JP5114171B2 - 電動草刈り機 - Google Patents

Description

本発明は、モータで回転刃やブレードを回転させる電動草刈り機に関するものである。

畦道や公園等の草を刈る装置として、草刈り機が広く利用されている。旧来の草刈り機は、小型のエンジンによって回転刃等を回転させるものであったが、エンジンを利用した草刈り機は騒音が大きく、市街地で使用したり一般家庭用として使用するには使いにくい。そこで一般家庭で使用する用途を考慮して、エンジンに代わってモータを搭載した電動草刈り機が市販されている。
電動草刈り機には、商用電源から給電してモータを回転させるもの（特許文献１）と、蓄電池を搭載し、蓄電池からモータに給電する構造（特許文献２）のものがある。
特開２００７−２０５８８号公報 特開２００６−２８８２９６号公報

電動草刈り機は、エンジン搭載型の草刈り機に比べて騒音が低いばかりでなく、安全性が高い。すなわちエンジン搭載型の草刈り機は、回転刃等の回転にブレーキを掛けることができないが、電動草刈り機は、電気的にモータを制動して回転刃等の回転を強制的に停止させることができる。そのため庭石に回転刃が当たったり、回転刃が欠けるといった異常時に、回転刃の回転を強制的に停止させることができる。

ところで電動草刈り機では、操作中に電力の供給が遮断される場合がある。例えば商用電源から給電してモータを回転させる形式の電動草刈り機では、草刈り作業の際に回転刃で給電線を切断してしまうことがあり、給電線が切断されると電動草刈り機のモータに供給される電力が遮断される。
また蓄電池からモータに給電する構造（特許文献２）の電動草刈り機では、草刈り作業中に蓄電池が脱落したり、蓄電池とモータとを結ぶ給電線が外れる場合があり、この様な場合にはモータに供給される電力が遮断される。
モータに供給される電力が遮断されると、モータの駆動が停止されるが、回転刃は相当の慣性を持つため、回転刃は、慣性力によって相当の時間に渡って回転を続ける。

従来技術の電動草刈り機では、給電線が切断されたり、蓄電池が脱落した場合は、電動草刈り機の制御装置に供給される電力も遮断されてしまうので、制御装置が機能停止状態となり、電気的にモータを制動することができない状態となってしまう。
そのため例えば作業者が草刈り作業中に転倒し、蓄電池が外れた様な状況の時に、回転刃等の回転にブレーキを掛けることができないという問題があった。
また従来技術の電動草刈り機は、通常の草刈り作業中には回転刃にブレーキを掛けられるにも係わらず、蓄電池が外れた様な状況の場合にブレーキが掛からないので、作業者が動揺することが予想され、思わぬ事故を招くおそれがあった。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、モータに供給される電力が遮断されても回転刃等を強制停止させることができ、より安全性の高い電動草刈り機を提供することを課題とするものである。

上記した課題を解決すべく提供される発明は、電池又は商用電源からなる電源部と、回転部と、回転部を回転させるモータと、モータを電気的に制動する機能を備えた制御装置とを備えた電動草刈り機において、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置を動作可能な状態とする予備電源を備えたことを特徴とする電動草刈り機である。

本発明の電動草刈り機では、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置を動作可能な状態とする予備電源を備えるので、電源部からの通電が途絶えても制御装置は機能している。そのため電源部からの通電が途絶えても公知の電気制動（例えば短絡制動）がなされる様にトランジスタ等に信号を発信することができ、回転刃等を強制停止することができる。

またもう一つの発明は、電池又は商用電源からなる電源部と、回転部と、回転部を回転させるモータと、モータを電気的に制動する機能を備えた制御装置とを備えた電動草刈り機において、電源部からの通電によって充電され、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置を動作可能な状態とする蓄電池又はコンデンサからなる予備電源を備えたことを特徴とする電動草刈り機である。

本発明の電動草刈り機においても、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置を動作可能な状態とする予備電源を備えるので、電源部からの通電が途絶えても公知の電気制動（例えば短絡制動）がなされる様にトランジスタ等に信号を発信することができ、回転刃等を強制停止することができる。

