特開 2024-96596 電動作業車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024096596

(43)【公開日】2024-07-17

(54)【発明の名称】電動作業車

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/15 20190101AFI20240709BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240709BHJP

   B60L 7/14 20060101ALI20240709BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20240709BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20240709BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

B60L58/15

B60L50/60

B60L7/14

B60L1/00 L

B60K1/04 Z

B60K11/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000177

(22)【出願日】2023-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】伊東 寛和

(72)【発明者】

【氏名】土生 賢太郎

【テーマコード（参考）】

3D038

3D235

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D038AB06

3D235AA14

3D235BB35

3D235BB41

3D235CC12

3D235CC14

3D235FF25

3D235GB16

5H125AA01

5H125AA12

5H125AC12

5H125BA09

5H125BC14

5H125CB03

5H125CD06

5H125EE27

5H125EE30

(57)【要約】

【課題】回生電力を有効活用できるとともに、構成を簡素化することができる電動作業車を提供する。
【解決手段】走行装置と、走行装置を駆動する第一電動モータ２６と、ポンプを駆動する第二電動モータ４０と、第一電動モータ２６に電力を供給するバッテリ２５と、バッテリ２５への充電が必要であるか否かを判断する充電判定部５２と、第一電動モータ２６を制御する制御装置５０と、が備えられ、制御装置５０は、第一電動モータ２６から発生した回生電力を制御する回生制御部５０ｃを備え、充電判定部５２により、バッテリ２５への充電が不要であると判断されたとき、回生制御部５０ｃは、第一電動モータ２６の回生電力を第二電動モータ４０へ供給するように制御する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行装置と、
前記走行装置を駆動する第一電動モータと、
ポンプを駆動する第二電動モータと、
前記第一電動モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリへの充電が必要であるか否かを判断する充電判定部と、
前記第一電動モータを制御する制御装置と、が備えられ、
前記制御装置は、前記第一電動モータから発生した回生電力を制御する回生制御部を備え、
前記充電判定部により、前記バッテリへの充電が不要であると判断されたとき、前記回生制御部は、前記第一電動モータの回生電力を前記第二電動モータへ供給するように制御する電動作業車。

【請求項2】

前記充電判定部は、前記バッテリが満充電であるときに前記バッテリへの充電が不要であると判断する請求項１に記載の電動作業車。

【請求項3】

前記ポンプは、オイルクーラが設けられているオイル循環回路内のオイルを圧送させる油圧ポンプであり、
前記第二電動モータは、前記油圧ポンプを駆動するための電動モータである請求項１に記載の電動作業車。

【請求項4】

前記ポンプは、ラジエータが設けられている冷却水通路内の冷却水を圧送させるウォータポンプであり、
前記第二電動モータは、前記ウォータポンプを駆動するための電動モータである請求項１に記載の電動作業車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動モータから発生した回生電力をバッテリに充電する電動作業車に関する。

【背景技術】

【0002】

上述したような電動作業車は、ブレーキ操作により発生した回生電力は、バッテリの充電電力として使用される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０６５４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような電動作業車においては、例えばバッテリが満充電状態である等、バッテリへの充電が不要であるときには、回生電力によるバッテリへの充電が行われないものがある。回生電力によるバッテリへの充電が行われないとき、回生ブレーキによる減速等の制動制御は行われず、例えば、機械ブレーキを用いた制動制御が行われていた。

【0005】

つまり、従来の電動作業車は、回生ブレーキの機構だけでなく、機械ブレーキの機構を備えるものであり、構成部品が増えてしまうという不都合があった。また、バッテリへの充電が不要であるときには、回生電力によるバッテリへの充電が行われない等、回生電力が有効活用できず、改善の余地があった。

【0006】

そこで本発明は、上記課題に鑑み、回生電力を有効活用できるとともに、構成を簡素化することができる電動作業車を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の電動作業車は、走行装置と、前記走行装置を駆動する第一電動モータと、ポンプを駆動する第二電動モータと、前記第一電動モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリへの充電が必要であるか否かを判断する充電判定部と、前記第一電動モータを制御する制御装置と、が備えられ、前記制御装置は、前記第一電動モータから発生した回生電力を制御する回生制御部を備え、前記充電判定部により、前記バッテリへの充電が不要であると判断されたとき、前記回生制御部は、前記第一電動モータの回生電力を前記第二電動モータへ供給するように制御する。

【0008】

この発明によれば、バッテリへの充電が不要であると判断されるときでも、第二電動モータへ回生電力を供給するため、機械ブレーキを用いることなく、回生ブレーキを用いて、減速等の制動制御を行うことが可能となる。つまり、電動作業車を、機械ブレーキを備えないものとすることが可能となり、機械ブレーキの機構をさらに備えることによる、部品の増加を回避することが可能となることから、電動作業車の構成を簡素化することが可能になる。また、バッテリへの充電が不要であると判断されるときでも、第二電動モータへ回生電力を供給するため、回生電力を有効活用することが可能になる。

