(57)【要約】【課題】動力の効率を従来よりも向上させることが可能な水陸両用車を提供する。【解決手段】燃料電池と、該燃料電池が発生した電力を充放電するバッテリと、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力を陸上走行用駆動電力に変換する陸上走行用駆動装置と、該陸上走行用駆動装置によって駆動される陸上走行用電動機と、該陸上走行用電動機によって回転駆動される車輪と、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力によって水上航行用電動機を駆動することにより推力を発生する推力発生器と、陸上走行時の走行方向を設定する陸上走行用操舵装置と、水上航行時の航行方向を設定する水上航行用操舵装置と、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は燃料電池を起動させる一方、端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には燃料電池を停止させる車両制御部とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
該燃料電池が発生した電力を充放電するバッテリと、
前記燃料電池が発生する電力あるいは前記バッテリから供給される電力を陸上走行用駆動電力に変換する陸上走行用駆動装置と、
該陸上走行用駆動装置によって駆動される陸上走行用電動機と、
該陸上走行用電動機によって回転駆動される車輪と、
前記燃料電池が発生する電力あるいは前記バッテリから供給される電力によって水上航行用電動機を駆動することにより推力を発生する推力発生器と、
陸上走行時の走行方向を設定する陸上走行用操舵装置と、
水上航行時の航行方向を設定する水上航行用操舵装置と、
前記バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は前記燃料電池を起動させる一方、前記端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には前記燃料電池を停止させる車両制御部と
を具備することを特徴とする水陸両用車。
【請求項２】
前記推力発生器は、ポッド推進器であることを特徴とする請求項1記載の水陸両用車。
【請求項３】
単一の電動機を前記水上航行用電動機あるいは前記陸上走行用電動機として共用することを特徴とする請求項1または２記載の水陸両用車。
【請求項４】
単一のハンドルによって陸上走行用操舵装置と水上航行用操舵装置とを択一的に操作することを特徴とする請求項1〜３のいずれか一項に記載の水陸両用車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上航行機能及び陸上走行機能を備えた水陸両用車に関する。
【背景技術】
【０００２】
水陸両用車には種々のものが開発されているが、例えば下記特許文献１には、簡単な構成で軽量・小型の水陸両用車のパワートレイン構造を提供することを目的とし、水陸両用車両の前部にエンジンを横置きに配置し、エンジンの動力を前輪駆動軸またはこれに直交するスクリュー駆動軸に選択的あるいは同時に伝達するための切替機構をトランスミッションに設けることにより上記目的を達成する発明が開示されている。
また、水陸両用車については、このような特許文献１に開示されたものの他に、下記特許文献２〜７に種々の目的に即したものが開示されている。
【特許文献１】特開平０５−２０８６０５号公報
【特許文献２】特開平０９−１３６５１９号公報
【特許文献３】特開平０５−００８６２１号公報
【特許文献４】特開平０５−０２４４２０号公報
【特許文献５】特開２０００−０７１７０４号公報
【特許文献６】特開２００４−３０６９５３号公報
【特許文献７】特開２００２−２１１２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の各種水陸両用車は、パワートレインの動力としての効率向上を目的（技術課題）とするものではなく、パワートレインの効率向上という技術課題について何らかの解決策を提供するものではない。
従来の水陸両用車は、レジャー用あるいは軍事用のものが多く、パワートレインの動力としての効率は、技術開発上、重要なテーマではなかった。しかしながら、例えば産業用途において、あるときには荷物の陸上運搬車両として使用し、また必要に応じて陸上運搬から切り替えて川や海等の水上運搬車両として水陸両用車を利用しようとした場合、パワートレインの効率は、極めて重要な開発テーマとなる。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、動力の効率を従来よりも向上させることが可能な水陸両用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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、燃料電池と、該燃料電池が発生した電力を充放電するバッテリと、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力を陸上走行用駆動電力に変換する陸上走行用駆動装置と、該陸上走行用駆動装置によって駆動される陸上走行用電動機と、該陸上走行用電動機によって回転駆動される車輪と、燃料電池が発生する電力あるいはバッテリから供給される電力によって水上航行用電動機を駆動することにより推力を発生する推力発生器と、陸上走行時の走行方向を設定する陸上走行用操舵装置と、水上航行時の航行方向を設定する水上航行用操舵装置と、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は燃料電池を起動させる一方、端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には燃料電池を停止させる車両制御部とを具備する、という手段を採用する。
