JP2014117267A - 電動草刈機 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な電力消費を抑えつつ、刈刃に絡んだ草を効果的に取り除くことができる電動草刈機を提供する。
【解決手段】使用者は、ダイヤル１３を操作することにより、モータ２０を制御するための所定の制御目標値を連続的又は段階的に調整できる。マイコン２１は、操作スイッチ１２がオンされている場合に、正逆切り替えレバー１４により回転方向が正転方向に設定されているときは、ダイヤル１３により調整されている制御目標値に基づいてモータへの通電を制御し、正逆切り替えレバー１４により回転方向が逆転方向に設定されているときは、ダイヤル１３により設定されている制御目標値にかかわらず予め設定された一定の逆転時制御目標値に基づいてモータ２０への通電を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータにより動作する電動草刈機に関する。

直流電源により駆動されるモータを備え、このモータにより刈刃を回転駆動させるよう構成された草刈機が知られている。このような草刈機として、モータの回転方向（ひいては刈刃の回転方向）を、草刈りのための回転方向である正転方向、及び刈刃に絡まった草を取り除くための回転方向である逆転方向の何れかに切り替え可能に構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の草刈機は、切り替え手段を備え、この切り替え手段により直流電源からモータへの通電方向を切り替えることによって回転方向を切り替えることが可能に構成されている。

実開平４−９７５２４号公報

しかし、単にモータへの通電方向を切り替えることで回転方向を切り替える構成では、正転時と逆転時とで同じ回転数となってしまうため、特に逆転時において種々の問題が生じる。例えば、逆転時においては草の絡みを取り除くための必要最小限の回転数で刈刃を回転させれば十分であるため、逆転時にも正転時と同じように高回転させると、電力が無駄に消費されることになる。

草刈機としては、ユーザがトリガスイッチを引き操作することで、その引き量に応じた回転数で刈刃が回転するよう構成されたものも知られている。そのような構成の草刈機では、逆転の際、使用者がトリガスイッチの引き量を少なめにすることで、低速回転させて電力の無駄を省くことは一応可能である。しかし、そのような構成の草刈機の場合、ユーザによるトリガスイッチの操作状態によっては、やはり、回転数が高くなりすぎる可能性があり、逆に回転数が低すぎて刈刃に絡んだ草をうまく除去できない可能性もある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、無駄な電力消費を抑えつつ、刈刃に絡んだ草を効果的に取り除くことができる電動草刈機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の電動草刈機は、刈刃を回転駆動するモータと、モータへその動作用の電力を供給する電力源と、使用者によりオン・オフ操作される操作スイッチと、電力源からモータへの通電を制御する制御部と、使用者により操作され、モータを制御するための所定の制御目標値を連続的又は段階的に調整するための調整部と、使用者により操作され、モータの回転方向を正転方向又は逆転方向の何れかに切り替えるための正逆切り替えスイッチとを備える。制御部は、操作スイッチがオンされている場合に、正逆切り替えスイッチにより回転方向が正転方向に設定されているときは、調整部により調整されている制御目標値に基づいてモータへの通電を制御し、正逆切り替えスイッチにより回転方向が逆転方向に設定されているときは、調整部により設定されている制御目標値にかかわらず予め設定された一定の逆転時制御目標値に基づいてモータへの通電を制御する。

このように構成された本発明の電動草刈機によれば、正転時には調整部により調整された制御目標値に基づく通電制御が行われるのに対し、逆転時には調整部による調整内容とは無関係に一定の逆転時制御目標値に基づく通電制御が行われる。そのため、逆転時には、無駄な電力消費を抑えつつ、刈刃に絡んだ草を効果的に取り除くことができる。

制御目標値として具体的に何を用いるかについては種々考えられ、例えばデューティ比を用いるようにしてもよい。即ち、制御目標値を、モータへの通電をデューティ制御するためのデューティ比の目標値である目標デューティ比とする。制御部は、正逆切り替えスイッチにより回転方向が逆転方向に設定されているときは、調整部により設定されている目標デューティ比にかかわらず、予め設定された一定の逆転時目標デューティ比に基づいてモータへの通電をデューティ制御する。

このように、逆転時において一定の逆転時目標デューティ比にて通電を制御することで、モータの逆転時の通電制御を簡素化することができる。
制御目標値として、例えば回転速度を用いるようにしてもよい。即ち、モータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、制御目標値を、モータの回転速度の目標値である目標回転速度とする。制御部は、正逆切り替えスイッチにより回転方向が逆転方向に設定されているときは、調整部により設定されている目標回転速度にかかわらず、回転速度検出部により検出された回転速度が予め設定された一定の逆転時目標回転速度に一致するようにモータへの通電をフィードバック制御する。

このように、逆転時においてモータの回転速度が一定の逆転時目標回転速度となるようにフィードバック制御することで、モータにかかる負荷の変動にかかわらず、モータの回転速度が一定速度に制御されて、刈刃に絡んだ草を効果的に取り除くことができる。

モータや電力源としては様々なタイプのものを用いることができるが、例えばモータがブラシレスモータであって電力源がバッテリである場合は、本発明の電動草刈機を次のような構成にすることができる。即ち、バッテリからの直流電力を三相の交流電力に変換してモータへ供給するための、複数の半導体スイッチング素子を有するインバータを備える。制御部は、複数の半導体スイッチング素子のオン・オフを個別に制御することによってモータへの通電を制御する。ブラシレスモータは、エネルギー効率が良く、高出力でしかもメンテナンスが容易であるため、電動草刈機における刈刃駆動用のモータとして好適である。

