電動トラクタ

【課題】作業状態等を的確に把握してエネルギ回収効果の高い電動トラクタを具現しようとする。
【解決手段】機体１に耕耘作業機４１を昇降自在に装着し、バッテリーに接続され後輪出力軸１２に駆動出力する後輪用モータ１０と前輪出力軸２５に駆動出力する前輪用モータ１１を夫々設け、前輪用モータ１１を前輪出力軸２５側からの発電出力を受けて発電状態に切換わる構成とする。前輪用モータ１１の回路に充電器を接続し、前輪出力軸２５側からの発電出力を受けて発電し前記バッテリーを充電する。発電作用により前輪２にブレーキ作用を付与し、耕耘作業機４１のロータリ爪の回転による所謂ダッシングを防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力源としてバッテリと電動モータとを備えた電動トラクタに関する。
【背景技術】
【０００２】

走行用車輪を駆動する走行用電動モータと、作業機駆動用ＰＴＯ軸を駆動するＰＴＯ用電動モータを備えた構成が公知である（特許文献１）。特許文献１には、機体を走行させて作業を行う場合には走行用電動モータとＰＴＯ用電動モータを駆動し、ＰＴＯ用電動モータでＰＴＯ軸を回転させ、走行用電動モータで後輪及び前輪を駆動して機体を走行させる。ところで、引用文献１は、走行系電動モータから車輪へ至る動力伝動系にＰＴＯ系動力を合流させる構成であるため、走行負荷が増大して機体の前進速度が落ちてきた場合にはＰＴＯ電動モータの動力の一部を走行系に合流させ、走行トルクの不足分を補わせることができ、作業内容や圃場の土質条件に応じた効率的な動力伝達が可能とさせる。
【特許文献１】特開２００２−３５６１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】

ところが、機体の後部に耕耘作業機を装着して耕耘作業を行う場合、耕耘作業機を駆動する駆動力で耕耘軸を回転させると耕耘爪が土壌を耕耘する際に生じる回転力が機体を前進側に押す力を生じて、走行車輪はこの押す力に抗して寧ろブレーキ状態となる。したがって、引用文献１の構成に基づく走行トルクの不足を補う構成とすると却って非効率となり易い。
【０００４】
この発明は上記に鑑み、作業状態等を的確に把握してエネルギ回収効果の高い電動トラクタを具現しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は前記課題に鑑み、次のような技術的手段を講じた。
即ち、請求項１の発明では、前後に走行用の車輪２，５を備えた機体１に耕耘作業機４１を昇降自在に装着し、該機体１にはバッテリー４５，６５を備え、該バッテリー４５に接続され後輪出力軸１２に駆動出力する後輪用モータ１０と前輪出力軸２５に駆動出力する前輪用モータ１１を夫々設け、前輪用モータ１１を前輪出力軸２５側からの発電出力を受けて発電状態に切換わる構成とした電動トラクタとする。
請求項２に記載の発明は、前輪用モータ１１の回路に充電器４９を接続することにより、前輪出力軸２５側からの発電出力を受けて発電し前記バッテリー４５，６５を充電する構成とした請求項１に記載の電動トラクタとする。
このように構成し、後輪用モータ１０を起動し適宜に回転駆動される耕耘作業機４１を降下して作業姿勢に接地する。このとき前輪用モータ１１を非駆動状態としておくことにより、前輪２は接地によって回転し、非駆動状態におかれた前輪用モータ１１は発電機に切り替わる。この発電作用により前輪２にブレーキ作用を付与し、耕耘作業機４１のロータリ爪の回転による所謂ダッシングを防止する。そして、前輪用モータ１１の発電作用により充電器４９を介してバッテリー４５，６５を充電する。
請求項３に記載の発明は、発電機能を備えた前記前輪用モータ１１は、耕耘作業機４１を非作業状態とする昇降機構３８に対する上昇指令信号に基づき電力供給による前輪出力軸２５を起動するモータ状態とし、逆に耕耘作業機４１を作業状態とする下降指令信号に基づき前輪出力軸２５側からの発電出力による発電状態に切り換える切換手段４８を構成した請求項１又は請求項２に記載の電動トラクタとする。
