JP5722577B2

JP5722577B2 - ホイール式作業車両

Info

Publication number: JP5722577B2
Application number: JP2010204725A
Authority: JP
Inventors: 林　恵一; 恵一林
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: JP2012056542A

Description

本発明は、車両前後に、左右の前輪および後輪を備え、車体フレーム上に設置したエンジンの動力を、トランスミッションを介して後輪に伝達するホイール式作業車両に関し、より詳細には、前輪の近傍位置に、バッテリーの電力により駆動する電動モータを設置するとともに、この電動モータは、インバータを介してコントローラに接続し、後輪の走行状態や車両の旋回状態に基づいてコントローラにより電動モータの駆動を制御して、前輪を電動モータで駆動させるホイール式作業車両に関する。

従来のホイール式トラクタには、前輪駆動出力軸に、四輪駆動・前輪増速機構を備えるものがあり、圃場などにおいて牽引力の増強や後輪がスリップする際などには、四輪駆動・前輪増速機構により前輪を駆動させ、車両を四輪駆動にすることで、各輪の負荷配分が適性となり、走行安定性を向上させるものがある。

特開２００６−１０５３３号公報

しかし、このような従来のホイール式トラクタでは、エンジンの動力を、主副変速を介して後輪に伝達する経路とは別に、前輪に動力を伝達する経路として、副変速から車両前部のフロントアクスルに向けて前輪駆動伝達軸などを必要とすることから、別途それらギアや駆動軸などの機械的な部材を必要とするとともに、それらの設置スペースも必要であることから、車両の組立性やメンテナンス性が悪く、コストがかかり、かつ構成の簡素化が行えないという問題があった。また、前輪駆動の入切に用いる四輪駆動・前輪増速機構を前輪駆動伝達軸に備える必要があることから、製造コストやメンテナンス性が悪いという問題もあった。
そこで、この発明の目的は、前輪の駆動源に電動モータを用いることで、車両構成の簡素化を図り、組立性およびメンテナンス性を向上させるとともに、エンジン負荷の軽減を図ったホイール式作業車両を提供することにある。

