JP2017158516A - 電動作業車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】種々の作業走行の形態に効率的に対応できるバッテリの搭載が可能な電動作業車両の提供。【解決手段】電動作業車両は、複数のバッテリ装着部７に着脱可能に装着されるバッテリパック６並列接続された給電回路８と、バッテリパック６から給電回路８への電気の流れを遮断するバッテリスイッチ９０と、バッテリスイッチ９０を操作するスイッチ操作部５２と、バッテリ装着部７に装着されたバッテリパック６の充電容量を推定する充電容量推定部５３と、少なくとも１つのバッテリパック６からの給電回路８を介しての給電によって駆動する電動モータ４と、電動モータ４から動力伝達される駆動輪とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリパックから給電される電動モータによって作業走行する電動作業車両に関する。
特許文献１及び２には、駆動車輪を駆動する走行用モータと、刈草用のブレードを駆動するブレード用モータと、それぞれのモータに電力を供給する複数のバッテリを備えた自走式乗用電動草刈機が開示されている。この電動草刈機の複数のバッテリは車体後部に平置きにされ、これらのバッテリを上方より覆って保護する保護フレームが車体に固定されている。さらに、保護フレーム及びバッテリは、カウリングによって覆われている。バッテリの交換作業では、複数のバッテリが同時に取り外され、同数の新しいバッテリが取り付けられる。
米国特許出願公開第２０１２／０１８６８８７号明細書 特開２０１１−１７７１０６号公報
上述した電動草刈機では、複数のバッテリを備えることで、長時間の作業走行を可能にしているが、充電量が低下すると、一度に複数のバッテリを交換する必要があり、バッテリ交換作業やバッテリ充電に時間がかかるという問題がある。また、長時間作業走行に適合させた複数のバッテリを搭載しているので、短時間の作業走行には過剰な充電量となるだけでなく、バッテリ重量が負担となる。
このような実情に鑑み、種々の作業走行の形態に効率的に対応できるバッテリの搭載が可能な電動作業車両が要望されている。
本発明による電動作業車両は、複数のバッテリ装着部と、前記バッテリ装着部に着脱可能に装着されるバッテリパックと、前記バッテリ装着部毎に設けられるとともに前記バッテリ装着部に装着されたバッテリパックと電気接続する本体接点と、前記本体接点が並列接続された給電回路と、前記バッテリパックから給電回路への電気の流れを遮断するバッテリスイッチと、前記バッテリスイッチを操作するスイッチ操作部と、前記バッテリ装着部に装着されたバッテリパックの充電容量を推定する充電容量推定部と、少なくとも１つのバッテリパックからの前記給電回路を介しての給電によって駆動する電動モータと、前記電動モータから動力伝達される駆動輪とを備えている。
この構成によれば、バッテリ装着部に装着されたバッテリパックは給電回路に並列に接続されるので、任意の数のバッテリパックをバッテリ装着部に装着することができる。１つだけしかバッテリパックが装着されていなくても、電動モータを駆動することができるので、短時間の作業走行の場合には、車両重量が軽くなり、好都合である。また、複数のバッテリパックを装着している場合にも、バッテリパック毎に、給電回路に対する電気接続をバッテリスイッチによって入り切りすることができるので、バッテリパックの多様な使用が可能となる。例えば、装着された複数のバッテリパックのうちの１つだけを予備バッテリパックとしてそのバッテリスイッチを切りとし、その他のバッテリパックで作業走行する。その他のバッテリパックが充電切れした時には、予備バッテリパックのバッテリスイッチを入りとして、充電可能な場所まで走行することができる。これにより、その他のバッテリパックが充電切れするまで、安心して目一杯の作業走行を行うことができる。
また、複数のバッテリパックをバッテリ装着部に装着し、全てのバッテリパックを同時に使用するのではなく、順番にバッテリパックを使用していくような場合、使用中のバッテリパックの充電容量が基準値より低くなれば、次のバッテリパックに切り替える必要がある。このような切替作業を確実に行うために、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記充電容量が基準値より低いバッテリパックから前記充電容量が基準値より高いバッテリパックに切り替えるように前記スイッチ操作部は自動操作可能なように構成されている。
スイッチ操作部の自動操作機能が付属していない場合や、次に使用するバッテリパックの順番を人為的に任意に選択したい場合は、特定のバッテリパックの充電容量が基準値より低くなったことを把握した段階で、運転者は、対応するバッテリスイッチを操作することになる。このような要望を満足させるために、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記充電容量が基準値より低いバッテリパックを報知する報知デバイスが備えられ、前記スイッチ操作部は手動操作可能なように構成されている。
