JP2008237189A - 電動刈払機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータのスイッチを入れてから早く刈刃の回転数が常用領域に到達し、且つ常用領域内で精度良く刈刃の回転数が調整できる電動刈払機を提供する。
【解決手段】遠心クラッチを介して刈刃を回転させる電動モータと、電動モータの回転数を操作量に応じて調整可能な回転数調整用の操作手段とを有する電動刈払機において、
前記操作手段の操作量に対して電動モータの回転数が連続的に変化する量の比は、電動モータの停止状態から遠心クラッチ締結までの回転数範囲を含む立ち上げ領域と、電動刈払機による刈払作業に適した回転数範囲に対応する常用領域と、立ち上げ領域から常用領域に至るまでの電動モータの回転数範囲に対応する遷移領域とを設定し、遷移領域における操作手段の操作に対する電動モータの回転数の変化率が、立ち上げ領域および常用領域におけるそれよりも大きいことを特徴とすることによる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動刈払機、特に、電動モータ回転数調整用の操作手段の操作量によって刈刃の回転数を調整する電動刈払機において、刈刃の回転数を常用領域で精度良く調整できる電動刈払機に関する。

近年、従来のエンジンで駆動する刈払機の振動、騒音の問題から、電動モータで駆動する刈払機が注目されている（例えば、特許文献１）。電動刈払機は、振動、騒音の対策以外にも軽量化が図られ、刈払作業時の取り扱いが容易になるように考慮されている。

従来の電動刈払機は、刈払作業する環境に応じて刈刃の回転数を調整できるように、種々の構成が採用されている。最も簡単な構成は、例えばエコモードと高速モードの２段階調整である。エコモードは、刈刃の回転数を低速にして刈払作業を行い、バッテリで電動モータを駆動している場合に、なるべくバッテリの消費電流を低く抑え、バッテリの使用時間を長くしようとするものである。即ち、エコモードは、通常の量の草木を刈払する場合に使用するモードであり、バッテリ１回の充電で行える作業時間は、少なくとも或一定時間であるように設計されている。

高速モードは、太めの小枝を払うとき等、刈刃に負荷が掛かる場合に使用するモードであり、刈刃を高速回転させるためにバッテリの消費電流は高くなる。即ち、高速モードは、通常の刈刃の回転数では作業ができない場合といった特定状況下で使用するモードであり、この高速モードでの作業時間は長くないことが想定されている。

その他、刈刃の回転数を２段階以上に変化する構成も考えられるが、基本的な技術思想は上記と同様である。即ち、刈刃に掛かる負荷に応じて所定の回転数に段階的に切り替えてバッテリの消費電流を抑え、刈払の作業時間をできるだけ長くするというものである。

上記で説明した電動モータの回転数を段階的に切り替える方法は、例えば、切り替えスイッチ等により電動モータに印加する電圧、パルス数等を段階的に変える等、任意に設計することができる。

一方、刈刃の回転数を連続に変化できる構成のものは、電動モータ回転数調整用の操作手段の操作量を連続的に変えることにより為される。電動モータ回転数調整用の操作手段として例えばスロットルレバーによって構成することが可能であり、スロットルレバーの操作量、即ち開度により、刈払の作業環境に応じて刈刃の回転数を設定できるようになっている。この構成によれば、スロットルレバーを操作することにより、必要に応じて刈刃の回転数を調節できるので、バッテリの消費電流を抑え、総合の作業時間を長くすることが可能である。

この場合、スロットルレバーの操作量に対して刈刃の回転数、即ち電動モータの回転数が略直線的（リニア）に変化することが好ましい。例えば特許文献２には、モータコイルの自己インダクタンスに起因した供給電流の立ち遅れがある場合でも、マニュアル操作量とモータの回転数との関係をリニアな関係に近づけることが可能な回転速度制御回路が開示されている。

