CN201541473U

CN201541473U - 割草机

Info

Publication number: CN201541473U
Application number: CN2009202575756U
Authority: CN
Inventors: 强尼·鲍瑞那图
Original assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Current assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2019-11-13

Abstract

本实用新型公开了一种割草机，包括：壳体；连接在壳体上的直流电机，所述直流电机具有电机轴；用于割草的刀片，所述刀片连接在所述电机轴上，并具有至少一个切削刃；安装在壳体内的电池，所述电池在割草机工作时为直流电机提供能量，从而驱动刀片以一个切割速度旋转；控制装置，控制装置将所述切割速度固定在至少一个预设恒定转速。

Description

割草机

技术领域

本实用新型涉及一种电动的割草机，尤其是一种直流的电动割草机。

背景技术

作为适于快速高效的修整草坪的工具，割草机在城市绿化和家庭除草等场合应用广泛。出于降低空气污染的考虑，电动割草机较之汽动割草机更为受到欢迎，而直流无绳割草机由于其移动的自由性更受用户的青睐，并且，直流电机具有良好的调速性能，如可实现无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。

然而，各种割草机都依然给城市环境带来严重的噪声污染。

割草机的噪声主要由电机和刀片的高速转动所产生，通常可达到90分贝以上，而人在50分贝以上的噪音环境中就会感到明显的不适，所以割草机在工作时会严重影响周围的居民的正常生活。

割草机的切割刀片的转速通常在3000-4000转之间，这一速度具有非常优异的切割效果。但另一方面，切割刀片的转速在降低到低于3000转时，依然可以良好的切割较低的草。并且，降低割草机的工作转速，可以有效地降低割草机产生的噪声，但这同时也会带来割较高的草时的效率的下降。因此，选择合适的转速，在割草效率和噪声之间取得一个平衡是较难的，而且，这将使得割草机仅能割除较浅的草，从而限制了割草机的使用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低噪音的割草机。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种割草机，包括：壳体；连接在壳体上的直流电机，所述直流电机具有电机轴；用于割草的刀片，所述刀片连接在所述电机轴上，并具有至少一个切削刃；安装在壳体内的电池，所述电池在割草机工作时为直流电机提供能量，从而驱动刀片以一个切割速度旋转；所述割草机还包括：速度控制装置，可选择的将所述切割速度固定在至少一个预设恒定转速。

进一步的，所述的至少一个预设恒定转速位于每分钟2000转至每分钟3800转之间。

进一步的，所述的至少一个预设恒定转速位于每分钟2000转至每分钟3000转之间。

进一步的，包括速度选择机构，所述速度选择机构连接速度控制装置并设定速度控制装置将所述切割速度固定在预设恒定转速，或设定速度控制装置不限制刀片的切割速度。

进一步的，包括速度选择机构，所述速度选择机构连接所述速度控制装置并设定所述速度控制装置将所述切割速度固定在一个第一预设恒定转速，或一个不同于第一预设恒定转速的第二预设恒定转速，或不限制刀片的切割速度。

进一步的，所述第一预设恒定转速为每分钟2500转，所述第二预设恒定转速为每分钟3000转。

进一步的，所述速度控制装置包括速度传感器，用于检测刀片当前的切割速度；比较元件，用于确定当前的切割速度与所述预设恒定转速的偏差；能量控制元件，用于调整自电池提供给直流电机的能量，以使所述偏差趋近于零，切割速度变为与所述预设恒定转速相等。

进一步的，所述速度控制装置包括速度传感器，用于检测刀片当前的切割速度；比较元件，用于确定当前的切割速度与所述预设恒定转速的偏差；能量控制元件，用于调整自电池提供给直流电机的电压，以使所述偏差趋近于零，切割速度变为与所述预设恒定转速相等。

进一步的，所述速度传感器具体为霍尔传感器或光电传感器。

进一步的，所述比较元件具体为微处理器。

进一步的，所述能量控制元件具体为MOS场效应管。

进一步的，所述比较元件具体为可执行比例积分微分算法的微处理器，所述微处理器接受速度传感器的转速信号，用于计算并输出脉冲宽度频宽比信号到MOS场效应管，以控制MOS场效应管的导通关断时间。

