JP6433367B2 - 電動作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、左モータによって左後輪が駆動されるとともに、右モータによって右後輪が駆動される電動作業車両に関する。

特許文献１には、２個の駆動輪（左右一対の駆動輪）をそれぞれ独立して駆動する２つの電動モータと、この２つの電動モータを冷却するための冷媒流路に設けられた単一の冷媒ポンプとを備えた乗用型芝刈機が開示されている。この芝刈機では、２個の電動モータは、単一の冷媒ポンプにより冷媒流路を循環させる冷媒により共通して冷却される。

特開２０１３−６３０９２号公報

しかしながら、芝刈機を含む作業車両では、斜面を横断走行する機会が少なくない。斜面走行においては、斜面上側の駆動輪に比べて斜面下側の駆動輪にはより大きな走行負荷がかかり、斜面下側の駆動輪を駆動する電動モータに大きな負荷がかかりその温度が上昇する。したがって、斜面走行においては、左右の電動モータに対して均一に冷却液を供給することは効率的ではない。また、斜面の横断走行以外にも、作業車両の場合、右駆動輪と左駆動輪とが異なる走行抵抗を受ける走行状態も発生するが、そのような走行状態はモータ冷却に考慮されていない。

上記実情に鑑みて、左後輪を駆動する左モータと右後輪を駆動する右モータとに対する改善された冷却構造を有する電動作業車両が望まれている。

本発明に関わる電動作業車両は、左駆動輪を駆動する左モータと、右駆動輪を駆動する右モータと、前記左モータと前記右モータとに接続された冷却液循環流路と、前記冷却液循環流路に介装されたラジエータ及びポンプと、前記ポンプから前記左モータに流れる冷却液流量と前記ポンプから前記右モータに流れる冷却液流量と比率を走行状態に応じて調整する冷却液分配機構とを備えている。

この構成では、冷却液分配機構の働きにより、左モータと左モータのいずれか一方により多くの冷却液を流して、冷却効果を他方より高めることができる。作業車両では、斜面を横断するような左右一方側の車輪に大きな走行負荷が生じ、当該車輪を駆動するモータに大きな負荷がかかり、モータ熱の発生が大きくなる。冷却液分配機構は、走行状態に応じて左モータに流れる冷却液流量と右モータに流れる冷却液流量との比率を調整することができる。したがって、左右車輪において走行負荷の片寄りが生じるような走行状態が発生した場合、大きなモータ熱が発生している方のモータにより多くの冷却液が流れ、効率的な冷却が実現する。

冷却液分配機構による冷却液比率を調整する制御因子となる走行状態として、例えば、走行路面の傾斜角、走行車体の傾斜角、モータ温度、モータ負荷、車輪負荷、車体重心の変化などが挙げられる。それらのうちの、適切なものを選択して冷却液比率を調整する制御因子として用いるとよい。
走行状態として走行路面の傾斜角を採用した場合では、前記冷却液分配機構は、傾斜下方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量を、傾斜上方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量より大きくする分配弁となる。
走行状態としてモータ温度を採用した場合では、前記冷却液分配機構は、モータ温度の高いモータへの冷却液流量を、モータ温度の低いモータへの冷却液流量より大きくする分配弁であり、前記冷却液分配機構は、左冷却液分配機構と右冷却液分配機構とからなる。前記左冷却液分配機構は、前記左モータへの冷却液流路と前記左モータからの冷却液流路との間をつなぐ左バイパスと、前記左バイパスを遮断する位置と前記左バイパスを開放する位置とに変位可能な左弁体と、前記左弁体をモータ温度によって変位させる左温度応答作動機構とからなる。前記右冷却液分配機構は、前記右モータへの冷却液流路と前記右モータからの冷却液流路との間をつなぐ右バイパスと、前記右バイパスを遮断する位置と前記右バイパスを開放する位置とに変位可能な右弁体と、前記右弁体をモータ温度によって変位させる右温度応答作動機構とからなる。

