作業車両の車軸駆動装置
【課題】芝刈機等の作業車両では、車軸駆動装置に複数の電動発電機を備える場合、軸構造が複雑となって組立性等が低下したり、走行負荷が大きいと高トルク低回転数域での発進時のトルク不足等のために良好な走行性能が得られない、という問題があった。
【解決手段】電動発電機は第一電動発電機２４と第二電動発電機２５より構成し、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５は単一の共通ロータ軸４１を備えると共に、該共通ロータ軸４１のロータ２４ｂ・２５ｂに対して、前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａと第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａを前記コントローラ２０により独立制御可能に対向配置し、該第二ステータ２５ａの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機２４からのトルクに第二電動発電機２５からのトルクを加算した出力トルクＴを、走行負荷Ｌの大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有する。
【解決手段】電動発電機は第一電動発電機２４と第二電動発電機２５より構成し、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５は単一の共通ロータ軸４１を備えると共に、該共通ロータ軸４１のロータ２４ｂ・２５ｂに対して、前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａと第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａを前記コントローラ２０により独立制御可能に対向配置し、該第二ステータ２５ａの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機２４からのトルクに第二電動発電機２５からのトルクを加算した出力トルクＴを、走行負荷Ｌの大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車軸を駆動するために複数の電動発電機を備えた作業車両の車軸駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、乗用芝刈機等の作業車両においては、該作業車両の車軸駆動装置に、電動機動作と発電機動作が可逆的に可能で電動機と発電機を兼用できる電動発電機を複数収容し、該複数の電動発電機を制御することにより、種々のモードの駆動や制動を可能とする電動駆動技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。該電動駆動技術においては、車軸駆動装置内に第一電動発電機と第二電動発電機を設け、第一電動発電機の第一ロータと第二電動発電機の第二ロータとの間を、弾性体等の連結部材によって結合した上で、該第一ロータと第二ロータにそれぞれ対向配置された各ステータに電力を供給することにより、第一ロータと第二ロータを一体的に回転し、両電動発電機からのトルクを加算した出力トルクによって車軸を駆動できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この従来の電動駆動技術では、第二ステータを制動用摩擦板として軸心方向に移動可能とすべく、第二ロータの回転筒の内部に第一ロータの回転軸を内挿した多重軸が形成されているため、軸構造が複雑となって組立性、メンテナンス性が低下し、部品点数が増えて部品コストも増加する、という問題があった。
更に、前記出力トルクは、駆動輪が走行中に接地面から受ける抵抗である走行負荷の大小に関係なく制御されるため、作業車両の車軸駆動装置に搭載されるような小型小出力の電動発電機では、走行負荷が大きい場合に、発進時等の高トルク低回転数域でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域で回転数が不足して車体速度上限が低下したりして、良好な走行性能が得られない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するものである。
請求項２においては、前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えるものである。
請求項３においては、前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとするものである。
請求項４においては、前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とするものである。
請求項５においては、アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるものである。
請求項６においては、アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるものである。
請求項７においては、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるものである。
請求項８においては、前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設するものである。
請求項９においては、前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するものである。
請求項１０においては、前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定するものである。
請求項１１においては、前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けるものである。
請求項１２においては、前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とするものである。
請求項１３においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けるものである。
請求項１４においては、前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成するものである。
請求項１５においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けるものである。
請求項１６においては、前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させるものである。
請求項１７においては、前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えるものである。
請求項１８においては、前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するので、多重軸等の複雑な軸を省略することができ、軸構造を単純にして組立性、メンテナンス性が向上すると共に、部品点数が減少して部品コストの低減を図ることができる。更に、作業車両の車軸駆動装置に搭載されるような小型小出力の電動発電機であって走行負荷が大きい場合であっても、該走行負荷に応じて第二ステータを稼働状態にしてトルクを加算し、前記出力トルクを大きく増加させることができ、発進時等の高トルク低回転数域でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域で回転数が不足して車体速度上限が低下するのを確実に防止することができ、良好な走行性能を得ることができる。
請求項２においては、前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えるので、例えば、走行負荷が全般的に小さい場合は手動操作モードで単独稼働状態に設定し、走行負荷が全般的に大きい場合は手動操作モードで同時稼働状態に設定し、走行負荷が大きく変動するような場合は自動操作モードに設定するようにして、作業内容、接地面状態、車両運転者の熟練度等の諸条件に合わせて、各ステータの稼働状態をきめ細かく変更することができ、ステータの無駄な稼働時間を短縮して節電したり、各部品の損耗を軽減して部品寿命を延ばすことにより、ランニングコストの低減を図ることができる。
請求項３においては、前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとするので、駆動輪が接地面から受ける走行負荷を駆動輪近くで直接的に検知して把握することができ、前記第二ステータの稼働状態をより精度良く切り替えることにより、高トルク低回転数域でのトルク不足や低トルク高回転数域での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
請求項４においては、前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とするので、駆動輪が接地面から受ける走行負荷を、光学センサ等で検知した作業車両の車体速度と駆動輪の車輪速度から算出するだけで把握することができ、前記第二ステータの稼働状態をより高速に切り替えることにより、高トルク低回転数域でのトルク不足や低トルク高回転数域での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
請求項５においては、アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、走行負荷が小さくて稼働状態にない第二ステータからの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項６においては、アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、旋回操作量が小さくて稼働状態にない第二ステータからの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項７においては、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるので、非アクセル操作時に、稼働状態にないステータのうちの少なくとも一方からの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項８においては、前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設するので、前記アキシャルエアギャップ構造によって、ロータの永久磁石とステータの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大して出力の向上を図ることができる。更に、ステータを、該ステータの長手方向が共通ロータ軸の半径方向に沿うように配置し、電動発電機の軸心方向の厚みを薄くして、車軸駆動装置の軸心方向の長さを短くすることができる。加えて、両側面に永久磁石を設けた共通ロータ部は、第一ステータと第二ステータの両ステータの両磁極からの作用を同時に受けることができ、その分だけ磁石磁束量が増大して電動発電機の出力を更に向上させることができる。
請求項９においては、前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するので、ロータの永久磁石とステータの磁極との対向面積を大きく確保して電動発電機の小型化・軽量化が容易なアキシャルエアギャップ構造の部分と、共通ロータ軸のたわみや軸振動が小さく大型化が容易なラジアルエアギャップ構造の部分を、電動発電機仕様に合わせて自在に組み合わせることができ、汎用性・拡張性の高い電動発電機を得ることができる。
請求項１０においては、前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定するので、補助的な第二電動発電機の小型化・軽量化を図ることができ、車軸駆動装置も小型化・軽量化することができる。
請求項１１においては、前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けるので、車軸毎に適正な電動機動作・発電機動作を行うことができ、走行性能・電力回生効率の向上を図ることができる。
請求項１２においては、前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とするので、車輪と作業車両本体との間における車軸駆動装置の伸縮長を短縮することができ、作業車両の左右方向の小型化を図ることができる。
請求項１３においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けるので、共通ロータ軸と直結するようにして減速装置を設けることができ、共通ロータ軸から減速装置までの複雑な減速リンク機構が不要となり、該減速リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１４においては、前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成するので、減速装置を前記第一電動発電機・第二電動発電機と同じケース内に収容することができ、減速装置収容のためのケースが不要となり、車軸駆動装置の小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１５においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けるので、共通ロータ軸と直結するようにして制動装置を設けることができ、共通ロータ軸から制動装置までの複雑な制動リンク機構が不要となり、該制動リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１６においては、前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させるので、該摺動部を別途設ける必要がなくなり、部品点数を低減させることができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上を更に進めることができる。
請求項１７においては、前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えるので、該第一電動発電機と第二電動発電機への供給電力の制御のみによる変速に比べて変速比が大きくとれ、作業内容、接地面状態等の諸条件に合わせて車体速度をきめ細かく変更することができ、走行性能を向上させることができる。
請求項１８においては、前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えるので、左右の各駆動輪に常に等しいトルクを加えながら異なった回転速度を付与することができ、旋回や曲進が容易となり、走行性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係わる車軸駆動装置３を搭載した作業車両の全体平面図である。
【図２】車軸駆動ケースの支持構造を示す車軸駆動装置周囲の側面図である。
【図３】車軸駆動装置３の背面断面図である。
【図４】トルク制御システムのブロック図である。
【図５】トルク制御構成を示す出力トルクと車体速度の関係曲線図である。
【図６】トルク制御構成を示すフローチャートである。
【図７】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ａの背面断面図である。
【図８】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ｂの模式図である。
【図９】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ｃの模式図である。
【図１０】車軸駆動装置３の別形態である車軸駆動装置４を搭載した作業車両の全体平面図である。
【図１１】車軸駆動装置４の背面断面図である。
【図１２】同じく拡大背面断面図である。
【図１３】車軸駆動装置４の別形態を示す車軸駆動装置４Ａの背面断面図である。
【図１４】同じく拡大背面断面図である。
【図１５】車軸駆動装置３の別形態である車軸駆動装置５の平面断面図である。
【図１６】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ａの模式図である。
【図１７】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｂの模式図である。
【図１８】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｃの模式図である。
【図１９】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｄの模式図である。
【図２０】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｅの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
なお、以下の説明では、図１の矢印２で示す方向を作業車両１の前方、矢印２８で示す方向を右方として、各部材の名称や位置関係を説明するものである。
【０００９】
まず、本発明に関わる車軸駆動装置を左右に搭載した作業車両１の全体構成について、図１乃至図４により説明する。
該作業車両１は、乗用芝刈機であって、その前後方向に車体フレーム７が延設され、該車体フレーム７前端の左右端部には、前輪としてのキャスタ輪８・８が支持されると共に、前記車体フレーム７の前後途中部の下方には、図示せぬ回転刃等を内装するモアユニット９が配置され、該モアユニット９の後方の前記車体フレーム７上に、本体カバー１０が搭載されている。
【００１０】
該本体カバー１０内において、前記車体フレーム７の左右両側板７ａ・７ａ間には、エンジン１１、該エンジン１１によって駆動されて発電する発電機１２、及び該発電機１２からの余剰電力や後述する回生電力を蓄えるためのバッテリ１３が配設され、このうちのエンジン１１には、ラジエータ１１ａや、該ラジエータ１１ａを冷却するためのラジエータファン１１ｂ等が付設されている。
【００１１】
また、前記左右両側板７ａ・７ａには、本発明に関わる左右の両車軸駆動装置３・３が、後述するようにしてそれぞれ固定されている。該車軸駆動装置３には車軸１５が設けられ、該車軸１５の外端にはハブ１４が固設されており、該ハブ１４が、後輪としての駆動輪６のリム６ｂ内に配置されている。そして、該駆動輪６は、タイヤ６ａ、該タイヤ６ａ内周部に取り付けた環状の前記リム６ｂ、及び該リム６ｂの円形開口内に固設されているホイル６ｃより構成されており、該ホイル６ｃに前記ハブ１４をボルト１６で締結することにより、各駆動輪６を車軸１５に連結して各車軸駆動装置３によって独立駆動できるようにしている。
【００１２】
ここで、前記車軸駆動装置３の車軸駆動ケース３０の構成と支持構造について説明する。なお、左右の車軸駆動装置３・３は互いに略同一構造であるため、以下の説明では、右側の車軸駆動装置３、すなわち図１では前記矢印２に近い方の車軸駆動装置３についてのみ説明し、左側の車軸駆動装置３についての説明は省略する。
【００１３】
前記車軸駆動ケース３０は、左から順に、制動ケース部材３１、内側カバー部材３２、電動発電ケース部材３３、減速ギアケース部材３４、車軸ケース部材３５、及び外側カバー部材３６を、前記車軸１５の軸心方向に沿って配設し、接合することにより構成される。このうちの電動発電ケース部材３３の外周部の軸心方向途中には段差面３３ａが形成されており、前記電動発電ケース部材３３、減速ギアケース部材３４、車軸ケース部材３５に対して、前記段差面３３ａから軸心方向にボルト３７を螺入し、該ボルト３７によって前記ケース部材３３・３４・３５が締結されている。
【００１４】
そして、前記車軸ケース部材３５の内側外周部と減速ギアケース部材３４の外側面によって形成された小段差部３４ａに、前記車体フレーム７の側板７ａの内側面が当接するようにして、車軸駆動ケース３０が側板７ａに固定されている。
【００１５】
該側板７ａには、図２に示すように、下方に開いた側面視Ｕ字状の支持切欠き７ｂが形成されており、該支持切欠き７ｂの奥半部７ｃに前記減速ギアケース部材３４の小段差部３４ａを当接した上で、該減速ギアケース部材３４外周部の図示せぬフランジ部分を複数のボルト３８で前記側板７ａに締結固定することにより、車軸駆動ケース３０を側板７ａに固定できるようにしている。更に、前記支持切欠き７ｂの開口部７ｄを閉塞するように、補強板３９が前後方向に橋架されてボルト７８によって側板７ａに締結固定され、該補強板３９の上辺が、前記車軸駆動ケース３０の下側の小段差部３４ａに当接されており、車軸駆動ケース３０を、より確実に側板７ａに固定することができる。
【００１６】
すなわち、このように、前記側板７ａに一方に開いた支持切欠き７ｂをに設け、該支持切欠き７ｂによって前記車軸駆動ケース３０を支持する支持構造としたので、側板７ａ内に独立した支持孔を形成する場合に比べて加工が容易となり、作業車両１の製造コストの低減を図ることができると共に、必要に応じて、前記支持切欠き７ｂの開口部７ｄを閉塞する補強板３９等の補強部材を設け、該補強板３９によって前記車軸駆動ケース３０を一方から押圧支持することにより、更に支持強度を高めることができ、作業車両１の適用範囲を拡大することができる。
【００１７】
また、前記各車軸駆動装置３内には、電動発電機１８が設けられており、該電動発電機１８には前記バッテリ１３からの電力が供給される。この供給電力は、前記発電機１２からの発電電力や、後述するような電動発電機１８毎の発電機動作による回生電力を前記バッテリ１３に蓄えて成る直流電力を、作業車両１に設けたペダルやレバー等のアクセル操作具２１のアクセル操作に連動させて、適正な大きさと周波数の交流電力に変換したものである。そして、該交流電力を各電動発電機１８に供給することにより、電動発電機１８毎に電動機動作させて各車軸１５を独立駆動できるようにしている。
【００１８】
すなわち、以上のように、前記車軸駆動装置３は、各車軸１５を独立駆動可能に設けるので、車軸１５毎に適正な電動機動作・発電機動作を行うことができ、走行性能・電力回生効率の向上を図ることができる。
【００１９】
なお、該作業車両１には、丸形ハンドル等の旋回操作具２２も設けられており、該旋回操作具２２の旋回操作方向や旋回操作量Ｍに応じて、各車軸駆動装置３の電動発電機１８への供給電力に差を設け、これにより、左右の駆動輪６・６を差動させて、作業車両１を旋回させるようにしている。
【００２０】
また、前記モアユニット９には、回転刃駆動用のギア機構を収納するギアボックス９ａが付設され、該ギアボックス９ａ内のギア機構を駆動する電動機２６が、前記本体カバー１０内で車体フレーム７の左右両側板７ａ・７ａの間に配設されている。そして、該電動機２６と前記ギアボックス９ａの入力軸との間は、ユニバーサルジョイント付きの伝動軸２７によって連結されており、前記バッテリ１３からの供給電力で駆動される電動機２６により、モアユニット９内の回転刃を駆動するようにしている。
【００２１】
次に、前記各車軸駆動装置３の詳細構成について、図３により説明する。
なお、以下の説明で「軸心方向」とは、後述する共通ロータ軸の軸心方向を示すものであり、「軸心方向外側」とは、該軸心方向における駆動輪６寄り側、「軸心方向内側」とは、該軸心方向における駆動輪６と反対側を示すものとする。
