JP7645786B2

JP7645786B2 - 電動作業車

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Publication number: JP7645786B2
Application number: JP2021213173A
Authority: JP
Inventors: 竣也高瀬; 之史山中; 大樹丹波; 祥輝溝口
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2025-03-14
Anticipated expiration: 2041-12-27
Also published as: JP2023097045A; EP4458605A1; EP4458605A4; US20240300339A1; WO2023127295A1

Description

本発明は、電気エネルギーで走行する電動作業車に関する。

従来、電気エネルギーを動力源として走行する電動作業車が利用されてきた。このような電動作業車として、例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１には、バッテリと、当該バッテリから供給される電力により駆動するモータと、当該モータにより駆動される走行装置とを備えた電動作業車について記載されている。

特開２０２１－９５７号公報

作業車には、上述した電動作業車の他に、エンジンを動力源とする作業車もある。電動作業車の動力源であるモータは、回転数と出力トルクとの関係として線型性、又は線型に近い特性を有する。一方、エンジンにあっては、例えば低い回転数の状態で高トルクを得ようとすると、エンジンが停止する場合がある（所謂、エンスト）。また、回転数が高くなると、出力可能なトルクが小さくなるような特性を有する。例えば、エンジンを動力源とする作業車から、電動作業車に乗り換えたユーザによっては、モータの回転数と出力トルクとの関係が、エンジンの回転数と出力トルクとの関係と相違し、挙動が異なることから違和感を持つことがある。

そこで、エンジンを動力源とする作業車と同様の挙動となる電動作業車が求められる。

本発明に係る電動作業車の特徴構成は、機体に搭載されるバッテリと、前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、前記モータにより駆動される走行装置と、前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、前記モータが出力可能なトルク値と前記モータの回転数との関係を規定した出力マップを記憶する記憶部と、前記回転数情報と前記要求回転数と前記出力マップとに基づいて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、を備え、前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数以上となる高回転領域と、前記モータの回転数が少なくとも前記所定の回転数未満となる低回転領域とを有し、前記高回転領域と前記低回転領域とのうちの前記高回転領域のみにおいて、非電動作業車が備えるエンジンの出力トルクと当該エンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブの高回転領域における形状と類似する形状で設定される点にある。

このような構成とすれば、モータの回転数が少なくとも所定の回転数以上となる高回転領域において、モータが出力可能なトルク値とモータの回転数との関係を、エンジンの出力トルクとエンジンの回転数との関係に近づけることができる。したがって、電動作業車の挙動を、エンジンを動力源とする作業車と同様の挙動とすることが可能となる。

また、前記出力マップにおける前記高回転領域は、前記モータの回転数が前記所定の回転数から増大するにつれて前記モータが出力可能なトルク値が減少するように規定されていると好適である。

エンジンは、回転数が所定の回転数よりも高くなった場合に、出力可能なトルクが低くなる。そこで、このような構成とすれば、モータの特性を、エンジンの特性に近づけることができるので、電動作業車の挙動を、エンジンを動力源とする作業車の挙動により近づけることが可能となる。

また、前記出力マップは、前記モータの回転数が予め設定された第１回転数以下となった場合に、前記モータが停止するように規定されていると好適である。

エンジンは、回転数が所定の回転数よりも低い場合に、過大なトルクを出力しようとすると停止する。そこで、このような構成とすれば、低回転数でのモータの特性を、エンジンの特性に近づけることができるので、電動作業車の挙動を、エンジンを動力源とする作業車の挙動により近づけることが可能となる。

また、前記出力マップは、前記モータの回転数が前記第１回転数よりも高い第２回転数以上となった場合に、前記モータが停止するように規定されていると好適である。

このような構成とすれば、高回転数でのモータの駆動を規制できるので、モータの劣化を抑制することが可能となる。

また、前記出力マップは、前記モータが回転可能な回転数を、前記第１回転数を含む前記低回転領域と、前記第２回転数を含む前記高回転領域とに区分けした場合に、前記モータの回転数が前記第１回転数から前記所定の回転数に増大するにつれて前記モータが出力可能なトルク値が増大するように規定されていると好適である。