このため請求項１に記載の発明は、車両前後に、左右の前輪および後輪を備え、車体フレーム上に設置したエンジンの動力を、ミッションケースを介して前記後輪に伝達するとともに、ステアリング操作により前記前輪を操向して前記車両を旋回させるホイール式作業車両において、バッテリーの電力により駆動するとともに、インバータを介してコントローラに接続する電動モータと、前記前輪を取付けるフロントアクスルケースに内装される差動装置とを備え、前記フロントアクスルケースの中央部の後面に前記電動モータを設置し、前記電動モータのモータ軸の先端に固設するギアと前記差動装置のリングギアとを噛み合わせ、前記モータ軸の中途部に電磁式クラッチを介装し、前記後輪の走行負荷状態や前記車両の旋回状態に基づいて前記コントローラにより前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御して、前記前輪を前記電動モータで駆動させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のホイール式作業車両において、前記バッテリーは、前記車体フレームに支持部材を介して取付けた複数のバッテリーケースのそれぞれに設置したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のホイール式作業車両において、前記バッテリーは、前記車両への昇降を補助する昇降ステップ近傍であって、前記車両を操縦する操縦部の下方に配設したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホイール式作業車両において、前記車両には、前記後輪のスリップ状態を検出するスリップ検出器を設置するとともに、前記スリップ検出器を前記コントローラに接続し、前記スリップ検出器の検出情報に基づいて、前記コントローラが、前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のホイール式作業車両において、前記スリップ検出器は、前記後輪の回転数を検出する回転数検出器と、前記車両の実速度を検出する車速検出器と、前記車両の移動距離を検出する距離検出器とからなり、前記車速検出器の検出による前記車両の実速度および前記距離検出器の検出による前記車両の走行距離から、通常の前記後輪の回転数に対する実際の回転数の割合を算出し、その算出値に基づいて前記後輪のスリップ状態を判断することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホイール式作業車両において、前記後輪の駆動軸には、該後輪にかかる負荷トルクを検出するトルク検出器を設置するとともに、前記トルク検出器を前記コントローラに接続し、前記トルク検出器の検出情報に基づいて前記コントローラが前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホイール式作業車両において、前記ステアリングには、該ステアリングの操舵角を検出する角度検出器を設置するとともに、前記角度検出器を前記コントローラに接続し、前記角度検出器の検出情報に基づいて、前記コントローラは、前記車両が所定の車速以下で前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、車両前後に、左右の前輪および後輪を備え、車体フレーム上に設置したエンジンの動力を、ミッションケースを介して後輪に伝達するとともに、ステアリング操作により前輪を操向して車両を旋回させるホイール式作業車両において、バッテリーの電力により駆動するとともに、インバータを介してコントローラに接続する電動モータと、前輪を取付けるフロントアクスルケースに内装される差動装置とを備え、フロントアクスルケースの中央部の後面に電動モータを設置し、電動モータのモータ軸の先端に固設するギアと差動装置のリングギアとを噛み合わせ、モータ軸の中途部に電磁式クラッチを介装し、後輪の走行負荷状態や車両の旋回状態に基づいてコントローラにより電動モータの駆動および電磁式クラッチの動作を制御して、前輪を電動モータで駆動させるので、従来のようにミッションケースからフロントアクスルに動力を伝達していた前輪駆動出力軸や四輪駆動・前輪増速機構を必要とせず、作業状況により必要に応じて電動モータで容易に前輪の駆動を入切することができ、車両構成の簡素化を図ることができる。従って、組立性およびメンテナンス性を向上させたホイール式トラクタを提供することができる。
また、設置スペースを有効に利用し、フロントアクスルケース内の差動装置近傍に電動モータを安定的に設置させることができる。従って、車両の省スペース化を図ったホイール式トラクタを提供することができる。
また、電動モータを前輪駆動部に接続させるための大幅な設計や構造を変更することなく、既存の差動装置に容易に電動モータを接続させることができる。従って、生産性を向上したホイール式トラクタを提供することができる。
また、モータ軸の中途部に電磁式クラッチを介装し、コントローラによって電磁式クラッチを制御するので、前輪を円滑かつ効率的に始動させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、バッテリーは、車体フレームに支持部材を介して取付けた複数のバッテリーケースのそれぞれに設置したので、重量を有するバッテリーを、別途高強度の取付部材を必要とせず、既存の強度が高い車体フレームに安定的に設置することができる。従って、生産性に優れたホイール式トラクタを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、バッテリーは、車両への昇降を補助する昇降ステップ近傍であって、車両を操縦する操縦部の下方に配設したので、車両の空いているスペースを有効に利用できるとともに、車両の重量バランスを良好にして車両を安定させることができる。従って、車両のコンパクト化を図ったホイール式トラクタを提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、車両には、後輪のスリップ状態を検出するスリップ検出器を設置するとともに、スリップ検出器をコントローラに接続し、スリップ検出器の検出情報に基づいて、コントローラが、電動モータの駆動および電磁式クラッチの動作を制御するので、後輪がスリップして走行しづらい場合など必要時に応じて前輪を電動モータで自動的に駆動させ、車両を四輪駆動状態にすることで、車両の走行を援助することができる。従って、使用性に優れたホイール式トラクタを提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、スリップ検出器は、後輪の回転数を検出する回転数検出器と、車両の実速度を検出する車速検出器と、車両の移動距離を検出する距離検出器とからなり、車速検出器の検出による車両の実速度および距離検出器の検出による車両の走行距離から、通常の後輪の回転数に対する実際の回転数の割合を算出し、その算出値に基づいて後輪のスリップ状態を判断するので、簡単な構成により後輪のスリップ状態を検出することができる。従って、生産性を向上したホイール式トラクタを提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、後輪の駆動軸には、この後輪にかかる負荷トルクを検出するトルク検出器を設置するとともに、トルク検出器をコントローラに接続し、トルク検出器の検出情報に基づいてコントローラが電動モータの駆動および電磁式クラッチの動作を制御するので、後輪が湿田などの泥土にはまり、後部作業機を牽引する車両の牽引力が低下するなど必要時に応じて前輪を電動モータで自動的に駆動させ、車両を四輪駆動状態にすることで、車両の牽引力を増強することができる。従って、使用性に優れたホイール式トラクタを提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、ステアリングには、このステアリングの操舵角を検出する角度検出器を設置するとともに、角度検出器をコントローラに接続し、角度検出器の検出情報に基づいて、コントローラは、車両が所定の車速以下で電動モータの駆動および電磁式クラッチの動作を制御するので、車両の旋回時において、後輪の周速度よりも前輪の周速度を増速させる前輪増速駆動状態に自動的に切換えられ、作業面を荒らすことなく車両が速やかに旋回させることができる。使用性に優れたホイール式トラクタを提供することができる。

本発明の一例としてのホイール式トラクタの側面図である。動力伝達系のスケルトン図である。車体フレームに取付けたフロントアクスルケースの斜視図である。バッテリーの取付例を示す車体フレームの斜視図である。バッテリーの設置位置を示すホイール式トラクタの平面図である。電動モータの設置位置を示すフロントアクスルケースの平面図である。電動モータの設置を示すフロントアクスルの構造図である。電動モータの連係を示す前輪差動機構および左前輪駆動軸の組立図である。電動モータの別の設置位置を示すフロントアクスルケースの平面図である。コントローラによる前輪駆動の制御ブロック図である。操向機構の斜視図である。前輪内側に取付けた電動モータを示すフロントアクスルケース一端部の背面図である。左右電動モータで前輪駆動を行うコントローラの制御ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１は、本発明の一例としてのホイール式トラクタの側面図を示す。この例のトラクタ１は、車体フレーム２２の前後に前輪２３および後輪２４を備え、前輪２３の上方にボンネット２５を形成し、その内側には原動機部としてのエンジン４０およびエンジン４０の後部にクラッチハウジング４１が配置され、さらにこのクラッチハウジング４１の後部にはミッションケース４２が配設されており、エンジン４０からの動力が後輪２４に伝達される。そして、ボンネット２５の後部に連続して操縦部２７が設けられる。

