(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、インバータ等の発熱する電装品がフロント空間よりも後方に搭載されると、電装品とラジエータとを繋ぐ冷却媒体管路がダッシュボードを前後に通過するように配索する必要があるため、その管路が長くなる。そうすると、冷却媒体管路における液漏れ対策が必要になるとともに、冷却媒体を循環させるためのポンプも高出力のものが必要になる。
【0006】
そこで本発明は、冷却媒体流路における液漏れ対策を容易にするとともに、冷却媒体を循環させるためのポンプの高出力要求も緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る電動車両は、ボンネットで覆われたフロント空間と運転者の着座するシートが配置された搭乗空間との間を仕切るダッシュボードを有する車体と、前記ダッシュボードよりも後方に設けられ、車両走行用の回転動力を発生させるための電気エネルギーにより発熱する電装品と、前記ダッシュボードよりも後方に設けられ、前記電装品との間で循環させる冷却媒体を冷却するための熱交換器と、を備えている。
【0008】
前記構成によれば、電動車両の発熱する電装品がダッシュボードよりも後方に配置される場合において、その電装品を冷却するための冷却媒体が通流する熱交換器もダッシュボードよりも後方に配置されているため、熱交換器と電装品との間の冷却媒体流路を短くすることができる。即ち、本発明者は、電動車両の電装品の発熱量は内燃機関の発熱量よりも小さいことに着眼し、熱交換器をボンネット下のフロント空間に配置するとの常識を覆し、液冷式の冷却系統において熱交換器と電装品とを互いに近づけて配置することを実現した。したがって、冷却媒体流路における液漏れ対策を容易にできるとともに、冷却媒体を循環させるためのポンプの能力を上げる必要もなくすことができる。
【0009】
前記車体は、外部空間に臨む車体露出面を有し、前記熱交換器は、それに接触して通過する外気に前記冷却媒体からの熱を放出し、前記熱交換器は、前記車体露出面の外側で、前記車体露出面に沿う又は交差する方向に配置されていてもよい。
【0010】
前記構成によれば、走行速度が低くても、車体露出面に沿う仮想線に沿って車体を後方に通過する走行風が熱交換器から熱を好適に奪うことができ、発熱部品を冷却するに十分な冷却性能を得ることができる。
【0011】
前記熱交換器は、それに接触して通過する外気に前記冷却媒体からの熱を放出し、前記熱交換器は、前後方向に対して交差するように配置され、前記熱交換器は、その少なくとも一部が車両後方から見て視認できる位置に設けられていてもよい。
【0012】
前記構成によれば、車両後方から見て熱交換器の少なくとも一部が視認できるため、熱交換器の後側が他部品で覆われている場合に比べ、外気が熱交換器に接触して通過しやすく通風抵抗が少なくなる。よって、熱交換器をダッシュボードよりも前方に設けなくても、外気と冷却媒体との間の熱交換をスムーズに行うことが可能となる。
【0013】
前記熱交換器は、後輪の車軸よりも後方に配置され、かつ、前記車体の後端よりも下方かつ前方に配置されていてもよい。
【0014】
前記構成によれば、熱交換器が後輪車軸よりも後方に配置されているため、熱交換器の後方に配置される他部品が殆ど無く、外気が熱交換器に接触して通過する際の通風抵抗を十分に少なくすることができる。しかも、熱交換器が車体後端よりも前方に配置されているため、後方から車両に障害物等が近接する場合でも、熱交換器よりも先に車体に当たることになるため、熱交換器を簡単に保護することができる。
【0015】
前記搭乗空間の後方において前記車体に設けられた荷台を更に備え、前記熱交換器及び前記電装品は、前記荷台の下方に配置されていてもよい。
【0016】
前記構成によれば、電装品と熱交換器との両方が荷台の下方の空間に配置されているため、その同じ空間内で熱交換器と電装品との間の冷却液流路をレイアウトでき、電装品の冷却系統のレイアウトを簡素かつコンパクトにすることができる。
【0017】
前記電装品は、少なくともインバータを含んでいてもよい。
【0018】
前記構成によれば、高熱になるインバータを効果的に冷却することができる。
【発明の効果】
【0019】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、冷却媒体流路における液漏れ対策を容易にできるとともに、冷却媒体を循環させるためのポンプの能力を上げる必要もなくすことができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、電動ユーティリティビークル1に搭乗した運転者から見た方向を基準とする。