バッテリスイッチに関する本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バッテリスイッチは前記給電回路に介装されている。この構成では、各バッテリ装着部に装着されるバッテリパックのためのバッテリスイッチを集約することができる。さらに、バッテリスイッチを内装していない分だけ、バッテリパックのコストが安くなる。また、バッテリ装着部とバッテリパックの間に、バッテリスイッチを操作するための制御信号線のコネクタ・ソケットを設ける必要もない。したがって、この構成は、バッテリ装着部の数より多くのバッテリパックが製作される場合に適している。
バッテリスイッチに関する本発明の好適な実施形態の他の１つでは、前記バッテリスイッチは前記バッテリパックに内装されている。この構成では、バッテリスイッチはバッテリパックに内装されているので、バッテリスイッチは、バッテリパックのケースによって、外部環境から保護されるという利点がある。
車両の駆動源となるバッテリは、大きな充電容量が要求されるので、大型化し、重くなる。本発明では、車両に必要な充電容量は、複数のバッテリパックに割り振ることができるので、１つのバッテリパックは比較的軽量となるが、なおその取扱いは容易ではない。特に、バッテリ装着部へのバッテリパックの装着及び同所からの取り外しを人手で行う際には、注意しなければならない。このバッテリパックの装着と取り外しを容易にするため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記バッテリ装着部には、車体外部から直接前記バッテリパックをスライド挿入させるスライド機構が設けられている。この構成では、バッテリ装着部に装着すべきバッテリパックを一旦スライド機構の入口に載せると、あとはスライド機構によって簡単にバッテリ装着部にスライド挿入できる。さらに、ボンネットやカウリングなどを取り外すことなく、バッテリパックを車体外部から直接スライド挿入できる。これにより、バッテリパックの交換作業負担が少なくなる。
電動作業車両に搭載されるバッテリシステムの基本的な構成を説明するための説明図である。 バッテリシステムの簡単化された回路図である。 電動草刈機の基本構成を示す基本構成側面図である。 電動草刈機の側面図である。 電動草刈機の平面図である。 バッテリパック及びバッテリパックから給電される電動モータを示す模式的な平面図である。
本発明に関わ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と図２とを用いて、この電動作業車両に搭載されるバッテリ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バッテリシステムでは、小型化かつ軽量化された持ち運び可能なバッテリパック６が用いられる。この電動作業車両の車体には、バッテリパック６のためのバッテリ装着部７が複数（図１では５つ）設けられている。複数のバッテリパック６は車両バランスに影響を与える重さを持つ。したがって、前輪１１と後輪１２との間に作業装置Ｗを配置させているこの電動作業車両では、バッテリ装着部７は、後輪１２の車軸付近に配置されている。作業装置Ｗが後輪１２の後に配置される電動作業車両では、バッテリ装着部７は、前輪１１の車軸付近や前輪１１の前方、あるいは前輪１１と後輪１２との間に配置される。ただし、車両バランスや配置スペースの関係で、バッテリ装着部７は、この電動作業車両の車体全域に分けて配置してもよい。
バッテリパック６は手持ち可能であり、バッテリ装着部７に着脱可能に装着できる。バッテリ装着部７には、バッテリパック６のバッテリ接点６ａと電気接続される本体接点７ａが設けられている。本体接点７ａは、バッテリパック６からの電力を制御ユニット５に供給する給電回路８に並列接続されている。制御ユニット５は、バッテリパック６から供給された電力を用いて、電動モータ４を駆動するモータ制御部５１が備えられている。各バッテリ装着部７に装着されるバッテリパック６は給電回路８に並列接続されるので、少なくとも１つ以上のバッテリパック６が装着されていれば、電動モータ４の駆動は可能となる。電動モータ４からの動力は、トランスミッション４０を介して、駆動輪である後輪１２に伝達される。
図１と図２で示された例では、バッテリ装着部７に装着されたバッテリパック６の給電機能を停止させるため、バッテリパック６との制御ユニット５との接続を遮断するバッテリスイッチ９０が給電回路８に設けられている。このバッテリスイッチ９０の入り切りを操作するために、制御ユニット５にはスイッチ操作部５２が備えられている。スイッチ操作部５２からのスイッチ切替信号により、バッテリ装着部７に装着されているバッテリパック６のうちの任意のバッテリパック６の給電機能を開始させたり、停止させたりすることが可能である。なお、バッテリスイッチ９０は、バッテリパック６に内装することも可能である。
図２で示された例では、制御ユニット５には、充電容量推定部５３と温度評価部５４とが備えられている。充電容量推定部５３は、バッテリ装着部７に装着されたバッテリパック６の充電容量を推定する。温度評価部５４は、バッテリ装着部７に装着されたバッテリパック６のバッテリ温度を、バッテリパック６に内装された温度センサ９１からの検出信号に基づいて評価する。充電容量推定部５３による充電容量の推定結果や温度評価部５４によるバッテリ温度の評価結果に基づいて、バッテリスイッチ９０の入り切りを制御することができる。例えば、充電容量が基準値より低いバッテリパック６やバッテリ温度が基準値より高いバッテリパック６が検出されると、当該バッテリパック６につながっているバッテリスイッチ９０を切り状態にするように、スイッチ操作部５２に制御指令を与える。