特開 2022-151417 電動刈払機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022151417

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】電動刈払機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   A01D 34/68 20060101AFI20220929BHJP

   A01D 34/90 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

A01D34/68

A01D34/90 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021081290

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】517338663

【氏名又は名称】井坂 義治

(72)【発明者】

【氏名】井坂 義治

【テーマコード（参考）】

2B083

【Ｆターム（参考）】

2B083AA02

2B083BA02

2B083CA02

2B083CA07

2B083DA03

2B083HA17

(57)【要約】

【課題】草刈り性能を低下させることなくバッテリの電力消耗を抑えることによって運転時間を延長できる電動刈払機を提供すること。
【解決手段】操作棹の前端にカッターを備え、該カッターを回転させる電動モータと、該電動モータを制御するコントロールユニットと、電力供給のバッテリを備えた電動刈払機において、該電動モータの回転数を該カッターに加わる草刈り負荷によって変化させるように制御した。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作棹の前端に備えたカッターと、該カッターを回転させる電動モータと、該電動モータを制御するコントロールユニットと、電力供給のバッテリを備えた電動刈払機において、該電動モータの回転数を該カッターに加わる草刈り負荷によって変化させるように制御したことを特徴とする電動刈払機の制御装置。

【請求項2】

高速側と低速側の２つの運転モードを備え、草刈り負荷が低負荷時には低速側の運転モードで草刈り負荷が大きいと高速側の運転モードで電動モータが運転されるようになった請求項１の電動刈払機の制御装置。

【請求項3】

運転モードの選択ができ低速側または高速側に運転モードを固定して運転できるようになった請求項２の電動刈払機の制御装置。

【請求項4】

電動モータの回転速度によって草刈り負荷の加重を検出するようになった請求項１の電動刈払機の制御装置。

【請求項5】

回転速度検出部を電動モータとカッターとの間に配置した請求項４の電動刈払機の制御装置。

【請求項6】

回転速度検出部は少なくともローターとセンサからなる請求項５の電動刈払機の制御装置。

【請求項7】

ローターはカッター軸に一体に取り付けた請求項６の電動刈払機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動モータを備えてカッターを回転させて雑草を刈る電動刈払機において、１回の充電当たりで運転できる時間を延長する電動モータ回転数の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動モータを備えてカッターを回転させて雑草を刈る電動刈払機は、電源として充電式バッテリが用いられているが、１回の充電当たりで運転できる時間が短いため使用できる作業条件に制約が生じている。長時間の作業を可能とするためにはバッテリを大型化して電池容量を大きくするか、予備のバッテリを準備しておくことが必要となるが、いずれも商品価格の上昇が避けられず有効なやり方とはならない。高価なバッテリの容量を増やすことなく運転時間を延長できるようにすることが求められている。

【0003】

そのため、刈払作業におけるモータの回転数常用領域のスロットル開度に対する変化率を小さくして微調整をしやすくすることによって最適な回転数で運転できるようにしたものとして下記特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献1】特許第４９２９００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１は、スロットル開度の初期においてわずかな開度で電動モータの回転数を常用領域に上げるようにして作業開始までの時間を短くするとともに、スロットル開度の広い範囲で電動モータの常用領域回転数を微調整できるようにして作業状況によって回転数を変化させることができるようにしてバッテリの使用時間を長くできるようにしたものである。しかしながら、草木の密集具合や茎の太さなど刈払負荷の状況を想定して作業者が最適と思う回転数にできるようスロットルレバー開度の調整ができるようにしたものであるため、実際の作業においてカッターを左右に振って作業する際に、カッターが左の刈り終わり位置から右の刈り初め位置に戻って刈り始めるまでの草を刈っていない無負荷の時間においても電動モータの回転数は設定したままの回転数で回転している。即ち、実際に草を刈っているときもそうでないときも、電動モータは設定した一定の状態で回転しているのであって、そこには草を刈っていない時間は回転数を下げてバッテリからの電流を下げるという思想は示されているものではない。仮にそのような使い方をしようとすると、カッターを左右に振るたびにスロットルレバー操作をする必要があるため、煩雑であるばかりでなく毎回同じ開度にはスロットルレバーを操作できないので意図した開度に毎回設定できないため、開度の違いによってモータの回転数を上げすぎたり下げすぎたりしてしまうことになり、目的とした回転数での運転ができないだけでなく精神的ストレスも生じることから、実際にはそのような操作は実用できない。そのため、バッテリをまだ十分には効率的に使用できるものとはなっていない。

