JP2016196204A

JP2016196204A - 電動作業車両

Info

Publication number: JP2016196204A
Application number: JP2015076063A
Authority: JP
Inventors: 寛和伊東; Hirokazu Ito; 和生小池; Kazuo Koike
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: US10021831B2; US20160288829A1; JP6461683B2

Abstract

【課題】電動作業車両における左右のモータを支持するモータケースの構造の改善。【解決手段】電動作業車両は、車体フレーム２０と連結しているケース構造体３０と、ケース構造体３０の左部分を構成する左ケース部３０Ｌに支持される左後輪１２Ｌと、ケース構造体３０の右部分を構成する右ケース部３０Ｒに支持される右後輪１２Ｒと、ケース構造体３０の中央部分を構成する中央ケース部３０Ｃの左領域に内装された左モータ４Ｌと、中央ケース部３０Ｃの右領域に内装された右モータ４Ｒと、左ケース部３０Ｌに内装されるとともに左モータ４Ｌからの動力を左後輪１２Ｌに伝達する左伝動機構４３と、右ケース部３０Ｒに内装されるとともに右モータ４Ｒからの動力を右後輪１２Ｒに伝達する右伝動機構４４とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、左電動モータによって左後輪が駆動されるとともに、右電動モータによって右後輪が駆動される電動作業車両に関する。

特許文献１には、左右一対の後輪が左右一対のモータによってそれぞれ独立して駆動される芝刈機が開示されている。左右一対の後輪はその間にわたって延びている後車軸ケースによって支持されている。後車軸ケースの中央部からギヤケースが後車軸ケースの延び方向に対して直角に延びており、さらにギヤケースの先端部から左側に左側モータ、右側に右側モータが車体横断方向に延びるように装備されている。各モータの回転動力は、ギヤケースに内装された動力伝達機構を通じて後車軸ケースに内装されている車軸に伝達される。特許文献１の図２から明らかなように、車体横断方向で直線状に延びている左右一対のモータと、車体横断方向で直線状に延びている後車軸ケースとが、それぞれの中央部で、車体前後方向に延びたギヤケースによって連結されている。特許文献１で開示されたモータから後輪へ動力を伝達する機構を内装するケース構造は、かなり複雑な形状であり、コスト高の要因となる。さらに、左右のモータがそれぞれ片持ちのモータケースで支持されるため、強度的にも問題も生じうる。

国際公開第２０１３／０１５１７１号（図２)

上記実情に鑑みて、左右のモータを支持するモータケースの構造の改善が要望されている。

本発明に関わる電動作業車両は、車体フレームと、前記車体フレームと連結しているケース構造体と、前記ケース構造体の左部分を構成する左ケース部に支持される左後輪と、前記ケース構造体の右部分を構成する右ケース部に支持される右後輪と、前記ケース構造体の中央部分を構成する中央ケース部の左領域に内装された左モータと、前記中央ケース部の右領域に内装された右モータと、前記左ケース部に内装されるとともに、前記左モータからの動力を前記左後輪に伝達する左伝動機構と、前記右ケース部に内装されるとともに、前記右モータからの動力を前記右後輪に伝達する右伝動機構とを備えている。

この構成によれば、左モータと右モータとは、ケース構造体の中央ケース部に内装されるので、中央ケース部が左モータと右モータとの共通のモータハウジングとして機能することができる。このため、この構造は、モータハウジングの低コスト化に貢献する。さらに、ケース構造体の左ケース部と右ケース部とは、それぞれ左伝動機構と右伝動機構とのハウジングとして機能する。つまり、ケース構造体はモータ及びモータ動力を駆動輪に伝達する伝動機構とのための一体化されたハウジングであり、その結果大きな剛性を有する。これにより、左モータと右モータとの共通のハウジングは強度的にも優れものとなっている。

電動作業車両に搭載される駆動ユニット３の基本的な構成と配置を説明する斜視図である。電動草刈機の側面図である。電動草刈機の平面図である。バッテリパックとバッテリパックから給電されるモータとの平面図である。バッテリパックの実施形態の１つを示す分解斜視図である。

本発明に関係する電動作業車両の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、電動作業車両に搭載される駆動ユニット３の基本的な構成と配置を説明する。