特開２００６−２１７８４３号公報 特開平５−１２２９７９号公報

上記従来の刈刃の回転数を段階的に切り替える方法の場合、電動モータのスイッチを入れた状態から、早く刈払作業ができる状態に移行することができるものの、作業をしている状態で刈刃の回転数を調整することができない。通常、作業に適したモータの回転数はある程度の幅を有しており、この幅内で刈刃の回転数を調整できれば作業を効率良く行うことができることとなる。例えば、通常の作業に適した刈刃の回転数の範囲（常用領域）を６０００〜８０００ｒｐｍとすると、刈払する草木の量が少ないときは略６０００ｒｐｍで作業を行い、草木の量が増えるにつれ回転数を上げ、草木の量が最も多いときでも略８０００ｒｐｍで作業を行えば作業効率は向上すると共に、バッテリの使用時間も長持ちすることとなる。しかしながら、刈刃の回転数を段階的に切り替える方法では、上記の状況に応じた調整は不可能であり、結果として作業効率の低下につながる。また、電動モータをバッテリで駆動している場合には、不必要に刈刃の回転数を上げていることもあるため、１回の充電で使用できる時間が短くなる。

スロットルレバー等の操作量によって、電動モータの回転数を略直線的に変化させる方法の場合、まず電動モータのスイッチを入れてから常用領域の電動モータの回転数に到達するまでスロットルレバー等を操作しなければならない。このスロットルレバーの操作量はできるだけ少ない程、短時間で刈払作業に入れることになる。しかし、この操作に対する電動モータの回転数の変化率を全回転数領域において変化させることなく、比例的に変化させているため、常用領域の電動モータの回転数に到達するまで、所定の時間を要することとなる。このため、断続的に刈払機を使用するような場合、この毎回の立ち上げ時間が使い勝手を低下させることとなる。

更に、電動モータの回転数が、常用領域の下限の回転数に到達すれば、この常用領域の下限の回転数と、常用領域の上限の回転数の間で、刈刃の回転数を比例的に調整できるので、刈払する草木の量に応じて回転数を調整することが可能となる。しかしながら、全回転数領域において操作に対する回転数の変化率を変化させることなく一定となるよう設定しているため、操作量に対する回転数の変化率が大きく、常用領域に適したものとはいえない。即ち、僅かなスロットルレバー等の操作に対して電動モータの回転数の変化が大きいため、回転数の精度良い調整ができず、作業ストレスの原因になっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は電動モータのスイッチを入れてから早く刈刃の回転数が常用領域に到達し、且つ常用領域内で精度良く刈刃の回転数が調整できる電動刈払機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の電動刈払機は、
遠心クラッチを介して刈刃を回転させる電動モータと、該電動モータの回転数を調整可能な操作手段と有する電動刈払機において、前記操作手段の操作範囲を複数の領域に区分し、該複数の領域は、少なくとも、前記電動モータの停止状態から遠心クラッチが締結されるまでの前記電動モータの回転数範囲を含む立ち上げ領域と、前記電動刈払機による刈払作業に適した前記電動モータの回転数範囲に対応する常用領域と、前記立ち上げ領域から前記常用領域に至るまでの前記電動モータの回転数範囲に対応する遷移領域から構成され、該遷移領域における前記操作手段の操作に対する前記電動モータの回転数の変化率が、前記立ち上げ領域および前記常用領域におけるそれよりも大きいことを特徴とする。

かかる構成を採用することにより、電動モータのスイッチを入れ遠心クラッチが締結した後、僅かな操作量で、電動モータの回転数をいち早く常用領域に到達させること、及び常用領域で刈払する草木の量に応じて電動モータの回転数をより高精度に調整することが可能となる。常用領域とは、常識的な通常の草木の量を普通に刈払することに適した電動モータの回転数域である。従って、電動モータのスイッチを入れて短い立ち上がり時間で草木の刈払作業を行うことが可能であり、特に断続的な作業の場合のような立ち上げ領域の通過の回数が多くなる場合の無駄時間を少なくすることができる。また、刈払する草木の量に応じて電動モータの回転数をより高精度に調整できるため使い勝手が良く、電動モータをバッテリで駆動している場合は、バッテリの消費電流を効率良く抑えることができ、１回の充電で使用できる作業時間を長くすることが可能となる。

