JP2011045345A

JP2011045345A - 作業機械

Info

Publication number: JP2011045345A
Application number: JP2009199065A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanimoto; 英之谷本; Kiyoshi Kato; 清加藤; Tomomi Yoshimizu; 智海吉水; Yoshihiro Hoshi; 芳浩星; Nobuhiro Takano; 信宏高野
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP5407669B2

Abstract

【課題】作業環境に応じて安定した出力を得ることが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】駆動制御回路５００が駆動する作業機械は、操作棹の一端に配置された電源部１５と、電源部１５から入力される電圧を変換して出力する電圧変換回路１０１と、操作棹の他端に配置されたモータ３４と、操作棹に挿通され電圧変換回路１０１の出力電圧をモータ３４に印加する電源線５ａ，５ｂと、モータ３４の動力を受けて作動する工具部と、から構成されており、操作棹と電源線５ａ，５ｂとは長手方向に分割及び連結可能なユニットから構成されている。接続状態検出回路１０２は、電源線５ａ，５ｂの接続状態及びモータ３４の印加電圧を検出する。演算部３０３は、接続状態検出回路１０２が検出した電源線５ａ，５ｂの接続状態及びモータ３４の印加電圧に基づいて、電圧変換回路１０１の出力電圧を制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は電動モータを駆動源とする作業機械に関する。

電動モータを駆動源とする作業機械には、例えばブレードにより草などを刈払う電動刈払い機がある。電動刈払い機は、ガソリンを利用するエンジン刈払い機と比較してランニングコストが低く、またモータ性能も向上していることから、普及台数を伸ばしている。

電動刈払い機の多くは、操作用のハンドルから延びるパイプ状の操作棹を備え、その先端部にモータを保持している。電動モータを駆動する電力は、ハンドルに設けられた電源部から、操作棹に挿通された配線を介して、電動モータに供給される。

また、上述の操作棹が伸縮可能な電動刈払い機が知られている。例えば、特許文献１には、操作棹が分割及び連結可能な複数のパイプから構成された電動刈払い機が開示されている。この電動刈払い機は、作業環境に合わせて操作棹の長さを変更できるため、操作性が良い。

実開平７−３６６１２号公報

特許文献１に記載された電動刈払い機によると、操作棹を構成するパイプの数に応じて電源部と電動モータとを接続する配線の長さ、すなわち抵抗が変化するため、電動モータの印加電圧及び出力が変化する。従って、作業環境により電動モータの出力を十分に得ることができない場合がある。

また、電動モータを駆動源とする作業機械では、作業環境によりモータ負荷が大きく変動し、安定した出力が得られない場合がある。

上記課題に鑑み、本発明は、作業環境に応じて安定した出力を得ることが可能な作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点による作業機械は、
操作棹に配置された電源部と、
前記操作棹に配置され、前記電源部から入力される電圧を変換して出力する電圧変換手段と、
前記操作棹に前記電源部から離間して配置された電動モータと、
前記操作棹の内部に挿通され、前記電圧変換手段の出力電圧を前記電動モータに印加する電源線と、
前記電動モータの動力を受けて作動する工具部と、を備え、
前記操作棹と前記電源線とは、前記電圧変換手段と前記電動モータとの間において、長手方向に分割可能かつ連結可能に構成された操作棹ユニットから構成され、
前記電圧変換手段と前記電動モータとは、少なくとも一つの前記操作棹ユニットを取り外して相互に接続可能に構成されており、
前記電源線の接続状態を検出する接続状態検出手段を更に備え、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した前記電源線の接続状態に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする。

前記電圧変換手段は、前記電動モータの印加電圧が所定の基準値と一致するように、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

前記接続状態検出手段は、前記電動モータの印加電圧を検出し、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した印加電圧に基づいて、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

前記接続状態検出手段は、前記電圧変換手段と前記電動モータとの間に接続された前記電源線の抵抗値を検出し、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した抵抗値に基づいて、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

前記接続状態検出手段は、更に前記電動モータの負荷変動を検出し、
前記電圧変換手段は、更に前記接続状態検出手段が検出した負荷変動に基づいて、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

また、本発明の第２の観点による作業機械は、
操作棹に配置された電源部と、
前記操作棹に配置され、前記電源部から入力される電圧を変換して出力する電圧変換手段と、
前記操作棹に前記電源部から離間して配置された電動モータと、
前記操作棹の内部に挿通され、前記電圧変換手段の出力電圧を前記電動モータに印加する電源線と、
前記電動モータの動力を受けて作動する工具部と、
前記電動モータの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記電圧変換手段は、前記電圧検出手段が検出した前記電動モータの印加電圧に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする。

前記電圧変換手段は、前記電圧検出手段が検出した前記電動モータの印加電圧と所定の基準値との偏差を求め、前記偏差が０になるように、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

前記電圧検出手段は、更に前記電動モータの負荷変動を検出し、
前記電圧変換手段は、更に前記電圧検出手段が検出した負荷変動に基づいて、出力電圧を制御する、
ことが望ましい。

前記工具部は前記電動モータに着脱可能に構成されており、
作業内容に応じて相異なる形態を有する複数の前記工具部を前記電動モータに装着して運転可能である、
ことが望ましい。

前記電動モータは前記操作棹に着脱可能に構成されており、
作業内容に応じて相異なる形態を有する複数の前記電動モータを前記操作棹に装着して運転可能である、
ことが望ましい。

前記電源部は前記操作棹に着脱可能に構成されており、
相異なる電源電圧を有する複数の前記電源部を前記操作棹に装着可能であって、
前記電圧変換手段は、前記電源部の電源電圧に対応して、該電源部の出力電圧を前記目標値に一致するように変換して出力する、
ことが望ましい。