循環冷却水によるモータ冷却の基本構成を示す説明図である。 本発明に関係する電動作業車両の実施形態の１つである電動草刈機を示す側面図である。 電動草刈機の駆動系を示す平面図である。 冷却水分配機構の第１実施例における冷却水循環回路図である。 冷却水分配機構の第１実施例における分配弁の模式図である。 冷却水分配機構の第２実施例における冷却水循環回路図である。 冷却水分配機構の第２実施例における分配弁の模式図である。 冷却水分配機構の第３実施例における冷却水循環回路図である。

本発明に関係する電動作業車両の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、電動作業車両に搭載されるモータ冷却システムの基本的な構成を説明する。

この電動作業車両の車体１０の前部に、左前輪１１Ｌと右前輪１１Ｒとが支持されており、車体１０の後部に、左後輪１２Ｌと右後輪１２Ｒとが支持されている。図１の例では、左後輪１２Ｌは、左伝動機構４３を介して左モータ４Ｌからの動力を受け取って駆動する。右後輪１２Ｒは、右伝動機構４４を介して右モータ４Ｒからの動力を受け取って駆動する。左モータ４Ｌ及び右モータ４Ｒは、制御ユニット５からの制御信号に基づいて動作するインバータ５０を介してバッテリパックＢからそれぞれ独立的に給電される。左後輪１２Ｌと右後輪１２Ｒとが、互いに独立して駆動可能な駆動輪である。したがって、左後輪１２Ｌは左駆動輪であり、右後輪１２Ｒは右駆動輪である。また、以下において、特に区別する必要がない場合には、左前輪１１Ｌと右前輪１１Ｒとはその総称として前輪１１なる語句が使用され、左後輪１２Ｌと右後輪１２Ｒとはその総称として後輪１２なる語句が使用される。

電動作業車両の車体１０には、作業装置３が搭載されている。図１の例では、この作業装置３には、作業用モータ４Ｗが備えられているが、これは本発明の必須要件ではなく、省略可能である。作業用モータ４Ｗもインバータ５０を介してバッテリパックＢから給電される。

左モータ４Ｌ及び右モータ４Ｒには冷却用の冷却液流路を形成したウオータジャケットが設けられている。モータ冷却システムは、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに接続された冷却液循環流路７を備えている。冷却液循環流路７にはラジエータ７１及びポンプ７２及び冷却液分配機構６が介装されている。冷却液分配機構６は、ポンプ７２から左モータ４Ｌに流れる冷却液流量とポンプ７２から右モータ４Ｒに流れる冷却液流量との比率を走行状態に応じて調整する機能を有する。左モータ４Ｌ及び右モータ４Ｒの電源としてバッテリパックＢが車体１０の最後部に搭載されている。ラジエータ７１を通過する冷却液を冷却する冷却ファン７３はバッテリパックＢから給電される電動モータによって駆動する。また、作業用モータ４ＷもバッテリパックＢから給電されるともに、作業用モータ４Ｗのウオータジャケットにも上述の冷却液循環流路７が接続されている。

冷却液循環流路７において、ポンプ７２の吐出口に接続された第１流路７ａに分流点Ｐ１が設けられており、第２流路７ｂと第３流路７ｃとに分岐する。第２流路７ｂは左モータ４Ｌの流入口に接続され、第３流路７ｃは右モータ４Ｒの流入口に接続される。左モータ４Ｌの流出口には第４流路７ｄが接続され、右モータ４Ｒの流出口には第５流路７ｅが接続され、第４流路７ｄと第５流路７ｅとは合流点Ｐ２で合流して、第６流路７ｆに接続する。第６流路７ｆは戻り流路としてポンプ７２の吸引口につながるが、図１の例では、この戻り流路に作業用モータ４Ｗが介装されている。したがって、第６流路７ｆは作業用モータ４Ｗの流入口と接続し、第７流路７ｇが途中でラジエータ７１を通過してポンプ７２の吸引口に接続される。