【００２２】
前記電動発電ケース部材３３の内周面には、複数の電機子巻線を環状に並列してなる環状の第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａが軸心方向に並設固定され、該第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａ内に、それぞれ、第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂが配置される。
【００２３】
該第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂの外周面には、いずれも環状の永久磁石４０が固設されると共に、該永久磁石は、それぞれ、前記第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａの内周面と、所定の空隙をもって対向するように配置されている。この左右の第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂは、同じロータ筒１４４ａに形成されており、該ロータ筒１４４ａが支持アーム１４４ｂを介して単一の共通ロータ軸４１上に一体回転可能に固設されるようにして、ラジアルエアギャップ構造が形成される。そして、該ロータ筒１４４ａと支持アーム１４４ｂとから、ロータ１４４が構成されている。
【００２４】
これにより、前記第一ステータ２４ａ・第一ロータ部２４ｂより第一電動発電機２４が形成され、前記第二ステータ２５ａ・第二ロータ部２５ｂより第二電動発電機２５が形成され、これら第一電動発電機２４と第二電動発電機２５から、本発明に関わる電動発電機１８が構成される。
【００２５】
該電動発電機１８においては、前記共通ロータ軸４１は、軸心方向外側に向かって水平に、前記電動発電ケース部材３３の軸受け４２を介して、減速ギアケース部材３４内に延設される。一方、該共通ロータ軸４１は、反対の軸心方向内側に向かって水平に、前記内側カバー部材３２を介して、制動ケース部材３１内に延設されている。
【００２６】
該制動ケース部材３１内では、前記共通ロータ軸４１が被制動軸とされ、その周りに制動装置１７が周設されており、複雑な制動リンク機構を介することなく、直接的に共通ロータ軸４１を制動できるようにしている。詳しくは、該制動装置１７は、前記制動ケース部材３１で軸心方向内側に開いた凹部内に配設され、該凹部は、カバー板３１ａによって覆われており、制動装置１７を操作する制動操作軸４３が、該制動装置１７からカバー板３１ａを介して、電動発電ケース部材３３の外部に突出されている。
【００２７】
そして、該制動操作軸４３の端部には、制動アーム４４が固設され、該制動アーム４４は、作業車両１の図示せぬブレーキペダル等の制動操作具に機械的に連係されるか、または、制動用アクチュエータに連係されており、該制動操作具か制動用アクチュエータを操作することで、制動アーム４４を回動し、制動操作軸４３を介して前記共通ロータ軸４１を制動するようにしている。
【００２８】
すなわち、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上に制動装置１７を設けるので、共通ロータ軸４１と直結するようにして制動装置１７を設けることができ、共通ロータ軸４１から制動装置１７までの複雑な制動リンク機構が不要となり、該制動リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置３の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を進めることができる。
【００２９】
また、前記減速ギアケース部材３４の外端と車軸ケース部材３５の内端の接合部近傍の内周面には、軸受け４５を介して、車軸１５の内端フランジ１５ａが軸支される一方、車軸１５が、該内端フランジ１５ａから軸心方向外側に向かって、前記共通ロータ軸４１と同軸上において延設され、該車軸１５の軸心方向途中部が、軸受け４６を介して、前記車軸ケース部材３５内に軸支される。そして、該車軸１５は、前記外側カバー部材３６を介して、電動発電ケース部材３３に突出され、前述の如く、該車軸１５に前記ハブ１４が固設されている。
【００３０】
該ハブ１４は、前述の如く駆動輪６のリム６ｂ内に配置され、更に、車軸駆動ケース３０の少なくとも一部、本実施例では、外側カバー部材３６及び車軸ケース部材３５がリム６ｂ内に配置されており、これにより、駆動輪６と車軸駆動装置３との間隔を短くすることができる。
【００３１】
すなわち、前記車軸駆動装置３の少なくとも一部は、各車軸１５に連結する車輪である駆動輪６のリム６ｂ内に収容可能とするので、駆動輪６と作業車両１本体との間における車軸駆動装置３の伸縮長を短縮することができ、作業車両１の左右方向の小型化を図ることができる。
【００３２】
また、前記電動発電ケース部材３３の軸心方向外側に隣接する減速ギアケース部材３４内には、遊星ギア機構から成る減速装置１９が設けられている。該減速装置１９においては、前記共通ロータ軸４１の外端に、第一サンギア４７が固設されると共に、該第一サンギア４７と前記内端フランジ１５ａとの間にあって、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上には、第二サンギア４８が相対回転可能に軸支されるようにして、減速装置１９が、共通ロータ軸４１の軸心周りに周設されている。そして、該第二サンギア４８のボス部の内端部には、遊星ギアキャリア４９が相対回転不能に外嵌されている。
【００３３】
該遊星ギアキャリア４９には、前記共通ロータ軸４１と平行な遊星ギア軸５０が植設され、該遊星ギア軸５０上に、第一遊星ギア５１が相対回転可能に外嵌されている。そして、該第一遊星ギア５１は、前記第一サンギア４７に常時噛合されると共に、前記減速ギアケース部材３４の内周面に形成されたリングギアであるインターナルギア３４ｂにも常時噛合されている。
【００３４】
前記内端フランジ１５ａには、前記共通ロータ軸４１と平行に遊星ギア軸５２が支持され、該遊星ギア軸５２を介して、第二遊星ギア５３が内端フランジ１５ａに枢支されている。そして、該第二遊星ギア５３は、前記第二サンギア４８に常時噛合されると共に、前記インターナルギア３４ｂにも常時噛合されている。
【００３５】
このような遊星ギア機構を介することにより、前記共通ロータ軸４１から伝達されてきた電動機動力は、複雑な制動リンク機構を介することなく直接的に減速された後、そのまま前記遊星ギア軸５２に公転動力として伝達され、車軸１５を回転駆動する。
【００３６】
すなわち、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上に減速装置１９を設けるので、共通ロータ軸４１と直結するようにして減速装置１９を設けることができ、共通ロータ軸４１から減速装置１９までの複雑な減速リンク機構が不要となり、該減速リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置３の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
【００３７】
更に、前記減速装置１９は、前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５と一体的に構成するので、減速装置１９を前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５と同じケースである車軸駆動ケース３０内に収容することができ、減速装置１９収容のためのケースが不要となり、車軸駆動装置３の小型化・軽量化を更に進めることができる。
【００３８】
次に、以上のような車軸駆動装置３において前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５のトルク制御システム５４について、図３乃至図５により説明する。
図４に示すように、該トルク制御システム５４においては、第一ドライバ１５４を介して前記第一電動発電機２４が、第二ドライバ１５５を介して前記第二電動発電機２５が、それぞれ、独立制御可能にコントローラ２０と接続されている。更に、回生装置２３を介して前記バッテリ１３が接続され、該バッテリ１３は、前記第一ドライバ１５４と第二ドライバ１５５に接続されており、該バッテリ１３から放電される前記直流電力は、各ドライバ１５４・１５５内のインバータにより、前記コントローラ２０からの制御信号に基づいて、適正な大きさと周波数の交流電力に変換された後、それぞれ、リード線を介して前記第一電動発電機２４と第二電動発電機２５に供給電力として送電されるようにしている。
【００３９】
ここで、回生装置２３とは、前記駆動輪６の回転エネルギーを、第一電動発電機２４・第二電動発電機２５の電動機動作用の回転エネルギーに変換する装置であり、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのうちで稼働状態にない方のステータによって、制動時や降坂時に回生電力を発生させ、該回生電力を前述のようにバッテリ１３に蓄えるものである。
【００４０】
更に、前記コントローラ２０には、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａの稼働状態の切り替えや操作モードを変更するモード変更具５５、該モード変更具５５により設定された稼働状態や操作モードを検知するモードセンサ６４、交流電力の大きさや周波数を変化させてバッテリ１３から電動発電機１８への供給電力を増減するアクセル操作具２１、該アクセル操作具２１により設定されたアクセル量を検知するアクセルセンサ７２、作業車両１の対地速度である車体速度を検知する光学センサ・ドップラーレーダ・測定車輪等を用いた車体速度センサ５６、車軸１５等の走行駆動部に取り付けて駆動輪６の実際の回転速度を検知する車輪速度センサ６５、共通ロータ軸４１等に取り付けて第一電動発電機２４・第二電動発電機２５からの出力トルクを検知する出力トルクセンサ５７、車軸１５等の走行駆動部に取り付けて走行負荷Ｌを検知する負荷トルクセンサ５８、丸形ハンドル等の前記旋回操作具２２、及び、該旋回操作具２２による旋回操作方向や旋回操作量Ｍを検知する旋回センサ５９が接続されている。
【００４１】
このうちのモード変更具５５には、稼働状態の切り替えや操作モードを変更するため、本実施例のようなレバー等の変更操作具５５ａが設けられており、該変更操作具５５ａを操作することで、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍのいずれも小さいため前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａのみを稼働状態にして十分な出力トルクを得る単独稼働状態（位置６７）と、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍの少なくとも一方が基準値より大きいために第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａに加えて第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａも同時に稼働状態にして出力トルクの不足分を補う同時稼働状態（位置６８）との間を、自在に切り替えることができる（以下、「手動操作モード」とする。）。更に、該同時稼働状態と前記単独稼働状態との間の切り替えを、このような手動ではなく、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍの大きさに応じて自動的に行う自動操作モード（位置６６）に設定することができる。
【００４２】
前記位置６７では、前述の如く、電動発電機１８は手動操作モードにおける単独稼働状態に設定されるが、その場合の作業車両１の車体速度Ｖと電動発電機１８からの出力トルクＴは、図５に示すように、車体速度Ｖと第一電動発電機２４のみからの出力トルクＴとの関係を示すトルク特性曲線６０によって囲まれる領域７１内で変化させることができる。
【００４３】
該領域７１においては、前記単独稼働状態で前記アクセル操作具２１を踏み込んでいくと、前記ドライバ１５４により、稼働状態にある第一ステータ２４ａへの供給電力が増加し、該第一ステータ２４ａで発生する磁極の強さが強くなるが、それに伴い、共通ロータ軸４１の回転速度が速くなり、車体速度Ｖが０からＶｍａｘ（１）まで増加する。
【００４４】
この場合の共通ロータ軸４１からの出力トルクＴの上限は、発進時等の高トルク低回転数域に相当する、車体速度Ｖが０からＶ２までの低速度域６９では、Ｔｍａｘ（１）に制限されると共に、車両移動時等の低トルク高回転数域に相当する、車体速度ＶがＶ２からＶｍａｘ（１）までの中高速度域７０では、前記Ｔｍａｘ（１）からＴ２まで減少するように、前記第一ステータ２４ａへの供給電力が、前記アクセルセンサ７２からのアクセル信号、車体速度センサ５６からの車体速度信号、及び出力トルクセンサ５７からの出力トルク信号に基づいて、前記コントローラ２０によって制御される。
【００４５】
また、位置６８では、前述の如く、電動発電機１８は手動操作モードにおける同時稼働状態に設定されるが、その場合の車体速度Ｖと出力トルクＴは、前記トルク特性曲線６０を出力トルクＴの増加方向または車体速度Ｖの増加方向に拡張した曲線部分（以下、「加算トルク部」とする。）によって囲まれる領域内で変化し、これらの加算トルク部と前記トルク特性曲線６０から拡張トルク特性曲線６０Ａが形成される。
【００４６】
前記低速度域６９では、第二ステータ２５ａにも電力を供給するようにして、該第二ステータ２５ａによって加算された出力トルク部分に相当する第一加算トルク部６１を形成してトルク不足を補うことで、過大な走行負荷Ｌに対応可能としている。この場合、該第一加算トルク部６１の出力トルクＴの上限が、車体速度Ｖが０からＶ１までは、前記Ｔｍａｘ（１）より大きな一定値のＴｍａｘ（２）に拡張され、車体速度ＶがＶ１からＶ２までは、Ｔｍａｘ（２）からＴｍａｘ（１）まで減少するように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。
【００４７】
前記中高速度域７０の高速部域にも、第二ステータ２５ａによって加算された出力トルク部分に相当する第二加算トルク部６２を形成してトルク不足を補うようにしている。この場合、該第二加算トルク部６２の出力トルクＴの上限が、車体速度ＶがＶ３からＶｍａｘ（１）まで、前記トルク特性曲線６０より大きな一定値のＴ３に拡張されるように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。
【００４８】
更に、前記車体速度Ｖｍａｘ（１）よりも高速域については、第二ステータ２５ａによって加算された車体速度部分に相当する第三加算トルク部６３を形成して、車体速度Ｖの上限をＶｍａｘ（１）から更に高速のＶｍａｘ（２）まで拡張することにより、回転数が不足しないようにして車体速度上限を緩和できるようにしている。この場合、該第三加算トルク部６３の出力トルクＴの上限は、車体速度ＶがＶｍａｘ（２）であっても、車体速度Ｖｍａｘ（１）時の出力トルクＴ２より若干低い出力トルクＴ１までしか減少しないように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。なお、第一電動発電機２４のみからの出力トルクによる前記領域７１は、該第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａへの供給電流値を制御することにより、高トルク特性曲線１６０で囲まれる領域まで拡大しておくことが可能であり、この場合も、前述のようにして、第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａによる加算トルク部を形成し、各速度域でのトルク不足を補うことができる。
【００４９】
すなわち、車軸１５を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラ２０を備えた作業車両１の車軸駆動装置３において、前記電動発電機は第一電動発電機２４と第二電動発電機２５より構成し、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５は単一の共通ロータ軸４１を備えると共に、該共通ロータ軸４１のロータ１４４に対して、前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａと第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａを前記コントローラ２０により独立制御可能に対向配置し、該第二ステータ２５ａの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機２４からのトルクに第二電動発電機２５からのトルクを加算した出力トルクＴを、走行負荷Ｌの大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するので、多重軸等の複雑な軸を省略することができ、共通ロータ軸４１の軸構造を単純にして組立性、メンテナンス性が向上すると共に、部品点数が減少して部品コストの低減を図ることができる。更に、作業車両１の車軸駆動装置３に搭載されるような小型小出力の電動発電機１８で走行負荷Ｌが大きい場合であっても、該走行負荷Ｌに応じて第二ステータ２５ａを稼働状態にしてトルクを加算し、前記出力トルクＴを大きく増加させることができ、発進時等の高トルク低回転数域である低速度域６９でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域である中高速度域７０で回転数が不足して車体速度Ｖ上限が低下するのを確実に防止することができ、良好な走行性能を得ることができる。
【００５０】
また、位置６６では、前述の如く、自動操作モードに設定されるが、その場合の前記単独稼働状態と同時稼働状態との間の切り替えは、走行負荷Ｌや旋回操作量Ｍの大きさに基づいて行われる。このうちの走行負荷Ｌには、作業車両１の車軸１５等の走行駆動部に直接取り付けた前記負荷トルクセンサ５８からの負荷トルク信号に基づく負荷トルクを用い、該負荷トルクが大きいほど、走行中に電動発電機１８にかかる負荷が増加する。更に、旋回操作量Ｍには、旋回操作具２２の回転角度等が用いられ、該旋回操作量Ｍは、前記旋回センサ５９からの旋回操作量信号に基づいて検知する。
【００５１】
なお、前記走行負荷Ｌとしては、光学センサ等の前記車体速度センサ５６からの車体速度信号に基づく車体速度Ｖと、前記車輪速度センサ６５からの車輪速度信号に基づく車輪速度ｖとの速度差ΔＶを、車体速度Ｖで除して得られるスリップ率を用いてもよく、該スリップ率の値が大きいほどスリップしやすく、走行負荷も大きい。そして、該スリップ率は、走行中に電動発電機１８にかかる負荷そのものではないが、走行負荷の増減をスリップ現象を介して間接的かつ迅速に予測可能な指標となるものである。
【００５２】
すなわち、前記走行負荷Ｌを、作業車両１の走行駆動部である車軸１５で検知される負荷トルクとする場合には、駆動輪６が接地面から受ける走行負荷Ｌを、駆動輪６近くで直接的に検知して把握することができ、前記第二ステータ２５ａの稼働状態をより精度良く切り替えることにより、高トルク低回転数域である低速度域６９でのトルク不足や低トルク高回転数域である中高速度域７０での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
【００５３】
加えて、前記走行負荷Ｌを、車体速度Ｖと車輪速度ｖの速度差ΔＶの車体速度Ｖに対する割合であるスリップ率とする場合には、駆動輪６が接地面から受ける走行負荷Ｌを、光学センサ等で検知した作業車両１の車体速度Ｖと駆動輪６の車輪速度ｖから算出するだけで把握することができ、前記第二ステータ２５ａの稼働状態をより高速に切り替えることにより、高トルク低回転数域である低速度域６９でのトルク不足や低トルク高回転数域である中高速度域７０での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
【００５４】
また、以上のような構成において、前記第二電動発電機２５によって加算する加算トルク部６１・６２・６３のための電動機出力は、前記第一電動発電機２４によって得られる領域７１を現出するのに必要な電動機出力よりも小さくて済むことから、第二電動発電機２５の電動機容量を第一電動発電機２４よりも小さく設定することができる。すなわち、必要に応じて、前記第二電動発電機２５の電動機容量を、前記第一電動発電機２４の電動機容量よりも小さく設定するので、補助的な第二電動発電機２５の小型化・軽量化を図ることができ、車軸駆動装置３も小型化・軽量化することができる。
【００５５】
次に、以上のようなトルク制御システム５４における制御手順について、図４乃至図６により説明する。
トルク制御が開始されると、前記モードセンサ６４からの操作モード信号、アクセル信号、車体速度信号、出力トルク信号、負荷トルクセンサ５８からの負荷トルク信号、及び旋回センサからの旋回操作量信号が、前記コントローラ２０に読み込まれる（ステップＳ１）。
【００５６】
すると、このうちのアクセル信号に基づいて、アクセル操作の有無が判断される（ステップＳ２）。アクセル操作が行われていない場合には（ステップＳ２、ＮＯ）、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのいずれにも電力が供給されずに稼働状態にないと判断して、駆動輪６と一緒に回転する共通ロータ軸４１に対向する第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのいずれか一方のみを用いて電力を回生する単独電力回生、または第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａの両方を用いて電力を回生する同時電力回生が行われる（ステップＳ１０）。該同時電力回生は、特に、急停止や急勾配で回生制動を有効に効かせたい場合等に行われる。
【００５７】
そして、アクセル操作が行われている場合には（ステップＳ２、ＹＥＳ）、前記操作モード信号に基づいて自動操作モードか否かが判断される（ステップＳ３）。自動操作モードでない場合は（ステップＳ３、ＮＯ）、更に、前記操作モード信号に基づいて単独稼働状態が選択されたか否かが判断され（ステップＳ８）、単独稼働状態が選択されていない場合は（ステップＳ８、ＮＯ）、同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。該同時稼働状態では、前記車体速度信号・出力トルク信号に基づいて、車体速度と出力トルクは、前記拡張トルク特性曲線６０Ａにより囲まれた領域内で変化するように制御される。
【００５８】
自動操作モードの場合は（ステップＳ３、ＹＥＳ）、負荷トルク信号に基づいて、走行負荷Ｌが、コントローラ２０に記憶された基準負荷Ｌｏより大きいか否かが判断され（ステップＳ４）、走行負荷Ｌが基準負荷Ｌｏより大きい場合は（ステップＳ４、ＹＥＳ）、前記同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。
【００５９】
走行負荷Ｌが基準負荷Ｌｏ以下の場合は（ステップＳ４、ＮＯ）、更に、旋回操作量信号に基づいて、旋回操作量Ｍが、コントローラ２０に記憶された基準操作量Ｍｏより大きいか否かが判断され（ステップＳ５）、旋回操作量Ｍが基準操作量Ｍｏより大きい場合も（ステップＳ５、ＹＥＳ）、前記同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。