本技术方案的有益效果是：割草机在保证切割效率的同时，具有较低的噪声，从而具有较小的环境污染和较佳的操作体验。

附图说明

图1为本实用新型的割草机的立体示意图；

图2为本实用新型的割草机的速度控制装置的结构框图；

图3为本实用新型的割草机的速度控制装置的电路框图；

图4为本实用新型的割草机的恒速控制流程图；

其中：

1 割草机 14 速度控制装置 28 速度选择机构

3 壳体 16 速度传感器 n 当前转速

4 电机 18 比较元件 n^* 预设恒定转速

6 电机轴 20 能量控制元件 Δn 转速偏差

8 刀片 22 凹槽 30 主开关

10 切割刃 24 内部凹陷区域 32 变压电路

12 电池 26 刀片腔体 34 变压电路

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

图1所示为本实用新型的具体实施方式的具有速度控制装置的直流的割草机1。割草机1包括壳体3，壳体3上设置有凹槽22，凹槽22用于安放电池12，该电池12为割草机1的各种功能提供能源。优选的，本实施例中采用额定电压36伏、额定电流12安的可充电电池，然而，其他型号的电池也是可用的，例如，额定电压24伏、额定电流17安的可充电电池。割草机1的壳体3上连接并延伸出供操作者握持以及推动割草机1行走的手柄，手柄上设置有割草机的功能控制部件，如开关和割草机的自驱速度调节元件。

图2为本实用新型的速度控制装置14的结构框图，进一步参照图2，割草机1还包括用于提供旋转输出以驱动刀片8割草的电机4，电机4具有一个输出旋转运动的电机轴6。本实施例中，电机4为直流电机，具体可以为直流永磁电机或者直流无刷电机；割草机1的壳体3在下方向割草机1的内部凹进，形成一个刀片腔体26，刀片腔体内容纳有用于切割修整草皮的刀片8，刀片8和割草电机4的电机轴6直接连接，中间不设任何减速齿轮系统。刀片8的两端的一个侧边分别形成切削刃10，切割刃10为弧形凸起形状，且刀片8具有一个内部凹陷区域24，用于抬高切割下的碎草。然而，刀片结构并不局限于上述的方式，例如，刀片可以整体成型为S状，也可以大致呈直线，刀片的具体形式并不影响本实用新型的实施。本实施例还包括用于沿着需要修整的草坪驱动割草机1的电动的驱动电机(图未示)，该驱动电机可操作地与电池12连接。

电池12和电机4之间设有速度控制装置14，速度控制装置14包括设置的临靠电机4的速度传感器16，速度传感器16用于监测电机4的当前转速n，并将监测到的当前转速n发送到比较元件18。比较元件18可选择的具有或不具有预设恒定转速n^*。当比较元件18具有预设恒定转速n^*时，速度控制装置处于恒速控制状态。比较元件18将速度传感器16传送的电机4的当前转速n与预设恒定转速n^*进行比较，用当前转速n减去预设恒定转速n^*，得出转速偏差Δn，并将与Δn相关的信号输出传递给能量控制元件16。能量控制元件16根据比较元件18输出的信号，调整自电池12提供给电机4的能量。具体为，当当前转速n大于预设恒定转速n^*，转速偏差Δn大于0时，能量控制元件16减少电池12提供给电机4的能量，使当前转速n降低，偏差Δn降低以趋近于0；当当前转速n小于预设恒定转速n^*，转速偏差Δn小于0时，能量控制元件16增加电池12提供给电机4的能量，使当前转速n增加，转速偏差Δn增加以趋近于0，速度控制装置14不断的根据转速偏差Δn调节电池12提供给电机4的能量，以保证电机4的转速保持为预设恒定转速n^*。当比较元件18不具有预设恒定转速n^*时，速度控制装置14不对电机的转速进行限制，速度控制装置14处于全速控制状态。需要指出的是，由于电机4的电机轴6和刀片8直接连接，所以，刀片的切割速度等于电机的当前转速n。

比较元件18的预设恒定转速n^*是可选择的，操作者可以根据工作需要选择。预设恒定转速n^*可以采用无极调速方式或者档位调节方式进行设定。本实施例中的速度控制装置14具有两档可调节的预设的恒定速度值n^*，分别为2500转每分和3000转每分。

图3所示为本实用新型的速度控制装置14的电路框图，该电路包括主开关30，主开关30用于控制整个电路的打开和关断；比较元件18，具体形式为微控制器(MCU)，速度传感器16，具体形式为霍尔传感器(Hall Sensor)或光电传感器，能量控制元件20，具体形式为MOS场效应管(MOSfet)。如业界人士容易知悉的，这些元件的具体形式的选择是多样的，不限于本电路框图中的具体形式，例如，比较元件18也可以为模拟比较电路，速度传感器16可以为任何类型的转速度传感器。

