JP7645787B2 - 電動作業車 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーで走行する電動作業車に関する。

従来、電気エネルギーを動力源として走行する電動作業車が利用されてきた。このような電動作業車として、例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１には、バッテリと、当該バッテリから供給される電力により駆動するモータと、当該モータにより駆動される走行装置と、モータの駆動状態を制御するモータコントローラと、モータの目標速度を設定して、モータコントローラに制御信号を指令してモータの作動を制御する制御装置とを備えた電動作業車について記載されている。モータコントローラには、モータを流れる電流を制御するインバータが備えられる。制御装置にはバッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧した電圧が電源として供給され、インバータを制御してモータを駆動する。

特開２０１３－１２２８号公報

例えば、モータを流れる電流が増大すればモータが発熱するが、モータを流れる電流の増大に伴ってインバータを流れる電流も増大し、インバータも発熱する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータも負荷電流に応じて発熱するが、インバータ、モータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータの配置状況によっては、ＤＣ／ＤＣコンバータがインバータやモータから熱を受け、ＤＣ／ＤＣコンバータの温度が更に上昇する。インバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける過度の発熱は、劣化の原因となることから、発熱の状況に応じてインバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することが望ましい。

そこで、インバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱状況に応じて、モータを流れる電流を抑制することが可能な電動作業車が求められる。

本発明に係る電動作業車の特徴構成は、機体に搭載されるバッテリと、前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、前記モータにより駆動される走行装置と、前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、前記回転数情報と前記要求回転数とに応じて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、前記バッテリの出力電圧の電圧値を、前記制御部に対して電源として印加可能な電圧値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記インバータの温度を示すインバータ温度情報、前記モータの温度を示すモータ温度情報、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を示すコンバータ温度情報を取得する温度情報取得部と、前記バッテリの蓄電量を示す蓄電量情報及び前記バッテリの温度を示すバッテリ温度情報の少なくともいずれか一方を取得するバッテリ情報取得部と、前記インバータの温度が予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限する電流制限部と、を備え、前記制御部は、前記インバータの温度、前記モータの温度、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度のうち、少なくともいずれか一つが予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限し、前記制御部は、前記バッテリの蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない場合及び前記バッテリの温度が予め設定された温度よりも高い場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記モータを流れる電流を制限し、前記インバータは、前記バッテリ及び前記モータと隣り合う位置に配置されている点にある。

このような特徴構成とすれば、インバータの温度、モータの温度、及びＤＣ／ＤＣコンバータの温度のうち、少なくともいずれか一つが予め設定された温度より高い場合に、モータを流れる電流が制限されるので、インバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱状況に応じて、モータを流れる電流を抑制することが可能な電動作業車を実現できる。したがって、インバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータの劣化を抑制することが可能となる。

バッテリの蓄電量が少なくなるとバッテリの出力電圧が低下する。また、バッテリの温度が高くなるとバッテリの蓄電能力が低下し、この場合にもバッテリの出力電圧が低下する。バッテリの出力電圧の低下時に、モータから所期の出力トルクを得たい場合には、モータを流れる電流が増大する。このため、バッテリの蓄電量の低下やバッテリの温度上昇に伴ってインバータやモータの温度上昇が増大する。そこで、上記のように、バッテリの蓄電量が少ない場合やバッテリの温度が高くなった場合に、モータを流れる電流を制限することで、モータの出力トルクを規制して、インバータやモータの発熱を抑制することが可能となる。また、例えばモータの出力トルクを規制することでバッテリの電力使用量を低減できるので、バッテリの残りの電力で電動作業車が走行できる距離を延ばすことも可能となる。

また、前記電動作業車は、前記インバータ温度情報、前記モータ温度情報、及び前記コンバータ温度情報に基づいて、前記インバータ、前記モータ、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの夫々の異常の度合いを算定する異常度算定部を備え、前記モータを流れる電流は、前記異常の度合いが大きい程、大きく制限されると好適である。

このような構成とすれば、インバータの温度、モータの温度、及びＤＣ／ＤＣコンバータの温度のいずれかについて、異常の度合いが大きい場合にモータを流れる電流を大きく制限することができる。したがって、インバータ、モータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータのうち、異常の度合いが大きいものの発熱をより低減することが可能となる。

また、前記電動作業車は、前記インバータ、前記モータ、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却する冷媒の温度を示す冷媒温度情報を取得する冷媒温度情報取得部を備え、前記制御部は、前記冷媒の温度が予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限すると好適である。

電動作業車には、インバータやモータやＤＣ／ＤＣコンバータを冷却するために冷媒を循環させる冷却システムが備えられている場合がある。そこで、このような構成とすれば、インバータの温度、モータの温度、及びＤＣ／ＤＣコンバータの温度だけでなく、インバータ、モータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを冷却する冷媒の温度に基づいて、インバータ、モータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータの発熱量を推定し、推定した発熱量に基づいてモータを流れる電流を制限することが可能となる。

また、前記電動作業車は、前記モータの電流が制限された場合に、当該モータの電流を制限することになった理由を報知する報知部を備えると好適である。

このような構成とすれば、モータの電流が制限された理由をオペレータに把握させることができる。これにより、オペレータに対して、例えばモータを流れる電流の増大を抑制させるような運転を促すことが可能となる。

