JP2014184844A

JP2014184844A - 作業車両

Info

Publication number: JP2014184844A
Application number: JP2013060789A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nibu; 秀和丹生; Takashi Ouchida; 剛史大内田; Keiji Matsumoto; 圭司松本; Keiichi Hayashi; 惠一林
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】二次電池を空いたスペースに有効に配置して、重い二次電池をバランス良く配置できる作業車両を提供する。
【解決手段】エンジン３と、エンジン３の前出力軸１４に連結されるモータジェネレータ１６と、該モータジェネレータ１６に電力を供給しまたは充電される二次電池１８を搭載する作業車両において、前記モータジェネレータ１６は、前記エンジン３の前出力軸１４に連動連結されるフロントミッションを介して連動連結され、前記二次電池１８は、エンジン３後方に配置されるステップ１２下方に配設される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンからの駆動力により走行可能とするとともに、二次電池から電力が供給されてモータが駆動されて走行や作業出力をアシスト可能とするハイブリッド型の作業車両において、モータや二次電池をバランス良く配置するための技術に関する。

従来、作業車両の一例としてトラクタのキャビンルーフ部に電源ユニットを配置し、エンジンの後面にモータジェネレータを配置し、エンジンの後側部にスタータモータを配置した技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１０８４０号公報

従来、ルーフ部に二次電池を配置する構成は、天井の上壁と下壁の間に空間を形成して、この空間内に二次電池と電池管理システムを配置していた。このような構成であると、重い二次電池が天井部に載置されていたために、重量バランスが悪く、走行性能も低下することとなっていた。
また、二次電池は更にユニット収容ケースに収容され、ユニット収容ケースにはダクトが連通されて、冷却風を導入して冷却できるように構成していたが、天井部の空間が二次電池の収容と冷却空間に占有されてしまうため、キャビン内を空調するエアコンの配置空間及び空調ダクト配置空間が十分に得られず、居住空間を狭めることになってしまう、または、車高が高くなってしまう。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、二次電池を空いたスペースに有効に配置して、重い二次電池をバランス良く配置できる作業車両を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、エンジンと、エンジンの出力軸に連結されるモータジェネレータと、該モータジェネレータに電力を供給しまたは充電される二次電池を搭載する作業車両において、前記モータジェネレータは、前記エンジンの前出力軸に連動連結されるフロントミッションを介して連動連結され、前記二次電池は、エンジン後方に配置されるステップ下方に配設されるものである。

請求項２においては、前記二次電池は電池収納ケースに収納され、該電池収納ケースの前部はダクトと連通され、該ダクトはエンジンルーム後部と連通されるものである。

請求項３においては、前記二次電池の後方には電動モータで駆動される油圧ポンプと電気制御ユニットが配置されるものである。
請求項４においては、前記油圧ポンプと電気制御ユニットはそれぞれケースに収容され、該ケースはダクトを介して前記電池収納ケースと連通されるものである。

以上のような手段を用いることにより、二次電池を空いたスペースに有効に配置でき、重い二次電池を機体前後中央の下部に配置でき、前後重量バランスを向上できる。また、セルモータをなくしてモータジェネレータにより始動でき、作業時は走行駆動のアシストができる。

トラクタの概略側面図。同じく平面図。駆動系の概略を示す図。フロントミッシヨンを示す図。制御ブロック図。

まず、図１、図２より作業車両の一例としてトラクタ１の全体構成について説明する。
ボンネット２内にエンジン３が内設され、ボンネット２内をエンジンルーム５４としている。該ボンネット２の後部にステアリングハンドル４が設けられ、該ステアリングハンドル４後方に運転席５が配設され、該運転席５の近傍に主変速レバーや副変速レバーや昇降スイッチやＰＴＯ変速レバー等の操作手段２０（図５）が配設され、ステアリングハンドル４下方のステップ１２上にはクラッチペダルやブレーキペダル等が配設される。前記ステアリングハンドル４や運転席５や操作手段２０等はキャビン１１により覆われている。