実施形態の充電式草刈機の全体構成を表す斜視図である。 充電式草刈機の電気的構成を表すブロック図である。 モータ制御処理を表すフローチャートである。 図３のモータ制御処理におけるＳ２０の正逆切り替えレバー検出処理を表すフローチャートである。 図３のモータ制御処理におけるＳ４０の出力デューティ設定処理を表すフローチャートである。 図３のモータ制御処理におけるＳ５０のモータ駆動時間処理を表すフローチャートである。 図３のモータ制御処理におけるＳ６０のモータ出力処理を表すフローチャートである。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の充電式草刈機１は、シャフトパイプ２と、制御ユニット３と、刈刃４と、モータユニット６と、バッテリ７と、ハンドル８とを備えている。

シャフトパイプ２は、所定の長さの中空棒状に形成されている。シャフトパイプ２の一端側に制御ユニット３及びバッテリ７が設けられ、他端側にモータユニット６及び刈刃４が設けられている。シャフトパイプ２の他端側には、刈刃４により刈り取られた草等が使用者側に飛んでくることを防止るためのカバー５が設けられている。

モータユニット６は、刈刃４を回転駆動するためのモータ２０（図２参照）や、モータ２０の回転駆動力を刈刃４に伝達するためのギヤ機構（図示略）等を備えている。なお、本実施形態のモータ２０はブラシレスモータである。

バッテリ７は、モータ２０及び制御ユニット３へ電力を供給するための、繰り返し充電可能な電源である。本実施形態のバッテリ７はリチウムイオン２次電池により構成されているが、これはあくまでも一例である。また、バッテリ７の電圧は例えば１４．４Ｖ又は１８Ｖであるが、これもあくまでも一例である。バッテリ７は、制御ユニット３に対して着脱可能に構成されている。

制御ユニット３は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）２１（図２参照）を含む、モータ２０を駆動・制御するための各種電子回路等により構成されている。シャフトパイプ２の内部には、制御ユニット３とモータユニット６とを接続する配線が収容されている。

制御ユニット３には、主電源スイッチ１１及びダイヤル１３が、使用者が操作可能な状態で設けられていると共に、通電ランプ１５及びお知らせランプ１６が、使用者が視認可能な状態で設けられている。

主電源スイッチ１１は、充電式草刈機１を使用可能な状態にするためのスイッチである。使用者が主電源スイッチ１１をオンすると、バッテリ７から制御ユニット３へ電源が供給されて制御ユニット３が起動（詳しくはマイコン２１が起動）し、これによりマイコン２１による各種制御が開始される。つまり、主電源スイッチ１１をオンすることで、充電式草刈機１による草刈り（刈刃４の回転駆動）が可能な状態となる。

通電ランプ１５は、充電式草刈機１が使用可能な状態かどうかを表示するためのランプであり、例えばＬＥＤにより構成されている。主電源スイッチ１１がオンされてマイコン２１が起動すると、マイコン２１により通電ランプ１５が点灯される。マイコン２１が動作を停止すると、通電ランプ１５は消灯する。

お知らせランプ１６は、バッテリ７の状態を表示するためのランプであり、例えばＬＥＤにより構成されている。具体的には、バッテリ７の充電容量が低下したり、バッテリ７が高温になったり、バッテリ７からの放電電流が過大（過電流状態）になったりするなど、バッテリ７が正常な状態ではなくなった場合に、マイコン２１がお知らせランプ１６を点灯又は点滅させることでその旨が報知される。

ダイヤル１３は、マイコン２１がモータ２０を制御する際の駆動デューティ比（以下単に「デューティ」という）［％］の目標値である目標デューティＤｔを設定するために使用者により回転操作されるものである。目標デューティＤｔは、ダイヤル１３の位置（回転方向の位置）に応じた値に設定される。使用者がダイヤル１３を回すと、目標デューティＤｔが所定の調整範囲内で連続的に変化する。使用者は、ダイヤル１３によって、目標デューティＤｔを上記調整範囲内における所望の値に調整することができる。

ハンドル８は、Ｕ字状に形成されており、シャフトパイプ２の長さ方向における中間位置近傍でシャフトパイプ２に接続されている。ハンドル８の両端のうち一端側（図１では左側）には使用者が右手で把持する右手グリップ９が、他端側（図１では右側）には使用者が左手で把持する左手グリップ１０が、それぞれ設けられている。

右手グリップ９の先端側には、使用者により操作される操作スイッチ１２、正逆切り替えレバー１４及びロックオフスイッチ１７が設けられている。
正逆切り替えレバー１４は、モータ２０の回転方向、つまり刈刃４の回転方向を、正回転又は逆回転の何れかに切り替えるためのスイッチである。正逆切り替えレバー１４には、例えばロッカースイッチが採用されている。使用者が正逆切り替えレバー１４の一方側（例えば左側）を押すと刈刃４の回転方向は正回転（例えば左回転）に設定され、使用者が正逆切り替えレバー１４の他方側（例えば右側）を押すと刈刃４の回転方向は逆回転（例えば右回転）に設定される。

正回転は、草を刈り取る際に設定すべき回転方向であり、逆回転は、刈刃４に絡まった草を取り除く際に設定すべき回転方向である。
操作スイッチ１２は、刈刃４の回転又は停止を指示するためのスイッチである。主電源スイッチ１１のオンによりマイコン２１が起動した状態で、使用者が操作スイッチ１２をオンする（例えば指で引き操作する）と、ダイヤル１３で調整された目標デューティＤｔでのモータ２０への通電が行われる。