また電源部は電池であって着脱可能であり、電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知する電源監視手段を備えたことを特徴とする電動草刈り機である。

本発明では、電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知する電源監視手段を備えるので、電池の脱落等を知ることができる。

また本発明は、電源監視手段が電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知したときにはモータの回転を強制的に停止させるものである。

本発明では、電源監視手段が電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知したときにモータを強制停止するので安全性が高い。

電源監視手段は、電源部から供給される電圧が一定以上であることを検知する回路である。

上記した特徴を備えてなる請求項１に記載の発明は、電源部と、回転部と、回転部を回転させるモータと、強制停止スイッチと、前記電源部に接続され当該電源部から電力供給を受けるものであってモータを電気的に制動する機能を備えた制御装置とを備えた電動草刈り機において、電源部は電池であって着脱可能であり、電源部から供給される電圧が一定以上であるか否かを検知することによって電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知することができる電源監視手段を備え、前記制御装置は、モータ駆動部と、制御動作部と、前記電源監視手段を備え、前記モータ駆動部は、モータの駆動コイルへの通電状況を切り換えるものであり、前記制御動作部は、前記駆動コイルへの通電状況を切り換えるための切り換え信号を発生させる回路であり、電源部からの通電によって充電され、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置の前記制御動作部を動作可能な状態に維持する蓄電池又はコンデンサからなる予備電源を備え、電源部の電圧が下がると電源監視手段から制御動作部に停止信号が発信されて駆動コイルが短絡されてモータが強制的に停止され、制御動作部にはさらに強制停止スイッチの信号が入力され、強制停止スイッチが操作された場合にも駆動コイルが短絡されることを特徴とする電動草刈り機である。
また請求項２に記載の発明は、制御装置は制御電源部を備え、前記制御電源部は、前記制御動作部を機能させるための信号電圧を作る回路であり、予備電源は、制御電源部を動作可能な状態とすることによって制御動作部を動作可能な状態に維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の電動草刈り機である。

また請求項３に記載の発明は、モータに対して電力を供給するモータ駆動部を備え、予備電源とモータ駆動部の間にダイオードが設けられ、当該ダイオードによって予備電源側からモータ駆動部側に電流が流れることが阻止されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動草刈り機である。

本発明の電動草刈り機では、ダイオードによって予備電源側からモータ駆動部側に電流が流れることが阻止されるので、予備電源の電力がモータで消費されることが阻止され、制御装置が動作し得る時間を延ばすことができる。

本発明の電動草刈り機は、蓄電池が脱落してしまった様な場合でも回転刃等のブレーキが機能する。そのため作業者は通常の手順によって回転刃等の回転を停止させることができ、安全である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる電動草刈り機を示す斜視図である。
本実施形態の電動草刈り機１は、モータ２を動力源として作動するものである。電動草刈り機１は、後記する制御装置２０をはじめとするモータシステムが組み込まれている。電動草刈り機１は、図１に示すように、前方側操作杆３や、後方側操作杆５を接続してなる長尺状の外観を有する部分が主要部をなしている。電動草刈り機１は、前方側操作杆３の先端側に回転部６を有すると共に、後方側操作杆５の末端側に電源部７や、制御部８を有する。電動草刈り機１は、その全長の略中央部にモータ部１０が設けられている。

前方側操作杆３は、中空の筒体によって構成されており、動力伝動軸（図示せず）が内蔵されている。前方側操作杆３の先端側には回転部６が設けられている。回転部６は、従来公知の電動草刈り機と同様に、図示しない傘歯車列を有し、この傘歯車列の入力側に前方側操作杆３に内蔵されている動力伝動軸が接続されている。また、回転部６には、回転刃１１が設けられており、これが前記した傘歯歯車に接続されている。