図１の例では、冷却液分配機構６は分流点Ｐ１に設けられている。冷却液分配機構６は、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとで発生するモータ熱量が異なるような走行状態に基づいて、発生するモータ熱量が大きい方のモータに多くの冷却液が流れ、発生するモータ熱量が小さい方のモータに少ない冷却液が流れるように動作する。

図１では、一点鎖線で暗示されているが、冷却液分配機構６は合流点Ｐ２に設けることも可能である。つまり、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとから流出する冷却液量を制限することで、結果的に左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとを流れる冷却液量を変えるのである。

冷却液分配機構６の好適な実施形態１つは、傾斜下方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量を、傾斜上方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量より大きくする分配弁である。したがって、走行状態は走行車体の車体横断方向での傾斜角である。その際、傾斜角が所定角度以内である場合、左右のモータへの冷却液流量を所定流量に保持し、傾斜角が所定角度超えた場合、前記所定流量より少ない流量を傾斜上方に位置する駆動輪を駆動するモータへ流し、傾斜角が所定角度超えた場合、前記所定流量より多い流量を傾斜下方に位置する駆動輪を駆動するモータへ流すことが好ましい。

冷却液分配機構６の別な好適実施形態は、モータ温度の高いモータへの冷却液流量を、モータ温度の低いモータへの冷却液流量より大きくする分配弁である。したがって、走行状態はモータ温度である。その際、モータ温度によって弁を切り替えるサーモ弁を分配弁として用いてもよいし、温度センサの検出結果に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される電磁弁を分配弁として用いてもよい。

冷却液分配機構６のさらに別な好適実施形態は、モータ負荷の高いモータへの冷却液流量を、モータ負荷の低いモータへの冷却液流量より大きくする分配弁である。したがって、走行状態はモータ電流によって算定されるモータ負荷である。この実施形態では、モータ電流の検出結果に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される電磁弁が用いられる。

次に、上述したモータ冷却システムの基本原理を採用した電動作業車両の具体的な実施形態を以下に説明する。この実施形態では、電動作業車両は、作業装置３としてモーアユニットを車体に装備している乗用電動草刈機（以下、単に草刈機と称する）である。したがって、以下モーアユニットに符号３を付与する。図２は、草刈機の側面図である。図３は、草刈機の左モータ４Ｌと右モータ４Ｒと作業用モータ４Ｗが配置されている領域の平面図である。

草刈機は、左右一対の前輪１１と回転駆動される駆動車輪としての左右一対の後輪１２とによって対地支持された車体１０を備えている。車体１０は、ベースフレームとして車体フレーム２０を有しており、車体フレーム２０は左フレーム２１と右フレーム２２とからなる。前輪１１と後輪１２との間で、モーアユニット３がリンク機構１４を介し車体フレーム２０から吊り下げられている。モーアユニット３には、ブレード伝動機構３ａと、このブレード伝動機構３ａによって回転するブレード３ｂとが備えられている。車体１０の機体前後方向中央領域に運転部１６が配置されている。このため、車体１０の機体前後方向中央領域には座席支持体を介して運転座席１６ａが配置されている。

図３に示されているように、車体フレーム２０の後端領域には、左フレーム２１と右フレーム２２との間に、駆動ユニットＤＵが配置されている。この駆動ユニットＤＵは、ケース構造体３０を備えている。ケース構造体３０は平面視で門型形状であり、その左部分である左ケース部３０Ｌと、その右部分である右ケース部３０Ｒ、左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとを接続する中央ケース部３０Ｃとからなる。車体フレーム２０の後方部分はケース構造体３０よりさらに後方延びており、当該後方部分にバッテリパックＢが搭載されている。

中央ケース部３０Ｃは、左の後輪１２を駆動する左モータ４Ｌと右の後輪１２を駆動する右モータ４Ｒとの共通のハウジングとして機能する。この実施形態では、中央ケース部３０Ｃには、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとのウオータジャケットが形成されており、冷却液循環流路７を通じて冷却液が供給される。この実施形態における冷却液回路は、図１を用いて説明した回路と実質的に同じであるので、ここでの説明は省力する。

