JP6925239B2 - モーアユニット - Google Patents

Description

本発明は、草刈機に装備され、電動モータによって駆動する刈刃を有するモーアユニットに関する。

特許文献１による草刈機は、電動式のモーアユニットを装備している。このモーアユニットは、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に連結された刈刃と、モーアデッキの側壁に配置された電気モータと、モータ出力軸から回転軸に動力を伝達するためにモーアデッキの天壁の上方を延びている動力伝達機構とを備えている。電気モータは、ほぼ電気モータの高さ分だけ天壁より低くなっているサブデッキである装着台に設けられている。電動モータの装着台への装着時には、電気モータに形成された装着面が装着台に形成された被装着面に面接触で重ね合わされる。電気モータで発生した熱は、装着台を通じてモーアデッキに伝達され、そこで熱放出される。

特許文献１による電動モータの冷却では、電気モータで発生した熱をヒートシンクとして機能するモーアデッキに装着台を介して伝達するだけなので、冷却効率が十分でなく、電動モータが確実に冷却されない可能性がある。

特開２０１７−１８０５４号公報

本発明の目的は、刈刃を回転させるモーアモータを効率よく冷却することができるモーアユニットを提供することである。

草刈機に装備される、本発明によるモーアユニットは、天壁と前記天壁の縁から下方に延びる側壁とを有するモーアデッキと、前記天壁と前記側壁とによって作り出される内部空間から前記モーアデッキの天壁を貫通して上方に延びる回転軸と、前記内部空間内で前記回転軸の下部に取り付けられた刈刃と、出力軸の軸心方向に沿って配置されたロータとコイルとを有するモーアモータと、前記出力軸から前記刈刃に動力を伝達する動力伝達機構と、前記出力軸が垂直姿勢となるように前記モーアモータを取り付ける水平な取付面を有するとともに、前記側壁から外方に突き出した装着台と、前記モーアモータの熱を放出するために前記装着台に組み込まれた冷却構造と、を備え、前記装着台に、前記側壁に熱伝達可能なように前記モーアデッキの後方側の側壁に左右両端部を接続されたパイプからなる湾曲フレームと、前記湾曲フレームと前記側壁との間に位置する取付ブラケットと、が備えられ、前記取付ブラケットに、平面状の取付面を有したモータ受け台が設けられ、前記モータ受け台の裏面側に前記冷却構造として下向きに延びた多数列の放熱フィンが設けられ、前記放熱フィンの下端が下方空間に開放されている。

この構成によれば、モーアモータで発生して装着台に伝達された熱は、さらにモーアデッキに伝達され、そこで放出されるだけでなく、装着台に組み込まれた冷却構造によって放出される。このように、モーアモータで発生した熱が、２つの放熱経路を経て放出されるので、モーアモータを効率よく冷却することができる。
前記冷却構造として、前記取付面の裏面に放熱フィンが形成されている。特に、本発明の装着台の取付面が水平面として構成されるので、その裏面から垂直に下向きの放熱フィンを形成すれば、取付面と放熱フィンとの距離が短く、冷却効果が高くなる。また、この放熱フィンは、装着台の補強リブとしても機能するので、モーアモータを取り付ける取付面を薄板で構成することが可能となる。
装着台に放熱フィンのような冷却構造が形成されているので、モーアモータから装着台に伝達された熱は、放熱フィンを通じて放出される。装着台の放熱効果をより高めるためには、放熱フィン以外からも熱が放出される構造が好ましい。このことから、本発明では、前記装着台は前記側壁に熱伝達可能なように接続されている。これにより、モーアモータから装着台に伝達された熱は、側壁を通じても放出される。モーアデッキの側壁は、モーアモータの駆動時に刈刃による風により常に冷却されているので、効果的なヒートシンクとして利用することができる。

モータにおいて発熱源となるコイルを冷却することが、モータ冷却にとって重要である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記コイルは、前記出力軸の軸心方向で前記ロータの下側に配置され、前記装着台に近接している。この構成により、発熱源としてのコイルが、装着台に組み込まれた冷却構造によって、効率よく熱放出される。

刈刃の回転にともなって外部からモーアデッキ内に空気が吸い込まれる。その際、モーアデッキの後方から側壁の下端をくぐり抜けてモーアデッキ内に吸い込まれる空気の量が他の箇所から吸い込まれる量より大きくなる傾向がある。したがって、このモーアデッキの後方からモーアデッキ内に流れる空気を冷却に利用することが好適である。その際、その空気の流れに沿って放熱フィンを延設すると、空気の放熱フィンに対する流通性がよくなり放熱効果が向上する。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記装着台は前記モーアデッキの後部に位置する前記側壁の後方に配置され、前記放熱フィンは、前記刈刃の回転に伴って前記内部空間へ吸い込まれる空気の流れに沿うように延びている。