エンジンは、回転数が所定の回転数以下の低回転領域において、回転数が高くなるにつれて、出力可能なトルクが増大する。そこで、このような構成とすれば、モータの特性を、エンジンの特性に近づけることができるので、電動作業車の挙動を、エンジンを動力源とする作業車の挙動により近づけることが可能となる。

本発明に係る電動作業車の特徴構成は、機体に搭載されるバッテリと、前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、前記モータにより駆動される走行装置と、前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、前記モータが出力可能なトルク値と前記モータの回転数との関係を規定した出力マップを記憶する記憶部と、前記回転数情報と前記要求回転数と前記出力マップとに基づいて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、を備え、前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数以上となる高回転領域において、非電動作業車が備えるエンジンの出力トルクと当該エンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブの高回転領域における形状と類似する形状で設定され、前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数未満となる低回転領域において、前記モータが停止しているとき以外のいずれの前記モータの回転数においても、同一のトルク値となるように規定されている点にある。

このような構成とすれば、モータの回転数が低い場合でも、エンジンの回転数が低い場合に出力可能なトルクよりも大きいトルクを出力することが可能となる。

トラクタの左側面図である。インバータ等の配置を示す左側面図である。動力伝達の流れを示す図である。モータの駆動を行う機能部の説明図である。操作具の操作量とモータに対する要求回転数との関係を示す図である。モータのトルクカーブの一例である。報知部による報知の一例を示す図である。出力マップ上に状態情報を表示した場合の例を示す図である。モータのトルクカーブの別例である。

本発明に係る電動作業車は、モータの低回転時にエンジンを動力源とする作業車と同様の挙動となるように構成される。以下、本実施形態の電動作業車について説明する。尚、以下では、電動作業車がトラクタである場合の例を挙げて説明する。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図中の矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」とする。また、図中の矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

〔トラクタの全体構成〕
以下では、本実施形態のトラクタについて説明する。図１に示すように、トラクタは、左右の前車輪１０、左右の後車輪１１、カバー部材１２を備えている。

また、トラクタは、機体フレーム２及び運転部３を備えている。機体フレーム２は、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１に支持されている。

カバー部材１２は、機体前部に配置されている。そして、運転部３は、カバー部材１２の後方に設けられている。言い換えれば、カバー部材１２は、運転部３の前方に配置されている。

運転部３は、保護フレーム３０、運転座席３１、ステアリングホイール３２を有している。オペレータは、運転座席３１に着座可能である。これにより、オペレータは、運転部３に搭乗可能である。ステアリングホイール３２の操作によって、左右の前車輪１０は操向操作される。オペレータは、運転部３において、各種の運転操作を行うことができる。

トラクタは、走行用バッテリ４を備えている。また、カバー部材１２は、機体左右方向に沿う開閉軸芯Ｑ周りに揺動可能に構成されている。これにより、カバー部材１２は、開閉可能に構成されている。カバー部材１２が閉状態であるとき、走行用バッテリ４は、カバー部材１２に覆われている。

図２に示すように、トラクタは、インバータ１４及びモータＭを備えている。走行用バッテリ４は、インバータ１４へ電力を供給する。インバータ１４は、走行用バッテリ４からの直流電力を交流電力に変換してモータＭへ供給する。そして、モータＭは、インバータ１４から供給される交流電力により駆動する。

図２及び図３に示すように、トラクタは、静油圧式無段変速機１５及びトランスミッション１６を備えている。図３に示すように、静油圧式無段変速機１５は、油圧ポンプ１５ａ及び油圧モータ１５ｂを有している。

