CN108430210B - 具有自动刀片除塞的电动割草机和控制该割草机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于驱动至少一个旋转切割刀片的电动马达的电动割草机，以及一种用于控制该割草机的方法，该方法包括：‑休止阶段(100)，在该休止阶段期间电动马达不通电；‑割草阶段(102)，在该割草阶段期间电动马达被控制为对应于切割刀片沿植物切割方向的旋转沿第一旋转方向旋转；‑临时刀片起动阶段(108)，在该临时刀片起动阶段期间电动马达被暂时控制为沿与第一旋转方向相反的第二方向旋转。本发明适用于割草机和割灌机。

Description

具有自动刀片除塞的电动割草机和控制该割草机的方法

技术领域

本发明涉及一种设置有自动刀片除塞(阻塞消除)功能的电池操作型的电动割草机。本发明还涉及一种用于控制这种割草机并且特别是用于其刀片驱动马达的方法。

本发明应用于用于维护私有或公共绿地的电池操作的割草机或割灌机的领域。它可以应用于推动式(人员在后式)或跨乘式割草机，或甚至应用于自主机器人割草机。

背景技术

用于维护绿地的割草机大部分具备收纳至少一个旋转刀片的刀具外壳，和刀片驱动马达。该马达可以是热发动机或电动马达。每个刀片都可以由其各自的马达驱动，或所有刀片可以由单个马达驱动。

在刀具外壳未被精心维护的情况下，草屑可能附着至外壳并最终在其中形成坚实的团块。这些团块一旦达到一定大小便构成刀片的自由旋转的障碍物。当在割草操作期间到达切割刀片的植物材料量超过割草机的切割和/或排泄能力时，也可能发生植物材料的积聚。

这样的积聚可能会减慢切割刀片的移动或甚至可能会阻挡它或它们。

文献EP 2,425,701提出调整自主式电动割草机的切割高度，由此避免刀片在割草时的过载和继而刀片的卡滞。

此措施引起植物的不均匀高度并且难以转移至推动式割草机，从美学的角度来看，该割草操作引起平凡的切割。更好的切割均匀性事实上将要求至少另一轮切割。调整切割高度对前面提到的植物材料的积聚也是无效的，植物材料的积聚在刀具外壳的草草清洁之后形成或者突然形成，取决于被切割植物的密度和湿度条件。

在配备有用于驱动刀片的热发动机的割草机上，可以在一定程度上克服阻碍刀具外壳并且妨碍刀片的自由旋转的切屑的积聚。

事实上，至少一些热发动机配备有反冲起动绳。操作人员致动起动绳以起动马达通常引起刀片以在刀片的旋转轴线的较大转矩沿切割方向的强制旋转。此外，起动绳的致动可能由于该旋转而足以使阻塞刀具外壳的植物团块移位。

相比之下，对于没有手动起动绳的电动割草机而言，刀具外壳中的植物团块问题仍未解决。因此，当电动马达的起动转矩不足以克服植物团块的阻力时，切割刀片仍然被卡滞。

在这种情况下，使团块移位需要使用者在刀片上且特别是在其切割部分附近进行干预。这种干预不仅耗时，而且最重要的是危险。因此这是不可取的。

文献US 7,797,915描述了一种卷轴式割草机和一种卷轴清理系统，其利用卷轴响应于来自旋转速度传感器的信号的反转。

发明内容

本发明旨在提出一种不存在上述困难的电动割草机。

一个目的尤其在于提出一种设置有刀片的自动松开或释放功能的电动割草机，使用者不必对刀片进行干预。

本发明的一个目的还在于提出一种即使存在可能妨碍刀片的自由旋转的任何植物团块也能够起动的电动割草机。

本发明的又一目的在于提出一种能够克服导致刀片的减速或甚至卡滞的在割草时的堵塞状况的电动割草机。

最后，本发明的一个目的在于提出一种用于控制实现了切割刀片的自动释放的电动割草机的方法。

为了实现这些目的，本发明更具体而言涉及一种电动割草机，其包括：

-至少一个旋转切割刀片，

-用于驱动所述切割刀片的旋转电动马达，

-所述电动马达的电子控制单元，该电子控制单元配置成用于控制所述电动马达在割草阶段期间沿第一旋转方向的旋转，以及用于控制所述电动马达在刀片的起动阶段期间沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向的旋转。