トラクタの左側面図である。 インバータ等の配置を示す左側面図である。 動力伝達の流れを示す図である。 モータの駆動を行う機能部の説明図である。 操作具の操作量とモータに対する要求回転数との関係を示す図である。 異常の度合いと電流制限レベルとの関係を示す図である。 制限部及び電流制限部による電流制限についての説明図である。 モータのトルクカーブの一例である。 報知部による報知例を示す図である。

本発明に係る電動作業車は、インバータや、モータや、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱状況に応じて、モータを流れる電流を抑制するように構成される。以下、本実施形態の電動作業車について説明する。尚、以下では、電動作業車がトラクタである場合の例を挙げて説明する。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図中の矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」とする。また、図中の矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

〔トラクタの全体構成〕
以下では、本実施形態のトラクタについて説明する。図１に示すように、トラクタは、左右の前車輪１０、左右の後車輪１１、カバー部材１２を備えている。

また、トラクタは、機体フレーム２及び運転部３を備えている。機体フレーム２は、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１に支持されている。

カバー部材１２は、機体前部に配置されている。そして、運転部３は、カバー部材１２の後方に設けられている。言い換えれば、カバー部材１２は、運転部３の前方に配置されている。

運転部３は、保護フレーム３０、運転座席３１、ステアリングホイール３２を有している。オペレータは、運転座席３１に着座可能である。これにより、オペレータは、運転部３に搭乗可能である。ステアリングホイール３２の操作によって、左右の前車輪１０は操向操作される。オペレータは、運転部３において、各種の運転操作を行うことができる。

トラクタは、走行用バッテリ４を備えている。また、カバー部材１２は、機体左右方向に沿う開閉軸芯Ｑ周りに揺動可能に構成されている。これにより、カバー部材１２は、開閉可能に構成されている。カバー部材１２が閉状態であるとき、走行用バッテリ４は、カバー部材１２に覆われている。

図２に示すように、トラクタは、インバータ１４及びモータＭを備えている。走行用バッテリ４は、インバータ１４へ電力を供給する。インバータ１４は、走行用バッテリ４からの直流電力を交流電力に変換してモータＭへ供給する。そして、モータＭは、インバータ１４から供給される交流電力により駆動する。

図２及び図３に示すように、トラクタは、静油圧式無段変速機１５及びトランスミッション１６を備えている。図３に示すように、静油圧式無段変速機１５は、油圧ポンプ１５ａ及び油圧モータ１５ｂを有している。

油圧ポンプ１５ａは、モータＭからの回転動力により駆動する。油圧ポンプ１５ａが駆動することにより、油圧モータ１５ｂから回転動力が出力される。尚、静油圧式無段変速機１５は、油圧ポンプ１５ａと油圧モータ１５ｂとの間で回転動力が変速されるように構成されている。また、静油圧式無段変速機１５は、変速比を無段階に変更可能に構成されている。

油圧モータ１５ｂから出力された回転動力は、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６の有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動する。

また、図２及び図３に示すように、トラクタは、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を備えている。モータＭから出力された回転動力は、油圧ポンプ１５ａ、ミッドＰＴＯ軸１７、リヤＰＴＯ軸１８へ分配される。これにより、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８が回転する。

ミッドＰＴＯ軸１７またはリヤＰＴＯ軸１８に作業装置が接続されていれば、ミッドＰＴＯ軸１７またはリヤＰＴＯ軸１８の回転動力により、作業装置が駆動することとなる。例えば、図２に示すように、本実施形態では、ミッドＰＴＯ軸１７に草刈装置１９が接続されている。ミッドＰＴＯ軸１７の回転動力により、草刈装置１９が駆動する。

〔モータの制御〕
図４は、モータＭの駆動にかかる機能部を示すブロック図である。図４のブロック図には、バッテリ（走行用バッテリ）４、インバータ１４、モータＭ、回転数情報取得部４１、走行装置４２、操作具４３、制御部４４、報知部５７、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、温度情報取得部７２、電流制限部７３、バッテリ情報取得部７４、異常度算定部７５、冷媒温度情報取得部７６、ポンプ８１、ラジエータ８２、ファン８３、ファン制御部８４が示される。各機能部は、モータＭの駆動を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

バッテリ４は、上述したようにカバー部材１２に覆われた状態で、機体に搭載される。また、バッテリ４に蓄えられた電気エネルギーは、モータＭの駆動に利用される。

インバータ１４は、バッテリ４の出力に基づく直流電力を交流電力に変換する。バッテリ４の出力とは、バッテリ４から出力される直流電圧及び直流電流である。したがって、バッテリ４の出力に基づく直流電力とは、バッテリ４から出力される直流電圧及び直流電流からなる直流電力が相当する。