油圧ポンプ１５ａは、モータＭからの回転動力により駆動する。油圧ポンプ１５ａが駆動することにより、油圧モータ１５ｂから回転動力が出力される。尚、静油圧式無段変速機１５は、油圧ポンプ１５ａと油圧モータ１５ｂとの間で回転動力が変速されるように構成されている。また、静油圧式無段変速機１５は、変速比を無段階に変更可能に構成されている。

油圧モータ１５ｂから出力された回転動力は、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６の有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動する。

また、図２及び図３に示すように、トラクタは、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を備えている。モータＭから出力された回転動力は、油圧ポンプ１５ａ、ミッドＰＴＯ軸１７、リヤＰＴＯ軸１８へ分配される。これにより、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８が回転する。

ミッドＰＴＯ軸１７またはリヤＰＴＯ軸１８に作業装置が接続されていれば、ミッドＰＴＯ軸１７またはリヤＰＴＯ軸１８の回転動力により、作業装置が駆動することとなる。例えば、図２に示すように、本実施形態では、ミッドＰＴＯ軸１７に草刈装置１９が接続されている。ミッドＰＴＯ軸１７の回転動力により、草刈装置１９が駆動する。

〔モータの制御〕
図４は、モータＭの駆動に係る機能部を示すブロック図である。図４のブロック図には、バッテリ（走行用バッテリ）４、インバータ１４、モータＭ、回転数情報取得部４１、走行装置４２、操作具４３、制御部４４、記憶部４５、電流センサ５１、トルク算定部５２、報知部５７が示される。各機能部は、モータＭの駆動を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

バッテリ４は、上述したようにカバー部材１２に覆われた状態で、機体に搭載される。また、バッテリ４に蓄えられた電気エネルギーは、モータＭの駆動に利用される。

インバータ１４は、バッテリ４の出力に基づく直流電力を交流電力に変換する。バッテリ４の出力とは、バッテリ４から出力される直流電圧及び直流電流である。したがって、バッテリ４の出力に基づく直流電力とは、バッテリ４から出力される直流電圧及び直流電流からなる直流電力が相当する。

本実施形態では、インバータ１４は、第１の電源ラインＬ１と第２の電源ラインＬ２との間に設けられた、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続された３本のアーム部Ａを有して構成される。第１の電源ラインＬ１とは、バッテリ４の２つの出力端子のうちの正端子に接続される電源ラインであって、第２の電源ラインＬ２とは、バッテリ４の２つの出力端子のうちの負端子に接続される電源ラインである。インバータ１４は、この第１の電源ラインＬ１と第２の電源ラインＬ２との間に、３本のアーム部Ａを設けている。以下では、３本のアーム部Ａの夫々を区別する場合には、夫々、アーム部Ａ１、アーム部Ａ２、アーム部Ａ３として示す。本実施形態では、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２は、共に、Ｐ型のＩＧＢＴが用いられる。第１のスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子が第１の電源ラインＬ１に接続され、第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子は、第２の電源ラインＬ２に接続される。第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とコレクタ端子との間には、アノード端子がエミッタ端子に接続され、カソード端子がコレクタ端子に接続されたダイオードＤ１が設けられる。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子とコレクタ端子との間には、アノード端子がエミッタ端子に接続され、カソード端子がコレクタ端子に接続されたダイオードＤ２が設けられる。第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２の夫々のゲート端子は、後述する制御部４４に接続される。インバータ１４は、制御部４４により、３つのアーム部Ａにおける１つのアーム部Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１と、他の２つのアーム部Ａのうちの一方のアーム部Ａの第２のスイッチング素子Ｑ２とがＰＷＭ制御により通電される。これにより、バッテリ４の直流電力は、ＰＷＭ制御信号の周波数に応じた交流電力に変換される。

