電気自動車
【課題】開発工数や開発コストを低減することができる電気自動車を提供する。
【解決手段】既存の、駆動力源がエンジンである車両の車体フレーム２２およびトランスアクスル２６を流用して、駆動用電動機２４と燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる。そのため、車体フレーム２２と、上記駆動用電動機２４、燃料電池用酸化ガス送給機２０、および空調用冷媒圧縮機５８で生じた振動が車体フレーム２２に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要がない。
【解決手段】既存の、駆動力源がエンジンである車両の車体フレーム２２およびトランスアクスル２６を流用して、駆動用電動機２４と燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる。そのため、車体フレーム２２と、上記駆動用電動機２４、燃料電池用酸化ガス送給機２０、および空調用冷媒圧縮機５８で生じた振動が車体フレーム２２に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要がない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車に係り、特に、その電気自動車の開発工数や開発コストを低減するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動力源としてエンジン（内燃機関）を備えた車両が知られている。その車両には、変速機と差動歯車装置とを同一のケース内に有して成るトランスアクスルを備えたものがある。それらエンジンおよびトランスアクスルは、互いに連結され、マウントブッシュを介して車体に取り付けられる。上記マウントブッシュは、エンジンおよびトランスアクスルで生じた振動を吸収あるいは減衰する機能を有する。
【０００３】
それに対し、エンジン（内燃機関）を備えない車両もある。たとえば、駆動力源として電動機を備えた電気自動車である。特許文献１〜４には、燃料電池からの電力により作動する電動機を備えた電気自動車（燃料電池車）が記載されている。また、特許文献５には、蓄電池からの電力により作動する電動機を備えた電気自動車が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８５６４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８５６５２号公報
【特許文献３】特開２００３−２８８９０８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１２１２１号公報
【特許文献５】特開平０９−２２４３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、たとえば、燃料電池車には、燃料電池に空気などの酸化ガス或いは水素を含む燃料ガスを圧送するための燃料電池用ガス送給機が必要となる。この燃料電池用ガス送給機は、駆動力源がエンジンである車両には不要である。そのため、燃料電池車を作る際には、燃料電池用ガス送給機を搭載することができる車体と、その燃料電池用ガス送給機の振動が車体に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要があり、燃料電池車の開発工数および開発コストが比較的大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、従来の、駆動力源がエンジンである車両においては、空調用冷媒圧縮機が上記エンジンに固定されていたために、そのエンジンが備えられない電気自動車を作る際には、その空調用冷媒圧縮機を設置可能な車体と、その空調用冷媒圧縮機の振動の車体への伝達抑制のための防振部材とを新たに開発する必要があり、電気自動車の開発工数および開発コストが比較的大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、開発工数や開発コストを低減することができる電気自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、（ａ）マウントブッシュを介して車体に取り付けられたトランスアクスルケースを備えた車両において、（ｂ）前記トランスアクスルケースのエンジンおよびトルクコンバータの装着部位に、それらエンジンおよびトルクコンバータに替えて、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とが設けられていることにある。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、既存の、駆動力源がエンジンである車両の車体およびトランスアクスルケースを流用して、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とが搭載された電気自動車を作ることができる。そのため、駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とを搭載することができる車体と、それらで生じた振動が車体に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要がないので、電気自動車の開発工数および開発コストを低減することができる。
【００１０】
ここで、好適には、前記トランスアクスルケースは、変速機を収容して横置きに配置されており、前記駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されている。このようにすれば、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されているので、トランスアクスルケースの重量バランスが、エンジンおよびトルクコンバータが装着されていた場合と比較して、それほど変化しないので、マウントの振動吸収特性、或いは振動減衰特性がそのまま維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例の電気自動車の構成を概念的に示す図である。
【図２】図１の電気自動車の車体フレームの一部とそれに搭載された駆動装置および燃料電池用酸化ガス送給機を示す図である。