前記エンジン３の後部にはクラッチハウジングを介してミッションケース６と連設され、該ミッションケース６の両側にリアアクスルケース８・８が連設される。該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承され、前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承される。

また、前記エンジン３の前面からは前出力軸１４が突出され、該前出力軸１４はフロントミッションケース１５に入力される。該フロントミッションケース１５の前方のフロントフレーム１３上にはモータジェネレータ１６が固定され、モータジェネレータ１６の出力はフロントミッションケース１５に入力されている。モータジェネレータ１６は、電気的なエネルギーを出力軸の回転という機械的なエネルギーに変換可能、かつ、出力軸の回転を電気的なエネルギーに変換するジェネレータとして作動させることを可能としている。つまり、モータとして走行・ＰＴＯ駆動可能、かつ、発電機として回生可能としている。更に、スタータモータとして始動時に駆動可能としている。モータジェネレータ１６はインバータ１７を介して二次電池１８と接続されている。

前記フロントミッションケース１５は、フロントミッション（前変速装置）を収納するものであり、図４に示すように、エンジン３の前出力軸１４に連結される入力軸２１と、モータジェネレータ１６の入出力軸１６ａに連結される伝動軸２２と、フロントＰＴＯ軸２３とカウンタ軸２４と、フロント出力軸２５とを横架し、各軸間には伝動用の歯車が固設されて互いに歯合され、動力を伝達可能に構成している。前記フロントＰＴＯ軸２３上にはフロントＰＴＯクラッチ２６が設けられ、動力の断接を可能としている。フロントＰＴＯ２３はフロントミッションケース１５より前方に突出されて、フロントモア等の作業機を駆動可能としている。前記フロント出力軸２５は後方に延設されて、前記ミッションケース６の下部より前方に突出した前入力軸２７に動力を伝達可能としている（図３）。

前記伝動軸２２上には第二入力歯車３１と出力歯車３２が固設され、第二入力歯車３１は入力軸２１上に固設した入力歯車３３と歯合され、エンジン３から動力を伝達可能に構成している。出力歯車３２はカウンタ軸２４上に固設した伝動歯車３４と歯合され、モータジェネレータ１６からの動力を伝達可能としている。

前記第二入力歯車３１と出力歯車３２の間には、アシストクラッチ３５が設けられ、該アシストクラッチ３５は電磁クラッチで構成され制御手段６０と接続されている（図５）。アシストクラッチ３５は充電時に「接」とし、モータジェネレータ１６から主軸４２をアシストする時には「断」とするように制御される。つまり、通常（走行時や作業時で軽負荷）は、アシストクラッチ３５を「接」としてエンジン３の動力によりモータジェネレータ１６が発電機として作用し、インバータ１７を介して二次電池１８を充電する。また、走行時や作業時に、負荷が大きくなりエンジン回転数が設定値よりも小さくなると、アシストクラッチ３５を「断」として、モータジェネレータ１６をモータとして作動させ、フロントミッションケース１５のフロント出力軸２５から伝動軸３６等を介して後述の主軸４２に動力を伝達し、設定回転数となるように制御可能としている。但し、フロントＰＴＯ軸２３によりフロント作業機を駆動しているときに負荷が増加して、エンジン回転数が設定値よりも小さくなると、アシストクラッチ３５は「接」のままモータジェネレータ１６をモータとして作動させ、フロントＰＴＯ軸２３及び走行部をアシストする。

