JP2015039360A - 電動モータ駆動播種機の速度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作ボックスのパネル部にボリューム（ポテンショメータ）を用意することにより、速度を固定ではなく、作業者自身に合った速度を無段階で設定できるようにして使い勝手を良好にした電動モータ駆動播種機の速度制御システムを提供する。
【解決手段】後車輪３６と前車輪３４を支持するメインフレーム３２にバッテリー１２が配置され、バッテリー１２の動力によりＰＷＭ制御で回転駆動されるＤＣモータ１３が設けられている。ＤＣモータ１３のモータ軸１４に伝達されるモータ回転出力は歯車１５，チェーン１８および歯車１７さらにワンウエイクラッチ１６を介して後車輪３６に伝達される。ハンドル４１に操作ボックス２１，制御回路２０が設けられ、操作ボックス２１のパネルに配置されたボリュームを操作することにより該播種機を無段階で速度調整でき、最適な設定速度で播種作業を行え、使い勝手が良好な播種機を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定間隔で種を配設した種テープ等を圃場などに敷設する電動モータ駆動式の播種機、さらに詳しくいえば、該播種機の使い勝手を向上させることができる速度制御システムに関する。

種テープを圃場などに敷設する場合、リール状に巻回されている種テープを繰り出し、畝の所定の深さになるように敷設する種テープ敷設機が用いられる。
図５は従来の種テープ敷設機の概略を示すものである。
メインフレーム３２の一端に軸穴３３が形成され、軸穴３３に対して回転する軸４２を有する前車輪３４が取り付けられている。メインフレーム３２の他端には軸穴３５が形成され、軸穴３５に対して回転する軸４３を有する後車輪３６が取り付けられている。メインフレーム３２の軸穴３３と軸穴３５の間に播種パイプ３７が取り付けられている。この播種パイプ３７は、メインフレーム３２に対して上下方向に位置調整が可能である。メインフレーム３２には、種テープ３８を巻き付けたリール３９を保持するリールホルダ４０が取り付けられている。リール３９は、リールホルダ４０に対して回転可能である。更に、メインフレーム３２には、作業者が種テープ敷設機を押すためのハンドル４１が取り付けられている。

図６は上記従来の種テープ敷設機の作用を説明するための図である。
作業者は播種パイプ３７を上下方向に移動させ、種テープ３８を敷設する深さ（播種深度）を調整する。次にリール３９から種テープ３８の端部を引き出し、引き出した種テープ３８の端部を播種パイプ３７の上端穴４６より挿通し、圃場内に入り込んでいる播種パイプ３７の下端穴４４より排出する。
このような状態で作業者がハンドル４１を押すことにより、予め調整した播種深度で種テープ４５が敷設される。

従来の種テープ敷設機はこのように人力で作業するため、圃場が傾斜地であったり、作業者が高齢で非力であったりする場合、その作業は重労働であった。
これらの作業負担を軽減するために、バッテリーとモータを搭載し、モータの動力を車輪に伝達して自走を可能とする種テープ敷設機がある（特許文献１）が、速度固定スイッチが押されるとその時点で速度が定速に維持されるものである。

特開２００７−３１２６７８号公報 特開２０１２−２３５７２７号公報

本件出願人は上記課題を解決するために、速度調整を多段階（例えば３段階）に選択できる種テープ敷設機を提案している（特許文献２）。
しかしながら、多段階とはいっても、作業者によってはその速度が適さない場合があり、すべての作業者に最適な設定速度を提供できる播種機はなかった。

この特許文献２について多段階で制御する構造を詳しく説明する。
操作ボックス内に電動モータのドライバ回路が設けられ、操作ボックスのパネルに取り付けてある速度切替スイッチ（ロータリースイッチ）によりモータの駆動速度を多段階に調節する。
速度切替スイッチの操作で接点を切り替えることにより、あらかじめ設定されていたパルス幅（ＰＷＭ）が出力され、電動モータが速度制御されていた。

