JP2023044454A - 電動作業車の給電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】不要時の外部インバータの取り外しが可能であり、不適切な外部インバータの接続が防止される給電装置を電動作業車のために提供する。【解決手段】電動作業車を駆動するためのバッテリ２と、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換して電動作業車に装備された内部電動機器１５，３２に出力する内部インバータ７のための第１接続部２１と、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換して外部電動機器９に出力する外部インバータ８のための第２接続部２２と、第１接続部２１及び第２接続部２２に接続されるとともにバッテリ２の充電及び給電を制御するバッテリ制御部２３とが備えられ、バッテリ制御部２３は、第２接続部２２を介して外部インバータ８側と通信して、外部インバータ８に対する給電可否の認証を行う電動作業車の給電装置。【選択図】図６

Description

本発明は、バッテリからの給電により駆動する電動作業車に装備される給電装置に関する。
特許文献１には、電動アクチュエータによって駆動する作業機を装着するトラクタが開示されている。バッテリから延びている外部電源ハーネスの接続部に作業機のハーネスが接続されることで、トラクタのバッテリから電力が電動アクチュエータに供給される。外部電源ハーネスの接続部には、バッテリからの直流電力が供給されるだけであり、交流電力を必要とする外部電動機器を駆動させるためには、直流電力を交流電力に変換するインバータが必要である。
特許文献２には、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両において、高電圧の駆動用バッテリの直流電力を交流電力に変換し、車内に設置されたアクセサリーコンセントを介して、外部の電動機器に電力を供給する給電装置が開示されている。この給電装置は、さらに、車外に露出されたリレー付きの車外コンセントと制御手段とを備え、この車外コンセントに対して外部電動機器の電源ケーブルが接続された場合に、制御手段がその接続を検知し、リレーをオン状態とすることで外部電動機器に交流電力を供給する。
特開２０１１－１５３９６２号公報 特開２０１４－０３０２８３号公報
特許文献１によるトラクタでは、外部電源ハーネスの接続部には、バッテリからの直流電力が供給されるだけであり、交流電力を必要とする外部電動機器を駆動させるためには、直流電力を交流電力に変換するインバータが必要となる。その際、大出力のインバータや規格外のインバータが接続されると、バッテリや外部電源ハーネスが損傷する可能性がある。また、トラクタなどの作業車は、野外に放置されることが少なくないが、そのような状況では、外部電源ハーネスの接続部を通じて盗電される問題がある。
特許文献２による外部への給電装置では、インバータの出力部とつながっている車外コンセントから直接交流電源が取り出されるので、交流駆動する外部電動機器は車外コンセントに接続することで、駆動可能となる。しかしながら、外部電動機器を駆動するためのインバータが車内に装備されているため、外部電動機器が不要な場合にインバータを取り外すことや、外部電動機器に応じて適切なインバータを選択することは困難である。
上述した実情に鑑み、本発明の目的は、不要時の外部インバータの取り外しが可能であり、不適切な外部インバータの接続が防止される給電装置を電動作業車のために提供することである。
本発明による、電動作業車の給電装置は、前記電動作業車を駆動するためのバッテリと、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動作業車に装備された内部電動機器に出力する内部インバータのための第１接続部と、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して外部電動機器に出力する外部インバータのための第２接続部と、前記第１接続部及び前記第２接続部に接続されるとともに前記バッテリの充電及び給電を制御するバッテリ制御部と、を備える。前記バッテリ制御部は、前記第２接続部を介して前記外部インバータ側と通信して、前記外部インバータに対する給電可否の認証を行う。
この構成によれば、内部電動機器（例えば、走行モータや作業モータなど）に出力する内部インバータのための第１接続部以外に、外部インバータのための第２接続部が備えられている。外部インバータが第２接続部に接続されることにより、外部インバータは、第２接続部に供給されるバッテリの直流電力を交流電力に変換して外部電動機器に出力する。その際、バッテリ制御部が、第２接続部を介して外部インバータ側と通信して、外部インバータに対する給電可否の認証を行うので、不適切な外部インバータにバッテリの直流電力を供給されることが防止できる。さらに、この構成では、外部インバータは、不要の場合に、電動作業車から取り外すことができる。あるいは、外部インバータは、電動作業車の任意の場所に常設しておくことも可能である。