モータＭは、インバータ１４により変換された交流電力により駆動する。モータＭの３つの端子は、夫々、アーム部Ａ１における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第１のノードｎ１と、アーム部Ａ２における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第２のノードｎ２と、アーム部Ａ３における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第３のノードｎ３とに接続される。アーム部Ａ１における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第１のノードｎ１とは、アーム部Ａ１を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。アーム部Ａ２における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第２のノードｎ２とは、アーム部Ａ２を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。アーム部Ａ３における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第３のノードｎ３とは、アーム部Ａ３を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。図４では、モータＭのコイルはデルタ結線で構成されている場合の例を挙げているが、モータＭのコイルはスター結線で構成されていても良い。

回転数情報取得部４１は、モータＭの回転数を示す回転数情報を取得する。モータＭの回転数とは、モータＭが有するロータの回転数である。このような回転数は、例えばホール素子を有する回転センサ４１Ａを用いて検出することが可能である。また、回転センサ４１Ａに代えて、モータＭを流れる電流の大きさに基づき、モータＭの回転数を算定することも可能である。この場合には、後述する電流センサ５１の検出結果に基づき算定すると良い。回転センサ４１ＡによるモータＭの回転数の検出結果は、回転数情報として回転数情報取得部４１に伝達される。

走行装置４２は、モータＭにより駆動される。本実施形態では、走行装置４２とは、上述した静油圧式無段変速機１５、トランスミッション１６、左右の前車輪１０、及び左右の後車輪１１の総称である。上述したように、モータＭの回転動力が、静油圧式無段変速機１５を介して、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６が有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、上述したように、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動され、トラクタが走行可能となる。

操作具４３は、モータＭに要求する要求回転数を変更する。モータＭに要求する要求回転数とは、オペレータがモータＭから出力してほしい回転動力の回転数の指令値、所謂、指令回転数にあたる。本実施形態では、操作具４３は、運転座席３１の側部において、前後方向に揺動可能に構成されたレバーが相当する。操作具４３を、前方側へ傾倒するように操作される程、要求回転数が増大して、モータＭが高速で回転するように構成されており、操作された位置で安定的に位置保持されるように構成されている。図５には、操作具４３の操作量とモータＭに対する要求回転数との関係が示される。図５では、縦軸がモータＭに要求される要求回転数であり、横軸が操作具４３の操作量である。図５の例では、操作量が１０〔％〕の時の要求回転数がＮ１〔ｒｐｍ〕であり、操作量が９０〔％〕の時の要求回転数がＮ２〔ｒｐｍ〕である。操作量が１０〔％〕から９０〔％〕までの間は、要求回転数は操作量に比例するように設定されている。なお、操作量は％で示されているが、これは、操作具４３が最も手前側にある状態が０〔％〕であり、最も前方側へ傾倒した状態が１００〔％〕である。また、詳細は後述するが、本例では、操作量が１０〔％〕未満では、要求回転数が０〔ｒｐｍ〕となり、操作量が９０〔％〕以上では、要求回転数がＮ２〔ｒｐｍ〕となるように構成されている。本例では、このような関係に基づき、操作具４３の操作量に応じて、モータＭの要求回転数を設定することが可能となる。

図４に戻り、本実施形態では、操作具４３の操作量、すなわち上記前後方向における位置は、位置検出部４３Ａにより検出される。したがって、位置検出部４３Ａにより検出された操作具４３の位置により、モータＭに要求された要求回転数を特定することが可能となる。

記憶部４５は、モータＭが出力可能なトルク値とモータＭの回転数との関係を規定した出力マップを記憶する。モータＭが出力可能なトルク値とモータＭの回転数との関係とは、モータＭが所定の回転数で回転している場合に、当該所定の回転数を維持しつつ、モータＭが出力することが可能な出力トルクの値である。例えばエンジンにおける当該エンジンの出力トルクとエンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブに相当する。出力マップとは、例えば、特性図及び数式の少なくとも何れか一つにより規定することが可能である。もちろん、特性図や数式以外のもので規定することも可能である。記憶部４５には、モータＭが所定の回転数で回転している場合に、当該所定の回転数を維持しつつ、モータＭが出力することが可能な出力トルクの値を示す出力マップが記憶される。