操縦部２７内には、車両操作部としてクラッチペダル２８などの操作ペダル、ステアリングハンドル２９、運転席３０などを設ける。また、操縦部２７の下方には、運転者が操縦部２７に乗降するための昇降ステップ３７を車体フレーム２２に固定して取り付けてもよい。

そして、エンジン４０からの動力は、ミッションケース４２後端から突出した図示しないＰＴＯ軸に伝達され、このＰＴＯ軸から図示しないユニバーサルジョイントや作業機装着装置などを介して車両後端に装着された不図示の後部作業機を駆動させる。

次に、動力伝達の構成について説明する。図２は動力伝達系のスケルトン図を示す。クラッチハウジング４１内には、多板式の主クラッチ４３が収納され、クラッチペダル２８に連係されている。また、エンジン４０の出力軸４４の回転が主クラッチ４３に入力され、この主クラッチ４３の出力軸４５は、車両後方に延出され、ＰＴＯクラッチ軸４６と同一軸心に備えられる。

出力軸４５の後端には伝動歯車４７が配置されており、ＰＴＯクラッチ軸４６には、ＰＴＯ一速歯車４８と、ＰＴＯ二速歯車４９と、ＰＴＯ逆転歯車５０とがそれぞれ遊嵌される。そして、ＰＴＯ一速歯車４８と、ＰＴＯ二速歯車４９と、伝動歯車４７とは、主軸５１に設けられた伝達歯車５２，５３，５４にそれぞれ噛合っており、ＰＴＯ逆転歯車５０はカウンタ歯車５５を介して伝達歯車５６と噛合い、ＰＴＯクラッチスライダ５７，５８の摺動により伝達歯車５２，５３，５６からＰＴＯクラッチ軸４６および減速歯車５９を介してＰＴＯ軸６０に回転駆動力が伝達され、作業機を駆動させる。

主軸５１に固設された伝達歯車５２，５３，５４，５６は、主変速軸６１に遊嵌される、主変速一速歯車６２、主変速二速歯車６３、主変速三速歯車６４、主変速四速歯車６５にそれぞれ噛合されている。この主変速軸６１の軸方向摺動可能にスプライン嵌合される２つの主変速クラッチスライダ６６，６７は、キャビン２７に有する不図示の主変速レバーに連係されている。この主変速レバーの操作により主変速クラッチスライダ６６，６７と主変速一速歯車６２、主変速二速歯車６３、主変速三速歯車６４、主変速四速歯車６５を選択し、選択されたいずれか１つの上記主変速歯車６２，６３，６４，６５を介して主軸５１から主変速軸６１へ動力が伝達される。

また、主変速軸６１の車両進行方向前方延長部分には、正転側歯車６８および逆転側歯車６９がそれぞれ同一軸心上に遊嵌される。そして、キャビン２７に有する不図示のリバーサレバーを操作することによりリバーサクラッチ７０が前進側または後進側のいずれかに選択接続され、主変速軸６１の回転は正転側歯車６８または逆転側歯車６９のいずれかに伝達される。ただし、リバーサレバーがニュートラル位置の場合は、回転は正転側歯車６８および逆転側歯車６９のいずれにも伝達されない。

正転側歯車６８は、伝達軸７１に嵌合される歯車７２に、逆転側歯車６９はカウンタ軸７３に嵌合されるカウンタ歯車７４にそれぞれ噛合されており、このカウンタ歯車７４は伝達軸７１に嵌合される歯車７５と噛合される。

その結果、リバーサクラッチ７０が前進側に接続されたときは、主変速軸６１の回転動力が正転側歯車６８を介して伝達軸７１に伝達され、リバーサクラッチ７０が後進側に接続されたときは、主変速軸６１の回転動力が逆転側歯車６９からカウンタ軸７３を介して伝達軸７１を逆転方向に回転させることを可能としている。

伝達軸７１に嵌合される歯車７２は、正転側歯車６８と噛合うとともに、副変速軸７６の同軸線上であり車両進行方向前方に設けられる歯車７７と噛合っている。副変速軸７６には副変速シフタ７８がスプライン嵌合されており、副変速軸７６の前部と歯車７７の後部との間を自在に摺動可能としている。

この副変速シフタ７８は、キャビン２７に有する不図示の副変速レバーによって操作され、副変速シフタ７８の前部に形成された副変速シフタ歯が歯車７７の後部に位置する状態の副変速三速（副変速高速段）、副変速シフタ歯と歯車７７の後端に設けられた歯とが噛合う状態の副変速二速、副変速シフタ７８の中央上部に形成された歯と伝達軸７１の中央近傍に設けられた歯車７９とが噛合う状態の副変速一速、副変速シフタ７８に回転動力が伝達されない（ニュートラル）状態、そして副変速シフタ７８後部の歯と不図示の超低速用歯車とが噛合う状態の副変速超低速（Ｃ速）とのそれぞれに切換可能とした副変速装置が構成される。

これら副変速シフタ７８の摺動による歯車噛合わせの選択で、伝達軸７１の回転が三段の変速を経て出力され、副変速軸７６に入力された回転動力は、副変速軸７６に設けられた３つの歯車８０，８１，８２などによって、後輪駆動系に出力される。