本実施形態では、インバータ１４は、第１の電源ラインＬ１と第２の電源ラインＬ２との間に設けられた、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続された３本のアーム部Ａを有して構成される。第１の電源ラインＬ１とは、バッテリ４の２つの出力端子のうちの正端子に接続される電源ラインであって、第２の電源ラインＬ２とは、バッテリ４の２つの出力端子のうちの負端子に接続される電源ラインである。インバータ１４は、この第１の電源ラインＬ１と第２の電源ラインＬ２との間に、３本のアーム部Ａを設けている。以下では、３本のアーム部Ａの夫々を区別する場合には、夫々、アーム部Ａ１、アーム部Ａ２、アーム部Ａ３として示す。本実施形態では、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２は、共に、Ｐ型のＩＧＢＴが用いられる。第１のスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子が第１の電源ラインＬ１に接続され、第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子は、第２の電源ラインＬ２に接続される。第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とコレクタ端子との間には、アノード端子がエミッタ端子に接続され、カソード端子がコレクタ端子に接続されたダイオードＤ１が設けられる。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子とコレクタ端子との間には、アノード端子がエミッタ端子に接続され、カソード端子がコレクタ端子に接続されたダイオードＤ２が設けられる。第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２の夫々のゲート端子は、後述する制御部４４に接続される。インバータ１４は、制御部４４により、３つのアーム部Ａにおける１つのアーム部Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１と、他の２つのアーム部Ａのうちの一方のアーム部Ａの第２のスイッチング素子Ｑ２とがＰＷＭ制御により通電される。これにより、バッテリ４の直流電力は、ＰＷＭ制御信号の周波数に応じた交流電力に変換される。

モータＭは、インバータ１４により変換された交流電力により駆動する。モータＭの３つの端子は、夫々、アーム部Ａ１における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第１のノードｎ１と、アーム部Ａ２における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第２のノードｎ２と、アーム部Ａ３における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第３のノードｎ３とに接続される。アーム部Ａ１における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第１のノードｎ１とは、アーム部Ａ１を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。アーム部Ａ２における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第２のノードｎ２とは、アーム部Ａ２を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。アーム部Ａ３における第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが接続される第３のノードｎ３とは、アーム部Ａ３を構成する第１のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と第２のスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続される部分である。図４では、モータＭのコイルはデルタ結線で構成されている場合の例を挙げているが、モータＭのコイルはスター結線で構成されていても良い。

回転数情報取得部４１は、モータＭの回転数を示す回転数情報を取得する。モータＭの回転数とは、モータＭが有するロータの回転数である。このような回転数は、例えばホール素子を有する回転センサ４１Ａを用いて検出することが可能である。また、回転センサ４１Ａに代えて、モータＭを流れる電流の大きさに基づき、モータＭの回転数を算定することも可能である。この場合には、電流センサ（図示しない）の検出結果に基づき算定すると良い。回転センサ４１ＡによるモータＭの回転数の検出結果は、回転数情報として回転数情報取得部４１に伝達される。

走行装置４２は、モータＭにより駆動される。本実施形態では、走行装置４２とは、上述した静油圧式無段変速機１５、トランスミッション１６、左右の前車輪１０、及び左右の後車輪１１の総称である。上述したように、モータＭの回転動力が、静油圧式無段変速機１５を介して、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６が有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、上述したように、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動され、トラクタが走行可能となる。

操作具４３は、モータＭに要求する要求回転数を変更する。モータＭに要求する要求回転数とは、オペレータがモータＭから出力してほしい回転動力の回転数の指令値、所謂、指令回転数にあたる。本実施形態では、操作具４３は、運転座席３１の側部において、前後方向に揺動可能に構成されたレバーが相当する。操作具４３を、前方側へ傾倒するように操作される程、要求回転数が増大して、モータＭが高速で回転するように構成されており、操作された位置で安定的に位置保持されるように構成されている。図５には、操作具４３の操作量とモータＭに対する要求回転数との関係が示される。図５では、縦軸がモータＭに要求される要求回転数であり、横軸が操作具４３の操作量である。図５の例では、操作量が１０〔％〕の時の要求回転数がＮ１〔ｒｐｍ〕であり、操作量が９０〔％〕の時の要求回転数がＮ２〔ｒｐｍ〕である。操作量が１０〔％〕から９０〔％〕までの間は、要求回転数は操作量に比例するように設定されている。なお、操作量は％で示されているが、これは、操作具４３が最も手前側にある状態が０〔％〕であり、最も前方側へ傾倒した状態が１００〔％〕である。また、詳細は後述するが、本例では、操作量が１０〔％〕未満では、要求回転数が０〔ｒｐｍ〕となり、操作量が９０〔％〕以上では、要求回転数がＮ２〔ｒｐｍ〕となるように構成されている。本例では、このような関係に基づき、操作具４３の操作量に応じて、モータＭの要求回転数を設定することが可能となる。

図４に戻り、本実施形態では、操作具４３の操作量、すなわち上記前後方向における位置は、位置検出部４３Ａにより検出される。したがって、位置検出部４３Ａにより検出された操作具４３の位置により、モータＭに要求された要求回転数を特定することが可能となる。