【００６０】
旋回操作量Ｍが基準操作量Ｍｏ以下の場合（ステップＳ５、ＮＯ）、あるいは手動操作モードで単独稼働状態が選択されている場合は（ステップＳ８、ＹＥＳ）、単独稼働状態に設定される（ステップＳ６）。該単独稼働状態では、前記車体速度信号・出力トルク信号に基づいて、車体速度と出力トルクは、前記トルク特性曲線６０により囲まれた領域７１内で変化するように制御される。そして、該単独稼働状態に設定されると共に、稼働状態にない第二ステータ２５ａのみを用いて電力を回生する単独電力回生が行われる（ステップＳ７）。
【００６１】
すなわち、以上のように、トルク制御構成において、前記第一ステータ２４ａのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータ２４ａに加えて第二ステータ２５ａも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷Ｌの大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷Ｌの大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段であるモード変更具５５を備えるので、例えば、走行負荷Ｌが全般的に小さい場合は手動操作モードで単独稼働状態に設定し、走行負荷Ｌが全般的に大きい場合は手動操作モードで同時稼働状態に設定し、走行負荷Ｌが大きく変動するような場合は自動操作モードに設定するようにして、作業内容、接地面状態、車両運転者の熟練度等の諸条件に合わせて、各ステータ２４ａ・２５ａの稼働状態をきめ細かく変更することができ、ステータ２４ａ・２５ａの無駄な稼働時間を短縮して節電したり、各部品の損耗を軽減して部品寿命を延ばすことにより、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００６２】
更に、アクセル操作時には、前記走行負荷Ｌが所定の基準負荷Ｌｏより小さい場合や、旋回操作量Ｍが所定の基準操作量Ｍｏより小さい場合は、前記第一ステータ２４ａのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータ２５ａによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、走行負荷Ｌや旋回操作量Ｍが小さくて稼働状態にない第二ステータ２５ａからの回生電力を一旦バッテリ１３に充電し、該バッテリ１３からの供給電力を使用して前記電動発電機１８に電動機動作を行わせることができ、作業車両１の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
【００６３】
加えて、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるので、非アクセル操作時に、稼働状態にないステータ２４ａ・２５ａのうちの少なくとも一方からの回生電力を一旦バッテリ１３に充電し、該バッテリ１３からの供給電力を使用して前記電動発電機１８に電動機動作を行わせることができ、作業車両１の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
【００６４】
なお、以下では、前記車軸駆動装置３と異なる点を中心に説明すると共に、各要素に用いた符号と同じ符号は、同一または同等の機能を有する要素を指すものであり、同じ符号を付した要素については、特に必要としない限り、説明を省略する。
【００６５】
次に、前記車軸駆動装置３の電動発電機１８の構造を変更した車軸駆動装置３Ａ・３Ｂ・３Ｃについて、図７乃至図９により説明する。なお、いずれの場合も、前記車軸駆動装置３と同様に、電動発電機を挟んで軸心方向内外側に、制動装置１７と減速装置１９が収容されている。
【００６６】
図７に示す車軸駆動装置３Ａは、前記車軸駆動装置３において、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８に代えて、アキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ａを設けたものである。
該電動発電機１８Ａは、前記電動発電ケース部材３３と略同じ形状の電動発電ケース部材７３内に収容されている。そして、該電動発電ケース部材７３は、減速側ケース部７５と、該減速側ケース部７５の内端を覆う制動側ケース部７４とから成り、該制動側ケース部７４の内周面からは、環状の磁石支持部７４ａが共通ロータ軸４１Ａに向かって突設されている。該磁石支持部７４ａの軸心方向両側面に、それぞれ、電動発電機１８Ａを構成する第一電動発電機７６の第一ステータ７６ａと、同じく電動発電機１８Ａを構成する第二電動発電機７７の第二ステータ７７ａとが固定されている。
【００６７】
該第一ステータ７６ａ・第二ステータ７７ａを挟んで軸心方向両側に、それぞれ、第一電動発電機７６の第一ロータ部７６ｂと、第二電動発電機７７の第二ロータ部７７ｂが配置されており、該第一ロータ部７６ｂと第二ロータ部７７ｂの内側面に固定した永久磁石４０に対して、それぞれ、第一ステータ７６ａと第二ステータ７７ａが所定の空隙をもって対向するように配置されている。一方、前記共通ロータ軸４１Ａには、支持アーム１４５ｂを介してロータ筒１４５ａが固定され、該ロータ筒１４５ａの両側端部から半径方向外側に立設するようにして、前記第一ロータ部７６ｂと第二ロータ部７７ｂが互いに平行に形成されている。そして、このようなロータ筒１４５ａと支持アーム１４５ｂとから、ロータ１４５が構成されている。
【００６８】
このようなアキシャルエアギャップ構造により、第一ステータ７６ａと第一ロータ部７６ｂとの対向部分、及び第二ステータ７７ａと第二ロータ部７７ｂとの対向部分を、共通ロータ軸４１Ａの半径方向に延設させて、ロータ部７６ｂ・７７ｂの永久磁石４０とステータ７６ａ・７７ａの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大する。更に、ステータ７６ａ・７７ａを、その長手方向が共通ロータ軸４１Ａの半径方向に沿うように配置することができ、該共通ロータ軸４１Ａの軸長を前記共通ロータ軸４１よりも短くして、電動発電機１８Ａの軸心方向の厚みを薄くすることができる。
【００６９】
また、図８に示す車軸駆動装置３Ｂは、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ａに代えて、更に出力向上を図った同じアキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ｂを設けたものである。
該電動発電機１８Ｂも、前記電動発電ケース部材３３と略同じ形状の電動発電ケース部材８５内に収容されている。そして、該電動発電ケース部材８５の内周面から共通ロータ軸４１Ｂに向かって、第一電動発電機８０の第一ステータ８０ａと第二電動発電機８１の第二ステータ８１ａが突設されている。
【００７０】
一方、該共通ロータ軸４１Ｂには、支持アーム１４６ｂを介してロータ筒１４６ａが固定され、該ロータ筒１４６ａの軸心方向内側から順に、前記第一電動発電機８０の第一ロータ部８０ｂ、共通ロータ部８２、及び第二電動発電機８１の第二ロータ部８１ｂが半径方向外側に立設するように形成されると共に、該第一ロータ部８０ｂ、共通ロータ部８２、及び第二ロータ部８１ｂは、それぞれ、前記第一ステータ８０ａの軸心方向内側、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａとの間、及び第二ステータ８１ａの軸心方向外側に配置されている。そして、このようなロータ筒１４６ａと支持アーム１４６ｂとから、ロータ１４６が構成されている。
【００７１】
そして、前記第一ロータ部８０ｂの第一ステータ８０ａ側、共通ロータ部８２の第一ステータ８０ａ側と第二ステータ８１ａ側、及び第二ロータ部８１ｂの第二ステータ８１ａ側のいずれにも、永久磁石４０が固設されると共に、各永久磁石４０は、第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの各側面に対して、所定の空隙をもって対向するようにして配置されている。
【００７２】
このようなアキシャルエアギャップ構造により、共通ロータ部８２の軸心方向両側面に設けた永久磁石４０の分だけ、対向する第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの磁極との対向面積を大きくして、磁石磁束量を増大させることができる。すなわち、前記電動発電機１８Ｂは、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａを、ロータ１４６の永久磁石４０に対し、前記共通ロータ軸４１Ｂの軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａとの間には、前記ロータ１４６の一部であって第一ステータ８０ａ側と第二ステータ８１ａ側の両側に永久磁石４０を設けた共通ロータ部８２を介設するので、前記アキシャルエアギャップ構造によって、ロータ１４６の永久磁石４０とステータの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大して出力の向上を図ることができる。更に、ステータ８０ａ・８１ａを、該ステータ８０ａ・８１ａの長手方向が共通ロータ軸４１Ｂの半径方向に沿うように配置し、電動発電機１８Ｂの軸心方向の厚みを薄くして、車軸駆動装置３Ｂの軸心方向の長さを短くすることができる。加えて、両側面に永久磁石４０を設けた共通ロータ部８２は、第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの両ステータの両磁極からの作用を同時に受けることができ、その分だけ磁石磁束量が増大して電動発電機１８Ｂの出力を更に向上させることができる。
【００７３】
また、図９に示す車軸駆動装置３Ｃは、ラジアルエアギャップ構造だけの前記電動発電機１８や、アキシャルエアギャップ構造だけの前記電動発電機１８Ａ・１８Ｂに代えて、両構造を併有する電動発電機１８Ｃを設けたものである。
該電動発電機１８Ｃでは、共通ロータ軸４１Ｃの軸心方向中央にはアキシャルエアギャップ構造の第一電動発電機８６が設けられ、該第一電動発電機８６を挟んで軸心方向両側に、それぞれ、いずれもラジアルエアギャップ構造の第二内側電動発電機８７と第二外側電動発電機８８が設けられている。
【００７４】
前記第一電動発電機８６・第二内側電動発電機８７・第二外側電動発電機８８の各ステータ８６ａ・８７ａ・８８ａは、いずれも、前記電動発電ケース部材８５の内周面から共通ロータ軸４１Ｃに向かって突設される一方、該共通ロータ軸４１Ｃに支持アーム１４７ｂを介して固定されたロータ筒１４７ａには、断面視Ｌ字状のロータ部８７ｂ・８８ｂが形成されている。このうちの第二内側ロータ部８７ｂの水平部上の永久磁石４０ａには、前記第二内側ステータ８７ａが所定の空隙をもって対向配置され、第二外側ロータ部８８ｂの水平部上の永久磁石４０ａには、前記第二外側ステータ８８ａが所定の空隙をもって対向配置され、更に、第二内側ロータ部８７ｂと第二外側ロータ部８８ｂの垂直部で前記第一ステータ８６ａ側に固定された内外の永久磁石４０ｂ・４０ｂには、第一ステータ８６ａが所定の空隙をもって対向配置されている。そして、このようなロータ筒１４７ａと支持アーム１４７ｂとから、ロータ１４７が構成されている。
【００７５】
このような組合せ構造により、アキシャルエアギャップ構造の前記第一電動発電機８６では、第一ステータ８６ａと永久磁石４０ｂとの対向部分を共通ロータ軸４１Ｃの半径方向に延設させることができ、ラジアルエアギャップ構造の前記第二内側電動発電機８７・第二外側電動発電機８８では、共通ロータ軸４１Ｃのたわみや軸振動を小さくすることができる。すなわち、前記電動発電機１８Ｃは、前記ステータ８６ａ・８７ａ・８８ａを、ロータ１４７の永久磁石４０ａ・４０ｂに対し、共通ロータ軸４１Ｃの軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸４１Ｃの半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するので、ロータ１４７の永久磁石４０ａ・４０ｂとステータ８６ａ・８７ａ・８８ａの磁極との対向面積を大きく確保して電動発電機１８Ｃの小型化・軽量化が容易なアキシャルエアギャップ構造の部分と、共通ロータ軸４１Ｃのたわみや軸振動が小さく大型化が容易なラジアルエアギャップ構造の部分を、電動発電機仕様に合わせて自在に組み合わせることができ、汎用性・拡張性の高い電動発電機を得ることができる。
【００７６】
次に、前記車軸駆動装置３に、変速装置を新たに追加した車軸駆動装置４・４Ａについて、図１０乃至図１４により説明する。なお、いずれの車軸駆動装置４・４Ａにも、前記車軸駆動装置３と同様に、制動装置１７、電動発電機１８、減速装置１９Ａが収納されている。
【００７７】
図１１、図１２に示す車軸駆動装置４について説明する。
該車軸駆動装置４の車軸駆動ケース９１は、内側から順に、制動ケース部材３１、内側カバー部材３２、電動発電ケース部材９２、変速ケース部材９３、減速ギアケース部材１０３、車軸ケース部材３５、及び外側カバー部材３６より形成され、このうちの減速ギアケース部材１０３と車軸ケース部材３５との接合部の内周面に軸支された前記内端フランジ１５ａの中心部に、凹部１５ｂが形成され、該凹部１５ｂに、前記電動発電ケース部材９２内の電動発電機１８から軸心方向外側に水平に延設されてきた共通ロータ軸９４の先端ピン部９４ｂが、相対回転可能に嵌入されている。そして、該共通ロータ軸９４の途中部に、前記第二サンギア４８が相対回転可能に軸支され、該第二サンギア４８のボス部の内端部に遊星ギアキャリア４９が相対回転不能に外嵌されるようにして、前記減速装置１９Ａが形成されている。そして、該減速装置１９Ａを収容する減速ギアケース部材１０３の内側半部から前記変速ケース部材９３にかけて、新たに変速装置８９が収納されている。
【００７８】
該変速装置８９においては、高速サンギア９５、中立スリーブ９６、低速サンギア９７が、互いに相対回転可能に、内側から順に隣接配置されると共に、いずれも前記共通ロータ軸９４に相対回転可能に外嵌されている。このうちの高速サンギア９５と低速サンギア９７には、それぞれキー溝状のラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａが形成され、該ラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａは、いずれも前記共通ロータ軸９４の外周面に臨み、更に、前記中立スリーブ９６にも、前記共通ロータ軸９４の外周面に臨む環状のラッチ溝９６ａが備えられている。そして、該共通ロータ軸９４には、シフタ９８が外嵌されている。
【００７９】
該シフタ９８は、後述するフォーク１０１を嵌合するための環状のフォーク溝９９ａを有する摺動リング部材９９と、先端にラッチ１００ａを形成したキー部材１００とを一体的に組み合わせて成るものである。そして、前記摺動リング部材９９は、前記高速サンギア９５の軸心方向内側に軸心方向摺動可能に外嵌され、該摺動リング部材９９に組み付けたキー部材１００を、前記共通ロータ軸９４の外周面に軸心方向延伸状に形成したキー溝９４ａ内に嵌入することで、シフタ９８を共通ロータ軸９４に相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に係合している。
【００８０】
このようなシフタ９８のキー部材１００は、その軸心方向内側端部にて摺動リング部材９９に係止される一方、軸心方向外側には弾性を有して延伸し、その延伸先端に形成したラッチ１００ａが、シフタ９８の軸心方向の摺動により、前記高速サンギア９５、中立スリーブ９６、低速サンギア９７の各ラッチ溝９５ａ・９６ａ・９７ａのいずれか一つに嵌入可能となっている。なお、高速サンギア９５と低速サンギア９７のラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａは、高速サンギア９５と低速サンギア９７の回転中に該ラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａが前記キー溝９４ａに合致した時に、そのラッチ溝９５ａ・９７ａにラッチ１００ａが嵌入可能としている。
【００８１】
そして、前記低速サンギア９７のラッチ溝９７ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を低速位置Ｌｗ、中立スリーブ９６のラッチ溝９６ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を中立位置Ｎ、高速サンギア９５のラッチ溝９５ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を高速位置Ｈとしている。
【００８２】
ここで、前記摺動リング部材９９の環状のフォーク溝９９ａには、前記フォーク１０１先端の嵌合ピン１０１ａが、該フォーク溝９９ａに沿って摺動可能に嵌入されると共に、フォーク１０１の上端は、枢支軸１０１ｂを介して前記変速ケース部材９３の壁部に枢支されている。該枢支軸１０１ｂの外端は、前記車軸駆動ケース９１から突出され、該枢支軸１０１ｂの外端には、前記フォーク１０１と一体的に前記枢支軸１０１ｂを中心として回転可能な操作アーム１０１ｃが取り付けられている。
【００８３】
そして、該操作アーム１０１ｃは、作業車両１に設けた図示せぬ、電動アクチュエータや油圧アクチュエータ等の変速アクチュエータに連係され、該変速アクチュエータは前記コントローラ２０に接続されており、該コントローラ２０には、自動変速モードと手動変速モード間を切り替える変速モード変更具と、低速走行、高速走行、中立を切り替える変速操作具が接続されている。
【００８４】
一方、前記減速装置１９の遊星ギアキャリア４９には、前記車軸駆動装置３の遊星ギア軸５０よりも長い遊星ギア軸５０Ａが、前記共通ロータ軸９４と平行に植設され、該遊星ギア軸５０Ａ上に、遊星ギア部材１０２が相対回転可能に外嵌されている。該遊星ギア部材１０２には、前記高速サンギア９５に常時噛合する高速遊星ギア１０２ａと、前記低速サンギア９７に常時噛合する低速遊星ギア１０２ｂとが形成されると共に、該高速遊星ギア１０２ａと低速遊星ギア１０２ｂは、一体回転可能としている。
【００８５】
このようにして、前記高速サンギア９５と高速遊星ギア１０２ａとを噛合して成る高速遊星ギア列９５・１０２ａと、前記低速サンギア９７と低速遊星ギア１０２ｂとを噛合して成る低速遊星ギア列９７・１０２ｂとが構成され、更に、該低速・高速の遊星ギア列における高速サンギア９５と低速サンギア９７は、前記シフタ９８に対して係脱可能となっている。そして、該低速・高速の遊星ギア列は、いずれも、前記遊星ギア部材１０２、遊星ギアキャリア４９、内端フランジ１５ａを共有している。
【００８６】
これにより、前記遊星ギア部材１０２には、作業車両１の前記車体フレーム７に固設された車軸駆動ケース９１による回転抑制力が、前記減速ギアケース部材１０３のインターナルギア１０３ａを介して入力される一方で、シフタ９８を高速位置Ｈにした場合は前記高速遊星ギア列９５・１０２ａを介して、シフタ９８を低速位置Ｌｗにした場合には前記低速遊星ギア列９７・１０２ｂを介して、共通ロータ軸９４の回転動力が入力される。
【００８７】
すると、遊星ギア部材１０２は、インターナルギア１０３ａからの入力と、高速遊星ギア列９５・１０２ａまたは低速遊星ギア列９７・１０２ｂからの入力とを基に、共通ロータ軸９４の軸心を中心に公転し、遊星ギアキャリア４９と第二サンギア４８が、遊星ギア部材１０２の公転に連れて、共通ロータ軸９４の軸心を中心として回転する。そして、このうちの第二サンギア４８は、前記第二遊星ギア５３に常時噛合され、該第二遊星ギア５３は、前記減速ギアケース部材１０３のインターナルギア１０３ｂにも常時噛合されている。
【００８８】
これにより、該第二遊星ギア５３にも、前記遊星ギア部材１０２と同様に、第二サンギア４８からの回転動力と、インターナルギア１０３ｂを介した車軸駆動ケース９１からの回転抑制力とが入力される。すると、第二遊星ギア５３は、該両入力を基に、共通ロータ軸９４の軸心を中心に公転し、前記車軸１５の内端フランジ１５ａが、第二遊星ギア５３の公転に連れて回転することにより、車軸１５が該内端フランジ１５ａと一体に回転することとなる。
【００８９】
すなわち、車軸駆動ケース９１に、駆動輪６の車軸１５と、該車軸１５と同一軸心上に延設される共通ロータ軸９４を有する電動発電機１８と、前記車軸１５に出力する高速用遊星ギア機構及び低速用遊星ギア機構とを収納し、該高速用遊星ギア機構及び低速用遊星ギア機構の両方のサンギア９５・９７を、前記共通ロータ軸９４上に相対回転可能に設け、該共通ロータ軸９４上に、相対回転不能かつ軸心方向摺動可能なシフタ９８を備えており、該シフタ９８は、前記共通ロータ軸９４上の摺動により、該共通ロータ軸９４の動力を高速用遊星ギア機構に伝達する高速位置Ｈと、該共通ロータ軸９４の動力を低速用遊星ギア機構に伝達する低速位置Ｌｗとに切替可能とするので、車軸駆動装置４において、電動発電機１８の共通ロータ軸９４と車軸１５を同一軸心上に配置することができ、半径方向のコンパクト性を確保することができる。更に、変速装置８９として、低速用遊星ギア機構と高速用遊星ギア機構との二つの遊星ギア機構を備えつつ、その変速機構において、軸心方向に摺動制御する部材としては、前記共通ロータ軸９４に相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に設けるシフタ９８のみですみ、変速機構を簡素で経済的な構成にすることができる。
【００９０】
更に、前記車軸駆動装置４は、このような構成から成る、前記第一電動発電機２４と第二電動発電機２５からの電動動力を変速する変速装置８９を備えるので、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５への供給電力の制御のみによる変速に比べて変速比が大きくとれ、作業内容、接地面状態等の諸条件に合わせて車体速度をきめ細かく変更することができ、走行性能を向上させることができる。
【００９１】
なお、前記車軸駆動装置３においては、車軸駆動ケース３０で、減速ギアケース部材３４よりも軸心方向外側にある車軸ケース部材３５の内側外周部の小段差部３４ａに、前記車体フレーム７の側板７ａが当接するようにして固設されているが、これに対し、車軸駆動装置４においては、減速ギアケース部材１０３よりも軸心方向内側にある変速ケース部材９３の内側外周部に、大きな段差部９３ａが形成され、該段差部９３ａに、前記車体フレーム７の側板７ａが固設されており、側板７ａからの車軸駆動ケース９１の外側突出長を長く設定している。これにより、車軸駆動装置４において、前記駆動輪６のリム６ｂ内に収容可能な部分の長さを長くすることにより、駆動輪６と作業車両１本体との間における車軸駆動装置４の伸縮長を一層短縮することができ、作業車両１の左右方向の更なる小型化を図ることができる。
【００９２】
また、図１３、図１４に示す車軸駆動装置４Ａについて説明する。
該車軸駆動装置４Ａは、前記車軸駆動装置４の変速装置８９に代えて、中立位置Ｎを有さない変速装置９０を設けたものである。該変速装置９０においては、高速サンギア１０６が、前記電動発電機１８から軸心方向外側に水平に延設されてきた共通ロータ軸９４Ａに相対回転可能に外嵌合され、該高速サンギア１０６に隣接して、低速サンギア１０８が、その内周面に沿って配設されるワンウェイクラッチ１０７を介して、共通ロータ軸９４Ａに外嵌されている。そして、該低速サンギア１０８と軸心方向反対側にて、高速サンギア１０６に隣接して、共通ロータ軸９４Ａ上にシフタ１０４が配置されている。