【0005】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、草を刈っていない時間は電動モータの回転数を下げて、草を刈り始めると自動的に設定した回転数に上げるようにモータの制御を行うことで、草刈り性能を低下させることなくバッテリの電力消耗を抑えることによって運転時間を延長できる電動刈払機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を達成するために、本願請求項１記載の発明による電動刈払機の制御装置は、操作棹の前端に備えたカッターと、該カッターを回転させる電動モータと、該電動モータを制御するコントロールユニットと、電力供給のバッテリを備えた電動刈払機において、該電動モータの回転数を該カッターに加わる草刈り負荷によって変化させるように制御したことを特徴としている。

【0007】

請求項２記載による電動刈払機の制御装置は、高速側と低速側の２つの運転モードを備え、草刈り負荷が低負荷時には低速側の運転モードで草刈り負荷が大きいと高速側の運転モードで電動モータが運転されるようになったことを特徴としている。

【0008】

請求項３記載による電動刈払機の制御装置は、運転モードの選択ができ低速側または高速側に運転モードを固定して運転できるようになったことを特徴としている。

【0009】

請求項４記載による電動刈払機の制御装置は、電動モータの回転速度によって草刈り負荷の加重を検出するようになったことを特徴としている。

【0010】

請求項５記載による電動刈払機の制御装置は、回転速度検出部を電動モータとカッターとの間に配置したことを特徴としている。

【0011】

請求項６記載による電動刈払機の制御装置は、回転速度検出部は少なくともローターとセンサからなることを特徴としている。

【0012】

請求項７記載による電動刈払機の制御装置は、ローターはカッター軸に一体に取り付けたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0013】

上記本願請求項１記載の発明によると、草を刈っているときと刈っていないときの負荷状態をカッター回転数の変化によって検出するので、必要な時だけ電動モータの回転数を上げることによって効率的な運転を可能としてバッテリの無駄な消耗を抑えことができるので、バッテリ容量を増やすことなく長時間の運転を可能とできる。

【0014】

上記請求項２記載の発明によると、低負荷時には低速側モードで回転しながら草刈り負荷が加わると高速側モードに移るようにしたので、回転数が負荷に遅れることなく素早く追従できるので草刈り性能を低下させることがなく運転できる。

【0015】

上記請求項３記載の発明によると、草刈り場面によって運転モードを選択して固定した回転での作業を可能とできるので、回転数の変化を好まない作業での使いやすさも維持できる。

【0016】

上記請求項４記載の発明によると、カッターに加わる負荷状態を直接に電動モータの回転速度によって検出するので、最も簡単で正確かつ確実に検出できる。

【0017】

上記請求項５記載の発明によると、埃などの影響を受けにくく回転速度の検出を正確にできるとともに装置として小型かつ信頼性を高めて実現できる。

【0018】

上記請求項６記載の発明によると、回転速度の検出が非接触で簡単な構成ながら正確に行えるので、実施が容易であるとともに応答性を高めてモータの制御を遅れなくすることができる。

【0019】

上記請求項７記載の発明によると、機種が異なってもローターがカッター軸と一体で適用できるので共通使用性が高まり実施が容易となるとともに、電動モータには変更を要しないのでモータの選定が容易とでき価格を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明にかかる電動刈払機全体の外観斜視図である。

