ハイブリッドコンバイン

【課題】エンジンと電動機の２系統の動力源を備え、電動機はエンジンにより駆動されるのではなく、独自のエネルギー源により発電される方式のハイブリッドコンバインを提供すること。
【解決手段】走行フレーム４の下部側に走行装置６を配設し、走行フレーム４上に内燃機関１と圃場の植立穀稈を刈り取る刈取装置１６と刈り取った穀稈を脱穀する脱穀装置１０と脱穀処理した穀粒を選別回収して一時貯留するグレンタンク８と該グレンタンク８に貯留された穀粒を機外へ排出する排穀オーガ９を備え、前記各装置に設けられた駆動系が作動する際のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換装置２９と該変換装置２９で得られた電力を蓄電する蓄電器２４と、該蓄電器２４の蓄電エネルギーを出力する発電機モータ２を設け、該発電機モータ２の出力を内燃機関１により作動させる前記各装置の補助エネルギーとして利用するエンジンアシスト機能を備えたコンバインである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンバイン等の原動力装置に関し、圃場内で刈り取った穀稈を脱穀するコンバイン等において、内燃機関（エンジン）と電動機の２系統の動力源を適宜に駆動させるハイブリッドタイプの原動力装置を備えたコンバインに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、乗用自動車においては、エンジンと電動機の２系統の動力源を搭載し、比較的高速走行等のような高負荷域では燃焼効率が良いため、エンジンによって走行駆動を行うと共にエンジンにより発電機を駆動してバッテリに充電を行い、低速走行等のような低負荷域では燃焼効率が悪いためにエンジンを停止させると共に、バッテリを電源とした電動機により走行駆動を行うよう構成したハイブリッド方式が採用されている。
【０００３】
そして農業機械の分野でもエンジンと電動機をコンバインの走行用の駆動及び／又は作業用の駆動に応じて使い分けるハイブリッドタイプのコンバインの開発研究が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６１１０４号公報
【特許文献２】特開２００４−７３００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献に記載されたコンバインの電動機は、内燃機関（エンジン）の駆動力によって発電を行う方式であり、エンジンから得られる駆動力によりコンバインの全動力が得られものであり、ハイブリッドタイプの原動機とは言い難いものであった。
【０００６】
本発明の課題は、エンジンと電動機の２系統の動力源を備え、しかも電動機はエンジンにより駆動されるのではなく、独自のエネルギー源により発電される方式のハイブリッドコンバインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記課題は次の解決手段で解決される。
請求項１の発明は、走行フレーム（４）の下部側に走行装置（６）を配設し、走行フレーム（４）上に内燃機関（１）と圃場の植立穀稈を刈り取る刈取装置（１６）と刈り取った穀稈を脱穀する脱穀装置（１０）と脱穀処理した穀粒を選別回収して一時貯留するグレンタンク（８）と該グレンタンク（８）に貯留された穀粒を機外へ排出する排穀オーガ（９）を備えたコンバインにおいて、前記各装置に設けられた駆動系が作動する際のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換装置（２９）と該変換装置（２９）で得られた電力を蓄電する蓄電器（２４）と、該蓄電器（２４）の蓄電エネルギーを出力する発電機モータ（２）を設け、該発電機モータ（２）の出力を内燃機関（１）により作動させる前記各装置の補助