【図３】図２のIII-III矢視の駆動装置および燃料電池用酸化ガス送給機を示す図である。
【図４】駆動力源としてエンジンを備えた従来の車両を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースに固定されたアダプターの車両前方側に固定された空調用冷媒圧縮機とを示す図である。
【図６】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのミッションケースの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図７】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのミッションケースおよびハウジングの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図８】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのケースカバーの車両左方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図９】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのケースカバーおよびミッションケースの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の電気自動車１０の構成を概念的に示す図である。図１においては、矢印ＦＲ方向が車両前方方向である。図１に示すように、電気自動車１０は、車両中央に設けられた燃料電池１２と、車両後方に設けられ、燃料電池１２へ燃料としての水素ガスを供給する燃料電池用燃料送給機１４と、車両前方に設けられ、燃料電池１２または図示しない蓄電池からの電力により作動して駆動輪１６を駆動する駆動装置１８と、その駆動装置１８に隣接して設けられて燃料電池１２へ酸化ガスとしての圧縮空気を供給する燃料電池用酸化ガス送給機２０とを備えている。電気自動車１０は、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車である。なお、上記燃料電池用酸化ガス送給機２０は、本発明における燃料電池用ガス送給機に相当するものである。
【００１４】
燃料電池１２は、高分子電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体をセパレータによって挟持した発電セルが、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層されることで構成されている。この燃料電池１２は、燃料電池用燃料送給機１４からアノード側電極に供給される水素ガス中の水素と、燃料電池用酸化ガス送給機２０からカソード側電極に供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電する。この燃料電池１２で発電した電力は、駆動装置１８、燃料電池用燃料送給機１４、および燃料電池用酸化ガス送給機２０を作動させるために使用される他、必要に応じて図示しない蓄電池を充電するために使用される。
【００１５】
燃料電池用燃料送給機１４は、圧縮された水素ガスが貯蔵された図示しない水素タンクを備えており、燃料電池１２のアノード側電極に燃料ガスとしての水素ガスを圧送する。
【００１６】
図２は、電気自動車１０の車体フレーム２２の一部とそれに搭載された駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を示す図である。図２では、矢印ＦＲで示す方向が車両前方である。また、図３は、図２のIII矢視の駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を示す図である。図２および図３に示すように、駆動装置１８は、電気自動車１０の駆動力源としての駆動用電動機２４と、その駆動用電動機２４の回転を変速しつつその回転を左右一対の駆動輪１６に伝達する変速機３０と、それらをそれぞれ収容したトランスアクスルケース２６を備えている。トランスアクスルケース２６は、変速機３０および差動歯車装置３４を収容した円筒状のミッションケース２８と、ミッションケース２８の車両左側の開口を塞ぐように固定されたケースカバー２７と、駆動用電動機２４を収容した円筒状のハウジング２９とを、相互に締結することで構成されている。このハウジング２９は、従来ではトルクコンバータを収容していたものである。
【００１７】
ハウジング２９に収容された駆動用電動機２４は、本実施例では駆動源として機能するものであり、例えば燃料電池１２や前記蓄電池からの電力により作動する交流同期型のモータである。この駆動用電動機２４の出力は、図示しないインバータにより例えばアクセル開度等の要求出力関連値に基づいて制御される。
【００１８】
ミッションケース２８には、駆動用電動機２４の出力軸に連結された良く知られたベルト式無段変速機から成る変速機３０と、その変速機３０の出力軸に一対のギヤ対３２を介して連結された良く知られた差動歯車装置３４とが収容されている。ミッションケース２８およびハウジング２９を備えたトランスアクスルケース２６は、横置型のものであり、車幅方向の左側に配設されている。
【００１９】
駆動装置１８は、図２に示すように、トランスアクスルケース２６の車両前方側に配設された第１マウント部材３６と、トランスアクスルケース２６の車両後方側に配設された第２マウント部材３８と、トランスアクスルケース２６の車両左側に配設された第３マウント部材４０とを介して車体フレーム（車体）２２にマウントされている。第１マウント部材３６は、車体フレーム２２の第１クロスメンバ４２に固定されている。また、第２マウント部材３８は、車体フレーム２２の第２クロスメンバ４４に固定されている。また、第３マウント部材４０は、左フロントサイドメンバ４６に固定されている。上記マウント部材３６、３８、および４０は、トランスアクスルケース２８側の部材と車体フレーム２２側の部材との間に介在させられたゴムなどから成るマウントブッシュ（弾性部材）３６ａ、３８ａ、および４０ａを有している。駆動装置１８で生じた振動は上記マウントブッシュ３６ａ、３８ａ、および４０ａにより吸収あるいは減衰させられる。
【００２０】