そして、ミッションケース４２後方には後輪デフ装置８３が配置され、副変速軸７６の回転が、この副変速軸７６の後端に形成された歯車８２を介して後輪デフ装置８３に入力され、リアアクスルケース内の車軸などを介して後輪２４が駆動される。なお、符号８４はブレーキ装置である。

一方、フロントアクスルケース２内には、図２および後述する図７〜８にも示すように、中央部に差動装置７が設置されるとともに、この差動装置７から左右方向に一対の前輪伝動軸８が延設され、さらに、これら左右前輪伝動軸８は、それぞれキングピン９を介してファイナルギア１０などに接続されている。なお、ファイナルギア１０が、前輪２３の前車軸２３aに連結され、この前車軸２３aの先端部に前輪２３が取付けられている。

また、差動装置７は、フロントアクスルケース２内に支持された中空のデフケース７ａと、このデフケース７ａの一側外周面に固設したリングギア７ｂと、デフケース７ａと一体的に回転するピニオン軸７ｃと、このピニオン軸７ｃの両端に回転自在に配置させるピニオン７ｄと、これらピニオン７ｄに噛み合う、左右前輪伝動軸８を回転させるデフサイドギア７ｅとから構成される。

つまり、リングギア７ｂの回転により、上記差動装置７を介して左右前輪伝動軸８が回転し、さらにキングピン９やファイナルギア１０などを介して前車軸２３aの回転により前輪２３が回転される。なお、差動装置７は周知技術であるため、詳細な説明は省略する。

従って、車両は、通常では後輪２４の二輪駆動で作業を可能としているが、後述するように、後輪２４がスリップ状態になるなど、例えば作業する水田条件によっては、必要時に応じて四輪駆動にして各輪の負荷配分を適性なものとし、走行安定性を向上させる場合には、詳細を後述する電動モータ５によりリングギア７ｂを回転させ、上述したように差動装置７を介して左右前輪伝動軸８が回転し、さらにキングピン９やファイナルギア１０などを介して前車軸２３aの回転により前輪２３を回転させる、四輪駆動機構を有する。また、二輪駆動または四輪駆動状態の車両を旋回させる場合には、電動モータ５の回転数を増加させて、前輪２３の周速度を略２倍にする前輪増速機構を有するものである。

このように、車両を二輪駆動から適時四輪駆動とすることで、エンジン負荷の軽減（燃費向上や排ガス抑制）および、操舵力が四輪駆動時よりも軽い二輪駆動を用いて操作性を良好にするものである。

次に、本願発明の前輪駆動系についてその具体的構成を説明する。図３は車体フレームに取付けたフロントアクスルケースの斜視図、図４はバッテリーの取付例を示す車体フレームの斜視図、図５はバッテリーの設置位置を示すホイール式トラクタの平面図、図６は電動モータの設置位置を示すフロントアクスルケースの平面図、図７は電動モータの設置を示すフロントアクスルの構造図、図８は電動モータの連係を示す前輪差動機構および左前輪駆動軸の組立図、図９は電動モータの別の設置位置を示すフロントアクスルケースの平面図、図１０はコントローラによる前輪駆動の制御ブロック図である。

まず、図３に示すように、車両前後方向に２本のフレーム２２ａ，２２ｂを並設してなる、エンジン４０などを載置する車両前部の車体フレーム２２下部には、フロントアクスルケース２が取付けられており、このフロントアクスルケース２の左右両端部に図１で示した前輪２３が取付けられている。

この車体フレーム２２には、例えば図４に示すように、車体フレーム２２の後部であって、フレーム２２ａ，２２ｂのそれぞれ車両外側面およびフレーム２２ａ，２２ｂ間に、天面を開放した矩形状からなる金属製のバッテリーケース３が設置されるが、これらバッテリーケース３は、左右側部上面などを、車体フレーム２２の後部上面に車両左右方向に亘って溶接あるいはボルト締結により架橋させた、並設してなる２本のステーｓにボルト締結などして固定させる。

そして、これらバッテリーケース３内には、リチウムイオン電池などのバッテリー４が適宜図示しない固定部材などにより固定設置されている。これらバッテリー４は、バッテリーケース３の前面もしくは後面から取出せるようにしてもよく、また、バッテリーケース３およびバッテリー４の設置数は上述したような３個に限定されない。なお、バッテリー４は、電圧制御のため、後述するコントローラＣに接続されている。

また、これらバッテリー４の設置位置として、好ましくは、図５に示すように、昇降ステップ３７近傍であって、操縦部２７下方の、フレーム２２ａ，２２ｂからそれぞれ車両後方に向けて延設したフレーム２２ａ´，２２ｂ´間およびフレーム２２ａ´，２２ｂ´外側面に、上述同様にして設置したバッテリーケース３内に固定設置させることで車両の重量バランスを最適化するとともに車両のスペースを有効に活用することができる。なお、バッテリー４は、上述した昇降ステップ３７近傍に限らず、図示しないが、運転席３０後方の左右フェンダー間であって、車体フレーム２２上に適宜ステーや留め具を用いて立設させてもよい。

