JP6509060B2

JP6509060B2 - 草刈機

Info

Publication number: JP6509060B2
Application number: JP2015139890A
Authority: JP
Inventors: 寛和伊東; 和生小池
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: US10485175B2; JP2017018054A; EP3117695B1; US20170013780A1; EP3117695A1; US9949436B2; US20180235149A1

Description

昇降機構を介して対地高さ変更可能に車体に取り付けられた、地面との間で内部空間を作り出すモーアデッキと、前記モーアデッキの内部空間内に配置された回転軸周りで回転する刈刃と、前記刈刃に回転動力を供給する電気モータとを備えた草刈機に関する。

特許文献１による車両は、モーアデッキと、モーアデッキに横並びで支持され垂直方向
に延びる回転軸と、この回転軸の下端に固定された刈刃とを備えている。モーアデッキの上壁面で、２つの回転軸の間に電気モータが載置されている。出力軸は、電気モータの両側から各回転軸に向かって水平に延びている。出力軸と回転軸とはベベルギヤで連結されており、電気モータの駆動により、刈刃が回転する。このような構成を、昇降機構を介して対地高さ変更可能に車体に取り付けられたモーアデッキを備えたモーアに採用した場合、電気モータ及びベベルギヤがモーアデッキの天壁から突き出しているので、車体との干渉によりモーアデッキの対地高さを十分に確保することが困難である。無理にモーアデッキの対地高さを確保するため、車体の高さを高くすれば、車体の重心が高くなるという不都合が生じる。

特許文献２によるローントラクタ（芝刈機）は、３つの並設された刈刃を配置しているモーアデッキを備えている。中央の刈刃を下端に取り付けている中央回転軸の上端は、電気モータの出力軸に連結されている。左側の刈刃を取り付けている左回転軸及び右側の刈刃を取り付けている右回転軸はそれぞれ、中央回転軸からベルト伝動を介して動力を受けている。電気モータはモーアデッキにおける最も高い位置に配置されている。電気モータに電力を供給するコントローラは、モーアデッキの天壁上で中央回転軸と左回転軸と右回転軸とで囲まれた領域に配置され、地上高さは、電気モータよりは低い。このローントラクタにおいても、中央回転軸の上端に電気モータが配置されているので、電気モータと車体との干渉によりモーアデッキの対地高さを十分に確保することが困難である。

特許文献３による電動芝刈機は、３つの並設された刈刃を配置しているモーアデッキを備えている。全ての刈刃の回転軸の上端に電気モータが配置されており、各電気モータへの給電は、車体に搭載されたインバータとバッテリとからなる給電システムによって行われる。この電動芝刈機においても電気モータと車体との干渉によりモーアデッキの対地高さを十分に確保することが困難である。

米国特許第８０４２３２２号明細書米国特許第８１９１３４３号明細書米国特許第８５７２９３９号明細書

上述した従来のモーアデッキでは、刈刃の回転軸の上方に、ギヤ機構や電気モータなどの高さのある刈刃駆動機器が配置されているので、モーアデッキの昇降ストロースを十分に確保することが困難であった。このことから、モーアデッキに支持された刈刃の回転軸と車体下部との間に十分なスペースが確保される草刈機が要望されている。

本発明に基づく草刈機は、昇降機構を介して対地高さ変更可能に車体に取り付けられた、地面との間で内部空間を作り出すモーアデッキと、前記モーアデッキの天壁を貫通して上方に延びている複数の横並び配置された回転軸と、前記モーアデッキの内部空間で前記回転軸に連結された刈刃と、平面視で前記刈刃の回転軌跡の外側で前記モーアデッキに装着された電気モータと、前記電気モータから上方に延びている前記電気モータの出力軸と、前記出力軸から前記回転軸に動力を伝達するために前記モーアデッキの天壁の上方に位置する動力伝達機構と、前記電気モータに電力を供給する電力供給ユニットと、を備え、前記モーアデッキは、前記天壁の外周縁から下方に延びた側壁を備え、前記側壁の前記天壁より対地高さが低い位置から外側に延びた装着台が設けられ、前記装着台に被装着面が形成され、前記電気モータの下方端部に前記モーアデッキに対する装着面が形成され、前記装着台に、前記刈刃の回転に伴って発生する吸引風の流れが前記電気モータの周辺を通って前記モーアデッキ内へ入り込むように案内する開口が形成されている。

