JP4815703B2

JP4815703B2 - トラクタ

Info

Publication number: JP4815703B2
Application number: JP2001200925A
Authority: JP
Inventors: 淳一大下; 義典土居; 弘喜小野; 伸明池内; 智明渡部; 正憲篠田; 敏行堀
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: JP2003009607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン及びバッテリー等の電源で駆動されるトラクタに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
農用トラクタ−の大部分は、ディ−ゼルエンジンを機体前部に搭載すると共にこのエンジンの周囲にはラジエ−タやマフラ−、バッテリ−等を配置し、また、機体後部のミッションケ−ス内には変速装置を設け、変速装置で適宜減速した回転動力を前輪と後輪に伝える構成であった。
【０００３】
近年、環境にやさしい動力農機の必要性が認識されはじめ、本出願人も、電動式トラクターとして特開平７−３０００２２号公報に記載のトラクターを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置にあっては、走行用モータに大きな負荷が作用したときの対処法が明確でない。
【０００５】
また、走行系と作業駆動系を走行用モータで駆動中において、バッテリの電圧降下を大きくなった場合の対処法が明確でない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記問題点に鑑みて提案するものであり、次のような技術的手段を講じた。即ち、請求項１の発明では、エンジン（８０）に連結した発電機（８１）を設け、該発電機（８１）で発電した電力をバッテリ（１１７）に充電する構成とし、前記エンジン（８０）のエンジン出力軸（８２）からクラッチ（Ｂ）を介してＰＴＯ軸（８７）を駆動する構成とし、前記エンジン出力軸（８２）から無段変速装置（８８）とクラッチ（Ａ）を介して走行系出力軸（１０５）を駆動して後輪（９３）を駆動する構成とし、さらに走行系モータ（１０２）を設け、該走行系モータ（１０２）からクラッチ（Ｃ）を介して前記走行系出力軸（１０５）を駆動する構成とし、前記走行系モータ（１０２）で走行する際に走行負荷が大きい場合は、前記エンジン（８０）から回転動力を補助すると共にエンジン（８０）から伝達された回転動力を変速機アクチュエータ（１０６）により前記無段変速装置（８８）の変速比を変更して調整し、この調整後の回転動力を前記クラッチ（Ａ）を介して前記走行系出力軸（１０５）に伝達するように構成したことを特徴とするトラクタとした。
【０００７】
前記構成に基づく作用を説明すると、エンジン（８０）に連結した発電機（８１）で発電した電力をバッテリ（１１７）に充電する。走行系モータ（１０２）から走行系出力軸（１０５）を駆動する。
【０００８】
そして、走行系モータ（１０２）を駆動して走行系出力軸（１０５）を駆動して走行中において、走行負荷が大きい場合はエンジン（８０）から回転動力を補助する。このとき、エンジン（８０）から伝達された回転動力を変速機アクチュエータ（１０６）により無段変速装置（８８）の変速比を変更して調整する。そして、調整後の回転動力をクラッチ（Ａ）を介して走行系出力軸（１０５）に伝達する。
【０００９】
【実施の態様】
以下、図面に示す実施例に基づいて、まずエンジンを用いない電動駆動方式のトラクタの実施例を説明する。まず、構成から説明すると、１は動力農機としてのトラクタ−であって、機体の前後部に前輪２と後輪３とを備え、機体前部には走行系の交流モ−タ４が搭載され、その後部に走行系減速ギヤボックス５が搭載されている。
【００１０】
この走行系減速ギヤボックス５内で適宜減速した回転動力を前輪２と後輪３とに伝えるべく構成している。このトラクター１は後輪３のみを駆動する状態と前輪２および後輪３を同時に駆動する４輪駆動状態とに図示外のクラッチを用いて切換えることができる。また、走行系の交流モータ４の横側方には油圧機器を駆動するための油圧系交流モータ７とこの油圧系モータ７で駆動される油圧ポンプ８が設けられている。