装着台の取付面とモーアモータの取付面との間に隙間が生じると、熱伝達が悪くなり、モーアモータで発生した熱がモーアモータから迅速に出て行かない不都合が生じる。そのような隙間の発生を回避するため、装着台の取付面とモーアモータの取付面との間に密着シートやグリスなどを介在させることが好適である。その際、密着シートやグリスには、高熱伝導性の放熱シートや放熱グリスの使用が好ましい。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記モーアモータは前記取付面に放熱シートまたは放熱グリスを介して取り付けされている。

本発明によるモーアユニットを搭載したミッドマウント型乗用電動草刈機の側面図である。 モーアユニットの平面図である。 装着台の斜視図である。 装着台の底面図である。 モーアモータと装着台との縦断面図である。 草刈機の動力系統図である。 別実施形態の装着台の斜視図である。 別実施形態の装着台の底面図である。

図面を用いて、本発明によるモーアユニットの実施形態の１つを装備したミッドマウント型乗用電動草刈機を説明する。図１は、草刈機の側面図である。なお、ここでは、特に断りがない限り、「前」は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は機体前後方向（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、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。「上」または「下」は、機体の鉛直方向（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。

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フレーム１０、車体フレーム１０の後部に配置されたバッテリ７、バッテリ７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との間で車体フレーム１０の下方空間に昇降リンク機構１３を介して昇降可能に車体フレーム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１４が設けられており、そこからブレーキペダル１６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。

モーアユニット３は、図１と図２とに示すように、サイドディスチャージタイプであり、モーアデッキ３０と、２枚の回転式の刈刃２０が備えられている。左側の刈刃２０と右側の刈刃２０とが車体横断方向に横並びしている。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延びた前側壁３２と後側壁３３を備えている。前側壁３２は、天壁３１の前側の外周縁とつながっており、後側壁３３は後側の外周縁とつながっている。前側壁３２と後側壁３３との右端領域は欠如されており、カバー３４で覆われた刈草排出口３５が作り出されている。各刈刃２０は、天壁３１と前側壁３２と後側壁３３とによって作り出されるモーアデッキ３０の内部空間に配置される。各刈刃２０は、モーアデッキ３０の天壁３１を貫通して下方に延びている回転軸２１の下部、この実施形態では下端に固定されている。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。各回転軸２１の上端にはプーリ２２が取り付けられている。

刈刃２０は帯板状であり、その両端部に切断刃先が形成され、さらにこの切断刃先の背後側に起風羽根が形成されている。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、刈草排出口３５からモーアデッキ３０の横外側に放出される。

後側壁３３は、平面視で、隣接する刈刃２０の回転軌跡に沿うよう湾曲した、左円弧部３３１と右円弧部３３２とそれらを繋ぐ湾曲部３３３とからなる。湾曲部３３３から後方に左円弧部３３１と右円弧部３３２とに沿って広がる空間に、モーアモータ４を装着するための装着台５が設けられている。

この実施形態では、図３に示すように、装着台５は、後側壁３３から外方に、この実施形態では後方に突き出している。装着台５は、パイプからなる湾曲フレーム５１と、この湾曲フレームに固定されている取付ブラケット５２とからなる。湾曲フレーム５１の両端には固定ブラケット５１ａが設けられており、この固定ブラケット５１ａが左円弧部３３１と右円弧部３３２とに固定される。固定ブラケット５１ａと左円弧部３３１及び右円弧部３３２との固定は、できるだけ良好に熱伝達可能なように、大きな面接触などで接合される。同様に固定ブラケット５１ａと湾曲フレーム５１との接合、及び取付ブラケット５２と湾曲フレーム５１との接合もできるだけ良好に熱伝達可能なように、大きな面接触をもって接合される。