本発明の好適な実施形態の１つでは、前記外部インバータが前記第２接続部に接続され、かつ前記電動作業車の制御系からの給電許可が出力されることで、前記バッテリ制御部は、前記外部インバータに前記直流電力を供給する。この構成では、第２接続部に接続された外部インバータが給電可能な外部インバータであると認証されても、電動作業車の制御系からの給電許可がなければ、外部インバータはバッテリから給電されない。これにより、内部電動機器が高負荷で駆動している場合やバッテリ容量にゆとりがない場合など、バッテリから外部インバータへの給電が不適当な状況下において、その給電を停止することができる。なお、制御系からの給電許可が、運転者による特定操作具の操作によって、出力されるように構成してもよい。
本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バッテリと前記バッテリ制御部と前記第１接続部と前記第２接続部とは、前記電動作業車の車体に持ち出し可能に搭載されるバッテリ装置に組み込まれている。この構成では、バッテリを含むバッテリ装置は電動作業車の車体から取り外して、車外に持ち出すことができる。外部インバータが第２接続部に接続された状態でバッテリ装置に取り付けられていれば、外部インバータとともにバッテリ装置を、外部電源が必要な場所に、特に電動作業車は進入できないような狭い場所に持ち運ぶことができる。このような構成は、災害時など緊急に電源が必要な場合に好適である。また、野外キャンプにおける電源としても好適である。
バッテリを含むバッテリ装置が重い場合、バッテリ装置の持ち出しを容易にするために、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バッテリ装置には、前記外部インバータと運搬用車輪が備えられている。その際、外部インバータもバッテリ装置に取り付けられていれば、大型で重いバッテリと外部インバータとの組み合わせであっても、スムーズに外部電源を必要とする場所に移動することができる。
電動作業車の一例である電動草刈機の全体側面図である。 電動草刈機の全体平面図である。 車体から運び出されたバッテリ装置の斜視図である。 バッテリ装置が運び出された後のバッテリ収納部付近を示す電動草刈機の斜視図である。 ケーブルハーネスと自由コネクタと固定コネクタとを示す斜視図である。 電動草刈機の動力系統及び制御系統を示す模式図である。
本明細書では、特に断りがない限り、「前」は車体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は車体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する車体横断方向（車体幅方向）を意味する。「上」または「下」は、車体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。
次に、本発明による電動作業車の実施形態の１つを説明する。ここでは、電動作業車は、電動草刈機である。図１及び図２に示すように、この電動草刈機は、車体１の前部に支持された左右一対の前輪１１、車体１の後部に支持された左右一対の後輪１２、車体１の下部で前輪１１及び後輪１２の間に支持されたモーアユニット３を備えている。左右の後輪１２の間にはバッテリ装置６を収納するバッテリ収納部４が設けられている。さらに、車体１には、運転座席１３及びロプスフレーム１４等が設けられている。
車体１は前後方向に延びている右及び左の長手ビームと、この長手ビームを連結するクロスビームとからなるフレーム１０を含む。ロプスフレーム１４の下端はフレーム１０に連結されている。
前輪１１は、キャスタータイプ車輪であり、後輪１２は駆動輪である。それぞれの後輪１２の内側に、内部電動機器としての左右一対の走行モータ１５が配置されている。走行モータ１５の動力は減速機構１６を介して後輪１２に伝達される。各後輪１２は独立的に駆動される。
運転座席１３の両側にそれぞれ変速レバー１７が配置されている。右の変速レバー１７を中立位置に操作するとり右の走行モータ１５が停止状態となる。右の変速レバー１７を前進側に操作すると、右の走行モータ１５が前進側に回転し、右の変速レバー１７を後進側に操作すると、右の走行モータ１５が後進側に回転する。同様に、左の変速レバー１７を中立位置、前進側及び後進側に操作すると、左の走行モータ１５が前述した右の走行モータ１５と同様な動作を行う。つまり右及び左の変速レバー１７を操作することにより、右及び左の後輪１２が互いに独立に前進側または後進側に駆動し、車体１は前進または後進、右旋回または左旋回する。