請求項２に記載の電動刈払機は、
前記常用領域に対応する前記操作手段の操作範囲の方が、前記立ち上げ領域に対応する前記操作手段の操作範囲よりも広いことを特徴とする。

かかる構成を採用することにより、常用領域における操作手段の操作範囲が広いため、常用領域での電動モータの回転数の細かな調整をする際に、スロットルレバーの使い勝手が良く、作業効率も向上する。

請求項３に記載の電動刈払機は、
前記複数の領域は、前記常用領域を超える回転数範囲に対応する高回転領域と、前記常用領域から前記高回転領域に至るまでの前記電動モータの回転数範囲に対応する第２の遷移領域をさらに具備し、該高回転領域における電動モータの回転数は、前記操作手段の操作量に拘わらず一定であることを特徴とする。

操作手段の操作量が、前記常用領域における電動モータの回転数を超える高い回転数に対応する操作手段の高回転領域では、前記操作量に拘わらず前記回転数が一定であることを特徴とする。これにより、この高回転領域では、回転数調整用の操作手段の操作を気にする必要がないので、安全に作業することが可能である。例えば、スロットルレバー式の操作手段等の場合、スロットルレバーを握り締めて作業を行うことも可能である。

請求項４に記載の電動刈払機は、
前記回転数調整用の操作手段は、スロットルレバーによって構成され、前記操作量は、前記スロットルレバーのスロットル開度であることを特徴とする。従って、操作量の設定や調整が極めて容易であり、電動モータの回転数の調整手段を簡単な構成で実現することが可能となる。従って、作業者は電動刈払機のハンドルを握ったままで電動モータの回転数を簡単に操作することができることとなり、刈払作業を安全に行うことが可能となる。

本発明の電動刈払機によると、以下の効果が期待できる。
（１）電動モータの回転数を早く常用領域まで上げることができる。
（２）常用領域ではスロットルレバーの操作に対して電動モータの回転数の変化率が小さいので電動モータの回転数をより高精度に調整することが可能である。
（３）上記（１）、（２）により電動モータをバッテリで駆動した場合、バッテリの消費電流を効率良く抑え、１回の充電で使用できる時間を長くすることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の電動刈払機１０の全体斜視図である。電動刈払機１０は、メインパイプ３２上のハンガー１８に取り付けられた肩掛バンド（図示していない）よって作業者の肩に担がれる。そして、作業者はメインパイプ３２にハンドル固定具２２によって取り付けられたハンドル２０を両手で握り作業する。なお、作業者がハンドル３２を両手で握って作業するために、ハンドル２０には左手グリップ２４と右手グリップ２６の両方が設けられている。

メインパイプ３２のハンドル２０より前方先端部には、ギヤケース３６に収納されたピニオンギヤ等のギヤ（図示しない）を介して刈刃３８が取り付けられている。メインパイプ３２のギヤケース３６近傍には、刈り取られた草木等の作業者への飛散を防止するために飛散防止カバー３４が取り付けられている。

メインパイプ３２のハンドル２０より後方部には、クラッチケース１９１を介してモータケース１４が取り付けられている。また、モータケース１４の上面にはバッテリ１２が取り付けられ、モータケース１４の側面にはモータユニットパネル１６が備えられている。モータケース１４内には電動モータＭが収納されており、この電動モータＭはモータユニットパネル１６によって制御され、モータケース１４内の電動モータＭ及びモータユニットパネル１６への電源はバッテリ１２より供給される。なお、モータユニットパネル１６は電動モータＭを管理、制御するために用いられるものであり、電動モータＭを停止させるためのメインスイッチ１７が設けられている。

電動刈払機１０は、モータケース１４内の電動モータＭの回転を、クラッチケース１９１内の遠心クラッチ１９、メインパイプ３２内の伝動軸（図示しない）及びギヤケース３６内のギヤを介して伝達することにより、刈刃３８を回転駆動する。