ただし、ダイヤル１３の調整値に応じた目標デューティＤｔでのモータ駆動が行われるのは、回転方向が正方向に設定されている場合、即ち草の刈り取りを行う場合である。回転方向が逆方向に設定されている場合、即ち刈刃４に絡まった草を取り除くために逆回転させる際は、本実施形態では、ダイヤル１３の調整値に関係なく、予め定められた一定の逆転デューティＤｒで一定の規定逆転時間Ｔｒの間、モータ２０が駆動される。逆転開始後、規定逆転時間Ｔｒが経過したら、操作スイッチ１２がオンされていてもモータ２０の回転は停止される。

逆転時のデューティを一定の逆転デューティＤｒにし、且つ逆転させる時間を一定の規定逆転時間Ｔｒとしているのは、次の理由による。即ち、仮に、逆転時もダイヤル１３に応じた目標デューティＤｔでモータ２０を回転させるようにすると、逆転時にダイヤル１３が目標デューティＤｔの低いレベルに設定されていると、刈刃４に絡んでいる草をうまく取り除くことができない可能性がある。

逆に、逆転時にダイヤル１３が目標デューティＤｔの高いレベルに設定されていると、逆転時にもその高い目標デューティＤｔに従って大きい駆動力で高回転する。逆転時は草の絡み取りが目的であることから、逆転時に要求される駆動力は必然的に比較的小さい値（絡みを取るのに必要十分な値）で足りる。このように大きな駆動力を必要としない逆転時に、正転時と同様に大きな駆動力で刈刃４を回転させることは、バッテリ７の電力を無駄に消費することになる。

また、逆転時の回転数が高いと、製品を販売等する国や地域によっては、販売等に必要な規格申請の際に、逆転が絡み取り機能と判定されず（つまり逆転時も通常の草刈り作業と同等の作業が可能になるとみなされて）、規格申請の結果が不合格となるおそれもある。

正転時、即ち草を刈り取る際にダイヤル１３に応じて駆動力調整（回転数調整）を行えるのは使用者にとって使い勝手がよい。しかし、絡んだ草を取り除くための逆転時の駆動力は、草を取り除くのに適した一定の駆動力とした方がむしろ使い勝手がよく、消費電力や規格申請の面からも好ましい。更に、逆転時は草の絡み取りが目的であるため、刈刃４を長時間回転させる必要性も低い。

このような理由から、本実施形態の充電式草刈機１は、逆転時には、ダイヤル１３の位置にかかわらず草の絡み取りに適した一定の逆転デューティＤｒでモータ２０が駆動され、且つ、逆転開始から一定の規定逆転時間Ｔｒが経過したら操作スイッチ１２の状態にかかわらず逆転が停止されるように構成されている。

逆転デューティＤｒを具体的にどのような値にするかについては、例えば、草の絡みをとるのに必要なトルクや回転数等を考慮して理論的或いは実験的に適宜決めればよい。例えば、草の絡みを取り除くために最低限必要な回転数が所定の所要最低回転数だとすると、少なくともその所要最低回転数で回転させることが可能な値に逆転デューティＤｒを設定すればよい。また例えば、刈刃に絡んだ草による負荷を考慮した場合に最低限必要なトルクが所定の所要最低トルクだとすると、その所要最低トルク以上のトルクで回転させることが可能な値に逆転デューティＤｒを設定すればよい。また例えば、所要最低回転数（又は所要最低トルク）で草の絡みを取り除くことは可能であるものの、負荷変動やバッテリ電圧変動等などの使用中の様々な状況変化を考慮すると所定最低回転数（又は所定最低トルク）よりも所定量大きい回転数（又はトルク）（例えば３０００回転／分）で逆転させた方が好ましく且つ草を取り除くのに十分である場合は、その回転数（又はトルク）で回転させることが可能な値に逆転デューティＤｒを設定すればよい。また、規格申請をクリアするための回転数の上限が所定の回転数上限値に定められている場合は、その回転数上限値又はそれ以下の回転数で回転させることが可能な値に逆転デューティＤｒを設定すればよい。

操作スイッチ１２は、ロックオフスイッチ１７を押した状態でなければオンすることはできない。ロックオフスイッチ１７は、刈刃４の誤動作を防止するための押しボタン式のスイッチである。ロックオフスイッチ１７が押されていない状態では、ロックオフスイッチ１７が操作スイッチ１２に機械的に係合することにより、操作スイッチ１２の動きが規制され、オンされない。

次に、充電式草刈機１の電気的構成及び動作について、図２のブロック図を用いて具体的に説明する。図２に示すように、充電式草刈機１は、既述の主電源スイッチ１１、操作スイッチ１２、ダイヤル１３、正逆切り替えレバー１４、通電ランプ１５、お知らせランプ１６及びマイコン２１を備えている。

充電式草刈機１は、更に、ゲート回路２２と、インバータ２３と、レギュレータ２４とを備えている。図１に示した制御ユニット３には、少なくともマイコン２１、ゲート回路２２、インバータ２３及びレギュレータ２４が含まれる。

レギュレータ２４は、バッテリ７の電圧を降圧して直流の所定電圧値の制御用電圧を生成する。レギュレータ２４で生成された制御用電圧は、マイコン２１の動作用電源や各ランプ１５，１６の駆動用電源などとして用いられる。

