JP7586481B2 - 電動草刈機 - Google Patents

Description

本発明は、電動草刈機に関する。

地面に生えた雑草等を刈り取る装置として、電動草刈機が広く用いられている。特許文献１には、従来の電動草刈機の一例が開示されている。同文献に開示された電動草刈機は、回転刃を正転方向に回転させる際には、調整部により調整された制御目標値に基づいてモータへの通電が制御される。一方、回転刃を逆転方向に回転させる際には、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が制御される。

特許６０８５４６９号公報

電動草刈機の使用時において逆転方向に回転刃を回転させる主な目的の一つに、回転刃等に雑草が絡む、いわゆる草絡みの解消がある。草絡みの状態は、その場に生えている雑草等の種類や、回転刃に絡んだ雑草の量等によって、様々に異なる。回転刃を逆転方向に回転させる際の逆転時制御目標値が一定であると、回転数が不足して草絡みが十分に解消できなかったり、回転数が過大であるために意図しない飛散物が発生したりする等が懸念される。また、回転刃がねじによって固定されている場合、過大な回転数によって回転刃の固定が弱まるおそれがある。さらに、草絡みを解消することに対して不必要なほどの高回転で回転刃を逆転させると、無駄なエネルギーが消費されるという問題がある。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、逆転駆動時により容易且つ適切に草絡みを解消することが可能な電動草刈機を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される電動草刈機は、正転方向に回転することで草刈り機能を果たす回転刃と、前記回転刃を正転方向および逆転方向に駆動するモータと、前記モータに電力を供給する電源部と、前記モータの駆動および停止を操作する主操作部と、前記回転刃の回転方向を切り替える切替操作部と、前記回転刃の回転状態の制御基準値を設定する設定操作部と、前記主操作部、前記切替操作部および前記設定操作部の操作状態に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記切替操作部が正転状態に操作され、且つ前記主操作部が駆動状態に操作された場合、前記設定操作部によって設定された前記制御基準値に基づく第１制御目標値を制御目標として、前記電源部を制御し、前記切替操作部が逆転状態に操作され、且つ前記主操作部が駆動状態に操作された場合、前記設定操作部によって設定された前記制御基準値に基づき且つ前記第１制御目標値よりも前記回転刃の回転状態量を低減させる第２制御目標値を制御目標として、前記電源部を制御する。

本発明によれば、逆転駆動時により容易且つ適切に草絡みを解消することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る電動草刈機の一例を示す斜視図である。 本発明に係る電動草刈機の一例を示すシステム構成図である。 本発明に係る電動草刈機の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る電動草刈機の制御目標値の一設定例を示すグラフである。 本発明に係る電動草刈機の制御目標値の他の設定例を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

本開示における「第１」、「第２」等の用語は、単に相互の用語の識別のために用いたものであり、それらの対象物に順列を付することを意図していない。

図１および図２は、本発明に係る電動草刈機の一例を示している。本実施形態の電動草刈機Ａ１は、回転刃１、モータユニット２０、電源部３、制御部４、主電源操作部５０、主操作部５１、切替操作部５２、設定操作部５３、通電ランプ６０、正逆回転ランプ６２、速度表示ランプ６３、本体ケース７１、シャフト７２、第１ハンドル７３および第２ハンドル７４を備える。

回転刃１は、正転方向Ｆに回転することにより、草刈り機能を果たす刃である。回転刃１は、全体として円板状であり、外周部分に複数の刃部が配列されている。

モータユニット２０は、モータ２が内蔵されたユニットであり、図示しない駆動軸を介して回転刃１に連結されている。モータ２は、回転刃１を回転駆動する駆動源であり、たとえば三相交流電力によって駆動されるブラシレスモータである。

本体ケース７１は、電源部３等を内蔵する部材であり、たとえば樹脂成形品である。

シャフト７２は、長尺の支持構造部材であり、たとえば金属や樹脂等からなる。シャフト７２の一端には、モータユニット２０が固定されており、他端には本体ケース７１が固定されている。

第１ハンドル７３および第２ハンドル７４は、電動草刈機Ａ１の使用者が把持する部位である。第１ハンドル７３および第２ハンドル７４は、シャフト７２から互いに反対側に突出している。本実施形態においては、第１ハンドル７３は、使用者の右手によって把持されることが意図されており、第２ハンドル７４は、使用者の左手によって把持されることが意図されている。本実施形態においては、第１ハンドル７３には、主操作部５１、主電源操作部５０、切替操作部５２、設定操作部５３、通電ランプ６０、正逆回転ランプ６２および速度表示ランプ６３が取り付けられている。また、本実施形態においては、本体ケース７１には、後述のバッテリ３１が取り付けられている。

