JP2017154567A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスプレイの温度上昇を抑制することの可能な電動作業機を提供する。【解決手段】自走式芝刈機１は、ディスプレイ１２５と、ディスプレイ１２５を覆う開閉カバー１０３と、を備える。開閉カバー１０３のディスプレイ１２５側の面には、断熱材１０４が設けられる。断熱材１０４は、少なくともディスプレイ１２５の上方を覆う。断熱材１０４は、スポンジ等の多孔質部材である。断熱材１０４は、開閉カバー１０３より熱の放射率が小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、ディスプレイ又は蓄電池を覆うカバーを備える自走式芝刈機等の電動作業機に関する。

地面に生えた芝生や雑草を刈り取るための芝刈機として、近年、ワイヤ等で区画された芝刈領域内を自動的に走行して芝等を刈り取るようにした自走式芝刈機が普及してきた。自走式芝刈機は、車輪を駆動するための車輪モータと、芝刈用の刈刃を駆動する刈刃モータとを備え、これらモータに電力を供給する蓄電池（バッテリ）を搭載し、制御装置にて自律走行を制御する。自律制御される自走式芝刈機は、蓄電池の残容量が低下すると野外に設置された充電ベースまで自走して蓄電池を充電する。芝刈作業を行う曜日や時間を任意に設定できるスケジュール設定機能を備えた自走式芝刈機もあり、こうした自走式芝刈機には、スケジュール設定用にディスプレイとキーボードが設けられる。

特開平５−２３００２号公報 特開２００７−３３６６７２号公報

自走式芝刈機を使用する期間は主に４月〜１０月頃で、ユーザは期間中、スケジュール設定をした上で自走式芝刈機を、夏の炎天下でも雨天でも天候に関わらず屋外に放置することが多い。ディスプレイは、ユーザが見やすい位置に設けられる関係で、夏の炎天下等では、ディスプレイを覆うカバーからの輻射熱や日光の熱によって非常に高温になることがある。そうすると、ディスプレイの視認性が悪化したり、ディスプレイの耐熱温度の限界に近づいたりするリスクがある。また、蓄電池は、雨天時を考慮して本体の内部に設けられることから、放熱性が悪くなることが多く、熱の影響を低減する必要があった。
なお、こうした課題は、自走式芝刈機に限らず、ディスプレイ又は／及び蓄電池を覆うカバーを備える他の電動作業機においても共通である。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、ディスプレイ又は蓄電池の温度上昇を抑制することの可能な電動作業機を提供することにある。

本発明のある態様は、電動作業機である。この電動作業機は、
モータに動力を供給するバッテリと、
前記モータを駆動することで作業を行う作業部と、
前記作業に関する情報を表示するディスプレイと、
少なくとも前記ディスプレイを覆うカバーと、を備え、
前記カバーに断熱材が設けられている。

前記断熱材は、前記カバーの前記ディスプレイ側の面に設けられてもよい。

前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記ディスプレイが配置されてもよい。

前記作業に関する操作を行うキーボードを備え、
前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記キーボードが配置されてもよい。