マイコン２１は、ＣＰＵ、各種メモリ及び入出力インタフェース等から構成されている。マイコン２１では、ＣＰＵがメモリに記憶されている各種プログラムを実行することで、ダイヤル１３の調整値や正逆切り替えレバー１４の設定状態等に基づくモータ２０のデューティ制御や、各ランプ１５，１６の駆動制御などの、各種の制御が実行される。

なお、図２では図示を省略したが、バッテリ７からレギュレータ２４及びインバータ２３への通電経路上には、バッテリ７からレギュレータ２４及びインバータ２３への通電を遮断するための半導体スイッチが設けられている。この半導体スイッチがオフされているときに主電源スイッチ１１がオンされると、半導体スイッチがオンされ、レギュレータ２４への電力供給が開始されてマイコン２１が動作を開始する。マイコン２１は、動作中は常時、半導体スイッチをオン状態に維持させる。

マイコン２１が動作を開始した後、使用者による操作等が何らされないまま一定時間が経過した場合は、マイコン２１は、自ら半導体スイッチをオフさせる。つまり、マイコン２１は、充電式草刈機１の未使用状態が一定時間続いたらバッテリ７と制御ユニット３との電気的接続を遮断してバッテリ７からの放電を停止させる、省電力制御機能を備えている。なお、省電力制御機能として上記のようにバッテリ７と制御ユニット３との電気的接続を遮断することはあくまでも一例である。例えばマイコン２１をスリープモードに移行させて消費電力を低減するなど、他の方法で省電力を実現するようにしてもよい。

マイコン２１は、主電源スイッチ１１のオンにより動作を開始した後、その動作中にダイヤル１３が操作されたら、その操作状態に応じて（つまりダイヤル１３の位置に応じて）目標デューティＤｔを設定する。マイコン２１は、その動作中に正逆切り替えレバー１４が操作されたら、その操作状態に応じて回転方向を設定する。マイコン２１は、その動作中に操作スイッチ１２がオンされたら、モータ２０を駆動させるためのデューティである制御デューティＤｃを演算してその制御デューティＤｃを示す制御信号をゲート回路２２へ出力する。

制御デューティＤｃとして目標デューティＤｔをそのまま出力するようにしてもよいが、本実施形態では、制御デューティＤｃを周期的に所定量ずつ（例えば所定の増加量ｄｃ％ずつ）増加させながら最終的に目標デューティＤｔに到達させるようにしている。

なお、既述の通り、逆転時には制御デューティＤｃが一定の逆転デューティＤｒに制御される。その逆転時においても、本実施形態では、制御デューティＤｃを周期的に所定量ずつ増加させながら最終的に逆転デューティＤｒに到達させるようにしている。

その他、マイコン２１は、制御ユニット３内の温度（例えばマイコン２１の近傍或いはインバータ２３の近傍など）が高温になった場合に制御ユニット３を保護する保護機能を備えている。具体的には、マイコン２１は、制御ユニット３内に設けられた図示しないサーミスタ等の温度検出素子により制御ユニット３内の温度を検出し、その検出した温度が所定の温度以上になった場合に、モータ２０を強制的に停止させて通電ランプ１５を点滅させる。

なお、マイコン２１は、主電源スイッチ１１がオンされて動作を開始したとき、その動作開始から所定の時間以内に操作スイッチ１２がオンされても、モータ２０の制御・駆動を行わない。そのため、使用者が仮に操作スイッチ１２をオンしたまま主電源スイッチ１１をオンしても、マイコン２１は動作を開始して通電ランプ１５の点灯はさせるものの、モータ２０は回転しない。この場合、モータ２０を回転させるためには、使用者は操作スイッチ１２を一旦オフにしてから再びオンする必要がある。

インバータ２３は、図２に示すように、６つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６（いずれもＭＯＳＦＥＴ）からなる三相ブリッジ回路にて構成されている。三相ブリッジ回路で構成されたインバータ２３は、バッテリからの直流電力を三相の交流電力に変換してモータ２０へ供給する。

インバータ２３の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ、ゲート回路２２によりオン・オフ駆動される。ゲート回路２２は、マイコン２１から入力される、制御デューティＤｃを示す制御信号に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をデューティ駆動する。そのため、制御デューティＤｃが大きくなるほど、モータ２０に流れる電流が大きくなって、モータ２０の回転駆動力が大きくなり、回転数も高くなる。

また、モータ２０の近傍には、モータ２０の回転数を検出するための、回転数検出用センサ２５が設けられ、その検出値がマイコン２１へ入力するよう構成されている。回転数検出用センサ２５により検出されるモータ２０の回転数は、後述する図３のモータ制御処理の中で用いられる。なお、ここでいう回転数とは、単位時間（例えば１分）あたりの回転数、即ち回転速度を意味している。

次に、マイコン２１が実行するモータ制御処理について、図３〜図７を用いて説明する。主電源スイッチ１１がオンされてマイコン２１が起動すると、マイコン２１内のＣＰＵが、メモリに記憶されているモータ制御処理プログラム（図３）を読み込んで処理を開始する。図３のモータ制御処理は、Ｓ１０からＳ６０の一連の処理が全体として予め決められた周期で繰り返されるように構成されている。

マイコン２１のＣＰＵは、図３のモータ制御処理を開始すると、Ｓ１０で、操作スイッチ検出処理を実行する。この操作スイッチ検出処理は、操作スイッチ１２がオンされているかそれともオフされているかを検出する処理である。

