JP2008141992A - 歩行型電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーの防水性を向上させながら、バッテリーの放熱効率を向上させることのできる歩行型電動作業機を実現する。
【解決手段】伝動ケース１の下部に装着された耕耘爪２又は走行装置と、操縦ハンドル４と、電動モータ３と、バッテリー９とを備えた歩行型電動作業機において、バッテリー９を収納した防水構造のバッテリーケース１０を、電動モータ３の外周部に配置するとともに、バッテリーケース１０に冷却風を供給可能な冷却ファン３ｄと、バッテリーケース１０に伝達されたバッテリー９からの熱を放熱可能な複数の放熱板１ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝動ケースの下部に装着された耕耘爪又は走行装置を電動モータによって駆動する歩行型電動作業機に関する。

従来の技術しては、例えば特許文献１に開示されているように、電動モータ（特許文献１の図１の１１）の外周部にバッテリー（特許文献１の図５の３１）を装備し、バッテリーによって電動モータを駆動させて、機体（特許文献１の図１の１７）下部に備えた耕耘爪（特許文献１の図１の１３）を回転するように構成された歩行型電動作業機が知られている。

特開２００４−２７５１０２号公報（図１、図５及び図７参照）

特許文献１に開示されている従来の歩行型電動作業機においては、バッテリーホルダ（特許文献１の図５の３６，３７）に装着したバッテリーをフェンダ（特許文献１の図５の１４）に取り付けて、上方から上部カバー（特許文献１の図５の１５）で覆うように構成されている。そのため、例えば耕耘作業の際や保管する際に雨水等が歩行型電動作業機に掛かると、雨水等が上部カバーとフェンダの隙間からバッテリーの装着された上部カバー内部に浸入し、バッテリー等が雨水等に曝されて漏電等が生じるおそれがあるといった問題があった。

また、上部カバー及びフェンダ等によって電動モータの外周部に装備したバッテリーを覆うと、電動モータの駆動によって発生したバッテリーの熱が上部カバー及びフェンダの内部にこもってバッテリーの放熱効率が低下し、バッテリーの寿命が短くなるといった問題があった。
本発明は、バッテリーの防水性を向上させながら、バッテリーの放熱効率を向上させることのできる歩行型電動作業機を実現することを目的とする。

［Ｉ］
（構成）
本発明の第１特徴は、伝動ケースの下部に装着された耕耘爪又は走行装置と、前記伝動ケースから後方に延出された操縦ハンドルと、前記伝動ケースの上部に配備された前記耕耘爪又は走行装置を駆動する電動モータと、前記電動モータの駆動源となるバッテリーとを備えた歩行型電動作業機において、次のように構成することにある。
前記バッテリーを収納した防水構造のバッテリーケースを、前記電動モータの外周部に配置するとともに、
前記バッテリーケースに冷却風を供給可能な冷却ファンと、前記バッテリーケースに伝達された前記バッテリーからの熱を放熱可能な複数の放熱板とを備える。

（作用）
本発明の第１特徴によると、バッテリーを収納した防水構造のバッテリーケースを、電動モータの外周部に配置することにより、歩行型電動作業機に雨水等が掛かったとしても、バッテリーケースによって雨水等のバッテリーケース内部への侵入が阻止されて、バッテリーケースの内部に収納されたバッテリーが雨水等に曝され難くなる。

本発明の第１特徴によると、バッテリーケースに冷却風を供給可能な冷却ファンを備えることにより、冷却ファンによってバッテリーケースに冷却風を供給することができ、バッテリーケースの内部に収納されたバッテリーの熱が外部に放出され易くなる。また、バッテリーケースに伝達されたバッテリーからの熱を放熱可能な複数の放熱板を備えることにより、バッテリーケースに伝達されたバッテリーからの熱を放熱板から効率的に放熱することができる。すなわち、冷却ファン及び放熱板によってバッテリーの熱を効率良く放熱できる。

（発明の効果）
本発明の第１特徴によると、バッテリーケースの内部に収納されたバッテリーが雨水等に曝され難くなるため、バッテリーの防水性を向上させることができ、漏電等が生じ難くなる。

本発明の第１特徴によると、冷却ファン及び放熱板によってバッテリーの熱を効率良く放熱できるため、バッテリーの放熱効率を向上させることができ、バッテリーの寿命を長くすることができる。

［ＩＩ］
（構成）
本発明の第２特徴は、本発明の第１特徴の歩行型電動作業機において、次のように構成することにある。
前記伝動ケースのデッキ部の上面側に前記バッテリーケースを配置するとともに、
前記デッキ部の下面側から下方に延出された前記複数の放熱板を、前記デッキ部に備える。