前記電源部と前記電動モータとはそれぞれ前記操作棹の一端部と他端部とに配置され、
前記操作棹には、前記電源部と前記電動モータとの間に、作業ハンドルが設けられている、
ことが望ましい。

前記電圧変換手段は前記電源部に近接して設けられている、
ことが望ましい。

本発明によれば、作業環境に応じて安定した出力を得ることが可能な作業機械を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動刈払い機を示す側面図。図１に示された電動刈払い機を分割して示す側面図。図１に示された電動刈払い機をハンドル部とモータ部とを連結して示す側面図。図１に示された電動刈払い機のハンドル部を示す断面図。図１に示された電動刈払い機の操作棹ユニットを示す断面図。図１に示された電動刈払い機のモータ部を示す断面図。図１に示された電動刈払い機のジョイント部を（ａ）分割された状態、（ｂ）接続された状態、（ｃ）分割可能な状態で示す断面図。図７に示された凸ジョイント部を示す右側面図。図７に示された凹ジョイント部を示す左側面図。図１に示された電動刈払い機の駆動制御回路を示す機能ブロック図。図１０に示された電圧変換回路の出力電圧制御処理を示す動作フロー図。図１に示された電動刈払い機の駆動制御回路を示す機能ブロック図。図１２に示された電圧変換回路の出力電圧制御処理を示す動作フロー図。本発明の実施形態に係るカルチベータを示す側面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る作業機械は、図１及び図２に示す電動刈払い機１である。電動刈払い機１は、ハンドル部１０と、操作棹ユニット２０と、モータ部３０と、から構成されている。図２に示すように、ハンドル部１０と操作棹ユニット２０とモータ部３０とは、凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０とから構成されるジョイント部３を介して、相互に連結及び分割可能に構成されている。そして、図３に示すように、ハンドル部１０とモータ部３０とを直接に連結することが可能である。

ハンドル部１０は、図４に示すように、把持部１３と、把持部１３の前端部に設けられたパイプ１１と、パイプ１１の前端部に設けられた凸ジョイント部４０と、把持部１３の後端部に設けられた電源部１５と、把持部１３の後端部に収容された電圧制御基板１００と、パイプ１に挿通された配線１２と、から構成されている。

把持部１３は、ユーザが電動刈払い機１を保持するために、ハンドル状に形成されている。また、把持部１３には電動刈払い機１を駆動及び停止するためのトリガスイッチ１４が設けられている。

パイプ１１は、鋼又はアルミニウム合金等から形成された中空管である。

凸ジョイント部４０は、操作棹ユニット２０又はモータ部３０の凹ジョイント部５０を着脱可能に連結することができる。

電源部１５は、電動刈払い機１が消費する電力の供給源であり、把持部１３に着脱可能な二次電池から構成されている。

電圧制御基板１００は、後述する駆動制御回路５００（図１０）を構成する電圧変換回路１０１等を備えており、主に電源部１５の出力電圧を変換して出力する役割を果たす。

配線１２は、２本の電源線１２ａ，１２ｂと１本の信号線１２ｃとから構成され、電圧制御基板１００からパイプ１１に挿通されて凸ジョイント部４０へと延びている。

操作棹ユニット２０は、図５に示すように、パイプ２１と、パイプ２１の一端部及び他端部に設けられた凹ジョイント部５０及び凸ジョイント部４０と、パイプ２１に挿通された配線２２と、から構成されている。

パイプ２１は、鋼又はアルミニウム合金等から形成された中空管であり、ハンドル部１０のパイプ１１と略等しい外径及び内径を有する。

凹ジョイント部５０は、ハンドル部１０又は他の操作棹ユニット２０の凸ジョイント部４０を着脱可能に連結することができる。また、凸ジョイント部４０は、モータ部３０又は他の操作棹ユニット２０の凹ジョイント部５０を着脱可能に連結することができる。

配線２２は、ハンドル部１０の配線１２（電源線１２ａ，１２ｂ及び信号線１２ｃ）に対応して、２本の電源線２２ａ，２２ｂと１本の信号線２２ｃとから構成されており、凹ジョイント部５０から凸ジョイント部４０へと延びている。

なお、図１に示すように、操作棹ユニット２０の一つには補助ハンドル２９が設けられている。補助ハンドル２９は、操作棹ユニット２０の所望の位置に、着脱可能に構成されている。従って、作業者はハンドル部１０と補助ハンドル２９とを把持して作業をすることができる。

モータ部３０は、図６に示すように、パイプ３１と、パイプ３１の一端部に設けられた凹ジョイント部５０と、パイプ３１の他端部に設けられたモータハウジング３３と、モータハウジング３３に収容されたモータ３４及びモータ制御基板３００と、モータ制御基板３００からパイプ３１に挿通された配線３２と、から構成されている。

パイプ３１は、鋼又はアルミニウム合金等から形成された中空管であり、ハンドル部１０のパイプ１１及び操作棹ユニット２０のパイプ２１と略等しい外径及び内径を有する。

凹ジョイント部５０には、ハンドル部１０又は操作棹ユニット２０の凸ジョイント部４０を着脱可能に連結することができる。

モータハウジング３３はモータ３４とモータ制御基板３００とを収容している。

モータ３４は３相ブラシレス直流モータである。モータ制御基板３００は、後述する駆動制御回路５００（図１０）を構成するインバータ３０１、制御信号出力回路３０２、演算部３０３等を備え、主にモータ３４を駆動制御する役割を果たす。

