JP7193415B2

JP7193415B2 - モーアユニット

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Publication number: JP7193415B2
Application number: JP2019095356A
Authority: JP
Inventors: 寛和伊東; 和晃松田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: US20200367431A1; JP2020188713A; EP3741197B1; EP3741197A1; US11582909B2

Description

本発明は、乗用型草刈機に装着され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有する。このモーアユニットに複数の刈刃が備えられている。刈刃は回転軸に連結され、回転軸はモーアデッキの天壁を貫通して上方に延びる。モーアデッキの側壁にモーアモータ（文献では「電気モータ」）が配置され、モーアモータの動力が動力伝達機構を介して回転軸に伝達される。モーアモータは装着台に設けられ、モーアモータの装着台への装着時には、モーア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。モーアモータで発せられる熱が、装着台を通じてモーアデッキに伝達されることによって、モーアモータの放熱が促進される。

特開２０１７－１８０５４号公報

ところで、特許文献１に開示された草刈機では、刈刃が予め設定された回転数で回転し続けることを要求されるが、刈刃が一時的に草等の抵抗を受けた場合には刈刃及びモーアモータの回転数が失速することが考えられる。このような場合、モーアモータの負荷も上昇し、低負荷での回転時よりも大きな発熱がモーアモータに生じる。モーアモータの熱損傷を回避する観点からモーアモータの容量を大きくする手段も考えられるが、一時的な負荷に対応するためだけにモーアモータの容量を大きくすることは、コスト面で不利である。

上述の実情に鑑みて、本発明の目的は、モーアモータの容量を抑制しながらも、負荷によるモーアモータの回転の失速やモーアモータの発熱を抑制可能なモーアユニットを提供することにある。

本発明によるモーアユニットは、乗用型草刈機に装着されるモーアユニットであって、天壁と前記天壁の外周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形成された内部空間から前記モーアデッキの前記天壁を貫通して上方に延びる回転軸と、前記内部空間内において前記回転軸の下部に取り付けられて前記回転軸と一体回転可能な刈刃と、モータハウジングと、前記モータハウジングの上部から上向きに突出するとともに前記回転軸を回転駆動可能な出力軸と、を有する電動のモーアモータと、前記出力軸回りに回転可能であって、前記モーアモータの前記回転駆動と連動して回転可能なフライホイールと、前記出力軸回りに回転可能な出力プーリと、前記回転軸のうちの前記天壁よりも上側で前記回転軸回りに回転可能な入力プーリと、前記出力プーリと前記入力プーリとに亘って巻き掛けられるベルトと、が備えられ、前記出力プーリは、前記フライホイールと前記モータハウジングの上部との間に位置することを特徴とする。

本発明によると、フライホイールがモーアモータの回転駆動と連動して回転可能に構成されているため、フライホイールに回転の慣性エネルギーが蓄えられる。このため、モーアモータに負荷が掛かる場合であっても、フライホイールが慣性エネルギーによって、モーアモータの回転数が予め設定された回転数に維持され易くなる。また、刈刃が一時的に草等の抵抗を受けた場合に、その負荷がモーアモータとフライホイールとに分散されるため、フライホイールが備えられない構成と比較してモーアモータの発熱が抑制される。これにより、モーアモータの容量を抑制しながらも、負荷によるモーアモータの回転の失速やモーアモータの発熱を抑制可能なモーアユニットが実現される。

また、本構成であれば、フライホイールの回転軸がモーアモータの出力軸と兼用されるため、フライホイールの専用回転軸が設けられる構成と比較して部品点数が削減され、コスト面で有利である。また、フライホイールとモーアモータとが同一の出力軸で一体回転するため、フライホイールとモーアモータとが各別の出力軸で回転する構成と比較して、フライホイールの慣性エネルギーがモーアモータに効率よく伝達される。このため、モーアモータに負荷が掛かる場合であっても、モーアモータの回転数が維持され易くなる。

本発明において、前記フライホイールのうちの前記モーアモータの位置する側の面に、全周に亘って複数のファンブレードが形成されていると好適である。

本構成であれば、フライホイールの回転に伴ってファンブレードから風が発生するため、フライホイールからモーアモータに対して空気の循環が発生する。これにより、モーアモータの強制空冷が可能となり、モーアモータの発熱が一層抑制される。