【0022】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電動ユーティリティビークル1を示す斜視図である。
図1に示すように、電動ユーティリティビークル1は、内燃機関を備えず、電源から供給される電力により回転動力を発生して車輪を駆動する電動車両であり、最高速度が25マイル(約40km/h)以下の低速走行車両である。電動ユーティリティビークル1は、車体2の前部に左右一対の前輪3を備え、後部に左右一対の後輪4を備えている。前輪3及び後輪4は、低圧タイヤのいわゆるバルーンタイヤを有しており、不整地路面での走行が可能に構成されている。左右の前輪3の間のフロント空間S1はボンネット5により上方から覆われている。ボンネット5の後方である車体前後方向の中央付近には、運転者及び同乗者が着座する横長のシート6が設けられている。車体2には、フロント空間S1とシート6が配置された搭乗空間S2とを仕切るダッシュボード7が設けられている。車体2には、ボンネット5の左右両側からシート6の斜め後下方のフロアフレーム11にわたって、シート6が配置された搭乗空間S2を囲むキャビンフレーム7が設けられている。
【0023】
キャビンフレーム7は金属製の円筒パイプであり、搭乗空間S2の前後左右及び上部を開放するように形成されている。即ち、車体2は、登場空間S2に出入りするためのドアを備えていない。車体2には、搭乗空間S2の後方において荷台9が設けられている。荷台9は、平面視四角形の底壁と、底壁の四辺から上方に突出する側壁とを有しており、上方に開放されている。荷台9には、後輪4の上方を覆う第1フェンダー32が取り付けられており、フロアパネル11には、第1フェンダー32の前側に続く第2フェンダー33が取り付けられている。荷台9は、手動又は自動で後傾するようにバンク可能である。そして、車体2には、荷台9の下方かつ左右の後輪4の間に配置されたラジエータ10(熱交換器)が取り付けられている。即ち、ラジエータ10は、ダッシュボード7よりも後方に配置されている。ラジエータ10は、それに接触して通過する外気である走行風に冷却媒体(例えば、オイル)からの熱を放出する熱交換器である。
【0024】
図2は、
図1の電動ユーティリティビークル1を示す平面図である。なお、
図2は、シート6及び荷台9(
図1参照)を取り外した状態を示している。
図2に示すように、車体2は、シート6(
図1参照)を下方から支持するシートフレーム12を有している。シートフレーム12には、前後に延びる左右一対のリヤフレーム13の前端部が接続されており、リヤフレーム13は、荷台9(
図1参照)を下方から支持する。左右のリヤフレーム13の後側部分は、車幅方向に延びるクロスメンバ14により互いに接続されている。後輪4には、車幅方向に延びる車軸16が接続されており、左右の後輪4のハブ15を左右に連結する連結部材17が車軸16の後方で車幅方向に延びている。
【0025】
車体2には、後輪4を(四輪駆動時には前輪3も)駆動するためのモータユニット19(電装品)と、モータユニット19を制御するためのインバータ21(電装品)と、インバータ21に供給する電力を蓄えたバッテリユニット22とが設けられている。モータユニット19は、コイルに電流を流すことで磁界を発生させて回転子を回転させる。インバータ21は、バッテリユニット22からの直流電力を交流電力に変換する機能を含み、直流電力を交流電力に変換するにあたって用いられるスイッチング素子を備えている。バッテリユニット22は、車幅方向に延びる横長形状に形成されており、その車幅方向一方側(本例では左側)にインバータ21が配置されている。また、バッテリユニット22の車幅方向左側の外面(上面)には、外部の充電コネクタ(図示せず)を接続するための充電口22aが設けられている。
【0026】
モータユニット19、インバータ21、バッテリユニット22は、ダッシュボード7よりも後方に設けられている。これらのうちバッテリユニット22以外の電装品19,21は、キャビンフレーム8よりも後方で且つ荷台9(
図1参照)で覆われた下方に配置されている。バッテリユニット22は、シート6(
図1参照)の下方のシートフレーム12で囲まれた空間に配置されている。
【0027】
インバータ21は、左側のリヤフレーム13の前部に対して車幅方向外側(本例では左側)に配置されている。モータユニット19は、バッテリユニット22の後側で且つ車軸16の前側に配置されている。モータユニット19は、平面視で左右のリヤフレーム13の間の領域における車幅方向片側(本例では左側)の部分に配置されており、その駆動軸(図示せず)は車幅方向(本例では右方向)に向けて突出している。ラジエータ10は、後輪4の車軸16及び連結部材17よりも後方に配置され、かつ、車幅方向の片側(本例では左側)に配置されている。
【0028】
