JP6555074B2 - 電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造に関する。

燃料電池とモータとの間に電力変換装置、具体的にはＤＣ−ＤＣコンバータを接続するとともに、モータの出力を後輪に伝達する燃料電池二輪車が知られている。

この従来の燃料電池二輪車は、後輪の左右いずれかの側方に配置されるＤＣ−ＤＣコンバータを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８７５８７号公報

従来の燃料電池二輪車は、フレームを覆う外装の内側に、フレームとともにＤＣ−ＤＣコンバータを配置し、走行時に外装の内側を通過する走行風で燃料電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ、およびモータコントローラを冷却する。

しかしながら、従来の燃料電池二輪車は、ＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた放熱フィンが単に外装の内側を通過する走行風に晒されているのみであった。このような構成のＤＣ−ＤＣコンバータの冷却構造は、周囲に比べて空気抵抗が大きくなる放熱フィンの間に十分な量の空気を流動させることができず、むしろ放熱フィンを避けるようにしてＤＣ−ＤＣコンバータの周囲で空気を迂回させてしまい、冷却効率の低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、外装の内側に配置される電力変換装置を効率良く、確実に冷却可能な電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造を提案する。

前記の課題を解決するため本発明に係る電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造は、前後方向に延びるフレームと、前記フレームに沿い、かつ前後方向寸法が上下方向寸法より長い電力変換装置と、前後方向に延びて前記フレームおよび前記電力変換装置を覆い隠し、かつ前記電力変換装置との間に冷却風を前後方向に沿って流通させる冷却風路を区画する外装と、を備え、前記外装は、前記電力変換装置の天面に近接して配置されるフットボードを有し、前記複数の放熱フィンは、前記フットボードの内面に接近して最も上側に配置される第一放熱フィンと、最も下側に配置される第二放熱フィンと、を含み、
前記第一放熱フィン、および前記第二放熱フィンは、直線距離において他部の放熱フィンに比べて前記外装の内面により接近している。

本発明によれば、外装の内側に配置される電力変換装置を効率良く、確実に冷却可能な電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造を提供できる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の左側面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の外装等を外した状態を示す左側面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の外装等を外した状態を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の斜視図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の斜視図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の平面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の右側面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の正面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の背面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の断面図。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の断面図。

以下、本発明に係る電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造の実施の形態について、図１から図１１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の左側面図である。

図２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の外装等（カバーやシート）を外した状態を示す左側面図である。

図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造が適用される電動二輪車としての燃料電池二輪車の外装等（カバーやシート）を外した状態を示す斜視図である。

なお、本実施形態における前後上下左右の表現は、燃料電池二輪車１の搭乗者を基準にする。図１から図３中の実線矢印Ｆは燃料電池二輪車１の前方を表し、実線矢印Ｒは燃料電池二輪車１の後方を表している。

図１から図３に示すように、本実施形態に係る燃料電池二輪車１は、燃料電池２で発電し、この電力でモータ３を駆動させて走行する電動二輪車である。また、燃料電池二輪車１は、スクータ型の自動二輪車である。

燃料電池二輪車１は、前後に延びる車体５と、操舵輪としての前輪６と、前輪６を操舵自在に支えるステアリング機構７と、駆動輪としての後輪８と、後輪８を上下方向へ揺動自在に支えるスイングアーム９と、後輪８の駆動力を発生させるモータ３と、を備えている。

車体５は、車両の前後に延びるフレーム１１と、フレーム１１を覆う外装１２と、フレーム１１後半部の上方に配置されるシート１３と、を備えている。

また、車体５は、燃料電池２と、燃料電池２で発電に使用される燃料としての水素の高圧ガスを貯蔵する燃料タンク１５と、燃料電池２の電力を補助する二次電池１６と、燃料電池２の出力電圧の調整と燃料電池２および二次電池１６の電力の分配を制御する電力管理装置１７と、電力管理装置１７が出力する直流電力を三相交流電力に変換してモータ３へ出力し、モータ３を運転するインバータ１８と、これらを統括的に管理する車両コントローラ１９と、を備えている。

燃料電池二輪車１のパワートレインは、燃料電池２および二次電池１６を有し、車両の走行状態、燃料電池２の発電状態、二次電池１６の蓄電状態によって各電池の電力を適宜に使うシステムである。また、燃料電池二輪車１は、減速する際にモータ３で回生電力を発生させる。車両の電源である二次電池１６および燃料電池２は、インバータ１８に並列に接続されてモータ３へ電力を供給する。二次電池１６は、燃料電池二輪車１が減速する際にモータ３で発生する回生電力および燃料電池２が発電する電力を蓄える。

フレーム１１は、複数の鋼鉄製中空管を一体に組み合わせたものである。フレーム１１は、前端上部に配置されるヘッドパイプ２１と、ヘッドパイプ２１の中央部から後ろ下がりに傾斜して延びる上部ダウンフレーム２２と、ヘッドパイプ２１の下方に配置され、後ろ下がりに傾斜して延びる下部ダウンフレーム２３と、左右一対の下部フレーム２４と、左右一対の上部フレーム２５と、ピボット軸２６と、上ブリッジフレーム２７と、下ブリッジフレーム２８と、ガードフレーム２９と、搭載機器保護フレーム３０と、を備えている。

