JP4858911B2 - 草刈り機 - Google Patents

Description

本発明は、刈り払い機や刈り込み機に代表される草刈り機に関するものであり、特に電動の草刈り機に関するものである。

円形の回転刃やナイロンコードカッタを持ち、この回転刃等を回転させて草を刈り払う草刈り機が知られている。
旧来、この種の草刈り機は、小型エンジンを動力とするものがほとんどであった。しかしながらエンジンを動力とする草刈り機は、騒音が激しく、住宅街で使用すると近所迷惑である。またエンジンを動力とする草刈り機は、振動が激しく女子や老人には扱いにくく、男子であっても長時間の使用は体への負担が大きい。
そこで近年、エンジンに代わってモータを動力とする草刈り機が発売されている。

モータを使用する草刈り機は、モータに給電する必要があるが、市販されている草刈り機は、そのほとんどが商用電源を電源とし、コンセントを接続してモータに給電するものであった。
しかしながら、商用電源を電源とする草刈り機は、作業中に長い給電線を引き回す必要があり、草刈り作業中に回転刃が給電線に触れて給電線を切断してしまうという不具合があった。
そこで商用電源に代わってバッテリを使用する草刈り機が注目され、例えば特許文献１，２に具体的構成が開示されている。

特許文献１、２に開示された草刈り機は、モータを動力とするものであり、モータの回転力を回転刃等に伝え、草を刈るものである。特許文献１、２に開示された草刈り機では、モータは定常的に回転する。
実開平７−３６６１１号公報 実用新案登録第２５２５８２０号公報

ところで草刈り作業中に、刈り払った草が回転刃に巻き込みことがよく経験される。そしてひどく草が巻き込まれると回転刃がロック状態となる。
この時、エンジンを動力とする草刈り機では、内蔵されるクラッチが切れ、エンジンが空転する。
即ちエンジンを動力とする草刈り機では、エンジンの始動を円滑に行わしめるためにクラッチが内蔵されている。そのため回転刃がロック状態となっても機器を傷めることはない。

これに対してモータを動力とする草刈り機では、多くの場合、モータの回転力が直接的に回転刃に伝導される構造となっており、動力伝導経路はクラッチを持たない。そのためモータを動力とする草刈り機では、回転刃がロック状態となればモータが停止する。ここで従来技術の草刈り機では、回転刃がロック状態となってもモータに電流が供給され続ける。またモータの電気的特性から、回転刃がロック状態のままでモータに電流が供給されると、モータに流れる電流は過大なものとなる。
そのためモータを動力とする草刈り機では、回転刃がロック状態となれば、夥しい電流がモータに供給される。そのためバッテリを電源とする草刈り機では、回転刃がロック状態になるとバッテリが急激に消耗し、作業可能な時間が大幅に短縮されてしまう。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、回転刃等がロック状態となっても消費電力を抑えることができ、バッテリの過度の消耗を防ぐことができる草刈り機の開発を課題とするものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、刈刃、線状カッター、或いは農作業用アタッチメントが取り付けられる作用部と、モータと、電源部とを有し、モータによって作用部を回転させる草刈り機において、前記草刈り機は略杆状であり、作用部は草刈り機の全体の先端部にあり、モータは草刈り機の全体の中心部にあり、電源部は草刈り機の全体の後方にあって、作用部がロック状態となったことを検知するロック検知手段を有し、ロック検知手段がロック状態を検知したことを条件として、モータをインチングさせることを特徴とする草刈り機である。

本発明の草刈り機では、作用部がロック状態となったことを検知するロック検知手段を有し、ロック検知手段がロック状態を検知したことを条件として、モータをインチングさせる。そのためロック状態となってもモータに供給される電流は間欠的なものとなり、消費電力は従来に比べて少ないものとなる。
また、本発明の草刈り機は略杆状であり、作用部は草刈り機の全体の先端部にあり、モータは草刈り機の全体の中心部にあり、電源部は草刈り機の全体の後方にある。つまり、略杆状の草刈り機を使用する際には、使用者はモータの近傍を持つことになる。その結果、使用者は、モータがインチングしていることを体感可能である。即ちモータがインチングしていることを体感できる程度の間隔でモータを動作させることが望ましい。使用者はインチングを体感することにより、作用部に草が巻き込まれたことを知ることができる。
なお、モータをインチングさせることにより、作用部が起動と停止を繰り返し、その振動によって巻き込まれた草等が外れる可能性もある。