このように構成することによって、自動的にモータ状態と発電状態に切り換わる。ダッシングを惹き起こし易い作業状態では発電状態として前輪２をブレーキ状態とする。
請求項４に記載の発明は、発電機能を備えた前記前輪用モータ１１のモータ電流を検出する電流検出手段６１を設け、この電流検出結果に基づき前輪用モータ１１をモータ状態から発電状態に切り換える構成とした請求項１又は請求項２に記載の電動トラクタとする。
電流検出手段６１により、ダッシング現象によって前輪の負荷電流が所定以下に低下することを判定すると、前輪用モータ１１はモータ状態から発電状態に自動的に切り換わる。
請求項５に記載の発明は、後輪用モータ１０によって後部装着の作業機用伝動軸１７を駆動する構成とした請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の電動トラクタとする。このように構成すると、後輪駆動とともに作業機を駆動することとなり、モータを兼用できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記の如く構成したので、以下の効果を奏する。
即ち、請求項１及び請求項２に記載の発明によると、耕耘作業機４１を開始すると、前輪用モータ１１を非駆動状態としておくことにより、前輪２は接地によって回転し、非駆動状態におかれた前輪用モータ１１は発電状態となり、前輪２にブレーキ作用を付与し、耕耘作業機４１のロータリ爪の回転による所謂ダッシングを防止できる。また、前輪用モータ１１の発電作用により充電器４９を介してバッテリー４５を充電できる。
請求項３及び請求項４に記載の発明は、請求項１，２に記載の効果に加え、自動的にモータ状態と発電状態に切り換わるのでオペレータの操作負担を軽減できる。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の効果に加え、後輪駆動とともに作業機を駆動することとなり、モータを兼用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】トラクタの全体側面図
【図２】トラクタの全体平面図
【図３】伝動関係概要図
【図４】制御ブロック図
【図５】制御ブロック図
【図６】バッテリー装着状態を示す側面図（Ａ）、その展開斜視図（Ｂ）、ヒッチ部材斜視図（Ｃ）
【図７】バッテリー装着状態を示す側面図
【図８】フローチャート
【図９】フローチャート
【図１０】フローチャート
【図１１】フローチャート
【図１２】フローチャート
【図１３】フローチャート
【図１４】フローチャート
【図１５】フローチャート
【図１６】フローチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
本実施例の電動トラクタの側面図を図１に、その平面図を図２にそれぞれ示す。
機体１の前部下側に左右一対の前輪２を有したフロントアクスル３をセンタピボット４周りに揺動自在にして支架し、後部下側に左右一対の後輪５を有したリヤアクスルケース６を機体１構成一部の伝動ケース７の左右に夫々支架する。
伝動ケース７内とボンネット８内には夫々後輪用モータ１０、前輪用モータ１１を備えている。
後輪用モータ１０の出力軸１２のピニオンギヤ１３は後輪デフ機構１４のリングギヤを連動し、該出力軸１２の途中から中間ギヤ群１５を介して伝動を分岐しＰＴＯ伝動軸１７を駆動する構成である。さらに、該中間ギヤ１５を介して油圧ポンプ１８を駆動する構成としている。
前記後輪デフ機構１４から左右に後車軸１９を延出し、差動出力はブレーキ機構２０，減速ギヤ機構２１を経て後車輪軸２２を連動する構成としている。