ヘッドパイプ２１は、ステアリング機構７を操舵自在、つまり車両の左右方向へ揺動自在に支持している。

左右一対の下部フレーム２４は、下部ダウンフレーム２３の左右に配置され、ヘッドパイプ２１の下部に接続されている。また、左右一対の下部フレーム２４は、ヘッドパイプ２１との接続部分から下部ダウンフレーム２３に沿って略平行に、かつ後ろ下がりに傾斜して延びる前側傾斜部分と、傾斜部分の下端で後方に向かって湾曲する前側の湾曲部分と、前側の湾曲部分の後端から略水平に車体５の後方へ向かって車体５の中央部分（車両の前後方向で中央部分）に達するまで直線状に延びる直線部分と、を有している。さらに、左右一対の下部フレーム２４は、直線部分の後端部から後上方に向けて湾曲する後ろ側の湾曲部分と、この後ろ側の湾曲部分の上端部から後ろ上がりに傾斜して延びる後側傾斜部分を経て上部フレーム２５に接続される上下フレーム接合部と、を有している。なお、左右の下部フレーム２４の間隔は、上部フレーム２５の間隔よりも広い。

また、左右それぞれの下部フレーム２４は、前側の湾曲部分の外側に搭乗者が足を置くフットボード３１を下方から支持するフットレストブラケット３１ａを備えている。

車体５の左側に配置される下部フレーム２４は、サイドスタンドブラケット（図示省略）を備えている。サイドスタンドブラケット（図示省略）には、燃料電池二輪車１を左側へ傾けた状態で自立させるサイドスタンド（図示省略）が設けられている。サイドスタンドは、燃料電池二輪車１を自立させる起立位置と、走行の妨げとならないよう車体５に添う収納位置との間を揺動する。

左右一対の上部フレーム２５は、車体５の前半部において下部フレーム２４の前側の傾斜部分の上下方向の中央部に接続されている。左右一対の上部フレーム２５は、下部フレーム２４の前側の傾斜部分との接続部分から車体５の後方に向かって略水平に延びる水平部分と、左右一対の上部フレーム２５の水平部分の後端であって、車体５の後半部、かつ後輪８の上方部分において後ろ上がりに大きく傾斜し、車体５の左右方向内側へ湾曲して後輪８の太さ（幅寸法）程度に接近する後端部と、を有している。

ピボット軸２６は、車体５の後半部において左右の上部フレーム２５間に架設されている。また、ピボット軸２６は、上部フレーム２５の下側、かつ上部フレーム２５と下部フレーム２４との合流部分（上下フレーム接合部）よりも後方であって、上部フレーム２５の水平部分と下部フレーム２４の後側傾斜部分とに接続されるブラケット２６ａに配置されている。

上ブリッジフレーム２７は、左右の上部フレーム２５の前端部に架設されている。上ブリッジフレーム２７は、左右の上部フレーム２５の間を実質的に車両の左右方向へ直線状に延びて、左右の上部フレーム２５を連結している。

下ブリッジフレーム２８は、左右の下部フレーム２４の前側の屈曲部分に架設されている。下ブリッジフレーム２８は、左右の下部フレーム２４の間を実質的に車両の左右方向へ直線状に延びて、左右の下部フレーム２４を連結している。

ガードフレーム２９は、左右の下部フレーム２４の後側の湾曲部分に架設されている。ガードフレーム２９は、左右の下部フレーム２４との接続部分から後下方に延びるとともに、フレーム１１の内部空間を拡大するように後ろ下がりのＵ字形状に延びている。ガードフレーム２９には、燃料電池二輪車１を直立状態で自立させるセンタースタンド３３が設けられている。センタースタンド３３は、燃料電池二輪車１を自立させる起立位置と、走行の妨げとならないよう車体５に添う収納位置との間を揺動する。

上部ダウンフレーム２２は、ヘッドパイプ２１と上ブリッジフレーム２７との間に架設されている。

下部ダウンフレーム２３は、左右の下部フレーム２４の上部の間で実質的に車両の左右方向へ直線状に延びて架設されるヘッドパイプ近傍ブリッジフレーム３４の車両の左右方向中央部に接続される上端部と、下ブリッジフレーム２８の車両の左右方向中央部に接続される下端部とを有している。

搭載機器保護フレーム３０は、上部フレーム２５の後半部の上部に設けられている。搭載機器保護フレーム３０は、燃料電池２を燃料電池二輪車１の車体に支持している。また、搭載機器保護フレーム３０は、その一部を上部フレーム２５に着脱できる。

シート１３は、フレーム１１の後半部上方を覆って前後に延びている。シート１３はタンデム式であり、搭乗者を着座させる前半部１３ａと、同乗者を着座させる後半部１３ｂとを一体的に備えている。また、シート１３は、前半部１３ａと後半部１３ｂとの間に傾斜部１３ｃを備えている。

ここで、左右の上部フレーム２５および左右の下部フレーム２４で囲まれる空間をセンタートンネル領域３５と呼び、上部フレーム２５の後半部、外装１２およびシート１３で囲まれる空間を機器搭載領域３６と呼び、センタートンネル領域３５の後方かつ機器搭載領域３６の下方の空間をタイヤハウス領域３７と呼ぶ。