配線３２は、ハンドル部１０の配線１２（電源線１２ａ，１２ｂ及び信号線１２ｃ）及び操作棹ユニット２０の配線２２（電源線２２ａ，２２ｂ及び信号線２２ｃ）に対応して、２本の電源線３２ａ，３２ｂと１本の信号線３２ｃとから構成されており、凹ジョイント部５０からパイプ３１に挿通されてモータ制御基板３００へと延びている。

なお、モータ３４の回転軸には、草などを刈払うための円板状のブレード３８が着脱可能に固定されている。そして、パイプ３１には、ブレード３８の一部を覆う保護カバー３９が設けられている。

次に、ハンドル部１０、操作棹ユニット２０、及びモータ部３０を相互に接続するジョイント部３について、詳細に説明する。上述のように、ジョイント部３は凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０とから構成されている。

凸ジョイント部４０は、ハンドル部１０及び操作棹ユニット２０に設けられている。図７（ａ）に示すように、凸ジョイント部４０は、パイプ４１と、パイプ４１の端部に突設された略円柱状のプラグ４３と、から構成されている。パイプ４１には、２本の電源線４２ａ，４２ｂと１本の信号線４２ｃとから構成される配線４２が挿通されている。プラグ４３は、配線４２（電源線４２ａ，４２ｂ及び信号線４２ｃ）に対応して、端面に突設された３本のピン４４ａ〜４４ｃを備えている。３本のピン４４ａ〜４４ｃは、２本の電源線４２ａ，４２ｂ及び１本の信号線４２ｃと、それぞれ電気的に接続されている。

なお、パイプ４１は、ハンドル部１０のパイプ１１及び操作棹ユニット２０のパイプ２１に相当する。また、配線４２（電源線４２ａ，４２ｂ及び信号線４２ｃ）は、ハンドル部１０の配線１２（電源線１２ａ，１２ｂ及び信号線１２ｃ）及び操作棹ユニット２０の配線２２（電源線２２ａ，２２ｂ及び信号線２２ｃ）に相当する。

凹ジョイント部５０は、操作棹ユニット２０及びモータ部３０に設けられている。凹ジョイント部５０は、パイプ５１と、パイプ５１の端部に没設された略円柱状のソケット５３と、から構成されている。パイプ５１には、２本の電源線５２ａ，５２ｂと１本の信号線５２ｃとから構成される配線５２が挿通されている。ソケット５３は、配線５２（電源線５２ａ，５２ｂ及び信号線５２ｃ）に対応して、端面に埋設された３本のピン５４ａ〜５４ｃを備えている。３本のピン５４ａ〜５４ｃは、２本の電源線５２ａ，５２ｂ及び１本の信号線４２ｃと、それぞれ電気的に接続されている。

なお、パイプ５１は、操作棹ユニット２０のパイプ２１及びモータ部３０のパイプ３１に相当する。また、配線５２（電源線５２ａ，５２ｂ及び信号線５２ｃ）は、操作棹ユニット２０の配線２２（電源線２２ａ，２２ｂ及び信号線２２ｃ）及びモータ部３０の配線３２（電源線３２ａ，３２ｂ及び信号線３２ｃ）に相当する。

凸ジョイント部４０のプラグ４３は、凹ジョイント部５０のパイプ５１と嵌合可能に形成されている。また、図７（ａ）及び図８に示すように、プラグ４３の外周面には一対の凹ガイド４６が形成されている。そして、図７（ａ）及び図９に示すように、パイプ５１の内周面には、プラグ４３の凹ガイド４６に対応して、一対の凸ガイド５６が形成されている。凹ガイド４６と凸ガイド５６とは、プラグ４３とパイプ５１とが嵌合する際に、プラグ４３のピン４４ａ〜４４ｃとソケット５３の溝部５５ａ〜５５ｃとの配置がそれぞれ一致するように位置決めする。そして、凸ジョイント部４０のプラグ４３が凹ジョイント部５０のパイプ５１に挿入されると、図７（ｂ）に示すように、ピン４４ａ〜４４ｃとピン５４ａ〜５４ｃとがそれぞれ電気的に接続される。

さらに、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ジョイント部３は凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０とを接続された状態で固定するロック機構６０を備えている。ロック機構６０は、凸ジョイント部４０のプラグ４３に形成された係止溝６１と、凹ジョイント部５０のパイプ５１に設けられたアーム６２と、から構成されている。

凸ジョイント部４０の係止溝６１はプラグ４３の外周面に形成されており、パイプ４１の軸線に略垂直な面を有している。凹ジョイント部５０のアーム６２はパイプ５１の外周部に設けられており、パイプ５１の軸線に略垂直に設けられたピン６３の回りに回動可能に軸支されている。ピン６３は、パイプ５１の外周部に設けられたアームカバー６４に支持されている。アーム６２の一端部と他端部とには、ピン６３を挟んで、それぞれつめ部６２ａと分離ボタン６２ｂが形成されている。つめ部６２ａは鉤爪状に形成されており、アーム６２の回動に伴って、パイプ５１に形成された孔部６５からパイプ５１内へと突出することができる。分離ボタン６２ｂとパイプ５１との間には圧縮ばね６６が設けられており、分離ボタン６２ｂはパイプ５１から離れるように、つめ部６２ａはパイプ５１内に突出するように、それぞれ付勢されている。

図７（ｂ）に示すように、凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０とが接続されると、プラグ４１の係止溝６１とアーム６２のつめ部６２ａとが係合し、凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０との抜けが防止される。また、図７（ｃ）に示すように、アーム６２の分離ボタン６２ｂが矢印６７のように押さえられると、プラグ４１の係止溝６１とアーム６２のつめ部６２ａとの係合が解除され、凸ジョイント部４０と凹ジョイント部５０とを分離することが可能となる。

