JP2011245906A - トラクタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、作業機を装着するトラクタの負荷特性を考慮し、トラクタに搭載しているエンジンと電動モータとを効率的に駆動することを課題とする。
【解決手段】エンジン１の出力軸に動力分割機構８を介してミッションケース２と発電機３を連結し、発電機３で発電した電力をインバータ４を介してバッテリ５と電動モータ６に給電し、電動モータ６の出力軸をミッションケース２に連結し、ミッションケース２から走行装置７を駆動するトラクタにおいて、作業走行時にエンジン１と電動モータ６の駆動力で走行装置７を駆動可能にしたことを特徴とするトラクタとする。また、装着した作業機の駆動をオンオフするＰＴＯ駆動スイッチ９のオンと作業機降下スイッチ１０のオンで作業走行時と判断するようにしたことを特徴とするトラクタとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンと電動モータを駆動源として使用するトラクタに関する。

エンジンと電動モータを駆動源とする走行型農作業機として、特開２００１−３２０８０５号公報に記載の技術が有る。
このハイブリッド走行型農作業機は、エンジンの駆動負荷を吸気管負圧センサや燃料噴射量センサからの信号で検出して、農作業時において駆動負荷に余裕がある場合にその余裕駆動力で発電して蓄電し、非農作業時には蓄電した電力で電動モータを駆動して走行するようにしたものである、と記載されているが、非農作業時であるとの判断は、どのようにして行うか記載されていない。

特開２００１−３２０８０５号公報

ロータリ耕耘機等の対地作業機を装着するトラクタは、作業機使用時に駆動負荷が極端に増大するが、この増大負荷に耐える出力のエンジンを搭載しているので、対地作業機を駆動しない場合にはエンジン出力に充分な余力が有る。

本発明は、対地作業機を装着するトラクタの負荷特性を考慮して搭載するエンジンと電動モータを効率的に駆動することを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、エンジン１の出力軸に動力分割機構８を介してミッションケース２と発電機３を連結し、発電機３で発電した電力をインバータ４を介してバッテリ５と電動モータ６に給電し、電動モータ６の出力軸をミッションケース２に連結し、ミッションケース２から走行装置７を駆動するトラクタにおいて、作業走行時にエンジン１と電動モータ６の駆動力で走行装置７を駆動可能にしたことを特徴とするトラクタとする。

この構成で、走行装置７に最大走行負荷が加わる作業走行時には、エンジン１と電動モータ６の駆動力をミッションケース２に入力する。
請求項２に記載の発明は、装着した作業機の駆動をオンオフするＰＴＯ駆動スイッチ９のオンと作業機降下スイッチ１０のオンで作業走行時と判断するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタとする。

この構成で、ＰＴＯ駆動スイッチ９をオンして作業機降下スイッチ１０をオンして対地作業機を地面に降ろし駆動している状態を使用時と判断して、確実にエンジン１と電動モータ６の駆動力がミッションケース２に入力して走行装置７と対地作業機が最大出力で駆動される。

請求項３に記載の発明は、路上走行判定手段Ｄを設け、該路上走行判定手段Ｄが路上走行と判定することでエンジン１からのミッションケース２への駆動力伝動を断って電動モータ６の駆動力のみをミッションケース２に入力して走行装置７を駆動すべくしたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタとする。

この構成で、路上走行判定手段Ｄで路上走行と判定した路上走行時には、走行負荷が低いので電動モータ６のみの駆動力で走行装置７が駆動される。
請求項４に記載の発明は、変速レバー１１に路上走行スイッチ１２を設け、該路上走行スイッチ１２のオンで路上走行と判定する路上走行判定手段Ｄとしたことを特徴とする請求項３に記載のトラクタとする。