センタートンネル領域３５は、燃料タンク１５を収容している。本実施形態に係るスクータ型の燃料電池二輪車１では、センタートンネル領域３５は、搭乗者が足を乗せる左右のフットボード３１の間で、車両の前後方向に沿って配置され、フットボード３１の足載せ領域を左右に分断するようにフットボード３１から上方に隆起している。換言すると、センタートンネル領域３５の左右には、足載せ領域となるフットボード３１が配置され、左右のフットボード３１の間に燃料タンク１５が配置されている。

機器搭載領域３６は、車体５の前側から順に二次電池１６、電力管理装置１７、燃料電池２を収容している。機器搭載領域３６は、搭載機器保護フレーム３０によって前端部、中央部、後端部、および中央部から後端部に渡る側部を保護されている。

搭載機器保護フレーム３０は、機器搭載領域３６を囲んで機器搭載領域３６に搭載される機器を保護している。搭載機器保護フレーム３０は、機器搭載領域３６の前端部に配置されて左右の上部フレーム２５の間で上に凸のアーチ状に架設される前保護フレーム３０ａと、機器搭載領域３６の中央部であって、上部フレーム２５と下部フレーム２４との合流箇所よりも後ろ側に配置されて左右の上部フレーム２５の間で上に凸のアーチ状に架設される中央保護フレーム３０ｂと、機器搭載領域３６の後端部に配置されて左右それぞれの上部フレーム２５が内側に湾曲する部分に接続され、この湾曲部分から後ろ斜め上方へ延びる左右一対の後保護フレーム３０ｃと、中央保護フレーム３０ｂの左右それぞれから後方へ延びて後保護フレーム３０ｃの上端部に接続され、さらに車体５の後端部へ到達する左右一対の側部保護フレーム３０ｄと、左右の側部保護フレーム３０ｄの後端部に架設されるブラケット３０ｅと、を備えている。左右の上部フレーム２５は、前保護フレーム３０ａの下端が接合される箇所で屈曲して車両の後方に向かって間隔を拡げ、中央保護フレーム３０ｂの下端が接合される箇所で屈曲して車両の後方に延びている。このため、中央保護フレーム３０ｂは、前保護フレーム３０ａよりも幅が広く、高さも高い。後保護フレーム３０ｃおよび左右一対の側部保護フレーム３０ｄは一体化されている。また、後保護フレーム３０ｃおよび左右一対の側部保護フレーム３０ｄは、中央保護フレーム３０ｂおよび上部フレーム２５に着脱自在に連結されて燃料電池２を支持している。

タイヤハウス領域３７には後輪８が配置されている。

機器搭載領域３６とタイヤハウス領域３７との間には、それぞれの領域を分断する隔壁部材としてのリアフェンダ３８が設けられている。

外装１２は、車体５の前半部を覆うフロントレッグシールドカバー４１と、車体５の中央上部に配置されてセンタートンネル領域３５などの上部フレーム２５の上方を覆うフロントフレームカバー４２と、車体５の後半部に配置されて機器搭載領域３６などの車体５の側面のうちシート１３の下方部分を覆うフレームカバー４３と、を備えている。

フレームカバー４３は、シート１３とともに機器搭載領域３６を囲んでいる。機器搭載領域３６は、シート１３、フレームカバー４３およびリアフェンダ３８に囲まれる閉鎖的な空間である。機器搭載領域３６は、フレームカバー４３、もしくはリアフェンダ３８の適宜の箇所に設けられる通気孔（図示省略）によって、燃料電池２への空気の流れを容易、かつ確実に制御し、また冷却が必要な装置へ冷却風としての空気の流れを容易、かつ確実に制御している。なお、機器搭載領域３６は、各カバーの継ぎ目などから空気が入り込むことを許容する。

ステアリング機構７は、車体５の前方に配置されて、フレーム１１のヘッドパイプ２１を中心に左右方向へ揺動し前輪６の操舵を可能にする。ステアリング機構７は、頂部に設けられるハンドル４５と、ハンドル４５と前輪６とを連結し、若干後傾して上下に延びる左右一対のフロントフォーク４６と、を備えている。左右のフロントフォーク４６は、弾性的に伸縮自在なテレスコピック構造を備えている。左右のフロントフォーク４６の下端部には、前輪６を回転自在に支持する車軸（図示省略）が架設されている。前輪６の上方には、フロントフェンダ４７が配置されている。フロントフェンダ４７は、左右のフロントフォーク４６の間にあって、フロントフォーク４６に固定されている。

前輪６は、左右のフロントフォーク４６の下端部に架設されている車軸の周りに回転自在な従動輪である。

スイングアーム９は、車体５の左右へ延びている回転中心としてのピボット軸２６の周りに上下方向へ揺動する。スイングアーム９は、車体５の左右で前後方向に延びる一対のアーム部の間に後輪８を回転自在に支持している。フレーム１１とスイングアーム９との間には、リアサスペンション４８が架設されている。リアサスペンション４８の上端部は、上部フレーム２５の後端部に揺動自在に支持されている。リアサスペンション４８の下端部は、スイングアーム９の後端部に揺動自在に取り付けられている。リアサスペンション４８は、スイングアーム９の揺動を緩衝する。

