JP5950525B2

JP5950525B2 - 電動農作業車のモータ制御装置

Info

Publication number: JP5950525B2
Application number: JP2011204382A
Authority: JP
Inventors: 松川　雅彦; 雅彦松川; 洋司石田; 昌樹宇山
Original assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP2013063048A

Description

本発明は、電動モータの動力で動作する電動農作業車のモータ制御装置に関する。

近年、農作業車の電動化が提案されている。例えば、特許文献１には、電動モータの動力を車輪及び作業機に伝達するように構成した農作業車（乗用田植機）が示されている。そして、この種の電動農作業車としては、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータと、油圧ポンプを駆動させる油圧ポンプ用電動モータとをそれぞれ別々に備える２モータ方式や、１つの電動モータを動力用電動モータと油圧ポンプ用電動モータとに兼用する１モータ方式が知られている。

特開２００７−１８９９１２号公報

２モータ方式の電動農作業車は、動力用電動モータの停止制御にもとづいて機体走行を停止させた状態であっても、油圧ポンプ用電動モータの駆動を継続することにより、作業機昇降用油圧シリンダを動作させて作業機を任意に昇降できるという利点があるものの、油圧ポンプ用電動モータの駆動によってバッテリの消費が増大するおそれがあった。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、走行機体と、該走行機体に昇降自在に連結される作業機と、該作業機を昇降させる作業機昇降用油圧シリンダと、該作業機昇降用油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動させる油圧ポンプ用電動モータと、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータと、動力用電動モータ及び油圧ポンプ用電動モータの駆動を制御するモータ制御装置と、油圧ポンプから供給される圧油でステアリングハンドル操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置と、ステアリングハンドルのハンドル回転角を検出するハンドルセンサと、を備える電動農作業車において、前記モータ制御装置は、ハンドル回転角として順次大きくなる第一、第二所定角度が設定されたものであり、・作業機が昇降動作固定状態以外であるときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を所定の定格速度にセットし、・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルの操作がないとき又は操作があるときであってハンドル回転角が第一所定角度未満のときには、油圧ポンプ用電動モータの駆動を休止させる一方、・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルが操作されたときであって、ハンドル回転角が第一所定角度以上第二所定角度未満のときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を、定格回転速度以下の回転数までのあいだでハンドル回転角に第一所定ゲインを乗じた値とすることで、ハンドル回転角に応じて増速するよう制御し、・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルが操作されたときであって、ハンドル回転角が第二所定角度以上のときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を、定格回転速度以下の回転数までのあいだでハンドル回転角に第一所定ゲインより大きい第二所定ゲインを乗じた値とすることで、ハンドル回転角に応じて増速するよう制御することを特徴とする電動農作業車のモータ制御装置である。
請求項２の発明は、作業機の昇降動作が固定状態であるか固定状態以外であるかは、作業機操作レバーの操作位置を作業機操作レバーセンサで検出することにより判別されることを特徴とする請求項１記載の電動農作業車のモータ制御装置である。

請求項１の発明によれば、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータと、油圧ポンプを駆動させる油圧ポンプ用電動モータとをそれぞれ別々に備える２モータ方式の電動農作業車でありながら、作業機が昇降動作固定状態のときは、油圧ポンプ用電動モータの駆動を休止させるので、バッテリ消費を抑えることができる。

電動乗用田植機の左側面図である。ボンネットを取り外した走行機体の上部を示す斜視図である。カバー類を取り外した走行機体の上部を示す斜視図である。モータ搭載部を示す斜視図である。モータ搭載部を示す平面図である。ステアリングハンドルやカバー類を取り外したモータ搭載部の平面図である。モータ搭載部の左側面図である。モータ搭載部の右側面図である。ステアリング操作機構の概略構成を示す左側面図である。モータ制御装置の入出力を示すブロック図である。ハンドル回転角とポンプ回転数の関係を示すグラフである。ポンプモータ制御の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は電動乗用田植機（電動農作業車）の走行機体であって、該走行機体１の後部には、昇降リンク機構２を介して植付作業機３が連結されている。植付作業機３は、下降接地状態で植付作業を行うように構成されており、走行機体１と昇降リンク機構２との間に介設される作業機昇降用油圧シリンダ４の伸縮に応じて昇降するようになっている。