以上の説明から解るように、ジョイント部３は、ハンドル部１０、操作棹ユニット２０、及びモータ部３０を機械的に接続すると同時に、配線１２，配線２２，及び配線３２を電気的に接続し、ハンドル部１０の電圧制御基板１００とモータ部３０のモータ制御基板３００とを電気的に接続する役割を果たしている。

なお、電圧制御基板１００とモータ制御基板３００とを接続する配線１２／２２／３２の構成は、２本の電源線１２ａ，１２ｂ／２２ａ，２２ｂ／３２ａ，３２ｂと１本の信号線１２ｃ／２２ｃ／３２ｃとに限定されず、後述する駆動制御回路５００の構成に応じて適宜変更され得る。同様に、凸ジョイント部４０及び凹ジョイント部５０のピン配列についても、配線１２，配線２２，及び配線３２に対応して適宜変更され得る。

次に、上記構成の電動刈払い機１を駆動する駆動制御回路５００について説明する。

図１０に示すように、駆動制御回路５００は、電源部１５と、電圧変換回路１０１と、接続状態検出回路１０２と、モータ３４と、インバータ３０１と、制御信号出力回路３０２、演算部３０３と、回転位置検出素子３０４と、回転位置検出回路３０５と、回転数検出回路３０６と、から構成されている。

電圧変換回路１０１は、上記ハンドル部１０の電圧制御基板１００に配置されている。また、接続状態検出回路１０２、インバータ３０１、制御信号出力回路３０２、演算部３０３、回転位置検出回路３０５、及び回転数検出回路３０６は、上記モータ部３０のモータ制御基板３００に配置されている。

電源部１５は、二次電池から構成された直流電源であり、電圧変換回路１０１に接続されている。

電圧変換回路１０１は、レギュレータ等から構成されており、電源部１５から入力される電圧を所定の電圧に変換してインバータ３０１に出力する。電圧変換回路１０１とインバータ３０１とは、配線５を構成する電源線５ａ，５ｂにより接続されている。また、電圧変換回路１０１と演算部３０３とは、配線５を構成する信号線５ｃにより接続されている。

モータ３４は、回転子３５と固定子巻線３６とから構成される３相ブラシレス直流モータから構成されている。回転子３５は２極のマグネットから構成され、固定子巻線３６はスター結線された３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の巻線から構成されている。

インバータ３０１は、３相ブリッジ形式に接続された６つの絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ、以下トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６と、各トランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間に接続された図示しない６つのフライホイールダイオードと、から構成されている。３つのトランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタは電圧変換回路１０１から延びる正極側の電源線５ａに接続され、エミッタはモータ３４の固定子巻線３６のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。また、３つのトランジスタＱ４〜Ｑ６のコレクタはモータ３４の固定子巻線３６のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続され、エミッタは電圧変換回路１０１から延びる負極側の電源線５ｂに接続されている。６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートは、制御信号出力回路３０２に接続されている。

制御信号出力回路３０２は、演算部３０３から入力されるスイッチング素子駆動信号に従って、インバータ３０１のトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートに制御信号を出力し、トランジスタＱ１〜Ｑ６をスイッチング動作させる。これにより、電圧変換回路１０１からインバータ３０１に印加される直流電圧は、モータ３４を駆動する３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の駆動電圧に変換される。

３つの回転位置検出素子３０４は、モータ３４の回転子３５に近接して、相互に１２０°（電気角）の位相差を持って配置されている。回転位置検出素子３０４は、所謂ホールＩＣから構成されており、回転子３５の磁極を検出し、検出信号を回転位置検出回路３０５に出力する。

回転位置検出回路３０５は、３つの回転位置検出素子３０４から入力される検出信号に基づいて回転子３５の回転位置を検出し、検出した回転位置を示す回転位置検出信号を演算部３０３及び回転数検出回路３０６に出力する。

回転数検出回路３０６は、回転位置検出回路３０５から入力される回転位置検出信号に基づいて回転子３５の回転数を検出し、検出した回転数を示す回転数検出信号を演算部３０３に出力する。

演算部３０３は、回転位置検出回路３０５から入力される回転位置検出信号及び回転数検出回路３０６から入力される回転数検出信号に基づいて、モータ３４が所定の回転数で回転するように、インバータ３０１のトランジスタＱ１〜Ｑ６を制御するスイッチング素子駆動信号を制御信号出力回路３０２に出力する。

なお、配線５（電源線５ａ，５ｂ、信号線５ｃ）は、上述したハンドル部１０の配線１２（電源線１２ａ，１２ｂ、信号線１２ｃ）と、操作棹ユニット２０の配線２２（電源線２２ａ，２２ｂ、信号線２２ｃ）と、モータ部３０の配線３２（電源線３２ａ，３２ｂ、信号線３２ｃ）と、から構成されている。そのため、ハンドル部１０とモータ部３０との間に連結される操作棹ユニット２０の個数に応じて、配線５を構成する電源線５ａ，５ｂの接続状態（長さ；抵抗）が変化する。このとき、電圧変換回路１０１の出力電圧が一定であると想定すると、電源線５ａ，５ｂの電圧降下量が変化するため、モータ３４の印加電圧及び出力が変化する。具体的には、電源線５ａ，５ｂが長くなる程、電源線５ａ，５ｂの電圧降下量が大きくなるため、モータ３４の印加電圧と出力とは小さくなる。また、電源線５ａ，５ｂが短くなる程、電源線５ａ，５ｂの電圧降下量が大きくなるため、モータ３４の印加電圧と出力とは大きくなる。