Ｓ２０では、正逆切り替えレバー検出処理を実行する。この正逆切り替えレバー検出処理は、モータ駆動中に正逆切り替えレバー１４が切り替え操作されたらその切り替え操作された旨を示すフラグをセットしたり、モータ２０の回転数が所定の基準低回転数Ｎｘ以下の状態で正逆切り替えレバー１４が切り替え操作されたらその切り替え後の回転方向を示すフラグをセットしたりする処理である。

Ｓ２０の正逆切り替えレバー検出処理の詳細は、図４に示す通りである。ＣＰＵは、図４に示す正逆切り替えレバー検出処理に進むと、Ｓ１１０で、操作スイッチ１２がオンされているか否かを判断する。操作スイッチ１２がオンされていれば、Ｓ１２０で、モータ駆動出力中か否か、即ち制御デューティＤｃを示す制御信号をゲート回路２２へ出力中か否かを判断する。

Ｓ１２０で、モータ駆動出力中でなければこの正逆切り替えレバー検出処理を終了し、図３に戻ってＳ３０のダイヤル位置検出処理に進む。Ｓ１２０で、モータ駆動出力中ならば、Ｓ１３０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側に設定されているか否か判断する。

Ｓ１３０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側に設定されていると判断した場合は、Ｓ１４０で、モータ駆動出力正転判定フラグがセットされているか否かを判断する。このモータ駆動出力正転判定フラグは、正逆切り替えレバー１４が正転側に設定されていることをＣＰＵが認識したことを示すフラグであり、後述するＳ２２０でセットされるものである。

Ｓ１４０で、モータ駆動出力正転判定フラグがセットされている場合は、この正逆切り替えレバー検出処理を終了してＳ３０（図３）のダイヤル位置検出処理に進む。Ｓ１４０で、モータ駆動出力正転判定フラグがセットされてない場合は、モータ２０が逆回転中に正逆切り替えレバー１４が正転側に切り替え設定されたことが想定されるため、Ｓ１６０で、正逆切り替えレバー変更判定フラグをセットして、この正逆切り替えレバー検出処理を終了する。

Ｓ１３０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側ではない（つまり逆転側に設定されている）と判断した場合は、Ｓ１５０で、モータ駆動出力逆転判定フラグがセットされているか否かを判断する。このモータ駆動出力逆転判定フラグは、正逆切り替えレバー１４が逆転側に設定されていることをＣＰＵが認識したことを示すフラグであり、後述するＳ２３０でセットされるものである。

Ｓ１５０で、モータ駆動出力逆転判定フラグがセットされている場合は、この正逆切り替えレバー検出処理を終了してＳ３０（図３）に進む。Ｓ１５０で、モータ駆動出力逆転判定フラグがセットされてない場合は、モータ２０が正回転中に正逆切り替えレバー１４が逆転側に切り替え設定されたことが想定されるため、Ｓ１６０で、正逆切り替えレバー変更判定フラグをセットして、この正逆切り替えレバー検出処理を終了する。

Ｓ１１０で、操作スイッチ１２がオフされていた場合は、Ｓ１７０で、正逆切り替えレバー変更判定フラグが解除されているか否か判断する。正逆切り替えレバー変更判定フラグが解除されていればＳ１９０へ進み、解除されていない場合は、Ｓ１８０でその正逆切り替えレバー変更判定フラグを解除して、Ｓ１９０に進む。つまり、回転中にＳ１６０で正逆切り替えレバー変更判定フラグがセットされても、操作スイッチ１２がオフされたらそのフラグは解除される。

Ｓ１９０では、モータ回転数を取得する。Ｓ２００では、Ｓ１９０で取得したモータ回転数が所定の基準低回転数Ｎｘ以下か否かを判断する。モータ回転数が基準低回転数Ｎｘより高い場合は、この正逆切り替えレバー検出処理を終了してＳ３０（図３）に進む。モータ回転数が基準低回転数Ｎｘ以下の場合は、Ｓ２１０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側に設定されているか否か判断する。Ｓ２１０で正逆切り替えレバー１４が正転側に設定されていれば、Ｓ２２０でモータ駆動出力正転判定フラグをセットして、この正逆切り替えレバー検出処理を終了し、Ｓ３０（図３）に進む。Ｓ２１０で正逆切り替えレバー１４が正転側に設定されていない場合（つまり逆転側に設定されている場合）は、Ｓ２３０でモータ駆動出力逆転判定フラグをセットして、この正逆切り替えレバー検出処理を終了し、Ｓ３０（図３）に進む。

Ｓ３０では、ダイヤル位置検出処理を実行する。このダイヤル位置検出処理は、ダイヤル１３の回転方向の位置を検出する処理である。このダイヤル位置検出処理での検出結果は、正逆切り替えレバー１４が正転側に設定されている場合に、次のＳ４０の出力デューティ設定処理で用いられる。

Ｓ４０では、出力デューティ設定処理を実行する。この処理は、モータ２０を駆動するために実際にゲート回路２２へ出力する制御信号のデューティ（制御デューティＤｃ）を設定する処理である。

Ｓ４０の出力デューティ設定処理の詳細は、図５に示す通りである。ＣＰＵは、図５に示す出力デューティ設定処理に進むと、Ｓ３１０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側に設定されているか否か判断する。