また、前記前輪用モータ１１の出力軸２５のピニオンギヤ２６は、前輪デフ機構２７のリングギヤ２８を駆動する構成である。さらに、フロントアクスル３内に支架された左右の前車軸２９を差動回転駆動する構成としている。前車軸２８と前輪軸３０との間の最終減速部には前輪２を操向可能に縦伝動軸３１を備えている。
機体１を構成する伝動ケース７の後部には一対のロアリンク３５と単一のトップリンク３６とからなる３点リンク機構３７を設け、昇降機構としての油圧式昇降シリンダ機構３８によって昇降連動可能に構成している。すなわち、油圧式昇降シリンダ機構３８のリフトアーム３９とロアリンク３５とをリフトロッド４０で連結しており、昇降シリンダへの圧油の給排により、リフトアーム３９を回動し、３点リンク機構３７はその後部側を昇降連動する。なお、昇降シリンダへの圧油は、操作席３１近傍の昇降レバー３２の操作を往復操作することにより、前記油圧ポンプ１８にて所定の作動油を図外バルブの切換えに基づいて供給又は排出できる構成としている。
３点リンク機構３７の後部には耕耘作業機４１を装着している。該作業機４１はロータリ耕耘爪４２を配設した耕耘軸４３や各種カバー類を備えて、耕耘爪４２は回転によって土壌中に打ち込まれ耕耘する公知の構成である。なお、耕耘軸４３は図例の矢印Ｄ方向に回転し、耕耘爪４２は耕耘作業機４１機体の前側から打ち込まれて後方より耕耘土壌を跳ね上げるように作用する。
なお、前記ＰＴＯ伝動軸１７の後端は伝動ケース７の後部に延出してＰＴＯ取出軸部１７ａを形成し、自在継手軸を介して耕耘作業機４１を駆動できる構成である。
図４又は図５のブロック図において、前記後輪用モータ１０及び前輪用モータ１１は、共にバッテリー４５，６５に電気的に接続され電力供給を受けて後輪用インバータ４６及び前輪用インバータ４７で設定された回転数Ｎｆ，Ｎｒで回転し、後輪５及び前輪２を駆動できる構成としている。なお、後輪用インバータ４６、前輪用インバータ４７への変更入力は、アクセルペダル５１の検出踏込量出力、及び前後進レバー５２の機体前後進切換出力、起動・停止スイッチ５３操作出力等に基づく。
ところで、前記前輪用モータ１１は、出力軸２５側からの駆動によって発電出力する発電機としての機能を併せ有する発電機能型電動機とされ、前輪２の回転を前車軸２９を介して該前輪用モータ１１に伝え、発電原理に基づき発電できる構成としている。詳細には前輪用モータ１１とバッテリー４５との間に切換スイッチ手段４８（切換手段）を設け、一方は前輪用インバータ４７に選択接続され、他方は充電器４９に選択接続される構成である。切換スイッチ手段４８のこれらへの切換は図外手動切換レバーによるほか、後記のように自動制御を行わせてもよい。
なお、回路途中に介在するバッテリーコントローラ５０はバッテリー４５，６５からの電力供給を制御しあるいはバッテリー４５，６５への充電出力を制御するものである。
次いで、バッテリー４５の機体への搭載構成について説明する。従来の農業用トラクタと比較すると、エンジンが不要であり、伝動ケース７内では各種変速機構が不要となるため当該箇所を利用してバッテリー４５を装着することもある。ところが、重量が大であるため次のように構成してもよい。すなわち、機体１の前部又は後部（図例では前部）に平行リンク機構５５を装着し、この平行リンク機構５５にヒッチ部材５６を構成しバッテリー４５を搭載する。具体的には機体１の前部に平行リンク機構５５を上下回動自在に装着し電動伸縮シリンダ５７の伸縮作動によって前側のヒッチ部材５６を平行に上下できる構成である。ヒッチ部材５６にはバッテリー４５の一側に形成する山形凹部４５ｃを係合できる山形凸部５６ｖを形成し、両者を係合すると共にフック形態のロック手段５８をもって前後のずれ動きを規制してバッテリー４５を機体１に装着する構成である。