このような出力マップの一例が、図６に示される。図６に示される出力マップでは、縦軸はモータＭが出力可能な出力トルクであり、横軸はモータＭの回転数である。図６では、モータＭの出力マップ（モータＭのトルクカーブ）が実線で示され、参考としてエンジンのトルクカーブが破線で示される。エンジンでは、回転数がＲ２である時に、出力トルクとしてＴ１だけ出力可能であり、回転数がＲ２からＲ３に増大するにつれて、出力可能な出力トルクもＴ１からＴ３まで増大している。更に、回転数がＲ３からＲ４に増大するにつれて、出力可能な出力トルクがＴ３からＴ２に減少している。なお、図６では、Ｔ１とＴ２との関係がＴ１＜Ｔ２となっているが、Ｔ１＞Ｔ２であってもよい。

これに対して、モータＭのトルクカーブ（出力マップ）は、モータＭが回転可能な回転数を、第１回転数Ｒ１を含む低回転領域と、第２回転数Ｒ４を含む高回転領域とに区分けした場合に、モータＭの回転数が所定の回転数Ｒ３から増大するにつれてモータＭが出力可能なトルク値が減少するように規定されている。第１回転数Ｒ１を含む低回転領域とは、本例では回転数がＲ１以上、Ｒ３未満の領域である。したがって、この低回転領域にはＲ１が含まれる。第２回転数Ｒ４を含む高回転領域とは、本例では回転数がＲ３より大きく、Ｒ４以下の領域である。したがって、この高回転領域にはＲ４が含まれる。本例では、図６に示されるように、モータＭの出力マップは、回転数がＲ３よりも低いＲ１からＲ３までは、回転数にかかわらずほぼ一定の出力トルクＴ３が出力可能であって、回転数がＲ３からＲ４までは、回転数が高くなるにつれて、出力可能な出力トルクがＴ３からＴ２に減少するように規定される。

このように、モータＭの出力マップは、モータＭの回転数が少なくとも所定の回転数（本例ではＲ３）以上となる高回転領域において、非電動作業車が備えるエンジンの出力トルクと当該エンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブの高回転領域における形状と類似する形状で設定される。すなわち、図６の例では、モータＭの回転数がＲ３からＲ４までの間における出力可能なトルクが、非電動作業車（エンジンを動力源とするトラクタ）が備えるエンジンの回転数がＲ３からＲ４までの間において出力可能なトルクと一致するように設定され、モータＭの回転数が第１回転数Ｒ１から所定の回転数Ｒ３までの間は、モータＭが出力可能なトルク（トルク値）が、非電動作業車が備えるエンジンの回転数がＲ３以下で出力可能なトルクとは異なり、ほぼ一定値となるように設定される。

図４に戻り、制御部４４は、回転数情報と要求回転数と出力マップとに基づいてインバータ１４を駆動して、モータＭを流れる電流を制御する。回転数情報は、回転数情報取得部４１から制御部４４に伝達される。要求回転数は、位置検出部４３Ａから操作具４３の位置の検出結果が伝達され、この検出結果に基づき特定可能である。出力マップは、上述した記憶部４５に記憶されており、制御部４４が参照するように構成される。モータＭを流れる電流とは、インバータ１４から出力された電流であって、モータＭのコイルに流れる電流である。したがって、制御部４４は、回転数情報により示される現在のモータＭの回転数が、位置検出部４３Ａの検出結果により特定された要求回転数となり、且つ、記憶部４５に記憶されている出力マップにより規定されるモータＭが出力可能なトルク値とモータＭの回転数との関係を具備するように、インバータ１４を制御してモータＭのコイルに流れる電流を制御する。