微控制器为本实施例的割草机1的主控芯片，其用于监控割草机1的特定工作参数的信号，根据信号计算发出相应的工作指令。例如，在割草机1发生堵转时发出停机的指令，以及，在操作者将速度设定为2500转每分时，控制电机以基本上2500转每分恒速转动(在工业上，电机的转速允许有上下5％的误差，即基本上2500转每分是指电机转速在2500转每分上下浮动，但位于每分钟2375至每分钟2625转之间)。

该电路还包括电源，即可充电的电池12。电池12通过主开关30以及第一个变压电路32，第二个变压电路34与微控制器相连，给微控制器提供稳压5伏电源。

该电路中还包括具体为直流永磁电机的电机4。电机4与具体为MOS管的能量控制元件20一起，与电池12及主开关30串联。

该电路包括电机转速监测部分。如前所述的，可以采用各种转速表传感器直接监测电机4的转速，也可以通过监测电机4的电压或者电流间接计算出电机4的转速，其具体形式不在此赘述。在本实施例中，采用霍尔传感器检测电机的当前转速n，其实现方式为：在电机轴6上套设4对极磁环，在贴近极磁环的位置设置霍尔感应部件，这样，电机轴每转动一周，霍尔感应部件输出四个电压方波信号，并输出到微控制器的转速信号输入端。微控制器通过单位时间内采集的电压方波信号的数量，即可换算得出电机的当前转速n。如前所述的，电机4和刀片8之间不具有任何减速机构，即电机4的当前转速n即为割草机1的刀片8的切割速度。

该电路还包括具体为MOS场效应管的能量控制元件18。MOS场效应管具有根据接收到的脉冲宽度频宽比，迅速的导通、关断的作用。在本实施例中，微控制器以2000HZ的频率输出脉冲宽度频宽比信号，即脉冲宽度频宽比信号具有周期T＝0.5毫秒。该脉冲宽度频宽比信号经MOS场效应管驱动电路放大，由5伏变为12伏，以驱动MOS场效应管导通关断。在周期T内，脉冲信号具有一个高电平和一个低电平，高电平和低电平在周期T内持续时间长度的比值即为可变化的脉冲宽度频宽比。其中，在脉冲信号为高电平时，MOS场效应管处于导通的状态，此时电池12的电压可以通过MOS场效应管施加到电机4上；在脉冲信号为低电平时，MOS场效应管处于关闭的状态，此时电池12的电压无法通过MOS场效应管施加到电机4上(但可以通过二极管续流)。这样，通过调节MOS场效应管的脉冲宽度频宽比，即可以调节周期T内电压有效的施加到电机4上的时间，即可以调节周期T内电池12传输给电机4的能量，以及在宏观上一定时间内电池12两端的电压。由于周期T持续时间短，在操作者可感知的时间上电机4始终是被驱动的。

该电路还包括速度选择机构28，该速度选择机构28连接微控制器的端子，通过电平高低的变化设定比较元件18(即微处理器)及割草机1的速度控制装置4的状态，供操作者操作选择电机4及刀片8转动速度的控制方式。在本实施例中，速度选择部件22可以选择三种速度模式，分别为恒速2500转每分、恒速3000转每分、全速转动。

图4为本实用新型的恒速调节流程图。

如图4，主开关30打开时，控制电路通电，微控制器被预置，预置包括微控制器内的寄存器初始化，以及定时器复位调整。在本阶段，微控制器会读取速度设定部分输入的信号，设定预设恒定转速n^*。

微控制器预置后，进入堵转判断阶段。

在某些环境中，例如由于刀片8撞击到物体，或者割草机1进入非常深的草时，割草机1的刀片8会急剧减速，这时电机4发出的电流会骤增至一个非常高的数值，为了保护电机4和驱动电路，这时应该关断割草机1。

微控制器接收霍尔传感器发送的电压方波信号，并通过单位时间内的方波信号数量换算得出微控制器可识别的电机4及刀片8的当前转速n。然后，将换算得出的电机4的当前转速n与预设堵转转速n_d相比较，若电机4当前转速n高于预设堵转转速n_d，则判定割草机1未堵转，程序进入下一阶段；若电机4的当前转速n低于预设堵转转速n_d，则开始计时，若在预设堵转时间t_d内，当前转速n上升至高于预设堵转转速n_d，则判定割草机1未堵转，程序进入下一阶段；若电机4当前转速n在预设堵转时间t_d内始终低于预设堵转转速n_d，则判定割草机1处于堵转状态，微控制器关断电机4，割草机1停机。在实践上，将预设堵转转速设定在100至400转之间，将预设堵转时间设定在2至5秒之间是合适的，本实施例中，优选的，预设堵转转速n_d设定为200转每分，预设堵转时间t_d设定为3秒。