クラッチケース１９１内に収容された遠心クラッチ１９は、電動モータＭの回転を刈刃３８に伝達する経路を接続若しくは遮断するためのものである。即ち、この遠心クラッチ１９は、電動モータＭが停止している場合、遮断状態となっている。そして、メインスイッチ１７を入れ電動モータＭを所定の回転数まで上げると、遠心クラッチ１９が繋がり、電動モータＭの回転が刈刃３８に伝達される。その逆に、電動モータＭが所定の回転数以下に下がると遠心クラッチ１９が切れ、刈刃３８は電動モータＭと無関係に回転することとなる。したがって、刈払作業中に刈刃３８が草木等に引っ掛かり、刈刃３８の回転が停止すると、遠心クラッチ１９が切れて電動モータＭへの過負荷が回避されるように構成されている。

図２は、図１のスロットルレバー部分の要部拡大斜視図である。電動モータＭの回転数調整用の操作手段であるスロットルレバー２８は、ハンドル２０に固定されたスロットルレバー本体部４０に収容され、基準点Ｓから特定の角度範囲に亘り回動できる構成になっている。この特定の角度範囲を回動域４４として明示している。なお、この実施の形態において、基準点Ｓはハンドル２０を持って作業する作業者の身体側に位置し、指操作により刈刃３８側に略９０度回動できるようになっている。

スロットルレバー２８は、右手が右手グリップ２４を握っていても、親指等で操作でき、基準点Ｓから離れる方向（図２において左方向）に押し出すように移動させると電動モータＭの回転数が上がるように構成されている。逆に、スロットルレバー２８を基準点Ｓの方向（図２において右方向）に移動させると電動モータＭの回転数が下がり、基準点Ｓでは電動モータＭの回転は止まるように構成されている。

スロットルレバー２８が取り付けられたスロットルレバー本体部４０には制御線４２が接続されており、この制御線４２はハンドル２０及びメインパイプ３２に沿って配設され、モータユニットパネル１６に接続されている。なお、スロットルレバー２８の上方で、右手グリップ２６の先端部にはスイッチボックス３０が設けられており、このスイッチボックス３０内には、ストップスイッチ３１が取り付けられている。このストップスイッチ３１の信号は、後述する制御回路４８に入力される。ストップスイッチ３１をＯＮ（図示していない）としたとき、電動モータＭは制御回路４８によりバッテリ１２からの電流供給が止められ停止される。一方、ストップスイッチ３１をＯＦＦ（図示していない）としたとき、電動モータＭは制御回路４８によりバッテリ１２から電流が供給され、スロットルレバー２８の操作に応じて回転可能な状態となる。

図３は、本発明の電動刈払機１０における電動モータＭの制御を説明するブロック図である。スロットルレバー本体部４０には、可変抵抗器（図示してない）が内蔵されており、スロットルレバー２８を操作することにより、可変抵抗器の抵抗値が変化する構成になっている。そして、可変抵抗器の抵抗値が、制御線４２を介して、アナログ信号として操作量変換部４６に入力される。

入力された可変抵抗器の抵抗値は、操作量変換部４６のＡＤ変換器によりデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号はＣＰＵやＲＡＭ等を備える制御回路４８に入力される。制御回路４８内では、予め定められたプログラムにより所定の演算等が為され、その演算結果に基づきモータドライブ回路４９へデジタル信号が出力される構成になっている。モータドライブ回路４９は、制御回路４８から指示を受けると、その指示に応じた電流を電動モータＭに供給することによりその回転数を増加若しくは減少させる。

図４は、本発明における制御回路４８による電動モータＭの回転数制御方法を示す。横軸はスロットルレバー２８のスロットル開度（度）であり、縦軸は電動モータＭの回転数（ｒｐｍ）である。スロットル開度は、スロットルレバー２８の基準点Ｓからの操作量を示し、この実施の形態では０度から略９０度までとしているが、０〜９０度に拘らず９０度以上としても良い。

電動モータＭの回転数は、スロットルレバー２８のスロットル開度に応じて変化する構成としている。また、スロットル開度を複数の領域に分け、各領域に対して異なる電動モータＭの回転数の変化率を設定している。すなわち、スロットル開度の各領域に対する電動モータＭの回転数の変化率がプログラム等により予め定められている。なお、この制御方法は、適宜、設計により変更することが可能であり、例えば、スロットル開度の変化に対して電動モータＭの回転数が曲線的に変化するように設定してもよい。