この電動作業車両の車体１０は、車体前後方向に延びた左フレーム２１と右フレーム２２と、左フレーム２１と右フレーム２２とを接続する少なくとも１つのクロスビーム２３とを含む車体フレーム２０を備えている。左前輪１１Ｌと右前輪１１Ｒとは、車体フレーム２０の前部に支持されており、左後輪１２Ｌと右後輪１２Ｒとは、車体フレーム２０の後部に駆動ユニット３を介して支持されている。以下において、特に区別する必要がない場合には、左前輪１１Ｌと右前輪１１Ｒとはその総称として前輪１１なる語句が使用され、左後輪１２Ｌと右後輪１２Ｒとはその総称として後輪１２なる語句が使用される。

駆動ユニット３は、車体フレーム２０と連結しているケース構造体３０を備えている。ケース構造体３０は、ケース構造体３０の左部分を構成する左ケース部３０Ｌと、ケース構造体３０の右部分を構成する右ケース部３０Ｒと、ケース構造体３０の中央部分を構成する中央ケース部３０Ｃとを備えている。左後輪１２Ｌは、左ケース部３０Ｌに支持される。右後輪１２Ｒは、右ケース部３０Ｒに支持される。中央ケース部３０Ｃの左領域には左モータ４Ｌが内装され、中央ケース部３０Ｃの右領域には右モータ４Ｒが内装されている。左モータ４Ｌからの動力を左後輪１２Ｌに伝達する左伝動機構４３は、左ケース部３０Ｌに内装され、右モータ４Ｒからの動力を右後輪１２Ｒに伝達する右伝動機構４４に内装されている。図１において、左伝動機構４３及び右伝動機構４４は、その動力の流れを示す矢印付きの点線で示されているだけである。左伝動機構４３及び右伝動機構４４は、一般的には、ギヤ対やチェーンや伝動軸などを用いて構成される。

左フレーム２１と左ケース部３０Ｌとが連結され、右フレーム２２と右ケース部３０Ｒとが連結されている。これにより、ケース構造体３０は、車体フレーム２０のクロスビームとしての機能を果たすので、車体フレーム２０の強度が向上する。その結果、車体フレーム２０における左右の後輪を支持する箇所に補強フレームを付加する必要がなくなる。

図１に示されているように、中央ケース部３０Ｃは機体横断方向に延びており、中央ケース部３０Ｃの左端から左ケース部３０Ｌが機体前後方向で後方に延びている。中央ケース部３０Ｃの右端から右ケース部３０Ｒが機体前後方向で後方に延びている。左ケース部３０Ｌの自由端部の左側に左後車軸ケース部３０１が形成されており、右ケース部３０Ｒの自由端部の右側に右後車軸ケース部３０２が形成されている。

中央ケース部３０Ｃは略円筒体であり、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとの共通のモータハウジングとして機能する。つまり、中央ケース部３０Ｃの内周面には、その軸心方向に沿って、左モータ４Ｌの外周側部材と右モータ４Ｒの外周側部材とが取り付けられている。これにより、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとを内装しても、中央ケース部３０Ｃの外径は、それぞれモータハウジングの備えたモータを内装する構造に比べて小さくなる。

図１では、図示されていないが、中央ケース部３０Ｃの周壁に左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに対して共通の冷却水通路が形成することできる。これにより、２台のモータを備えてもその冷却水通路が簡素化することができる。

図１から明らかなように、上方から見て、中央ケース部３０Ｃと左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとによって囲まれた空間が生じている。この空間には、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに給電するバッテリパックの一部または全てを配置することができる。これにより、車両重量バランス及び電動作業車両のコンパクト化が向上する。また、この電動作業車両の装備される作業装置への動力を作り出す作業モータが搭載される場合、この空間に、作業モータを配置すると、空間の有効活用となり、電動作業車両のコンパクト化に貢献でき、車両重量バランスも向上する。同じ目的で、別な重量物をこの空間に配置することも可能である。