【００９３】
該シフタ１０４は、共通ロータ軸９４Ａの外周面上にスプラインハブ１０５を固設し、該スプラインハブ１０５の外周面に形成されるスプラインに、摺動リング部材１０９の内周面に形成したスプラインを係合して、該スプラインハブ１０５上に該摺動リング部材１０９を相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に外嵌してなるスプラインタイプのものである。更に、前記高速サンギア１０６の該摺動リング部材１０９への対峙側端部には、クラッチ歯部１０６ａが形成されている。前記遊星ギア部材１０２の高速遊星ギア１０２ａが高速サンギア１０６に、低速遊星ギア１０２ｂが低速サンギア１０８に、それぞれ、常時噛合しており、高速遊星ギア列１０６・１０２ａと低速遊星ギア列１０８・１０２ｂが構成されている。
【００９４】
そして、前記シフタ１０４は、スプラインハブ１０５上における摺動リング部材１０９の軸心方向摺動位置により、低速位置Ｌｗと高速位置Ｈとに切替可能となっており、摺動リング部材１０９が高速サンギア１０６のクラッチ歯部１０６ａから外れてスプラインハブ１０５のみに噛合している状態を、シフタ１０４の低速位置Ｌｗ、摺動リング部材１０９をスプラインハブ１０５及びクラッチ歯部１０６ａに噛合した状態を、シフタ１０４の高速位置Ｈとしている。
【００９５】
このような構成において、前記シフタ１０４が高速位置Ｈにある場合は、該摺動リング部材１０９及びスプラインハブ１０５を介して、高速サンギア１０６が共通ロータ軸９４Ａに相対回転不能に係合される。これにより、前記遊星ギア部材１０２には、高速遊星ギア列１０６・１０２ａを介して共通ロータ軸９４Ａの回転動力が入力されると共に、車軸駆動ケース９１からはインターナルギア１０３ｂを介して回転抑制力が入力され、その結果、遊星ギアキャリア４９の回転が、前記減速装置１９Ａを介して車軸１５へと伝達される。
【００９６】
一方、前記シフタ１０４が低速位置Ｌｗにある場合は、前記高速サンギア１０６は、共通ロータ軸９４Ａ上にて遊転可能であり、その間、前記低速サンギア１０８には、ワンウェイクラッチ１０７を介して共通ロータ軸９４Ａの回転動力が伝達される。ここで、ワンウェイクラッチ１０７は、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度を上回る間は、共通ロータ軸９４Ａの回転力を低速サンギア１０８に伝達しない構成となっている。つまり、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期して初めて、該共通ロータ軸９４Ａの回転力が低速サンギア１０８へと伝達される。
【００９７】
従って、前述した車軸駆動装置４では、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が、目標とした低速サンギア９７の回転速度と同期するまで、シフタ９８を低速位置Ｌｗにはせずに中立位置Ｎに保持する必要があるが、車軸駆動装置４Ａでは、このような制御を必要しない。つまり、ワンウェイクラッチ１０７を上述のように構成することで、シフタ１０４は、低速位置Ｌｗに保持されている間に、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期するまでは、低速遊星ギア列１０８・１０２ｂにも高速遊星ギア列１０６・１０２ａにも共通ロータ軸９４Ａの回転力を伝達しない中立状態を保持することができ、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期した時点で、低速遊星ギア列１０８・１０２ｂに共通ロータ軸９４Ａの回転動力を伝達する低速設定状態に自然と切り替えることができる。
【００９８】
すなわち、前記低速用の遊星ギア機構のサンギアである低速サンギア１０８と、前記共通ロータ軸９４Ａとの間にワンウェイクラッチ１０７が介設されており、前記シフタ１０４が前記低速位置Ｌｗの時、前記共通ロータ軸９４Ａから該ワンウェイクラッチ１０７を介して該低速用の遊星ギア機構に前記電動発電機１８の出力が伝達されるので、ワンウェイクラッチ１０７を、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度より高い場合には動力伝達しない構成とすることができ、シフタ１０４を高速位置Ｈから低速位置Ｌｗに切り換えた際に、該共通ロータ軸９４Ａの回転速度が該低速サンギア１０８の回転速度を上回っている間、すなわち、電動発電機１８の回転速度が十分に低下していない間は、共通ロータ軸９４Ａから低速用の遊星ギア機構には動力が伝達されず、中立状態となっている。そして、該共通ロータ軸９４Ａの回転速度が該低速サンギア１０８の回転速度に同期するほどまで低下してから、該ワンウェイクラッチ１０７を介して、共通ロータ軸９４Ａの回転動力が低速用遊星ギア機構に伝達されるので、ショックを感じるような急激な車速変化や走行負荷を軽減することができるのである。
【００９９】
次に、差動装置を備えた車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂ・５Ｃ・５Ｄ・５Ｅについて、図１５乃至図２０により説明する。
図１５に示す車軸駆動装置５について説明する。該車軸駆動装置５の車軸駆動ケース１１０は、差動装置１１６を収容する本体ケース部材１１１、該本体ケース部材１１１の前部右側面に固設された電動発電ケース部材１１２、及び該電動発電ケース部材１１２の外側開口を覆うカバー部材１１３より形成され、該カバー部材１１３と前記本体ケース部材１１１に、前記電動発電機１８の共通ロータ軸１１４が、左右方向に、回転可能に軸支されている。詳しくは、該共通ロータ軸１１４は、その右端部が前記カバー部材１１３に設けた軸受け１２０によって支持されると共に、左方に向かって水平に前記本体ケース部材１１１内に延設され、その途中部が該本体ケース部材１１１内に設けた軸受け１１８によって支持されている。そして、該共通ロータ軸１１４の左端部には、制動装置１１７が周設されている。
【０１００】
該制動装置１１７においては、前記共通ロータ軸１１４の左端に固設した小径の出力ギア１２１の基部には、円盤状のブレーキロータ部１２１ａが形成され、該ブレーキロータ部１２１ａとその右側の隔壁との間には、鉛直のブレーキカム軸１２２が、本体ケース部材１１１に鉛直途中部を回動自在に支持されて配設されている。該ブレーキカム軸１２２の下部は、平面断面視で半円状のカム部に形成され、非制動時には、その鉛直平坦面１２２ａを前記ブレーキロータ部１２１ａに対し平行に対峙させている。そして、該カム部を囲むようにしてＬ字状のブレーキシュー８４が配置され、一方、前記ブレーキロータ部１２１ａとその左側の外壁との間には、ブレーキパッド１２３が配置されている。
【０１０１】
このような構成において、前記ブレーキカム軸１２２の端部に連係された制動操作具か制動用アクチュエータを操作してブレーキ位置に設定すると、ブレーキカム軸１２２の鉛直平坦面１２２ａがブレーキロータ部１２１ａに対して平面視斜めになり、該鉛直平坦面１２２ａの一端が前記ブレーキシュー８４を押圧し、該ブレーキシュー８４と前記ブレーキパッド１２３との間にブレーキロータ部１２１ａを挟み込んで、共通ロータ軸１１４が制動される。逆に、非ブレーキ位置にすると、ブレーキカム軸１２２の鉛直平坦面１２２ａがブレーキシュー８４とブレーキロータ部１２１ａに対して平行になり、ブレーキロータ部１２１ａよりブレーキシュー８４が離間して、共通ロータ軸１１４が回転可能となり、これにより制動装置１１７が構成される。
【０１０２】
該共通ロータ軸１１４に平行に、前記本体ケース部材１１１内にはカウンタ軸１２４と左右の車軸１２５・１２５が軸支されると共に、この共通ロータ軸１１４から左右の車軸１２５・１２５にかけては、一連の減速ギア列から成る減速装置１１９が内設されている。該減速装置１１９においては、前記カウンタ軸１２４に大径ギア１２８を固設して共通ロータ軸１１４の前記出力ギア１２１に噛合すると共に、このカウンタ軸１２４に小径のファイナルピニオン１２９を設けて前記差動装置１１６のリングギア１２７に噛合させ、これにより電動発電機１８からの電動動力が減速されて差動装置１１６に伝達される。
【０１０３】
該差動装置１１６は、前記左右の車軸１２５・１２５と同一回転軸心を有するように車軸駆動装置５内に支持された中空の図示せぬデフケースと、該デフケース外周面に固設され前記カウンタ軸１２４上のファイナルピニオン１２９に噛合されるリングギア１２７と、該デフケース内において車軸１２５・１２５と直交配置されデフケースと一体的に回転するピニオン軸１３０と、該ピニオン軸１３０の両端に回転自在に配置されるピニオン１３１・１３１と、前記車軸１２５・１２５の内端側に固定され該ピニオン１３１・１３１に噛合されるデフサイドギア１３２・１３２とにより構成されている。これにより、前記電動発電機１８から差動装置１１６を介して伝達されてきた電動動力の出力トルクを、左右の車軸１２５・１２５に差動的に伝達することができる。
【０１０４】
すなわち、前記車軸駆動装置５は、このようにして、前記出力トルクを左右の車軸１２５・１２５に差動伝達する差動装置１１６を備えるので、左右の各駆動輪６・６に常に等しいトルクを加えながら異なった回転速度を付与することができ、旋回や曲進が容易となり、走行性能を更に向上させることができる。
【０１０５】
また、図１６に示す車軸駆動装置５Ａは、前記車軸駆動装置５の減速装置１１９を構成する複数の平ギアの一部をベベルギアに変更したものである。
該車軸駆動装置５Ａは、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８、該電動発電機１８の共通ロータ軸１１４の一端に設けた制動装置１１７、左右の車軸１２５・１２５を差動連結する差動装置１１６、該差動装置１１６に前記共通ロータ軸１１４からの電動動力を減速して伝達する減速装置１１９Ａより構成される。
【０１０６】
このうちの電動発電機１８は、その共通ロータ軸１１４の軸心方向が、前記車軸駆動装置５とは異なり、前後方向となるように配置されているため、前記車軸駆動装置５では平ギアであった出力ギア１２１と大径ギア１２８に代えて、本車軸駆動装置５Ａでは、ベベルギア１３４とベベルギア１３５をそれぞれ配置して互いに噛合し、ベベルギア列１３４・１３５を構成している。
【０１０７】
これにより、共通ロータ軸１１４から減速装置１１９Ａのカウンタ軸１２４に対し、伝達方向を９０度変えて電動動力を伝達することができ、作業車両１の仕様に合わせて電動発電機を自在に組み合わせ、汎用性・拡張性の高い車軸駆動装置を得ることができる。
【０１０８】
また、図１７に示す車軸駆動装置５Ｂは、前記車軸駆動装置５Ａの減速装置１１９Ａの代わりに高低２段の変速装置１３３を設けると共に、該変速装置１３３の伝達軸であるカウンタ軸１３７上に前記制動装置１１７を設けたものである。
該車軸駆動装置５Ｂは、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８、該電動発電機１８の共通ロータ軸１１４の後端に前記ベベルギア１３４・１３５を介して連結される変速装置１３３、該変速装置１３３のカウンタ軸１３７の一端に設けた制動装置１１７、左右の車軸１２５・１２５を差動連結する差動装置１１６より構成される。
【０１０９】
このうちの変速装置１３３においては、前記左右の車軸１２５・１２５に平行に、変速軸１３６とカウンタ軸１３７が軸支され、該変速軸１３６上には、左右に、小径の低速駆動ギア１３８と大径の高速駆動ギア１３９が相対回転可能に外嵌され、カウンタ軸１３７上には、左右に、大径の低速従動ギア１４０と小径の高速従動ギア１４１が固設されており、低速駆動ギア１３８と低速従動ギア１４０が噛合して低速ギア列１３８・１４０が形成され、高速駆動ギア１３９と高速従動ギア１４１が噛合して高速ギア列１３９・１４１が形成されている。
【０１１０】
そして、前記変速軸１３６上で低速駆動ギア１３８と高速駆動ギア１３９間には、スプラインハブ１４２が相対回転不能に係合され、該スプラインハブ１４２上には、図示せぬ摺動リング部材が軸心方向摺動自在かつ相対回転不能に係合されており、該摺動リング部材を左右摺動して、前記低速駆動ギア１３８のクラッチ歯部に噛合して前記低速ギア列１３８・１４０が選択されて低速段に変速され、高速駆動ギア１３９のクラッチ歯部に噛合して前記高速ギア列１３９・１４１が選択されて高速段に変速されるようにしている。更に、前記カウンタ軸１３７上で低速従動ギア１４０と高速従動ギア１４１間には、ファイナルギア１４３が固設されており、前記差動装置１１６のリングギア１２７に噛合されている。このようなカウンタ軸１３７の右端に、前記制動装置１１７が設けられており、該制動装置１１７によってカウンタ軸１３７を制動できるようにしている。
【０１１１】
これにより、前記変速装置１３３によって一層きめ細かな変速制御が行えることに加え、該変速装置１３３の左右方向の空間を利用して制動装置１１７を配置することができ、走行性能の向上と車軸駆動装置の前後方向の小型化を図ることができる。
【０１１２】
また、図１８に示す車軸駆動装置５Ｃは、前記車軸駆動装置５Ａの制動装置１１７の摺動部材を電動発電機１８Ｄのロータ１４８の一部で兼用したものである。
該電動発電機１８Ｄにおいては、前後方向に延設される前記共通ロータ軸１１４の前部には、第一支持アーム１４８ｂを介して第一ロータ筒１４８ａが固定され、該共通ロータ軸１１４の後部には、第二支持アーム１４８ｄを介して第二ロータ筒１４８ｃが固定され、これら第一ロータ筒１４８ａ、第一支持アーム１４８ｂ、第二ロータ筒１４８ｃ、及び第二支持アーム１４８ｄからロータ１４８が構成されている。
【０１１３】
そして、前記第一ロータ筒１４８ａの外周面に形成された第一ロータ部１５１ｂと、該第一ロータ部１５１ｂの外周面に所定の空隙をもって対向配置された第一ステータ１５１ａより第一電動発電機１５１が形成されると共に、前記第二ロータ筒１４８ｃの外周面に形成された第二ロータ部１５２ｂと、該第二ロータ部１５２ｂの外周面に対向配置された第二ステータ１５２ａより第二電動発電機１５２が形成され、これら第一電動発電機１５１と第二電動発電機１５２から、車軸駆動装置５Ｃの前記電動発電機１８Ｄが構成される。
【０１１４】
更に、前記ロータ１４８の第一支持アーム１４８ｂの途中部には、該第一支持アーム１４８ｂを前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして制動装置１１７Ａが周設されており、図示せぬ制動操作具か制動用アクチュエータを操作することにより、ブレーキシュー８４と前記ブレーキパッド１２３との間に第一支持アーム１４８ｂを挟み込んで、前記共通ロータ軸１１４を制動できるようにしている。
【０１１５】
これにより、制動装置１１７で必要とされていた前記ブレーキロータ部１２１ａを省略することができる。すなわち、前記ロータ１４８の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部であるブレーキロータ部１２１ａを兼用させるので、該ブレーキロータ部１２１ａを別途設ける必要がなくなり、部品点数を低減させることができ、車軸駆動装置５の部品コストの低減、メンテナンス性の向上を更に進めることができる。
【０１１６】
また、図１９に示す車軸駆動装置５Ｄは、前記車軸駆動装置５において、前記制動装置１１７の摺動部材をロータ１４９の一部で兼用すると共に、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８に代えて、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｂを設けたものである。
該電動発電機１８Ｂのロータ部８０ｂ・８２・８１ｂを形成するロータ筒１４９ａは、ロータ１４９の支持アーム１４９ｂを介して前記共通ロータ軸１１４の左端に固設されると共に、該支持アーム１４９ｂの半径方向延出端には、該延出端を前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして前記制動装置１１７Ａが周設されている。
【０１１７】
これにより、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｂを用いた場合でも、前記車軸駆動装置５Ｃと同様に、ロータ１４９の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部を兼用させて、前記ブレーキロータ部１２１ａを省略できるようにしている。
【０１１８】
また、図２０に示す車軸駆動装置５Ｅは、前記車軸駆動装置５Ｄの減速装置１１９を構成する複数の平ギアの一部をベベルギアに変更したものである。
該車軸駆動装置５Ｅにおいては、前記車軸駆動装置５Ｄと同様に、アキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ｅが設けられている。そして、該電動発電機１８Ｅのロータ１５０は、共通ロータ軸１１４から半径方向に延設された第一支持アーム１５０ａ、第二支持アーム１５０ｂ、第三支持アーム１５０ｃから成り、このうちの第一支持アーム１５０ａの半径方向延出端に、該延出端を前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして前記制動装置１１７Ａが周設されている。更に、該共通ロータ軸１１４の後端には、前記減速装置１１９Ａのベベルギア列１３４・１３５が連結されている。
【０１１９】
これにより、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｅを用いた場合に、前記車軸駆動装置５Ｄと同様に、ロータ１５０の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部を兼用させると、前記ブレーキロータ部１２１ａが省略できるばかりでなく、共通ロータ軸１１４から減速装置１１９Ａのカウンタ軸１２４に向かって、伝達方向を９０度変えて電動動力を伝達することができる。
【０１２０】
なお、以上述べた車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂ・５Ｃ・５Ｄ・５Ｅにおいては、差動装置１１６を介して左右の車軸１２５に出力トルクを伝達しているが、該差動装置１１６を備えずに、各車軸１２５毎に設けた電動発電機、ここでは車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂでは電動発電機１８、車軸駆動装置５Ｃでは電動発電機１８Ｄ、車軸駆動装置５Ｄでは電動発電機１８Ｂ、車軸駆動装置５Ｅでは電動発電機１８Ｅから、各車軸１２５に対して直接に出力トルクを伝達するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた、全ての作業車両の車軸駆動装置に適用することができる。そして、電動発電機の種類としては、上述の実施形態では、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）としての、アキシャルエアギャップ構造やラジアルエアギャップ構造の表面永久磁石型同期モータ（ＳＰＭＳＭ）を使用しているが、埋込永久磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ）や、誘導モータ（ＩＭ）であってもよく、単一の共通ロータ軸の周りにロータとステータを配置した構造であれば特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１ 作業車両
３・５ 車軸駆動装置
６ 駆動輪（車輪）
６ｂ リム
１５・１２５ 車軸・走行駆動部
１７・１１７・１１７Ａ 制動装置
１８・１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ 電動発電機
１９ 減速装置
２０ コントローラ
２４・７６・８０・８６・１５１ 第一電動発電機
２４ａ・７６ａ・８０ａ・８６ａ・１５１ａ 第一ステータ
２５・７７・８１・８７・８８・１５２ 第二電動発電機
２５ａ・７７ａ・８１ａ・８７ａ・８８ａ・１５２ａ 第二ステータ
４０・４０ａ・４０ｂ 永久磁石
４１・４１Ａ・４１Ｂ・４１Ｃ 共通ロータ軸
５５ モード変更具（モード変更手段）
８２ 共通ロータ部
８９ 変速装置
１１６ 差動装置
１２１ａ ブレーキロータ部（摺動部）
１４４・１４５・１４６・１４７・１４８・１４９・１５０ ロータ
Ｌ 走行負荷
Ｌｏ 基準負荷
Ｍ 旋回操作量
Ｍｏ 基準操作量
Ｔ 出力トルク
Ｖ 車体速度
ｖ 車輪速度
ΔＶ 速度差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車軸を駆動するために複数の電動発電機を備えた作業車両の車軸駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、乗用芝刈機等の作業車両においては、該作業車両の車軸駆動装置に、電動機動作と発電機動作が可逆的に可能で電動機と発電機を兼用できる電動発電機を複数収容し、該複数の電動発電機を制御することにより、種々のモードの駆動や制動を可能とする電動駆動技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。該電動駆動技術においては、車軸駆動装置内に第一電動発電機と第二電動発電機を設け、第一電動発電機の第一ロータと第二電動発電機の第二ロータとの間を、弾性体等の連結部材によって結合した上で、該第一ロータと第二ロータにそれぞれ対向配置された各ステータに電力を供給することにより、第一ロータと第二ロータを一体的に回転し、両電動発電機からのトルクを加算した出力トルクによって車軸を駆動できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この従来の電動駆動技術では、第二ステータを制動用摩擦板として軸心方向に移動可能とすべく、第二ロータの回転筒の内部に第一ロータの回転軸を内挿した多重軸が形成されているため、軸構造が複雑となって組立性、メンテナンス性が低下し、部品点数が増えて部品コストも増加する、という問題があった。
更に、前記出力トルクは、駆動輪が走行中に接地面から受ける抵抗である走行負荷の大小に関係なく制御されるため、作業車両の車軸駆動装置に搭載されるような小型小出力の電動発電機では、走行負荷が大きい場合に、発進時等の高トルク低回転数域でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域で回転数が不足して車体速度上限が低下したりして、良好な走行性能が得られない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するものである。
請求項２においては、前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えるものである。
請求項３においては、前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとするものである。
請求項４においては、前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とするものである。
請求項５においては、アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるものである。