モーアユニット３は、モーアデッキ３０と、モーアデッキ３０の内部に縦軸芯周りに回転自在に支持された刈刃３１とを備えている。刈刃３１は、内部電動機器としての刈刃モータ３２によって回転駆動される。モーアデッキ３０は、リンク機構３３により昇降自在にフレーム１０から吊り下げられている。
走行モータ１５や刈刃モータ３２に給電するバッテリ装置６がバッテリ収納部４に離脱可能に収納される。図３に示すように、バッテリ装置６は略立方体状のハウジング６０を備え、運搬用車輪としてのローラ６１が、ハウジング６０の底面に設けられている。ハウジング６０内にバッテリ２が内蔵されている。ハウジング６０の左右の側面には、バッテリガイドレール６２とバッテリガイドローラ６３が設けられている。ハウジング６０の中央上面には、充電及び給電のための給電ユニット２０が設けられている。給電ユニット２０の隣には、外部インバータボックス８０が配置されている。外部インバータボックス８０には外部インバータ８が収容されている。外部インバータ８は、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換して出力する。外部インバータボックス８０の外面には、外部インバータ８と接続している１００Ｖまたは２００ＶのＡＣソケット８２が設けられている。ＡＣソケット８２に、ハンド草刈機、ブロワ、チェーンソーなどの外部電動機器９のプラグが挿入される。
図２に示すように、運転座席１３の下方には、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換して走行モータ１５や刈刃モータ３２などの内部電動機器に出力する内部インバータ７と、内部インバータ７を制御する制御ユニット５とが配置されている。
図５では図示されていないが、給電ユニット２０には、バッテリ制御部２３が収容されている。図５に示されているように、給電ユニット２０の側面に、バッテリ２からの給電線が接続されている第１接続部２１と第２接続部２２とが設けられている。第１接続部２１には、内部インバータ７への給電線である内部ハーネス７１が接続される。第２接続部２２には、外部インバータ８への給電線である外部ハーネス８１が接続される。バッテリ制御部２３は、バッテリ２の充電及び給電を制御する機能を有する。バッテリ制御部２３は、第１接続部２１及び第２接続部２２と接続してており、第１接続部２１及び第２接続部２２のスイッチング部を介して流れる電力を制御（ＯＮ／ＯＦＦ）することができる。さらに、バッテリ制御部２３は、第１接続部２１及び第２接続部２２とデータ通信線を介して接続されている。バッテリ制御部２３は、第１接続部２１のデータ通信線を介して、内部インバータ７とデータ交換可能であり、第２接続部２２のデータ通信線を介して、外部インバータ８とデータ交換可能である。後で詳説するが、バッテリ制御部２３は、第２接続部２２を介して外部インバータ８に対する給電可否の認証を行うことができる。
第２接続部２２は、図示されていない充電装置の給電線と接続することで、バッテリ２に充電用電力を供給することができる。つまり、第２接続部２２は、バッテリ２の充電口としても利用される。
図４に示すように、バッテリ収納部４は、左右のフレーム１０の後端部の間に形成されている。左右のフレーム１０を連結するクロス部材４１がバッテリ収納部４の載置台として用いられるように構成されている。さらに、左右のフレーム１０の後端部の内側面に、車体ガイドレール４２と車体ガイドローラ４３が設けられている。運転座席１３の下方に配置されている内部インバータ７から延びている内部ハーネス７１が延びており、内部ハーネス７１の先端に第１コネクタ７１ａが取り付けられている。
バッテリ装置６がバッテリ収納部４に積み込まれる際に、バッテリガイドローラ６３が車体ガイドレール４２に案内されるとともに、バッテリガイドレール６２が車体ガイドローラ４３に接当する。これにより、バッテリ装置６がバッテリ収納部４における収納位置にスムーズに移動する。
外部インバータ８が不要な場合、第２接続部２２とコネクタ８１ａとの接続を解除することにより、外部ハーネス８１は、外部インバータ８とともに、車外または車内の別な場所に保管することができる。
図６では、電動草刈機の動力系及び制御系が模式的に示されている。内部インバータ７は、走行モータ用インバータ７ａとモーアモータ用インバータ７ｂからなる。走行モータ用インバータ７ａは、左右一対の走行モータ１５に個別に電力を供給する。モーアモータ用インバータ７ｂは、刈刃モータ３２に電力を供給する。刈刃モータ３２の回転動力は、ベルト伝動機構３４を介して、刈刃３１に伝達される。
制御ユニット５は、左右一対の後輪１２の速度演算を行う演算機能と、内部インバータ７に対する制御機能とを有する。制御ユニット５は、操縦レバーとして機能する左側と右側との変速レバー１７の操作量に基づいて、左側の走行モータ１５と右側の走行モータ１５の回転速度を別個に演算する。さらに、制御ユニット５は、その演算結果に基づいて、各走行モータ１５の回転速度を実現するために必要な電力を各走行モータ１５に供給するための制御信号を生成して、走行モータ用インバータ７ａに与える。走行モータ用インバータ７ａは、制御信号に基づく電力を走行モータ１５に供給する。これにより、電動芝刈機は、直進走行、左旋回走行、右旋回走行を行うことができる。