【００１１】
油圧ポンプ８が作動するとその作動圧油はパワーステアリング装置９の操舵用シリンダ１０と作業機昇降用の油圧シリンダ１１に送り込まれる。作業機昇降用油圧シリンダ１１はリフトアーム１２を回動させて機体後部に連結されている作業機（図示省略）を昇降動させる。
【００１２】
また、運転席１４の下方にはＰＴＯ系の交流モ−タ１５が搭載され、その出力軸がリヤ−ミッションケ−ス１６内の入力軸に接続される。リヤ−ミッションケ−ス１６の後端部に突設軸架されたＰＴＯ軸１７はこのリヤ−ミッションケ−ス１６内に組み込まれているＰＴＯ減速ギヤ機構（図示省略）を介して、回転駆動される。図１、図２において符号２０はバッテリ−であり、これらのバッテリ−２０は機体フレ−ム２２の上に左右対称に配置され、左右方向におけるバランスが良好に維持されるように構成している。
【００１３】
図３に示す符号２５は制御用コントローラで、前記３つの交流モータ、言い換えると走行系モータ４，ＰＴＯ系モータ７、油圧系モータ１５の回転をコントロールする。即ち、この制御用コントローラ２５の入力側には、走行速度指示操作装置２６、ＰＴＯ速度指示操作装置２７、油圧速度指示操作装置２８、走行モータ回転センサ２９、ＰＴＯモータ回転センサ３０、油圧モータ回転センサ３１が接続され、出力側には各インバータ３２，３３，３４を介して走行系モータ４、ＰＴＯ系モータ１５、油圧系モータ７が接続される。
【００１４】
前記走行速度指示操作装置２６はトラクター１の車速を設定するもので、その指示する位置に応じたインバータ周波数となるようにコントローラ２５から走行用インバータ３２に対して指令が出される。
また、ＰＴＯ速度指示操作装置２７はＰＴＯ軸１７の回転数を設定するもので、その設定回転数を維持するようにコントローラ２５からＰＴＯ用インバータ３３に対して制御指令が出される。油圧速度指示操作装置２８は油圧用モータ７の回転数を設定するもので前記の場合と同じようにインバータ３４に対して制御指令が出される。これら３つのモータ４，７，１５はいずれもインバータの周波数を変更して交流モータの回転数を変更調整するものである。
【００１５】
これらのモータは、周波数を変更して回転数を変更調整する方式のため、走行系、ＰＴＯ系、油圧系のいずれの場合にあっても回転を最適な状態に制御できる。特にこの発明では油圧系のモータ７もインバータの周波数を変更して回転数を制御する方式を採用しているため、油圧力に必要な油圧ポンプ８回転を最適に制御でき、不要なときには最低回転数として、あるいは停止状態に保って余分な消費電力を使わなくてすむメリットがある。
【００１６】
図４は油圧系モータ７が持つ欠点を解消する方法を示したものである。
先に説明した油圧系モータ７は無負荷状態だと油圧系モータ７が出力を停止しても慣性力で回転を続ける不具合がある。これを防止するためにモータ７の停止出力で瞬時に停止させるブレーキ回路を設けた。
【００１７】
図４を説明すると、油圧系モータ７の駆動力にて回転する油圧ポンプ８の下流に減圧弁３９と分流弁４０を設け、この分流弁４０の下流側にはパワーステアリング装置９用の制御弁４１と作業機昇降用の制御弁４２が設けられている。
ステアリングハンドル１３を操作すると制御弁４１が適宜切り換えられて操舵用シリンダ１０のピストンロッドが左右に移動操作され、前輪２を操舵する。
【００１８】
図示外の油圧レバーを操作すると作業機昇降制御弁４２が切り換えられて作業機が昇降する。また、減圧弁３９の下流側には２輪駆動・４輪駆動の切換えを行う制御弁４４が設けられている。４５はリリーフ弁である。この実施例では油圧ポンプ８から減圧弁３９に至る油路の間にブレーキとなる圧力負荷を設ける構成としている。このような回路構成を設けることにより油圧系モータ７のブレーキ装置を簡単且つ安価に構成することができる。
【００１９】
次に上例の作用を説明する。