この構成では、電気モータが装着されるモーアデッキ部分は複数の刈刃の回転軌跡の外側となるので、その地上高さを刈刃の存在を考慮せずに下げることができる。これにより、電気モータと車体との間に十分な高さを確保することができ、結果的に、モーアデッキの対地高さを十分に確保することが可能となる。その際、電気モータの出力軸から各刈刃の回転軸への動力伝達は、モーアデッキの天壁の上方に位置する動力伝達機構で行うことになるので、高さの低い動力伝達機構を用いることが好ましい。

本発明による草刈機に搭載されているモーアユニットの基本構造を模式的に示す斜視図である。刈刃の回転軌跡に対する電気モータとの位置関係を模式的に示す平面図である。草刈機の実施形態の１つであるミッドマウント型乗用電動草刈機の側面図である。モーアユニットの斜視図である。モーアユニットの平面図である。モーアユニットの背面図である。草刈機の電気系統及び動力系統を説明する説明図である。モーアユニットの別実施形態を示す斜視図である。

本発明による草刈機の具体的な実施形態を説明する前に、図１と図２を用いて、この草刈機に搭載されているモーアユニット３の基本構造を説明する。図１はモーアユニット３を模式的に示している斜視図である。図２は、刈刃２０の回転軌跡に対する電気モータ４との位置関係を模式的に示す平面図である。モーアユニット３のモーアデッキ３０は図１では図示されていない昇降機構によって車体１０から吊り下げられている。

モーアユニット３を構成するモーアデッキ３０は、車体１０に吊り下げられた状態において、地面に対して開口している内部空間を作り出す。この内部空間に複数の刈刃２０が収容されている。各刈刃２０は、モーアデッキ３０の天壁３１を貫通して上方に、好ましくは垂直方向に延びている回転軸２１の下端に固定されている。図１の例では、モーアデッキ３０は左側の刈刃２０と中央の刈刃２０と右側の刈刃２０とが車体横断方向に横並びしている３枚刈刃タイプである。その際、中央の刈刃２０が左側の刈刃２０及び右側の刈刃２０より車体前進方向に突き出している。その結果、中央の回転軸２１が左側の回転軸２１及び右側の回転軸２１より車体前進方向に突き出している。これにより、モーアデッキ３０の内部空間において、平面視で３枚の刈刃２０の回転軌跡の外側、特に車体後方側にデッドスペースが作り出される。このデッドスペースは、図２で示されているように、平面視で中央の刈刃２０の回転軌跡の後方で左側の刈刃２０の回転軌跡の右側で右側の刈刃２０の回転軌跡の左側に位置している。このデッドスペースにモーアデッキ３０の壁体をくい込ませることで、モーアデッキ３０の中央後部に有用空間ＵＳが形成される。この有用空間ＵＳに電気モータ４が配置される。電気モータ４は、その出力軸４１が上方、好ましくは垂直方向を向く姿勢で配置されている。その際、電気モータ４の出力軸４１はモータハウジング４０の上面から上方に突き出している。この出力軸４１から各回転軸２１への動力伝達は、モーアデッキ３０の天壁３１の上方を延びる動力伝達機構７によって行われる。モータハウジング４０の下面はモータ装着面４０１として形成されている。電気モータ４は、モーアデッキ３０に設けられた装着台３４に固定される。その際、装着台３４に形成された第１被装着面３４１にモータ装着面４０１が熱伝導可能に接触する。これにより、刈刃２０による刈草搬送風によって冷却されるモーアデッキ３０が、電気モータ４のヒートシンクとして機能する。特に、モーアデッキ３０の内部空間の後部は刈刃２０による搬送風流量が大きく、その側壁部分の冷却効果が高いので、当該側壁部分と装着台３４とが熱伝導可能に接続されていると好都合である。

天壁３１の上方に位置する動力伝達機構７が、モーアデッキ３０の十分な昇降ストロークを確保するためには、その高さができるだけ低い方が好ましい。このため、好ましくは動力伝達機構７としてベルト伝動機構が採用される。