左モータ４Ｌの動力を左後輪１２Ｌに伝達する左伝動機構４３と左モータ４Ｌの動力を右後輪１２Ｒに伝達する右伝動機構４４とが備えられている。左伝動機構４３は左ケース部３０Ｌに内装され、右伝動機構４４は右ケース部３０Ｒに内装されている。左伝動機構４３及び右伝動機構４４はよく知られた構造であるので、その動力の流れを示す矢印付き線で模式的に示されている。通常、左伝動機構４３及び右伝動機構４４は、ギヤ対やチェーンや伝動軸などを用いて構成される。

左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとは互いに独立して可変速駆動制御される。これにより、左右の後輪１２の両方が同じまたはほぼ同じ速度で前進方向に駆動することで直進前進が作り出され、左右の後輪１２が同じまたはほぼ同じ速度で後進方向に駆動することで直進後進が作り出される。さらに、左右の後輪１２の速度を互いに異ならせることで、車体１０を任意の方向に旋回移動させることができ、例えば、左右の後輪１２のいずれか一方を零速に近い低速にさせ、他方の後輪１２を高速で前進側あるいは後進側に操作することで小回り旋回させることができる。さらに、左右の後輪１２を互いに逆方向に駆動することで、車体１０を左右の後輪１２のほぼ中央部を旋回中心としてスピンターンさせることもできる。左右一対の前輪１１は、キャスタ輪に構成されて縦軸芯周りで向きを自由に変更することができるから、左右の後輪１２の駆動による走行方向に応じて向きが修正されることになる。

左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに対する変速操作は、図２に示されている運転座席１６ａの両側に配置された左右一対の変速レバー１８によって行われる。変速レバー１８を前後中立位置に保持すると停止状態となり、変速レバー１８を中立位置から前方に操作することで前進変速が実現し、後方に操作することで後進変速が実現する。

図４に示すように、中央ケース部３０Ｃと左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとによって囲まれる空間に作業用モータ４Ｗが配置されている。作業用モータ４Ｗからの出力軸と中継軸とを含むＰＴＯ軸３ｃが車体前後方向で前方に延びており、作業用モータ４Ｗからの動力はモーアユニット３のブレード伝動機構３ａを介してブレード３ｂに伝達される。

以下、図面を用いて、冷却液分配機構６のいくつかの実施例を説明する。図４と図５には、第１実施例が示されている。第１実施例では、冷却液分配機構６は振り子型の傾斜応答弁６Ａとして構成されている分配弁である。図５に示すように、傾斜応答弁６Ａは、弁ハウジング６０と、弁ハウジング６０内に形成された弁室６１内に収容された弁体６２と、弁体６２を弁室６１内で移動させる振り子型の傾斜作動機構６３とを備えている。車体１０が左に傾くと、傾斜作動機構６３の作用により弁体６２が第１流路７ａと第３流路７ｃとの間の冷却液の流通を遮断または制限するように移動し、左モータ４Ｌへの冷却液の供給が右モータ４Ｒより大きくなる。車体１０が右に傾くと、傾斜作動機構６３の作用により弁体６２が第１流路７ａと第２流路７ｂとの間の冷却液の流通を遮断または制限するように移動し、右モータ４Ｒへの冷却液の供給が左モータ４Ｌより大きくなる（図５の（ｂ）参照）。図５の（ａ）で示される傾斜応答弁６Ａの中立位置では、左モータ４Ｌへの冷却液の供給と右モータ４Ｒへの冷却液の供給とが実質的に等しくなる。