（作用）
本発明の第２特徴によると、本発明の第１特徴と同様に前項［Ｉ］に記載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような「作用」を備えている。

本発明の第２特徴によると、上記構成により、バッテリーケースに伝達されたバッテリーからの熱を伝動ケースのデッキ部に伝達することができ、この伝動ケースのデッキ部に伝達された熱を、デッキ部の下面側から下方に延出した複数の放熱板から放熱することができる。すなわち、バッテリーケースに伝達されたバッテリーからの熱を、機外に開放されたデッキ部の下面側に備えた放熱板によって効率良く放熱することができる。

（発明の効果）
本発明の第２特徴によると、本発明の第１特徴と同様に前項［Ｉ］に記載の「発明の効果」を備えており、これに加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
本発明の第２特徴によると、バッテリーケースに伝達されたバッテリーからの熱を、機外に開放されたデッキ部の下面側に備えた放熱板によって効率良く放熱することができるため、バッテリーの放熱効率を更に向上させることができる。

〔歩行型電動作業機の全体構成〕
図１に、本発明に係る歩行型電動作業機の全体側面図を示し、図２に、歩行型電動作業機の全体平面図を示す。図１及び図２に示すように、伝動ケース１に軸支された耕耘爪２を、伝動ケース１の上部に支持した電動モータ３によって回転させて、伝動ケース１から斜め後方に延出された操縦ハンドル４を操作することにより、走行させながら耕耘作業を行うことができるように歩行型電動作業機が構成されている。

伝動ケース１からパイプ状のフレーム５が斜め上方後方に延出されており、このフレーム５の後端部にブラケット６が固定されている。ブラケット６には、後方に延出された左右の操縦ハンドル４が左右方向の軸心周りで支持されており、ブラケット６の下部に設けた調節金具６ａを調節することでフレーム５に対する操縦ハンドル４の角度を変更できるように構成されている。

左右の操縦ハンドル４の後端部には、握り部４ａが装着されており、この左右の握り部４ａを両手で握って耕耘爪２を回転させながら走行させることで耕耘作業を行うことができる。右側の操縦ハンドル４に装着された握り部４ａの前方には、起動停止スイッチ７が装着されており、操縦ハンドル４の握り部４ａを握って右手の親指で起動停止スイッチ７を操作することで、後述する電動モータ３の起動及び停止ができ、耕耘爪２の回転及び停止ができるように構成されている。

伝動ケース１から後方にヒッチ１１が延出されており、このヒッチ１１に抵抗棒１２が高さ調節可能に支持されている。ブラケット６の上部には、箱状に形成された水密構造のコントローラ８が装着されており、電動モータ３、起動停止スイッチ７及びバッテリー９等がこのコントローラ８と接続されている。コントローラ８の内部には、ＣＰＵ２３、モータ駆動回路２４等が内蔵されており、電動モータ３の起動及び停止、後述する通常モード及び補助駆動モードを実施することができるように構成されている。

伝動ケース１の上部には、冷却ファン３ｄを備えた電動モータ３、電動モータ３の駆動源となる複数のバッテリー９を収納したバッテリーケース１０、電動モータ３及びバッテリー９等を上方から覆う保護カバー２０等が装着されている。

〔歩行型電動作業機の詳細構造〕
図３及び図４に示すように、伝動ケース１の下部に左右向きの回転軸１３が軸支されており、この回転軸１３に耕耘爪２が装着されている。伝動ケース１の内部には、伝動ケース１に内嵌された上下のベアリング１４，１４を介して、上下に長い駆動軸１５が上下方向の軸心Ｐ周りに回動自在に支持されている。駆動軸１５の上端部は、電動モータ３の出力軸３ａにカップリング１６を介して連動連結されており、駆動軸１５の下端部は、回転軸１３にベベル伝達機構１７を介して連動連結されている。

この歩行型電動作業機のように、電動モータ３によって耕耘爪２を駆動させる構成を採用した場合、伝動クラッチ等（図示せず）を設けなくても起動停止スイッチ７を操作することにより、電動モータ３への動力の伝達を断って耕耘爪２の回転を停止させることができる。そのため、電動モータ３の出力軸３ａに、耕耘爪２が連動連結された駆動軸１５を直結する構成を採用することにより、例えば電動モータ３の出力軸３ａを、伝動クラッチ等を介して耕耘爪２等に連結する場合に比べ、伝動ケース１の構造及び電動モータ３から耕耘爪２に亘る伝動経路の構造を簡素化することができ、製造コストを削減できる。