エネルギーとして利用するエンジンアシスト機能を備えたことを特徴とするハイブリッドコンバインである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、コンバインを構成する各種装置の駆動系の作動時に得られるエネルギーを電気エネルギーに変換して、得られた電気エネルギーを蓄電しておくことで、蓄電エネルギーを内燃機関１により作動させる前記各装置の補助エネルギーとして利用することができ、燃費向上による省エネルギー化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コンバインにおける全体構成を示す側面図である。
【図２】図１のコンバインの排穀オーガ旋回モータの減速時のエネルギーによって発電される電力を用いる発電系の構成図である。
【図３】図１のコンバインの排穀オーガにおける穀粒排出時の圧力を電気エネルギーに変換して発電機モータを駆動させる構成図である。
【図４】図１のコンバインの排藁カッターの藁拡散部での圧力を電気エネルギーに変換して発電機モータを駆動させる構成図である。
【図５】図１のコンバインのナローガイドが未刈側の植立穀稈の流れによる感知圧力変化によって得られるエネルギーを電気エネルギーに変換して発電機モータを駆動させる構成図である。
【図６】図１のコンバインのグレンタンクの底板の上下作動を発電に利用する構造図である。
【図７】図１のコンバインのグレンタンクへの籾の螺旋からの吐き出力により得られるエネルギーを電気エネルギーに変換して発電機モータを駆動させる構成図である。
【図８】図１のコンバインのフィードチェンとその挟扼杆部分の駆動を発電に利用する構造図である。
【図９】図１のコンバインの蓄電器を走行フレーム内に納める構成を示す図である。
【図１０】図１のコンバインの蓄電器を走行フレーム内に納める構成を示す図である。
【図１１】図１のコンバインの蓄電器を走行フレーム内に納める構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例のコンバインについて図面に基づき説明する。
図１はコンバインの全体構成を示すもので、走行フレーム４の下部側に土壌面を走行する左右一対の走行クローラ５を張設した走行装置６を配設すると共に、該走行フレーム４上にフィードチェン７に挟持されて搬送供給される穀稈を脱穀処理する脱穀装置１０と、脱穀処理された穀粒を選別回収して一時貯留するグレンタンク８と、このタンク８に貯留された穀粒を機外へ排出する排穀オーガ９を載置配設し、脱穀装置１０の後端部に排藁処理装置１１を装架構成させる。
なお、コンバインの前進方向に向かって左右方向をそれぞれ左、右とする。
【００１１】
前記脱穀装置１０の前方に、前端側から未刈穀稈を分草する分草体１２と、分草した穀稈を引き起こす引起部１３と、引き起こした穀稈を刈り取る刈刃部１４と、刈り取った穀稈を掻き込むと共に搬送途上において扱深さを調節してフィードチェン７へ引き継ぎを行う供給調節搬送部１５等を有する刈取装置１６を、油圧駆動による刈取昇降シリンダ１７により土壌面に対して昇降自在となるよう該走行フレーム４の前端部へ懸架配設して構成させる。
【００１２】
該刈取装置１６の一側にコンバインの操作制御を行う操作装置１８と、操作のための操作席（図示せず）を設け、この操作席の下方に内燃機関としてのエンジン１（図２（ｃ）参照）と、電動機としての電動と発電の両作用を適宜に行わせるモータダイナモ２（図２）を各々搭載し、後方側にグレンタンク８を配置すると共に、操作装置１８と操作席を覆うキャビン２０を設けて構成させる。
走行装置６、脱穀装置１０、刈取装置１６、操作装置１８、エンジン（内燃機関）１、モータダイナモ（発電機モータ）２及びキャビン２０等によってコンバインの車体を構成させる。
【００１３】