制御部４４は、回転数情報と要求回転数とに応じてインバータ１４を駆動して、モータＭを流れる電流を制御する。回転数情報は、回転数情報取得部４１から制御部４４に伝達される。要求回転数は、位置検出部４３Ａから操作具４３の位置の検出結果が伝達され、この検出結果に基づき特定可能である。モータＭを流れる電流とは、インバータ１４から出力された電流であって、モータＭのコイルに流れる電流である。したがって、制御部４４は、回転数情報により示される現在のモータＭの回転数が、位置検出部４３Ａの検出結果により特定された要求回転数となるように、インバータ１４を制御してモータＭのコイルに流れる電流を制御する。これにより、操作具４３の操作に応じて、モータＭから出力される回転動力を制御することが可能となる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、バッテリ４の出力電圧の電圧値を、制御部４４に対して電源として印加可能な電圧値に変換する。バッテリ４の出力電圧とは、バッテリ４から出力される直流電圧である。制御部４４に対して電源として印加可能とは、制御部４４が駆動するのに必要な電圧であって、絶対最大定格で規定された電圧値未満の電圧である。具体的には、バッテリ４の出力電圧の電圧値は、数十ボルトの電圧値であって、制御部４４に対して電源として印加可能な電圧値とは、数ボルト～十数ボルトの電圧値である。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、バッテリ４から出力される数十ボルトの直流電圧の電圧値を、制御部４４に対して電源として印加可能な数ボルト～十数ボルトの電圧値に変換する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は降圧型のものが利用される。このようなＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、効率を良くするために同期整流型のものを用いると好適である。もちろん、スイッチング式でないレギュレータを用いてもよい。本実施形態では、図４に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力電圧は、制御部４４以外に、ファン制御部８４にも印加される。もちろん、他の機能部にも、夫々の定格電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力電圧を印加するように構成することも可能である。

温度情報取得部７２は、インバータ１４の温度を示すインバータ温度情報、モータＭの温度を示すモータ温度情報、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度を示すコンバータ温度情報を取得する。インバータ１４の温度とは、インバータ１４を構成する素子のうち、最も温度が高くなると想定される第１のスイッチング素子Ｑ１、及び、第２のスイッチング素子Ｑ２の温度とすると好適である。インバータ１４の温度は、第１のスイッチング素子Ｑ１、及び、第２のスイッチング素子Ｑ２の温度を測定したものであってもよいし、第１のスイッチング素子Ｑ１、及び、第２のスイッチング素子Ｑ２が実装された基板の温度であってもよい。また、図示されていないがインバータ１４はコンデンサも有しており、コンデンサの温度を測定するようにしてもよい。モータＭの温度とは、モータＭを構成する部品のうち、最も温度が高くなると想定されるコイル、及び、永久磁石の温度とすると好適である。コイル、及び、永久磁石の温度が、直接測定できないため、これらの近傍の温度であってもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度とは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ７１が同期整流型のスイッチングレギュレータで構成されている場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を構成する部品のうち、最も温度が高いと想定されるコイル、及び、ＬＯＷサイドのスイッチング素子（電源ラインと接地電位との間に設けられるスイッチング素子）の温度を測定したものであってもよいし、コイル、及び、ＬＯＷサイドのスイッチング素子が実装された基板の温度であってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１が非同期整流型のスイッチングレギュレータで構成されている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を構成する部品のうち、最も温度が高いと想定されるコイル、及び、ダイオードの温度を測定したものであってもよいし、コイル、及び、ダイオードが実装された基板の温度であってもよい。もちろん、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１における降圧比によっては、スイッチング素子の温度を測定するように構成することも可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を、例えばスイッチングレギュレータでないレギュレータ（例えば三端子レギュレータ）等を用いて構成する場合には、当該三端子レギュレータの温度を測定してもよいし、三端子レギュレータが実装された基板の温度を測定してもよい。これらの温度は、例えばサーミスタ等の温度検出素子（図示せず）を用い、温度検出素子を流れる電流、あるいは、温度検出素子の一対の端子の端子間電圧に基づき検出することが可能である。温度情報取得部７２は、このような温度検出素子の検出結果を、インバータ温度情報、モータ温度情報、コンバータ温度情報として取得する。

電流制限部７３は、インバータ１４の温度が予め設定された温度より高い場合に、モータＭを流れる電流を制限する。インバータ１４の温度は、インバータ温度情報として温度情報取得部７２により取得され、電流制限部７３に伝達される。モータＭを流れる電流とは、モータＭを構成するコイルに流れる電流である。このコイルを流れる電流は、インバータ１４から出力される電流に、略一致する。したがって、電流制限部７３は、温度情報取得部７２により取得されたインバータ温度情報により示されるインバータ１４の温度が、予め設定された温度より高い場合に、インバータ１４から出力される電流を規制する。具体的には、第１のスイッチング素子Ｑ１、及び、第２のスイッチング素子Ｑ２が閉状態となる時間、すなわち、ＰＷＭ制御におけるオンＤＵＴＹ比を所定の値より大きくならないように制限する。これにより、第１のスイッチング素子Ｑ１、及び、第２のスイッチング素子Ｑ２が閉状態となる時間が、ある一定の時間以上とならないようにしてインバータ１４から出力される電流を制限し、モータＭのコイルを流れる電流を制限することが可能となる。したがって、インバータ１４を流れる電流を低減してインバータ１４の発熱を抑えることができるので、インバータ１４の劣化を抑制することが可能となる。