電気モータ４に電力を供給する電力供給ユニット５の構成要素の１つであるインバータ部５０も有用空間ＵＳに配置されている。図１の例では、有用空間ＵＳを作り出しているモーアデッキ３０の側壁部分に形成された第２被装着面３４２にインバータ部５０のインバータ装着面５０１が熱伝導可能に接触するように、インバータ部５０は固定されている。したがって、モーアデッキ３０は、インバータ部５０のヒートシンクとしても機能する。インバータ部５０は、側壁部分ではなく、一段下の天壁部分（有用空間ＵＳの底面）に装着してもよい。インバータ部５０は、一方では電気モータ４と接続され、他方では電力供給ユニット５の構成要素の１つであるバッテリ５１と電力ケーブルを介して接続されている。

電気モータ４及びインバータ部５０に対する冷却効果を高めるために、装着台３４の一部に開口３０１を設け、刈刃２０の回転によって発生するモーアデッキ３０内に吸い込まれる空気の流れが、電気モータ４及びインバータ部５０の近くを流れるようにしてもよい。

モータハウジング４０にウオータジャケットが形成されている場合、インバータ部５０をモータハウジング４０のウオータジャケット近傍に装着してもよい。さらに、インバータ部５０にも冷却水路を形成し、ウオータジャケットから冷却水の供給を受けるようにしてもよい。

次に、図面を用いて、本発明による草刈機の具体的な実施形態の１つを説明する。図３は、草刈機の一例であるミッドマウント型乗用電動草刈機の側面図である。

この草刈機は、遊転自在なキャスタ型の左前車輪１ａと右前車輪１ｂとからなる前車輪ユニット１、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとからなる駆動輪ユニット２、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２とによって支持される車体１０、車体１０の後部に配置されたバッテリ５１、バッテリ５１の前方に配置された運転座席１１、運転座席１１の後方から立設された転倒保護フレーム１２、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２との間で車体１０の下方空間に昇降機構１３としての昇降リンク機構を介して昇降可能に車体１０から吊り下げられたモーアユニット３を備えている。

運転座席１１の前方には運転者の足載せ場であるフロアプレートが設けられており、そこからブレーキペダル１４が突き出している。運転座席１１の両側には、車体横断方向の水平揺動軸回りに揺動する左操縦レバー１５ａと右操縦レバー１５ｂとからなる操縦ユニット１５が配置されている。さらに、運転座席１１の周辺には、刈刃操作レバー（スイッチタイプでもよい）１６、モーアユニット昇降ペダル（レバータイプでもよい）１７が配置されている。

モーアユニット３は、図４、図５、図６に示すように、３枚刈刃（ブレード）のサイドディスチャージタイプであり、モーアデッキ３０と、３枚の回転式の刈刃２０が備えられている。モーアデッキ３０は、天壁３１とこの天壁３１の外周縁から下方に、この実施形態では外周縁から垂直下方に延びた側壁３２を備えている。側壁３２は、天壁３１の前側の外周縁から下方に延びた前側壁３２１と後側の外周縁から下方に延びた後側壁３２２からなる。側壁３２の右端領域は欠如されており、刈草排出口を形成している。

後側壁３２２は、平面視で、隣接する３枚の刈刃２０の回転軌跡に沿うように、左右２つの円弧部３３２１とその円弧を直線的に接続する直線部３３２２とからなる形状を有する。後側壁３２２の後方領域である、２つの円弧部３３２１と直線部３３２２との間に作り出される空間は、有用空間ＵＳとして利用される。この実施形態では、有用空間ＵＳに、刈刃モータとして機能する縦置きの電気モータ４及びこの電気モータ４に電力を供給するインバータ部５０が配置される。このため、有用空間ＵＳには、天壁３１より、ほぼ電気モータ４の高さ分だけ低くなったサブデッキが装着台３４として設けられている。