図２には排穀オーガ９の旋回モータ２２の減速時のエネルギーによって発電される電力を用いる発電機モータ２の構成を示す。
排穀オーガ９を旋回ギヤ２３（図２（ｃ））を介して回転させる旋回モータ２２の減速時に生じる慣性力を変換装置２９により電気エネルギーに変換し、さらにこの電気エネルギーを蓄電器２４に蓄電し、該蓄電器２４の電力を用いて発電機モータ２を駆動させるものである。
【００１４】
作業時の負荷によってエンジン１の回転数が定格回転数以下に低下する場合などには、前記蓄電器２４の電力で発電機モータ２を作動させてエンジン１の回転数を定格回転数以上になるようにして燃費の補助と作業効率の向上を図ることができる。
【００１５】
図２（ａ）は前記排穀オーガ９の旋回モータ２２の減速時のエネルギーを変換装置２９で電気エネルギーに変換し、さらにこの電気エネルギーをインバータ２６を介して蓄電器２４に蓄え、必要なときに発電機モータ２を作動させる構成を示す図であり、図２（ｂ）は蓄電器２４に蓄えた電気エネルギーをコントローラ２７によりエンジン負荷に応じてエンジン出力アシスト２５に利用する構成を示す図であり、図２（ｃ）は排穀オーガ９の旋回モータ２２の減速時のエネルギーをインバータ２６を介して、最終的に発電機モータ２を作動させてエンジン１をアシストする構成を説明する図である。
【００１６】
図３には排穀オーガ９の排出口に設けた圧力感知センサ２８（例えば、二枚のセラミックの板を貼り合わせた構造で、穀粒が衝突することで変形し、この変形によって起電力が発生するもの）で穀粒排出時の感知圧力を電気エネルギーに変換する装置（圧力電気変換装置）２９によって電気エネルギーに変換して蓄電器２４に蓄電し、該蓄電器２４の電力を用いて発電機モータ２を駆動させる構成を示す。
【００１７】
この場合も作業時の負荷によってエンジン１の回転数が定格回転数以下に低下する場合などにおいては、前記蓄電器２４の電力で発電機モータ２を作動させてエンジン１の回転数を定格回転数以上になるようにして燃費の補助と作業効率の向上を図ることができる。
【００１８】
図４には図３に示す排穀オーガ９での穀粒排出時の感知圧力を電気エネルギーに変換する装置（圧力電気変換装置）２９と同様に、コンバインで脱穀済みの穀稈（排藁）を排藁処理装置１１に設けたカッター３１で細かく切断して圃場に排出する場合に、カッター３１の藁拡散部での圧力センサ３２による感知圧力を電気エネルギーに変換する装置（圧力電気変換装置）２９を設けておき、該カッター３１の藁拡散部での圧力に基づく電気エネルギーを蓄電器２４に蓄えて、必要な場合はエンジン１の補助エネルギーとして電気エネルギーを使用する構成を示す。
【００１９】
図５にはナローガイド３３に設けた圧力感知センサ３４により、未刈側の植立穀稈の流れによる感知圧力変化によって得られるエネルギーを圧力電気変換装置２９により電気エネルギーに変換し、蓄電器２４に蓄え、必要な場合はエンジン１の補助エネルギーとして電気エネルギーを使用する構成を示す。
【００２０】
図６（ａ）にはハイブリッドシステムの構成を示し、図６（ｂ）のグレンタンク８の底板３６の上下作動を発電に利用する構造を示す例は、エンジン１によって駆動される第１発電機モータ３５を設け、さらにグレンタンク８の底部に籾重量によって回動する底板３６を設け、底板３６の昇降駆動機構を前記底板３６の端部に軸止めしたラック杆３７と、該ラック杆３７に噛み合うピニオンギヤ３９を出力軸に備えた第２発電機モータ４０とを設けて構成されるハイブリッド式の動力発生装置である。
【００２１】