またスイングアーム９は、後輪８を回転駆動させるモータ３と、燃料電池２から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３へ供給するインバータ１８と、を収容している。

モータ３は、燃料電池２または二次電池１６から供給される電力によって後輪８を回転駆動させる。モータ３は、スイングアーム９の後部に収容されて、後輪８の車軸と同軸に配置されている。モータ３はスイングアーム９に一体的に組み付けられてユニットスイング式スイングアームを構成している。

インバータ１８は、スイングアーム９の前部に収容されて、ピボット軸２６とモータ３との間に配置されている。

後輪８は、モータ３から駆動力が伝達される車軸（図示省略）によって支えられる駆動輪である。

燃料電池２は、燃料と酸化剤とを反応させて発電する。燃料電池２は、燃料として高圧ガス、例えば水素ガスを使用し、酸化剤として空気中の酸素を使用して発電し、空気を用いて冷却する空冷式燃料電池システムである。

燃料電池２は、機器搭載領域３６の後半側に配置されている。さらに具体的には、燃料電池２は、シート１３の前半部１３ａと後半部１３ｂとの間の傾斜部から後半部１３ｂの下方に渡って配置されている。つまり、車両の側面視で、燃料電池２は、同乗者を着座させるシート１３の後半部１３ｂと後輪８やスイングアーム９との間に配置されている。

燃料電池２は、車体５の前後方向に延びる長辺を有する直方体形状であって、吸気口２ａが配置される正面を前斜め下方へ向け、排気口２ｂが配置される背面を後ろ斜め上方へ向ける姿勢で機器搭載領域３６に配置されている。つまり、燃料電池２は、前方側が後方側よりも下方に位置する前傾姿勢でフレーム１１に固定されている。詳細には、燃料電池２の上部は搭載機器保護フレーム３０に固定され、燃料電池２の下部は上部フレーム２５に固定されている。

燃料電池２は、正面側から背面側へ向かって連結される扁平な複数のモジュールを含んでいる。具体的には、燃料電池２は、正面側から順に積層状態に重ねられて連結されるフィルタ（図示省略）、吸気シャッタ（図示省略）、燃料電池スタック（図示省略）、ファン（図示省略）、排気シャッタ（図示省略）を有している。燃料電池２の天面には、燃料電池用制御部（図示省略）が設けられている。

吸気シャッタは、開閉自在な空気の吸気口２ａを有し、吸気口２ａを開閉して燃料電池スタックへの空気の導入量を制御することができるとともに、吸気口２ａを閉じて燃料電池２内で空気を循環させる循環経路を形成することができる。排気シャッタは、開閉自在な空気の排気口２ｂを有し、排気口２ｂを閉じて燃料電池２内で空気を循環させる循環経路を形成することができる。換言すると、燃料電池２は、正面に開閉可能な吸気口２ａを有し、背面に開閉可能な排気口２ｂを有し、吸気口２ａと排気口２ｂを閉じることで燃料電池２内の空気を循環させることができる。

燃料電池スタックは、吸気口から吸い込まれる空気に含まれる酸素と燃料タンク１５から供給される水素とを電気化学反応させて発電し、発電後に湿潤な余剰ガスを生成する。

ファンは、機器搭載領域３６内の空気を吸気口から燃料電池２内に吸い込むための吸込負圧を発生させる一方で、燃料電池スタックから余剰ガスを吸い出して排気口から排気する。ファンが流動させる空気の流れは、燃料電池スタックで発電に用いられる他に、燃料電池２の冷却に利用される。

燃料電池２の後方には、排気ダクト５２が設けられている。燃料電池２のファンは、余剰ガスを燃料電池スタックから吸い出して排気ダクト５２へ排気する。排気ダクト５２の前端部は、燃料電池２の箱体（詳細には、排気シャッタの枠体）に気密に接続されている。排気ダクト５２は、車体５の後端で後下方と後上方に向かって開口される排気口５２ａを有している。排気ダクト５２は、燃料電池２のファンから吐出される排気（余剰ガス）を、排気口５２ａへ導いて車体５の後方へ排出する。

排気ダクト５２の排気口５２ａは、燃料電池２の排気面（背面）よりも上方であって、望ましくは排気ダクト５２の後方上端部に配置されている。詳細には、燃料電池２の排気口よりも高い位置に排気口５２ａの上縁部が配置されている。排気ダクト５２は、燃料電池２の排気面（背面）よりも上方に配置される排気口５２ａを有することによって、未反応の水素ガスを含む湿潤な余剰ガスを排気口５２ａに導いて車体５から確実に排気することができる。

燃料タンク１５は高圧圧縮水素貯蔵システムである。燃料タンク１５は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の、あるいはアルミライナ製複合容器である圧力容器５５と、燃料充填口５６を有する燃料充填用継手５７と、燃料充填元弁５８と、遮断弁（図示省略）とレギュレータ（図示省略）とを一体的に有する燃料供給元弁５９と、を備えている。