【0009】

本発明においては、前記充電判定部は、前記バッテリが満充電であるときに前記バッテリへの充電が不要であると判断すると好適である。

【0010】

この構成によれば、バッテリが満充電であると、回生電力によるバッテリへの充電が不要であると判断され、回生電力によるバッテリへの充電が行われず、第二電動モータへ回生電力を供給することから、バッテリの過充電を防ぐことが可能となる。

【0011】

本発明においては、前記ポンプは、オイルクーラが設けられているオイル循環回路内のオイルを圧送させる油圧ポンプであり、前記第二電動モータは、前記油圧ポンプを駆動するための電動モータであると好適である。

【0012】

この構成によれば、第二電動モータは、比較的大きな駆動力を要する構成となり、回生電力が大きな電力である場合にも、好適に回生電力を第二電動モータの駆動に用いることが可能となる。

【0013】

本発明においては、前記ポンプは、ラジエータが設けられている冷却水通路内の冷却水を圧送させるウォータポンプであり、前記第二電動モータは、前記ウォータポンプを駆動するための電動モータであると好適である。

【0014】

この構成によれば、第二電動モータは、比較的小さな駆動力で駆動する構成となり、回生電力が比較的小さな電力である場合にも、好適に回生電力を第二電動モータの駆動に用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】トラクタの側面図である。

【図2】モータから前輪及び後輪への伝動系を示す概略図である。

【図3】トラクタの電気系統を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

〔トラクタの全体構成〕
図１に示すように、右及び左の前輪１（本発明の「走行装置」に相当）、右及び左の後輪２（本発明の「走行装置」に相当）により、機体３が支持されている。機体３の前部にボンネット４が設けられ、機体３の後部に運転部５が設けられている。運転部５に、前輪１を操向操作する操縦ハンドル６、運転座席７、フロア８及びロプスフレーム９が設けられている。

【0018】

機体３は、右及び左の機体フレーム１０、ミッションケース１１等を有して構成されている。ミッションケース１１は、前ケース１２と後ケース１３とが連結されて構成されている。右及び左の機体フレーム１０が、ミッションケース１１に連結されて、運転部５の下方に前後方向に沿って配置されている。ミッションケース１１が、運転部５の運転座席７の下方に設けられている。

【0019】

前車軸ケース１４が機体フレーム１０の前部に支持され、右及び左の前輪１が前車軸ケース１４に支持されている。右及び左の後輪２が、ミッションケース１１（後ケース１３）に支持されている。

【0020】

トップリンク１５、右及び左のロアリンク１６（リンク機構に相当）が、ミッションケース１１（後ケース１３）の後部に上下に揺動可能に設けられており、ロータリ耕耘装置等の作業装置（図示せず）を、トップリンク１５及びロアリンク１６に連結することができる。

【0021】

右及び左のリフトアーム１７がミッションケース１１（後ケース１３）の後部に設けられ、リフトアーム１７とロアリンク１６とに亘って連係ロッド１８が接続されている。リフトアーム１７が上下に揺動操作されることにより、トップリンク１５及びロアリンク１６が昇降操作されて、作業装置が昇降操作される。

【0022】

〔ボンネット内部の構成〕
ボンネット４の内部における前側部分に、ラジエータ１９が上下方向及び左右方向に沿って設けられている。ラジエータ１９の後方に、ファン装置２０が上下方向及び左右方向に沿って設けられている。

【0023】

ファン装置２０に、前後方向に沿った軸芯周りに回転可能な冷却ファン２０ａと、冷却ファン２０ａを回転駆動する冷却ファン用電動モータ（図示せず）とが設けられており、冷却ファン用電動モータはバッテリ２５の１２Ｖの電力により駆動される。ファン装置２０（冷却ファン２０ａ）は、ラジエータ１９に隣接して設けられている。

【0024】

右及び左の機体フレーム１０の間に、ウォータポンプ２１と、ウォータポンプ２１を駆動するための電動モータであるウォータポンプ用モータ２２とが備えられている。ウォータポンプ２１は、ラジエータ１９が設けられている冷却水通路２３内の冷却水を圧送させる。冷却水は、インバータ２４、ＤＣ－ＤＣコンバータ（図示せず）等を冷却するためものである。なお、ボンネット４の内部における後側部分に、インバータ２４が設けられている。冷却水は、ラジエータ１９を通過することにより冷却される。

【0025】

また、ボンネット４の内部には、バッテリ２５が備えられている。バッテリ２５の下方には、バッテリ２５から電力を供給される走行用モータ２６（本発明の「第一電動モータ」に相当）が備えられている。