燃料電池用酸化ガス送給機２０は、図示しないフィルタを介して外気を取り込むエアクリーナ４８と、そのエアクリーナ４８から供給された空気を圧縮する圧縮機５０と、その圧縮機５０を駆動する圧縮機用電動機５２と、圧縮機５０から吐出された圧縮空気を冷却するインタークーラ５４（図１参照）とを備えている。
【００２１】
圧縮機用電動機５２は、例えば燃料電池１２や前記蓄電池からの電力により作動するモータたとえば交流同期型のモータである。この圧縮機用電動機５２は、トランスアクスルケース２６の車両右側にアダプター５６を介して配設され、その圧縮機用電動機５２のケースがハウジング２９に例えばボルト等の締結具により固定されている。アダプター５６は、ハウジング２９の開口に締結された円筒状部材であり、その車両右側部分が半円筒状とされている。
【００２２】
圧縮機５０は、例えばルーツ式ポンプ、ベーンポンプ、またはブロア等から構成されている。燃料電池用酸化ガス送給機２０は、その圧縮機用電動機５２がアダプター５６内に収容された状態で、その圧縮機５０のケースが圧縮機用電動機５２のケースに例えばボルト等の締結具により固定されることにより、アダプター５６に支持されている。
【００２３】
インタークーラ５４は、熱交換器であり、圧縮機５０から吐出された圧縮空気の温度を燃料電池１２の運転に適した温度、例えば８０℃以下に冷却し、燃料電池１２に供給する。本実施例では、インタークーラ５４は、水冷式の多管式熱交換器が使用されている。
【００２４】
このように構成された電気自動車１０の作用について以下に説明する。先ず、エアクリーナ４８を通じて圧縮機５０へ外気（空気）が供給される。圧縮機５０に供給された空気は、その圧縮機５０により圧縮されて吐出される。その吐出された圧縮空気は、インタークーラ５４へ導かれて冷却される。インタークーラ５４で冷却され、燃料電池１２ヘ供給するガス温度として適温（例えば８０℃）になった空気は燃料電池１２ヘ供給される。燃料電池１２では、インタークーラ５４からカソード側電極に供給された空気中の酸素と、燃料電池用燃料送給機１４からアノード側電極に供給された水素ガス中の水素との電気化学反応によって発電が行われる。その発電により得られた電力は、駆動用電動機２４および圧縮機用電動機５２等を駆動するために利用される。
【００２５】
従来では、図４に示すような、駆動力源としてエンジン７０を備えた車両７２において、トランスアクスルケース２８のうちの変速機３０に隣接する部位にトルクコンバータ７４が変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に装着され、そのトルクコンバータ７４の入力部材（フロントカバー）に隣接する部位にエンジン７０が変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に装着されていた。それに対し、本実施例では、トランスアクスル２６のトルクコンバータ７４およびエンジン６０の装着部位に、それらトルクコンバータ７４およびエンジン７０に替えて、重量物である駆動用電動機２４と燃料電池用酸化ガス送給機２０とが変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に設けられている。そして、駆動用電動機２４はトランスアクスルケース２６のハウジング２８内に収容され、燃料電池用酸化ガス送給機２０はアダプター５６を介してハウジング２８に固定されており、それら駆動用電動機２４および燃料電池用酸化ガス送給機２０とトランスアクスルケース２６との間のマウントが共用させられている。すなわち、駆動用電動機２４および燃料電池用酸化ガス送給機２０で発生した振動は、マウント部材３６、３８、および４０のマウントブッシュ３６ａ、３８ａ、および４０ａで吸収あるいは減衰させられるようになっている。なお、上記トランスアクスルケース２６のうちの変速機３０を収容するミッションケース２８に隣接するハウジング２９が、従来におけるトルクコンバータ７４の収容部位に相当する。また、上記トルクコンバータ７４の入力部材（フロントカバー）に隣接する部位であるハウジング２９の車両右端部分が、従来のエンジンの装着部位に相当する。
【００２６】
さらに、電気自動車１０は、ポンプおよびモータを有する空調用冷媒圧縮機５８を必要に応じて備えている。この空調用冷媒圧縮機５８は、燃料電池用酸化ガス送給機２０よりも比較的軽量であり、アダプター５６の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも車両前方側にマウント部材６０を介してマウントされる。上記マウント部材６０は、空調用冷媒圧縮機５８側の部材とアダプター５６側の部材との間に介在させられたプレス部品またはゴムなどから成るマウントブッシュ（弾性部材）を有している。
【００２７】
従来、図４に示すようなエンジン７０を備えた車両７２においては、トランスアクスルケース２６に隣接してエンジン７０が連結され、そのエンジン７０に空調用冷媒圧縮機５８が固定されていた。それに対し、本実施例では、そのエンジン７０に替えてトランスアクスル２６のエンジン７０の装着部位に燃料電池用酸化ガス送給機２０が装着され、その燃料電池用酸化ガス送給機２０に空調用冷媒圧縮機５８が必要に応じて固定される。エンジン７０に替わる重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が固定されたトランスアクスルケース２６のマウントがそのまま流用されている。すなわち、燃料電池用酸化ガス送給機２０で生じた振動は、副マウント部材５８とマウント部材３６、３８、および４０とにより吸収あるいは減衰させられる。
【００２８】
本実施例の電気自動車１０によれば、既存の、駆動力源がエンジン７０である車両７２の車体フレーム（車体）２２およびトランスアクスルケース２６を流用して、駆動用電動機２４と、燃料電池用酸化ガス送給機（燃料電池用ガス送給機）２０或いはそれに加えて空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる。そのため、駆動用電動機２４と、燃料電池用ガス送給機２０および空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる車体フレーム２２と、それらで生じた振動が車体フレーム２２に伝わらないようにするための防振部材（マウント部材３６、３８、および４０）とを新たに開発する必要がないので、電気自動車１０の開発工数および開発コストを低減することができる。