次に、フロントアクスルケース２には、例えば図６に示すように、このフロントアクスルケース２の中央後面に円筒形の電動モータ５を取付けるが、その際、電動モータ５のモータ軸５ａを車両前方のフロントアクスルケース２内に挿入させて取付けられる。なお、この電動モータ５は、フロントアクスルケース２の中央後面にスペーサ６などを介してボルト締結などして固定する。

そして、本実施例のホイール式トラクタ１では、上述したリングギア７ｂに電動モータ５を接続するものである。従来のフロントアクスルケース２の、差動装置７が位置する中央部の背面には、ミッションケース４２から前方に延設させた前輪駆動伝達軸を、リングギア７ｂに接続させるための穴部ｈを形成している。

このため、本例では、この穴部ｈを利用し、電動モータ５を、上述したようにフロントアクスルケース２の中央後面に取付けるとともに、モータ軸５ａを、穴部ｈを介してリングギア７ｂに接続させることが好ましい。このとき、モータ軸５ａの先端部には、ベベルギア５ｂを取付けるとともに、このベベルギア５ｂをリングギア７ｂに噛み合わせる。

なお、フロントアクスルケース２への電動モータ５の設置位置は、上述したフロントアクスルケース２の中央後面に限定せず、図９に示すように、フロントアクスルケース２の中央前面に上記と同じ要領で取付けてもよい。この場合、電動モータ５のモータ軸５ａを車両後方に向けて、フロントアクスルケース２の中央前面に形成した不図示の穴部より挿入し、モータ軸５ａ先端のベベルギア５ｂをリングギア７ｂに噛み合わせる。

あるいは電動モータ５は、図９の点線に示すように、フロントアクスルケース２の中央上面に設置してもよい。この場合、図示しないが、モータ軸５ａを、フロントアクスルケース２の上面に形成した穴部を介してリングギア７ｂに接続させる。

なお、電動モータ５のモータ軸５ａは、その中途部に電磁式のクラッチ５ｃを介装しており、このクラッチ５ｃの入切によりモータ軸５ａの回転駆動をリングギア７ｂに伝達状態または非伝達状態にすることができる。

このような構成により、従来のようにミッションケース４２内の副変速軸７６からフロントアクスルケース２に向けて前輪駆動伝達軸などのギアや駆動軸など機械的な部材をを必要とせず、構成を簡素化できるとともに、それらの設置スペースに有効に活用し、バッテリー４を効率的に設置させることができる。

次に、車両には、後輪２４のスリップ状態を検出するスリップ検出器１１が設置される。このスリップ検出器１１は、例えば上述の図２に示したように、後輪２４の回転数を検出するために左右後輪２４の後車軸などに設置した、中空円筒軸形状のロータリーエンコーダなど（限定しない）周知の回転数検出器１１ａａ，１１ａｂと、車両の適宜位置に設置した、車両の実速度を検出するための、例えば超音波送受波器などからなる周知の実速度検出器１１ｂと、車両の適宜位置に設置した、車両の走行距離を検出するための、例えば光源および受光発光レンズなどからなる周知の距離検出器１１ｃとから構成される。

なお、実速度検出器１１ｂは、周知技術であるため、その詳細な説明は省略するが、路面に対し超音波を送受波して、車両の対地車速を検出するものであるが、前記構成に限らず、例えば、前輪２３の前車軸などに設けたロータリーエンコーダなどの検出情報に基づいて前輪２３の回転数から車両の実速度を算出してもよい。

さらに、左右後輪２４の各前記後車軸には、後輪２４にかかる負荷トルクを検出する中空円筒軸形状の周知のトルク検出器１２ａ，１２ｂが設置される。従って、例えば、各後輪２４の前記後車軸先端の図示しないハブには、トルク検出器１２ａ（１２ｂ）の一端がボルトにて固定されるとともに、このトルク検出器１２ａ（１２ｂ）の他端は前記ホイールに対してボルトで固定され、かつ前記ホイール側中央部には、回転数検出器１１ａａ，１１ａｂを同軸的に固定させた構成とすることができる。

そして、図１０に示すように、回転数検出器１１ａａ，１１ａｂおよびトルク検出器１２ａ，１２ｂは、車両の適宜位置に設置したコントローラＣに接続させるとともに、このコントローラＣには、電動モータ５がインバータＩを介して接続される。また、電動モータ５のモータ軸５ａに設けたクラッチ５ｃもコントローラＣに接続する。

ここで、まず、圃場などにおいて後輪駆動で走行作業中の車両が、圃場の状態により左右後輪２４の一方もしくは両方がスリップし始める際、コントローラＣは、スリップ検出器１１の回転数検出器１１ａａ，１１ａｂ、実速度検出器１１ｂ、距離検出器１１ｃから送られてくる各検出情報から、車両の実速度および走行距離（一定区間）による通常の後輪２４の回転数に対する実際の回転数の割合を算出し、その算出値に基づいて後輪２４がスリップ状態であることを判断する。