圧力容器５５は、燃料電池２の燃料としての水素ガスを貯蔵するアルミライナ製複合容器である。燃料タンク１５は、例えば約７０ＭＰａの水素ガスを貯蔵する。圧力容器５５は、円筒形状の胴部と、胴部の前後の端面にドーム状の鏡板と、を有している。圧力容器５５は、円筒胴の中心線を車体５の前後方向へ沿わせてセンタートンネル領域３５内に配置されている。圧力容器５５は、一対の上部フレーム２５、一対の下部フレーム２４、下ブリッジフレーム２８、およびガードフレーム２９に周囲を囲まれて、燃料電池二輪車１の転倒や衝突による負荷に対して堅牢に保護されている。

また、圧力容器５５は、車体５の一方側の側部に配置される上部フレーム２５、例えば車体５の右側に配置される上部フレーム２５と、車体５の他方側の側部に配置される下部フレーム２４、例えば車体５の左側に配置される下部フレーム２４との間に架設されるクランプバンド６１によってセンタートンネル領域３５に支持されている。詳細には、圧力容器５５は、右側の上部フレーム２５と左側の下部フレーム２４との間に架設される下クランプバンド（クランプバンド６１の下半部）に載置され、上クランプバンド（クランプバンド６１の上半部）で締め付け挟持されている。なお、クランプバンド６１は、車体５の左側に配置される上部フレーム２５と、車体５の右側に配置される下部フレーム２４との間に架設されていても良い。

燃料充填用継手５７は、センタートンネル領域３５の外側、詳しくは後ろ上方であって、機器搭載領域３６の前端部に配置されている。燃料充填用継手５７は、二次電池１６よりも上方、あるいは真上に配置されている。燃料充填用継手５７は、搭載機器保護フレーム３０の前保護フレーム３０ａの上部と中央保護フレーム３０ｂの上部との間に架設される継手用ブラケット３０ｆに固定されている。燃料充填用継手５７は、燃料充填時に設備側の継手を車体の上方、かつ左側から差し込めるよう、車体５の上方、かつやや左側に向かって延びている。燃料充填用継手５７は、シート１３の前端部に設けられる燃料充填口用リッド６２によって覆い隠されている。燃料充填口用リッド６２は、ヒンジ機構（図示省略）を介してシート１３に支持されており、揺動することで開閉できる。燃料充填用継手５７は、燃料としての水素の高圧ガスを燃料タンク１５に導き入れる入口としての燃料充填口５６を有している。

燃料充填口５６は、燃料充填用継手５７の頂部に配置されている。また、燃料充填口５６は、車体５の左上方を向いている。燃料タンク１５に燃料を充填する際、燃料充填口用リッド６２を開放した状態において、燃料充填口５６の上方は、雰囲気に開放されている。したがって、高圧ガス（燃料、水素ガス）を燃料タンク１５に充填する際、仮に高圧ガス（燃料、水素ガス）が漏洩しても、漏洩燃料は滞留することなく燃料電池二輪車１の上方へ拡散する。

燃料充填元弁５８および燃料供給元弁５９は、一体化されて圧力容器５５の後方側の鏡板の頂部に設けられているタンクバルブ６３に内蔵されている。燃料供給元弁５９の遮断弁は、電磁弁を用いた開閉弁である。タンクバルブ６３は、ガードフレーム２９で囲まれた空間に配置されている。

二次電池１６は、箱状のリチウムイオン電池である。二次電池１６は、機器搭載領域３６の前端部であって、圧力容器５５の後半部、つまり円筒胴の後半部、および後方側の鏡板とシート１３の前半部１３ａとの間に配置されている。

なお、燃料電池二輪車１は、二次電池１６の他に、メータ類（図示省略）、ランプ類（図示省略）用の電源として、例えば１２Ｖ系の電力を供給する第２二次電池（図示省略）を備えている。第２二次電池は、ヘッドパイプ２１の周囲、例えば、ヘッドパイプ２１の右側の側方に配置されている。

また、仮に燃料充填口５６から燃料としての水素ガスが漏洩しても、空気より軽い水素ガスは上昇して、車内に滞留することなく車外に拡散する。また、仮に燃料充填元弁５８または燃料供給元弁５９から燃料としての水素ガスが漏洩しても、水素ガスはタイヤハウス領域３７に向かって移動して、車内に滞留することなく車外に拡散する。

電力管理装置１７は、機器搭載領域３６内で二次電池１６と燃料電池２との間に配置され、フレーム１１に固定されている。なお、電力管理装置１７は二次電池１６と同じ防水ケース内に配置されていても良い。

燃料電池二輪車１は、二次電池１６、電力管理装置１７、および燃料電池２を上述のように配置することによって、電気的な接続関係が隣り合う装置を極力近接する位置に配置することが可能であり、装置間の配線長を短く、配線に係る重量を軽くすることができる。

車両コントローラ１９は、燃料電池二輪車１内で比較的に高所となるヘッドパイプ２１の周囲、例えば、１２Ｖ系の電力を供給する第２二次電池の反対側にあたるヘッドパイプ２１の左側の側方に配置されている。

次いで、燃料電池二輪車１の電力変換装置の冷却構造について詳しく説明する。

図４および図５は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の斜視図である。

図６は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の平面図である。

図７は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の右側面図である。

なお、図７は、外装１２を取り外した状態を図示している。

図４から図７に示すように、本実施形態に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１は、前後方向に延びるフレーム１１と、フレーム１１に沿って前後方向に長い電力変換装置６９と、前後方向に延びてフレーム１１および電力変換装置６９を覆い隠す外装１２と、を備えている。