【００２９】
また、本実施例の電気自動車１０によれば、トランスアクスルケース２６は、変速機３０を収容して車幅方向の横置きに配置されており、駆動用電動機２４と燃料電池用ガス送給機２０および／または空調用圧縮機５８とは、変速機３０の入力軸と軸心Ｃが共通した位置、或いはその軸心Ｃよりも車両前方側位置に配置されていることから、駆動用電動機２４と燃料電池用ガス送給機２０および／または空調用圧縮機５８とが、変速機３０の入力軸の軸心Ｃが共通した位置、或いはその軸心よりも車両前方側位置に配置させられているので、トランスアクスルケース２６の重量バランスが、エンジン７０およびトルクコンバータ７４が装着されていた場合と比較して、それほど変化しないので、マウント３６，３８，４０の振動吸収特性或いは振動減衰特性がそのまま維持される。
【実施例２】
【００３０】
図５は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である空調用冷媒圧縮機５８が、トランスアクスルケース２６の右端側に固定されたアダプター５６の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００３１】
図６は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のミッションケース２８の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００３２】
図７は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のミッションケース２８およびハウジング２９の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００３３】
図８は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のケースカバー２７の車両左方側であって変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例６】
【００３４】
図９は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のケースカバー２７およびミッションケース２８の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【００３５】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
【００３６】
例えば、前述の実施例では、燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６の両方がトランスアクスル２６に直接的あるいは間接的に固定され、それら燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６とトランスアクスル２６とのマウントが共用されるように構成されていたが、上記燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６のどちらかがトランスアクスル２６に固定されることでそのトランスアクスル２６とマウントが共用されるように構成されても、本発明の効果が得られる。
【００３７】
また、前述の実施例では、駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を車体フレーム２２にマウントするために、トランスアクスルケース２８の車両前方側、車両後方側、および車両左側にそれぞれ設けられた３個のマウント部材３６、３８、および４０が用いられていたが、上記駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０の振動を抑えることができれば、マウント部材の数や材質、設置箇所等は適宜変更可能である。
【００３８】
また、前述の実施例では、水素ガスを貯蔵した水素タンクが燃料電池用燃料送給機１４に備えられ、その水素タンクに貯蔵された水素ガスが燃料電池１２のアノード側電極に供給されるようになっていたが、上記アノード側電極に水素を供給できれるものであれば水素の貯蔵形態はガスに限られない。例えば、液体水素などの他の形態で水素を貯蔵してもよい。また、例えば有機系の含水素化合物を貯蔵し、その含水素化合物を改質器で改質することにより生成した改質水素を供給するようにしてもよい。
【００３９】
また、前述の実施例では、圧縮機５０を駆動するための圧縮機用電動機５２が設けられていたが、圧縮機５０は、駆動装置１８の動力の一部により駆動させられるように構成されてもよい。その場合、圧縮機用電動機５２は必ずしも必要ない。
【００４０】
また、前述の実施例において、変速機３０は、ベルト式無段変速機から成るものであったが、これに限らず、例えば、トロイダル式無段変速機、あるいは遊星歯車式や常時噛合式などの有段変速機など、駆動用電動機２４の動力を駆動輪１６へ伝達できる他の公知の変速機であればよい。
【００４１】
また、前述の実施例において、インタークーラ５４は、水冷式の多管式熱交換器が使用されていたが、これに限らず、圧縮空気を燃料電池１２の運転に適した温度に冷却できるものであれば、例えば、空冷式のフィン付き熱交換器や水冷式のコルゲート管熱交換器等が使用されても良い。
【００４２】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：電気自動車
２２：車体フレーム（車体）
２６：トランスアクスル
２４：駆動用電動機
２０：燃料電池用酸化ガス送給機（燃料電池用ガス送給機）
５８：空調用冷媒圧縮機
３６ａ，３８ａ，４０ａ：マウントブッシュ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車に係り、特に、その電気自動車の開発工数や開発コストを低減するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動力源としてエンジン（内燃機関）を備えた車両が知られている。その車両には、変速機と差動歯車装置とを同一のケース内に有して成るトランスアクスルを備えたものがある。それらエンジンおよびトランスアクスルは、互いに連結され、マウントブッシュを介して車体に取り付けられる。上記マウントブッシュは、エンジンおよびトランスアクスルで生じた振動を吸収あるいは減衰する機能を有する。