伝動ケース１の上部には、電動モータ３等を固定する平板状のデッキ部１ａが形成されており、このデッキ部１ａに電動モータ３、バッテリー９を内装したバッテリーケース１０、保護カバー２０等を固定するための取付穴が施されている。

電動モータ３は、その下部に位置するフランジ部３ｂと、電動モータ本体３ｃと、冷却ファン３ｄ等を備えて構成されており、フランジ部３ｂの下方に、スプライン溝の加工された出力軸３ａが延出されている。フランジ部３ｂには、複数の取付穴が施されており、フランジ部３ｂの下面を伝動ケース１のデッキ部１ａの上面に接当させてボルトを締め付けることで、電動モータ３を伝動ケース１に固定できるように構成されている。

電動モータ３の上部には、電動モータ３と一体回動可能な冷却ファン３ｄが取り付けられており、この冷却ファン３ｄを回転させることによって、冷却ファン３ｄの上方から吸い込んだ外気を、冷却ファン３ｄの下方に位置する電動モータ本体３ｃ及び後述するバッテリーケース１０に供給できるように構成されている。

バッテリー９は、バッテリーケース１０に収納された状態で、伝動ケース１のデッキ部１ａに装着されている。バッテリーケース１０は、バッテリー９の形状に合わせた箱形に成形されており、複数のバッテリー９をバッテリーケース１０に収納した状態で、例えば雨水等がバッテリーケース１０に掛かったとしてもバッテリー９が濡れて漏電等が起こらないように構成されている。

バッテリーケース１０は、熱に強く熱伝達率の高い鋼板を溶接成形することによって箱形に構成されており、歩行型電動作業機を走行することにより発生したバッテリー９の熱がバッテリーケース１０の外面に伝達され易いように、バッテリーケース１０とバッテリー９との間に隙間を開けずに密着した状態でバッテリー９がバッテリーケース１０内に収納されるように構成されている。

バッテリーケース１０には、複数の配線口が形成されており、バッテリーケース１０，１０の間及びバッテリーケース１０とコントローラ８との間を、防水構造の接続部材１０ａに介して防水構造のハーネス１８を接続することにより、バッテリーケース１０内に雨水等が侵入し難いように構成されている。

バッテリーケース１０は、その下面が伝動ケース１のデッキ部１ａの上面に接当するように伝動ケース１に固定されており、バッテリーケース１０の下面に伝達されたバッテリー９の熱が伝動ケース１に伝達され易いように構成されている。

図１及び図５に示すように、伝動ケース１のデッキ部１ａの下面側には、複数の放熱板１ｂが伝動ケース１と一体鋳造されている。放熱板１ｂは、帯状に形成されて、放熱板１ｂのそれぞれが伝動ケース１のデッキ部１ａから下方に延出するように構成されている。放熱板１ｂは、前後及び左右からの外気が放熱板１ｂに当たって、放熱板１ｂが効率良く冷却されるように、前後及び左右に一定の間隔を開けて配設されている。

以上のようにバッテリーケース１０及び放熱板１ｂ等を構成することにより、バッテリーケース１０に伝達されたバッテリー９からの熱が伝動ケース１のデッキ部１ａに伝達されて、デッキ部１ａに設けた放熱板１ｂによって効率良く放熱することができ、バッテリー９の放熱効率を向上させることができる。

図３及び図４に示すように、電動モータ３、バッテリー９を内装したバッテリーケース１０は、上方から保護カバー２０で覆われて、これらの機器が外部に露出せず破損を防止でき、歩行型電動作業機の見栄えが良くなるように構成されている。

保護カバー２０は、その上部中央に円形の吸気口２０ａが形成されており、この吸気口２０ａは、電動モータ３の冷却ファン３ｄの形状等に合わせて成形されている。吸気口２０ａの外周部に位置する保護カバー２０の端部には、下方に末広がり状に突出した円筒状の導風部２０ｂが一体成形されており、冷却ファン３ｄの回転によって吸気口２０ａから吸い込んだ外気が、電動モータ３及び電動モータ３の前部及び左右両側部に配置したバッテリーケース１０に供給されるように、導風部２０ｂの先端部が径方向に湾曲した形状に成形されている。

保護カバー２０の後部には、半円弧状の排気口２０ｃが形成されており、電動モータ３及びバッテリーケース１０を冷却した外気が、この排気口２０ｃから無理なく排気されるように構成されている。このように、吸気口２０ａから吸い込んだ外気によって電動モータ３及びバッテリーケース１０を冷却し、排気口２０ｃから排気するように保護カバー２０を構成することにより、保護カバー２０に覆われた電動モータ３及びバッテリーケース１０を効率良く冷却することができるだけでなく、保護カバー２０を、冷却ファン３ｄから吸い込んだ外気を効率よく電動モータ３及びバッテリーケース１０へ導く導風板として兼用することができ、製造コストを削減できる。