ここで、本例では、制御部４４は、インバータ１４の温度、モータＭの温度、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度のうち、少なくともいずれか一つが予め設定された温度より高い場合に、モータＭを流れる電流を制限するように構成されている。インバータ１４の温度は、インバータ温度情報として温度情報取得部７２により取得され、制御部４４に伝達される。モータＭの温度は、モータ温度情報として温度情報取得部７２により取得され、制御部４４に伝達される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度は、コンバータ温度情報として温度情報取得部７２により取得され、制御部４４に伝達される。夫々の温度情報には、個別に、予め閾値が設定されており、温度情報により示される温度が閾値を上回った場合に、制御部４４は、インバータ１４から出力される電流を制限し、モータＭのコイルを流れる電流を制限することが可能となる。これにより、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を流れる電流を低減して発熱を抑えることができるので、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の劣化を抑制することが可能となる。

また、上述したように、インバータ１４は、当該インバータ１４の温度を示すインバータ温度情報が電流制限部７３及び制御部４４の双方に伝達され、電流制限部７３及び制御部４４の双方の制御により保護される。したがって、インバータ１４をより確実に保護することが可能となる。

バッテリ情報取得部７４は、バッテリ４の蓄電量を示す蓄電量情報及びバッテリ４の温度を示すバッテリ温度情報の少なくともいずれか一方を取得する。バッテリ４の蓄電量は、直接、検出することが難しい。しかしながら、バッテリ４の蓄電量はバッテリ４の出力電圧と相関があるため、本例ではバッテリ情報取得部７４は、バッテリ４の蓄電量として、バッテリ４の出力電圧を検出する。このバッテリ４の出力電圧の検出結果は、蓄電量情報に相当する。バッテリ４の温度は、例えばサーミスタ等の温度検出素子（図示せず）をバッテリ４に近接して設け、この温度検出素子を流れる電流、あるいは、温度検出素子の一対の端子の端子間電圧に基づき検出することが可能である。バッテリ情報取得部７４は、このような蓄電量情報及びバッテリ温度情報をバッテリ情報として取得する。

制御部４４は、バッテリ４の蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない場合及びバッテリ４の温度が予め設定された温度よりも高い場合の少なくともいずれか一方の場合に、モータＭを流れる電流を制限する。本例では、バッテリ４の蓄電量とは、バッテリ４の出力電圧が相当する。このため、予め設定された蓄電量とは、予め設定された電圧が相当する。したがって、制御部４４は、バッテリ４の出力電圧が、予め設定された電圧値より低い場合に、インバータ１４から出力される電流を制限して、モータＭのコイルを流れる電流を制限する。また、制御部４４は、バッテリ４の温度が予め設定された温度よりも高い場合にも、インバータ１４から出力される電流を制限して、モータＭのコイルを流れる電流を制限する。

異常度算定部７５は、インバータ温度情報、モータ温度情報、コンバータ温度情報、及びバッテリ情報に基づいて、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、及びバッテリ４の夫々の異常の度合いを算定する。インバータ温度情報は、インバータ１４の温度を示す情報であり、モータ温度情報は、モータＭの温度を示す情報であり、コンバータ温度情報は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度を示す情報である。これらの温度情報は、温度情報取得部７２により取得され、異常度算定部７５に伝達される。バッテリ情報は、バッテリ４の蓄電量を示す情報及びバッテリ４の温度を示す情報であり、バッテリ情報取得部７４から異常度算定部７５に伝達される。インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、バッテリ４の夫々に対して、予め基準となる基準値が設定され、夫々の基準値と温度情報に示される温度、あるいは、バッテリ情報に示される蓄電量やバッテリの温度が比較され、夫々の異常の度合いが算定される。すなわち、異常度算定部７５は、予め設定されたインバータ１４の基準値とインバータ温度情報で示されるインバータ１４の温度との差を求め、当該差を予め設定されたインバータ１４の基準値で除して、インバータ１４の異常の度合いを算定し、予め設定されたモータＭの基準値とモータ温度情報で示されるモータＭの温度との差を求め、当該差を予め設定されたモータＭの基準値で除して、モータＭの異常の度合いを算定し、予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ７１の基準値とコンバータ温度情報で示されるＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度との差を求め、当該差を予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ７１の基準値で除して、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の異常の度合いを算定する。また、異常度算定部７５は、予め設定されたバッテリ４の蓄電量に関する基準値と蓄電量情報で示されるバッテリ４の蓄電量との差を求め、当該差を予め設定されたバッテリ４の蓄電量に関する基準値で除して、バッテリ４の異常の度合いを算定する。更には、異常度算定部７５は、予め設定されたバッテリ４の温度に関する基準値とバッテリ温度情報で示されるバッテリ４の温度との差を求め、当該差を予め設定されたバッテリ４の温度に関する基準値で除して、バッテリ４の異常の度合いを算定する。このように算定された異常の度合いは、制御部４４に伝達される。

制御部４４は、異常度算定部７５から伝達される異常の度合いが大きい程、モータＭを流れる電流を大きく制限する。図６には、各部の異常の度合いと、モータＭを流れる電流を制限するレベル（電流制限レベル）との関係の一例が示される。図６の例では、インバータ１４の温度上昇、モータＭの温度上昇、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇の夫々について、「大」、「中」、「小」で区分けされ、区分けした区分毎に異常の度合いが星印の数で示される。区分は、夫々の項目毎に範囲を設定するとよい。