電源スイッチをオンすることにより速度切替スイッチで設定されている低速，中速または高速に対応した速度になるように徐々に電圧を上げてモータに加えられる。そして、速度オーバになるしきい値が設定されており、そのしきい値を越えた場合、モータの電源を切るように構成されている。さらに上り坂などで、種テープ敷設機の速度がしきい値を割り込むと、モータの駆動を開始し、徐々に駆動電圧を上げ、設定電圧に達すると速度切替スイッチで選択されている設定速度になる。この特許文献２では、低速，中速，高速のそれぞれの設定速度に応じた速度を種テープ敷設機の速度が越えれば、モータを停止するように動作する。

この多段階（例えば３段階）に切り替える種テープ敷設機は作業者の選択により速度選択ができるが、全ての作業者に最適な設定速度を提供できるとはかぎらない。
本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、操作ボックスのパネル部にボリューム（ポテンショメータ）を用意することにより、速度を固定ではなく、作業者自身に合った速度を無段階で設定できるようにして使い勝手を良好にした電動モータ駆動播種機の速度制御システムを提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の発明は、ワンウエイクラッチを介して回転動力を車輪に伝達して播種を行い、動力を用いない場合は、ワンウエイクラッチを自由回転状態にして人力で押すことにより播種が可能な電動モータ駆動播種機の速度制御システムであって、バッテリーと、前記バッテリーで駆動され、車輪に回転駆動力を与える電動モータと、ハンドルに取り付けられ、電源投入・切断のための電源ボタンおよび連続に速度を変更するための回転操作によるボリュームを設けた操作ボックスと、前記ボリュームの操作により得られた信号を元にモータ駆動信号をＰＷＭによる変調を行ってモータの駆動入力電圧を調整する制御回路とを備え、作業者が播種作業を行う場合、前記電源ボタンで電源を入れ、前記ボリュームを速度０位置から速度を上昇させる回転操作をすることにより電動モータを任意の回転数に調整することを特徴とする。
本発明による請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において前記操作ボックスにバッテリー残量表示灯を、播種機本体にバッテリーの残量をチェックするバッテリー残量検出部を備え、バッテリーが設定電圧以上では前記バッテリー残量表示灯を消灯し、バッテリーが設定電圧未満では前記バッテリー残量表示灯を点灯するように構成したことを特徴とする。

上記構成によれば電動モータの入力電圧をＰＷＭ制御し、その入力電圧のＯＮ−ＯＦＦ比（デューティ比）を作業者が可変操作することで、設定速度を０から無段階に調整可能となり、作業者が最適な設定速度で播種作業を行え、使い勝手が良好となる。
また、無段階で速度調整が可能で連続したモータ駆動となるため、モータ駆動による作業がいつの時点でできなくなるかを作業者に認識させることが必要であるが、使い勝手を良好に保つためのバッテリーの状態を常に確認することができる。

本発明による電動モータ駆動播種機の外観を示す側面図である。 本発明による電動モータ駆動播種機の操作ボックスの実施の形態を示す矢視Ｂの平面図である。 本発明による電動モータ駆動播種機の速度制御システムの回路の実施の形態を示すブロック図である。 本発明による電動モータ駆動播種機の速度制御システムの制御の流れを示すフローチャートである。 従来の種テープ敷設機の概略を示す図である。 従来の種テープ敷設機の作用を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は本発明による電動モータ駆動播種機の外観を示す側面図である。
前車輪３４，後車輪３６，メインフレーム３２，ハンドル４１の各構成部分は図５の対応する機能を果たす構成部分と同じ符号を付してある。同様に種テープを土の中に敷設するための播種パイプ３７を含む機構部および種テープをセットし自動的に繰り出すためのリール３９，リールホルダ４０を含む種テープ繰出機構部も図５と同じ符号を付してあり、同じ機能を果たす部分であるので、その詳細な説明は省略する。
ＤＣモータ（電動モータ）１３を駆動させるため、メインフレーム３２の後方部に動力電源用バッテリー１２が配置されている。