第２の解決手段として、上記第１の手段において、推力発生器はポッド推進器である、という手段を採用する。
第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、単一の電動機を水上航行用電動機あるいは陸上走行用電動機として共用する、という手段を採用する。
第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、共通のハンドルによって陸上走行用操舵装置と水上航行用操舵装置とを択一的に操作する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を上回る場合はバッテリの電力によって陸上走行用電動機あるいは水上航行用電動機を駆動し、一方、バッテリの端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、燃料電池を駆動してバッテリに充電すると共に燃料電池の電力によって陸上走行用電動機あるいは水上航行用電動機を駆動するので、エンジンの動力のみによって陸上走行用の動力及び水上航行用の動力を発生する従来のパワートレイン構造よりも動力の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る水陸両用車Ａの要部機能構成を示すブロック図である。
【０００８】
本水陸両用車Ａは、この図に示すように車両本体Ａ１、ポッド（ＰＯＤ）推進器Ａ２及び当該ポッド推進器Ａ２を車両本体Ａ１の底に旋回自在に固定する旋回機構Ａ３から構成されている。車両本体Ａ１は、動力発生機能と陸上走行機能と主な機能とし、車体１、燃料電池２、バッテリ３、本体用インバータ４、本体用モータ５、ディファレンシャルギヤ６、後輪７、ハンドル８、連結機構９ａ，９ｂ、前輪１０及び車両制御装置１１を備えている。一方、ポッド推進器Ａ２は、水上を航行するための機能部（推力発生器）であり、ＰＯＤ筐体１２、ＰＯＤ用インバータ１３、ＰＯＤ用モータ１４及びプロペラ１５を備えている。
【０００９】
車体１は、本水陸両用車Ａの基本的な支持構造体であり、他の各機能構成要素、つまり燃料電池２、バッテリ３、本体用インバータ４、本体用モータ５、ディファレンシャルギヤ６、後輪７、ハンドル８、連結機構９ａ，９ｂ、前輪１０及び車両制御装置１１を支持するためのものである。燃料電池２は、車両制御装置１１による制御の下で燃料としての水素を酸素と化学反応させることにより電力を発生する発電装置である。燃料電池２は、周知のように熱エネルギーという形態を経ることなく化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、エンジンを用いて発電機を駆動する通常の発電システムに比べて発電効率が高い。
【００１０】
バッテリ３は、負荷として接続された本体用インバータ４及びＰＯＤ用インバータ１３の負荷状況に応じて上記燃料電池２から供給された直流電力を蓄電／放電するものであり、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池である。
【００１１】
本体用インバータ４は、車両制御装置１１による制御の下で上記燃料電池２から供給される直流電力あるいは／及びバッテリ３から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換し、当該駆動電力によって本体用モータ５を駆動する駆動装置である。本体用モータ５は、本体用インバータ４から供給される陸上走行用駆動電力によって後輪７（ディファレンシャルギヤ６を介して）を回転駆動する陸上走行用電動機であり、例えば三相ブラシレスＤＣモータである。
【００１２】
ディファレンシャルギヤ６は、複数の歯車を組み合わせて構成された動力伝達機構（差動歯車）であり、本体用モータ５の駆動力を左右の後輪７に個別に伝達する。後輪７は、左右一対からなる駆動輪であり、ディファレンシャルギヤ６を介して本体用モータ５から伝達される動力によって回転する。ハンドル８は、本水陸両用車Ａの陸上走行方向及び水上航行方向を設定するために運転者によって操作されるものであり、連結機構９ａを介して前輪１０に接続されると共に、連結機構９ｂを介して旋回機構Ａ３に接続される。
【００１３】
連結機構９ａは、ハンドル８と前輪１０との機械的な接続をＯＮ／ＯＦＦするものであり、車両制御装置１１によって制御される。すなわち、連結機構９ａは、本水陸両用車Ａが陸上を走行する場合は、ＯＮ状態、つまりハンドル１０と前輪１０とを機械的に接続する状態に設定され、本水陸両用車Ａが水上を航行する場合には、ＯＦＦ状態、つまりハンドル８と前輪１０との機械的な接続を乖離する状態に設定される。
【００１４】
連結機構９ｂは、ハンドル８と旋回機構Ａ３との機械的な接続をＯＮ／ＯＦＦするものであり、上記連結機構９ａと同様に車両制御装置１１によって制御される。すなわち、連結機構９ａは、上記連結機構９ａとは逆に制御されるものであり、本水陸両用車Ａが陸上を走行する場合は、ＯＦＦ状態、つまりハンドル１０と旋回機構Ａ３との機械的な接続を乖離する状態に設定され、本水陸両用車Ａが水上を航行する場合には、ＯＮ状態、つまりハンドル８と旋回機構Ａ３とを機械的に接続する状態に設定される。
【００１５】