装着台３４は、後側壁３２２から外側に延びており、後側壁３２２の左側の円弧部３３２１と右側の円弧部３３２１とを連結するロッド状の支持枠３４３と、支持枠３４３と後側壁３２２の直線部３３２２とを接続するブリッジプレート３４４とからなる。さらに、プレート状の装着ブラケット３４５が支持枠３４３とブリッジプレート３４４とに接合されている。この装着ブラケット３４５には、互いに段差を持って水平に延びた第１被装着面３４１と第２被装着面３４２とが形成されている。電気モータ４は、円筒状のモータハウジング４０とモータハウジング４０から上方に、この実施形態では垂直上方に延びた出力軸４１を備えている。モータハウジング４０の下方端部にはモータ装着面４０１が形成されており、このモータ装着面４０１は、電気モータ４の装着台３４への装着の際に、第１被装着面３４１と面接触する。インバータ部５０も長方形状のハウジングの下面にインバータ装着面５０１を形成しており、インバータ部５０の装着台３４への装着の際に、このインバータ装着面５０１が第２被装着面３４２と面接触する。これにより、鋼板製の装着台３４を含むモーアデッキ３０全体が電気モータ４及びインバータ部５０のヒートシンクとして機能する。

電気モータ４のモータハウジング４０にはウオータジャケットが形成されている。円筒状のモータハウジング４０の周面から冷却水の流通口４２が突き出ており、この流通口４２は、連通ホース、給水ホース、排水ホースが接続される。ウオータジャケットへの冷却水の供給は、図７で模式的に示すように、電動冷却ポンプ４５によって行われる。さらに、モータハウジング４０の周面に給電ボックス４０２が設けられており、給電ボックス４０２とインバータ部５０との間は、ここでは図示されていない電力ケーブルで接続されている。また、車体１０に搭載されたバッテリ５１からインバータ部５０への電力供給は、図７で模式的に示すように、インバータ部５０に設けられているコネクタユニット５６と、このコネクタユニットに接続可能な電力ケーブル５７を介して行われる。車体１０に搭載されたＥＣＵと呼ばれるコントローラ６からインバータ部５０への制御信号の伝達は、制御信号線５８を介して行われる。コネクタユニット５６は、この制御信号線５８の接続にも用いられる。コネクタユニット５６は、インバータ部５０の後方に突き出した受け部材と、電力ケーブル５７や制御信号線５８の終端と接続している差込み部材とからなる。受け部材の接続部（ソケットまたはプラグ）は車体横断方向（車体幅方向）で外方を向いている。したがって、差込み部材は、車体１０の横から車体横断方向に沿って受け部材の接続部に向かって接近させられ、その接続部（プラグまたはソケット）は最終的に受け部材の接続部に挿入される。これは、車体１０の下方は、種々の機器が配置されており、スペースが少ないが、モーアデッキ３０の後部と駆動輪ユニット（後輪）２との間にはわずかなスペースがあるので、このようなコネクタユニット５６の配置により、コネクタユニット５６の接続と離脱が容易となる。コネクタユニット５６としては、クイックカップラーとして知られているワンタッチ操作型のコネクタが好ましい。

各刈刃２０は、天壁３１を貫通している回転軸２１に固定されている。左側の回転軸２１にはシングルタイプの第１プーリ７１が取り付けられ、右側の回転軸２１にはシングルタイプの第２プーリ７２が取り付けられ、中央の回転軸２１にはトリプルタイプの第３プーリ７３が取り付けられている。さらに、電気モータ４の出力軸４１の上端にもシングルタイプの第４プーリ７４が取り付けられている。第４プーリ７４と第３プーリ７３との間、第３プーリ７３と第１プーリ７１との間、第３プーリ７３と第２プーリ７２との間には、それぞれベルト７５が掛け回されている。駆動プーリである第４プーリ７４、被駆動プーリである第１プーリ７１と第２プーリ７２と第３プーリ７３、及びベルト７５によって、電気モータ４の動力を刈刃に伝達する動力伝達機構７がベルト伝動機構として構築されている。この動力伝達機構７は、モーアデッキ３０の天壁３１の上方に配置されているが、水平姿勢のプーリ伝動機構であるため、その天壁３１の高さはギヤ伝動機構などに比べて低く抑えられている。