請求項６においては、アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるものである。
請求項７においては、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるものである。
請求項８においては、前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設するものである。
請求項９においては、前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するものである。
請求項１０においては、前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定するものである。
請求項１１においては、前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けるものである。
請求項１２においては、前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とするものである。
請求項１３においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けるものである。
請求項１４においては、前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成するものである。
請求項１５においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けるものである。
請求項１６においては、前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させるものである。
請求項１７においては、前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えるものである。
請求項１８においては、前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するので、多重軸等の複雑な軸を省略することができ、軸構造を単純にして組立性、メンテナンス性が向上すると共に、部品点数が減少して部品コストの低減を図ることができる。更に、作業車両の車軸駆動装置に搭載されるような小型小出力の電動発電機であって走行負荷が大きい場合であっても、該走行負荷に応じて第二ステータを稼働状態にしてトルクを加算し、前記出力トルクを大きく増加させることができ、発進時等の高トルク低回転数域でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域で回転数が不足して車体速度上限が低下するのを確実に防止することができ、良好な走行性能を得ることができる。
請求項２においては、前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えるので、例えば、走行負荷が全般的に小さい場合は手動操作モードで単独稼働状態に設定し、走行負荷が全般的に大きい場合は手動操作モードで同時稼働状態に設定し、走行負荷が大きく変動するような場合は自動操作モードに設定するようにして、作業内容、接地面状態、車両運転者の熟練度等の諸条件に合わせて、各ステータの稼働状態をきめ細かく変更することができ、ステータの無駄な稼働時間を短縮して節電したり、各部品の損耗を軽減して部品寿命を延ばすことにより、ランニングコストの低減を図ることができる。
請求項３においては、前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとするので、駆動輪が接地面から受ける走行負荷を駆動輪近くで直接的に検知して把握することができ、前記第二ステータの稼働状態をより精度良く切り替えることにより、高トルク低回転数域でのトルク不足や低トルク高回転数域での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
請求項４においては、前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とするので、駆動輪が接地面から受ける走行負荷を、光学センサ等で検知した作業車両の車体速度と駆動輪の車輪速度から算出するだけで把握することができ、前記第二ステータの稼働状態をより高速に切り替えることにより、高トルク低回転数域でのトルク不足や低トルク高回転数域での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
請求項５においては、アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、走行負荷が小さくて稼働状態にない第二ステータからの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項６においては、アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、旋回操作量が小さくて稼働状態にない第二ステータからの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項７においては、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるので、非アクセル操作時に、稼働状態にないステータのうちの少なくとも一方からの回生電力を一旦バッテリに充電し、該バッテリからの供給電力を使用して前記電動発電機に電動機動作を行わせることができ、作業車両の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
請求項８においては、前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設するので、前記アキシャルエアギャップ構造によって、ロータの永久磁石とステータの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大して出力の向上を図ることができる。更に、ステータを、該ステータの長手方向が共通ロータ軸の半径方向に沿うように配置し、電動発電機の軸心方向の厚みを薄くして、車軸駆動装置の軸心方向の長さを短くすることができる。加えて、両側面に永久磁石を設けた共通ロータ部は、第一ステータと第二ステータの両ステータの両磁極からの作用を同時に受けることができ、その分だけ磁石磁束量が増大して電動発電機の出力を更に向上させることができる。
請求項９においては、前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するので、ロータの永久磁石とステータの磁極との対向面積を大きく確保して電動発電機の小型化・軽量化が容易なアキシャルエアギャップ構造の部分と、共通ロータ軸のたわみや軸振動が小さく大型化が容易なラジアルエアギャップ構造の部分を、電動発電機仕様に合わせて自在に組み合わせることができ、汎用性・拡張性の高い電動発電機を得ることができる。
請求項１０においては、前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定するので、補助的な第二電動発電機の小型化・軽量化を図ることができ、車軸駆動装置も小型化・軽量化することができる。
請求項１１においては、前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けるので、車軸毎に適正な電動機動作・発電機動作を行うことができ、走行性能・電力回生効率の向上を図ることができる。
請求項１２においては、前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とするので、車輪と作業車両本体との間における車軸駆動装置の伸縮長を短縮することができ、作業車両の左右方向の小型化を図ることができる。
請求項１３においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けるので、共通ロータ軸と直結するようにして減速装置を設けることができ、共通ロータ軸から減速装置までの複雑な減速リンク機構が不要となり、該減速リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１４においては、前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成するので、減速装置を前記第一電動発電機・第二電動発電機と同じケース内に収容することができ、減速装置収容のためのケースが不要となり、車軸駆動装置の小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１５においては、前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けるので、共通ロータ軸と直結するようにして制動装置を設けることができ、共通ロータ軸から制動装置までの複雑な制動リンク機構が不要となり、該制動リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
請求項１６においては、前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させるので、該摺動部を別途設ける必要がなくなり、部品点数を低減させることができ、車軸駆動装置の部品コストの低減、メンテナンス性の向上を更に進めることができる。
請求項１７においては、前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えるので、該第一電動発電機と第二電動発電機への供給電力の制御のみによる変速に比べて変速比が大きくとれ、作業内容、接地面状態等の諸条件に合わせて車体速度をきめ細かく変更することができ、走行性能を向上させることができる。
請求項１８においては、前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えるので、左右の各駆動輪に常に等しいトルクを加えながら異なった回転速度を付与することができ、旋回や曲進が容易となり、走行性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係わる車軸駆動装置３を搭載した作業車両の全体平面図である。
【図２】車軸駆動ケースの支持構造を示す車軸駆動装置周囲の側面図である。
【図３】車軸駆動装置３の背面断面図である。
【図４】トルク制御システムのブロック図である。
【図５】トルク制御構成を示す出力トルクと車体速度の関係曲線図である。
【図６】トルク制御構成を示すフローチャートである。
【図７】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ａの背面断面図である。
【図８】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ｂの模式図である。
【図９】車軸駆動装置３の別形態を示す車軸駆動装置３Ｃの模式図である。
【図１０】車軸駆動装置３の別形態である車軸駆動装置４を搭載した作業車両の全体平面図である。
【図１１】車軸駆動装置４の背面断面図である。
【図１２】同じく拡大背面断面図である。
【図１３】車軸駆動装置４の別形態を示す車軸駆動装置４Ａの背面断面図である。
【図１４】同じく拡大背面断面図である。
【図１５】車軸駆動装置３の別形態である車軸駆動装置５の平面断面図である。
【図１６】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ａの模式図である。
【図１７】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｂの模式図である。
【図１８】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｃの模式図である。
【図１９】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｄの模式図である。
【図２０】車軸駆動装置５の別形態を示す車軸駆動装置５Ｅの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
なお、以下の説明では、図１の矢印２で示す方向を作業車両１の前方、矢印２８で示す方向を右方として、各部材の名称や位置関係を説明するものである。
【０００９】
まず、本発明に関わる車軸駆動装置を左右に搭載した作業車両１の全体構成について、図１乃至図４により説明する。
該作業車両１は、乗用芝刈機であって、その前後方向に車体フレーム７が延設され、該車体フレーム７前端の左右端部には、前輪としてのキャスタ輪８・８が支持されると共に、前記車体フレーム７の前後途中部の下方には、図示せぬ回転刃等を内装するモアユニット９が配置され、該モアユニット９の後方の前記車体フレーム７上に、本体カバー１０が搭載されている。
【００１０】
該本体カバー１０内において、前記車体フレーム７の左右両側板７ａ・７ａ間には、エンジン１１、該エンジン１１によって駆動されて発電する発電機１２、及び該発電機１２からの余剰電力や後述する回生電力を蓄えるためのバッテリ１３が配設され、このうちのエンジン１１には、ラジエータ１１ａや、該ラジエータ１１ａを冷却するためのラジエータファン１１ｂ等が付設されている。
【００１１】
また、前記左右両側板７ａ・７ａには、本発明に関わる左右の両車軸駆動装置３・３が、後述するようにしてそれぞれ固定されている。該車軸駆動装置３には車軸１５が設けられ、該車軸１５の外端にはハブ１４が固設されており、該ハブ１４が、後輪としての駆動輪６のリム６ｂ内に配置されている。そして、該駆動輪６は、タイヤ６ａ、該タイヤ６ａ内周部に取り付けた環状の前記リム６ｂ、及び該リム６ｂの円形開口内に固設されているホイル６ｃより構成されており、該ホイル６ｃに前記ハブ１４をボルト１６で締結することにより、各駆動輪６を車軸１５に連結して各車軸駆動装置３によって独立駆動できるようにしている。
【００１２】
ここで、前記車軸駆動装置３の車軸駆動ケース３０の構成と支持構造について説明する。なお、左右の車軸駆動装置３・３は互いに略同一構造であるため、以下の説明では、右側の車軸駆動装置３、すなわち図１では前記矢印２に近い方の車軸駆動装置３についてのみ説明し、左側の車軸駆動装置３についての説明は省略する。
【００１３】
前記車軸駆動ケース３０は、左から順に、制動ケース部材３１、内側カバー部材３２、電動発電ケース部材３３、減速ギアケース部材３４、車軸ケース部材３５、及び外側カバー部材３６を、前記車軸１５の軸心方向に沿って配設し、接合することにより構成される。このうちの電動発電ケース部材３３の外周部の軸心方向途中には段差面３３ａが形成されており、前記電動発電ケース部材３３、減速ギアケース部材３４、車軸ケース部材３５に対して、前記段差面３３ａから軸心方向にボルト３７を螺入し、該ボルト３７によって前記ケース部材３３・３４・３５が締結されている。
【００１４】
そして、前記車軸ケース部材３５の内側外周部と減速ギアケース部材３４の外側面によって形成された小段差部３４ａに、前記車体フレーム７の側板７ａの内側面が当接するようにして、車軸駆動ケース３０が側板７ａに固定されている。
【００１５】
該側板７ａには、図２に示すように、下方に開いた側面視Ｕ字状の支持切欠き７ｂが形成されており、該支持切欠き７ｂの奥半部７ｃに前記減速ギアケース部材３４の小段差部３４ａを当接した上で、該減速ギアケース部材３４外周部の図示せぬフランジ部分を複数のボルト３８で前記側板７ａに締結固定することにより、車軸駆動ケース３０を側板７ａに固定できるようにしている。更に、前記支持切欠き７ｂの開口部７ｄを閉塞するように、補強板３９が前後方向に橋架されてボルト７８によって側板７ａに締結固定され、該補強板３９の上辺が、前記車軸駆動ケース３０の下側の小段差部３４ａに当接されており、車軸駆動ケース３０を、より確実に側板７ａに固定することができる。
【００１６】
すなわち、このように、前記側板７ａに一方に開いた支持切欠き７ｂをに設け、該支持切欠き７ｂによって前記車軸駆動ケース３０を支持する支持構造としたので、側板７ａ内に独立した支持孔を形成する場合に比べて加工が容易となり、作業車両１の製造コストの低減を図ることができると共に、必要に応じて、前記支持切欠き７ｂの開口部７ｄを閉塞する補強板３９等の補強部材を設け、該補強板３９によって前記車軸駆動ケース３０を一方から押圧支持することにより、更に支持強度を高めることができ、作業車両１の適用範囲を拡大することができる。
【００１７】
また、前記各車軸駆動装置３内には、電動発電機１８が設けられており、該電動発電機１８には前記バッテリ１３からの電力が供給される。この供給電力は、前記発電機１２からの発電電力や、後述するような電動発電機１８毎の発電機動作による回生電力を前記バッテリ１３に蓄えて成る直流電力を、作業車両１に設けたペダルやレバー等のアクセル操作具２１のアクセル操作に連動させて、適正な大きさと周波数の交流電力に変換したものである。そして、該交流電力を各電動発電機１８に供給することにより、電動発電機１８毎に電動機動作させて各車軸１５を独立駆動できるようにしている。
【００１８】
すなわち、以上のように、前記車軸駆動装置３は、各車軸１５を独立駆動可能に設けるので、車軸１５毎に適正な電動機動作・発電機動作を行うことができ、走行性能・電力回生効率の向上を図ることができる。
【００１９】
なお、該作業車両１には、丸形ハンドル等の旋回操作具２２も設けられており、該旋回操作具２２の旋回操作方向や旋回操作量Ｍに応じて、各車軸駆動装置３の電動発電機１８への供給電力に差を設け、これにより、左右の駆動輪６・６を差動させて、作業車両１を旋回させるようにしている。
【００２０】
また、前記モアユニット９には、回転刃駆動用のギア機構を収納するギアボックス９ａが付設され、該ギアボックス９ａ内のギア機構を駆動する電動機２６が、前記本体カバー１０内で車体フレーム７の左右両側板７ａ・７ａの間に配設されている。そして、該電動機２６と前記ギアボックス９ａの入力軸との間は、ユニバーサルジョイント付きの伝動軸２７によって連結されており、前記バッテリ１３からの供給電力で駆動される電動機２６により、モアユニット９内の回転刃を駆動するようにしている。
【００２１】
次に、前記各車軸駆動装置３の詳細構成について、図３により説明する。
なお、以下の説明で「軸心方向」とは、後述する共通ロータ軸の軸心方向を示すものであり、「軸心方向外側」とは、該軸心方向における駆動輪６寄り側、「軸心方向内側」とは、該軸心方向における駆動輪６と反対側を示すものとする。
【００２２】
前記電動発電ケース部材３３の内周面には、複数の電機子巻線を環状に並列してなる環状の第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａが軸心方向に並設固定され、該第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａ内に、それぞれ、第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂが配置される。
【００２３】
該第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂの外周面には、いずれも環状の永久磁石４０が固設されると共に、該永久磁石は、それぞれ、前記第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａの内周面と、所定の空隙をもって対向するように配置されている。この左右の第一ロータ部２４ｂと第二ロータ部２５ｂは、同じロータ筒１４４ａに形成されており、該ロータ筒１４４ａが支持アーム１４４ｂを介して単一の共通ロータ軸４１上に一体回転可能に固設されるようにして、ラジアルエアギャップ構造が形成される。そして、該ロータ筒１４４ａと支持アーム１４４ｂとから、ロータ１４４が構成されている。
【００２４】
これにより、前記第一ステータ２４ａ・第一ロータ部２４ｂより第一電動発電機２４が形成され、前記第二ステータ２５ａ・第二ロータ部２５ｂより第二電動発電機２５が形成され、これら第一電動発電機２４と第二電動発電機２５から、本発明に関わる電動発電機１８が構成される。
【００２５】
該電動発電機１８においては、前記共通ロータ軸４１は、軸心方向外側に向かって水平に、前記電動発電ケース部材３３の軸受け４２を介して、減速ギアケース部材３４内に延設される。一方、該共通ロータ軸４１は、反対の軸心方向内側に向かって水平に、前記内側カバー部材３２を介して、制動ケース部材３１内に延設されている。
【００２６】
該制動ケース部材３１内では、前記共通ロータ軸４１が被制動軸とされ、その周りに制動装置１７が周設されており、複雑な制動リンク機構を介することなく、直接的に共通ロータ軸４１を制動できるようにしている。詳しくは、該制動装置１７は、前記制動ケース部材３１で軸心方向内側に開いた凹部内に配設され、該凹部は、カバー板３１ａによって覆われており、制動装置１７を操作する制動操作軸４３が、該制動装置１７からカバー板３１ａを介して、電動発電ケース部材３３の外部に突出されている。
【００２７】
そして、該制動操作軸４３の端部には、制動アーム４４が固設され、該制動アーム４４は、作業車両１の図示せぬブレーキペダル等の制動操作具に機械的に連係されるか、または、制動用アクチュエータに連係されており、該制動操作具か制動用アクチュエータを操作することで、制動アーム４４を回動し、制動操作軸４３を介して前記共通ロータ軸４１を制動するようにしている。
【００２８】
すなわち、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上に制動装置１７を設けるので、共通ロータ軸４１と直結するようにして制動装置１７を設けることができ、共通ロータ軸４１から制動装置１７までの複雑な制動リンク機構が不要となり、該制動リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置３の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を進めることができる。
【００２９】
また、前記減速ギアケース部材３４の外端と車軸ケース部材３５の内端の接合部近傍の内周面には、軸受け４５を介して、車軸１５の内端フランジ１５ａが軸支される一方、車軸１５が、該内端フランジ１５ａから軸心方向外側に向かって、前記共通ロータ軸４１と同軸上において延設され、該車軸１５の軸心方向途中部が、軸受け４６を介して、前記車軸ケース部材３５内に軸支される。そして、該車軸１５は、前記外側カバー部材３６を介して、電動発電ケース部材３３に突出され、前述の如く、該車軸１５に前記ハブ１４が固設されている。
【００３０】
該ハブ１４は、前述の如く駆動輪６のリム６ｂ内に配置され、更に、車軸駆動ケース３０の少なくとも一部、本実施例では、外側カバー部材３６及び車軸ケース部材３５がリム６ｂ内に配置されており、これにより、駆動輪６と車軸駆動装置３との間隔を短くすることができる。
【００３１】
すなわち、前記車軸駆動装置３の少なくとも一部は、各車軸１５に連結する車輪である駆動輪６のリム６ｂ内に収容可能とするので、駆動輪６と作業車両１本体との間における車軸駆動装置３の伸縮長を短縮することができ、作業車両１の左右方向の小型化を図ることができる。
【００３２】