本発明において、前記フライホイールと前記出力軸と前記出力プーリと前記入力プーリと前記ベルトとを覆う区画カバーが設けられ、前記モータハウジングの上部と前記区画カバーとによって囲まれた空間として隔離空間が形成され、前記隔離空間に前記フライホイールと前記出力軸と前記出力プーリと前記入力プーリと前記ベルトとが配置されていると好適である。

本構成によると、区画カバーによって隔離空間が形成されるため、この隔離空間内に刈草等の塵埃が入り込む虞が回避される。このため、出力軸やフライホイールに刈草等の塵埃が絡み付く虞がない。つまり、隔離空間に刈草等の塵埃が入り込まないため、作業者による隔離空間の清掃作業は必要ない。また、フライホイールに上述のファンブレードが形成される構成である場合に、ファンブレードに対して刈草等の塵埃が絡み付く虞がなく、モーアモータに対する強制空冷が好適に維持される。

また、本構成によると、隔離空間内に出力プーリと入力プーリとベルトとが配置され、更にフライホイールも配置されるため、モーアモータから動力を伝達する機構が全て隔離空間内で完結する。このため、隔離空間内に刈草等の塵埃が入り込むことがなく、モーアモータから刈刃に対する動力伝達が好適に維持される。

乗用型草刈機の左側面図である。乗用型草刈機の動力系統図である。モーアユニットの平面図である。モーアモータ及びフライホイールを示す図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

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方式の乗用型草刈機を説明する。図１に草刈機の左側面が示される。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。

この草刈機に、前車輪ユニット１及び駆動輪ユニット２によって支持された車体フレーム１０と、バッテリ７と、運転座席１１と、転倒保護フレーム１２と、が備えられている。前車輪ユニット１は左前車輪１ａと右前車輪１ｂとを有し、左前車輪１ａと右前車輪１ｂとの夫々は遊転自在なキャスタ型の車輪である。駆動輪ユニット２は左後車輪２ａと右後車輪２ｂとを有する。バッテリ７は車体フレーム１０の後部に配置され、運転座席１１はバッテリ７よりも前側に配置される。転倒保護フレーム１２は、車体フレーム１０のうち、運転座席１１とバッテリ７との間の箇所から上方に立設される。車体フレーム１０の下方において、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２との間の空間にモーアユニット３が備えられ、モーアユニット３は車体フレーム１０から昇降リンク機構１３を介して昇降可能に吊り下げられる。

運転座席１１よりも前側にフロアプレート１４が形成され、フロアプレート１４は搭乗者の足載せ場である。フロアプレート１４の前部からブレーキペダル１６が後上がりに突出する。運転座席１１よりも左右両側に、左右一対の操縦ユニット１５、即ち左操縦レバー１５ａ及び右操縦レバー１５ｂが配置される。左操縦レバー１５ａと右操縦レバー１５ｂとの夫々は、車体横方向の水平軸回りに揺動する。

図１及び図２に示されるように、モーアユニット３はサイドディスチャージタイプであり、モーアユニット３に、モーアデッキ３０と、二枚の回転式の刈刃２０，２０と、が備えられている。刈刃２０，２０の夫々に対応した一対の回転軸２１、２１が、モーアデッキ３０の天壁３１を貫通して下方に延びている。一対の回転軸２１、２１は、ベアリングを用いて天壁３１に回転可能に支持される。そして、回転軸２１の下部（この実施形態では下端）に刈刃２０が固定される。

刈刃２０，２０の夫々はモーアモータ４によって回転駆動可能に構成されている。モーアモータ４は扁平な形状を有し、いわゆる「パンケーキモータ」とも呼ばれる型の電動モータである。モーアモータ４の出力軸４１の先端に出力プーリ２４が取り付けられる。また、回転軸２１，２１の夫々の上端部のうち、天壁３１よりも上側の箇所に入力プーリ２２が取り付けられ、入力プーリ２２は回転軸２１回りに一体的に回転可能に構成されている。二つの入力プーリ２２，２２とテンションプーリ２３と出力プーリ２４とに亘ってベルト２５が巻き掛けられている。つまり、この実施形態では、出力軸４１から刈刃２０，２０に動力を伝達する機構は、ベルト伝動機構で構成されている。

