネーターと、を備え、
   前記レゾネーターは、前記吸気ダクトの下方且つ後輪の前方に設けられていることを特徴とする燃料電池自動二輪車。
2. 前記レゾネーターの後面は、前記後輪の外周面に対向すると共に、前方に向かって凹んでいることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動二輪車。
3. 前記後輪を回転可能に支持するスイングアームと、
   前記スイングアームを揺動可能に支持する車体フレームと、を更に備え、
   前記レゾネーターは、側面視で前記スイングアームと少なくとも部分的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池自動二輪車。

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