【０００３】
それに対し、エンジン（内燃機関）を備えない車両もある。たとえば、駆動力源として電動機を備えた電気自動車である。特許文献１〜４には、燃料電池からの電力により作動する電動機を備えた電気自動車（燃料電池車）が記載されている。また、特許文献５には、蓄電池からの電力により作動する電動機を備えた電気自動車が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８５６４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８５６５２号公報
【特許文献３】特開２００３−２８８９０８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１２１２１号公報
【特許文献５】特開平０９−２２４３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、たとえば、燃料電池車には、燃料電池に空気などの酸化ガス或いは水素を含む燃料ガスを圧送するための燃料電池用ガス送給機が必要となる。この燃料電池用ガス送給機は、駆動力源がエンジンである車両には不要である。そのため、燃料電池車を作る際には、燃料電池用ガス送給機を搭載することができる車体と、その燃料電池用ガス送給機の振動が車体に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要があり、燃料電池車の開発工数および開発コストが比較的大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、従来の、駆動力源がエンジンである車両においては、空調用冷媒圧縮機が上記エンジンに固定されていたために、そのエンジンが備えられない電気自動車を作る際には、その空調用冷媒圧縮機を設置可能な車体と、その空調用冷媒圧縮機の振動の車体への伝達抑制のための防振部材とを新たに開発する必要があり、電気自動車の開発工数および開発コストが比較的大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、開発工数や開発コストを低減することができる電気自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、（ａ）マウントブッシュを介して車体に取り付けられたトランスアクスルケースを備えた車両において、（ｂ）前記トランスアクスルケースのエンジンおよびトルクコンバータの装着部位に、それらエンジンおよびトルクコンバータに替えて、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とが設けられていることにある。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、既存の、駆動力源がエンジンである車両の車体およびトランスアクスルケースを流用して、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とが搭載された電気自動車を作ることができる。そのため、駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用冷媒圧縮機とを搭載することができる車体と、それらで生じた振動が車体に伝わらないようにするための防振部材とを新たに開発する必要がないので、電気自動車の開発工数および開発コストを低減することができる。
【００１０】
ここで、好適には、前記トランスアクスルケースは、変速機を収容して横置きに配置されており、前記駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されている。このようにすれば、駆動用電動機と燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されているので、トランスアクスルケースの重量バランスが、エンジンおよびトルクコンバータが装着されていた場合と比較して、それほど変化しないので、マウントの振動吸収特性、或いは振動減衰特性がそのまま維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例の電気自動車の構成を概念的に示す図である。
【図２】図１の電気自動車の車体フレームの一部とそれに搭載された駆動装置および燃料電池用酸化ガス送給機を示す図である。
【図３】図２のIII-III矢視の駆動装置および燃料電池用酸化ガス送給機を示す図である。
【図４】駆動力源としてエンジンを備えた従来の車両を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースに固定されたアダプターの車両前方側に固定された空調用冷媒圧縮機とを示す図である。
【図６】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのミッションケースの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図７】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのミッションケースおよびハウジングの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図８】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのケースカバーの車両左方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【図９】本発明の他の実施例における電気自動車の車体フレームに搭載された駆動装置と、トランスアクスルケースのケースカバーおよびミッションケースの車両前方側に固定された燃料電池用酸化ガス送給機とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の電気自動車１０の構成を概念的に示す図である。図１においては、矢印ＦＲ方向が車両前方方向である。図１に示すように、電気自動車１０は、車両中央に設けられた燃料電池１２と、車両後方に設けられ、燃料電池１２へ燃料としての水素ガスを供給する燃料電池用燃料送給機１４と、車両前方に設けられ、燃料電池１２または図示しない蓄電池からの電力により作動して駆動輪１６を駆動する駆動装置１８と、その駆動装置１８に隣接して設けられて燃料電池１２へ酸化ガスとしての圧縮空気を供給する燃料電池用酸化ガス送給機２０とを備えている。電気自動車１０は、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車である。なお、上記燃料電池用酸化ガス送給機２０は、本発明における燃料電池用ガス送給機に相当するものである。