スロットル開度のうち、適量の草木の刈払作業が快適に行える電動モータＭの回転数（ｒｐｍ）略６０００〜８０００回転／分の範囲に対応する領域を常用領域としている。一方、前記電動モータＭの停止状態からクラッチ１９の締結までの電動モータＭの回転数０〜略１５００回転／分の範囲に対応する領域を立ち上げ領域としている。また、立ち上げ領域から常用領域に至るまでの電動モータＭの回転数略１５００〜６０００回転／分の範囲に対応する領域を第１の遷移領域としている。なお、図４に示す破線は、スロットルレバーの操作量と電動モータＭの回転数を単に比例的に変化させる従来の制御について示している。

スロットル開度０度から略１５度までの範囲は立ち上げ領域に対応している。立ち上げ領域でのスロットル開度に対する電動モータＭの回転数の変化は、従来の制御と同様である。なお、電動モータＭの回転数が略１５００回転／分になると遠心クラッチ１９が締結され、電動モータＭと刈刃３８は連動することとなる。この遠心クラッチ１９が繋がる回転数は適宜決定することが可能である。

スロットル開度略１５度から略２０度までの範囲は第１の遷移領域に対応している。第１の遷移領域におけるスロットル開度の変化に対する電動モータＭの回転数の変化は、立ち上がり領域と比較して急になっている。すなわち、スロットル開度の変化に対する電動モータＭの回転数の変化率が大きく、遠心クラッチ１９が繋がる略１５度から５度分スロットルレバー２８を回動させるだけで、電動モータＭの回転数が常用領域の下限の回転数６０００回転／分に到達することとなる。一方、従来の制御では、略５８度までスロットル開度を操作しないと常用領域の下限までは到達することはない。

したがって、本発明の電動刈払機は、電動モータＭの回転数をいち早く常用領域まで上げることができ、作業開始までの時間を短くでき、操作性がよい。また、刈払機を断続的に使用するような場合、毎回の常用領域までの立ち上げ時間を短くできるので、作業の無駄時間を短縮でき使い勝手が良い。

スロットル開度略２０度から略７０度までの範囲は常用領域に対応している。当該領域におけるスロットル開度と電動モータＭの回転数との関係は略比例的であるが、当該領域は略２０度〜略７０度までの略５０度の広い範囲に亘っている。すなわち、スロットル開度の変化に対する電動モータＭの回転数の変化率が小さく、常用領域におけるスロットルレバー２８の操作範囲が広くなる。

一方、従来の制御では、常用領域に対応するスロットル開度が略５８度〜略７６度までの略１８度の範囲に限られ、常用領域におけるスロットルレバー２８の操作範囲が狭い。

したがって、この実施の形態は、従来の制御と比較し、常用領域内における電動モータＭの回転数を精度良くこまめに調整することができるため、刈払する草木の量の僅かな変化など作業フィールドの状況に応じて電動モータＭの回転数を微調整することも可能である。また、作業者は、常用領域におけるスロットルレバー２８の操作範囲が広いため、使い勝手が良く作業時のストレスがない。

スロットル開度が略７０度以上の領域では、太めの小枝を刈払するといった目的で使用するため電動モータＭの回転数を略９５００回転／分で一定とする高回転領域と、常用領域から高回転領域に至るまでの電動モータＭの回転数範囲に対応する第２の遷移領域が設定されている。

スロットル開度略７０度から略７２度までの範囲は第２の遷移領域に対応している。第２の遷移領域におけるスロットル開度の変化に対する電動モータＭの回転数の変化率が大きく、スロットル開度略７０度から２度分スロットルレバー２８を回動させるだけで、電動モータＭの回転数が高回転領域の回転数９５００回転／分に到達することとなる。

スロットル開度略７２度以降の範囲は、高回転領域に対応している。この高回転領域で電動モータＭの回転数を一定としたのは、上記目的のために電動モータＭの回転数をこまめに調整する必要性があまりないこと、電動モータＭの回転数を調整できるようにすると作業時にスロットルレバー２８に気を取られ、安全上好ましくないことによる。