さらに、モータ３４の印加電圧及び出力は、モータ３４の負荷に応じて変動する。具体的には、モータ３４の負荷が大きくなる程、電源線５ａ，５ｂを流れる電流が大きくなり、電源線５ａ，５ｂの電圧降下量が大きくなるため、モータ３４の印加電圧と出力とは小さくなる。また、モータ３４の負荷が小さくなる程、電源線５ａ，５ｂを流れる電流が小さくなり、電源線の電圧降下量が小さくなるため、モータ３４の印加電圧と出力とは大きくなる。

そこで、本実施形態の駆動制御回路５００は、以下説明するように、電源線５ａ，５ｂの接続状態及びモータ３４の負荷変動に応じて電圧変換回路１０１の出力電圧を制御し、モータ３４の印加電圧及び出力を安定させる機能を有する。なお、モータ３４がブラシレス直流モータから構成されているため、モータ３４の印加電圧はインバータ３０１の入力電圧を意味する。

接続状態検出回路１０２は、モータ３４の印加電圧を検出することにより電源線５ａ，５ｂの接続状態及びモータ３４の負荷変動を検出し、検出した電圧を示す電圧検出信号を演算部３０３に出力する。

演算部３０３は、接続状態検出回路１０２から入力される電圧検出信号に基づいて、モータ３４の印加電圧と所定の基準値との偏差を求め、この偏差が０になるように、電圧変換回路１０１に昇圧／降圧信号を出力する。

電圧変換回路１０１は、演算部３０３から入力される昇圧／降圧信号に基づいて、出力電圧を昇圧／降圧する。従って、電源線５ａ，５ｂの接続状態及びモータ３４の負荷変動に応じて、モータ３４の印加電圧が所定の基準値に一致するように制御され、モータ３４の出力が安定する。

次に、図１１に示す動作フロー図を参照して、上述の駆動制御回路５００における電圧変換回路１０１の出力電圧制御処理を詳細に説明する。なお、理解を容易とするため、駆動制御回路５００は、図示しない主電源の投入により出力電圧制御処理を開始し、主電源の切断により出力電圧制御処理を終了するものとする。

主電源（図示せず）が投入されると、電圧変換回路１０１は所定の電圧Ｖ_１を出力する（ステップＳ１）。その状態で、駆動制御回路５００はトリガスイッチ１４がＯＮに切り替わるまで待機する（ステップＳ２，ＮＯ）。

トリガスイッチ１４ＡがＯＮに切り替わると（ステップＳ２，ＹＥＳ）、電圧変換回路１０１の出力電圧がインバータ３０１に印加される。そして、モータ３４が演算部３０３により駆動される（ステップＳ３）。

続いて、接続状態検出回路１０２はモータ３４の印加電圧Ｖ_Ｍを検出し（ステップＳ４）、検出した電圧Ｖ_Ｍを示す電圧検出信号を演算部３０３に出力する。そして、演算部３０３は、接続状態検出回路１０２から入力された電圧検出信号に基づいて、モータ３４の印加電圧Ｖ_Ｍと所定の基準値との偏差を求め、この偏差が０になるように、電圧変換回路１０１に昇圧／降圧信号を出力する。

次に、電圧変換回路１０１は、演算部３０３から入力された昇圧／降圧信号に基づいて、出力電圧Ｖ_１を昇圧／降圧する。（ステップＳ５）。

駆動制御回路５００は、トリガスイッチ１４がＯＦＦに切り替わるまでステップＳ４〜Ｓ５の処理を繰り返す（ステップＳ６，ＮＯ）。

そして、トリガスイッチ１４がＯＦＦに切り替わると（ステップＳ６，ＹＥＳ）、電圧変換回路１０１の出力電圧が絶たれ、モータ３４は停止する（ステップＳ７）。

駆動制御回路５００は、上述のステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返し、主電源（図示せず）の切断により出力電圧制御処理を終了する。

なお、演算部３０３が出力する昇圧／降圧信号は、電圧変換回路１０１に出力電圧の昇圧／降圧を指示するものに限られず、例えば電圧変換回路１０１に昇圧／降圧量を指示するか、あるいは出力電圧の目標値を指示するものであっても良い。

本実施形態の電圧変換回路１０１と演算部３０３とは、請求項１及び６記載の電圧変換手段を構成する。また、本実施形態の接続状態検出回路１０２は、請求項１記載の接続状態検出手段及び請求項６記載の電圧検出手段を構成する。

（実施形態２）
実施形態２に係る駆動制御回路５００Ａは、実施形態１の駆動制御回路５００に代替し、上述の電動刈払い機１を駆動する回路である。

図１２に示すように、駆動制御回路５００Ａは、電源部１５Ａと、電圧変換回路１０１Ａと、接続状態検出回路１０２Ａと、モータ３４Ａと、インバータ３０１Ａと、制御信号出力回路３０２Ａと、演算部３０３Ａと、回転位置検出素子３０４Ａと、回転位置検出回路３０５Ａと、回転数検出回路３０６Ａと、から構成されている。

電圧変換回路１０１Ａ及び接続状態検出回路１０２Ａは、上記ハンドル部１０の電圧制御基板１００Ａに設けられている。また、インバータ３０１Ａ、制御信号出力回路３０２Ａ、演算部３０３Ａ、回転位置検出回路３０５Ａ、及び回転数検出回路３０６Ａは、上記モータ部３０のモータ制御基板３００Ａに設けられている。