電力変換装置６９は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータである。電力変換装置６９の入力側は、燃料電池２に電気的に接続されている。電力変換装置６９の出力側は、二次電池１６に接続されている。電力変換装置６９は、燃料電池２から供給される直流電力を４８Ｖ系の直流電力に変換して出力する。

また、電力変換装置６９は、燃料タンク１５のいずれかの側方、具体的には右側方に配置されている。電力変換装置６９は、燃料タンク１５の圧力容器５５と同程度の長さを有し、前端部と後端部とのそれぞれを圧力容器５５の前端部と後端部とのそれぞれに、ほぼ揃えて車体５の前後方向に延びている。電力変換装置６９の前端は、フレーム１１の下ブリッジフレーム２８より後方に配置され、電力変換装置６９の後端は、左右の下部フレーム２４の後ろ側の傾斜部に架設されて燃料タンク１５の燃料充填元弁５８および燃料供給元弁５９（タンクバルブ６３）を囲むバルブ保護フレーム７３の後端よりも前側に配置されている。電力変換装置６９の前端部は、下部フレーム２４の前側の傾斜部分に締結部材（図示省略）で固定されている。電力変換装置６９の後端部は、下部フレーム２４の後側傾斜部分に締結部材（図示省略）で固定されている。電力変換装置６９は、前端部と後端部とのそれぞれを下部フレーム２４に固定することによって、下部フレーム２４に熱を伝えて放熱できるとともに、下部フレーム２４の前側の傾斜部分と後側傾斜部分とを連結して補強している。

さらに、電力変換装置６９は、細長い直方体状の筐体を有している。電力変換装置６９は、下部フレーム２４の最下部よりも高い位置に配置されている。電力変換装置６９の左側面は、フレーム１１のうち右側の上部フレーム２５と右側の下部フレーム２４との間に挟まれる空間、つまりセンタートンネル領域３５に侵入して圧力容器５５を臨んでいる。電力変換装置６９の右側面は、外装１２の内面を臨んでいる。電力変換装置６９の天面は、右側の上部フレーム２５を臨んでいる。電力変換装置６９の底面は、右側の下部フレーム２４を臨んでいる。

電力変換装置６９の右側面、つまり外装１２を臨む面には、複数の放熱フィン７５が設けられている。複数の放熱フィン７５は、上下方向に並んで前後方向に延びている。また、複数の放熱フィン７５は、外装１２のフットボード３１に沿って若干後ろ上がりに傾斜している。

電力変換装置６９に接続される電力線７７、具体的には電力変換装置６９と二次電池１６とを接続する電力線７７は、電力変換装置６９の前端部から右側の下ブリッジフレーム２８の前方を迂回して配線されている。電力変換装置６９の後端部には、燃料電池２と接続する電力線が上方に向けて取り付けられている。

外装１２は、フットボード３１と、フットボード３１の下方に設けられるフットボードロアカバー８１と、電力変換装置６９の正面を覆うロアレッグシールドカバー８２と、ロアレッグシールドカバー８２の下端部に連接してフレーム１１の底部ごと電力変換装置６９を覆うアンダーカバー８３と、アンダーカバー８３の後方に設けられて電力変換装置６９を覆うリアロアフェンダーカバー８４と、を含んでいる。

フットボード３１は、フロントフレームカバー４２およびフレームカバー４３の下端部に連接してライダーおよび同乗者が足を載せることのできる適宜の高さと幅とを有している。

フットボードロアカバー８１は、フットボード３１の外縁部に沿って前後に延びている。

ロアレッグシールドカバー８２は、フロントレッグシールドカバー４１の下端部に連接され、車体５の正面の下端部を覆っている。ロアレッグシールドカバー８２は、車体５の正面視においてＵ字状に拡がって、フレーム１１の下部フレーム２４と下ブリッジフレーム２８を覆っている。

アンダーカバー８３は、燃料タンク１５、左右の下部フレーム２４、および電力変換装置６９を下側から覆っている。

リアロアフェンダーカバー８４は、フレームカバー４３の下方に、左右一対に設けられてタイヤハウス領域３７の前端部に配置され、ピボット軸２６に支えられるスイングアーム９の前端部を左右から挟んで保護している。

また、外装１２は、シート１３の下方、具体的にはシート１３の前端部の略真下に凹部８５を備えている。凹部８５は、外装１２の一部、具体的にはフットボード３１およびフットボードロアカバー８１に設けられて、車体５の中央側へ凹没している。凹部８５は、ライダーが車両を停止させる際、あるいは搭乗する際の足付性を高めている。

なお、電力変換装置６９は、燃料タンク１５の左側方に配置されていてもよい。この場合、フレーム１１、外装１２、および電力変換装置６９の左右の関係性は逆転する。

図８は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の正面図である。

図９は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の背面図である。

図１０および図１１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却構造の断面図である。

なお、図１１は凹部８５における断面図であり、図１０は凹部８５以外の一般部における断面図である。

図８から図１１に示すように、本実施形態に係る冷却構造７１の外装１２は、前後方向に延びてフレーム１１および電力変換装置６９を覆い隠し、かつ電力変換装置６９との間に冷却風を前後方向に沿って流通させる冷却風路８７を区画している。