このように構成すると、重量の大きいバッテリー４５を地面に置き、平行リンク機構５５を降下しヒッチ部材５６の山形凸部５６ｖをバッテリー４５の山形凹部４５ｃに下方側から進入して係合させ、さらに平行リンク機構５５及びヒッチ部材５６を上昇させてバッテリー４５を所定の高さに維持する。この場合、平行リンク機構５５にて平行上下させるものであるから水平姿勢を維持でき、バッテリー４５が鉛蓄電池のように電解液を封入する形態にあっても当該電解液を偏らせることなく機体１に装着できる。なお、平行リンク機構５５の機体１側への装着にあたり、平行リンク機構５５を機体前後方向周りに回動調整できる構成とすると機体の左右傾いた状態で作業を行う場合であっても機体ローリング角度を補正して常時水平を維持できるため一層効果的である。
また、図６に示すように、第２のバッテリー４５Ｘ、第３のバッテリー４５Ｙ…は、前後面に前記ヒッチ部材５６の山形凸部５６ｖや、バッテリー４５の山形凹部４５ｃに相当する山形凹部４５ｃとこれに係合する山形凸部４５ｖを構成してなり、バッテリー４５本数を連続して装着できる構成としている。なお、これら山形凹部と山形凸部との間に、電極端子を備えており、順次接続されるバッテリー４５Ｘ，４５Ｙ…は、第１のバッテリー４５に対して所謂並列接続の構成となっている。
図７の構成は、積層状態に装着するバッテリー４５，４５Ｘ，４５Ｙにおいて、発電機５８を装着できる構成としている。該発電機５８は箱体に構成されたフレーム内に小型エンジンを備え発電回路を組み込む構成とし、出力端子は前記積層状態に接続されるバッテリー４５Ｘ，４５Ｙ…と同様に山形凹部５８ｃを形成している。このためバッテリー４５に形成される山形凸部４５ｖと係合し合う関係に設けられ、機体１への装着することができる。このため作業中、発電機５８を駆動することにより簡易に充電することができる。また、バッテリー４５の一対で機体１から外し、適宜の場所で充電作業を行うことができる。
前記のように構成した電動トラクタで耕耘作業を行う。起動・停止スイッチ５３を「起動」側に操作し、機体１各部を回転しながら圃場内で昇降レバー３２を降下側に操作すると、非作業姿勢にある耕耘作業機４１を圃場面に接地させる。この接地によってロータリ耕耘爪４２の打ち込み作用が継続し、耕耘作業機４１はダッシングしようとし、この作用力によって機体１は所定回転数で作業しようとしても後方から突っ掛けるように耕耘作業機４１は所謂ダッシングしようとし、オペレータは昇降レバー３２の微調整などで対応するが、この耕耘作業開始にあたり、切換スイッチ手段４８を充電器４９に選択接続することにより前輪用モータ１１は前輪２側からの駆動力で発電状態となり発電出力はバッテリー４５の充電に当てられる。この場合、前輪２には駆動力は伝達されないばかりでなく、前輪２への伝動系路を逆に辿って前輪用モータ１１を回転駆動するものであるから、前輪２にブレーキ作用が働いて前記ダッシングを防止し、所期の耕耘作業を実施できる（図８）。
また、圃場の端部に達し旋回動作に入るときには前記切換スイッチ手段４８を前輪用インバータ４７に切換える。これに伴い、前輪用モータ１１にバッテリー４５側からの電力供給を受け前輪２は駆動される。したがって、前輪を駆動することにより小回り旋回に寄与できる。旋回後耕耘作業再開に当たっては、再度切換スイッチ手段４８を充電器４９側に切り換える（図８）。
上記のように構成すると、ダッシングを防止でき、然も不要のエネルギーを回収できる効果がある。
前記の実施例では、切換スイッチ手段４８の切換えを手動操作で行う形態としたが、以下のように自動的に行う構成でもよい。すなわち、昇降レバー３２の上昇操作又は下降操作に基づくものである。昇降レバー３２の移動範囲に上昇側検出センサと下降側検出センサを備え、これらの検出結果に基づき、耕耘作業機４１が上昇されたか、又は下降されたかを判定し、前輪用モータ１１の接続を充電器４９側又は前輪用インバータ４７側に自動切換えする構成である（図９（切換スイッチ自動選択１））。こうすることにより、旋回時に必須の作業機昇降操作に基づいて自動的に切換スイッチの選択が行われオペレータの負担を軽減する。なお、昇降レバー３２が下降側検出センサの位置から上昇側検出センサで検出することに基づいて作業機上昇を判定し、逆の場合に作業機下降を判定できる構成としている。