図２に示されるように、左後車輪２ａは左モータ８１によって回転駆動され、右後車輪２ｂは右モータ８２によって回転駆動される。左モータ８１と右モータ８２との夫々は電動モータである。そして、インバータ部７０は、左モータ８１と右モータ８２とモーアモータ４とに電力を供給可能に構成される。インバータ部７０は、走行用インバータ７１と作業用インバータ７２とを有する。走行用インバータ７１は左モータ８１と右モータ８２とに電力を供給可能であって、作業用インバータ７２はモーアモータ４に電力を供給可能である。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、モーア操作具９０と、左操縦角検出センサ９１ａと、右操縦角検出センサ９１ｂと、左回転検出センサ９２ａと、右回転検出センサ９２ｂと、モーア回転数センサ９３と、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。

左操縦角検出センサ９１ａによって検出された左操縦レバー１５ａの揺動角に基づいて、コントローラＣＵは左後車輪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）を算出する。また、右操縦角検出センサ９１ｂによって検出された右操縦レバー１５ｂの揺動角に基づいて、コントローラＣＵは右後車輪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）を算出する。そしてコントローラＣＵは、左モータ８１と右モータ８２との夫々の回転速度の制御信号を走行用インバータ７１に出力する。走行用インバータ７１は、左モータ８１と右モータ８２との夫々に独立した電力を出力可能に構成される。そして、左モータ８１と右モータ８２とに対して異なる電力値を供給することによって、走行用インバータ７１は左後車輪２ａと右後車輪２ｂとの夫々の回転速度を相違させることが可能である。この左後車輪２ａと右後車輪２ｂとの速度差によって草刈機の方向転換が行われる。

図３に示されるように、左右一対の刈刃２０，２０が車体横方向に並ぶ。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。天壁３１と前側壁３２と後側壁３３とによってモーアデッキ３０の内部空間が形成され、刈刃２０，２０は、この内部空間に配置される。刈刃２０は、内部空間内において回転軸２１の下部に取り付けられて回転軸２１と一体回転可能に構成され、回転軸２１は、天壁３１と前側壁３２と後側壁３３とによって形成された内部空間から天壁３１を貫通して上方に延びる。

天壁３１よりも上側の領域において、上述したベルト伝動機構の位置する領域が区画カバー３７によって覆われる。換言すると、区画カバー３７はフライホイール４２よりもモータハウジング４０の位置する側と反対側に設けられ、区画カバー３７はフライホイール４２と出力軸４１とを覆う。区画カバー３７は天壁３１やモーアモータ４と連結されている。区画カバー３７は、天板と、天板の外周縁から下方に延びる側板と、を有する。区画カバー３７の側板は天板の全周に亘って形成される。即ち、区画カバー３７は、モーアモータ４の上部と、二つの入力プーリ２２，２２と、テンションプーリ２３と、ベルト２５と、に上方から覆い被さる。そして、区画カバー３７と天壁３１とモーアモータ４の上部とによって囲まれた空間として隔離空間Ｓ（図４参照）が形成されている。隔離空間Ｓは、区画カバー３７と、天壁３１と、モーアモータ４の上部と、によって閉塞され、外部とは隔離された空間として区画される。この隔離空間Ｓに、フライホイール４２と、出力軸４１と、入力プーリ２２，２２と、テンションプーリ２３と、出力プーリ２４と、ベルト２５と、が配置されている。

後側壁３３は、平面視で刈刃２０，２０の回転軌跡の外周縁に沿うよう湾曲する。後側壁３３は、左円弧部３３１と右円弧部３３２と湾曲部３３３とによって形成される。左円弧部３３１は機体左側の刈刃２０の回転軌跡の外周縁に沿って円弧状に形成され、右円弧部３３２は機体右側の刈刃２０の回転軌跡の外周縁に沿って円弧状に形成される。湾曲部３３３は左円弧部３３１と右円弧部３３２との夫々の円弧形状の谷間を繋ぐように形成される。左円弧部３３１と右円弧部３３２とに沿って湾曲部３３３から後方に空間が広がり、この空間にマウント部５が設けられる。マウント部５にモーアモータ４が装着される。このとき、湾曲部３３３の形状は、平面視でモーアモータ４の外周形状に沿う形状であっても良く、湾曲部３３３とモーアモータ４の外周形状とが隙間なく当接する構成であっても良い。