３つの回転軸２１は、ベアリングを用いて天壁３１に回転可能に支持されている。また、帯板状の刈刃２０の両端部に切断刃先２０ａが形成されており、さらに各切断刃先の背後側に形成された起風羽根２０ｂが形成されている。草刈り作業時には、刈刃２０が回転しながら草刈機が走行することで刈刃２０によって切断処理された刈草は、刈刃２０の起風羽根２０ｂによって発生した搬送風により、モーアデッキ３０内のバッフルプレートに案内されてモーアデッキ３０の内部を通り抜けて、排出口からモーアデッキ３０の横外側に放出される。

刈刃２０の起風羽根２０ｂによって搬送風を作り出すために、モーアデッキ３０の側壁３２の下端と地面との隙間から空気が入り込む。このモーアデッキ３０内に入り込む空気の流れを電気モータ４及びインバータ部５０のための冷却として用いるために、後側壁３２２と支持枠３４３との間に作り出される開口３０１が重要である。刈刃２０の回転に伴い、電気モータ４及びインバータ部５０の周辺を通り、開口３０１を通り抜けて後側壁３２２の下端から空気が入り込んで、搬送風が作り出される。

図３、図４、図５において、電気モータ４、インバータ部５０、動力伝達機構７は露出しているが、実際には、それぞれ、ここでは図示されていないカバーによって覆われている。

図７に示すように、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとをそれぞれ回転駆動する電気モータである左モータ８１と右モータ８２が装備されている。左モータ８１と右モータ８２はそれぞれ独立的に走行用インバータ部５２を介して供給される電力量によってその回転速度が変化する。これにより、左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転速度を相違させることができ、この左右後車輪速度差によって草刈機の方向転換が行われる。なお、この実施形態では、左モータ８１と左後車輪２ａとの間及び右モータ８２と右後車輪２ｂとの間の動力伝達のために、それぞれ走行駆動機構５３が設けられている。左モータ８１と右モータ８２とがインホイールモータである場合、走行駆動機構５３を省略することが可能である。

図７に示すように、走行のための左モータ８１と右モータ８２、刈刃モータである電気モータ４、電動冷却ポンプ４５への給電制御は、ＥＣＵとも呼ばれるコントローラ６によって行われる。

〔別実施の形態〕
（１）図８には、モーアデッキ３０、特に装着台３４の構造に関する別実施形態が示されている。図８では、装着台３４は、モーアデッキ３０の後部を構成するサブデッキとして形成されている。つまり、装着台３４は、実質的に、後側壁３２２の左側の円弧部３３２１と右側の円弧部３３２１との間で後側壁３２２の直線部３３２２から後方水平に延びた装着プレート３４６と、後側壁３２２とからなる。装着プレート３４６には、モータハウジング４０のモータ装着面４０１と密着する第１被装着面３４１が形成されている。この別実施形態では、インバータ部５０のインバータ装着面５０１と密着する第２被装着面３４２は、後側壁３２２の直線部３３２２に設けられているので、インバータ部５０は、後側壁３２２の壁面に装着されることになる。いずれにせよ、モータ装着面４０１と第１被装着面３４１及びインバータ装着面５０１と第２被装着面３４２は面接触しており、これにより、モーアデッキ３０全体が電気モータ４及びインバータ部５０のヒートシンクとして機能する。装着プレート３４６には開口３０１が設けられており、刈刃２０の回転によって発生するモーアデッキ３０内に吸い込まれる空気の流れが、電気モータ４及びインバータ部５０の近くを流れるようにしている。
（２）上述した実施形態では、インバータ部５０はモーアデッキ３０に配置されていたが、これに代えて車体１０に配置してもよい。
（３）上述した実施形態では、３枚の刈刃２０が横並びしたモーアユニット３が採用されていたが、４枚以上の刈刃２０または２枚の刈刃２０が横並びしたモーアユニット３も本発明に含まれる。
（４）上述した実施形態では、草刈走行車両は、モーアユニット３を前車輪ユニット１と駆動輪（後輪）ユニット２との間に配置するミッドマウント型であったが、モーアユニット３を前車輪ユニット１の前方に配置するフロントモーア型であってもよい。
（５）上述した実施形態では、駆動輪ユニット２の左後車輪２ａと右後車輪２ｂとが独立して駆動可能な、いわゆるゼロターン型車両であったが、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとが差動機構によって連結されている車両であってもよい。