根据本发明，

-所述电动马达是无刷型的马达(无刷电机)，并且

-所述控制单元设置有用于测量所述电动马达的至少一个绕组中的感应电流的测量电路，并且配置成响应于所述电动马达的该绕组中不存在感应电流而启动该起动阶段。

所述控制单元还可以配置成在电动马达的起动期间检测可能的刀片卡滞状况并且响应于卡滞状况而自动启动刀片起动阶段。

在以下公开内容中，为简化起见而参考了单个切割刀片和用于驱动该刀片的单个电动马达。然而，应当指出的是，根据本发明的割草机可以配备有多个切割刀片。切割刀片可以是在割草机的割草位置围绕大致竖直轴线或围绕大致水平轴线转动的刀片。在设置有螺旋切割卷轴的割草机的情况下，刀片围绕大致水平轴线转动。

在割草机具有多个刀片的情况下，可以设置用于驱动各刀片的单个电动马达。也可以构想多个驱动马达，例如每个刀片一个马达。所述电子控制单元于是配置成用于控制各种切割刀片的一个或多个驱动马达。

本发明基于由植物材料的团块构成的旋转障碍物不一定在刀片的两个可能的旋转方向上对抗相同的旋转阻力的既定事实。刀片的轻微移位运动常常显示至少可以在刀片回转的一部分上进行。

在刀片的启动阶段期间在第二旋转方向上对马达的短暂控制使得可以在刀片旋转的一部分上释放刀片并确保刀片的自由路线。如果该自由路线不完全释放刀片，则它允许刀片至少获取一定旋转速度并因此获取旋转动力矩。旋转动力矩用于在仅仅马达的转矩将不够的情况下克服可能的阻塞。另外，在与限定用于割草的旋转方向相反的回转部分期间，刀片也可能在其沿相反方向旋转期间遇到可能的植物材料丛，从而在其恢复沿切削工作的方向旋转之后使其不稳定并且减小其在下一次接触时的阻力。

在刀片起动的过渡阶段结束时，可以恢复沿第一旋转方向的旋转。

控制单元还可以配置成检测刀片在起动阶段期间的持续阻塞状况，并且配置成在这种情况下产生除塞操作，该除塞操作包括对电动马达交替地沿第一和第二旋转方向的旋转的序列(顺序)进行控制。这对应于较不利的状况，在这种状况中起动阶段中的简单反向旋转不足以消除刀片的阻塞。对沿一个旋转方向然后在反方向的新旋转序列的控制允许用户坚持并增加克服刀片阻塞的机会。

除塞操作可以在以下情况下被中断：

-一旦阻塞状况消失，

-在预定持续时间、例如数秒结束时，

-在预定次数的方向反转、例如约10次反转结束时。

如果在该序列结束时刀片无法释放，则可以自动切断对马达的能量供给以便保护马达，并且—在适用的情况下—提醒操作人员以便他可以在刀片附近进行干涉。

起动阶段可以以不同方式启动。

根据第一可能性，控制单元配置成每当电动马达开始驱动切割刀片时自动启动刀片起动阶段。在这种情况下，可能存在的阻塞状况的检测不构成用于起动阶段的前提条件。电动马达的起动应理解为可以在储存期之后或割草机停止运行时发生的起动，或者可以在割草机处于使用中的同时旋转停止的情况下发生的起动。在后一种情况下，它为重新起动。

顺便说一下，当刀片在不存在割草机的用户针对刀片起动阶段的指令的情况下启动时，认为刀片起动阶段自动启动。

不认为用户起动或重新起动割草机的指令是在刀片起动阶段特有的指令。

根据另一可能性，并且如上所述，控制单元可以配置成在电动马达开始驱动切割刀片期间检测刀片堵塞，并且响应于堵塞状况的检测而自动启动刀片起动阶段。

因此，起动阶段不一定在所有起动情况下都启动，而是可以仅在检测出阻塞状况的情况下启动。同样，在这种情况下，阻塞状况对操作人员而言仍是显而易见的，操作人员的唯一动作是然后发起割草机起动。

由于它们在旋转中的联接，刀片阻塞状况也通过刀片驱动马达的阻塞来指示。可以认为阻塞对应于完全不存在旋转或对应于不足一圈的有限旋转，或者还对应于以比期望的旋转速度小得多、例如以10的系数的旋转速度的旋转。