草刈り機に草が巻き込まれて一旦ロック状態となっても、回転刃等のトルクが勝って回転が再開される場合もある。そこでロック状態が一定時間継続したことを条件としてモータをインチングさせることが望ましい（請求項２）。

また逆にモータをインチングさせてもロック状態が解消しない場合にはモータを停止させることが望ましい（請求項３）。

制御装置を有し、前記制御装置は、定常運転モードとして、軽負荷モード、重負荷モード、及び節電モードのいずれかから選択された運転モードでモータを運転可能である（請求項４）。

本発明の草刈り機は、回転刃等がロック状態となっても消費電力が過度に増加することがなく、バッテリの過度の消耗を防ぐことができる。そのため本発明の草刈り機はバッテリが長持ちし、使用可能時間が長い。

図１は、本発明の実施形態の草刈り機の斜視図である。図２は、図１に示す草刈り機の分解斜視図である。
本実施形態の草刈り機１は、電動草刈り機であり、モータを駆動源とする。そして本実施形態の草刈り機１では、モータの構成部材が収納されたモータ部６が草刈り機１の全体の中心部にある。
即ち草刈り機１は、円板状の回転刃９を有するものであり、回転刃９が取り付けられた作用部３と、モータの構成部材が収納されたモータ部６と、電池７が収納された電源部８を有する。
草刈り機１の操作杆は、二分割されており、前方側操作杆１０と後方側操作杆１１とに分かれている。

前方側操作杆１０は、内部に動力伝動軸（図示せず）を内蔵する。前方側操作杆１０の先端には作用部３が設けられている。作用部３は、公知の草刈り機（エンジン仕様）と同様に、図示しない傘歯車列を有し、傘歯車列の入力側に前記した動力伝動軸が接続されており、傘歯車列によって動力伝動軸の回転方向が約４５°変換される。

本実施形態では、モータ部６は、モータそのものであり、剛性を備えた筐体２２を有し、筐体２２内に回転子と固定子が内蔵されている（いずれも図示せず）。
本実施形態では、モータ部６はブラシレスモータが採用されている。

後方側操作杆１１には、公知の草刈り機と同様に、操作用ハンドル４０が設けられている。また後方側操作杆１１の中間部には制御装置４１が取り付けられている。制御装置４１には、モード切り替えスイッチ４５が設けられている。本実施形態では、モード切り替えスイッチ４５、各種の動作モードを選択することができる。動作モードの詳細については後記する。また操作ハンドル４０には図示しない操作スイッチが設けられている。

後方側操作杆１１の後端には、電源部８が取り付けられている。
本実施形態の草刈り機１は、電源部８を容易に着脱することができるので、農作業の内容に応じて電源部８を取り替えることができる。すなわち内蔵されるバッテリ（電池）７の容量や電圧の異なる電源部８を複数用意すれば、必要に応じてモータ部６に供給される電圧を変更することができる。

また本実施形態では、制御装置４１内に電圧検知部（図示せず）があり、電源部８から入力される電源電圧を監視している。そして電源電圧に応じて制御モードが切り替わり、適切な電力をモータ部６に供給する。
例えば電源部８がリチウム電池を内蔵し、当該リチウム電池が直列２段に接続されたものであるならば、電源電圧は約６〜９ボルトである。
また電源部８がリチウム電池を内蔵し、当該リチウム電池が直列に４段に接続されたものであるならば、電源電圧は倍の１２〜１８ボルトである。
さらに電源部８がニッケル水素電池を内蔵し、当該ニッケル水素電池が直列１０段に接続されたものであるならば、電源電圧は約１２ボルトである。
また電源部８がニッケル水素電池を２０段に接続されたものであるならば、電源電圧は約２４ボルトである。
制御装置４１は、内蔵する電圧検知部でこの電圧を検知し、適切な電力をモータ部６に供給する。
電池の電圧が高い場合は、モータ部６により高い電圧が印加されるが、モータ部６に印加される電圧は、電源部８の電圧に比例するものではない。

次に本発明の草刈り機１の動作モードについて説明する。
本実施形態の草刈り機１では、軽負荷モード、重負荷モード、及び節電モードで使用することができる。
ここで軽負荷モードはたとえば芝の様な柔らかい草を刈り取る場合に使用されるものであり、モータ部６に供給される電圧が低い。またモータ部６に供給される電流の上限も低く、回転刃は、比較的ゆっくりと回転する。