即ち、インバータ21及びモータユニット19が、車幅方向において車体中心に対して一方側(本例では左側)に偏って配置される場合に、ラジエータ10も車体中心に対して同じ側(本例では左側)に偏って配置することで、冷却媒体流路を短くすることができる。また、モータユニット19と後輪4の車軸16との間には、ギヤボックス25が介設され、モータユニット19から出力された動力がギヤボックス25を介して後輪4の車軸16に伝達される。
【0029】
図3は、
図1の電動ユーティリティビークル1の冷却系統35を示すブロック図である。
図3に示すように、本実施形態の冷却系統35は、車両走行用の回転動力を発生させるための電気エネルギーにより発熱するインバータ21及び電動モータ20を冷却するためのものである。モータユニット19は、電動モータ20と、電動モータ20を冷却したオイル(冷却媒体)を貯めるオイルパン30と、オイルパン30に貯まったオイルを吐出するポンプ29とを一体に有している。ポンプ29は、電動モータ20からの動力により駆動される。これにより、電動モータ20の近傍にポンプ29を配置することができ、電動モータ20とポンプ29との間の冷却媒体流路を短くすることができる。
【0030】
ポンプ29から吐出されたオイルは、ラジエータ10に導かれて冷却された後、インバータ21に導かれる。インバータ21に導かれたオイルは、インバータ21の発熱部分であるスイッチング素子から直接又は間接的に熱を奪う。インバータ21を冷却したオイルは、電動モータ20に導かれる。電動モータ20を冷却したオイルは、オイルパン30に集められる。即ち、冷却系統35は、冷却媒体流路40を介して、インバータ21、電動モータ20及びラジエータ10に冷却媒体を循環させている。電動モータ20及びインバータ21は、内燃機関に比べて発熱温度が低いので、ラジエータ10の冷却能力を小さくすることができ、ラジエータ10を小型化して電動モータ20やインバータ21のような発熱対象に近づけて設置しても、十分な性能を実現できる。
【0031】
なお、電動モータ20に導かれるオイルは、冷却媒体と潤滑液とに共用されており、冷却とともに可動部分の潤滑にも利用されている。即ち、オイル(冷却媒体)は、電動モータ20の発熱部分であるコイルから直接又は間接的に熱を奪うとともに、電動モータ20の回転子を支持する軸受部分及び/又はモータから出力軸までの動力伝達に用いられる回転体を支持する軸受部分に供給されて潤滑液としても機能する。
【0032】
図4は、
図1の電動ユーティリティビークル1の要部を示す側面図である。
図4に示すように、ラジエータ10は、後輪4の車軸16よりも後方に配置され、かつ、車体2の後端よりも下方かつ前方に配置されている。具体的には、ラジエータ10は、荷台9の下方で且つ荷台9の後端部9aよりも前方に配置されており、更に、後輪4の後端4aより前方に配置されている。車体2は、車外の外部空間に臨む車体露出面として、荷台9の下面9b、フロアフレーム11の下面11a及びリヤフレーム13の下面13aなどを有している。ラジエータ10は、その前後方向に延びる車体露出面9b,11a,13aの外側で、車体露出面9b,11a,13aに交差する方向に配置されている。即ち、ラジエータ10の主面が、前後方向に対して交差するように配置されている。そして、ラジエータ10は、その少なくとも一部が車両後方から見て視認できる位置に設けられており、本例では、ラジエータ10は、その背面の全部が車両後方から見て視認できる。即ち、ラジエータ10の後方は、障害物がなく開放されている。
【0033】
ラジエータ10は、荷台9がバンクしても干渉しないように荷台9に対して上下方向に間隔をあけて配置されている。ラジエータ10は、荷台9とは異なる車体2の非可動部分に固定されている。具体的には、ラジエータ10は、ブラケット34により車体2のリヤフレーム13に固定されている。ラジエータ10は、その下端が車体2の底面よりも上方に位置しており、特に、ラジエータ10よりも前方にあるフロアフレーム11の下面11aよりも上方に位置している。また、ラジエータ10は、下端部から上端部に向かうにつれて後方に位置するような後傾姿勢で設置されている。なお、ラジエータ10には、冷却媒体を補充するための冷媒補充口(図示せず)が設けられており、その冷媒補充口はキャップ等で封止されている。
【0034】