次に、図面を用いて、電動作業車両の具体的な実施形態の１つを説明する。図２は、電動作業車両の一例である電動草刈機の側面図であり、図３は電動草刈機の平面図であり、図４は車体後部の平面図である。図２と図３と図４とに示されているように、電動草刈機（以下単に草刈機と称する）は、左右一対の前輪１１と回転駆動される駆動車輪としての左右一対の後輪１２とによって対地支持された車体１０を備えている。車体１０は、ベースフレームとして車体フレーム２０を有しており、車体フレーム２０は左フレーム２１と右フレーム２２とからなる。前輪１１と後輪１２との間で、モーアユニット１３がリンク機構１４を介し車体フレーム２０から吊り下げられている。モーアユニット１３には、ブレード伝動機構１３１と、このブレード伝動機構１３１によって回転するブレード１３２が備えられている。車体１０の機体前後方向中央領域に運転部１６が配置されている。このため、車体１０の機体前後方向中央領域には座席支持体を介して運転座席１６ａが配置されている。

図４に示されているように、車体フレーム２０の後端領域には、左フレーム２１と右フレーム２２との間に、駆動ユニット３が配置されている。この駆動ユニット３は、ケース構造体３０を備えている。ケース構造体３０は平面視で門型形状であり、その左部分である左ケース部３０Ｌと、その右部分である右ケース部３０Ｒ、左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとを接続する中央ケース部３０Ｃとからなる。左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとは、それぞれ中央ケース部３０Ｃから後方に延びている。左ケース部３０Ｌの端部領域には左後車軸４１を支持する左後車軸ケース部３０１が形成され、右ケース部３０Ｒの端部領域は右後車軸４２を支持する右後車軸ケース部３０２が形成されている。ケース構造体３０は左フレーム２１と右フレーム２２と連結されており、車体フレーム２０のクロスビームの１つとして機能している。車体フレーム２０の後方部分はケース構造体３０よりさらに後方延びており、載置面２２Ｓを規定しており、この載置面２２Ｓにバッテリパック６が配置されている。

中央ケース部３０Ｃは、左の後輪１２を駆動する左モータ４Ｌと右の後輪１２を駆動する右モータ４Ｒとの共通のハウジングとして機能する。この実施形態では、中央ケース部３０Ｃには、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとの共通の冷却水通路が形成されている。冷却水通路自体は、電動車両用モータの冷却のためのウオータジャケット構造として良く知られているので、図４では、点線で模式的に示されているだけである。冷却水通路を含む冷却回路を構成するポンプにはバッテリパック６から給電されるポンプモータを有する電動ポンプが採用される。ポンプＰも中央ケース部３０Ｃに内装または外装される。あるいは、ポンプを中央ケース部３０Ｃ以外の場所の配置し、中央ケース部３０Ｃに設けられた冷却水通路とポンプとの間を連結管路で接続してもよい。

トランスミッション４Ｔは、左モータ４Ｌの動力を左後車軸４１に伝達する左伝動機構４３と左モータ４Ｌの動力を右後車軸４２に伝達する右伝動機構４４とを備えている。左伝動機構４３は左ケース部３０Ｌに内装され、右伝動機構４４は右ケース部３０Ｒに内装されている。図４では、左伝動機構４３及び右伝動機構４４はよく知られた構造であるので、その動力の流れを示す矢印付き線で模式的に示されている。通常、左伝動機構４３及び右伝動機構４４は、ギヤ対やチェーンや伝動軸などを用いて構成される。

左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとは独立に可変速駆動制御される。これにより、左右の後輪１２の両方が同じまたはほぼ同じ速度で前進方向に駆動することで直進前進が作り出され、左右の後輪１２が同じまたはほぼ同じ速度で後進方向に駆動することで直進後進が作り出される。さらに、左右の後輪１２の速度を互いに異ならせることで、車体１０を任意の方向に旋回移動させることができ、例えば、左右の後輪１２のいずれか一方を零速に近い低速にさせ、他方の後輪１２を高速で前進側あるいは後進側に操作することで小回り旋回させることができる。さらに、左右の後輪１２を互いに逆方向に駆動することで、車体１０を左右の後輪１２のほぼ中央部を旋回中心としてスピンターンさせることもできる。左右一対の前輪１１は、キャスタ輪に構成されて縦軸芯周りで向きを自由に変更することができるから、左右の後輪１２の駆動による走行方向に応じて向きが修正されることになる。

左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに対する変速操作は、図２及び図３に示されている運転座席１６ａの両側に配置された左右一対の変速レバー１８によって行われる。変速レバー１８を前後中立位置に保持すると無段変速装置が中立停止状態となり、変速レバー１８を中立位置から前方に操作することで前進変速が実現し、後方に操作することで後進変速が実現する。