走行機体１は、電動モータ５が搭載されるモータ搭載部６、動力用電動モータ５Ａの動力を変速するミッションケース７、オペレータが乗車する操作部８、操舵輪及び駆動輪を兼ねる前輪９、駆動輪である後輪１０などを備える乗用型の四輪車両であり、操作部８には、オペレータが座る運転座席１１、前輪９を操舵するステアリングハンドル１２、走行変速操作を行う主変速レバー１３、植付作業機３の昇降操作や植付クラッチの断続操作を行う作業機操作レバー１４などが設けられている。

図２〜図８に示すように、モータ搭載部６には、２つの電動モータ５Ａ、５Ｂが搭載されている。一方は、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータ５Ａであり、他方は、油圧ポンプ１５を駆動させる油圧ポンプ用電動モータ５Ｂである。そして、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの動力は、伝動ベルト１６を介して油圧ポンプ１５のポンプ軸１５ａに入力され、動力用電動モータ５Ａの動力は、伝動ベルト１７を介してミッションケース７の入力軸７ａに入力される。

尚、図示は省略するが、ミッションケース７内には、入力軸７ａの他に、植付伝動軸、走行伝動軸などの伝動軸が設けられている。動力用電動モータ５Ａから入力軸７ａに入力された動力は、株間変速機構を介して植付伝動軸に伝動されると共に、トルクリミッタ及び植付クラッチを介して、植付伝動軸から植付ＰＴＯ軸に伝動される。そして、植付ＰＴＯ軸から取り出される動力は、ミッションケース７外の伝動機構を経由して植付作業機３に伝動される。

また、動力用電動モータ５Ａから入力軸７ａに入力された動力は、副変速機構を介して走行伝動軸に伝動される。走行伝動軸に伝動された動力は、前輪差動機構を介して左右の前輪駆動軸に伝動されると共に、走行ＰＴＯ軸に伝動される。そして、走行ＰＴＯ軸から取り出される動力は、ミッションケース７外の伝動機構を経由してリヤアクスルケース１８に伝動される。

油圧ポンプ用電動モータ５Ｂにより駆動される油圧ポンプ１５は、前述した作業機昇降用油圧シリンダ４や、油圧式パワーステアリング装置１９に対して圧油供給を行う。作業機昇降用油圧シリンダ４は、作業機操作レバー１４の操作にもとづく油圧バルブの切り換え動作に応じて伸縮するようになっている。例えば、本実施形態の作業機操作レバー１４は、「上昇」、「固定」、「自動昇降（下降）」、「植付」の４つの操作ポジションを有し、「上昇」ポジションでは、作業機昇降用油圧シリンダ４が作業機上昇方向に動作すると共に、植付クラッチが切り状態となり、「固定」ポジションでは、作業機昇降用油圧シリンダ４が停止すると共に、植付クラッチが切り状態となり、「自動昇降（下降）」ポジションでは、作業機昇降用油圧シリンダ４が自動制御状態（感知フロート２０の上下動に応じて自動的に伸縮制御される状態）になると共に、植付クラッチが切り状態となり、「植付」ポジションでは、作業機昇降用油圧シリンダ４が自動制御状態になると共に、植付けクラッチが入り状態となる。

尚、特許請求の範囲に記載した「昇降動作固定状態」とは、油圧ポンプ１５からの圧油供給が停止しても、植付作業機３が現在の昇降位置を維持することができる状態を意味し、本実施形態では、作業機操作レバー１４を「固定」ポジションとした状態がこれに相当する。

図９に示すように、油圧式パワーステアリング装置１９は、例えばトルクジェネレータ１９ａを用いて構成される。トルクジェネレータ１９ａは、ハンドル軸１２ａを介してステアリングハンドル１２から入力される小さなトルクを、油圧により大きなトルクに変換し、このトルクで減速機構２１やピットマンアーム２２を動作させて前輪９の操舵を行うものである。尚、トルクジェネレータ１９ａは、油圧ポンプ１５からの圧油供給が停止した状態であっても、ステアリングハンドル１２による前輪９の操舵を許容するが、この状態では油圧によるアシストが無効になるので、ハンドル操作の操作荷重が増大する。

図１０に示すように、走行機体１にはマイコンなどを用いて構成されるモータ制御装置２３が設けられている。モータ制御装置２３の入力側には、主変速レバー１３の操作位置を検出する主変速レバーセンサ２４、作業機操作レバー１４の操作位置を検出する作業機操作レバーセンサ２５、ステアリングハンドル１２の回転角を検出するハンドルセンサ２６などが接続される一方、モータ制御装置２３の出力側には、動力用電動モータ５Ａや油圧ポンプ用電動モータ５Ｂが接続されている。

