JP2017043317A - 電動作業車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】左後輪を駆動する左モータと右後輪を駆動する右モータとを備え、機体バランスの改善及び大きなバッテリスペースの確保が可能な電動作業車両を提供する
【解決手段】電動作業車両は、車体前後方向に延びた左フレーム21及び右フレーム22と、左フレーム21と右フレーム22との間に配置されたバッテリ6と、左フレーム21の車体横断方向外側に配置された左後輪12Lと、右フレーム22の車体横断方向外側に配置された右後輪12Rを備える。左後輪12Lに回転動力を伝達する左モータ4Lは、車体横断方向で左フレーム21の外側でかつ左後輪12Lの軸心Prより前方に配置されるとともに、右後輪12Rに回転動力を伝達する右モータ4Rは、車体横断方向で右フレーム22の外側でかつ右後輪12Rの軸心Prより前方に配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、バッテリから給電される左モータと右モータを備え、左モータによって左後輪を駆動し、右モータによって右後輪を駆動することで、作業走行す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。したがって、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、左右一対のモータが機体フレームの内側に配置され、左右一対のモータの間にバッテリが配置されるので、大形のバッテリが利用できないという問題点がある。
特許文献2には、左後輪を駆動する左モータと右後輪を駆動する右モータが、それぞれフレームの外側に取り付けられ、左モータと右モータとの間にエンジンとバッテリが配置された、ハイブリッド式の芝刈機が開示されている。この左モータ及び右モータは、ホイールモータであり、後輪軸心とモータ回転軸心とが一致している。この構造では、大きな重量を有するエンジンとバッテリが後輪軸心より後方に位置することにより、後輪軸心に関する重量バランスが悪くなる。しかしながら、左モータ及び右モータの重心が実質的に後輪軸心上にあるため、左モータ及び右モータはこの重量バランスの悪化を改善することができない。
国際公開第2013/015171号(図1、図2) 特開2008−168869号明細書
上記実情に鑑みて、左後輪を駆動する左モータと右後輪を駆動する右モータとを備えた電動作業車両において、機体バランスの改善と、大きなバッテリスペースの確保とが可能なことが要望されている。
本発明による電動作業車両は、車体横断方向に間隔をあけて車体前後方向に延びた左フレーム及び右フレームと、前記左フレームと前記右フレームとの間に配置されたバッテリと、前記左フレームの前記車体横断方向外側に配置された左後輪と、前記右フレームの前記車体横断方向外側に配置された右後輪とからなる後輪ユニットと、前記車体横断方向で前記左フレームの外側でかつ前記左後輪の軸心より前方に配置されるとともに、前記バッテリから給電されて前記左後輪に回転動力を伝達する左モータと、前記車体横断方向で前記右フレームの外側でかつ前記右後輪の軸心より前方に配置されるとともに、前記バッテリから給電されて前記右後輪に回転動力を伝達する右モータとを備えている。
この構成によれば、左後輪を駆動する左モータと右後輪を駆動する右モータとが、後輪の軸心より前方に配置されているので、左モータと右モータとは、機体重心を後輪軸心より前方、つまり機体中心側に近づけることになり、結果的に電動作業車両の機体バランスの改善に貢献する。さらに、左モータは左フレームの左外側に取り付けられ、右モータは右フレームの右外側に取り付けられている。このため、後輪付近において、車体前後方向に延びた左フレームと右フレームとの間に、大型のバッテリの配置が可能となる大きな空間が作り出される。
モータの回転軸心と後車軸心とが離れている場合、モータ出力軸と後輪車軸との間をトランスミッションを介して連結する必要がある。このトランスミッションを収納するトランスミッションケースを、左フレーム及び右フレームの外側に配置することで、左フレームと右フレームとの間に、実質的にトランスミッションケースに邪魔されず、バッテリなどの大型部材が配置可能な大きな空間が作り出される。このことから、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記車体横断方向で前記左フレームの外側に左トランスミッションケースが配置され、前記左トランスミッションケースは前記左モータの出力軸から前記左後輪の車軸に回転動力を減速して伝達する左トランスミッションを収納しており、前記車体横断方向で前記右フレームの外側に右トランスミッションケースが配置され、前記右トランスミッションケースは前記右モータの出力軸から前記右後輪の車軸に回転動力を、好ましくは減速して伝達する右トランスミッションを収納している。
電動作業車両に搭載される左モータと右モータの基本配置を説明する模式図である。 電動草刈機の側面図である。 電動草刈機の平面図である。 モータとトランスミッションと車体フレームとの関係を示す模式的な平面図である。 バッテリの配置状態を示す模式的な平面図である。 バッテリの配置状態を示す模式的な斜視図である。