Ｓ３１０で、正逆切り替えレバー１４の状態が正転側に設定されている場合は、Ｓ３２０で、目標デューティＤｔをダイヤル１３の位置に対応したデューティに設定する。Ｓ３１０で、正逆切り替えレバー１４の状態が逆転側に設定されている場合は、Ｓ３３０で、目標デューティＤｔを一定の逆転デューティＤｒに設定する。つまり、既述の通り、逆転時にはダイヤル１３の位置とは無関係に、目標デューティＤｔが一定の逆転デューティＤｒに設定されるのである。

Ｓ３４０では、操作スイッチ１２がオンされているか否か判断する。Ｓ３４０で、操作スイッチ１２がオフされている場合は、Ｓ３８０で制御デューティＤｃを０にクリアして、この出力デューティ設定処理を終了し、Ｓ５０（図３）に進む。

Ｓ３４０で、操作スイッチ１２がオンされている場合は、Ｓ３５０で、現在の制御デューティＤｃに所定の増加率ｄｃ％を加えた値を新たな制御デューティＤｃに設定する。Ｓ３６０では、その増加率ｄｃ％だけ増加させた新たな制御デューティＤｃが目標デューティＤｔより小さいか否か判断する。新たな制御デューティＤｃが目標デューティＤｔより小さい場合は、そのままこの出力デューティ設定処理を終了し、Ｓ５０（図３）に進む。

Ｓ３６０で、制御デューティＤｃが目標デューティＤｔ以上と判断された場合は、Ｓ３７０で、制御デューティＤｃを目標デューティＤｔに設定する。このように、出力デューティ設定処理では、制御デューティＤｃを初期値（本例では０）から増加率ｄｃ％ずつ上昇させていきながら最終的に目標デューティＤｔに到達させる。また、目標デューティＤｔは、正転時にはダイヤル１３の位置に対応した値であり、逆転時にはダイヤル１３とは無関係の一定の逆転デューティＤｒである。

Ｓ５０では、モータ駆動時間処理を実行する。この処理は、主に、逆転時の駆動時間を計測して規定逆転時間Ｔｒが経過したかを判定したり、操作スイッチ１２がオフされてからの経過時間を計測したりする処理である。

Ｓ５０のモータ駆動時間処理の詳細は、図６に示す通りである。ＣＰＵは、図６に示すモータ駆動時間処理に進むと、Ｓ４１０で、モータ駆動出力中か否かを判断する。モータ駆動出力中の場合は、Ｓ４２０で、出力中時間計測フラグがセットされているか否か判断する。このフラグは、モータ２０の駆動出力中の経過時間計測が行われているか否かを示すフラグであり、Ｓ４５０でセット、又はＳ５２０で解除されるものである。

Ｓ４２０で、出力中時間計測フラグがセットされている場合は、Ｓ４６０に進む。Ｓ４２０で、出力中時間計測フラグがセットされていない場合は、Ｓ４３０で時間カウントをクリアし、Ｓ４４０で出力停止時間計測フラグを解除し、Ｓ４５０で出力中時間計測フラグをセットして、Ｓ４６０に進む。なお、Ｓ４３０の時間カウントとは、ソフトウェアによる計時用のカウント値を示すものである。

Ｓ４６０では、モータ駆動出力正転判定フラグ（図４のＳ２２０でセット）がセットされているか否か判断する。モータ駆動出力正転判定フラグがセットされている場合は、Ｓ４９０で時間カウントに１を加算（つまり計時値を更新）して、このモータ駆動時間処理を終了し、Ｓ６０（図３）に進む。

Ｓ４６０で、モータ駆動出力正転判定フラグがセットされていない場合（つまりモータ駆動出力逆転判定フラグがセットされて逆転している場合）は、Ｓ４７０で、時間カウントが示す経過時間が規定逆転時間Ｔｒより短いか否かを判断する。経過時間が規定逆転時間Ｔｒより短い場合はＳ４９０に進んで計時を継続するが、経過時間が規定逆転時間Ｔｒ以上になった場合は、Ｓ４８０で逆転終了判定フラグをセットして、Ｓ４９０に進む。つまり、逆転させるべき規定の時間が経過したことを判定した上で、計時自体はさらに続けるようにする。

Ｓ４１０で、モータ駆動出力中ではないと判断した場合は、Ｓ５００で、出力停止時間計測フラグがセットされているか否か判断する。このフラグは、モータ２０の駆動が停止された後の経過時間計測が行われているか否かを示すフラグであり、Ｓ５３０でセット、又はＳ４４０で解除されるものである。

Ｓ５００で、出力停止時間計測フラグがセットされている場合は、Ｓ４９０に進む。Ｓ５００で、出力停止時間計測フラグがセットされていない場合は、Ｓ５１０で時間カウントをクリアし、Ｓ５２０で出力中時間計測フラグを解除し、Ｓ５３０で出力停止時間計測フラグをセットし、Ｓ５４０で逆転終了判定フラグを解除して、Ｓ４９０に進む。

図６のモータ駆動時間処理が終了すると、Ｓ６０（図３）のモータ出力処理に進む。Ｓ６０のモータ出力処理は、主に、操作スイッチ１２がオンされていて且つ正転時には制御デューティＤｃに従ってモータを駆動させ、逆転時又は操作スイッチ１２がオフされた後はその経過時間に応じてフリーラン（惰性でそのまま回転させること）やブレーキ処理などを行って最終的には停止させるための処理である。