【図2】本実施例におけるカッターユニット部分の縦断面図である

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】ハンドル右側に設けた運転操作部の外観斜視図である。

【図5】電動モータの制御ブロック図である。

【図6】速度調整ダイヤル開度と電動モータ回転数の関係を示した図である。

【図7】作業している状態の平面図である。

【図8】速度調整ダイヤル開度と電動モータ回転数の関係における他の実施例を示した図である。

【図9】速度調整ダイヤル開度と電動モータ回転数の関係における更に他の実施例を示した図である。

【図10】回転数検出の他の実施例における図３と同様の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0022】

図１に示したように、刈払機１は前後方向に延びる操作棹２の前端にカッター３を取り付けたカッターユニット４を備えて、途中に作業者が両手で持って操作するハンドル５を備えてカッターユニット４を左右に移動させてカッター３によって雑草を刈り払うもので、後端にはバッテリを備えたコントロールユニット６が取り付けられている。

【0023】

図２に示したようにカッターユニット４はハウジング７内に電動モータ８を縦に収容しており、電動モータ８の下側に出た出力軸９からスプラインを介してカッター軸１０を回転駆動する。

【0024】

カッター軸１０は上下をベアリング１１とベアリング１２とで支承され、中間にローター１３を溶接などによって一体に取り付けており、下側にホルダ１４をスプラインで取り付けてプレート１５との間のカッター３を回転駆動する。

【0025】

ハウジング７は後部に操作棹２を挿し込んでボルト１６によって固着されている。

【0026】

図３に示すように、ローター１３の外周部にはカッター軸１０中心から所定の角度αを持った磁石１７が接着などによって一体に取り付けられており、磁石１７外周とわずかなギャップを設けて内部にコイルを備えた回転センサ１８が取り付けられている。１９はリード線で外周を被覆されて後部のコントロールユニット６につながっている。ローター１３に設けた複数の穴２０は磁石１７の取り付けによる回転アンバランスを補うためのものである。ローター１３と回転センサ１８とで回転速度検出部を構成しており、図２に示したように電動モータ８とカッター３との間に配置されている。なお、２１は回転センサ１８を取り付けるボルトである。

【0027】

図４に示したように、ハンドル５の右手側のグリップ２１の上部には電源スイッチ２２と運転モード選択スイッチ２３が設けられている。電源スイッチ２２は押すことで電源を入切し、運転モード選択スイッチ２３はＬを押して低速側モードでの回転を、Ｈで高速側モードでの回転を選択でき、ＡＵＴＯでは自動的な回転数の変化ができる運転を選択できるようになっている。裏側にはハンドルを握った状態の指で運転レバー２４を手前に引くとモータ８が回転し、離すと停止するスイッチを操作するようになっており、作業中は運転レバー２４を引いて作業する。なお、電源スイッチ及び運転モード選択スイッチはプッシュ式に限らずスライド式などでも構わない。

【0028】

グリップ２１の下部には速度調整ダイヤル２５が取り付けられている。可変抵抗器が内蔵されており、ダイヤルを回すことによって抵抗値が変化して作業時の電動モータ８の回転数が増減するもので、外周上部の突起部にＳを合わせると最も低速側モードで、ダイヤルを右に回すにしたがって回転が上昇しＦに合わせると最も高速側モードでの運転ができるようになっており、作業状況によって作業時の回転数を選択する。図はＳに合わせた状態を示している。なお、速度調整は図のようなダイヤル式に限らずレバー式やスライド式などでも構わない。

【0029】

図５は電動モータ８の制御を説明するブロック図である。速度調整ダイヤル２５の抵抗値はコントロールユニット６における操作量変換部でデジタル信号に変換され、ＣＰＵを備えた制御回路に入力される。制御回路には電源スイッチ２２と運転レバー２４からの信号と、運転モード選択スイッチ２３と回転センサ１８からの情報が入力され、制御回路には定められたプログラムによって入力に基づいて所定の演算がなされてモータードライブ回路にデジタル信号が出力されて、指示に応じた電流をバッテリから供給することによって電動モータ８が回転する。