【0026】

ファン装置２０とバッテリ２５の前部との間の部分に、オイルクーラ４１が上下方向及び左右方向に沿って設けられている。オイルクーラ４１は、無段変速装置２８の作動油（オイル）や、他の油圧機器（図示せず）の作動油を冷却するためのものである。

【0027】

〔ミッションケースの構成〕
図１及び図２に示すように、静油圧式の無段変速装置２８が、ミッションケース１１の前ケース１２の内部に収容されており、走行用モータ２６の動力が伝動軸２９を介して無段変速装置２８に伝達される。無段変速装置２８は、前進側及び後進側に無段階に変速可能であり、運転部５のフロア８に設けられた変速ペダル（図示せず）により操作される。

【0028】

副変速装置３０、後輪デフ装置３１、前輪変速装置３２が、ミッションケース１１の後ケース１３の内部に収容されている。無段変速装置２８により変速された動力が、副変速装置３０に伝達され、副変速装置３０から後輪デフ装置３１を介して後輪２に伝達される。

【0029】

副変速装置３０と後輪デフ装置３１との間から分岐した動力が、前輪変速装置３２に伝達され、前輪変速装置３２から伝動軸３３を介して、前車軸ケース１４の内部に収容された前輪デフ装置３４に伝達され、前輪デフ装置３４から前輪１に伝達される。

【0030】

図１及び図２に示すように、ＰＴＯ変速装置３５が、ミッションケース１１の後ケース１３の内部に収容されており、ＰＴＯ軸３６が、ミッションケース１１の後ケース１３の後部に設けられている。作業装置がトップリンク１５及びロアリンク１６に連結された場合、ＰＴＯ軸３６と作業装置とに亘って伝動軸（図示せず）が接続される。

【0031】

走行用モータ２６の動力が伝動軸２９を介して無段変速装置２８に伝達される場合、伝動軸２９の動力（無段変速装置２８により変速されない動力）が、ＰＴＯ変速装置３５に伝達され、ＰＴＯ変速装置３５により変速された動力がＰＴＯ軸３６に伝達され、ＰＴＯ軸３６から作業装置に伝達される。

【0032】

図２に示すように、単動型の油圧シリンダ３７が、ミッションケース１１（後ケース１３）の後部の上部に設けられており、油圧シリンダ３７によりリフトアーム１７が昇降操作される。

【0033】

油圧ポンプ３８及び制御弁３９が、ミッションケース１１（後ケース１３）の後部の内部に設けられている。ミッションケース１１（後ケース１３）に貯留される潤滑油が、作動油として油圧ポンプ３８に供給され、油圧ポンプ３８から制御弁３９に供給される。つまり、油圧ポンプ３８は、オイルクーラ４１が設けられているオイル循環回路４２内の作動油を圧送させる。作動油は、オイルクーラ４１を通過することにより冷却される。

【0034】

ポンプモータ４０（本発明の「第二電動モータ」に相当）が、ミッションケース１１（後ケース１３）の後部の上部に設けられており、ポンプモータ４０により油圧ポンプ３８が駆動される。インバータ２４においてバッテリ２５の直流電力が交流電力に変換され、ポンプモータ４０に供給されて、ポンプモータ４０が作動する。

【0035】

制御弁３９から油圧シリンダ３７に対して作動油の給排操作が行われて、油圧シリンダ３７によるリフトアーム１７の昇降操作が行われるのであり、油圧シリンダ３７から排出された作動油が、制御弁３９からミッションケース１１（後ケース１３）に戻される。

【0036】

〔回生機構の構成〕
上述の通り、走行用モータ２６は、ミッションケース１１を介して、右及び左の前輪１と右及び左の後輪２とを駆動する。図３に示すように、走行用モータ２６は、制御装置５０により制御されている。

【0037】

制御装置５０は、入力デバイスとして、回生電力検出部５１、充電判定部５２、及び、ブレーキ操作検出部５３と、出力デバイスとしてインバータ２４と接続している。

【0038】

回生電力検出部５１は、走行用モータ２６における回生電力の発生を検知する。回生電力の検出には種々の方法があるが、インバータ２４の走行モータ給電部２４ａにおける電流の流れをチェックすることで回生電力の発生を検出してもよく、また走行用モータ２６における電流の流れを利用して回生電力の発生を検出してもよい。