この構成で、路上走行スイッチ１２のオンで、走行負荷が低い路上走行を確実に判定して電動モータ６のみの駆動力で走行装置７が駆動される。
請求項５に記載の発明は、主変速レバー２７と副変速レバー２８を設け、該主変速レバー２７と副変速レバー２８の両方を最高変速位置することで路上走行と判定する路上走行判定手段Ｄとしたことを特徴とする請求項３に記載のトラクタとする。

この構成で、請求項４に記載の路上走行スイッチ１２を設けることなく、走行負荷が低い路上走行を確実に判定して電動モータ６のみの駆動力で走行装置７が駆動される。

請求項１に記載の発明で、エンジン１と電動モータ６の駆動力で最大駆動負荷に耐えるようにしたので、エンジンを出力の大きなものにしなくても負荷の大きな対地作業を行え、エンジン駆動力の余力を効果的に電動モータの出力に変換するので、燃料効率の良いトラクタとなる。

請求項２に記載の発明で、従来技術の負荷検出手段のような不確実な手段でなく、ＰＴＯ駆動スイッチ９のオンと作業機降下スイッチ１０のオンで作業走行時を確実に判断して、比較的小型のエンジン１と電動モータ６で作業走行時の高負荷に耐えて作業を続けられる。

請求項３に記載の発明で、路上走行判定手段Ｄが路上走行を判定した場合に、エンジン１の駆動力を使わずに走行して燃料消費を少なく出来る。
請求項４に記載の発明で、変速レバー１１に設けた路上走行スイッチ１２のオンで路上走行を確実に判定する。

請求項５に記載の発明で、主変速レバー２７と副変速レバー２８の最高速変速位置で路上走行を確実に判定する。

トラクタの全体側面図である。 動力伝動部のブロック図である。 変速レバーの拡大斜視図である。 自動制御のブロック図である。 遊星変速機構の伝動線図である。 遊星変速機構の伝動線図である。 遊星変速機構の伝動線図である。 遊星変速機構の伝動線図である。 変速レバーのレバー溝平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。
図１は、本発明でいうトラクタの全体側面図である。機体前部のボンネット１５内にエンジン１と発電機３とインバータ４とバッテリ５と電動モータ６を搭載し、車体を兼ねるミッションケース２にエンジン２と電動モータ６の動力をミッションケース３内で適宜に変速して、ミッションケース２の前後で左右に突き出した前輪軸１６と後輪軸１７に伝動して前輪１８と後輪１９の両方或は後輪１９のみを駆動し、ミッションケース２の後方へ突き出すＰＴＯ出力軸１３を駆動する構成としている。なお、走行装置７として前輪１８と後輪１９を示しているが、後輪１９に代えてクローラベルトを側面視で三角形に巻き掛けたセミクローラ走行装置としても良い。

機体上にはキャビン２０を載置し、このキャビン２０内に設ける座席２２に座った作業者が中央に立設するステアリングハンドル２１を操作して前輪１８を操向しながら走行する。機体の後方へ突出する昇降リンク２３には、ロータリ耕耘機などの作業機１４を装着し、ミッションケース３から後方へ向かって突出するＰＴＯ出力軸１３で作業機１４を駆動する構成としている。

図２に、ボンネット１５内の駆動機構ブロック図を示している。
エンジン１の出力軸に動力分割機構８を連結し、この動力分割機構８からミッションケース２と発電機３に駆動力を出力する。動力分割機構８は、ギヤ伝動でミッションケース２と発電機３側にエンジン１の駆動力を分割して伝動する。ミッションケース２側と発電機３側の出力部にミッションケース側電磁クラッチ２４と発電機側電磁クラッチ２５をそれぞれ設けて駆動力伝動の断続を行えるようにしている。

ミッションケース２では、前輪軸１６と後輪軸１７に出力して前輪１８と後輪１９を駆動すると共にＰＴＯ駆動スイッチ９のオンでＰＴＯ出力軸１３から作業機１４を駆動し、電動モータ６からミッションケース２に駆動力を入力する。