【００１４】
燃料電池１２は、高分子電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体をセパレータによって挟持した発電セルが、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層されることで構成されている。この燃料電池１２は、燃料電池用燃料送給機１４からアノード側電極に供給される水素ガス中の水素と、燃料電池用酸化ガス送給機２０からカソード側電極に供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電する。この燃料電池１２で発電した電力は、駆動装置１８、燃料電池用燃料送給機１４、および燃料電池用酸化ガス送給機２０を作動させるために使用される他、必要に応じて図示しない蓄電池を充電するために使用される。
【００１５】
燃料電池用燃料送給機１４は、圧縮された水素ガスが貯蔵された図示しない水素タンクを備えており、燃料電池１２のアノード側電極に燃料ガスとしての水素ガスを圧送する。
【００１６】
図２は、電気自動車１０の車体フレーム２２の一部とそれに搭載された駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を示す図である。図２では、矢印ＦＲで示す方向が車両前方である。また、図３は、図２のIII矢視の駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を示す図である。図２および図３に示すように、駆動装置１８は、電気自動車１０の駆動力源としての駆動用電動機２４と、その駆動用電動機２４の回転を変速しつつその回転を左右一対の駆動輪１６に伝達する変速機３０と、それらをそれぞれ収容したトランスアクスルケース２６を備えている。トランスアクスルケース２６は、変速機３０および差動歯車装置３４を収容した円筒状のミッションケース２８と、ミッションケース２８の車両左側の開口を塞ぐように固定されたケースカバー２７と、駆動用電動機２４を収容した円筒状のハウジング２９とを、相互に締結することで構成されている。このハウジング２９は、従来ではトルクコンバータを収容していたものである。
【００１７】
ハウジング２９に収容された駆動用電動機２４は、本実施例では駆動源として機能するものであり、例えば燃料電池１２や前記蓄電池からの電力により作動する交流同期型のモータである。この駆動用電動機２４の出力は、図示しないインバータにより例えばアクセル開度等の要求出力関連値に基づいて制御される。
【００１８】
ミッションケース２８には、駆動用電動機２４の出力軸に連結された良く知られたベルト式無段変速機から成る変速機３０と、その変速機３０の出力軸に一対のギヤ対３２を介して連結された良く知られた差動歯車装置３４とが収容されている。ミッションケース２８およびハウジング２９を備えたトランスアクスルケース２６は、横置型のものであり、車幅方向の左側に配設されている。
【００１９】
駆動装置１８は、図２に示すように、トランスアクスルケース２６の車両前方側に配設された第１マウント部材３６と、トランスアクスルケース２６の車両後方側に配設された第２マウント部材３８と、トランスアクスルケース２６の車両左側に配設された第３マウント部材４０とを介して車体フレーム（車体）２２にマウントされている。第１マウント部材３６は、車体フレーム２２の第１クロスメンバ４２に固定されている。また、第２マウント部材３８は、車体フレーム２２の第２クロスメンバ４４に固定されている。また、第３マウント部材４０は、左フロントサイドメンバ４６に固定されている。上記マウント部材３６、３８、および４０は、トランスアクスルケース２８側の部材と車体フレーム２２側の部材との間に介在させられたゴムなどから成るマウントブッシュ（弾性部材）３６ａ、３８ａ、および４０ａを有している。駆動装置１８で生じた振動は上記マウントブッシュ３６ａ、３８ａ、および４０ａにより吸収あるいは減衰させられる。
【００２０】
燃料電池用酸化ガス送給機２０は、図示しないフィルタを介して外気を取り込むエアクリーナ４８と、そのエアクリーナ４８から供給された空気を圧縮する圧縮機５０と、その圧縮機５０を駆動する圧縮機用電動機５２と、圧縮機５０から吐出された圧縮空気を冷却するインタークーラ５４（図１参照）とを備えている。
【００２１】
圧縮機用電動機５２は、例えば燃料電池１２や前記蓄電池からの電力により作動するモータたとえば交流同期型のモータである。この圧縮機用電動機５２は、トランスアクスルケース２６の車両右側にアダプター５６を介して配設され、その圧縮機用電動機５２のケースがハウジング２９に例えばボルト等の締結具により固定されている。アダプター５６は、ハウジング２９の開口に締結された円筒状部材であり、その車両右側部分が半円筒状とされている。
【００２２】
圧縮機５０は、例えばルーツ式ポンプ、ベーンポンプ、またはブロア等から構成されている。燃料電池用酸化ガス送給機２０は、その圧縮機用電動機５２がアダプター５６内に収容された状態で、その圧縮機５０のケースが圧縮機用電動機５２のケースに例えばボルト等の締結具により固定されることにより、アダプター５６に支持されている。
【００２３】
インタークーラ５４は、熱交換器であり、圧縮機５０から吐出された圧縮空気の温度を燃料電池１２の運転に適した温度、例えば８０℃以下に冷却し、燃料電池１２に供給する。本実施例では、インタークーラ５４は、水冷式の多管式熱交換器が使用されている。
【００２４】