例えば、インバータ１４の温度上昇が「大」の場合には、異常の度合いが「２」であることから、電流制限を行うレベル（以下「電流制限レベル」）として「レベル２」が設定される。また、インバータ１４の温度上昇が「中」の場合には、異常の度合いが「１」であることから、電流制限レベルとして「レベル１」が設定され、インバータ１４の温度上昇が「小」の場合には、異常の度合いが「０」であることから、電流制限レベルとして「レベル０」が設定される。

また、モータＭの温度上昇が「大」の場合には、異常の度合いが「２」であることから、電流制限レベルとして「レベル２」が設定される。また、モータＭの温度上昇が「中」の場合には、異常の度合いが「１」であることから、電流制限レベルとして「レベル１」が設定され、モータＭの温度上昇が「小」の場合には、異常の度合いが「０」であることから、電流制限レベルとして「レベル０」が設定される。

ここで、本例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇は、インバータ１４の温度上昇やモータＭの温度上昇よりも深刻なものではでない。このため、異常の度合いの判断基準が、インバータ１４の温度上昇やモータＭの温度上昇の異常の度合いの判断基準よりも緩いものとなっている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇が「大」の場合には、異常の度合いが「１」とされ、電流制限レベルとして「レベル１」が設定される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇が「中」または「小」の場合には、異常の度合いが「０」とされ、電流制限レベルとして「レベル０」が設定されている。

一方、バッテリ４の蓄電量の低下及びバッテリ４の温度の上昇は、インバータ１４の温度上昇、モータＭの温度上昇、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇よりも深刻なものである。これは、バッテリ４の残量がなくなった場合には、電動作業車が走行できなくなるためである。また、バッテリ４は温度上昇に伴ってバッテリ４の蓄電能力が低下し、この場合にも電動作業車が走行できなくなるためである。このため、異常の度合いの判断基準が、インバータ１４の温度上昇やモータＭの温度上昇やＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇の異常の度合いの判断基準よりも厳しいものとなっている。すなわち、バッテリ４の蓄電量が「少」の場合には、異常の度合いが「３」とされ、電流制限レベルとして「レベル３」が設定される。また、バッテリ４の蓄電量が「中」の場合には、異常の度合いが「２」とされ、電流制限レベルとして「レベル２」が設定されている。更に、バッテリ４の蓄電量が「多」の場合には、異常の度合いが「１」とされ、電流制限レベルとして「レベル１」が設定されている。また、バッテリ４の温度上昇が「大」の場合には、異常の度合いが「３」とされ、電流制限レベルとして「レベル３」が設定される。また、バッテリ４の温度上昇が「中」の場合には、異常の度合いが「２」とされ、電流制限レベルとして「レベル２」が設定されている。更に、バッテリ４の温度上昇が「小」の場合には、異常の度合いが「１」とされ、電流制限レベルとして「レベル１」が設定されている。

また、図示はしないが、バッテリ４とは異なる低圧用バッテリ（例えば１２Ｖ出力）の出力電圧も監視し、この出力電圧の監視結果（検出結果）に応じてモータＭのコイルを流れる電流を制限するように構成することも可能である。例えば低圧用バッテリがＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力に応じて蓄電されるように構成されている場合において、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１が異常であるときには、低圧用バッテリが充電されず出力電圧が１２Ｖよりも低下する。この状態での使用が継続すると、更に低圧用バッテリの出力電圧が低下し、更には、低圧用バッテリの出力電圧で駆動する機器（デバイス）が停止したり誤動作したりする可能性がある。このため、オペレータに対して、電動作業車を停止するように警告すると好適である。

制御部４４は、このような電流制限レベルに基づいて、モータＭを流れる電流を制限すると良い。なお、電流制限は、複数の区分における、その時点の最も大きい数の電流制限レベルで電流制限を行うように構成しても良いし、複数の区分における、その時点の夫々の電流制限レベルの平均の値で電流制限を行うように構成しても良い。このように構成することで、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、バッテリ４のうち、異常の度合いが大きいものを厚く保護して、劣化を抑制し、走行できなくなるといった状況を回避することが可能となる。

図４に戻り、本例では、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は冷媒を循環させて冷却される。このため、トラクタは冷却システム１００が設けられている。本例の冷却システム１００では、図４に示されるように、冷媒がインバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、ラジエータ８２の順に、ポンプ８１により流通される。具体的には、ラジエータ８２の冷媒吐出口８２Ｏとポンプ８１の冷媒吸入口８１Ｉとの間に、ラジエータ８２からポンプ８１に向かって冷媒が流通する第１流路９１が設けられる。ポンプ８１の冷媒吐出口８１Ｏとインバータ１４の冷媒流入口１４Ｉとの間に、ポンプ８１からインバータ１４に向かって冷媒が流通する第２流路９２が設けられる。インバータ１４の冷媒流出口１４ＯとモータＭの冷媒流入口ＭＩとの間に、インバータ１４からモータＭに向かって冷媒が流通する第３流路９３が設けられる。モータＭの冷媒流出口ＭＯとＤＣ／ＤＣコンバータ７１の冷媒流入口７１Ｉとの間に、モータＭからＤＣ／ＤＣコンバータ７１に向かって冷媒が流通する第４流路９４が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の冷媒流出口７１Ｏとラジエータ８２の冷媒流入口８２Ｉとの間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１からラジエータ８２に向かって冷媒が流通する第５流路９５が設けられる。