モータ部１０は、モータ２を内蔵している。図２は、図１に示す電動草刈り機において採用されているモータの内部構造を示す模式図である。
モータ２は、公知のブラシレスモータであり、回転子２５や固定子２６、ホール素子（図示せず）等を備えたものである。回転子２５は、磁石を備えている。本実施形態では、回転子２５として、Ｎ・Ｓ一対（２極）の磁極を備えた磁石が採用されている。また、回転子２５には、図示しない回転軸が一体的に回転可能なように取り付けられている。固定子２６は、多相（ｎ相）の駆動コイル２７を備えている。図２に示すように、本実施形態では、固定子２６は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の駆動コイル２７（以下、それぞれを駆動コイル２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗとも称す）を備えている。

ホール素子（図示せず）は、回転子２５の磁極を検知してパルス信号を発信可能なものであり、回転子２５の回転位置を検出するために設けられている。本実施形態では、３つのホール素子が回転子２５の中心軸に対して１２０度の間隔をあけて配されており、これら３つのホール素子によって回転位置検出手段が形成されている。

モータ２は、各ホール素子から発信される各モータパルス信号に基づいて駆動コイル２７に順次切替通電することにより、回転子２５およびこれに一体化された回転軸を所定方向に回転させることができる。また駆動コイル２７を短絡すると回転子２５や回転軸が制動される。

前方側操作杆３には、前記した様に図示しない動力伝達軸が内蔵されており、この動力伝達軸は、モータ２の回転子２６と連動して回転可能なように接続されている。そのため、電動草刈り機１は、モータ２を作動させることにより、モータ２において発生した回転動力を動力伝達軸および回転部６に設けられた傘歯歯車（図示せず）を介して回転刃１１に伝達させ、これを回転させることができる。

後方側操作杆５には、操作用ハンドル１５が設けられている。操作用ハンドル１５には、操作レバー１６や回転刃１１の回転速度調整用の切替スイッチ１７及び回転刃を強制停止させる強制停止スイッチ１８等が設けられている。また、後方側操作杆５の末端部分には制御部８が設けられている。制御部８には、後記する制御装置２０が内蔵されている。制御部８を構成する制御装置２０は、モータ２及び電源部７に対して電気的に接続されている。制御装置２０には切替スイッチ１７や強制停止スイッチ１８等が接続されている。

また、後方側操作杆５の後端には、電源部７が設けられている。電源部７には、モータシステムの電源を構成する蓄電池２１が内蔵されている。蓄電池２１は、モータ部１０に設けられたモータ２に対して電気的に接続されている。

次に本実施形態の電動草刈り機１の制御装置２０について説明する。図３は、図１の電動草刈り機の制御装置の回路図である。
電動草刈り機１の制御装置２０は、大きく分けてモータ駆動部３０と、制御動作部３１と、制御電源部３２と、電源接続検知部３３とによって構成されている。
モータ駆動部３０は、６個のＦＥＴ３５を備え、ＦＥＴ３５を切り換えることによって固定子２６の駆動コイル２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗへの通電状況を切り換えるものである。

制御動作部３１は、主としてＦＥＴ３５の切り換え信号を発生させる回路であり、図示しないホール素子や強制停止スイッチ１８等の信号が入力され、ＦＥＴ３５に対して信号を発信するものである。
すなわち草刈り作業を実施する場合には、各ホール素子から発信される各モータパルス信号に基づいてＦＥＴ３５に対する信号を切り換え、駆動コイル２７に順次切替通電することにより、モータ２を回転させる。
一方、強制停止スイッチ１８が操作された場合は、駆動コイル２７が短絡する様にＦＥＴ３５に信号を送る。
また電源接続検知部３３から停止信号を受信した場合も同様であり、駆動コイル２７が短絡する様にＦＥＴ３５に信号を送る。

制御電源部３２は、前記した制御動作部３１を機能させるための信号電圧（５Ｖ）を作る回路であり、３端子レギュレータ３７が内蔵されている。
また本実施形態に特有の構成として３端子レギュレータ３７の入力側に電解コンデンサ４０とダイオード４１が設けられている。
ダイオード４１は、電源部７から３端子レギュレータ３７側への通電を許し、その逆を阻止する方向に接続されている。また電解コンデンサ４０は、ダイオード４１と３端子レギュレータ３７の間にあり、３端子レギュレータ３７に対して並列に接続されている。