冷却風路８７は、外装１２の内面、具体的にはロアレッグシールドカバー８２、アンダーカバー８３、およびリアロアフェンダーカバー８４の内面、および電力変換装置６９の右側面によって区画される空間であって、前後方向へダクト状に延びている。冷却風路８７は、平面状の電力変換装置６９の右側面に対して車体５の外側へ向かって膨出する外装１２によって区画されているが、これに限られず、車体５の中央側、もしくは燃料タンク１５側へ凹没する右側面を有する電力変換装置６９と平坦な外装１２とを組み合わせて冷却風路８７を区画しても良い。

また、外装１２は、冷却風路８７の前端に設けられて冷却風路８７に走行風を流入させる導風口８８を有している。導風口８８は、ロアレッグシールドカバー８２に設けられて電力変換装置６９の正面に配置されている。また、導風口８８は、車両の正面視において前輪６の側方に配置されていて、車両の正面に向かって開口している。導風口８８は、車両の正面視においてフロントフォーク４６を避けるように車両の中央側へ入り込む三角形状の開口である。導風口８８には、メッシュフィルタ８９が設けられている。メッシュフィルタ８９は、木の葉のような異物が冷却風路８７に入り込むことを防いでいる。導風口８８の裏側には、電力変換装置６９の前端部が、導風口８８に向かって延び、導風口８８に接近して配置されている。電力変換装置６９の前端部は、導風口８８から入り込む走行風を冷却風路８７（外装１２と電力変換装置６９の間の空間）へ導く。また、電力変換装置６９の前端部には、電力線７７が接続されている。

さらに、外装１２は、冷却風路８７の後端に設けられて車両の後方を臨み、冷却風路８７から空気を流出させる排風口９１を有している。排風口９１は、リアロアフェンダーカバー８４に設けられて電力変換装置６９の背面に配置されている。また、排風口９１は、車両の背面視において後輪８の側方に配置されていて、車両の背面（後方）に向かって開口し、走行にともなって車両の側方を通過する風の流れで冷却風路８７内の空気を吸い出す。排風口９１は、車両の背面視においてスイングアーム９を避けている。放熱フィン７５は、車両の背面視において排風口９１内に配置されている。

電力変換装置６９は、冷却風路８７内で前後方向に向かって延び、かつ外装１２の内面に向かって突出する複数の放熱フィン７５を備えている。放熱フィン７５は、電力変換装置６９の筐体に一体成形されていても良いし、別部品を熱的に接続したものであっても良い。

複数の放熱フィン７５の一部（放熱フィン７５ａ）は、他部の放熱フィン７５ｂに比べて外装１２の内面により接近している。複数の放熱フィン７５の一部、つまり放熱フィン７５ａは、最も上側に配置されている放熱フィン９５と、最も下側に配置されている放熱フィン９６と、を含んでいる。

換言すると、一部の放熱フィン７５ａは、他部の放熱フィン７５ｂよりも外装１２の内面に近く、他部の放熱フィン７５ｂは、一部の放熱フィン７５ａに比べて外装１２の内面から遠く、より大きい隙間を隔てている。この他部の放熱フィン７５ｂと外装１２との間の隙間は、冷却風路８７の一部であって空気を放熱フィン７５へ案内するダクトの役割を果たしている。他方、一部の放熱フィン７５ａは、他部の放熱フィン７５ｂよりも外装１２の内面に近く、好ましくは接触しない程度に接近して外装１２と放熱フィン７５との隙間から冷却風路８７の外側へ走行風が漏れ出ることを防いでいる。なお、一部の放熱フィン７５ａと外装１２の内面とを近接させる態様は、一部の放熱フィン７５ａを他部の放熱フィン７５ｂよりも長く突出させることによっても良いし、放熱フィン７５を一様に突出させ、外装１２側を膨出させて一部の放熱フィン７５ａのみを外装１２に近接させるようにしてあっても良いし、両方の態様を組み合わせた中庸なものであっても良い。

また、電力変換装置６９の天面には外装１２のフットボード３１が近接して配置され、外装１２と電力変換装置６９との隙間が狭められており、走行風の漏洩がより防がれている。

そして、外装１２の凹部８５は、冷却風路８７の断面積を部分的に狭めている。複数の放熱フィン７５は、凹部８５に沿って突出長さが短縮されている。この凹部８５は、放熱フィン７５の先端に接近させて冷却風の通路の断面積を部分的に縮小させることで、当該箇所の風速を上げ、放熱フィン７５の熱交換を促進させ、電力変換装置６９の冷却性能を高めている。なお、凹部８５は、凹部８５の前後における放熱フィン７５の先端を結ぶ仮想線よりも電力変換装置６９に近い側に入り込み、冷却風路８７内を流れる空気を強制的に放熱フィン７５のうち突出長さが短縮されている領域に流し込んで冷却性能を向上させても良い。つまり、外装１２の凹部８５は、停車時などにおけるライダーの足付性と、電力変換装置６９の冷却性能とを同時に高めている。なお、電力変換装置６９について、特に発熱の大きい回路を凹部８５の近傍に配置することによって、当該回路をより効率的に冷却することもできる。