【0039】

充電判定部５２は、バッテリ２５の残容量等のバッテリ２５の充電状況に関する情報を検出し、バッテリ２５の残容量の検出結果を基に、バッテリ２５への充電が必要であるか否かを判断する。具体的には、バッテリ２５の出力電圧を検出し、この出力電圧が基準電圧値以下であると判定された場合に、バッテリ２５への充電が不要であると判断する。逆に、出力電圧が基準電圧値を超えていると判定された場合、又は、バッテリ２５が満充電であると判断された場合に、バッテリ２５への充電が不要であると判断する。なお、バッテリ２５の残容量の検出方法として、出力電圧を基に判定する方法に限られるものではなく、例えば、バッテリ２５の電流の積算値に基づいてバッテリ２５の残容量を検出する方法を用いてもよい。

【0040】

ブレーキ操作検出部５３は、運転者によるブレーキペダルＢＰの操作を検出する。詳しくは説明しないが、例えば、ブレーキペダルＢＰの回動を検出するポテンショメータ型のブレーキペダルセンサ等で構成されている。

【0041】

制御装置５０においては、走行制御部５０ａ、作業制御部５０ｂ、回生制御部５０ｃ、入力情報処理部５０ｄなどが、プログラムの実行によって構築されるが、必要に応じて、ハードウエアによって構築してもよい。入力情報処理部５０ｄは、回生電力検出部５１や充電判定部５２やブレーキ操作検出部５３から入力されたセンサ信号を処理して、制御装置５０の内部で利用可能な情報に変換する。

【0042】

走行制御部５０ａは、ブレーキ操作検出部５３を通じてのブレーキペダルＢＰの操作の検出に基づいて、右及び左の前輪１と右及び左の後輪２を制動制御する。つまり、走行制御部５０ａは、ブレーキペダルＢＰの操作の検出に基づいて、インバータ２４の走行モータ給電部２４ａを制御して、走行用モータ２６への電力の供給を停止し、走行用モータ２６による回生制動制御を行う。

【0043】

回生電力検出部５１により回生電力の発生を検出したとき、回生制御部５０ｃにより、バッテリ２５又はポンプモータ４０への回生電力の供給制御が行われる。

【0044】

回生制御部５０ｃは、充電判定部５２での判断を基に、走行用モータ２６からの回生電力の供給を制御する。具体的には、充電判定部５２において、バッテリ２５へ充電が必要であると判断された場合、回生制御部５０ｃは、走行用モータ２６による回生制動制御により発生した回生電力を、バッテリ２５へ供給し、充電する。また、充電判定部５２において、バッテリ２５へ充電が必要でないと判断された場合、回生制御部５０ｃは、インバータ２４の作業用モータ給電部２４ｂを制御して、回生電力をポンプモータ４０へ供給するように制御する。

【0045】

この構成により、バッテリ２５への充電が不要であると判断されるときでも、ポンプモータ４０へ回生電力を供給するため、機械ブレーキを用いることなく、回生ブレーキを用いて、減速等の制動制御を行うことが可能となる。また、バッテリ２５への充電が不要であると判断されるときでも、ポンプモータ４０へ回生電力を供給するため、回生電力を有効活用することが可能になる。

【0046】

〔別実施形態〕
以下、上記実施形態に変更を加えた別実施形態を例示する。

【0047】

（１）上記実施形態では、充電判定部５２は、バッテリ２５が満充電であるときにバッテリ２５への充電が不要であると判断する構成を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、充電判定部５２は、満充電以外の所定の残容量以上であることを検出したときにバッテリ２５への充電が不要であると判断するように構成されていてもよく、また、前回充電時から所定の時間が経過する前であれば、充電が不要であると判断するように構成されていてもよい。

【0048】

（２）上記実施形態では、ポンプモータ４０が作動し、油圧シリンダ３７に対して作動油の給排操作が行われて、油圧シリンダ３７によるリフトアーム１７の昇降操作が行われる構成を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えばトラクタにモーアユニットが設けられている場合、ポンプモータ４０が作動することで、モーアユニットの昇降操作が行われる構成を備えたものであってもよい。

【0049】

（３）上記実施形態では、充電判定部５２において、バッテリ２５へ充電が必要でないと判断された場合、当該回生電力を、ポンプモータ４０へ供給するように制御する構成を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、バッテリ２５へ充電が必要でないと判断された場合、当該回生電力を、ウォータポンプ２１を駆動するためのウォータポンプ用モータ２２へ供給するように制御する構成としてもよい。

【0050】

尚、上記の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、トラクタだけではなく、コンバイン、田植機、建設作業機等の種々の電動作業車に利用可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ ：前輪（走行装置）
２ ：後輪（走行装置）
１９ ：ラジエータ
２１ ：ウォータポンプ
２３ ：冷却水通路
２５ ：バッテリ
２６ ：走行用モータ（第一電動モータ）
３８ ：油圧ポンプ
４０ ：ポンプモータ（第二電動モータ）
４１ ：オイルクーラ
４２ ：オイル循環回路
５０ ：制御装置
５０ｃ ：回生制御部
５２ ：充電判定部

【図1】

【図2】

【図3】