本発明は、刈刃を電気モータによって駆動する草刈機に適用することができる。

１０：車体
１３：昇降機構
２０：刈刃
２１：回転軸
３：モーアユニット
３０：モーアデッキ
３０１：開口
３１：天壁
３２：側壁
３２１：前側壁
３２２：後側壁
３３２１：円弧部
３３２２：直線部
３４：装着台
３４１：第１被装着面
３４２：第２被装着面
３４３：支持枠
３４４：ブリッジプレート
３４５：装着ブラケット
３４６：装着プレート
４：電気モータ
４０：モータハウジング
４０１：モータ装着面
４０２：給電ボックス
４１：出力軸
４２：流通口
４５：電動冷却ポンプ
５：電力供給ユニット
５０：インバータ部
５０１：インバータ装着面
５１：バッテリ
５６：コネクタユニット
６：コントローラ
７：動力伝達機構
７１：第１プーリ
７２：第２プーリ
７３：第３プーリ
７４：第４プーリ
７５：ベルト
ＵＳ：有用空間

Claims

昇降機構を介して対地高さ変更可能に車体に取り付けられた、地面との間で内部空間を作り出すモーアデッキと、
前記モーアデッキの天壁を貫通して上方に延びている複数の横並び配置された回転軸と、
前記モーアデッキの内部空間で前記回転軸に連結された刈刃と、
平面視で前記刈刃の回転軌跡の外側で前記モーアデッキに装着された電気モータと、
前記電気モータから上方に延びている前記電気モータの出力軸と、
前記出力軸から前記回転軸に動力を伝達するために前記モーアデッキの天壁の上方に位置する動力伝達機構と、
前記電気モータに電力を供給する電力供給ユニットと、を備え、
前記モーアデッキは、前記天壁の外周縁から下方に延びた側壁を備え、前記側壁の前記天壁より対地高さが低い位置から外側に延びた装着台が設けられ、
前記装着台に被装着面が形成され、
前記電気モータの下方端部に前記モーアデッキに対する装着面が形成され、
前記装着台に、前記刈刃の回転に伴って発生する吸引風の流れが前記電気モータの周辺を通って前記モーアデッキ内へ入り込むように案内する開口が形成されている草刈機。
前記装着台には水平な被装着面が形成されており、前記電気モータの装着面が前記被装着面に熱伝導可能に接触している請求項１記載の草刈機。
前記電力供給ユニットを構成するインバータ部が前記側壁または前記装着台に装着されている請求項１または２記載の草刈機。
前記インバータ部の装着面が、前記側壁に形成された上下方向に延びた被装着面に熱伝導可能に接触した状態で固定される請求項３記載の草刈機。
前記電力供給ユニットを構成するバッテリが前記車体に設けられ、前記インバータ部と前記バッテリとを接続する電力ケーブルのコネクタユニットが前記装着台に取り付けられている請求項３または４記載の草刈機。
前記刈刃の回転で生み出される吸い込み空気が流れる側壁周辺に前記装着台が配置されている請求項１から５のいずれか一項記載の草刈機。
前記側壁の後方領域は、平面視で、隣接する刈刃の回転軌跡に沿うように形成された複数の円弧部と当該円弧部に挟まれた直線部とによって境界付けられた空間であり、前記電気モータは前記空間に配置されている請求項１から６のいずれか一項記載の草刈機。
前記電気モータはウオータジャケットを備えており、前記ウオータジャケットに冷却水を供給する電動冷却ポンプが車体に設けられている請求項１から７のいずれか一項記載の草刈機。
前記インバータ部には、冷却水路が形成されており、前記冷却水路に冷却水を供給する電動冷却ポンプが車体に設けられている請求項３または４記載の草刈機。
前記動力伝達機構は、前記複数の回転軸の上端にそれぞれ設けられた被駆動プーリと、前記電気モータの出力軸の上端に設けられた駆動プーリと、前記被駆動プーリと前記駆動プーリとに掛け回されているベルトからなるベルト伝動機構である請求項１から９のいずれか一項記載の草刈機。