本実施形態に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１は、複数の放熱フィン７５の一部を、他部の放熱フィン７５に比べて外装１２の内面により接近させて配置することによって、走行風の流れ方向を制御して放熱フィン７５へ導き、また、走行風を放熱フィン７５に沿わせて円滑に流通させて電力変換装置６９を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１は、外装１２および電力変換装置６９によってダクト状の冷却風路８７を区画できるので、電力変換装置６９を冷却するために余分な部品を必要とせず、部品点数を抑制しつつ電力変換装置６９の冷却効率を高めることができる。

さらに、本実施形態に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１は、複数の放熱フィン７５の一部（放熱フィン７５ａ）に、最も上側に配置されている放熱フィン９５と下側に配置されている放熱フィン９６とを含めることによって、冷却風路８７から走行風が漏れ出ることを抑制して、冷却風路８７における走行風の風量を損なうことなく電力変換装置６９をより確実に冷却できる。

さらにまた、本実施形態に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１は、凹部８５を備えることによって、冷却風路８７内に流速の高い部分を生じさせ、当該箇所における冷却効率を高め、例えば電力変換装置６９内で発熱量の大きい回路を集中的に冷却し、かつ車両の足付性をも高めることができる。

したがって、本発明に係る燃料電池二輪車１の電力変換装置６９の冷却構造７１によれば、外装１２の内側に配置される電力変換装置６９を効率良く、確実に冷却することができる。

１…燃料電池二輪車、２…燃料電池、２ａ…吸気口、２ｂ…排気口、３…モータ、５…車体、６…前輪、７…ステアリング機構、８…後輪、９…スイングアーム、１１…フレーム、１２…外装、１３…シート、１３ａ…前方部、１３ｂ…後方部、１３ｃ…傾斜部、１５…燃料タンク、１６…二次電池、１７…電力管理装置、１８…インバータ、１９…車両コントローラ、２１…ヘッドパイプ、２２…上部ダウンフレーム、２３…下部ダウンフレーム、２４…下部フレーム、２５…上部フレーム、２６…ピボット軸、２６ａ…ブラケット、２７…上ブリッジフレーム、２８…下ブリッジフレーム、２９…ガードフレーム、３０…搭載機器保護フレーム、３０ａ…前保護フレーム、３０ｂ…中央保護フレーム、３０ｃ…後保護フレーム、３０ｄ…側部保護フレーム、３０ｅ…ブラケット、３０ｆ…継手用ブラケット、３１…フットボード、３１ａ…フットレストブラケット、３３…センタースタンド、３４…ヘッドパイプ近傍ブリッジフレーム、３５…センタートンネル領域、３６…機器搭載領域、３７…タイヤハウス領域、３８…リアフェンダ、４１…フロントレッグシールドカバー、４２…フロントフレームカバー、４３…フレームカバー、４５…ハンドル、４６…フロントフォーク、４７…フロントフェンダ、４８…リアサスペンション、５２…排気ダクト、５２ａ…排気口、５５…圧力容器、５６…燃料充填口、５７…燃料充填用継手、５８…燃料充填元弁、５９…燃料供給元弁、６１…クランプバンド、６２…燃料充填口用リッド、６３…タンクバルブ、６９…電力変換装置、７１…冷却構造、７３…バルブ保護フレーム、７５、７５ａ、７５ｂ…放熱フィン、７７…電力線、８１…フットボードロアカバー、８２…ロアレッグシールドカバー、８３…アンダーカバー、８４…リアロアフェンダーカバー、８５…凹部、８７…冷却風路、８８…導風口、８９…メッシュフィルタ、９１…排風口、９５、９６…放熱フィン。

Claims (3)

1. 前後方向に延びるフレームと、
   前記フレームに沿い、かつ前後方向寸法が上下方向寸法より長い電力変換装置と、
   前後方向に延びて前記フレームおよび前記電力変換装置を覆い隠し、かつ前記電力変換装置との間に冷却風を前後方向に沿って流通させる冷却風路を区画する外装と、を備え、
   前記外装は、前記電力変換装置の天面に近接して配置されるフットボードを有し、
   前記電力変換装置は、前記冷却風路内で前後方向に向かって延び、かつ前記外装の内面に向かって突出する複数の放熱フィンを有し、
   前記複数の放熱フィンは、前記フットボードの内面に接近して最も上側に配置される第一放熱フィンと、最も下側に配置される第二放熱フィンと、を含み、
   前記第一放熱フィン、および前記第二放熱フィンは、直線距離において他部の放熱フィンに比べて前記外装の内面により接近している電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造。
2. 前記外装は、前記冷却風路の前端に設けられて前記冷却風路に走行風を流入させる導風口を有し、
   前記導風口は、前記電力変換装置の正面に配置され、
   前記電力変換装置の前端部は、前記導風口に向かって延び、前記導風口に接近して配置されている請求項１に記載の電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造。
3. 前記外装は、前記冷却風路の断面積を部分的に狭める凹部を備え、
   前記複数の放熱フィンは、前記凹部に沿って突出長さが短縮されている請求項１または２に記載の電動二輪車用の電力変換装置の冷却構造。

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