トラクター１の後部にロータリ等の作業機を連結して耕耘作業を開始するときには、走行変速レバーに相当する走行速度指示操作装置２６によって走行車速を設定し、ＰＴＯ変速レバーに相当するＰＴＯ速度指示操作装置２７によってＰＴＯ軸１７の回転数を設定する。コントローラ２５の指令によって走行用モータ４とＰＴＯ用モータ１５の周波数がインバータ３２，３３に対して指示され、各々設定した回転数で各モータ４，１５が駆動される。
【００２０】
トラクター１の走行と共に作業機による耕耘作業が開始され、土壌が耕起される。そして、畦際で作業機を上昇させるべく油圧操作レバー（図示省略）を操作し、略同時に、あるいは事前に油圧速度指示操作装置２８を適宜操作して油圧系モータ７を駆動し、油圧ポンプ８を駆動させるとこの油圧ポンプ８から送り出された圧油は作業機昇降用の油圧シリンダ１１内に流入し、リフトアーム１２を回動させて作業機を吊上げる。このとき、油圧速度指示操作装置２８を増速側に操作すればモータ７の回転速度を上げることができ、油量を増加させて昇降速度自体を上げることができるものである。
【００２１】
畦際で旋回を終えて再び作業機を降下させる場合には油圧操作レバーを下げ側に操作して油圧シリンダ１１内の作動油を、油圧タンクであるリヤーミッションケース１６内に排出し、リフトアーム１２を下降回動させて作業機を着地させる。なお、この実施例では、パワーステアリング装置９も油圧系モータ７によって駆動する形態を採用しており、ステアリングハンドル１３を操作したときだけ油圧系モータ７が作動して作動圧油を操舵用シリンダ１０内に送り込む構成としている。
【００２２】
このように、上記実施例のトラクター１においては、３つのモータのうち、油圧系モータ７については常時駆動せずに必要なときだけ駆動する方法を採用しているので、油圧系モータ７を常時駆動するものに比べて消費電力が少なく、従って、比較的、長時間に亘って農作業を行なうことができる。
【００２３】
次に図５乃至図９の実施例について説明する。
図５はトラクターの側面図、図６は油圧回路図、図７はタイムチャート、図８は油圧回路図、図９は特性グラフである。
ここで説明するトラクター５０と前記実施例で説明したトラクター１とはエンジン５１を搭載しているかいないかの違いであり、この例で示すトラクターはエンジン５１を機体前部に搭載した従来と同じタイプのものである。このトラクター５０ではエンジン５１の横側部に電動モータ５２が取り付けられており、その後部に油圧ポンプ５３を装着している。電動モータ５２は必要なときだけ電動モータ５２を駆動するように構成している。
【００２４】
即ち、油圧ポンプ５３が作動すると作動圧油が油圧シリンダー５４内に送り込まれ、リフトアーム５５を回動させて作業機を吊上げる。図５において、符号５６は前輪、５７は後輪、５８は全油圧式のパワーステアリングユニット、５９はステアリングハンドル、６０は油圧シリンダケース、６１は油圧ポンプ５３と油圧シリンダー５４とを結ぶ油圧配管、６２は前輪駆動用のプロペラシャフトである。図６に示す油圧回路について回路構成を簡単に説明すると、作業機を昇降させるポジションレバー６３の回動基部にはポテンショメータ６４が取り付けられ、一方、リフトアーム５５の基部にもポテンショメータ６５が取り付けられ、ポジションレバー６３で設定した高さにリフトアーム５５が位置するように昇降制御される。即ち、コントローラ６７からの指令によって３ポート３位置の制御弁６８が切換えられる。７０はリフトロッド、７１はロワーリンクである。
【００２５】
ポジションレバー６３を作業機上げ側に操作するとコントローラ６７から電動モータ５２に対して回転指令が出され、電動モータ５２が回転して油圧ポンプ５３が駆動される。同時に制御弁６８が切換えられ、油圧ポンプ５３から送り出された作動圧油はこの制御弁６８を介して油圧シリンダー５４内に送り込まれ、リフトアーム５５を上昇回動させて作業機を吊上げるものである。図７はコントローラ６７から発せられる上げ信号と下げ信号およびモータ５２の出力の関係を示す。
【００２６】
なお、図８は図６の一部油圧回路構成を改良したもので、前記制御弁６８をＯＮ・ＯＦＦ弁６９に置き換え、流量制御を行なわせるようにしたものである。