このように構成された電気自動車１０の作用について以下に説明する。先ず、エアクリーナ４８を通じて圧縮機５０へ外気（空気）が供給される。圧縮機５０に供給された空気は、その圧縮機５０により圧縮されて吐出される。その吐出された圧縮空気は、インタークーラ５４へ導かれて冷却される。インタークーラ５４で冷却され、燃料電池１２ヘ供給するガス温度として適温（例えば８０℃）になった空気は燃料電池１２ヘ供給される。燃料電池１２では、インタークーラ５４からカソード側電極に供給された空気中の酸素と、燃料電池用燃料送給機１４からアノード側電極に供給された水素ガス中の水素との電気化学反応によって発電が行われる。その発電により得られた電力は、駆動用電動機２４および圧縮機用電動機５２等を駆動するために利用される。
【００２５】
従来では、図４に示すような、駆動力源としてエンジン７０を備えた車両７２において、トランスアクスルケース２８のうちの変速機３０に隣接する部位にトルクコンバータ７４が変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に装着され、そのトルクコンバータ７４の入力部材（フロントカバー）に隣接する部位にエンジン７０が変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に装着されていた。それに対し、本実施例では、トランスアクスル２６のトルクコンバータ７４およびエンジン６０の装着部位に、それらトルクコンバータ７４およびエンジン７０に替えて、重量物である駆動用電動機２４と燃料電池用酸化ガス送給機２０とが変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心に設けられている。そして、駆動用電動機２４はトランスアクスルケース２６のハウジング２８内に収容され、燃料電池用酸化ガス送給機２０はアダプター５６を介してハウジング２８に固定されており、それら駆動用電動機２４および燃料電池用酸化ガス送給機２０とトランスアクスルケース２６との間のマウントが共用させられている。すなわち、駆動用電動機２４および燃料電池用酸化ガス送給機２０で発生した振動は、マウント部材３６、３８、および４０のマウントブッシュ３６ａ、３８ａ、および４０ａで吸収あるいは減衰させられるようになっている。なお、上記トランスアクスルケース２６のうちの変速機３０を収容するミッションケース２８に隣接するハウジング２９が、従来におけるトルクコンバータ７４の収容部位に相当する。また、上記トルクコンバータ７４の入力部材（フロントカバー）に隣接する部位であるハウジング２９の車両右端部分が、従来のエンジンの装着部位に相当する。
【００２６】
さらに、電気自動車１０は、ポンプおよびモータを有する空調用冷媒圧縮機５８を必要に応じて備えている。この空調用冷媒圧縮機５８は、燃料電池用酸化ガス送給機２０よりも比較的軽量であり、アダプター５６の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも車両前方側にマウント部材６０を介してマウントされる。上記マウント部材６０は、空調用冷媒圧縮機５８側の部材とアダプター５６側の部材との間に介在させられたプレス部品またはゴムなどから成るマウントブッシュ（弾性部材）を有している。
【００２７】
従来、図４に示すようなエンジン７０を備えた車両７２においては、トランスアクスルケース２６に隣接してエンジン７０が連結され、そのエンジン７０に空調用冷媒圧縮機５８が固定されていた。それに対し、本実施例では、そのエンジン７０に替えてトランスアクスル２６のエンジン７０の装着部位に燃料電池用酸化ガス送給機２０が装着され、その燃料電池用酸化ガス送給機２０に空調用冷媒圧縮機５８が必要に応じて固定される。エンジン７０に替わる重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が固定されたトランスアクスルケース２６のマウントがそのまま流用されている。すなわち、燃料電池用酸化ガス送給機２０で生じた振動は、副マウント部材５８とマウント部材３６、３８、および４０とにより吸収あるいは減衰させられる。
【００２８】
本実施例の電気自動車１０によれば、既存の、駆動力源がエンジン７０である車両７２の車体フレーム（車体）２２およびトランスアクスルケース２６を流用して、駆動用電動機２４と、燃料電池用酸化ガス送給機（燃料電池用ガス送給機）２０或いはそれに加えて空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる。そのため、駆動用電動機２４と、燃料電池用ガス送給機２０および空調用冷媒圧縮機５８とを搭載することができる車体フレーム２２と、それらで生じた振動が車体フレーム２２に伝わらないようにするための防振部材（マウント部材３６、３８、および４０）とを新たに開発する必要がないので、電気自動車１０の開発工数および開発コストを低減することができる。
【００２９】
また、本実施例の電気自動車１０によれば、トランスアクスルケース２６は、変速機３０を収容して車幅方向の横置きに配置されており、駆動用電動機２４と燃料電池用ガス送給機２０および／または空調用圧縮機５８とは、変速機３０の入力軸と軸心Ｃが共通した位置、或いはその軸心Ｃよりも車両前方側位置に配置されていることから、駆動用電動機２４と燃料電池用ガス送給機２０および／または空調用圧縮機５８とが、変速機３０の入力軸の軸心Ｃが共通した位置、或いはその軸心よりも車両前方側位置に配置させられているので、トランスアクスルケース２６の重量バランスが、エンジン７０およびトルクコンバータ７４が装着されていた場合と比較して、それほど変化しないので、マウント３６，３８，４０の振動吸収特性或いは振動減衰特性がそのまま維持される。
【実施例２】
【００３０】
図５は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である空調用冷媒圧縮機５８が、トランスアクスルケース２６の右端側に固定されたアダプター５６の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００３１】
図６は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のミッションケース２８の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００３２】
図７は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のミッションケース２８およびハウジング２９の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００３３】