また、前記昇降シリンダ機構３８のリフトアーム３９に該アーム角を検出するポテンショメータ型の検出器６０を設け、耕耘作業機４１の昇降手段としての昇降シリンダ機構３８に上昇指令信号が出力し、上記検出器６０でリフとアーム３９の検出角θが耕耘作業機４１の非作業位置への上昇を検出すると、すなわち、あらかじめ設定した所定角度αを越えると、前記切換スイッチ手段４８を電力供給により駆動モータとしての機能を有して前輪デフ機構２７のリングギヤ２８を駆動するモータ状態とし、逆に耕耘作業機４１の作業位置への降下を検出すると前輪２及び前車軸２９等を経由した出力軸２５側からの発電出力を受けて発電状態に切り換わる構成である（図１０（切換スイッチ自動選択２））。このように構成すると、上記と同様にオペレータが意識せずとも自動的に選択できるため負担軽減できる。
さらに、以下のように構成することもできる。前輪用モータの電流値Ｉを検出する電流検出器６１を設け、この検出電流値Ｉがあらかじめ設定した設定電流値Ｉｓを越えるか否かに基づき、例えば前輪２の負荷が軽くなって、電流値Ｉが設定電流値Ｉｓ以下になるとダッシングを惹起していると判定し、充電器４９側に切り換える（図１１（切換スイッチ自動選択３））。又は、後輪用モータ１０の検出電流値Ｉｒに対する前輪用モータ１１の検出電流値Ｉｆの比があらかじめ設定した値β以下になるか否かでダッシングを受けているか否かを判定し、充電器４９側に切り換える（図１２（切換スイッチ自動選択４））。いずれの場合もモータ電流の監視により、前輪用モータ１１を電力の供給を受けて出力軸を駆動するモータ状態か、あるいはこの前輪用モータ１１を前輪２側からの駆動力を受ける発電状態かを自動的に切換でき、オペレータの操作負担を軽減する。
ついで、複数のバッテリー４５，４５Ｘ，４５Ｙ…を装着する構成の放電等制御について説明する。図１３のように、トラクタ機体１の外装状態に着脱しうる外付け型のバッテリー４５に対し、トラクタ機体１のボンネット８内に内蔵型のバッテリー６５を設けている。以下、内蔵型バッテリー６５を第１バッテリー６５、外付け型バッテリー４５を第２バッテリー４５と称する。ブロック図（図５）のように、第１，第２バッテリー６５，４５、前・後輪用インバータ４６，４７、充電器４９、バッテリーコントローラ５０を接続する。まず、外付けの第２バッテリー４５を装着する場合には、外付けのため交換可能な第２バッテリー４５から内蔵の第１バッテリー６５に充電可能に構成している。交換可能の第２バッテリー４５から交換の容易でない内蔵型の第１バッテリー６５に充電可能に構成することで内蔵型の第２バッテリー６５を常時満充電状態とすることができ、作業性を向上できる。
また、第１，２のバッテリー４５，６５の放電制御について、バッテリーコントローラ５０は、接続されるバッテリー４５，６５につき、前・後輪用モータ１０，１１への電力供給の順番制御を行う。すなわち、第２バッテリー４５の使用（放電消費）を優先し、この第２バッテリー４５が放電完了すると第１バッテリーからの電力供給を受けるようバッテリーコントローラ５０は順序制御する。これによって、交換可能のバッテリー４５から使用することで内蔵の第２バッテリー６５の使用状況を見て外付けの第１バッテリーの充電時期を明確化できる。