マウント部５は、パイプからなる湾曲フレーム５１と、湾曲フレーム５１に固定されている取付ブラケット５２と、を有する。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、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。モーアモータ４の放熱を促進するため、湾曲フレーム５１や取付ブラケット５２は熱伝導率の高いアルミ合金で構成されている。そして固定ブラケット５１ａは、左円弧部３３１と右円弧部３３２との両方に対して、出来るだけ広く面接触するように固定される。これにより、モーアモータ４から発せられる熱が左円弧部３３１や右円弧部３３２へ効率的に伝達され、モーアモータ４が効率よく冷却される。また、マウント部５に放熱フィンが設けられる構成であっても良い。

〔モーアモータのフライホイール〕
図４に示されているように、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、出力軸４１の上端部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と、フライホイール４２と、が取り付けられている。出力プーリ２４とフライホイール４２との夫々は、出力軸４１回りに一体的に回転可能に構成されている。

フライホイール４２は、出力プーリ２４よりも上側に取り付けられている。フライホイール４２の外径は出力プーリ２４の外径よりも大きく形成されている。モーアモータ４が刈刃２０，２０を回転駆動する場合、モーアモータ４とフライホイール４２とが一体回転し、フライホイール４２に回転エネルギーが蓄えられる。モーアモータ４に掛かる負荷がモーアモータ４の定格出力以下であれば、モーアモータ４は回転を維持するために必要なトルクを出力する。この状態で、刈刃２０，２０が草や芝から大きな抵抗力を受けて、モーアモータ４に掛かる負荷がモーアモータ４の定格出力以上に一時的に上昇した場合、フライホイール４２の回転が慣性モーメントによって継続し、モーアモータ４の回転速度の低下が抑制される。換言すると、モーアモータ４に掛かる負荷がモーアモータ４の定格出力以上に一時的に上昇した場合、フライホイール４２の慣性力と、モーアモータ４の出力トルクと、によって回転速度を維持する力が刈刃２０，２０に作用する。これにより、刈刃２０，２０が一時的に草や芝から大きな抵抗力を受けた場合であっても、刈刃２０，２０の回転速度が急激に失速することなく維持され易い。

フライホイール４２のうち、モーアモータ４の位置する側の面に、全周に亘ってファンブレード４２Ａが形成されている。ファンブレード４２Ａはフライホイール４２の下面において間隔を空けて複数形成されている。フライホイール４２の回転に伴って、ファンブレード４２Ａの軸芯側箇所から外周側へ空気の流れが発生する。つまり、フライホイール４２がターボファンとしても兼用される。モーアモータ４のうち、出力軸４１がモータハウジング４０よりも上側に突出する箇所は区画カバー３７によって覆われる。このため、ファンブレード４２Ａの遠心力によってファンブレード４２Ａの外周縁よりも外側に突出された空気が風となって区画カバー３７の内側壁に沿って流れ、モータハウジング４０の上部に風が当たってモータハウジング４０が冷却される。これにより、モーアモータ４の冷却が促進され、モーアモータ４に定格出力以上の負荷が掛かる場合であっても、モーアモータ４の発熱が抑制される。

モーアモータ４を冷却する風は、ファンブレード４２Ａの回転によって発生し、区画カバー３７と天壁３１とによって区画された隔離空間Ｓの内側で循環する。隔離空間Ｓは外側とは隔離された空間であるため、刈刃２０，２０の回転によって舞上がった粉塵等が、隔離空間Ｓの内部に入り込まない。これにより、ファンブレード４２Ａの隙間が粉塵等によって閉塞される虞がなく、ファンブレード４２Ａの回転に伴う風が円滑に発生する。