前記断熱材が多孔質部材であってもよい。

前記断熱材は、前記カバーより熱の放射率が小さくてもよい。

前記カバーが開閉可能であってもよい。

前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記バッテリが配置されてもよい。

前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記モータが配置されてもよい。

前記電動作業機は、刈刃と、前記刈刃を駆動する刈刃モータと、本体を走行させる車輪を駆動する車輪モータと、を備える、自走式芝刈機であってもよい。

本発明のもう１つの態様は、電動作業機である。この電動作業機は、
モータに動力を供給するバッテリと、
前記モータを駆動することで作業を行う作業部と、
少なくとも前記バッテリを覆うカバーと、を備え、
前記カバーに断熱材が設けられている。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ディスプレイ又は／及び蓄電池の温度上昇を抑制することの可能な電動作業機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る自走式芝刈機１の斜視図。 自走式芝刈機１の、本体カバー１０２を外した状態の上面図。 自走式芝刈機１の一部拡大上面図であって、閉じた状態の開閉カバー１０３及び断熱材１０４を透視した上面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 自走式芝刈機１の使用環境説明図。 自走式芝刈機１、充電ベース５０、及びＡＣアダプタ６０を示す概略図。 自走式芝刈機１における各種機能部品及びそれらの相互接続関係を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。図１、図２及び図４により、前後、上下、左右の各方向を定義する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る自走式芝刈機１の斜視図である。図２は、自走式芝刈機１の、本体カバー１０２を外した状態の上面図である。図３は、自走式芝刈機１の一部拡大上面図であって、閉じた状態の開閉カバー１０３及び断熱材１０４を透視した上面図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。自走式芝刈機１は、走行方向に沿って転回または揺動可能に設けられる小径の前輪８ａ，８ｂと、独立した走行用の車輪モータ（左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂ）で駆動される駆動輪である大径の後輪９ａ，９ｂを左右にそれぞれ有する。自走式芝刈機１は、本体カバー１０２によって上部全体が覆われる。自走式芝刈機１の電源は、着脱可能な蓄電池３０（図５及び図６）である。メイン基板４０（図２）に搭載されたマイクロコンピュータ等の制御部（図７のメイン基板４０に搭載）によって、図２に示す左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂ、並びに図４に示す刈刃モータ２２Ｃの駆動が制御され、自走式芝刈機１は自律的に走行しながら草を刈り取る。

図１に示すように、本体カバー１０２の上側には開閉可能な開閉カバー１０３が設けられる。開閉カバー１０３は例えば黒色系統の透明性を有する樹脂部材により構成され、開閉カバー１０３を開けることにより、図２に示すダイヤルノブ１６０、キーボード１２４、及びディスプレイ１２５にアクセス可能となる。すなわち、開閉カバー１０３は、閉じられた状態で、ダイヤルノブ１６０、キーボード１２４、及びディスプレイ１２５を覆う。開閉カバー１０３は、ディスプレイ１２５と近接対向する。

開閉カバー１０３には、断熱材１０４が設けられる。断熱材１０４は、開閉カバー１０３の内側の面（ディスプレイ１２５側の面）に接着等により設けられる。断熱材１０４は、少なくともディスプレイ１２５の上方を覆うように設けられる。断熱材１０４は、好ましくは図３に示すように、キーボード１２４及びダイヤルノブ１６０の上方も覆う。すなわち、断熱材１０４は、蓄電池３０を収容する容器部１２２の蓋部１２３の上方を全面的に覆い、これにより蓋部１２３の下方に位置する蓄電池３０の上方を覆う。また、断熱材１０４は、ダイヤルノブ１６０の下方に位置する刈刃モータ２２Ｃの上方も覆うことになる。断熱材１０４は、好ましくはスポンジ等の多孔質部材（無数の気孔を有するスポンジ状の部材）であり、開閉カバー１０３より熱の放射率が小さい。なお、本明細書内において、覆う、とはディスプレイ又はバッテリを収容する収容空間を覆う（塞ぐ）ことを指し、カバーに断熱材が設けられることで、収容空間自体の温度上昇を抑制するという効果を奏し、特に上面視において領域が重なることが望ましい。

本体カバー１０２の前方には、前面視で略長方形の開口部１０５が設けられ、充電の際には、開口部１０５を介して図６に示す充電ベース５０の２つの直流出力端子５１，５２（図６）が自走式芝刈機１の充電端子１０ａ，１０ｂと接触可能となる。開口部１０５の内側には、本体シャーシ１１０の先端部分が位置し、その左右側面の斜面に充電端子１０ａ，１０ｂが設けられる。本体カバー１０２の後方側上部には、手動停止用のストップボタン４３が設けられる。

左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂは、同期して又は非同期に駆動することによりメイン基板４０に搭載される制御部（マイコンを含む）による操舵制御を可能としている。例えば、後輪９ａ，９ｂを同期して駆動することにより自走式芝刈機１が直進又は後進し、後輪９ａ，９ｂの回転差を生じさせるように駆動することにより所定方向に自走式芝刈機１を転回させることができる。左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂは、例えばブラシレスＤＣモータが用いられる。

図２に示すように、本体シャーシ１１０の後方側には、蓄電池３０を収容する容器部１２２が設けられる。容器部１２２の開口部は、開閉可能な蓋部１２３にて覆われる。蓋部１２３の上面には液晶表示パネル等のディスプレイ１２５と、キーボード１２４と、メインスイッチＳＷ１が設けられる。作業者は、キーボード１２４を操作して草刈りスケジュールの設定等を行うことができる。ディスプレイ１２５は、好ましくはユーザに見やすいように上方に臨むように設けられる。