運転部１６の後部にはロプス（ＲＯＰＳ）装置１７が設けられている。ロプス装置１７はＵ字状のアーチ部材であり、左右の自由端領域が、左フレーム２１と左ケース部３０Ｌ及び右フレーム２２と右ケース部３０Ｒとに連結している。

図４に示すように、中央ケース部３０Ｃと左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとによって囲まれる空間に作業装置１３としてのモーアユニット１３に動力を与える作業用モータ４Ｗが配置されている。作業用モータ４Ｗからの出力軸と中継軸とを含むＰＴＯ軸１３０が車体前後方向で前方に延びており、作業用モータ４Ｗからの動力をモーアユニット１３のブレード伝動機構１３１に伝達する。

以下、図５を用いて、バッテリパック６を説明する。この実施形態におけるバッテリパック６は分解された形態で示されているが、長方体を基本形状としており、前輪１１と後輪１２とに対地支持された車体１０に搭載されている。車体前後方向つまり車体走行方向に関して、後輪１２の前方にモーアユニット１３が配置され、後輪１２の後方にバッテリパック６が配置されている。これにより、車両の前後の重量バランスが良好となっている。

バッテリパック６は、ケース６０を備え、ケース６０の内部空間にバッテリユニット６Ａと、循環ファン６Ｂと、バッテリ制御ユニット６Ｃとが備えられている。ケース６０は、長方体形状のバッテリユニット６Ａを収納する第１ケース部６１と、第１ケース部６１の上面に煙突状に突き出るように配置された長方体形状の第２ケース部６２とからなる。第２ケース部６２は第１ケース部６１より小さなサイズである。第１ケース部６１によって作り出される第１内部空間Ｓ１にバッテリユニット６Ａが収納され、第２ケース部６２によって作り出される第２内部空間Ｓ２に循環ファン６Ｂとバッテリ制御ユニット６Ｃとが収納される。その際、バッテリ保持フレーム構造体５１は、ケース６０の骨組みを作り出している。バッテリユニット６Ａは、複数のバッテリモジュール６ａ、この実施形態では、３列３段、計９つのバッテリモジュール６ａからなり、バッテリ保持フレーム構造体５１によって保持されている。各段を構成する３つのバッテリモジュール６ａはパック組立フレーム５３によって一体化される。バッテリ保持フレーム構造体５１の外面がパネル５２で覆われることで、密閉した第１内部空間Ｓ１が作り出される。バッテリモジュール６ａはＬｉイオンバッテリである複数のバッテリセルを含んでおり、その充電及び給電はバッテリ制御ユニット６Ｃによって制御される。

第１内部空間Ｓ１とバッテリユニット６Ａとはほぼ相似形であり、第１内部空間Ｓ１の方がバッテリユニット６Ａより若干大きい。例えば、第１ケース部６１の内面とバッテリユニット６Ａの外面とは、数ミリから数センチ程度のわずかな隙間が形成される。第１ケース部６１と第２ケース部６２との間の境界面にはファン開口６３と戻り開口６４とが作り出される。第１内部空間Ｓ１と第２内部空間Ｓ２はファン開口６３と戻り開口６４とによって流通しているが、第１内部空間Ｓ１及び第２内部空間Ｓ２は、外部に対しては、外気の進入が抑制される程度に、あるいは草や紙切れなどが入り込まない程度に密閉されている。循環ファン６Ｂは、循環ファン６Ｂによって作り出される冷却風がファン開口６３を通って第１内部空間Ｓ１に流れ込むように取り付けられている。

第１内部空間Ｓ１と第２内部空間Ｓ２とを流通させる戻り開口６４は、ファン開口６３とは反対側に位置しており、戻り開口６４とファン開口６３との直接流通は図示されていない仕切り板によって抑制されている。

上部フレーム構造体５４には、実質的に底板として機能する載置板５４３が取り付けられている。この載置板５４３には、バッテリ制御ユニット６Ｃと循環ファン６Ｂとが載置される。循環ファン６Ｂは軸流形であり、吹き出し側を載置板５４３に設けられたファン開口６３に向くように取り付けられ、上方から吸い込んだ空気を、下方から冷却風として吹き出す。循環ファン６Ｂからの冷却風は、ファン開口６３と開口Ｓ３とを通り、第１内部空間Ｓ１に送られる。