以下の例は、前進から後進、あるいはその逆の操作を行う場合の安全を図る。前後進レバー５２があっても直ちにこれにしたがって前輪用モータ１１や後輪用モータ１０を切り換えることとせず、アクセルペダル５１の踏込量検出センサ６６、前後進レバー５２の前進・後進位置検出スイッチ６７ｆ，６７ｒ等の検出結果に基づき、一定の条件が整うときに適正にモータを正転または逆転に切換るものである。図１３に示すように、前後進レバー５２の操作があったとき、アクセルペダル５１の踏込量検出センサ６６がほぼゼロの状態、つまりオペレータがアクセルペダル５１の踏み込みを解除することを条件に前後進レバー５２で設定した方向に前進用モータ１１、後進用モータ１０を切換作動する（前後進切換制御１）。したがって、前後進レバー５２操作後直ちに逆方向に発進する恐れがなく安全である。また、図１４の例は、車速センサ６８を設け、検出車速が所定低速Ｖｍ以下にならないと前後進レバー５２で設定した方向に発進しない構成として安全を確保する（前後進切換制御２）。なおこれら例では、前輪用モータ１１の発電状態は必ずしも必要ではない。
また図１５は、旋回時前輪・後輪比制御を示し、ハンドル７０操作によって旋回操作を行うが、このとき、前輪切れ角検出手段７１によって旋回角度を検出し、この旋回角に応じたモータ回転となるよう前・後輪用インバータ４６，４７に回転補正出力し、旋回角度毎のあらかじめ設定した前輪・後輪回転比で旋回を行うものである。このように構成すると、小さな旋回半径で旋回動作を行うことができる。
さらに、図１６は、片ブレーキ時前輪増速制御を示し、左・右ブレーキ検出スイッチ７２Ｌ，７２Ｒの検出結果に基づき、所謂片ブレーキ操作を行うときは、前輪用インバータ４７に増速指令信号を出力する構成である。片ブレーキ操作は小回り旋回を行うときに用いられるが、機体１の回転中心が後輪軸線になって前輪と後輪の回転半径が異なり、前輪が却ってブレーキとなる。ところが、上記のように前輪を増速することで小回りを容易に行うことができる。図１５、１６の例も前輪用モータ１１の発電状態は必ずしも必要ではない。
【符号の説明】
【００１０】
１機体
２前輪
５後輪
１０後輪用モータ
１１前輪用モータ
１２出力軸（後輪出力軸）
２５出力軸（前輪出力軸）
３８昇降シリンダ機構（昇降機構）
４１耕耘作業機
４５バッテリー
４８切換スイッチ手段（切換手段）
４９充電機
６１電流検出手段
６５バッテリー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後に走行用の車輪（２，５）を備えた機体（１）に耕耘作業機（４１）を昇降自在に装着し、該機体（１）にはバッテリー（４５，６５）を備え、該バッテリー（４５，６５）に接続され後輪出力軸（１２）に駆動出力する後輪用モータ（１０）と前輪出力軸（２５）に駆動出力する前輪用モータ（１１）を夫々設け、前輪用モータ（１１）を前輪出力軸（２５）側からの発電出力を受けて発電状態に切換わる構成とした電動トラクタ。
【請求項２】
前輪用モータ（１１）の回路に充電器（４９）を接続することにより、前輪出力軸（２５）側からの発電出力を受けて発電し前記バッテリー（４５，６５）を充電する構成とした請求項１に記載の電動トラクタ。
【請求項３】
発電機能を備えた前記前輪用モータ（１１）は、耕耘作業機（４１）を非作業状態とする昇降機構（３８）に対する上昇指令信号に基づき電力供給による前輪出力軸（２５）を起動するモータ状態とし、逆に耕耘作業機（４１）を作業状態とする下降指令信号に基づき前輪出力軸（２５）側からの発電出力による発電状態に切り換える切換手段（４８）を構成した請求項１又は請求項２に記載の電動トラクタ。
【請求項４】
発電機能を備えた前記前輪用モータ（１１）のモータ電流を検出する電流検出手段（６１）を設け、この電流検出結果に基づき前輪用モータ（１１）をモータ状態から発電状態に切り換える構成とした請求項１又は請求項２に記載の電動トラクタ。
【請求項５】
後輪用モータ（１０）によって後部装着の作業機用伝動軸（１７）を駆動する構成とした請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の電動トラクタ。

【図１】