本体カバー１０２は、バネ等によって本体シャーシ１１０に対して浮いた状態で保持されることにより、前後左右及び上下方向に僅かに移動可能であり、これを本体シャーシ１１０に設けられたリフトセンサＳ３や傾斜センサＳ４、本体カバー１０２に設けられたマグネット１１９ａ，１１９ｂ等で検出することにより、メイン基板４０に設けられた制御部が自走式芝刈機１の障害物への衝突等を検出する。

図４に示すように、本体シャーシ１１０の中央付近下側には、地面と平行に所定の距離を隔てて回転するロータリー式の刈刃４と、刈刃４を回転させるための駆動装置としての刈刃モータ２２Ｃと、刈刃モータ２２Ｃを上下方向に移動させることによって刈刃４の地面からの高さ、即ち、刈り込み高さを調整する刈り込み高さ調整機構が設けられる。ダイヤルノブ１６０は作業者によって回転操作が可能である。ダイヤルノブ１６０は、後述する刈刃４と地面との距離（刈り込み高さ）に対応して“２０”、“３０”、“４０”、“５０”“６０”と数字が刻印された基台部１２１により回転可能に保持される。ダイヤルノブ１６０のマークをいずれかの数値に合わせることにより、それに対応して後述する刈刃４と刈刃モータ２２Ｃが上方向又は下方向に移動する。

刈刃モータ２２Ｃは、例えばブラシレスＤＣモータであって、励磁コイルが巻かれたステータ（図示せず）の内側にて、永久磁石を有するロータコア（図示せず）が回転する。刈刃モータ２２Ｃの上端側には円形のインバータ回路基板（図示せず）が設けられ、そこに複数のホールＩＣ（図示せず）と、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなる複数のスイッチング素子が搭載される。

刈刃モータ２２Ｃの後方側には、蓄電池３０を収容するための略直方体状の容器部１２２が設けられる。容器部１２２は、プラスチック等の合成樹脂にて板状の基台部１２１と一体成形にて製造され、上側の開口を蓋部１２３にて開閉可能とされる。蓋部１２３は容器部１２２の前方側に図示しないヒンジにより回動可能に支持され、ヒンジと反対側でねじ等からなる操作部によって開閉可能とされる。蓄電池３０は着脱式であって、その内部には複数の二次電池セル（図示せず）が収容される。蓄電池３０は、蓋部１２３を開いた状態で容器部１２２の前方側壁部に設けられた接続端子部に上方からスライドして差し込まれることで装着される。蓄電池３０を装着した後は、蓋部１２３を閉じ、操作部を操作して固定することで、容器部１２２内部の防水性が確保される。メイン基板４０は、容器部１２２の前方側に隣接して配置されている。メイン基板４０にはマイコンが搭載され、蓋部１２３に設けられるディスプレイ１２５と、キーボード１２４等と図示しない配線等で接続される。

本体シャーシ１１０の前端付近には第１ガイドワイヤセンサＳ１が設けられる。第１ガイドワイヤセンサＳ１はコイルによって、周囲の磁界の変化を電流の変化に変換する。なお、図４では図示していないが、本体シャーシ１１０の後端付近には第２ガイドワイヤセンサＳ２が設けられる。

図５は、自走式芝刈機１の使用環境説明図である。図６は、自走式芝刈機１、充電ベース５０、及びＡＣアダプタ６０を示す概略図である。自走式芝刈機１は、前輪８ａ，８ｂ、後輪９ａ，９ｂ及び刈刃４を有する本体２と、本体２の電池パック取付部５に着脱自在に装着される蓄電池（電池パック）３０とを備える。自走式芝刈機１は、蓄電池３０の電力によって動作し、蓄電池３０の残容量が低下すると、充電ベース５０まで自走して蓄電池３０を充電する。自走式芝刈機１に着脱可能な蓄電池３０は、好ましくは他の種類の電動作業機でも共用可能である。

図５に示すガイドワイヤ（誘導ワイヤ）８０は、充電ベース５０に接続され、自走式芝刈機１の走行エリア、すなわち芝刈り領域を区画（規定）するために配設される（例えば埋設される）。ガイドワイヤ８０は、充電ベース５０を含む芝刈り領域を囲み、自走式芝刈機１は、ガイドワイヤ８０で囲まれた領域の内側を自動走行することが前提となっている。充電ベース５０は、芝刈り領域の隅に設置され、ケーブル７０によってＡＣアダプタ６０に接続される。ＡＣアダプタ６０は、商用交流電源等の外部交流電源に接続され、外部交流電源から供給される交流電圧（例えば１００Ｖ）を、直流電圧（例えば２１Ｖ）に変換する。ＡＣアダプタ６０が出力する直流電圧は、ケーブル７０によって充電ベース５０に伝達され、充電ベース５０の２つの直流出力端子５１，５２間に出力される。