以上に説明した構成によれば、電動車両からなるユーティリティビークル1のインバータ21及び電動モータ20がダッシュボード7よりも後方に配置される場合において、それらを冷却するための冷却媒体が通流するラジエータ10もダッシュボード7よりも後方に配置されているため、インバータ21、電動モータ20及びラジエータ10に冷却媒体を循環させる流路40を短くすることができる。即ち、電動車両の電装品の発熱量は内燃機関の発熱量よりも小さいため、ラジエータ10をボンネット5下のフロント空間S1に配置せずに、ラジエータ10をインバータ21及び電動モータ20に近づけて配置することができる。これにより、冷却媒体流路40における液漏れ対策を容易にできるとともに、冷却媒体を循環させるためのポンプの能力を上げる必要もなくすことができる。特に、インバータ21、電動モータ20及びラジエータ10の全てが荷台9の下方の空間に配置されているため、それら冷却液流路を同じ空間内でレイアウトでき、電装品の冷却系統のレイアウトを簡素かつコンパクトにすることができる。
【0035】
また、電動ユーティリティビークル1の走行速度が低くても、車体露出面9b,13a,11aに沿う仮想線に沿って車体2を後方に通過する走行風がラジエータ10から熱を好適に奪うので、ラジエータ10を車体後部に配置しても、発熱部品を冷却するに十分な冷却性能を得ることができる。さらに、車両後方から見てラジエータ10の少なくとも一部が視認できるため、ラジエータ10の後側が他部品で覆われている場合に比べ、外気がラジエータ10に接触して通過しやすく通風抵抗が少なくなる。よって、ラジエータ10をダッシュボード7よりも前方に設けなくても、外気と冷却媒体との間の熱交換をスムーズに行うことが可能となる。
【0036】
また、ラジエータ10が後輪4の車軸16よりも後方に配置されているため、ラジエータ10の後方に配置される他部品が殆ど無く、外気がラジエータ10に接触して通過する際の通風抵抗を十分に少なくすることができる。しかも、ラジエータ10が荷台9の後端部9aよりも前方で、特に、後輪4の後端4aよりも前方に配置されているため、後方から車両に障害物等が近接する場合でも、ラジエータ10よりも先に荷台9又は後輪4に当たることになるため、ラジエータ10を簡単に保護することができる。
【0037】
また、走行駆動源よりも後方にラジエータを配置したとしても、走行駆動源として内燃機関を用いた場合に比べ、電動モータ20は、その廃熱が走行時にラジエータ10に与える影響が少なく、十分な冷却性能を確保することができる。それどころか、配置される車載部品が少ない車体後部にラジエータ10を配置することで、他の車載部品との干渉を減らすことができ、設計自由度を高めることができる。
【0038】
さらに、ラジエータ10は、それよりも前方にあるフロアフレーム11の下面11aよりも上方に位置しているので、車体底面を通過した岩などの障害物がラジエータ10に接触することも防がれる。また、ラジエータ10は、後傾姿勢で設置されているので、荷台9の下面9bやリヤフレーム13の下面13aに沿って流れる走行風を捉えやすくなる。しかも、ラジエータ10の熱交換面を鉛直方向に対して交差する方向に配置したので、ラジエータ下部から熱を奪った外気が、ラジエータ上部を通過することを極力防ぐことができ、停車中及び低速走行中での冷却能力を高めることができる。また、ラジエータ10が車体後部に配置されたので、ラジエータ10の冷媒補充口に冷媒を補充するメンテナンスが行い易くなる。
【0039】
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態に係る電動ユーティリティビークルの冷却系統135を示す斜視図である。
図5に示すように、第2実施形態の冷却系統135は、ラジエータの代わりに、金属(例えば、アルミ)からなる管状部材110を熱交換器として利用している。管状部材110は、車体の金属(例えば、アルミ等)からなるフレームに接触して設けられ、管状部材110に通流する冷却媒体からの熱をフレームに伝熱して放熱している。具体的には、管状部材110は、リヤフレーム13の下面13aに接触するように配置され、管状部材110を支持した支持具120が、ネジやボルト等の固定具(図示せず)によりリヤフレーム13に固定されている。管状部材110は、その少なくとも一部が車両後方から見て視認できる位置に設けられている。
【0040】
リヤフレーム13の下面13aは、外部空間に臨む車体露出面であり、管状部材110は、そのリヤフレーム13の下面13aの外側で当該下面13aに沿う方向に配置されている。管状部材110は、フレーム13に沿って延びる本体部110aと、フレーム13から離れるように本体部110aの両端からそれぞれ突出した端部110b,110cとを有している。管状部材110の一端部110bは、ホース130を介してモータユニット19に接続されている。管状部材110の他端部110cは、ホース132を介してインバータ21に接続されている。インバータ21は、ホース134を介してモータユニット19に接続されている。
【0041】