また、前記電動発電ケース部材３３の軸心方向外側に隣接する減速ギアケース部材３４内には、遊星ギア機構から成る減速装置１９が設けられている。該減速装置１９においては、前記共通ロータ軸４１の外端に、第一サンギア４７が固設されると共に、該第一サンギア４７と前記内端フランジ１５ａとの間にあって、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上には、第二サンギア４８が相対回転可能に軸支されるようにして、減速装置１９が、共通ロータ軸４１の軸心周りに周設されている。そして、該第二サンギア４８のボス部の内端部には、遊星ギアキャリア４９が相対回転不能に外嵌されている。
【００３３】
該遊星ギアキャリア４９には、前記共通ロータ軸４１と平行な遊星ギア軸５０が植設され、該遊星ギア軸５０上に、第一遊星ギア５１が相対回転可能に外嵌されている。そして、該第一遊星ギア５１は、前記第一サンギア４７に常時噛合されると共に、前記減速ギアケース部材３４の内周面に形成されたリングギアであるインターナルギア３４ｂにも常時噛合されている。
【００３４】
前記内端フランジ１５ａには、前記共通ロータ軸４１と平行に遊星ギア軸５２が支持され、該遊星ギア軸５２を介して、第二遊星ギア５３が内端フランジ１５ａに枢支されている。そして、該第二遊星ギア５３は、前記第二サンギア４８に常時噛合されると共に、前記インターナルギア３４ｂにも常時噛合されている。
【００３５】
このような遊星ギア機構を介することにより、前記共通ロータ軸４１から伝達されてきた電動機動力は、複雑な制動リンク機構を介することなく直接的に減速された後、そのまま前記遊星ギア軸５２に公転動力として伝達され、車軸１５を回転駆動する。
【００３６】
すなわち、前記共通ロータ軸４１と同一軸心上に減速装置１９を設けるので、共通ロータ軸４１と直結するようにして減速装置１９を設けることができ、共通ロータ軸４１から減速装置１９までの複雑な減速リンク機構が不要となり、該減速リンク機構を形成するための部品や設置するための配置空間を省略することができ、車軸駆動装置３の部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び小型化・軽量化を更に進めることができる。
【００３７】
更に、前記減速装置１９は、前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５と一体的に構成するので、減速装置１９を前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５と同じケースである車軸駆動ケース３０内に収容することができ、減速装置１９収容のためのケースが不要となり、車軸駆動装置３の小型化・軽量化を更に進めることができる。
【００３８】
次に、以上のような車軸駆動装置３において前記第一電動発電機２４・第二電動発電機２５のトルク制御システム５４について、図３乃至図５により説明する。
図４に示すように、該トルク制御システム５４においては、第一ドライバ１５４を介して前記第一電動発電機２４が、第二ドライバ１５５を介して前記第二電動発電機２５が、それぞれ、独立制御可能にコントローラ２０と接続されている。更に、回生装置２３を介して前記バッテリ１３が接続され、該バッテリ１３は、前記第一ドライバ１５４と第二ドライバ１５５に接続されており、該バッテリ１３から放電される前記直流電力は、各ドライバ１５４・１５５内のインバータにより、前記コントローラ２０からの制御信号に基づいて、適正な大きさと周波数の交流電力に変換された後、それぞれ、リード線を介して前記第一電動発電機２４と第二電動発電機２５に供給電力として送電されるようにしている。
【００３９】
ここで、回生装置２３とは、前記駆動輪６の回転エネルギーを、第一電動発電機２４・第二電動発電機２５の電動機動作用の回転エネルギーに変換する装置であり、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのうちで稼働状態にない方のステータによって、制動時や降坂時に回生電力を発生させ、該回生電力を前述のようにバッテリ１３に蓄えるものである。
【００４０】
更に、前記コントローラ２０には、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａの稼働状態の切り替えや操作モードを変更するモード変更具５５、該モード変更具５５により設定された稼働状態や操作モードを検知するモードセンサ６４、交流電力の大きさや周波数を変化させてバッテリ１３から電動発電機１８への供給電力を増減するアクセル操作具２１、該アクセル操作具２１により設定されたアクセル量を検知するアクセルセンサ７２、作業車両１の対地速度である車体速度を検知する光学センサ・ドップラーレーダ・測定車輪等を用いた車体速度センサ５６、車軸１５等の走行駆動部に取り付けて駆動輪６の実際の回転速度を検知する車輪速度センサ６５、共通ロータ軸４１等に取り付けて第一電動発電機２４・第二電動発電機２５からの出力トルクを検知する出力トルクセンサ５７、車軸１５等の走行駆動部に取り付けて走行負荷Ｌを検知する負荷トルクセンサ５８、丸形ハンドル等の前記旋回操作具２２、及び、該旋回操作具２２による旋回操作方向や旋回操作量Ｍを検知する旋回センサ５９が接続されている。
【００４１】
このうちのモード変更具５５には、稼働状態の切り替えや操作モードを変更するため、本実施例のようなレバー等の変更操作具５５ａが設けられており、該変更操作具５５ａを操作することで、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍのいずれも小さいため前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａのみを稼働状態にして十分な出力トルクを得る単独稼働状態（位置６７）と、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍの少なくとも一方が基準値より大きいために第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａに加えて第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａも同時に稼働状態にして出力トルクの不足分を補う同時稼働状態（位置６８）との間を、自在に切り替えることができる（以下、「手動操作モード」とする。）。更に、該同時稼働状態と前記単独稼働状態との間の切り替えを、このような手動ではなく、走行負荷Ｌ・旋回操作量Ｍの大きさに応じて自動的に行う自動操作モード（位置６６）に設定することができる。
【００４２】
前記位置６７では、前述の如く、電動発電機１８は手動操作モードにおける単独稼働状態に設定されるが、その場合の作業車両１の車体速度Ｖと電動発電機１８からの出力トルクＴは、図５に示すように、車体速度Ｖと第一電動発電機２４のみからの出力トルクＴとの関係を示すトルク特性曲線６０によって囲まれる領域７１内で変化させることができる。
【００４３】
該領域７１においては、前記単独稼働状態で前記アクセル操作具２１を踏み込んでいくと、前記ドライバ１５４により、稼働状態にある第一ステータ２４ａへの供給電力が増加し、該第一ステータ２４ａで発生する磁極の強さが強くなるが、それに伴い、共通ロータ軸４１の回転速度が速くなり、車体速度Ｖが０からＶｍａｘ（１）まで増加する。
【００４４】
この場合の共通ロータ軸４１からの出力トルクＴの上限は、発進時等の高トルク低回転数域に相当する、車体速度Ｖが０からＶ２までの低速度域６９では、Ｔｍａｘ（１）に制限されると共に、車両移動時等の低トルク高回転数域に相当する、車体速度ＶがＶ２からＶｍａｘ（１）までの中高速度域７０では、前記Ｔｍａｘ（１）からＴ２まで減少するように、前記第一ステータ２４ａへの供給電力が、前記アクセルセンサ７２からのアクセル信号、車体速度センサ５６からの車体速度信号、及び出力トルクセンサ５７からの出力トルク信号に基づいて、前記コントローラ２０によって制御される。
【００４５】
また、位置６８では、前述の如く、電動発電機１８は手動操作モードにおける同時稼働状態に設定されるが、その場合の車体速度Ｖと出力トルクＴは、前記トルク特性曲線６０を出力トルクＴの増加方向または車体速度Ｖの増加方向に拡張した曲線部分（以下、「加算トルク部」とする。）によって囲まれる領域内で変化し、これらの加算トルク部と前記トルク特性曲線６０から拡張トルク特性曲線６０Ａが形成される。
【００４６】
前記低速度域６９では、第二ステータ２５ａにも電力を供給するようにして、該第二ステータ２５ａによって加算された出力トルク部分に相当する第一加算トルク部６１を形成してトルク不足を補うことで、過大な走行負荷Ｌに対応可能としている。この場合、該第一加算トルク部６１の出力トルクＴの上限が、車体速度Ｖが０からＶ１までは、前記Ｔｍａｘ（１）より大きな一定値のＴｍａｘ（２）に拡張され、車体速度ＶがＶ１からＶ２までは、Ｔｍａｘ（２）からＴｍａｘ（１）まで減少するように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。
【００４７】
前記中高速度域７０の高速部域にも、第二ステータ２５ａによって加算された出力トルク部分に相当する第二加算トルク部６２を形成してトルク不足を補うようにしている。この場合、該第二加算トルク部６２の出力トルクＴの上限が、車体速度ＶがＶ３からＶｍａｘ（１）まで、前記トルク特性曲線６０より大きな一定値のＴ３に拡張されるように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。
【００４８】
更に、前記車体速度Ｖｍａｘ（１）よりも高速域については、第二ステータ２５ａによって加算された車体速度部分に相当する第三加算トルク部６３を形成して、車体速度Ｖの上限をＶｍａｘ（１）から更に高速のＶｍａｘ（２）まで拡張することにより、回転数が不足しないようにして車体速度上限を緩和できるようにしている。この場合、該第三加算トルク部６３の出力トルクＴの上限は、車体速度ＶがＶｍａｘ（２）であっても、車体速度Ｖｍａｘ（１）時の出力トルクＴ２より若干低い出力トルクＴ１までしか減少しないように、前記第二ステータ２５ａへの供給電力が制御される。なお、第一電動発電機２４のみからの出力トルクによる前記領域７１は、該第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａへの供給電流値を制御することにより、高トルク特性曲線１６０で囲まれる領域まで拡大しておくことが可能であり、この場合も、前述のようにして、第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａによる加算トルク部を形成し、各速度域でのトルク不足を補うことができる。
【００４９】
すなわち、車軸１５を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラ２０を備えた作業車両１の車軸駆動装置３において、前記電動発電機は第一電動発電機２４と第二電動発電機２５より構成し、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５は単一の共通ロータ軸４１を備えると共に、該共通ロータ軸４１のロータ１４４に対して、前記第一電動発電機２４の第一ステータ２４ａと第二電動発電機２５の第二ステータ２５ａを前記コントローラ２０により独立制御可能に対向配置し、該第二ステータ２５ａの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機２４からのトルクに第二電動発電機２５からのトルクを加算した出力トルクＴを、走行負荷Ｌの大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有するので、多重軸等の複雑な軸を省略することができ、共通ロータ軸４１の軸構造を単純にして組立性、メンテナンス性が向上すると共に、部品点数が減少して部品コストの低減を図ることができる。更に、作業車両１の車軸駆動装置３に搭載されるような小型小出力の電動発電機１８で走行負荷Ｌが大きい場合であっても、該走行負荷Ｌに応じて第二ステータ２５ａを稼働状態にしてトルクを加算し、前記出力トルクＴを大きく増加させることができ、発進時等の高トルク低回転数域である低速度域６９でトルクが不足して発進不能となったり、車両移動時等の低トルク高回転数域である中高速度域７０で回転数が不足して車体速度Ｖ上限が低下するのを確実に防止することができ、良好な走行性能を得ることができる。
【００５０】
また、位置６６では、前述の如く、自動操作モードに設定されるが、その場合の前記単独稼働状態と同時稼働状態との間の切り替えは、走行負荷Ｌや旋回操作量Ｍの大きさに基づいて行われる。このうちの走行負荷Ｌには、作業車両１の車軸１５等の走行駆動部に直接取り付けた前記負荷トルクセンサ５８からの負荷トルク信号に基づく負荷トルクを用い、該負荷トルクが大きいほど、走行中に電動発電機１８にかかる負荷が増加する。更に、旋回操作量Ｍには、旋回操作具２２の回転角度等が用いられ、該旋回操作量Ｍは、前記旋回センサ５９からの旋回操作量信号に基づいて検知する。
【００５１】
なお、前記走行負荷Ｌとしては、光学センサ等の前記車体速度センサ５６からの車体速度信号に基づく車体速度Ｖと、前記車輪速度センサ６５からの車輪速度信号に基づく車輪速度ｖとの速度差ΔＶを、車体速度Ｖで除して得られるスリップ率を用いてもよく、該スリップ率の値が大きいほどスリップしやすく、走行負荷も大きい。そして、該スリップ率は、走行中に電動発電機１８にかかる負荷そのものではないが、走行負荷の増減をスリップ現象を介して間接的かつ迅速に予測可能な指標となるものである。
【００５２】
すなわち、前記走行負荷Ｌを、作業車両１の走行駆動部である車軸１５で検知される負荷トルクとする場合には、駆動輪６が接地面から受ける走行負荷Ｌを、駆動輪６近くで直接的に検知して把握することができ、前記第二ステータ２５ａの稼働状態をより精度良く切り替えることにより、高トルク低回転数域である低速度域６９でのトルク不足や低トルク高回転数域である中高速度域７０での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
【００５３】
加えて、前記走行負荷Ｌを、車体速度Ｖと車輪速度ｖの速度差ΔＶの車体速度Ｖに対する割合であるスリップ率とする場合には、駆動輪６が接地面から受ける走行負荷Ｌを、光学センサ等で検知した作業車両１の車体速度Ｖと駆動輪６の車輪速度ｖから算出するだけで把握することができ、前記第二ステータ２５ａの稼働状態をより高速に切り替えることにより、高トルク低回転数域である低速度域６９でのトルク不足や低トルク高回転数域である中高速度域７０での回転数不足等を一層確実に防止し、更に良好な走行性能を得ることができる。
【００５４】
また、以上のような構成において、前記第二電動発電機２５によって加算する加算トルク部６１・６２・６３のための電動機出力は、前記第一電動発電機２４によって得られる領域７１を現出するのに必要な電動機出力よりも小さくて済むことから、第二電動発電機２５の電動機容量を第一電動発電機２４よりも小さく設定することができる。すなわち、必要に応じて、前記第二電動発電機２５の電動機容量を、前記第一電動発電機２４の電動機容量よりも小さく設定するので、補助的な第二電動発電機２５の小型化・軽量化を図ることができ、車軸駆動装置３も小型化・軽量化することができる。
【００５５】
次に、以上のようなトルク制御システム５４における制御手順について、図４乃至図６により説明する。
トルク制御が開始されると、前記モードセンサ６４からの操作モード信号、アクセル信号、車体速度信号、出力トルク信号、負荷トルクセンサ５８からの負荷トルク信号、及び旋回センサからの旋回操作量信号が、前記コントローラ２０に読み込まれる（ステップＳ１）。
【００５６】
すると、このうちのアクセル信号に基づいて、アクセル操作の有無が判断される（ステップＳ２）。アクセル操作が行われていない場合には（ステップＳ２、ＮＯ）、前記第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのいずれにも電力が供給されずに稼働状態にないと判断して、駆動輪６と一緒に回転する共通ロータ軸４１に対向する第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａのいずれか一方のみを用いて電力を回生する単独電力回生、または第一ステータ２４ａ・第二ステータ２５ａの両方を用いて電力を回生する同時電力回生が行われる（ステップＳ１０）。該同時電力回生は、特に、急停止や急勾配で回生制動を有効に効かせたい場合等に行われる。
【００５７】
そして、アクセル操作が行われている場合には（ステップＳ２、ＹＥＳ）、前記操作モード信号に基づいて自動操作モードか否かが判断される（ステップＳ３）。自動操作モードでない場合は（ステップＳ３、ＮＯ）、更に、前記操作モード信号に基づいて単独稼働状態が選択されたか否かが判断され（ステップＳ８）、単独稼働状態が選択されていない場合は（ステップＳ８、ＮＯ）、同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。該同時稼働状態では、前記車体速度信号・出力トルク信号に基づいて、車体速度と出力トルクは、前記拡張トルク特性曲線６０Ａにより囲まれた領域内で変化するように制御される。
【００５８】
自動操作モードの場合は（ステップＳ３、ＹＥＳ）、負荷トルク信号に基づいて、走行負荷Ｌが、コントローラ２０に記憶された基準負荷Ｌｏより大きいか否かが判断され（ステップＳ４）、走行負荷Ｌが基準負荷Ｌｏより大きい場合は（ステップＳ４、ＹＥＳ）、前記同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。
【００５９】
走行負荷Ｌが基準負荷Ｌｏ以下の場合は（ステップＳ４、ＮＯ）、更に、旋回操作量信号に基づいて、旋回操作量Ｍが、コントローラ２０に記憶された基準操作量Ｍｏより大きいか否かが判断され（ステップＳ５）、旋回操作量Ｍが基準操作量Ｍｏより大きい場合も（ステップＳ５、ＹＥＳ）、前記同時稼働状態に設定される（ステップＳ９）。
【００６０】
旋回操作量Ｍが基準操作量Ｍｏ以下の場合（ステップＳ５、ＮＯ）、あるいは手動操作モードで単独稼働状態が選択されている場合は（ステップＳ８、ＹＥＳ）、単独稼働状態に設定される（ステップＳ６）。該単独稼働状態では、前記車体速度信号・出力トルク信号に基づいて、車体速度と出力トルクは、前記トルク特性曲線６０により囲まれた領域７１内で変化するように制御される。そして、該単独稼働状態に設定されると共に、稼働状態にない第二ステータ２５ａのみを用いて電力を回生する単独電力回生が行われる（ステップＳ７）。
【００６１】
すなわち、以上のように、トルク制御構成において、前記第一ステータ２４ａのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータ２４ａに加えて第二ステータ２５ａも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷Ｌの大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷Ｌの大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段であるモード変更具５５を備えるので、例えば、走行負荷Ｌが全般的に小さい場合は手動操作モードで単独稼働状態に設定し、走行負荷Ｌが全般的に大きい場合は手動操作モードで同時稼働状態に設定し、走行負荷Ｌが大きく変動するような場合は自動操作モードに設定するようにして、作業内容、接地面状態、車両運転者の熟練度等の諸条件に合わせて、各ステータ２４ａ・２５ａの稼働状態をきめ細かく変更することができ、ステータ２４ａ・２５ａの無駄な稼働時間を短縮して節電したり、各部品の損耗を軽減して部品寿命を延ばすことにより、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００６２】
更に、アクセル操作時には、前記走行負荷Ｌが所定の基準負荷Ｌｏより小さい場合や、旋回操作量Ｍが所定の基準操作量Ｍｏより小さい場合は、前記第一ステータ２４ａのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータ２５ａによって回生電力を発生させるので、アクセル操作時に、走行負荷Ｌや旋回操作量Ｍが小さくて稼働状態にない第二ステータ２５ａからの回生電力を一旦バッテリ１３に充電し、該バッテリ１３からの供給電力を使用して前記電動発電機１８に電動機動作を行わせることができ、作業車両１の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
【００６３】
加えて、非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータ２４ａと第二ステータ２５ａのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させるので、非アクセル操作時に、稼働状態にないステータ２４ａ・２５ａのうちの少なくとも一方からの回生電力を一旦バッテリ１３に充電し、該バッテリ１３からの供給電力を使用して前記電動発電機１８に電動機動作を行わせることができ、作業車両１の運動エネルギーを有効に利用して大きな省エネ効果を得ることができる。
【００６４】
なお、以下では、前記車軸駆動装置３と異なる点を中心に説明すると共に、各要素に用いた符号と同じ符号は、同一または同等の機能を有する要素を指すものであり、同じ符号を付した要素については、特に必要としない限り、説明を省略する。
【００６５】
次に、前記車軸駆動装置３の電動発電機１８の構造を変更した車軸駆動装置３Ａ・３Ｂ・３Ｃについて、図７乃至図９により説明する。なお、いずれの場合も、前記車軸駆動装置３と同様に、電動発電機を挟んで軸心方向内外側に、制動装置１７と減速装置１９が収容されている。
【００６６】
図７に示す車軸駆動装置３Ａは、前記車軸駆動装置３において、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８に代えて、アキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ａを設けたものである。
該電動発電機１８Ａは、前記電動発電ケース部材３３と略同じ形状の電動発電ケース部材７３内に収容されている。そして、該電動発電ケース部材７３は、減速側ケース部７５と、該減速側ケース部７５の内端を覆う制動側ケース部７４とから成り、該制動側ケース部７４の内周面からは、環状の磁石支持部７４ａが共通ロータ軸４１Ａに向かって突設されている。該磁石支持部７４ａの軸心方向両側面に、それぞれ、電動発電機１８Ａを構成する第一電動発電機７６の第一ステータ７６ａと、同じく電動発電機１８Ａを構成する第二電動発電機７７の第二ステータ７７ａとが固定されている。
【００６７】
該第一ステータ７６ａ・第二ステータ７７ａを挟んで軸心方向両側に、それぞれ、第一電動発電機７６の第一ロータ部７６ｂと、第二電動発電機７７の第二ロータ部７７ｂが配置されており、該第一ロータ部７６ｂと第二ロータ部７７ｂの内側面に固定した永久磁石４０に対して、それぞれ、第一ステータ７６ａと第二ステータ７７ａが所定の空隙をもって対向するように配置されている。一方、前記共通ロータ軸４１Ａには、支持アーム１４５ｂを介してロータ筒１４５ａが固定され、該ロータ筒１４５ａの両側端部から半径方向外側に立設するようにして、前記第一ロータ部７６ｂと第二ロータ部７７ｂが互いに平行に形成されている。そして、このようなロータ筒１４５ａと支持アーム１４５ｂとから、ロータ１４５が構成されている。