後車輪３６上部に電動モータ１３が設置され、モータ軸１４に歯車１５が固定されている。後車輪軸４３にはワンウエイクラッチ１６を介して歯車１７が取り付けられている。
ワンウエイクラッチ１６は、電動モータ１３が駆動している場合は後車輪軸４３と歯車１７が連結して矢印Ａ方向に回転する。電動モータ１３が停止している場合は後車輪軸４３に対して歯車１７が矢印Ａ方向に自由回転する。歯車１５と歯車１７はチェーン１８で連結されている。ＤＣモータ１３とモータ軸１４の動力伝達手段は、歯車とチェーン以外に、プーリとベルトまたは歯車の組み合わせを用いて構成することも可能である。
メインフレーム３２前方には作業者が持ち運びをしやすいようにキャリアハンドル１９が取り付けられている。

ハンドル４１の上端付近には制御回路２０および作業者がこの電動モータ駆動播種機を運用するための操作ボックス２１が設けられている。
図２は本発明による電動モータ駆動播種機の操作ボックスの実施の形態を示す矢視Ｂの平面図である。
操作ボックス２１上のパネルには電源スイッチ２，電源スイッチが入ったとき表示されるバッテリー電源表示灯１，速度を０から１００パーセントまでのデューティ比で無段階で調整するためのボリューム３およびバッテリーの残量を表示するためのバッテリー残量表示灯４が配置されている。電源スイッチ２を投入しても、ボリューム３のつまみ位置を０（デューティ比）から調整できるため、電源投入から円滑に作業者自身に適合した速度になるように徐々に増加する駆動方法をとることができる。作業者がボリューム３を時計方向に回転させることにより連続的に設定速度が上昇することになる。したがって、当初より数段階の１つに設定されている速度に近づくように立ち上げて設定速度にもたらす従来の播種機の方式ではなく、ボリューム３の回転操作によって徐々に速度が増加するように操作可能にすることにより、作業者にとって自らの作業速度に適合するような最適な速度にすることができる。

図３は本発明による電動モータ駆動播種機の速度制御システムの回路の実施の形態を示すブロック図である。
制御回路２０にはマイクロコントローラ５および残量チェックＩＣ８が搭載されている。マイクロコントローラ５，残量チェックＩＣ８およびバッテリー電源表示灯１にはバッテリー１２のバッテリー電圧が入力されるように接続されている。バッテリー電源表示灯１は電源スイッチ２がオンすることにより通電を表示するものである。残量チェックＩＣ８はバッテリー電圧が予め定めた電圧以下となるか否かを常時監視しており、その結果をマイクロコントローラ５に報告する。マイクロコントローラ５は予め定めた電圧以下になった場合、バッテリー残量表示灯４を点灯し、作業者にバッテリー残量が少ないことを知らせる。マイクロコントローラ５は操作ボックスの電源スイッチ２がオンすると、ＤＣモータ１３の制御を行う。ＤＣモータ１３の速度制御は、マイクロコントローラ５で入力電圧をＰＷＭ制御し、ボリューム３の操作で設定されるデューティ比で出力することにより行われる。作業者がボリューム３のつまみを回転操作して抵抗値を変化させることによりデューティ比を０〜１００％で変化させることができる。したがってＤＣモータ１３を駆動するＰＷＭ出力は、ボリューム３で設定されるデューティ比となり、ＤＣモータ１３の速度を連続的に変化させることができる。