モータユニット19のポンプ29から吐出されたオイルは、管状部材110に導かれ、管状部材110及びそれが接触するリヤフレーム13を介して外気と熱交換して冷却される。即ち、車体露出面であるリヤフレーム13の下面13aに沿って流れる走行風が、管状部材110及びリヤフレーム13に接触し、管状部材110を流れるオイルからの熱を外部に放出させる。その冷却されたオイルはインバータ21に導かれ、そのインバータ21を冷却したオイルは、電動モータ20に導かれ、電動モータ20を冷却したオイルは、オイルパン30に集められる。
【0042】
以上に説明した構成によれば、いわゆるラジエータを用いずとも、簡素な構成で熱交換器を実現することができる。しかも、管状部材110をフレーム13に接触させながらフレーム13に沿って設けているので、ある程度大きな表面積を有するフレーム13を放熱部材として利用できるので、スペースを有効活用しながら効果的に熱交換を行うことができる。また、管状部材110は、走行風が流れる車体露出面に沿って設けているので、車体の後部に配置されても良好な放熱性を発揮することができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態では、フレーム13に取り付けた管状部材110に冷却媒体を通流させているが、管状のフレームに冷却媒体を通流させてもよく、管状部材を金属製の荷台の一部に接触させてもよく、又は、荷台内を通流させてもよい。
【0043】
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態に係る電動ユーティリティビークルの冷却系統235を示す斜視図である。
図6に示すように、本実施形態の冷却系統235では、ラジエータ10が、フレームに固定されずにモータユニット19に固定されている。具体的には、ラジエータ10は、モータユニット19の背面と隙間をあけた状態でモータユニット19の後方に配置され、ブラケット234を介してモータユニット19に固定されている。このラジエータ10は、前後方向に対して交差するように配置されており、その少なくとも一部が車両後方から見て視認できる位置に設けられている。なお、モータユニット19には、前述したようにポンプ29が一体に設けられている。また、改めて図示しないが、インバータ21についても、これと同様の冷却系統が備えられていてもよい。
【0044】
以上に説明した構成によれば、ラジエータ10と電装品(例えば、モータユニット19やインバータ21)との間に冷却媒体を循環させる構成を用いながらも、ラジエータ10と電装品とポンプとがユニット化されるので、冷却媒体流路の短尺化に貢献しながら、更に車両組立時のハンドリング性も向上させることができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0045】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、1つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。例えば、第1及び第2実施形態では、モータ20とインバータ21を同じラジエータ10を用いて直列に冷却したが、別系統で冷却してもよい。モータ20とインバータ21とは、別の冷却媒体で冷却してもよく、例えば、モータ20及びインバータ21の何れか一方を水冷(冷却用媒体)とすると共に何れか他方を油冷(冷却及び潤滑用媒体)にしてもよい。電動モータ20及びインバータ21のいずれか一方のみをラジエータ10で冷却してもよい。そのとき、ラジエータ10で冷却すべき発熱体をダッシュボード7より後方に配置すればよい。また、冷却液と潤滑液とを分けて、潤滑用のオイルパンを小型軽量化してもよい。ラジエータ10の背面の一部は、後方から見てナンバープレート等で隠れてもよい。また、ラジエータ10は、左右方向両端部から左右方向中央部に向かうにつれて後方に位置するような傾斜形状としてもよい。
【0046】
ラジエータ10は、発熱体の近傍に配置されればよい。ラジエータ10は、車体側面又は車体底面に沿って放熱面が前後方向に延びるように配置されてもよいし、車体後面に沿って放熱面が車幅方向に延びるように配置されてもよい。冷却媒体は、冷却液であればよいが、必ずしも液でなくてもよく気体でもよい。冷却対象の電装品は、車両走行用の回転動力を発生させるための電気エネルギーにより発熱する電装品であればよく、バッテリユニット及びDCDCコンバータ等を冷却対象としてもよい。バッテリユニット22は、化学反応を用いて電力を供給するものとしたが、コンデンサのように電気反応を用いて電力を供給してもよい。上述した特徴は、発熱する電気部品を冷却するための熱交換器を備えた構成であれば、ユーティリティビークル以外の他の電動車両に適用してもよく、荷台を備えない乗り物、例えば、鞍乗型の四輪式の不整地走行車やゴルフカートのような四輪車に適用してもよい。