【００６８】
このようなアキシャルエアギャップ構造により、第一ステータ７６ａと第一ロータ部７６ｂとの対向部分、及び第二ステータ７７ａと第二ロータ部７７ｂとの対向部分を、共通ロータ軸４１Ａの半径方向に延設させて、ロータ部７６ｂ・７７ｂの永久磁石４０とステータ７６ａ・７７ａの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大する。更に、ステータ７６ａ・７７ａを、その長手方向が共通ロータ軸４１Ａの半径方向に沿うように配置することができ、該共通ロータ軸４１Ａの軸長を前記共通ロータ軸４１よりも短くして、電動発電機１８Ａの軸心方向の厚みを薄くすることができる。
【００６９】
また、図８に示す車軸駆動装置３Ｂは、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ａに代えて、更に出力向上を図った同じアキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ｂを設けたものである。
該電動発電機１８Ｂも、前記電動発電ケース部材３３と略同じ形状の電動発電ケース部材８５内に収容されている。そして、該電動発電ケース部材８５の内周面から共通ロータ軸４１Ｂに向かって、第一電動発電機８０の第一ステータ８０ａと第二電動発電機８１の第二ステータ８１ａが突設されている。
【００７０】
一方、該共通ロータ軸４１Ｂには、支持アーム１４６ｂを介してロータ筒１４６ａが固定され、該ロータ筒１４６ａの軸心方向内側から順に、前記第一電動発電機８０の第一ロータ部８０ｂ、共通ロータ部８２、及び第二電動発電機８１の第二ロータ部８１ｂが半径方向外側に立設するように形成されると共に、該第一ロータ部８０ｂ、共通ロータ部８２、及び第二ロータ部８１ｂは、それぞれ、前記第一ステータ８０ａの軸心方向内側、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａとの間、及び第二ステータ８１ａの軸心方向外側に配置されている。そして、このようなロータ筒１４６ａと支持アーム１４６ｂとから、ロータ１４６が構成されている。
【００７１】
そして、前記第一ロータ部８０ｂの第一ステータ８０ａ側、共通ロータ部８２の第一ステータ８０ａ側と第二ステータ８１ａ側、及び第二ロータ部８１ｂの第二ステータ８１ａ側のいずれにも、永久磁石４０が固設されると共に、各永久磁石４０は、第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの各側面に対して、所定の空隙をもって対向するようにして配置されている。
【００７２】
このようなアキシャルエアギャップ構造により、共通ロータ部８２の軸心方向両側面に設けた永久磁石４０の分だけ、対向する第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの磁極との対向面積を大きくして、磁石磁束量を増大させることができる。すなわち、前記電動発電機１８Ｂは、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａを、ロータ１４６の永久磁石４０に対し、前記共通ロータ軸４１Ｂの軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａとの間には、前記ロータ１４６の一部であって第一ステータ８０ａ側と第二ステータ８１ａ側の両側に永久磁石４０を設けた共通ロータ部８２を介設するので、前記アキシャルエアギャップ構造によって、ロータ１４６の永久磁石４０とステータの磁極との対向面積を大きく確保することができ、磁石磁束量が増大して出力の向上を図ることができる。更に、ステータ８０ａ・８１ａを、該ステータ８０ａ・８１ａの長手方向が共通ロータ軸４１Ｂの半径方向に沿うように配置し、電動発電機１８Ｂの軸心方向の厚みを薄くして、車軸駆動装置３Ｂの軸心方向の長さを短くすることができる。加えて、両側面に永久磁石４０を設けた共通ロータ部８２は、第一ステータ８０ａと第二ステータ８１ａの両ステータの両磁極からの作用を同時に受けることができ、その分だけ磁石磁束量が増大して電動発電機１８Ｂの出力を更に向上させることができる。
【００７３】
また、図９に示す車軸駆動装置３Ｃは、ラジアルエアギャップ構造だけの前記電動発電機１８や、アキシャルエアギャップ構造だけの前記電動発電機１８Ａ・１８Ｂに代えて、両構造を併有する電動発電機１８Ｃを設けたものである。
該電動発電機１８Ｃでは、共通ロータ軸４１Ｃの軸心方向中央にはアキシャルエアギャップ構造の第一電動発電機８６が設けられ、該第一電動発電機８６を挟んで軸心方向両側に、それぞれ、いずれもラジアルエアギャップ構造の第二内側電動発電機８７と第二外側電動発電機８８が設けられている。
【００７４】
前記第一電動発電機８６・第二内側電動発電機８７・第二外側電動発電機８８の各ステータ８６ａ・８７ａ・８８ａは、いずれも、前記電動発電ケース部材８５の内周面から共通ロータ軸４１Ｃに向かって突設される一方、該共通ロータ軸４１Ｃに支持アーム１４７ｂを介して固定されたロータ筒１４７ａには、断面視Ｌ字状のロータ部８７ｂ・８８ｂが形成されている。このうちの第二内側ロータ部８７ｂの水平部上の永久磁石４０ａには、前記第二内側ステータ８７ａが所定の空隙をもって対向配置され、第二外側ロータ部８８ｂの水平部上の永久磁石４０ａには、前記第二外側ステータ８８ａが所定の空隙をもって対向配置され、更に、第二内側ロータ部８７ｂと第二外側ロータ部８８ｂの垂直部で前記第一ステータ８６ａ側に固定された内外の永久磁石４０ｂ・４０ｂには、第一ステータ８６ａが所定の空隙をもって対向配置されている。そして、このようなロータ筒１４７ａと支持アーム１４７ｂとから、ロータ１４７が構成されている。
【００７５】
このような組合せ構造により、アキシャルエアギャップ構造の前記第一電動発電機８６では、第一ステータ８６ａと永久磁石４０ｂとの対向部分を共通ロータ軸４１Ｃの半径方向に延設させることができ、ラジアルエアギャップ構造の前記第二内側電動発電機８７・第二外側電動発電機８８では、共通ロータ軸４１Ｃのたわみや軸振動を小さくすることができる。すなわち、前記電動発電機１８Ｃは、前記ステータ８６ａ・８７ａ・８８ａを、ロータ１４７の永久磁石４０ａ・４０ｂに対し、共通ロータ軸４１Ｃの軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸４１Ｃの半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有するので、ロータ１４７の永久磁石４０ａ・４０ｂとステータ８６ａ・８７ａ・８８ａの磁極との対向面積を大きく確保して電動発電機１８Ｃの小型化・軽量化が容易なアキシャルエアギャップ構造の部分と、共通ロータ軸４１Ｃのたわみや軸振動が小さく大型化が容易なラジアルエアギャップ構造の部分を、電動発電機仕様に合わせて自在に組み合わせることができ、汎用性・拡張性の高い電動発電機を得ることができる。
【００７６】
次に、前記車軸駆動装置３に、変速装置を新たに追加した車軸駆動装置４・４Ａについて、図１０乃至図１４により説明する。なお、いずれの車軸駆動装置４・４Ａにも、前記車軸駆動装置３と同様に、制動装置１７、電動発電機１８、減速装置１９Ａが収納されている。
【００７７】
図１１、図１２に示す車軸駆動装置４について説明する。
該車軸駆動装置４の車軸駆動ケース９１は、内側から順に、制動ケース部材３１、内側カバー部材３２、電動発電ケース部材９２、変速ケース部材９３、減速ギアケース部材１０３、車軸ケース部材３５、及び外側カバー部材３６より形成され、このうちの減速ギアケース部材１０３と車軸ケース部材３５との接合部の内周面に軸支された前記内端フランジ１５ａの中心部に、凹部１５ｂが形成され、該凹部１５ｂに、前記電動発電ケース部材９２内の電動発電機１８から軸心方向外側に水平に延設されてきた共通ロータ軸９４の先端ピン部９４ｂが、相対回転可能に嵌入されている。そして、該共通ロータ軸９４の途中部に、前記第二サンギア４８が相対回転可能に軸支され、該第二サンギア４８のボス部の内端部に遊星ギアキャリア４９が相対回転不能に外嵌されるようにして、前記減速装置１９Ａが形成されている。そして、該減速装置１９Ａを収容する減速ギアケース部材１０３の内側半部から前記変速ケース部材９３にかけて、新たに変速装置８９が収納されている。
【００７８】
該変速装置８９においては、高速サンギア９５、中立スリーブ９６、低速サンギア９７が、互いに相対回転可能に、内側から順に隣接配置されると共に、いずれも前記共通ロータ軸９４に相対回転可能に外嵌されている。このうちの高速サンギア９５と低速サンギア９７には、それぞれキー溝状のラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａが形成され、該ラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａは、いずれも前記共通ロータ軸９４の外周面に臨み、更に、前記中立スリーブ９６にも、前記共通ロータ軸９４の外周面に臨む環状のラッチ溝９６ａが備えられている。そして、該共通ロータ軸９４には、シフタ９８が外嵌されている。
【００７９】
該シフタ９８は、後述するフォーク１０１を嵌合するための環状のフォーク溝９９ａを有する摺動リング部材９９と、先端にラッチ１００ａを形成したキー部材１００とを一体的に組み合わせて成るものである。そして、前記摺動リング部材９９は、前記高速サンギア９５の軸心方向内側に軸心方向摺動可能に外嵌され、該摺動リング部材９９に組み付けたキー部材１００を、前記共通ロータ軸９４の外周面に軸心方向延伸状に形成したキー溝９４ａ内に嵌入することで、シフタ９８を共通ロータ軸９４に相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に係合している。
【００８０】
このようなシフタ９８のキー部材１００は、その軸心方向内側端部にて摺動リング部材９９に係止される一方、軸心方向外側には弾性を有して延伸し、その延伸先端に形成したラッチ１００ａが、シフタ９８の軸心方向の摺動により、前記高速サンギア９５、中立スリーブ９６、低速サンギア９７の各ラッチ溝９５ａ・９６ａ・９７ａのいずれか一つに嵌入可能となっている。なお、高速サンギア９５と低速サンギア９７のラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａは、高速サンギア９５と低速サンギア９７の回転中に該ラッチ溝９５ａとラッチ溝９７ａが前記キー溝９４ａに合致した時に、そのラッチ溝９５ａ・９７ａにラッチ１００ａが嵌入可能としている。
【００８１】
そして、前記低速サンギア９７のラッチ溝９７ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を低速位置Ｌｗ、中立スリーブ９６のラッチ溝９６ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を中立位置Ｎ、高速サンギア９５のラッチ溝９５ａにラッチ１００ａが嵌入する時のシフタ９８の位置を高速位置Ｈとしている。
【００８２】
ここで、前記摺動リング部材９９の環状のフォーク溝９９ａには、前記フォーク１０１先端の嵌合ピン１０１ａが、該フォーク溝９９ａに沿って摺動可能に嵌入されると共に、フォーク１０１の上端は、枢支軸１０１ｂを介して前記変速ケース部材９３の壁部に枢支されている。該枢支軸１０１ｂの外端は、前記車軸駆動ケース９１から突出され、該枢支軸１０１ｂの外端には、前記フォーク１０１と一体的に前記枢支軸１０１ｂを中心として回転可能な操作アーム１０１ｃが取り付けられている。
【００８３】
そして、該操作アーム１０１ｃは、作業車両１に設けた図示せぬ、電動アクチュエータや油圧アクチュエータ等の変速アクチュエータに連係され、該変速アクチュエータは前記コントローラ２０に接続されており、該コントローラ２０には、自動変速モードと手動変速モード間を切り替える変速モード変更具と、低速走行、高速走行、中立を切り替える変速操作具が接続されている。
【００８４】
一方、前記減速装置１９の遊星ギアキャリア４９には、前記車軸駆動装置３の遊星ギア軸５０よりも長い遊星ギア軸５０Ａが、前記共通ロータ軸９４と平行に植設され、該遊星ギア軸５０Ａ上に、遊星ギア部材１０２が相対回転可能に外嵌されている。該遊星ギア部材１０２には、前記高速サンギア９５に常時噛合する高速遊星ギア１０２ａと、前記低速サンギア９７に常時噛合する低速遊星ギア１０２ｂとが形成されると共に、該高速遊星ギア１０２ａと低速遊星ギア１０２ｂは、一体回転可能としている。
【００８５】
このようにして、前記高速サンギア９５と高速遊星ギア１０２ａとを噛合して成る高速遊星ギア列９５・１０２ａと、前記低速サンギア９７と低速遊星ギア１０２ｂとを噛合して成る低速遊星ギア列９７・１０２ｂとが構成され、更に、該低速・高速の遊星ギア列における高速サンギア９５と低速サンギア９７は、前記シフタ９８に対して係脱可能となっている。そして、該低速・高速の遊星ギア列は、いずれも、前記遊星ギア部材１０２、遊星ギアキャリア４９、内端フランジ１５ａを共有している。
【００８６】
これにより、前記遊星ギア部材１０２には、作業車両１の前記車体フレーム７に固設された車軸駆動ケース９１による回転抑制力が、前記減速ギアケース部材１０３のインターナルギア１０３ａを介して入力される一方で、シフタ９８を高速位置Ｈにした場合は前記高速遊星ギア列９５・１０２ａを介して、シフタ９８を低速位置Ｌｗにした場合には前記低速遊星ギア列９７・１０２ｂを介して、共通ロータ軸９４の回転動力が入力される。
【００８７】
すると、遊星ギア部材１０２は、インターナルギア１０３ａからの入力と、高速遊星ギア列９５・１０２ａまたは低速遊星ギア列９７・１０２ｂからの入力とを基に、共通ロータ軸９４の軸心を中心に公転し、遊星ギアキャリア４９と第二サンギア４８が、遊星ギア部材１０２の公転に連れて、共通ロータ軸９４の軸心を中心として回転する。そして、このうちの第二サンギア４８は、前記第二遊星ギア５３に常時噛合され、該第二遊星ギア５３は、前記減速ギアケース部材１０３のインターナルギア１０３ｂにも常時噛合されている。
【００８８】
これにより、該第二遊星ギア５３にも、前記遊星ギア部材１０２と同様に、第二サンギア４８からの回転動力と、インターナルギア１０３ｂを介した車軸駆動ケース９１からの回転抑制力とが入力される。すると、第二遊星ギア５３は、該両入力を基に、共通ロータ軸９４の軸心を中心に公転し、前記車軸１５の内端フランジ１５ａが、第二遊星ギア５３の公転に連れて回転することにより、車軸１５が該内端フランジ１５ａと一体に回転することとなる。
【００８９】
すなわち、車軸駆動ケース９１に、駆動輪６の車軸１５と、該車軸１５と同一軸心上に延設される共通ロータ軸９４を有する電動発電機１８と、前記車軸１５に出力する高速用遊星ギア機構及び低速用遊星ギア機構とを収納し、該高速用遊星ギア機構及び低速用遊星ギア機構の両方のサンギア９５・９７を、前記共通ロータ軸９４上に相対回転可能に設け、該共通ロータ軸９４上に、相対回転不能かつ軸心方向摺動可能なシフタ９８を備えており、該シフタ９８は、前記共通ロータ軸９４上の摺動により、該共通ロータ軸９４の動力を高速用遊星ギア機構に伝達する高速位置Ｈと、該共通ロータ軸９４の動力を低速用遊星ギア機構に伝達する低速位置Ｌｗとに切替可能とするので、車軸駆動装置４において、電動発電機１８の共通ロータ軸９４と車軸１５を同一軸心上に配置することができ、半径方向のコンパクト性を確保することができる。更に、変速装置８９として、低速用遊星ギア機構と高速用遊星ギア機構との二つの遊星ギア機構を備えつつ、その変速機構において、軸心方向に摺動制御する部材としては、前記共通ロータ軸９４に相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に設けるシフタ９８のみですみ、変速機構を簡素で経済的な構成にすることができる。
【００９０】
更に、前記車軸駆動装置４は、このような構成から成る、前記第一電動発電機２４と第二電動発電機２５からの電動動力を変速する変速装置８９を備えるので、該第一電動発電機２４と第二電動発電機２５への供給電力の制御のみによる変速に比べて変速比が大きくとれ、作業内容、接地面状態等の諸条件に合わせて車体速度をきめ細かく変更することができ、走行性能を向上させることができる。
【００９１】
なお、前記車軸駆動装置３においては、車軸駆動ケース３０で、減速ギアケース部材３４よりも軸心方向外側にある車軸ケース部材３５の内側外周部の小段差部３４ａに、前記車体フレーム７の側板７ａが当接するようにして固設されているが、これに対し、車軸駆動装置４においては、減速ギアケース部材１０３よりも軸心方向内側にある変速ケース部材９３の内側外周部に、大きな段差部９３ａが形成され、該段差部９３ａに、前記車体フレーム７の側板７ａが固設されており、側板７ａからの車軸駆動ケース９１の外側突出長を長く設定している。これにより、車軸駆動装置４において、前記駆動輪６のリム６ｂ内に収容可能な部分の長さを長くすることにより、駆動輪６と作業車両１本体との間における車軸駆動装置４の伸縮長を一層短縮することができ、作業車両１の左右方向の更なる小型化を図ることができる。
【００９２】
また、図１３、図１４に示す車軸駆動装置４Ａについて説明する。
該車軸駆動装置４Ａは、前記車軸駆動装置４の変速装置８９に代えて、中立位置Ｎを有さない変速装置９０を設けたものである。該変速装置９０においては、高速サンギア１０６が、前記電動発電機１８から軸心方向外側に水平に延設されてきた共通ロータ軸９４Ａに相対回転可能に外嵌合され、該高速サンギア１０６に隣接して、低速サンギア１０８が、その内周面に沿って配設されるワンウェイクラッチ１０７を介して、共通ロータ軸９４Ａに外嵌されている。そして、該低速サンギア１０８と軸心方向反対側にて、高速サンギア１０６に隣接して、共通ロータ軸９４Ａ上にシフタ１０４が配置されている。
【００９３】
該シフタ１０４は、共通ロータ軸９４Ａの外周面上にスプラインハブ１０５を固設し、該スプラインハブ１０５の外周面に形成されるスプラインに、摺動リング部材１０９の内周面に形成したスプラインを係合して、該スプラインハブ１０５上に該摺動リング部材１０９を相対回転不能かつ軸心方向摺動可能に外嵌してなるスプラインタイプのものである。更に、前記高速サンギア１０６の該摺動リング部材１０９への対峙側端部には、クラッチ歯部１０６ａが形成されている。前記遊星ギア部材１０２の高速遊星ギア１０２ａが高速サンギア１０６に、低速遊星ギア１０２ｂが低速サンギア１０８に、それぞれ、常時噛合しており、高速遊星ギア列１０６・１０２ａと低速遊星ギア列１０８・１０２ｂが構成されている。
【００９４】
そして、前記シフタ１０４は、スプラインハブ１０５上における摺動リング部材１０９の軸心方向摺動位置により、低速位置Ｌｗと高速位置Ｈとに切替可能となっており、摺動リング部材１０９が高速サンギア１０６のクラッチ歯部１０６ａから外れてスプラインハブ１０５のみに噛合している状態を、シフタ１０４の低速位置Ｌｗ、摺動リング部材１０９をスプラインハブ１０５及びクラッチ歯部１０６ａに噛合した状態を、シフタ１０４の高速位置Ｈとしている。
【００９５】
このような構成において、前記シフタ１０４が高速位置Ｈにある場合は、該摺動リング部材１０９及びスプラインハブ１０５を介して、高速サンギア１０６が共通ロータ軸９４Ａに相対回転不能に係合される。これにより、前記遊星ギア部材１０２には、高速遊星ギア列１０６・１０２ａを介して共通ロータ軸９４Ａの回転動力が入力されると共に、車軸駆動ケース９１からはインターナルギア１０３ｂを介して回転抑制力が入力され、その結果、遊星ギアキャリア４９の回転が、前記減速装置１９Ａを介して車軸１５へと伝達される。
【００９６】
一方、前記シフタ１０４が低速位置Ｌｗにある場合は、前記高速サンギア１０６は、共通ロータ軸９４Ａ上にて遊転可能であり、その間、前記低速サンギア１０８には、ワンウェイクラッチ１０７を介して共通ロータ軸９４Ａの回転動力が伝達される。ここで、ワンウェイクラッチ１０７は、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度を上回る間は、共通ロータ軸９４Ａの回転力を低速サンギア１０８に伝達しない構成となっている。つまり、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期して初めて、該共通ロータ軸９４Ａの回転力が低速サンギア１０８へと伝達される。
【００９７】
従って、前述した車軸駆動装置４では、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が、目標とした低速サンギア９７の回転速度と同期するまで、シフタ９８を低速位置Ｌｗにはせずに中立位置Ｎに保持する必要があるが、車軸駆動装置４Ａでは、このような制御を必要しない。つまり、ワンウェイクラッチ１０７を上述のように構成することで、シフタ１０４は、低速位置Ｌｗに保持されている間に、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期するまでは、低速遊星ギア列１０８・１０２ｂにも高速遊星ギア列１０６・１０２ａにも共通ロータ軸９４Ａの回転力を伝達しない中立状態を保持することができ、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度と同期した時点で、低速遊星ギア列１０８・１０２ｂに共通ロータ軸９４Ａの回転動力を伝達する低速設定状態に自然と切り替えることができる。
【００９８】
すなわち、前記低速用の遊星ギア機構のサンギアである低速サンギア１０８と、前記共通ロータ軸９４Ａとの間にワンウェイクラッチ１０７が介設されており、前記シフタ１０４が前記低速位置Ｌｗの時、前記共通ロータ軸９４Ａから該ワンウェイクラッチ１０７を介して該低速用の遊星ギア機構に前記電動発電機１８の出力が伝達されるので、ワンウェイクラッチ１０７を、共通ロータ軸９４Ａの回転速度が低速サンギア１０８の回転速度より高い場合には動力伝達しない構成とすることができ、シフタ１０４を高速位置Ｈから低速位置Ｌｗに切り換えた際に、該共通ロータ軸９４Ａの回転速度が該低速サンギア１０８の回転速度を上回っている間、すなわち、電動発電機１８の回転速度が十分に低下していない間は、共通ロータ軸９４Ａから低速用の遊星ギア機構には動力が伝達されず、中立状態となっている。そして、該共通ロータ軸９４Ａの回転速度が該低速サンギア１０８の回転速度に同期するほどまで低下してから、該ワンウェイクラッチ１０７を介して、共通ロータ軸９４Ａの回転動力が低速用遊星ギア機構に伝達されるので、ショックを感じるような急激な車速変化や走行負荷を軽減することができるのである。
【００９９】
次に、差動装置を備えた車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂ・５Ｃ・５Ｄ・５Ｅについて、図１５乃至図２０により説明する。
図１５に示す車軸駆動装置５について説明する。該車軸駆動装置５の車軸駆動ケース１１０は、差動装置１１６を収容する本体ケース部材１１１、該本体ケース部材１１１の前部右側面に固設された電動発電ケース部材１１２、及び該電動発電ケース部材１１２の外側開口を覆うカバー部材１１３より形成され、該カバー部材１１３と前記本体ケース部材１１１に、前記電動発電機１８の共通ロータ軸１１４が、左右方向に、回転可能に軸支されている。詳しくは、該共通ロータ軸１１４は、その右端部が前記カバー部材１１３に設けた軸受け１２０によって支持されると共に、左方に向かって水平に前記本体ケース部材１１１内に延設され、その途中部が該本体ケース部材１１１内に設けた軸受け１１８によって支持されている。そして、該共通ロータ軸１１４の左端部には、制動装置１１７が周設されている。