最后，作为第三可能性，割草机可具有连接到马达控制单元的命令界面，该命令界面包括刀片起动阶段的触发元件。在这种情况下，起动阶段的启动需要割草机操作人员在界面的手动触发元件如旋钮、杠杆或踏板上的动作。

操作人员对刀片起动阶段的可能触发的存在不排除如前所述的自动触发。

为了刀片阻塞状况的检测，控制单元可设置有电动马达的绕组中的感应电流和—可能地—电动马达的供电电流的测量电路。

在无刷式刀片驱动马达的情况下，使用马达定子的绕组中的感应电流的测量结果来确定转子的位置并控制马达的供电电流。即使马达被供电，检测出不存在转子产生的感应电流也表征了马达和因此切割刀片的阻塞状况。

因此，可以在不使用与马达或切割刀片相关联的旋转或旋转速度传感器的情况下确定阻塞状况。

更具体地，可以为一个或多个定子绕组设置感应电流的测量电路。在本发明的上下文内使用的该类型的无刷电机实际上存在具有若干绕组(数量通常为三个或更多)的定子，它们被循环地施加供电电压以使马达旋转。例如，它是多相电压控制，例如三相控制器。

对于三相马达而言，感应电流的测量不是直接测量，而是由至少两个定子绕组中的电流的测量结果建立的间接测量。在定子绕组中循环的电流实际上取决于施加至绕组的电压、绕组的电阻、绕组的感应以及转子磁体在定子绕组的前方移动所引起的反电动势。该反电动势所引起的电流(称为感应电流)的一部分使得可以确定旋转、不存在旋转和在适用的情况下马达的旋转速度。如前所述，感应电流是间接测量的，因为它是基于在若干绕组测得的电流并基于上述其它参数确定的。

在这种情况下，可以认为马达的阻塞由于马达和刀片的旋转联接而指示刀片的阻塞。控制单元还可具有供电电流的测量电路。供电电流的测量指施加至定子的一个或多个特定绕组或全部定子绕组的电流。在这种情况下，切割刀片和马达的阻塞状况通过马达的简单电力过度消耗来表征。该选项不是要求保护的发明的部分。

该割草机可具有用于切割高度的调节机构作为附件。例如，该调节机构是电动千斤顶和千斤顶控制单元。该调节机构可构造成在刀片起动阶段或卡滞时自动增加切割高度。该切割高度调节机构例如可对割草机轮子的位置、切割单元相对于割草机框架的位置或切割刀片相对于割草机框架的高度位置起作用。