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後輪駆動用電動モータの基本配置を説明する。なお、この明細書において、車体前後方向は、車体の走行方向に沿って水平方向に延びる車体中心軸(車体長手軸とも称する)の方向であり、車体横断方向(単に横方向とも称する)とは、車体中心軸に直交して水平方向に延びる方向である。「前(前方)」は車体前後方向で前進側を意味し、「後(後方)」は車体前後方向で後進側を意味する。「左(左側)」は、車体前進方向を向いて左を意味し、「右(右側)」は、車体前進方向を向いて右を意味する。
この電動作業車両の車体10は、車体横断方向に間隔をあけて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。前輪ユニットを構成する左前輪11Lと右前輪11Rとは、車体フレーム20の前部に配置されている。後輪ユニットを構成する左後輪12Lと右後輪12Rとは、車体フレーム20の後部に配置されている。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。後車軸心Prは車体横断方向に延びている。
バッテリ6は、左フレーム21と右フレーム22との間を、後車軸心Prの後方から前方にかけてほぼ水平に延びるように配置されている。
左後輪12Lを駆動する左モータ4Lは、車体横断方向で左フレーム21の外側でかつ左後輪12Lの軸心(後車軸心Pr)より前方に配置されている。右後輪12Rを駆動する右モータ4Rは、車体横断方向で右フレーム22の外側でかつ右後輪12Rの軸心(後車軸心Pr)より前方に配置されている。左モータ4L及び右モータ4Rは、バッテリ6から給電されて駆動する。なお、左モータ4L及び右モータ4Rを区別せずに述べる場合には、モータ4なる語句が使用される。
モータ4は、後車軸心Prより前方に位置しているので、モータ4の動力を後輪12に伝達するトランスミッションが必要となる。左モータ4L及び右モータ4Rは独立して駆動制御されるので、トランスミッションもそれぞれに用意されている。車体横断方向で左フレーム21の外側に左トランスミッションケース30Lが配置され、左トランスミッションケース30Lは左モータ4Lの出力軸40Lから左後車軸41に回転動力を減速して伝達する左トランスミッション43を収納している。車体横断方向で右フレーム22の外側に右トランスミッションケース30Rが配置され、右トランスミッションケース30Rは右モータ4Rの出力軸40Rから右後車軸42に回転動力を減速して伝達する右トランスミッション44を収納している。なお、モータ4は、任意に変速可能なので、トランスミッションの減速機能(または増速機能)は必須ではない。
左トランスミッション43は、左フレーム21の左側面に沿って延びて、左フレーム21の左側面に連結している。右トランスミッション44は、右フレーム22の右側面に沿って延びて、右フレーム22の左側面に連結している。これにより、左フレーム21と左トランスミッション43との剛性、及び右フレーム22と右トランスミッション44との剛性が、それぞれ相乗的に高くなる。
図1示された形態では、左トランスミッションケース30Lは、左後輪12Lの車軸を収納支持している左車軸ケース部31Lと、左車軸ケース部31Lから左フレーム21に沿って前方に延びている左前ケース部32Lとからなり、左前ケース部32Lの前部32fは左モータ4Lと左フレーム21との間に配置されている。同様に、右トランスミッションケース30Rは、右後輪12Rの車軸を収納支持している左車軸ケース部31と、右車軸ケース部31Rから右フレーム22に沿って前方に延びている左前ケース部32Lとからなり、右前ケース部32Rの前部32fは右モータ4Rと右フレーム22との間に配置されている。つまり、左モータ4Lの出力軸40Lが車体横断方向で左前ケース部32L内に突入する姿勢で左モータ4Lが左前ケース部32Lの前部32fに固定される。同様に、右モータ4Rの出力軸40Rが車体横断方向で右前ケース部32R内に突入する姿勢で右モータ4Rが右前ケース部32Rの前部32fに固定される。これにより、モータ4の多くの表面が外方に露出することになり、走行時の空気流を直接受けやすく、良好に冷却される。
上述のような左トランスミッションケース30L及び右トランスミッションケース30Rの構造により、実質的に左フレーム21と右フレーム22との間の空間から動力伝動系の構成要素が取り除かれる。したがって、この空間には、大型のバッテリ6を配置することができる。具体的には、バッテリ6の後端は車体前後方向で後輪12より後方に位置し、バッテリ6の前端は車体前後方向で左モータ4L及び右モータ4Rの近傍に、好ましくは左モータ4L及び右モータ4Rより前方まで延ばすことができる。
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る。図4は、車体後部の平面図であり、バッテリ6を見やすくするためにバッテリ6の上方に位置する部材を省略している。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と回転駆動される後輪ユニットである左右一対の後輪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の後部領域において、左フレーム21の左側面に左トランスミッションケース30Lが取り付けられ、右フレーム22の右側面に右トランスミッションケース30Rが取り付けられている。左トランスミッションケース30Lと右トランスミッションケース30Rとは、それぞれ左フレーム21の左側面と右フレーム22の右側面との間に面状の装着部を形成されている。