前輪１０は、車体１に回転自在に取り付けられると共に上記ハンドル８の操作に応じて車体１に対する向きが設定されるものである。このような前輪１０は、本水陸両用車Ａの陸上走行時における走行方向を設定する陸上走行用操舵装置である。
【００１６】
続いて、ＰＯＤ筐体１２は、水上航行時において喫水線下に位置するポッド推進器Ａ２の推進抵抗を極力低減する形状、例えば円筒状かつ先端部及び後端部が緩やかに縮径する形状に形状設定されており、旋回機構Ａ３を介して車体１の底部に収納自在に取り付けられている。また、このようなＰＯＤ筐体１２の先端部には、図示するようにプロペラ１５が取り付けられている。
【００１７】
旋回機構Ａ３は、ハンドル８の操作に基づいてポッド推進器Ａ２の車体１に対する向き、つまりプロペラ１５の回転面に直行する向きでＰＯＤ筐体１２の中心軸線方向（推進方向）を設定する水上航行用操舵装置である。
【００１８】
ＰＯＤ用インバータ１３は、車両制御装置１１による制御の下で上記燃料電池２から供給される直流電力あるいは／及びバッテリ３から供給される直流電力を交流の水上航行用駆動電力に変換し、当該水上航行用駆動電力によってＰＯＤ用モータ１４を駆動する駆動装置である。ＰＯＤ用モータ１４は、上記ＰＯＤ用インバータ１３から供給される水上航行用駆動電力によってプロペラ１５を回転駆動する水上航行用電動機であり、例えば三相ブラシレスＤＣモータである。プロペラ１５は、回転によって推力を発生させて水上において本水陸両用車Ａを推進させる。
【００１９】
車両制御装置１１は、本水陸両用車Ａの全体動作を制御するものである。この車両制御装置１１は、例えばバッテリ３の端子電圧に基づく燃料電池２の起動制御、運転員の操作指示に基づく連結機構９ａ，９ｂの切替制御、運転員の操作指示に基づく本体用インバータ４及びＰＯＤ用インバータ１３の作動制御及び同じく運転員の操作指示に基づくポッド推進器Ａ２の車体１内への収納制御、等を行う。
【００２０】
次に、このように構成された本水陸両用車Ａの動作について詳しく説明する。
本水陸両用車Ａが陸上走行する場合、上記車両制御装置１１は、ポッド推進器Ａ２を車体１内に収納させ、また連結機構９ａをＯＮ状態かつ連結機構９ｂをＯＦＦ状態に設定し、またＰＯＤ用インバータ１３を停止状態として本体用インバータ４のみを作動させる。この結果、本水陸両用車Ａは、ポッド推進器Ａ２が後輪７及び前輪１０の地面に対する接地を阻害しない状態となり、運転者によるハンドル８の操作によって走行方向が設定され、また後輪７に本体用モータ５が発生した動力が伝達される状態となる。
【００２１】
そして、車両制御装置１１は、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合（つまり、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されている場合）、燃料電池２を停止状態とし、バッテリ３から本体用インバータ４に直流電力を供給させる。本体用インバータ４は、このようにしてバッテリ３から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換して本体用モータ５に供給することにより、当該本体用モータ５を駆動して回転動力を発生させる。そして、この本体用モータ５の回転動力がディファレンシャルギヤ６を介して後輪７に伝達されることにより当該後輪７が回転し、この結果、本水陸両用車Ａは陸上を走行する。
【００２２】
一方、車両制御装置１１は、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合（つまり、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されていない場合）には、燃料電池２を起動してバッテリ３に直流電力を供給（充電）させると共に本体用インバータ４に直流電力を供給して本体用モータ５を駆動させる。この結果、後輪７は、燃料電池２の電力に基づいて本体用モータ５が発生した動力によって回転する。
【００２３】
すなわち、本水陸両用車Ａは、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されている場合は、バッテリ３から本体用インバータ４に供給される直流電力に基づいて陸上を走行し、一方、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されていない場合には、燃料電池２の電力に基づいて陸上を走行する。
【００２４】
ところで、本水陸両用車Ａが水上航行する場合、上記車両制御装置１１は、ポッド推進器Ａ２を車体１の底部から下方に突出させ、また連結機構９ａをＯＦＦ状態かつ連結機構９ｂをＯＮ状態に設定し、また本体用インバータ４を停止状態としてＰＯＤ用インバータ１３のみを作動させる。この結果、本水陸両用車Ａは、水上航行が可能な状態となり、運転者によるハンドル８の操作によって航行方向が設定され、またプロペラ１５に動力が伝達される状態となる。
【００２５】
そして、車両制御装置１１は、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合（つまり、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されている場合）、燃料電池２を停止状態とし、バッテリ３からＰＯＤ用インバータ１３に直流電力を供給させる。ＰＯＤ用インバータ１３は、このようにしてバッテリ３から供給される直流電力を交流の陸上走行用駆動電力に変換してＰＯＤ用モータ１４に供給することにより、当該ＰＯＤ用モータ１４を駆動して回転動力を発生させる。そして、このＰＯＤ用モータ１４の回転動力によってプロペラ１５が回転することにより、本水陸両用車Ａは水上を航行する。