図３に示すように、前記エンジン３の後面より後方へ突出される後出力軸４０には、主クラッチ４１を介してミッションケース６に支持される主軸４２と連結され、該主軸４２から主変速装置４３、副変速装置４４、リヤデフ装置４５を介して後輪１０・１０に動力を伝達可能としている。但し、本実施形態では主変速装置４３で前後進切換が可能であるが、主変速装置４３の前段または後段に前後進切換装置を配置する構成とすることも可能である。更に、前記副変速装置４４から前輪駆動切換装置４６、フロントデフ装置４７を介して前輪９・９を駆動可能としている。また、前記主軸４２から歯車列を介してＰＴＯ変速装置７０に動力を伝達し、ミッションケース６の後面より後方に突出したリヤＰＴＯ軸７１から動力を取出し可能に構成している。なお、前記各変速装置は歯車選択式や油圧式やプーリ式等で構成することが可能であり、限定するものではない。

前記主軸４２上にはアシスト入力歯車４８が固設され、アシスト入力歯車４８は前記前入力軸２７上に固設した伝動歯車４９と歯合され、モータジェネレータ１６からのアシスト力を伝達可能としている。なお、主軸４２とアシスト入力歯車４８の間、または、前入力軸２７と伝動歯車４９の間に一方向クラッチを配置して、アシスト時にモータジェネレータ１６から主軸４２へのみ動力を伝達するようにして、逆方向に動力が伝達されてモータジェネレータ１６を傷めないようにすることもできる。

前記二次電池１８は、リチュウム二次電池としているが、ニッケル二次電池や鉛蓄電池としてもよく、限定するものではない。図１、図２に示すように、二次電池１８は、左右のステップ１２下方の空いた空間を利用して配置されている。二次電池１８は電池収納ケース５０に収納され、電池収納ケース５０はステップ１２及び機体フレームを構成するクラッチハウジング５１または連結ケース６２に固設されている。電池収納ケース５０の前部は、開口されてダクト５２と連通され、該ダクト５２の前部はエンジンルーム５４と連通されている。また、エンジン３の前出力軸１４（または後出力軸４０）には冷却ファン５３が連動連結され、こうして、冷却ファン５３からの冷却風がダクト５２を介して電池収納ケース５０内に送風され、二次電池１８を冷却する構成としている。

前記二次電池１８を収納した電池収納ケース５０の後方には油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６が配置される。本実施形態では、後部のリアアクスルケース８の前方におけるクラッチハウジング５１とミッションケース６を連結する連結ケース６２の進行方向右側に油圧ポンプ５５が配置され、左側に電気制御ユニット５６が配置される。但し、油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６は左右逆に配置してもよく、また、左右一方の電池収納ケース５０を小さくして、その後部に油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６を配置する構成とすることも可能である。

油圧ポンプ５５及び電気制御ユニット５６は、それぞれケース５８・５９に収納され、該ケース５８・５９の前部はダクト６１・６１を介して電池収納ケース５０・５０と連通され、エンジン３からの冷却風を導いてケース５８・５９の側面または下面から排風し、油圧ポンプ５５及び電気制御ユニット５６を冷却する構成としている。但し、ダクト６１を設けずに電池収納ケース５０とケース５８・５９とを直接連結して連通する構成とすることも可能である。

前記油圧ポンプ５５は、トラクタ１の機体後部や前部に装着する作業機を昇降したり作動させるための油圧機器（油圧シリンダや油圧モータ等）を駆動するものである。油圧ポンプ５５は一体的取り付けられる電動モータ５７により駆動され、エンジン３の負担を軽減して小型化を可能とし、燃料消費も低減するようにしている。電動モータ５７は二次電池１８、または、モータジェネレータ１６から供給される電力により駆動される。図５に示すように、電動モータ５７は制御手段６０と接続され、運転部の操作手段の操作に応じて駆動するように制御される。従って、油圧ポンプ５５は常時駆動ではなく、作業時の必要な時のみ駆動できるようになり、効率よく作動できるようになる。

電気制御ユニット５６は制御手段６０を含み、インバータ１７やリレーやヒューズ等を備える。制御手段６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、ＣＰＵは主演算装置であり、ＲＯＭには、各種制御プログラムが格納され、ＲＡＭにはセンサやアクチュエータへのデータ等が格納される。
制御手段６０にはインバータ１７が接続され、二次電池１８への充電と、二次電池１８から電力を供給してモータジェネレータ１６の作動を制御する。