左トランスミッションケース30Lは、左車軸ケース部31Lと、左前ケース部32Lとから構成されている。左車軸ケース部31Lは、左後輪12Lの左後車軸41を内装して軸受け支持する筒状体である。左前ケース部32Lは左車軸ケース部31Lの中心軸心でもある後車軸心Prに直交するように左車軸ケース部31Lから車体前後方向前方に延びた中空体であり、その内部にギヤ伝動機構からなる左トランスミッション43が内装されている。左前ケース部32Lの左車軸ケース部31Lから離れた前部32fに左モータ4Lの装着面33が形成されている。この装着面33が形成された前部32fの外壁には貫通孔が設けられており、装着面33に取り付けられた左モータ4Lの出力軸40Lが貫通孔を通じて左前ケース部32Lに入り込んでいる。さらにこの実施形態では、前部32f内には、出力軸40Lを制動するための電磁ブレーキ45が取り付けられている。左モータ4Lの出力軸40Lと左後車軸41とは平行に延びており、左トランスミッション43が出力軸40Lと左後車軸41との間の動力伝達を行う。左モータ4Lと左車軸ケース部31Lとの間には十分に空気流通が可能な隙間が形成されている。
同様に、右トランスミッションケース30Rは、右車軸ケース部31Rと、左前ケース部32Lとから構成されており、右前ケース部32Rには右トランスミッション44が内装されている。右前ケース部32Rの前部32fには右モータ4Rの装着面33が形成され、装着面33に右モータ4Rが取り付けられる。右前ケース部32Rの前部32f内にも、出力軸40Rを制動するための電磁ブレーキ45が取り付けられている。右トランスミッションケース30R及び右トランスミッション44は、左トランスミッションケース30L及び左トランスミッション43と鏡対称構造であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
左トランスミッション43及び右トランスミッション44はよく知られた構造であるので、図4では、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。なお、ギヤ伝動機構に代えて、チェーン電動機構や伝動軸機構などを採用してもよい。
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対応するモータ4は停止状態となり、変速レバー18を中立位置から前方に操作することで対応するモータ4が正転駆動して前進変速が実現し、後方に操作することで対応するモータ4が後転駆動して後進変速が実現する。
図2に示すように、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及び右フレーム22に連結している。
図4に示すように、左フレーム21と右フレーム22とで挟まれる空間に配置されているバッテリ6の下方に、作業装置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。より詳しくは、バッテリ6の前半分の下部は切り欠かれて空間を形成しており、その空間に作業用モータ4Wが配置されている(図5参照)。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と図6とを用いて、バッテリ6を説明する。図5と図6とはバッテリ6を説明するための図であり、多くの構成部材が省略されている。バッテリ6はバッテリパックとも称せられ、通常、バッテリケース60に収納されたバッテリユニット6Aを備えている。バッテリユニット6Aは1つ以上のバッテリモジュール6aから構成されている。バッテリケース60は、上ケース部61と下ケース部62とから構成されているものとする。上ケース部61は、高さが横幅(車体前後中心線に対する車体横断方向の長さ)及び縦長さ(車体前後方向に沿った長さ)に比べて短い扁平な略長方体である。下ケース部62は、上ケース部61の後半分の下方を延びる長方体である。下ケース部62は、その縦長さが上ケース部61より短い長方体であり、その横幅と高さがほぼ上ケース部61と同じである。バッテリケース60は、車体前後方向に沿った縦断面が略L字状となっている。このバッテリケース60は、その内部空間に外部から草や塵が入り込まない程度、または、内部空間と外部との間での空気流通が抑制される程度の密閉構造を有する。
この実施形態では、バッテリケース60の内部空間の空気を強制循環させる循環ファン6Bが、バッテリケース60内の空気を循環させる循環機構として、バッテリユニット6Aの上方に装備されている。循環ファン6Bを収容するために、上ケース部61の上面に上方に突き出した付加的な補助ケース部600が形成されている。補助ケース部600と上ケース部61との間には、隔離板601が設けられている。この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から構成されている。バッテリモジュール6aの充電及び給電は、補助ケース部600に循環ファン6Bとともに収容されているバッテリ制御ユニット6Cによって制御される。循環ファン6Bは軸流形であり、吹き出し側を隔離板601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を通り抜けて、バッテリユニット6Aが収納されている内部空間に送られる。さらに、ファン開口63から吹き出した冷却風を、バッテリユニット6Aと、バッテリ保持フレーム構造体51の側面を覆うパネル52との間の空間に、導くために、導風部材50が設けられている。隔離板601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、バッテリユニット6Aを通過してきた冷却風が上部フレーム構造体54の内部空間に戻ってくる。このような空気循環により、バッテリケース60の内部空間における温度分布が均一化され、バッテリモジュール6aを構成する各バッテリセルの温度のばらつきが少なくなる。