電源部１５Ａは、電圧変換回路１０１Ａに接続されている。

電圧変換回路１０１Ａは、電源部１５Ａから入力される電圧を所定の電圧に変換してインバータ３０１Ａに出力する。電圧変換回路１０１Ａとインバータ３０１Ａとは、配線５Ａを構成する２本の電源線５ａ，５ｂにより接続されている。

モータ３４Ａは、実施形態１のモータ３４と同様に、インバータ３０１Ａ、制御信号出力回路３０２Ａ、演算部３０３Ａ、回転位置検出素子３０４Ａ、回転位置検出回路３０５Ａ、及び回転数検出回路３０６Ａにより、所定の回転数で駆動するように制御される。

配線５Ａ（電源線５ａ，５ｂ）は、上述したハンドル部１０の配線１２（電源線１２ａ，１２ｂ）、操作棹ユニット２０の配線２２（電源線２２ａ，２２ｂ）、及びモータ部３０の配線３２（電源線３２ａ，３２ｂ）から構成されている。そのため、ハンドル部１０とモータ３０との間に連結される操作棹ユニット２０の個数に応じて、配線５Ａを構成する電源線５ａ，５ｂの接続状態（長さ；抵抗）が変化する。このとき、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧が一定であると想定すると、電源線５ａ，５ｂの接続状態が変化するため、モータ３４Ａの印加電圧及び出力が変化する。

また、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧が一定であると想定すると、電源線５ａ，５ｂの接続状態に応じて、電源線５ａ，５ｂ及びモータ３４Ａを流れる電流が変化する。具体的には、電源線５ａ，５ｂが長くなる程、電源線５ａ，５ｂ及びモータ３４Ａを流れる電流は小さくなる。また、電源線５ａ，５ｂが短くなる程、電源線５ａ，５ｂ及びモータ３４Ａを流れる電流は大きくなる。

そこで、接続状態検出回路１０２Ａは、電源線５ａ，５ｂ及びモータ３４Ａを流れる電流を検出することにより電源線５ａ，５ｂの接続状態を検出する。そして、接続状態検出回路１０２Ａは、接続状態検出回路１０２Ａが検出した電源線５ａ，５ｂの接続状態に基づいて、モータ３４Ａの印加電圧が所定の基準値に一致するように、出力電圧の目標値を設定する。これにより、駆動制御回路５００Ａはモータ３４Ａの出力を安定させる機能を有する。なお、モータ３４Ａがブラシレス直流モータから構成されているため、モータ３４Ａの印加電圧はインバータ３０１Ａの入力電圧を意味する。

接続状態検出回路１０２Ａは、電源線５ｂに直列接続された電流検出抵抗１０３Ａに並列接続されており、電流検出抵抗１０３Ａを流れる電流（電源線５ａ，５ｂ及びモータ３４Ａを流れる電流）を検出し、検出した電流を示す電流検出信号を接続状態検出回路１０１Ａに出力する。

なお、モータ３４Ａが回転している状態では、モータ３４Ａの負荷に応じて電源線５ａ，５ｂ、モータ３４Ａ、及び電圧検出抵抗１０３Ａを流れる電流が変動するため、接続状態検出回路１０２Ａは電源線５ａ，５ｂの接続状態を正確に検出することができない。そこで、以下説明するように、接続状態検出回路１０２Ａはモータ３４Ａが停止している状態で電源線５ａ，５ｂの接続状態を検出する。

電圧変換回路１０１Ａは、モータ３４Ａが回転しないように、定格電圧より十分に小さい所定電圧を出力する。このとき、モータ３４Ａが回転しないため、インバータ３０１ＡのトランジスタＱ１〜Ｑ３の何れか１つとトランジスタＱ４〜Ｑ６の何れか一つがＯＮ状態を維持する。これにより、電源線５ａと、インバータ３０１Ａと、モータ３４ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相のうち何れか２相と、電源線５ｂと、電流検出抵抗１０３Ａとに、定常電流が流れる。接続状態検出回路１０２Ａは、電流検出抵抗１０３Ａを流れる電流を監視し、電流の立ち上がりから所定時間経過後の定常電流を検出する。ここで、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧、インバータ３０１ＡのＯＮ抵抗、モータ３４Ａのコイル抵抗、及び電流検出抵抗１０３Ａの抵抗が既定値であるため、接続状態検出回路１０２Ａが検出する電流は、電源線５ａ，５ｂの接続状態に対応した値を有する。

電圧変換回路１０１Ａは、接続状態検出回路１０２Ａから入力される電流検出信号に基づいて、予め記憶されたテーブルを参照して出力電圧の目標値を設定する。このテーブルは、電源線５ａ，５ｂの接続状態に応じて、モータ３４Ａの印加電圧が所定の基準値に一致するように設定されている。具体的には、電源線５ａ，５ｂが長い（短い）程、出力電圧の目標値は高く（低く）設定される。そして、電圧変換回路１０１Ａは、設定した目標値に一致するように、出力電圧を制御する。従って、電源線５ａ，５ｂの接続状態に応じて、モータ３４Ａの印加電圧が所定の基準値に一致するように制御され、モータ３４Ａの出力が安定する。

次に、図１３に示す動作フロー図を参照して、上述の駆動制御回路５００Ａにおける電圧変換回路１０１Ａの出力電圧制御処理Ａを詳細に説明する。なお理解を容易にするため、駆動制御回路５００Ａは、図示しない主電源の投入により出力電圧制御処理Ａを開始し、主電源の切断により出力電圧制御処理Ａを終了するものとする。

