JP7193415B2 - モーアユニット - Google Patents

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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、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 (3)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
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