モータ制御装置２３は、制御用プログラムとして、主変速レバー１３の操作位置に応じて動力用電動モータ５Ａの駆動を制御する動力モータ制御と、作業機操作レバー１４の操作位置やステアリングハンドル１２の操作に応じて油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を制御するポンプモータ制御を備えている。以下、本発明の特徴であるポンプモータ制御の概要及び具体的な制御手順について説明する。尚、動力モータ制御では、従前と同様の制御を行うので、具体的な制御手順の説明は省略する。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置２３は、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を制御するにあたり、植付作業機３の昇降動作固定状態を検出すると共に、植付作業機３が昇降動作固定状態のときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を休止させる。例えば、作業機操作レバー１４の操作位置が「固定」ポジションであるとき、植付作業機３が昇降動作固定状態であると判断し、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を休止させる。このようにすると、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータ５Ａと、油圧ポンプ１５を駆動させる油圧ポンプ用電動モータ５Ｂとをそれぞれ別々に備える２モータ方式の電動農作業車でありながら、植付作業機３が昇降動作固定状態のときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂが休止するので、バッテリ消費を抑えることが可能になる。

また、モータ制御装置２３は、植付作業機３が昇降動作固定状態であっても、ステアリングハンドル１２が操作されたときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを駆動させる。このようにすると、植付作業機３が昇降動作固定状態のとき油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を休止させるものでありながら、機体旋回時には、油圧式パワーステアリング装置１９によるステアリングハンドル操作のアシストを有効にすることができる。一方、ステアリングハンドル１２が操作されない機体直進時には、油圧式パワーステアリング装置１９によるアシストが無効となってハンドル操作が重くなる可能性があるが、それに伴いフラツキが抑制されて直進性が向上するという利点がある。

また、モータ制御装置２３は、植付作業機３が昇降動作固定状態であっても、ステアリングハンドル１２が操作されたときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを駆動させるにあたり、該油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度をステアリングハンドル１２の切れ角（以下、適宜ハンドル回転角という。）の増加に応じて増速させる。例えば、図１１に示すように、ハンドル回転角θが０゜〜所定の角度θ１までの範囲では、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動休止状態を維持し、ハンドル回転角θが所定の角度θ１〜θ２までの範囲（以下、適宜範囲Ａという。）では、ハンドル回転角θの増加に応じて油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度を緩やかに増速させ、ハンドル回転角θが所定の角度θ２〜θ３までの範囲（以下、適宜範囲Ｂという。）では、ハンドル回転角θの増加に応じて油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度を急激に増速させる。このようにすると、油圧式パワーステアリング装置１９によるステアリングハンドル操作のアシストを適切に実行することができるだけでなく、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度をステアリングハンドル１２の切れ角にかかわらず一気に定格速度まで上昇させる場合に比べてバッテリ消費を抑えることができる。

図１２は、ポンプモータ制御の制御手順を示すフローチャートである。
この図に示すように、ポンプモータ制御では、まず、作業機操作レバー１４の操作位置を判断する（Ｓ１）。ここで、作業機操作レバー１４の操作位置が「固定」ポジション以外の場合は、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの目標駆動速度に所定の定格速度をセットすると共に（Ｓ２）、該目標駆動速度に応じたモータ駆動信号を油圧ポンプ用電動モータ５Ｂに出力する（Ｓ３）。一方、作業機操作レバー１４の操作位置が「固定」ポジションの場合は、ステアリングハンドル１２の操作を判断し（Ｓ４）、ここで、ステアリングハンドル１２の操作がないと判断した場合は（ハンドル操作角θがθ１以下）、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの目標駆動速度に停止速度をセットし（Ｓ５）、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を停止させる（Ｓ３）。一方、ステアリングハンドル１２の操作がありと判断した場合は、ハンドル操作角θの大小を判断し（Ｓ６）、ここで、ハンドル操作角θが小さいと判断した場合は（ハンドル操作角θが範囲Ａに含まれる）、現在のハンドル操作角θに所定のゲインαを乗じた値を目標駆動速度にセットし（Ｓ７）、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを低速で駆動させる（Ｓ３）。また、ハンドル操作角θが大きいと判断した場合は（ハンドル操作角θが範囲Ｂに含まれる）、現在のハンドル操作角θに所定のゲインβ（β＞α）を乗じた値を目標駆動速度にセットし（Ｓ８）、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを中速又は高速で駆動させる（Ｓ３）。