【0030】

図６に速度調整ダイヤル２５のＳからＦへの回動に伴う電動モータ８の回転数の変化が示されている。図の実線は運転モード選択スイッチ２３のＨを選択した高速側の場合で、破線はＬを選択した低速側の場合の回転数を示している。図では速度調整ダイヤル２５の操作角度範囲での調整を容易にするため、Ｓから早期に草刈り可能な回転数に立ち上げて最高回転数までの間を比例的に直線でつないでいるが、作業者による扱いを容易にするために途中で変曲点を設けたりする設定でも構わない。

【0031】

次に、上記構成の制御装置の作用について説明する。

【0032】

電源スイッチ２２を押して電源をＯＮにし、運転モード選択スイッチ２３はＡＵＴＯを選択し、速度調整ダイヤル２５を図４に示したＰまで右に回して、運転レバー２４を手前に引くと電動モータ８が回転し始める。この時の回転数は図６のＰの線が破線の低速側モードと交わる回転数になる。これは、図３で示したローター１３が回転して磁石１７に励磁されたセンサ１８のコイルと近付いた時の磁束密度の変化によって瞬間的に発生する電圧と、更にローター１３が回転して磁石１７がセンサ１８のコイルと離れる時の磁束密度の変化によって瞬間的に発生する電圧とを検出し、磁石１７の両端の角度αを回転する時間を測定することによって１回転ごとの回転速度が求められるので、速度調整ダイヤル２５の角度に応じたローター１３の回転数になるよう制御回路が制御していることによるもので、無負荷時にはＰの位置での低速側モードの回転数になるように制御されており、速度調整ダイヤル２５の角度に応じで連続的に回転数が変化できる。

【0033】

図７で示した作業者Ｍが右の刈り初め位置にあるカッター３を左に移動させて雑草を刈り始めると、カッター３に負荷が加わるため回転数が低下する。これをαで示された磁石１７の角度によりセンサ１８のコイルと近付いてから離れるまでの間の時間が、Ｐの線で設定された低速側のモードと交わる回転数の時の磁石１７がセンサ１８のコイルと近付いてから離れるまでの時間と比べて、長くなることから負荷が加わったと判断している。そうすると制御回路によってＰの線における高速側のモードと交わる回転数まで電流を上げる信号が出力されて電動モータ８の回転を上昇させるように制御する。このように、ローター１３の回転速度によって草刈り負荷の加重を検出して制御している。速度調整ダイヤル２５の角度に応じて高速側モードの回転数も連続的に変化する。

【0034】

カッター３の回転数と電動モータ８の回転数は同じあり、ローター１３の１回転ごとの回転数を設定した回転数と比較して制御しているので測定が速く確実で、負荷によって回転が低下すると即座に電流を上げる信号が出力され、電動モータ８自体は回転の追従も速いため信号に伴って素早く回転上昇するため、作業者にとって刈払い性能が低いと感じることなく作業できるので精神的なストレスを抱くことがなくカッターが一定で回転している場合と同様の感覚で作業できる。なお、非接触で速い測定が可能であるため、ローター１３外周部には磁石１７を等間隔に複数配置することによって１回転のうちに複数回測定することで更に負荷への追従性を高めることもできる。

【0035】

こうして、作業においては図７で示した右側のカッター位置から左側までカッターを移動させて雑草を刈るが、次に右側にカッターを戻すまでの時間は草を刈らない無負荷であるので、図６に示すＰの位置で高速側モードでの回転数を超えると低速側モードでの回転数となるように電流が抑えられる。これは、仮に高速側モードではＱの速度調整ダイヤル２５の開度位置となる低速回転でありその開度で草刈り負荷が加わった時だけ電流を増やした運転ができるようにしたものと理解できる。このように、必要な時だけモータへの電流を増やすようにしているので、作業しない時の無駄な電流を抑えてバッテリを効率的に使用でき、長時間の運転を可能とできる。