具体的には、制御部４４は、モータＭの回転数がＲ１以上、Ｒ３未満である場合には、出力トルクがＴ３を超えないようにモータＭを流れる電流を制御し、モータＭの回転数がＲ３からＲ４までの間である場合には、出力トルクが図６で示される出力マップのトルクを超えないようにモータＭを流れる電流を制御する。これにより、操作具４３の操作に応じて、モータＭから出力可能なトルクを具備しつつ、出力される回転動力を制御することが可能となる。また、モータＭのトルクカーブをエンジンのトルクカーブに似せて、モータＭを制御することから、例えばエンジンを動力源とするトラクタから、電動トラクタに乗り換えた場合でも、オペレータが違和感を持つことがないようにすることができる。

また、制御部４４は、モータＭの負荷が予め設定された負荷より高くなった場合に、要求回転数にかかわらず、モータＭの駆動を停止するように構成してもよい。モータＭの負荷とは、モータＭに作用するトルクである。予め設定された負荷とは、当該負荷がモータＭに作用した場合に、モータＭの駆動を停止させたい負荷である。例えばエンジンがエンストする際にエンジンに作用する負荷に基づいて設定すると良い。要求回転数にかかわらずとは、モータＭの回転数を、操作具４３により要求される要求回転数に追従させないことを意味する。モータＭの駆動を停止するとは、インバータ１４からモータＭのコイルに電流が流れないようにすることをいう。したがって、制御部４４は、モータＭに作用するトルクが、予め設定されたモータＭの駆動を停止させたい負荷よりも高くなった場合に、モータＭの回転数を、操作具４３により要求される要求回転数に追従させることなく、インバータ１４からモータＭのコイルに電流が流れないようにしてモータＭを停止させる。

モータＭのトルクは、モータＭを流れる電流に基づいて算定することが可能である。モータＭを流れる電流の電流値は、電流センサ５１により検出される。モータＭを流れる電流は、第１のノードｎ１とモータＭとを接続するケーブル、第２のノードｎ２とモータＭとを接続するケーブル、第３のノードｎ３とモータＭとを接続するケーブルを流れる電流とほぼ同じであるので、電流センサ５１はこれらのケーブルを流れる電流に基づき、モータＭを流れる電流の電流値を検出しても良い。また、電流センサ５１は、これらのケーブルを断線することなく測定するホール素子を利用して検出するものであっても良いし、これらのケーブルの夫々と基準電位（例えば接地電位）との間に抵抗器を設けて、当該抵抗器における電圧降下により検出するものであっても良い。電流センサ５１による電流値の検出結果は、トルク算定部５２に伝達される。なお、この電流値の検出結果を、制御部４４に伝達し、制御部４４はモータＭを流れる電流も考慮して、インバータ１４をＰＷＭ制御しても良い。

トルク算定部５２は、電流値に基づいてモータＭが出力するトルクを算定する。すなわち、モータＭを流れる電流の電流値と、モータＭが出力するトルクとの間には、所定の関係がある。トルク算定部５２に、予めこのような関係を示すマップを記憶しておき、当該マップに基づいてモータＭを流れる電流の電流値に対応する出力トルクを算定すると良い。

この場合には、制御部４４は、モータＭが出力するトルクが予め設定されたトルク値よりも大きくなった場合に、モータＭの駆動を停止すると良い。モータＭが出力するトルクとは、トルク算定部５２により算定されたトルクである。制御部４４は、このトルクを、予め設定されたトルク値と比較し、当該トルク値よりも大きくなった場合に、モータＭの負荷が予め設定された負荷よりも高くなっているとして、モータＭの駆動を停止すると良い。

また、制御部４４は、モータＭの回転数が予め設定された第１回転数Ｒ１以下となった場合に、要求回転数にかかわらず、モータＭの駆動を停止するように構成すると良い。モータＭの回転数は、回転数情報取得部４１により取得される。予め設定された第１回転数とは、図６の場合、回転数Ｒ１であって、例えば１分間の回転数が数百回転とすることが可能である。したがって、制御部４４は、回転数情報取得部４１により取得されたモータＭの回転数が、予め設定された回転数である、Ｒ１以下となった場合に、モータＭの駆動を停止すると良い。この場合、出力マップは、モータＭの回転数が予め設定された第１回転数以下となった場合に、モータＭが停止するように規定されていることになる。