次いで、コントローラＣは、インバータＩを介して電動モータ５を、例えば車速に応じた所定の回転数で回転させる。そして、コントローラＣは、クラッチ５ｃを操作し、クラッチ５ｃを接続すると、モータ軸５ａの回転が、リングギア７ｂに伝達され、上述したように差動装置７から左右前輪伝動軸８などを介して前輪２３を駆動させた四輪駆動状態にすることで、当該圃場での車両走行を援助することができる。

なお、このとき、電動モータ５を駆動状態にした後、クラッチ５ｃを接続させて電動モータ５の駆動力をリングギア７ｂに伝達し、前輪２３を駆動させるため、前輪２３を、円滑かつ効率的に始動させることができる。

また、後輪２４がスリップ状態から開放され、コントローラＣは、回転数検出器１１ａａ，１１ａｂ、実速度検出器１１ｂ、距離検出器１１ｃから送られてくる検出情報から算出した算出値に基づいて後輪２４が正常な駆動状態であることを判断すると、インバータＩを介して電動モータ５の駆動を停止し、クラッチ５ｃの接続を切ることで、車両を後輪駆動状態に戻し、前輪２３を従動状態とする。

このような構成により、車両の後輪２４がスリップして走行しづらい場合など必要時に応じて前輪２３を電動モータ５で自動的に駆動させ、車両を四輪駆動状態にすることで、車両の走行を援助することができる。

次に、後輪駆動の車両が湿田などに入り、後部作業機の牽引作業などを行う場合、車輪２４が湿田にはまり易く、牽引力が不足し、作業効率が低下する際、コントローラＣは、左右後輪２４に設置したトルク検出器１２ａ，１２ｂから送られてくるトルク検出情報から、左右後輪２４にかかるトルク値が所定値より大きい値になった場合に、後輪２４が牽引力不足であることを判断する。

次いで、コントローラＣは、インバータＩを介して電動モータ５を、例えば車速に応じた所定の回転数で回転させる。そして、コントローラＣは、クラッチ５ｃを操作し、クラッチ５ｃを接続すると、モータ軸５ａの回転が、リングギア７ｂに伝達され、上述したように差動装置７から左右前輪伝動軸８などを介して前輪２３を駆動させた四輪駆動状態にすることで、当該湿田などでの後部作業機の牽引力を増強させることができる。なお、上述同様に、電動モータ５を駆動状態にした後、クラッチ５ｃを接続させて電動モータ５の駆動力をリングギア７ｂに伝達し、前輪２３を駆動させるため、前輪２３を、円滑かつ効率よく始動させることができる。

また、車両が湿田などから出て、後部作業機の牽引作業を止めるもしくは他の条件の圃場で牽引作業をするなどした場合、コントローラＣは、後輪２４のトルク検出器１２ａ，１２ｂから送られてくるトルク検出情報から、左右後輪２４にかかるトルク値が所定値以下になった場合に、大きな牽引力を必要としない状態であることを判断し、インバータＩを介して電動モータ５の駆動を停止し、クラッチ５ｃの接続を切ることで、車両を後輪駆動状態に戻し、前輪２３は従動状態とする。

このような構成により、車両の後輪２４が湿田などの泥土にはまり、後部作業機を牽引する車両の牽引力が低下するなど必要時に応じて前輪２３を電動モータ５で自動的に駆動させ、車両を四輪駆動状態にすることで、車両の牽引力を増強することができる。

上述では、モータ軸５ａにクラッチ５ｃを備える電動モータ５を説明したが、クラッチ５ｃを設けることなく、モータ軸５ａを直接リングギア７ｂに接続させてもよい。なお上述したように、前輪２３は必要時に応じて電動モータ５により駆動させるため、通常の後輪駆動状態では、前輪２３は従動状態である。

つまり、リングギア７ｂに接続したモータ軸５ａは、前輪２３の従動回転により前車軸２３aからファイナルギア１０、キングピン９、左右前輪伝動軸８などを介して差動装置７のリングギア７ｂからモータ軸５ａが常に従動回転されるため、電動モータ５本体で発電できる。従って、電動モータ５から得られた電力をバッテリーに蓄電させると、エネルギーを有効利用することができる。

本願発明のホイール式トラクタ１では、車両の旋回時に、上述してきた電動モータ５を用いて前輪を増速駆動させることができる。図１１は操向機構の斜視図である。

図１１に示すように、前輪２３の操舵は、例えば、ステアリングハンドル２９によりステアリング軸２９ａを左右に回動させて図示しないステアリングバルブを切り換え、油圧シリンダー２９ｂの伸縮により、ピストンロッド２９ｃおよびタイロッド２９ｄを介して左右前輪２３を旋回させる周知の技術である。

このステアリングハンドル２９のステアリング軸２９ａなどには、例えばポテンショメータなど周知の角度検出器１３が設置される。そして、図１０に示したように、この角度検出器１３は、コントローラＣに接続されるとともに、コントローラＣには、上述同様に電動モータ５がインバータＩを介して接続される。また、電動モータ５のモータ軸５ａに設けたクラッチ５ｃもコントローラＣに接続する。