図４は本発明による電動モータ駆動播種機の速度制御システムの制御の流れを示すフローチャートである。
電動モータ駆動播種機１０は、操作ボックス２１に取り付けられている電源スイッチ２をオン側に切り替えた場合のみ制御を行う（ステップ（以下「Ｓ」という）０１）。
電源スイッチ２がオフの状態では、人力走行の作業となる（Ｓ０２）。
電源をオンすれば、ボリューム３が０位置にある時には、ＤＣモータ１３の入力電圧も０Ｖであり、始動するためには、ボリューム３を時計回りに回転させることにより、ボリューム３（ポテンショメータ）可動極の電圧を変化させ、その変化量が制御回路２０に内蔵されているマイクロコントローラ（Ａ／Ｄコンバータ）５で読取られる。読取られた変化量に比例してＰＷＭのデューティ比（１周期辺りのハイ、ローのパルスの比率）が変えられる。
電源スイッチ２のオンによりボリューム３の値がディジタル変換される（Ｓ０３）。ボリューム３の値が０か否かが判断され（Ｓ０４）、ボリューム３の値が０である場合は、ＤＣモータ１３はオフ状態で駆動されない（Ｓ０５）。

ボリューム３の値が０でない場合は、回転位置に対応したＰＷＭのパルスを出力する（Ｓ０６）。そしてボリューム３の値が変更されたか否かが判断され（Ｓ０７）、変更されていない場合はＳ０３の手前に戻り、ボリューム値が再度ディジタル変換される。
ボリューム３の値が変更された場合はそのボリューム値を検出する（Ｓ０８）。検出したボリューム３の値が上昇している場合にはＰＷＭパルス幅を上昇させ（Ｓ０９）、Ｓ０３の手前に戻る。一方、検出したボリューム３の値が減少している場合はＰＷＭパルス幅を小さくし（Ｓ１０）、Ｓ０３の手前に戻る。
このようにボリューム操作によるＰＷＭ制御によりモータに印加する電圧を変化させているため、モータの回転数も変わり速度をコントロールすることができる。デューティ比は０％〜１００％に制御している。

なお、抵抗値を変化させることにより電圧値を変化させるボリュームはこの実施の形態ではロータリ式を採用しているが、直線的にスライドさせるリニア式に変更することも可能である。また、この実施の形態では、種テープによる播種装置を用いた例を説明したが、種テープを用いないタイプ、例えば所定間隔で直接種を蒔くタイプの播種装置を搭載した播種機でも同様に適用することができる。

所定間隔で種を配設した種テープ等を圃場などに敷設する電動モータ駆動式の播種機である。

１ バッテリー電源表示灯
２ 電源スイッチ
３ ボリューム（ポテンショメータ）
４ バッテリー残量表示灯
５ マイクロコントローラ
８ 残量チェックＩＣ
１０ 電動モータ駆動播種機
１２ バッテリー
１３ ＤＣモータ（電動モータ）
１４ モータ軸
１５，１７ 歯車
１６ ワンウエイクラッチ
１８ チェーン
１９ キャリアハンドル
２０ 制御回路
２１ 操作ボックス

Claims (2)

1. ワンウエイクラッチを介して回転動力を車輪に伝達して播種を行い、動力を用いない場合は、ワンウエイクラッチを自由回転状態にして人力で押すことにより播種が可能な電動モータ駆動播種機の速度制御システムであって、
   バッテリーと、
   前記バッテリーで駆動され、車輪に回転駆動力を与える電動モータと、
   ハンドルに取り付けられ、電源投入・切断のための電源ボタンおよび連続に速度を変更するための回転操作によるボリュームを設けた操作ボックスと、
   前記ボリュームの操作により得られた信号を元にモータ駆動信号をＰＷＭによる変調を行ってモータの駆動入力電圧を調整する制御回路と、
   を備え、
   作業者が播種作業を行う場合、前記電源ボタンで電源を入れ、前記ボリュームを速度０位置から速度を上昇させる回転操作をすることにより電動モータを任意の回転数に調整することを特徴とする電動モータ駆動播種機の速度制御システム。
2. 前記操作ボックスにバッテリー残量表示灯を、播種機本体にバッテリーの残量をチェックするバッテリー残量検出部を備え、
   バッテリーが設定電圧以上では前記バッテリー残量表示灯を消灯し、バッテリーが設定電圧未満では前記バッテリー残量表示灯を点灯するように構成したことを特徴とする請求項１記載の電動モータ駆動播種機の速度制御システム。