電解コンデンサ４０は、予備電源として機能するものであり、大容量である。具体的には４７０μＦから１０００μＦ（マイクロファラッド）程度である。

制御電源部３２には他にコンデンサ４３が設けられているが、コンデンサ４３は、単に電源回路の高周波雑音を除去するために設けられたものであり、コンデンサ４３を設ける回路は公知である。

電源接続検知部３３は、電源部７から供給される電圧が一定以上であることを検知するものであり、電源監視手段として機能する回路である。
電源接続検知部３３は、比較器５０を持ち、比較器５０に、電源部７の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ４で分圧した電圧と、制御電源部３２で発生させた信号電圧（５Ｖ）を抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧が入力されている。抵抗Ｒ１，Ｒ４で分圧した電圧が抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧よりも高い場合は、比較器５０から信号が出力される。
電源部７から正常の電圧が印加されている場合は、比較器５０から信号が出力され、電源部７の電圧が下がると出力が停止する。
また比較器５０から信号が出力されていることを条件としてモータ駆動部３０に電力が供給され、比較器５０から信号が停止するとモータ駆動部３０に電力を供給する回路が遮断されると共に、制御動作部３１に停止信号を送る。具体的には「パワーイン」信号が停止される。
なお、前記した様にまた電源接続検知部３３から制御動作部３１に停止信号（「パワーイン」信号の停止）が発信されると、制御動作部３１は駆動コイル２７が短絡する様にＦＥＴ３５に信号を送り、モータ２を強制的に停止させる。

電源接続検知部３３は、電源部７からモータ駆動部３０に電力を供給する電源供給回路４５を兼ねており、電源供給回路４５は、比較器５０と並列に接続されており、分岐部とモータ駆動部３０との間にダイオード５１が設けられている。ダイオード５１は電源部７からモータ駆動部３０に向かう通電を許しその逆を阻止するものである。ダイオード５１は例えばモータを制動する際にモータのコイルが発生する電気が比較器５０側に印加されるのを防ぐものであり、モータ負荷の変動に伴う電源変動が電源部７側に戻ることを阻止して電源接続検知部３３の検知精度を維持するものである。

電動草刈り機１の制御装置２０は、図３の様に電源部７が接続され、制御電源部３２と電源接続検知部３３が電源部７の正極側に並列に接続されている。さらに前記した様に制御電源部３２の出力側が制御動作部３１に接続されている。
また電源接続検知部３３内の電源供給回路４５がモータ駆動部３０に接続されている。さらにモータ駆動部３０のＦＥＴ３５がモータ２の各コイルに接続されている。

本実施形態の電動草刈り機１は、上記した制御装置２０を備えているため、草刈り作業中に蓄電池２１が脱落すると、回転刃１１の回転に強制的にブレーキが掛かる。
より具体的には、電源部７の蓄電池２１が脱落すると、図４に示すように制御装置２０の制御電源部３２に印加される電圧が無くなるが、制御装置２０の電解コンデンサ（予備電源）４０に溜められた電荷が放出され、３端子レギュレータ３７の入力側に当該電荷が供給される。すなわち電解コンデンサ４０には常時蓄電池２１の電圧が印加されているので、電解コンデンサ４０には常時所定量の電荷が蓄積されている。そのため蓄電池２１が脱落すると、電解コンデンサ４０に蓄積された電荷が放出される。
一方、電解コンデンサ４０は共通配線６０を通じて電源接続検知部３３及びモータ駆動部３０へも接続されているが、電解コンデンサ４０と共通配線６０との間にはダイオード４１が設けられているので、電解コンデンサ４０の電荷がモータ駆動部３０へ流出することは阻止される。