通过在刀片起动阶段增加切割高度，可以在起动阶段的片刻从刀片除去全部或一部分刀片下方或刀片对面可能存在的植物材料，并且因此促进刀片旋转的开始。

割草机的控制方法可具有：

-至少一个休止阶段，在此期间不对电动马达供电，

-至少一个割草阶段，在此期间对电动马达供电并且控制电动马达使之对应于切割刀片沿用于切割植物材料的旋转而沿第一旋转方向旋转，

-至少一个短暂的(暂时的，过渡的)刀片起动阶段，在此期间电动马达被暂时控制以便沿与第一旋转方向相反的第二方向旋转。

该方法的不同阶段可以被启动或重复多次。顺便说一下，不同阶段的次序可以与上述次序不同。

割草阶段对应于刀片沿适于切割可能存在的待割植物的方向旋转。这不一定意味着植物的实际切割，也不意味着刀片的切割区中实际存在植物。

以已经说明的方式，提供了多种可能性来启动刀片起动阶段。特别地：

-刀片起动阶段可以在起动电动马达时自动启动，

-刀片起动阶段可以响应于在电动马达起动时检测出刀片阻塞状况而被启动，

-刀片起动阶段可以响应于在割草阶段期间检测出刀片阻塞状况而被启动，

-刀片起动阶段可以响应于操作人员的指令而被启动。

可以认为，当连续地为电动刀片驱动马达上电(供电)时，刀片起动阶段在电动马达起动期间启动。

如前所述，刀片阻塞状况的检测可以通过不存在马达和/或刀片的旋转来表征。它也可以通过马达的异常慢的旋转速度来表征。

因此，并且根据该方法的一个特定实施方案，刀片起动阶段可以响应于电动马达沿第一旋转方向的低于基准速度的旋转速度的检测而被启动。

刀片起动阶段就割草机不是永久运转模式而言是短暂的。接下来是割草阶段，或在切割刀片的持续阻塞的情况下是休止阶段。

起动阶段就其持续时间优选地被限制而言也是短暂的。

刀片起动阶段例如可以在对应于切割刀片的一部分回转的时间长度上维持。

刀片起动阶段也可以在对应于0.5与5之间的切割刀片的转数的时间长度上维持。

在起动阶段结束时，该方法可体现为割草阶段的恢复或割草阶段的继续。

顺便说一下，割草阶段的恢复或割草阶段的继续可以以高于基准值的马达或刀片在刀片起动阶段期间的旋转速度为条件。

当旋转速度不够时，或在阻塞的情况下，割草机可以进入休止阶段。根据另一可能性，也可以启动以已经描述的方式包括沿第一旋转方向和第二旋转方向的旋转的交替的除塞阶段。

最后，并且如上所述，刀片启动阶段可包括割草机的切削高度的短暂提升。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在下文参考附图的描述中变得明显。该描述出于说明的目的给出而不是加以限制。

图1是根据本发明的推动式割草机的透视图。

图2是穿过切割刀片的驱动轴的图1的割草机的局部视图。

图3是示出了用于控制割草机的方法的主要方面的流程图。

具体实施方式

不同附图的相同或相似部分用相同的附图标记表示，使得可以从一幅图参照另一幅图。

图1的割草机为推动类型的割草机10。它包括安装在框架14上的切割单元20。该切割单元通过图1中不可见的平行四边形悬架连接到框架。该切割单元具有相对于框架14的竖直移动自由度，以便能使它移动靠近或远离地面并由此修改切割高度。切割单元的竖直移动通过电动千斤顶机构16来进行。

位于把手的端部处的界面18包括各种控制装置和可能的可视显示单元。它使得操作人员能够通过按需调整割草机的操作参数来操作割草机。

如图2中更好地示出的，切割单元20包括刀具外壳22，该刀具外壳收纳两个切割刀片24a、24b并且提供朝向图1中可见的收集箱26的被割掉的草屑的清除通道25。切割单元20还包括刀片驱动马达30。该刀片驱动马达是电动马达，并且在所示的示例中，它是无刷电机。

刀片驱动马达30包括马达轴32a，切割刀片24a中的一个安装在该马达轴的端部。具有齿轮的传动系统34在旋转上与马达轴32a和第二切割刀片24b安装在其上的第二轴32b结合在一起。传动系统的该组齿轮可以由带传动装置替代。因此，两个切割刀片24a和24b彼此一体旋转并与驱动马达30一体旋转。

切割单元20最后包括电动马达的控制单元40。该控制单元包括专用于管理从图1中可见的电池44向马达的供电的第一电子卡(电路板)42。该第一电子卡42能够控制施加至马达30的定子的不同绕组的电压和电压的序列，以设定马达的旋转、马达的旋转方向和马达的旋转速度。

控制单元40还包括用于确定转子在马达30的定子的一个或多个绕组中感生的电流的第二电子卡47。该第二电子卡包括连接到一个或多个定子绕组的一个或多个电流测量回路。它还从第一电子卡42接收马达的控制数据。基于测得的电流并基于从其推导的感应电流，第二电子卡47特别是能够推定转子在旋转和移动中的位置。这相当于测量与马达30一体旋转的刀片的旋转或不旋转。

第二电子卡47和电流测量电路也可用来确定马达的全局供电电流，并由该电流的异常增加来推导马达的阻塞状况。

控制单元40的其它电子卡48设置用于控制单元的附属功能，例如向前推进割草机的电动马达的控制、前述电动千斤顶16的控制或界面18的控制。

图3的流程图示出了割草机的操作并且特别是示出了电动刀片驱动马达30的控制。

图3的附图标记100对应于电动马达30的休止阶段，在此阶段期间电动马达30不会被供电。马达和刀片不转动。休止阶段100例如在割草机被收起时、它未使用时或在对例如切割刀片的人为干预期间使用。

可以通过操作人员对图1所示的界面18的按钮或按键开关的动作来引起马达的起动。电动马达的起动标志着从休止阶段100进入到割草阶段102，在该割草阶段期间电动刀片驱动马达被供电以沿第一方向旋转。第一旋转方向还对应于适合于割草的刀片的旋转方向。在割草阶段中，割草机可用于割掉植物，并且在适用的情况下用于将被割掉的植物材料收集在收集箱26中。