電源部３は、モータ２を駆動するための電力を供給するためのものである。電源部３の具体的構成は何ら限定されず、本実施形態においては、図２に示すように、バッテリ３１、ゲートドライバ３２および複数のスイッチング素子３３を有する。

バッテリ３１は、電源部３が供給する電力が蓄電されたものである。バッテリ３１の具体的構成は何ら限定されず、本実施形態においては、本体ケース７１に対して脱着自在とされたリチウムイオンバッテリである。バッテリ３１の出力電圧は、たとえば１３～２１または２６～４２Ｖ等である。

ゲートドライバ３２は、複数のスイッチング素子３３のスイッチングを行うドライバであり、複数のスイッチング素子３３のゲート端子に接続されている。複数のスイッチング素子３３は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子であり、ブリッジ回路を構成している。

電源部３は、ゲートドライバ３２のゲート制御によって、バッテリ３１の直流電力を複数のスイッチング素子３３からなるブリッジ回路によって三相交流電力に変換し、モータ２に出力する。電源部３の出力電圧は、例えば１８～３０Ｖ（実効値）である。

制御部４は、主操作部５１、切替操作部５２および設定操作部５３の操作状態に基づいて、電源部３を制御するものである。本実施形態においては、制御部４は、電源部３のゲートドライバ３２に対して制御指令を送信することにより、後述の制御目標値を目標としたモータ２の駆動制御を行う。制御部４には、主電源操作部５０、主操作部５１、切替操作部５２および設定操作部５３と、通電ランプ６０、正逆回転ランプ６２および速度表示ランプ６３とが接続されている。

主電源操作部５０は、電動草刈機Ａ１が動作可能である電源ＯＮと動作不可である電源ＯＦＦとを切り替える操作部である。

主操作部５１は、主電源操作部５０が電源ＯＮである場合に、モータ２の駆動および停止を切り替える操作部である。本実施形態においては、主操作部５１は、第１ハンドル７３に取り付けられており、使用者の右手によって握られることにより操作される。

切替操作部５２は、回転刃１の回転方向を正転方向Ｆと逆転方向Ｒとに切り替える操作部である。切替操作部５２は、たとえば第１ハンドル７３に取り付けられており、押しボタンやロータリースイッチ等である。

設定操作部５３は、回転刃１の回転状態の制御基準値を設定する操作部である。設定操作部５３は、たとえば第１ハンドル７３に取り付けられており、押しボタンやロータリースイッチ等である。設定操作部５３は、制御基準値を所望の状態に設定する操作を可能に構成されており、複数のポジションを選択可能な構成や、設定値を連続的に可変可能な構成が適宜選択される。

通電ランプ６０は、主電源操作部５０が電源ＯＮを選択した状態である場合に、点灯するものであり、たとえばＬＥＤや電球等の光源が内蔵されている。通電ランプ６０は、たとえば、第１ハンドル７３に取り付けられている。

正逆回転ランプ６２は、切替操作部５２による回転刃１の回転方向の選択に対応して点灯状態が異なるものであり、たとえばＬＥＤや電球等の光源が内蔵されている。正逆回転ランプ６２は、たとえば、第１ハンドル７３に取り付けられている。

速度表示ランプ６３は、回転刃１の回転状態量である回転数に対応して点灯するものであり、たとえばＬＥＤや電球等の光源が内蔵されている。速度表示ランプ６３は、たとえば、第１ハンドル７３に取り付けられている。

次に、電動草刈機Ａ１の動作例について、以下に説明する。

使用者によって主電源操作部５０が電源ＯＮに選択されると、電源部３および制御部４等に通電され、動作可能な状態となる。図３に示すように、制御部４は、ステップＳ１において、切替操作部５２の状態を取得する。切替操作部５２によって正転方向Ｆが選択されている場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部４は、第１制御目標値を設定する（ステップＳ２）。第１制御目標値は、設定操作部５３によって設定された制御基準値に基づいて設定されるものであり、回転刃１を正転方向Ｆに回転させる際の回転状態量を定量的または定性的に制御するための基準値である。

ここで、第１制御目標値が制御基準値に基づいて設定されるとは、第１制御目標値と制御基準値とが相関を持つことを意味し、第１制御目標値の大小（高低）が制御基準値の大小（高低）に対応していることを言う。

また、回転刃１の回転状態量とは、回転刃１の回転の度合いを表す状態量であり、モータ２による制御対象となるものである。回転状態量は、主には回転数であるが、何ら限定されず、たとえば回転トルクの大小であってもよいし、回転刃１の回転が継続される時間の長短であってもよい。また、制御部４が電源部３によるモータ２への電力供給をデューティ制御する場合、回転状態量としてデューティ比を採用してもよい。以降においては、回転状態量として回転数Ｎを採用した場合について説明する。