制御手段６０は操作手段２０におけるキースイッチと接続され、キースイッチが始動位置に操作されると、モータジェネレータ１６がセルモータとして作動され、エンジン３が始動されると、モータジェネレータ１６は発電機として作動する。
また、制御手段６０にはエンジンコントローラ１９と接続され、エンジンコントローラ１９はエンジン３を操作手段２０で設定した設定回転で駆動するように燃料噴射装置等を制御するとともに、負荷を演算して制御手段６０に入力する。制御手段６０は負荷が設定値以上となり回転数が設定値以上減少すると、アシストクラッチ３５を断とするとともに、インバータ１７を介してモータジェネレータ１６をモータとして作動させてエンジン３をアシストし、設定回転数を維持できるようにする。負荷が設定値以下に減少すると、アシストクラッチ３５を接として、モータジェネレータ１６により二次電池１８を充電する。なお、エンジン３の出力回転数は回転数センサ６２により検知して制御手段６０に入力している。また、制御手段６０は二次電池１８の電圧や出力電流を検知して、過充電や過放電とならないようにインバータ１７を制御している。

以上のように、エンジン３と、エンジン３の前出力軸１４に連結されるモータジェネレータ１６と、該モータジェネレータ１６に電力を供給しまたは充電される二次電池１８を搭載する作業車両において、前記モータジェネレータ１６は、前記エンジン３の前出力軸１４に連動連結されるフロントミッションを介して連動連結され、前記二次電池１８は、エンジン３後方に配置されるステップ１２下方に配設されるので、二次電池１８を空いたスペースに有効に配置でき、重い二次電池１８を機体前後中央の下部に配置でき、前後重量バランスを向上できる。また、セルモータをなくしてモータジェネレータ１６により始動でき、作業時は走行駆動のアシストができる。また、モータジェネレータ１６はボンネット２を開けて前方から容易にメンテナンスできる。

前記二次電１８は電池収納ケース５０に収納され、該電池収納ケース５０の前部はダクト５２と連通され、該ダクト５２はエンジンルーム５４後部で連通されるので、冷却ファン５３の送風により二次電池１８を効率良く冷却できる。

前記二次電池１８の後方には電動モータ５７で駆動される油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６が配置されるので、油圧ポンプ５５からの配管を短くでき、電気制御ユニット５６からの配線も短くできる。また、コンパクトに油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６を配置できる。

前記油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６はそれぞれケー５８・５９に収容され、該ケース５８・５９はダクト６１を介して前記電池収納ケース５０と連通されるので、冷却ファン５３からの冷却風を有効に利用して油圧ポンプ５５と電気制御ユニット５６を冷却できる。

３エンジン
１２ステップ
１４前出力軸
１５フロントミッションケース
１６モータジェネレータ
１８二次電池
５０電池収納ケース
５２ダクト
５４エンジンルーム
５５油圧ポンプ
５６電気制御ユニット
５７電動モータ
５８・５９ケース
６１ダクト

Claims

エンジンと、エンジンの出力軸に連結されるモータジェネレータと、該モータジェネレータに電力を供給しまたは充電される二次電池を搭載する作業車両において、前記モータジェネレータは、前記エンジンの前出力軸に連動連結されるフロントミッションを介して連動連結され、前記二次電池は、エンジン後方に配置されるステップ下方に配設されることを特徴とする作業車両。
前記二次電池は電池収納ケースに収納され、該電池収納ケースの前部はダクトと連通され、該ダクトはエンジンルーム後部と連通されることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
前記二次電池の後方には電動モータで駆動される油圧ポンプと電気制御ユニットが配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両。
前記油圧ポンプと電気制御ユニットはそれぞれケースに収容され、該ケースはダクトを介して前記電池収納ケースと連通されることを特徴とする請求項３に記載の作業車両。