バッテリ制御部２３は、第１接続部２１及び第２接続部２２とデータ通信線を介して接続されており、特に、第２接続部２２を介して外部インバータ８に対する給電可否の認証を行うことができる。この認証処理では、バッテリ制御部２３が第２接続部２２に接続した外部インバータ８から、当該外部インバータ８の識別コードあるいは仕様データを取得し、予め登録されている外部インバータ８の識別コードあるいは仕様データと比較する。その比較において、それぞれの識別コードあるいは仕様データが一致すれば、第２接続部２２に接続されている外部インバータ８への給電を許可する。上記の認証方法は、一例であり、第２接続部２２と外部ハーネス８１のコネクタ８１ａとに設けられたＩＣタグ等により給電可否の認証を行ってもよい。その他、種々の認証方法の採用も可能である。
バッテリ制御部２３は、制御ユニット５ともデータ交換可能に接続されている。この実施形態では、制御ユニット５には、運転者によって操作可能な外部給電スイッチ１８が接続されている。外部給電スイッチ１８は外部給電の可否を選択するスイッチであり、制御ユニット５は、外部給電スイッチ１８からの信号に基づいて、給電許可をバッテリ制御部２３に出力する。バッテリ制御部２３は、この給電許可がない限り、第２接続部２２を介しての外部インバータ８への給電を行わない。つまり、この実施形態では、外部インバータ８が第２接続部２２に接続され、かつ電動作業車の制御系からの給電許可が出力されることで、バッテリ制御部２３は、外部インバータ８に直流電力を供給することになる。
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態の電動作業車では、バッテリ２だけが電動機器の動力源であったが、内燃機関とバッテリ２とを備えたハイブリッドタイプの動力源であってもよい。
（２）上述した実施形態では、バッテリ２を収納したバッテリ装置６は、車体１から取り外して利用することができたが、電動乗用車のように、バッテリ装置６は車体１に固定されてもよい。
（３）上述した実施形態では、電動作業車として、電動芝刈機が取り挙げられたが、その他の電動作業機、電動トラクタ、電動収穫機、電動建機などにも、上述の給電装置は装備可能である。
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
本発明は、バッテリによって駆動する電動作業車に適用可能である。
１ ：車体
１５ ：走行モータ（内部電動機器）
１８ ：外部給電スイッチ
２ ：バッテリ
２０ ：給電ユニット
２１ ：第１接続部
２２ ：第２接続部
２３ ：バッテリ制御部
３ ：モーアユニット
３２ ：刈刃モータ（内部電動機器）
４ ：バッテリ収納部
５ ：制御ユニット
６ ：バッテリ装置
６１ ：ローラ(運搬用車輪)
７ ：内部インバータ
７ａ ：走行モータ用インバータ
７ｂ ：モーアモータ用インバータ
７１ ：内部ハーネス
７１ａ ：第１コネクタ
８ ：外部インバータ
８０ ：外部インバータボックス
８１ ：外部ハーネス
８１ａ ：コネクタ
８２ ：ＡＣソケット
９ ：外部電動機器

Claims (4)

  1. 電動作業車の給電装置であって、
    前記電動作業車を駆動するためのバッテリと、
    前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動作業車に装備された内部電動機器に出力する内部インバータのための第１接続部と、
    前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して外部電動機器に出力する外部インバータのための第２接続部と、
    前記第１接続部及び前記第２接続部に接続されるとともに前記バッテリの充電及び給電を制御するバッテリ制御部と、
    を備え、
    前記バッテリ制御部は、前記第２接続部を介して前記外部インバータ側と通信して、前記外部インバータに対する給電可否の認証を行う電動作業車の給電装置。
  2. 前記外部インバータが前記第２接続部に接続され、かつ前記電動作業車の制御系からの給電許可が出力されることで、前記バッテリ制御部は、前記外部インバータに前記直流電力を供給する請求項１に記載の電動作業車の給電装置。
  3. 前記バッテリと前記バッテリ制御部と前記第１接続部と前記第２接続部とは、前記電動作業車の車体に持ち出し可能に搭載されるバッテリ装置に組み込まれている請求項１または２に記載の電動作業車の給電装置。
  4. 前記バッテリ装置には、前記外部インバータと運搬用車輪が備えられている請求項３に記載の電動作業車の給電装置。
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