保護カバー２０の平面視における形状は、電動モータ３の周辺にバッテリー９を内装したバッテリーケース１０を無理なく配置することができ、歩行型電動作業機の走行の妨げになり難く、かつ見栄えが良くなるように前方の左右両端部が湾曲された形状に成形されている。また、保護カバー２０の四隅の下部にネジ加工が施されたブラケット２１が固着されており、保護カバー２０の下面を伝動ケース１のデッキ部１ａの上面側に接当させて下方からボルトをねじ込むことで保護カバー２０を伝動ケース１に固定できるように構成されている。なお、保護カバー２０の形状及び保護カバー２０に設けた吸気口２０ａ、導風部２０ｂ及び排気口２０ｃの位置や形状等は異なるものを採用しもよい。

〔通常モード及び補助駆動モード〕
図６及び図７に基づいて、この歩行型電動作業機において実施されている補助駆動モードについて説明する。図６のブロック図に示すように、上述した起動停止スイッチ７、電動モータ３及びバッテリー９は、ブラケット６の上部に装着されたコントローラ８に接続されており、このコントローラ８の内部に、起動停止スイッチ７の操作に従って電動モータ３の駆動及び停止を行う通常モードと、電動モータ３が駆動していない状態で電動モータ３を補助駆動（低トルク駆動）する補助駆動モードとを備えたＣＰＵ２３、モータ駆動回路２４等が設けられて、歩行型電動作業機の制御装置が構成されている。

バッテリー９はモータ駆動回路２４に接続されており、ＣＰＵ２３からモータ駆動回路２４に出力することにより、ＣＰＵ２３からのモータ駆動回路２４への出力値に応じて、バッテリー９からの電力が電動モータ３に供給されて、電動モータ３が予め設定された回転トルクで駆動されるように構成されている。

モータ駆動回路２４から電動モータ３に接続された配線が分岐されてＣＰＵ２３に接続されており、電動モータ３の発電によって電動モータ３からモータ駆動回路２４に供給される電力量をＣＰＵ２３で監視できるように構成されている。

通常モードにおいては、起動停止スイッチ７の「起動」を押すと、ＣＰＵ２３からのモータ駆動回路２４への出力により、バッテリー９からの電力が電動モータ３に供給されて歩行型電動作業機が駆動するように構成されている。一方、起動停止スイッチ７の「停止」を押すと、ＣＰＵ２３からのモータ駆動回路２４への出力により、バッテリー９からの電動モータ３への電力の供給が遮断されて歩行型電動作業機が停止するように構成されている。

図７に基づいて補助駆動モードについて説明する。図７に示すように、電動モータ３の起動停止状況（電動モータ３の出力状況）がＣＰＵ２３に蓄積されており、モータ駆動回路２４から電動モータ３に出力されているか否か判別する（ステップ＃１１）。電動モータ３に出力されていない場合には（ステップ＃１１・ＮＯ）、電動モータ３の発電量が予め設定された所定値以上か否か判別する（ステップ＃１２）。

次に、電動モータ３の発電量が所定値以上の場合には（ステップ＃１２・ＹＥＳ）、ＣＰＵ２３からモータ駆動回路２４にモータ低トルク作動指令を発令し（ステップ＃１３）、モータ駆動回路２４から電動モータ３へ通常モードより少量の電力量が供給して、電動モータ３を自動的に通常モードの回転トルクよりも小さい回転トルクで低トルク駆動する。

電動モータ３の発電量が予め設定された所定値未満か否か判別し（ステップ＃１４）、電動モータ３の発電量が所定値未満に達した場合には（ステップ＃１４・ＹＥＳ）、ＣＰＵ２３からモータ駆動回路２４にモータ低トルク解除指令を発令し（ステップ＃１５）、モータ駆動回路２４から電動モータ３への電力量の供給を遮断して、電動モータ３を停止する。

例えば、電動モータ３を駆動していない状態で操縦ハンドル４を前方に押すと、電動モータ３の発電によってモータ駆動回路２４に電力が供給される。この電動モータ３の発電による電力がモータ駆動回路２４及びＣＰＵ２３等に蓄積するとモータ駆動回路２４及びＣＰＵ２３等を破損するおそれがある。