主電源（図示せず）が投入されると、電圧変換回路１０１Ａは所定の電圧Ｖ_０を出力する（ステップＳ１）。その状態で、駆動制御回路５００Ａはトリガスイッチ１４ＡがＯＮに切り替わるまで待機する（ステップＳ２，ＮＯ）。

トリガスイッチ１４ＡがＯＮに切り替わると（ステップＳ２，ＹＥＳ）、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧がインバータ３０１Ａに印加される。なお、電圧Ｖ_０はモータ３４Ａの定格電圧より十分に小さく設定されているため、モータ３４Ａは回転しない。そして、電流検出回路１０２Ａは電流検出抵抗１０３Ａを流れる定常電流Ｉ_０を検出し（ステップＳ３）、検出した電流Ｉ_０を示す電流検出信号を電圧変換回路１０１Ａに出力する。

次に、電圧変換回路１０１Ａは、接続状態検出回路１０２Ａから入力された電流検出信号に基づいて、モータ３４Ａの印加電圧が所定の基準値に一致するように、出力電圧の目標値（Ｖ_１）を設定する（ステップＳ４）。続いて、電圧変換回路１０１Ａは、設定した目標値（Ｖ_１）に一致する電圧Ｖ_１を出力する（ステップＳ５）。そして、演算部３０３Ａによりモータ３４Ａが駆動される（ステップＳ６）。

駆動制御回路５００Ａはトリガスイッチ１４ＡがＯＦＦに切り替わるまで、モータ３４Ａの駆動を継続する（ステップＳ７，ＮＯ）。そして、トリガスイッチ１４ＡがＯＦＦに切り替わると（ステップＳ７，ＹＥＳ）、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧が絶たれ、モータ３４Ａは停止する（ステップ８）。

続いて、駆動制御回路５００Ａはトリガスイッチ１４ＡがＯＮに切り替わるまで待機する（ステップＳ８，ＮＯ）。そして、トリガスイッチ１４ＡがＯＮに切り替わると（ステップＳ８，ＹＥＳ）、電圧変換回路１０１Ａの出力電圧がインバータ３０１Ａに印加され、モータ３４Ａは再び駆動される（ステップ６）。

駆動制御回路５００Ａは、上述のステップＳ６〜Ｓ９の処理を繰り返し、主電源（図示せず）の切断により出力電圧制御処理Ａを終了する。

以上説明したように、上記構成の電動刈払い機１は、操作棹ユニット２０を分割又は連結することにより、ハンドル部１０とモータ部３０との距離を変更することができる。従って、作業環境に応じて効率的に作業を実施することができる。また、ハンドル部１０、操作棹ユニット２０，及びモータ部３０を分割することで、収納及び運搬が容易となる。

また、操作棹ユニット２０の一端と他端とに電源部１５とモータ３４とが配設され、操作棹ユニット２０に補助ハンドル２９が設けられているため、重量バランスが良く、操作性が良い。

そして、電圧変換回路１０１（１０１Ａ）を電源部１５（１５Ａ）に近接して設けることで、ハンドル部１０の余剰空間を有効に利用し、電動刈払い機１を小型化することができる。

また、上述の電動刈払い機１を駆動する駆動制御回路５００（５００Ａ）は、電源部１５（１５Ａ）の出力電圧を変換する電圧変換回路１０１（１０１Ａ）を備えるため、例えば二次電池の放電により電源部１５（１５Ａ）の電圧が低下した場合等、電源部１５（１５Ａ）の電圧変動に応じて、モータ３４（３４Ａ）の印加電圧及び出力を安定させることができる。さらに、所定の電池電圧を有する専用の二次電池に限らず、相異なる電池電圧を有する幾つかの二次電池を流用することもできる。

また、接続状態検出回路１０２（１０２Ａ）が操作棹ユニット２０に挿通された電源線５ａ，５ｂの接続状態を検出し、電圧変換回路１０１（１０１Ａ）が電源線５ａ，５ｂの接続状態に基づいて出力電圧を制御するため、装着される操作棹ユニット２０の個数に応じて安定した出力を得ることができる。

さらに、実施形態１の駆動制御回路５００によれば、接続状態検出回路１０２がモータ３４の負荷変動を検出し、電圧変換回路１０１がモータ３４の負荷変動に基づいて出力電圧を制御するため、作業環境に応じて安定した出力を得ることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形をしたものも、本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、本発明は、上述の実施形態に例示された電動刈払い機に限定されず、電動モータを動力源とする作業機械であれば、例えばカルチベータ、芝刈り機、トリマ等の作業機械に、広く適用することができる。さらに、本発明は二次電池を使用する作業機械に限定されず、例えばＡＣ電源を利用する作業機械にも適用することができる。

また、例えばカルチベータ、芝刈り機、トリマ等に対応し、相異なる形態を有する複数の電動モータを操作棹に装着可能に構成してもよい。例えば、図１１に示すカルチベータ２は、実施形態に示された電動刈払い機１のハンドル部１０及び操作棹ユニット２０と、電動刈払い機１のモータ部３０に代替するカルチベータ用モータ部９０と、から構成されている。例示したカルチベータは土を掘り起こす作業機械であり、電動刈払い機等の作業機械と比較してモータ負荷が大きい。このような重負荷作業を行う作業機械は、消費電流が大きく、電源線の電圧降下が大きくなるため、電動モータの印加電圧及び出力が問題となるが、本発明によれば、電動モータの印加電圧が所定の基準値に一致するように制御されるため、安定した出力を得ることができる。また、相異なる形態を有する複数の工具部を、電動モータに装着可能に構成してもよい。