ここで、作業者がステアリングハンドル２９を操舵して前輪２３を操向し、車両を旋回させる場合、コントローラＣは、例えば実速度検出器１１ｂなどの検出情報から車速が低速（例えば副変速が１〜２速）で走行していることに加え、ステアリング軸２９ａに設置した角度検出器１３から送られてくるステアリングハンドル２９の操舵角の検出情報から、その操舵角が、所定の操舵角以上となったときに車両が旋回状態であることを判断する。なお、コントローラＣは、上記の他に、車両がステアリングブレーキを利用している場合にも、車両が旋回状態であることを判断する。

次いで、コントローラＣは、インバータＩを介して電動モータ５を、車速および前輪２３の操舵角に応じた所定の回転数（例えば、後輪２４の周速度に対して前輪２３の周速度が略２倍となる駆動力を前輪２３に与える電動モータ５の回転速度）で回転させる。

そして、コントローラＣは、クラッチ５ｃを操作し、クラッチ５ｃを接続すると、モータ軸５ａの回転が、リングギア７ｂに伝達され、上述したように差動装置７から左右前輪伝動軸８などを介して前輪２３を駆動させた四輪駆動状態にすることで、作業面を荒らすことなく車両を速やかに旋回させることができる。なお、上述同様に、電動モータ５を駆動状態にした後、クラッチ５ｃを接続させて電動モータ５の駆動力をリングギア７ｂに伝達し、前輪２３を駆動させるため、前輪２３を、円滑かつ効率的に始動させることができる。

なお、車両が旋回を終え、直進状態に戻るなどした場合、コントローラＣは、ステアリング軸２９ａの角度検出器１３から送られてくるステアリングハンドル２９の操舵角の検出情報から、ステアリングハンドル２９が所定の操舵角以下となったときに車両が直進状態であることを判断し、インバータＩを介して電動モータ５の駆動を停止し、クラッチ５ｃの接続を切ることで、車両を後輪駆動状態に戻し、前輪２３を従動状態とする。

このような構成により、車両の旋回時において、後輪２４の周速度よりも前輪２３の周速度を増速させる前輪増速駆動状態に自動的に切換えられ、作業面を荒らすことなく車両が速やかに旋回させることができる。

また、上記前輪２３の増速駆動源に電動モータ５を用いたことにより、従来のように、ミッションケース４２内の副変速軸７６からフロントアクスルケース２に向けて設けた前輪駆動伝達軸に、四輪駆動・前輪増速機構を設置する必要がなく、電動モータ５による簡単な構成にできるため、組立性やメンテナンス性が著しく向上する。

以上述べた、電動モータ５による前輪駆動は、手動操作でも行える構成にすることもできる。この場合、図１０に示したように、コントローラＣには、例えば、運転席３０近傍に設置した、前輪駆動入切スイッチ１４を接続する。

さらに、コントローラＣには、上述同様に電動モータ５がインバータＩを介して接続されるとともに、電動モータ５のモータ軸５ａに設けたクラッチ５ｃもコントローラＣに接続する。

このような構成により、スリップ検出器１１を用いた前輪２３の電動モータ５による駆動制御およびトルク検出器１２ａ，１２ｂを用いた前輪２３の電動モータ５による駆動制御に加え、必要に応じて、作業者が前輪駆動入切スイッチ１４を入切することで、コントローラＣが電動モータ５の駆動を入切し、前輪２３を駆動または従動させることができる。

また、電動モータ５の設置は、上述した位置および設置方法に限定されない。図１２は前輪内側に取付けた電動モータを示すフロントアクスルケース一端部の背面図、図１３は左右電動モータで前輪駆動を行うコントローラの制御ブロック図である。

この場合、電動モータは、図１２に示すように、例えば、左右前輪２３の各前車軸に、周知の方法でアウターロータ式の電動モータ５´，５´´（図中では５´のみ記載）を周設させた、インホイールモータとすることもできる。また、電動モータ５´，５´´は、上述同様のクラッチ５ｃ´により、モータ軸５ａ´，５ａ´´（図中では５ａ´のみ記載）の駆動を入切する。なお、この場合のフロントアクスルケース２´は、フレーム２２ａ，２２ｂにブラケットを介して支持させることができる。

また、図１３に示すように、電動モータ５´，（５´´）は、それぞれインバータＩを介してコントローラＣに接続されるとともに、上述したスリップ検出器１１やトルク検出器１２ａ，１２ｂ、角度検出器１３、前輪駆動スイッチ１４がコントローラＣに接続される。

そして、コントローラＣは、スリップ検出器１１やトルク検出器１２ａ，１２ｂ、角度検出器１３、前輪駆動スイッチ１４などからの検出情報に基づき、左右電動モータ５´，５´´の駆動を入切する際、上述したように、インバータＩを介して左右電動モータ５´，５´´を、例えば車速に応じた所定の回転数で回転させ、コントローラＣが、クラッチ５ｃを操作し、クラッチ５ｃを接続すると、モータ軸５ａ´，５ａ´´の回転により各前車軸２３aが回転するため、前輪２３が駆動する。