取付ブラケット５２のベース５３は、左右一対のアングル材と、これらのアングルプレートの下端同士を連結するセンタプレートからなる。このベース５３に４つのモータ受け台５４が組み込まれている。モータ受け台５４は、表面側に平面状の取付面５４ａを有し、裏面側には、冷却構造５０として、下向きに延びた多数列の放熱フィン５４ｂが設けられている。モータ受け台５４は、取付面５４ａが水平となるように、ベース５３に固定される。その際、左右２つのモータ受け台５４がベース５３のアングルプレートに設けられた開口に嵌入され、溶接等でベース５３に接合されている。前後２つのモータ受け台５４は、ベース５３のセンタプレートに載置されている。全ての取付面５４ａの高さはモーアモータ４が適切に取り付けられるように設計されているので、取付面５４ａにモーアモータ４を載置することで、モーアモータ４は適正な姿勢となる。取付面５４ａとモーアモータ４との間にはモーアモータ４から取付面５４ａへの熱伝達損失を少なくするために、放熱シートや放熱グリスなどの放熱媒体５５を介在させてもよい(図５参照)。モーアモータ４は、モーアモータ４を上方から覆う形状を有するモータ固定ブラケット５６によって、ベース５３に固定される。モータ受け台５４は、熱伝導率の高いアルミ合金で製作するのが好ましい。

放熱フィン５４ｂは、図３と図４とに示されているように、各放熱フィン５４ｂが前後方向に延びており、その結果、各放熱フィン５４ｂの間に形成される空気路も前後方向に延びている。刈刃２０の回転にともなって外部からモーアデッキ３０内に空気が吸い込まれるので、モーアデッキ３０の後方から放熱フィン５４ｂの空気路を通過して、モーアデッキの後側壁３３の下端に達する前後方向の空気流が生成される。この空気流が、各放熱フィン５４ｂの空気路を高い速度で通り抜ける際に、放熱フィン５４ｂから効率よく熱を奪う。

モーアモータ４は、図５に示されているように、パンケーキモータとも呼ばれている扁平な形状を有するモータである。モーアモータ４の出力軸４１は、垂直姿勢でモータハウジング４０にベアリングを介して回転可能に支持され、その上端がモータハウジング４０から突き出している。この出力軸４１の突き出した部分に、出力プーリ２４が取り付けられている。２つの回転軸２１のプーリ２２と出力軸４１とテンションプーリ２３とにわたってベルト２５が掛け回されている。つまり、この実施形態では、出力軸４１から各刈刃に動力を伝達する動力伝達機構は、ベルト伝動機構で構成されている。

モータハウジング４０の内部において、モーアモータ４のコイルである励起コイル４２が出力軸４１に外囲して配置され、この励起コイル４２からの磁束によって回転するロータ４３が出力軸４１に固定されている。その際、励起コイル４２はモータハウジング４０の底部に密接して取り付けられ、ロータ４３は、励起コイル４２の上方に位置している。
つまり、出力軸４１の軸心方向で上側にロータ４３が配置され、出力軸４１の軸心方向でロータ４３の下側に励起コイル４２が配置されている。これにより、励起コイル４２で発生した熱は、モータハウジング４０の底部から取付面５４ａを介して取付ブラケット５２に伝達される。取付ブラケット５２に伝達された熱の一部は、放熱フィン５４ｂから放出され、他の一部は、さらに、湾曲フレーム５１からモータハウジング４０に伝達され、放出される。

図６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、及びモーアモータ４には、インバータ部７０から電力が供給される。インバータ部７０は、左モータ８１と右モータ８２とに電力を供給する走行用インバータ７１と、モーアモータ４に電力を供給する作業用インバータ７２とを含む。インバータ部７０は、コントローラＣＵからの制御信号に基づいて駆動する。

コントローラＣＵには、モーア操作具９０、左操縦角検出センサ９１ａ、右操縦角検出センサ９１ｂ、左回転検出センサ９２ａ、右回転検出センサ９２ｂ、モーア回転数センサ９３が接続されている。モーア操作具９０は、モーアモータ４のＯＮ／ＯＦＦ、及び回転数調整を行うために用いられる。左操縦角検出センサ９１ａは左操縦レバー１５ａの揺動角を検出する。右操縦角検出センサ９１ｂは右操縦レバー１５ｂの揺動角を検出する。左回転検出センサ９２ａは左モータ８１の回転数を検出する。右回転検出センサ９２ｂは右モータ８２の回転数を検出する。モーア回転数センサ９３はモーアモータ４の回転数を検出するが接続されている。