図８は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のケースカバー２７の車両左方側であって変速機３０の入力軸の軸心Ｃと同心にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例６】
【００３４】
図９は、電気自動車１０の車体フレーム２２に搭載された駆動装置１８を示している。本実施例では、重量物である燃料電池用酸化ガス送給機２０が、トランスアクスルケース２６のケースカバー２７およびミッションケース２８の車両前方側すなわち変速機３０の入力軸の軸心Ｃよりも前方側にマウント部材６０を介して固定されている。本実施例においても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
【００３５】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
【００３６】
例えば、前述の実施例では、燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６の両方がトランスアクスル２６に直接的あるいは間接的に固定され、それら燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６とトランスアクスル２６とのマウントが共用されるように構成されていたが、上記燃料電池用酸化ガス送給機２０および空調用圧縮機５６のどちらかがトランスアクスル２６に固定されることでそのトランスアクスル２６とマウントが共用されるように構成されても、本発明の効果が得られる。
【００３７】
また、前述の実施例では、駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０を車体フレーム２２にマウントするために、トランスアクスルケース２８の車両前方側、車両後方側、および車両左側にそれぞれ設けられた３個のマウント部材３６、３８、および４０が用いられていたが、上記駆動装置１８および燃料電池用酸化ガス送給機２０の振動を抑えることができれば、マウント部材の数や材質、設置箇所等は適宜変更可能である。
【００３８】
また、前述の実施例では、水素ガスを貯蔵した水素タンクが燃料電池用燃料送給機１４に備えられ、その水素タンクに貯蔵された水素ガスが燃料電池１２のアノード側電極に供給されるようになっていたが、上記アノード側電極に水素を供給できれるものであれば水素の貯蔵形態はガスに限られない。例えば、液体水素などの他の形態で水素を貯蔵してもよい。また、例えば有機系の含水素化合物を貯蔵し、その含水素化合物を改質器で改質することにより生成した改質水素を供給するようにしてもよい。
【００３９】
また、前述の実施例では、圧縮機５０を駆動するための圧縮機用電動機５２が設けられていたが、圧縮機５０は、駆動装置１８の動力の一部により駆動させられるように構成されてもよい。その場合、圧縮機用電動機５２は必ずしも必要ない。
【００４０】
また、前述の実施例において、変速機３０は、ベルト式無段変速機から成るものであったが、これに限らず、例えば、トロイダル式無段変速機、あるいは遊星歯車式や常時噛合式などの有段変速機など、駆動用電動機２４の動力を駆動輪１６へ伝達できる他の公知の変速機であればよい。
【００４１】
また、前述の実施例において、インタークーラ５４は、水冷式の多管式熱交換器が使用されていたが、これに限らず、圧縮空気を燃料電池１２の運転に適した温度に冷却できるものであれば、例えば、空冷式のフィン付き熱交換器や水冷式のコルゲート管熱交換器等が使用されても良い。
【００４２】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：電気自動車
２２：車体フレーム（車体）
２６：トランスアクスル
２４：駆動用電動機
２０：燃料電池用酸化ガス送給機（燃料電池用ガス送給機）
５８：空調用冷媒圧縮機
３６ａ，３８ａ，４０ａ：マウントブッシュ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マウントブッシュを介して車体に取り付けられたトランスアクスルケースを備えた車両において、
前記トランスアクスルケースのエンジンおよびトルクコンバータの装着部位に、該エンジンおよびトルクコンバータに替えて、駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とが設けられていることを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
前記トランスアクスルケースは、変速機を収容して横置きに配置されており、
前記駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されていることを特徴とする電気自動車。
【請求項１】
マウントブッシュを介して車体に取り付けられたトランスアクスルケースを備えた車両において、
前記トランスアクスルケースのエンジンおよびトルクコンバータの装着部位に、該エンジンおよびトルクコンバータに替えて、駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とが設けられていることを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
前記トランスアクスルケースは、変速機を収容して横置きに配置されており、
前記駆動用電動機と、燃料電池用ガス送給機および／または空調用圧縮機とは、該変速機の入力軸と軸心が共通した位置、或いは該軸心よりも車両前方側位置に配置されていることを特徴とする電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２０６５８２（Ｐ２０１２−２０６５８２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３１８５（Ｐ２０１１−７３１８５）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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