図６と図７には、冷却液分配機構６の第２実施例が示されている。第２実施例では、冷却液分配機構６は温度応答弁６Ｂが分配弁である。温度応答弁６Ｂはサーモバルブとも呼ばれ、温度に応じて開閉動作する弁である。ここでは、温度応答弁６Ｂは、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとのそれぞれに設けられており、弁モジュール６ＴＶを構成している。各温度応答弁６Ｂは、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとのそれぞれにおいて、モータ熱が大きくなって温度が上昇した場合、その弁体６１０がウオータジャケットを閉鎖するとともバイパスを開放する開放位置から、ウオータジャケットを開放するとともバイパスを閉鎖する閉鎖位置に変位して、ウオータジャケットが開放されるとともにバイパス７０が遮断され、バイパス７０を通過できなくなった冷却液がモータのウオータジャケットに流れ込む（図７の（ａ）参照）。逆に、モータ熱が少なくなって温度が低下した場合、その弁体６１０が閉鎖位置から開放位置に変位して、ウオータジャケットが閉鎖されるとともにバイパス７０が開放され、バイパス７０を流通させることによって、冷却液がバイパス７０に流れ込み、モータのウオータジャケットへの冷却液の供給が遮断される（図７の（ｂ）参照）。このことから、例えば、温度が低いモータへの冷却液の供給が遮断されることにより、モータ温度が上昇したモータへの冷却液の供給が増加する。弁モジュール６ＴＶの一例は、図７に示されている。この弁モジュール６ＴＶは、弁ハウジング６００と、弁ハウジング６００内に形成されたバイパス７０と、バイパス７０を遮断または開放する弁体６１０と、弁体６１０をバイパス７０の遮断位置（図７の（ａ）参照）と開放位置（図７の（ｂ）参照）との間で切り替え変位させる温度応答作動機構６２０を備えている。温度応答作動機構６２０はバイメタルなどの温度変位素子を中核構成部材として備えている。

図８には、冷却液分配機構６の第３実施例が示されている。第３実施例では、冷却液分配機構６はモータ温度の変動を直接的または間接的に検出するセンサ群９からの検出信号に基づいて、制御ユニット５によって制御される一対の電磁制御弁６Ｖとして構成されている。利用される検出信号は、モータ温度、モータ負荷、車体の傾斜などであるが、モータ温度の検出信号が好都合である。制御ユニット５は、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとのモータ温度の温度差を演算し、所定温度差を超えた場合、モータ温度の高い方のモータにより多くの冷却液が供給され、その分だけ少ない冷却液がモータ温度の低い方のモータに供給されるように電磁制御弁６Ｖを制御する。さらに、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒの両方のモータ温度が所定値より低い場合は、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒの両方への冷却液の供給を少なくすることで、ポンプ負荷を低減させることも可能である。

上述した３つの実施例では、作業用モータ４Ｗに対する冷却液の分配は考慮されていなかったが、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとに対して行われた方法と同様に、作業用モータ４Ｗのモータ温度やモータ負荷に応じて、作業用モータ４Ｗへの冷却液の供給を変化させることも可能である。

上述のようなモータ冷却システムを採用したことにより、左モータ４Ｌと右モータ４Ｒとは、車両速度とは無関係に冷却することができる。その際、よりモータ温度が高い方に多くの冷却液が供給されるので、モータの温度仕様に無駄な余裕を持たせる必要がなくなる。また、冷却液の効果的な供給を実現しているので、モータ冷却システムのポンプ７２も最小限の仕様で十分となり、ポンプ７２が小型化される。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、電動草刈機は、モーアユニット３を前輪１１と後輪１２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を前輪１１の前方に配置するフロントモーア型であってもよい。
（２）上述した実施形態では、電動作業車両は電動草刈機であったが、その他の作業車両、田植機、トラクタ、除雪車などであってもよい。