【０１００】
該制動装置１１７においては、前記共通ロータ軸１１４の左端に固設した小径の出力ギア１２１の基部には、円盤状のブレーキロータ部１２１ａが形成され、該ブレーキロータ部１２１ａとその右側の隔壁との間には、鉛直のブレーキカム軸１２２が、本体ケース部材１１１に鉛直途中部を回動自在に支持されて配設されている。該ブレーキカム軸１２２の下部は、平面断面視で半円状のカム部に形成され、非制動時には、その鉛直平坦面１２２ａを前記ブレーキロータ部１２１ａに対し平行に対峙させている。そして、該カム部を囲むようにしてＬ字状のブレーキシュー８４が配置され、一方、前記ブレーキロータ部１２１ａとその左側の外壁との間には、ブレーキパッド１２３が配置されている。
【０１０１】
このような構成において、前記ブレーキカム軸１２２の端部に連係された制動操作具か制動用アクチュエータを操作してブレーキ位置に設定すると、ブレーキカム軸１２２の鉛直平坦面１２２ａがブレーキロータ部１２１ａに対して平面視斜めになり、該鉛直平坦面１２２ａの一端が前記ブレーキシュー８４を押圧し、該ブレーキシュー８４と前記ブレーキパッド１２３との間にブレーキロータ部１２１ａを挟み込んで、共通ロータ軸１１４が制動される。逆に、非ブレーキ位置にすると、ブレーキカム軸１２２の鉛直平坦面１２２ａがブレーキシュー８４とブレーキロータ部１２１ａに対して平行になり、ブレーキロータ部１２１ａよりブレーキシュー８４が離間して、共通ロータ軸１１４が回転可能となり、これにより制動装置１１７が構成される。
【０１０２】
該共通ロータ軸１１４に平行に、前記本体ケース部材１１１内にはカウンタ軸１２４と左右の車軸１２５・１２５が軸支されると共に、この共通ロータ軸１１４から左右の車軸１２５・１２５にかけては、一連の減速ギア列から成る減速装置１１９が内設されている。該減速装置１１９においては、前記カウンタ軸１２４に大径ギア１２８を固設して共通ロータ軸１１４の前記出力ギア１２１に噛合すると共に、このカウンタ軸１２４に小径のファイナルピニオン１２９を設けて前記差動装置１１６のリングギア１２７に噛合させ、これにより電動発電機１８からの電動動力が減速されて差動装置１１６に伝達される。
【０１０３】
該差動装置１１６は、前記左右の車軸１２５・１２５と同一回転軸心を有するように車軸駆動装置５内に支持された中空の図示せぬデフケースと、該デフケース外周面に固設され前記カウンタ軸１２４上のファイナルピニオン１２９に噛合されるリングギア１２７と、該デフケース内において車軸１２５・１２５と直交配置されデフケースと一体的に回転するピニオン軸１３０と、該ピニオン軸１３０の両端に回転自在に配置されるピニオン１３１・１３１と、前記車軸１２５・１２５の内端側に固定され該ピニオン１３１・１３１に噛合されるデフサイドギア１３２・１３２とにより構成されている。これにより、前記電動発電機１８から差動装置１１６を介して伝達されてきた電動動力の出力トルクを、左右の車軸１２５・１２５に差動的に伝達することができる。
【０１０４】
すなわち、前記車軸駆動装置５は、このようにして、前記出力トルクを左右の車軸１２５・１２５に差動伝達する差動装置１１６を備えるので、左右の各駆動輪６・６に常に等しいトルクを加えながら異なった回転速度を付与することができ、旋回や曲進が容易となり、走行性能を更に向上させることができる。
【０１０５】
また、図１６に示す車軸駆動装置５Ａは、前記車軸駆動装置５の減速装置１１９を構成する複数の平ギアの一部をベベルギアに変更したものである。
該車軸駆動装置５Ａは、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８、該電動発電機１８の共通ロータ軸１１４の一端に設けた制動装置１１７、左右の車軸１２５・１２５を差動連結する差動装置１１６、該差動装置１１６に前記共通ロータ軸１１４からの電動動力を減速して伝達する減速装置１１９Ａより構成される。
【０１０６】
このうちの電動発電機１８は、その共通ロータ軸１１４の軸心方向が、前記車軸駆動装置５とは異なり、前後方向となるように配置されているため、前記車軸駆動装置５では平ギアであった出力ギア１２１と大径ギア１２８に代えて、本車軸駆動装置５Ａでは、ベベルギア１３４とベベルギア１３５をそれぞれ配置して互いに噛合し、ベベルギア列１３４・１３５を構成している。
【０１０７】
これにより、共通ロータ軸１１４から減速装置１１９Ａのカウンタ軸１２４に対し、伝達方向を９０度変えて電動動力を伝達することができ、作業車両１の仕様に合わせて電動発電機を自在に組み合わせ、汎用性・拡張性の高い車軸駆動装置を得ることができる。
【０１０８】
また、図１７に示す車軸駆動装置５Ｂは、前記車軸駆動装置５Ａの減速装置１１９Ａの代わりに高低２段の変速装置１３３を設けると共に、該変速装置１３３の伝達軸であるカウンタ軸１３７上に前記制動装置１１７を設けたものである。
該車軸駆動装置５Ｂは、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８、該電動発電機１８の共通ロータ軸１１４の後端に前記ベベルギア１３４・１３５を介して連結される変速装置１３３、該変速装置１３３のカウンタ軸１３７の一端に設けた制動装置１１７、左右の車軸１２５・１２５を差動連結する差動装置１１６より構成される。
【０１０９】
このうちの変速装置１３３においては、前記左右の車軸１２５・１２５に平行に、変速軸１３６とカウンタ軸１３７が軸支され、該変速軸１３６上には、左右に、小径の低速駆動ギア１３８と大径の高速駆動ギア１３９が相対回転可能に外嵌され、カウンタ軸１３７上には、左右に、大径の低速従動ギア１４０と小径の高速従動ギア１４１が固設されており、低速駆動ギア１３８と低速従動ギア１４０が噛合して低速ギア列１３８・１４０が形成され、高速駆動ギア１３９と高速従動ギア１４１が噛合して高速ギア列１３９・１４１が形成されている。
【０１１０】
そして、前記変速軸１３６上で低速駆動ギア１３８と高速駆動ギア１３９間には、スプラインハブ１４２が相対回転不能に係合され、該スプラインハブ１４２上には、図示せぬ摺動リング部材が軸心方向摺動自在かつ相対回転不能に係合されており、該摺動リング部材を左右摺動して、前記低速駆動ギア１３８のクラッチ歯部に噛合して前記低速ギア列１３８・１４０が選択されて低速段に変速され、高速駆動ギア１３９のクラッチ歯部に噛合して前記高速ギア列１３９・１４１が選択されて高速段に変速されるようにしている。更に、前記カウンタ軸１３７上で低速従動ギア１４０と高速従動ギア１４１間には、ファイナルギア１４３が固設されており、前記差動装置１１６のリングギア１２７に噛合されている。このようなカウンタ軸１３７の右端に、前記制動装置１１７が設けられており、該制動装置１１７によってカウンタ軸１３７を制動できるようにしている。
【０１１１】
これにより、前記変速装置１３３によって一層きめ細かな変速制御が行えることに加え、該変速装置１３３の左右方向の空間を利用して制動装置１１７を配置することができ、走行性能の向上と車軸駆動装置の前後方向の小型化を図ることができる。
【０１１２】
また、図１８に示す車軸駆動装置５Ｃは、前記車軸駆動装置５Ａの制動装置１１７の摺動部材を電動発電機１８Ｄのロータ１４８の一部で兼用したものである。
該電動発電機１８Ｄにおいては、前後方向に延設される前記共通ロータ軸１１４の前部には、第一支持アーム１４８ｂを介して第一ロータ筒１４８ａが固定され、該共通ロータ軸１１４の後部には、第二支持アーム１４８ｄを介して第二ロータ筒１４８ｃが固定され、これら第一ロータ筒１４８ａ、第一支持アーム１４８ｂ、第二ロータ筒１４８ｃ、及び第二支持アーム１４８ｄからロータ１４８が構成されている。
【０１１３】
そして、前記第一ロータ筒１４８ａの外周面に形成された第一ロータ部１５１ｂと、該第一ロータ部１５１ｂの外周面に所定の空隙をもって対向配置された第一ステータ１５１ａより第一電動発電機１５１が形成されると共に、前記第二ロータ筒１４８ｃの外周面に形成された第二ロータ部１５２ｂと、該第二ロータ部１５２ｂの外周面に対向配置された第二ステータ１５２ａより第二電動発電機１５２が形成され、これら第一電動発電機１５１と第二電動発電機１５２から、車軸駆動装置５Ｃの前記電動発電機１８Ｄが構成される。
【０１１４】
更に、前記ロータ１４８の第一支持アーム１４８ｂの途中部には、該第一支持アーム１４８ｂを前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして制動装置１１７Ａが周設されており、図示せぬ制動操作具か制動用アクチュエータを操作することにより、ブレーキシュー８４と前記ブレーキパッド１２３との間に第一支持アーム１４８ｂを挟み込んで、前記共通ロータ軸１１４を制動できるようにしている。
【０１１５】
これにより、制動装置１１７で必要とされていた前記ブレーキロータ部１２１ａを省略することができる。すなわち、前記ロータ１４８の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部であるブレーキロータ部１２１ａを兼用させるので、該ブレーキロータ部１２１ａを別途設ける必要がなくなり、部品点数を低減させることができ、車軸駆動装置５の部品コストの低減、メンテナンス性の向上を更に進めることができる。
【０１１６】
また、図１９に示す車軸駆動装置５Ｄは、前記車軸駆動装置５において、前記制動装置１１７の摺動部材をロータ１４９の一部で兼用すると共に、ラジアルエアギャップ構造の電動発電機１８に代えて、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｂを設けたものである。
該電動発電機１８Ｂのロータ部８０ｂ・８２・８１ｂを形成するロータ筒１４９ａは、ロータ１４９の支持アーム１４９ｂを介して前記共通ロータ軸１１４の左端に固設されると共に、該支持アーム１４９ｂの半径方向延出端には、該延出端を前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして前記制動装置１１７Ａが周設されている。
【０１１７】
これにより、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｂを用いた場合でも、前記車軸駆動装置５Ｃと同様に、ロータ１４９の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部を兼用させて、前記ブレーキロータ部１２１ａを省略できるようにしている。
【０１１８】
また、図２０に示す車軸駆動装置５Ｅは、前記車軸駆動装置５Ｄの減速装置１１９を構成する複数の平ギアの一部をベベルギアに変更したものである。
該車軸駆動装置５Ｅにおいては、前記車軸駆動装置５Ｄと同様に、アキシャルエアギャップ構造の電動発電機１８Ｅが設けられている。そして、該電動発電機１８Ｅのロータ１５０は、共通ロータ軸１１４から半径方向に延設された第一支持アーム１５０ａ、第二支持アーム１５０ｂ、第三支持アーム１５０ｃから成り、このうちの第一支持アーム１５０ａの半径方向延出端に、該延出端を前記ブレーキシュー８４とブレーキパッド１２３の間に介設するようにして前記制動装置１１７Ａが周設されている。更に、該共通ロータ軸１１４の後端には、前記減速装置１１９Ａのベベルギア列１３４・１３５が連結されている。
【０１１９】
これにより、アキシャルエアギャップ構造の前記電動発電機１８Ｅを用いた場合に、前記車軸駆動装置５Ｄと同様に、ロータ１５０の少なくとも一部に、前記制動装置１１７Ａの制動用の摺動部を兼用させると、前記ブレーキロータ部１２１ａが省略できるばかりでなく、共通ロータ軸１１４から減速装置１１９Ａのカウンタ軸１２４に向かって、伝達方向を９０度変えて電動動力を伝達することができる。
【０１２０】
なお、以上述べた車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂ・５Ｃ・５Ｄ・５Ｅにおいては、差動装置１１６を介して左右の車軸１２５に出力トルクを伝達しているが、該差動装置１１６を備えずに、各車軸１２５毎に設けた電動発電機、ここでは車軸駆動装置５・５Ａ・５Ｂでは電動発電機１８、車軸駆動装置５Ｃでは電動発電機１８Ｄ、車軸駆動装置５Ｄでは電動発電機１８Ｂ、車軸駆動装置５Ｅでは電動発電機１８Ｅから、各車軸１２５に対して直接に出力トルクを伝達するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた、全ての作業車両の車軸駆動装置に適用することができる。そして、電動発電機の種類としては、上述の実施形態では、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）としての、アキシャルエアギャップ構造やラジアルエアギャップ構造の表面永久磁石型同期モータ（ＳＰＭＳＭ）を使用しているが、埋込永久磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ）や、誘導モータ（ＩＭ）であってもよく、単一の共通ロータ軸の周りにロータとステータを配置した構造であれば特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１ 作業車両
３・５ 車軸駆動装置
６ 駆動輪（車輪）
６ｂ リム
１５・１２５ 車軸・走行駆動部
１７・１１７・１１７Ａ 制動装置
１８・１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ 電動発電機
１９ 減速装置
２０ コントローラ
２４・７６・８０・８６・１５１ 第一電動発電機
２４ａ・７６ａ・８０ａ・８６ａ・１５１ａ 第一ステータ
２５・７７・８１・８７・８８・１５２ 第二電動発電機
２５ａ・７７ａ・８１ａ・８７ａ・８８ａ・１５２ａ 第二ステータ
４０・４０ａ・４０ｂ 永久磁石
４１・４１Ａ・４１Ｂ・４１Ｃ 共通ロータ軸
５５ モード変更具（モード変更手段）
８２ 共通ロータ部
８９ 変速装置
１１６ 差動装置
１２１ａ ブレーキロータ部（摺動部）
１４４・１４５・１４６・１４７・１４８・１４９・１５０ ロータ
Ｌ 走行負荷
Ｌｏ 基準負荷
Ｍ 旋回操作量
Ｍｏ 基準操作量
Ｔ 出力トルク
Ｖ 車体速度
ｖ 車輪速度
ΔＶ 速度差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有することを特徴とする作業車両の車軸駆動装置。
【請求項２】
前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項３】
前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項４】
前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項５】
アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項６】
アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項７】
非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項８】
前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項９】
前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１０】
前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定することを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１１】
前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１２】
前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とすることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１３】
前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１４】
前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成することを特徴とする請求項１３に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１５】
前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１６】
前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させることを特徴とする請求項１５に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１７】
前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１６のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１８】
前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１】
車軸を駆動するために複数の電動発電機と、該複数の電動発電機の動作を制御するコントローラを備えた作業車両の車軸駆動装置において、前記電動発電機は第一電動発電機と第二電動発電機より構成し、該第一電動発電機と第二電動発電機は単一の共通ロータ軸を備えると共に、該共通ロータ軸のロータに対して、前記第一電動発電機の第一ステータと第二電動発電機の第二ステータを前記コントローラにより独立制御可能に対向配置し、該第二ステータの稼働状態を切り替えることによって、第一電動発電機からのトルクに第二電動発電機からのトルクを加算した出力トルクを、走行負荷の大きさに応じて変更可能としたトルク制御構成を有することを特徴とする作業車両の車軸駆動装置。
【請求項２】
前記トルク制御構成において、前記第一ステータのみを稼働する形式の単独稼働状態と、前記第一ステータに加えて第二ステータも同時に稼働する形式の同時稼働状態との間を、前記走行負荷の大きさに応じて自動で切り替える自動操作モードと、前記単独稼働状態と同時稼働状態との間を走行負荷の大きさに関係なく手動で切り替える手動操作モードとを自在に変更するモード変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項３】
前記走行負荷は、作業車両の走行駆動部で検知される負荷トルクとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項４】
前記走行負荷は、車体速度と車輪速度の速度差の車体速度に対する割合であるスリップ率とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項５】
アクセル操作時には、前記作業車両の走行負荷が所定の基準負荷より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項６】
アクセル操作時には、前記作業車両の旋回操作量が所定の基準操作量より小さい場合は、前記第一ステータのみを稼働する単独稼働状態とし、稼働状態にない前記第二ステータによって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項７】
非アクセル操作時には、稼働状態にない前記第一ステータと第二ステータのうちの少なくとも一方によって回生電力を発生させることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項８】
前記電動発電機は、前記第一ステータと第二ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造を有し、前記第一ステータと第二ステータとの間には、前記ロータの一部であって第一ステータ側と第二ステータ側の両側に永久磁石を設けた共通ロータ部を介設することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項９】
前記電動発電機は、前記ステータを、ロータの永久磁石に対し、共通ロータ軸の軸心方向に所定の空隙をもって対向配置するアキシャルエアギャップ構造と、共通ロータ軸の半径方向に所定の空隙をもって対向配置するラジアルエアギャップ構造とを併有することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１０】
前記第二電動発電機の電動機容量は、前記第一電動発電機の電動機容量よりも小さく設定することを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１１】
前記車軸駆動装置は、各車軸を独立駆動可能に設けることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１２】
前記車軸駆動装置の少なくとも一部は、各車軸に連結する車輪のリム内に収容可能とすることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１３】
前記共通ロータ軸と同一軸心上に減速装置を設けることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１４】
前記減速装置は、前記第一電動発電機・第二電動発電機と一体的に構成することを特徴とする請求項１３に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１５】
前記共通ロータ軸と同一軸心上に制動装置を設けることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１６】
前記ロータの少なくとも一部に、前記制動装置の制動用の摺動部を兼用させることを特徴とする請求項１５に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１７】
前記車軸駆動装置は、前記第一電動発電機と第二電動発電機からの電動動力を変速する変速装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１６のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【請求項１８】
前記車軸駆動装置は、前記出力トルクを左右車軸に差動伝達する差動装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１７のうちのいずれか一項に記載の作業車両の車軸駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−２１３３８５（Ｐ２０１０−２１３３８５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３９７６（Ｐ２００９−５３９７６）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００１２５８５３）株式会社 神崎高級工機製作所 (210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００１２５８５３）株式会社 神崎高級工機製作所 (210)
【Ｆターム（参考）】
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