図７は、自走式芝刈機１における各種機能部品及びそれらの相互接続関係を示すブロック図である。メイン基板４０には制御部等の各種回路部品が搭載されており、充電ベース５０の直流出力端子５１，５２に接続、離脱可能な充電端子１０ａ，１０ｂ、及び電池取付部５に装着された蓄電池３０の端子（出力電圧端子及び識別用端子）と着脱自在に接続する電池接続ターミナル４２ａ，４２ｂ（図示は省略したが識別用端子に接続するターミナル）が、メイン基板４０に接続されている。メインスイッチＳＷ１は、電池接続ターミナル４２ａ，４２ｂ及びメイン基板４０の接続線路に挿入されるもので、自走式芝刈機１のメイン基板４０やモータ等への電源の供給スイッチである。また、メイン基板４０には、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃが接続されるとともに、第１及び第２ガイドワイヤセンサＳ１，Ｓ２、リフトセンサＳ３、傾斜センサＳ４、ストップボタン４３、ディスプレイキーボード基板４４が接続されている。

第１及び第２ガイドワイヤセンサＳ１，Ｓ２は、例えば本体２の前後に配置されるコイルであり、ガイドワイヤ８０の交流電気信号を受信してメイン基板４０に出力する。これにより、メイン基板４０に搭載された制御部１５が芝刈り領域の境界を認識し、自走式芝刈機１の方向制御等を、左車輪モータ２２Ａ及び右車輪モータ２２Ｂの回転方向、回転数制御等で実行する。

リフトセンサＳ３は、自走式芝刈機１の本体２が持ち上げられたときに、これを検知してメイン基板４０に出力する。これによりメイン基板４０に設けられた制御部は、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃを停止させる。傾斜センサＳ４は、自走式芝刈機１が地面に対して所定角度以上傾斜したときに、これを検知して傾斜面に侵入しないよう、メイン基板４０に出力し、制御部は、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂの制御を変更して進行方向を変え、傾斜センサＳ４が正常値に戻ることを試みる。制御部は、傾斜センサＳ４がさらに前記所定角度以上のしきい値を超えたことを検知した場合、左車輪モータ２２Ａ、右車輪モータ２２Ｂ及び刈刃モータ２２Ｃを停止させる。ストップボタン４３は手動停止手段であり、手動操作で自動走行若しくは芝刈り中の自走式芝刈機１を停止させる。ディスプレイキーボード基板４４は芝刈りに関する情報の入力装置であり、操作者が手動操作可能なように本体２の外面に配置され、動作開始の指示、タイマ設定、作業領域等の設定を行うものである。なお、各センサＳ１〜Ｓ４、ディスプレイキーボード基板４４等への電力供給はメイン基板４０に設けられた制御系電源から行われる。

以上の自走式芝刈機１の構成において、本体２の電池取付部５に蓄電池３０を装着し、本体２を充電ベース５０に接続すれば（本体側充電端子１０ａ，１０ｂを充電ベース５０の直流出力端子５１，５２に接続すれば）、充電ベース５０は２１Ｖの直流電圧を本体２に供給する。本体２の充電回路は、蓄電池３０の定格出力電圧を識別した制御部の指令に従って、蓄電池３０の定格出力電圧（３６Ｖ又は１８Ｖ）に適合する直流電圧で蓄電池３０を充電する。

充電完了後、自走式芝刈機１は、充電ベース５０から離脱して、制御部により予め定められた自動走行動作及び芝刈り動作を行う。自走式芝刈機１は、要求された芝刈り動作が終了したとき、又は蓄電池３０の残容量が低下したときは、充電ベース５０に帰還する。なお、蓄電池３０の残容量が低下したと判断するしきい値は、接続される蓄電池３０の定格出力電圧によって変更される（例えば定格出力電圧に対する所定の割合とされる）。すなわち、制御部は、蓄電池３０の定格出力電圧が３６Ｖの場合、蓄電池３０の定格出力電圧が１８Ｖの場合よりも高い電圧で残容量が低下したと判断し、充電ベース５０への帰還動作を開始する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) ディスプレイ１２５の上方を断熱材１０４で覆う構成のため、ディスプレイ１２５を覆う開閉カバー１０３からの輻射熱や日光の熱によるディスプレイ１２５の温度上昇を抑制できる。このため、ディスプレイ１２５が高温になることによりディスプレイ１２５の視認性が悪化したり、ディスプレイ１２５が耐熱温度の限界に近づいたりするリスクを低減できる。また、ディスプレイ１２５をユーザが見やすいように上方に向けて配置すると日光からの熱を受けやすくなるが、本実施の形態では断熱材１０４を設けたことで、そのような配置においてもディスプレイ１２５の温度上昇を好適に抑制できる。また、開閉カバー１０３はデザイン上、黒色系統が好まれるが、開閉カバー１０３が熱を吸収しやすい黒色系統であってもディスプレイ１２５の温度上昇を好適に抑制できる。