【００２６】
一方、車両制御装置１１は、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合（つまり、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されていない場合）、には、燃料電池２を起動してバッテリ３に直流電力を供給（充電）すると共にＰＯＤ用インバータ１３に直流電力を供給してＰＯＤ用モータ１４を駆動させる。この結果、プロペラ１５は、燃料電池２の電力に基づいてＰＯＤ用モータ１４が発生した動力によって回転する。
【００２７】
すなわち、本水陸両用車Ａは、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されている場合は、バッテリ３からＰＯＤ用インバータ１３に供給される直流電力に基づいて水上を航行し、一方、バッテリ３が燃料電池２によって十分に充電されていない場合には、燃料電池２の電力に基づいて水上を航行する。
【００２８】
このような第1実施形態によれば、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を上回る場合は、燃料電池２を停止させてバッテリ３の電力によって本体用モータ５あるいはＰＯＤ用モータ１４を駆動し、一方、バッテリ３の端子電圧が所定のしきい値を下回る場合には、燃料電池２の電力をバッテリ３に充電すると共に燃料電池２の電力によって本体用モータ５あるいはＰＯＤ用モータ１４を駆動するので、燃料電池２の動力のみによって陸上走行及び水上航行する従来の水陸両用車のパワートレイン構造よりも動力の効率を向上させることが可能であり、よって燃費を向上させることができる。
また、推進器としてポッド推進器Ａ２を採用しているので、水上での旋回が容易である。
【００２９】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明する。
図２は、第２実施形態に係る水陸両用車Ｂの要部機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本水陸両用車Ｂは、上述した第１実施形態の水陸両用車Ａからポッド推進器Ａ２を削除する一方、クラッチ１６，１７及びプロペラ１８を備え、また旋回機構Ａ３に代えて舵１９を連結機構９ｂに接続したものである。
【００３０】
クラッチ１６は、本体用モータ５とディファレンシャルギヤ６との間に設けられ、車両制御装置１１による制御に基づいて両者の連結／乖離を行う。クラッチ１７は、本体用モータ５とプロペラ１８との間に設けられ、車両制御装置１１による制御に基づいて両者の連結／乖離を行う。プロペラ１８は、車体１の後端に設けられ、舵１９はプロペラ１８の後方に回動自在に設けられている。すなわち、本水陸両用車Ｂは、プロペラ１８の推力により水上を航行すると共に、舵１９によって航行方向が設定される。
【００３１】
このような本水陸両用車Ｂが陸上走行する場合、車両制御装置１１は、連結機構９ａをＯＮ状態かつ連結機構９ｂをＯＦＦ状態に設定し、またクラッチ１６を接続状態かつクラッチ１７を乖離状態とする。この結果、本水陸両用車Ｂは、運転者によるハンドル８の操作によって走行方向が設定され、またプロペラ１８には動力が伝達されず後輪７のみに動力が伝達されるので、陸上走行が可能となる。
【００３２】
一方、本水陸両用車Ｂが水上航行する場合、車両制御装置１１は、連結機構９ａをＯＦＦ状態かつ連結機構９ｂをＯＮ状態に設定し、またクラッチ１６を乖離状態かつクラッチ１７を接続状態とする。この結果、本水陸両用車Ｂは、運転者によるハンドル８の操作によって舵１９の向きが指定されることにより航行方向が設定されると共にプロペラ１８に動力が伝達されることにより、水上航行が可能となる。
【００３３】
このような本水陸両用車Ｂによれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、本体用モータ５が発生する動力のみによって陸上走行と水上航行を行うので構成が簡単であり、よって重量を軽減することができるので燃費の向上を図ることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、プロペラ１５，１８が発生する推力によって水上を航行するように構成したが、プロペラ１５，１８に代えてウォータージェット推進器を備える構成としても良い。
（２）上記各実施形態では、燃料電池２が発生した電力を蓄電あるいは放電する電源装置としてバッテリ３を用いたが、このバッテリ３に代えて大容量キャパシタを用いても良い。
（３）上記各実施形態では、モータとディファレンシャルギヤとを直接連結させたが、両者の間にトランスミッションを挿入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる水陸両用車Ａの機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる水陸両用車Ｂの機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ，Ｂ…水陸両用車、Ａ１，Ｂ１…車両本体、Ａ２…ポッド推進器、Ａ３…旋回機構、１…車体、２…燃料電池、３…バッテリ、４…本体用インバータ、５…本体用モータ、６…ディファレンシャルギヤ、７…後輪、８…ハンドル、９ａ，９ｂ…連結機構、１０…前輪、１１…車両制御装置、１２…ＰＯＤ筐体、１３…ＰＯＤ用インバータ、１４…ＰＯＤ用モータ、１５，１８…プロペラ、１６，１７…クラッチ、１９…舵
【図１】
2009067207.tif 000003
【図２】
2009067207.tif 000004