従って電解コンデンサ４０に溜められていた電荷は、３端子レギュレータ３７側にのみ供給され、３端子レギュレータ３７からは所定の信号電圧が出力され続ける。
すなわち３端子レギュレータ３７に入力される電圧は、図４の様に時間と共に低下するが、一定の時間は、所定以上の信号電圧が維持される。
従って制御動作部３１には電圧が印加され続け、制御動作部３１は機能しうる状態を維持する。

またこれと同時に電源部７の蓄電池２１が脱落すると、直ちに制御装置２０の電源接続検知部３３がこの事実を検知し、モータへ電力を供給する回路を遮断すると共に電源接続検知部３３から制御動作部３１に停止信号（「パワーイン」信号の停止）が発信される。この停止信号を受けて制御動作部３１が駆動コイル２７が短絡する様にＦＥＴ３５に信号を送り、モータ２を強制的に停止させる。
すなわち蓄電池２１が脱落すると電源接続検知部３３の抵抗Ｒ１，Ｒ４に印加される電圧が低下する。これに対して制御電源部３２で発生させた信号電圧（５Ｖ）は低下しないので、抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ４で分圧した電圧を上回り、比較器５０からの信号（パワーイン信号）が停止する。その結果モータ駆動部３０に電力を供給する回路が遮断されると共に制御動作部３１に停止信号が発信される。
その結果、モータ２が停止し、安全である。

以上説明した実施形態では、電源接続検知部３３を設け、電源接続検知部３３で蓄電池２１から供給される電圧を確認し、この電圧が低下して蓄電池２１が離脱したことが判明すると、駆動コイル２７を短絡してモータ２を強制的に停止させる構成を採用した。ここで電源接続検知部３３は、請求項１に記載の発明の構成要件としては必須であるが、モータ２を強制的に停止させるのには必ずしも必須ではない。
すなわち電源部７の蓄電池２１が脱落しても、制御装置２０の電解コンデンサ（予備電源）４０に溜められた電荷が放出され、３端子レギュレータ３７からは所定の信号電圧が出力され続け、制御動作部３１が機能しうる状態を維持する。
したがって蓄電池２１が脱落しても、強制停止スイッチ１８は機能する。そのため蓄電池２１が脱落しても、強制停止スイッチ１８が操作された場合は、駆動コイル２７が短絡され、モータ２を強制的に停止させることができる。

電源接続検知部３３が、蓄電池２１の離脱を検知した場合に、電源をコンデンサー等の予備電源に切り換える回路を採用してもよい（参考技術）。
また蓄電池２１が離脱したことが判明した場合に、コンデンサー等の予備電源を利用して警告音を発生させてもよい。
蓄電池２１が離脱したことを判定する方策としては、他に蓄電池２１側の回路と制御装置側の回路の断続によって判断することも考えられる（参考技術）。
例えば図５の様に蓄電池がサーミスタ５５を内蔵している場合があり、この様な蓄電池２１を採用する場合には、接続コネクター（接続手段）５６でサーミスタ５５と制御装置２０とを接続する。そして制御装置２０からサーミスタ５５に通電し、サーミスタ５５の導通を監視する。蓄電池２１が脱落するとサーミスタ５５の導通が遮断されるので、サーミスタ５５の導通が無くなった場合に蓄電池２１が脱落したと判断する。

上記した実施形態では、電解コンデンサー４０に電荷を蓄積し、この電荷によって制御動作部３１を動作させる電圧を維持させている。従って制御動作部３１を維持させることができる時間は、電解コンデンサー４０の容量によって決定される。
制御動作部３１が動作することができる電圧を維持する時間は、５〜１０秒程度であることが望ましい。本実施形態では、蓄電池２１が脱落する等の事態が発生すると、自動的にモータ２が短絡されて制動されるが、モータ２の駆動コイル２７を短絡して回転刃１１の回転が停止するまでの時間は、５秒程度である。すなわち正常に電源が接続された状態で電気的にブレーキを動作させると５秒程度でモータ２が停止し、回転刃１１の回転が止まる。したがって制御動作部３１が動作することができる電圧を維持する時間は、モータ２が停止するまでに要する時間以上であることが望ましく、５秒以上であることが望ましい。ただし電圧を維持する時間を長くするためには電解コンデンサー４０の容量を増大させなければならないので、過剰品質をさけるべく電圧を維持する時間が１０秒以下となる様に設計することが推奨される。