第１発電機モータ３５で発電される電力と、グレンタンク８に籾が充満している時に、底板３６の下降時に第２発電機モータ４０によって発電される電力を蓄電する蓄電器２４を設けておき、作業の負荷によってエンジン回転数が定格回転より低下する場合に、蓄電器２４の電力で第１発電機モータ３５を駆動させてエンジン回転数の低下を抑えるべく、エンジン出力を補助する制御を行う。またグレンタンク８からの籾排出時には残量がわずかになった時点で第２発電機モータ４０で底板３６を引き上げる。このように底板３６の昇降を自在に行うことで、底板面の傾斜角を籾の安息角以下になるようにしていても、グレンタンク８から籾を完全に排出したいときは電気エネルギーを補助動力として底板３６を籾の安息角以上に容易に傾けることが可能なため、グレンタンク８の容量を増大させることができる。
【００２２】
また、刈取作業中にグレンタンク８内に籾を回収する際に、このグレンタンク８内に回収された籾の重量によって、グレンタンク８の底板３６の傾斜角がその表面上の籾の安息角以下になるように下降する。この底板３６の下降時に第２発電機モータ４０がラック杆３７とピニオンギヤ３９の作動により発電を行うことにより、籾の位置エネルギーを回収することが出来る。このエネルギーを電力に変換して負荷増大時にエンジン出力を補助し、燃費と作業能率の向上を図ることができる。また、この発電された電力で穀粒排出装置であるオーガ９を駆動できるので、エンジン１を停止させた状態であっても籾の排出作業が可能となり、燃費の向上と周囲の住環境の保全に寄与し、さらにグレンタンク８の増量効果もある。
【００２３】
図７に示す例は、エンジン１によって駆動される第１発電機モータ３５を設け、さらにグレンタンク８への籾の螺旋からの吐き出力により回動し、吐き出し口高さに籾の上面が来た際に、安息角よりも緩い傾斜角度に籾を均一な高さで充満させるため拡散するファン４７と出力軸４８を備えた第２発電機モータ４０とから構成する。
【００２４】
籾をグレンタンク８内に導入するためにグレンタンク８の側壁面の上部に設けた籾導入口（＝吐き出し口）８ａに出口部が接続する揚穀筒４２の内部には鉛直方向に軸を有する螺旋（図示せず）があり、該螺旋を回動させることで脱穀装置１０からの籾がグレンタンク８内に供給される。籾導入口８ａの高さの近くまでグレンタンク８内で籾が充填されると、グレンタンク８の天井に設けられた拡散ファン４７が作動して積み上がった籾を拡散ファン４７の風でグレンタンク８内に均す。この拡散ファン４７を出力軸４８に備えた第２発電機モータ４０をグレンタンク８に設けておく。
籾吐き出し時に第２発電機モータ４０によって発電された電力を蓄電する蓄電器を設ける。
【００２５】
脱穀装置１０からグレンタンク８への籾回収時に、グレンタンク８内へ投入される籾によって拡散ファン４７を回し、第２発電機モータ４０を作動させて発電を行うことにより、籾の位置エネルギーを回収することが出来る。このエネルギーを電力に変換して負荷増大時にエンジン出力を補助し、燃費と作業能率の向上を図ることができる。また、この発電された電力で穀粒排出装置（オーガ９）を駆動できるので、エンジン１を停止させた状態であっても籾の排出作業が可能となり、燃費の向上と周囲の住環境の保全に寄与し、さらにグレンタンク８の増量効果もある。
【００２６】
刈取装置１６の分草した穀稈を引き起こす引起部１３の引起ラグ（図示せず）に永久磁石を取り付け、該永久磁石の近くに電磁コイルを巻き付けておく。こうして引起ラグが動くたびに永久磁石が同期して電磁コイルに誘導起電力を発生させて、該電力を蓄電する蓄電器を設けておけば、動力源として必要なときに電力を取り出せる。
【００２７】
また、引起部１３の引起ラグに代えて刈取装置１６か脱穀装置１０のフィードチェン７へ穀稈を搬送する際の橋渡しとなる供給調節搬送部１５の挟扼杆４４に永久磁石（図示せず）を取り付け、該永久磁石の近くに電磁コイルを巻き付けておき、挟扼杆４４の動きで電磁コイルに誘導起電力を発生させて、該電力を蓄電する蓄電器を設くことで必要なときに電力を取り出せる。
【００２８】