在所示的示例中，在起动瞬间从休止阶段100向割草阶段102的过渡可以以三种方式发生。

根据通过箭头104表示的第一可能性，从休止阶段进入到割草阶段可以是立刻的。切割刀片然后被启动沿植物切割方向旋转。

根据通过箭头106表示的第二可能性，从休止阶段进入到割草阶段可通过刀片起动阶段108的中介作用而发生。

如前所述，起动阶段108是持续时间短的短暂阶段，在该阶段期间电动刀片驱动马达通电以沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转。刀片起动阶段可伴随着切割单元的提升150的指令，由此在必要时限制切割刀片处的切割阻力。

根据通过箭头110表示的第三可能性，通过起动阶段108可以以无刀片阻塞的验证步骤112为条件。该验证例如通过使电动马达通电以沿第一旋转方向旋转并通过验证旋转传感器46(图2)是否发出旋转信号而发生。当不存在阻塞时，验证步骤112之后紧接着割草阶段102，如箭头114所示。在相反的情况下，验证步骤之后可接着刀片起动阶段108，如箭头116所示。

在刀片起动阶段108结束时，电动马达可直接进入到割草阶段102，如箭头118所示。起动阶段也可包括或接着无阻塞的验证步骤122，如箭头120所示。该步骤相当于前述无阻塞的验证步骤112。

如箭头124所示，刀片起动阶段108的无阻塞的验证步骤122之后在不存在阻塞的情况下接着割草阶段。

在相反的情况下，也就是说当存在阻塞时，刀片起动阶段108之后接着除塞阶段128，如箭头126所示。如前所述的，除塞操作128包括沿第一和第二旋转方向驱动电动马达的快速序列。该除塞操作在某种程度上相当于沿相反的旋转方向重复刀片起动操作多次。

在除塞步骤结束时设置有无刀片阻塞的新验证步骤132，如箭头130所示。

当验证步骤132能够观察到阻塞消除、也就是说马达和因此刀片的旋转时，接下来是割草阶段102，如箭头134所示。

相反地，在沿相反方向尝试预定转数之后或在预定持续时间之后没有在验证步骤132中看到的阻塞消除，接着返回休止阶段以便可以进行维护或手动操作以消除刀片的阻塞，如箭头136所示。该返回阶段可以关联有向操作人员提供故障信号(视觉或听觉信号...)。

附图标记142表示可能的旋转控制操作，该操作可以在割草阶段102期间发生，如图箭头140所示。这可以是刀片驱动马达的旋转或刀片的旋转的连续或定期验证。它相当于前述的验证步骤112、122和132。

在正常旋转的情况下，割草阶段102如箭头144所示继续。

在突然阻塞的情况下，马达的控制可以重复刀片起动阶段108，如箭头146所示。它可以伴随着切割单元的提升150。

需要重申的是，图3仅示出控制刀片驱动马达的一种特定可能性。

Claims (5)

1.一种电动割草机，它包括：

-至少一个旋转切割刀片(24a，24b)，

-用于驱动所述至少一个旋转切割刀片的旋转电动马达(30)，

-所述旋转电动马达的电子控制单元(40)，它配置成控制所述旋转电动马达在割草阶段(102)期间沿第一旋转方向的旋转，以及

用于控制所述旋转电动马达在刀片起动阶段(108)期间沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向的旋转，

其特征在于：

-所述旋转电动马达为无刷类型的马达，以及

-所述电子控制单元(40)设置有所述旋转电动马达的至少一个绕组中的感应电流的测量电路，并且配置成响应于所述旋转电动马达的该绕组中不存在感应电流而启动该刀片起动阶段。

2.根据权利要求1所述的电动割草机，其中，所述电子控制单元还配置成在所述旋转电动马达的每次起动期间自动启动所述刀片起动阶段。

3.根据权利要求1或2所述的电动割草机，其中，所述电子控制单元配置成检测所述至少一个旋转切割刀片在所述刀片起动阶段期间的阻塞状况以及引起除塞操作(128)，该除塞操作包括控制所述旋转电动马达交替地沿所述第一和第二旋转方向的旋转的序列。

4.根据权利要求1或2所述的电动割草机，包括切割高度的电动调节结构(16)，它构造成用于在刀片起动阶段期间短暂提升所述电动割草机的切割高度。

5.根据权利要求1所述的电动割草机，包括连接到所述电子控制单元的控制界面(18)，所述控制界面包括所述刀片起动阶段的触发元件。

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