動力分割機構８から駆動力を受けて発電機３が発生する交流の電力がインバータ４を介して電動モータ６へ給電して駆動したり、バッテリ５に給電して蓄電したりする。
さらに、バッテリ５にはブレーキディスクに生じる発熱や前輪軸１６や後輪軸１７の軸受部に発生する発熱を取り出して電流に変換する熱電モジュール２９からも給電して蓄電する。

なお、図示を省略するが、キャビン２０のルーフに太陽電池パネルを設定し、この太陽電池パネルで発電する電力を交換式バッテリに蓄電し、作業灯や夜間照明やオーディオ等の電源として使用する。ルーフだけでなく、折り畳み式サンバイザやサイドカーテンの外面を太陽電池パネルにすると良い。

さらに、キャビン２０のルーフ上に設ける太陽電池パネルは、折り畳み式にして圃場での作業中に広げて多くの発電が出来るようにすれば良い。
また、キャビン２０内のステップフロアーを照らすフロアーライトを設けて、前哨灯の点灯と同時に点灯したり専用スイッチで転倒したりするようにすれば夜間作業を安全に行える。

図３は、変速レバー２６を示し、この変速レバー２６のグリップ部に路上走行スイッチ１２を設け、親指で押してオンすると路上走行信号を出力する。
なお、この路上走行スイッチ１２は、ステアリングハンドル２１の前側に設けるメータパネルに設けても良い。

さらに、主変速レバー２７と副変速レバー２８を設けた構成で、これらの主変速レバー２７と副変速レバー２８を最高速位置に変速して路上走行するトラクタでは、主変速レバー２７と副変速レバー２８を最高速位置に変速すると路上走行信号を出力するようにする。

路上走行スイッチ１２や主変速レバー２７と副変速レバー２８を最高速位置は路上走行判定手段Ｄであるが、どちらか一方を設ければよい。
図４は、マイコン制御装置３２の制御ブロック図を示し、制御信号の入出力を説明する。

路上走行スイッチ１２をオンするか、主変速レバー２７と副変速レバー２８を最高速変速位置にすると、路上走行信号がマイコン制御装置３２に入力し、路上走行条件での次の制御を開始する。

まず、アクセルペダル３１を踏み込んで始動・加速を開始すると、ミッションケース側電磁クラッチ２４をオンしてエンジン１の駆動力をミッションケース２に伝動すると共に電動モータ６の駆動力をミッションケース２に伝動して走行装置７に強力な駆動力を付与する。

アクセルペダル３１の踏み込みを止めると、ミッション側電磁クラッチ２４と発電機側電磁クラッチ２５をオフにしてエンジン１の駆動力を断ってエンジン１の回転をアイドリング回転或いは停止にして、電動モータ６に駆動信号を送ってミッションケース２に電動モータ６の駆動力を伝動し走行装置７を駆動する。

さらに、ブレーキペダル３０を踏み込むと、電動モータ６の駆動を断って慣性力で電動モータ６が逆回転されて発電し、その電力をバッテリ５に蓄電する。
路上走行スイッチ１２をオフするか、主変速レバー２７と副変速レバー２８を最高速変速位置以外にして路上走行条件を解除すると、次の制御を開始する。

作業機降下スイッチ１０で作業機１４を降下しＰＴＯ駆動スイッチ９でＰＴＯ出力軸１３を駆動すると、発電機側電磁クラッチ２５を切ってエンジン１の出力を全てミッションケース２に出力し、さらに電動モータ６を駆動してミッションケース２への駆動力を補助入力することで高負荷の対地作業を支障なく行える。

作業機１４を上昇させＰＴＯ出力軸１３を止めて圃場内を単に移動している場合には、ミッションケース側電磁クラッチ２４と発電機側電磁クラッチ２５を入れてエンジン１の出力で走行しながら発電機３を駆動してバッテリ５に蓄電する。