(2) 蓄電池３０の上方を断熱材１０４で覆う構成のため、蓄電池３０の温度上昇を抑制できる。

(3) 刈刃モータ２２Ｃの上方を断熱材１０４で覆う構成のため、刈刃モータ２２Ｃの温度上昇を抑制できる。

(4) 断熱材１０４を多孔質部材とすることで、モータや刈刃４の回転により発生する音を吸収し、低騒音化の効果も得られる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

電動作業機は、実施の形態で例示した自走式芝刈機１に限らず、ディスプレイ及びそれを覆うカバーを備える他の種類の電動作業機であってもよい。実施の形態で例示した具体的な数値、例えば蓄電池３０の定格出力電圧や充電ベース５０の出力電圧及びその上限値等は、説明上の一例に過ぎず、実際の使用環境に合わせて適宜設定されるものである。

１ 自走式芝刈機、２ 本体、４ 刈刃、５ 電池パック取付部、８ａ 左前車輪、８ｂ 右前車輪、９ａ 左後車輪、９ｂ 右後車輪、１０ａ，１０ｂ 充電端子（受電端子）、２２Ａ 左車輪モータ、２２Ｂ 右車輪モータ、２２Ｃ 刈刃モータ、３０ 蓄電池（電池パック）、４０ メイン基板、４２ａ，４２ｂ 電池接続ターミナル、４３ ストップボタン、４４ ディスプレイキーボード基板、５０ 充電ベース、５１，５２ 直流出力端子（送電端子）、６０ ＡＣアダプタ、７０ ケーブル、８０ ガイドワイヤ（誘導ワイヤ）、１０２ 本体カバー、１０３ 開閉カバー、１０４ 断熱材、１０５ 開口部、１１０ 本体シャーシ、１１９ａ，１１９ｂ マグネット、１２１ 基台部、１２２ 容器部、１２３ 蓋部、１２４ キーボード、１２５ ディスプレイ、１６０ ダイヤルノブ、Ｓ１，Ｓ２ ガイドワイヤセンサ、Ｓ３ リフトセンサ、Ｓ４ 傾斜センサ

Claims (11)

1. モータに動力を供給するバッテリと、
   前記モータを駆動することで作業を行う作業部と、
   前記作業に関する情報を表示するディスプレイと、
   少なくとも前記ディスプレイを覆うカバーと、を備え、
   前記カバーに断熱材が設けられている、電動作業機。
2. 前記断熱材は、前記カバーの前記ディスプレイ側の面に設けられている、請求項１に記載の電動作業機。
3. 前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記ディスプレイが配置される、請求項１又は２に記載の電動作業機。
4. 前記作業に関する操作を行うキーボードを備え、
   前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記キーボードが配置される、請求項３に記載の電動作業機。
5. 前記断熱材が多孔質部材である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動作業機。
6. 前記断熱材は、前記カバーより熱の放射率が小さい、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動作業機。
7. 前記カバーが開閉可能である、請求項１から６のいずれか一項に記載の電動作業機。
8. 前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記バッテリが配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の電動作業機。
9. 前記カバーを貫通する方向において、前記断熱材の領域内に、前記モータが配置される、請求項１から８のいずれか一項に記載の電動作業機。
10. 刈刃と、前記刈刃を駆動する刈刃モータと、本体を走行させる車輪を駆動する車輪モータと、を備える、自走式芝刈機であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の電動作業機。
11. モータに動力を供給するバッテリと、
    前記モータを駆動することで作業を行う作業部と、
    少なくとも前記バッテリを覆うカバーと、を備え、
    前記カバーに断熱材が設けられている、電動作業機。

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