そこで、通常モードに加えて補助駆動モードを備えて歩行型電動作業機を構成し、電動モータ３が発電して所定値以上の電力が電動モータ３からモータ駆動回路２４に供給されている場合には電動モータ３を自動的に低トルク作動させることにより、モータ駆動回路２４及びＣＰＵ２３等に電動モータ３の発電による電力が蓄積し難くなって、電動モータ３に接続されたモータ駆動回路２４及びＣＰＵ２３等の破損を防止できる。

また、操縦ハンドル４を少し押せば、補助駆動モードによる電動モータ３の低トルク駆動により歩行型電動作業機を移動することができる。そのため、電動モータ３の発電による負荷に逆らって歩行型電動作業機を移動する場合に比べ、容易に歩行型電動作業機を移動することができる。その結果、作業者の作業負担を軽減することができ、歩行型電動作業機の移動作業の作業性を向上させることができる。

更に、電動モータ３の発電量が所定値未満になると電動モータ３の低トルク駆動を自動的に解除することにより、モータ駆動回路２４及びＣＰＵ２３等を破損するおそれがなく、作業者が歩行型電動作業機を移動しようとしていない状態においては、自動的に電動モータ３を停止することができる。そのため、電動モータ３の低トルク駆動を適切な時期に実施することができ、歩行型電動作業機の移動作業の作業性を更に向上させることができる。

［発明の実施の第１別形態］
前述の［発明を実施するための最良の形態］においては、耕耘爪２を伝動ケース１の下部に装着した歩行型電動作業機を例に示したが、クローラ走行装置（図示せず）等の走行装置を伝動ケース１の下部に装着した歩行型電動作業機においても同様に適用できる。

［発明の実施の第２別形態］
前述の［発明を実施するための最良の形態］及び［発明の実施の第１別形態］においては、３個の分割式のバッテリーケース１０を、電動モータ３の前方及び左右両側方の外周部に配置した例を示したが、バッテリーケース１０の材質、形状及び構造等は異なるものであってもよく、例えば、平面視で円筒状に形成してもよく、分割式ではなく一体式のバッテリーケース１０を採用してもよい。また、バッテリーケース１０に収納するバッテリー９の形状等についても異なる形状等を採用してもよい。

前述の［発明を実施するための最良の形態］及び［発明の実施の第１別形態］においては、冷却ファン３ｄを電動モータ３の上部に設け、電動モータ３と一体回動可能に構成した例を示したが、電動モータ３とは別個に冷却ファン３ｄを設けてもよく、冷却ファン３ｄを配置する位置も異なる位置であってもよい。例えばコントローラ８に接続して別駆動可能に構成した冷却ファン（図示せず）を保護カバー２０の前部に装着して、前方から吸い込んだ冷却風を保護カバー２０の後部の排気口２０ｃから排気するように構成することで、更に効率良くバッテリーケース１０を冷却できる。

前述の［発明を実施するための最良の形態］及び［発明の実施の第１別形態］においては、複数の放熱板１ｂを、伝動ケース１のデッキ部１ａの下面側に一体鋳造して構成した例を示したが、放熱板１ｂを異なる位置に設けてもよく、伝動ケース１等に別部材として取り付ける構成を採用してもよい。具体的には、例えばバッテリーケース１０の上部、下部、又は外周部に複数の放熱板１ｂを固着する構成を採用してもよい。

歩行型電動作業機の全体左側面図 歩行型電動作業機の全体平面図 伝動ケース及び保護カバーの内部の構造を示す縦断側面図 保護カバーの内部の構造を示す横断平面図 放熱板の配置を示す横断底面図 歩行型電動作業機の制御装置のブロック図 補助駆動モードのフローチャート

符号の説明

１ 伝動ケース
１ａ デッキ部
１ｂ 放熱板
２ 耕耘爪
３ 電動モータ
３ｄ 冷却ファン
４ 操縦ハンドル
９ バッテリー
１０ バッテリーケース

Claims (2)

1. 伝動ケースの下部に装着された耕耘爪又は走行装置と、前記伝動ケースから後方に延出された操縦ハンドルと、前記伝動ケースの上部に配備された前記耕耘爪又は走行装置を駆動する電動モータと、前記電動モータの駆動源となるバッテリーとを備えた歩行型電動作業機において、
   前記バッテリーを収納した防水構造のバッテリーケースを、前記電動モータの外周部に配置するとともに、
   前記バッテリーケースに冷却風を供給可能な冷却ファンと、前記バッテリーケースに伝達された前記バッテリーからの熱を放熱可能な複数の放熱板とを備えてある歩行型電動作業機。
2. 前記伝動ケースのデッキ部の上面側に前記バッテリーケースを配置するとともに、
   前記デッキ部の下面側から下方に延出された前記複数の放熱板を、前記デッキ部に備えてある請求項１記載の歩行型電動作業機。

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