更には、出力マップは、モータＭの回転数が第１回転数Ｒ１よりも高い第２回転数Ｒ４以上となった場合に、モータＭが停止するように規定するとよい。第１回転数とは、図６の場合、Ｒ１であって、第２回転数とはＲ４である。したがって、この場合、制御部４４は、モータＭの回転数として、Ｒ４を超えることになった場合には、モータＭを流れる電流を制限してモータＭを停止させるとよい。

以上のように構成することで、例えばエンジンを搭載したトラクタのエンストを擬似的に発生させることが可能となる。これにより、例えばエンジンを搭載したトラクタから乗り換えたオペレータが違和感を持つことなく当該モータＭを搭載するトラクタを利用することが可能となる。また、モータＭを高回転数で継続して駆動することによるモータＭの劣化を抑制することが可能となる。

ここで、上述したように、要求回転数にかかわらずモータＭの駆動が停止された場合に、オペレータが、意図せずモータＭが停止されたことを把握することができるように、報知部５７がモータＭの駆動が停止されたことを報知すると良い。すなわち、要求回転数にかかわらずモータＭの駆動が停止された場合に、図７に示されるように、トラクタの運転部３に設けられる表示装置５８の表示画面に、「モータが停止中です。」というようなメッセージを表示したり、スピーカ５９から「モータが停止中です。」というような音声を出力するように構成すると良い。これにより、オペレータが、意図せずモータＭの駆動が停止されたことを把握することが可能となる。また、報知部５７が、機体に設けられるブザーやランプを用いてモータＭの駆動が停止されたことを報知するように構成することも可能である。

また、例えば図８に示すように、表示装置５８の表示画面にモータＭの出力マップを表示し、現在のモータＭの回転数と現在の出力トルクとからなるモータＭの状態を示す情報である状態情報を表示するように構成してもよい。図８の例では、現在のモータＭの回転数がＲ５であって、出力トルクがＴ４である場合の例が示され、出力マップ上の対応する場所に「Ｘ」印が付されている。このように出力マップ上に現在の状態情報を示すことにより、運転者が、現在の回転数Ｒ５を維持した状態で、更に出力トルクを増大させることが可能であることや、現在の出力トルクＴ４を維持した状態で、更に回転数を増大させることが可能であることを把握することが可能となる。このような出力マップ上に対する状態情報の表示も報知部５７が行うように構成してもよいし、更には報知部５７が表示画面に図８に示されるようなメッセージを表示するように構成してもよい。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、電動作業車がトラクタである場合の例を挙げて説明したが、電動作業車はトラクタ以外の作業車、すなわち田植機、コンバイン、建設機械、芝刈り機などであっても良い。

上記実施形態では、モータＭが三相モータであって、インバータ１４が３本のアーム部Ａを備えているとして説明したが、モータＭは三相モータでなくても良く、この場合、インバータ１４のアーム部Ａの本数はモータＭの相数に応じて設けると良い。

上記実施形態では、出力マップは、モータＭの回転数が予め設定された第１回転数Ｒ１以下となった場合に、モータＭが停止するように規定されているとして説明した。しかしながら、出力マップは、モータＭの回転数が予め設定された第１回転数Ｒ１以下となった場合でも、モータＭが停止しないように構成することも可能である。

上記実施形態では、出力マップは、モータＭの回転数が第１回転数Ｒ１よりも高い第２回転数Ｒ４以上となった場合に、モータＭが停止するように規定されているとして説明した。しかしながら、力マップは、モータＭの回転数が第１回転数Ｒ１よりも高い第２回転数Ｒ４以上となった場合であっても、モータＭが停止しないように構成することも可能である。この場合、モータＭの出力トルクに応じて停止するように構成しても良いし、第２回転数Ｒ４より大きいモータＭの定格回転数に達した場合に停止するように構成してもよい。