充電容量に関しては、充電されない限り改善されることがないので、予備のバッテリパック６がバッテリ装着部７に装着されておれば、当該バッテリスイッチ９０を入り状態するように、スイッチ操作部５２に制御指令を与える。これにより、充電容量が基準値より低いバッテリパック６から満充電のバッテリパック６への切り替えが自動的に行われる。バッテリ温度が基準値より高いバッテリパック６が検出された場合には、しばらくの間、バッテリスイッチ９０を切り状態にして、バッテリ温度が基準値より低くなれば、バッテリスイッチ９０を入り状態にすることで、バッテリパック６の劣化が抑制される。なお、スイッチ操作部５２への制御指令は、手動操作可能なバッテリセレクタ９４を通じて出力できるように構成すれば、バッテリパック６の切り替えが人為的に行うことが可能となる。その際、運転者が充電容量の低いバッテリパック６や高温になったバッテリパック６を把握できるように、充電容量推定部５３の推定結果や温度評価部５４の評価結果を報知する報知デバイス９３が備えられる。この推定結果の報知デバイス９３は、警報ランプのような報知形態でもよいし、充電容量やバッテリ温度が連続的に把握できるスライドバーのような報知形態でもよい。
図１では、模式的にしか示されていないが、バッテリ装着部７には、車体外部から直接バッテリパック６をスライド挿入させるスライド機構１０が設けられている。つまり、スライド機構１０の挿入口が車体外部に露出可能であり、バッテリパック６の先端を挿入口に挿入すると、スライド機構１０によってスムーズにバッテリパック６をバッテリ装着部７に装着することができる。スライド機構１０自体はよく知られた構造であり、ガイドレール構造やガイドローラ構造を採用することができる。
図１及び図２で説明したようなバッテリシステムを採用した電動作業車両の具体的な実施形態の１つを説明する。図３は、電動作業車両の一例である電動草刈機の基本構成を示す基本構成側面図であり、図４は電動草刈機の平面図であり、図５はバッテリパック６と、バッテリパック６から給電される電動モータ４とを示す模式的な平面図である。図３と図４と図５とに示されているように、電動草刈機（以下単に草刈機と称する）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を構成する車体フレーム２を備えている。車体フレーム２は左右一対の前フレーム２１と後フレーム２２とからなる。前輪１１と後輪１２との間で、作業装置Ｗとしてのモーアユニット１３がリンク機構１４を介し前フレーム２１から吊り下げられている。モーアユニット１３には、ブレード伝動機構１３１と、このブレード伝動機構１３１によって回転するブレード１３２が備えられている。車体フレーム２の機体前後方向中央領域に運転部１６が配置されている。この運転部１６において、運転座席１６ａが、車体フレーム２に座席支持体を介して配置されている。
図６に示されているように、前フレーム２１の後端領域には、左右の前フレーム２１の間に、駆動ユニット３が配置されている。この駆動ユニット３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。左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとは、それぞれ中央ケース部３０Ｃから後方に延びている。左ケース部３０Ｌの端部領域は左後車軸４１を支持する後輪車軸受け部が形成され、右ケース部３０Ｒの端部領域は右後車軸４２を支持する後輪車軸受け部が形成されている。ケース構造体３０は左右の前フレーム２１と連結されており、車体フレーム２のクロスビームの１つとして機能している。後フレーム２２はケース構造体３０及び前フレーム２１とから延びており、載置面２２Ｓを規定しており、この載置面２２Ｓに、複数のバッテリパック６を装着することができるバッテリボックスＢＢが配置されている。
駆動輪を駆動する電動モータ４は、この実施形態では、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とからなる。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。トランスミッション４Ｔは、左モータ４Ｌの動力を左後車軸４１に伝達する左伝動機構４３と左モータ４Ｌの動力を右後車軸４２に伝達する右伝動機構４４とを備えている。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。図６では、点線で囲まれたボックスとして模式的に示されているだけであるが、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とは独立に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、車体フレーム２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、車体フレーム２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４及び図５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無段変速装置が中立停止状態となり、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。