なお回転刃１１が回転することによって発電される電気を利用し、電解コンデンサー４０に電荷を蓄積する方策を採用することも可能であり、この方策を採用することによって制御動作部３１が動作することができる電圧を維持する時間を伸ばすことができる。

また電源接続検知部３３を省略し、蓄電池２１が脱落したときに強制停止スイッチ１８を機能させて回転刃１１の回転を停止させる場合には、制御動作部３１が動作することができる電圧を維持する時間は、１０〜３０秒程度であることが望ましい。すなわち蓄電池２１が脱落する等の事態が発生すると、モータ２に電力が供給されなくなるから、回転刃１１の回転は、自然に停止する。本発明は、回転刃１１の回転が自然停止する前に強制停止させることができる点に意義があるから、制御動作部３１が動作することができる電圧を維持すべき時間は、回転刃１１が自然に停止するまでの時間である。回転刃は、通常２０秒前後で自然に回転を停止するから、電圧を維持すべき時間はこれに合わせて１０〜３０秒程度が適当である。

また上記した実施形態では、予備電源としてコンデンサーを使用したが、ニッケルカドミウム電池やリチウム電池等の蓄電池を予備電源として使用してもよい。

本発明の実施形態における電動草刈り機を示す斜視図である。 図１に示す電動草刈り機において採用されているモータの内部構造を示す模式図である。 図１の電動草刈り機の制御装置の回路図である。 図１の電動草刈り機の蓄電池の接続状況と各部の電圧の減衰状況を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施形態における電動草刈り機の概念図である。

１ 電動草刈り機
２ モータ
６ 回転部
７ 電源部
８ 制御部
１０ モータ部
１１ 回転刃
１８ 強制停止スイッチ
２０ 制御装置
２１ 蓄電池
３０ モータ駆動部
３１ 制御動作部
３２ 制御電源部
３３ 電源接続検知部（電源監視手段）
３７ ３端子レギュレータ
４０ 電解コンデンサ（予備電源）
４１ ダイオード

Claims (3)

1. 電源部と、回転部と、回転部を回転させるモータと、強制停止スイッチと、前記電源部に接続され当該電源部から電力供給を受けるものであってモータを電気的に制動する機能を備えた制御装置とを備えた電動草刈り機において、
   電源部は蓄電池であって着脱可能であり、電源部から供給される電圧が一定以上であるか否かを検知することによって電池の脱落または電池からの通電が途絶えたことを検知することができる電源監視手段を備え、
   前記制御装置は、モータ駆動部と、制御動作部と、前記電源監視手段を備え、
   前記モータ駆動部は、モータの駆動コイルへの通電状況を切り換えるものであり、
   前記制御動作部は、前記駆動コイルへの通電状況を切り換えるための切り換え信号を発生させる回路であり、
   電源部からの通電によって充電され、電源部からの通電が途絶えたときに放電して制御装置の前記制御動作部を動作可能な状態に維持する蓄電池又はコンデンサからなる予備電源を備え、
   電源部の電圧が下がると電源監視手段から制御動作部に停止信号が発信されて駆動コイルが短絡されてモータが強制的に停止され、
   制御動作部にはさらに強制停止スイッチの信号が入力され、強制停止スイッチが操作された場合にも駆動コイルが短絡されることを特徴とする電動草刈り機。
2. 制御装置は制御電源部を備え、
   前記制御電源部は、前記制御動作部を機能させるための信号電圧を作る回路であり、
   予備電源は、制御電源部を動作可能な状態とすることによって制御動作部を動作可能な状態に維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の電動草刈り機。
3. モータに対して電力を供給するモータ駆動部を備え、予備電源とモータ駆動部の間にダイオードが設けられ、当該ダイオードによって予備電源側からモータ駆動部側に電流が流れることが阻止されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動草刈り機。

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