図５から図８に示すのは、ハイブリッド遊星変速機構で、電動モータ６の変速で走行駆動軸３７の変速を行える。
図５の構成は、エンジン１のエンジン出力軸３６を遊星変速機構４０のサンギヤ３９の駆動とし遊星ギヤ４１の駆動を電動モータ６のモータ出力軸３５で行い、遊星変速機構４０の変速出力軸３７で走行装置７を駆動しモータ出力軸３５をそのままＰＴＯ駆動軸３８としている。

図６は、電動モータ６を両軸モータとして遊星変速機構４０の出力側に配置している。
図７の構成は、エンジン１のエンジン出力軸３６を遊星変速機構４０の遊星ギヤ４１の駆動としサンギヤ３９の駆動を電動モータ６のモータ出力軸３５で行い、遊星変速機構４０の変速出力軸３７で走行装置７を駆動しエンジン出力軸３６をそのままＰＴＯ駆動軸３８としている。

図８は、図７の構成で、遊星変速機構４０をリングギヤ４２を無くして第二遊星ギヤ４３に噛み合う第二サンギヤ４４を設け、この第二サンギヤ４４の回転を走行駆動軸３７の回転にしている。

図９は、変速レバー１１の変速ガイド溝を示し、変速レバー１１が横方向の自動変速溝４７と前後方向の低速作業速溝４５と高速作業速溝４６を移動可能にしていて、変速レバー１１を自動変速溝４７で左から右に移動すると自動で低速から高速へ変速し、低速作業速溝４５で前方へ移動すると低速の作業速で速度を速め、高速作業速溝４６で前方へ移動すると高速の作業速で速度を速めるようにする。但し、自動変速溝４７で低速作業速溝４５と高速作業速溝４６に移動するには、無断変速の最低速か走行停止で行えるようにして安全を図っている。また、自動変速溝４７出の変速は、アクセルペダルの踏み込みによっても変速できるようにする。

なお、前記した各実施例は、理解を容易にするために、個別または混在させて図示、あるいは説明しているが、これらは夫々種々組合せ可能であり、これらの説明順序・表現等によって、構成・作用等が限定されるものではなく、また、相乗効果を奏する場合も勿論存在する。

１ エンジン
２ ミッションケース
３ 発電機
４ インバータ
５ バッテリ
６ 電動モータ
７ 走行装置
８ 動力分割機構
９ ＰＴＯ駆動スイッチ
１０ 作業機降下スイッチ
１１ 変速レバー
１２ 路上走行スイッチ
Ｄ 路上走行判定手段

Claims (5)

1. エンジン（１）の出力軸に動力分割機構（８）を介してミッションケース（２）と発電機（３）を連結し、発電機（３）で発電した電力をインバータ（４）を介してバッテリ（５）と電動モータ（６）に給電し、電動モータ（６）の出力軸をミッションケース（２）に連結し、ミッションケース（２）から走行装置（７）を駆動するトラクタにおいて、作業走行時にエンジン（１）と電動モータ（６）の駆動力で走行装置（７）を駆動可能にしたことを特徴とするトラクタ。
2. 装着した作業機の駆動をオンオフするＰＴＯ駆動スイッチ（９）のオンと作業機降下スイッチ（１０）のオンで作業走行時と判断するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタ。
3. 路上走行判定手段（Ｄ）を設け、該路上走行判定手段（Ｄ）が路上走行と判定することでエンジン（１）からのミッションケース（２）への駆動力伝動を断って電動モータ（６）の駆動力のみをミッションケース（２）に入力して走行装置（７）を駆動すべくしたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタ。
4. 変速レバー（１１）に路上走行スイッチ（１２）を設け、該路上走行スイッチ（１２）のオンで路上走行と判定する路上走行判定手段（Ｄ）としたことを特徴とする請求項３に記載のトラクタ。
5. 主変速レバー（２７）と副変速レバー（２８）を設け、該主変速レバー（２７）と副変速レバー（２８）の両方を最高変速位置することで路上走行と判定する路上走行判定手段（Ｄ）としたことを特徴とする請求項３に記載のトラクタ。

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