コントローラＣＵは、左操縦レバー１５ａの操作量を検出する左操縦角検出センサ９１ａを通じての左後車輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左モータ８１の回転速度（回転数）を求め、走行用インバータ７１に制御信号を送る。コントローラＣＵは、右操縦レバー１５ｂの操作量を検出する右操縦角検出センサ９１ｂを通じての操作情報に基づいて右後車輪２ｂの回転速度（回転数）、つまり右モータ８２の回転速度（回転数）を求め、走行用インバータ７１に制御信号を送る。左モータ８１と右モータ８２とはそれぞれ独立的に走行用インバータ７１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ので、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。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、モーアモータ４の励起コイル４２は、出力軸の軸心方向でロータ４３の下側に配置されていたが、ロータ４３が励起コイル４２の下側に配置されてもよい。
（２）上述した実施形態では、装着台５の取付ブラケット５２は、ベース５３と、ベース５３に取り付けられる複数のモータ受け台５４とから構成された。これに代えて、モータ受け台５４を単体で構成することも可能である。そのような取付ブラケット５２では、図７と図８とに示すように、湾曲フレーム５１やモーアデッキ３０の後側壁３３である左円弧部３３１、右円弧部３３２に複数のベース５３が固定されており、複数のベース５３のそれぞれの表面が１つの水平面を形成している。この水平面、つまり複数のベース５３に、アルミ合金製の多角形状厚肉プレート材が単体のモータ受け台５４として取り付けられている。このモータ受け台（厚肉プレート材）５４の表面は、中央に貫通孔が設けられた平坦面であり、取付面５４ａとして用いられる。このモータ受け台（厚肉プレート材）５４の裏面には直接多数列の放熱フィン５４ｂが形成されおり、この放熱フィン５４ｂが前後方向延びるように、モータ受け台５４がベース５３に取り付けられている。

本発明は、モーアモータがモーアデッキに装着されるモーアユニットに適用される。

３ ：モーアユニット
４ ：モーアモータ
５ ：装着台
７ ：バッテリ
２０ ：刈刃
２１ ：回転軸
２２ ：プーリ
２４ ：出力プーリ
３０ ：モーアデッキ
３１ ：天壁
３２ ：前側壁
３３ ：後側壁
３３１ ：左円弧部
３３２ ：右円弧部
３３３ ：湾曲部
３４ ：カバー
３５ ：刈草排出口
４０ ：モータハウジング
４１ ：出力軸
４２ ：励起コイル（コイル）
４３ ：ロータ
５１ ：湾曲フレーム
５１ａ ：固定ブラケット
５２ ：取付ブラケット
５３ ：ベース
５４ ：モータ受け台
５４ａ ：取付面
５４ｂ ：放熱フィン
５５ ：放熱媒体（放熱シート、放熱グリス）
５６ ：モータ固定ブラケット

Claims (4)

1. 草刈機に装備されるモーアユニットであって、
   天壁と前記天壁の縁から下方に延びる側壁とを有するモーアデッキと、
   前記天壁と前記側壁とによって作り出される内部空間から前記モーアデッキの天壁を貫通して上方に延びる回転軸と、前記内部空間内で前記回転軸の下部に取り付けられた刈刃と、
   出力軸の軸心方向に沿って配置されたロータとコイルとを有するモーアモータと、
   前記出力軸から前記刈刃に動力を伝達する動力伝達機構と、
   前記出力軸が垂直姿勢となるように前記モーアモータを取り付ける水平な取付面を有するとともに、前記側壁から外方に突き出した装着台と、
   前記モーアモータの熱を放出するために前記装着台に組み込まれた冷却構造と、を備え、
   前記装着台に、前記側壁に熱伝達可能なように前記モーアデッキの後方側の側壁に左右両端部を接続されたパイプからなる湾曲フレームと、前記湾曲フレームと前記側壁との間に位置する取付ブラケットと、が備えられ、
   前記取付ブラケットに、前記取付面を有したモータ受け台が設けられ、前記モータ受け台の裏面側に前記冷却構造として下向きに延びた多数列の放熱フィンが設けられ、
   前記放熱フィンの下端が下方空間に開放されているモーアユニット。
2. 前記コイルは、前記出力軸の軸心方向で前記ロータの下側に配置され、前記装着台に近接している請求項１に記載のモーアユニット。
3. 前記装着台は前記モーアデッキの後部に位置する前記側壁の後方に配置され、前記放熱フィンは、前記刈刃の回転に伴って前記内部空間へ吸い込まれる空気の流れに沿うように延びている請求項１または２に記載のモーアユニット。
4. 前記モーアモータは前記取付面に放熱シートまたは放熱グリスを介して取り付けされている請求項１から３のいずれか一項に記載のモーアユニット。

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