運転部１６の後部にはロプス（ＲＯＰＳ）装置１７が設けられている。ロプス装置１７はＵ字状のアーチ部材であり、左右の自由端領域が、後フレーム２２と左ケース部３０Ｌと右ケース部３０Ｒとに連結している。
図６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装置Ｗとしてのモーアユニット１３に動力を与える作業用モータ４Ｗが配置されている。作業用モータ４Ｗは出力軸が車体前後方向で前方に延びており、中継軸１３０を介してモーアユニット１３のブレード伝動機構１３１に動力が伝達される。
次にバッテリボックスＢＢについて説明する。バッテリボックスＢＢは、機体フレームに取り付けられたケース６０を備えており、ケース６０の内部空間は、循環ファン６９などが備えられた機器収容室Ｓ２と、複数のバッテリ装着部７を備えたバッテリ収容室Ｓ１とに分けられている。機器収容室Ｓ２はバッテリ収容室Ｓ１の上方に位置する。ケース６０の内部空間は実質的には閉鎖されており、循環ファンによって空気循環が行われる。この実施形態では、バッテリ装着部７は、鉛直方向（上下方向）に５段で設けられており、扁平な直方体形状のバッテリパック６を５つ装着することができる。各段の一方側には、バッテリ装着部７を構成するコネクタ７０の車体側構成要素であるレセプタル７１が固定されている。バッテリパック６の一方の端面には、コネクタ７０のバッテリ側構成要素であるプラグ７２が設けられている。バッテリパック６の他方の端面には、取っ手が設けられている。各段の他方側には、蓋６１によって閉鎖することができる挿入口６２が形成されている。さらに、各段にはスライド機構１０としてスライドレールが設けられている。バッテリパック６を挿入口６２に差し込んで、スライドレールを用いて奥にスライド移動させることで、レセプタル７１とプラグ７２とが連結される。レセプタル７１は本体接点７ａとして機能し、プラグ７２はバッテリ接点６ａとして機能する。
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、５つのバッテリ装着部７が上下方向に配置されており、最大５つのバッテリパック６を５段で収納することができるが、それ以外の個数、段数を採用してもよい。また、バッテリボックスＢＢにバッテリパック６を一括収納するのではなく、バッテリ装着部７及びバッテリパック６を車体の異なる場所に分散する構成を採用してもよい。
（２）上述した実施形態では、バッテリボックスＢＢ内の空気を循環させるために循環ファン６９が配置されていたが、このような循環ファン６９をなくして、ダクトやルーバを用いて、外気を導入する構成を採用してもよい。
（３）上述した実施形態では、バッテリパック６を備えた電動作業車両として草刈機が取り上げられたが、田植機やコンバインやトラクタなどの農作業機、バックホウやバケットローダなどの建機なども本発明の適用対象である。
本発明は、バッテリによって駆動する電動作業車両に適用することができる。
４ ：電動モータ
５ ：制御ユニット
５１ ：モータ制御部
５２ ：スイッチ操作部
５３ ：充電容量推定部
５４ ：温度評価部
６ ：バッテリパック
６ａ ：バッテリ接点
６０ ：ケース
６２ ：挿入口
７ ：バッテリ装着部
７ａ ：本体接点
７０ ：コネクタ
７１ ：レセプタル
７２ ：プラグ
８ ：給電回路
９０ ：バッテリスイッチ
９１ ：温度センサ
９４ ：バッテリセレクタ
１０ ：スライド機構
Ｗ ：作業装置

Claims (6)

  1. 複数のバッテリ装着部と、
    前記バッテリ装着部に着脱可能に装着されるバッテリパックと、
    前記バッテリ装着部毎に設けられるとともに前記バッテリ装着部に装着された前記バッテリパックと電気接続する本体接点と、
    前記本体接点が並列接続された給電回路と、
    前記バッテリパックから給電回路への電気の流れを遮断するバッテリスイッチと、
    前記バッテリスイッチを操作するスイッチ操作部と、
    前記バッテリ装着部に装着された前記バッテリパックの充電容量を推定する充電容量推定部と、
    少なくとも１つの前記バッテリパックからの前記給電回路を介しての給電によって駆動する電動モータと、
    前記電動モータから動力伝達される駆動輪と、
    を備えた電動作業車両。
  2. 前記充電容量が基準値より低いバッテリパックから前記充電容量が基準値より高いバッテリパックに切り替えるように前記スイッチ操作部は自動操作可能である請求項１に記載の電動作業車両。
  3. 前記充電容量が基準値より低いバッテリパックを報知する報知デバイスが備えられ、前記スイッチ操作部は手動操作可能である請求項１または２に記載の電動作業車両。
  4. 前記バッテリスイッチは前記給電回路に介装されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電動作業車両。
  5. 前記バッテリスイッチは前記バッテリパックに内装されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電動作業車両。
  6. 前記バッテリ装着部には、車体外部から直接前記バッテリパックをスライド挿入させるスライド機構が設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の電動作業車両。
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