上記実施形態では、図６に示される出力マップにおいて、回転数がＲ１からＲ３までは、回転数にかかわらず一定の出力トルクＴ３が出力可能である場合を例示した。しかしながら、エンジンのトルクカーブと同様に、モータＭの回転数が第１回転数Ｒ１から所定の回転数Ｒ３に増大するにつれてモータＭが出力可能なトルク値が増大するように構成することも可能である。すなわち、回転数がＲ１では出力可能なトルクがＴ５であり、回転数がＲ２では出力可能なトルクがエンジンのトルクカーブと同様にＴ１であり、更に、回転数がＲ３では出力可能なトルクがＴ３となるように構成することも可能である。この場合、図９に示されるように、回転数がＲ２からＲ３までの間は、エンジンのトルクカーブと一致するように構成することが可能である。更に、回転数がＲ３からＲ４の間は、上記実施形態と同様に、エンジンのトルクカーブと一致するように構成するとよい。

本発明は、電気エネルギーで走行する電動作業車に用いることが可能である。

４：バッテリ
１４：インバータ
４１：回転数情報取得部
４２：走行装置
４３：操作具
４４：制御部
４５：記憶部
Ｍ：モータ
Ｒ１：第１回転数
Ｒ３：所定の回転数
Ｒ４：第２回転数

Claims

機体に搭載されるバッテリと、
前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、
前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、
前記モータにより駆動される走行装置と、
前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、
前記モータが出力可能なトルク値と前記モータの回転数との関係を規定した出力マップを記憶する記憶部と、
前記回転数情報と前記要求回転数と前記出力マップとに基づいて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、を備え、
前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数以上となる高回転領域と、前記モータの回転数が少なくとも前記所定の回転数未満となる低回転領域とを有し、前記高回転領域と前記低回転領域とのうちの前記高回転領域のみにおいて、非電動作業車が備えるエンジンの出力トルクと当該エンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブの高回転領域における形状と類似する形状で設定される電動作業車。
前記出力マップにおける前記高回転領域は、前記モータの回転数が前記所定の回転数から増大するにつれて前記モータが出力可能なトルク値が減少するように規定されている請求項１に記載の電動作業車。
前記出力マップは、前記モータの回転数が予め設定された第１回転数以下となった場合に、前記モータが停止するように規定されている請求項１又は２に記載の電動作業車。
前記出力マップは、前記モータの回転数が前記第１回転数よりも高い、予め設定された第２回転数以上となった場合に、前記モータが停止するように規定されている請求項３に記載の電動作業車。
前記出力マップは、前記モータが回転可能な回転数を、前記第１回転数を含む前記低回転領域と、前記第２回転数を含む前記高回転領域とに区分けした場合に、前記モータの回転数が前記第１回転数から前記所定の回転数に増大するにつれて前記モータが出力可能なトルク値が増大するように規定されている請求項４に記載の電動作業車。
機体に搭載されるバッテリと、
前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、
前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、
前記モータにより駆動される走行装置と、
前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、
前記モータが出力可能なトルク値と前記モータの回転数との関係を規定した出力マップを記憶する記憶部と、
前記回転数情報と前記要求回転数と前記出力マップとに基づいて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、を備え、
前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数以上となる高回転領域において、非電動作業車が備えるエンジンの出力トルクと当該エンジンの回転数との関係を規定したトルクカーブの高回転領域における形状と類似する形状で設定され、
前記出力マップは、前記モータの回転数が少なくとも所定の回転数未満となる低回転領域において、前記モータが停止しているとき以外のいずれの前記モータの回転数においても、同一のトルク値となるように規定されている電動作業車。