また、図８には脱穀装置１０の扱室（図示せず）に穀稈を供給するために穀稈を強く挟持するフィードチェン７とその挟扼杆４４部分の側面図を示す。挟扼杆４４の長手方向に直交して該挟扼杆４４をフィードチェン７側に押しつけるためのスプリング４４ｂ付きのロッド４４ａを設けているが、該ロッド４４ａの一部を永久磁石４４ｃ製として、該永久磁石４４ｃ製のロッド４４ａの周りに電磁コイル４５を巻き付けることで、挟扼杆４４の動きで電磁コイル４５に誘導起電力を発生させて、該電力を蓄電する蓄電器（図示せず）を設けることで必要なときに電力を取り出せる構成とする。
【００２９】
さらに脱穀装置１０の後端部に配置している排藁処理部では、脱穀後の穀稈（藁）を細かく切断して排藁とするためのカッタ３１と該カッタ３１で藁を切断する時に藁を挟持するための挟扼杆（図示せず）を設けているが、この挟扼杆の作動する力を電気に変換するために、図示しないが挟扼杆作動用のロッドの周りに電磁コイルを巻き付けることで、挟扼杆の動きで電磁コイルに誘導起電力を発生させて、該電力を蓄電する蓄電器を設けることで必要なときに電力を取り出せる構成とする。
【００３０】
図９に示すように、上記各構成において黒塗部分で示す蓄電器２４を走行フレーム４の角パイプ４ａ内に納まる形状にして走行フレーム４に取り付けた。また、蓄電器２４は大きな重量があるのでコンバイン全体の左右のバランスを考えて、図１０に示すように機体の左側にグレンタンク８が配置されているので、走行フレーム４の右側に蓄電器２４を装着することが望ましい。機種によっては機体の右側にバランスウエイトを取り付けている場合があるので、走行フレーム４の右側に蓄電器２４を装着することにより、バランスウエイトを取り付ける必要がなくなる。
またコンバインの機種によっては機体前後のバランスを考慮して機体後方にある排藁カッタ３１の設置部にバランスウエイトを取り付けている場合がある。そのような機種に対しては、図１１に示すように機体フレーム４の後方部位に蓄電器２４を装着することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明はコンバインに限らず、その他の農業機械に利用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１エンジン２発電機モータ
４走行フレーム５走行クローラ
６走行装置７フィードチェン
８グレンタンク８ａ籾導入口
９排穀オーガ１０脱穀装置
１１排藁処理装置１２分草体
１３引起部１４刈刃部
１５供給調節搬送部１６刈取装置
１７刈取昇降シリンダ１８操作装置
２０キャビン２２旋回モータ
２３旋回ギヤ２４蓄電器
２５エンジン出力アシスト
２６インバータ２７コントローラ
２８圧力感知センサ２９圧力電気変換装置
３１排藁カッター３２圧力センサ
３３ナローガイド３４圧力感知センサ
３５第１発電機モータ３６底板
３７ラック杆３９ピニオンギヤ
４０第２発電機モータ４２揚穀筒
４４挟扼杆４４ａロッド
４４ｂスプリング４４ｃ永久磁石
４５電磁コイル４７ファン
４８出力軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行フレーム（４）の下部側に走行装置（６）を配設し、走行フレーム（４）上に内燃機関（１）と圃場の植立穀稈を刈り取る刈取装置（１６）と刈り取った穀稈を脱穀する脱穀装置（１０）と脱穀処理した穀粒を選別回収して一時貯留するグレンタンク（８）と該グレンタンク（８）に貯留された穀粒を機外へ排出する排穀オーガ（９）を備えたコンバインにおいて、
前記各装置に設けられた駆動系が作動する際のエネルギーを電気エネルギーに変換する変換装置（２９）と該変換装置（２９）で得られた電力を蓄電する蓄電器（２４）と、該蓄電器（２４）の蓄電エネルギーを出力する発電機モータ（２）を設け、該発電機モータ（２）の出力を内燃機関（１）により作動させる前記各装置の補助エネルギーとして利用するエンジンアシスト機能を備えたことを特徴とするハイブリッドコンバイン。

【図１】