Ｓ６０のモータ出力処理の詳細は、図７に示す通りである。ＣＰＵは、図７に示すモータ出力処理に進むと、Ｓ６１０で、操作スイッチ１２がオンされているか否か判断する。操作スイッチ１２がオンされている場合は、Ｓ６２０で、正逆切り替えレバー変更判定フラグ（図４のＳ１６０でセット、Ｓ１８０で解除）が解除されているか否か判断する。正逆切り替えレバー変更判定フラグが解除されている場合は、Ｓ６３０でモータ駆動出力済判定フラグをセットして、Ｓ６４０へ進む。

Ｓ６４０では、モータ駆動出力正転判定フラグがセットされているか否かを判断する。モータ駆動出力正転判定フラグがセットされている場合は、Ｓ６５０でモータ駆動出力（正転）処理を実行する。具体的には、現在設定されている制御デューティＤｃを示す制御信号をゲート回路２２へ出力することで、その制御デューティＤｃでのモータ駆動（正転）を実行する。

Ｓ６４０でモータ駆動出力正転判定フラグがセットされていると判断されなかった場合は、Ｓ６６０で、逆転終了判定フラグが解除されているか否かを判断する。逆転終了判定フラグが解除されている場合は、Ｓ６７０で、モータ駆動出力（逆転）処理を実行する。具体的には、現在設定されている制御デューティＤｃ（最終的な目標は逆転デューティＤｒ）を示す制御信号をゲート回路２２へ出力することで、その制御デューティＤｃでのモータ駆動（逆転）を実行する。

Ｓ６１０で操作スイッチ１２がオフされていると判断した場合、Ｓ６２０で正逆切り替えレバー変更判定フラグが解除されていないと判断した場合、及びＳ６６０で逆転終了判定フラグが解除されていないと判断した場合は、Ｓ６８０で、モータ駆動出力停止中であるか否か、即ち制御デューティＤｃを示す制御信号のゲート回路２２への出力を停止しているか否かを判断する。モータ駆動出力停止中でない場合は、Ｓ７４０で、制御デューティＤｃを示す制御信号の出力を停止することでモータ駆動出力を停止させる。モータ駆動出力が既に停止中である場合は、Ｓ６９０で、時間カウントが示す経過時間が所定のフリーラン設定時間Ｔ１以上になっているか否かを判断する。

本実施形態では、フリーラン設定時間Ｔ１は正転時と逆転時とで異なっており、正転時のフリーラン設定時間Ｔ１ａよりも逆転時のフリーラン設定時間Ｔ１ｂの方が短い。つまり、逆転時は正転時に比べてより早くフリーランを終えてブレーキ処理に移行するようにしている。Ｓ６９０の判断処理では、正転時は正転時フリーラン設定時間Ｔ１ａに基づいて判断され、逆転時は逆転時フリーラン設定時間Ｔ１ｂに基づいて判断される。

Ｓ６９０で、時間カウントが示す経過時間がフリーラン設定時間Ｔ１にはまだ達していない場合は、このモータ出力処理を終了するが、経過時間がフリーラン設定時間Ｔ１以上の場合は、Ｓ７００で、モータ駆動出力済判定フラグ（Ｓ６３０でセット）がセットされているか否か判断する。モータ駆動出力済判定フラグがセットされていない場合は、このモータ出力処理を終了するが、モータ駆動出力済判定フラグがセットされている場合は、Ｓ７１０で、時間カウントが示す経過時間が所定のブレーキ設定時間Ｔ２より短いか否かを判断する。

本実施形態では、ブレーキ設定時間Ｔ２は正転時と逆転時で同じ値であるが、正転時のブレーキ設定時間Ｔ２と逆転時のブレーキ設定時間Ｔ２は異なる値であってもよい。
Ｓ７１０で、時間カウントが示す経過時間がブレーキ設定時間Ｔ２よりも短い場合は、Ｓ７２０でブレーキ処理を行って、このモータ出力処理を終了する。Ｓ７２０のブレーキ処理は、モータ２０にブレーキをかけることができる限り種々の方法を採用できるが、本実施形態ではいわゆる短絡ブレーキを採用している。

Ｓ７１０で、時間カウントが示す経過時間がブレーキ設定時間Ｔ２以上の場合は、Ｓ７３０でブレーキ終了処理を行って、このモータ出力処理を終了する。Ｓ７３０のブレーキ終了処理は、ブレーキ処理（本例では短絡ブレーキ）を終了して、モータの駆動を完全に停止させる（即ちインバータ２３を構成する各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフさせる）。

以上説明した本実施形態の充電式草刈機１によれば、正転時にはダイヤル１３により調整された目標デューティＤｔに基づく通電制御が行われるのに対し、逆転時にはダイヤル１３による調整内容とは無関係に一定の逆転デューティＤｒが目標デューティＤｔとして設定されて通電制御が行われる。そのため、逆転時には、無駄な電力消費を抑えつつ、刈刃に絡んだ草を効果的に取り除くことができる。