〔別実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

（１）上述した実施形態において、フライホイール４２が出力軸４１に設けられているが、フライホイール４２が出力軸４１に設けられない構成であっても良い。例えば、フライホイール４２が、刈刃２０，２０の夫々に対応した一対の回転軸２１、２１の一方または両方に設けられる構成であっても良い。この場合、フライホイール４２の慣性エネルギーがベルト２５を介してモーアモータ４に伝達される構成であっても良い。もちろん、フライホイール４２が出力軸４１に設けられ、かつ、別のフライホイール４２が一対の回転軸２１、２１の一方または両方に設けられる構成であっても良い。つまり、フライホイール４２は、モーアモータ４の回転駆動と連動して回転可能に構成されていれば良い。

（２）上述した実施形態において、フライホイール４２がモーアモータ４の上方に位置するが、フライホイール４２は、モーアモータ４を挟んで出力プーリ２４の位置する側と反対側に設けられる構成であっても良い。

（３）上述した実施形態において、出力プーリ２４とフライホイール４２とが別体として構成されているが、出力プーリ２４とフライホイール４２とが一体構成されていても良い。

（４）上述した実施形態において、モーアモータ４は、いわゆる「パンケーキモータ」でなくても良く、慣性モーメントの低い形状のモータがモーアモータ４として採用されても良い。つまり、電動のモーアモータ４が、回転軸２１を回転駆動可能な出力軸４１を有する構成であれば良い。

（５）上述した実施形態において、フライホイール４２に複数のファンブレード４２Ａが形成されているが、フライホイール４２にファンブレード４２Ａが形成されない構成であっても良い。この場合、出力軸４１においてフライホイール４２とは別体の送風ファンが設けられる構成であっても良い。この送風ファンは、遠心式のファンであっても良いし、軸流式のファンであっても良い。

（６）上述した実施形態において示されたベルト２５は、チェーンであっても良い。また、刈刃２０，２０の夫々が、ベルト２５を介して駆動される構成以外に、ギアを介して駆動される構成であっても良いし、モーアモータ４とのダイレクトドライブ方式で駆動される構成であっても良い。

なお、上述の実施形態（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る。
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、電動駆動される刈刃を有するモーアユニットに適用できる。

３：モーアユニット
４：モーアモータ
２０：刈刃
２１：回転軸
２２：入力プーリ
２４：出力プーリ
２５：ベルト
３０：モーアデッキ
３１：天壁
３２：前側壁（側壁）
３３：後側壁（側壁）
３７：区画カバー
４０：モータハウジング
４１：出力軸
４２：フライホイール
４２Ａ：ファンブレード
Ｓ：隔離空間

Claims

乗用型草刈機に装着されるモーアユニットであって、
天壁と前記天壁の外周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形成された内部空間から前記モーアデッキの前記天壁を貫通して上方に延びる回転軸と、
前記内部空間内において前記回転軸の下部に取り付けられて前記回転軸と一体回転可能な刈刃と、
モータハウジングと、前記モータハウジングの上部から上向きに突出するとともに前記回転軸を回転駆動可能な出力軸と、を有する電動のモーアモータと、
前記出力軸回りに回転可能であって、前記モーアモータの前記回転駆動と連動して回転可能なフライホイールと、
前記出力軸回りに回転可能な出力プーリと、
前記回転軸のうちの前記天壁よりも上側で前記回転軸回りに回転可能な入力プーリと、
前記出力プーリと前記入力プーリとに亘って巻き掛けられるベルトと、が備えられ、
前記出力プーリは、前記フライホイールと前記モータハウジングの上部との間に位置するモーアユニット。
前記フライホイールのうちの前記モーアモータの位置する側の面に、全周に亘って複数のファンブレードが形成されている請求項１に記載のモーアユニット。
前記フライホイールと前記出力軸と前記出力プーリと前記入力プーリと前記ベルトとを覆う区画カバーが設けられ、
前記モータハウジングの上部と前記区画カバーとによって囲まれた空間として隔離空間が形成され、
前記隔離空間に前記フライホイールと前記出力軸と前記出力プーリと前記入力プーリと前記ベルトとが配置されている請求項１または２に記載のモーアユニット。