叙述の如く構成された本実施形態によれば、走行機体１と、該走行機体１に昇降自在に連結される植付作業機３と、該植付作業機３を昇降させる作業機昇降用油圧シリンダ４と、該作業機昇降用油圧シリンダ４に圧油を供給する油圧ポンプ１５と、該油圧ポンプ１５を駆動させる油圧ポンプ用電動モータ５Ｂと、走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータ５Ａと、動力用電動モータ５Ａ及び油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を制御するモータ制御装置２３と、を備える電動乗用田植機において、モータ制御装置２３は、植付作業機３の昇降動作固定状態を検出すると共に、植付作業機３が昇降動作固定状態のときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動を休止させるので、バッテリ消費を抑えることができる。

また、油圧ポンプ１５から供給される圧油でステアリングハンドル操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置１９を備え、モータ制御装置２３は、植付作業機３が昇降動作固定状態であっても、ステアリングハンドル１２が操作されたときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを駆動させるので、機体旋回時には、油圧式パワーステアリング装置１９によるステアリングハンドル操作のアシストを有効にすることができる。一方、ステアリングハンドル１２が操作されない機体直進時には、油圧式パワーステアリング装置１９によるアシストが無効となってハンドル操作が重くなる可能性があるが、それに伴いフラツキが抑制されて直進性が向上するという利点がある。

また、モータ制御装置２３は、植付作業機３が昇降動作固定状態であっても、ステアリングハンドル１２が操作されたときは、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂを駆動させるにあたり、該油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度をステアリングハンドル１２の切れ角の増加に応じて増速させるので、油圧式パワーステアリング装置１９によるステアリングハンドル操作のアシストを適切に実行することができるだけでなく、油圧ポンプ用電動モータ５Ｂの駆動速度をステアリングハンドル１２の切れ角にかかわらず一気に定格速度まで上昇させる場合に比べてバッテリ消費を抑えることができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論であって、特許請求の範囲内において適宜変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前記実施形態では、本発明に係る電動農作業車として電動乗用田植機を例示したが、電動乗用田植機以外の電動農作業車（例えば、電動乗用管理機）でも本発明を適用できることができる。

１走行機体
３植付作業機
４作業機昇降用油圧シリンダ
５Ａ動力用電動モータ
５Ｂ油圧ポンプ用電動モータ
１２ステアリングハンドル
１３主変速レバー
１４作業機操作レバー
１５油圧ポンプ
１９油圧式パワーステアリング装置
２３モータ制御装置
２４主変速レバーセンサ
２５作業機操作レバーセンサ
２６ハンドルセンサ

Claims

走行機体と、
該走行機体に昇降自在に連結される作業機と、
該作業機を昇降させる作業機昇降用油圧シリンダと、
該作業機昇降用油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプと、
該油圧ポンプを駆動させる油圧ポンプ用電動モータと、
走行動力及び作業動力を発生させる動力用電動モータと、
動力用電動モータ及び油圧ポンプ用電動モータの駆動を制御するモータ制御装置と、
油圧ポンプから供給される圧油でステアリングハンドル操作をアシストする油圧式パワーステアリング装置と、
ステアリングハンドルのハンドル回転角を検出するハンドルセンサと、を備える電動農作業車において、
前記モータ制御装置は、ハンドル回転角として順次大きくなる第一、第二所定角度が設定されたものであり、
・作業機が昇降動作固定状態以外であるときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を所定の定格速度にセットし、
・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルの操作がないとき又は操作があるときであってハンドル回転角が第一所定角度未満のときには、油圧ポンプ用電動モータの駆動を休止させる一方、
・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルが操作されたときであって、ハンドル回転角が第一所定角度以上第二所定角度未満のときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を、定格回転速度以下の回転数までのあいだでハンドル回転角に第一所定ゲインを乗じた値とすることで、ハンドル回転角に応じて増速するよう制御し、
・作業機が昇降動作固定状態であり、かつステアリングハンドルが操作されたときであって、ハンドル回転角が第二所定角度以上のときには、油圧ポンプ用電動モータの目標駆動速度を、定格回転速度以下の回転数までのあいだでハンドル回転角に第一所定ゲインより大きい第二所定ゲインを乗じた値とすることで、ハンドル回転角に応じて増速するよう制御することを特徴とする電動農作業車のモータ制御装置。
作業機の昇降動作が固定状態であるか固定状態以外であるかは、作業機操作レバーの操作位置を作業機操作レバーセンサで検出することにより判別されることを特徴とする請求項１記載の電動農作業車のモータ制御装置。