図４は、設定操作部５３の制御基準値と回転状態量の一例である回転数Ｎの関係を示している。本例においては、設定操作部５３は、設定基準値として「強」「中」「弱」の３つの状態が選択可能な構成とされている。制御基準値が「強」である場合、第１制御目標値は、最も高い回転数Ｎ１ｓに設定され、制御基準値が「弱」である場合、第１制御目標値は、最も低い回転数Ｎ１ｗに設定される。また、制御基準値が「中」である場合、第１制御目標値は、回転数Ｎ１ｓと回転数Ｎ１ｗとの間の回転数Ｎ１ｍに設定される。なお、設定操作部５３による選択肢は、「強」「中」「弱」の３つに限定されず、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。さらに、設定操作部５３によって設定される制御基準値は、後述の例のように無段階の値から選択される構成であってもよい。

次いで、主操作部５１によって駆動を選択する操作がなされた場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、制御部４は、第１制御目標値を制御目標として回転刃１を正転方向Ｆに回転駆動するように、電源部３によるモータ２への電力供給を制御する。この制御は、たとえば、モータ２への通電状態を検出したり、回転刃１の回転数Ｎを検出したりすることにより、これらの情報を用いたフィードバック制御を行ってもよい。

このように、切替操作部５２によって正転方向Ｆが選択されている場合、設定操作部５３によって設定された制御基準値である「強」「中」「弱」に対応して、回転刃１は、回転数Ｎ１ｓ，Ｎ１ｍ，Ｎ１ｗのいずれかに設定されて回転駆動される。

一方、切替操作部５２によって逆転方向Ｒが選択されている場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御部４は、第２制御目標値を設定する（ステップＳ３）。第２制御目標値は、設定操作部５３によって設定された制御基準値に基づいて設定されるものであり、回転刃１を逆転方向Ｒに回転させる際の回転状態量を定量的または定性的に制御するための基準値である。また、第２制御目標値は、上述の第１制御目標値よりも回転刃１の回転状態量を低減させる値に設定される。

たとえば、図４に示す例においては、設定操作部５３によって設定された制御基準値である「強」「中」「弱」に対応して、第２制御目標値が回転数Ｎ２ｓ，Ｎ２ｍ，Ｎ２ｗにそれぞれ設定される。回転数Ｎ２ｓが最も高く、回転数Ｎ２ｗが最も低く、回転数Ｎ２ｍは、回転数Ｎ２ｓと回転数Ｎ２ｗの間の値である。また、回転数Ｎ２ｓは、回転数Ｎ１ｓよりも低く、回転数Ｎ２ｍは、回転数Ｎ１ｍよりも低く、回転数Ｎ２ｗは、回転数Ｎ１ｗよりも低い。このような第１制御目標値と第２制御目標値との具体的な関係は何ら限定されず、たとえば、設定操作部５３によって設定された制御基準値が同一である場合に、第２制御基準値は、第１制御基準値に１未満の一定の係数（たとえば２０％程度）を乗じた値としてもよい。

次に、ステップＳ３に続いて、主操作部５１によって駆動を選択する操作がなされた場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、制御部４は、第２制御目標値を制御目標として回転刃１を逆転方向Ｒに回転駆動するように、電源部３によるモータ２への電力供給を制御する。この制御は、たとえば、モータ２への通電状態を検出したり、回転刃１の回転数Ｎを検出したりすることにより、これらの情報を用いたフィードバック制御を行ってもよい。

図５は、制御基準値と第１制御目標値および第２制御目標値との関係の他の例を示している。本例においては、設定操作部５３によって制御基準値が０％～１００％の間の無段階の連続的な値に設定される。ステップＳ２においては、この制御基準値に基づいて、第１制御目標値が連続した値に設定される。本例においては、第１制御目標値は、制御基準値と正比例関係を有する値に設定されている。一方、ステップＳ３においては、制御基準値に基づいて、第２制御目標値が連続した値に設定される。第２制御基準値は、制御基準値と相関を有するものの、正比例の関係とはなっていない。すなわち、第２制御基準値は、第１制御目標値に乗じる上述の係数が、制御基準値が大きくなるほど小となる関係とされている。なお、本例とは異なり、第２制御目標値は、第１制御目標値に一定の係数を乗じた値であってもよい。