ラジエータ８２には、ラジエータ８２を冷却するファン８３が設けられる。ファン８３は、冷媒の温度が所定の値より大きくなった場合にファン制御部８４により駆動される。ファン制御部８４には、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力電圧が印加される。

冷媒温度情報取得部７６は、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を冷却する冷媒の温度を示す冷媒温度情報を取得する。本例では、冷媒の温度は、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を流通して、ラジエータ８２に戻ってきた第５流路９５において測定される。冷媒温度情報取得部７６により取得された冷媒の温度は、冷媒温度情報として、制御部４４及びファン制御部８４に伝達される。これにより、ファン制御部８４が、冷媒の温度に応じてファン８３を駆動することが可能となる。

制御部４４は、冷媒の温度が予め設定された温度より高い場合に、モータＭを流れる電流を制限する。冷媒の温度は、上述したように冷媒温度情報取得部７６から冷媒温度情報として伝達される。冷媒の温度が高い場合には、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の何れかの温度が高くなっていることから、制御部４４がモータＭを流れる電流を制限することで、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１のうち、温度が高くなっている何れかの温度上昇を抑制することが可能となる。

図７には、本例における電流制限が行われる要因についてまとめられている。本例では、制御部４４は、「インバータの温度」、「モータの温度」、「ＤＣ／ＤＣコンバータの温度」、「バッテリの蓄電量」、「バッテリの温度」、「冷媒の温度」に基づいて電流制御を行うように構成され、電流制限部７３は、「インバータの温度」のみに基づいて電流制御を行うように構成されている。このように、本例では「インバータの温度」は、制御部４４及び電流制限部７３の双方により保護される。

図８には、モータＭが出力可能な出力トルクと回転数との関係を規定したトルクカーブが示される。これは、モータＭが所定の回転数で回転するときに、出力することが可能な出力トルクの関係を示したものである。何ら電流制限がない場合には、制御部４４は特性Ｉに基づきモータＭを制御する。例えば、モータＭを流れる電流が制限されると、所定の回転数で出力可能な出力トルクが減少することから、制御部４４は特性ＩＩに基づきモータＭを制御することになる。更に、モータＭを流れる電流が制限されると（例えば、上述した「異常の度合い」が大きくなった場合）、制御部４４は特性ＩＩＩに基づきモータＭを制御することになる。モータＭを流れる電流の制限に応じたトルクカーブを予め設定（記憶）しておき、制御部４４はこのようなトルクカーブに基づいてモータＭを制御するとよい。

本例では、モータＭの電流が制限された場合に、報知部５７が当該モータＭの電流を制限することになった理由を報知する。モータＭの電流が制限された場合とは、上述した電流制限部７３や制御部４４によりインバータ１４を流れる電流が制限された場合である。したがって、報知部５７には、電流制限部７３や制御部４４がモータＭを流れる電流を制限した場合に、制限したことを示す情報が伝達される。

例えばインバータ１４の温度に基づきモータＭを流れる電流が制限されている場合には、図９に示されるように、トラクタの運転部３に設けられる表示装置５８の表示画面に、「インバータの温度上昇によりモータの駆動が制限されています。」というようなメッセージを表示したり、スピーカ５９から「インバータの温度上昇によりモータの駆動が制限されています。」というような音声を出力するように構成すると良い。これにより、オペレータが、操作具４３を操作しているにもかかわらず、モータＭの出力が増大しない原因を把握することが可能となる。なお、図示はしないが、モータＭの温度上昇や、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の温度上昇や、バッテリ４の蓄電量の低下や、バッテリ４の温度上昇や、冷媒の温度上昇についても、これらが原因となってモータＭを流れる電流が制限されている場合には、表示装置５８の表示画面にメッセージを表示したり、スピーカ５９から音声を出力して、モータＭを流れる電流が制限されている原因を報知するとよい。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、電動作業車がトラクタである場合の例を挙げて説明したが、電動作業車はトラクタ以外の作業車、すなわち田植機、コンバイン、建設機械、芝刈り機などであっても良い。

上記実施形態では、モータＭが三相モータであって、インバータ１４が３本のアーム部Ａを備えているとして説明したが、モータＭは三相モータでなくても良く、この場合、インバータ１４のアーム部Ａの本数はモータＭの相数に応じて設けると良い。

上記実施形態では、バッテリ４の蓄電量を示す蓄電量情報及びバッテリ４の温度を示すバッテリ温度情報の少なくともいずれか一方を取得するバッテリ情報取得部７４を備え、制御部４４は、バッテリ４の蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない場合及びバッテリの温度が予め設定された温度よりも高い場合の少なくともいずれか一方の場合に、モータＭを流れる電流を制限するとして説明したが、バッテリ情報取得部７４を備えずに構成することも可能である。この場合、制御部４４はバッテリ４の蓄電量やバッテリ４の温度上昇に基づいてモータＭを流れる電流を制限しなくてもよい。また、制御部４４は、バッテリ４の蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない場合で、且つ、バッテリの温度が予め設定された温度よりも高い場合に、モータＭを流れる電流を制限するように構成しても良い。