また、上述とは別に、コントローラＣは、角度検出器１３からの検出情報に基づき、インバータＩを介して左右電動モータ５´，５´´それぞれのモータ軸５ａ´，５ａ´´に、車体の旋回半径に応じた回転差を与え、差動装置を用いることなく左右前輪２３の回転速度を変えることで、車体を円滑に旋回させることができる。

このような構成にすることで、左右前輪２３をそれぞれ電動モータ５´，５´´で別個に駆動させることができ、従来のようにフロントアクスルケース２に内装した差動装置や、左右前輪伝動軸、キングピン、ファイナルギアなどを必要とせず、コストダウンを図れるとともに、前輪２３の駆動構成を簡素化することができる。

なお、上述したインホイール式の電動モータ５´，５´´は、アウターロータ型に限定されず、インナーロータ型であってもよい。

以上詳述したように、この例のホイール式トラクタ１は、車両前後に左右の前輪２３および後輪２４を備え、車体フレーム２２上に設置したエンジン４０の動力を、ミッションケース４２を介して後輪２４に伝達するとともに、ステアリング操作により前輪２３を操向して車両を旋回させ、バッテリー４の電力により駆動するとともに、インバータＩを介してコントローラＣに接続する電動モータ５と、前輪２３を取付けるフロントアクスルケース２に内装される差動装置７とを備え、フロントアクスルケース２の中央部の後面に電動モータ５を設置し、電動モータ５のモータ軸５ａの先端に固設するギア５ｂと差動装置７のリングギア７ｂとを噛み合わせ、モータ軸５ａの中途部に電磁式クラッチ５ｃを介装し、後輪２４の走行負荷状態や車両の旋回状態に基づいて、コントローラＣにより電動モータ５の駆動および電磁式クラッチ５ｃの動作を制御して、前輪２３を電動モータ５で駆動させるものである。

なお、上述の例では、農作業機としての後輪駆動／四輪駆動切替機構を有するホイール式トラクタについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、建設作業機としてのトラクタショベルなどあらゆる後輪駆動／四輪駆動切替機構を有するホイール式トラクタに適用することができる。

２フロントアクスルケース
３バッテリーケース
４バッテリー
５電動モータ
５ａモータ軸
５ｂベベルギア
５ｃクラッチ
７差動装置
７ｂリングギア
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ回転数検出器
１２ａ，１２ｂトルク検出器
１３角度検出器
２２車体フレーム
２３前輪
２４後輪
２９ステアリングハンドル
２９ａステアリング軸
７６副変速軸
Ｉインバータ
ｓステー

Claims

車両前後に、左右の前輪および後輪を備え、
車体フレーム上に設置したエンジンの動力を、ミッションケースを介して前記後輪に伝達するとともに、ステアリング操作により前記前輪を操向して前記車両を旋回させるホイール式作業車両において、
バッテリーの電力により駆動するとともに、インバータを介してコントローラに接続する電動モータと、
前記前輪を取付けるフロントアクスルケースに内装される差動装置とを備え、
前記フロントアクスルケースの中央部の後面に前記電動モータを設置し、
前記電動モータのモータ軸の先端に固設するギアと前記差動装置のリングギアとを噛み合わせ、
前記モータ軸の中途部に電磁式クラッチを介装し、
前記後輪の走行負荷状態や前記車両の旋回状態に基づいて前記コントローラにより前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御して、前記前輪を前記電動モータで駆動させることを特徴とするホイール式作業車両。
前記バッテリーは、前記車体フレームに支持部材を介して取付けた複数のバッテリーケースのそれぞれに設置したことを特徴とする、請求項１に記載のホイール式作業車両。
前記バッテリーは、前記車両への昇降を補助する昇降ステップ近傍であって、前記車両を操縦する操縦部の下方に配設したことを特徴とする、請求項１または２に記載のホイール式作業車両。
前記車両には、前記後輪のスリップ状態を検出するスリップ検出器を設置するとともに、前記スリップ検出器を前記コントローラに接続し、前記スリップ検出器の検出情報に基づいて、前記コントローラが、前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホイール式作業車両。
前記スリップ検出器は、前記後輪の回転数を検出する回転数検出器と、前記車両の実速度を検出する車速検出器と、前記車両の移動距離を検出する距離検出器とからなり、前記車速検出器の検出による前記車両の実速度および前記距離検出器の検出による前記車両の走行距離から、通常の前記後輪の回転数に対する実際の回転数の割合を算出し、その算出値に基づいて前記後輪のスリップ状態を判断することを特徴とする、請求項４に記載のホイール式作業車両。
前記後輪の駆動軸には、該後輪にかかる負荷トルクを検出するトルク検出器を設置するとともに、前記トルク検出器を前記コントローラに接続し、前記トルク検出器の検出情報に基づいて前記コントローラが前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホイール式作業車両。
前記ステアリングには、該ステアリングの操舵角を検出する角度検出器を設置するとともに、前記角度検出器を前記コントローラに接続し、前記角度検出器の検出情報に基づいて、前記コントローラは、前記車両が所定の車速以下で前記電動モータの駆動および前記電磁式クラッチの動作を制御することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホイール式作業車両。