【0036】

ところで、図７で示した右側の刈り初め位置からカッター３を左に移動させて雑草を刈っていくと、雑草の生え方は一様ではないので密集程度や茎の堅さ、太さによってカッター３に加わる負荷も変化する。この瞬間的な負荷の変化に応じて、負荷が大きくなったときに回転数を上昇させる制御をして負荷が小さくなったときに回転数を下げる制御をするのでは、必要以上の回転数の変化を発生させてしまう場合があり必ずしも使いやすい制御とはならない場合がある。このため、高速側モードから低速側へ移る指示には時間的かあるいは回転数的な遅れを持たせるように制御することも可能である。
また、負荷の小さい柔らかい雑草をＳに近いダイヤル値で刈る場合において、カッターの回転が低いために低負荷であっても回転数が変化しやすくなり、操作のわずかな変化で制御が作用して回転数を変化させると使いにくい場合も発生する。このため、低回転時の高速側モードへの移動には低速側モードから一定の回転数低下が生じた時とするしきい値を設けるようにしても良い。

【0037】

上記のようにカッターの１回転ごとに回転速度を測定するため負荷の検出が速いので、負荷の大きさによってどこまで電流を上げるか判断することが可能となるので、負荷によって一気に高速モードの値まで上げるのでなく負荷の程度によって中間で細かく電流を制御することも可能である。

【0038】

作業の場面によってはカッターの回転数が一定であると作業し易い場合があるので、運転モード選択スイッチ２３でＬの低速側かＨの高速側かの運転モードを選択して、固定した回転数での作業を可能としたので従来の運転の仕方も選択できるようにしている。

【0039】

図８に他の実施例における速度調整ダイヤル開度と電動モータ回転数の関係を示している。Ｓ側では破線で示した低速側モードの回転を下げすぎないようにして使いやすくしながら、Ｆ側では低速側モードの回転を高速側に近づけて高負荷でもＡＵＴＯでの運転をし易くして作業しない時の無駄な電流を抑える使い方が広範囲とできるようにしている。

【0040】

図９は更に他の実施例における速度調整ダイヤル開度と電動モータ回転数の関係を示している。Ｓ側からＦ側へステップ状に回転数を変化させるようになったもので、各ステップにおいて負荷が加わった際に低速側から高速側に回転数が変化するように作用するのは、図６などで示した連続的な回転数変化の場合と同様である。図ではステップ数は３段であるが、もっと多くてもあるいは少なくても構わない。

【0041】

図１０に速度検出装置の他の実施例を示した。ローター３０の外周の一部を切り欠き、回転センサ３１を光学式としたものである。回転センサ３１は発光部と受光部を備えて、発光部からの投光３２がローター３０によって反射され反射光３３を受光部で受光することによって、ローター３０外周部の角度からの受光時間を測定することで回転速度を測定する。切り欠き部からは反射しないので外周部からだけ受光する。図２におけるローター１３と回転センサ１８の配置と同様に、電動モータとカッターとの間に配置することで、非接触で計測でき埃などの影響を受けにくく回転速度の測定を正確にできるとともに装置として小型かつ信頼性を高めることができる。なお、図では１回転で２回の回転速度測定をしているが、１回であっても３回以上でも構わない。

【0042】

以上説明したように、本発明は簡単な構成でカッターの回転速度を検出してカッターに草刈り負荷が加わる回転速度の変化から電動モータ回転数を上昇させるように制御したので、作業における無負荷時の無駄な電流を抑えるようにしたのでバッテリによる運転時間を延長することができる。

【符号の説明】

【0043】

１ 刈払機 ２ 操作棹
４ カッターユニット ５ ハンドル
６ コントロールユニット ８ 電動モータ
１０ カッター軸 １３ ローター
１７ 磁石 １８ 回転センサ
２２ 電源スイッチ ２３ 運転モード選択スイッチ
２４ 運転レバー ２５ 速度調整ダイヤル
３０ ローター ３１ 回転センサ
３２ 投光 ３３ 反射光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】