載置板５４３には、ファン開口６３以外に、バッテリ制御ユニット６Ｃの載置箇所周辺にも戻り開口６４としての貫通孔が設けられており、この戻り開口６４を通じて、第１内部空間Ｓ１に送られた冷却風が第２内部空間Ｓ２に戻ってくることができる。第２内部空間Ｓ２に入った冷却風は、循環ファン６Ｂの吸い込みにより循環ファン６Ｂの吸い込み側へ流れるが、この冷却風の流れにより、バッテリ制御ユニット６Ｃを構成する構成部品が冷却される。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、ケース構造体３０の中央ケース部３０Ｃは略円筒体で形成されていたが、その形態は円筒体、多角形筒体、さらには、異形筒体であってもよい。
（２）上記実施形態では、バッテリユニット６Ａは、３列３段、計９つのバッテリモジュール６ａを含んでいたが、その他の列数、段数を採用することができ、バッテリモジュール６ａの数も９個に限定されるわけではない。
（３）上記実施形態では、駆動輪が後輪１２であったが、左右の駆動輪が前輪１１であってもよいし、駆動輪が前輪１１と後輪１２の両方であってもよい。いずれにしても、左右の駆動輪を駆動する左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとを内装するハウジングはケース構造体３０の中央ケース部３０Ｃによって共通化される。
（４）上記実施形態では、電動作業車両として草刈機が取り上げられたが、田植機やコンバインやトラクタなどの農作業機、バックホウやバケットローダなどの建機なども本発明の適用対象である。

本発明は、左電動モータによって左後輪が駆動されるとともに、右電動モータによって右後輪が駆動される電動作業車両に適用することができる。

１０：車体
１１：前輪
１１Ｌ：左前輪
１１Ｒ：右前輪
１２：後輪
１２Ｌ：左後輪
１２Ｒ：右後輪
１３：モーアユニット（作業装置）
１６：運転部
１６ａ：運転座席
１８：変速レバー
２０：車体フレーム
２１：左フレーム
２２：右フレーム
２２Ｓ：載置面
２３：クロスビーム
３：駆動ユニット
３０：ケース構造体
３０Ｃ：中央ケース部
３０Ｌ：左ケース部
３０Ｒ：右ケース部
４Ｌ：左モータ
４Ｒ：右モータ
４Ｔ：トランスミッション
４Ｗ：作業用モータ
４１：左後車軸
４２：右後車軸
４３：左伝動機構
４４：右伝動機構
６：バッテリパック

Claims

車体フレームと、
前記車体フレームと連結しているケース構造体と、
前記ケース構造体の左部分を構成する左ケース部に支持される左後輪と、
前記ケース構造体の右部分を構成する右ケース部に支持される右後輪と、
前記ケース構造体の中央部分を構成する中央ケース部の左領域に内装された左モータと、
前記中央ケース部の右領域に内装された右モータと、
前記左ケース部に内装されるとともに、前記左モータからの動力を前記左後輪に伝達する左伝動機構と、
前記右ケース部に内装されるとともに、前記右モータからの動力を前記右後輪に伝達する右伝動機構と、
を備えた電動作業車両。
前記中央ケース部は機体横断方向に延びており、前記中央ケース部の左端から前記左ケース部が機体前後方向で後方に延びており、前記中央ケース部の右端から前記右ケース部が機体前後方向で後方に延びており、前記左ケース部の左側に左後車軸ケース部が形成されており、前記右ケース部の右側に右後車軸ケース部が形成されている請求項１に記載の電動作業車両。
前記車体フレームは、車体前後方向に延びた左フレームと右フレームと、前記左フレームと右フレームとを接続する少なくとも１つのクロスビームとを備え、
前記左フレームと前記左ケース部とが連結され、前記右フレームと前記右ケース部とが連結されている請求項１または２に記載の電動作業車両。
前記中央ケース部は筒体であり、前記左モータと前記右モータとの共通のモータハウジングである請求項１から３のいずれか一項に記載の電動作業車両。
前記中央ケース部には、前記左モータと前記右モータとの共通の冷却水通路が形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の電動作業車両。
前記中央ケース部と前記左ケース部と前記右ケース部とによって囲まれた空間に作業装置用の作業用モータが配置される請求項１から５のいずれか一項に記載の電動作業車両。