図９は、横軸にモータ回転数を採り、縦軸にポジションレバー６３のポテンショ値とリフトアーム５５のポテンショ値との偏差を採ったものである。油圧ポンプ５３を電動モータ５２で駆動し、必要な流量に応じたモータの回転数に制御する。このように必要な流量だけ油圧制御を行なわせることでエネルギーの損失を大幅に低減させることができる。
【００２７】
次に図１０乃至図１２に示す実施例について説明する。
ここで説明するトラクターは通常はエンジンの駆動力で走行し、道路や圃場内などの大きなトルクを必要としない場合には発電機で充電しておいた電力で走行モータを駆動させて走行するようにした所謂ハイブリッドタイプのトラクタに関するものである。
【００２８】
図１０により構成を簡単に説明すると、エンジン８０の前部に発電機８１を設け、前記エンジン８０の出力軸８２に減速ギヤ機構８４を接続し、その伝動後位にクラッチＢを介してＰＴＯ変速部８５を接続している。
ＰＴＯ変速部８５の後部にはＰＴＯ軸８７が設けられ、このＰＴＯ軸８７に作業機側の入力軸（図示省略）をユニバーサルジョイント等を介して連結して作業機を駆動する。
【００２９】
前記減速ギヤ機構８４の前側には油圧あるいはベルコン等からなる無段変速装置８８が設けられ、この無段変速装置８８の前側にクラッチＡが設けられ、さらにその前側に減速ギヤ機構８９が設けられ、この減速ギヤ機構８９を介してエンジン８０側の動力が後輪デフ装置９０側に伝達されるようにしている。
【００３０】
後輪デフ装置９０の伝動後位には減速ギヤ機構９１と後車軸９２が設けられ、後車軸９２端部には後輪９３が取り付けられている。
後輪デフ装置９０の直前には前輪側に回転動力を伝達すべく動力を分岐するギヤ機構９５が設けられ、前輪増速装置９８を介して前輪駆動軸９９を回転駆動する。前輪増速装置９８は、所謂倍速装置と云われ、後輪９３に対する前輪の回転速度を速めたり、同速にしたりするもので、ハンドル操作と連動して高低に切り換わる。
【００３１】
一方、図１０において、エンジン８０とは別に電動式の走行用モータ１０２が設けられ、さらにこの走行用モータ１０２の後部に減速ギヤ機構１０４が設けられ、クラッチＣを介して走行系の出力軸１０５に回転動力を伝達すべく構成している。走行用モータ１０２で走行する際に走行負荷が大き過ぎてトルクが不足するようなとき、エンジン８０側から動力が補助される。変速機アクチュエータ１０６は、電動モータ１０２による走行系動力にエンジン８０側の動力を合流させる際の回転数を合わせるようにしたものである。即ち、エンジン８０から動力を得た無段変速装置８８の変速比を変速機アクチュエータ１０６によって調整し、その調整を終えた回転動力をクラッチＡ，減速ギヤ機構８９を介して走行系出力軸１０５に伝えて、動力補助を行なう。
【００３２】
図１１はその制御を可能にする制御ブロック図であり、基本的構成は、図３に類似する。制御を司るコントローラ１２０の入力側には車速を設定する走行速度指示操作装置１１０、ＰＴＯ軸８７の回転数を設定するＰＴＯ速度指示操作装置１１１、走行用モータ１０２の出力軸の回転数を検出する走行モータ回転センサ１１２、ＰＴＯ軸８７の回転数を検出するＰＴＯ回転センサ１１３、変速機アクチュエータ１０６の位置を検出する変速機アクチュエータ位置センサ１１４、作業内容（例えば走行モード、ＰＴＯ作業モード、牽引作業モード等）を設定する作業内容指定装置１１５が接続され、出力側には、クラッチＡ，クラッチＢ，クラッチＣの他、走行用モータ１０２の回転数を調整するインバータ１１６、変速機アクチュエータ１０６、メータパネル１１８が接続されている。
【００３３】
図１２は制御フローチャートである。
まず、ステップＳ１において、図１１のブロック図に示された各種センサの情報が読み込まれ、走行速度指示操作装置１１０によって指示されたインバータ周波数がセットされる（ステップＳ２）。走行速度が指示された速度を維持するように周波数の補正がなされ（ステップＳ３）、走行負荷率が演算される（ステップＳ４）。
【００３４】
ここで負荷率とは指定回転数で駆動するための無負荷時のインバータ周波数と指定回転数を維持するための現在運転中のインバータ周波数との差を云うものである。
ＰＴＯ軸８７を使用しないときはクラッチＢをＯＦＦにし（ステップＳ６）、反対に使用するときにはクラッチＢをＯＮにする（ステップＳ７）。