若在堵转判断阶段判定割草机1未堵转，程序进入转速调节阶段。

如前所述的，转速调节的原理为，在恒速控制的状态下，微控制器内预置有预设恒定转速n^*，微控制器调节输出的脉冲宽度频宽比信号的频宽比，从而变化MOS场效应管的导通时间，在MOS场效应管导通时，电机4的两端才会受到直流电池12的电压，在不导通时，电机4的两端没有受到电压，这样，通过调节脉冲宽度频宽比信号的频宽比，可以调节一定时间周期内施加给电机4有效电压的时间比例，进而调节在宏观上一定时间内施加到电机4两端的电压，以及电池12输出的能量，进而调节当前转速n。当电机4的当前转速n低于预设恒定转速n^*时，微控制器调节降低脉冲宽度频宽比信号的频宽比，电机4两端的电压以及接受的能量增加，电机4的当前转速n得到提高，使之接近于预设恒定转速n^*；当电机4的当前转速n高于预设恒定转速n*时，微控制器调节提高脉冲宽度频宽比信号的频宽比，电机4两端的电压以及接受的能量减少，电机4的当前转速n降低，使之接近于预设恒定转速n^*。

具体的，微控制器将电机1的当前转速n和预设恒定转速n^*比较，得出转速的偏差Δn，微控制器根据偏差Δn计算得出当前为达到预设恒定转速n^*应输出脉冲宽度频宽比信号，脉冲宽度频宽比信号经MOS场效应管驱动电路放大并传递到MOS场效应管，以控制电池12特定时间内输送给电机4的能量，达到预设恒定转速n^*。

在本实施例中，微控制器采用比例积分微分(PID)算法计算其输出的脉冲信号频宽比。比例-积分-微分(PID)算法是工业上常见的控制算法。在PID控制里，这个算法会计算比例，积分，微分的响应和这三者的和，以此来计算真实的输出。

进一步的，本实施例采用增量式PID算法。在调节过程中，微处理器每50毫秒对电机转速进行取样计算，并将其存储，微处理器根据当前转速、前次转速，再前次转速进行比例积分微分计算，得出输出脉冲宽度频宽比信号。

具体的，脉冲宽度调制信号的频宽比可根据以下的方法计算来获得：

第一、霍尔传感器测量电机4的当前转速n，输出电压方波信号到微控制器。

第二、微控制器记录当前电机4当前转速n、前次电机转速n1、再前次电机转速n2，并计算它们的偏差。

第三、根据转速偏差，调整脉冲宽度频宽比(PWM占空比)。

第四、MOS场效应管根据接收的信号调节电机4两端的电压，调节转速逼近于预设的恒定转速。

然后，程序返回计算电机4的当前转速n的阶段，按前述的判断堵转、计算脉冲宽度频宽比，调节电机4转速，这样循环继续，直到割草机1停机为止。

以下描述预设恒定速度n^*的选择。

通常意义上，转速与噪声相对应的升高和降低：转速升高，噪声升高；转速降低，噪声降低。同时，转速与切割效率同样对应的升高和降低。转速升高，切割效率升高；转速降低时，切割效率也随之降低。因而，在寻求低噪声的同时必须兼顾切割效率，寻找一个恰当的转速，达到噪声和切割效率的一个平衡点。

在割草机实际的使用中，在以特定的方式切割某些特定的草况的草时，并不需要极高的效率，这时，较高的转速在没有明显的提高切割效率的同时，还带来了额外的噪音污染。通常，标准的草高为90mm，而割草机1具有切割深度的调节机构，以选择性的将草切割到不同的高度。操作者并不总是以最深的切割深度来切割。如同业界所常见的，本实施方式的割草机1具有1-6档可调节的切割高度，1档切割最浅，需要的切割转速最低，然后切割深度依次上升，到6档切割最深，需要的切割转速最高。在标准密度的草况下，在切割转速为2000转的时候，割草机1处于1、2档时切割依然可以有良好的切割效率，在切割转速为2500转时，割草机1处于1、2、3、4档依然可以有良好的切割效率，在切割效率为3000转时，1、2、3、4、5、6档均可以有良好的切割效率。结合噪声综合考虑，在2000转时，噪声很低，然而适用范围也比较小，仅能切割很浅的深度。转速上升达到2500转时，噪声有所升高，但依然处于可接受的范围，并且，可以切割1、2、3、4档的切割深度，进而，转速上升到3000转每分时，噪声再次提升，切割范围也提升，可以切割标准草况各个档位的切割深度。因而2500转每分和3000转每分具有较高的可实施性和适应性，噪声较低而且应用范围较广。然而，密度大于标准草况的草坪也是常见的，为了尽可能的保证切割效率，并仍然控制噪声，割草机1可以进一步的具有切割转速3800转每分的预设恒定转速。