なお、上述のスロットル開度に対する電動モータＭの回転数の関係は、一つの例に過ぎず、作業環境等に応じて任意設計することが可能である。

次に、従来の電動刈払機と本発明の電動刈払機のフィールドでの作業時間の計測を行った。なお、同一容量のバッテリを用いており、電動モータＭの性能やスロットルレバー２８等は同一規格であり、スロットルレバー２８の操作量に対する電動モータＭの回転数の制御方法のみが異なる。即ち、従来の電動刈払機では、スロットルレバー２８の回動域４４の全域にわたり、操作量に対して電動モータＭの回転数が比例的に変化するのに対し、本発明の電動刈払機では前述のように複数の領域において電動モータＭの回転数の変化率が異なって設定されている。フィールドでの計測結果は、従来の電動刈払機では、バッテリ１回の充電で使用できる作業時間の最小が２０分、最大が６６分、平均が３６分であったのに対して、本発明の電動刈払機では、最小３５分、最大５５分、平均４３分であった。この結果から、本発明の電動刈払機は作業時間のバラツキを少なくして、１回の充電でバッテリを使用する時間を長くすることができた。これは、本発明の電動刈払機が常用領域までの電動モータＭの回転数の立ち上げ時間を短くし、また作業フィールドの状況に応じて精度良く回転数を変化させることができるため、無駄な消費電流を効率良く抑えた結果である。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、スロットル開度０〜９０度において、常用領域のスロットル開度の幅を略２０度〜略７０度に設定したが、刈払の作業環境に応じて任意に設定することができる。また、常用領域の電動モータＭの回転数を６０００〜８０００ｒｐｍとしたが、これも作業環境に応じて適宜決めることが可能である。

本発明による電動刈払機の全体斜視図である。 図１の電動刈払機の要部拡大斜視図である。 図１の電動刈払機の電動モータＭの制御ブロック図である。 本発明による電動刈払機のスロットル開度と電動モータＭの回転数との関係を示した特性図である。

符号の説明

１０ 電動刈払機
１２ バッテリ
１４ モータカバー
１６ モータユニットパネル
１８ ハンガー
１９ 遠心クラッチ
１９１ クラッチケース
２０ ハンドル
２２ ハンドル固定具
２４ 左手グリップ
２６ 右手グリップ
２８ スロットルレバー
３０ スイッチボックス
３２ メインパイプ
３４ 飛散防護カバー
３６ ギャケース
３８ 刈刃
Ｍ 電動モータ
Ｓ 規準点

Claims (4)

1. 遠心クラッチを介して刈刃を回転させる電動モータと、該電動モータの回転数を調整可能な操作手段とを有する電動刈払機において、
   前記操作手段の操作範囲を複数の領域に区分し、
   該複数の領域は、少なくとも、前記電動モータの停止状態から遠心クラッチが締結されるまでの前記電動モータの回転数範囲を含む立ち上げ領域と、前記電動刈払機による刈払作業に適した前記電動モータの回転数範囲に対応する常用領域と、前記立ち上げ領域から前記常用領域に至るまでの前記電動モータの回転数範囲に対応する遷移領域から構成され、
   該遷移領域における前記操作手段の操作に対する前記電動モータの回転数の変化率が、前記立ち上げ領域および前記常用領域におけるそれよりも大きいことを特徴とする電動刈払機。
2. 前記常用領域に対応する前記操作手段の操作範囲の方が、前記立ち上げ領域に対応する前記操作手段の操作範囲よりも広いことを特徴とする請求項１記載の電動刈払機。
3. 前記複数の領域には、前記常用領域を超える回転数範囲に対応する高回転領域と、前記常用領域から前記高回転領域に至るまでの前記電動モータの回転数範囲に対応する第２の遷移領域がさらに設定され、該高回転領域における電動モータの回転数は、前記操作手段の操作量に拘わらず一定であることを特徴とする請求項２に記載の電動刈払機。
4. 前記操作手段は、スロットルレバーによって構成され、前記操作手段の操作量は、前記スロットルレバーのスロットル開度であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動刈払機。

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