上記実施形態では、インバータ温度情報、モータ温度情報、コンバータ温度情報、及びバッテリ情報に基づいて、インバータ１４、モータＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、及びバッテリ４の夫々の異常の度合いを算定する異常度算定部７５を備え、モータＭを流れる電流は、異常の度合いが大きい程、大きく制限されるとして説明したが、異常度算定部７５は、インバータ温度情報、モータ温度情報、及びコンバータ温度情報に基づいて、インバータ１４、モータＭ、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１の夫々の異常の度合いを算定するように構成することも可能である。また、異常度算定部７５を備えずに構成することも可能である。この場合、制御部４４は、異常の度合いに応じてモータＭを流れる電流を制限しなくてもよい。

上記実施形態では、制御部４４は、異常度算定部７５から伝達される異常の度合いが大きい程、モータＭを流れる電流を大きく制限し、電流を制限するもととなる異常の度合いの項目として、図６において「インバータの温度上昇」、「モータの温度上昇」、「ＤＣ／ＤＣコンバータの温度上昇」、「バッテリの蓄電量」、及び「バッテリの温度上昇」を挙げて説明した。例えば、異常の度合いとして、「デバイスの異常」や、「サーミスタの断線」を項目として用いることも可能である。「デバイスの異常」においては、ＣＡＮ（Controller Area Network）で通信ができなくなったときに「レベル２」として、モータＭを流れる電流を制限し、「デバイスの異常」や、「サーミスタの断線」を項目として用いることも可能である。「サーミスタの断線」においては、サーミスタの断線があった場合には「レベル０」として、電動作業車を停車させることなく走行させるように構成することも可能である。もちろん、サーミスタの断線があった場合に、モータＭを流れる電流を制限することも可能である。

上記実施形態では、インバータ１４、モータＭ、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１を冷却する冷媒の温度を示す冷媒温度情報を取得する冷媒温度情報取得部７６を備え、制御部４４は、冷媒の温度が予め設定された温度より高い場合に、モータＭを流れる電流を制限するとして説明したが、冷媒温度情報取得部７６を備えずに構成することも可能である。この場合、制御部４４は、冷媒の温度に基づいてモータＭを流れる電流を制限しなくてもよい。

上記実施形態では、モータＭの電流が制限された場合に、当該モータＭの電流を制限することになった理由を報知する報知部５７を備えているとして説明したが、報知部５７を備えずに構成することも可能である。また、報知部５７が、メッセージを表示装置５８の表示画面に表示したり、スピーカ５９から音声を出力して報知するとして説明したが、例えば運転部３からオペレータが見える位置に、モータＭの電流を制限することになった理由を示す表示灯を設けて報知するように構成することも可能である。また、報知部５７が、機体に設けられるブザーやランプを用いてモータＭの電流を制限することになった理由を報知するように構成することも可能である。この場合、モータＭの電流を制限することになった理由毎に、ブザーやランプを使い分けるとよい。

本発明は、電気エネルギーで走行する電動作業車に用いることが可能である。

４：バッテリ
１４：インバータ
４１：回転数情報取得部
４２：走行装置
４３：操作具
４４：制御部
５７：報知部
７１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
７２：温度情報取得部
７３：電流制限部
７４：バッテリ情報取得部
７５：異常度算定部
７６：冷媒温度情報取得部
Ｍ：モータ

Claims (4)

1. 機体に搭載されるバッテリと、
   前記バッテリの出力に基づく直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータにより変換された前記交流電力により駆動するモータと、
   前記モータの回転数を示す回転数情報を取得する回転数情報取得部と、
   前記モータにより駆動される走行装置と、
   前記モータに要求する要求回転数を変更する操作具と、
   前記回転数情報と前記要求回転数とに応じて前記インバータを駆動して、前記モータを流れる電流を制御する制御部と、
   前記バッテリの出力電圧の電圧値を、前記制御部に対して電源として印加可能な電圧値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記インバータの温度を示すインバータ温度情報、前記モータの温度を示すモータ温度情報、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度を示すコンバータ温度情報を取得する温度情報取得部と、
   前記バッテリの蓄電量を示す蓄電量情報及び前記バッテリの温度を示すバッテリ温度情報の少なくともいずれか一方を取得するバッテリ情報取得部と、
   前記インバータの温度が予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限する電流制限部と、を備え、
   前記制御部は、前記インバータの温度、前記モータの温度、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの温度のうち、少なくともいずれか一つが予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限し、
   前記制御部は、前記バッテリの蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない場合及び前記バッテリの温度が予め設定された温度よりも高い場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記モータを流れる電流を制限し、
   前記インバータは、前記バッテリ及び前記モータと隣り合う位置に配置されている電動作業車。
2. 前記インバータ温度情報、前記モータ温度情報、及び前記コンバータ温度情報に基づいて、前記インバータ、前記モータ、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの夫々の異常の度合いを算定する異常度算定部を備え、
   前記モータを流れる電流は、前記異常の度合いが大きい程、大きく制限される請求項１に記載の電動作業車。
3. 前記インバータ、前記モータ、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却する冷媒の温度を示す冷媒温度情報を取得する冷媒温度情報取得部を備え、
   前記制御部は、前記冷媒の温度が予め設定された温度より高い場合に、前記モータを流れる電流を制限する請求項１又は２に記載の電動作業車。
4. 前記モータの電流が制限された場合に、当該モータの電流を制限することになった理由を報知する報知部を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の電動作業車。

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