なお、本実施形態において、充電式草刈機１は本発明の電動草刈機の一例に相当し、マイコン２１は本発明の制御部の一例に相当し、ダイヤル１３は本発明の調整部の一例に相当し、正逆切り替えレバー１４は本発明の正逆切り替えスイッチの一例に相当し、回転数検出用センサ２５は本発明の回転速度検出部の一例に相当する。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、制御目標値が駆動デューティ比である場合を例に挙げて説明したが、モータ２０を制御する際の制御目標値は、駆動デューティ比以外であってもよい。例えば、モータ２０の回転数の目標値である目標回転数をダイヤル１３で調整できるようにする。マイコン２１は、回転数検出用センサ２５により検出される回転数が目標回転数となるようにモータ２０をフィードバック制御（いわゆる速度フィードバック制御）する。具体的には、マイコン２１は、回転方向が正転方向に設定されているときは、ダイヤル１３で調整されている目標回転数に従い、モータ２０の回転数がその目標回転数に一致するようにフィードバック制御を行う。回転方向が逆転方向に設定されているときは、マイコン２１は、ダイヤル１３で調整されている目標回転数にかかわらず、モータ２０の回転数が予め設定された一定の逆転時目標回転数に一致するようにフィードバック制御を行う。この逆転時目標回転数は、刈刃４に絡んだ草等を除去するために必要かつ十分な範囲内における所定の回転数である。

このように、速度フィードバックによってモータ２０を制御するよう構成された充電式草刈機に対しても本発明を適用でき、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。上記実施形態のように目標デューティを設定してモータ２０を制御する方法、及び速度フィードバック制御によりモータ２０を制御する方法のそれぞれに特有のメリットがある。前者の場合、実際の回転数と目標回転数との偏差に基づく制御演算などの各種制御演算が不要であるため、その分制御内容を簡素化できるというメリットがある。後者の場合、モータ２０にかかる負荷の変動やバッテリ７の残容量の変動などの、モータ２０の回転に影響を与える各種変動要因にかかわらず回転数を一定に制御できるため、それら各種変動要因にかかわらず刈刃４に絡んだ草を効果的に取り除くことができるというメリットがある。

ダイヤル１３による目標デューティＤｔの調整は、上記実施形態のように無段階・連続的な調整に限らず、段階的な調整であってもよい。
上記実施形態では、モータ２０がブラシレスモータであってモータ２０の電力源が繰り返し充電可能なバッテリ７である場合を例に挙げて説明したが、これらはあくまでも一例である。本発明は、ブラシレスモータ以外の他のモータに対しても適用可能であり、バッテリ７以外の他の電力源であっても適用可能である。

例えば、ブラシ付きの直流モータ及びこれを双方向駆動させるための各種駆動回路（例えばＨブリッジやハーフブリッジなど）を備えた電動草刈機に対しても、本発明を適用可能である。電力源としても、例えば一次電池であってもいいし、交流電源であってもよい。

１…充電式草刈機、２…シャフトパイプ、３…制御ユニット、４…刈刃、５…カバー、６…モータユニット、７…バッテリ、８…ハンドル、９…右手グリップ、１０…左手グリップ、１１…主電源スイッチ、１２…操作スイッチ、１３…ダイヤル、１４…正逆切り替えレバー、１５…通電ランプ、１６…お知らせランプ、１７…ロックオフスイッチ、２０…モータ、２１…マイコン、２２…ゲート回路、２３…インバータ、２４…レギュレータ、２５…回転数検出用センサ、Ｑ１〜Ｑ６…半導体スイッチング素子。

Claims (4)

1. 刈刃を回転駆動するモータと、
   前記モータへその動作用の電力を供給する電力源と、
   使用者によりオン・オフ操作される操作スイッチと、
   前記電力源から前記モータへの通電を制御する制御部と、
   使用者により操作され、前記モータを制御するための所定の制御目標値を連続的又は段階的に調整するための調整部と、
   使用者により操作され、前記モータの回転方向を正転方向又は逆転方向の何れかに切り替えるための正逆切り替えスイッチと、
   を備え、
   前記制御部は、前記操作スイッチがオンされている場合に、前記正逆切り替えスイッチにより前記回転方向が正転方向に設定されているときは、前記調整部により調整されている前記制御目標値に基づいて前記モータへの通電を制御し、前記正逆切り替えスイッチにより前記回転方向が逆転方向に設定されているときは、前記調整部により設定されている前記制御目標値にかかわらず予め設定された一定の逆転時制御目標値に基づいて前記モータへの通電を制御する
   ことを特徴とする電動草刈機。
2. 請求項１に記載の電動草刈機であって、
   前記制御目標値は、前記モータへの通電をデューティ制御するためのデューティ比の目標値である目標デューティ比であり、
   前記制御部は、前記正逆切り替えスイッチにより前記回転方向が逆転方向に設定されているときは、前記調整部により設定されている前記目標デューティ比にかかわらず、予め設定された一定の逆転時目標デューティ比に基づいて前記モータへの通電をデューティ制御する
   ことを特徴とする電動草刈機。
3. 請求項１に記載の電動草刈機であって、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
   前記制御目標値は、前記モータの回転速度の目標値である目標回転速度であり、
   前記制御部は、前記正逆切り替えスイッチにより前記回転方向が逆転方向に設定されているときは、前記調整部により設定されている前記目標回転速度にかかわらず、前記回転速度検出部により検出された回転速度が予め設定された一定の逆転時目標回転速度に一致するように前記モータへの通電をフィードバック制御する
   ことを特徴とする電動草刈機。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動草刈機であって、
   前記モータは、ブラシレスモータであり、
   前記電力源は、バッテリであり、
   更に、前記バッテリからの直流電力を三相の交流電力に変換して前記モータへ供給するための、複数の半導体スイッチング素子を有するインバータを備え、
   前記制御部は、前記複数の半導体スイッチング素子のオン・オフを個別に制御することによって前記モータへの通電を制御する
   ことを特徴とする電動草刈機。

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