重負荷モードは、よもぎやキリン草等の茎の固い草を刈り取る場合に採用されるものであり、モータ部６に供給される電圧が高い。またモータ部６に供給される電流の上限も高く、回転刃は、高速で回転する。
重負荷モードで運転する場合には、電源部８を取り替えて、高い電圧を発生する電源部８を使用することが望ましい。

節電モードは、モータ部６に対して間欠的に電力を供給するモードである。
即ち節電モードでは、所定の周期で電力が供給される。言い換えると、パルス状の電圧がモータ部６に印加される。
従って節電モードにおいては、モータ部６は間欠的に回転するが、回転刃９は相当のモーメントを持つから、回転刃９自体がはずみ車として機能し、目視した状態では回転刃９は一定回転で円滑に回転する。
そして節電モードにおいては、常時負荷量を検知している。より具体的には、モータ部６に供給される電流値を検知し、電流値によって負荷変動を間接的に知る。

そして負荷量が増大すると、負荷量の増大に応じて単位時間当たりの電力供給時間を増大させる。例えば周期を変更せずにパルス幅を増加させる。あるいはパルス幅を変更せずにパルス間隔を短くする。
本実施形態で採用する節電モードでは、電力供給が間欠的であり、且つ負荷に応じて供給電圧等を変更するので、無駄な電力消費が抑制される。
また電力供給が間欠的であるから、回転刃９に異物が挟まって停止した様な場合でも、モータ等の傷みが少ない。

また本実施形態では、過負荷状態となった場合には単位時間当たりの電力供給時間を減少させる機能を備えている。過負荷状態となった場合とは、例えば木の枝が回転刃に挟まって回転刃の回転が停止した様な状況を想定しており、単位時間当たりの電力供給時間を減少させてモータ等の焼損を防止すると共にバッテリの消耗を阻止する。即ち過負荷状態となった場合には定常運転モードからインチング運転モードに切り替わる。以下この機能について説明する。

図３は、図１に示す草刈り機の電気的構成を示すブロック図である。
図３に示すように、本実施形態の草刈り機１は、電気的に駆動部と制御部とに分かれている。

駆動部はモータ６であり、具体的にはブラシレスモータである。また本実施形態で採用されているモータ６は、モータの回転をパルスで検出することができる。モータの回転を示すモータパルス信号は、図３の様に制御部に入力される。従ってモータ６に対して制御部から駆動信号を発せられているにも係わらず、モータパルス信号が帰らない場合や、過度に単位時間あたりのパルス数が少ない場合は、モータがロックしていると言える。即ち本実施形態では、モータ６が回転に応じてパルスを発信する機能を持ち、制御部がこの信号を受信することができる。そしてモータ６に対して制御部から駆動信号を発せられ、且つ制御部がモータパルス信号を検知しない場合にモータがロックしていると判断される（ロック検知手段）。
なおブラシレスモータは回転子の回転位置を検知するためにホール素子等を内蔵するが、前記したモータパルス信号は、回転子の回転位置を検知するためにホール素子等から出力される信号であってもよい。

制御部は、図３に示すように、モータパルス認識回路と、モータ駆動回路と、インチング制御回路とエラー停止回路とを有している。なおこれらは内蔵するコンピュータのソフトウエア上で実現されていてもよい。
モータパルス認識回路は、駆動部たるモータ６が発信するモータパルス信号を受信し、これをカウントしてモータがロックしているか否かを判断する回路である。またモータパルス認識回路によってモータの回転数も検知されている。

モータ駆動回路は、モータに対して駆動信号を発する回路である。モータ駆動回路にはモータパルス認識回路からモータの回転数に関する信号が入力される。
またモータ駆動回路には外部スイッチ（図示しない操作スイッチ）から起動／停止信号が入力される。

インチング制御回路は、インチング運転モードに切り替わった際にモータの回転を制御する回路である。インチング制御回路にはモータパルス認識回路からモータがロックしているか否かを示す信号が入力される。またインチング制御回路からモータ駆動回路に対してインチングを実行させるための信号が発信される。
エラー停止回路は、モータ６を非常停止させる回路であり、インチング制御回路からの信号を受けて、モータ駆動回路に対して停止信号を発信する。

本実施形態の草刈り機１では、前記した様に軽負荷モード、重負荷モード、節電モードを持つが、これらはいずれも作用部３を定常的に回転させるものであり、定常運転モードの一つである。即ち軽負荷モードは回転刃を比較的ゆっくりと回転させるモードであるが回転刃は常時回転していて停止することはない。重負荷モードについても同様であり、回転刃は常時回転していて停止することはない。
節電モードは、前記した様にモータ部６に対して間欠的に電力を供給するモードであり、パルス状の電圧がモータ部６に印加されるものの、作用部３は実質的に定常的に回転する。