【００３５】
そして、走行していないときには走行モータ１０２とクラッチＣをＯＦＦにする（ステップＳ９）。走行しているときには走行モータ１０２とクラッチＣをＯＮにする（ステップＳ１０）。圃場内を移動したり路上を走行する場合はこのように走行用モータ１０２を駆動させて走行する。
【００３６】
このとき、走行負荷が大になるとエンジン８０を駆動すると共にクラッチＡを繋ぎ（ステップＳ１２）、エンジン８０側の動力を走行系に合流させて動力を補助する。また、バッテリー１１７の電圧が低下して充電が必要になった場合もエンジン８０を駆動させる（ステップＳ１４）。
【００３７】
このように、この例におけるトラクターでは、圃場や路上等のあまりトルクを要さない場所での走行には発電機８１で充電しておいた電力で電動式走行モータ１０２のみによる走行を可能とし、走行モータ１０２による走行中に、走行トルクが不足するときだけエンジン８０を駆動させ、その駆動力を走行モータ１０２駆動の走行系に合流させて動力を補助するものであるから、走行モータ１０２の小型化が図れると共に燃費を大幅に改善することができる。
【００３８】
なお、図示は省略するが、電動式の走行モータ１０２で走行しているときにオペレータがトラクターを急停止させようとするときにブレーキペダル操作に連動させて走行モータ１０２への電力供給を停止させれば、機体を短い制動距離で停止させることができる。
【００３９】
また、バッテリー１１７電源の電圧降下が著しくなってきたときにまず作業機を駆動するＰＴＯ軸の回転を停止させるように構成すれば、走行系と作業機駆動系とが略同時に停止してしまうような最悪の事態を避けることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、前記の如く構成したので、以下の効果を奏する。
即ち、請求項１記載の発明では、モータで走行するので、振動や騒音を低減できる。
【００４１】
また、走行モータ１０２による走行中に、走行トルクが不足するときだけエンジン８０を駆動させ、その駆動力を走行モータ１０２駆動の走行系に合流させて動力を補助するものであるから、走行モータ１０２の小型化が図れると共に燃費を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクターの側面図である。
【図２】トラクターの平面図である。
【図３】制御ブロック図である。
【図４】油圧回路図である。
【図５】トラクターの側面図である。
【図６】油圧回路図である。
【図７】タイムチャートである。
【図８】油圧回路図である。
【図９】流量特性グラフである。
【図１０】動力伝達線図である。
【図１１】制御ブロック図である。
【図１２】フローチャートである。
【符号の説明】
Ａクラッチ
Ｂクラッチ
Ｃクラッチ
１トラクタ
２前輪
３後輪
４走行系モータ
７油圧系モータ
８油圧ポンプ
９パワーステアリング装置
１２リフトアーム
１５ＰＴＯ系モータ
１７ＰＴＯ軸
８０エンジン
８１発電機
８２エンジン出力軸
８７ＰＴＯ軸
８８無段変速装置
９３後輪
１０２走行系モータ
１０５走行系出力軸
１０６変速機アクチュエータ
１１７バッテリ

Claims

エンジン（８０）に連結した発電機（８１）を設け、該発電機（８１）で発電した電力をバッテリ（１１７）に充電する構成とし、前記エンジン（８０）のエンジン出力軸（８２）からクラッチ（Ｂ）を介してＰＴＯ軸（８７）を駆動する構成とし、前記エンジン出力軸（８２）から無段変速装置（８８）とクラッチ（Ａ）を介して走行系出力軸（１０５）を駆動して後輪（９３）を駆動する構成とし、さらに走行系モータ（１０２）を設け、該走行系モータ（１０２）からクラッチ（Ｃ）を介して前記走行系出力軸（１０５）を駆動する構成とし、前記走行系モータ（１０２）で走行する際に走行負荷が大きい場合は、前記エンジン（８０）から回転動力を補助すると共にエンジン（８０）から伝達された回転動力を変速機アクチュエータ（１０６）により前記無段変速装置（８８）の変速比を変更して調整し、この調整後の回転動力を前記クラッチ（Ａ）を介して前記走行系出力軸（１０５）に伝達するように構成したことを特徴とするトラクタ。