次に、電動草刈機Ａ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、まず、回転刃１が正転方向Ｆに回転駆動される場合、設定操作部５３の制御基準値に基づいて第１制御目標値が設定され、回転刃１の回転状態量（回転数Ｎ）が使用者の意図に沿って設定される。これにより、刈り取ろうとする雑草等の状態に合わせて適切に草刈りを行うことができる。

次に、回転刃１が逆転方向Ｒに回転駆動される場合、回転刃１は、第２制御目標値を制御目標として回転駆動される。第２制御目標値は、制御基準値に基づいた値であって、第１制御目標値よりも回転刃１の回転数Ｎを低くする（回転状態量を低減させる）値に設定される。回転刃１を正転方向Ｆに回転させる際、すなわち草刈りをする際に、設定操作部５３が「強」に設定される場合は、雑草等が屈強であったり密集していたりするために、回転刃１の回転状態量を増大させる状態であると想定される。このような状態において草絡みが生じると、雑草が回転刃１に強く多量に絡んでいると推定される。設定操作部５３が「強」に設定された状態で、切替操作部５２によって逆転方向Ｒを選択して回転刃１を逆転方向Ｒに回転させると、回転刃１は、比較的高い回転数である回転数Ｎ２ｓで回転させられる。これにより、強い度合いの草絡みをスムーズに解消することができる。

その一方で、正転方向Ｆの回転数Ｎ１ｓは、屈強で密集した雑草を刈り取ることが可能な程度の回転数である。このような回転数を逆転方向Ｒに回転する回転刃１に適用してしまうと、草絡みを解消するには過度に高回転であることが考えられ、電力を浪費してしまう。しかしながら、回転数Ｎ２ｓは、正転方向Ｆに回転する場合の回転数Ｎ１ｓよりも低い値である。このため、草絡みの解消には過剰である回転数で回転刃１を逆転方向Ｒに回転させてしまうことを回避し、電力消費を抑制することができる。したがって、電動草刈機Ａ１によれば、逆転駆動時により容易且つ適切に草絡みを解消することができる。

また、回転刃１がねじ等の螺合を利用してモータユニット２０に取り付けられている場合、ねじの締結方向は、回転刃１が正転方向Ｆに回転駆動されている場合にねじに負荷されると想定される回転力を考慮して決定される。このため、回転刃１が逆転方向Ｒに回転されている際に過度な回転力がねじに負荷されると、ねじによる締結力が低下し、回転刃１の取り付けが不安定となるおそれがある。本実施形態によれば、回転刃１を逆転方向Ｒに回転させる際の第２制御目標値は、正転方向Ｆに回転させる際の第１制御目標値よりも確実に小さい値に設定可能である。これにより、回転刃１の取り付けが不安定となるような事態を回避することができる。

本発明に係る電動草刈機は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電動草刈機の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１ ：電動草刈機
１ ：回転刃
２ ：モータ
３ ：電源部
４ ：制御部
２０ ：モータユニット
３１ ：バッテリ
３２ ：ゲートドライバ
３３ ：スイッチング素子
５０ ：主電源操作部
５１ ：主操作部
５２ ：切替操作部
５３ ：設定操作部
６０ ：通電ランプ
６２ ：正逆回転ランプ
６３ ：速度表示ランプ
７１ ：本体ケース
７２ ：シャフト
７３ ：第１ハンドル
７４ ：第２ハンドル
Ｆ ：正転方向
Ｒ ：逆転方向
Ｎ，Ｎ１ｍ，Ｎ１ｓ，Ｎ１ｗ，Ｎ２ｍ，Ｎ２ｓ，Ｎ２ｗ：回転数

Claims (1)

1. 正転方向に回転することで草刈り機能を果たす回転刃と、
   前記回転刃を正転方向および逆転方向に駆動するモータと、
   前記モータに電力を供給する電源部と、
   前記モータの駆動および停止を操作する主操作部と、
   前記回転刃の回転方向を切り替える切替操作部と、
   前記回転刃の回転状態の制御基準値を設定する設定操作部と、
   前記主操作部、前記切替操作部および前記設定操作部の操作状態に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記切替操作部が正転状態に操作され、且つ前記主操作部が駆動状態に操作された場合、前記設定操作部によって設定された前記制御基準値に基づく第１制御目標値を制御目標として、前記電源部を制御し、
   前記切替操作部が逆転状態に操作され、且つ前記主操作部が駆動状態に操作された場合、前記設定操作部によって設定された前記制御基準値に基づき且つ前記第１制御目標値よりも前記回転刃の回転状態量を低減させる第２制御目標値を制御目標として、前記電源部を制御し、
   前記第２制御目標値は、前記第１制御目標値に１未満の係数を乗じた値であり、
   前記係数が、制御基準値が大きくなるほど小となる、電動草刈機。
   

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