これに対してインチング運転モードは、作用部が駆動・停止を繰り返していることが目視で判別できる程度に間欠運転させるモードである。即ちインチング運転モードは、節電モードに比べて間欠の周期が著しく長く、モータ６の唸りや振動によってモータ部６が起動と停止を繰り返していることが分かる。

インチングは、動作時間が０．１秒から０．５秒であり、停止時間が０．５秒から０．９秒程度である。

本実施形態の草刈り機１は、通常は、定常運転モードで運転されるが、草を巻き込んだ場合の様に、作用部３の回転が強制的に停止された場合にはインチング運転モードに切り替わる。より正確には、作用部３の回転が強制的に停止された状態が一定時間以上継続した場合にインチング運転モードに切り替わる。
インチング運転モードに切り替わる際の条件たる作用部３の停止時間は、０．５秒から１．５秒である。

図４は、図１に示す草刈り機の動作を示すフローチャートである。
フローチャートに示すように、運転が開始されると、ステップ１に移行し、定常運転モードで運転が開始される。即ち軽負荷モード、重負荷モード、節電モードのいずれかから選択された運転モードにより運転され、作用部３は定常的に回転する。
そして本実施形態では、定常運転の最中に、作用部３がロックされていないかを常時監視している（ステップ２）。
即ち制御部のモータパルス認識回路がモータ６から送信されるモータパルス信号を監視し、これが検知できなくなったり、過度に単位時間あたりのパルス数が少ない状態とならないかを常時監視している。

そしてモータパルス認識回路が、モータ６のモータパルス信号を検知できなくなったり、過度に単位時間あたりのパルス数が少ない状態となった場合には、ステップ３に移行し、ロック状態が継続している時間が所定時間を経過しているか否かを判断する。
この間についてもロック状態が継続しているか否かをステップ７で監視しており、ロック状態が解除されればステップ１に戻って定常運転が再開される。

そしてロック状態が継続している時間が所定時間を経過した場合は、ステップ４に移行し、インチング運転モードに切り換えられる。
即ちモータ６が間欠運転され、作用部が駆動・停止を繰り返していることが目視で判別できる程度にモータ６が運転される。
またステップ４では同時にタイマの計時が開始される。このタイマは、インチング運転が実行されている時間を計測するものである。

そしてステップ５で前記したタイマが所定の時間を計時したことが判明すればステップ６に移行してモータを停止させる。この時間は、３秒から５秒程度である。
即ちこれ以上、インチング運転を行っても、巻きついた草等が外れる可能性が低いので、モータを停止させる。
なお前記したインチング運転の実行中についてもロック状態が継続しているか否かがステップ８で監視されており、ロック状態が解除されればステップ１に戻って定常運転が再開される。

インチング運転時は、モータ６に供給される電流は間欠的なものとなり、モータが消費する電力は従来に比べて少ない。そのためバッテリの消耗が軽減される。
またインチング運転が成されている際には、モータの振動が特有のものとなるから、作業者はその振動によって回転刃等がロックしていることが分かる。そのため作業者みずからがモータ６を停止することもある。

本発明の実施形態の草刈り機の斜視図である。 図１に示す草刈り機の分解斜視図である。 図１に示す草刈り機の電気的構成を示すブロック図である。 図１に示す草刈り機の動作を示すフローチャートである。

１ 草刈り機
３ 作用部
６ モータ部
８ 電源部
９ 回転刃
４１ 制御装置

Claims (4)

1. 刈刃、線状カッター、或いは農作業用アタッチメントが取り付けられる作用部と、モータと、電源部とを有し、モータによって作用部を回転させる草刈り機において、前記草刈り機は略杆状であり、作用部は草刈り機の全体の先端部にあり、モータは草刈り機の全体の中心部にあり、電源部は草刈り機の全体の後方にあって、作用部がロック状態となったことを検知するロック検知手段を有し、ロック検知手段がロック状態を検知したことを条件として、モータをインチングさせることを特徴とする草刈り機。
2. ロック状態が一定時間継続したことを条件としてモータをインチングさせることを特徴とする請求項１に記載の草刈り機。
3. モータをインチングさせてもロック状態が解消しない場合にモータを停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の草刈り機。
4. 制御装置を有し、前記制御装置は、定常運転モードとして、軽負荷モード、重負荷モード、及び節電モードのいずれかから選択された運転モードでモータを運転可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の草刈り機。

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