本発明は、左モータによって左後輪が駆動されるとともに、右モータによって右後輪が駆動される、種々の電動作業車両に適用することができる。

３ ：モーアユニット（作業装置）
３ａ ：ブレード伝動機構
３ｂ ：ブレード
３ｃ ：ＰＴＯ軸
１０ ：車体
１１ ：前輪
１１Ｌ ：左前輪
１１Ｒ ：右前輪
１２ ：後輪
１２Ｌ ：左後輪
１２Ｒ ：右後輪
１４ ：リンク機構
２０ ：車体フレーム
４Ｌ ：モータ
４Ｌ ：左モータ
４Ｒ ：右モータ
４Ｗ ：作業用モータ
５ ：制御ユニット
６ ：冷却液分配機構
６Ａ ：傾斜応答弁
６Ｂ ：温度応答弁
６ＴＶ ：弁モジュール
６Ｖ ：電磁制御弁
７ ：冷却液循環流路
７ａ ：第１流路
７ｂ ：第２流路
７ｃ ：第３流路
７ｄ ：第４流路
７ｅ ：第５流路
７ｆ ：第６流路
７ｇ ：第７流路
７０ ：バイパス
７１ ：ラジエータ
７２ ：ポンプ
７３ ：冷却ファン
５０ ：インバータ
６０ ：弁ハウジング
６１ ：弁室
６２ ：弁体
６３ ：作動機構
６００ ：弁ハウジング
６１０ ：弁体
６２０ ：温度応答作動機構
９ ：センサ群
Ｂ ：バッテリパック
ＤＵ ：駆動ユニット
Ｐ１ ：分流点
Ｐ２ ：合流点

Claims (4)

1. 左駆動輪を駆動する左モータと、
   右駆動輪を駆動する右モータと、
   前記左モータと前記右モータとに接続された冷却液循環流路と、
   前記冷却液循環流路に介装されたラジエータ及びポンプと、
   前記ポンプから前記左モータに流れる冷却液流量と前記ポンプから前記右モータに流れる冷却液流量との比率を走行状態に応じて調整する冷却液分配機構と、を備え、
   前記走行状態は走行車体の車体横断方向での傾斜角であり、前記冷却液分配機構は、傾斜下方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量を、傾斜上方に位置する駆動輪を駆動するモータへの冷却液流量より大きくする分配弁である電動作業車両。
2. 前記分配弁は、前記傾斜角が所定角度以内である場合、左右のモータへの冷却液流量を所定流量に保持し、
   前記傾斜角が所定角度超えた場合、前記所定流量より少ない流量を傾斜上方に位置する駆動輪を駆動するモータへ流し、
   前記傾斜角が所定角度超えた場合、前記所定流量より多い流量を傾斜下方に位置する駆動輪を駆動するモータへ流す請求項１に記載の電動作業車両。
3. 左駆動輪を駆動する左モータと、
   右駆動輪を駆動する右モータと、
   前記左モータと前記右モータとに接続された冷却液循環流路と、
   前記冷却液循環流路に介装されたラジエータ及びポンプと、
   前記ポンプから前記左モータに流れる冷却液流量と前記ポンプから前記右モータに流れる冷却液流量との比率を走行状態に応じて調整する冷却液分配機構と、を備え、
   前記走行状態はモータ温度であり、前記冷却液分配機構は、モータ温度の高いモータへの冷却液流量を、モータ温度の低いモータへの冷却液流量より大きくする分配弁であり、
   前記冷却液分配機構は、左冷却液分配機構と右冷却液分配機構とからなり、
   前記左冷却液分配機構は、前記左モータへの冷却液流路と前記左モータからの冷却液流路との間をつなぐ左バイパスと、前記左バイパスを遮断する位置と前記左バイパスを開放する位置とに変位可能な左弁体と、前記左弁体をモータ温度によって変位させる左温度応答作動機構とからなり、
   前記右冷却液分配機構は、前記右モータへの冷却液流路と前記右モータからの冷却液流路との間をつなぐ右バイパスと、前記右バイパスを遮断する位置と前記右バイパスを開放する位置とに変位可能な右弁体と、前記右弁体をモータ温度によって変位させる右温度応答作動機構とからなる電動作業車両。
4. 前記左弁体の前記左バイパスを遮断する位置において前記左モータのウオータジャケットにおける前記冷却液の流通が可能となり、前記左弁体の前記左バイパスを開放する位置において前記左モータのウオータジャケットにおける前記冷却液の流通が不能となり、
   前記右弁体の前記右バイパスを遮断する位置において前記右モータのウオータジャケットにおける前記冷却液の流通が可能となり、前記右弁体の前記右バイパスを開放する位置において前記右モータのウオータジャケットにおける前記冷却液の流通が不能となる請求項３に記載の電動作業車両。

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