また、例えば電圧や容量の相異する複数の二次電池、及びＡＣ電源の電圧を変換して供給するアダプタ等、相異なる形態を有する複数の電源部を操作棹に装着可能に構成してもよい。

さらに、本発明は、電動モータの負荷変動に対して安定した出力を得ることが可能な作業機械を提供することを目的とするならば、必ずしも操作棹及び電源線が分割及び連結可能に構成された作業機械に限定されず、種々の形態を有する作業機械に応用することができる。

その他、各構成要素の材質、形状、数量、配置、機能等についても、本発明の目的を達成することが可能な範囲において、適宜変更することができる。

１電動刈払い機
２カルチベータ
３ジョイント部
５配線
５ａ，ｂ電源線
５ｃ信号線
１０ハンドル部
１１パイプ
１２配線
１２ａ，ｂ電源線
１２ｃ信号線
１３把持部
１４トリガスイッチ
１５電源部
２０操作棹ユニット
２１パイプ
２２配線
２２ａ，ｂ電源線
２２ｃ信号線
２９補助ハンドル
３０モータ部
３１パイプ
３２配線
３２ａ，ｂ電源線
３２ｃ信号線
３３モータハウジング
３４，３４Ａモータ
３５，３５Ａ回転子
３６，３６Ａ固定子巻線
３８ブレード
３９保護カバー
４０凸ジョイント部
４１パイプ
４２配線
４２ａ，ｂ電源線
４２ｃ信号線
４３プラグ
４４ａ〜４４ｃピン
４６凹ガイド
５０凹ジョイント部
５１パイプ
５２配線
５２ａ，ｂ電源線
５２ｃ信号線
５３ソケット
５４ａ〜５４ｃピン
５６凸ガイド
６０ロック機構
６１係止溝
６２アーム
６２ａつめ部
６２ｂ分離ボタン
６３ピン
６４アームカバー
６５孔部
６６圧縮ばね
９０カルチベータ用モータ部
１００，１００Ａ電圧制御基板
１０１，１０１Ａ電圧変換回路
１０２，１０２Ａ接続状態検出回路
１０３Ａ電流検出抵抗
３００，３００Ａモータ制御基板
３０１，３０１Ａインバータ
３０２，３０２Ａ制御信号出力回路
３０３，３０３Ａ演算部
３０４，３０４Ａ回転位置検出素子
３０５，３０５Ａ回転位置検出回路
３０６，３０６Ａ回転数検出回路
５００，５００Ａ駆動制御回路

Claims

操作棹に配置された電源部と、
前記操作棹に配置され、前記電源部から入力される電圧を変換して出力する電圧変換手段と、
前記操作棹に前記電源部から離間して配置された電動モータと、
前記操作棹の内部に挿通され、前記電圧変換手段の出力電圧を前記電動モータに印加する電源線と、
前記電動モータの動力を受けて作動する工具部と、を備え、
前記操作棹と前記電源線とは、前記電圧変換手段と前記電動モータとの間において、長手方向に分割可能かつ連結可能に構成された操作棹ユニットから構成され、
前記電圧変換手段と前記電動モータとは、少なくとも一つの前記操作棹ユニットを取り外して相互に接続可能に構成されており、
前記電源線の接続状態を検出する接続状態検出手段を更に備え、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した前記電源線の接続状態に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
前記電圧変換手段は、前記電動モータの印加電圧が所定の基準値と一致するように、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
前記接続状態検出手段は、前記電動モータの印加電圧を検出し、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した印加電圧に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
前記接続状態検出手段は、前記電圧変換手段と前記電動モータとの間に接続された前記電源線の抵抗値を検出し、
前記電圧変換手段は、前記接続状態検出手段が検出した抵抗値に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
前記接続状態検出手段は、更に前記電動モータの負荷変動を検出し、
前記電圧変換手段は、更に前記接続状態検出手段が検出した負荷変動に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の作業機械。
操作棹に配置された電源部と、
前記操作棹に配置され、前記電源部から入力される電圧を変換して出力する電圧変換手段と、
前記操作棹に前記電源部から離間して配置された電動モータと、
前記操作棹の内部に挿通され、前記電圧変換手段の出力電圧を前記電動モータに印加する電源線と、
前記電動モータの動力を受けて作動する工具部と、
前記電動モータの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記電圧変換手段は、前記電圧検出手段が検出した前記電動モータの印加電圧に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
前記電圧変換手段は、前記電圧検出手段が検出した前記電動モータの印加電圧と所定の基準値との偏差を求め、前記偏差が０になるように、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載の作業機械。
前記電圧検出手段は、更に前記電動モータの負荷変動を検出し、
前記電圧変換手段は、更に前記電圧検出手段が検出した負荷変動に基づいて、出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の作業機械。
前記工具部は前記電動モータに着脱可能に構成されており、
作業内容に応じて相異なる形態を有する複数の前記工具部を前記電動モータに装着して運転可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の作業機械。
前記電動モータは前記操作棹に着脱可能に構成されており、
作業内容に応じて相異なる形態を有する複数の前記電動モータを前記操作棹に装着して運転可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の作業機械。
前記電源部は前記操作棹に着脱可能に構成されており、
相異なる電源電圧を有する複数の前記電源部を前記操作棹に装着可能であって、
前記電圧変換手段は、前記電源部の電源電圧に対応して、該電源部の出力電圧を前記目標値に一致するように変換して出力する、
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の作業機械。
前記電源部と前記電動モータとはそれぞれ前記操作棹の一端部と他端部とに配置され、
前記操作棹には、前記電源部と前記電動モータとの間に、作業ハンドルが設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の作業機械。
前記電圧変換手段は前記電源部に近接して設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の作業機械。