〔別実施の形態〕
(1)上記実施形態では、電磁ブレーキ45は、左モータ4Lと左トランスミッション43との間、及び右モータ4Rと右トランスミッション44との間に配置されていたが、左モータ4Lの左外側及び右モータ4Rの右外側に配置してもよい。
(2)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、左モータによって左後輪が駆動されるとともに、右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。
4 :モータ
4L :左モータ
4R :右モータ
4W :作業用モータ
6 :バッテリ
6A :バッテリユニット
6B :循環ファン
6C :バッテリ制御ユニット
6a :バッテリモジュール
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)
14 :リンク機構
16 :運転部
17 :ロプス装置
18 :変速レバー
21 :左フレーム
22 :右フレーム
23 :クロスビーム
30L :左トランスミッションケース
30R :右トランスミッションケース
31 :左車軸ケース部
31L :左車軸ケース部
31R :右車軸ケース部
32L :左前ケース部
32R :右前ケース部
32f :前部
33 :装着面
40L :出力軸
40R :出力軸
41 :左後車軸
42 :右後車軸
43 :左トランスミッション
44 :右トランスミッション
45 :電磁ブレーキ
130 :PTO軸
Pr :後車軸心

Claims (9)

  1. 車体横断方向に間隔をあけて車体前後方向に延びた左フレーム及び右フレームと、
    前記左フレームと前記右フレームとの間に配置されたバッテリと、
    前記左フレームの前記車体横断方向外側に配置された左後輪と、前記右フレームの前記車体横断方向外側に配置された右後輪とからなる後輪ユニットと、
    前記車体横断方向で前記左フレームの外側でかつ前記左後輪の軸心より前方に配置されるとともに、前記バッテリから給電されて前記左後輪に回転動力を伝達する左モータと、
    前記車体横断方向で前記右フレームの外側でかつ前記右後輪の軸心より前方に配置されるとともに、前記バッテリから給電されて前記右後輪に回転動力を伝達する右モータと、
    からなる電動作業車両。
  2. 前記車体横断方向で前記左フレームの外側に左トランスミッションケースが配置され、前記左トランスミッションケースは前記左モータの出力軸から前記左後輪の車軸に回転動力を減速して伝達する左トランスミッションを収納しており、
    前記車体横断方向で前記右フレームの外側に右トランスミッションケースが配置され、前記右トランスミッションケースは前記右モータの出力軸から前記右後輪の車軸に回転動力を伝達する右トランスミッションを収納している請求項1に記載の電動作業車両。
  3. 前記左トランスミッションケースは、前記車体前後方向に沿って前記左フレームと連結しており、
    前記右トランスミッションケースは、前記車体前後方向に沿って前記右フレームと連結している請求項2に記載の電動作業車両。
  4. 前記左トランスミッションケースは、前記左後輪の車軸を収納支持している左車軸ケース部と、前記左車軸ケース部から前記左フレームに沿って前方に延びている左前ケース部とからなり、前記左前ケース部の前部は前記左モータと前記左フレームとの間に配置されており、
    前記右トランスミッションケースは、前記右後輪の車軸を収納支持している右車軸ケース部と、前記右車軸ケース部から前記右フレームに沿って前方に車体前後方向に延びている右前ケース部とからなり、前記右前ケース部の前部は前記右モータと前記右フレームとの間に配置されている請求項2または3に記載の電動作業車両。
  5. 前記左モータの出力軸が前記車体横断方向で前記左前ケース部内に突入する姿勢で前記左モータが前記左前ケース部の前部に固定されており、
    前記右モータの出力軸が前記車体横断方向で前記右前ケース部内に突入する姿勢で前記右モータが前記右前ケース部の前部に固定されている請求項4に記載の電動作業車両。
  6. 前記バッテリの後端は前記車体前後方向で前記後輪ユニットより後方に位置し、前記バッテリの前端は前記車体前後方向で前記左モータ及び前記右モータの近傍に位置している請求項1から5のいずれか一項に記載の電動作業車両。
  7. 前記バッテリの前端は前記左モータ及び前記右モータより前方に位置している請求項6に記載の電動作業車両。
  8. 前記車体横断方向で前記左フレームの外側に配置された左前輪と、前記車体横断方向で前記右フレームの外側に配置された右前輪とからなる前輪ユニットが備えられ、前記前輪ユニットと前記後輪ユニットとの間で、前記バッテリの前方にモーアユニットが配置されている請求項1から7のいずれか一項に記載の電動作業車両。
  9. 前記モーアユニットに回転動力を伝達する作業モータが前記バッテリの前端部の下方に配置されている請求項8に記載の電動作業車両。
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