以上所描述的为一种优选的实施方案，在实际设计中，根据地区差异和使用习惯的差异，预设恒定转速可以在2000转每分到3800转每分之间作合适的选择，为了尽可能的控制噪声，预设恒定转速应尽可能的在2000转每分到3000转每分之间作合适的选择，如2100转每分，2400转每分，2700转每分等。

根据测试，当环境噪音在50分贝左右时，本实施例的割草机在2500转恒速档下，切割噪音在73分贝左右；在3000转恒速档下，切割噪声在76分贝左右，远低于普通割草机95分贝左右的噪音。因此，本实施例的割草机设置的具有2500转每分和3000转每分两个预设恒定转速。然而，2000转到3000转之间噪声都仍是可以接受的，并且也可以或宽或窄的可以应用到实际的割草情景中。

进一步的，本实施例的割草机1还具有全速档，在这个档位，微控制器仅仅判断割草机1是否堵转，不对割草机1的切割速度做任何的限制，以适于在一些特别密集的草地工作，这时，噪声控制相对处于次要的地位，而看重切割效率。

本实用新型的割草机在保证切割效果的情况下，极大的降低了切割噪音，在切割高度较低时，噪声的降低尤为明显。

Claims

1.一种割草机(1)，包括：

壳体(3)；

连接在壳体上的直流电机(4)，所述直流电机具有电机轴(6)；

用于割草的刀片(8)，所述刀片连接在所述电机轴上，并具有至少一个切削刃(10)；

安装在壳体内的电池(12)，所述电池在割草机工作时为直流电机提供能量，从而驱动刀片以一个切割速度旋转；

其特征在于：

所述割草机还包括：可选择的将所述切割速度固定在至少一个预设恒定转速的速度控制装置(14)。

2.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：所述的至少一个预设恒定转速位于每分钟2000转至每分钟3800转之间。

3.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：所述的至少一个预设恒定转速位于每分钟2000转至每分钟3000转之间。

4.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：包括速度选择机构，所述速度选择机构连接速度控制装置并设定速度控制装置将所述切割速度固定在预设恒定转速，或设定速度控制装置不限制刀片的切割速度。

5.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：包括速度选择机构，所述速度选择机构连接所述速度控制装置并设定所述速度控制装置将所述切割速度固定在一个第一预设恒定转速，或一个不同于第一预设恒定转速的第二预设恒定转速，或不限制刀片的切割速度。

6.根据权利要求5所述的割草机，其特征在于：所述第一预设恒定转速为每分钟2500转，所述第二预设恒定转速为每分钟3000转。

7.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：所述控制装置包括用于检测刀片当前的切割速度的速度传感器(16)；用于确定当前的切割速度与所述预设恒定转速的偏差的比较元件(18)；用于调整自电池提供给直流电机的能量的能量控制元件(20)。

8.根据权利要求1所述的割草机，其特征在于：所述控制装置包括用于检测刀片当前的切割速度的速度传感器(16)；用于确定当前的切割速度与所述预设恒定转速的偏差的比较元件(18)；用于调整自电池提供给直流电机的电压的能量控制元件(20)。

9.根据权利要求7或8所述的割草机，其特征在于：所述速度传感器具体为霍尔传感器或光电传感器。

10.根据权利要求7或8所述的割草机，其特征在于：所述比较元件具体为微处理器。

11.根据权利要求10所述的割草机，其特征在于：所述能量控制元件具体为MOS场效应管。

12.根据权利要求11所述的割草机，其特征在于：所述比较元件具体为可执行比例积分微分算法的微处理器，所述微处理器接受速度传感器的转速信号，用于计算并输出脉冲宽度频宽比信号到MOS场效应管，以控制MOS场效应管的导通关断时间。